第一章切削加工的基本要素

1、1本章要点工件表面的形成方法与成形运动 加工表面与切削用量三要素 刀具材料刀具角度切削层参数与切削方式 2a）轨迹法 b）成形法c）相切法 d）展成法图1-4 零件表面成形方法3 指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用 （m/s）表示。 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示），也可以是回转运动（用 R 表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。 指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（fmm/r）或进给速度（vf mm/min）表示。 使

2、工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。4 外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动 进给运动表1-1 外圆表面加工方法 刀 具T/ RT主运动 进给运动 工 件表 面 成 形 原 理 图RRRRRTRRT/ R车削成形车削拉削研磨5表1-2 内圆表面加工方法表 面 成 形 原 理 图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动 进给运动刀 具主运动 进给运动工 件RRTRRT/ RTRTRTTRTT内圆磨无心磨6 R 主运动 进给运动表1-3 平面加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T7车螺纹板牙主运动 进给

3、运动表1-4 螺纹加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR8主运动 进给运动表1-5 齿形加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿9例外圆车削：工件作旋转运动，刀具作纵向直线运动形成外圆表面。在新表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面（图1.12）：待加工表面：即将被切去金属层的表面;加工表面（过渡表面）：切削刃正在切削着的表面;已加工表面：已经切去一部分金属 形成的新表面。图1-12车削时的切削

4、运动10车削时的切削运动 11 vc、f 、 ap 称之为切削用量三要素 121000nDvc式中 n 主运动转速（r/s）； d 刀具或工件的最大直径（mm）。若主运动为往复运动时，其平均速度为：10002rcnlv式中 nr 主运动每秒钟往复次数（str/s）； l 往复运动行程长度（mm）。 vc、f 、 ap 称之为切削用量三要素13f 对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。 显而易见 v vf=fn=fzzn mm/s或mm/min14ap车削和刨削加工： 背吃

5、刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间垂直距离，单位为mm。 外圆柱表面车削： ap=（dw-dm）/2 mm钻削加工： ap=dm/2 mm 上两式中 dm已加工表面直径（mm） dw待加工表面直径（mm）1516a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀图1-14 车刀的结构17前刀面前刀面 切屑流过的表面 后刀面后刀面 与过渡表面相对的刀具表面后刀面分为主后刀面与副后刀面切削刃切削刃 前刀面上直接进行切削的边锋主切削刃主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃指前刀面与副后刀面相交的锋边。刀尖 可以是主、副刀刃的实际交点，也可以是主、副刀刃连接起来的一段 刀刃它可以是圆弧，也可以是

6、直线18刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合图1-14-0 各种刀具切削部分的形状19（正交平面坐标系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃正交平面PoA1）基面 Pr ：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面 Ps基面 Pr图1-18 车刀正交平面坐标系2）切削平面 Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）正交平面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。20确定车刀角度的参考平面 vc2122车刀正交平面坐标系23ArA 向f图1-20 车刀的主要角度0000rrs0242526ArA 向f图1-20 车刀的主要

7、角度0000rrs02728ArA 向f图2-50 车刀的主要角度0000rrsr29rAA 向f图2-50 车刀的主要角度0000rrsr30a）b）c）图1-20-0 刃倾角对排屑方向的影响5）刃倾角s切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,s定为正值；反之位负。31刃倾角s32刃倾角s33刃倾角s34刃倾角s35外圆车刀的六个基本角度 36外圆车刀在正交平面参考系中的标注角度外圆车刀在正交平面参考系中的标注角度在正交平面参考在正交平面参考系中的标注角度系中的标注角度（1）主偏角）主偏角r（2）刃倾角）刃倾角s（3）前角）前角o（4）后角）后角o（5）副偏角）副偏角

8、r （6）副后角）副后角o37外圆车刀在正交平面参考系中的标注角度外圆车刀在正交平面参考系中的标注角度38刀具标注角度举例-139刀具标注角度举例-240刀具标注角度举例-341刀具标注角度举例-442 法平面Pn和法平面参考系 法平面Pn是通过切削刃 上选定点，垂直于切削刃的平面。 Pr-Ps-Pn组成法平面参考系 43 假定工作平面Pf和背平面Pp 及其组成的假定工作平面、 背平面参考系Pf是通过切削刃上选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。 Pp是通过切削刃上选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。 Pr-Pf-Pp组成一个假定工作平面、背平面参考系 44 刀具工作角度参考系刀具

