机械制造工艺与装备 课件 第1章-金属切削基础

机械制造工艺与装备第1章-金属切削基础（1）FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING切削加工概述及切削运动《机械制造工艺与装备》

毛坯精度低、表面粗糙度值大，不能满足零件的使用性能要求，必须进行切削加工才能成为零件。切削加工概述金属切削加工是通过刀具与工件间的相对运动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的一种机械加工方法。切削加工概述切削加工的基本形式：有车削、铣削、钻削、镗削、刨削、磨削、拉削等。1.车削2.铣削3.钻削切削加工概述4.镗削5.刨削6.磨削7.拉削钳工也属于金属切削加工钳工工作有：錾削、锉削、锯削、刮削、以及钻孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹等；机械装配和设备修理也属于钳工工作。錾削锉削锯削机械零件及其表面的形成任何机器或机械装置都由零件组成最常见的机械零件分为三大类轴类零件盘类零件支架类零件机械零件及其表面的形成任何一个零件都是由若干个基本表面组成的。组成零件的基本表面主要有：圆柱面圆锥面平面成形表面2.1切削运动为了切除工件上多余的金属，以获得形状、尺寸、位置精度和表面质量都符合要求的工件，除必须使用切削刀具外，刀具与工件间必须作相对运动——切削运动。根据切削过程中所起的作用，分为两种主运动进给运动2.1切削运动切削运动和加工表面2.1切削运动主运动切除工件多余金属、形成工件新表面所必不可少的基本运动主运动的特征速度最高消耗功率最大必有且只有一个形式为旋转或直线往复2.1切削运动图中哪些是主运动？车削：工件旋转；铣削：铣刀旋转；牛头刨：

刀具往复直线运动龙门刨：工件往复直线运动钻削：钻头旋转；磨削：砂轮旋转；2.1切削运动进给运动：使新的切削层金属间断或连续投入切削的运动进给运动的特征耗功少形式为旋转或直线往复速度较低耗功较少有0~n个可连续，也可步进2.1切削运动图中哪些是进给运动？车削：刀具移动铣削：工件移动牛头刨：工件移动钻削：钻头移动磨削：工件移动、工件旋转、砂轮横向进给2.1切削运动切削加工过程中的辅助运动切入运动分度转位运动机床控制台运动空程运动送夹料运动切削加工概述及切削运动小结切削加工：车削、铣削、钻削、

镗削、

刨削、磨削、拉削等等切削运动：

主运动、进给运动合理选择加工设备，提高加工效率、降低劳动强度。主讲教师：陈小芹感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：陈小芹机械制造工艺与装备精品在线开放课程第1章-金属切削基础（2）FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING切削用量《机械制造工艺与装备》

切削用量切削速度、进给量、背吃刀量（切削用量三要素）切削速度vc是指主运动的线速度，切削速度的单位:磨削速度单位用为m/s，其他加工的切削速度单位习惯用m/min主运动是旋转运动时，切削速度计算公式为切削用量切削速度：是指主运动(工件的旋转)的线速度。用矢量vc

表示。进给速度：切削刃上选取点相对于工件的进给运动的瞬时速度。用矢量vf

表示。nvc切削用量进给量f工件或刀具每转一周，刀具沿进给方向与工件的相对位移。单位是mm/r。背吃刀量ap工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离(主切削刃与工件过渡表面的瞬时接触长度在垂直于基点工作平面的方向上测量的大小)车削钻孔刨削切削用量(a)车外圆(b)车端面切削用量(c)切槽(d)铣平面切削用量(e)钻孔(f)刨平面切削用量小结切削用量三要素切削速度进给量背吃刀量质量、成本、效率主讲教师：陈小芹感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：陈小芹机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第二章-金属切削基础(3)FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING切削层参数《机械制造工艺与装备》

切削层参数——切削层横截面三要素切削层：指刀具与工件相对移动一个进给量时，相邻两个加工表面之间的金属层切削层横截面要素切削层横截面尺寸切削层参数——切削层横截面三要素切削层公称宽度bD刀具主切削刃与工件的接触长度（切削刃上两个极限点间的距离）（bD=ap/sinkr）切削层参数——切削层横截面三要素切削层公称厚度hD刀具或工件每移动一个进给量

