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第一章 金属切削过程及其控制(第一节)

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金属切削过程及控制

金属切削过程及控制


1. 第一变形区
塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了，之间 形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是晶格间 的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变形区 （Ⅰ）。
图3－2 金属切削过程中的滑移线和流线示意图
2. 第二变形区
切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀 面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存在强烈的 挤压和摩擦，使切屑底部靠近前刀面处的金属 发生“纤维化”的二次变形。这部分区域称为 第二变形区（Ⅱ）。
图3-18
切削力的来源
2.切削力的分解
切削力Fz(Fc)
通常将合力F分解 为相互垂直的三个分 力：切削力 Fc 、进 给力 Ff 、背向力 Fp (图3-19)。 （旧称主切削力，用Fz表 示）——总切削力在主运动 方向的分力，是计算机床切 削功率、选配机床电机、校 核机床主轴、设计机床部件 及计算刀具强度等必不可少 的参数。
图3－8 作用在切屑上的力
a) 切屑受到来自工件和刀具的作用力
b) 切屑作为隔离体的受力分析
2. 前刀面上的摩擦
在粘结区，切屑的底层与前面呈现冷焊状态，切屑与前面之间不是一般的外
摩擦，这时切屑底层的流速要比上层缓慢得多，从而在切屑底部形成一个滞流 层。 所谓“内摩擦”就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩擦，这种内摩擦也 就是金属内部的剪切滑移。其摩擦力的大小与材料的流动应力特性及粘结面积 的大小有关。 切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑间的摩擦仅为外摩擦。 刀屑接触面间有二个摩擦区域：粘结(内摩擦)区和滑动(外摩擦)区。 金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑内摩擦。
图3-19 切削力的分解
3．切削功率
计算切削功率
Pc是用于核算加工成本和计算能量消
第一章 金属切削基本知识

第一章 金属切削基本知识


刀具角度对加工过程的影响
1. 前角（0） ① 减小切屑的变形；
作用 ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
a .减小切削力和切削热； 所以 0 ： b .减小刀具的磨损；
c .提高工件的加工精度和表面质量。
0
0选择：
加工塑性材料和精加工—取大前角（ 0 ） 加工脆性材料和粗加工—取小前角（0 ）
前角（0）可正、可负、也可以为零。
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
c）切削
后角（ 0）只能是正的。
精加工： 0= 80~120 粗加工： 0= 40~80 3 . 主偏角（kr）
作用：改善切削条件，提高刀具寿命。
减小kr：当ap、f 不变时，则 aw 、ac — 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
dw
ap
dm
但减小kr
Fy 、
n
Fx ，加大工件的变形
挠度，使工件精度降
化学惰性
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
耐磨性 低 加工质量
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
机械制造基础总结

机械制造基础总结

机械制造基础总结机械制造基础总结考试题型：名词解释（2'×5 共10'）；填空（20'）；判断（1'×10 共10'）；选择（1'×10 共10'）；画图题（10'—车⼑⾓度）；简答与计算（共40'）；第⼀章：⾦属切削过程及其控制名词解释：1、⾦属切削过程：⾦属切削过程就是⼑具和⼯件之间通过不同形式的相对运动，由⼑具从⼯件表⾯上切去多余材料，从⽽得到预期形状精度、尺⼨精度、位置精度和表⾯粗糙度的机械零件的过程；2、⾦属切削加⼯：⾦属切削加⼯：⼑具和⼯件按⼀定规律作相对运动，通过⼑具切削刃切除⼯件上多余的或预留的⾦属，使⼯件形状、尺⼨精度及表⾯质量满⾜预定要求；3、基⾯：“通过主切削刃上选定点垂直于主运动⽅向的平⾯”（基⾯P r）；4、切削平⾯：“通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基⾯的平⾯”（切削平⾯P S）；5、主剖⾯：“通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基⾯和切削平⾯的平⾯”（正交平⾯/主剖⾯P o）；6、前⾓：“前⼑⾯与基⾯之间的夹⾓”（前⾓γo）；7、后⾓：“后⼑⾯与切削平⾯的夹⾓”（后⾓αo）；8、负后⾓：9、刃倾⾓：“主切削刃与基⾯之间的夹⾓”（刃倾⾓λS）；10、主偏⾓：“主切削刃在基⾯上的投影与进给⽅向的夹⾓”（主偏⾓k r）；11、负偏⾓：“副切削刃在基⾯上的投影与进给⽅向的夹⾓”（副偏⾓k r’）12、直⾓切削/正切削：主切削刃与合成切削速度⽅向垂直；13、斜⾓切削/斜切削：主切削刃与合成切削速度⽅向不垂；14、⾃由切削：只有直线型主切削刃参加切削⼯作；15、⾮⾃由切削：曲线型主切削刃或主副切削刃均参加切削；注：刃倾⾓不等于零的⼑具均属于斜切削⽅式。