9、工作角度参考系 参考系参考平面符号定义与说明工作正交平面参考系工作基面工作切削平面工作正交平面PrePsePoe合成切削运动方向的平面与S相切并Pre的平面Pre且Pse的平面工作法平面参考系工作基面工作切削平面工作法平面PrePsePne合成切削运动方向的平面与S相切并Pre的平面Pne = Pn工作平面、工作背平面参考系工作基面工作平面工作背平面PrePfePpe合成切削运动方向的平面包含合成切削运动方向且Pre的平面 Pre且Pfe的平面 45刀具安装对工作角度的影响图1-25 车刀安装高度对工作角度的影响re=r0e=0a） 0e0b） 0e0c） rer rer 46 式中角是主运动

10、方向与合成切削速度方向间的夹角。进给运动对工作角度的影响（图1-23）0e=0-0e=0+ 0PsPes图1-23 切断刀的工作角度fx00000eetanWfD47 （图1-24）tanfwfd 在进给剖面，有：将其换算到正交平面内得到：在正交平面内：oeooeotantansinsinfrrwfDO O图1-24 外圆车刀工作角度ffoeoedwooforACAO vf B C B f O dwf ffefef ffefe48由切削刃正在切削由切削刃正在切削的这一层金属叫作的这一层金属叫作切削层切削层。切削层的截面尺寸切削层的截面尺寸称为称为切削层参数。切削层参数。它决定了刀具切削它决定了

11、刀具切削部分所承受的负荷部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，和切屑尺寸的大小，通常在基面通常在基面Pr内度内度量。量。49切削层参数层公称层公称图1-28 切削层参数bDhD = ffdwDmapa）rhDbD = apb）c）rDfhsin切削层切削层公称横截面积面积 AD (切削面积切削面积) AD hD bD f ap50 没有副刃参加切削，且s = 0图1-32 直角、斜角自由切削与非自由切削a）直角切削）直角切削b）斜角切削）斜角切削c）非自由切削）非自由切削51a）直角切削）直角切削b）斜角切削）斜角切削c）非自由切削）非自由切削521）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）良好的

12、耐热性4）良好的工艺性5）经济性53图1-33 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金复合涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼 （PCBN）陶瓷聚晶金刚石（PCD）54天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性图1-34 刀具材料的耐磨性与断裂韧性55刀具材料种类很多，常用的有：工具钢（

13、包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢高速钢）高速钢高速钢硬质合金陶瓷金刚石（天然和人造）立方氮化硼碳素工具钢 合金工具钢 - 耐热性差 目前仅用于低速、手动工具56碳素工具钢和合金工具钢571.5 刀具材料 高速钢58球头铣刀59高速钢的应用60表1-2 常用高速钢牌号及其应用范围类别牌 号主 要 用 途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18 Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐

14、磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4 Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵 6162硬质合金焊接车刀63硬质合金机夹可转位刀具64 各种硬质合金的应用范围牌 号应 用 范 围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、

15、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和

16、精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度K类P类M类65讨论题1.用硬质合金刀具对碳素钢工件进行精加工时，应选择刀具材料的牌号为（ ）。 YT30 YT5 YG3 YG82.用硬质合金刀具对HT200工件进行精车时，应选择刀具材料的牌号为（ ）3.用硬质合金刀具粗刨40Cr工件上的平面时，应选择刀具材料的牌号为（ ）4.用硬质合金刀具粗车不锈钢1Cr18Ni9Ti工件时，应选择刀具材料的牌号为（ ）

17、5.用硬质合金刀具精铣铸造铝合金ZAlSi5Cu1Mg（旧代号ZL105）工件时，应选择刀具材料的牌号为（ ）66天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV 30004500，耐热性达1200，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加

18、工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。67聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合刀片PCD/P68聚晶金刚石焊接刀具单晶金刚石车刀6970硬质合金涂层机夹可转位刀片71硬质合金多涂层结构721.5 刀具材料 刀具材料种类 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮工具钢 W18Cr4V YG6 YT15 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100热稳定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 较高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0