第一章数控加工的切削基础

1、第一章数控加工的切削基础 1.1数控加工过程概述数控加工过程概述 1、根据零件加工图样进行工艺分析、确定加工方案、工艺参数和位移数据。 2、用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单。 3、程序的输入或传输。 4、将输入/传输到数控单元的加工程序进行试运行、刀具路径模拟等。 5、通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件加工。机床配件矿山钻头金属切削加工是通过工件与刀具之间的相对运动实现的金属切削加工是通过工件与刀具之间的相对运动实现的, ,而机械而机械加工中的相对运动是通过机床实现的。在加工中的相对运动是通过机床实现的。在机床上所具有的这种机床上所具有的这种相对运动相对运动称为称为切削运动切削运

2、动。 切削运动按其所起的作用可分为：切削运动按其所起的作用可分为：主运动主运动进给运动进给运动 1.2. 1.2.刀具几何角度及切削要素刀具几何角度及切削要素 1.2.1 1.2.1 切削运动和切削用量切削运动和切削用量1. 1.主运动主运动主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件实现切削的运动。主运动的特点工件实现切削的运动。主运动的特点速度最高速度最高，消耗的功率最大。，消耗的功率最大。2.2.进给运动进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相

3、对运动，进给运动将使待切除的金属层不断投入切削，从而完成运动，进给运动将使待切除的金属层不断投入切削，从而完成整个表面加工时的运动。整个表面加工时的运动。 主运动的运动形式可以是主运动的运动形式可以是旋转运动旋转运动，也可以是，也可以是直线运动直线运动；主运动可以由主运动可以由工件工件完成，也可以由完成，也可以由刀具刀具完成；完成；主运动和进给运动可以主运动和进给运动可以同时进行同时进行，也可以，也可以间歇进行间歇进行；主运动主运动通常通常只有一个只有一个，而，而进给运动进给运动的数目可以有的数目可以有一个或几个一个或几个，也可以没有也可以没有。切削运动切削运动常见的切削运动常见的切削运动3.

4、3.主运动和进给运动的合成主运动和进给运动的合成 当主运动和进给运动同当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某时进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动一点相对于工件的运动为合成运动，常用合成为合成运动，常用合成速度向量速度向量v ve e来表示，如来表示，如图所示。图所示。切削运动切削运动常见机床的切削运动常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床卧式车床工件旋转车刀纵向、横向移动钻床钻床钻头旋转钻头轴向移动铣床铣床铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动牛头刨床牛头刨床刨刀往复工件横向、垂直方向间隙移动外圆磨床外圆磨床砂轮旋转工件旋转、工件往复或砂轮横向移动平面磨床平面磨床砂轮旋转工件往复

5、移动，砂轮横向、垂直移动镗床镗床镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动龙门刨床龙门刨床工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动 切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它们分别是：们分别是： 已加工表面已加工表面 已经被切去多余金属层所已经被切去多余金属层所形成的新表面。形成的新表面。待加工表面待加工表面 即将被切去金属层的表面。即将

6、被切去金属层的表面。过渡表面过渡表面 正在被切削刃切削而形成正在被切削刃切削而形成的表面的表面, , 又称加工表面或又称加工表面或切削表面；切削表面；一、工件表面一、工件表面切削要素切削要素nf f已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面d dm m进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面已加工表面加工表面待加工表面主运动进给运动一、工件表面一、工件表面进给运动加工表面待加工表面待加工表面主运动已加工表面加工表面进给运动已加工表面主运动一、工件表面一、工件表面 切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。 切

7、削用量包括：切削用量包括：切削速度切削速度进给量进给量背吃刀量背吃刀量二、切削用量二、切削用量切削要素切削要素（1 1）切削速度）切削速度v vc c 在切削加工时，切削刃选定点相对于在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动工件主运动的瞬时速度的瞬时速度称为称为切削速度切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方主运动方向向相对移动的距离相对移动的距离, ,单位为单位为m/minm/min或或m/sm/s。主运动为主运动为旋转运动旋转运动时时, ,切削速度切削速度v vc c计算公式为计算公式为: :)/min/(1000smmndvc或式中式中d d工件

8、直径（工件直径（mmmm） n n工件或刀具每分工件或刀具每分( (秒秒) )钟转数钟转数(r/min(r/min或或r/s)r/s)二、切削用量二、切削用量主运动为主运动为往复运动往复运动时时, ,平均切削速度为：平均切削速度为：)/min/(10002smmnlvrc或式中式中l一往复运动行程长度一往复运动行程长度(mm)(mm) nr nr一主运动每分钟的往复次数一主运动每分钟的往复次数( (往复次数往复次数/min)/min)。（1 1）切削速度）切削速度v vc c 二、切削用量二、切削用量（2 2）进给量）进给量f f 或进给速度或进给速度进给量是在进给量是在主运动的一个循环内主运

9、动的一个循环内，刀具和工件之间沿，刀具和工件之间沿进给运动进给运动方向方向所移动的距离，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来所移动的距离，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。表述或度量。 车削车削时进给量的单位是时进给量的单位是mm/rmm/r，即工件每转一圈，即工件每转一圈, ,刀具沿刀具沿进给运动方向移动的距离。进给运动方向移动的距离。刨削刨削等主运动为往复直线运动等主运动为往复直线运动, ,其间歇进给的进给量为其间歇进给的进给量为mm/mm/双行程，即每个往复行程刀具与工件之间的相对横双行程，即每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离。向移动距离。二、切削用量二、切削用量

