金属切削加工基本理论优秀PPT.ppt

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1、金属切削加工基本理论第一页，本课件共有67页第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论8.1.1 切削运动切削运动车削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，下面我们以普通外圆车车削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，下面我们以普通外圆车削为例来分析工件与刀具间的切削运动。削为例来分析工件与刀具间的切削运动。切削运动按其作用可分为切削运动按其作用可分为两种：主运动和进给运动。两种：主运动和进给运动。1）主运动：）主运动：由电机或手动提供的刀具由电机或手动提供的刀具与工件之间的相对运动。与工件之间的相对运动。一般来说，它是速度最高，消耗功一般来说，它是速度最高，消耗功率最大的运动。率最大的

2、运动。例如，外圆车削时工例如，外圆车削时工件的旋转运动、平面刨削时刀具的往件的旋转运动、平面刨削时刀具的往复运动以及钻床上钻复运动以及钻床上钻头和铣床上铣刀的回转运动等都是头和铣床上铣刀的回转运动等都是切削运动的主运动。切削运动的主运动。第二页，本课件共有67页第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论2）进给运动：进给运动：由机床或手动提供给刀具或工件的运动。由机床或手动提供给刀具或工件的运动。它配合主运它配合主运动形成连续的或不断的切除切屑，同时得出具有所需几何特性的已加动形成连续的或不断的切除切屑，同时得出具有所需几何特性的已加工表面。工表面。机床提供的进给运动即可以是连续的也可以

3、是间歇的，如车外圆时车刀的机床提供的进给运动即可以是连续的也可以是间歇的，如车外圆时车刀的纵向连续直线进给运动和刨平面时工件的间歇直线进给运动等。纵向连续直线进给运动和刨平面时工件的间歇直线进给运动等。无论哪种形式进给运动，其消耗功无论哪种形式进给运动，其消耗功率都比主运动所消耗的功率要小。率都比主运动所消耗的功率要小。）合成切削运动：）合成切削运动：当主运动和进当主运动和进给运动同时存在时，由主运动和进给运动同时存在时，由主运动和进给运动合成的运动称合成切削运动。给运动合成的运动称合成切削运动。第三页，本课件共有67页第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论由于切削刃上各点的运动情况

4、不一定相同，分析切削运动时，通常由于切削刃上各点的运动情况不一定相同，分析切削运动时，通常我们是在刀具切削刃上选定某一点来进行分析的。对于外圆车刀，我们是在刀具切削刃上选定某一点来进行分析的。对于外圆车刀，其刀刃上某一选定点的主运动速度其刀刃上某一选定点的主运动速度V和主运动方向、进给运动速度和主运动方向、进给运动速度Vf 和进给运动方向以及合成切削速度和进给运动方向以及合成切削速度Ve和和合成切削速度方向如图和和合成切削速度方向如图-中所示，中所示，其其合成切削速度合成切削速度 Ve 等于等于主运动速度主运动速度V和进给运动和进给运动速度速度 Vf 的矢量和的矢量和，即：，即：第四页，本课件

5、共有67页第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论8.1.2.工件上的加工表面工件上的加工表面在切削过程中，工件上存在三个变化着的表面，如图所示，即：待在切削过程中，工件上存在三个变化着的表面，如图所示，即：待加工表面、已加工表面和加工表面。加工表面、已加工表面和加工表面。1）待加工表面：待加工表面：切削加工时即将被切除的工件表面。切削加工时即将被切除的工件表面。2）已加工表面：已加工表面：切削加工切削加工后工件上形成的新表面。后工件上形成的新表面。3）加工表面：加工表面：切削加工时刀切削加工时刀刃正在切削加工着的表面，它刃正在切削加工着的表面，它是待加工表面和已加工表面之是待加工表面

