第一章-金属切削的基础知识教学课件.ppt

1、1）加工精度加工精度 尺寸精度：分为尺寸精度：分为20级：级：T00、T01、T1、T2-T18 T7 T6常用于机床常用于机床、机器、车辆和仪表；、机器、车辆和仪表；T9 T8属于中等精度，用于重型机械。属于中等精度，用于重型机械。形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度等。形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度等。位置精度：平行度、垂直度、同轴度、对称度等。位置精度：平行度、垂直度、同轴度、对称度等。加工质量要求加工质量要求2）表面加工质量以表面粗糙度标记）表面加工质量以表面粗糙度标记 标记：标记：、数字为数字为Ra（m）。）。Ra越小，表面愈光洁。越小，表面愈光洁。6.30.81.63.2

2、第一节第一节 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 一、切削运动一、切削运动切削机床上刀具与工切削机床上刀具与工件的相对运动。件的相对运动。车车 削削铣铣 削削 根据其作用不同而分为主运动和进给运动。根据其作用不同而分为主运动和进给运动。主运动主运动 速度最高；消耗功率速度最高；消耗功率最大；切下金属的主体最大；切下金属的主体运动。如车削中工件的运动。如车削中工件的旋转运动；铣削中刀具旋转运动；铣削中刀具的旋转等的旋转等。进给运动进给运动（个或多个）（个或多个）维持新的金属层连续维持新的金属层连续 投入切削，消耗功率小。投入切削，消耗功率小。如车削中车刀的直线平移如车削中车刀的直线平移 （轴向

3、或径向进给）和铣（轴向或径向进给）和铣 削中工作台带着工件的直削中工作台带着工件的直 线移动。线移动。零件不同表面加工时的切削运动零件不同表面加工时的切削运动切切削削运运动动中中的的速速度度合合成成 切削速度主运动速度切削速度主运动速度 c二、切削用量二、切削用量 包括包括切削速度、进给量和背吃刀量切削速度、进给量和背吃刀量三要素。三要素。主运动为旋转：主运动为旋转：式中式中 d工件或刀具直径工件或刀具直径 （mm）；）；n工件或刀具转速工件或刀具转速 （r/s或或r/min）；）；min)/,/(1000msmdnc主运动为往复直线运动，如刨削：主运动为往复直线运动，如刨削：式中式中 nr主

4、运动（直线）主运动（直线）每秒或每分钟的每秒或每分钟的 往复次往复次 数（数（st/s 或或st/min）；）；L往复行程长度往复行程长度 （mm）。）。)m/min(m/s,10002Lncr进给量（进给量（f）刀具在刀具在进给运进给运动方向动方向上相对上相对工件的工件的位移量位移量称为进称为进给量。给量。fhDbD 进给量（常以进给量（常以 f 表示）是主运动旋转表示）是主运动旋转一周或一个往复行程一周或一个往复行程时，工件和刀具在进时，工件和刀具在进给方向上的相对位移给方向上的相对位移量，单位为量，单位为mm/r或或mm/dst。背吃刀量（背吃刀量（p）背吃刀量，比如车削，是背吃刀量，比

5、如车削，是 工件已加工表面与待加工表工件已加工表面与待加工表 面的垂直距离，即面的垂直距离，即式中式中 dw工件待加工表面直径（工件待加工表面直径（mm）；）；dm工件已加工表面直径（工件已加工表面直径（mm）。）。2ddwmap三、切削层参数三、切削层参数1.切削层公称横截面积切削层公称横截面积AD在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为的实际横截面积，单位为mm2.切削层公称宽度切削层公称宽度bD在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量，单点间的距离，在切削层尺寸平面

6、中测量，单位为位为mm3.切削层公称厚度切削层公称厚度hD在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为宽度之比，单位为mm2第二节刀具材料及刀具构造第二节刀具材料及刀具构造 了解刀具材料、刀头了解刀具材料、刀头 几何形状及典型刀具结几何形状及典型刀具结 构特点。构特点。一、刀具材料一、刀具材料 1.刀具性能要求刀具性能要求 高硬度高硬度 足够强度和冲击韧度；足够强度和冲击韧度；高热硬性，即具有高温高热硬性，即具有高温（600700）硬度）硬度（红硬度）；（红硬度）；良好的工艺性能和低成本。良好的工艺性能和低成本。2.常用刀具材料常用刀具材料 高速

