金属切削加工方法和设备选用整本书课件完整版电子教案(最新)

1、金属切削加工方法和设备选用绪 论 金属切削加工方法与设备选用的主要内容金属切削加工方法和设备的现状与发展前景本课程的性质、内容与要求0.10.20.3绪 论 制造是人类最主要的生产活动之一。它是指人类按照所需目的，运用主观掌握的知识和技能，通过手工或可以利用的客观的物质工具与设备，采用有效的方法，将原材料转化为有使用价值的物质产品并投放市场的全过程。机械制造业是制造业的最主要的组成部分 机械制造业是制造业的最主要的组成部分，它是为用户创造和提供机械产品的行业，包括了机械产品的开发、设计、制造生产、流通和售后服务全过程。绪 论 0.1 金属切削加工方法与设备选用的主要内容（1）在机械加工中，由机

2、床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一个实现某种加工方法的整体系统，这一系统称为机械加工工艺系统。工艺系统的构成是加工方法选择和加工工艺设计时必须考虑的问题。（2）金属切削过程的基本定义和刀具材料的性能及选用。要求学生理解刀具切削部分、切削运动的基本定义，特别是主剖面参考系中的3个参考平面和6个主要角度的基本定义,了解常用刀具材料的要求、类型和特点。（3）金属切削过程的基本规律及其应用。（4）零件典型表面的加工方法及相应金属切削机床及配件的使用与调整方法。 进入21世纪，金属切削加工设备将与其他高新技术更加紧密地结合，并不断朝着自动化、精密化、柔性化、集成化、智能化和清洁化的方向发展。0.2

3、金属切削加工方法和设备的现状与发展前景 （1）高速化技术 （2）精密化技术 （3）复合化技术 （4）智能化和信息化技术 主要介绍：机械产品的生产过程、金属切削过程及其基本规律、传统机械加工方法和传统机械加工设备的基本知识等。 特点：涉及面广，具有实践性强、综合性强和灵活性强三大特点。 通过课程的学习，要求学生以金属切削理论为基础，掌握金属切削的基本原理和基本知识，熟悉常用工艺装备，包括机床、刀具、夹具等，具有机械加工的基本知识，初步掌握能根据实际情况合理选择机械加工方法与机床、刀具、夹具及切削加工参数的能力，对机械加工方法有一个总体的了解和把握，为具备制订机械加工工艺规程的能力奠定基础。0.3

4、 本课程的性质、内容与要求Thank You!金属切削加工方法和设备选用单元一 机械制造过程与机械加工工艺系统 机械制造的生产组织机械加工设备刀具概述工件概述 1.11.21.31.4单元一 机械制造过程与机械加工工艺系统 知识要点1、介绍了机械制造过程和机械加工工艺系统的有关知识；2、零件的表面形成方法和机械加工运动、金属切削机床、刀具、夹具和工件的相关知识。技能目标1、通过本章的学习应了解机械制造过程和机械制造的生产组织、生产纲领等有关概念；2、了解生产类型及其特点；3、了解零件的表面形成方法和机械加工运动类型；4、熟悉金属切削机床的分类和型号编制、刀具的结构、几何参数及工件的相关知识。单

5、元一 机械制造过程与机械加工工艺系统 生产过程是把产品设计的技术信息转化为实际产品的核心环节，它对于市场定位的实现具有至关重要的影响。1.1 机械制造的生产组织 1.1.1 生产过程图1-1机械生产过程的构成序号内 容举 例1原材料的运输与保管2技术准备过程如产品的开发和设计、工艺规程的编制、专用工装设备的设计和制造、各种生产资料的准备和生产组织等方面的工作等3毛坯的制造如铸造、锻造、冲压、各种材料的棒料等 4零件的加工如机械加工、焊接、铆接和热处理等5产品的装配如部装、调试、总装等6产品的检验如各种尺寸和位置精度的要求等 在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能(包括物理性能、化学性

6、能、机械性能等)以及相对位置关系的过程，称为机械制造工艺过程，简称为工艺过程。 1.1 机械制造的生产组织 1) 机械加工工艺过程定义： 用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程，又称工艺路线或工艺流程。 2) 机器装配工艺过程定义：将合格的机器零件和外购件、标准件装配成组件、部件和机器的过程。 工艺过程可分为毛坯制造、机械加工、热处理和装配等工艺过程。 1.1 机械制造的生产组织 机器制造过程的构成 1概述 机器是由零件、组件、部件等组成的，因而一台机器的制造过程包含了从零、部件加工到整机装配的全过程。 1.1.2 制造过程1.1 机械

7、制造的生产组织 1.1 机械制造的生产组织 生产纲领 式中 Q产品的年产量； n单台产品中该零件的数量； 备品率，以百分数计； 备品率，以百分数计。1. 生产纲领 生产纲领是企业根据市场需求和自身的生产能力决定的，在计划生产期内应当生产的产量和进度计划。计划期为一年抵生产纲领为年产量。1.1.2 机械制造的生产组织1.1 机械制造的生产组织 1）单件生产2）成批生产 单个地生产不同结构尺寸的产品，且很少重复的生产。如重型机械、大型船舶制造、新产品试制等。 产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期性地轮换生产，大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。 如机床制造等。根据产品特征及批量大小又

