第單元-金屬切削基本知識

1.1切削運動和切削要素1.1.1切削運動和加工中的工件表面1.1.1.1切削運動1．主運動2．進(jìn)給運動3．合成切削運動4．協(xié)助運動1.1切削運動和切削要素1.1.1切削運動和加工中的工件表面1.1.1.1切削運動圖1-1切削運動和工件表面1.1切削運動和切削要素1.1.1切削運動和加工中的工件表面1.1.1.2工件表面(1)已加工表面。(2)待加工表面。(3)過渡表面。1.1切削運動和切削要素1.1.2切削要素1.1.2.1切削用量切削用量是表示主運動及進(jìn)給運動參數(shù)的數(shù)量，是切削速度vc、進(jìn)給量f和背吃刀量ap三者的總稱。圖1-2切削用量三要素1.1切削運動和切削要素1.1.2切削要素1.1.2.1切削用量(3)背吃刀量(ap)。(2)進(jìn)給量(

f

)。(1)切削速度(vc)。1.1切削運動和切削要素1.1.2切削要素1.1.2.2切削層1．切削層參數(shù)圖1-3縱車外圓切削層參數(shù)1.1切削運動和切削要素1.1.2切削要素1.1.2.2切削層1．切削層參數(shù)(1)切削層公稱厚度(hD)。(3)切削層公稱橫截面積(AD)。(2)切削層公稱寬度(bD)。1.1切削運動和切削要素1.1.2切削要素1.1.2.2切削層2．正切屑和倒切屑圖1-6正切屑和倒切屑1.1切削運動和切削要素1.1.2切削要素1.1.2.2切削層3．材料切除率Q材料切除率是指在特定瞬間，單位時間內(nèi)被刀具切除的工件材料的體積。相當(dāng)于切削層橫截面積以vc值沿切削速度方向運動一個單位時間所包含的空間體積(單位；mm3)，它是反映切削效率凹凸的一個指標(biāo)。其計算公式為(1-12)1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.1刀具切削部分的組成