7、钢：高速钢：W18Cr4V（600时时48HRC）W6Mo5Cr4V3（630650可可 保持保持60HRC的硬度）（用于高的硬度）（用于高 速切削）；速切削）；合金工具钢：合金工具钢：9Mn2V、9SiCr、CrWMn等等 一般刀具；一般刀具；碳素工具钢：碳素工具钢：T8、T10A等（钳工刀具）；等（钳工刀具）；硬质合金：用粉末冶金制取，用于切削难硬质合金：用粉末冶金制取，用于切削难加工材料；加工材料；YG（K）：）：WCCo YT（P）：）：WCTiCCo YW（M）：）：WCTiCTaC 其他类其他类：（用于切削难加工材料），包括：（用于切削难加工材料），包括：涂层（涂层（TiC）刀具；

8、陶瓷（）刀具；陶瓷（Al2O3TIC）和金刚石（刻划玻璃）刀具等和金刚石（刻划玻璃）刀具等。二、刀具角度二、刀具角度.刀头几何参数刀头几何参数 1）“三面两刃一刀尖三面两刃一刀尖”以车刀为例。以车刀为例。前刀面前刀面 切屑沿其流出的切屑沿其流出的表面（刀头上表面（刀头上面）；面）；副后刀面副后刀面 与工件已加工表面相对应的刀与工件已加工表面相对应的刀头平头平 面，包容副切削刃；面，包容副切削刃；主后刀面主后刀面 与工件加工与工件加工 表面表面相对应的刀头平相对应的刀头平面包容主切削刃；面包容主切削刃；主切削刃主切削刃 前刀面与主后刀面的交棱；承担主前刀面与主后刀面的交棱；承担主 体切削工作。体

9、切削工作。副切削刃副切削刃 前刀面与副后刀面的交棱。前刀面与副后刀面的交棱。刀刀 尖尖 （实为小圆弧状或线形）（实为小圆弧状或线形）两刀刃的交点。两刀刃的交点。基面基面 通过主切削刃通过主切削刃上某一点而垂直于切上某一点而垂直于切削速度方向的平面，削速度方向的平面，用用Pr表示，可视为水表示，可视为水平面。平面。切削平面切削平面 通过主切削刃上某通过主切削刃上某一点且垂直基面的平一点且垂直基面的平面（包容切削速方面（包容切削速方向），以向），以Ps表示。表示。正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）通过主切削刃上通过主切削刃上某一点且与切削刃在某一点且与切削刃在基面上的投影垂直，基面上的投影垂直，

10、也必然分别垂直于基也必然分别垂直于基面面Pr和切削平面和切削平面Ps。用用Po表示。表示。Pr、Ps和和Po三者构成了空间正交平面三者构成了空间正交平面的参考系，借用于反映刀头角度。的参考系，借用于反映刀头角度。3 “前角、后角两偏角前角、后角两偏角”刀头标注角度刀头标注角度 用于刀头设计、制造、刃磨和测量。标示用于刀头设计、制造、刃磨和测量。标示 前刀面、后刀面（三面）的空间位向。前刀面、后刀面（三面）的空间位向。以外圆车刀为例：以外圆车刀为例：前角前角 正交平面正交平面P0内前刀面与基面的夹角，以内前刀面与基面的夹角，以 0 表示表示,在正交平面内测量。在正交平面内测量。0 增大，车增大，

11、车刀锋利，减小与切屑的磨损。刀锋利，减小与切屑的磨损。后角后角 正交平面正交平面P0内主后刀面与切削平面的夹角。内主后刀面与切削平面的夹角。以以 0表示。表示。0增大，减小刀头与工件的磨损。增大，减小刀头与工件的磨损。两偏角两偏角 主偏角和副偏角，表示两切削刃偏离进给方主偏角和副偏角，表示两切削刃偏离进给方向的空间位向。即：向的空间位向。即：主切削刃在基面主切削刃在基面Pr的投影与进给方向的投影与进给方向 f 的夹的夹角称为主偏角，以角称为主偏角，以Kr表示。一般取值表示。一般取值30 75。Kr增大（增大（90 ），用于切削的刃长减），用于切削的刃长减小，刀具耐用度增加，径向力降低。车削细小

