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第一章 机械加工切削基础,第一节 切削运动及切削用量,一、切削运动和工件表面,1.主运动 主运动是指切削加工过程中由机床提供的主要运动它可使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件并切除切削层，即主运动是切削过程中切下切屑所需的运动主运动的特点是切削速度最高，消耗的机床功率最大如图1⁃􀰊1所示，主运动的形式可以是旋转运动，如车削时工件的旋转运动、铣削时铣刀的旋转运动、磨削时砂轮的旋转运动、钻孔时钻头的旋转运动等，也可以是直线运动，如刨削时刀具的往复直线运动一、切削运动和工件表面,图1-􀰊1 几种常见加工方法的切削运动a)车外圆 b)钻孔 c)铣平面 d)磨外圆,一、切削运动和工件表面,2.进给运动 进给运动又称走刀运动，其动力由机床提供，可使刀具与工件之间产生附加的相对运动，是切削过程中使金属层不断地投入切削，从而加工出完整表面所需的运动进给运动的特点是消耗的功率比主运动小得多如图1⁃􀰊1所示，进给运动的形式可以是连续的运动，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动、钻孔时钻头沿轴向的直线运动等；也可以是间断运动，如刨削平面时工件的横向移动；或是两者的组合，如磨削工件外圆时砂轮横向间断的直线运动、工件的旋转运动及轴向（纵向）往复直线运动。

一、切削运动和工件表面,3.加工中的工件表面 切削过程中，工件上多余的材料不断地被刀具切除而转变为切屑工件在切削过程中形成了三个不断变化着的表面，如图1⁃1a所示 (1)已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面 (2)待加工表面 工件上有待切除切削层的表面 (3)过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面二、切削用量,图1-􀰊2 切削用量a)车削加工中的切削用量 b)铣削加工中的切削用量,二、切削用量,1.切削速度vc 切削加工时，切削刃上的选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，即单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移量，单位为m／min 2.进给量f 在主运动的一个循环内，刀具在进给方向上相对于工件的位移量称为进给量进给量可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达和度量，如图1⁃􀰊2a所示，单位为mm/r（如车削、镗削等）或mm/行程（如刨削、磨削等）二、切削用量,3.背吃刀量ap和侧吃刀量ae 背吃刀量ap是指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，其单位为mm外圆车削时，ap为,第二节 切削刀具及其选择,一、常用刀具的类型,1.按加工方法分类 (1)切刀 切刀包括车刀、刨刀、插刀、镗刀等，一般为只有一条主切削刃的单刃刀具。

(2)孔加工刀具 一种在实体材料上加工出孔或扩大原有孔孔径并提高孔质量的刀具，包括钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等 (3)拉刀 在工件上拉削出各种内、外几何表面的刀具，包括圆孔拉刀、平面拉刀、单键拉刀等 (4)铣刀 铣刀是一种应用非常广泛的在圆柱体表面或端面具有多齿、多刃的刀具，包括圆柱形铣刀、球头立铣刀、面铣刀、立铣刀、槽铣刀、锯片铣刀等 (5)螺纹刀具 用来加工内、外螺纹表面的刀具，包括丝锥、板牙、螺纹铣刀等一、常用刀具的类型,(6)齿轮刀具 用于加工齿轮、链轮、花键等齿形的刀具，如齿轮铣刀、齿轮滚刀、插齿刀、花键滚刀等 (7)磨具 用于表面磨削加工的刀具，包括砂轮、砂带、油石、抛光轮等 (8)数控机床刀具 刀具根据零件加工工艺要求配置，有预调装置、快速换刀装置和尺寸补偿系统 (9)特种加工刀具 用于特种加工的刀具和工具，如水刀、放电电极等一、常用刀具的类型,2.按切削刃数量分类 按切削刃数量，刀具可分为单刃刀具和多刃刀具 3.按工艺特点分类 (1)通用刀具 如车刀、刨刀、铣刀等 (2)定尺寸刀具 如钻头、扩孔钻、铰刀、拉刀等 (3)成形刀具 如成形车刀、花键拉刀等 4.按装配结构分类 按装配结构，刀具可分为整体式、装配式和复合式等。

