金屬切削基本知識

機(jī)械制造技術(shù)(jìshù)基礎(chǔ)

周春曉(chūnxiǎo)共一百零二頁機(jī)械制造技術(shù)(jìshù)基礎(chǔ)第一篇

金屬切削加工原理(yuánlǐ)第二篇金屬切削加工方法與設(shè)備第三篇機(jī)械零部件精度標(biāo)準(zhǔn)與精度設(shè)計(jì)第四篇機(jī)械零件加工工藝第五篇現(xiàn)代加工制造技術(shù)共一百零二頁

第一篇金屬切削(qiēxiāo)加工原理

共一百零二頁1、掌握關(guān)于金屬切削加工的基本知識——第1章2、研究金屬切削變形、切削力、切削熱及刀具磨損的機(jī)理及其規(guī)律——第2章3、掌握正確選擇刀具幾何參數(shù)、刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)(jiégòu)的方法；掌握合理選擇切削液及切削用量的原則；討論提高刀具材料的切削性能、改善工件材料切削加工性的途徑——第3章本篇主要(zhǔyào)任務(wù)：研究目的：保證質(zhì)量，提高效率，降低成本共一百零二頁機(jī)械制造技術(shù)(jìshù)基礎(chǔ)

第一章金屬(jīnshǔ)切削基本知識共一百零二頁本章(běnzhānɡ)主要內(nèi)容：1、切削加工概述

切削加工及其分類、零件表面的形成2、機(jī)床的切削運(yùn)動與切削用量3、刀具切削部分的幾何要素4、切削層參數(shù)與切削方式第一章金屬(jīnshǔ)切削基本知識共一百零二頁第一章金屬(jīnshǔ)切削基本知識本章基本要求：1、了解金屬切削加工的基本知識2、掌握切削運(yùn)動、切削用量的基本概念3、掌握刀具切削部分(bùfen)的幾何要素，了解其定義，建立清晰的空間概念，4、能熟練的標(biāo)注各參考平面下的刀具角度5、了解切削層參數(shù)與切削方式共一百零二頁關(guān)于(guānyú)機(jī)加工機(jī)加工的基本模型刀具裝在機(jī)床上工件裝在機(jī)床上切削運(yùn)動是機(jī)床帶動刀具和工件來實(shí)現(xiàn)的

零件：可以裝配到機(jī)器上的成品(chéngpǐn)

毛坯：切削加工前的零件工件：切削加工中的零件常見機(jī)加工機(jī)床：車、銑、刨、磨、鉆刀具工件切削運(yùn)動機(jī)床共一百零二頁切削加工工藝(gōngyì)方法的特點(diǎn)對零件有基本要求有切削力，零件刀具必須有一定強(qiáng)度和剛度應(yīng)能找到比零件材料硬的刀具材料

方法種類(zhǒnglèi)多，適應(yīng)性強(qiáng)精度范圍寬：IT13~IT3Ra25~0.008加工零件的尺寸、重量、形狀、材料范圍寬型面類型不受限制，只要能裝在機(jī)床上大小尺寸不受限制（輕的幾克、葛洲壩船閘30米600噸）生產(chǎn)效率高共一百零二頁因此：切削加工(jiāgōng)是制造業(yè)的基礎(chǔ)只有少數(shù)零件：通過精密鑄造、精密鍛造、粉末冶金成形塑料制品通過壓制成形絕大多數(shù)機(jī)器零件是切削加工最終成形占機(jī)器制造總工作量的40％～60％但是少數(shù)零件難以成形：細(xì)微結(jié)構(gòu)零件、高硬度或高強(qiáng)度零件解決方法：發(fā)展(fāzhǎn)特種加工方法共一百零二頁一、切削加工(jiāgōng)的特點(diǎn)

第一節(jié)切削加工(jiāgōng)概述金屬切削加工：

利用切削刀具從工件上切除多余的或預(yù)留的材料使零件獲得符合圖樣要求的形狀、尺寸和表面粗糙度的加工方法。

共一百零二頁刀具與工件之間要有相對運(yùn)動；刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)，即切削角度(jiǎodù)；刀具材料具有一定的切削性能。

切削加工必須具備(jùbèi)三個(gè)條件：共一百零二頁機(jī)械零件上常見(chánɡjiàn)表面二、零件(línɡjiàn)表面的形成共一百零二頁二、零件表面(biǎomiàn)的形成表面——一條線（母線(mǔxiàn)）沿另一條線（導(dǎo)線）運(yùn)動的軌跡。母線和導(dǎo)線可以互換——可逆表面母線和導(dǎo)線不可互換——不可逆表面共一百零二頁母線(mǔxiàn)導(dǎo)線發(fā)生(fāshēng)線二、零件表面的形成發(fā)生線的形成——刀具的切削刃和工件的相對運(yùn)動形成方法：軌跡法，成形法，相切法，展成法