圖1-7刀具切削部分的組成1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.1刀具切削部分的組成(1)前面(Aγ)。(2)主后面(Aα)。(3)副后面(A'α)。(4)主切削刃(S)。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.1刀具切削部分的組成(5)副切削刃(S')。(6)刀尖。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.1刀具切削部分的組成圖1-8刀尖類型1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度1．度量角度的參考系(1)刀具靜止參考系，是用于定義刀具在設(shè)計、制造、刃磨和測量時，刀具幾何參數(shù)的參考系。(2)刀具工作參考系，是規(guī)定刀具進(jìn)行切削加工時幾何參數(shù)的參考系。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度2．刀具靜止參考系(1)基面Pr。(2)切削平面Ps。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度2．刀具靜止參考系(3)正交平面Po。(4)法平面Pn。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度2．刀具靜止參考系(5)假定工作平面Pf。(6)背平面Pp。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度2．刀具靜止參考系圖1-9刀具的靜止參考系1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度2．刀具靜止參考系圖1-10刀具靜止參考系及其角度1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度3．刀具的標(biāo)準(zhǔn)角度3)楔角(βo)。1)前角(γo)。2)后角(αo)。(1)在正交平面中測量的角度。βo=90°-(γo+αo)(1-13)1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度3．刀具的標(biāo)準(zhǔn)角度3)刀尖角(εr)。1)主偏角(κr)。2)副偏角(κr')。(2)在基面中測量的角度。εr=180°-(κr+κr')(1-14)1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度3．刀具的標(biāo)準(zhǔn)角度處于最低點時，刀傾角為負(fù)值(如圖1-10所示的S向視圖)。當(dāng)?shù)都庀鄬嚨兜侗惭b面處于最高點時，刃傾角為正值；(3)在切削平面中測量的角度。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度3．刀具的標(biāo)準(zhǔn)角度(4)法平面參考系中測量的角度。在法平面內(nèi)測量的角度有法前角γn、法后角αn和法楔角βn。對于某些大刃傾角刀具，為表明其刀齒強(qiáng)度，常要求標(biāo)注法平面參考系中的角度。當(dāng)λs=0°時，法平面與正交平面重合；當(dāng)λs≠0°時，法平面與正交平面相夾λs角。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度3．刀具的標(biāo)準(zhǔn)角度(5)在假定工作平面和背平面參考系中測量的角度。為了機(jī)械刃磨刀具或分析探討問題的須要，常常要利用在假定工作平面和背平面中測量的角度。在假定工作平面中測量的前角和后角分別稱側(cè)前角γf和側(cè)后角αf，在背平面中測量的前角和后角分別稱背前角γp和背后角αp。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度4．幾種典型車刀的刀具角度標(biāo)準(zhǔn)(1)90°外圓車刀。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度4．幾種典型車刀的刀具角度標(biāo)準(zhǔn)(1)90°外圓車刀。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度4．幾種典型車刀的刀具角度標(biāo)準(zhǔn)(2)45°端面車刀。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度4．幾種典型車刀的刀具角度標(biāo)準(zhǔn)(3)切斷刀。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.2刀具切削部分的幾何角度4．幾種典型車刀的刀具角度標(biāo)準(zhǔn)(4)車孔刀。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.3刀具的工作角度1．刀具工作參考系及工作角度(1)刀具工作參考系。1)工作基面Pre。2)工作切削平面Pse。3)工作正交平面Poe。5)工作法平面Pne。4)工作平面Pfe。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.3刀具的工作角度1．刀具工作參考系及工作角度(2)刀具工作角度。1)工作前角γoe。2)工作后角αoe。3)工作側(cè)前角γfe。4)工作側(cè)后角αfe。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.3刀具的工作角度2．進(jìn)給運動對刀具工作角度的影響(1)橫車外圓對工作角度的影響。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.3刀具的工作角度2．進(jìn)給運動對刀具工作角度的影響(2)縱車外圓對工作角度的影響。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.3刀具的工作角度2．進(jìn)給運動對刀具工作角度的影響(2)縱車外圓對工作角度的影響。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.1刀具切削部分的幾何形態(tài)和角度1.2.1.3刀具的工作角度2．進(jìn)給運動對刀具工作角度的影響(2)縱車外圓對工作角度的影響。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.2刀具材料1.2.