8、分为：小批生产-其工艺过程的工艺特点和单件小批生产相似；大批生产-其工艺过程的特点和大量生产相似；中批生产-其工艺过程的特点则介于单件小批生产和大批大量生产之间。 2. 生产组织类型 生产组织类型是指产品生产的专业化程度，根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性，产品的制造可分为三种生产类型1.1 机械制造的生产组织 3、大量生产 产品品种固定，每种产品数量很大，大多数工作地点的加工的对象固定不变。如自行车、洗衣机、汽车等生产。生产类型零件的年生产纲领/件重型零件（30kg以上）中型零件（430kg）轻型零件（4kg以下）单件生产小于5小于20小于100小批量生产510020200100500

9、中批量生产1003002005005005000大批量生产30010005005000500050000大量生产大于1000大于5000大于500001.1 机械制造的生产组织 生产类型工艺特点单件小批生产中批生产大批量生产零件的互换性一般是配对制造，没有互换性，广泛采用钳工修配大部分有互换性，少数用钳工修配全部有互换性，精度高的配合件用分组装配法和调整法毛坯的制造方法及加工余量木模手工造型或自由锻。毛坯精度低，加工余量大部分采用金属模铸造或模锻。毛坯精度和加工余量中等广泛采用金属模机器造型、模锻及其他高效方法。毛坯精度高，加工余量小机床设备及其布置形式通用机床按机群式排列，部分采用数控机床或

10、加工中心部分通用机床和高效机床、数控机床、加工中心，按零件类别分工段排列广泛采用高效自动机床、专 用 机床、数控 机床，按自动线和流水线排列工艺装备及达到精度的方法通用夹具、标准附件、通用刀具和万能量具。靠划线和试切法达到精度要求专用及成组夹具、专用刀具及量具。主要使用调整法达到精度要求高效专用夹具、复合刀具、专用量具、自动检测装置。用调整法及自动控制达到精度要求对工人的要求需要技术熟练的工人需要一定技术水平的工人对操作工人的技术要求较低，对调整工人的技术水平要求较高工艺文件有简单的工艺过程卡，关键工序有工序卡有详细的工艺规程，关键零件有工序卡有详细的工艺规程和工序卡，关键工序有调整卡、检验卡

11、1.2 机械加工工艺系统 定义：在机械加工中，由机床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一个实现某种加工方法的整体系统，这一系统称为机械加工工艺系统。 对应于不同的加工方法有不同的机械加工工艺系统，如车削工艺系统、铣削工艺系统、磨削工艺系统等。1.2.1 机械加工工艺系统的构成 1.2.2 零件表面的成形和机械加工运动1、零件表面的成形1.2 机械加工工艺系统 这些表面都可以看成是由一条线为母线，以另一条线为轨迹（称导线）运动而形成 ，母线和导线统称为发生线。 形成平面、圆柱面和直线成形表面的母线和导线的作用可以互换，称为可逆表面。 形成螺纹面、圆环面、球面和圆锥面的母线和导线则不能互换，称为非

12、可逆表面 。1.2 机械加工工艺系统2.3 切削过程基本规律的应用形成发生线的方法:（1）轨迹法 发生线是形成工件表面的几何要素，是在金属切削机床运转时，由工件和刀具彼此间协调的相对运动和刀具切削刃的形状共同形成的 母线和导线都是刀具切削刃端点相对于工件的运动轨迹。1.2 机械加工工艺系统 （2）成形法 刀具的切削刃就是被加工表面的母线，导线是刀具切削刃相对于工件的运动形成的。1.2 机械加工工艺系统 切削刃各瞬时位置的包络线是齿形表面的母线，导线是由刀具沿齿长方向的运动形成的。（3）展成法1.2 机械加工工艺系统 采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工工件时，刀具自身的旋转运动形成圆形发生线，同时切削

13、刃相对于工件的运动形成其他发生线。（4）相切法1.2 机械加工工艺系统2.机械加工的运动（1） 表面成形运动 是保证得到工件要求的表面形状的运动。它是机床上最基本的运动，是机床上的刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。形成表面所需的成形运动实质上就是形成其母线和导线所需的成形运动总和1.2 机械加工工艺系统根据工件表面形状和成形方法的不同，成形运动有以下类型：简单成形运动：是独立的成形运动，由最基本的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。 复合成形运动：是由两个或两个以上简单运动（旋转运动或直线运动），按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。 1.

