金属切削原理基本理论

《金属切削原理与刀具》课程标准一、课程概述1.课程性质《金属切削原理与刀具》是机械设计与制造专业针对通用装备制造行业的机械设计、机械制造、制图员、车工、铳工、装配工等职业群（或技术技能领域）的关键岗位，经过对企业岗位典型工作任务的调研和分析后，归纳总结出来的为适应机械装备制造企业金属切削刀具选用、金属切削机床使用、机械冷加工工艺编制、调试及维修维护等能力要求而设置的一门专业核心课程。

2.课程任务《金属切削刀具与机床》课程通过对金属切削刀具、金属切削机床基本原理和理论知识的学习，增强学生对金属切削刀具材料、几何形状、切削要素、金属切削机床结构及布局, 机床知识的运用，让他们熟练掌握金属切削刀具、金属切削机床运动、切削加工工艺范围等知识，从而满足企业对相应岗位的职业能力需求。

3.课程要求通过课程的学习培养学生机械加工方面的岗位职业能力，教学注重选用基础的、典型的实例，突出现代机械加工中各种典型的刀具,利用各种教学方法和手段达到注重能力的培养, 突出实际、实用、实践的原则，贯彻加强基础、重技术应用及前后课程衔接的指导思想，注重内容的典型性、针对性，加强理论联系实际，达到学以致用的目的。

同时为学习后续专业课程打下坚实的基础。

二.教学目标1.知识目标（1）掌握金属切削加工的基本理论；（2）掌握金属切削加工的基本规律；（3）掌握车、铳、包k键等通用刀具结构与型号制订方法；（4）掌握车、铳、包IJ、键等通用刀具应用范围；（5）掌握孔加工刀具等标准刀具结构与型号制订方法；（6）掌握难加工材料的加工特点；（7）掌握数控加工工具系统的应用特点。

2.能力目标（1）能够进行切削用量的计算与查表；（2）能够正确选用刀具的几何参数；（3）能够解决切削加工中产生的各种质量问题；（4）能够正确选用刀具类型与规格；（5）会阅读金属加工资料和查阅刀具设计手册；（6）会难加工材料的加工的切削参数选择；（7）会刃磨刀具；3.素质目标（1）养成谦虚、好学的能力；（2）养成学生勤于思考、做事认真的良好作风；（3）具备必要的政治素质和一定的法律意识；（4）养成良好的职业道德；（5）具备沟通能力及团队协作精神；（6）具备分析问题、解决问题的能力；（7）具备勇于创新、敬业乐业的工作作风；（8）具备的质量意识、安全意识。

金属切削原理与刀具教案一、教学目标1.了解金属切削的基本概念，掌握金属切削的原理。

2.掌握刀具的种类、结构及切削性能，学会选择合适的刀具进行金属切削。

3.了解金属切削过程中的切削力、切削温度、表面质量等影响因素，掌握切削参数的合理选择。

4.培养学生的动手能力，提高金属切削操作技能。

二、教学内容1.金属切削的基本概念（1）金属切削的定义（2）金属切削的分类2.金属切削原理（1）切削层（2）切削力（3）切削温度（4）表面质量3.刀具的种类、结构及切削性能（1）车刀（2）铣刀（3）钻头（4）铰刀4.切削参数的选择（1）切削速度（2）进给量（3）切削深度5.金属切削操作技能训练三、教学重点与难点1.教学重点：金属切削原理、刀具的种类及切削性能、切削参数的选择。

