金屬切削原理與刀具教案

1、.緒 論【內(nèi)容提要】本章主要介紹本課程的基本內(nèi)容、性質(zhì)、特點和學(xué)習(xí)本課程的基本要求。【目的要求】1、明確本課程的基本內(nèi)容和性質(zhì)；2、了解本課程的特點；3、掌握學(xué)習(xí)本課程的基本要求?！颈菊聝?nèi)容】一、本課程的內(nèi)容金屬切學(xué)原理與刀具這門課，原理討論的是金屬切削加工過程中的主要物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，以及對規(guī)律的控制及應(yīng)用；刀具是要我們學(xué)習(xí)常用金屬切削刀具的選擇、使用以及常用非標(biāo)準(zhǔn)刀具的設(shè)計，如成形車刀、成形銑刀和拉刀等。二、本課程的性質(zhì)根據(jù)所學(xué)專業(yè)的教學(xué)計劃基本課程的教學(xué)大綱的規(guī)定，本課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)與機制方面有關(guān)的應(yīng)用型人才服務(wù)，為本專業(yè)的其他專業(yè)課如金屬切削機床、機械制造工藝學(xué)及機械加工

2、技術(shù)等提供必要的基礎(chǔ)知識。我國自1949年以來各高等工科院校相繼進行了金屬切削原理與刀具方面的科學(xué)研究。可見在工科院校與機制有關(guān)的專業(yè)中本課程占有重要的地位，因此一直列為考試課，在我校的數(shù)控、機制、機電等專業(yè)自然也是考試課。 三、本課程的特點（1）涉及知識面廣本課程是一門專業(yè)課。在學(xué)習(xí)這門專業(yè)課之前，應(yīng)先掌握畫法幾何、機械制圖、金屬工藝學(xué)、機械設(shè)計等基本理論及公差配合與技術(shù)測量等基礎(chǔ)知識。（2）實驗理論多許多公式都是在不同的實驗條件下得出的。如切削力的實驗指數(shù)公式和單位切削力公式，雖都是計算切削力，但實驗條件不同，則得出的結(jié)論也不同。因此說專業(yè)課中沒有絕對的理論，或許有些還要做近似處理。（3）

3、實踐性強學(xué)習(xí)理論就是為實踐服務(wù)，但經(jīng)過實踐又可以提高理論水平。如果學(xué)習(xí)了不會用，那就是“紙上談兵”，因此，一定要做到理論與實踐相結(jié)合。四、學(xué)習(xí)本課程的要求 1、具有正確圖示和選擇刀具合理幾何參數(shù)的能力。2、基本掌握切削過程中的主要物理現(xiàn)象的變化規(guī)律和應(yīng)用及控制方法，具有解決實際生產(chǎn)問題的能力。3、具有根據(jù)具體要求選擇使用常用刀具，以及設(shè)計一般非標(biāo)準(zhǔn)刀具的能力。4、要求課上認(rèn)真聽講，抓住重點，做好筆記，課下復(fù)習(xí)，輔導(dǎo)與自學(xué)相結(jié)合。第一章 刀具材料【內(nèi)容提要】    本章主要介紹刀具材料應(yīng)具備的性能，以及常用刀具材料中高速鋼和硬質(zhì)合金材料的特性及應(yīng)用場合；簡

4、單介紹了其他刀具材料的性能及應(yīng)用?！灸康囊蟆?#160;   1、明確刀具材料應(yīng)具備的性能；    2、掌握常用刀具材料中高速鋼和硬質(zhì)合金的性能及應(yīng)用場合；會根據(jù)具體加工工藝情況選擇不同牌號的刀具材料。    3、了解其他刀具材料的性能?！颈菊聝?nèi)容】概 述刀具材料是指刀具上參與切削的那部分材料。刀具的切削部分不但要求具有一定的幾何形狀，而且還要求有相應(yīng)的刀具材料。目前廣泛應(yīng)用的刀具材料由高速鋼和硬質(zhì)合金。隨著生產(chǎn)率的不斷提高和難加工材料的日益廣泛應(yīng)用，超硬刀具材料也不斷涌現(xiàn)如陶瓷、立

5、方氮化硼以及金剛石（人造）等。時間 刀具材料 切削速度1900年以前 碳工鋼 低1900年左右 高速鋼 提高六倍在以后的相繼幾十年里，據(jù)統(tǒng)計，每十年切削速度能提高一倍，耐用度可提高兩倍。高速鋼一般允許切削速度為2530m/min；硬質(zhì)合金允許的切削速度為100m/min.要提高切削加工的生產(chǎn)率，就需要提高切削速度和刀具耐用度，那末就要求提供切削性能更好的刀具材料，以便進一步提高切削加工生產(chǎn)率及加工質(zhì)量。由于切削過程中會產(chǎn)生切削抗力、切削熱、沖擊和振動，那么刀具材料具有哪些性能才能滿足要求呢?§1-1 刀具材料應(yīng)具備的性能一、硬度和耐磨性 刀具材料的硬度一定要大于工件材料的硬度，一般常

6、溫硬度超過60HRC以上。高速鋼在6366HRC 以上，硬質(zhì)合金在7481.5HRC左右，人造金剛石10000HV。一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。因為均勻分布的細(xì)化碳化物數(shù)量越多，顆粒越小，耐磨性就越高。二、強度和韌性在切削過程中，刀具承受很大的壓力，只有抗彎強度好，切削用量才不會發(fā)生變化。粗加工余量不均，切削力發(fā)生變化，對刀具有沖擊和震動，如果韌性不好，常會出現(xiàn)崩刃或折斷。硬度和韌性是一對不可解決的矛盾，如高速鋼的韌性好，而硬質(zhì)合金的硬度高，在下一節(jié)中我們會講到。三、耐熱性耐熱性是指在高溫下刀具材料保持硬度、耐磨性、強度和韌性的性能。用紅硬性表示。高溫下硬度越高，則紅硬性越好。碳

