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1、第五章 切削加工主要内容 5.1切削加工基础5.2典型表面加工分析5.3切削加工工艺基础5.4零件结构工艺性5.1切削加工基础主要内容5.1.1 金属切削基本理论5.1.2 金属切削过程及主要物理现象5.1.3 金属切削机床的基本知识1、金属切削过程中的各种物理现象 2、刀具角度的标注本节重难点5.1.1金属切削基本理论金属切削加工:是用切削工具将坯料或工件上的多余材 料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表 面质量的加工方法。金属切 削加工钳工机械 加工划线、錾、锯、 锉、刮、攻螺丝 、 套螺丝、装 配等车、钻、铣 、刨、磨、 特种加工等1.切削运动与切削要素1）零件表面的形成与切削运
2、动 切削运动 机床为实现切削加工，刀具与工件间必需具有一定的 相对运动，包括主运动和进给运动。主运动：是指在切削加工中，形成机 床切削速度或消耗主要动力的工作运 动。 进给运动：是指在切削加工中，对工 件的多余材料不断被去除的工作运动 。注释: 1、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动； 2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主运动也可以 是刀具来实现（切断、刨、铣加工）; 3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。工件上形成的表面待加工表面：指加工时工件上有待切除的表面； 已加工表面：指工件上经刀具切削后产生的表面; 过渡表面（加工表面）： 指工件上由刀具切削刃形成 的表面。2）切削要素切
3、削要素包括切削用量和切削层的几何参数（1）切削用量用来衡量切削运动量的大小切 削 三 要 素进给量f切削速度c切削深度ap （背吃刀量）指在切削刃上选定点相对于工 件主运动的瞬时速度 vc= dn/1000(mmin)刀具在进给运动方向上相对工件 的位移量。所用刀具和切削运动 形式不同，进给量的表述和度量 方法也不同。如铣削f=vf /n待加工表面到已加工表面间的 垂直距离 ap=(dw-dm)2不同切削工艺的进给量和切削深度（2）切削层参数切削层是指零件上正被 切削刃切削的一层材料，即 两个相邻加工面间的那层材料。 切削层参数对切削过程中切削力的大小、刀具的载 荷和磨损、零件加工的表面质量和
4、生产率都有决定性影 响。切削层参数.切削层面积AD :切削层在垂直于切削速度截面内的面积。 AD= hD. bD =f.ap (mm2) .切削宽度bD ：沿主切削刃度量的切削层尺寸； bD =ap/ sinr (mm) 3. 切削厚度hD ：垂直于加工表面度量的切削层尺寸； hD =f.sinr (mm) (只有在车削加工中，当残留面积很小时才近似认为相等）2.刀具切削部分的几何参数刀具切削部分的组成要素 刀杆：起夹持作用 刀头： 三面前刀面： 切屑流过的表面 主后刀面：刀具上 与加工表面相对的表面 副后刀面：刀具上与已加工表面相 对的表面 两刃主切削刃：刀具上前刀面与 主后刀面的交线 副切
5、削刃：刀具上前刀面与副后刀 面的交线 一尖主切削刃与副切削刃的交点标注坐标系的假定条件1 1、假定没有进给运动，只考虑主运动，并且限定、假定没有进给运动，只考虑主运动，并且限定主运动的方向垂直于水平面，方向向上。主运动的方向垂直于水平面，方向向上。2 2、二是假定刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削、二是假定刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削速度方向速度方向( (或平行于基面或平行于基面) )，对车刀来说，规定其刀尖，对车刀来说，规定其刀尖安装在工件的中心高度上，刀杆中心线垂直于工件的安装在工件的中心高度上，刀杆中心线垂直于工件的回转轴线。回转轴线。所以，刀具标注角度的参考平面是在相对静止状态下（进
