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1、第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,第一章 切削加工工艺理论基础 教学要点： 1. 金属切削加工 2. 刀具材料及刀具角度 3. 切削过程的基本规律,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,第一节 切削加工的基本概念 一、刀具和工件的运动 切削加工是靠刀具和工件之间作相对运动来完成的。它包括主运动和进给运动。 （一）主运动 主运动是由机床或人力提供的主要运动。它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使 刀具前面接近工件。其特点是在切削过程中速度最高，消耗动力最大。其运动方式可以是旋转运动，也可以是往复直线运动。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,（二）进给运动 进给运动是机床或人力提供的运动
2、。它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断或连续地进行切削，并得到具有所需几何特性的已加工表面。其特点是在切削过程中速度低，消耗动力少。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,二、加工中的工件表面 切削加工过程中，工件上同时形成三个不同的变化着的表面。 （一）已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。 （二）待加工表面 工件上有待切除之表面称为待加工表面。 （三）过渡表面,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,三、切削用量 三要素：切削速度、进给量和吃刀量。 （一）切削速度 (c) 切削速度是切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，计量单位为m/s或m/min
3、。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,当主运动为旋转运动时 (如车削，铣削等) V=dn/1000 60 式中 d切削刃选定点的回转直径，单位为mm； n工件或刀具的转速，单位为r/min。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-1 刀具和工件的运动 a) 车削 b) 铣削,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,（二）吃刀量 (ap) 吃刀量(ap)是两平面间的距离，该两平面都垂直于所选定的测量方向，并分别通过作用于切削刃上两个使上述两平面间的距离为最大的点，计量单位为mm。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,（三）进给量f 进给量(f)是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量
4、，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。 当主运动为旋转运动(如车削、钻孔、铣削等)时，进给量f的单位是mm/r (称为每转进给量)，即工件 (或刀具)每转一周，刀具 (或工件)沿进给运动方向移动的距离。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,四、切削层参数 切削层是指由切削部分的一个单一动作 (或切削部分切过工件的一个单程，或只产生一圈过渡表面的动作)所切除的工件材料层。 当工件旋转一圈时，车刀由位置 I行进到位置，车刀轴向移动的距离为进给量f。位置I与位置的切削表面之间的一层金属就是切削层。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-2 外圆纵车时切削层的参数,第三篇第一章
5、 切削加工工艺理论基础 ,第二节 切削刀具 一、刀具材料 (一)刀具材料应具备的基本性能 1高的硬度 2高的耐磨性 3高的耐热性 4足够的强度和韧性 5良好的工艺性和经济性,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,(二)常用的刀具材料 常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢和硬质合金，此外还有新型刀具材料如陶瓷、人造聚晶金刚石等。 机械加工中应用最广泛的刀具材料主要是高速钢和硬质合金。碳素工具钢与合金工具钢的耐热性较差，仅用于手动和低速刀具；而陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石等刀具的硬度和耐磨性都很好，但成本较高，性脆、抗弯强度低，目前主要用于难加工材料的精加工。,第三篇第一章 切削加工
6、工艺理论基础 ,二、刀具切削都分的几何参数 刀具的种类繁多，形状各异。车刀是最基本的，其他刀具都可以认为是外圆车刀的演变与组合。如钻头可看成由两把车刀组成，铣刀的每个刀齿也可看成是一把车刀，所以研究刀具的几何参数以车刀为基础。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,（一）刀具切削部分的组成 外圆车刀切削部分由三面、二刃、一刀尖组成。 1前刀面 (A) 2主后刀面 (Aa) 3副后刀面(A) 4主切削刃(S) 5副切削刃 (S) 6刀尖,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-3 外圆车刀切削部分的要素 1-刀尖 2-副后面A 3-副切削刃 4-前面A 5-刀柄 6-主切削刃 7-后面A
7、,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,（二）确定刀具角度的静止参考系 刀具静止参考系的主要坐标平面有基面、主切削平面和正交平面。 1基面(Pr) 基面是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。其方位一般垂直于假定的主运动方向。 2主切削平面(Ps) 主切削平面是通过主切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。 3正交平面(P0) 正交平面是通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-4 外圆车刀静止参考系,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,(三)刀具的标注角度 刀具标注
8、角度是指刀具在静止参考系中的一组角度，是刀具设计、制造、刃磨和测量时所必需的。 刀具标注角度主要包括前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-5 车刀的主要标注角度,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,1前角(0) 前角是刀具前面与基面间的夹角，在正交平面中测量。前角有正负之分，当前面在基面下方时为正值，反之为负值。 前角的大小反映了刀具前面倾斜的程度。它影响切屑变形、切削力和刀刃强度。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-6 前角正、负的规定,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,2后角(0) 后角是刀具主后面与切削平面间的夹角，在正