7、素工具鋼的紅硬性200250，高速鋼不超過650，硬質(zhì)合金約8001000。四、良好的工藝性總之，刀具應(yīng)具備的性能主要就這四個方面，當(dāng)然還有經(jīng)濟性、切削性能的可預(yù)測性等要求，這里不作為講述內(nèi)容。 §1-2 常用刀具材料目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷等。一、碳素工具鋼碳素工具鋼是一種含C量較高的優(yōu)質(zhì)鋼（含C一般為0.651.35%）。1、常用牌號 T7A、T8AT13A 其中 T 碳， A高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼2、主要性能淬火后硬度較高，可達(dá)HRC6165；紅硬性為200250，價格低廉，不耐高溫，切削速度因此而不能提高，允許切削速度VC1

8、0m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、鋸條、銼等；優(yōu)點：易刃磨，可獲得鋒利的刀刃。 二、合金工具鋼在碳素工具鋼中加入一定量的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時還可以減少熱處理時的變形。1、主要牌號9SiCr：9表示平均含C量為0.90%，Si、Cr平均含量均小于1.5%；CrWMn：平均含C量大于1.0%，Cr、W、Mn平均含量均小于1.5%。2、主要性能淬火后的硬度可達(dá)HRC6165，紅硬性為300400，允許切削速度Vc=1015m/min,制作低速、形狀比較復(fù)雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用鉸刀（孔的精加工）等。三、高

9、速鋼高速鋼是一種高合金工具鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素，這些合金元素的含量較高，主要改變以往工具鋼的性能。(一)高速鋼的性能：1、具有高的強度和韌性 ；2、良好的耐磨性，6366HRC (加入V元素的作用)；3、紅硬性為600（加入W元素的作用）；4、允許切削速度Vc=2530m/min； 高速鋼經(jīng)過適當(dāng)熱處理，可獲得良好的切削性能。用高速鋼制成的刀具，在切削時顯得比一般低合金工具鋼刀具更加鋒利，因此又俗稱鋒鋼。高速鋼區(qū)別于其他一般工具鋼的主要特性是它具有良好的熱硬性（紅硬性），當(dāng)切削溫度高達(dá)600左右時硬度仍無明顯下降，能以比合金工具鋼更高的切削速度進行切削，高速鋼由此而得名。5

10、、具有良好的制造工藝性；高速鋼能鍛造，易刃磨，能制造形狀復(fù)雜的及大型成形刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具、整體銑刀盤等都用高速鋼。高速鋼的焊接、韌性、熱處理性能好。6、可獲得鋒利的刀刃（鋒鋼之稱）；7、加工范圍較大：鑄鐵、有色金屬、鋼（指正火狀態(tài)下，淬火狀態(tài)不能加工）（二）高速鋼的分類高速鋼按用途來分可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。1、普通高速鋼：工藝性好，可滿足一般工程材料的切削加工。又可分為 2、高性能高速鋼通過調(diào)整基本化學(xué)成分和添加其他合金元素，使其性能比普通高速鋼提高一步，可用于切削高強度鋼，高溫合金、鈦合金等難加工材料。分類： 四、硬質(zhì)合金指有高硬度、高熔點的碳化物，用金

11、屬粘結(jié)劑，經(jīng)過高壓成形，在500的高溫下燒結(jié)而成的材料為硬質(zhì)合金。組成：硬質(zhì)相（TiC或WC）+ 粘結(jié)相（Co、Ni、Mo等，其中Co比較常用）（一）主要性能1、常溫硬度7481.5HRC，紅硬性為8001000，耐磨性優(yōu)良。2、允許切削速度Vc=100m/min以上，最高不能超過200m/min.硬質(zhì)合金刀具的切削速度比高速鋼提高47倍，刀具壽命可提高580倍。有的金屬材料如奧氏體耐熱鋼和不銹鋼等用高速鋼無法切削加工，若用含WC的硬質(zhì)合金就可以切削加工，硬質(zhì)合金還可加工硬度在HRC50左右的硬質(zhì)材料。3、脆性較大，怕沖擊和振動。容易出現(xiàn)崩刃，因此注意加工條件。4、制造工藝性差。由于硬度太高，

12、不能進行機械加工，因而硬質(zhì)合金經(jīng)常制成一定規(guī)格的刀片，焊在刀體上使用。如硬質(zhì)合金端銑刀（非整體式的）5、加工范圍較廣。脆性材料、鋼材、有色金屬等均可加工。（二）分類硬質(zhì)合金分為 1、鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金YG （1）組成：WC+Co（2）常用牌號：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）當(dāng)Co的含量較多時，WC的含量較小時，則硬度較低，韌性和強度提高，硬度下降，耐磨性降低；反之，韌性和強度下降，硬度提高，耐磨性、耐熱性提高。（3）應(yīng)用： YG3（精加工） YG6（半精加工） YG8（粗加工） Co的含量 韌性 強度 HRC 耐磨性 Co的含量 韌性 強度 HRC 耐磨性

13、脆性主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因為在640時發(fā)生嚴(yán)重粘結(jié)，使刀具磨損，耐用度下降。為了適應(yīng)各種加工情況的需要，在含Co量相同的情況下，按WC粉末的不同粒度分為粗晶粒（YG3C）、細(xì)晶粒（YG3X）、中間晶粒（YG3）。一般硬質(zhì)合金為中間晶粒。2、鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金（YT）（1）組成：硬質(zhì)相（WC+TiC）+粘結(jié)相（Co）（2）常用牌號：YT5、YT14、YT15、YT30（數(shù)字表示TiC的百分含量）（3）應(yīng)用：YT5（粗加工） YT14、YT15（半精加工） YT30（精加工） TiC含量 硬度 耐磨性 脆性 韌性 TiC含量 硬度 耐磨性 脆性 韌性 主要用于加工鋼材及