6、和已加工表面之间的过渡表面。间的过渡表面。第五页，本课件共有67页第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.18.13 3 切削用量与切削层参数切削用量与切削层参数切削用量是指切削速度、进给量和切削深度。我们通常把切削速度、切削用量是指切削速度、进给量和切削深度。我们通常把切削速度、进给量和切削深度称之为切削用量三要素。进给量和切削深度称之为切削用量三要素。1）切削速度）切削速度V：它是切削加工时刀刃上选定点相对于工件主运动它是切削加工时刀刃上选定点相对于工件主运动的速度，其单位为的速度，其单位为m/s（米（米/秒）或秒）或m/min（米（米/分），其值可由下面公分），其值可由下面

7、公式计算：式计算：式中式中：d工件或刀具上某一点的回转直径（工件或刀具上某一点的回转直径（mm）；）；n主运动的转速（主运动的转速（r/s或或r/min）。）。第六页，本课件共有67页2）进给量进给量f：它是工件或刀具的主运动或每一行程时，刀具与工件在它是工件或刀具的主运动或每一行程时，刀具与工件在进给运动方向上二者之间的相对位移量，其单位为进给运动方向上二者之间的相对位移量，其单位为mm/r（毫米（毫米/转），转），也有用进给速度也有用进给速度Vf 来表示的，其单位为来表示的，其单位为mm/min。对于多刃刀具还可用。对于多刃刀具还可用每齿进给量每齿进给量a f 来表示，其单位为来表示，其单

8、位为mm/z（毫米（毫米/齿）。三者之间的换齿）。三者之间的换算关系可由下式给出，即：算关系可由下式给出，即：f：车到每转进给量（：车到每转进给量（mm/r）n：工件转速（：工件转速（r/s）第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论第七页，本课件共有67页 3）切削深度：切削深度：又叫背吃刀量，它是工件上已加工又叫背吃刀量，它是工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，用表面和待加工表面间的垂直距离，用a p表示，其表示，其单位为单位为mm。对于前图所示的外圆车削，其切削深度可由下对于前图所示的外圆车削，其切削深度可由下式计算：式计算：对于钻孔加工，其切削深度可由下式计算：对于钻孔加工

9、，其切削深度可由下式计算：d m 工件已加工表面的直径（工件已加工表面的直径（mm）；）；d w 工件待加工表面的直径（工件待加工表面的直径（mm）。）。第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论第八页，本课件共有67页第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2.2.切削层参数切削层参数切削层：切削层：切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具承切削层形状、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。为简化计算，切削层形状、受的负荷以及刀具的磨损。为简化计算，切削层形

10、状、尺寸规定在刀具基面中度量，即切削层公称横截面中度尺寸规定在刀具基面中度量，即切削层公称横截面中度量。量。切削层尺寸是指在刀具基面中度量的切削层长度与宽度，与切切削层尺寸是指在刀具基面中度量的切削层长度与宽度，与切削用来削用来ap、f大小有关。大小有关。切削层的参数有：切削层的参数有：切削厚度切削厚度 hD、切削宽度切削宽度bD、切削面积切削面积AD。第九页，本课件共有67页1、切削层公称横截面积切削层公称横截面积AD：在切削层尺寸平面里度量的横截：在切削层尺寸平面里度量的横截面积。面积。ADhDbD2、切削工称厚度、切削工称厚度hD：在垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。：在垂直于过渡表面度量

11、的切削层尺寸。hDfsinkr3、切削宽度切削宽度bD：平行于过渡平面度量的切削层尺寸。：平行于过渡平面度量的切削层尺寸。bDap/sinkr第十页，本课件共有67页8.2 切削刀具切削刀具8.2.1 刀具材料刀具材料刀具材料一般是指刀具材料一般是指切削部分切削部分的材料。刀具切削部分承受较大的（的材料。刀具切削部分承受较大的（1）切削）切削压力（压力（2）切削温度（）切削温度（3）剧烈摩擦（）剧烈摩擦（4）冲击振动，）冲击振动，因此刀具材料应具备以下性能：因此刀具材料应具备以下性能：1、高高硬硬度度：刀刀具具材材料料硬硬度度要要高高于于被被加加工工材材料料的的硬硬度度，切切削削刃刃的的硬硬度

