金属切削原理第1章课件

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1、金属切削原理与刀具设计金属切削原理与刀具设计（40学时）学时） 主讲主讲 尚晓峰尚晓峰金属切削原理第1章课件一、本课性质：专业基础课一、本课性质：专业基础课二、本课主要任务（三点）二、本课主要任务（三点）1.掌握金属切削过程一般现象和基本规律；掌握金属切削过程一般现象和基本规律；2.初步掌握金属切削实验研究的基本方法和技能；初步掌握金属切削实验研究的基本方法和技能；3.初步了解本学科的发展趋势和成就。初步了解本学科的发展趋势和成就。三、金属切削在机械制造中的重要作用三、金属切削在机械制造中的重要作用1. 机械制造技术发展必然影响国民经济发展；机械制造技术发展必然影响国民经济发展；2. 切削加工

2、在切削加工在21世纪仍将占机械加工量的世纪仍将占机械加工量的90%；3. 机械制造自动化和精密加工发展。机械制造自动化和精密加工发展。金属切削原理第1章课件四、本课结构四、本课结构金属切削加工工艺系统机床夹具刀具工件金属切削原理与刀具机械制造工艺金属切削机床刀具角度及合理角度的选择刀具材料刀具磨损、破损与使用寿命金属切削变形切削力切削热和切削温度切削液各种切削刀具工件材料的切削加工性已加工表面质量磨削金属切削原理第1章课件五、金属切削发展简况五、金属切削发展简况3万年前，原始人类发明万年前，原始人类发明了琢钻和磨制技术了琢钻和磨制技术1668年年 畜力铣磨机和脚踏刃磨机畜力铣磨机和脚踏刃磨机2

3、200年前，秦始皇时代年前，秦始皇时代已经有了磨削加工已经有了磨削加工1915年，国产第年，国产第一台车床一台车床新中国成立，切削加新中国成立，切削加工技术飞速发展工技术飞速发展21世纪，切削加工技术逐世纪，切削加工技术逐步接近发达国家水平步接近发达国家水平金属切削原理第1章课件第一章基本定义第一章基本定义概述概述金属切削加工金属切削加工: 是用切削刀具将坯料或工件是用切削刀具将坯料或工件 上的多余材料切除，以获得所要求的尺上的多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。方法。分为分为钳工钳工和和机械加工机械加工两部分两部分我们着重研

4、究机械加工过程的现象和规律我们着重研究机械加工过程的现象和规律金属切削原理第1章课件1-1 切削运动、加工表面和切削用量三要素切削运动、加工表面和切削用量三要素金属切削加工工艺系统金属切削加工工艺系统 由机床、夹具、刀具和工件组成由机床、夹具、刀具和工件组成金属切削原理第1章课件一、车削运动时工件上的加工表面一、车削运动时工件上的加工表面切削过程中工件上常存在三个表面：切削过程中工件上常存在三个表面：u待加工表面：即将被切除的工件表面；待加工表面：即将被切除的工件表面；u已加工表面：已经被切除的工件表面；已加工表面：已经被切除的工件表面；u过渡表面（切削表面）：正在形成。过渡表面（切削表面）：

5、正在形成。金属切削原理第1章课件进给进给运动运动主运动主运动待加工表面待加工表面过渡表面过渡表面已加工表面已加工表面车削外圆时的加工表面车削外圆时的加工表面金属切削原理第1章课件车削外圆时的加工表面车削外圆时的加工表面金属切削原理第1章课件车削内孔时的加工表面车削内孔时的加工表面金属切削原理第1章课件二、主运动、进给运动和合成切削运动二、主运动、进给运动和合成切削运动工作运动工作运动： 机床为实现切削加工所必须具有的加机床为实现切削加工所必须具有的加工工具与工件间的相对运动。工工具与工件间的相对运动。 包括：包括：主运动主运动和和进给运动进给运动主运动主运动 ： 是指在切削加工中形成机床切削速

6、度或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。消耗主要动力的工作运动。进给运动进给运动： 在切削中，使工件的多余材料不断被切在切削中，使工件的多余材料不断被切除的工作运动。除的工作运动。合成切削运动合成切削运动：主运动和进给运动向量和。：主运动和进给运动向量和。金属切削原理第1章课件切削刃选定点切削刃选定点：切削刃各点运动情况一不定相同，研：切削刃各点运动情况一不定相同，研究问题时选取切削刃上某一适宜点。究问题时选取切削刃上某一适宜点。主运动方向主运动方向 ： 切削刃选定点相对于工件的瞬时主运切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向。动方向。切削速度切削速度 vc： 切削刃选定点