14、有色金屬，一般不用與加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti與Ti的親合力較大，使刀具磨損較快。3、添加稀有金屬硬質(zhì)合金鎢鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YA）和鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YW），是在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗彎強度、疲勞強度和沖擊韌性，提高和金的高溫硬度和高溫強度，提高抗氧化能力和耐磨性。這類合金可以用于加工鑄鐵及有色金屬，也可用于加工鋼材，因此常成為通用硬質(zhì)合金，他們主要用于加工難加工材料。4、碳化鈦基硬質(zhì)合金（YN）這種合金有很高的耐磨性，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，與工件材料的親合力小，抗粘結(jié)能力較強。主要用于鋼材、鑄鐵的精加工

15、、半精加工和粗加工。（三）涂層硬質(zhì)合金的選用涂層硬質(zhì)合金是采用韌性較好的基體（如硬質(zhì)合金刀片或高速鋼等），通過化學(xué)氣相沉積和真空濺射等方法，對硬質(zhì)合金表面涂層厚度為512m的涂層材料以提高刀具的抗磨損能力。涂層材料為TiC、TiN、Al2O3等。適合于各種鋼材、鑄鐵的半精加工和精加工，也適合于負(fù)荷較小的精加工。§1-2 其他刀具材料1、陶瓷材料主要是以氧化鋁（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經(jīng)壓制成型后燒結(jié)而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐氧化，所以被廣泛用于高速切削加工中。但由于其強度低，韌性差，長期以來主要用于精加工。近幾年來采用先進的工藝，使其抗彎強

16、度、抗沖擊性能有很大的提高，應(yīng)用范圍在日益擴大。除適于一般的精加工和半精加工外，還可用于沖擊負(fù)荷下的粗加工。陶瓷刀具和傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具相比，具有以下優(yōu)點：1）可加工硬度高達(dá)HRC65的高硬度難加工材料；2）可用于扒荒粗車及銑、刨等大沖擊間斷切削；3）耐用度提高幾倍至幾十倍；4）切削效率提高310倍，可實現(xiàn)以車、銑代磨。2、立方氮化硼 它是70年代才發(fā)展起來的一種人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成的。其硬度很高，可達(dá)80009000HV,僅次于金剛石，并具有很好的熱穩(wěn)定性，可承受1000以上的切削溫度，它的最大的優(yōu)點是在高溫12001300時也不會與鐵族金屬起

17、反應(yīng)。因此既能勝任淬火鋼、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削。3、金剛石 分為人造和天然兩種，是目前已知最硬的，硬度約為HV10000,故其耐磨性好，不足之處是抗彎強度和韌性差，對鐵的親和作用大，故金剛石刀具不能加工黑色金屬，在800時，金剛石中的碳與鐵族金屬發(fā)生擴散反應(yīng)，刀具急劇磨損。金剛石價格昂貴，刃磨困難，應(yīng)用較少。主要用作磨具及磨料，有時用于修整砂輪。課后作業(yè)：課后習(xí)題第一章 （1）、（2）、（3）、（4）、(5)、(6)第二章 刀具基本定義【內(nèi)容提要】    本章主要介紹切削運動及形成的表面、

18、刀具幾何角度、機動時間、金屬切除率的基本概念；明確切削用量要素和切削層參數(shù)；常用刀具靜止和工作狀態(tài)下的特點及應(yīng)用知識?！灸康囊蟆?、明確基本概念，會畫刀具圖，能看懂刀具圖；2、會根據(jù)加工具體情況判斷刀具靜止和工作狀態(tài)下的幾何角度、切削用量以及切削層參數(shù)；3、試根據(jù)加工具體情況正確選擇和確定刀具幾何角度、切削用量以及切削層參數(shù)?！颈菊聝?nèi)容】第一次課§2-1 切削運動及形成表面一、切削運動金屬切削運動，是指刀具從工件表面上切除多余的金屬層，并形成合乎要求的表面（即合乎精度、形狀、表面質(zhì)量上的要求）的運動。切削時，通常切削運動按其所起的作用可分為兩種:主運動和進給運動。如圖。1、主運動：

19、指切削過程中速度最高、消耗功率最多的運動。比如：車削外圓時工件旋轉(zhuǎn)運動，刨削平面時刀具直線往復(fù)運動。主運動有刀具或工件來完成，其形式可以是旋轉(zhuǎn)運動或直線運動，但每種切削加工方法的主運動只有一個。主運動的速度即為切削速度，用Vc表示，單位是m/min或m/s。值得注意的是以后一提到切削速度就知道是主運動的速度。2、進給運動：是新的金屬層不斷投入切削的運動。表示方法： （1）進給速度（mm/min或mm/s）（2）進給量f (單位mm/r)表示。在生產(chǎn)實際中，有時將進給運動稱為走刀運動，進給量稱為走刀量。進給運動的速度和消耗的功率都要比主運動小得多。比如：車削外圓時車刀的縱向連續(xù)直線進給運動；刨削

20、平面時工件的間歇直線進給運動。進給運動形式可以是直線運動、旋轉(zhuǎn)運動或兩者的組合，也可以是連續(xù)的或是斷續(xù)的。有工件或刀具來完成進給運動，但進給運動可能不止一個。3、合成切削運動進行切削時，主運動與進給運動同時進行。對于刀具切削刃上的一點來說都是做的合成切削運動。假如A點，相對于工件有一個旋轉(zhuǎn)運動，同時又相對工件作了一個直線運動，那么A點的合成切削運動速度用Ve表示，即 Ve=Vc+Vf （是矢量相加，而不是大小相加）由于=n/1000,切削刃上各點速度不等，由此可推出合成切削速度在各點上的大小和方向也不相等。對于外圓車刀來講，直徑d大的地方合成速度也大。二、工件上的幾個表面1、 待加工表面：即將

