第一章金属切削原理与刀

1、一一.金属切削加工的基本概念金属切削加工的基本概念1.切削运动切削运动：切削时，刀具和工件的相对运动。：切削时，刀具和工件的相对运动。1.1 切削运动及刀具结构切削运动及刀具结构切削运动切削运动在切削过程中，消耗功率最在切削过程中，消耗功率最多，速度最高的运动。多，速度最高的运动。主运动主运动进给运动进给运动使金属层不断投入切削，以使金属层不断投入切削，以加工出整个工件表面的运动加工出整个工件表面的运动主运动的速度（线速度），就是切削速度。主运动的速度（线速度），就是切削速度。主运动只有一个，进给运动可以有两个以上。主运动只有一个，进给运动可以有两个以上。2.切削用量切削用量（切削用量三要素）

2、（切削用量三要素）（1）切削速度切削速度v 在单位时间内，工件和刀具在单位时间内，工件和刀具沿住运动方向的相对位移（主运动的速度）。沿住运动方向的相对位移（主运动的速度）。单位：单位：m/s 或或 m/min。主运动为旋转运动：主运动为旋转运动：V = = （m/s） d n1000式中：式中：d 工件待加工表面或刀具直径工件待加工表面或刀具直径（mm）； n 工件或刀具转速工件或刀具转速（r/s）。主运动为直线运动：主运动为直线运动：V = （m/s）2Lnr100060式中：式中：L 往复运动行程长度（往复运动行程长度（mm）；）； nr 主运动每分钟往复次数。主运动每分钟往复次数。（2）

3、进给量进给量f 工件或刀具的运动再一个工作工件或刀具的运动再一个工作循环（或单位时间）内，刀具与工件之间沿进循环（或单位时间）内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移（也称进给速度）。单给运动方向的相对位移（也称进给速度）。单位：位：mm/s, ,mm/r或或mm/min。（3）切削深度切削深度ap 工件上的已加工表面与待加工件上的已加工表面与待加工之间的距离（也称背吃刀量，进刀深）。单工之间的距离（也称背吃刀量，进刀深）。单位：位：mm。3.切削时的工件表面切削时的工件表面：已加工表面已加工表面过渡表面（加工表面）过渡表面（加工表面）待加工表面待加工表面已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面

4、待加工表面待加工表面4.切削层几何参数切削层几何参数切削层切削层：由刀具在切削部位的一个单一动作所由刀具在切削部位的一个单一动作所切除的工件材料层。切除的工件材料层。切削层几何参数切削层几何参数：反映切削层截面几何形状尺反映切削层截面几何形状尺寸的数据。寸的数据。（1）切削层厚度切削层厚度ac: :两两相邻加工表面间的垂直相邻加工表面间的垂直距离距离。ac=f Sin（2）切削层长度切削层长度aw: 沿主切削刃度量的切削层尺沿主切削刃度量的切削层尺寸。寸。aw=ap/Sin（3）切削面积切削面积AC：切削层在垂直于切削速度截切削层在垂直于切削速度截面内的面积。面内的面积。Ac=acaw=fap

5、f（1）刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 高硬度（刀具硬度大于高硬度（刀具硬度大于HRC60）；）； 高耐磨性；高耐磨性； 强度高，韧性好；强度高，韧性好； 热稳定性、导热性和耐热冲击性好；热稳定性、导热性和耐热冲击性好； 工艺性能好（包括锻造性能、焊接性能、热处工艺性能好（包括锻造性能、焊接性能、热处理性能、磨削加工性能等）；理性能、磨削加工性能等）；经济性好；经济性好；二二. 金属切削刀具的基本知识金属切削刀具的基本知识1.刀具材料刀具材料 金属切削技术的发展，实际上就是刀具金属切削技术的发展，实际上就是刀具材料的发展和由此带来的机床的发展。材料的发展和由此带来的机床的发展。 工具

6、钢工具钢（2）常用刀具材料常用刀具材料工具钢工具钢碳素工具钢碳素工具钢（T8，T等）等）低合金工具钢低合金工具钢（CrWMn,9SiCr等）等） 高速钢高速钢（含（含W、Mo、Cr、V等元素比较多的高合金工具等元素比较多的高合金工具钢钢 ） 高速钢的硬度、耐热性比工具钢高得多，允许高速钢的硬度、耐热性比工具钢高得多，允许的切削速度也高得多，突出优点是工艺性好（锻的切削速度也高得多，突出优点是工艺性好（锻造性能、焊接性能、机械加工性能等）。因此，造性能、焊接性能、机械加工性能等）。因此，形状较为复杂的刀具（如：钻头、齿轮滚刀等）形状较为复杂的刀具（如：钻头、齿轮滚刀等）基本上是用高速钢制造。基本

7、上是用高速钢制造。 特点特点硬度高，耐磨性好，化学稳定性和热稳定性好硬度高，耐磨性好，化学稳定性和热稳定性好好，耐高温，因而允许使用的切削速度可达好，耐高温，因而允许使用的切削速度可达100100300m/min300m/min，大大高于高速钢，大大高于高速钢；抗弯强度低，冲击韧性不好，工艺性能较差；抗弯强度低，冲击韧性不好，工艺性能较差； 种类种类 硬质合金硬质合金（高耐热性和高耐磨性的金属碳化物与金属粘（高耐热性和高耐磨性的金属碳化物与金属粘结剂在高温下烧结而成的粉末冶金制品）结剂在高温下烧结而成的粉末冶金制品） 硬质合金硬质合金钨钴类钨钴类（代号（代号YG）：）：YG3，YG6，YG8钨

