机械行业制造技术-金属切削原理与刀具讲义

第二章金属切削原理与刀具

§2.1

刀具的结构一、切削运动与切削要素

1、切削运动

（1）金属切削加工：

（2）切削运动：刀具与工件之间的相对运动

主运动：只有一个

进给运动：可以有一个或几个

2、切削要素

（1）待加工表面加工表面（过度表面）已加工表面切削表面（2）切削用量

（旋转）（往复直线）（3）切削层几何参数进给量背吃刀量切削速度切削厚度切削面积切削宽度3、切削方式的划分（1）自由切削与非自由切削

自由切削：只有一条直线切削刃参加切削工作非自由切削：刀具切削刃是曲线，或几条切削刃同时参加并完成切削（2）直角切削与斜角切削直角切削：刀具主切削刃的刃倾角的切削。此时，主切削刃与切削速度方向成直角斜角切削：刀具主切削刃的刃倾角的切削。直角切削与斜角切削二、刀具角度

1、刀具切削部分的组成

前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖车刀组成刀具过渡刃刨刀、钻头、铣刀切削部分形状2、确定刀具切削角度的参考平面

切削平面：通过刀刃上选定点，切于工件过渡表面的平面

基面：通过刀刃上选定点，垂直于该点合成切削运动向量的平面宽刃刨刀参考平面3、刀具标注角度的参考系车刀标注角度参考系

正交平面

法平面

背平面和假定工作平面用作标注前、后刀面角度的测量平面参考系参考平面符号正交平面参考系基面切削平面正交平面法平面参考系基面切削平面法平面背平面和假定工作平面参考系基面背平面假定工作平面刀具标注角度参考系4、刀具的标注角度

前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角车刀的主要角度5、刀具的工作角度（1）刀具安装位置对工作角度的影响①刀具安装高低对工作角度的影响（a）（b）（c）②刀杆中心线与进给方向不垂直的影响车刀安装偏斜横向进给纵向进给§2-2

刀具材料一、刀具材料应具备的性能

高的硬度和耐磨性足够的强度和韧性高的耐热性更好的热物理性能和耐热冲击性能良好的工艺性经济性二、常用的刀具材料

工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷超硬刀具材料（1）高速钢

突出性能：较高的强度、韧性和耐磨性，较好的工艺性

主要品种：

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co8、W6Mo5Cr4V2Al

应用范围：用于加工250~280HB以下的大部分结构钢和铸铁，用作复杂刀具如钻头、丝锥、铰刀、拉刀、铣刀、齿轮刀具和成形刀具（2）硬质合金

突出性能：硬度、耐磨性、耐热性都很高；但抗弯强度低，断裂韧性也较低

突出性能：硬度、耐磨性、耐热性都很高；但抗弯强度低，断裂韧性也较低

主要种类：应用范围：K类：YG3、YG6、YG8M类：YW1、YW2P类：YT5、YT15、YT30YT类→用于钢类、铸铁类高静加工，不用于钛合金和含钛的不锈钢YG类→铸铁、有色金属、非金属材料高强度钢、奥氏体钢、高温合金粗加工YW类→不锈钢、高锰钢、耐热钢的粗、半精加工（3）涂层刀具

CVD涂层、MT-CVD涂层、PVD涂层、ZX涂层、CVD金刚石（薄膜和厚膜）、涂层陶瓷和多立方氮化硼（4）金刚石刀具

PCD、CVD厚膜和人工合成单晶金刚石

突出性能：极高的硬度和耐磨性，摩擦系数小，但耐热性低，不能加工铁族金属

主要应用：有色金属及其合金，非金属，光学零件等精密和超精密加工（5）立方氮化硼很高的硬度和耐磨性，热稳定性好，化学惰性大；用于加工淬火钢和冷硬铸铁§2-3

金属切削过程及其物理现象一、国内外切削理论研究概述二、研究金属切削过程的实验方法

侧面观察法，高速摄影法，快速落刀法，扫描电镜显微观察法，光弹性、光塑性试验法、其他试验法三、切屑形成过程第二变形区第三变形区第一变形区三个变形区四、变形区基本特征