21、被切除的表面；2、 加工表面：切削刃正在切削的表面；3、 已加工表面：切削后形成的新表面。切屑：在刀刃的作用下離開工件母體的金屬或者說被切下的金屬。（本節(jié)掌握：主運動、進給運動和合成切削運動的概念）§2-2 刀具切削部分幾何角度 同學(xué)們想一想，為什么要以外圓車刀為例？切削刀具的種類繁多，形狀各異。但從切削部分的幾何特征上看，卻具有共性。外圓車刀切削部分的基本形態(tài)可作為其他各類刀具的切削部分的基本形態(tài)。因此外圓車刀可以看是其他各類刀具的演變，都是在這個基本形態(tài)上演變出各自的特點，所以本節(jié)以外車刀切削部分為例，給出刀具幾何參數(shù)方面的有關(guān)定義。一、外圓車刀切削部分的組成車刀由刀桿和刀頭組成

22、，也就是導(dǎo)體和切削部分。刀體用于安裝切削部分用于進行金屬切削加工。切削部分的組成： 1、前刀面Ar:切屑流經(jīng)的刀面 。2、后刀面A：與加工表面相對的刀面 。3、副后刀面A:與已加工表面相對的刀面。4、 主切削刃S：前后刀面的交線。負(fù)擔(dān)主要的切削工作。也稱主刀刃。5、 副切削刃S:前面與副后刀面的交線。只參加少量的切削，形成已加工表面。也稱副刀刃。6、 刀尖：主副刀刃的交點。它可以是一個點、直線或圓弧。由此可看出：外圓車刀切削部分的特點是“321”；即3面2刃1尖。而切斷刀切削部分的特點是“432”。即4面3刃2尖。二、刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系 刀具要從工件上切下金屬，就必須是它具備一定的切削角度，也

23、正是由于這些角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。為了確定切削部分各刀面在空間的位置，要人為的建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系。要建立坐標(biāo)系，首先應(yīng)建立坐標(biāo)平面。以這些坐標(biāo)平面為基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系，平面稱為基準(zhǔn)坐標(biāo)平面?；鶞?zhǔn)坐標(biāo)平面 基面Pr 二者以切削速度Vc為依據(jù) 切削平面Ps 在建立基準(zhǔn)坐標(biāo)平面以前，首先要做兩點假設(shè)： （1）假設(shè)主運動方向垂直于車刀刀桿底面；（2）假定進給運動方向平行于車刀刀桿底面。有了這兩點假設(shè)，我們就好定義基準(zhǔn)坐標(biāo)平面了。（1）基面Pr：過切削刃上的選定點，垂直于切削速度方向的平面。特點：Vc相切于外圓，則Pr刀桿底面。進給方向在Pr內(nèi)。（2）切削平面Ps：過切削刃上的選定點，包括

24、切削刃或切于切削刃（曲面刃）且垂直于基面Pr的平面。特點：Ps刀桿底面，Vc方向在Ps內(nèi)。PsPr。Vf不垂直于Ps。 考慮問題：分析切斷刀的基面Pr和切削平面Ps。為了能清楚的表達(dá)切削部分的空間幾何角度，人為的建立起空間坐標(biāo)系。 主剖面系 最常用 空間坐標(biāo)系 法剖面系較常用 進給、切深剖面系較常用 最大前角、最小后角剖面系少用下面先學(xué)習(xí)主剖面參考系（一）主剖面參考系（Pr-Ps-Po）主剖面參考系包括基面Pr、切削平面Ps：基準(zhǔn)坐標(biāo)平面主剖面Po：測量平面Pr和Ps的概念已講過，這里主要講主剖面Po：（1）概念：過切削刃上選定點，同時垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面，或者說垂直于切削刃在基

25、面Pr上的投影。（2）特點：PoPsPr Po包含切削速度Vc的方向。通過以上分析我們知道，用坐標(biāo)平面和測量平面與刀具各刀面間形成相應(yīng)的角度，從而可以確定各刀面在空間的位置。例：前刀面Ar的位置是由前刀面Ar和基面Pr在主剖面Po內(nèi)形成的角度確定；后刀面A由后刀面A與切削平面在主剖面Po內(nèi)形成的角度確定。（本次課還需掌握外圓車刀切削部分的組成；掌握主剖面參考系中基面、切削平面以及主剖面的概念及特點。）課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章：（1）、（2）、（3）第二次課（二）主剖面參考系中表達(dá)的角度在主剖面系中，刀具的標(biāo)注角度有六個：r、r、o 、o 、o和s 。下面我們逐一討論。1）在基面Pr內(nèi)度量的角度

26、（俯視圖，讓刀具投影到基面上）主偏角r：在基面Pr內(nèi)，切削刃與進給運動方向間的夾角；副偏角r：在基面Pr內(nèi)，副切削刃與進給運動反方向間的夾角；刀尖角r：r=180o-（r + r），是函數(shù)角；2）在主剖面Po內(nèi)度量的角度（O-O 剖面Po內(nèi)）前角o：在主剖面Po內(nèi)，前面與基面Pr之間的夾角；前角o的正負(fù)的判定：前面高于基面Pr時為負(fù)；前面低于基面Pr時為正；前面與基面Pr重合時為零。后角o：在主剖面Po內(nèi)，后面與切削平面Ps間的夾角；楔角o：在主剖面Po內(nèi)，前、后面間的夾角。o=90o-(o+o)；是一個函數(shù)角；3）在副剖面Po內(nèi)度量的角度（O-O剖面Po內(nèi)）副后角o：在剖面Po內(nèi)，副后面與副

27、切削平面Ps間的夾角;副前角o：在剖面Po內(nèi)，基面Pr與前面間的夾角;補充說明：副切削刃同主切削刃一樣，也可以建立副切削平面Ps、副基面Pr、副剖面Po，此時是在副切削刃上找一任意選定點。4）在切削平面Ps內(nèi)度量的角度（刀具在切削平面Ps內(nèi)投影）刀具在切削平面Ps內(nèi)投影，就相當(dāng)于在車刀的后面有一個平面，這個平面與切削平面Ps平行，然后將車刀投影在這個平面內(nèi)。刃傾角s：在切削平面Ps內(nèi)，切削刃與基面Pr間的夾角；刃傾角s正負(fù)的判定：以刀尖點為基準(zhǔn)點刀尖點是刀刃的最高點，則刃傾角s為正；刀尖點是刀刃的最低點，則刃傾角s為負(fù)；刀刃與基面重合或平行，則刃傾角s為零；以上四點，分別闡述了在主剖面系中四個

