机械加工工艺与装备电子教案

教案

2014-2015学年第二学期

所属系（部）.一机电学院一

教研室（实验室）模具和数控教研室

程

称

名机械加工工艺及装备

级

用

班

12职数控_

师

教

讲

蔡军

2015年3月1日

首页

课程名称机械加工工艺及装备授课对象12职数控

课程编号（班级）

必修课公共基础课（）；专业基础课（）；专业课（V）

课程类型选修课专业选修课（）；公共选修课（）

授课方式课堂讲授（J）;实践课（）考核方式考试（J）;

课程教学90学分数5

总学时数

学时分配理论教学：82学时；实验（实训）：8学时

选用的教序号教材名称作者出版社出版时间

材及主要1机械加工工艺朱淑机械工业出版2009.8.

参考资料及装备萍社

2

3

授课教师蔡军职称助教

授课时间2014—2015学年第二学期1—18周

教学目的：使学生掌握零件的机械加工工艺安排；并对某

目的

工序的工艺装备（夹具）的设计思路和简单夹具的设计。

要求

要求：刀具几何角度对切削的影响；刀具材料、数控

机床刀具；工艺装备、简单夹具设计方法；工艺基本知识

的应用。

教学重点：金属切削刀具及加工方法，工件定位夹紧，专

重点

用夹具设计。

难点

难点：刀具角度、夹具定位及定位误差，工艺尺寸链。

课程教案

授课时间第周第节课年月日课次1

授课方式理论课（V）讨论课（）实践课（）课时

2

（请打J）习题课（）其他（）安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第一章总论

第一节制造技术与社会发展

第二节零件的构成要素

第三节零件制造的工艺方法

第四节金属切削加工自动化

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

目的：了解制造与社会发展关系，掌握零件的制造方法，熟悉机械制造发展

要求：认识制造业在国民经济的地位，制造与设计的关系；认识机械制造及工艺装备的

重要性。

教学内容重点及难点：

重点：制造方法；机械制造与机械设计的关系

难点：制造方法

教具

思考题：1、简述制造与社会发展的关系。

作业

2、机械制造与机械设计是什么样关系？

思考题

3、零件制造方法有哪些？

1、人类物质文明的发展离不开制造业的发展，而制造业的发展有必须以

制造技术为依托。制造技术是机械发展的瓶颈。

课后小结

2、零件制造方法有按传统分法和按材料质量变化分法。

3、如何学好本门课程。

教学基本内容方法及手段

内容提要：

一、制造技术与社会发展

二、零件制造方法

三、金属切削加工自动化

第一章总论

人类物质文明的发展史制造业的进步息息相关的，而制造业的进步又

必然以制造技术的提升作为依托。“经济的竞争归根到底是制造技术和制

造能力的竞争”；“中国玉世界先进水平的差距主要是制造技术的差距”。

“重设计、轻制造”是观念上的一个重大误区，它的代价是落后和竞争失

败。

“成形”与“精度”是零件制造的两个重点。

教学基本内容方法及手段

第一节制造技术与社会发展

一、制造技术推动社会的发展和进步

1、人类开始寻求扩展、延伸和取代人们体力方法，早在五千年前建造庞

大的金字塔时，为了搬运、推砌3t~30t/块的巨石，人们使用杠杆、滚轮、

斜面、螺旋灯作为原始而简单的机械以达到延伸人的体力因而产生了机

械。

今天，机械作为各种产品已经是现代物质文明的重要载体，已经深深

的渗入了人们生产、生活的各个方面。

庞大的制造业是各种其他工业的基础，因为制造业提供的产品是各种

各样的，它给各样各业提供了生产设备、装备和工具。包括人类生活、国

防和建设，更有数量巨大的家用产品进入千家万户，成为人们生活的重要

帮手。

2、计算机产生推动了产品的发展进而促使社会发展

20世纪80年代，由于计算机技术和机电一体化技术的发展，使机械

产品的结构发生了质的变化，大部分机械产品被机电一体化产品取代，产