10、单位时间的进给量，称为单位时间的进给量，称为进给速度进给速度，车削车削时的进给速度时的进给速度v vf f 计算公式为计算公式为: :铣削铣削时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除mm/rmm/r外，还规外，还规定了每齿进给量，用定了每齿进给量，用azaz表示，单位是表示，单位是(mm/z)(mm/z)，vfvf、f f、azaz三三者之间的关系为：者之间的关系为：zanfnvff)/min/(smmmmfnvf或z z为多齿刀具的齿数为多齿刀具的齿数 （2 2）进给量）进给量f f或进给速度或进给速度二、切削用量二、切削用量（3 3）背吃刀量（切削深度）背吃

11、刀量（切削深度）a ap p 背吃刀量背吃刀量apap是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进给运动方向上的投影值。于进给运动方向上的投影值。 对于对于外圆车削外圆车削，背吃刀量，背吃刀量apap等于工件已加工表面和待等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离加工表面之间的垂直距离, ,单位为单位为mm mm 。即：。即：2mwpdda式中式中 dwdw待加工表面直径待加工表面直径 dmdm已加工表面直径已加工表面直径二、切削用量二、切削用量1.2.2 刀具切削部分的几何形状和角度刀具切削部分的几何形状和角度 在实际刀具上常见的刀尖结构有：在实

12、际刀具上常见的刀尖结构有： 2刀具的几何参数刀具的几何参数 2.1 确定刀具切削角度的参考平面确定刀具切削角度的参考平面 刀具要从工件上切下金属，就必须具备一定的切削刀具要从工件上切下金属，就必须具备一定的切削角度，这些角度决定了刀具切削部分各表面的空间角度，这些角度决定了刀具切削部分各表面的空间位置。位置。 如后图所示，图中标出宽刃刨刀的前角和后角，于如后图所示，图中标出宽刃刨刀的前角和后角，于是就确定了刨刀前刀面和后刀面的位置。但是刨刀是就确定了刨刀前刀面和后刀面的位置。但是刨刀的前角和后角需要在选定的参考平面作为坐标系的的前角和后角需要在选定的参考平面作为坐标系的基础之后才能表明其大小。

13、后图中所示的基面和切基础之后才能表明其大小。后图中所示的基面和切削平面就是选作坐标系的参考平面。削平面就是选作坐标系的参考平面。 由于大多数加工表面都不是平面，而是空间曲面，由于大多数加工表面都不是平面，而是空间曲面，不便于直接用来作为参考平面，因此，将构造刀具不便于直接用来作为参考平面，因此，将构造刀具角度坐标系的参考平面定义如下。角度坐标系的参考平面定义如下。 (1)基面基面pr 通过主切削刃上选定点，垂直于该点通过主切削刃上选定点，垂直于该点合成切削运动向量的平面。合成切削运动向量的平面。 (2)切削平面切削平面ps 通过主切削刃上选定点，与切削刃通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直

14、于基面的平面。也就是切削刃的切线与相切并垂直于基面的平面。也就是切削刃的切线与合成切削运动向量构成的平面。显然，切削刃上同合成切削运动向量构成的平面。显然，切削刃上同一点的基面与切削平面是互相垂直的。一点的基面与切削平面是互相垂直的。 应该指出，上述切削平面和基面的定义是在刀具与应该指出，上述切削平面和基面的定义是在刀具与工件的相对运动状态中给出的，是广义定义。根据工件的相对运动状态中给出的，是广义定义。根据上述定义分析刀具角度时，对于同一切削刃上的不上述定义分析刀具角度时，对于同一切削刃上的不同点，可能有不同的切削平面和基面，因而同一切同点，可能有不同的切削平面和基面，因而同一切削刃上各点切

15、削角度的数值也就不一定相等。削刃上各点切削角度的数值也就不一定相等。 2.2 刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系 刀具的标注角度是设计、制造和刃磨刀具所需要的刀具的标注角度是设计、制造和刃磨刀具所需要的角度。标注角度应在选定的参考平面所构成的坐标角度。标注角度应在选定的参考平面所构成的坐标系中确定，它与刀具工作时的切削角度不同，系中确定，它与刀具工作时的切削角度不同，标注标注角度的切削平面与基面的定义不考虑进给运动角度的切削平面与基面的定义不考虑进给运动，因，因而，这时的切削平面而，这时的切削平面ps只包含切削刃在其选定点的只包含切削刃在其选定点的切线和切削速度向量，基面切线和切削速度向

16、量，基面pr则是通过该点面垂直则是通过该点面垂直于切削速度向量的平面。除此之外，为了便于刃磨于切削速度向量的平面。除此之外，为了便于刃磨和检验刀具的标注角度，还应尽可能使刀具标注角和检验刀具的标注角度，还应尽可能使刀具标注角度的参考平面和刀具的刃磨检验基准面一致，所以度的参考平面和刀具的刃磨检验基准面一致，所以要根据不同刀具的情况，对刃磨检验时刀具的安装要根据不同刀具的情况，对刃磨检验时刀具的安装定位面做某些规定。定位面做某些规定。 实际上，除了由上述切削平面和基面组成的参考平实际上，除了由上述切削平面和基面组成的参考平面系以外，还需要选一个用来标注和测量刀具前、面系以外，还需要选一个用来标注

17、和测量刀具前、后角度的平面，即后角度的平面，即“测量平面测量平面”。图中标注刨刀角。图中标注刨刀角度的度的N-N平面就是测量平面。它是垂直于刨刀直线平面就是测量平面。它是垂直于刨刀直线切削刃的法剖面。通常，根据刃磨和测量的方便等切削刃的法剖面。通常，根据刃磨和测量的方便等需要，可以选用不同的平面作为测量平面。在切削需要，可以选用不同的平面作为测量平面。在切削刃上同一选定点测量其角度时，如果测量平面选得刃上同一选定点测量其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的大小也就不同。不同，刀具角度的大小也就不同。 为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀具