第一变形区（基本变形区）：沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。

第二变形区（摩擦变形区）：使切屑底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减慢，甚至滞留在前刀面上；切屑弯曲；由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高

第三变形区（加工表面变形区）：使切屑底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减慢，甚至滞留在前刀面上；切屑弯曲；由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高五、切屑变形的表示方法

剪切角

相对滑移或剪切应变

切屑变形系数

相对滑移与变形系数间的关系六、切屑类型及其控制1、带状切屑

产生条件：加工塑性材料，切削速度较高，切削厚度较小，刀具前角较大

形态特征：内表面是光滑的，外表面是毛葺的2、挤裂切屑

产生条件：加工塑性材料，切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小

形态特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿形

3、单元切屑

产生条件：改变挤裂切屑条件，进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度

形态特征：梯形的单元切屑

4、崩碎切屑

产生条件：加工脆性材料

形态特征：切屑的形状不规则，加工的表面凹凸不平5、切屑控制

定义：

衡量切屑可控性的标准：不妨碍正常的加工；不影响操作者的安全；易于清理、存放和搬运

切屑控制措施：在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器；推广使用可转位刀具七、积屑瘤现象

定义：

产生：切屑与前刀面粘结→内摩擦→底层上金属加工硬化→粘结体→长大→积屑瘤

影响积屑瘤产生和大小的因素：金属材料的硬化程度；刃前区的温度与压力

积屑瘤对切削过程的影响：实际切削前角增大；实际切削厚度增大；加工表面粗糙度增大；影响刀具寿命

防止积屑瘤产生的方法：

①切削速度↓→切削温度↓→不易产生粘结现象；

②切削速度↑→切削温度↑→不发生粘结现象；

③润滑性能好的切削液→摩擦↓；

④刀具前角↑

→接触压力↓；

⑤改变工件材料加工特性→

↓加工硬化。§2-4

切削力与切削功率一、切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率

1、切削力的来源抗力摩擦阻力

2、切削合力及分解主切削力（切向力）进给力（轴向力）背向力

3、切削功率与电机功率二、切削力的测量

1、切削力的理论计算

2、切削力的测量方法测定切削功率，计算切削力用测力仪测量切削力三、切削力的经验公式和切削力估算

1、切削力的指数公式

2、按单位切削力计算四、切削力的影响因素

1、被加工材料的影响物理机械性能加工硬化能力化学成分热处理状态材料性质的不同

2、切削用量对切削力的影响背吃刀量和进给量对三向切削力的影响切削速度的影响车削45钢，背吃刀量和进给量的影响车削45钢，切削速度的影响车削灰铸铁，切削速度的影响3、刀具几何参数的影响前角对切削力的影响

负倒棱对切削力的影响

主偏角对切削力的影响

①对切削力的影响对切削力的影响对副刃前角的影响切削厚度与切削刃曲线部分长度的变化

②对和的影响

刀尖圆弧半径的影响主偏角不同时力的分解刀尖圆弧半径的影响

刃倾角对切削力的影响刀具材料对切削力的影响

切削液的对切削力影响刀具磨损对切削力的影响刃倾角的影响车刀材料的影响§2-5

切削热和切削温度一、切削热的产生和传导

1、切削热的来源

切屑变形功、前后刀面的摩擦功

2、切削热的传出切削、工件、刀具、周围介质等二、切削温度的测量

1、切削温度：一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度

2、切削温度的理论计算

3、测量方法

热电偶法：自然热偶法和人工热偶法

辐射温度计法：辐射热计法、红外线干板法、红外线胶片法

其他方法：热敏颜料法、热敏电阻法、量热计法、金属组织观察法三、影响切削温度的主要因素

1、切削用量的影响

切削速度影响最大，进给量次之，切削深度最小

2、工件材料的影响

3、刀具角度的影响前角和主偏角影响较大

4、刀具磨损的影响

5、切削液的影响四、切削温度的分布规律及其对工件、刀具和切削过程的影响

1、切削温度的分布及其规律

剪切面上各点温度基本相同前刀面和后刀面的最高温度位于离开刀刃一定距离处垂直剪切面方向上温度梯度很大切屑底层上温度梯度很大后刀面温度的升降在极短时间内完成温度的分布与工件材料塑性有关温度分布与工件材料的导热性有关2、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响切削温度对工件材料强度和切削力的影响对刀具材料的影响对工件尺寸精度的影响