8、钛钴类钨钛钴类（代号（代号YT）：）：YT5，YT15，YT30钨钛钽（铌）钴类钨钛钽（铌）钴类（代号（代号YW）：）：YW1，YW2碳化钛基类碳化钛基类（代号（代号YN）：）：YN05，YN10 特点特点硬度高（达硬度高（达HRA9195），耐磨，耐高温），耐磨，耐高温（1200时，时，HRA80），化学稳定性好，不），化学稳定性好，不易与其他元素发生化学反应。易与其他元素发生化学反应。抗弯强度低，冲击韧性差。抗弯强度低，冲击韧性差。常用材料有：氧化铝陶瓷（常用材料有：氧化铝陶瓷（Al2O3）；）； 金属陶瓷金属陶瓷（ Al2O3 +TiC）；氮化硅陶瓷（）；氮化硅陶瓷（ Al2O3 + S

9、i3N4）；）；在高速钢（或韧性较好的硬质合金）的刀具基体在高速钢（或韧性较好的硬质合金）的刀具基体上涂敷一层耐磨性好的难熔金属化合物。此类刀上涂敷一层耐磨性好的难熔金属化合物。此类刀具的耐用度比高速钢高具的耐用度比高速钢高210倍，比倍，比硬质合金高硬质合金高13倍；加工件硬度越高，涂层刀具的效果越好。倍；加工件硬度越高，涂层刀具的效果越好。金刚石金刚石 特点特点硬度特高，耐磨性特好，刀刃异常锋利，用硬度特高，耐磨性特好，刀刃异常锋利，用于超精密加工。于超精密加工。与铁的亲和力好，因而不宜加工钢，铸铁等与铁的亲和力好，因而不宜加工钢，铸铁等材料，用于加工有色金属，硬质合金。材料，用于加工有色

10、金属，硬质合金。立方氮化硼立方氮化硼 特点特点硬度和耐磨性特仅次于金刚石，与铁系元素硬度和耐磨性特仅次于金刚石，与铁系元素不易发生化学反应，可加工淬硬钢、淬硬铸铁不易发生化学反应，可加工淬硬钢、淬硬铸铁等。等。高温时易于水发生化学反应，只能干切削。高温时易于水发生化学反应，只能干切削。 车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成: : 3个个刀面刀面 2个个刀刃刀刃 1个个刀尖刀尖2.车刀的形状及几何角度车刀的形状及几何角度（1）刀具切削部分的几何要素刀具切削部分的几何要素前前 刀刀 面面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面刀刀 尖尖主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃（2）定义刀具角度的参考系定义刀具角度

11、的参考系 刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测量时所刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重要参数。（各表面空间位置）的重要参数。 用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参考系考系; 参考系可分为参考系可分为刀具静止参考系刀具静止参考系和和刀具工作参考系刀具工作参考系两类。两类。 在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何 参数的参考系称为刀具静止参考系或标注角度参考系。参数的参考系称为刀具

12、静止参考系或标注角度参考系。 在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。 刀具在切削过程中，基面、切削平面和主剖面的位置刀具在切削过程中，基面、切削平面和主剖面的位置会发生变化，使刀具静止参考系变为刀具工作参考系。会发生变化，使刀具静止参考系变为刀具工作参考系。 在此参考系中度量的刀具角度即为刀具的工作角度。在此参考系中度量的刀具角度即为刀具的工作角度。 三个坐标平面三个坐标平面主剖面主剖面参考系（正交平面参考系）参考系（正交平面参考系）基面基面（Pr）切削平面切削平面（Ps）主剖面主剖面（Po）通过主切削刃上选定点且垂直于该点通过主切削刃上选定点且垂

13、直于该点切削速度方向的平面切削速度方向的平面通过主切削刃上选定点，与主切通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切且垂直该点基面的平面削刃相切且垂直该点基面的平面通过主切削刃上选定点，且垂直于通过主切削刃上选定点，且垂直于基面和切削平面的平面基面和切削平面的平面基面、切削平面和主剖面（也称基面、切削平面和主剖面（也称正交平面）组成了一个空间坐标参正交平面）组成了一个空间坐标参考系，即：主剖面参考系，也称正考系，即：主剖面参考系，也称正交平面参考系。交平面参考系。选择不同平面，就可组成不同参选择不同平面，就可组成不同参考系（如：法剖面参考系）。考系（如：法剖面参考系）。 前角前角0 主剖面内测量的前刀面与基面之间的夹角主剖面内测量的前刀面与基面之间的夹角 后角后角0 主剖面内测量的主后刀面与切削平面之间主剖面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角的夹角 主偏角主偏角r 基面内测量的主切削刃在基面上的投影基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角与进给运动方向的夹角 副偏角副偏角r 基面内测量的副切削刃在基面上的投影基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角与进给运动反方向的夹角 刃倾角刃倾角s 切削平面内测量