2.教学难点：切削力、切削温度的计算及影响因素，切削参数的合理选择。

四、教学方法1.理论教学：讲解金属切削的基本概念、原理及刀具的种类、结构等。

2.实践教学：通过金属切削实验，让学生动手操作，提高操作技能。

3.案例分析：分析金属切削过程中出现的问题，引导学生学会解决实际问题的方法。

五、教学安排1.理论教学：共6学时，分2次进行。

2.实践教学：共6学时，分2次进行。

3.案例分析：共2学时，分1次进行。

六、教学评价1.理论考试：占总评成绩的40%。

2.实践操作：占总评成绩的40%。

3.平时表现：占总评成绩的20%。

七、教学资源1.教材：《金属切削原理与刀具》。

2.辅助资料：金属切削相关学术论文、实验指导书。

3.设备：车床、铣床、钻床、铰床等。

4.软件：金属切削仿真软件。

八、教学进度安排1.第1周：金属切削的基本概念、分类。

2.第2周：金属切削原理。

3.第3周：刀具的种类、结构及切削性能。

4.第4周：切削参数的选择。

5.第5周：金属切削操作技能训练（1）。

6.第6周：金属切削操作技能训练（2）。

7.第7周：案例分析。

8.第8周：复习、考试。

九、教学总结本课程通过理论教学、实践教学和案例分析相结合的方式，使学生掌握金属切削原理、刀具的种类及切削性能、切削参数的选择等知识，培养学生的动手能力，提高金属切削操作技能。

金属切削原理与刀具练习题第一章刀具的基本定义切削运动和切削用量一、填空1.将工件上的被切削层转化成切屑所需要的运动是。

2.切削加工时与的相对运动称为切削运动。

3.切削运动分为和两类。

4.工件在切削过程中形成三个不断变化着的表面，即：表面、表面和表面。

5.切削用量是衡量和大小的参数，包括、三个要素。

6.金属切屑层的参数有、及。

7.车削外圆时，当主、副切削刃为直线，刃倾角为零度，主偏角小于90°时，切削层横截面为形。

8.当刃倾角为0°，主偏角为90°，切削深度为5mm，进给量为0.4mm/r时，切削宽度是mm，切削厚度是mm，切削面积是mm²。

二、判断1.使新的切削层不断投入切削的运动称为主运动。

（）2.切削用量就是用来表征切削运动大小的参数，是金属切削加工之前操作者调整机床的依据。

（）3.无论哪种切削加工，主运动往往不止一个。

（）4.工件的旋转速度就是切削速度。

（）5.工件每转一分钟，车刀沿着进给方向运动的距离称为进给量。

（）6.由于在切削刃上各点相对于工件的旋转半径不同，所以切削刃上各点的切削速度也不同。

（）7.主运动的特征是速度高，消耗的功率大。

（）8.进给运动的速度较低，消耗功率小，可以是一个、两个或多个。

（）9.进给量是衡量进给运动大小的参数。

（）10.车削时工件的旋转运动是主运动；刨削时刨刀的往复直线运动是主运动。

（）11.切削面积由切削深度和进给量决定。

（）12.切屑层的参数通常在平行于主运动方向的基面内测量。

（）三、选择1.在各种切削加工中，（）只有一个。

A、切削运动B、主运动C、进给运动2.主切削刃正在切削着的表面称为（）表面。

A、已加工B、待加工C、过渡3.车削加工的切削运动形式属于（）A、工件转动，刀具移动B、工件转动，刀具往复运动C、工件不动，刀具作回转运动4.（）的大小直接影响刀具主切削刃的工作长度，反映其切削负荷的大小。

