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1、第二章 切削加工工艺理论基础,2.1 切削加工概述,2.2 金属切削过程的基本规律,2.3金属切削过程的基本规律的应用,重点,工件加工所需的运动、切削用量和切削层参数 刀具 金属切削过程的基本规律及其应用,第二章 切削加工工艺理论基础,2.1 切削加工概述 2.1.1 切削加工的地位和种类 切削加工-利用切削刀具从工件(毛坯)上切去多余的材料，使零件具有符合图样规定的几何形状、尺寸和表面粗糙度等方面要求的加工过程。 1.切削加工的地位 2.切削加工的分类 切削加工可分为钳工和机械加工(简称机工)两部分。,第二章 切削加工工艺理论基础,（1）钳工 钳工主要是在钳工台上以手持工具为主，对工件进行加
2、工的切削加工方法。 主要工作内容有划线、用手锯锯削、用錾子錾削、用锉刀锉削、用刮刀刮削、用钻头钻孔、用扩孔钻扩孔、用铰刀铰孔，此外，还有攻螺纹、套螺纹、手工研磨、抛光、机械装配和设备修理等 （2）机械加工 机械加工是在机床上利用机械力对工件进行加工的切削加工方法。 主要方法有车、钻、镗、铣、刨、拉、插、磨、珩磨、超精加工和抛光等,第二章 切削加工工艺理论基础,2.1.2 切削加工的特点和发展方向 1.切削加工的主要特点 （1）切削加工获得零件的几何精度变化范围广泛。 （2）切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的适应范围很大。 （3）切削加工的生产率较高，一般高于其他加工方法。,第二章 切削加工
3、工艺理论基础,2切削加工的发展方向 切削加工正朝着高精度、高效率、自动化、柔性化和智能化方向发展。 （1）加工设备朝着高精度、高速度、自动化、柔性化和智能化方向发展。 （2）刀具材料朝着超硬方向发展。 （3）生产规模由目前的小批量和单品种大批量向多品种变批量方向发展。 （4）切削加工将被融合到计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等高新技术和理论中。,第二章 切削加工工艺理论基础,2.1.3 工件加工所需的运动和切削用量 1工件加工所需的运动 在金属切削加工中，获得所需表面形状，并达到工件的尺寸要求，是通过切除工件上多余的金属材料来实现的。切除多余金
4、属材料时工件和刀具之间的相对运动，称为切削运动。,第二章 切削加工工艺理论基础,第二章 切削加工工艺理论基础,主运动是刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，机床通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。 进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。,第二章 切削加工工艺理论基础,当主
5、运动和进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为合成切削运动，其大小和方向用合成速度向量ve表示。 ve =vc+vf,合成切削运动方向： 就是切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向； 合成切削速度ve： 就是切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。,第二章 切削加工工艺理论基础,机床中除切削运动外，为完成机床工作循环，有时还需调整刀具切削刃与工件相对位置的运动和其他辅助动作，称为辅助运动。如：刀架、工作台的快速接近或退出工件、工件或刀具回转的分度运动、刀具的快速移动及变速、换向、启停等操纵及控制运动等等。,第二章 切削加工工艺理论基础,2切削用量和切削层参数
6、（1）切削过程中的工件表面 被加工的工件上有三个依次变化着的表面。 待加工表面：工件上即将被切除的表面。 已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。 过渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。以车削外圆为例，如下图。,第二章 切削加工工艺理论基础,（2）切削用量三要素 切削速度vc 进给速度vf、进给量f 切削深度、背吃刀量ap、,第二章 切削加工工艺理论基础,切削速度 切削刃相对于工件的主运动速度，称为切削速度，单位为m/s或m/min。 当主运动为旋转运动时，切削速度计算公式为：,第二章 切削加工工艺理论基础,d切削刃上选定点处工件或刀具的最大直