14、2 机械加工工艺系统例题:1.2 机械加工工艺系统 从保证金属切削过程的实现和连续进行的角度看，成形运动可分为：主运动和进给运动。主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动，称为主运动。主运动的速度最高，所以消耗的功率最大。进给运动：是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。注意：主运动可为刀具，也可为工件；主运动可是直线运动也可是旋转运动；切削过程中，主运动只有一个。 1.2 机械加工工艺系统 进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的；可以是刀

15、具也可以是工件。 1.2 机械加工工艺系统(2)辅助运动：实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。 空行程运动 刀架、工作台的快速接近和退出工件等， 可节省辅助时间。切入运动 为保证被加工面获得所需尺寸，刀具相 对于工件表面的深入运动。分度运动 使工件或刀具回转到所需要的角度，多用于加工若干个完全相同的沿圆周均匀分布的表面，也有在直线分度机上刻直尺时，工件相对刀具的直线分度运动。操纵及控制运动 包括变速、换向、启停及工件的 装夹等。1.2 机械加工工艺系统1.2.3 切削用量和切削层参数1.切削中工件的表面 加工中，随刀具与工件的相对运动，工件上切削层金属被切下而形成切削，同时原工件上表面

16、不断被形成的新表面所取代，运动中不断变化着的工件表面形成为已加工表面、待加工表面、过渡表面(1）待加工表面：工件上有待切除的表面。(2）过渡表面：刀具切削刃正在切除的表面。该表面在切削加工过程中不断变化，并且始终处于待加工表面和已加工表面之间。(3）已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面。1.2 机械加工工艺系统图1-7 切削过程中工件上的表面 1.2 机械加工工艺系统2.切削用量已加工表面是否合格切削运动的适量工件材料、工件结构、加工精度、刀具材料其它技术、经济要求切削运动的适量 围绕形成合格加工表面这一核心，所需的切削运动的大小即切削用量不同。 切削过程中，主运动速度、进给运动速度或进给

17、量、背吃刀量等切削要素称为切削用量。1.2 机械加工工艺系统（1）切削速度Vc: 指主运动的线速度，单位m/min（磨削为m/s）。当主运动为回转运动时，切削速度为回转体（刀具或工件）上某一点的线速度。 计算时取刀具（或工件）最外缘点的线速度，即最大切削速度。当主运动为直线运动时，切削速度为刀具相对于工件的直线运动速度。1.2 机械加工工艺系统进给量 f ：指在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。 mm/r或mm/行程。 、对于车外圆，f 为工件转一圈，刀具沿工件轴向移动的距离，mm/r； （2）进给速度Vf ：指刀具上选定

18、点相对于工件的瞬时进给速度，mm/min。 、主运动为直线往复旋转运动时，进给量 f 为每一往复行程，刀具相对工件沿进给方向移动的距离，mm/行程； 1.2 机械加工工艺系统每齿进给量 f z：对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进给量 f z，单位为mm/z或mm/齿。 刀具在一转或一次行程中，每个刀齿相对工件在进给方向上的位移量，mm/齿。进给速度、进给量、每齿进给量三者关系如下：1.2 机械加工工艺系统（3）背吃刀量ap ：指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，mm。主运动为旋转运动时，主运动为直线运动时，在实体材料上钻孔时， 1.2 机械加工工艺系统1.3.1 金属切削

19、机床 金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。 根据加工工艺方法的不同，机床可分为：金属切削机床、锻压机床、电加工机床、坐标测量机等。1.3 金属切削机床概述1.3.2 金属切削机床的构成及布局（1）支承及定位部分：用于安装和支承其他固定的或运动的部件，承受其重力和切削力。（2）运动部分：为加工过程提供所需的切削运动和进给运动（3）动力部分：为机床提供动力 (功率) 和运动的驱动部分。（4）控制部分：用于控制各工作部件的正常工作。1、机床的构成1.3 金属切削机床概述1.3 金属切削机床概述1.3 金属切削机床

20、概述3. 1.3 金属切削机床概述2、 机床的布局 机床的布局是指合理安排机床各组成部件的位置以及相对于被加工零件的位置。 考虑因素便于维护工作安全机床零部件调整更换和修理迅速易于排屑易于观察加工过程1.3 金属切削机床概述(1)刀具布置在被加工零件的前面或后面 (2)刀具布置在工件的侧面 所有主要部件沿轴向布局，宜制成框架结构。1.3 金属切削机床概述(3)刀具布置在工件的上方 便于观察工件和加工过程 (4)刀具相对于工件扇形布置，有几把刀从不同的方向同时加工一个零件 1.3 金属切削机床概述1.3.3 机床的分类和型号编制 按加工性质，所用刀具和机床的用途，机床可分为12类。（GB/T 1

21、5375-2008金属切削机床型号编制方法规定 ） 通用机床（普通机床）：加工范围广，可用于多种零件的不同工序。专门化机床（专能机床）：加工范围较窄，用于加工某一类（或几类）零件的某一道（或几道）特定工序。专用机床：用于加工某一种零件的某一道特定工序。1.通用机床分类方法：车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨床拉床电加工机床切断机床其它机床1）按通用程度分类：1.3 金属切削机床概述2）按照机床的工作精度，可分为普通精度机床，精密机床和高精度机床。3）按照重量和尺寸，可分为仪表机床，中型机床（一般机床），大型机床（质量大于10t），重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在10