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能(5)經(jīng)濟(jì)性。(1)高硬度和耐磨性。(2)足夠的強(qiáng)度和韌性。(3)良好的耐熱性和導(dǎo)熱性。(4)良好的工藝性。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.2刀具材料1.2.2.2刀具材料的種類與選用1．高速鋼(3)粉末冶金高速鋼。(2)高性能高速鋼。(1)通用型高速鋼。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.2刀具材料1.2.2.2刀具材料的種類與選用2．硬質(zhì)合金國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ANSI/ISO513—2005)規(guī)定，將切削加工用硬質(zhì)合金分為三大類，分別用K、P、M表示。K類適用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，相當(dāng)我國的YG類硬質(zhì)合金，外包裝用紅色標(biāo)記。P類適用于加工長切屑的黑色金屬，相當(dāng)于我國的YT類硬質(zhì)合金，外包裝用藍(lán)色標(biāo)記。M類適用于加工長、短切屑的黑色金屬和有色金屬，相當(dāng)于我國的YW類硬質(zhì)合金，外包裝用黃色標(biāo)記。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.2刀具材料1.2.2.2刀具材料的種類與選用3．其他刀具材料(3)立方氮化硼(CBN)。(2)金剛石。(1)陶瓷材料。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.2刀具材料1.2.2.2刀具材料的種類與選用4．刀具材料的表面涂層表面涂層可以提高刀具的硬度，降低摩擦因數(shù)，使刀具磨損顯著降低，可提高切削速度30%～50%。表面經(jīng)涂層的刀片廣泛用于對各種鋼料、鑄鐵的精加工和半精加工上或負(fù)荷較輕的粗加工上。1.2刀具角度及刀具材料選用1.2.2刀具材料1.2.2.2刀具材料的種類與選用5．刀具材料刀體是刀具的夾持部位，承受著彎矩和扭矩的作用，因此，應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。通常選用一般碳鋼或合金鋼制作。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.1切削過程中的變形1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.1切削過程中的變形1.3.1.1第Ⅰ變形區(qū)的剪切變形圖1-20第Ⅰ變形區(qū)金屬的剪切滑移1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.1切削過程中的變形1.3.1.2第Ⅱ變形區(qū)的擠壓摩擦和變形經(jīng)第Ⅰ變形區(qū)剪切滑移而形成的切屑在沿前面流出過程中，靠近前面處的金屬受到前面的擠壓而產(chǎn)生猛烈摩擦，再次產(chǎn)生剪切變形，使切屑底層薄薄的一層金屬流淌滯緩。這一層滯緩流淌的金屬切削層稱為滯流層。滯流層的變形程度比切屑上層大幾倍到幾十倍。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.1切削過程中的變形1.3.1.3第Ⅲ變形區(qū)的變形第Ⅲ變形區(qū)的變形是指工件過渡表面和已加工表面金屬層受到切削刃鈍圓部分和后面的擠壓、摩擦而產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域，它形成表層金屬的纖維化和加工硬化，并產(chǎn)生確定的殘余應(yīng)力。第Ⅲ變形區(qū)的金屬變形將影響工件的表面質(zhì)量和運用性能。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.2積屑瘤與鱗刺1.3.2.1積屑瘤圖1-21積屑瘤1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.2積屑瘤與鱗刺1.3.2.1積屑瘤5)切削液。1)工件材料。2)切削速度。3)進(jìn)給量。4)前角。影響積屑瘤的因素1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.2積屑瘤與鱗刺1.3.2.2鱗刺圖1-22鱗刺現(xiàn)象1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.3影響切削變形的因素1.3.3.1工件材料1.3.3.2刀具前角1.3.3.3切削速度1.3.3.4切削厚度1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.1切削力的來源及分解切屑、工件與刀具之間的摩擦力塑性變形抗力3個變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的彈性變形抗力1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.1切削力的來源及分解圖1-24作用在刀具上的力1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.1切削力的來源及分解圖1-25外圓車削時切削合力與分力1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.1切削力的來源及分解(3)進(jìn)給抗力Ff。(2)背向力Fp。(1)主切削力Fc。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.2切削力的閱歷公式(1)指數(shù)公式。(1-22)1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.2切削力的閱歷公式(2)用單位切削力計算切削力的公式。(1-23)(1-24)1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.3切削功率切削過程中分別消耗的3個功率之和，通常用主切削力Fc消耗的功率Pc(單位：kW)來表示，即：(1-25)機(jī)床電動機(jī)功率消耗：(1-26)式中——機(jī)床傳動效率，一般取0.75～0.85。