时，刀具主切削刃相邻的两个位置之间的垂直距离（hD=fsinkr）切削层参数——切削层横截面三要素切削层公称横截面积AD切削层横截面的面积（AD≈bDhD=apf）主讲教师：陈小芹感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：陈小芹机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第1章-金属切削基础(5)FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING刀具切削部分的基本定义《机械制造工艺与装备》

刀具切削部分的基本定义任何刀具都由切削部分和夹持部分组成刀具切削部分的结构要素刀具切削部分的结构要素有三面二刃一尖刀具切削部分的基本定义前刀面Aγ切屑流经的刀面刀具切削部分的基本定义后刀面Aα和工件过渡表面相对的刀面刀具切削部分的基本定义副后刀面Aα’和工件已加工表面相对的刀面刀具切削部分的基本定义主切削刃S前刀面与后刀面的交线刀具切削部分的基本定义副切削刃S’前刀面与副后刀面的交线刀具切削部分的基本定义刀尖主切削刃和副切削刃的交点或连接部位刀具切削部分的基本定义刀尖的形状刀具切削部分的基本定义小结刀具的三面二刃一尖前刀面、后刀面、

副后刀面主切削刃、副切削刃刀尖主讲教师：陈小芹感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：陈小芹机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第二章-金属切削基础(6)FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING刀具静止参考系《机械制造工艺与装备》

刀具角度的参考系为了确定和测量各刀刃、各刀面的空间相对位置，必须建立用以度量各刀刃、各刀面空间位置的参考系建立参考系，必须与切削运动相联系，应反映刀具角度对切削过程的影响；参考系平面与刀具安装平面应平行或垂直，以便于测量刀具角度的参考系GB/T12204-2010规定了定义刀具几何角度的两类参考系刀具静止参考系刀具工作参考系它是按合成切削运动方向和安装情况来定义刀具的参考系。区别在于：前者由主运动方向确定，而后者则由合成切削运动方向确定是在两个假定下建立的坐标系。假定一：进给运动速度vf=0，以主运动方向确定切削平面的位置假定二：安装车刀时，刀尖与工件中心等高，刀杆对称面垂直于工件轴线车刀的静止参考系刀具静止参考系车削的特点切削部分结构复杂车削有进给运动主切削刃不一定水平主切削刃各点切削速度不等刀具静止参考系建立车刀静止参考系的假设不考虑进给运动的影响车刀安装绝对正确刀刃选定点的切削速度方向与刀刃各处的平行刀具静止参考系刀具静止角度参考系正交平面静止参考系法平面参考系假定工作平面-背平面参考系（进给、切深剖面参考系）刀具静止参考系正交平面静止参考系切削平面（ps）过刀刃上选定点，包含该点假定主运动方向和刀刃的平面基面（pr）过刀刃上选定点，垂直该点假定主运动方向的平面正交平面（po）过刀刃上选定点，既垂直于切削平面，又垂直于基面的平面刀具静止参考系由此得到ps⊥pr；ps⊥po；pr⊥pops⊥pr,pr∥安装底面（基于车刀静止参考系的3点假设）主切削刃、副切削刃各有一个切削平面和基面刀具静止参考系法平面静止参考系法平面参考系也称法剖面参考系,由法平面Pn、基面Pr和切削平面Ps组成,如图2-13所示。法平面也称法剖面,是通过切削刃上选定点且垂直于切削刃的平面。刀具静止参考系假定工作平面-背平面参考系（也称：进给、切深剖面参考系）如图2-14所示,假定工作平面一背平面参考系由假定工作平面Pf、背平面Pp和基面Pr3个坐标平面组成。假定工作平面也称进给剖面,是通过切削刃上选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面;而背平面也称切深剖面,是指通过切削刃上选定点垂直于假定工作平面和基面的平面。刀具静止参考系小结刀具静止参考系正交平面参考系法平面参考系假定工作平面-背平面参考系掌握国家标准，路正行远。主讲教师：陈小芹感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：陈小芹机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第1章-金属切削基础(7)FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING刀具的标注角度《机械制造工艺与装备》