6、给运动vf = 0）确定的。故称之为“静止系”。1）车刀切削角度的坐标平面 基 面 (Pr ) 通过主切削刃上的某一点,与 主运动方向相垂直的平面 切削平面(Ps)通过主切削刃上的某一点， 于加工表面相切并垂直于 基 面的平面 正交平面(P0)通过主切削刃上的某一点， 并同时垂直于基面和切削 平面的平面2 2）刀具）刀具几何几何角度角度刀具的标注角度 1.正交平面参考系中的刀具标注角度 (1) 在基面Pr上刀具标注角度有：主偏角kr在过主切削刃选定点的基面内，主切削 刃与进给方向间的夹角； 影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的 负荷。减少 r，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具
7、磨损小，耐用。45、60、75、 90。 副偏角kr在过副切削刃选定点的基面内，副切削 刃和进给方向间所夹的锐角； 影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少r，减少表 面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使 副切 削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动， 降低表 面质量。515。粗加工取较大 值。副偏角对残留面积的影响注意：车 外圆与车 端面主、 副偏角的 变化(2) 在正交平面Po上刀具标注角度有：前角前刀面r与基面Pr间的夹角。前角有正负,前角 在基面之下为负，前角在基面这上为正；前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但 易产生崩刃。应根据刀具和工程材料及加工性质 选择。加工
8、塑性材料，取较大的前 角，10 20。粗加工或灰铸铁取较 小的前角，515。 后角O后刀面与切削平 面间的夹角。 增大后角可减少摩擦，提高 工件加工质量和刀具耐用 度,并使切削刃锋利。 在保证加工质量和刀具耐用 度的前提下,一般粗加工、 强力 车削，材料较硬时取 小值,6 8。反之取812在切削平面(Ps)： 刃倾角s主切削刃与基面间 的夹角 影响切屑流出方向,刀尖强度、切入 切出平稳性、切削分力和切削的 工作长度；-5+5度。保证加工 质量 的前提下。尽量取较大的负 值（小 值）,提高刀具耐冲击力。刃倾角有正、负粗加工取负值 精加工取正值4）刀具的工作角度车外圆时车刀安装 的高低，对前角、
9、后角有影响车外圆时车刀安装的 偏斜，对主偏角、副 偏角有影响思考题画出如图所示45度端面车刀的主偏角、副偏角、前角、后角、刃倾角、法前角、法后角。刀具结构常见刀具的结构形式车刀的结构形式金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外, 还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。在金属切削加工中，刀具材料的切削性能直接影响 着生产效率、工件的加工精度和已加工表面质量，刀具 消耗和加工成本。正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之 一，特别是对某些难加工材料的切削来讲刀具材料的选 用显得尤为重要。3.刀具材料及结构1)刀具材料（1）刀具材料应具备的基本性能刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣
10、条 件下工作的。因此，刀具材料应具备以下基本性能.硬度高 硬度是指材料抵抗其他物体压入其表面的能力。 刀具材料的硬度必须更高于被加工材料的硬度，一 般高于一倍至几倍，否则在高温高压下，就不能保持 刀具锋利的几何形状。 目前，切削性能最差的刀具材料碳素工具钢，其 硬度在室温条件下也应在62HRC以上；高速钢的硬度 为6370HRC。.足够的强度和韧性刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力。例如，车削45钢时，当ap=4mm，f=0.5mm/r时，刀片要承受约4000N的切削力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。一般用刀具材料的抗弯强度b (单位为PaNm。)表示它的强度大小。
