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1、模 块 一 金属切削的基本知识,课题一 切削运动和切削要素 一、 切削运动 (1) 主运动：形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。通常主运动的速度最快，消耗功率最多。,(2) 进给运动：使工件的多余材料不断地被去除的工作运动，进给运动可以是连续运动，也可以是间歇运动，如车外圆时纵向进给是连续运动，控制切削刃切入深度的横向进给是间歇运动。通常，进给运动的速度较慢，消耗功率较少。 各种切削加工，都具有特定的切削运动(见图1-1)。切削运动的形式有旋转的、直线的、连续的、间歇的等。一般主运动只有一个，进给运动可以有一个或几,个。主运动和进给运动可由刀具和工件分别完成，也可由刀具单独完成。,图1-
2、1,二、 工件上形成的表面 在切削运动的作用下，工件上产生了3个不断变化的表面(见图11)。 (1) 已加工表面：已经切去多余金属而形成的表面。 (2) 过渡表面：工件上切削刃正在切削的表面，并且是切削过程中不断变化着的表面。 (3) 待加工表面：加工时即将被切去金属层的表面。,应当指出，零件3个表面的划分只是为了便于对切削过程的研究。在切削加工过程中，零件的3个表面始终处于不断的变化之中，这一次加工走刀的待加工表面，即为上一次加工走刀的已加工表面，过渡表面会随着每次切削加工的刀具进给不断地被切除从而形成新的过渡表面。 三、 切削用量的基本概念 切削用量是表示主运动及进给运动大小,的参数，包括
3、背吃刀量、进给量和切削速度(见图1-2)。合理选择切削用量与提高生产效率有着密切的关系。,图1-2,1. 背吃刀量 背吃刀量又称为切削深度，是指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，也就是每次进给时车刀切入工件的深度。车外圆时的切削深度(ap)可按下式计算：,2. 进给量f 进给量是指刀具或工件在进给运动方向上相对于工件或刀具移动的距离，常用每转或每行程的位移量来表示。 （1）车削时，进给量f为工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离(单位：mm/r)。 （2）钻削时，进给量f为钻头每转一转，钻头沿进给方向(轴向)移动的距离(单位：mm/r)。,（3）铣削时，进给量用每齿进给量fz (mm/
4、z)、每转进给量f(mm/r)、进给速度vf (mm/min)表示。 进给量又分纵进给量和横进给量两种。 纵进给量是指沿车床身导轨方向的进给量。 横进给量是指垂直于车床床身导轨方向的进给量。 3. 切削速度v,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，也可以理解为车刀在1min内车削工件表面的理论展开直线的长度(但必须假定切削没有变形或收缩)。它是衡量主运动大小的参数，切削速度v的计算公式为,四、 切削对加工表面的影响 在金属切削过程中会出现一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热、刀具磨损以及加工表面质量等，它们都是以切屑形成过程为基础的，因此研究这些
5、物理现象，对提高生产效率和工件的加工质量，降低生产成本，都有重要意义。 1. 切屑的形成及切屑类型,(1) 金属切削过程。 (2) 切屑的类型。 2. 积屑瘤 用中等切削速度切削钢料或其他塑性金属时，有时在车刀前刀面的近切削刃处牢固地粘着一小块金属，这就是积屑瘤。 (1) 积屑瘤的形成。 (2) 积屑瘤对加工的影响。,(3) 切削速度对积屑瘤产生的影响。 课题二 金属切削刀具的基本知识 一、 车刀切削部分的组成(三面、两刃、一尖) 刀具的种类很多，结构各异，但就切削部分而言，它们都可以看成是由外圆车刀演变而成的。现以外圆车刀为例，说,明刀具切削部分的几何形状，如图1-5所示。 图1-5 (1)