共一百零二頁

1、軌跡法(Locus/Tracingmethod)

利用非成形刀具，在一定(yīdìng)的切削運(yùn)動下，由刀尖軌跡形成發(fā)生線的方法。---軌跡(guǐjì)法形成發(fā)生線需一個(gè)成形運(yùn)動

共一百零二頁

2、成形法(Shaping/Formingmethod)

利用成形刀具對工件進(jìn)行加工的方法(fāngfǎ)。切削刃的形狀和長度與所需形成的發(fā)生線(母線)完全重合。---成形(chénɡxínɡ)法形成發(fā)生線不需成形運(yùn)動共一百零二頁3、相切法(Tangentmethod)利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動對工件進(jìn)行(jìnxíng)加工的方法，切削點(diǎn)運(yùn)動軌跡的包絡(luò)線，便是所需的發(fā)生線。---相切法形成發(fā)生線需二個(gè)成形運(yùn)動(yùndòng)（一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，一個(gè)軌跡運(yùn)動）共一百零二頁4、展成法（范成法）(Generatedmethod)

利用工件和刀具作展成切削運(yùn)動（具有確定的運(yùn)動關(guān)系）進(jìn)行加工的方法(fāngfǎ)。切削刃各瞬時(shí)位置的包絡(luò)線，便是所需的發(fā)生線。---展成法(chénɡfǎ)形成發(fā)生線需一個(gè)成形運(yùn)動（展成運(yùn)動）共一百零二頁

圖1-2形成發(fā)生線的方法

1－刀尖或切削(qiēxiāo)刃；2－發(fā)生線；3－刀具軸線的運(yùn)動軌跡共一百零二頁共一百零二頁三、表面(biǎomiàn)成形運(yùn)動由單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動構(gòu)成(gòuchéng)的成形運(yùn)動。

A——直線運(yùn)動B——旋轉(zhuǎn)運(yùn)動下標(biāo)——成形運(yùn)動的序號。發(fā)生線的形成主要是靠刀具和工件作相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。這種運(yùn)動稱為表面成形運(yùn)動。1、簡單成形運(yùn)動共一百零二頁三、表面成形(chénɡxínɡ)運(yùn)動2、復(fù)合(fùhé)成形運(yùn)動如果一個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動，是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或(和)直線運(yùn)動，按照某種確定的運(yùn)動關(guān)系組合而成，則稱此成形運(yùn)動為復(fù)合成形運(yùn)動。共一百零二頁復(fù)合運(yùn)動組成部分符號中的下標(biāo)，第一位數(shù)字表示成形運(yùn)動的序號，第二位數(shù)字表示同一個(gè)復(fù)合運(yùn)動中單元運(yùn)動的序號。復(fù)合成形運(yùn)動也可以分解為3個(gè)甚至(shènzhì)更多個(gè)部分（單元運(yùn)動）。共一百零二頁

注意：復(fù)合成形運(yùn)動雖然可以分解成幾個(gè)部分，每個(gè)部分是一個(gè)旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動，與簡單運(yùn)動相似，但這些(zhèxiē)部分之間保持著嚴(yán)格的相對運(yùn)動關(guān)系，是相互依存，而不是獨(dú)立的。所以復(fù)合成形運(yùn)動是一個(gè)運(yùn)動，而不是兩個(gè)或兩個(gè)以上的簡單運(yùn)動。

共一百零二頁四、輔助(fǔzhù)運(yùn)動1、各種空行程運(yùn)動2、切入運(yùn)動3、分度運(yùn)動4、操縱(cāozòng)及控制運(yùn)動第一節(jié)切削加工概述結(jié)束共一百零二頁在機(jī)床上加工各種表面(biǎomiàn)時(shí)，刀具與工件之間的相對運(yùn)動。

----成形運(yùn)動中各單元運(yùn)動第二節(jié)機(jī)床(jīchuáng)切削運(yùn)動與切削用量一、切削運(yùn)動可分為主運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動共一百零二頁一、機(jī)床的切削(qiēxiāo)運(yùn)動主運(yùn)動含義：

由機(jī)床或人力提供的，促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而使前刀面接近工件作用：是完成切削任務(wù)的主要運(yùn)動特征：速度較高，消耗機(jī)床功率(gōnglǜ)多任何切削過程有且僅有一個(gè)主運(yùn)動