品正以最苦的速度在更高的层次上发展，并开拓、延伸和取代人们脑力的

历程。

历史证明：人类物质文明的发展是与制造业息息相关的，而制造业的

进步又必然以制造技术的提升作为依托。举例：如集

人们处于各种需求、追求或探索而不断的产生和提出许多新的、奇妙成电路的

的、甚至充满幻想的构思和设计，只有通过制造，将这些果实和设计变成“线宽”为

物质产品以后，才能取得实际效果，体现出它的价值。而更重要的是制造影响集成一

技术的每次突破，都会引起产品设计的新的飞跃，有力地推动社会的发展计算价格一

和进步。曲轴加工一

发动机

结合目前国家发展可看出，经济竞争归根到底是制造技术和制造能力

的竞争。从上述分析可看出制造业的重要性一一是国民经济的支柱产业。

二、设计与制造的关系

1、产品的产品过程

设计一制造

一个无论多好的产品设计出来后一定要制造出来才能实现其价值。

例如：（1）达芬奇的飞行器

（2）瓦特蒸汽机汽缸内孔加工

e710mm孔加工尺寸误差13mm,漏气无法工作

（3）机床夹刀具的改进一一车床早生产了手持刀具

（4）计算机发展一一电子管一集成一大型集成一超大规模集

成一线宽

（5）数控技术

教学基本内容方法及手段

2、设计与制造关系

现有不合理现象：产品设计和制造上是“重设计、轻制造”，对

设计要求保密，而对制造技术和工艺则不设防也不重视；把设计工

作看得很高尚，而认为制造工作是苦力等。

上述观念上的重大误区，肯定对现实有影响的，造成不的后

果。

在基于商品经济的工业发达国家的制造业中，由于激烈的市场

竞争，对设计和制造的关系有不同的观点。产品设计固然重要，但

在市场经济的社会中，除了一些属于国家机密的设计受到严格保密

外，任何产品只要一进入市场，竞争对手就很容易从产品本身了解

其设计，而制造水平，制造技术和制造工艺就竞争更为激烈。你明

知是这种设计也可为产品的设计画出图纸，可能各有技术、有工艺、

有工装制造出呢？

例如：导弹命中率取决于陀螺定向仪

美国认为的“夕阳工业”

从另一个方面看轻制造有其客观原因：

如设计工作要求有较高的理论知识，工作环境相对较好，而传

统的制造工作，工作场所，机械设备，工作环境等，不如设计工作。

而现在的制造环境：传感器，计算机，机电一体化等，环境与

传统的不可同日而语了。

第二节零件的制造工艺方法

一、零件的构成要素

1、产品与零件

2、零件材料

3、零件的大小

4、零件的几何结构

5、零件的精度，表面粗糙度

精度：尺寸、形状、位置

粗糙度：一般的零件IT5~IT6,RaO.8mnT0.2nlm

微米级和亚微米级的零件Ra>rO.01mm

超精加工纳米级lnm=0.001微米

二、零件制造实质

1、零件制造的实质：用适合的方法，使原材料发生符合要求的改变。

符合要求：形状、精度

2、成形工艺的要求

①材料：是改变的对象。

②能量：要使不同材料改变时需要的形状一能量（包括机械能、热能、

电能、化学能等。）

教学基本内容方法及手段

③信息：形状改变，尺寸改变，精度以及性能改变的信息。

三流：制造系统中的“三流”

物流（材料流动）一一能量流一一信息流（还可细分：误差流、资金流等）

三、成形工艺类型

1、传统分法

热加工：铸、锻、热处理

冷加工：不需加热的金属加工（车、铳、钻……）

2、按材料质量变化分类

①材料质量减少：切除多余金属——切削加工

冲裁加工

②材料质量不变：（基于材料塑性变形）轧制

锻造

拉深

冷锻

挤压

弯曲

胀形

（基于材料形态变化）铸造

烧结

3、材料质量增加

焊接

四、快速原形/零件制造技术RPM

第三节金属切削加工自动化

（一）刚性自动化一一加工自动化的第一阶段

（二）加工中心——加工自动化的第二阶段

（三）柔性制造系统FMS——自动化的第三阶段

（四）计算机集成制造系统CIMS——自动化的第四阶段

讨论：如何学好本门课程

参考资料：

备注:

课程教案

授课时间第周第节课年月日课次2

授课方式理论课（V）讨论课（）实践课（）课时7

（请打J）习题课（）其他（）安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章金属切削的基本知识

第一节切削运动与切削用量

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

目的：

要求：

教学内容重点及难点：

重点：

难点：

教具

作业

思考题

课后小结

教学基本内容方法及手段

第二章金属切削的基本知识

第一节切削运动与切削用量

一、切削运动

切削运动：刀具与工件间的相对运动称为切削运动（即表面成形运

动），切削运动可分为主运动和进给运动。

主运动（切削运动）：在机床上形成切削速度并消耗大部分切削力的

运动。它是必不可少的。

进给运动（走刀运动）：机床上维持切削加工过程连续不断进行的运

动。

教学基本内容方法及手段

当表面成形运动只有一个时，则只有主运动，无进给运动；当表面成

形运动有两个或两个以上时，其中一个为主运动，其余为进给运动。进给

运动根据刀具相对工件被加工表面运动方向的不同，可分为纵向进给、横

向进给、圆周进给、径向进给和切向进给等。

过渡表面

/已加工表面

恃加工表1ft[//

T-----V7\

工件3土博切

进给运动4A刀具

车削：主运动：工件的旋转进给运动：车刀沿工件轴线运动（纵

向进给运动）垂直与工件轴线运动（横向进给运动）

钻削：主运动：钻头的旋转进给运动：钻头沿工件轴向运动

包U削：牛头刨：主运动：刨刀的往复直线运动进给运动：垂直于

主运动方向间歇运动

龙门刨：主运动：工件的往复直线运动进给运动：垂直于主运动

方向间歇运动

磨削：主运动：砂轮的旋转进给运动：工件的旋转，工件的轴向

移动，砂轮沿工件径向进给

拉削：主运动：拉刀运动无进给运动

二、切削时产生的工件表面

在切削加工时，工件上通常存在三个表面：

待加工表面：工件上即将被切除的表面

已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面

过渡表面（加工表面）：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表

面和待加工表面之间

教学基本内容方法及手段

1.切削速度：刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的速度，单位

为m/s。刀具切削刃上各点切削速度可能是不同的，计算时常用最大切削

速度代表刀具的切削速度。

切削速度计算公式为

叵1

其中：目一切削速度（m/min）

回一工件待加工表面的直径，（mm）；

n一主运动的转速，（r/s）

2.进给量f：在主运动每转一转或每一行程时，刀具在进给运动方向

上相对于工件的位移量，单位是mm/r（用于车削、键削等）或mm/行程（用

于刨削、磨削等）。进给量表示进给运动的速度。进给运动速度还可以用

进给速度Vf（单位mm/s）或每齿进给量fz（用于铳刀、钱刀等多刃刀具，

单位是mm/齿）表示。

目

其中：目一进给转速，（mm/min）；

f一进给量。

3.背吃刀量（切削深度）ap：工件上已加工表面和待加工表面间的垂直

距离，单位为mm,其计算公式为

EH3回

其中：目一背吃刀量（mm）；

dm一工件已加工表面的直径（mm）。

参考资料:

备注:

课程教案

授课时间第周第节课年月日课次3

授课方式理论课（V）讨论课（）实践课（）课时

2

（请打J）习题课（）其他（）安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章金属切削的基本知识

第二节刀具切削部分的几何角度

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

目的：

要求：1.了解车刀切削部分的组成

2.掌握刀具切削部分的几何角度

教学内容重点及难点：

重点：刀具切削部分的几何角度

难点：刀具切削部分的几何角度

教具

作业

思考题

课后小结

教学基本内容方法及手段

第二节刀具切削部分的几何角度

一、车刀的组成

车刀由刀柄和刀头组成。

副切削刃/\刀柄

刀尖八"1后面主切削刃

教学基本内容方法及手段

1.前刀面：切屑流过的刀面

2.（主）后刀面：与工件过渡表面相对的刀面

3.副后刀面：与已加工表面相对的刀面

4.主切削刃：前刀面与后刀面的交线，它完成主要的切削工作

5.副切削刃：前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工

作，并最终形成已加工表面

6.刀尖：主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃，它可以是小的直线

段或圆弧

其它各类刀具，都可以看作是车刀的演变和组合。

二、刀具标注角度参考系

刀具要从工件上切下金属，就必须是它具备一定的切削角度，也正是

由于这些角度才决定了刀具切削部分各表面的空间位置。为了确定切削部

分各刀面在空间的位置，要人为的建立基准坐标系。要建立坐标系，首先

应建立坐标平面。以这些坐标平面为基准，建立坐标系，这些平面称为基

准坐标平面。

（-）基准参考平面

L假定运动方向

在建立基准坐标平面以前，首先要做两点假设：

（1）假定主运动方向

选定切削刃上一点，垂直于车刀刀杆底面；

（2）假定进给运动方向

以切削刃上选定点的进给运动方向作为假定进给运动方向，平行于车

刀刀杆底面。

2.基准参考平面

有了这两点假设，我们就好定义基准坐标平面了。

基准坐标平面「基面pr〕二者以切削速度®为依据

Y切削平面PS»