12、度一一般般在在HRC60以上。以上。2、高高耐耐磨磨性性：指指抗抗磨磨损损能能力力，硬硬度度越越高高，耐耐磨磨性性越越好好，但但抗抗冲冲击击韧韧性性相相对对降降低低。所所以，刀具材料应在保持足够的强度和韧性的条件下，尽可能有高的硬度与耐磨性。以，刀具材料应在保持足够的强度和韧性的条件下，尽可能有高的硬度与耐磨性。3、足足够够的的强强度度与与韧韧性性：抗抗冲冲击击，承承受受各各种种应应力力而而不不崩崩刃刃、折折断断。与与硬硬度度、耐耐磨磨性相矛盾。性相矛盾。4、高高的的耐耐热热性性：指指在在高高温温下下仍仍能能维维持持刀刀具具切切削削性性的的一一种种特特性性，通通常常用用高高温温硬硬度度值来衡量

13、，也可用刀具切削时允许的耐热温度值来衡量。值来衡量，也可用刀具切削时允许的耐热温度值来衡量。耐热性越好的材料允许的切削速度就耐热性越好的材料允许的切削速度就越高。越高。第十一页，本课件共有67页2、常用刀具材料、常用刀具材料刀具材料类型：刀具材料类型：工具钢（高速钢）工具钢（高速钢）硬质合金硬质合金 陶瓷陶瓷 超硬材料超硬材料最常用最常用工具钢工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能好，故广泛用于好，故广泛用于中、低切削的成形刀具中、低切削的成形刀具，不宜高速切削。，不宜高速切削。第十二页，本课件共有67页3)3)高速钢高速钢高速钢

14、是加入了高速钢是加入了钨钨(W)、钼、钼(Mo)、铬、铬(Cr)、钒、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的碳化等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的2323倍，为倍，为陶瓷的陶瓷的5656倍）、硬度（倍）、硬度（6270HRC6270HRC）、耐热性）、耐热性（600700C600700C）、韧性、耐磨性和工艺性均较好，）、韧性、耐磨性和工艺性均较好，

15、刃磨锋利，故又称刃磨锋利，故又称“锋钢锋钢”，适合于大部分常用适合于大部分常用材料的切削加工。材料的切削加工。第十三页，本课件共有67页4)硬质合金硬质合金由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相）和金属（粘结相）由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相）和金属（粘结相）通过粉末冶金工艺制成的。通过粉末冶金工艺制成的。常用的碳化物常用的碳化物由由WC、TiC、TaC、NbC等。等。常用的粘结济常用的粘结济是是Co，碳化钛基的粘结济是，碳化钛基的粘结济是Mo、Ni。硬质合金硬质合金耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧性不耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧性不及工具钢，焊接刃磨工艺性也比工具钢差，多用于制作及工

16、具钢，焊接刃磨工艺性也比工具钢差，多用于制作车刀、铣刀及各种高速切削刀具车刀、铣刀及各种高速切削刀具。将硬质合金分为将硬质合金分为将硬质合金分为将硬质合金分为、和、和三大类，该三大类硬质合三大类，该三大类硬质合三大类，该三大类硬质合三大类，该三大类硬质合金的主要成份都是金的主要成份都是金的主要成份都是金的主要成份都是WCWC，故又统称为，故又统称为，故又统称为，故又统称为WCWC基硬质合金。基硬质合金。基硬质合金。基硬质合金。第十四页，本课件共有67页5)陶瓷刀具陶瓷刀具陶瓷材料刀具是以氧化铝（陶瓷材料刀具是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（）或以氮化硅（Si3N4）为基体再添加少量）为基体再

