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1、17第九章 切削加工基础知识切削加工是指在机床上利用切削工具与工件（铸件、锻件等）的相对运动，从工件上切除多余材料，获得符合预定技术要求的零件或半成品零件的加工方法。切削加工是在常温状态下进行的，它包括机械加工和钳工加工两种。机械加工方法主要有：车削、钻削、刨削、铣削、磨削、齿轮加工等。第一节 切削加工运动及切削要素一、切削运动切削过程中，切削刀具与工件间的相对运动，就是切削运动。切削运动包括主运动和进给运动两个基本运动。1主运动主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使切削刀具和工件之间产生相对运动，从而使切削刀具前面接近工件。主运动是直接切除切屑所需要的基本运动。它在切削运动中形成机床的切
2、削速度，也是消耗机床功率最大的运动。一般主运动只有一个。2进给运动进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断地或连续地切屑，并获得具有所需几何特性的已加工表面。进给运动的速度一般远小于主运动速度，而且消耗机床的功率也较少。切削过程中进给运动可能有一个，也可能有若干个。二、切削用量切削用量是指在切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量的总称。在每次切削中，工件上形成三个表面。（1）待加工表面：工件上有待切除的表面；（2）已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面；（3）过渡表面：工件上由切削刃正在切削的表面，它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表
3、面。图9-2 切削要素1切削速度c在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，称为切削速度，其单位为m/s。当主运动是旋转运动时，切削速度是指圆周运动的线速度。2进给量f进给量是指主运动的一个循环内（一转或一次往复行程）刀具在进给方向上相对工件的位移量。例如，车削时，进给量f是工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r）。3背吃刀量ap背吃刀量一般是指工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离，也称切削深度，单位为mm。选择切削用量的一般原则是：先尽量选择较大的背吃刀量；再尽量选择较大的进给量；最后尽量选择较大的切削速度。第二节 切削刀具一、切削刀具材料切
4、削刀具一般由刀柄与刀头两部分组成。刀柄用于夹持切削刀具，刀头直接担负切削任务，所以，刀头又称为切削部分。通常将刀头用焊接（钎焊）或用机械夹固的方法固定在刀柄上，以降低切削刀具的制造成本。1切削刀具材料应具备的基本性能（1）高硬度和高耐磨性。（2）高热硬性。（3）较好的化学稳定性。（4）足够的强度和韧性。2常用刀具材料的种类及选用切削刀具材料主要有：碳素工具钢与合金工具钢、高速钢、硬质合金及其它刀具材料（如金属陶瓷、氮化硅陶瓷、立方氮化硼、金刚石等）。（1）碳素工具钢允许的切削速度较低（c10m/min），主要用于制作手工用切削刀具及低速切削刀具，如手工用铰刀、丝锥、板牙等，不宜用来制造形状复杂
5、的刀具。常用的碳素工具钢有T10钢或T10A钢、T12钢或T12A钢等。（2）合金工具钢用来制造形状比较复杂，要求淬火后变形小的切削刀具，如冷剪切刀、板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、拉刀等。常用的合金工具钢有9SiCr钢、CrWMn钢、Cr12MoVA钢等。（3）高速钢适用于制作切削速度较高的精加工切削刀具和各种复杂形状的切削刀具，如车刀、铣刀、麻花钻头、丝锥、滚刀、拉刀、铰刀、宽刃精刨刀等。常用高速钢有W18Cr4V钢、W6Mo5Cr4V2钢、W2Mo9Cr4V2钢和W12Cr4V5Co5钢等。（4）硬质合金主要用于高速切削，要求耐磨性很高的切削刀具，如车刀、铣刀等。（5）其它刀具材料主要是指陶瓷
6、、立方氮化硼、金刚石等。陶瓷材料的特点是高温时硬度高、耐磨性和化学稳定性好，切屑与刀具的前刀面粘结小，但抗弯强度和冲击韧度差。立方氮化硼和金刚石的硬度高、价格高，仅用于某些特殊材料的精加工等。二、切削刀具的角度（一）车刀切削部分的组成常用的外圆车刀切削部分由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成，简称三面、两刃、一尖。切削刀具上切屑流过的表面称为前面。与工件上切削中产生的过渡表面相对的表面，称为后面，又称后刀面。切削刀具上同前面相交形成副切削刃的后面称为副后面。前面与后面的交线称为主切削刃。前面与副后面的交线称为副切削刃。主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，称为刀尖。图9-3 外圆车刀
7、组成示意图（二）车刀切削部分的几何参数1辅助平面为了确定车刀各刀面及切削刃的空间位置，必须选定一些坐标平面和测量平面作为基准，二者统称为辅助平面。常用的辅助平面有：基面、切削平面和正交平面等。过切削刃选定点的平面，它平行（或垂直）于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面（或轴线），称为基面。通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面，称为切削平面。通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面称为正交平面。 图9-4 基面与切削平面的空间位置 图9-5 基面、切削平面和正交平面的空间关系2切削刀具角度的基本定义普通外圆车刀一般有：前角0、后角0、副后角0、主偏角r、副偏角r、