刀具的标注角度刀具在设计、制造、刃磨和测量时，都是用刀具静止参考系中的几何角度来标明切削刃和刀面的空间位置的，故这些角度称为刀具的标注角度（静态角度）重点介绍10个，常用的有6个（打√者）刀具的标注角度介绍几种标注方法车刀的标注角度(1)：正交参考系刀具的标注角度车刀的标注角度(2)：法平面参考系按照刀具角度定义,同理可标注出法平面参考系中的5个基本角度:主偏角κr、副偏角κ'r、刃倾角λs、法前角γn和法后角αn,如图2-18所示。也有派生角度:刀尖角εr,法楔角βn。刀具的标注角度车刀的标注角度(3)：假定工作平面-背平面参考系在这个参考系中，刀具标注角度(包括主偏角κr、副偏角κ'r、进给前角γf、进给后角αf、背前角γp、背后角αp)同理可标出,刀尖角εr、背楔角βp、进给楔角βf等派生角度也可求出,如图2-19所示。刀具的标注角度在基面Pr中测量的角度√主偏角kr主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角√副偏角kr‘副切削刃在基面上投影与进给运动反方向之间的夹角（或副切削刃在基面上投影与已加工表面之间的夹角）刀尖角εr主切削刃、副切削刃在基面上投影的夹角由上可知：kr+kr’+εr=180°刀具的标注角度在正交平面Po中测量的角度√前角γo基面与前刀面之间的夹角√主后角αo后刀面与切削平面之间的夹角√楔角βo后刀面与前刀面之间的夹角。由上可知：βo=90-(αo+γo)加工过程中，一般不允许αo<0规定：前刀面低于基面时，γo>0；前刀面高于基面时，γo<0。刀具的标注角度在切削平面Ps中测量的角度√刃倾角λs主切削刃与基面之间的夹角规定：刀尖为最高点时，λs>0；刀尖为最低点时，λs<0。注意：这一规定与84年以前的正好相反刀具的标注角度在副正交平面po’中测量的角度副前角γo’副基面与副前刀面间的夹角副后角αo’副后刀面与副切削平面间的夹角加工过程中，一般不允许αo’<0在副切削平面中测量的角度副刃倾角λs’副切削刃与副基面之间的夹角刀具切削部分的基本定义小结六个角度，两个关系主偏角kr、副偏角kr‘kr+kr’+εr=180°前角γo、主后角αo、楔角βoβo=90-(αo+γo)刃倾角λs刀具的标注角度主讲教师：陈小芹感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：陈小芹机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第1章-金属切削基础(8)FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING刀具的工作角度《机械制造工艺与装备》

刀具的工作参考系和工作角度刀具的工作参考系：按照合成切削运动方向和实际安装情况定义的参考系工作参考系与静止参考系的区别合成切削运动方向代替假定主运动方向实际进给运动方向代替假定进给运动方向实际安装条件代替假定安装条件刀具的工作角度：在刀具的工作参考系中定义和测量的刀具角度刀具的工作角度刀具工作角度的标注只需用工作坐标平面取代静止坐标平面即可进给运动对工作角度的影响|横车刀具的工作角度切断工件时，切削刃相对于工件的运动轨迹为阿基米德螺旋线，实际切削平面为过切削刃而切于螺旋线的平面，实际基面又始终与之保持垂直，因而切削时实际的前角、后角等都在发生变化设η为合成切削速度角则γoe

=γo

+η

αoe

=

αo

-η

tanη=

vf

/vc

=f/πdd

随切削过程变化，越靠近中心，η

越大，以致可能αoe<0（挤压）刀具的工作角度进给运动对工作角度的影响|纵车刀具的工作角度考虑进给运动的影响，工作基面pre和工作切削平面pse都倾斜一个η角。则γfe=γf+η;αfe=αf-η;η=tan-1(f/πdw)换算到正交平面系：则tanηo

=tanη·sinkr

γoe=γo+ηo;αoe=αo–ηo车外圆时，η=30’~40’，可忽略；车螺纹，尤其是车多头大螺距螺纹时，η很大，则不可忽略刀具的工作角度刀具安装情况对工作角度的影响|刀尖高于工件中心线刀具的工作角度刀尖高于工件中心线：则γpe=γp+θp;αpe=αp–θp