12、，刀具耐用度增加，径向力降低。车削细长轴时弯曲变形小。长轴时弯曲变形小。副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。以称为副偏角。以Kr 表示，一般取值表示，一般取值5 10。Kr 减减小，减小刀具磨损小，减小刀具磨损，有利于降低表面粗糙度。有利于降低表面粗糙度。还有一个还有一个“刃倾角刃倾角”切削平面切削平面Ps上主切削刃对基面的倾角，上主切削刃对基面的倾角，以以 0表示。表示。刃倾角的正负：刃倾角的正负：刃尖为最高点，主切削刃向下倾斜，刃尖为最高点，主切削刃向下倾斜，0定为正。定为正。刃尖处于最低点，主切削刃向上倾斜，刃尖处于最低点，主切削刃

13、向上倾斜，0定为负。定为负。0 取负值时，刀头强度加大，适于铸铁粗加工。取负值时，刀头强度加大，适于铸铁粗加工。0 取正值时，切屑流向待加工表面。取正值时，切屑流向待加工表面。0取负值，对于带状切屑，切屑流向已加工表取负值，对于带状切屑，切屑流向已加工表面，有可能刮伤加工表面。这一点，需要注意。面，有可能刮伤加工表面。这一点，需要注意。3、车刀磨刃技巧、车刀磨刃技巧取取 0=+3，切屑流向待加工表面。，切屑流向待加工表面。主切削刃磨有主切削刃磨有0.150.2mm的倒棱，能提高刀刃的倒棱，能提高刀刃 强度。强度。大前角，令大前角，令0=15 30，切削力小，前刀面上，切削力小，前刀面上 磨有平

14、行于主切削刃的圆形卷屑槽（磨有平行于主切削刃的圆形卷屑槽（46mm深）。深）。主偏角主偏角Kr=90，切削刃长度最小，工件受力，切削刃长度最小，工件受力 （径向力）变形最小。用于细长轴精加工。（径向力）变形最小。用于细长轴精加工。4、刀具耐用度、刀具耐用度 即用经验规定的刀具投入切削时间作为即用经验规定的刀具投入切削时间作为限定刀具磨损量的实用标准。限定刀具磨损量的实用标准。如：高速钢车刀、刨刀、镗刀，耐用度如：高速钢车刀、刨刀、镗刀，耐用度 3060min；钻头：钻头：80120min；硬质合金铣刀：硬质合金铣刀：90180min；切削自动线刀具：切削自动线刀具：240280min。涂层刀具

15、：涂层刀具：耐用率提高耐用率提高12倍。倍。刀具耐用度指各类刀具从开始投入切削到实刀具耐用度指各类刀具从开始投入切削到实用标准规定的磨损限度为止的切削时间（用标准规定的磨损限度为止的切削时间（min）。）。显然，不同刀具的耐用度会有差异。显然，不同刀具的耐用度会有差异。三、刀具结构三、刀具结构机夹重磨式切断刀机夹重磨式切断刀优点：优点：避免整体式刀具对材料的浪费和焊接式避免整体式刀具对材料的浪费和焊接式所带来的缺陷，刀片和刀柄制作成可拆分所带来的缺陷，刀片和刀柄制作成可拆分的两个独立单元件。的两个独立单元件。杠杠杆杆式式可可转转位位车车刀刀缺点：缺点：1.克服了换刀、调刀等造成停机时克服了换刀

16、、调刀等造成停机时间间损失。损失。2.刀具性能大为提高刀具性能大为提高 3.稳定可靠稳定可靠 4.刀体使用寿命长，节约刀体材料及刀体使用寿命长，节约刀体材料及其制造费用。其制造费用。5.刀片不需重磨。刀片不需重磨。1.切屑形成过程切屑形成过程 塑性材料的切屑过程是一个：塑性材料的切屑过程是一个：；经历了：；经历了：四个阶段。四个阶段。2.切屑的种类切屑的种类 带状切屑：大前角的刀具，带状切屑：大前角的刀具，较高的切削速度和较小的进给量切较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料削塑性材料节状切屑：较低的切节状切屑：较低的切削速度和较大的进给量粗加工中等削速度和较大的进给量粗加工中等硬度的钢材硬度

17、的钢材崩碎切屑：切削脆性崩碎切屑：切削脆性材料，如铸铁和黄铜。材料，如铸铁和黄铜。不足：会有一些积屑瘤碎片粘不足：会有一些积屑瘤碎片粘附在工附在工件表面，使表在变得粗糙；因件表面，使表在变得粗糙；因些精加工些精加工时尽量避免其产生。时尽量避免其产生。（四）切削力和切削功率四）切削力和切削功率 刀具刀头挤压工刀具刀头挤压工件，使之变形、挤裂件，使之变形、挤裂而在前刀面上产生切而在前刀面上产生切屑，并克服与工件、屑，并克服与工件、切屑间的摩擦，这都切屑间的摩擦，这都需要力的作用，这些需要力的作用，这些力的总和即为切削力。力的总和即为切削力。切削力分解为：切削力分解为：背向力（背向力（Fx）为基面内