8、刃倾角s、楔角0、切削角、刀尖角r、副前角010个角度。图9-6 外圆车刀的10个角度前角0。在正交平面中测量的由前面与基面构成的夹角，称为前角。硬质量合金车刀的前角一般是-5+25。当工件材料硬度较低、塑性较好或精加工时，前角取较大值，反之，前角取较小值。后角0。在正交平面中测量的后面与切削平面构成的夹角，称为后角。粗加工时，后角一般取68；精加工时，后角一般取1012。副后角0。在正交平面中测量的由副后面与副切削平面之间构成的夹角，称为副后角。主偏角r。在基面中测量，由主切削刃在基面上的投影与进给方向之间形成的夹角，称为主偏角。主偏角一般为4590，粗加工时取较大值，精加工时取较小值。副偏
9、角r。在基面中测量，副切削刃在基面上的投影与进给反方向之间形成的夹角，称为副偏角。副偏角一般为510，粗加工时取较大值，精加工时取较小值。刃倾角s 。在切削平面内测量，由主切削刃与基面之间构成的夹角称为刃倾角。刃倾角一般为-5+10，粗加工时取负值，精加工时取正值。以上6个角度为切削刀具的独立角度，此外还有4个派生角度：楔角0、切削角、刀尖角r、副前角0。它们的大小完全取决于前6个角度。其中0+0+0=90；r+r+r=180。三、常用车刀常用车刀的结构形式有：整体式车刀、焊接式车刀、机械夹固式车刀等。应用最多的是焊接式车刀和机械夹固式车刀。车刀按用途可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、镗孔刀、
10、成形车刀、螺纹车刀等。 第三节 金属切削过程中的物理现象一、切屑种类常见的切屑类型有崩碎切屑、带状切屑和节状切屑三种。形成何种类型的切屑主要取决于工件材料的塑性大小、切削刀具前角大小和切削用量。 二、总切削力切削刀具的总切削力是切削刀具上所有参予切削的各切削部分所产生的切削力的合力。1总切削力总切削力F可分解成三个相互垂直的分力Fc（主切削力）、Ff（进给力）、Fp（背向力）。车削时总切削力的计算公式是:F= 图9-9 车削时总切削力的分解图主切削力Fc是总切削力在主运动方向上的正投影，是三个分力中最大者。它大约占总切削力的80%90%。消耗机床功率最多。进给力Ff是总切削力在进给运动方向上的
11、正投影。由于进给方向速度小，因此，进给力做的功也很小，只占总功率的1%5%。背向力Fp是总切削力在垂直于进给方向的分力，是与切削深度方向平行的分力，作用在工件的半径方向。背向力不做功，但会引起工件轴线纵向弯曲变形，因而使轴与孔在长度方向切除的量不均匀，使轴与孔各处直径不相同而变成腰鼓形。另外，背向力还容易引起工件振动。2影响总切削力的因素与减小总切削力的措施（1）工件材料。工件材料的强度、硬度愈高，即变形抗力愈大，则总切削力也愈大。（2）切削用量。背吃刀量ap和进给量f加大时，切削力明显增大。切削速度c对总切削力的影响较小。（3）切削刀具几何角度。增大前角可有效地减小总切削力；增大主偏角r，F
12、f增大，Fp减少小，有利于减少工件变形和振动。（4）冷却润滑条件。充分的冷却润滑，可使总切削力减小5%20%。同时还有利于减少切削刀具与工件的切削热。三、切削热切削热的直接来源有两个：内摩擦热和外摩擦热。切削热对切削刀具与被加工零件有如下一些影响：（1）使切削刀具硬度降低，造成切削刀具很快磨损。（2）造成工件温度过高，可能导致工件内部组织发生变化，影响工件的使用性能。（3）使工件膨胀变形，影响测量精度及加工精度。四、切削刀具的磨损与切削刀具的耐用度切削刀具磨损形式主要有:后刀面磨损、前刀面磨损、前后两刀面同时磨损三种。切削刀具两次刃磨中间的实际切削时间称为切削刀具的耐用度，单位是min。影响切
13、削刀具耐用度的因素很多，如切削刀具材料、刀具角度、切削用量和冷却润滑情况等，其中以切削速度影响最大。第四节 金属切削机床的分类和编号金属切削机床简称为机床，是用切削刀具对工件进行切削加工的机器。一、金属切削机床的分类金属切削机床按其工作原理可划分为:车床、钻床、镗床、刨插床、铣床、磨床、拉床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、锯床和其它机床。二、金属切削机床型号的编制方法金属切削机床的型号是用来表示机床的类别、主要参数和主要特征的代号。金属切削机床的型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。1金属切削机床的类代号机床型号的第一个字母表示机床的类，并按名称的汉语拼音的第一个大写字母表示。表9-1 机床的
14、类和分类代号类车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其2金属切削机床的特性代号金属切削机床的特性代号包括通用特性和结构特性，也用汉语拼音字母表示。表9-2 机床的通用特性代号通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心自动换刀仿形轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速万能代号GMZBKHFQCJRXSW读音高密自半控换仿轻重简柔显速万结构特性代号是为了区别主参数相同而结构不同的机床，如CA6140和C6140是结构有区别而主参数相同的普通车床。3金属切削机床的组、系代号每类机床按其用途、性能、结构相近或有派生关系，分为10个组，每个组又分10个系列。在机床型号中，跟在字母后面的两个数字分别表示机床的组和系。4金属切削机床的主参数机床的主参数表示机床规格的大小和工作能力。在机床型号中，表示机