共一百零二頁機(jī)床的切削(qiēxiāo)運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動含義使刀具和工件之間產(chǎn)生附加的相對運(yùn)動，加上主運(yùn)動即可不斷地或連續(xù)地切除材料，并獲得具有一定幾個(gè)特征的表面作用使工件不斷投入切削過程(guòchéng)中特征速度較主運(yùn)動低，消耗機(jī)床功率少，對于某個(gè)機(jī)床加工零件時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動可以是一個(gè)或多個(gè)共一百零二頁機(jī)械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)主運(yùn)動(yùndòng)與進(jìn)給運(yùn)動(yùndòng)共一百零二頁圖1-4各種切削加工(jiāgōng)的切削運(yùn)動1—主運(yùn)動；2—進(jìn)給運(yùn)動；3—合成運(yùn)動；4—待加工表面；5—加工表面；6—已加工表面共一百零二頁注釋(zhùshì):1、主運(yùn)動可以(kěyǐ)使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也可以(kěyǐ)是往復(fù)運(yùn)動；2、主運(yùn)動可以是工件來實(shí)現(xiàn)（車外圓）,主運(yùn)動也可以是刀具來實(shí)現(xiàn)（切斷、刨、銑加工）;3、主運(yùn)動只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動可以一個(gè)以上。共一百零二頁1、已加工表面工件上經(jīng)刀具(dāojù)切削后產(chǎn)生的表面；2、待加工表面工件上有待切除之表面；3、過渡表面切削刃正在切削的表面。它通常位于已加工表面和待加工表面之間。

二、加工中的工件(gōngjiàn)表面共一百零二頁共一百零二頁仔細(xì)觀察共一百零二頁共一百零二頁

切削用量三要素是指切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量（切削(qiēxiāo)深度）的總稱。三、切削用量三要素共一百零二頁1、切削速度(Vc)

(cuttingspeed)

切削刃選定(xuǎndìnɡ)點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動的瞬時(shí)速度。υc＝πdn/（1000×60）（m/s）a.若主運(yùn)動(yùndòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(yùndòng)---最大的線速度b.若主運(yùn)動為往復(fù)直線運(yùn)動

------平均速度

υc＝２Lnr

/（1000×60）(m/s)

共一百零二頁課堂練習(xí)計(jì)算切削速度Vc（單位：m/min）

車外圓，外圓直徑為１２０mm，主軸轉(zhuǎn)速為６８r/minVc＝２５.６m/min

刨平面，行程(xíngchéng)長度為２００mm，滑枕每分鐘往返６４次Vc＝２５.６m/min共一百零二頁υ2、進(jìn)給量(f)

(amountoffeed)在主運(yùn)動的一個(gè)循環(huán)內(nèi)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向相對工件(gōngjiàn)的位移量f。（mm/r，mm/str）每齒進(jìn)給量：多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每個(gè)刀齒相對于工件在進(jìn)給運(yùn)動方向(fāngxiàng)上的位移量。υ

進(jìn)給速度(Vf)：單位時(shí)間的進(jìn)給量共一百零二頁

3、背吃刀量ap（切削(qiēxiāo)深度）（depthofcut/cuttingdepth）

指主刀刃與工件切削表面接觸長度(chángdù)在主運(yùn)動方向和進(jìn)給運(yùn)動方向所組成平面的法線方向上測量的值，即在垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向上主切削刃切入工件的深度。在一般情況下，也就是工件上待加工表面與已加工表面之間的垂直距離。ap＝(dw-dm)/2(mm）

共一百零二頁圖1-6切削用量三要素共一百零二頁不同切削(qiēxiāo)工藝的進(jìn)給量和被吃刀量在主運(yùn)動的一個(gè)循環(huán)(xúnhuán)內(nèi)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向相對工件的位移量f。指主刀刃與工件切削表面接觸長度在主運(yùn)動方向和進(jìn)給運(yùn)動方向所組成平面的法線方向上測量的值，即在垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向上主切削刃切入工件的深度。共一百零二頁4、合成(héchéng)切削速度（resultantcuttingspeed）切削刃選定(xuǎndìnɡ)點(diǎn)相對工件的合成切削運(yùn)動的瞬時(shí)速度。第二節(jié)切削運(yùn)動與切削用量結(jié)束a.對于間歇進(jìn)給機(jī)床b.對于連續(xù)進(jìn)給機(jī)床共一百零二頁刀頭(dāotóu)外圓車刀(chēdāo)第三節(jié)刀具幾何參數(shù)一、刀具切削部分的組成刀體共一百零二頁圖1-7刀具(dāojù)的切削部分共一百零二頁刀具(dāojù)上切屑流過的表面。刀具(dāojù)上與過渡表面相對的表面。