7、相对于工件的主运动的切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。瞬时速度。进给动方向进给动方向 ： 切削刃选定点相对于工件的瞬时进给切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动方向。运动方向。进给速度进给速度 vf： 切削刃选定点相对于工件的进给运动切削刃选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。的瞬时速度。金属切削原理第1章课件主运动、进给运动和合成切削运动示意图主运动、进给运动和合成切削运动示意图金属切削原理第1章课件切削运动与切削表面示意图切削运动与切削表面示意图金属切削原理第1章课件主运动；主运动；进给运动进给运动a) 车外圆面车外圆面b) 磨外圆面磨外圆面 各种切削加工的工作运动各种切削加工的工作

8、运动金属切削原理第1章课件c) 钻孔钻孔d) 车床上镗孔车床上镗孔金属切削原理第1章课件e) 刨平面刨平面f ) 铣平面铣平面 金属切削原理第1章课件g) 车成形面车成形面 h) 铣成形面铣成形面金属切削原理第1章课件从上图为各种切削加工的工作运动从上图为各种切削加工的工作运动可以看出：可以看出：主运动只有一个，而进给运动可有几个。主运动只有一个，而进给运动可有几个。 工作运动有旋转运动也有直线运动工作运动有旋转运动也有直线运动; 有连续运动也有间歇运动。有连续运动也有间歇运动。 工作运动可由刀具或工件分别完成工作运动可由刀具或工件分别完成 或单独完成。或单独完成。金属切削原理第1章课件三、切

9、削用量三要素三、切削用量三要素 切削用量是指：切削用量是指： vc 、f、apmin)/(1000)/(601000mndvsmndvwcwcpp=或(1)切削速度切削速度vc:指在单位时间内工件和刀具沿主指在单位时间内工件和刀具沿主 运动方向的位移运动方向的位移 单位单位: m/s 或或 m/min 车削等回转运动：车削等回转运动：金属切削原理第1章课件(2)进给量进给量 f: 指工件或刀具每回转一周时指工件或刀具每回转一周时,两者两者 沿进给运动方向上的相对位移沿进给运动方向上的相对位移 单位单位: mm/r金属切削原理第1章课件(3)切削深度切削深度ap :指待加工表面与已加工表面指待加

10、工表面与已加工表面 的垂直距离（单位的垂直距离（单位mm）。）。金属切削原理第1章课件1-2刀具切削部分基本定义刀具切削部分基本定义 虽然刀具种类繁多，形状各异，但其虽然刀具种类繁多，形状各异，但其切削部分的结构要素和几何角度都有许多切削部分的结构要素和几何角度都有许多共同特征，如下图所示。各种形状复杂的共同特征，如下图所示。各种形状复杂的刀具，就其中的一个刀齿而言，都可看作刀具，就其中的一个刀齿而言，都可看作一把车刀。一把车刀。 下面就以车刀为例，分析切削部分的下面就以车刀为例，分析切削部分的构成和标注角度。构成和标注角度。金属切削原理第1章课件刀具的切削部分刀具的切削部分金属切削原理第1章

11、课件分析车刀角度，主要从以下三个方面入手：分析车刀角度，主要从以下三个方面入手：l车刀切削部分组成车刀切削部分组成l车刀的标注角度及其选择车刀的标注角度及其选择l车刀的工作角度车刀的工作角度1、车刀切削部分构成、车刀切削部分构成 车刀切削部分一般由三个刀面、两个车刀切削部分一般由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成。切削刃和一个刀尖组成。金属切削原理第1章课件前面前面主后面主后面副后面副后面主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖刀杆刀杆刀刀头外圆车刀切削部分的组成外圆车刀切削部分的组成金属切削原理第1章课件过渡刃过渡刃连接主、副切削刃的一小段圆弧连接主、副切削刃的一小段圆弧常用刀尖的三种形状常

12、用刀尖的三种形状金属切削原理第1章课件2、车刀标注角度及其选择、车刀标注角度及其选择、刀具标注角度参考系、刀具标注角度参考系 为了确定车刀的空间位置，以便设计、为了确定车刀的空间位置，以便设计、制造、刃磨和测量，必须建立车刀标注角制造、刃磨和测量，必须建立车刀标注角度参考系。度参考系。假定：假定：a）刀尖恰在工件中心线上）刀尖恰在工件中心线上; b）刀具轴线与工件轴线垂直）刀具轴线与工件轴线垂直; c）忽略进给运动）忽略进给运动f 的影响。的影响。 金属切削原理第1章课件基平面基平面 pr : 通过切削刃选定点与主运动通过切削刃选定点与主运动 方向垂直的平面。方向垂直的平面。切削平面切削平面