A、切削深度B、进给量C、切削速度5.切削厚度与切削宽度随刀具（）大小的变化而变化。

《金属切削原理》第十二章：磨削加工详解磨削用于加工坚硬材料及精加工、半精加工内圆磨削外圆磨削平面磨削普通平面磨削圆台平面磨削超精磨削加工第一节砂轮的特性及选择砂轮由磨料、结合剂、气孔组成特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织决定一、磨料分为天然磨料和人造磨料人造磨料氧化物系刚玉系（Al2O3）碳化物系碳化硅系碳化硼系超硬材料系人造金刚石系立方氮化硼系二、粒度表示磨粒颗粒尺寸的大小＞63µm号数为通过筛网的孔数／英寸（25.4mm）机械筛分一般磨粒＜63µm号数为最大尺寸微米数（W）显微镜分析法微细磨粒精磨细粒降低粗糙度粗磨粗粒提高生产率高速时、接触面积大时粗粒防烧伤软韧金属粗粒防糊塞硬脆金属细粒提高生产率国标用磨粒最大尺寸方向上的尺寸来表示三、结合剂作用：将磨料结合在一起，使砂轮具有必要的强度和形状1、陶瓷结合剂（A）常用由黏土等陶瓷材料配成特点：粘结强度高、耐热、耐酸、耐水、气孔率大、成本低、生产率高、脆、不能承受侧向弯扭力2、树脂结合剂（S）切断、开槽酚醛树脂、环氧树脂特点：强度高、弹性好、耐热性差、易自砺、气孔率小、易糊塞、磨损快、易失廓形、与碱性物质易反应、不易长期存放3、橡胶结合剂（X）薄砂轮、切断、开槽、无心磨导轮人造橡胶特点：弹性好、强度好、气孔小、耐热性差、生产率低4、金属结合剂（Q）磨硬质合金、玻璃、宝石、半导体材料青铜结合剂（制作金刚石砂轮）特点：强度高、自砺性差、形面成型性好、有一定韧性四、硬度在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬工件材料硬砂轮软些防烧伤工件材料软砂轮硬些充分发挥磨粒作用接触面积大软砂轮精度、成形磨削硬砂轮保持廓形粒度号大软砂轮防糊塞有色金属、橡胶、树脂软砂轮防糊塞五、组织磨粒、气孔、结合剂体积的比例关系分为：紧密（0～3）、中等（4～7）、疏松（8～14）（磨粒占砂轮体积％↘）气孔、孔穴开式（与大气连通）占大部分，影响较大闭式（与大气不连通）尺寸小、影响小开式空洞型蜂窝型前两种构成砂轮内部主要的冷却通道管道型5～50µm六、砂轮的型号标注形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许最高圆周线速度P300x30x75WA60L6V35外径300，厚30，内径75第二节磨削运动一、磨削运动1、主运动砂轮外圆线速度 m/s2、径向进给运动进给量fr 工件相对砂轮径向移动的距离间歇进给 mm/st 单行程mm/dst 双行程连续进给 mm/s3、轴向进给运动进给量fa 工件相对砂轮轴向的进给运动圆磨 mm/r平磨 mm/行程4、工件速度vw线速度 m/s二、磨削金属切除率ZQ＝Q/B＝1000·vw·fr·fa/B mm^3/(s·mm)ZQ：单位砂轮宽度切除率Q：每秒金属切除量用以表示生产率B：砂轮宽度三、砂轮与工件加工表面接触弧长lc＝sqrt(fr·d0)影响参加磨削磨粒数目及磨粒负荷，容屑，冷却条件四、砂轮等效直径将外圆（内圆）砂轮直径换算成接触弧长相等的假想平面磨削的砂轮直径结论：对砂轮耐用度影响内圆＞平面＞外圆第三节磨削的过程一、单个磨粒的磨削过程磨粒的模型锐利120°圆锥钝化半球实际磨粒：大的负前角，大的切削刃钝圆半径滑擦、耕犁、切削滑擦：（不切削，不刻划）产生高温，引起烧伤裂纹耕犁：（划出痕迹）磨粒钝或切削厚度小于临界厚度，工件材料挤向两侧隆起切削：切削厚度大于临界厚度，形成切屑v↑→隆起↓（线性）塑性变形速度＜磨削速度二、磨削的特点1、精度高、表面粗糙度小高速、小切深、机床刚性2、径向分力Fn较大多磨粒切削3、磨削温度高磨粒角度差、挤压和摩擦、砂轮导热差4、砂轮的自砺作用三、磨削的阶段1、初磨阶段实际磨深小于径向进给量2、稳定阶段实际磨深等于径向进给量3、清磨阶段实际磨深趋向于0提高生产率缩短1、2提高质量保证3第四节磨削力及磨削功率一、磨削力的特征分解成三个分力Ft切向力 Fn法向力 Fa轴向力特征：1、单位切削力k很大磨粒几何形状的随机性和参数的不合理性7000～20000kgf/mm^2 