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1、上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 第8章 金属切削基本知识 8.1 概述 金属切削加工是用刀具从金属材料（毛坯）上 切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸 精度和表面质量都符合要求的机器零件的加工 方法。 切削加工分为钳工和机械加工两部分。 机械加工是通过工人操作机床对工件进行切削 加工，常见的加工方法有：车、钻、刨、铣、 磨以及齿形加工等。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 8.2 切削加工基本知识 一、切削运动 切削运动包括主运动和进
2、给运动两类。 1、主运动在切削运动中，速度最高、消耗动力 最大、为形成表面的最基本运动。 例如：车削时工件的旋转运动； 刨削时刀具（牛头刨）或工件（龙门刨） 的直线往复运动； 钻削、铣削和磨削时，钻头、铣刀和砂轮 的旋转运动。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 2、进给运动在切削过程中，为了使新的金属层 连续投入切削，从而切出工件全部 加工表面所需要的运动。 例如：车削时车刀沿纵向、横向的直线走刀运动； 钻削时钻头的轴向移动； 铣削时工件随工作台的直线运动。 注意: （1）、描绘切削运动必须讲清楚两点： 谁在动？ 工
3、件or刀具； 怎么动？旋转or直线移动 （2）、主运动只有一个，进给运动可以有多个。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 动画：典型切削加工的切削运动 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 二、运动要素 1、切削运动中的三个表面 （1）待加工表面：工件上 有待切除的表面 （2）过渡表面：工件上正与 刀具切削刃相碰的表面 （3）已加工表面
4、：工件上已 经被刀具切削过的表面 待加工表面 已加工表面 过渡表面 车外圆时的3种表面 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 2、切削用量三要素 切削速度 进给量 背吃刀量 在主运动的一个循环（或单位时 间）内，工件与刀具间沿进给运 动方向上的位移量。 在单位时间内，工件或刀具沿主 运动方向相对移动的距离。 待加工表面和已加工表面的垂直 距离。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY （1）切削速度Vc 指主运动的速度。即在单位时间内，工件或刀具 沿
5、主运动方向相对移动的距离。 式中：d 车削时的工件待加工表面直径dw； 铣削、磨削时的刀具直径或砂轮直径（m m） n 工件或刀具的转速（r/s或r/min ） 式中：L 往复运动的行程长度（m m） n 主运动每分钟往复次数（str/m m) (m/min或 m/s) 主运动为旋转运动时 主运动为往复直线运动时 (m/min或 m/s) 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY （2）进给量f 在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件与 刀具间沿进刀方向相对运动的距离。 如在车削、镗削、钻削时，进给量表示工件或刀 具每转一
6、转，刀具或工件移动的距离，单位是 m m/r。 在牛头刨床（龙门刨）刨削时，刀具（工件）每 往复一次，工件（刀具）移动的距离。 (mm/r或mm/str) 对于多齿刀具(如铣刀)常常还以每齿进给量fz(mm/z)表 示。则 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY （3）背吃刀量（切削深度）ap 待加工表面和已加工表面的垂直距离。 其中： dw 为待加工表面的直径。 dm 为已加工表面的直径。 车削外圆时： （mm） （m m） （m m） 3、切削层参数 切削层参数包括切削层公称厚度、切削层公称宽度 和切削层公称横截面积。
7、 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY (1)切削层公称厚度 h D 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层 参数。 (2)切削层公称宽度b D 平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层 参数。 (3)切削层公称横截面积A D 切削层的实际横截面积 （m m） （m m） (m m2) 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY hD bD 车削时的切削层参数 A D 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSH
8、ANGHAI UNIVERSITY 4、切削用量的合理选择 切削用量的大小将直接影响工件的加工质量、 生产率和刀具的使用寿命(耐用度)。 （1）切削用量对加工质量的影响 ap或f：切削力 、工件变形、加工精度、 表面粗糙度 （2）切削用量对基本工艺时间的影响 vc 或ap或f：基本工艺时间（效果相同） 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY （3)对刀具寿命(耐用度)和辅助时间的影响 刀具的耐用度 刀具从开始切削到磨损量达到磨钝 标准为止的总切削时间。 （当0.75mm/r 时） 耐用度 由此可知，vc 影响最大，f 影响
