金属切削原理第一章

1、1金属切削原理金属切削原理郑州大学郑州大学 机械工程学院机械工程学院 覃寿同覃寿同金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：2绪绪 论论一、本课程的任务：一、本课程的任务：n本课程是一门研究金属切削加工的技术科学；本课程是一门研究金属切削加工的技术科学；n本课程是一门专业基础课；本课程是一门专业基础课；研究内容：研究内容：基本理论方面：基本理论方面：切削变形，力，热，温度，刀具磨切削变形，力，热，温度，刀具磨损、破损等基本理论、规律；损、破损等基本理论、规律；基本知识方面：基本知识方面：刀具材料的种类、应用，工件材料刀具材料的种类、应用，工件材料加工性能、评定，加工质量，切削用量选用加工性

2、能、评定，加工质量，切削用量选用;基本技能方面：基本技能方面：会选刀具材料，刀具几何参数，切会选刀具材料，刀具几何参数，切削用量，简单计算等。削用量，简单计算等。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：3二、切削加工的种类二、切削加工的种类金属的机器零件可能经过的加工方式可分塑性加工、加金属的机器零件可能经过的加工方式可分塑性加工、加热加压成形加工、机械加工、高能加工、电及化学加热加压成形加工、机械加工、高能加工、电及化学加工等几大类。工等几大类。机械加工可分为：机械加工可分为：切削、磨削、特种加工切削、磨削、特种加工等几类等几类切削切削：车、铣、刨、钻、扩、铰、拉、镗、车、铣、刨、钻、

3、扩、铰、拉、镗、 插、锯、插、锯、及钳工内容；及钳工内容；磨削：磨削：外圆磨、内圆磨、平面磨、齿轮磨、蜗杆砂轮磨、外圆磨、内圆磨、平面磨、齿轮磨、蜗杆砂轮磨、单线砂轮磨单线砂轮磨 多线砂轮磨多线砂轮磨 各种成形磨、抛光等；各种成形磨、抛光等；特种加工：特种加工：电加工、化学加工、超声加工电加工、化学加工、超声加工. .金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：4三、切削加工的历史三、切削加工的历史n人类的文明是随着生产工具的发展而发展的。人类的文明是随着生产工具的发展而发展的。n商代已采用各种青铜工具如刀、钻等；商代已采用各种青铜工具如刀、钻等；n公元前公元前8 8世纪的春秋时代，锯、凿等

4、铁制工具；世纪的春秋时代，锯、凿等铁制工具；n18641864年法国年法国JoesselJoessel研究了刀具几何形状对切削力研究了刀具几何形状对切削力的影响；的影响；n1870187018771877年俄国的年俄国的H.A.THMeH.A.THMe研究了切屑的形成研究了切屑的形成和切屑的种类；和切屑的种类；n1906190619071907年美国年美国F.W.TaylorF.W.Taylor发表了发表了“关于金属关于金属切削技术切削技术”及刀具耐用度与切削速度的关系式。及刀具耐用度与切削速度的关系式。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：5四、切削加工的发展：四、切削加工的发展：n

5、刀具材料的发展；刀具材料的发展；n切削速度的提高；切削速度的提高；n特种加工的出现；特种加工的出现；n加工精度的提高；加工精度的提高；6 答疑信箱：第一章第一章切削基本定义切削基本定义金属切削原理金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：7第一节第一节 切削运动与切削用量切削运动与切削用量金属切削过程金属切削过程：刀具和工件相互作用。：刀具和工件相互作用。要素要素：相互运动、刀具材料性能、几何参数：相互运动、刀具材料性能、几何参数一、切削运动一、切削运动 1主运动：使工件与刀产生相对运动以进行切削主运动：使工件与刀产生相对运动以进行切削的最基本的运动。的最基本的运动。特点特点：消耗功率最大