9、交平面中测量。 后角的作用是减少刀具主后面与工件过渡表面之间的摩擦和磨损。增大后角，有利于提高刀具耐用度。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,3主偏角(kr) 主偏角是主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。当主切削刃为直线时，主偏角就是主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。 主偏角的大小将影响刀刃的工作长度、切削层公称厚度、切削层公称宽度、背向力Fp(径向力Fy)和进给力Ff (轴向力Fx)的比例关系，以及刀尖强度和散热条件等。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-7 主偏角的作用,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,4副偏角(kr) 副偏角是副切削平面与假定工作
10、平面间的夹角，在基面中测量。当副切削刃为直线时，副偏角就是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。 副偏角的作用是减少副切削刃与工件已加工表面间的摩擦，减小切削振动，其大小影响工件表面粗糙度Ra值。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,5刃倾角(s) 刃倾角是主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。刃倾角有正负之分，如图3.1-8所示。当刀尖处于主切削刃的最低点时，s0，当刀尖处于主切削刃的最高点时，s0；当主切削刃成水平时，s =0。 刃倾角的作用主要是控制切屑的流向。其大小对刀尖的强度也有一定的影响。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-8 刃倾角的正负及作用 a)刃倾
11、角为零 b)刃倾角为正值 c)刃倾角为负值,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,第三节 切削过程及其基本规律 一、切屑的形成及其种类 材料切削过程实际上就是切屑形成的过程，它与材料的挤压过程很相似。其实质是工件表层材料受到刀具挤压后，材料层产生弹性变形、塑性变形、挤裂、切离几个变形阶段而形成切屑。,金属切削过程（影音文件）,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,由于被加工材料性质和切削条件的不同，切屑的形成过程和切屑的形态也不相同。常见切屑有三种： 带状切屑 节状（挤裂）切屑 崩碎切屑,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-9 切屑的种类 a)
12、带状切屑 b)节状（挤裂）切屑 c)崩碎切屑,挤裂切屑（影音文件）,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,崩碎切屑（影音文件）,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,二、积屑瘤 在一定范围的切速下切削塑性金属时，常发现在刀具前面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是切削过程所产生的积屑瘤，或称刀瘤。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-10 积屑瘤 a)车削时的情况 b)刨削时的情况,积屑瘤（影音文件）,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,三、加工硬化和残余应力 在切削塑性材料时，工件已加工表面表
13、层的硬度明显提高而塑性下降的现象称为加工硬化。这是表层金属经过反复多次变形和摩擦的结果。 残余应力是指在外力消失以后，残存在物体内部而总体又保持平衡的内应力。表面残余应力往往与加工硬化同时出现。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,四、切削力和切削功率 （一）切削力 切削过程中，刀具上所有参与切削的各切削部分所产生的总切削力的合力称作刀具总切削力；刀具切削部分切削工件时所产生的全部切削力称作一个切削部分总切削力F。 车削外圆时，总切削力F指向刀具的左上方 。为了便于设计和工艺分析，通常将总切削力分解成三个互相垂直的分力。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-11 切削力的分解,第
14、三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,（二）切削功率 切削功率 (单位为W)的计算公式为： Pc= FV/60 式中 Fc切削力，N； vc切削速度，m/min。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,五、切削热和切削温度 在切削过程中，切削层金属的变形及刀具的前面与切屑、后面与工件之间的摩擦所消耗的功，绝大部分转变为切削热。切削热通过切屑、刀具，工件及周围介质 (如空气、切削液等)传出。 切削热传入工件，工件温度升高，产生热变形，也会影响加工精度。 切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况。它受切削用量、工件材料、刀具材料、刀具角度和冷却条件等因素的影响。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础
15、 ,六、切削液 1水溶液 主要成分是水，并加入一定的防锈剂、活性物质或油类。 2乳化液 乳化油由矿物油、乳化剂及其他添加剂配制而成。具有良好的流动性和冷却性，也具有一定的润滑作用，是应用最广的切削液。 3切削油 主要是矿物油，少数采用动植物油)或矿物油与动植物油混合的复合油。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,七、刀具的磨损及其使用寿命 在金属切削过程中，刀具从工件上切下金属的同时，刀具本身也逐渐被工件和切屑所磨损。刀具磨损到一定程度后，会使已加工表面的粗糙度显著增大，工件尺寸精度降低，切削温度上升，并产生一定的振动和噪声等不正常现象。 刀具正常磨损时(不包括非正常磨损或破损，如打刀等)，按其发生的部位不同，可分为后刀面磨损、前刀面磨损和前、后刀面同时磨损三种形式。,（一）刀具磨损的形式,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-12 刀具磨损形式 a)后刀面磨损 b)前刀面磨损 c)前刀面与后刀面同时磨损,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,(二)刀具的磨损过程 随着切削时间的增加，刀具的磨损逐渐增大。 刀具磨损过程一般分为三个阶段，即初期磨损阶段(OA段)，正常磨损阶段(AB段)和急剧磨损阶段 (BC段)。,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,图3.1-13 刀具磨损过程,第三篇第一章 切削加工工艺理论基础 ,(三)刀具的使用寿