斜切削具有⼑⼝锋利，排屑轻快等许多特点。

对⾦属切削变形区进⾏观察和研究时，⼀般采⽤⾃由切削的⽅式。

⽣产实际中的切削都是⾮⾃由切削；16、⼑具寿命：是指⼀把新⼑具从开始使⽤到报废为⽌的总切削时间。

第1章 金属切削原理 《机械制造技术》课件

第1章 金属切削原理 《机械制造技术》课件


图1-7 车刀的主要标注角度
1.2.3 刀具的工作参考系及工作角度
如前所述，刀具的标注角度是在忽略进给速度 的影响，且 刀具安装在理想工作位置的情况下确定的。在实际的切削加工 中，当刀具进入工作状态后，由于刀具安装位置和进给运动的 影响，选定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置 相对于假定的理想状态发生了改变，即上述标注角度会发生一 定的变化。而刀具角度变化的根本原因是切削平面、基面和正 交平面位置的改变，因此，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 作角度。
刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参 考系。但在标注可转位刀具或倒刃倾角刀具时，常用法平面参 考系。在刀具制造过程中，如铣削刀槽、刃磨刀面时，常需用 假定工作平面、背平面参考系中的角度，或使用前、后刀面正 交平面参考系中的角度。这四种参考系刀具角度是ISO 3002/1—1997标准所推荐的。本章只介绍前三种。
1.2.2 刀具静止参考系和刀具的几何角度
3. 刀具几何角度与标注 刀具的几何角度是指刀具上的切削 刃、刀面与参考系中各参考面间的 夹角，用以确定切削刃、刀面的空 间位置。由于切削刃上各点的主运 动方向可能不同，因此据其建立的 参考系的方位也是变化的，所以定 义的角度必须指明是切削刃上选定 点的角度；凡未经特殊注明的，均 指切削刃上与刀尖毗连的那一点的 角度。在刀具静止参考系中度量标 注的角度通称刀具角度，如图1-7 所示。
2. 金刚石
金刚石刀具有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚 石刀 具和金刚石复合刀具。天然金刚石由于价格昂贵等原因， 应用很少。人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨 转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚 度约0.5 mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。
第一章 金属切削过程及其控制(第一节)

第一章 金属切削过程及其控制(第一节)


第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
例：用普通车刀车外圆 母线——圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 导线——直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A1。 表面成形运动的总数为两个，即B1和A2都是简单的成形运动
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 切削层是指在切削过程中，刀具的切削刃一次走刀所切
除的工件材料层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。
切削层形状、尺寸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。
第一章 金属切削过程及其控制
运动形成的轨迹。母线 和导线统称为发生线。
导线与母线可换，则形
成的表面为可逆表面； 反之，为不可逆表面，
如圆锥面，螺旋面等。
问题：两条发生线完全 相同，形成的表面相同？
第一章 金属切削过程及其控制
母线位置不同形成不 同表面 11-与轴线平行；
22-与轴线不平行，不 相交；
33-与轴不平行，相交。
第一章 金属切削过程及其控制
中心角及 切深较小 时
f H cot kr cot kr
f2 H 8r
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率 切削用量是指切削速度vc、进给量f 和背吃刀量ap;三者又称为
切削用量三要素。
1．切削速度vc （m/s或m/min）