22、0t以上）。4）按照机床主要器官的数目，可分为单轴，多轴，单刀，多刀机床等。5）按照自动化程度不同，可分为普通，半自动和自动机床。1.3 金属切削机床概述注：有“( )”的代号或数字，当无内容时，不表示，若有内容，则不带扩号； 有“”符号者，为大写的汉语拼音字母； 有“” 符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有之; 有“ ”符号的，为大写的汉语拼音字母、或阿拉伯数字，或两者兼有之2. 机床型号的编制方法 机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。GB/T15375-2008金属切削机床型号编制方法规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按

23、一定规律组合而成。 通用机床的型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。基本部分需统一管理，辅助部分纳入型号与否由生产厂家自定。（）（） （）（）/（ ）（- ）（）（） （）（）/（ ）（- ）企业代号其他特性代号重大改进顺序号主轴数或第二主参数主参数或设计顺序号系代号（主参数相同）组代号（每类机床分为10组）通用特性、结构特性代号类代号分类代号型号的构成如下：1.3 金属切削机床概述(1)机床的类代号机床的类别代号用大写的汉语拼音字母表示。若每类有分类，在类别代号前用数字表示，作为型号的首位，但第一分类不予表示。 （）（） （）（）/（ ）（- ）1.3 金属切削机床概述

24、（2）机床的通用特性和结构特性代号 机床的特性代号也用汉语拼音表示，代表机床具有的特别性能，包括通用特性和结构特性两种，书写于类别代号之后。1）通用特性代号2）结构特性代号 对于主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音字母区分。当有通用特性代号时，结构特性代号应排在通用特性代号之后，凡通用特性代号已用的字母和“I”、“O”均不能作为结构特性代号。（）（） （）（）/（ ）（- ）1.3 金属切削机床概述（3）机床的组、系别代号 机床的组别和系别代号分别用一个数字表示。每类机床分为十个组，用数字09表示。每组又分为若干个系。（）（） （）（）/（ ）（- ）（4）主参数、主轴数和第二主参数

25、（表1-6） 机床主参数代表机床规格大小，用折算值（一般为主参数实际数值的1/10或1/100）表示，位于系别代号之后。第二主参数一般指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作面长度等。第二主参数一般折算成两位数为宜。（5）机床的重大改进顺序号 当机床的结构、性能有更高的要求，需按新产品重新设计、试制和鉴定时，按改进的先后顺序选用A、B、C等汉语拼音字母加在基本部分的尾部,以区别于原机床型号。（）（） （）（）/（ ）（- ）1.3 金属切削机床概述（）（） （）（）/（ ）（- ） 企业代号包括机床生产厂及机床研究所单位代号，置于辅助部分尾部，用“”分开，若辅助部分仅有企业代号，则可不加“

26、”。（6）其它特性代号与企业代号 其它特性代号主要用以反映各类机床的特性。一般应放在其它特性代号之首位。 其它特性代号可用汉语拼音字母表示，也可用阿拉伯数字表示，还可用两者组合表示。1.3 金属切削机床概述通用机床的型号编制举例： C A 6 1 40 （CA6140型卧式车床）重大改进顺序号(第一次重大改进)主参数(最大磨削直径320mm)系别代号(万能外圆磨床系组别代号(外圆磨床组)通用特性(高精度)类别代号(磨床类)M G 1 4 32 A（MG1432A型高精度万能外圆磨床）类别代号（车床）结构特性代号（结构不同）组别代号（落地及卧式车床组）系别代号（卧式车床系）主参数（最大车削直径4

27、00mm）（）（） （）（）/（ ）（- ）1.3 金属切削机床概述1.3.4 机床的传动系统和传动原理1. 机床传动的组成包括： 主运动传动系统和进给运动传动系统 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须有运动源、执行件和传动装置三个基本部分。1.3 金属切削机床概述2. 把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系列传动件，构成了一个传动联系，称其为传动链。按传动链的性质不同可分为：外联系传动链 “联系动力源和机床执行件的传动链”。它使执行件获得一定的速度和运动方向，其传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状和精度。 因此，外联系传动链中可以有摩擦传动等传动比不准确的传

28、动副。传动链两端的元件称为首、末端件，它可以是动力源或执行件。1.3 金属切削机床概述 “联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链”。它决定着加工表面的形状和精度，两个末端件之间的相对速度或相对位移必须有严格的比例关系。内联系传动链 因此，内联系传动链的传动比必须准确，车削螺纹时，保证主轴和刀架之间的严格运动关系的传动链就是内联系传动链。传动链中通常包括两类传动机构a.定比传动机构 b. 换置机构 根据加工要求可变换传动比和传动方向的传动机构。 3.传动原理图 为了便于研究机床的传动原理, 用一些简明的符号把动力源、执行件之间的传动联系表示出来的示意图。 并不表达实际传动机构的种类和数量传动