换算到正交平面系：则γoe=γo+θ;αoe=αo–θoθo=tan-1(tanθp·coskr)注意当刀尖低于工件中心线时，计算公式θp符号相反;镗内孔时与车外圆的计算公式θp符号正好相反。刀具的工作角度刀杆轴线与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化设G为进给方向垂线与刀杆中心线的夹角则Kre=Kr±GKre’

=Kr’

干G刀具的工作角度小结刀具的工作角度进给运动对刀具工作角度的影响

包括：横车、纵车刀尖位置高低对刀具工作角度的影响刀杆轴线与进给方向不垂直时对刀具工作角度的影响

掌握刀具工作角度，保证加工质量。主讲教师：陈小芹感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：谢志刚机械制造工艺与装备

精品在线开放课程84第二章-金属切削基础FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING《机械制造工艺与装备》

刀具材料刀具材料指刀具切削部分的材料刀具的切削性能，主要取决于刀具材料、几何形状和刀具结构刀具的切削能力直接影响生产率、加工质量和加工成本刀具材料刀具材料应具备的性能刀具工作环境十分恶劣，因此刀具材料必须具备以下性能：高的硬度和耐磨性足够的强度和韧性高的耐热性良好的导热性较小的膨胀系数稳定的化学性能良好的抗粘结性能良好的工艺性能良好的经济性刀具材料刀具材料的种类很多，常用的有工具钢硬质合金陶瓷金钢石立方氮化硼包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。刀具材料高速钢别称锋钢钨钢白钢刀具材料高速钢的特点高速钢是加入了钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢具有较高的耐热性，可在500~650℃的温度下进行切削加工具有高的强度和冲击韧性，刃磨时能获得锋利的刃口，故有“锋钢”之称刀具材料分类按切削性能不同高速钢分为普通高速钢和高性能高速钢按化学成分不同可分为钨系、钨钼系、钼系高速钢按制造方法不同则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢刀具材料普通高速钢钨系高速钢钨系高速钢的典型牌号是W18Cr4V钨钼系高速钢钨钼系高速钢的典型牌号是W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V刀具材料高性能高速钢在普通高速钢中加入一些其他合金元素（C、V、Co、Al），以提高其耐热性和耐磨性典型牌号：W6Mo5Cr4V3、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al刀具材料粉末冶金高速钢采用粉末冶金法可完全消除碳化物偏析，提高刀具质量特点结晶组织细小、均匀，避免了偏析各向同性，减少热处理变形与应力碳化物细小均匀，改善磨削加工性提高了材料利用率刀具材料高速钢刀具的表面涂层目的为了在刀具表面形成硬度高、耐磨性好的表面层，以减少刀具磨损，提高刀具的切削性能方法蒸汽处理、低温气体氮碳共渗、辉光离子渗氮等。还可采用真空溅射法在刀具表面沉积一层TiC或TiN涂层高速钢是一种复合材料，基体是强度、韧性好的高速钢，表层是具有高硬度、高耐磨性的其他材料刀具材料硬质合金刀具材料硬质合金的组成与性能由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）粉末，用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品高硬度、高熔点的金属碳化物含量高，故其硬度、耐热性和耐磨性都超过高速钢，允许切削温度高达800~1000℃。因此，切削速度远高于高速钢刀具材料硬质合金抗弯强度低、韧性差，怕冲击振动，工艺性能差，不易做成形状复杂的整体刀具硬质合金的物理、力学性能取决于合金成份、粉末颗粒的粗细以及合金的烧结工艺金属碳化物所占比例大，则硬度高，耐磨性也好粘结剂含量高，则抗弯强度和冲击韧性会有所提高晶粒越细，硬度越高刀具材料普通硬质合金的分类、牌号及其使用性能硬质合金是以WC为基体，并分为WC-CoWC－Tic-CoWC－TaC（NbC）－CoWC－TiC－TaC（NbC）－Co刀具材料YG类ISO称为K类，加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料YT类ISO称为P类，加工长切屑的黑色金属YN类ISO称为P类，高速精加工工具钢、淬火钢YW类ISO称为M类，可履盖K类、P类的应用范围刀具材料其他硬质合金及其使用性能超细晶粒硬质合金其WC的粒度则在0.2~1μm之间，其中大多数在0.5μm以下是一种高硬度、高强度兼备