6、；主运动个数只有一个消耗功率最大；主运动个数只有一个。 2进给运动：使主运动能够继续切除工件上多余进给运动：使主运动能够继续切除工件上多余的金属，已形成加工表面的运动。的金属，已形成加工表面的运动。特点特点：速度有时可能最高；个数可能不止一个。速度有时可能最高；个数可能不止一个。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：8二、二、工件上的加工表面工件上的加工表面 在切削过程中，通常工件上存在三个表面：在切削过程中，通常工件上存在三个表面：待加工表面待加工表面： 它是工件上即将被切去的表面，它是工件上即将被切去的表面，随着切削的进行，它将逐渐减少；随着切削的进行，它将逐渐减少；已加工表面已加

7、工表面： 它是刀具切削在工件上形成的新它是刀具切削在工件上形成的新表面，并随着切削的继续进行而逐渐扩大；表面，并随着切削的继续进行而逐渐扩大；过渡表面过渡表面： 它是刀刃正切削着的表面，并且它是刀刃正切削着的表面，并且是切削过程中不断改变着的表面，但它总是是切削过程中不断改变着的表面，但它总是处在待加工表面与已加工表面之间。处在待加工表面与已加工表面之间。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：9工件上的加工表面工件上的加工表面金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：10工件上的加工表面的工程图表示工件上的加工表面的工程图表示金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：11三、切

8、削用量三、切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。是指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。1切削速度切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选定点相对于工件它是切削加工时，刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度。的主运动的速度。单位：（单位：（m/s或或m/min）2.进给量进给量f 它是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，它是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，工件和刀具两者在进给运动方向上的相对位移量工件和刀具两者在进给运动方向上的相对位移量单位：单位： （mm/r、mm/双行程）双行程）其它表示：其它表示：进给速度进给速度vf 单位：单位： mm/s 每齿进给量每齿进给量fz 单位：

9、单位： mm/z3背吃刀量背吃刀量ap 背吃刀量等于工件已加工表面与待加工背吃刀量等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离。表面间的垂直距离。单位：单位： （mm） 金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：12第二节第二节 刀具的几何参数刀具的几何参数一、一、刀具切削部分的表面与刀刃刀具切削部分的表面与刀刃 前刀面（前刀面（ Ar ）-切下的切屑沿其流出的表面。切下的切屑沿其流出的表面。 主后刀面（主后刀面（ A ）-与工件上过渡表面相对的表面。与工件上过渡表面相对的表面。 副后刀面副后刀面( A )- 与工件已加工表面相对的表面。与工件已加工表面相对的表面。 主切削刃（主刀刃）主切削

10、刃（主刀刃）-前刀面与主后面相交而得到的前刀面与主后面相交而得到的边锋，它完成主要的金属切除工作。边锋，它完成主要的金属切除工作。 副切削刃（副刀刃）副切削刃（副刀刃）-前刀面与副后面相交而得到的前刀面与副后面相交而得到的边锋。边锋。 过渡刃（刀尖）过渡刃（刀尖）-主切削刃和副切削刃连接处的一段主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧。刀刃，它可以是小的直线段或圆弧。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：13切削部分组成切削部分组成 （以外圆车刀为例）（以外圆车刀为例） “三面两刃一尖三面两刃一尖”（1）前刀面）前刀面（2）主后刀面）主后刀面（3）副后刀面）副后刀面

11、（4）主切削刃）主切削刃（5）副切削刃）副切削刃（6）刀尖）刀尖 （过渡刃）（过渡刃）金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：14二、确定刀具切削角度的参考平面二、确定刀具切削角度的参考平面1、基面基面 Pr ：通过主刀刃上选定点，垂：通过主刀刃上选定点，垂直该点合成切削速度运动向量的平面。直该点合成切削速度运动向量的平面。2、切削平面切削平面 Ps ：通过刀刃上选定点，：通过刀刃上选定点，切于工件过渡表面的平面。切于工件过渡表面的平面。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：15三、刀具标注角度参考系的测量平面三、刀具标注角度参考系的测量平面 3、正交平面正交平面 Po ：（又称