第一章 金属切削过程及其控制
金属切削基础ppt课件

金属切削基础ppt课件

21
基面
基面Pr： “通过主切削刃上选定 点垂直于主运动方向的 平面”
22
切削平面
2.切削平面Ps： 3.通过主切削刃上选定 点，与切削刃相切并垂 直于基面的平面
23
主剖面
主剖面Po： 通过主切削刃上选定点，并 同时垂直于基面和切削平面 的平面
24
法平面
法平面Pn: 通过主切削刃上选定点，并垂直 于切削刃的平面。
热塑性差，不宜制造成大截面刀具。
B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成 的钢 ）典型牌号：Ｗ 6 Mo 5 Cr 4 V 2
优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。
66
高性能高速钢
在通用型高速钢的基础上，通过调整基本 化学成分并添加其他合金元素，使其常温 与高温力学性能得到显著提高
45
刀具的工作角度
•刀杆轴线安装的偏 斜的影响: •改变了主偏角和副 偏角 •(也就是说：实际的 主偏角和标注时的 主偏角不同)
46
刀具的工作角度
进给运动的 影响
进给量改变了 合成运动的方 向
(从而改变了基 面的位置以及 其他面的位置, 影响所有的角 度)
47
刀具的工作角度
刀尖的安装位 置的影响
63
高速钢
概念：
高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元 素较多的工具钢
性质：
①、具有良好的热稳定性 ②、具有较高强度和韧性 ③、具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性
64
高速钢的分类
普通高速钢 钨系高速钢 钨钼钢
高性能高速钢
65
普通高速钢
A、钨系高速钢（简称 W18） 典型牌号：W18Cr4V 优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，
金属工艺学第一章 金属切削基础知识

金属工艺学第一章 金属切削基础知识


主要的影响因素
切削速度 （切中碳钢） <5m/min不产生 5~50m/min形成
控 制 措 降低塑性 施
(正火、调质)
>100 m/min不形成 选用低速或高速
冷却润滑条件
300~500oC最易产 生 >500oC趋于消失
选用切削液
第三节 金属切削过程
三、切削力与切削功率
1、切削力的构成与分解
切削力的来源
热处理变形 不需要
用途
各种刀片
1200
（12~14）
高硬度钢材 精加工
人造金刚石
HV10000 (硬质合金为 HV1300~1800)
700~800
不宜加工钢铁材 料
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具角度
各种刀具的切削部分形状
第二节 刀具材料及刀具构造
二、刀具角度
1、车刀切削部分的组成
三面
两刃 一尖
（2）作用 ①冷却 ②润滑
第三节 金属切削过程
五、刀具磨损和刀具耐用度
1、刀具磨损形式
（1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 (通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度) （3）前后刀面同时磨损
2、刀具磨损过程：
前面磨损、后面磨损、前后面同时磨损 。 刀具磨损过程： 初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段
刀尖高低对刀具工作角度的影响
车刀刀杆安装偏斜对刀具角度的影响
② 进给运动的影响
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具结构
刀具的结构形式很多，有整体式、焊接式、机夹 不重磨式等。
目前一般整体式的多为高速钢车刀，其结构简单， 制造、使用都方便。而对于贵重刀具材料，如硬质合 金等，可采用焊接式或机夹不重磨式。焊接式车刀结 构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用 广泛。
第一章(1) 金属切削过程及其控制

第一章(1) 金属切削过程及其控制


第一章 金属切削基本知识
（二）定义刀具角度的参考系
• 刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测量时所
使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形
状（各表面空间位置）的重要参数。 • 用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参 考系; • 参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作参考系
两类。
机械工程学院
第一章 金属切削基本知识
n-工件或刀具的转速(r/min)
机械工程学院
第一章 金属切削基本知识
（2） 进给运动
刀具与工件之间附加的相对运动, 它配合主运动依次地或连续不断地切 除切屑, 从而形成具有所需几何特性的 已加工表面。 进给运动可由刀具完成(如车削)， 也可由工件完成（(如铣削），可以是 间歇的（如刨削）, 也可以是连续的 （如车削）。
第一章 金属切削基本知识
2.刀刃
（1）主切削刃S 前刀面与主后刀面在空间的交线。
（2）副切削刃S’ 前刀面与副后刀面在空间的交线。
3．刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二 条刀刃汇交的一小段切削刃。 在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在 刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。 机械工程学院
机械工程学院
第一章 金属切削基本知识
（2）正交平面中测量的刀具角度
1）前角γo
α0 γ
0
γ
0
在主剖面内测量，是 前刀面与基面的夹角。 通过选定点的基面位于 刀头实体之外时 γo 定为 正值；位于刀头实体之 内时γo定为负值。
′
α0′
A
κ
κ
r
r
′
f
A向
ε
r
λ
s
图 车刀的主要角度
金属切削原理ppt课件