18、放在一个确定的参考系中，用一组确定的几何参具放在一个确定的参考系中，用一组确定的几何参数确切表达刀具表面和切削刃在空间的位置，该几数确切表达刀具表面和切削刃在空间的位置，该几何参数就是刀具的几何参数何参数就是刀具的几何参数。 测量平面、切削平面和基面组成了刀具标注角度参考测量平面、切削平面和基面组成了刀具标注角度参考系系。目前各国由于选用的测量平面不同，故所采用的。目前各国由于选用的测量平面不同，故所采用的刀具标注角度参考系也不完全统一。现以外圆车刀为刀具标注角度参考系也不完全统一。现以外圆车刀为例，说明几种不同的刀具标注角度参考系。例，说明几种不同的刀具标注角度参考系。 度量刀具几何参数的参

19、考系分两类。一类是刀具的静度量刀具几何参数的参考系分两类。一类是刀具的静止参考系，是用于定义刀具的设计、制造、刃磨和测止参考系，是用于定义刀具的设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，它不受刀具工作条件变化的量时几何参数的参考系，它不受刀具工作条件变化的影响，即只考虑主运动和进给运动的方向，不考虑进影响，即只考虑主运动和进给运动的方向，不考虑进给运动的大小，刀具的安装定位基准与主运动方向平给运动的大小，刀具的安装定位基准与主运动方向平行或垂直；另一类是刀具的工作参考系，即规定刀具行或垂直；另一类是刀具的工作参考系，即规定刀具切削加工时的几何参数的参考系，它与刀具安装情况、切削加工时的几何参数

20、的参考系，它与刀具安装情况、切削运动大小和方向等有关。切削运动大小和方向等有关。刀具的参考坐标面刀具的参考坐标面 刀具参考系由坐标平面和测量面组成，最基本的坐标刀具参考系由坐标平面和测量面组成，最基本的坐标平面有两个。平面有两个。 基面基面 pr：通过切削刃上选定点，垂直于切削运动方通过切削刃上选定点，垂直于切削运动方向的平面。向的平面。 切削平面切削平面 ps：通过切削刃上选定点，与切削刃相切通过切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面并垂直于基面的平面 。它包含切削速度方向，切于。它包含切削速度方向，切于工件上的过渡表面。工件上的过渡表面。 上述坐标面与不同的测量面组合就构成了不同的

21、标注上述坐标面与不同的测量面组合就构成了不同的标注参考系参考系。(1)正交平面参考系及标注几何参数正交平面参考系及标注几何参数 正交平面正交平面 po：通过切削刃上选定点并同时垂直于基通过切削刃上选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面，它是测量平面，如图所示。面和切削平面的平面，它是测量平面，如图所示。 正交平面参考系：由基面正交平面参考系：由基面 pr、切削平面、切削平面 ps和正交平和正交平面面 po构成的直角坐标系。构成的直角坐标系。 标注参考系内的标注角度 要确定外圆车刀切削要确定外圆车刀切削部分在正交平面参考部分在正交平面参考系中的结构，需要系中的结构，需要6个个基本角度基本角度 ：

22、 1)主偏角主偏角 kr 过主切削过主切削刃上选定点，在基面刃上选定点，在基面内测量的切削刃与进内测量的切削刃与进给运动方向间的夹角给运动方向间的夹角 2)副偏角副偏角 过副切过副切削刃上选定点，在基削刃上选定点，在基面内测量的副切削刃面内测量的副切削刃与进给运动方向间的与进给运动方向间的夹角。夹角。 rk3)前角前角 过主切削刃上选定过主切削刃上选定点，在正交平面内测量的前点，在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。前刀面与基面之间的夹角。前刀面与切削平面间的夹角为刀面与切削平面间的夹角为锐角时，前角为正值；夹角锐角时，前角为正值；夹角为钝角时，前角为负值为钝角时，前角为负值。 4)后角后

23、角 过主切削刃上选定过主切削刃上选定点，在正交平面中测量的主点，在正交平面中测量的主后刀面与切削平面之间的夹后刀面与切削平面之间的夹角。后刀面与基面的夹角为角。后刀面与基面的夹角为锐角时，后角为正值；夹角锐角时，后角为正值；夹角为钝角时，后角为负值为钝角时，后角为负值。005)刃倾角刃倾角 过主切削刀过主切削刀上选定点，在切削平上选定点，在切削平面中测量的主切削刃面中测量的主切削刃与基面间的夹角。当与基面间的夹角。当刀尖是主切削刃上最刀尖是主切削刃上最高点时，高点时， 为正值为正值，刀刀尖位于切削刃最低点尖位于切削刃最低点时，时， 为负值；主切削为负值；主切削刃与基面平行时，刃与基面平行时，

24、sss 0s 6)副后角副后角 过副切削刃上选定点在副正交平面内测过副切削刃上选定点在副正交平面内测量的副后刀面与副切削平面之间的夹角。量的副后刀面与副切削平面之间的夹角。 当主偏角和刃倾角确定后，主切削刃在空间的位置随当主偏角和刃倾角确定后，主切削刃在空间的位置随之确定。在正交平面内，前角和后角确定后，前刀面之确定。在正交平面内，前角和后角确定后，前刀面和主后刀面随之确定。副偏角和副后角确定，副后刀和主后刀面随之确定。副偏角和副后角确定，副后刀面就随之确定面就随之确定。这这6个基本角度确定了普通外圆车刀个基本角度确定了普通外圆车刀切削部分的几何形状。切削部分的几何形状。 前刀面和主后刀面之间