其他切削方式k＜700kgf/mm^22、Fn值最大Fn/Ft 通常2.0～2.5工件塑性↓、硬度↑→Fn/Ft↑切深小，砂轮严重磨损 Fn/Ft 可达5～103、磨削力随磨削阶段变化初磨、稳定、光磨二、磨削力及磨削功率摩擦耗能占相当大的比例（70～80％）切向力（N）：Ft＝9.81·(CF·(vw·fr·B/v)+µ·Fn)径向力（N）：Fn＝9.81·CF·(vw·fr·B/v)·tan(α)·(π/2) vw：工件速度v：砂轮速度fr：径向进给量B：磨削宽度CF：切除单位体积切屑所需的能 kgf/mm^2µ：工件－砂轮摩擦系数α：假设粒度为圆锥时的锥顶半角磨削功率P＝Ft·v/1000 Kw理论公式精度不高，常用实验测定（顶尖上安装应变片）第五节磨削温度耕犁、滑擦和形成切屑的能量全部转化成热，大部分传入工件一、磨削温度砂轮磨削区温度θA：砂轮与工件接触区的平均温度影响：烧伤、裂纹的产生磨粒磨削点温度θdot：磨粒切削刃与切屑接触部分的温度温度最高处，是磨削热的主要来源影响：表面质量、磨粒磨损、切屑熔着工件温升：影响：工件尺寸、形状精度受影响二、影响磨削温度的因素切削液为降温的主要途径1、工件速度对磨粒磨削点温度的影响大于砂轮速度vw↑→acgmax↑→F↑→θdot↑大v↑→acgmax↓→θdot↑小→摩擦热↑↗acgmax：单个磨粒最大切削厚度 mm假设：磨粒前后对齐，均匀分不在砂轮表面平面磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt(fr/dt)外圆磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt((fr/dt)+(fr/dw))dt：砂轮直径m：每毫米周长磨粒数用于定性分析2、径向进给量Frfr↑→acgmax↑→θdot↑fr↑→接触区↑→同时参加切削磨粒数↑→θA↑3、其他因素fa↑→θdot↑、θA↑工件材料硬度↑、强度、↑韧性↑→θdot↑、θA↑θA↑→工件温升↑vw↑→被磨削点与砂轮接触时间↓→工件温升↗三、磨削温度的测量（热电偶）第六节砂轮的磨损及表面形貌一、砂轮的磨损类型磨耗磨损磨粒磨损破碎磨损磨粒或结合剂破碎（取决于磨削力与磨粒、结合剂强度）破碎磨损消耗砂轮多磨耗磨损通过磨削力影响破碎磨损阶段初期磨损磨粒破碎磨损（个别磨粒受力大，磨粒内部应力与裂纹）二期磨损磨耗磨损三期磨损结合剂破碎磨损二、砂轮的耐用度T砂轮相邻两次修整期间的加工时间 s各因素通过平均切削厚度来影响T经验公式：T=6.67·(dw^0.6)·km·kt/(10000·(vw·fa·fr)^2)dw：工件直径kt：砂轮直径修正系数km：工件材料修正系数粗磨时间常用单位时间内磨除金属体积与砂轮磨耗体积之比来选择砂轮三、砂轮的修整作用去除钝化磨粒或糊塞住的磨粒，使新磨粒露出来增加有效切削刃，提高加工表面质量工具单颗金刚石、单排金刚石、碳化硅修整轮、电镀人造金刚石滚轮、硬质合金挤压轮等使用单颗金刚石：导程小于等于磨粒平均直径，每颗磨粒都能修整深度小于等于磨粒平均直径，提高砂轮寿命四、表面形貌单位面积上磨粒数目越多→acgmax↓→磨粒受力↓→磨粒寿命↑→T↑磨粒高度分布越均匀→粗糙度↓磨粒间距均匀性越好→粗糙度↓第七节磨削表面质量与磨削精度一、表面粗糙度比普通切削小小于 Ra2～4µmvw↓、v↑、R工↑、R砂↑、细粒度→粗糙度↓细粒度→m↑→粗糙度↓B↑→acgmax↓→粗糙度↓磨粒等高性好→粗糙度↓二、机械性能1、金相组织变化烧伤：C↑、合金元素↑→导热性↓→易烧伤高温合金↑→磨削功率↑→θA↑→易烧伤影响：破坏工件表层组织，产生裂纹，影响耐磨性和寿命2、残余应力原因：相变引起金相组织体积变化温度引起热胀冷缩和塑性变形的综合结果光磨10次残余应力减少2～3倍光磨15次残余应力减少4～5倍fa↓、fr↓→拉应力↓3、磨削裂纹磨削速度垂直方向上的裂纹（局部高温急冷造成热应力）三、磨削精度1、磨床与工件的弹性变形2、磨床与工件的热变形3、砂轮磨损导致形状尺寸变化3、磨床与工件振动研磨加工是应用较广的一种光整加工。