金属切削原理ppt课件


二、刀具几何参数 1.刀具切削部分的组成要素 刀具由任务部分和非任务部分构成。
•〔1〕前刀面 Aγ 切屑流过的刀面。 •〔2〕主后刀面 Aα 与工件正在被切削加工的外表 〔过渡 外表〕相对的刀面。 •〔3〕副后刀面 Aα′ 与工件已切削加工的外表相对的刀面。
二、刀具几何参数 1.刀具切削部分的组成要素
瞬时速度。单位：m/s或m/min〔r/s或r/min)
一、切削运动与切削用量 3.切削用量
2〕进给速度 Vf
切削切削刃上选定点相对于工件沿进给运
动方向的瞬时速度。单位：mm/s或m/min
一、切削运动与切削用量 3.切削用量
2〕进给速度 Vf
•进给量 f：工件或刀具每回转一周或往返一个行程时，两者沿 进给运动方向的相对位移。单位：mm/r或mm/d•str〔double stroke双行程〕 • 例如，车削时进给速度 Vf = f·n •每齿进给量 fz：在用多刃刀具进展切削时，后一个刀齿相对 前一个刀齿的进给量。f = z·fz ，单位：mm/齿 • 例如，铣削时进给速度为 Vf = f·n = z•fz•n
二、刀具几何参数 3.刀具的标注角度
以外圆车刀在正交平面参考系中的角度为例 1〕基面中丈量的刀具角度
•〔1〕主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与 进给运动速度Vf方向之间的夹角。 •〔2〕副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进 给运动速度vf反方向之间的夹角。 •〔3〕刀尖角εr 主、副切削刃在基面上的投 影之间的夹角，它是派生角度。εr=180°-(κr ＋κr′)。εr是标注角度能否正确的验证公式之
§1-2 刀具资料
•刀具资料通常是指刀具切削部分的资料。 •加工质量、加工效率、加工本钱，在很大程度上取决于 刀具资料的合理选择。因此，资料、构造和几何外形是决 议刀具切削性能的主要要素。 •金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还 要求刀具资料具备一定性能。
金属切削过程及其控制

金属切削过程及其控制

化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉 末，然后再热压锻轧制成。
10
（2）、钨钼钢 W6M05Cr4V2，为缺钨而产生
简称： （M2）
优点：（1）合金元素少，减少了碳化物数量
及分布不均匀性，有利于提高高温塑性、抗弯强度、
冲 击 韧 性 ， 抗 弯 强 度 比 W18 高 10~15% ， 韧 性 高 50~60%。
（2）可加大截面刀具，可做尺寸较大，承
受冲击力较大的刀具。
1. 刀具材料应具备的性能
切削时刀具要承受： 高温、高压、摩擦和冲击的作用
刀具材料要完成切削加工，必须满足以下基本要求：
1） 高的硬度
刀具是从工件上去除材料， 刀具材料的硬度＞工件材料的的硬度
➢常温硬度HRC60以上。
1
2）足够的强度与韧性
如车削45钢，在背吃刀量ap＝4㎜，进给量f ＝0.5㎜ /r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N。
（4）铝高速钢 其典型牌号为W6Mo5Cr4V2Al， 普通高速钢中加入少量的铝，从而提高了钢的耐 热性和耐磨性，它是我国独创的新型高速钢，有 良好的综合性能。它达到了钴高速钢的切削性能， 可加工性好，价格低廉，与普通高速钢的价格接 近。但刃磨性差，热处理工艺要求较严格。
14
➢粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾
缺点：淬火温度范围窄，脱碳，过热敏感性
大，
主要用于热轧刀具（热轧麻花钻）
➢通用型高速钢主要用于一般材料的常规加工，速度 不高于50m/min.
11
➢高性能高速钢
高性能高速钢是指在普通型高速钢中增加碳、钒、钴 或铝等合金元素，使其常温硬度可达67～70HRC，耐 磨性与热稳定性进一步提高。
典型牌号有：W6Mo5Cr4V2Co8 、
机械制造基础