1、前面()

rakeface2、主后面()

toolflank3、副后面()

secondarytoolflank刀具上與工件已加工表面相對的表面。一、刀具切削部分的組成共一百零二頁圖1-8車刀(chēdāo)的組成

共一百零二頁

主切削刃是前刀面與主后刀面的交線。在切削過程(guòchéng)中擔(dān)任主要切削工作。4、主切削(qiēxiāo)刃(S)

(main/major/leadcuttingedge)副切削刃是前刀面與副后刀面的交線?？拷都獠糠謪⒓由倭壳邢鞴ぷ鳌?/p>

5、副切削刃(S′)

(end/front-/side-cuttingedge)主切削刃與副切削刃連接處的那一小部分切削刃。6、刀尖(endland;noseoftool;toolnose)共一百零二頁主切削(qiēxiāo)刃副切削刃刀尖主后刀面前刀面副后刀面三面(sānmiàn)兩刃一尖《GB/T12204-1990金屬切削基本術(shù)語》共一百零二頁在不考慮進(jìn)給運(yùn)動，并在特定的安裝條件(tiáojiàn)下的參考系。是在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨、測量時(shí)用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。二、確定(quèdìng)刀具角度的參考系刀具靜止參考系（標(biāo)注參考系）刀具動態(tài)參考系(刀具工作參考系)考慮了進(jìn)給運(yùn)動及實(shí)際安裝條件下的參考系。它是確定刀具在切削運(yùn)動中有效工作角度的基準(zhǔn)。共一百零二頁

通過主切削刃上某一選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動方向(fāngxiàng)的平面。參考平面(píngmiàn)（靜止系）：1、基面（Pr）共一百零二頁

2、切削平面（Ps）

通過主切削刃上某一選定(xuǎndìnɡ)點(diǎn)，與主切削刃相切且垂直于基面的平面。（平行于該點(diǎn)主運(yùn)動方向）參考平面(píngmiàn)（靜止系）：PrPs

共一百零二頁二、確定刀具(dāojù)角度的參考系測量(cèliáng)平面：3、正交平面（Po）通過切削刃上的選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。Pr⊥Ps⊥Po

共一百零二頁二、確定刀具(dāojù)角度的參考系4、法平面（Pn）：它是通過切削刃選定(xuǎndìnɡ)點(diǎn)并垂直于切削刃的平面。共一百零二頁共一百零二頁

通過切削刃選定點(diǎn)平行于假定的進(jìn)給運(yùn)動方向并垂直于基面的平面。通常也平行或垂直于刀具(dāojù)上制造、刃磨和測量時(shí)的基準(zhǔn)。5、假定工作(gōngzuò)平面(進(jìn)給平面)（Pf）6、背平面（切深平面）（Pp）

通過切削刃選定點(diǎn)并垂直于基面和假定工作平面的平面。

Pr⊥Pp⊥Pf

Pp⊥VfPf∥Vf共一百零二頁共一百零二頁二、確定(quèdìng)刀具角度的參考系假定(jiǎdìng)工作平面--背平面參考系正交平面參考系法平面參考系Pr-Ps-PoPr-Ps-PnPr-Pf-Pp共一百零二頁共一百零二頁共一百零二頁三、刀具角度(jiǎodù)標(biāo)注在主剖面中（正交平面）測量的角度

前角γo

在主切削刃上選定點(diǎn)的正交平面內(nèi)，前刀面與基面間的夾角。前角大，刃口(rènkǒu)鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。但易產(chǎn)生崩刃。5~25o

后角αo

在同一正交平面內(nèi)，后刀面與切削平面間的夾角。增大后角可減少摩擦，提高工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并使切削刃鋒利。

4~12?共一百零二頁三、刀具角度(jiǎodù)標(biāo)注在基面中測量的角度主偏角Kr在基面上，主切削平面(即主切削刃選定點(diǎn)處的切削平面)與假定工作平面之間的夾角，它總是正值。影響切削層的形狀，切削刃的工作長度和單位切削刃上的負(fù)荷。減少κr，主切削刃單位長度上的負(fù)荷減少，刀具磨損小，耐用。

副偏角Kr′副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角，稱為副偏角。影響已加工表面(biǎomiàn)的粗糙度和刀尖強(qiáng)度，減少κr′，減少表面的粗糙度的數(shù)值，還可提高刀具強(qiáng)度。過小，會使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動，降低表面質(zhì)量。共一百零二頁共一百零二頁注意(zhùyì)：車外圓與車端面主、副偏角的變化共一百零二頁三、刀具角度(jiǎodù)標(biāo)注在切削平面中測量的角度刃傾角λs在主切削平面內(nèi)，主切削刃與基面(jīmiàn)的夾角影響刀尖強(qiáng)度和切屑流向共一百零二頁圖1-13車刀角度(jiǎodù)正、負(fù)的規(guī)定方法共一百零二頁楔角（

