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1、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 第二节 切削刀具 第三节 切削过程及其基本规律 第四节 零件的机械加工结构工艺性,切削运动,刀具与工件间的相对运动称为切削运动，即表面成形运动。切削运动可分解为主运动和进给运动。,图2-1 切削运动与切削表面,一、刀具和工件的运动,第一节 切削加工的基本概念,1. 主运动 使刀具与工件产生相对运动，以切除工件上多余金属的基本运动。这个运动速度最高，消耗功率最大。如车削中工件的旋转运动、钻削中钻头的旋转运动、刨削中的刀具的直线往复运动等。,1. 主运动 注意： (1) 主运动可为刀具，也可为工件； (2) 主运动可是直线运动，也可旋转运动
2、； (3) 切削加工中，主运动只有一个。,2. 进给运动 与主运动配合使切除多余金属连续进行，形成已加工表面的运动。如车削中车刀的纵向或径向运动、钻削中钻头的直线运动、刨削中工件的间歇直线运动。,2. 进给运动 注意： （1）进给运动可以是一个或几个； （2）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合； （3）进给运动可由刀具或工件完成。,1. 待加工表面 2. 已加工表面 3. 过渡表面,二、加工中的工件表面,1. 待加工表面 工件上多余金属即将被切除的表面。随着切削的进行逐渐减小，直至多余金属被切完。,2. 已加工表面 工件上多余金属被切除后形成的新表面。 3. 过渡表面 工件上多余金属被
3、切除过程中，待加工表面与已加工表面之间相连接表面，或刀刃正在切削着的表面。,外圆车削时切削运动及工件上三表面,平面刨削的切削运动及工件上三表面,1. 切削速度 v (m/s 或 m/min) 主运动为旋转运动 v =d n/1000 往复运动 v = 2Lnr /1000,2. 进给量 f (mm/r 或 mm/双行程) 进给速度 vf=n f = n fz z （mm/s 或 mm/min),3. 背吃刀量（切削深度） ap 车削外圆时 ap = (dw-dm)/2 钻孔时 ap = dm/2,三、切削用量,例题： 车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56 mm，工件转速为4r/s
4、，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm， 工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求v、f、ap和 切削工时t 。,解： v =dn/1000 = 624/1000 = 0.779 m/s,f = vf /n = 2/4 = 0.5 mm/r,ap = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm,t =(l+l1+l2)/ vf =(110+3+0)/2=56.5 s,由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。,切削厚度 hD (s= 0) 指相邻两个加工表面之间的垂直距离。 hD f s
5、inr,切削宽度 bD 沿加工表面度量的切削层尺寸。 bD ap/sinr,四、切削层参数,切削层面积 AD (r = 0 ) 指切削层在基面中的截面积。 AD hDbD f ap,残留面积AD 实际切削面积ADe ADe = AD AD,刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数,（一）刀具材料必须具备的性能,1. 高的硬度和耐磨性 常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、 组织 结构及化 学性能等的综合反映。,2. 足够的强度和冲击韧性,3. 高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等,4. 良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等,5. 经济性,第二节 切
6、削刀具,一、刀具材料,（二）常用刀具材料的种类及特性,碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、 金刚石、立方氮化硼等。,高速钢 （1）通用型高速钢（含碳量0.70.9%，6266 HRC） 钨系高速钢 W18Cr4V W14Cr4MnRE 钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2 高温塑性好 主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.,（2）高性能高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等6670HRC） 9W18Cr4V W6Mo5Cr4V3 W6Mo5Cr4V2Co8 W2Mo9Cr4VCo8 W6Mo5Cr4V2Al W10Mo4Cr4V3Al 主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可
7、达90m/min.,粉末冶金化，表面处理及涂层等,2. 硬质合金,金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)金属粘接剂 (Co、 Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。,硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢 抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差,分 类,YG (K) 类 YT (P)类 YW (M)类 短切屑黑色金属 加工长切屑的 钢材、铸铁等 有色金属非金属 黑色金属 有色金属非金属 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co,常用硬质合金牌号及应用范围,新型硬质合金简介,1. 调整化学成份，提高综合性能 添加TaC、 NbC；添加稀土元素；TiC(N