17、添加少量金属，在高温下烧结而成的。金属，在高温下烧结而成的。陶瓷刀具材料具有很高的陶瓷刀具材料具有很高的硬度、高温硬度、耐磨性和化学稳定性以及低磨擦系数硬度、高温硬度、耐磨性和化学稳定性以及低磨擦系数和低廉价格和低廉价格。硬度达。硬度达，高于硬质合金刀具材料，在，高于硬质合金刀具材料，在时时仍能保持仍能保持，而耐磨性则一般为硬质合金材料的，而耐磨性则一般为硬质合金材料的倍倍。因此因此，在正常使用情况下，陶瓷材料刀具的寿命远高于硬质合金材料刀具，加工钢时，在正常使用情况下，陶瓷材料刀具的寿命远高于硬质合金材料刀具，加工钢时，寿命可高达硬质合金的寿命可高达硬质合金的十倍十倍以上。以上。陶瓷刀具材料

18、由于陶瓷刀具材料由于强度低强度低、韧性差、抗热振能力差、刀具刃口易破损韧性差、抗热振能力差、刀具刃口易破损而应用范围极而应用范围极其有限，仅用于其有限，仅用于精加工精加工。近年来通过大量的研究、改进和采用新的制作工艺，陶瓷材料的抗近年来通过大量的研究、改进和采用新的制作工艺，陶瓷材料的抗弯强度和韧弯强度和韧性均有了很大的提高性均有了很大的提高。陶瓷刀具也由连续切削扩大到了断续切削领域。陶瓷刀具也由连续切削扩大到了断续切削领域。目前陶瓷刀具已由原来的目前陶瓷刀具已由原来的车刀车刀扩大到了扩大到了滚刀、铣刀、钻头、铰刀和其它刀具滚刀、铣刀、钻头、铰刀和其它刀具等领域。等领域。陶瓷刀具可以用来切削各

19、种陶瓷刀具可以用来切削各种铸铁铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、硬铸铁、高强度铸铁等）（灰铸铁、球墨铸铁、硬铸铁、高强度铸铁等）和各种和各种钢料钢料（如调质钢、合金钢、高强度钢、（如调质钢、合金钢、高强度钢、HRC60的淬硬钢、耐热钢的淬硬钢、耐热钢及某些耐热合金），也可用于加工及某些耐热合金），也可用于加工有色金属有色金属（铜、铝等）和（铜、铝等）和非金属材料非金属材料（耐（耐磨石墨、硬橡皮、塑料、特殊尼龙、聚氯乙烯和树脂等）。磨石墨、硬橡皮、塑料、特殊尼龙、聚氯乙烯和树脂等）。第十五页，本课件共有67页6）超硬刀具材料）超硬刀具材料超硬刀具材料有超硬刀具材料有金刚石金刚石和和立方氮化硼立方氮化硼。金

20、刚石可分。金刚石可分天然和人造天然和人造两种，其两种，其代号分别用代号分别用JT和和JR表示，都是碳的同素异形体。表示，都是碳的同素异形体。天然金刚石天然金刚石大多属于大多属于单晶金刚石单晶金刚石，单晶天然金刚石具有，单晶天然金刚石具有各各向异性向异性（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很大，（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很大，可在可在100500倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨方向），倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨方向），选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半径磨到最小，选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半径磨到最小，刀具极为锋利，刀具极为锋利，可用于可用于有色金属及非金属的超精密

21、加工。有色金属及非金属的超精密加工。天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。第十六页，本课件共有67页立方氮化硼（立方氮化硼（简称）的合成类似人造金刚石的合成方简称）的合成类似人造金刚石的合成方法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方氮化硼转变成立法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方氮化硼转变成立方氮化硼。方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达80009000HV，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材料，其，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材料，其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石，可耐热稳定性和化学惰性大大优于金

22、刚石，可耐的高温，在的高温，在12001300也不易与铁系材料发生化也不易与铁系材料发生化学反应，其学反应，其导热率导热率也大大高于高速钢及硬质合金（低于金也大大高于高速钢及硬质合金（低于金刚石），非常刚石），非常适合于适合于各种高强度、高硬度淬硬钢和高温合金各种高强度、高硬度淬硬钢和高温合金的精加工，其寿命可达硬质合金或陶瓷的几十倍甚至上百倍。的精加工，其寿命可达硬质合金或陶瓷的几十倍甚至上百倍。但立方氮化硼的强度、韧性低，不适于粗加工。但立方氮化硼的强度、韧性低，不适于粗加工。第十七页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度1）前刀面：）前刀面：指