25、所夹角度为楔角前刀面和主后刀面之间所夹角度为楔角0，它由前角它由前角和后角派生而来：和后角派生而来：0= 90(0+0) 主切削刃和副切削刃所夹的角度为刀尖角主切削刃和副切削刃所夹的角度为刀尖角r ，它由主它由主偏角和副偏角派生而来：偏角和副偏角派生而来： 0rrrkk180车刀的组成车刀的组成确定车刀几何角度确定车刀几何角度的辅助平面的辅助平面车刀的主要标注角度车刀的主要标注角度 关于刀具角度的说明：关于刀具角度的说明：1)前角前角0 前角对切屑变形、切削力以及切削刃强度都前角对切屑变形、切削力以及切削刃强度都有很大的影响。有很大的影响。 较大的前角，可减少切屑的变形，使切削轻快，降低较大的

26、前角，可减少切屑的变形，使切削轻快，降低切削温度，减轻刀具磨损。但如前角过分加大，刀具切削温度，减轻刀具磨损。但如前角过分加大，刀具导热体积减小，切削部分强度下降，反而影响刀具的导热体积减小，切削部分强度下降，反而影响刀具的使用寿命。使用寿命。 一般加工韧性材料时，切屑变形较大，所以应取较大一般加工韧性材料时，切屑变形较大，所以应取较大的前角。反之，加工脆性材料时，应采用较小的前角。的前角。反之，加工脆性材料时，应采用较小的前角。通常硬质合金车刀的前角通常硬质合金车刀的前角0在在5 +25的范围内的范围内选取。选取。 2)后角后角0 合适的后角可减少工件与主后刀面的摩擦和主后刀合适的后角可减少

27、工件与主后刀面的摩擦和主后刀面的磨损。面的磨损。 但后角也不能取得过大，否则会削弱切削刃强度，但后角也不能取得过大，否则会削弱切削刃强度，减少导热体积。所以，正确地选择后角，对提高刀减少导热体积。所以，正确地选择后角，对提高刀具寿命也有很大意义。具寿命也有很大意义。 加工时，切削厚度愈小，后角就应愈大。因此，精加工时，切削厚度愈小，后角就应愈大。因此，精加工时，后角可以比粗加工时大些。硬质合金车刀加工时，后角可以比粗加工时大些。硬质合金车刀的后角一般为的后角一般为612。 3)主偏角主偏角kr 改变主偏角的大小可以在切削深度和进给量相同的改变主偏角的大小可以在切削深度和进给量相同的情况下改变切

28、削厚度和宽度，也就是改变切削刃参情况下改变切削厚度和宽度，也就是改变切削刃参加切削工作的长度。加切削工作的长度。 小的主偏角，可使主切削刃参加切削的长度加大，小的主偏角，可使主切削刃参加切削的长度加大，使刀刃单位长度上受力减小，而且散热情况好，刀使刀刃单位长度上受力减小，而且散热情况好，刀具较为耐用。但这样会使刀具作用在工件上的径向具较为耐用。但这样会使刀具作用在工件上的径向力加大，在加工细长工件时，容易引起工件变形和力加大，在加工细长工件时，容易引起工件变形和振动。振动。 通常主偏角通常主偏角kr为为3075。 4)副偏角副偏角 它可减少副后刀面和已加工表面的摩擦，但副偏角它可减少副后刀面和

29、已加工表面的摩擦，但副偏角 过大，又会影响表面光洁度。一般过大，又会影响表面光洁度。一般 角取角取510。 5)刃倾角刃倾角s 主要影响刀头的强度和排屑的方向。一般为主要影响刀头的强度和排屑的方向。一般为10+5，粗加工时为了增强切削刃强度常取负值，精，粗加工时为了增强切削刃强度常取负值，精加工时为了不使切屑划伤已加工面，常取正值或零加工时为了不使切屑划伤已加工面，常取正值或零度。度。 rkrkrks=0s s为负为负s s为正为正车刀主切削刃刃倾角车刀主切削刃刃倾角s s对排屑方向的影响对排屑方向的影响 上面分别介绍了车刀的主要角度，应当指出，车刀上面分别介绍了车刀的主要角度，应当指出，车刀

30、几何参数之间都是相互影响，相互依赖，相互制约几何参数之间都是相互影响，相互依赖，相互制约的。一个实际问题的解决，往往不是孤立地改变某的。一个实际问题的解决，往往不是孤立地改变某一参数就能办到的，应该把车刀几何参数看成一个一参数就能办到的，应该把车刀几何参数看成一个有机的整体，根据切削过程的具体条件，综合考虑。有机的整体，根据切削过程的具体条件，综合考虑。 如前角如前角0与后角与后角0都影响切削刃强度，影响刀具的都影响切削刃强度，影响刀具的散热体积，它们之间可以互相补偿。粗加工时，为散热体积，它们之间可以互相补偿。粗加工时，为了减轻刀具负荷，采用较大的前角，可适当减小后了减轻刀具负荷，采用较大的

31、前角，可适当减小后角，这时切削刃弧度不会明显削弱。反之，精加工角，这时切削刃弧度不会明显削弱。反之，精加工时为减少后刀面与加工表面间的摩擦，采用较大后时为减少后刀面与加工表面间的摩擦，采用较大后角，可适当减小前角。角，可适当减小前角。 在前角、主偏角、刃倾角之间，也有一定的辩证关系：在前角、主偏角、刃倾角之间，也有一定的辩证关系：采用负的刃倾角，小的主偏角，都能增加刀尖强度和采用负的刃倾角，小的主偏角，都能增加刀尖强度和耐用度。因此，在切削较硬的材料或有冲击作用存在耐用度。因此，在切削较硬的材料或有冲击作用存在时，采用较小的主偏角和负的刃倾角，而不必明显地时，采用较小的主偏角和负的刃倾角，而不