机械制造基础

（2）进给运动
进给运动是指使新的金屑层不断投入切削过程，使其在所需方向上使切 削得以继续下去的运动。进给运动可由一个或多个运动组成。一般情况下，进 给运动的速度较低、消耗功率较小，是形成已加工表面的辅助运动。进给运动 可以是连续的，也可以是间歇的。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
刨、钻、铣削时的切削运动如下图所示：
mm
式中 dm — 已加工表面直径（mm）。
dw — 待加工表面直径（mm）。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
二、刀具切削部分的基本定义 1. 刀具切削部分的构造要素
虽然用于切削加工的刀具种类繁多，但刀具切削部分的组成却有共同点。 车刀的切削部分可看作是各种刀具切削部分最基本的形态。刀具切削部分的 构造要素如下图所示。
为了在设计、制造、刃磨和测量刀具的过程中，能够正确、统一地确定刀 具角度，ISO制订了一套刀具标注角度参考系。
（1）确定刀具标注角度参考系的假定工作条件 假定运动条件：假定的进给速度很小，即可用主运动向量Vc近似代替合成 运动向量Ve。 假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直与刀具的安装定 位平面或轴线。 刀具的标注角度参考平面就是在以上假定条件下确定的。
vc
π dn 1000
m/s或m/min
式中 d — 工件或刀具上某一点的回转直径（mm) n — 工件或刀具的转速（r/s 或r/min）
机械制造基础
第一章 金属切削过程
（2）进给速度、进给量、每齿进给量
进给速度是单位时间内，刀具相对于工件在进给方向上的位移量，记作vf， 单位为mm/s或mm／min。
机械制造基础
其它切削加工的切削运动及工件表面
第一章 金属切削过程

机械制造基础第二章作业及答案

第一章金属切削过程及其控制1-1什么是切削用量三要素？在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系？答：切削用量是指切削速度 v c 、进给量 f （或进给速度 v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。

它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。

（一）切削速度 v c切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最高，刀具磨损最快。

（二）进给量 f工件或刀具每转一周时，刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。

进给速度 v f 是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。

（三）背吃刀量 a p通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。

1-2怎样划分切削变形区？第一变形区有哪些变形特点？答：根据切削时试验时制作的金属切削层变形图片，绘制出金属切削过程中的滑移线和流线示意（流线表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹），可将切削变形区划分为第一变形区、第二变形区、第三变形区。

第一变形区的变性特点有：沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化1-3什么是积削瘤？它对加工过程有什么影响？如何控制积削瘤的产生？（李金德）答：在加工过程中，由于工件材料是被挤裂的，因此切屑对刀具的前面产生有很大的压力，并摩擦生成大量的切削热。

在这种高温高压下，与刀具前面接触的那一部分切屑由于摩擦力的影响，流动速度相对减慢，形成“滞留层”。

当摩擦力一旦大于材料内部晶格之间的结合力时，“滞流层”中的一些材料就会粘附在刀具靠近刀尖的前面上，形成积屑瘤。

可采用耐磨性好的刀具，减小刀具的前角和主偏角，降低切削速度等措施。

以及对材料进行热处理等。

1-4常用的切屑形态有哪几种？它们一般都在什么情况下生成？怎样对切屑形态进行控制？答：带状切屑，挤裂切屑，单元切屑，崩碎切屑。

带状切屑一般在切削塑性较高的金属材料时产生，挤裂切屑在切削黄铜或用低速切削钢产生，单元切屑在切削铅或用很低的速度切削钢时产生，崩碎切屑在切削脆性金属时产生。

机械制造技术切削过程及其控制

2
(mm )
d w ：工件上待加工表面直径（mm）
d m：工件上已加工表面直径（mm）
➢ 切削刃在一次走刀中从工件上切下的一层材料 称为切削层；
➢ 切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。
➢ 切削层公称厚度 hD 是指垂直于过渡表面度量
的切削层尺寸：
hD f sin kr
hD ：切削层公称厚度
kr ：主偏角
➢ 耐高温1300～1500 °Ｃ，热稳定性好。
➢金刚石可分为：天然金刚石和人造金刚石，由 于价格昂贵，工业上多用人造金刚石；
➢人造金刚石是借助某些合金的触媒作用，在高 温高压条件下由石墨转化而成 ，硬度高达6000～ 10000HV，是目前已知的最硬物质，可用于加工 硬质合金、陶瓷、铝合金等高硬度、高耐磨材料；
➢刀尖，连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，是一段小圆弧 或一段直线。
二、刀 具 角 度
(二)刀具的标注角度
1、刀具标注角度的参考系 2、刀具的标注角度 ➢ 前角 ➢ 后角（副后角） ➢ 主偏角 ➢ 副偏角 ➢ 刃倾角 ➢ 车刀的标注角度图 3、刀具的工作角度 ➢ 进给运动对工作角度的影响 ➢ 刀具安装位置对工作角度的影响
➢ 硬质合金的强度和韧性差，常温下冲击韧性是高 速钢1/8～1/30，承受切削振动和冲击的能力较差；
➢ 常用于制造车刀和面铣刀，以及尺寸较小的复杂 刀具；可采用整体制造，但其成本高，是高速钢 的8～10倍。
➢ ISO （国际标准化组织）把切削用硬质合金分 为三类：P类、K类和M类；
➢ Ｐ类（YT类）硬质合金由W，TiC和Co组成，也 称钨钛钴类硬质合金；主要加工钢料；常用牌 号有YT5，YT15等；
1、陶瓷 2、立方氮化硼 3、人造金刚石
➢ 较高的硬度和耐磨性； ➢ 足够的强度和韧性； ➢ 较高的耐热性； ➢ 良好的导热性和耐热冲击性能； ➢ 良好的工艺性。