二、刀具材料,1.刀具材料的使用性能 刀具材料是指刀具工作部分的材料要使刀具能在恶劣的条件下工作，且不致很快地变钝或损坏、保持正常的切削能力，刀具材料应具备表1⁃􀰊1所示的性能要求表1-􀰊1 刀具材料的性能要求,二、刀具材料,表1-􀰊1 刀具材料的性能要求,二、刀具材料,表1-􀰊2 常用高速工具钢的性能和用途,2.几种常用的刀具材料 刀具材料有很多种，目前最常用的是高速工具钢和硬质合金 (1)高速工具钢(High Speed Steel,HSS)高速工具钢是含有W(钨)、Mo(钼)、Cr(铬)、V(钒)等合金元素的合金工具钢二、刀具材料,表1-􀰊3 国产切削工具用硬质合金的牌号、性能和应用范围,(2)硬质合金(Cemented Carbide)硬质合金是由高硬度难熔的金属化合物(WC、TiC、TaC、NbC等)的微米数量级粉末与金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)烧结而成的粉末冶金制品二、刀具材料,表1-􀰊3 国产切削工具用硬质合金的牌号、性能和应用范围,二、刀具材料,3.其他刀具材料 (1)陶瓷(Ceramics)常用的陶瓷是以Al2O3和Si3N4为基体成分在高温下烧结而成的。

(2)涂层刀具材料 涂层刀具材料是在高速工具钢或硬质合金基体材料表面，采用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)的方法，涂覆一薄层(2～12μm)高耐磨性的难熔金属化合物后得到的刀具材料 (3)金刚石(Diamond)金刚石有天然金刚石(ND)和人造金刚石(PCD、CVD)两类 (4)聚晶立方氮化硼(PCBN)它是由立方氮化硼(Cubic Boron Nitride，CBN)与结合相在高温高压下烧结而成的三、刀具几何角度及其选择,1.刀具切削部分的组成要素 刀具种类繁多、结构各异，但其切削部分的几何形状和参数具有共性各种多齿刀具和复杂刀具都可以看成是外圆车刀的演变和组合下面以最简单、最典型的外圆车刀为例进行分析图1-􀰊3 普通外圆车刀的构造,三、刀具几何角度及其选择,(1)前刀面(Aγ)刀具上切屑流过的表面 (2)主后面(Aα)刀具上与过渡表面相对的表面 (3)副后面(A′α)刀具上与已加工表面相对的表面 (4)主切削刃(S)前刀面与主后面的交线 (5)副切削刃(S′)前刀面与副后面的交线 (6)刀尖 主切削刃与副切削刃连接处的一小部分切削刃图1-􀰊4 正交平面参考系,三、刀具几何角度及其选择,2.刀具角度的参考系 (1)基面 过主切削刃上的一点，垂直于切削速度方向的平面，用pr表示。

(2)主切削平面 过主切削刃上的一点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面，用ps表示 (3)正交平面 通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面，用po表示图1-􀰊5 车刀的基本角度,三、刀具几何角度及其选择,3.车刀的基本角度 车刀的基本角度如图1⁃􀰊5所示 (1)在正交平面内测量、标注的角度 (2)在基面内测量、标注的角度 (3)在主切削平面内测量、标注的角度 主切削刃与基面(pr)之间的夹角称为刃倾角，用λs表示图1-􀰊6 车刀的刃倾角,(4)在副正交平面内测量、标注的角度 参照主切削刃的研究方法，在副切削刃上同样可定义一副正交平面p′o三、刀具几何角度及其选择,4.刀具的工作角度 在切削过程中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，使得刀具的工作角度（即刀具的实际切削角度）不同于其在静止参考系中的角度 5.刀具几何角度的选择 刀具几何角度对切削过程中的金属变形、切削力、切削温度、工件的加工质量以及刀具的磨损都有明显影响选择合理的刀具几何角度，就是在保证工件加工质量和刀具寿命的前提下，达到提高生产率、降低生产成本的目的影响刀具合理几何角度选择的主要因素是工件材料、刀具材料及类型、切削用量、工艺系统刚度以及机床功率等。