32、必明显地减小前角。加工精度、光洁度要求较高的细长轴时，减小前角。加工精度、光洁度要求较高的细长轴时，为了减少振动，须选用较大的主偏角，为避免擦伤已为了减少振动，须选用较大的主偏角，为避免擦伤已加工表面，须选用正的刃倾角，在这种情况下，前角加工表面，须选用正的刃倾角，在这种情况下，前角应相应地减小。应相应地减小。 (2)其他静止参考系其他静止参考系 除正交平面参考系外，有法平面参考系、假定工作平除正交平面参考系外，有法平面参考系、假定工作平面和背平面参考系。面和背平面参考系。 法平面法平面 pn ：过切削刃上选定点，垂直于切削刃在该过切削刃上选定点，垂直于切削刃在该点的切线的平面。点的切线的平面

33、。 假定工作平面假定工作平面 pf ：过切削刃上选定点，垂直于基面过切削刃上选定点，垂直于基面且平行于进给运动方向的平面。它平行或垂直于刀具且平行于进给运动方向的平面。它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线。或轴线。 背平面背平面 pp ：过切削刀上选定点、垂直于基面和假定过切削刀上选定点、垂直于基面和假定工作平面的平面工作平面的平面 。刀具的参考坐标面刀具的参考坐标面 在法平面参考系中，前角和后角在法平面在法平面参考系中，前角和后角在法平面 pn内测量；内测量；在假定工作平面和背平面参考系中，前角和后角在在假定工作

34、平面和背平面参考系中，前角和后角在假定工作平面假定工作平面 pf和背平面和背平面 pp中测量；而主偏角中测量；而主偏角 kr 和刃倾角和刃倾角s 在三种参考系中完全一样。在三种参考系中完全一样。 (3)工作参考系及几何参数工作参考系及几何参数 实际工作中，由于假定的工作条件发生了变化，使实际工作中，由于假定的工作条件发生了变化，使标注参考系中的各个坐标面和测量面的位置也随之标注参考系中的各个坐标面和测量面的位置也随之变化。因此，刀具切削加工时的实际几何参数就要变化。因此，刀具切削加工时的实际几何参数就要在工作参考系中测量。工作参考系也分为正交平面在工作参考系中测量。工作参考系也分为正交平面工作

35、参考系、法平面工作参考系及工作平面和背平工作参考系、法平面工作参考系及工作平面和背平面工作参考系等。面工作参考系等。 工作参考系中各坐标平面的定义与标注参考系相同，工作参考系中各坐标平面的定义与标注参考系相同，只需用合成切削运动方向取代主运动方向。它们是工只需用合成切削运动方向取代主运动方向。它们是工作基面作基面 pre 、工作切削平面工作切削平面 pse、工作正交平面工作正交平面 poe、工作法平面工作法平面 pne (pnepn)、工作平面工作平面 pfe、工作背平工作背平面面ppe等，如图所示。等，如图所示。 相应地，在工作状态下刀具的角度也改变了，称为工相应地，在工作状态下刀具的角度也

36、改变了，称为工作角度。考虑进给运动和刀具在机床上的实际安装位作角度。考虑进给运动和刀具在机床上的实际安装位置的影响，分别用置的影响，分别用 、 、 、 、 表表示，它们是切削过程中真正起作用的角度。示，它们是切削过程中真正起作用的角度。 rekrekseoeoe1)进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响 一般切削一般切削(如车外圆如车外圆)时，进给速度远小于切削速度，时，进给速度远小于切削速度，此时刀具工作角度近似等于标注角度。但在进给速度此时刀具工作角度近似等于标注角度。但在进给速度较大时，改变了合成切削运动方向，工作角度就有较较大时，改变了合成切削运动方向，工作角度就有较大改变。

37、大改变。 横向进给的影响：如后图所示。切断、切槽时，因为横向进给的影响：如后图所示。切断、切槽时，因为刀具相对于工件的运动轨迹为阿基米德螺旋线，则合刀具相对于工件的运动轨迹为阿基米德螺旋线，则合成切削运动力向是它的切线方向，与主运动方向夹角成切削运动力向是它的切线方向，与主运动方向夹角为为，刀具工作前、后角分别为：刀具工作前、后角分别为： 由上式看出，随着切削进行，切削刃越靠近工件中心，由上式看出，随着切削进行，切削刃越靠近工件中心，值越大，值越大， 越小，有时甚至达到负值，对加工有很越小，有时甚至达到负值，对加工有很大影响，不容忽视。大影响，不容忽视。 ooeooedfvvcftanoe进给

38、运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响 纵向进给的影响：车螺纹时，纵向进给的影响：车螺纹时，如图所示，合成运动方向与主如图所示，合成运动方向与主运动方向之间形成夹角运动方向之间形成夹角f ，刀刀具左侧刃工作前、后角分别为：具左侧刃工作前、后角分别为： 由上式看出，随着由上式看出，随着d的减小，的减小，左侧刀刃左侧刀刃 将增大，将增大， 将减小。右侧刃则相反将减小。右侧刃则相反 。 fffefffedfvvcfftanfefe2)刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装位置对工作角度的影响 刀尖安装高低的影响：如后图所示，刀尖安装高低的影响：如后图所示，s=0的外圆车的外圆车刀纵车外圆情况，刀