6、 前面(A)：它是刀具上切屑滑过的表面。,(2) 主后面(A)：它是刀具上与切削表面(过渡表面)相对的表面。 (3) 副后面(A)：它是刀具上与已加工表面相对的表面。 (4) 主切削刃(S)：它是前面与主后面相交构成的切削刃，它承担主要的切削工作。 (5) 副切削刃(S)：它是前面与副后面相交构成的切削刃，它配合主切削刃完成少量的切削工作，即对加工表面起修光作用。,(6) 刀尖：它是主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，它往往磨成一段很小的直线或圆弧，以提高刀尖的强度。 二、 辅助平面 为了定义刀具角度，在切削状态下，以切削刃上某一点为基准假定的几个平面称为辅助平面，如图1-6所示。
7、,图1-6,(1) 基面(Pr)：它是通过主切削刃上某点并垂直于假定主运动方向的平面。 (2) 主切削平面(Ps)：它是通过主切削上某一点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。 (3) 正交平面(Po)：它是通过主切削刃上某一点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。 以上3个平面相互垂直，构成空间直角坐标系。,(4) 假定工作平面(Pr)：它是通过主切削刃上某一点与基面垂直，且与假定进给运动方向平行的平面。 (5) 背平面(Pn)：它是通过主切削刃上某一点并同时垂直于基面和假定工作平面的平面。 以上两个平面加上基面亦可组成空间直角坐标系。 (6) 副切削平面(Ps)：它是通过副切削刃上某一点与副切削
8、刃相切并垂直于基面的平面，如图1-7所示。,三、 刀具的几何角度 刀具的切削性能、锋利程度及强度主要是由刀具的几何角度来决定的。前角、后角、主偏角和刃倾角是主切削刃上4个最基本的角度，如图1-7所示。,图1-7,1. 在正交平面内测量的角度 (1) 前角(o)：它是前面与基面间的夹角。前角的大小能决定刀刃的强度和锋利程度。前角大，刃口锋利，易切削，但前角过大，会使强度降低，散热变差，易崩刃。 (2) 后角(o)：它是主后面与主切削平面间的夹角。后角的大小能决定刀具后面与工件之间的摩擦及散热程度。后角过大，会使散热变差，刀具寿命减短；后角过小，会使摩擦严重，刀口变钝，,温度升高，刀具寿命也减短。
9、一般取 o =512。 (3) 楔角(o)：它是前面与主后面间的夹角。o =90-（o +o）。 2. 在基面内测量的角度 (1) 主偏角(r)：它是主切削平面与假定工作平面间的夹角。主偏角的大小能决定背向力与进给力的分配比例和散热程度。主偏角大，背向力小，散热差；主偏角小，进给力小，散热好。,(2) 副偏角( r)：它是副切削平面与假定工作平面间的夹角。副偏角的大小能决定副切削刃与已加工表面之间的摩擦程度。较小的副偏角对已加工表面有修光作用。 (3) 刀尖角(r)：它是主切削平面与副切削平面间的夹角。r =180-(r +r)。 3. 在主切削平面内测量的角度 刃倾角(s)：它是主切削刃与基
10、面间的夹角。刃倾角主要影响排屑方向和刀尖强度。如图1-8所示，刀尖位于主切削刃,图1-8,上的最高点时，刃倾角为正，切屑滑向待加工表面，刀尖不耐冲击；刀尖位于主切削刃上最低点时，刃倾角为负，切屑滑向已加工表面，刀尖可受到保护；主切削刃上各点等高时，刃倾角为零，切屑很快卷曲，刀尖抗冲击能力较强。,四、 刀具材料 1. 刀具材料应具备的性能 刀具材料的切削性能，关系着刀具的耐用度和生产率；刀具材料的工艺性能，影响着刀具本身的制造与质量。刀具材料应具备以下性能。 (1) 硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般在60HRC以上。 (2) 强度(主要指抗弯强度) 刀具材料应能承受切削力和内应力，
11、不致崩刃或,断裂。 (3) 韧性刀具材料应能承受冲击和振动，不致因脆性而断裂或崩刃。 (4) 耐磨性是指刀具材料抵抗磨损的能力。它是材料硬度、强度和金相组织等因素的综合反映。一般来说，硬度较好的材料，耐磨性也较好。 (5) 耐热性是指刀具材料在高温下保持较高的硬度、强度、韧性和耐磨性的性能。它是衡量刀具材料切削性能的重要指标。,(6) 工艺性是指为了便于制造刀具，刀具材料应具备的可加工性、可刃磨性、可焊接性及可热处理性等。 2. 常用刀具材料的种类和用途 (1) 碳素工具钢。用于低速、尺寸小的手动刀具，如丝锥、板牙、锯条、锉刀等。 (2) 合金工具钢。用于手动或刃形较复杂的低速刀具，如丝锥、板