（1）基面pr：拉切削刃上的该定点，垂直于切削主运动方向的平面。

特点：pr〃刀杆底面。进给方向在pr内。

（2）切削平面ps：过切削刃上的选定点，包括切削刃或切于切削刃

（曲面刃）且垂直于基面pr的平面。

特点：ps_L刀杆底面，目方向在ps内。ps_Lpr。vf不垂直于ps。

（二）刀具标注角度参考系及其角度

1.正交平面参考系（pr-ps-po）

（1）正交平面po

过切削刃上选定点，同时垂直于基面pr和切削平面ps的平面

特点：po±ps±prpo包含切削速度®的方向。

教学基本内容方法及手段

（2）在正交平面参考系中的刀具标注角度

1）在基面pr内度量的角度（俯视图，让刀具投影到基面上）

主偏角Kr：在基面pr内，切削刃与进给运动方向间的夹角；

副偏角Kr'：在基面pr内，副切削刃与进给运动反方向间的夹角；

刀尖角er：er=180o-（Kr+Kr"）,是派生角；

2）在切削平面ps内度量的角度（刀具在切削平面ps内投影）

刃倾角入s：在切削平面ps内，切削刃与基面pr间的夹角；

刃倾角入s正负的判定：以刀尖点为基准点

「刀尖点是刀刃的最高点，则刃倾角入s为正；

y刀尖点是刀刃的最低点，则刃倾角入s为负；

I刀刃与基面重合或平行，则刃倾角入s为零；

3）在正交平面po内度量的角度（0-0剖面po内）

前角yo：在正交平面po内，前面与基面pr之间的夹角；

前角Y。的正负的判定：前面高于基面pr时为负；前面低于基面pr

时为正；前面与基面pr重合时为零。

后角ao：在正交平面po内，后刀面与切削平面ps间的夹角；

楔角Bo：在正交平面po内，前、后刀面间的夹角。3o=90o-（yo+

ao）；是一个派生角；

副切削刃同主切削刃一样，也可以建立副切削平面ps'、副基面

pr'、副正交平面po',此时是在副切削刃上找一任意选定点。

副后角ao'：在副正交平面po'内，副后刀面与副切削平面ps'间

的夹角。

对于一把外圆车刀，在正交平面系中要表达的有：

在基面pr内---主偏角Kr、副偏角Kr'

6个独立的角度在切削平面ps内——刃倾角入s

（做标注）在正交平面po内---前角yo、后角ao

在正交平面po'内---副后角ao'

2个派生角在基面pr内---刀尖角er

（不做标注）Y在正交平面po内---楔角Bo

教学基本内容方法及手段

o-o剖面

（尸。）

F—F剖面

（耳

vf

o'-o'剖面

P：与Ps的交线

(R)

+

N—N剖面

P,与Pr的交线一Pf（乙）

4Ps的交线

A。

8与a的交线

,R视图

p—p剖面oBn

(Pp)4与Pp的交线I，(B)

I/、B与R的交线

I」S'

A&Pt

视图

'、、p。S

o(2)

p“

切削刃上选定点

参考资料:

备注:

注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

课程教案

授课时间第周第节课年月日课次4

授课方式理论课（V）讨论课（）实践课（）课时

2

（请打J）习题课（）其他（）安排

授课题目(教学章、节或主题)：

第二章金属切削的基本知识

第二节刀具切削部分的几何角度

教学目的、要求(分掌握、熟悉、了解三个层次)：

目的：

要求：掌握刀具切削部分的几何角度

教学内容重点及难点：

重点：刀具切削部分的几何角度

难点：刀具切削部分的几何角度

教具

作业

思考题

课后小结

教学基本内容方法及手段

2.法平面参考系(pr-ps-pn)