7、径,mm；,n工件或刀具的转速，rs或rmin。,当主运动为直线往复运动（如刨削加工）时，其平均速度可用公式计算：,第二章 切削加工工艺理论基础,式中 L行程长度，mm； nr冲程次数，r/mm。,进给量 刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量称进给量。 当主运动是回转运动时(如车削、钻削、磨削等)，进给量指工件或刀具每转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mmr； 当主运动为往复直线运动时(如刨削)，进给量指刀具或工件每往复一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位是mm每双行程，或mm每单行程。 铣削、绞削时，用每齿进给量表示，单位是mm每齿。它与进给量的关系为：,第二章 切削加工工艺理论
8、基础,=,背吃刀量（切削深度） 背吃刀量是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上测量的工件上已加工表面和待加工表面间的距离，单位为mm。外圆车削的背吃刀量是工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离（参见图2-6），单位为mm。 主运动是回转运动时： 式中 工件上待加工表面直径，mm； 工件上已加工表面直径，r/mm。 主运动是直线运动时： 式中 工件上待加工表面厚度，mm； 工件上已加工表面厚度，mm。,第二章 切削加工工艺理论基础,外圆车削时的切削用量,第二章 切削加工工艺理论基础,（3）切削层参数 以车削加工为例，如下图所示，工件每转一转，车刀沿工件轴线移动一段距离，即进给量(单位为mmr
9、)。这时，切削刃从加工表面的位置移至相邻的加工表面的位置上，、之间由车刀切削刃切下的一层金属称为切削层。在与切削速度方向相垂直的切削层截面内度量的切削层的尺寸称为切削层参数。,第二章 切削加工工艺理论基础,切削层的公称厚度 过切削刃上选定点，在基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸(单位为mm)。 例纵车外圆时,第二章 切削加工工艺理论基础,切削宽度,过切削刃上选定点，在基面内测量的平行于加工表面的切削层尺寸(单位为mm)。例纵车外圆时,切削面积 过切削刃上选定点，在基面内测量的切削层的横截面面积（单位为mm2） 对于车削，不论切削刃形状如何，切削面积均为：,第二章 切削加工工艺理论基础,2.
10、1.4 金属切削刀具基础 1.刀具的组成(普通外圆车刀),第二章 切削加工工艺理论基础,第二章 切削加工工艺理论基础,A.前刀面 :刀具上切屑 流经的表面,B.主后刀面 ：刀具上与切削过程中产生的工件过渡表面相对的表面。,C.副后刀面 ：刀具上与工件已加工表面相对的表面。,D.主切削刃：前刀面与主后刀面相交而得到的交线 ，用于切出工件上的过渡表面，完成主要的金属切除工作。,E.副切削刃：前刀面与副后刀面的交线 ，它配合主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面。,第二章 切削加工工艺理论基础,F.刀尖：主切削刃与副切削刃相连接处的一段切削刃。可以是点、圆弧、倒角。,第二章 切削加工工
11、艺理论基础,度量刀具几何参数的参考系 度量刀具几何参数的参考系分为两类刀具的标注角度参考系和刀具的工作角度参考系 1.刀具的静止参考系(刀具的标注角度参考系 )用于定义刀具的设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系 静止参考系的确定有两个假设条件： 假定运动条件 不考虑进给运动的大小，只考虑其方向； 假定安装条件 刀具的安装定位基准与主运动方向平行或垂直，刀柄的轴线与进给运动方向平行或垂直。,第二章 切削加工工艺理论基础,2.刀具的工作参考系 规定刀具切削加工时的几何参数的参考系，它与刀具安装情况情况、切削运动大小和方向等有关。 a.正交平面参考系：由基面Pr、切削平面Ps、正交平面Po组成的