29、原理图中假想线代表传动链所有的定比传动机构，菱形块代表所有的换置机构。1.3 金属切削机床概述通过分析传动原理图，可以知道： （1）机床有哪些传动链 （2）传动链的联系情况 （3）正确计划调整置换机构传动比 （工艺要求） （4）计算加工过程的运动参数1.3 金属切削机床概述1.4 刀具概述1.4.1 刀具的类型 由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。 切刀类一般多为只有一条主切削刃的单刃刀具孔加工刀具 铣刀多刃回转刀具 拉刀 加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具 螺纹刀具 加工内外螺纹表面的刀具齿轮刀具 用于加工齿轮齿形的刀具，

30、分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具 磨具类表面精加工和超精加工的刀具组合刀具可同时加工或依次加工多表面的刀具a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀车刀的结构1.4 刀具概述1.4.2 刀具的结构和几何参数 由工作部分和非工作部分构成。 车刀的工作部分比较简单，只由切削部分构成，非工作部分就是车刀的柄部(或刀杆)。 不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参数。1.4 刀具概述三面 前刀面A 后刀面A 副后刀面A 两刃 主切削刃 S 副切削刃 S一尖 过渡刃1. 刀具切削部分的组成：1.4 刀具概述（1)前刀面A 切屑流过的

31、刀面。1.刀 面（2)主后刀面A 与工件正在被切削加工的表面（过渡 表面）相对的刀面。 （3)副后刀面A 与工件已切削加工的表面相对的刀面。 2.刀刃（1）主切削刃S 前面与主后面在空间的交线。（2）副切削刃S 前面与副后面在空间的交线。 3刀尖 三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。 在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。图1-11刀尖的类型1.4 刀具概述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（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考系

32、;参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作参考系两类。2刀具的几何参数1.4 刀具概述 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。1刀具静止参考系在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。 静止参考系中最常用的刀具标注角度参考系是正交平面参考系,其它参考系有法平面参考系、假定工作平面参考系等。 1.4 刀具概述（1）正交平面参考系基面pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。 正交平面参考系由基面、切削平面和正交平面三个相互垂直的坐标平面组成1.4 刀具概述切削平面ps 通过切削刃上选定点，垂直于基面并

33、与主切削刃相切的平面。 正交平面参考系由基面、切削平面和正交平面三个相互垂直的坐标平面组成1.4 刀具概述正交平面po 通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。 正交平面参考系由基面、切削平面和正交平面三个相互垂直的坐标平面组成1.4 刀具概述正交平面参考系1.4 刀具概述正交平面中测量的刀具角度1)前角O 前面与基面之间的夹角。2)后角o 后面与切削平面之间的夹角。3)楔角o 前面与后面之间的夹角，它是个派生角。 它与前角、后角有如下的关系： o90(Oo)基面中测量的刀具角度1）主偏角r 主切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf 方向之间的夹角。2）副偏角r 副切削刃在基面上的

34、投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。3）刀尖角r 主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。 r=180-(r r)主偏角与负偏角的大小介于090之间切削平面中测量的刀具角度1）刃倾角s 主切削刃与基面之间的夹角。它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。当主切削刃与基面平行时s=0；当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时s 0；反之s 0。 说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。刀尖处于切削刃最高点时刃倾角为正刀尖处于切削刃最低点时刃倾角为负切削刃与基面相重合时刃倾角为零1.4 刀具概述副正交平面中测量

35、的6.副后角O 副正交平面中测量的副后刀面与副切削平面之间的夹角称为副后角。1.4 刀具概述在正交平面参考系中的标注角度（5）副偏角r （6）副后角o 派生角度：楔角o、刀尖角rr（1）主偏角r（4）后角o（2）刃倾角s（3）前角o (2)工作参考系及几何参数 刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。 工作参考系也分为正交平面工作参考系、法平面工作参考系及工作平面和背平面工作参考系等 。1刀具工作参考系的建立 与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相似，不同点就在于它以合成切削运动e或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面pre。 由于工作基面的变化，将带来工作切削平面pse的变化，

36、从而导致工作前角oe、工作后角oe 的变化。1.4 刀具概述刀具工作参考系的组成（1）工作基面pre 通过切削刃上的考查点，垂直于合成切削运动速度方向的平面。（2）工作切削平面pse 通过切削刃上的考查点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。（3）工作正交平面poe 通过切削刃上的考查点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。Pr基面：是指通过切削刃上选定的点，垂直于切削运动方向的平面。Ps切削平面：是指通过切削刃上选定的点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。1.4 刀具概述图1-15 假定工作平面、背平面参考系图1-16 假定工作平面、背平面参考系的静止角度2刀具工作角度的分析 在工作正交平

37、面参考系中，一般考核刀具工作角度(oe 、oe 、re、re、oe 、se)的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况。 在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。1.4 刀具概述刀具的工作角度1）进给运动对刀具工作角度的影响横向进给运动的影响 oe=o oe=o tanf /d当进给量f一定时，随 d 值值，接近中心oe为负值。 当 f值横车时 f 不宜过大，并应适当加大o图1-17 横向进给运动对工作角度的影响纵向进给运动的影响f 或d时，f车右螺纹时左侧刃图1-18 纵向进给运动对工作角度的影响