(1)法平面pn

过主切削刃上选定点与主切削刃相垂直的平面。

特点：pn±pso

陶飞营卜假定主运动方向

正交平面参考系与法平面参考系

教学基本内容方法及手段

法平面坐标系

法前角yn：前面与基面pr间的夹角，其正负判别方法与前角Y0相

同。

法后角an：主后面与切削平面ps间的夹角。

法平面pn与正交平面po间的夹角为刃倾角入s，当入s=0时，法平

面pn与正交平面po重合。

3.假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系（pr-（ps）-pf

-PP）

及

假定工作平面、背平面坐标系

（1）假定工作（进给）平面pf

过主切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向，且垂直于基面的平

面。

特点：pf_Lpr,pf〃假定进给运动方向。

（2）背（切深）平面pp

过主切削刃上选定点，垂直于基面pr和进给平面pf的平面。

特点：pp±prJ=Lpp±pfo

（3）假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系中的刀具标注

角度1）在基面pr内度量的角度主偏角Kr、副偏角Kr',在切削平面

ps内度量的角度刃倾角入s与正交平面系完全相同。

2）在假定工作（进给）平面pf内测量的角度

侧（进给）前角Yf：前刀面与基面pr间的夹角，其正负判别方法

与前角Yo相同。

侧（进给）后角af：主后面与切削平面ps间的夹角。

3）在背（切深）平面pp内测量的角度

背（切深）前角YP：前面与基面pr间的夹角，其正负判别方法与

前角Yo相同。

教学基本内容方法及手段

背（切深）后角ap：主后面与切削平面ps间的夹角。

车刀是结构最简单，也最具代表性的刀具，其他的刀具均可看成是车

刀的变形。车刀由刀杆和切削部分组成。车刀的主要几何要素可归纳为三

面两刃一尖。

我国主要采用正交平面坐标系，即在图样上标注Kr、Kr'、丫。、

ao、a。’和As六个角度，有时应补充标注yn、an。

确定刀具几何角度的步骤为：以切削刃为单元，定出切削刃上选定点，

判定出选定点的假定主运动方向和假定进给运动方向，作出基面和切削平

面，选取测量平面以建立参考系，从而确定其相应的角度。

正平面参考系中表达的角度有六个：Kr、Kr'、丫0、ao、a0

'和As

法平面参考系中度量的角度有六个：Kr、Kr'、yn、an、an'

和入s

假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系中度量的角度有七个:

Kr>Kr'、yf、af、yp、ap和入s

三、工作角度

如前所述，刀具的标注角度是在忽略进给速度的影响，且刀具

安装在理想工作位置的情况下确定的。当刀具进入工作状态后，选

定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置相对于假定

的理想状态发生了变化，由此而建立的工作参考系（动态参考系）相

对于标注参考系（静态参考系）在空间位置上也相应改变，因此刀具

的实际切削角度（即刀具的工作角度）和标注角度不一样。

工作参考系下的刀具几何角度即刀具的工作角度。

1、进给运动对工作角度的影响

（1）横向进给时，工作参考系为

横向进给运动对工作角度的影响

教学基本内容方法及手段

课程教案

授课时间第周第节课年月日课次5

授课方式理论课（V）讨论课（）实践课（）课时

2

（请打J）习题课（）其他（）安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章金属切削的基本知识

第三节切削层横截面要素

第四节常用刀具材料

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）:

目的：

要求：1.掌握三种切削用量要素的表示方法及计算方法

2.掌握切削层横截面要素，可根据公式进行计算

教学内容重点及难点：

重点：

难点：

-

作业

思考题

课后小结

教学基本内容方法及手段

第三节切削层横截面要素

切削时，沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金属层称为切削

层。切削层参数，是指切削层在基面pr内所截得的截面形状和尺寸，即在

切削层公称横截面中度量。

教学基本内容方法及手段

i.切削层横截面积简称切削层横截面积a

在切削层尺寸平面度量的横截面积（在基面内度量的切削层横截面

积）

1X1

式中□切削层横截面积（mn?）。

2.切削层公称宽度简称切削宽度0

在基面内平行于过渡表面度量的切削层尺寸。

IX1

式中a——切削宽度（mm）;