28、平面即基面Pr、主剖面Po、副剖面Po、切削平面Ps內(nèi)要度量的角度。由于主刀刃與副刀刃在一個前面上，當(dāng)前角o和刃傾角s確定時，副前角o也就確定了，因此它是函數(shù)角，不做標(biāo)注。對于一把外圓車刀，在主剖面系中要表達(dá)的有： 在基面Pr內(nèi)主偏角r 、副偏角r 6個獨立的角度 在主剖面Po內(nèi)前角o、后角o（做標(biāo)注） 在副剖面Po內(nèi)副后角o 在切削平面Ps內(nèi)刃傾角s2個函數(shù)角 在基面Pr內(nèi)刀尖角r（不做標(biāo)注） 在主剖面Po內(nèi)楔角o思考題主刀刃、前面、后面和副后面的空間位置由哪幾個角度表達(dá)出來？主刀刃主偏角r和刃傾角s；前 面前角o；后 面主偏角r和后角o；副后角副偏角r和副后角o 。（掌握：六個獨立的幾何角

29、度的定義。）（三）法剖面參考系（Pr-Ps-Pn）法剖面參考系輔助刀具的設(shè)計、制造和切削性能分析。1、法剖面Pn：指過主切削刃上選定點與主切削刃相垂直的平面。特點：Pn主切削刃。2、法剖面參考系中度量的角度：（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角r 、副偏角r，在切削平面Ps內(nèi)度量的角度刃傾角s與主剖面系完全相同。（2）在法剖面Pn內(nèi)度量的角度：在主切削刃上選定點，作出法剖面法前角n：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。法后角n：主后面與切削平面Ps間的夾角。法剖面Pn與主剖面Po間的夾角為刃傾角s ，當(dāng)s=0時，法剖面Pn與主剖面Po重合。（四）進給、切深剖面參考系（Pr - P

30、s - Pf - Pp）進給、切深剖面參考系（Pr-Ps-Pf-Pp）輔助刀具的設(shè)計、制造和刃磨。1、進給剖面Pf：指過主切削刃上選定點，垂直與基面并平行于假定進給運動方向的平面。特點：PfPr，Pf假定進給運動方向。2、切深剖面Pp:指過主刀刃上選定點，并垂直與基面Pr和進給剖面Pf的平面。特點：PpPrPf。3、進給、切深剖面參考系中度量的角度：（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角r 、副偏角r，在切削平面Ps內(nèi)度量的角度刃傾角s與主剖面系完全相同。（）在進給剖面Pf內(nèi)度量的角度進給前角：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。進給后角：主后面與切削平面Ps間的夾角。（）在切深剖

31、面Pp內(nèi)度量的角度切深前角：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。切深后角：主后面與切削平面Ps間的夾角。（要求：理解法剖面系和進給、切深剖面系中的角度、平面定義。）小結(jié)：主剖面參考系中表達(dá)的角度有六個：r、r、o 、o 、o和s 法剖面參考系中度量的角度有六個：r、r、n 、n、n和s 進給、切深剖面參考系中度量的角度有七個：r、r、和s 課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章 （5）、（6）第三次課四、刀具工作角度上面講到的刀具標(biāo)注角度，是在忽略進給運動的影響，而且刀具又按特定條件安裝的情況下給出的。刀具在工作狀態(tài)下的切削角度，即刀具的工作角度，應(yīng)該考慮包括進給運動在內(nèi)的合成切削運動和刀具

32、的實際安裝情況。下面來學(xué)習(xí)兩個概念1）工作基面Pre：過切削刃上選定點，垂直于合成切削運動Ve方向的平面。 特點：PreVe2）工作切削平面Pse：過切削刃上選定點，包含切削刃并垂直于工作基面Pre的平面。特點：合成運動速度Ve在工作切削平面Pse內(nèi)，PrePse 。（一） 進給運動對刀具幾何角度的影響：1、橫向進給在進給剖面內(nèi)，(也是在主剖面內(nèi))工作進給前角 fe工作進給后角 fePre與Pr在Pf內(nèi)的夾角。 f從圖中我們可看出，工作基面與工作切削平面相對與基面和切削平面均轉(zhuǎn)過角度f，從而改變了刀具的工作角度，在實際工作中起作用的是工作進給前角fe和工作進給后角fe。工作進給前角 fe=oe

33、=f+f (增大)工作進給后角 fe=oe=f -f （減?。┤绻尮ぜD(zhuǎn)一周，那末進給量為f，則以f和dw分別為直角邊可以得到一個三角形，其有一夾角為f，則分析：當(dāng)采用自動進給切斷時，1）進給量一定，工件直徑不斷減小，甚至為零，那么f（o）不斷增大，結(jié)果fe=f -f有可能為負(fù)值；可以說在直徑很小時，并非是切斷，而是后刀面的擠斷。2）為避免fe=f-f<0，對切斷刀的后角應(yīng)采用較大值，并在切斷終了時，采用減小進給量的辦法。2、縱向進給前面我們學(xué)習(xí)了切斷刀的橫向進給情況，外圓車刀不同于切斷刀，它進行縱向進給，下面我們以外圓車刀為例來分析一下縱向進給時對刀具幾何角度的影響。首先畫出進給剖