39、尖高于工件的中心线，工作基面刀纵车外圆情况，刀尖高于工件的中心线，工作基面与基面之间有夹角与基面之间有夹角。这时，车刀的工作角度的变化。这时，车刀的工作角度的变化为：为： 式中：式中：h刀尖高于工件中心线的数值，刀尖高于工件中心线的数值，mm； d切削刃上选定点处的工件直径，切削刃上选定点处的工件直径，mm。 可自行分析刀尖低于工件中心线时，工作角度变化情可自行分析刀尖低于工件中心线时，工作角度变化情况。况。 0oeooedho2sin刀具安装高低的影响刀具安装高低的影响 当刃倾角当刃倾角s0时，即使刀尖安装得与工件中心线等高，时，即使刀尖安装得与工件中心线等高，但切削刃上选定点都高于或低于工

40、件的中心线，刀具但切削刃上选定点都高于或低于工件的中心线，刀具的工作角度也会产生变化。的工作角度也会产生变化。 刀具安装轴线位置变化的影响：例如外圆车刀轴线与刀具安装轴线位置变化的影响：例如外圆车刀轴线与进给方向不垂直时，如后图所示，在基面内，刀具的进给方向不垂直时，如后图所示，在基面内，刀具的主偏角和副偏角的变化如下：主偏角和副偏角的变化如下： 式中：式中：刀具轴线的倾斜角度。刀具轴线的倾斜角度。 rrerrekkkk 刀具安装倾斜的影响刀具安装倾斜的影响思考题：思考题：标注图示切标注图示切断刀的角度。断刀的角度。1.2.4 1.2.4 切削层参数切削层参数 切削层是主运动在一个切削循环内，

41、刀具切削部分从工件上切削层是主运动在一个切削循环内，刀具切削部分从工件上切除的材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。切除的材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。 为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面中度量，切削层的形状和尺寸将直接影响刀具切削部中度量，切削层的形状和尺寸将直接影响刀具切削部分所承受的分所承受的负荷和切屑的尺寸大小负荷和切屑的尺寸大小。通常在。通常在基面基面PrPr内内度量。度量。 d dm md dw wf fn1 12 2f fa ap pKrKr如所示，车外圆时，当主、副切削刃为直线，且如所示，车外圆时

42、，当主、副切削刃为直线，且 s =0s =0，切削层就，切削层就是车刀由位置是车刀由位置移动到位置移动到位置即一个即一个f f距离，刀具正在切削的那层距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。hDf fapapbD r切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D 简称切削厚度，是垂直于切削简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。表面度量的切削层尺寸。 h hD D f fsinsinr r切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D 简称切削宽度，是沿切削表面简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。度量的切削层尺寸。 b bD

43、D a ap/sinp/sinr r切削层公称横截面积切削层公称横截面积ADADDDpDbhafA三、切削层参数三、切削层参数 bDfK ra pK rhDf待加工表面过渡表面已加工表面941.3.1切削过程中的变形一、切屑的形成一、切屑的形成金属切削过程是切削层金属在刀具前刀面的推挤下，金属切削过程是切削层金属在刀具前刀面的推挤下，发生以发生以剪切滑移剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程为主的塑性变形而形成切屑的过程。1.3 金属切削过程的基本理论及规律金属切削过程的基本理论及规律95二、切削时的三个变形区二、切削时的三个变形区剪切滑移剪切滑移变形变形与前刀面与前刀面挤压摩擦挤压摩擦已加工

44、表已加工表面变形面变形96三、第三、第I变形区的变形特点变形区的变形特点1. 金属的剪切滑移变形金属的剪切滑移变形始剪切线始剪切线终剪切线终剪切线97 o：切屑中晶粒被拉长呈纤维化。：切屑中晶粒被拉长呈纤维化。982. 的计算的计算主应力方向与极主应力方向与极值切应力方向之值切应力方向之间的夹角为间的夹角为450的的原理。原理。04 FnFsFf工件工件vco99四、第四、第II变形区的变形特点变形区的变形特点1. 金属的金属的变形变形100101（1）积屑瘤 l 切削时； l 形成积屑瘤的主要因素是和； l 当近切削刃处的压力和温度很低或很高时，均不易形成积屑瘤。1.3.2 积屑瘤与鳞刺积屑

45、瘤与鳞刺102103 积屑瘤对切削加工的影响积屑瘤对切削加工的影响l 稳定的积屑瘤可代替切削刃和前刀面进行切削，减少刀具的磨损；l 使实际前角增大，切屑变形减小，切削力降低；l 积屑瘤具有一定的高度，使切削厚度增大；l 积屑瘤的不断变化，使实际切削厚度不断变化，零件的表面粗糙度变化，表面质量下降；l 积屑瘤脱落时会剥离前刀面上的刀具材料，造成刀具磨损加剧。104切削切削45钢钢 避免产生积屑瘤的方法避免产生积屑瘤的方法采用冷却性和润滑性好的采用冷却性和润滑性好的切削液切削液。105（2） 鳞刺鳞刺l 中低速、大进给量、较小前角对塑性、韧性材料加工中；l 形成节状切屑或单元切屑时；l 形成具有积

46、屑瘤的带状切屑时。1.3.3 1.3.3 影响切屑变形的因素影响切屑变形的因素 1、工件材料 2、刀具前角 3、切削速度 4、切削厚度1061071.3.41.3.4 切削力及切削功率切削力及切削功率l 克服被加工材料弹性、塑性变形的抗力；l 克服切屑对刀具前面、过渡表面对后面和已加工表面对副后面的摩擦力与挤压力等。一、切削力的来源一、切削力的来源l l 弹性变形抗力和塑性变形抗力，在切削中的三个变形区弹性变形抗力和塑性变形抗力，在切削中的三个变形区中均存在，但以第一变形区中的抗力最大。中均存在，但以第一变形区中的抗力最大。108二、切削力和切削功率二、切削力和切削功率cossinPDrfDr