）在同一正交平面(píngmiàn)內(nèi)，前刀面與后刀面的夾角。6)刀尖角（）在基面內(nèi)，主切削(qiēxiāo)平面與副切削(qiēxiāo)平面間的夾角。βo＝90°-（γo＋αo）

εr＝180°-（kr＋k’r）共一百零二頁3、假定工作平面(píngmiàn)，背平面(píngmiàn)參考系內(nèi)的刀具角度1、正交平面參考系內(nèi)的刀具(dāojù)角度2、法平面參考系內(nèi)的刀具角度γo，αo，kr，k’r，λs，α’o（βo，εr)

γn，αn，kr，k’r，λs（βo，εr)γf，αf，γp，αp，kr，k’r，λs（βf，βp，εr)共一百零二頁?2007

金工(jīngōng)教研室機(jī)械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)仔細(xì)觀察：外圓車刀共一百零二頁圖1-12車刀(chēdāo)的標(biāo)注角度共一百零二頁機(jī)械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)刀具角度(jiǎodù)標(biāo)注外圓車刀共一百零二頁機(jī)械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)刀具角度(jiǎodù)標(biāo)注鏜孔車刀共一百零二頁四、刀具的工作角度(jiǎodù)（車削加工）刀具的工作角度即刀具在工作參考系中的角度。工作參考系中各平面的定義與標(biāo)注參考系類似，只需將定義中的主運(yùn)動改成合成切削(qiēxiāo)運(yùn)動即可。其符號在相應(yīng)符號中加下標(biāo)e。Pre，Pse，Poe，Pne，

Pfe，Ppe共一百零二頁刀具的工作角度1.產(chǎn)生原因(yuányīn):在實(shí)際的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置會發(fā)生變化。2.定義:以切削過程中實(shí)際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實(shí)際角度。3.影響：刀具安裝位置對工作角度的影響、進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響。

共一百零二頁1、刀具安裝高低對工作角度的影響

a.當(dāng)?shù)都飧哂诠ぜ行?zhōngxīn)時(shí)使工作背前角比增大；使工作背后角比減小。共一百零二頁前角γo

在主切削刃上選定點(diǎn)的正交平面內(nèi)，前刀面與基面間的夾角(jiājiǎo)。后角αo

在同一正交平面內(nèi)，后刀面與切削平面間的夾角。共一百零二頁圖1-14刀具安裝(ānzhuāng)高低對工作角度的影響共一百零二頁b.當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜ行?zhōngxīn)時(shí)（車削加工）

使工作背前角比減?。皇构ぷ鞅澈蠼潜仍龃?。

思考：鏜內(nèi)孔時(shí)刀尖安裝高低(gāodī)對工作角度的影響？共一百零二頁圖1-15刀桿軸線與進(jìn)給方向(fāngxiàng)不垂直2、刀具軸線與進(jìn)給方向不垂直(chuízhí)

使工作主偏角和工作副偏角發(fā)生變化。共一百零二頁在基面中測量的角度主偏角Kr在基面上，主切削(qiēxiāo)平面(即主切削刃選定點(diǎn)處的切削平面)與假定工作平面之間的夾角，它總是正值。

副偏角Kr′副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角，稱為副偏角。共一百零二頁a.橫向進(jìn)給運(yùn)動的影響(yǐngxiǎng)使工作前角比靜態(tài)增大；使工作后角比靜態(tài)減小。3、進(jìn)給運(yùn)動對工作(gōngzuò)角度的影響共一百零二頁圖1-16橫向進(jìn)給運(yùn)動對工作(gōngzuò)角度的影響共一百零二頁b.縱向進(jìn)給運(yùn)動的影響使工作前角比靜態(tài)(jìngtài)增大；使工作后角比靜態(tài)減小。共一百零二頁圖1-17縱向進(jìn)給(jìnɡěi)對工作角度的影響共一百零二頁4.加工表面的形狀對工作角度(jiǎodù)的影響圖1-18加工(jiāgōng)表面形狀對工作角度的影響

共一百零二頁切削層幾何參數(shù)1.切削層:工件上正被切削刃切削的一層金屬(jīnshǔ)，亦即相鄰兩個(gè)加工表面之間的一層金屬(jīnshǔ)。

第四節(jié)切削(qiēxiāo)