金属切削加工基础培训资料

金属切削加工基础切削加工概述

切削加工的分类金属切削加工方式很多，一般可分为车削加工、铣削加工、钻削加工、镗削加工、刨削加工、磨削加工、齿轮加工及钳工等。切削加工的特点及应用切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适应性好，凡是要求具有一定几何尺寸精度和表面粗糙度的零件，通常都采用切削加工方法来制造。

利用刀具和工件之间的相对运动，从毛坯或半成品上切去多余的金属，以获得所需要的几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件，这种加工方法叫金属切削加工，也叫冷加工。它分为机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。1-2切削运动

在切削加工过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作用，切削运动分为两类：

主运动。切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。

进给运动。使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。由于金属切削加工方式的不同，这两种运动的表现形式也不相同。1-3切削要素

1．切削速度切削速度指主运动的线速度，以vc

表示，单位为m/s。切削用量要素

切削用量要素包括：刀具与过渡面之间的相对运动速度；（切削速度）待加工表面转化成已加工表面的速度；（进给量）已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。（背吃刀量）1-4切削要素

2．进给量

进给量指工件（或刀具）每转一转时，刀具（或工件）沿进给方向移动的距离（也称走刀量），以f表示，单位为mm/r。如主运动为往复直线运动（如刨削、插削），则进给量的单位为mm/次。通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可以是一个或几个。1-5切削要素

3．背吃刀量

背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，以ap表示，单位为mm。

切削速度、进给量和背吃刀量称为切削用量三要素。它们与加工质量、刀具磨损、机床动力消耗以及机床生产率等参数密切相关，因此应该合理选择和使用切削用量。1-6切削层参数（如图）1．切削厚度hD――垂直与切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。（mm）

2．切削宽度bD――沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。(mm)3．切削面积AD――给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的横截面积。切削要素

1-7刀具材料对刀具材料的性能要求

（1）高硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般其常温硬度要求在60HRC以上。（2）足够的强度和韧度以承受很大的切削力、冲击与振动。（3）高耐磨性以抵抗切削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。一般情况，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。（4）高的耐热性刀具材料应在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。（耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了刀具允许的切削速度。）（5）良好的工艺性以便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。金属切削刀具

1-8常用刀具材料

种类常用牌号主要性能主要应用碳素工具钢含碳量较高的优质碳钢T8A、T10A、T12A淬火后硬度高（达63～65HRC）、价廉，但耐热性差（200℃以下）制造小型、手动和低速切削工具，如手用锯条和锉刀等合金工具钢碳素工具钢中加入少量Cr、Si、W、Mn等元素9SiCr、CrWMn、CrW5、GCr15淬透性、耐热性（220～250℃）有所提高，热处理变形小，制造手用铰刀、圆板牙、丝锥、刮刀等高速钢含Cr、W、V等元素较多的合金工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2它的耐热性大大提高（540～650℃），从而耐磨性也有所提高，强度、韧度和工艺性都较好广泛用于制造较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀和齿轮刀具等，也可用以制作车刀、刨刀等简单刀具。硬质合金钨钴类【由WC和Co组成】以高硬度、高熔点的金属炭化物（WC、TiC等）作基体，以Co等为粘结剂的粉末冶金制品YG3、YG6、YG8(数字表示含钴量的百分数)【相当于ISO标准的K类】其相对塑韧性好，但切削塑性材料时耐磨性差，Co含量少的，相对较脆、较耐磨适用于加工铸铁、青铜等脆性材料钨钴钛类【由WC、TiC和Co组成】YT5、YT15、YT30(数字表示TiC含量的百分数)【相当于ISO标准的P类】其耐热性，耐磨性均优于YG类，但韧性较差。TiC含量愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。适用加工一般钢件钨钛钽（铌）钴类【由WC、TiC、TaC（NbC）和Co组成】YW1、YW2【相当于ISO标准的M类】兼有YG、YT类的大部分优良性能，被称为通用合金，但价高既可加工铸铁也可加工钢，适合耐热钢、高锰钢和不绣钢的加工陶瓷材料，它通常制成刀片陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热性高，许用的切削速度较高，且价廉，它的主要缺点是性脆，怕冲击，抗弯强度低，在加入各种金属元素制成“金属陶瓷”后，其抗弯强度可大大提高可用于切削高硬度等难加工材料的精加工1-9刀具切削部分的组成外圆车刀的刀头由三个刀面（前面、主后面、副后面），两刃（主切削刃、副切削刃）和一个刀尖组成。（1）前刀面――刀具上切屑流过的表面（Ar）。（2）后刀面――刀具上与过渡表面相对的是主后刀面(Aa)。与已加工表面相对的是副后刀面(Aa′)。（3）切削刃――前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃（S），它完成主要的切削工作。前刀面与副后刀面相交形成的是副切削刃(S′)