1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.4切削力1.3.4.4影響切削力的主要因素：工件材料的影響。切削用量的影響。刀具幾何角度的影響。刀具磨損的影響。4123切削液的影響。51.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.5切削熱與切削溫度1.3.5.1切削熱的產(chǎn)生與傳散：(1)切削熱的產(chǎn)生。(1-27)式中——剪切區(qū)金屬變形功轉(zhuǎn)變的熱；——切屑與前面的摩擦功轉(zhuǎn)變的熱；——已加工表面與后面的摩擦功轉(zhuǎn)變的熱。

1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.5切削熱與切削溫度1.3.5.1切削熱的產(chǎn)生與傳散：(1)切削熱的產(chǎn)生。圖1-27切削熱的來源與傳散1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.5切削熱與切削溫度1.3.5.1切削熱的產(chǎn)生與傳散：(2)切削熱的傳散。(1-28)切削熱傳出的大致比例為：1)車削加工時，(50%～86%)，(40%～10%)，

(9%～3%)，(1%)；2)鉆削加工時，(28%)，(14.5%)，(52.5%)，

(5%)。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.5切削熱與切削溫度1.3.5.2切削溫度的分布：圖1-28切削溫度的分布1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.5切削熱與切削溫度1.3.5.3影響切削溫度的因素和變更規(guī)律：(4)切削液對切削溫度的影響。(2)刀具幾何參數(shù)對切削溫度的影響。(1)切削用量對切削溫度的影響。(3)刀具磨損對切削溫度的影響。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.1刀具磨損形式：1．前面磨損2．后面磨損3．前面和后面同時磨損1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.1刀具磨損形式：圖1-29刀具的正常磨損形式1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.2刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：(1)初期磨損階段(OA)。(2)正常磨損階段(AB)。(3)急劇磨損階段(BC)。1．刀具磨損過程1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.2刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：圖1-30刀具磨損的典型曲線1．刀具磨損過程1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.2刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：表1-4車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)2．刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.3刀具耐用度：1．刀具耐用度概念刀具從刃磨后起先切削，始終到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)過的總切削時間T稱為刀具的耐用度，單位為min。留意：刀具耐用度T不包括對刀、測量、快進(jìn)、回程等非切削時間。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.3刀具耐用度：2．影響刀具耐用度的因素(1)切削用量。(2)刀具幾何參數(shù)。(3)刀具材料。(4)工件材料。1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.3刀具耐用度：3．刀具耐用度的確定(1)困難、高精度、多刃刀具耐用度應(yīng)比簡潔、低精度、單刃刀具耐用度高；(2)可轉(zhuǎn)位刀具換刃、換刀片快捷便利，為保持刀刃鋒利，刀具耐用度可選得低一些；1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.3刀具耐用度：3．刀具耐用度的確定(3)精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具耐用度高一些；(4)精加工大件時，為避開中途換刀，T應(yīng)高一些；1.3金屬切削過程中的基本理論及規(guī)律1.3.6刀具磨損和耐用度1.3.6.3刀具耐用度：3．刀具耐用度的確定(5)數(shù)控加工中的刀具耐用度應(yīng)大于一個工作班，至少應(yīng)大于一個零件的切削時間。1.4金屬切削條件合理選擇1.4.1切屑的種類及其限制1.4.1.1切屑的種類：圖1-31切屑類形1.4金屬切削條件合理選擇1.4.1切屑的種類及其限制1.4.1.1切屑的種類：1．帶狀切屑3．粒狀切屑2．節(jié)狀切屑4．崩碎切屑1.4金屬切削條件合理選擇1.4.1切屑的種類及其限制1.4.1.2切屑的流向、卷曲和折斷：1．切屑的流向圖1-32切屑的流向1.4金屬切削條件合理選擇1.4.1切屑的種類及其限制1.4.1.2切屑的流向、卷曲和折斷：2．切屑的卷曲圖1-33對切屑流向的影響1.4金屬切削條件合理選擇1.4.1切屑的種類及其限制1.4.1.2切屑的流向、卷曲和折斷：2．切屑的卷曲圖1-34切屑的卷曲1.4金屬切削條件合理選擇1.4.1切屑的種類及其限制1.4.1.3影響斷屑的因素：1．卷屑槽的尺寸參數(shù)2．刀具角度3．切削用量1.4金屬切削條件合理選擇1.4.2金屬材料的切削加工性1.4.2.1金屬材料切削加工性的概念：金屬材料切削加工的難易程度稱為材料的切削加工性。良好的金屬切削加工性能是指刀具耐用度較高或在確定耐用度下的切削速度vc較高。切削力較小、切削溫度較低，簡潔獲得較好的表面質(zhì)量和切屑形態(tài)簡潔限制或簡潔斷屑。探討金屬材料切削加工性的目的是為了找尋改善技術(shù)材料切削加工性的用途。1.4金屬切削條件合理選擇1.4.2金屬材料的切削加工性1.4.2.2衡量金屬材料切削加工性的指標(biāo)：切削速度指標(biāo)01相對加工性指標(biāo)Kr021.4金屬切削條件合理選擇1.4.2金屬材料的切削加工性1.4.2.3改善金屬材料切削加工性的途徑：(2)調(diào)整材料的化學(xué)成分。(1)熱處理方法。1.4金屬切削條件合理選擇1.4.3切削用量與切削液的合理選擇1.4.3.1切削用量的選擇：(1)切削用量的選擇原則。1)粗加工時切削用量的選擇原則。2)精加工時切削用量的選擇原則。1.4金屬切削條件合理選擇1.4.3切削用量與切削液的合理選擇1.4.3.1切削用量的選擇：(2)切削用量的選擇方法。1)背吃