38、 2）刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装高低的影响假定车刀s0,刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反图1-19刀具安装高低对工作角度的影响刀柄安装偏斜对工作角度的影响图1-20 刀具安装倾斜对工作角度的影响1.4 刀具概述1.4.3 刀具材料 刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数。1.刀具材料必须具备的性能 1. 高的硬度和耐磨性 常温硬度HRC60以上，耐磨性是硬度、组织结构及化 学性能等的综合反映。 2. 足够的强度和冲击韧性3. 高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等4.导热性和耐热冲击性 以便切削时产生的热量能迅速散走；为适应断

39、续切削时瞬间反复的热冲击力形成的热应力和机械冲击形成的机械应力1.4 刀具概述6.化学稳定性 指在高温下，刀具材料不易与周围介质发生化学反应。 7. 良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等8. 经济性1.刀具材料必须具备的性能5.抗粘接性 防止工件与刀具材料分子间在高温高压下互相吸附产生粘接。1.4 刀具概述2. 常用刀具材料工具钢硬质合金高速钢超硬刀具材料1.4 刀具概述（1）高速钢它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。按用途可分为：通用高速钢和高性能高速钢。按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末冶金高速 钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。 1.4

40、刀具概述（1）通用高速钢（含碳量0.70.9%，6565.5 HRC） 钨系高速钢 W18Cr4V W14Cr4MnRE 钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2 高温塑性好 主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.（2）高性能高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等6769HRC）W6Mo5Cr4V3 W6Mo5Cr4V2Co8 W6Mo5Cr4V2Al W10Mo4Cr4V3Al 主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min.粉末冶金化，表面处理及涂层等性能：有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀

41、、齿轮刀具等的主要材料。1.4 刀具概述（3）粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸（滚刀、插齿刀）刀具、复杂成形刀具、拉刀等。1.4 刀具概述表 常用高速钢的化学成分、性能和用途1.4 刀具概述硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。硬质合金刀具常温硬度为8993HRA，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好

42、，耐热性达8001000C。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高410倍 。 （2）硬质合金1.4 刀具概述常用硬质合金的牌号及其性能 （1）钨钴类硬质合金 代号为YG，属K类。合金中含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。YG（K）类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。 （2）钨钛钴类硬质合金 代号为YT，属P类。它以WC为基体, 添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于切削切屑一般呈带状的普通碳素钢及合金钢

43、等塑性材料。1.4 刀具概述 （3）钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为YW，属M类。它在YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等。它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。1.4 刀具概述（3）新型刀具材料TiC涂层 硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。TiN涂层 在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。 在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al203

44、及其复合材料等, 涂层厚度随刀具材料不同而异。1）涂层刀具1.4 刀具概述TiCTiN复合涂层 第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂TiN,减少表面层与工件间的摩擦。TiC-Al203复合涂层 第一层涂TiC, 与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。 目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。1.4 刀具概述（2）陶瓷刀具材料 以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。其优点是硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力

45、小、抗粘结和抗扩散能力强；其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。1.4 刀具概述1）金刚石（4）超硬刀具材料 已知的最硬材料，其硬度极高，接近于10000HV（硬质合金仅为 1300 1800HV）金刚石分天然和人造两种金刚石刀具既能对陶瓷、高硅铝合金、硬质合金等高硬度耐磨材料进行切削加工，又能切削其他有色金属及其合金，使用寿命极高，但不宜加工铁族材料1.4 刀具概述2）立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一种人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转化而成。它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，

46、与铁系金属在1300时不易起化学反应，导热性好，摩擦系数低。因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。1.4 刀具概述 应当指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速钢及硬质合金，只有在加工难加工材料时，才考虑选用新牌号合金或高性能高速钢，在加工高硬度材料或精密加工时，才考虑选用超硬材料。 1.4 刀具概述Thank You!金属切削加工方法和设备选用单元二 金属切削过程 金属切削过程切削过程基本规律切削过程基本规律的应用 2.12.22.3 单元二 金属切削过程 知识要点1、金属切削的过程；2、切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损及耐用度等对金属切削过程的影响规律；3、金属切削过

47、程基本规律的应用。技能目标1、掌握金属切削过程及其基本规律；2、掌握金属切削过程基本规律的应用；3、初步掌握根据机床、刀具、夹具等实际条件查阅相关手册确定各种切削加工参数的方法；4、了解金属加工过程中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损、积屑瘤、鳞刺等。单元二 金属切削过程 1. 金属切削过程的基本运动2.1金属切削过程 2.1.1金属切削过程的基本概念2.切削层及相关参数一个是主运动；另一个是进给运动 切削层是指由切削部分的一个单动作（或指切削部分走过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。 图2-1 切削层参数2.1金属切削过程 （1）切削层公称厚度（2）切