13、ps :通过主切削刃上选定点，与通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直基面的平面。切削刃相切并垂直基面的平面。主剖面主剖面 po : 通过主切削刃上选定点，同时通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。垂直于基面和切削平面的平面。 pr- ps- po组成一个正交平面参考系组成一个正交平面参考系(是是目前最常用的刀具标注角度参目前最常用的刀具标注角度参考系，此外还有法剖面参考系考系，此外还有法剖面参考系等）。等）。金属切削原理第1章课件基面基面Pr假定主运假定主运动方向方向主切削主切削刃上刃上选定点定点刀柄底面平面刀柄底面平面基平面基平面 pr的定义的定义金属切削原理第1章课件主

14、剖面主剖面Po： Ps P基面基面P： P Vc 刀具安装面（刀具安装面（车刀）刀）切削平面切削平面 Ps: 与与 S相切相切 且且 P假定主运动方向假定主运动方向Vc1.主剖面参考系（主剖面参考系（Pr-Ps-Po)主切削主切削刃上刃上选定点定点金属切削原理第1章课件法剖面法剖面Pn：PnS基面基面P： P Vc 刀具安装面（刀具安装面（车刀）刀）切削平面切削平面 Ps: 与与 S相切相切 且且 P假定主运动方向假定主运动方向Vc2.法剖面参考系（法剖面参考系（ Pr-Ps-Pn ）90主切削主切削刃上刃上选定点定点金属切削原理第1章课件进给剖面进给剖面Pf ： Pf Pr 、f基面基面P：

15、 P Vc 刀具安装面（刀具安装面（车刀）刀）切削平面切削平面 Ps: 与与 S相切相切 且且 P假定主运动方向假定主运动方向Vc假定进给运动方向假定进给运动方向f切深平面切深平面Pp ： Pr 、 Pf 3.进给、切深剖面参考系、切深剖面参考系（ Pr-Pf-Pp ）主切削主切削刃上刃上选定点定点金属切削原理第1章课件、刀具的标注角度（也称静止角度）、刀具的标注角度（也称静止角度） 定义：在刀具标注角度参考系内定义的切削刃定义：在刀具标注角度参考系内定义的切削刃与各刀面的方位角度，是制造和刃磨与各刀面的方位角度，是制造和刃磨刀具的依据，其主要标注角度如下刀具的依据，其主要标注角度如下:在主剖

16、面在主剖面Po内测量的角度：内测量的角度： 前角前角o o 、后角、后角o 和楔角和楔角o在基面在基面Pr内测量的角度：内测量的角度： 主偏角主偏角r、副偏角、副偏角r和刀尖角和刀尖角r在切削平面在切削平面Ps内测量的角度：刃倾角内测量的角度：刃倾角s金属切削原理第1章课件车刀的标注角度车刀的标注角度刀具角度正、负号判定如图中所示。刀具角度正、负号判定如图中所示。主剖面主剖面基面基面KK副剖面副剖面金属切削原理第1章课件 从上图可以看出，一把单刃刀具在主剖面从上图可以看出，一把单刃刀具在主剖面参考系内共定义参考系内共定义 了了6个角度个角度 、 、 、 、 和和 四个角度是独立的。当给定刃倾角

17、和主偏四个角度是独立的。当给定刃倾角和主偏角，主切削刃在空间的方位便被确定；再进一角，主切削刃在空间的方位便被确定；再进一步给定前角和后角，相交于主切削刃的前刀面步给定前角和后角，相交于主切削刃的前刀面和后刀面也随之确定。和后刀面也随之确定。所以，对于一把有两条切削刃的普通车刀，只所以，对于一把有两条切削刃的普通车刀，只要给定六个独立的角度：要给定六个独立的角度：这把车刀切削部分的几何形状便被确定了。这把车刀切削部分的几何形状便被确定了。金属切削原理第1章课件 刀具角度的一面二角分析法刀具角度的一面二角分析法 表示空间任意一个平面方位的定向角度只有表示空间任意一个平面方位的定向角度只有两个，所