12、主剖面）通过（又称主剖面）通过主切削刃上一点，并主切削刃上一点，并垂直垂直P Pr r 、PsPs的平面的平面 4、法平面法平面 Pn ：通过主切削刃上一通过主切削刃上一点，并垂直主切削点，并垂直主切削刃（或切线）的平面。刃（或切线）的平面。 金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：165、背平面背平面 Pp ：通过主切削刃上一点，通过主切削刃上一点，平行车刀轴线，平行车刀轴线， Vf方向的平面，且方向的平面，且Pr 。 6、假定工作平面假定工作平面 Pf （切平面）：通过主（切平面）：通过主切削刃上一点，（切削刃上一点，（车刀轴线）车刀轴线）/ Vf ，且且Pr。金属切削原理金属切削原

13、理 答疑信箱：答疑信箱：17刀具的常用标注参考系组成刀具的常用标注参考系组成1、正交平面参考系正交平面参考系：- - Pr - Ps -Po2、法平面参考系法平面参考系： - - Pr -Ps- Pn 3、背平面背平面-假定工作平面参考系假定工作平面参考系 : : Pr -Pp-Pf 注意：注意：1、主、副刀刃上不同点都有不同的、主、副刀刃上不同点都有不同的 Pr Pr 、PsPs及不同的参及不同的参考系，在副刀刃点上，相应符号右上角加考系，在副刀刃点上，相应符号右上角加“ “ ” ”。2、参考系的意义、参考系的意义标注刀具几何角度用，实际刀具中标注刀具几何角度用，实际刀具中并没有参考系，是人

14、为想象出来的。并没有参考系，是人为想象出来的。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：18车刀标注角车刀标注角度参考系的度参考系的各平面位置各平面位置（工程图表（工程图表示法）示法）金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：19四、刀具的标注角度（静止角度）四、刀具的标注角度（静止角度）标注角度中的假设：标注角度中的假设：假定在工作条件中符合以下条件：假定在工作条件中符合以下条件：1、假定主运动、进给运动方向垂直；、假定主运动、进给运动方向垂直；2、进给运动的进给速度很小，不予考虑；、进给运动的进给速度很小，不予考虑；3、刀具为标准安装，即以平行（或垂直）主运动、刀具为标准安装，即以

15、平行（或垂直）主运动平面构成参考系，且安装位置恰好使刀的底面或平面构成参考系，且安装位置恰好使刀的底面或轴线与参考系平面平行（或垂直）轴线与参考系平面平行（或垂直）。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：20正交平面参考系中的角度标注正交平面参考系中的角度标注 基面基面Pr 、切削平面、切削平面Ps 、正交平面、正交平面Po形成正交平面参考系形成正交平面参考系(旧旧标准称为主剖面参考系）标准称为主剖面参考系）基面基面Pr中：中： 主偏角主偏角r -确定主刀刃位置确定主刀刃位置 副偏角副偏角r -确定副刀刃位置确定副刀刃位置正交平面正交平面 Po 中：中： 前角前角 o -确定前刀面位置

16、确定前刀面位置 后角后角o -确定主后刀面确定主后刀面切削平面切削平面Ps中：中： 刃倾角刃倾角ss -确定主刀刃位置确定主刀刃位置副正交平面副正交平面Po中：中：副后角副后角 -确定副后面位置确定副后面位置金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：21a.主偏角主偏角r 在基面中测量的主切削平面与假定工作平面在基面中测量的主切削平面与假定工作平面(或进给方向）间的夹角。或进给方向）间的夹角。b.副偏角副偏角r 在基面中测量的副切削平面与假定工作在基面中测量的副切削平面与假定工作平面平面(或进给反方向）间的夹角。或进给反方向）间的夹角。作用：作用：主偏角主偏角 可确定主刀刃位置，可确定主刀