它完成部分的切削工作，并最终形成己加工表面。（4）刀尖――主、副切削刃的连接部位。

金属切削刀具

1-10辅助平面用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考。1基面――过主切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面（Pr）；2切削平面――过主切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面，主切削平面（Ps），副切削平面（P´s）；3正交平面――过主切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面（Po）；*假定工作平面――过主切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面（Pf）。金属切削刀具

1-11刀具的几何角度在车刀设计、制造、刃磨和测量时，必须确定的角度。①前角γ――前刀面与基面之间的夹角。增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负的区分。②后角α――主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。③主偏角Κr――主切削刃和假定进给方向在基面（Pr）上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑断面形状和切削分力的大小。有时主偏角也根据工件加工形状来定。金属切削刀具

1-12④副偏角Κ´r――副切削刃和假定进给的相反方向在基面Pr上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度⑤刃倾角λs――在主切削平面（Ps）里测量的主切削刃与基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。选择刀具几何角度时，应遵循“锐字当先，锐中求固”原则。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小”的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。金属切削刀具

1-13金属切削过程

金属变形是切削过程的基本问题。切削过程中产生的各种物理现象，如切削力、切削热和刀具磨损等，都是由于切削过程中金属变形和摩擦引起的。研究金属切削过程中的物理现象，对加工质量、生产率和生产成本都有其重要意义。

金属切削过程是刀具与工件间相互作用又相对运动的过程。1-14切屑的形成

切屑的形成过程，其实质是一种挤压过程。在挤压过程中，被切削的金属主要经历剪切滑移变形而形成切屑。切削塑性材料时，当工件受到刀具挤压后，在接触处开始产生弹性变形。随着刀具继续切入，材料内部的应力、应变逐渐增大。当与切削速度方向呈一定夹角的OA晶面上（约45°），产生的应力达到材料的屈服点时，开始产生滑移即塑性变形。金属切削过程

1-15随着刀具连续切入，原来处于始滑移面OA上的金属不断向刀具靠近，当滑移过程进入终滑移面OE位置时，应力应变达到最大值，若切应力超过材料的强度极限时，材料被挤裂。越过OE面后切削层脱离工件，沿着前刀面流出而形成切屑。金属切削过程

1-16切屑的种类

切削时，由于被加工材料性能与切削条件的不同，切削层金属将产生不同程度的变形，从而形成不同类型的切屑。常见的切屑有以下三种。

（1）带状切屑

外形连绵不断，与前刀面接触的面很光滑，背面呈毛茸状。（2）节状切屑切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹。

（3）崩碎切屑

切削铸铁等脆性材料时，切削层产生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块状屑片，称为崩碎切屑。*粒状切削切削塑性材料时产生，切屑被挤裂成粒状。金属切削过程

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(1)主切削力Fc

总切削力在主运动方向上的正投影。切削力的大小约占总切削力的90％以上。

Fc是计算机床动力、设计主传动系统的零件、夹具强度和刚度的主要依据；也是计算刀柄、刀体强度和选择切削用量的依据。在切削过程中，刀具与工件之间的相互作用力称为切削力。一是切削层产生弹性形变和塑性变形的变形抗力；二是刀具与切屑或工件的摩擦力。切削力