8、)基，高速钢基等,2. 涂层硬质合金（可转位刀片） TiC涂层、 TiN涂层、复合涂层、陶瓷涂层,3. 细晶粒和超细晶粒硬质合金,其它刀具材料简介,1. 陶瓷（硬、脆、价格低） 普通陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷，适于精加工 2. 金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差 800 加工陶瓷、硬合金、有色金属等，不适于铁系金属加工 3. 立方氮化硼 硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等,主偏角r 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角 Cutting edge angle,车刀的组成： 三面 前刀面A 后刀面A 副后刀面A 两刃 主切削刃 S 副切削刃 S 一尖 过渡刃,二、
9、刀具切削部分的几何参数,刀具标注角度参考系 设计制造测量角度时的基准,刀具角度的参考系,刀具工作角度参考系 实际切削中确定角度的基准,Reference systems for tool angles,刀具的参考平面,刀具标注角 度的参考系： (1)正交平面 参考系 pr、ps、po (2)法平面参 考系 pr、ps、pn (3)背平面进给 平面参考系 pr、ps、pp、 pf,法平面Pn :过切削刃上选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面 进给平面Pf :过切削刃上选定点并垂直于刀杆轴线及基面的平面 切深平面Pp :过切削刃上选定点平行刀杆轴线并垂直基面的平面,在正交平面参考系中的标注角度,“
10、一刃四角”,（5）副偏角r （6）副后角o,派生角度： 楔角o、刀尖角r 余偏角r,r,（1）主偏角r,（4）后角o,（2）刃倾角s,（3）前角o,刀具的几何角度,在法平面参考系中的标注角度 （1）主偏角r （2）刃倾角s （3）法前角n （4）法后角n “一刃四角”,（5）副偏角r （6）副后角o,在进给切深平面参考系中的标注角度 （1）主偏角r （2）进给前角f （3）进给后角f （4）背前角p （5）背后角p,（6）副偏角r （7）副后角o,1.切屑过程及切屑种类,图2-31 切屑的形成过程 a)金属切削层变形图像 b)切削过程晶粒变形情况 c)切削过程3个变形区,一、切屑的形成及其种类
11、,第三节 切削过程及其基本规律,图2-32 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑,2.切屑的类型及其控制,在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2-3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替切削刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。,图2-34 积屑瘤现象,二、积屑瘤,三、加工硬化和残余应力,图3-1-10 积屑瘤 a)车削时的情况 b)刨削时的情况,在金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。,图2-35 切
12、削合力和分力,四、切削力和切削功率,1.测定机床功率，计算切削力 用功率表测出机床电动机在切削过程中所消耗的功率PE后，计算出切削功率Pc。 2.用测力仪测量切削力 测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换处理后，读出Fc、Ff和Fp的值。,切削力的测量,1.计算切削力的指数公式,切削力的经验公式和切削力估算,2.按单位切削力计算切削力和切削功率,单位切削力kc是指单位切削面积上的切削力：,切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生热量的百分比增高
13、。切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。,一)、切削热的产生和传导,图2-37 切削热的产生与传导,五、切削热和切削温度,切削温度的测量方法很多，大致可分为热电偶法、辐射温度计法以及其它测量方法。目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法。,二)、切削温度的测量,1.切削用量的影响 2.工件材料的影响 3.刀具角度的影响 4.刀具磨损的影响 5.切削液的影响,三)、影响切削温度的主要因素,六、切削液,(1) 水溶液 水溶液的主要成分是水，并加入一定的防锈剂、活性物质或油类。 (2) 乳化液 乳化液由乳化油加水稀释而成。 (3) 切削油 切削油主要是矿物油(如N10号
14、、N22号、N32号全损耗系统用油油和煤油等)，少数采用动植物油 (如豆油、棉籽油、蓖麻油、猪油和鲸油等)或矿物油与动植物油混合的复合油。,1.前刀面磨损,一）、刀具磨损的形态及其原因,图2-38 刀具的磨损形态,图2-39 前刀面的磨损痕迹随时间的变化,七、刀具的磨损及其使用寿命,2.后刀面磨损,图2-40 刀具磨损的测量位置,切削时，工件的新鲜加工表面与刀具后刀面接触，相互摩擦，引起后刀面磨损。,3.边界磨损,切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀 面上，磨出较深的沟纹。,二）、刀具磨损过程及磨钝标准,图2-41 典型的磨损曲线, vT m= C 式中 v 切
15、削速度 (m/min)； T刀具寿命 (min)； m指数，表示v-T 间影响的程度； C系数，与刀具、工件材料和切削 条件有关。,三）、刀具寿命的经验公式,一）、衡量材料切削加工性的指标,工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件的难易程度 是一个相对的概念,1.以刀具使用寿命T 或切削速度vT来衡量 相同切削条件比T ；T 一定，比速度vT 或切除材料体积,3.以已加工表面质量来衡量 一般精加工，用Ra；精密零件，用加工硬化、残余应力,2.以切削力或切削温度来衡量 粗加工、机床刚性或功率不足用力或功率;导热差用温度,4.以断屑性能来衡量 自动机床、数控机床、自动线等，断屑性能是主要指标,八、金属材料的切削加工性,工件材料的相对加工性 1.切削速度vT的含义：当刀具使用寿命为T (min)时切削 某种材料所允许的切削速度。 vT越高，材料的切削加工性越好。 通常取T = 60 min， vT写作v60 ；难加工材料，vT为v15或v30 。,2.相对加工性Kr：以b=0.637GPa的45钢的v60作为基准， 写作(v60 )j ，将某种材料的v60与其相比的比值，即