12、牙、拉刀等。,(3) 高速钢。用于刃形较复杂的刀具，如麻花钻、拉刀、车刀、铣刀等。 (4) 硬质合金。用于高温、高速下切削的刀具，如车刀、铣刀等。硬质合金主要分钨钴类(YG)和钨钍钴类(YT)，钨钴类适用于加工铸铁及有色金属材料，钨钍钴类适用于加工钢材。 (5) 人造聚晶金刚石(PCD)。用于精加工有色金属及非金属的刀具，如车刀、铣刀、镗刀等。,(6) 立方氮化硼(CBN)。用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等难加工材料的半精加工和精加工，可以做成整体刀片，也可以与硬质合金做成复合刀片。,课题三 切削力及刀具磨损,一、 切削力 1. 切削力的来源 切屑力的来源主要有两个方面，一是切屑形成过程中弹性
13、变形及塑性变形产生的变形抗力，二是刀具与切屑及工件表面间的摩擦阻力，这两方面的力构成了切削合力，作用于前刀面和后刀面上。切削力的形成，是切削加工中的基本物理现象之一，切削合力的大小、方向和,作用位置是零件工艺分析和机床、夹具、刀具强度设计的主要参数依据。实际应用时，常将切屑合力F分解到需要的方向上，如图1-9所示。,图1-9,(1) 主切削力Fc ：是切削合力沿主运动方向的分力，垂直于基面，又称切向力。其数值在一般情况下是分力中最大的，所作的功最大，约占总功率的95 99，是计算机床动力和主传动系统零件强度和刚度的主要依据。 (2) 进给力Ff ：是切削合力沿进给运动方向上的分力，在基面内，与
14、进给方向即工件轴线方向平行，故又称进给抗力或轴向力。进给力一般只消耗总功率的,15，也是计算进给系统零件强度和刚度的依据。 (3) 背向力FP ：是切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面内，与进给方向垂直，即通过工件直径方向，故又称径向力或吃刀抗力。因为切削在此方向上的运动速度为零，所以FP不作功，但会使工件弯曲变形，还会引起振动，对表面粗糙度产生不利影响。 2. 影响切削力的因素,(1) 刀具方面。 前角：前角增大，切削变形减小，切削力显著下降。 主偏角：主偏角变化使切削分力的作用方向改变，当kr增大时，Fy减少，Fx增大。 刃倾角：当刃倾角由正值向负值变化时，改变了合力Fr及其分力Fx
15、y的作用方向，从而使Fy增大，Fx减小。 刀尖圆弧半径：当刀尖圆弧半径由,0.25mm增大到1mm时，Fy力可增大20左右，较易引起振动。 (2) 切削用量方面。 背吃刀量和进给量： 在一般车削时，当进给量f不变，背吃刀量ap增大一倍时，主切削力Fc也成倍增大，而当背吃刀量ap不变，进给量f增大一倍时，Fc约增大70%80。 切削速度：低速和高速切削塑性金属时，切削力一般是随着切削速度v的提高而减小。这是因为切削速度提高，使,切削温度增高，摩擦系数减小，变形减小的缘故。在容易生成积屑瘤的中速范围内（1530m/min），因产生积屑瘤使刀具实际前角增大，切削力减小。 切削脆性金属时，因为变形和摩
16、擦均较小，所以切削速度改变时切削力变化不大。 二、 切削热 1. 切削热的来源和传散 切削热来源于切削层金属发生弹性变形和塑性变形产生的热量以及切屑与前刀,面、工件与后刀面摩擦产生的热量。切削过程中上述变形与摩擦消耗的功的绝大部分将转化为热能。 切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质传散。 切削热传至各部分的比例，一般情况下切屑带走的热量最多，如不用切削液，以中等切削速度切钢时，切削热的50%86由切屑带走；40%10传入工件；9%3传入车刀；1左右传入周围空气。,切削温度一般是指切削区域的平均温度。它的高低是产生热和传散热两方面因素综合影响的结果。例如，车削不锈钢和高温合金时，变形产生的热量较多，工件材料的导热系数低，热量不易传散，所以切削温度较高。 2. 影响切削热的主要因素 (1)刀具角度。 (2) 切削用量。 (3) 工件材料。,(4) 切削液。 三、 刀具磨损 1. 刀具磨损形式 (1) 前面磨损。 (2) 后面磨损。 (3) 前、后面磨损。 2. 刀具耐用