9、次之，ap影响最小。 粗加工（提高生产率）：选取较大的 ap 和 f 及较小 vc 精加工（提高加工质量）：选取较小的ap和f及较高的vc 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 三、切削刀具 1、刀具的构成: 刀具 = 工作部分 + 非工作部分 车刀、刨刀的结构比较简单，由切削部分(刀头)和 夹持部分(刀体或刀柄)构成。 车刀的组成和形式 （a）焊接式 （b）整体式 （c）机夹式 刨刀 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 铣刀、钻头等刀具结构较为
10、复杂，但就其单个刀齿的 切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来。 铣刀 （a）三面刃铣刀 （b）圆柱铣刀 （c）端铣刀 （a ） （b ） 钻头和镗刀的对比 (a)镗刀 (b)钻头 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 2、外圆车刀切削部分的组成: 外圆车刀的切削部分由三面二刃一尖组成。 前面：切屑流过的刀具表面。 主后面：与工件过渡表面相对着的刀具表面。 副后面：与工件已加工面相对着的刀具表面。 三面 主切削刃：前面与主后面的交线 副切削刃：前面与副后面的交线 二刃 一尖 刀尖：主切削刃与副切削刃的连接处，实
11、际为 一小段直线状或圆弧状的过渡刃 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 刀杆 切削部分（刀头 ） 主后面 副后面 f 前面 主切削刃 副切削刃 刀尖 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 3、车刀切削部分的主要角度 (1)刀具的静止参考系 在假设刀具的进给运动 速度为零、刀具安装时刀尖 与工件的轴线等高、刀杆与 工件的轴线垂直的前提下， 为设计、制造、刃磨和测量 刀具的需要而设定的参考系 称为静止参考系。 静止参考系由基面Pr、 主切削平面P0、
12、正交平面Ps 组成。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 正交平面（Ps）：通过主 刀刃上某一点，并与主刀 刃在基面上的投影垂直的 平面。 基面（Pr）：通过主刀刃 上某一点，并与该点切削 速度方向垂直的平面。 通常平行于车刀的底面。 主切削平面（P0）：通过 主刀刃上某一点，并与该 点加工表面相切的平面。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY (2)刀具的主要角度 前角0：正交平面中，前面与基面之间的夹角。 通常为-5 +25。 后角0：正交平
13、面中，主后面与切削平面之间的夹角。 通常为6 12 主偏角r：基面中，主刀刃投影与进给方向的夹角。 副偏角r：基面中，副刀刃投影与进给反方向的夹角。 刃倾角s：主切削面中，主刀刃与基面间的夹角。 s为正，说明刀尖点相对于基面处于主切削刃上的最高点； s为负，说明刀尖点相对于基面处于主切削刃上的最高点； s=0则说明主切削刃与基面平行。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 前角 后角 副偏角 主偏角 f 刃倾角 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY
14、 (3)刀具主要角度的合理选择（详见教材157页表8-5） 粗加工时，为了减轻刀具的负荷，采用较大的前角， 可适当的减小后角。这时切削刃不会明显削弱。 精加工时，为了减小主后刀面与加工面间的摩擦，可采 用较大的后角，并适当减小前角。 在切削较硬材料或有冲击情况时，可采用较小的主偏角 和负的刃倾角，而不必明显地减小前角。 当加工精度要求高的细长轴时，为了减小振动，须选用 较大的主偏角；为避免划伤已加工表面，须选用正 的刃倾角，并相应减小前角。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 4、刀具（切削部分）的材料: （1）刀具材
15、料的性能 较高的硬度和耐磨性：为工件硬度的1.3-1.5倍， 一般要求HRC60以上，以保持刀刃的锋利度。 足够的强度和韧性：以抵御切削时的弯曲、冲击和 振动。 较高的红硬性：能在高温下保持高硬度。 良好的导热性：有利于切削热传导，降低切削区温 度，延长刀具寿命。 良好的工艺性：能适应锻造、焊接、热处理、磨削 加工等，有利于刀具的制造和刃磨。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY （2）常用刀具材料 碳素工具钢：T8A、T10、T12A等。制造手工刀具， 如锉刀、锯条等。 合金工具钢：9SiCr、CrWMn等。制造低速定
16、尺寸刀 具，如丝锥、板牙、铰刀等。 高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。制造中速切削或 形状复杂的刀具，如钻头、铣刀、齿轮刀具等。 硬质合金：分YG（钨钴类）和YT（钨钛钴类），制 造高速切削的车刀、铣刀等。脆性材料、粗加工选 YG6、YG8、YT5；塑性材料、精加工选YT15、YT30。 陶瓷：Al2O3、Al2O3-TiC、Si3N4等。热硬性好，耐磨 ，抗弯性差，易碎。制造高速切削的车刀。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 涂层刀具：在韧牲较好的刀具基体上，涂覆TiC、TiN 等耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的 耐磨性，又不降低其韧性。 立方氮化硼：热硬性强，可耐1500高温，与铁亲和 力小。制造中高速切削的车刀、铣刀。 人造金刚石：热硬性好。制造精密加工非铁金属的车 刀、铣刀等。 四、切屑的形成及类型 1、带状切屑