17、刃位置，副偏角副偏角 可确定副刀刃位置；可确定副刀刃位置；影响切削层截面形状；影响切削层截面形状；影响切削分力的变化；影响切削分力的变化；影响已加工表面的粗糙度影响已加工表面的粗糙度;金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：22主偏角、副偏角主偏角、副偏角作用：作用：影响切削层截面形状；影响切削层截面形状；影响切削分力的变化；影响切削分力的变化； 影响已加工表面的粗糙度影响已加工表面的粗糙度;金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：23c.前角前角oo在正交平面中测量的前刀面与基面间的在正交平面中测量的前刀面与基面间的 夹角。夹角。 作用：影响刀头的强度、切削刃锋利作用：影响刀头的

18、强度、切削刃锋利d.后角后角oo在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。 作用：影响刀面与工件间的摩擦、切削刃锋利作用：影响刀面与工件间的摩擦、切削刃锋利前角后角有正、零和负角前角后角有正、零和负角金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：24e.刃倾角刃倾角ss在切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。在切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。作用：作用：影响刀头的强度、锋利、排屑方向影响刀头的强度、锋利、排屑方向刃倾角刃倾角ss正角、零角和负角之分正角、零角和负角之分金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：25金属切削原理金属切削原

19、理 答疑信箱：答疑信箱：26前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角、前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角、 上述上述6 6个角度为外园车刀上个角度为外园车刀上必须标注必须标注的角度；的角度；这可以由以上这可以由以上6 6个角度派生出其它以下角度：个角度派生出其它以下角度： 副前角副前角; 副刃倾角副刃倾角; 楔角楔角; ; 刀尖角刀尖角; 余角。余角。 注意：注意：1、角度的取值范围与正负号问题：、角度的取值范围与正负号问题： （1）不同角取值范围不同；）不同角取值范围不同； （2）取负值时有利刀具的强化。）取负值时有利刀具的强化。2、角度符号的下标表示角度所处的平面代号下标、角度符

20、号的下标表示角度所处的平面代号下标。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：27法平面参考系中的角度标注法平面参考系中的角度标注类同于正交平面参考系标注，基面类同于正交平面参考系标注，基面P Pr r、切削平面、切削平面PsPs不变，仅不变，仅P Po o换成换成PnPn，故改动下标：故改动下标： o n n o o n n o o n n在背平面和假定工作平面参考系中角度标注在背平面和假定工作平面参考系中角度标注除基面除基面P Pr r不变，则在不变，则在、下标加入相应背平面下标加入相应背平面和假定工作平面符号下标即可。和假定工作平面符号下标即可。金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答

21、疑信箱：28法平面参考系中的角度标注法平面参考系中的角度标注注意法平面定注意法平面定义及在工程图义及在工程图中的正确位置中的正确位置金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：29背平面和假定工作平面参考系中角度标注背平面和假定工作平面参考系中角度标注金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：30五、刀具的工作角度五、刀具的工作角度实质实质：以实际切削情况来分析刀具的工作角度：以实际切削情况来分析刀具的工作角度：考虑进给考虑进给考虑安装等实际条件。考虑安装等实际条件。区别：区别：原角度再加下标原角度再加下标“e”e”表示实际工作情况表示实际工作情况金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑

22、信箱：311.进给影响进给影响 （1）横向进给时：）横向进给时： 金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：32（2）纵向进给时：）纵向进给时：金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：332.刀具安装影响（以外圆车削为例）刀具安装影响（以外圆车削为例）（1）、刀尖高于工件中心时刀尖高于工件中心时 金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：342.刀具安装影响（以外圆车削为例）刀具安装影响（以外圆车削为例）（1）、刀尖低于工件中心时刀尖低于工件中心时 金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：35（2）、刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：36 刀具安装条件影响刀具工作角度示意图刀具安装条件影响刀具工作角度示意图车刀安装高车刀安装高低的影响低的影响车刀刀杆不垂直车刀刀杆不垂直工件安装的影响工件安装的影响金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：37 第三节第三节 刀具标注角度的换算刀具标注角度的换算一、一、法平面与正交平面的前后角关系法平面与正交平面的前后角关系二、二、任意剖面与正交平面内前、后角关系任意剖面与正交平面内前、后角关系 金属切削原理金属切削原理 答疑信箱：答疑信箱：38第四节第四节 切削层参数与切削方式