23、刀具上切屑流过的表面。指刀具上切屑流过的表面。2）主后刀面：）主后刀面：指刀具上与工件上的加工表面相对的刀具表面。指刀具上与工件上的加工表面相对的刀具表面。3）副后刀面：）副后刀面：刀具上与工件上的已加工表面相对的刀具表面。刀具上与工件上的已加工表面相对的刀具表面。4）主切削刃：）主切削刃：指前刀面与主后刀面相交得到的刃边。主切削刃是前指前刀面与主后刀面相交得到的刃边。主切削刃是前刀面上直接进行切削的锋刃，它完成主要的金属切除工作。刀面上直接进行切削的锋刃，它完成主要的金属切除工作。第十八页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度5）副切削刃：）副切削

24、刃：指前刀面与副指前刀面与副后刀面相交得到的刃边。副切后刀面相交得到的刃边。副切削刃是协同主切削刃完成金属削刃是协同主切削刃完成金属的切除工作，以最终形成工件的切除工作，以最终形成工件的已加工表面的。的已加工表面的。6）刀尖：）刀尖：又称过渡刃又称过渡刃，它是，它是指主切削刃与副切削刃连接指主切削刃与副切削刃连接处的一小段刃形，它处的一小段刃形，它可以是可以是圆弧，也可以是直线。圆弧，也可以是直线。第十九页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度2 刀具标注角度的参考系和刀具的标注角度刀具标注角度的参考系和刀具的标注角度 刀具要切下金属就必须具备一定的

25、切削角度。由于大多数刀具切削部刀具要切下金属就必须具备一定的切削角度。由于大多数刀具切削部分的几何参数的形状和空间位置较为复杂，因此，要确定刀具切削部分的几何参数的形状和空间位置较为复杂，因此，要确定刀具切削部分的几何角度就必须首先建立刀具角度的参考系。分的几何角度就必须首先建立刀具角度的参考系。用于确定刀具几何角度的参考系有两大类：用于确定刀具几何角度的参考系有两大类：刀具标注角度的参考刀具标注角度的参考系和刀具工作角度的参考系。系和刀具工作角度的参考系。刀具标注角度的参考系又称静参考系刀具标注角度的参考系又称静参考系，它是在假定没有进给运动和假，它是在假定没有进给运动和假定刀具的安装条件（

26、就是假定装刀时刀尖在工件的中心线上、刀的轴定刀具的安装条件（就是假定装刀时刀尖在工件的中心线上、刀的轴线垂直工件的轴线、刀安装时的定位面与制造、刃磨和测量时一致）线垂直工件的轴线、刀安装时的定位面与制造、刃磨和测量时一致）下用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数的参考系。下用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数的参考系。第二十页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度在刀具标注角度参考系内确定的刀具角度称为刀具的标注角度或静止角度，在刀具标注角度参考系内确定的刀具角度称为刀具的标注角度或静止角度，刀具设计刀具设计图纸上所标注的角

27、度就是刀具的标注角度图纸上所标注的角度就是刀具的标注角度。1、刀具标注角度的参考系、刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系主要由下列各平面构成刀具标注角度的参考系主要由下列各平面构成第二十一页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度）基面）基面r：通过切削刃上某选定点，垂直于该点合成切削速度向量通过切削刃上某选定点，垂直于该点合成切削速度向量（VeV，假定无进给，即进给速度，假定无进给，即进给速度V f 0）的平面。）的平面。通常，基面平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装或通常，基面平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装或定位的