34、面F-F，分析切削速度Vc和合成切削速度Ve，找到各面Pr、Pre、Ps和Pse，得到相應(yīng)的f、f、fe、fe、f等，那末在進給剖面F-F內(nèi)，由圖可得工作進給前角 fe=f+f (增大)工作進給后角 fe=f-f （減小）如果讓工件旋轉(zhuǎn)一周，那末進給量為f，則以f和dw分別為直角邊可以得到一個三角形，其有一夾角為f，則如果我們想知道主剖面O-O內(nèi)刀具工作角度的大小，該如何去換算他呢？作主剖面O-O，首先得基面Pr和切削平面Ps，然后過B點做主刀刃的平行線，得C點。這樣工件轉(zhuǎn)過一周dw，在主剖面O-O內(nèi)刀尖進給AC，那么Pre、Pse面相應(yīng)找到，也就相應(yīng)有oe、o、oe、o、o角，由圖可知：工作

35、前角 oe=o+o (增大)工作后角 oe=o-o （減?。┮话阃鈭A車刀的o值較小，o3040，可忽略不計。但車削螺紋時，尤其是大導(dǎo)程或多頭螺紋時，o的值很大，不能忽略。（二）刀具安裝位置對刀具工作的影響1、刀具安裝高、低的影響在安裝刀具時，刀尖有可能高于工件中心，有可能低于工件中心。首先來看高于中心時的情況。設(shè)刀具s=0，以外圓車刀為例，AB、AC都投影在刀桿底面上。在切深剖面Pp內(nèi)，工作基面Pre與基面Pr間的夾角為p，為計算方便做小三角形。在這里有幾點假設(shè)：（1）刀尖高于工件中心值h(mm);（2）不計進給運動速度的大小Vf=0；（3）s=0所以有由圖可知 工作切深前角 pe=p+p (

36、增大)在切深剖面Pp內(nèi) 工作切深后角 pe=p-p （減?。┰谥髌拭鍻-O內(nèi) 工作前角 oe=o+o (增大)工作后角 oe=o-o （減?。τ诘毒叩都馕恢玫陀诠ぜ行臅r的情況，作為思考題留給大家，下次課提問。2、刀桿軸線安裝不垂直與進給運動方向的影響 在基面內(nèi)，若刀桿軸線在安裝時，不垂直與進給運動方向，刀桿軸線的垂線與進給運動方向的夾角為，使刀具工作主、副偏角發(fā)生變化。如圖。（1）車外圓時 （2）加工錐面時re=r +G re=r-Gre=r-G re=r+G注：在標(biāo)注角度時，認(rèn)為刀桿軸線與進給運動方向垂直。課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章 （4）、（7）第四次課復(fù)習(xí)一次課內(nèi)容：刀具標(biāo)注角度：不計

37、進給運動，刀尖和工件軸線等高；刀具工作角度：考慮包括進給運動在內(nèi)的合成切削運動和刀具的實際安裝情況，即刀尖高于或低于工件中心的情況。（1）橫向進給對刀具工作角度的影響（切斷刀）在進給剖面內(nèi)，也是在主剖面內(nèi) 工作進給前角 fe =oe =f+f (增大)工作進給后角 fe =oe =f-f （減?。?）縱向進給對刀具工作角度的影響（外圓車刀；設(shè)刀具s=0）在進給剖面F-F內(nèi) 工作進給前角 fe =f+f (增大)工作進給后角 fe =f-f （減小）在主剖面O-O內(nèi) 工作前角 oe =o+o (增大)工作后角 oe =o-o （減小）（3）在安裝刀具時，刀尖高于工件中心（外圓車刀；設(shè)刀具s=0

38、）在切深剖面Pp內(nèi) 工作切深前角 pe =p+p (增大) 工作切深后角 pe =p-p （減小）在主剖面O-O內(nèi) 工作前角 oe =o+o (增大) 工作后角 oe =o-o （減?。?）在安裝刀具時，刀尖低于工件中心（外圓車刀；設(shè)刀具s=0） 在切深剖面Pp內(nèi) 工作切深前角 pe =p-p (減小) 工作切深后角 pe =p+p （增大）在主剖面O-O內(nèi) 工作前角 oe =o-o (減小) 工作后角 oe =o+o （增大）（5）車右旋螺紋時左刀刃 工作前角 feL = f 工作后角 feL = fL-f右刀刃 工作前角 feR= -f 工作后角 feR=fR+f 思考：車左旋螺紋時，工

39、作角度有何影響？§2-3 切削用量與切削方式一、切削要素切削要素分為兩大類：切削用量要素和切削層橫截面要素。（一）切削用量要素切削用量是用于表示主運動、進給運動和切入量參數(shù)的數(shù)量，指切削速度Vc、進給量f和切削深度ap這三個要素。三者要根據(jù)不同的工件材料、加工性質(zhì)和刀具材料來選擇，主要用于調(diào)整機床，編制工藝路線。1、切削速度Vc切削速度Vc指刀具切削刃上選定點相對于工件的主運動的速度。Vc = dw n/1000（mm/min）式中d完成主運動的刀具或工件的最大直徑（mm）；n_主運動的轉(zhuǎn)速（r/min或r/s）例：外圓車刀車削外圓時，工件的旋轉(zhuǎn)速度；刨刀刨削平面時，刨刀的直線運動速

40、度；鉆床上鉆孔時，麻花鉆的旋轉(zhuǎn)運動速度；等等。2、進給量f進給量是指工件或刀具的主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（或每一行程時），刀具切削刃相對于工件在進給運動方向的移動量。例如：車削時的進給量是指工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，切削刃沿進給方向的移動量。（mm/r）進給速度Vf ：指切削刃上選定點相對于工件的進給運動的瞬時速度。Vf = nf (mm/min或mm/s)3、切削深度ap切削深度ap是指在基面Pr上，垂直于進給運動方向測量的切削層尺寸。車削時：ap =（dw-dm）/2 （實質(zhì)為半徑之差）（工件表面之間的垂直距離）式中dw工件待加工表面直徑； dm工件已加工表面直徑；（二）切削層橫截面要素（在基面中度量）切削層指