金属切削原理及刀具学习教案x一、教学内容本节课的教学内容来自于小学科学教材第四章《简单的机械》中的第二节《金属的加工》。

本节课的主要内容有：金属的切削原理、刀具的种类及使用方法、金属切削过程中的注意事项等。

二、教学目标1. 让学生了解金属切削的基本原理，知道刀具在金属加工中的作用。

2. 使学生掌握不同类型刀具的使用方法，提高学生的实际操作能力。

3. 培养学生动手动脑、积极探索的科学精神，提高学生的创新能力。

三、教学难点与重点重点：金属切削原理的理解，刀具的使用方法的掌握。

难点：刀具在实际操作中的正确使用，金属切削过程中的安全注意事项。

四、教具与学具准备教具：多媒体教学设备、金属加工工具、金属样品。

学具：笔记本、彩色笔、实验报告单。

五、教学过程1. 实践情景引入：展示金属加工工具，让学生观察并思考这些工具的作用。

2. 理论知识讲解：通过多媒体课件，讲解金属切削原理，介绍不同类型的刀具及其使用方法。

3. 动手实践：学生分组进行金属切削实验，教师巡回指导，纠正操作不当。

4. 课堂讨论：让学生分享实验心得，讨论金属切削过程中的注意事项。

5. 随堂练习：设计一些有关金属切削和刀具使用的问题，让学生现场解答。

六、板书设计金属切削原理切削力切削温度切屑形成刀具使用方法刀具选择刀具安装刀具调整七、作业设计1. 描述金属切削过程中的三个重要因素。

答案：切削力、切削温度、切屑形成。

2. 简述如何正确选择和使用刀具。

答案：根据加工材料和加工要求选择合适的刀具，正确安装和调整刀具，保证加工质量和效率。

3. 列举两种金属切削过程中可能出现的问题，并提出解决办法。

八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解和实验，使学生了解了金属切削原理和刀具的使用方法。

但在实验过程中，部分学生对刀具的使用还是存在一定的恐惧心理，认为操作过程中容易发生危险。

针对这一问题，教师可以在课后组织学生进行刀具安全操作培训，提高学生的安全意识和操作技能。

同时，可以拓展延伸金属加工在其他领域的应用，激发学生的学习兴趣。

金属切削原理和刀具教学大纲一、引言金属切削是制造业中常见的一种加工方式，通过使用刀具对金属材料进行切削，实现对工件形状和尺寸的精确加工。

本教学大纲旨在介绍金属切削的基本原理和常用刀具的分类、特点及应用，以帮助学生全面理解金属切削加工的基本知识和技术。

二、金属切削原理1. 金属切削的定义和作用金属切削是指通过刀具对金属材料进行切削，以改变工件的形状和尺寸，达到加工要求的一种加工方法。

金属切削可以实现高效、精确和重复性加工，广泛应用于制造业各个领域。

2. 金属切削的基本原理金属切削的基本原理是通过刀具对金属材料施加切削力，使切削刃与工件接触并产生相对运动，从而移除工件上的金属层，实现加工目标。

切削过程中，刀具的切削刃与工件之间形成一定的切削角度，刀具在切削过程中产生切削力和切削热，同时也会产生切削振动和切削噪声。

3. 金属切削的影响因素金属切削的质量和效率受到多个因素的影响，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料和刀具几何形状等。