28、平面或轴线。定位的平面或轴线。第二十二页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度例如，对于车刀和刨刀，其例如，对于车刀和刨刀，其基面就是过刀刃上某选定点与刀具底面平行基面就是过刀刃上某选定点与刀具底面平行的平面。的平面。对于钻头、铣刀等旋转类刀具，对于钻头、铣刀等旋转类刀具，其基面就是过刀刃上某选定点并通其基面就是过刀刃上某选定点并通过刀具轴线的平面。因为旋转类刀具其切削刃上各点的旋转运动（即过刀具轴线的平面。因为旋转类刀具其切削刃上各点的旋转运动（即合成切削运动）方向都垂直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，合成切削运动）方向都垂直于通过该点并包含刀

29、具旋转轴线的平面，故故其基面就是刀刃选定点上过刀具轴线的剖面。其基面就是刀刃选定点上过刀具轴线的剖面。第二十三页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度）切削平面）切削平面s：通过切削刃上某选定点，与切削刃（或加工表面）通过切削刃上某选定点，与切削刃（或加工表面）相切并垂直于基面的平面。该平面也是包含选定点处合成切削运动向相切并垂直于基面的平面。该平面也是包含选定点处合成切削运动向量的平面。量的平面。第二十四页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度）正交平面）正交平面：通过切削刃上某选定点，同时垂直基面和切削

30、通过切削刃上某选定点，同时垂直基面和切削平面的平面，也就是垂直于切削刃在基面上的投影的平面。平面的平面，也就是垂直于切削刃在基面上的投影的平面。）法剖面）法剖面n：通过切削刃上某选定点垂直于切削刃的平面。通过切削刃上某选定点垂直于切削刃的平面。第二十五页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度）假定进给剖面）假定进给剖面f：通过切削刃上选定点，平行于假定进给运通过切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向动方向V f 并垂直于基面并垂直于基面Pr的平面。通常，它平行或垂直于刀具上便的平面。通常，它平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴

31、线。于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。）假定切深剖面（背平面）假定切深剖面（背平面）P：通过切削刃上选定点，同时垂直于通过切削刃上选定点，同时垂直于基面基面Pr与与Pf 的平面。的平面。第二十六页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度刀具标注角度的参考系对刀刃上同一选定点来说可以有三种，即：刀具标注角度的参考系对刀刃上同一选定点来说可以有三种，即：主主剖面参考系（又称正交平面参考系）、法剖面参考系和假定进给与剖面参考系（又称正交平面参考系）、法剖面参考系和假定进给与切深剖面参考系。切深剖面参考系。它们的选用与生产中实际采用的刀具角度刃磨方它

32、们的选用与生产中实际采用的刀具角度刃磨方式、检测和夹具的结构及调整方式有关。式、检测和夹具的结构及调整方式有关。第二十七页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度主剖面参考系：主剖面参考系：由基面、切削平面和主剖面构成，如图。由基面、切削平面和主剖面构成，如图。法剖面参考系法剖面参考系：由基面、切削平面和法剖面构成，如图。：由基面、切削平面和法剖面构成，如图。假定进给与切深剖面参考系：假定进给与切深剖面参考系：由基面、假定进给剖面和假定切深剖由基面、假定进给剖面和假定切深剖面构成，如图面构成，如图c所示。所示。第二十八页，本课件共有67页8.2.2 8

33、.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度2、刀具的标注角度、刀具的标注角度刀具的标注角度：刀具的标注角度：指在刀具标注角度参考系中刀具工作图纸上用于指在刀具标注角度参考系中刀具工作图纸上用于刀具的制造、刃磨和测量所需要标出的角度。刀具的制造、刃磨和测量所需要标出的角度。在刀具标注角度的参考系中，刀具工作图纸上要求标注的基本角度有：在刀具标注角度的参考系中，刀具工作图纸上要求标注的基本角度有：前角（前角（0、n、f、p）、后角（）、后角（0、n、f、p）、副后角）、副后角0、刃、刃倾角倾角s、主偏角、主偏角r和副偏角和副偏角r。有时根据实际的需要，还可再标出楔有时根据实际的需要，还可再