11、用冲击韧度k(单位为Jm。)表示其韧性的大小，它反映刀具材料抗脆性断裂和崩刃的能力。. 耐磨性和耐热性好刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力。一般说,刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系。其耐热性通常用它在高温下保持较高硬度的性能即高温硬度来衡量，或叫热硬性。高温硬度越高，表示耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。耐热性差的刀具材料，由于高温下硬度显著下降而会很快磨损乃至发生塑性变形，丧失其切削能力。.导热性好刀具材料的导热性用热导率单位为w（mK)来表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量容易传导出去，从而降低切削部分的温度，
12、减轻刀具磨损。此外，导热性好的刀具材料其耐热冲击和抗热裂的性能增强，这种性能对采用脆性刀具材料进行断续切削，特别在加工导热性能差的工件时尤为重要。（2） 刀具材料的分类 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬 材料五大类。其主要力学物理性能见表。目前应用最多的是高速钢和硬质合金。据统计， 我国目前高速钢用量约占刀具的60以上，硬质合 金的用量约占30以上，随着难加工材料应用的增 加，陶瓷刀具和超硬刀具材料的使用量日益增长。（1）. 碳素工具钢碳素工具钢是含碳量较高的优质钢(含碳量为0. 71.2 。如T10A等)，淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差 。1）常用牌号： T7A、T8A
13、T13A等。2）主要性能： 淬火后硬度较高，可达HRC6165；红硬性为200250，不耐高温；价格低廉，切削速度因此而不能提高，允许切削速 度 VC10m/min。3） 应用：只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、 锉等(2).合金工具钢在碳素工具钢中加入少量的Cr、w、Mn、Si等元素，形成合金工具钢(如9SiCr等)，可适当减少热处理变形和提高耐热性。 1）主要牌号： 9SiCr CrWMn2）主要性能： 淬火后的硬度可达HRC6165；红硬性为300400；允许切削速度Vc=1015m/min；3）应用：制作低速、形状比较复杂、要求淬火后变形 小的刀具。如板牙、拉刀、手用铰刀（孔的精加工
14、）等。(3) 高速钢高速钢常用的牌号是18Cr4V，又称“锋钢”或“白钢”， 其强度、韧性和工艺性均较好，可作形状复杂的刀具，但 其耐热性大 约为600左右；因而只能进行中速切削。(4) 硬质合金 硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物（C、iC 等）微米数量级的粉末为基体，用o、o、i等作粘接剂 在高压下成型，并 通过高温烧结而成的一种粉末冶金制品的 。 硬度高,耐磨性好,耐热性大约为1000左右,可以高速切 削。 硬质合金属于脆性材料，其抗弯强度低，冲击韧性差。 硬质合金按基体分为两大类：碳化钨基（C);碳化钛基 （iC）1）G（K）类硬质合金(WC+CO)硬度为HRA,韧性比类硬质合金好
15、,热硬 性为 ，切削韧性材料时耐磨性较差，固适于加工铸铁、青 铜等脆性材料。) YT（P）类硬质合金WC+TiC+CO硬度为.5HRA,热硬性为9001000，韧 性差,脆性大,适于加工塑性材料、如钢料等。3) YW（M）类硬质合金(WC+TiC+TaC+CO)热硬性为10001100，综合性能好,既可加工铸铁、有 色金属, 又可加工钢,不锈钢等难加工材料（3). 其它刀具材料陶瓷： 用L2O3加微量添加剂（如g ） 经低压烧结而成。硬度高、耐 磨性好、 热硬性和化学稳定性好， 允许的切削 速度高于硬质合金，但 抗弯强度和冲 击韧性很差，切削时 易崩刃 。 人造金刚石： 金刚石分为天然或人造两
16、种,都 是碳的同素异形体。人造金刚石是 在高 压高温的条件下，借合金的触 媒作用 由石墨转化而成。其硬度极 高，接近 于10000。不适于加 工铁材料。氧化锆陶瓷刀具聚晶（PCD）金刚石车刀立方氮化硼 （CBN）立方氮化硼是由六方氮化硼（俗称白石墨）在高 温高压下加入催化剂转变而成的。硬度很高可达到HV80009000 热稳定性好 化学稳定性好有较高的热导率和较小的摩擦系数强度及韧性较差金属的切削过程金属在切削过程中,会出现一系列物理现象，如金属 变形、切削力、切削热、刀具磨损等，这些都是以切屑 形成过程为基础而生 产中出现的许多问题，如积屑瘤、 振动、卷屑、断屑等，都与切削 过程密切相关。切屑形成过程及切屑种类1.切屑形成过程：a. 对塑性金属进行切削时，