41、切削刃移動一個進給量所切除的這一層金屬。切削層的形狀與尺寸直接影響切削變形、刀具切削部分所承受的負(fù)載和切削的形狀和尺寸。1、切削厚度hD指在基面內(nèi)垂直于加工表面度量的切削層尺寸。 切削刃為圓弧刃時，hD處處不等。2、切削寬度bD 指在基面內(nèi)沿著加工表面度量的切削層尺寸。 當(dāng)r =90º時，hD =bD；切削寬度是切削刃和加工表面的接觸長度在基面上的投影。當(dāng)s=0，為切削刃的實際長度。 由于切削厚度hD表明切削層的厚度，而切削寬度bD反映了切削層的長度。因而用切削厚度hD和切削寬度bD比用進給量f和切削深度ap更能反映切削斷面形狀的特性。3、切削層橫截面積AD 指基面與切削層相截的面積

42、。AD = hDbD = fap ( mm2) 二、切削方式自由切削：指只有一條直線切削刃參加工作的切削；非自由切削：指曲線切削刃后主、副切削刃同時參加工作的切削。直角切削：切削速度方向與切削主刀刃相垂直的切削；斜角切削：刃傾角s不為零的刀具進行的切削。三、機動時間和金屬切除率1、機動時間tm 機動時間tm是指刀具的切削時間，它是衡量刀具切削效率高低的一個指標(biāo)；tm =LA/(nfap) (min)式中，L刀具工作長度=工件長度+車刀切入、切出長度；A工件半徑方向加工余量，A/ap為走刀次數(shù)；把n=1000Vc/(dw)代入上式得tm =Ldw A/(1000Vcfap) （min）2、金屬切

43、除率Qz金屬切除率Qz是指單位時間切下工件材料的體積；Qz =1000 Vcfap （mm3/min）由上兩式可以得出如下結(jié)論：在Vc、f和ap三要素中，提高任何一個都可縮短機動時間tm，增大金屬切除率Qz，提高切削效率。課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章 （8）、（9）第三章 金屬切削基本理論【內(nèi)容提要】    本章主要介紹切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度的基本概念；切削力、切削熱、切削溫度和刀具磨損的基本規(guī)律；應(yīng)用上述規(guī)律選擇刀具材料、幾何參數(shù)、切削用量、切削液和控制切屑的原則和方法?！灸康囊蟆?、了解與掌握金屬切削過程的基本物理現(xiàn)象及其變化規(guī)

44、律；2、能根據(jù)具體加工情況正確計算切削力、刀具耐用度以及一定刀具耐用度所允許的切削速度。3、能根據(jù)具體加工情況正確選擇和確定刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量等；【本章內(nèi)容】 第一次課 金屬切削理論是從生產(chǎn)實際和切削實驗中得來的，總結(jié)了關(guān)于金屬切削過程中的基本物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律。這些基本物理現(xiàn)象包括：切削變形、切削力、切削溫度和刀具磨損等。為了提高切削加工的生產(chǎn)率，降低加工成本，保證質(zhì)量，我們來學(xué)習(xí)和掌握這些規(guī)律。§3-1 切削變形一、切屑的基本形態(tài)金屬切削時，由于切削用量和刀具幾何參數(shù)的不同，會出現(xiàn)各種不同形態(tài)切屑。從變形角度考慮，切屑的形態(tài)歸納為四種基本形態(tài)。1、帶狀切屑：切屑呈

45、連續(xù)狀，與前面接觸的底層光滑，背面成毛茸狀。一般在加工塑性材料，采用大的前角、小的切削厚度、高的切削速度時形成。變形較小，是比較常見的切屑。2、節(jié)狀切屑（擠裂狀切屑）切屑背面呈鋸齒形，底層有時有裂紋，切削層變形大，加工硬化嚴(yán)重，使某一局部的應(yīng)力達(dá)到材料的強度極限，從而出現(xiàn)裂紋。加工塑性材料，采用小的前角、小的切削速度會形成此類切屑。3、單元狀切屑切削塑性很大的材料，發(fā)生強度破壞嚴(yán)重，變性大，切削力大，切削功率大。切屑與前面發(fā)生粘結(jié)，變形充分，使材料達(dá)到斷裂極限，形成很大的變形單元。4、崩碎狀切屑切削脆性材料，形狀為片狀或粒狀切屑。工件材料愈硬，刀具前角愈小，愈容易形成此類切屑。由上述介紹可知，

46、帶狀切屑形成時，切削力變化較小，切削穩(wěn)定，已加工表面質(zhì)量好；節(jié)狀和單元狀切屑形成時切削力有較大的波動，尤其是單元狀切屑，在其形成過程中可能產(chǎn)生振動影響加工質(zhì)量；在切屑鑄鐵時，由于所形成的崩碎狀切屑是經(jīng)石墨邊界處崩裂的，加工表面質(zhì)量下降。二、切屑與已加工表面的形成（一）切屑的形成及三個變形區(qū)1、設(shè)切削層厚度，寬度，以切削速度向刀具接近。從OA線開始發(fā)生塑性變形，到OM線剪切滑移基本完成。形成AOM塑性變形區(qū)。塑性變形的主要特點是晶格間的剪切滑移，因此又稱為剪切區(qū)或第一變形區(qū)。2、當(dāng)切屑以速度沿前面流出時，進一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面處的金屬纖維化，變形方向基本上與前面平行（即為晶格

47、變形方向）。由于該變形主要由摩擦引起，因而又稱摩擦變形區(qū)或第二變形區(qū)。3、已加工表面受到切削刃鈍圓部分與后刀面的擠壓和摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化與加工硬化，稱為第三變形區(qū)。這三個變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應(yīng)力比較集中，也比較復(fù)雜，金屬的被切削層就在此處與工件本體材料分離，一部分變成切屑，很小一部分留在已加工表面上。第一變形區(qū)形成切屑，變形最大；第二變形區(qū)變形大小主要影響前面的磨損；第三變形區(qū)的滑移變形，嚴(yán)重使已加工表面產(chǎn)生變形。剪切滑移區(qū)（第一變形區(qū)）的變形機理 研究剪切滑移區(qū)的變形機理，就是看材料是在該區(qū)域內(nèi)怎樣完成變形的。以切屑為研究對象。設(shè)刀具對切屑的正壓力位Fn，摩擦力位Ff