18、且与工件轴线垂直的水为基面内且与工件轴线垂直的水平分力。平分力。进给力（进给力（Fy）为进给方向的分力，与工件轴线为进给方向的分力，与工件轴线平行，与走刀方向相反，消耗功率平行，与走刀方向相反，消耗功率15%。主切削力（主切削力（Fz）为切削速度方向的为切削速度方向的力，又称为切削力，消力，又称为切削力，消耗功率耗功率95%左右，是最左右，是最大的分力。大的分力。切削合力切削合力式中式中 Fz主切削力（主切削力（N）c切削速度（切削速度（m/s）切削功率（切削功率（Pm）为三项分力消耗功率的总和。为三项分力消耗功率的总和。车外圆时，车外圆时，（五）（五）切削热和切削液切削热和切削液 2）切削热

19、由切屑、工件、刀具及周围介质）切削热由切屑、工件、刀具及周围介质（空气）传出。以切屑传热为主。散热条件不好，（空气）传出。以切屑传热为主。散热条件不好，切削温度提高。切削温度过高会影响工件加工精切削温度提高。切削温度过高会影响工件加工精 度和刀具耐用度。度和刀具耐用度。1切削热切削热 1）切削热来源）切削热来源 切削过程中工件弹、塑性变形直至分离所产切削过程中工件弹、塑性变形直至分离所产生的生的 热；热；切削与刀头前刀面的摩擦热；切削与刀头前刀面的摩擦热；工件与刀头后刀面的摩擦热。工件与刀头后刀面的摩擦热。2切削液切削液 作用：作用：改善润滑条件，减小摩擦热；冷却降改善润滑条件，减小摩擦热；冷

20、却降 温，温，改善散热条件；清洗工件等。改善散热条件；清洗工件等。2)矿物油矿物油 同时起润滑和冷却作用，以同时起润滑和冷却作用，以 润滑为主；润滑为主；用于精加工。用于精加工。1)水溶液（加一定量的防锈剂水溶液（加一定量的防锈剂苏打）苏打）主要起冷主要起冷 却降温作用；用于粗加工。却降温作用；用于粗加工。分类：分类：乳化液乳化液 （乳化油加水稀释，（乳化油加水稀释，70%98%的水），的水），可用于粗、精加工。可用于粗、精加工。加工铸铁一般不加工铸铁一般不用切削液。组织内有用切削液。组织内有石墨能起润滑作用。石墨能起润滑作用。用硬质合金刀具，也用硬质合金刀具，也不用切削液。不用切削液。（六）

21、（六）切削用量（切削用量（Vc、f、p）的合理）的合理 选择选择2）方案）方案 粗车：粗车：p与与 f 较大，较大，Vc较低；较低；精车：精车：p与与 f 较小，较小，Vc较高；较高；对于表面较硬和难加工材料，对于表面较硬和难加工材料，Vc较低；较低；刀具材料好，刀具材料好，Vc可适当提高。可适当提高。1）原则）原则 在充分利用刀具的耐用性能和维护机床安在充分利用刀具的耐用性能和维护机床安全使用的前提下，以全使用的前提下，以“质量、效率、成本质量、效率、成本”三准则来合理选择。三准则来合理选择。分别指出车端面和铣（镗）平面的主分别指出车端面和铣（镗）平面的主运动和进给运动，并同时用示意图表运动和进给运动，并同时用示意图表示。示。说明切削用量三要素的物理意义。说明切削用量三要素的物理意义。绘制外圆车刀刀头工作示意图，分别绘制外圆车刀刀头工作示意图，分别说明说明“三面两刃一刀尖三面两刃一刀尖”和和“前角后前角后角两偏角角两偏角”。4.对刀具材料有何要求？常用刀具材料对刀具材料有何要求？常用刀具材料有哪几种？举例说明其应用特点。有哪几种？举例说明其应用特点。5.何谓刀具耐用度？何谓刀具耐用度？6.说明切削热的产生原因和切削液的种说明切削热的产生原因和切削液的种类及其作用。类及其作用。7.简述切削用量的一般选择原则。简述切削用量的一般选择原则。谢谢