18、以用一面二角分析法确定刀具切削部两个，所以用一面二角分析法确定刀具切削部分需要标注的独立角度数量。即刀具需要标注分需要标注的独立角度数量。即刀具需要标注的独立角度数量是刀面数量的二倍。例如，直的独立角度数量是刀面数量的二倍。例如，直头外圆车刀头外圆车刀，3个刀面个刀面2=6个角度：个角度：前刀面定向角前刀面定向角后刀面定向角后刀面定向角副后刀面定向角副后刀面定向角金属切削原理第1章课件45弯弯头车刀，刀，4个刀面个刀面2=8个角度：个角度：主切削刃主切削刃12前刀面定向角前刀面定向角主切削刃主切削刃12后刀面定向角后刀面定向角副切削刃副切削刃23后刀面定向角后刀面定向角副切削刃副切削刃14后刀

19、面定向角后刀面定向角金属切削原理第1章课件切断刀，两把端面切断刀，两把端面车刀刀组合合4个刀面个刀面2=8个角度：个角度：前刀面定向角前刀面定向角后刀面定向角后刀面定向角左副后刀面定向角左副后刀面定向角右副后刀面定向角右副后刀面定向角金属切削原理第1章课件法剖面参考系标注角度法剖面参考系标注角度只以只以Pn剖面代替剖面代替Po剖面剖面只需定义只需定义Pn面内的标注角度即可。面内的标注角度即可。 金属切削原理第1章课件刀具标注角度换算刀具标注角度换算 主剖面和法剖面内角度换算主剖面和法剖面内角度换算tgn=tgo coss n octg n=ctg o coss n o 金属切削原理第1章课件车

20、刀工作角度车刀工作角度、刀具工作角度参考系、刀具工作角度参考系 刀具安装位置、切削合成运动方向的刀具安装位置、切削合成运动方向的变化，都会引起刀具工作角度的变化。因变化，都会引起刀具工作角度的变化。因此研究切削过程中的刀具角度，必须以刀此研究切削过程中的刀具角度，必须以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系，这种参考系称为工作参考系。立参考系，这种参考系称为工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称为工作角用工作参考系定义的刀具角度称为工作角度。度。金属切削原理第1章课件工作基平面工作基平面工作切削平面工作切削平面工作正交平面工作正交平面组成一个工作正

21、交组成一个工作正交平面参考系：平面参考系：金属切削原理第1章课件刀具安装对工作角度的影响刀具安装对工作角度的影响 刀柄偏斜影响工刀柄偏斜影响工作主、副偏角作主、副偏角 切削刃高低影响切削刃高低影响工作前、后角工作前、后角金属切削原理第1章课件进给运动方向不平行工件旋转轴线进给运动方向不平行工件旋转轴线 金属切削原理第1章课件 1-3切削层几何参数切削层几何参数切削层切削层在各种切削加工中，刀具相对在各种切削加工中，刀具相对于工件沿进给运动方向每移动于工件沿进给运动方向每移动 f 后，由一个刀后，由一个刀齿正在切削的金属层。齿正在切削的金属层。切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的切削层形状、尺寸

22、直接影响着切削过程的变形、刀具承受的负荷以及刀具的磨损。变形、刀具承受的负荷以及刀具的磨损。切削层尺寸称为几何参数，切削层尺寸称为几何参数，通常在垂直切削速度的平面内观察和度量，通常在垂直切削速度的平面内观察和度量，即在基即在基 面内度量。面内度量。金属切削原理第1章课件切削层定义（切削层定义（a车外圆，车外圆，b车端面车端面) 金属切削原理第1章课件切削层切削层金属切削原理第1章课件E残留面积残留面积金属切削原理第1章课件切削面积和残留面积切削面积和残留面积金属切削原理第1章课件2.正切屑与倒切屑正切屑与倒切屑切削方式切削方式1.自由切削与非自由切削自由切削与非自由切削金属切削原理第1章课件3.正切削与斜切削正切削与斜切削金属切削原理第1章课件 2.当用主偏角r45、刃倾角s0的车刀车削外圆时，已知：工件加工前直径dw64mm，加工后直径dm56mm，车床主轴转速n4r/s，车刀进给速度vf1.6mm/s。 试求试求：切削速度vc、进给量f、切削深度ap、切削厚度hD、切削宽度bD和切削面积AD，并且作图表示f、ap、hD和bD等4个参数。1.标注圆车刀下列角度：前角o、后角o、主偏角r、副偏角r、刃倾角s和副后角o。 金属切削原理第1章课件车刀的标注角度车刀的标注角度金属切削原理第1章课件金属切削原理第1章课件做图表示做图表示4个参数个参数 金属切削原理第1章课件