48、，二者合力為Fr，在合理的作用下，在垂直它的橫截面上產(chǎn)生正應(yīng)力。，在與該力大致呈45º角的截面上產(chǎn)生最大剪應(yīng)力。=Fr/A， 而=。/2（1）若最大剪應(yīng)力s（材料的屈服極限）時，材料就沿剪應(yīng)力的方向滑移（沿剪切面滑移）；（2）若最大剪應(yīng)力b（材料的強度極限）時，材料發(fā)生剪切強度破壞，切屑斷裂。剪切滑移區(qū)（第一變形區(qū)）的變形過程 在切削層內(nèi)刃取一點P,當(dāng)點P為達(dá)到剪切滑移區(qū)時，只產(chǎn)生彈性變形，一旦達(dá)到該區(qū)域時，就要產(chǎn)生剪切滑移塑性變形。（1）OA線為始滑移線，OM線為終滑移線（都是等剪應(yīng)力曲線）。當(dāng)P點到達(dá)1點的位置時，剪應(yīng)力到達(dá)材料的屈服極限s，開始產(chǎn)生剪切滑移，點1在向前移動的同時

49、，也沿OA滑移，其合成運動將使點1流動到點2。2-2就是滑移量。隨著滑移的產(chǎn)生，剪應(yīng)力將逐漸增加，也就是當(dāng)P點向1、2、3個點流動時，剪應(yīng)力不斷增加，直到點4位置，此時其流動方向與前面平行，不再沿OM線滑移。（2）第一變形區(qū)（OAOM之間）其變形的主要特征是：沿滑移線剪切變形，以及隨之產(chǎn)生加工硬化。（3）切削速度較高時，第一變形區(qū)較窄。一般的切削速度范圍內(nèi)，第一變形區(qū)的寬度僅約為0.20.02mm。(可用一剪切面來表示)（4）剪切面OM與切削速度間的夾角剪切角。（5）OA線上的剪應(yīng)力s；OB、OC、OM線上的剪應(yīng)力由于變形加工硬化而依次升高，在OM線達(dá)最大值max，若 max<b時，切屑

50、為帶狀； maxb時，切屑為擠裂狀；思考：1、切屑的基本形態(tài)有幾種？2、第一變形區(qū)剪切滑移的機理是什么?( s)（二）衡量變形的方法首先來看一看研究切屑變形有什么意義：切削過程是復(fù)雜的，既有剪切，又有前面對切屑的積壓和摩擦作用（第二變形區(qū)），衡量變形的方法是在純剪切的觀點上提出來的。因為切屑變形的大小，會直接影響到切削力的大小，以及切削溫度、刀具磨損等物理現(xiàn)象，所以必須研究切削變形的大小。在金屬切削過程中，切屑的變形的大小是怎樣衡量的呢？目前衡量切屑變形的方法有三種： 剪切角 變形系數(shù) 相對滑移 1、變形系數(shù)切削層經(jīng)切削成為切屑，由于變形變短、變厚。設(shè)切削層長度為L，切削厚度為hD，切屑長度為

51、Lc,切屑厚度為hDc，那么一定是L>Lc，hDc>Hd.這說明金屬在切削過程中確實存在著變形，與用斧子劈木頭是兩碼事，有本質(zhì)的不同，不能混為一談。設(shè)金屬在變形前后的體積不變，切削寬度bD不變（直角切削）那么hd*L*bD=hDc*Lc*bD 則 令 L/Lc=hDc/hd=1 即變形系數(shù)有著優(yōu)點：比較直觀地反映了變形程度，容易測量，簡單可行。但也有不足，那就是精確度低。的意義：變大，變形就大，表示切除的切屑越厚越短。反之變形小。另外，的表示方法還可以用前角和剪切角來表達(dá)。（如圖）=hDc/Hd上式說明：變形的大小與剪切角和前角有關(guān)。一般認(rèn)為前角o增大，剪切角增大則減小。但前角o一

52、定時，若剪切角增大，那么切削變形就小。2、剪切角剪切角的大小是怎樣確定的呢？上次課中知道，切削合力與切削速度間的夾角為-o，剪切角為。最大剪應(yīng)力存在的平面OM與作用力方向間的夾角約為45°，那么+-o=45° 則 =45°-（-o） 其中為摩擦角（三）第二變形區(qū)1、摩擦區(qū)的形成塑性金屬切削層材料經(jīng)第一變形區(qū)后驗前面排出。這是由于受前面的擠壓和摩擦進一步加劇變形，在靠近前面處形成第二變形區(qū)即摩擦區(qū)。摩擦區(qū)的特征：使切屑底層靠近前面處纖維化，流動速度減緩，甚至?xí)谇暗睹嫔希▽嵸|(zhì)上就是滯留層）；切屑彎曲，有摩擦而產(chǎn)生的熱量使切屑與刀具接觸面溫度升高等。滯留層的特點：滯留層的變形程度要比上層劇烈，約幾倍到幾十倍，厚度一般約占切屑厚度的1/81/9。2、前刀面的摩擦特性實驗證明，在第二變形區(qū)（摩擦變形區(qū)）內(nèi)，對于塑性金屬來講，切屑與前面間的摩擦不是一般的滑動摩擦。在摩擦區(qū)域內(nèi)分為內(nèi)摩擦和外摩擦兩部分。 粘結(jié)部分Lf1為內(nèi)摩擦；粘結(jié)部分之外Lf2為外摩擦。（1）什么是內(nèi)摩擦呢？在切削塑性金屬時，由于壓力大、溫度高，切屑的最底層金屬流動速度很慢，甚至粘結(jié)到前面上。這一層金屬與上層金屬之間的摩擦就是內(nèi)摩擦。內(nèi)