47、FFFF、l Fc：垂直于基面，与切削速度方向一致。l Fp：作用于基面内，与进给方向垂直。l Ff：作用于基面内，与进给方向平行。A222cpfFFFF1093() 10 kW1000wcccfn fPF vF310 kWcccPF vcEcPP ：单位时间内消耗在切削过程中的功。1101.3.5 1.3.5 切削热和切削温度切削热和切削温度一、切削热的来源和传散一、切削热的来源和传散l 切屑与前面，工件与后面之间的摩擦所产生的摩擦功摩擦功；l 弹性变形和塑性变形所消耗的变形功。111112二、切削温度的测定原理二、切削温度的测定原理1.1.研究和测量切削温度的目的研究和测量切削温度的目的l

48、 研究各种因素对切削温度的影响；l 校核切削温度理论计算的准确性；l 把测得的切削温度作为自适应控制自适应控制的输入信号。 切削温度切削温度是指切削区域（前刀面与切屑接触区）的平均温度。113人工人工热电偶热电偶法法2. 切削温度的测量方法切削温度的测量方法1140.350.450.20.30.080.1(140 170)(45cpvfa高速钢刀具切削钢）0.260.410.150.0532045cpvfa（硬质合金刀具切削钢）115三、切削温度的分布三、切削温度的分布l 刀屑面间温度最高；刀屑面间温度最高；l 前、后刀面的最高温度前、后刀面的最高温度都不在刀刃上；都不在刀刃上；l 切屑中的平

49、均温度较刀切屑中的平均温度较刀具、工件中的高。具、工件中的高。l 沿剪切面方向上各点温沿剪切面方向上各点温度几乎相同。度几乎相同。116四、影响切削温度的主要因素四、影响切削温度的主要因素1. 切削用量切削用量0.350.450.20.30.080.1(140 170)(45cpvfa高速钢刀具切削钢）0.260.410.150.0532045cpvfa（硬质合金刀具切削钢）cpvfaTTT117l 切削速度切削速度增加，切削变形小，切削力略有下降，切削温度降低。l 切削速度切削速度增加，切屑与前刀面的接触长度变长，接触时间变短，向切屑中传递的热量减少，散热条件差，摩擦加剧，切削温度提高很快。

50、118l进给量进给量增大，切削力增大，摩擦挤压加剧，切削温度增加； 切削厚度增加，切屑热容量增加，切屑带走热量增加。l背吃刀量背吃刀量增大，切削力增大，摩擦挤压加剧；切削宽度增大，切削刃参加的长度增加，显著改善了热量的传散。1192. 工件材料工件材料通过材料的硬度硬度、强度强度和热导率热导率来影响切削温度的。 b=0.589GPa HB=187 b=0.736GPa HB=229 b=1.452GPa HRC=44(418HB)120合金结构钢合金结构钢的强度普遍高于45 钢钢，而导热系数一般均低于45 钢。121(HT20)的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑性变形很小，切屑呈崩

51、碎状或脆性带状，与前刀面的摩擦也很小，产生的切削热较少。1223. 刀具几何参数刀具几何参数l前角增大，剪切角增大，切削变形小，切屑与前面的摩擦减小，切削温度降低。l前角过大，刀头体积减小，散热条件差，对降低切削温度产生 不利影响。123l主偏角减小，切削变形和摩擦增加，切削热增多；l主偏角减小后，刀头的体积增大，散热大为改善，切削温度总体呈现降低。124 l刀具磨损后，切削刃变钝，对刃区前方的挤压作用增大， 切削区的塑性变形增加；l磨损后的刀具后角变为零度，使工件与刀具的摩擦加大。 1.3.6刀具磨损和耐用度刀具磨损和耐用度 1后刀面磨损 一、刀具磨损形态和磨损机制一、刀具磨损形态和磨损机制

52、 1刀具磨损的形态刀具磨损的形态 （1）前刀面磨损（月）前刀面磨损（月牙洼磨损）牙洼磨损） （2） 后刀面后刀面磨损磨损 （3）边界磨损）边界磨损第三节数控刀具的失效形式及可靠性 由机械应力引起的出现在后刀面上的摩擦磨损。 由于刀具材料过软，刀具的后角偏小，加工过程中切削速度太高，进给量太小，造成后刀面磨损过量。 应该选择耐磨性高的刀具材料，同时降低切削速度，提高进给量，增大刀具后角。 2边界磨损 第三节数控刀具的失效形式及可靠性 主要原因是工件表面硬化、锯齿状切屑造成的摩擦，影响切屑的流向并导致崩刀。只有降低切削速度和进给速度，同时选择耐磨刀具材料并增大前角使切削刃锋利。第三节数控刀具的失效

53、形式及可靠性 3，前刀面磨损(月牙洼磨损) 前刀面磨损主要由切屑和工件材料的接触以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过软，加工过程中切削速度太高，进给量太大，也是前刀面磨损产生的原因。 前刀面磨损会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃强度。 主要采用降低切削速度和进给速度，同时选择涂层硬质合金材料，可以减少前刀面的磨损。 第三节数控刀具的失效形式及可靠性 4塑性变形 切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。刀具磨损、破损和使用寿命刀具磨损、破损和使用寿命(刀具耐用度刀具耐用度) 刀具磨损对产品质量、生产率及加工成本有直接刀具磨损对产品质量、生产率及加工成本有直接影响，也是切削加工中的重要问题之