①工件本身受热膨胀，直径变化②刀杆受热膨胀③工件受力变长利用切削温度自动控制切削速度或进给量利用切削温度与切削力控制刀具磨损§2-6

刀具磨损与刀具寿命一、刀具磨损的形态及其原因

1、刀具损坏的形式

2、正常刀具磨损（1）前刀面磨损（月牙洼磨损）产生条件磨损特征定量描述（KT）破损（非正常磨损）正常磨损前刀面磨损后刀面磨损边界磨损塑性破损脆性破损前面月牙洼磨损磨损痕迹随时间变化（2）后刀面磨损产生条件磨损特征定量描述（VB）（3）边界磨损产生条件磨损特征定量描述（VC和VN）磨损原因2、非正常刀具磨损

（1）塑性破损（2）脆性破损

3、刀具磨损的原因

硬质点磨损（机械磨损或摩擦磨损）、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损、热点磨损

二、刀具磨损过程

初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段三、刀具的磨钝标准

1、磨钝标准

2、粗加工磨钝标准的判断加工表面是否出现亮带切屑的颜色和形状发生明显变化出现振动或其它不正常的声音

3、精加工磨钝标准的判断表面粗糙度是否超过加工要求工件的尺寸及形位精度是否超差四、刀具寿命及其经验公式

1、刀具寿命定义可重磨刀具的寿命和刀具总寿命

2、刀具寿命的经验公式

3、切削用量对刀具寿命的影响规律

切削速度、进给量、切削深度（影响程度依次递减）

4、刀具寿命的分布

正态分布刀具磨损曲线各种刀具材料寿命曲线五、刀具合理耐用度的选用原则

1、最高生产率耐用度

2、最低成本耐用度

3、合理选择刀具耐用度根据刀具复杂程度、制造和刀具成本选择机夹可转位刀具和陶瓷刀具的耐用度可选得低一些对装、换、调刀较复杂的，耐用度选得高根据车间实际工序情况选大件精加工，耐用度按零件精度和Ra确定§2-7

工件材料加工性及切削用量的选择一、工件材料的切削加工性

1、切削加工性

2、衡量切削加工性的指标以加工质量的好坏衡量切削加工性以刀具的耐用度衡量切削加工性以单位切削力来衡量（机床动力不足或工艺系统刚性不足）以断屑性能来衡量（自动机床、组合机床、自动线上或断屑性能要求很高的工序）3、常用指标当刀具的耐用度为T时，切削某种材料所允许的最高切削速度相对加工性Kr4、改善材料切削加工性的途径调整材料的化学成分采用热处理的方法改变材料的金相组织，从而改善切削加工性二、切削用量的选择

1、合理的切削用量

2、制定切削用量时应考虑的因素切削加工生产率刀具寿命加工表面粗糙度在多刀切削和使用组合刀具切削时，应把各刀具中允许的切削用量中最低的参数作为调整机床的参数；在自动线加工中，还要考虑生产节拍3、切削用量的影响对加工质量的影响对基本工艺时间的影响对刀具寿命和辅助时间的影响

4、粗、精加工中切削用量的选择（1）粗加工—以提高生产率为主，同时保证刀具寿命切削深度：机床功率足够时，尽量一次完成加工余量进给量：根据机床-刀具-夹具-工艺系统刚性选择切削速度：选用中等偏下的切削速度选择切削用量的顺序：背吃刀量→进给量→切削速度