金属切削过程的基本规律PPT教案


三、切削力的测量原理
测定切削力大都采用应变片测力仪。 基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥，测量拉压 应力应变。常用八角环式测力仪。
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四、切削力的计算
由实验获得经验公式：
F C a f K ( N) c注①意计：算公Fc式由实xp验F测c 得，式y中Fc的各项应Fc按照实验时的 F C a f K ( N) 单位计算。即：x FapP：mmy，Ffp：mm/r
掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设 计机床、刀具、夹具的重要依据，而且对分析、解决切削加 工生产中的实际问题有重要的指导意义。
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第二节 切削力与切削功 率
一、切削力的来源：
1. 工件、切屑的变形抗 力
2. 刀 具 与 切 屑 、 工 件 与刀具之间的摩擦 阻力
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二、切削变形区
4.剪切面： 在一般切削速度下，OA(始滑面 )与OM(终滑面)非常接近(0.02～ 0.2mm)，所以通常用一个平面 OO’来表示这个变形区，该平面 称为剪切面。
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二、切削变形区
5.剪切角： 剪切面与切削速度方向间的夹角 叫做剪切角，用Φ表示。 剪切角的大小反映了剪切变形的 程度，剪切角小则变形大。
负倒棱的影响： br/f
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五、单位切削力
“单位面积上的主切削力”：
KC
Fc AD
Fc f ap
估算切削力：
(N / mm2 )
Fc KC AD KC ap f
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切削力公式比较
对碳钢45材料：
经验公式： Fc 1640 a1p f 0.84 KFc
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轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
轨迹法形成发生线需要一个独立的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——轨迹法

轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
刀具切削刃与工件表面之间为点接触，通过刀具与工件之 间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。 被加工表面的形状精度主要取决于机床切削运动的精度。 刀尖轨迹法是利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖 轨迹获得零件所需表面的方法。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 切削层是指在切削过程中，刀具的切削刃一次走刀所切
除的工件材料层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。
切削层形状、尺寸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。
第一章 金属切削过程及其控制
为：简单成形运动和复合成形运动。
简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运
动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。
一般以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动的形式出现，
用A表示直线运动，用B表示旋转运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
的，也可以是断续进行的，可以由工件完成，也可以由刀具完成，可
以是简单运动，也可以是复合运动。
第一章 金属切削过程及其控制 （一）切削成形运动与加工表面 按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。 主运动：提供切削可能性的运 动。（速度最高，动力消耗最 大，有且只有一个） 进给运动：提供继续切削可能 性的运动。（速度低，有一个 或几个）
纹轴向剖面轮廓的形状一致， 故母线由成形法形成，不需要 成形运动。 导线——螺旋线，由轨迹法形 成，需要一个成形运动。这是 一个复合运动，把它分解为工 件旋转B11和刀具移动A12。B11 和A12不能彼此独立，它们之间 必须保持严格相对运动关系,即 工件每转一转时，刀具就均匀 地移动一个螺旋线导程。 表面成形运动的总数为一个— B11A12，是复合的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
例：用普通车刀车外圆 母线——圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 导线——直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A1。 表面成形运动的总数为两个，即B1和A2都是简单的成形运动
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
切削刃选定点相对于
工件的主运动瞬时线速度。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率
计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高的点进行计算。主运动 为旋转运动时，切削速度由下式确定: dn
V
C