目月吃刀里（mm）。

当町=90°时，0=0；当日=0,为切削刃的实际长度。

由于切削厚度a表明切削层的厚度，而切削宽度a反映了切削层的长

度。因而用切削厚度a和切削宽度a比用进给量H和背吃刀量g更能反映

切削层横截面的特性。

3.切削层公称厚度简称切削厚度a

在基面内垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。

1X|

式中0切削厚度（mm）；

0进给里（mm/r）；

a——主偏角（°）o

切削刃为圆弧刃时，狂处处不等。

切削用量三要素为切削速度、进给量和被吃刀量。切削层公称宽度s、

切削层公称厚度目和切削层公称横截面积a是描述切削层的基本参数，

与进给量日、背吃刀量目、主偏角田有关系。

教学基本内容方法及手段

第四节常用的刀具材料

一、刀具材料必须具备的性能

在切削过程中，会产生切削抗力、切削热、冲击和振动，那么刀具材

料具有哪些性能才能满足要求呢？

(1)高的硬度

硬度是指材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力，刀具材料的硬度高

于工件材料的硬度。

目前室温下刀具材料硬度大于或者等于60HRC。高速钢在63-66HRC

以上，硬质合金在74-81.5HRC左右，人造金刚石lOOOOHVo

(2)高的耐磨性

耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。

耐磨性与材料的硬度、化学成分、显微组织有关。一般而言，材料硬

度越高，耐磨性越好。刀具材料组织中的硬质点的硬度越高，数量越多，

分布越均匀，耐磨性越好。

(3)高的耐热性

耐热性是指材料在高温下仍能保持原硬度的性能。

刀具材料的耐热性越好，允许切削加工时的切削速度越高，有利于改

善加工质量和提高生产率，有利于延长刀具寿命。

(4)足够的强度和韧性

强度是指材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。刀具材

料的强度一般指抗弯强度。

韧性是指金属材料在冲击载荷作用下，金属材料在断裂前吸收变形能

量的能力。金属的韧性通常用冲击韧度表示。

切削过程中，刀具总是受到切削力、冲击、振动的作用，当刀具材料

有足够的强度的韧性，就可避免刀具的断裂和崩刃。

(5)良好的工艺性

工艺性指材料的切削加工性，锻造、焊接、热处理等性能。刀具材料

有良好的工艺性，便于刀具制造。

刀具材料应具备的性能包括足够的硬度和耐磨性、足够的强度与韧

性、较高的耐热性、较好的工艺性、较好的传热性和经济性。

二、常用刀具材料的种类

1、高速钢

高速钢是在钢中加入较多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工

具钢，俗称白钢或锋钢。

高速钢具有高的强度和高的韧性，具有一定的硬度和良好的耐磨性，

当切削温度高达500〜650℃时，尚能进行切削。高速钢刀具的制造工艺性

能好，在复杂刀具(如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等)制造

中占主要地位。其加工的材料范围也很广泛，包括有色金属、铸铁、碳钢、

合金钢等。

教学基本内容方法及手段

r普通高速钢（普通性能）

高速钢按用途不同分为一

I高性能高速钢（高性能）

r熔炼高速钢

按制造工艺方法不同分为，

I粉末冶金高速钢

2、硬质合金

硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物和金属黏结剂，经过高压

成形，并在1500C的高温下烧结而成的。

常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏结剂有Co、

Ni以及Mo等。

碳化物决定了硬质合金的硬度、耐磨性的耐热性；粘结剂决定了硬质

合金的强度和韧度。YGA

YG或者YT（基本）+填加剂f一选用

硬质合金fIYW

I涂层硬质合金

3、涂层刀具材料

”高速钢涂层

涂层刀具材料《一选用注意事项

I硬质合金涂层

4、超硬刀具材料

（1）陶瓷

主要是以氧化铝（A12O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制

成型后烧结而成的刀具材料。

陶瓷材料优点是:有很高的硬度和耐磨性;有很好的耐热性,在1200℃

高温下仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数，抗扩散和

抗粘结能力强。

陶瓷刀具最大的缺点是强度低、韧性差。

陶瓷刀具适用于各种金属材料（如钢、铸铁、有色金属等）的半精加工

和精加工，但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。

（2）金刚石

金刚石分为人造和天然两种，金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。

人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨转化而成。是目前已知

最硬的，硬度约为10000HV。

金刚石目前主要用于磨具及磨料，作为刀具多在高速下对有色金属及

非金属材料进行精细切削。

（3）立方氮化硼

立方氮化硼刀具有整体聚晶立方氮化硼和立方氮化硼复全刀片（在硬

质合金基体上烧结一层厚度约为0.5mm的立方氮化硼）两种。

立方氮化硼硬度高，耐磨性好，耐热性好，可对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁

进行半精加工和精加工。

教学基本内容方法及手段

陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐热性，抗扩散和抗黏结能力

强。最大缺点是强度低、韧性差。金刚石和立方氮化硼属于超硬刀具材料

主要用于精加工。金刚石目前主要用于磨具及磨料，立方氮化硼用于加工

钢铁等黑色金属，特别是加工高温合金、淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料。

参考资料：

备注：

注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

课程教案

授课时间第周第节课年月日课次5

授课方式理论课（V）讨论课（）实践课（）课时

2

（请打J）习题课（）其他（）安排

授课题目（教学章、节或主题）:

第二章金属切削的基本知识

第五节金属切削过程的规律

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

目的：

要求：

教学内容重点及难点：

重占,

难点：

教具

三个变形区的特点及其相互关系；切屑的四种类型以及相互转化条

作业

件；积屑瘤的产生及消失，如何控制积屑瘤？控制鳞刺的措施；影响切

思考题削变形的主要因素。

在切削塑性金属的过程中，工件材料受到刀具前刀面的推挤，发生

变形，最终被撕裂下来形成切屑，这个过程中存在着3个变形区。切削

变形程度可用变形系数来表示。不同的加工状态生成带状、节状、粒状

课后小结和崩碎四种类型的切屑，随工件材料、刀具和切削用量等因素的改变其

切屑形态也会发生转化。切削过程中会产生积屑瘤和鳞刺，可以采取措

施来控制积屑瘤和鳞刺的产生。从工件材料，切削用量和刀具几何角度

方面讲了这些因素对切削变形的影响。

教学基本内容方法及手段

第五节金属切削过程的规律

一、金属切削过程的变形区

切屑是怎样被切下的呢？

教学基本内容方法及手段

金属切削过程的实质是指金属切削层在刀具挤压作用下产生塑性剪

切滑移变形的过程。

为了研究方便，通常把金属切削过程的变形划分为三个区。

1.第一变形区

由曲线AO、MO、AM包围的区域是塑性剪切滑移区，称为第一变形

区。用I表示O

特点：金属切削过程中主要的变形区，消耗大部分功率并产生大量的

热量。

二者距离很窄(0.02—0.2mm),且随着切削速度的

加快距离越近

简化，用OM平面代替第一变形区，平面OM称为剪切平面，剪切平

面与切削速度的夹角称为剪切角回

2.第二变形区

金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀面

流出，由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变形，

这个变形区域称为第二变形区，用n表示。

特点：(1)靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓慢,

甚至滞留在刀具前面上；

(2)切屑发生弯曲变形；

(3)由摩擦产生的热量使刀屑接触面附近温度升高。

第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变

形大小。

3.第三变形区

当金属进入第一变形区，发生了塑性剪切滑移变形，而在切削刃钝圆

部分，这种变形更加复杂，更加激烈。

切削层在刃口钝圆。点处分离为两部分，0点以上的部分成为切屑沿

前刀面流出，O点以下部分绕过切削刃沿刀具后面流出，成为已加工表面。

教学基本内容方法及手段

由于钝圆半径的存在，在整个切削厚度中，。点以下的那一层金属切

削层，不能沿0M方向剪切滑移，只能受钝圆的挤压，不断受到挤压摩擦,

产生塑性变形，这个变形区域称为第三变形区，用ni表示。

第三变形区的变形，会造成已加工表面的加工硬化和产生残余应力，

对已加工表面的质量影响密切。

二、切屑类型

金属切削过程中，由于工件材料的不同和切削条件的不同，切削产生

的切屑可分为四种类型。

带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑

1.带状切屑

切屑连续呈较长的带状，底面光滑，背面无明显裂纹，呈微小锯齿状。

特点：较常见，切削力波动小，切削过程较平稳，加工表面质量较好。

2.节状切屑

切屑背面有时有较深的裂纹，呈较大锯齿形。

特点：切削力波动较大，切削过程不太平稳，加工表面质量较差。

3.粒状切屑

切屑裂纹贯穿整个切屑断面，切屑成梯形粒状。

特点：较少见，切削力波动大，切削过程不平稳，加工表面质量差。

以上三种切屑是在切削塑性金属材料时才能产生的。

切屑形态相互转换的切削条件是：

粒状切屑一节状切屑f带状切屑

（1）增大刀具前角

（2）增大切削速度

（3）减小进给量

4.崩碎切屑

切屑呈不规则的碎块状。

切削脆性金属材料时产生的。

切削过程不太平稳，易损坏刀具，加工表面较粗糙。

减小进给量，减小刀具主偏角，适当提高切削速度可使崩碎切屑转为片状

或针状切屑，切削过程中的不良现象得到改善。

三、切削变形程度的度量方法

金属切削过程中，切削层转变为切屑，形状变化为长度缩短，厚度增

大，宽度变化极小，根据材料变形前后体积不变，可用变形系数区来度量

切削变形的大小。

教学基本内容方法及手段

式中日一切削层长度

回一切屑长度

a一切屑厚度

□一切削层厚度

变形系数国总是大于1,因越大，切削变形越大，工件材料塑性越大,

剪切角回越小。

四、积屑瘤

在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时，往往会在刀具切削刃

及刀具部分前面上粘结堆积一楔状或鼻状的高硬度金属块，称为积屑瘤。

L积屑瘤的生长及消失

在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时，切屑与刀具前面有剧

烈的摩擦，使切屑底层流动缓慢，流动缓慢的称为滞流层。在刀-屑接触面

处，滞流层的流速接近于零，于是滞流层与刀具前面发生粘结，这是形成

积屑瘤的基础。随后新的滞流层又在这基础上不断的粘结堆积，最后形成

积屑瘤。