三、刀具几何角度及其选择,(1)前角的选择 前角的大小影响着切削变形、切削力、切削温度、刀具寿命、加工表面质量和生产率，也影响着切削刃的锋利程度及强度 (2)后角的选择 后角的大小主要影响主后面与已加工表面之间的摩擦情况 (3)主、副偏角的选择 主偏角减小时刀尖角增大、刀尖强度提高、散热体积增大，同时参加切削的切削刃长度增加，可减少因切入冲击造成的刀尖损坏，从而可提高刀具的寿命，还可使已加工表面的表面粗糙度值减小 (4)刃倾角的选择 刃倾角的功用是控制切屑流出的方向，增加切削刃的锋利程度，延长切削刃参加工作的长度，保护刀尖，使切削过程平稳四、刀具失效及寿命,1.刀具失效 刀具在使用过程中丧失切削能力的现象称为刀具失效刀具失效对切削加工的质量和效率影响极大，应给予充分重视加工过程中，刀具失效是经常发生的，主要失效形式有刀具的破损和磨损两种 (1)刀具破损 刀具破损是由于刀具选择、使用不当及操作失误造成的，俗称打刀 (2)刀具磨损 刀具磨损属于正常失效形式，可以通过重磨修复，主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损三种形式四、刀具失效及寿命,图1-􀰊7 刀具的磨损,四、刀具失效及寿命,2.刀具磨损过程,图1-􀰊8 刀具磨损的典型曲线,四、刀具失效及寿命,(1)初期磨损阶段(图1-􀰊8中的OA段)此阶段刀具主后面磨损较快。

2)正常磨损阶段(图1-􀰊8中的AB段)此阶段磨损速度减慢、磨损量随时间的增加均匀增加，切削稳定，是刀具的有效工作阶段3)剧烈磨损阶段(图1-􀰊8中的BC段)刀具经过正常磨损阶段后已经变钝，如继续切削，温度将剧增，切削力将增大，刀具磨损将急剧增加 3.刀具寿命 所谓刀具寿命，是指从刀具刃磨开始切削后，一直到磨损量超过允许的范围所经过的总切削时间，用符号T表示，单位为min刀具寿命只为切削时间，不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间四、刀具失效及寿命,表1-􀰊4 常用刀具合理寿命参考值,第三节 金属切削过程,一、切屑的形成及种类,1.切屑的形成过程 金属的切削过程是被切削金属层在刀具切削刃和前刀面的挤压作用下而产生剪切、滑移变形的过程切削金属时，切削层金属受到刀具的挤压后开始产生弹性变形随着刀具的推进，应力、应变逐渐加大：当应力达到材料的屈服强度后材料产生塑性变形；当应力达到材料的抗拉强度时，金属层被挤裂而形成切屑实际上，由于加工材料的性能与切削条件等的不同，上述过程的三个阶段不一定会完全显示出来图1-􀰊9 切削过程中的三个变形区,一、切屑的形成及种类,2.切屑的种类 由于工件材料不同，切削条件不同，故切削过程中切屑的变形程度也不同。

根据切削过程中变形程度的不同，切屑可分为四种不同的形态，如图1⁃􀰊10所示图1-􀰊10 切屑的种类a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑,,一、切屑的形成及种类,(1)带状切屑 带状切屑如图1-􀰊10a所示2)挤裂切屑 挤裂切屑如图1-􀰊10b所示，又称节状切屑 (3)单元切屑 单元切屑如图1-􀰊10c所示4)崩碎切屑 崩碎切屑如图1-􀰊10d所示图1-􀰊11 积屑瘤,二、积屑瘤,1.积屑瘤的形成 切削过程中，切屑底面与前刀面间产生的挤压和剧烈摩擦，会使切屑底层金属的流动速度低于外层金属的流动速度，形成滞流层当滞流层金属与前刀面间的摩擦力超过切屑自身分子间的结合力时，一部分滞流层金属在温度和压力适当时就粘结在切削刃附近形成积屑瘤积屑瘤形成后不断增大，达到一定高度后受外力和振动作用而破裂脱落，被切屑或已加工表面带走，故极不稳定积屑瘤的形成、增大、脱落的过程在切削过程中周期性地不断出现二、积屑瘤,2.积屑瘤对切削加工的影响 1)增大前角 2)增大背吃刀量 3)增大已加工表面的表面粗糙度 4)影响刀具寿命二、积屑瘤,3.影响积屑瘤的主要因素及控制积屑瘤的措施 1)工件材料的塑性。

2)切削速度 3)进给量 4)刀具前角 5)前刀面的表面粗糙度 6)切削液图1-􀰊12 切削速度对积屑瘤的影响,三、切削力,1.切削力的产生和分解 切削力产生的直接原。