（2）精加工，以保证零件的加工精度和表面质量为主，再考虑高的生产率和刀具寿命一般是小的切削深度和进给量，较高的切削速度5、切削用量的制定步骤根据加工余量确定背吃刀量选择进给量确定切削速度校核机床功率6、提高切削用量的途径采用切削性能更好的新型刀具材料保证工件力学性能的前提下，改善工件材料的加工性改善冷却润滑条件改进刀具结构，提高刀具制造质量教師專業發展評鑑

推動策略姚素蓮一、學校擁有發展課程的決定權：我們如何決定？課程決定的信心多大？課程決定規準是主觀？客觀？專業？隨意？檢視課程理論與學校現場二、教師自主決定：１.課程設計２.教學實施３.學生輔導４.教學評量５.班級經營教師的專業知能如何？

三、教師專業表現１.建構學校課程、教材２.靈活有效啟發學生３.培養學生帶著走的能力四、教師專業自主的省思１.教師自主VS.專業提升２.自主衝突VS.專業判斷３.判斷標準VS.衝突、和諧４.職場現象VS.專業知識五、評鑑為溝通與協商的歷程推動策略宣導→溝通→實作

↑↓培訓檢討評鑑回饋←結果運用←人員

實用正當可行具體壹、宣導一、對象：行政人員、教師、家長二、教師專業發展需求日殷三、評鑑的本質與目的是為教師專業發展四、試辦是找可行性和發現執行問題五、學校對教師專業發展評鑑提供支持六、試辦的選擇權在學校和教師七、並非為解決不適任教師八、試辦期程自９５年～９８年有補助經費，加速學校本位發展貳、溝通一、澄清疑慮１.與不適任教師、考績..等脫鉤２.是教師專業形象的重塑二、透過對話建立互信三、評鑑計劃回歸學校本位四、實施計畫、配套措施、支持系統同步規劃實施計畫含：（一）評鑑內容：１.課程設計與教學２.班級經營與輔導３.研究發展與進修４.敬業精神與態度（二）評鑑人員（三）評鑑方式（四）評鑑時程（五）評鑑結果的運用五、引領教師了解評鑑指標意涵＊評鑑指標可自訂，亦可參考已研發之規準評鑑人員在評鑑時，以所列規準和項目為依據。工具若有錯誤，結果必打折。好的工具應符合：1.教育現場需求2.有效評量出所要達到的目標。參、實作一、掌握回歸教學現場，化評鑑於無形的原則二、輔導建置教學檔案三、擬訂實用可行的評鑑方式四、開發簡易具體的評鑑工具一、掌握回歸教學現場，化評鑑於無形的原則1.全面宣導。自願參與鼓勵參與全面參與。2.成立評鑑推動委員會，討論評鑑計劃。3.透過工作坊(讀書會)方式詮釋評鑑規準、內涵、示例..等。4.經由討論決定評鑑模式、工具..等二、輔導建置教學檔案教育專業被挑戰！專業的尊嚴－是贏來的，而非爭來的.

專業的權威－是來自別人的肯定，而非自我的認定.建置教學檔案是展現教師專業能力簡易、具體的措施教學檔案的定義一、教師是教學檔案的主體二、教學檔案的要項是有系統的、有結構的三、教學檔案的內容是反省與對話的歷程四、教學檔案的目的是促進教學專業發展教學檔案含一、教學目標與教學理念之陳述二、檔案計畫與組織三、課程的計畫四、作業的樣本（含對作業的解說與標題）五、師生的互動情形六、學習成就記錄七、個人的成長及反省八、他人的回饋及建議九、自我專業成長的記錄十、對檔案的評述三、實用可行的評鑑方式:(一).對話(二).審閱教學檔案(三).教室觀察(四).教學計畫(五).作業調閱對話訪談模式有:1.非正式訪談2.導引式訪談3.標準化開放式訪談4.封閉式訪談(一).對話說明目的→使參與者感到輕鬆→促使人際互動1.要有議題.2.對話內容要有準備.3.論述要有辯証,勿淪於各抒己見.訪談要領1.確認錄音(錄影)正常運作2.一次只問一個問題3.過程保持中立4.鼓勵多發表意見5.紀錄時不忘注意受訪者表情6.順利移轉主題訪談方法與發問技巧