54、一。影响，也是切削加工中的重要问题之一。刀具磨损的形式与原因刀具磨损的形式与原因 刀具正常磨损时，按其发生的部位分为三刀具正常磨损时，按其发生的部位分为三 种形式：种形式：4.1.1前刀面磨损前刀面磨损 (月牙洼磨损月牙洼磨损 用用KT表示表示)产生：加工塑性金属、切削速度较高、切削厚度较大时发生。产生：加工塑性金属、切削速度较高、切削厚度较大时发生。特点：切削温度最高、形成一个凹窝、有一条小棱边。特点：切削温度最高、形成一个凹窝、有一条小棱边。4.1.2后刀面磨损后刀面磨损 4.1.3前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损图图1 24 刀具磨损的形式刀具磨损的形式a)后刀面磨损后刀面磨损hd

55、0.5mmc)前、后刀面前、后刀面 同时磨损同时磨损0.1mm hd Q235 从切削力大小方面比较：45#Q235 特点：相对性 注：工件材料的切削加工性与加工密切相关，还应考虑刀具材料的性能171切削加工性的概念 切削加工性： 指工件材料切削成合格零件的难易程度 比较：Q235和45# 从加工表面质量方面比较：45#Q235 从切削力大小方面比较：45#Q235 特点：相对性 注：工件材料的切削加工性与加工密切相关，还应考虑刀具材料的性能172切削加工性的标志（衡量指标） 按加工质量来衡量材料的加工性表面质量表面粗糙度加工性残余应力加工性加工硬化程度加工性应用条件：精加工常以此作切削加工性

56、指标173 按刀具耐用度或一定耐用度T下的vT.常用v60 。（难加工材料可用v15或v30）T、v60加工性应用条件：常用指标，适用不同加工条件都从三方面理解保证T相同时，切削某种材料允许的速度，即vT保证相同切削条件下，刀具材料达到的T数值（min)保证相同切削条件下，保证刀具达到VB*时所切下金属体积的量(mm3/s)174 按单位切削力和切削温度相同条件下kcFPc加工性应用条件：粗加工、工艺系统刚性不足因切削温度数据不易得到，故此指标较少用175 按切屑处理性（断屑性能）排屑易处理性加工性断屑易处理性加工性卷屑易处理性加工性断屑性能要求高的工序如：深孔、盲孔、镗孔、钻削应用条件：自动

57、机床、自动生产线此外，可用切削路程Lm，金属切除率Zw 作为衡量指标176常用切削加工指标 vT: 当刀具耐用度为T（min , s )时，切削某种材料所允许的切削速度 vT 材料的加工性 实际中人们最关注：生产率，经济性K目前还没有一个理想的方法评价切削加工性177相对加工性Kv 以45#钢的v60为基准，记为（v60)j ,其它材料的v60与（v60)j 之比，叫相对加工性jvvvK)(6060工件材料切削加工性等级, 见P.27表1-3178影响工件材料切削加工性因素 工件材料物理力学性能的影响 工件材料化学成分的影响 工件材料金相组织的影响179一、物理力学性能因素 硬度 常温硬度 H

58、B F Pc VB Tv60 高温硬度 HB刀具硬度硬度比VBT v60 工件材料中硬质点 HB擦伤作用v60 加工硬化 硬化程度 VB v60180 强度（包括常温和高温） b FrPcVB v60 塑性硬度和强度相近时 v60 工业纯铁、纯铜硬度低，塑性很高，也很难加工（粘刀） 改善措施降低塑性 硬化（冷拔） 热处理181 韧性 k折断前吸收能量越难断屑v60 材料导热系数 kv60 k有色k中碳钢k合金钢k工具钢k不锈钢、耐热钢 切削紫铜时k=393；45#时k=50；1Cr18Ni9Ti时k=14 k与合金元素有关 Cr、Ni、Mo、Wk182化学成分因素 钢 含碳量 C%HB、bv6

59、0 C%、kv 60 合金元素 Cr、Ni、V、Mo、W、Mn硬度v60 Si、Al硬质点多v60 S、P、Se、Pbv60183 铸铁 Si、Al、Ni、Cu、Ti石墨化v60 Cr、V、Mn、Mo、Co、P、S石墨化v60 白口铁麻口铁灰口铁球铁184铸铁的相对加工性铸铁种类铸铁组织硬度HBS伸缩率%相对加工性Kv白口铁细粒珠光体+碳化铁600难切削麻口铁细粒珠光体+少量碳化铁2630.4珠光体灰铸铁珠光体+石墨2250.85灰铸铁粗珠光体+石墨+铁素体1901.0铁素体灰铸铁铁素体+石墨1003.0球墨铸铁（或可锻铸铁）石墨为球状26520.621540.920717.51.318020

60、1.8185金相组织因素 针状珠光体片状珠光体球状珠光体 马氏体索氏体回火马氏体186改善切削加工性的途径 调整化学成分，发展易切钢在钢中适当添加一些元素（S、Pb、Se 等），使刀具耐用度，切削力，容易断屑，加工表面质量安排合适的热处理工序187加工半轴188 坐标镗床主轴 要求:调质硬度HB240280,表面硬度HV9001100,氮化深0.5mm 选用切削加工性好的材料状态 冷拔低碳钢热轧低碳钢45#热轧钢锻件(坯件余量不匀,有硬皮)189难加工材料的切削加工性 难加工材料应用于： 高性能机械结构和机器、造船、航空、电站、石油化工、国防等 喷气发动机、原子能发电站、空间探索、海底探测、地