1000
式中： d-工件或刀具的最大值 （mm）
n-工件或刀具的转速
(r/s或r/min)
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率
2．进给速度Vf、进给量f、 每齿进给量fz
进给速度：单位时间内的进给
位移量， mm/s ；进给量： 工件或
刀具转一周（或每往复一次），两者 在进给运动方向上的相对位移量， mm/r（或mm/双行程）。
中心角及 切深较小 时
f H cot kr cot kr
f2 H 8r
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率 切削用量是指切削速度vc、进给量f 和背吃刀量ap;三者又称为
切削用量三要素。
1．切削速度vc （m/s或m/min）
运动形成的轨迹。母线 和导线统称为发生线。
导线与母线可换，则形
成的表面为可逆表面； 反之，为不可逆表面，
如圆锥面，螺旋面等。
问题：两条发生线完全 相同，形成的表面相同？
第一章 金属切削过程及其控制
母线位置不同形成不 同表面 11-与轴线平行；
22-与轴线不平行，不 相交；
33-与轴不平行，相交。
第一章 金属切削过程及其控制


第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
零件的形状是由各种表面组成的，零件切削加工的实质就是表 面成形问题。 （一）切削成形运动与加工表面 切削成形运动是由刀具与工件之间的多个相对运动所组 成的合成运动，这种相对运动又称为切削运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层
曲线切削刃工作时的公称厚度与公称宽度
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 3．切削层公称横截面积AD
切削层在切削层尺寸
例：用成形车刀车削成形回转表面

母线——曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线——圆，由由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 表面成形运动的总数为一个——B1，是简单的成形运动
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 母线——车刀的刀刃形状与螺 表面成形运动
例:用螺纹车刀车削螺纹
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
（一）切削成形运动与加工表面
主运动：切削加工中最主要的运动。
由机床或手动提供的刀具和工件之间主要的相对运动，它使刀 具的切削部分切入工件材料，使被切金属层转变为切屑，从而形成工 件新表面。 通常，主运动的速度较高，消耗的切削功率也最大，在切削运 动中主运动必须有且只有一个。它可以是旋转运动、直线运动，可以 由工件完成、刀具完成，可以是简单运动，也可以是复合运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
（一）切削成形运动与加工表面
进给运动：由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动连续不
断地切削工件，同时形成具有所需几何形状的已加工表面。是在切削
运动中不断地把切削层投入，使切削工作得以持续下去的运动。
一般，进给运动的速度较低，功率消耗也较少，可以是连续进行
车铣加工
T/ R
滚压加工
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（一）切削成形运动与加工表面 以车削为例，工件在车削中有三个不断变化的表面： 待加工表面：加工时即将被切除的表面。 已加工表面：已被切去多余金属 而形成符合要求的工件新表面。 过渡表面：加工时由主切削刃 正在切削的表面，位于待加工 表面与已加工表面之间。

切削加工必须具备三个条件： 刀具与工件之间要有相对运动 刀具具有适当的几何参数——几何角度 刀具材料具有一定的切削性能 成形运动—机床
刀具—刀具制造
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 工件表面的构成
零件的形状是由各种表面组成的，零件切削加工的实质就是表 面成形问题。 平 面
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法

成形法：利用成形刀具对工件进行加工 展成法：利用工件和刀具作展成切削运动 轨迹法：利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工 相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——成形法
V
f
n f n z f
z
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率
3．切削深度/背吃刀量ap
n
主运动
f
进给运动
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
外圆表面加工方法 T-平动；R-转动；T/R-复合运动
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
表 面 成 形 原 理 图
R
T
车削
成形车削
拉削
研磨
R
R
铣削
成形
R T
外圆磨
无心磨

复合成形运动：由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种 确定的运动关系组合而成的一个独立的成形运动。
两者的区别：
复合成形运动分解成的直线或旋转运动之间必须保持严格的
相对运动关系，是相互依存，而不是独立存在的；简单运动之间互 相独立，没有严格的相对运动关系。 注意： 表面形状很复杂的零件的成形运动由于要分解为多个部分，只 能在多轴联动的数控机床上实现。
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 1．切削层公称厚度hD 垂直于过渡表面度量的 切削层尺寸称为切削层公称 厚度（简称为切削厚度）。
hD f sin r
2．切削层公称宽度bD
沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称宽度（简称为
切削宽度）。
bD ap sin r
度量平面内的横截面积 称为切削层公称横截面 积（简称为切削面积）
A
D
hDbD f a P
以上所计算的为名义切削面积。实际切削面积等于名义切削面 积减去残留面积。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念