1.選取符合主題需要人員.2.先談事實的問題,再談爭論性問題.3.先討論現況,再討論過去或未來的事4.讓受訪者自由發揮感覺.對話(訪談)1.以開放性問題引起討論問題.如:您以為目前的教學環境如何?2.激發與會者提出不同想法.如:我不認為有那麼糟,您以為呢?3.達到初步共識後:引入更深入討論.如:我們可以怎麼做?4.討論離題時,需回到主題.5.盡量不要過度贊同與會者意見.6.盡量不發表個人意見.7.錄音或即時紀錄要點.(二).審閱教學檔案評量要項一.檔案目錄二.個人專業背景三.課程教學設計與省思四.學習成果評量五.班級經營與輔導六.個人專業成長*注意事項1.不論是教師成長或學生作品樣本均須同一教學單元,其因為:a.能真正深入教學整體的各細部,有效協助教師反思與專業成長.b.一次一個單元不會造成過度負擔較易引導教師分析反省自己.2.簡要解釋每一個作品內容的標題和註解3.對教學及作品反省思考.4.檔案內容要逐年更改.屬直接觀察教學行為、察看環境與設備,以了解實際行為、環境現況的方法.含:1.教學環境佈置.2.學習形式組織.3.師生互動.4.靜態文件資料.如:教師檔案、學習檔案、作業、會議記錄.(三).教室觀察:教室觀察方法:1.準備紀錄單／檢核表.2.觀察並紀錄每一項的行為或存在事實.3.可同時紀錄次數、人數,以符合程度、量化依據.4.留意紀錄單未載之行為或情形.5.簡單紀錄行為發生或事物存在之現場環境.6.觀察次數要足夠,避免斷章取義.教室觀察注意事項:一.要蒐集具有代表性的事實資料,不必蒐集全部資料二.掌握新發現問題,並進一步蒐集相關資料以為驗證三.有效運用時間:1.觀察教師教學與學生學習2.與學生晤談

3.觀察對象要廣泛,觀察要完整a.觀察課外活動情形b.查閱評鑑與績效管理情形c.分析學生近期表現資料d.分析特殊學生學習紀錄4.把重點擺在影響學生表現的原因(四).教學計畫一.教學目標1.掌握教材內容~能連結舊經驗與新概念.2.設計教學方案~依據教學目標設計教學活動並提供切合教學目標的補充教材.3.系統呈現教材二.活用教學策略~善用不同教學方法；善於發問.三.善用評量回饋~評估學習表現提供回饋與指導.

(五).作業調閱1.作業內容要項分布是否平均?2.學生作業品質.3.教師批閱是否適切~批閱的時間、方式進度、評語..等等作業訂正是否追蹤?四、開發簡易具體的評鑑工具1.課程計畫編寫自我檢核表2.課程計畫編寫課發會檢核表3.教學檔案建置指標檢核表4.教學環境佈置檢核表5.教室觀察表6.班級經營表現(檢核表)教室觀察量表1.教室管理技巧2.維持適當的教室行為3.集中並維持學生的注意力4.提供學生複習與練習的機會5.展現發問技巧6.呈現多種教學方式7.營造一個積極的教室氣氛8.促進正向的自我概念9.佈置積極教室環境教學效能教室觀察表一.學科教學能力1.導引學習方向2.清楚呈現教材3.運用多種教學技巧4.提供練習與回饋5.有效利用時間二.班級經營能力1.維持班級秩序2.鼓勵正向行為表現3.實施生活教育4.表達清晰5.板書適當6.正向的師生互動教學效能教室觀察表臺北縣○○國小教師教學評鑑—「教室觀察」檢視表