积屑瘤在生长的过程中，一直受到工件材料与切屑的挤压摩擦，受到

切削的冲击振动，受到切削温度升高等因素的作用和影响，因此积屑瘤会

随时破碎、脱落、消失。可以认为，积屑瘤不断生长的过程也是不断破碎、

脱落、消失的过程。

2.积屑瘤对切削过程的影响

（1）增大刀具前角

积屑瘤使刀具实际工作前角增大，减小切削变形和切削力。

（2）提高刀具硬度

积屑瘤是由受了剧烈塑性变形而强化的被切材料堆积而成，其硬度是

工件材料硬度的2-3倍，它可代替刀具切削刃进行切削。

（3）对刀具寿命的影响

积屑瘤包围着刀具切削刃和刀具前面，减小刀具磨损，提高了刀具

教学基本内容方法及手段

寿命。但是积屑瘤的生长是一个不稳定的过程，积屑瘤随时会发生破碎、

积屑瘤前端伸出切削刃外，导致切削厚度增大，不利于加工尺寸的精度。

(4)增大切削厚度

脱落，脱落的碎片会粘走刀面上的金属材料，或者严重擦伤刀面，使

刀具寿命下降。

(5)降低工件表面质量

由于积屑瘤的外形不规则，使被切削工件表面不平整，又由于积屑瘤

不断地破碎、脱落，脱落的碎片使工件表面粗糙，产生缺陷。

3.控制积屑瘤的措施

(1)降低工件材料的塑性

可减小刀一屑之间的摩擦系数，减少粘结，抑制积屑瘤的生长。

(2)控制切削速度

(3)增大刀具前角

可减小切削变形和切削温度，从而可抑制积屑瘤的生长。

(4)合理使用切削液

既可减少切削摩擦，又可降低切削温度，从而使积屑瘤的生长得到控

制。

五、鳞刺

鳞刺是在已加工表面上呈鳞片状有裂口的毛刺。

切削金属塑性材料时，若切削速度较低时，常常会产生鳞刺。鳞刺使

已加工表面质量下降，表面粗糙度值增大，鳞刺的形成过程可分为四个阶

段。

金属切削加工时，切屑沿着刀具前面流出，逐渐擦净刀具前面上的润

滑膜，使切屑与刀具前面之间的摩擦系数逐渐增大，当增大到一定值时使

切屑在刀具前面作短暂的停留。

(b)开裂阶段

由于停留的切屑代替刀具前面推挤切削层，导致切削区产生裂口。

(c)层积阶段

随着推挤切削层的继续，裂口继续增大，同时切削力也在增大。

(d)刮成阶段

当切削力增大到一定值时，切屑能克服前面的摩擦粘结，切屑又开始

沿刀具前面流出，一个鳞刺就这样刮成了。

教学基本内容方法及手段

控制鳞刺的措施：

在低的切削速度（回=10m/min）时，减小进给量，增大刀具前角，

采用润滑性能好的切削液，可抑制鳞刺的形成。

在高的切削速度（回=30m/min）时，工件材料调质处理，减小刀具

前角，可抑制鳞刺的形成。

高速切削，切削温度在500℃以上，不会产生鳞刺。

六、影响切削变形的主要因素

（1）工件材料

工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件材料塑性越大，

则变形系数越大。

（2）刀具前角

刀具前角越大，则变形系数越小，

（3）切削速度

切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响呈波浪形。

（4）进给量

进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形因数减小。

参考资料:

备注:

注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

课程教案

授课时间第周第节课年月日课次6

授课方式理论课（J）讨论课（）实践课（）课时

2

（请打J）习题课（）其他（）安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章金属切削的基本知识

第六节切削力

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

目的：

要求：1.理解切削力的产生原因与分解

2.掌握影响切削力的主要因素

教学内容重点及难点：

重点：影响切削力的主要因素

难点：影响切削力的主要因素

教具

影响切削力的主要因素。

作业

思考题

本节主要讲切削力的产生的分解以及影响切削力的主要因素。

课后小结

教学基本内容方法及手段

一、切削力的产生

切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。

切削加工时，在刀具作用下，被切削层金属、切屑和已加工表面层金

属都要产生弹性变形和塑性变形。如图所示，有法向力FyN和FaN分别作

用于前、后刀面。由于切屑沿前刀面流出，故有摩擦力后作用于前刀面；

刀具与工件间有相对运动，又有摩擦力Fa作用于后刀面。与Fy合成为

Fy,YN；FaN与Fa合成为Fa,aN；F%yN与Fa,aNV再合成为F,F就是作用在刀具

上的总切削力。

综上所述，切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切屑和工件表

面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表

面间的摩擦阻力。

教学基本内容方法及手段

二、总切削力的分解

通常将总切削力s分解为三个互相垂直的分力，即主切削力a,背向

力a,进给力0o

主切削力因总切削力在主运动方向上的分力。区使机床功率消耗的功

率最多，是计算机床功率、刀具强度，设计机床夹具，选

择切削用量不可少的参数。

背向力冈总切削力在垂