12、直角坐标系。,第二章 切削加工工艺理论基础,第二章 切削加工工艺理论基础,基面Pr：通过切削刃上选定点，垂直于切削运动方向的平面。 切削平面Ps：通过切削刃上的选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。 正交平面Po：通过切削刃上选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,第二章 切削加工工艺理论基础,b.法平面参考系：由基面Pr、切削平面Ps、法平面Pn组成的非正交坐标系。 法平面Pn：通过切削刃上的选定点与切削刃在该点的切线相垂直的平面。,第二章 切削加工工艺理论基础,正交平面坐标内标注角度,A.主偏角：在过切削刃上选定点的基面内，主切削刃与进给运动方向的夹角。 B.副偏角：在过副切削刃上选定
13、点的基面内，副切削刃与进给运动方向的夹角。,第二章 切削加工工艺理论基础,C.前角o：在过切削刃上选定点的正交平面内前刀面与基面之间的夹角。,D.后角o：在过切削刃上选定点的正交平面内，后刀面与切削平面之间的夹角。,第二章 切削加工工艺理论基础,E.刃倾角s：在过切削刃上选定点的切削平面内，主切削刃与基面的夹角。,F.副后角o：在过副切削刃上选定点的副正交平面 内，副后刀面与副切削刃之间的夹角。,s的正负值判别方法:,第二章 切削加工工艺理论基础,工作参考系及几何角度,第二章 切削加工工艺理论基础,工作状态下刀具起作用的角度，称为工件角度。,第二章 切削加工工艺理论基础,工作基面 Pre： 过
14、切削刃上选定点并与合成切削运动方向垂直的平面。,工作切削平面Pse:,通过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直于工件基面的平面。,工作前角oe,工作后角oe,第二章 切削加工工艺理论基础,2.1.4 进给运动对工件角度的影响,A.横向进给的影响,横向进给切削时，由于进给运动影响，刀具的作用前角增大，工作后角减小。随着进给量增大和刀具向工件中心接近，值在增大。在横向车削时，应适当增大o，以补偿进给运动的影响,第二章 切削加工工艺理论基础,B.纵向进给的影响,第二章 切削加工工艺理论基础,刀具安装位置的影响,A.刀具安装高低的影响,第二章 切削加工工艺理论基础,B.刀杆轴线与进给运动方向不垂直的影响,
15、第二章 切削加工工艺理论基础,刀具材料应具备的性能：,1硬度和耐磨性, 62HRC；抗摩擦和磨损,抵抗切削力和抗冲击、振动,3耐热性红硬性,高温下的强度、硬度、韧性等,4传导性、耐热冲击性,传热性和抗热冲击,2强度和韧性,第二章 切削加工工艺理论基础,高温高压下不互相吸附产生粘合。,6化学稳定性,7加工工艺性和经济性,制造刀具的难易程度；刀具材料的就地取材。,5抗粘合性,第二章 切削加工工艺理论基础,1高速钢,含有较多的钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。,适合于各类刀具的要求，可加工材料的范围广泛。目前使用量最大的刀具材料。,高的强度和韧性； 一定的硬度和耐磨
16、性(6370HRC)； 较高的耐热性； 制造工艺简单。,常用刀具材料,通用型高速钢,钨钢：W18Cr4V(W18钨系)，不适于做大 截面刀具。质量分数为W12%或W18% 。,钨钼钢：W6Mo5Cr4V2(M2钼系)，适于做尺寸较大，需要抗冲击的刀具。质量分数为W6%或8%。,高性能高速钢,典型牌号，高碳高速钢9W18Cr4V、 9W6Mo5Cr4V2，高钒高速钢W6Mo5Cr4V3，钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co8，超硬高速钢W6Mo5Cr4V2Al,普通型高速钢的基础上，通过增加碳、钒的含量或添加钴、铝等合金元素而得到耐热性、耐磨性更高的新钢种,粉末冶金高速钢,用高压氩气或纯氮气使熔融的高速钢钢水老化雾化，直接得到细微的高速钢粉末，再在高温下压制成致密的钢坯，最后将钢坯锻轧而成的高速钢材料。,制造切削难加工材料的刀具和大尺寸刀具(如滚刀、插齿刀等)、精密刀