48、削层公称宽度 （3）切削层公称横截面积2.1金属切削过程 2.1.2切削过程图2-2 塑性金属材料的剪切破坏2.1金属切削过程 图2-3金属切削过程中滑移线与流线 图2-4第一变形区金属滑移 1. 金属切削过程的变形2.1金属切削过程 （1）第一变形区 切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成，这一过程区域称为第一变形区。（2）第二变形区 产生塑性变形的金属切削层材料经过第一变形区后沿刀具前刀面流出，在靠近前刀面处形成第二变形区。 （3）第三变形区 金属切削层在已加工表面受刀具刀刃钝圆部分的挤压与摩擦而产生塑性变形部分的区域。 2.1金属切削过程 图2-5刀具的切削完成过程2.1金属切削过程

49、 2积屑瘤的形成及对加工影响 积屑瘤是在切削塑性金属材料时，由被加工工件的材料在前刀面上近切削刃处堆积形成的楔块，它是由切屑在前刀面上粘结摩擦形成的. 图2-6积屑瘤2.1金属切削过程 积屑瘤硬度很高，是工件材料硬度的23倍，能同刀具一样对金属进行切削。它对金属切削过程会产生如下影响。（1）实际刀具前角增大刀具前角增大可减小切削力，对切削过程有积极的作用。而且，切削瘤的高度Hb 越大，实际刀具前角也越大，切削更容易。 （2）实际切削厚度增大 （3）加工后表面粗糙度增大 （4）切削刀具的耐用度降低 2.1金属切削过程 【例2-1】某工厂车工师傅在粗加工一件零件时，他采用了在刀具上产生积屑瘤的加工

50、方法，而在精加工时，他又努力避免积屑瘤的产生，请问这是为什么？在防止积屑瘤方面，你认为能用哪些方法。2.1金属切削过程 首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。调整刀具角度，增大前角，从而减小切屑对刀具前刀面的压力。低切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面温度降低，避免粘结现象的发生。或采用较高的切削速度，增加切削温度，因为温度高到一定程度，积屑瘤也不会发生。更换切削液，采用润滑性能更好的切削液，减少切削摩擦。2.1金属切削过程 3鳞刺现象 金属材料在切削过程中，在较低的切削速度下，用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金属材料时，在车、刨

51、、插、钻、拉、滚齿、车螺纹、铰螺纹、板牙等加工工序中，都可能出现鳞刺。 2.1金属切削过程 图2-7 鳞刺形成过程各阶段示意图2.1金属切削过程 图2-8 积屑瘤对鳞刺的影响示意图2.1金属切削过程 2刀具几何参数的影响 (1)前角的影响 前角直接影响剪切角。前角增大，剪切角也增大，变形减小；前角还通过摩擦角影响剪切角。 (2)刀尖圆弧半径的影响 当刀尖圆弧半径增大时，切削刃上参加切削的曲线刃的长度增加，使平均切削厚度减小，变形增大；另外，由于圆弧切削刃上各点的切屑流出方向不同，相互干涉也增大了切屑的附加变形，使切削变形增大。 2.1金属切削过程 2.1.3影响切削变形的因素 1工件材料 工件

52、材料的硬度、强度越高，切屑与刀具之间的平均摩擦系数就越小，所以切削变形系数就减小；另一方面，材料的性能也会通过对积屑瘤的影响而影响切削变形，塑性大的材料在切削时易于产生积屑瘤，从而增大了刀具的实际工作前角，减小了切削变形。 2.1金属切削过程 2刀具几何参数的影响 (1)前角的影响 (2)刀尖圆弧半径的影响 3切削用量的影响(1)切削速度的影响 (2）进给量的影响 进给量的增大，使切削厚度增大，摩擦系数减小，剪切角增大，从而使切削变形系数减小。2.1金属切削过程 图2-9 切削速度对切削变形的影响 2.1金属切削过程 2.2 切削过程基本规律 2.2.1 切削力 1切削合力和分力 主切削力 吃

53、刀抗力 进给抗力 2.2 切削过程基本规律 主切削力 吃刀抗力 进给抗力 2.2 切削过程基本规律 2. 单位切削力 3. 切削功率和单位切削功率 2.2 切削过程基本规律 4. 影响切削力的因素 (1)工件材料 (2)切削用量 图2-11 切削速度对切削力的影响2.2 切削过程基本规律 (3)刀具几何参数 图2-12 前角对切削力的影响图2-13主偏角对切削力的影响图2-14刃倾角对切削力的影响2.2 切削过程基本规律 2.2 切削过程基本规律 2.2.2切削热与切削温度1、切削热图 2-15切削热的来源和传散2.2 切削过程基本规律 2.切削温度 切削温度一般指切屑与前刀面接触区域的平均温

54、度，是切削热在工件与刀具上作用的结果，切削温度的高低，决定于切削热产生的多少和传散的快慢。 2.2 切削过程基本规律 图2-16 前刀面上的温度分布2.2 切削过程基本规律 3. 影响切削温度的因素(1)切削用量 (2)刀具几何参数2-18主偏角对切削温度的影响图2-17 前角对切削温度的影响图2.2 切削过程基本规律 (3)工件材料 工件材料是通过强度、硬度和导热系数等性能对切削温度产生影响的。材料的强度、硬度高，切削时所耗功率就多，产生的切削热也多，温度就越高。 2.2 切削过程基本规律 2.2.3 刀具磨损和耐用度1. 刀具磨损的形式 （1）前刀面磨损（2）后刀面磨损（3）前、后刀面同时