合理选择这些参数，可以提高切削效率和加工质量，减少切削力和切削热。

三、刀具分类及特点1. 刀具分类根据刀具的用途和结构特点，刀具可以分为以下几类：- 轴向刀具：如平面铣刀、立铣刀，用于平面加工和开槽加工。

- 径向刀具：如钻头、铰刀，用于孔加工和外圆加工。

- 侧面刀具：如刀片、车刀，用于车削加工和切槽加工。

- 特殊刀具：如刃磨刀具、切槽刀具，用于特殊形状的加工。

2. 刀具特点不同类型的刀具具有不同的特点和适用范围，主要包括以下几个方面：- 刀具材料：刀具材料应具有较高的硬度、耐磨性和热稳定性，常用材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。

- 刀具几何形状：刀具的几何形状包括刀片的前角、后角、刃倾角、切削角等参数，不同的形状适用于不同的切削任务。

- 刀具涂层：刀具涂层可以提高刀具的耐磨性和切削性能，常用涂层有涂层碳化物、涂层氮化物和涂层氧化物等。

四、刀具教学内容安排1. 金属切削原理的介绍- 金属切削的定义和作用- 金属切削的基本原理- 金属切削的影响因素2. 刀具分类及特点的讲解- 轴向刀具的分类和特点- 径向刀具的分类和特点- 侧面刀具的分类和特点- 特殊刀具的分类和特点3. 刀具选择和使用的技巧- 刀具选择的原则和方法- 刀具使用的注意事项- 刀具的保养和维护4. 刀具故障分析和排除- 常见刀具故障的原因和表现- 刀具故障的排查和排除方法- 刀具寿命的评估和提高方法五、教学方法和评价方式1. 教学方法本教学大纲推荐采用多种教学方法，包括理论讲解、实例演示、实验操作和案例分析等。

二、切削运动1.主运动主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。

主运动的速度最高，所消耗的功率也最大。

换句话说，主运动就是从工件上切除金属所必须的运动。

在切削运动中，主运动只有一个。

2.进给运动进给运动是不断地把被切削层投入切削，以逐渐切削出整个表面的运动。

进给运动一般速度较低，消耗的功率较少，可由一个或多个运动组成，可以是连续的，也可以是间断的。

3.三种表面待加工表面待加工表面是指即将切去的表面。

已加工表面已加工表面是指切削后得到的表面。

过渡表面过渡表面是指正在被切削的表面4.切削用量三要素注：课程教案按讲课次数填写，每次讲课均应填写一份；重复班讲课可不另填写教案。

刀具材料的种类及其选择1.低速切削时的刀具材料部分刀具常用工具钢2.高速切削时的刀具材料1）P 类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色（包括P01～P50)作为标志。

2）K 类硬质合金主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，用红色（包括K10～K40）作为标志。

3）M 类硬质合金主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作为标志，又称为通用硬质合金。

3.其他刀具材料1.陶瓷刀具材料2. 人造金刚石3. 立方氮化硼二、刀具的组成和结构刀面1.前刀面2.后刀面切削刃1.主切削刃2.副切削刃刀尖刀尖是指主切削刃与副切削刃的交点或主切削刃与副切削刃间的过渡弧（也称为过渡刃）。

刀尖的类型主要有切削刃交点、圆弧刀尖、倒棱刀尖等。

注：课程教案按讲课次数填写，每次讲课均应填写一份；重复班讲课可不另填写教案。

2、刀具的标注角度前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角、楔角、刀尖角上述八个角度中，前六个为刀具的基本角度，其余均为派生角度。

刀具角度的换算法平面与正交平面内前、后角的关系法向前角与前角的关系为：法向后角和后角的关系为：2.任意平面与正交平面内前、后角的关系四、刀具的工作角度刀具工作角度的含义刀具工作角度是刀具在工作时的实际切削角度，即在考虑刀具的具体安装情况和运动影响的条件下而确定的角度。