基本資料授課教師（）老師學習領域（）學習領域授課班級（）年（）班教材來源□教科書（）版本□其他

教學日期

年月日時分觀察者指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議1瞭解學校課程計畫的內涵□持續參與領域課程計畫□徹底執行彈性學習課程□設計校本課程相關主題與活動設計□規劃補救或銜接教學□自編教材或學習單□教學札記□□2瞭解學校課程的架構□了解學校願景□了解校本課程主題□參與教科書評選□了解重大大議題融入領域教學□□□□□□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議3參與學校課程的發展□參與課程發展小組的座談、研討□與行政人員、教師意見交流、對話□學校課程地圖充分運用□積極參與學年（班群）、班親會會議□學生課程活動紀錄□教學札記□

4分析可運用的教學資源□思賢公園□文化藝術中心□新莊運動公園□署立台北醫院□大眾廟□慈祐宮□廣福宮□文昌祠□新莊老街□傳統行業□導護商店□自然公園

5研擬適切的教學計畫□教學計畫設計週延□活動安排與學校行事曆相結合□運用家庭聯絡簿進行個別輔導□注意學生學習經驗□流暢的教學歷程

6編選適切的教學材料□教材與學生身心發展相合□採用教科書版本經過分析、整理□社區資源融入教材□教學材料與學生生活經驗相融合□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議7規劃適切的學習評量□筆試□口試□表演□實作□自我評量□小組討論□實踐□同儕互評□

8編選適當的評量工具□文字描述的□圖畫的□量化的測驗□檔案記錄的評量□口語的評量□□□□□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議9.營造有利於學習的情境□配合教學單元佈置教室□佈置欄分類呈現□佈置欄內物品沒有掉落□掃除用具排列整齊□粉筆槽整理乾淨□黑板只呈現該單元內容□學生桌面整潔□學生抽屜不雜亂□教師桌面整齊□桌椅排放整齊□公物維修良好□打開窗戶讓教室光線充足、通風□美化、綠化教室□教室內外保持整潔□維護教室內設備如CD收錄音機、電視、錄放影機等清潔。□上課秩序良好□□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議10.建立有助於學習的常規□準時上、下課□學生秩序井然有序□學生學習氣氛熱絡□師生互動頻繁□學生對教師問題樂意回答□學生學習態度認真□學生對課程有興趣□學生穿著整齊□教師說話語調自然□教師說話語詞合適、比喻恰當□教師教學態度自然、舉止適合□教師穿著得體□眼神關愛全班□表情□以手勢動作輔助表達□身體動作□儀態大方□模仿動作□幽默、滑稽動作□指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議11.積極落實班級學生輔導.□快樂的學習氣氛□良好的教室常規□傾聽□讚美□口頭鼓勵□良性的師生互動□活絡的親師互動□和諧的同儕互動□適才適性的原則□鼓舞團隊士氣□公開獎勵□私下規勸□妥適規劃合作學習小組□肢體語言溫婉□晤談12.建立人力資源網絡與管理□班親會□親師懇談□家庭訪問□電話聯絡□聯絡簿聯絡□約談□通知書聯絡□E-Mail聯絡□由學生轉達□親職講座□□指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議13.善用教學媒體進行教學□自製教具□合製教具□多媒體使用：電腦結合電視、等□投影機使用□實物使用□網路資源□學術專書□雜誌資源□刊物資源□圖書館資源14.靈活運用多元的教學方法□講授法□問答法□討論法□比較法□練習教學法□欣賞教學法□角色扮演□價值澄清□問題解決□小組討論□合作學習□發現教學法□建構式教學法□創意思考教學法□編序教學法□精熟學習法□發現教學法□協同教學法指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議15.系統呈現學習單元的教材內容□簡介單元之重要性□資料蒐集整理□教學活動設計周延□□□□□□□16.熟練有效的教學技巧□講解□問答□討論□示範□參觀□訪問□表演□觀察□測量□紀錄□實驗□操作□角色扮演□分組報告□閱讀□資料蒐集□創作指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議17.實施多元化的學習評量□筆試□口試□表演□實作□作業□報告□資料蒐集整理□鑑賞□