55、磨损 2.2 切削过程基本规律 图2-19刀具正常磨损形式2.2 切削过程基本规律 2.刀具磨损的原因（1）磨粒磨损（2）粘结磨损（3）扩散磨损（4）相变磨损（5）氧化磨损 3. 刀具破损原因 刀具破损主要由于机械冲击力作用或受热后内应力作用造成。2.2 切削过程基本规律 4. 磨损过程和磨钝标准 （l）磨损过程 图2-20刀具磨损过程1）初期磨损阶段（I段） 2）正常磨损阶段（II段） 3 ）急剧磨损阶段（III段） 2.2 切削过程基本规律 （2）磨钝标准 所谓磨钝标准就是规定的刀具后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值VB。这是衡量刀具是否应该刃磨或更换刀刃的标准。 5. 刀具耐

56、用度 刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达磨钝标准为止的切削工作时间，称为刀具耐用度，以T表示。这是确定换刀时间的重要依据。 2.2 切削过程基本规律 6. 影响刀具耐用度的因素 切削温度直接决定刀具的耐用度，所以影响切削温度的因素都对耐用度有影响。 刀具材料是影响刀具耐用度的主要因素，其高温硬度越高，越耐磨，耐用度也越高。改善材料的切削性能，使用新型刀具材料，能使刀具耐用度成倍提高。 2.3 切削过程基本规律的应用2.3.1切屑的控制1.切屑的种类图2-21切屑的种类2.3 切削过程基本规律的应用2. 切屑的流向、卷曲图2-22切屑的流向2.3 切削过程基本规律的应用图2-23 图2-23

57、对切屑流向的影响2.3 切削过程基本规律的应用3. 影响断屑的因素 （l）卷屑槽的尺寸参数 图2-24卷屑槽形2.3 切削过程基本规律的应用（2）刀具角度 刃倾角是控制切屑流向的参数。刃倾角为负值时，切屑流向已加工表面或加工表面；刃倾角为正值时，切屑流向待加工表面或背离工件。（3）切削用量 生产中，应综合考虑各方面因素，根据加工材料和已选定的刀具角度和切削用量，选定合理的卷屑槽结构和参数。2.3 切削过程基本规律的应用表2-1材料的相对加工性等级加工性等级名称及品种Kr代表性材料1很容易切削材料一般有色金属3.0铜铅合金、铝铜合金、铝镁合金2容易切削材料易切削钢3.0退火15Cr、自动机钢3较

58、易切削钢2.5正火30钢4普通材料一般钢及铸铁1.645钢、灰铸铁5稍难切削材料1.02Cr13调质、45钢6难切削材料较难切削材料0.6540Cr调质、65Mn调质7难削材料0.550Cr调质、1Cr18Ni9Ti、钛合金8很难切削材料45ms时称为高速磨削。（2）径向进给运动(即磨削时的切深运动)：工作台每双(单)行程内工件相对砂轮的径向移动的距离(砂轮切入工件的深度)。径向进给量(磨削深度)磨削速度：主运动的线速度(即砂轮外圆的线速度) 。 一般情况下，(0.0050.02)dstr。单位为mmd str 3.3 外圆表面的磨削加工及设备轴向进给量：（3）轴向进给运动：工件相对砂轮沿轴向

59、的进给运动。指工件旋转一周，砂轮沿其轴向移动的距离，单位为mmr。 内、外圆磨时为工件的旋转运动，平面磨时为工作台的直线往复运动。 （4）工件运动：单位为ms 一般取（0.30.6）B(mmr)，B为砂轮宽度；粗加工取大值，精加工取小值。3.3 外圆表面的磨削加工及设备3.3.3砂轮 砂轮是用各种类型的结合剂把磨料粘合起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有很多气孔，用磨粒进行切削的磨削工具。 是磨具中用量最大、使用面最广的一种，使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨和精磨以及开槽和切断等。3.3 外圆表面的磨削加工及设备1.砂轮特性及选用 磨料应

60、具备很高的硬度，一定的强韧性以及一定的耐热性及热稳定性。 （1）磨料(2）粒度 砂轮越粗效率越高，但加工表面质量差。粗加工和磨软材料时选粗砂轮，精加工及磨硬材料时选细砂轮。(3）结合剂 结合剂起粘结磨粒的作用，它的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性和耐热性，同时对磨削温度，磨削表面质量也有一定的影响。 3.3 外圆表面的磨削加工及设备 砂轮硬度指在磨削力作用下磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。磨粒粘结牢固，砂粒不易脱落砂轮则硬，反之则软。 加工硬材料用软砂轮，加工软材料用硬砂轮。(5）组织：磨料、结合剂与气孔的比例 加工软材料用疏松的砂轮（防止砂轮堵塞）砂轮形状、代号及用途 GB 80 ZR