1-18(2)进给力Ff

总切削力在进给运动方向上的分力（正投影）。(3)背向力Fp

总切削力在垂直于进给运动的分力，它不做功。

切削力

1-19(1)切削热

金属切削过程中所消耗的功，绝大部分在切削刃附近转化为热，称为切削热。

(2)切削热的主要来源

是被切削金属的变形、切屑与前刀面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦。

(3)切削温度

切削区域的平均温度。

(4)切削热的传散

切削热通过切屑、工件、刀具以及周围介质传散。

(5)减少切削热，降低切削温度的措施

增大刀具前角，减小主偏角；优先采用大的背吃刀量和进给量，再确定合理的切削速度；使用切削液都能减少和带走切削热，降低切削温度。切削力

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1．刀具的磨损

刀具正常磨损时，按磨损部位不同，可分为主后面磨损、前刀面磨损、前刀面和主后面同时磨损三种形式。2．刀具耐用度

刀具两次刃磨之间实际切削的时间，称为刀具的耐用度，以分钟（min）计算。在切削过程中，刀具在高压、高温和强烈摩擦条件下工作，切削刃由锋利逐渐变钝以至失去正常切削能力。刀具磨损超过允许值后，须及时刃磨，否则会引起振动并使加工质量下降。切削力

1-21金属切削机床

金属切削机床简称机床，它是用切削加工方法将金属（或其他材料）的毛坯或半成品加工成零件的机器。由于是制造机械的机器，故又称“工作母机”或“工具机”。通常包括车床、铣床、刨床、磨床、钻床、镗床等等机床的类代号

机床的类代号用汉语拼音字母（大写）表示，位于型号的首位（见下表）。我国机床为十一大类，其中如有分类者，在类代号前用数字表示区别（第一分类不表示），如第二分类的磨床，在“M”前加“2”，写成“2M”。1-22机床的类代号

机床的类代号用汉语拼音字母（大写）表示，位于型号的首位（见下表）。我国机床为十一大类，其中如有分类者，在类代号前用数字表示区别（第一分类不表示），如第二分类的磨床，在“M”前加“2”，写成“2M”。金属切削机床

1-23通用特性代号

当某类型机床，除有普通型式外，还具有下表所列的通用特性，则在类代号之后，用大写的汉语拼音字母予以表示，例如，精密车床，在C后面加M。金属切削机床

1-24金属切削机床

机床基本传动传动方法机床传动由三部分组成：①执行件：执行机床的运动；②运动源：为执行件提供运动和动力；③传动装置：传递运动和动力、变速、变向。传动副机械传动装置中传递运动和动力的元件称为传动副。*传动副的传动比i：①被动轴转速n2与主动轴n1之比；②主动轮直径d1与被动轮直径d2之比；③主动轮齿数z1与被动轮齿数z2之比。1-25金属切削机床

传动链将传动副组合起来就成为了一个传动系统，也叫做传动链。*传动链的总传动比等于全部传动副的乘积。变速机构作用：使运动部件可以在一定范围的速度下工作。原理：改变传动轴之间的传动比，使主动轴转速不变的情况下，让动轴的转速改变。1-26车削加工

车床主要用于外圆表面加工，生产上常用的有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动和半自动车床等，其中卧式车床应用最广。车床的组成床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座。1-27工件在车床上的安装1卡盘或者花盘安装用于长径比小于4的工件，回转轴线是车床主轴回转轴线。2使用顶尖安装用于长径比大于4的轴类工件，可以一夹一顶，或者两端顶。回转轴线是两顶尖的中心连线。长径比大于10还需要使用中心架或者跟刀架。车削加工

1-28粗车、半精车和精车

粗车是以切除大部分加工余量为主要目的加工，对精度及表面粗糙度无太高要求。公差等级为IT13～I