34、标出楔角角0和刀尖角和刀尖角r。下面我们对这些刀具的标注角度定义如下：下面我们对这些刀具的标注角度定义如下：第二十九页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度前角（前角（0、n、f、p、i）：）：在主在主切削刃选定点的某剖面内前刀面与切削刃选定点的某剖面内前刀面与基面的夹角。基面的夹角。某剖面某剖面可以是主剖可以是主剖面、法剖面、假定进给剖面、假面、法剖面、假定进给剖面、假定切深剖面或任意剖面之一。定切深剖面或任意剖面之一。在主剖面、法剖面、假定进给剖在主剖面、法剖面、假定进给剖面面、假定切深剖面和任意剖面内测、假定切深剖面和任意剖面内测量量的前角符号

35、分别用的前角符号分别用0、n、f、p、i 表示。表示。第三十页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度后角（后角（0、n、f、p、i）：）：在主切削刃选定点的在主切削刃选定点的某剖面内后刀面与切削平某剖面内后刀面与切削平面的夹角。面的夹角。在主剖面、法剖面、假定在主剖面、法剖面、假定进给剖面、假定切深剖面进给剖面、假定切深剖面和任意剖面内和任意剖面内测量的后角符号分别用测量的后角符号分别用0、n、f、p、i 表示。表示。第三十一页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度副后角副后角0：与后角与后角0的定义相似，

36、是在副切削刃选定点的副主剖面内副的定义相似，是在副切削刃选定点的副主剖面内副后刀面与副切削平面的夹角。后刀面与副切削平面的夹角。刃倾角刃倾角s：在切削平面内主切削刃与基面的夹角。在切削平面内主切削刃与基面的夹角。主偏角主偏角r：在基面内主切削刃的投影与假定进给剖面的夹角。在基面内主切削刃的投影与假定进给剖面的夹角。副偏角副偏角r：基面内副切削刃的投影与假定进给剖面的夹角。：基面内副切削刃的投影与假定进给剖面的夹角。第三十二页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度楔角楔角0：在主切削刃选定点的主剖面内前刀面与后刀面的夹角，即：在主切削刃选定点的主剖面内

37、前刀面与后刀面的夹角，即：090（00）。）。刀尖角刀尖角r：在基面内主切削刃和副切削刃的夹角，即：在基面内主切削刃和副切削刃的夹角，即：r180（rr）。）。第三十三页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度 图图1-5 车刀主剖面参考系中标注角度车刀主剖面参考系中标注角度 图图1-6 车刀法剖面参考系中标注角度车刀法剖面参考系中标注角度 刀具在主剖面、法剖面、假定进给与假定切深剖面参考系中要标注刀具在主剖面、法剖面、假定进给与假定切深剖面参考系中要标注的角度如图的角度如图1-5所示。所示。第三十四页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几

38、何形状及角度刀具的几何形状及角度图图17 车刀假定进给、假定切深剖面参考系中的标注角度车刀假定进给、假定切深剖面参考系中的标注角度 刀具在假定进给与切深剖面参考系中要标注的角度如图所示。刀具在假定进给与切深剖面参考系中要标注的角度如图所示。第三十五页，本课件共有67页8.2.2 8.2.2 刀具的几何形状及角度刀具的几何形状及角度刀具工作角度的参考系和刀具的工作角度刀具工作角度的参考系和刀具的工作角度刀具工作角度的参考系是衡量刀具在工作状态下几何角度的参考系。刀具工作角度的参考系是衡量刀具在工作状态下几何角度的参考系。该参考系考虑了包括进给运动在内的合成切削运动和刀具的实际安装情况。该参考系考

39、虑了包括进给运动在内的合成切削运动和刀具的实际安装情况。刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系是在假定运动条件下（只考虑主运动而不考虑实际是在假定运动条件下（只考虑主运动而不考虑实际进给运动）而刀具又按特定条件安装情况下确定的。这样的参考系所确定进给运动）而刀具又按特定条件安装情况下确定的。这样的参考系所确定的刀具角度不能确切反映切削的真实情况。的刀具角度不能确切反映切削的真实情况。刀具在只有考虑包括进给运动在内的合成切削运动刀具在只有考虑包括进给运动在内的合成切削运动e和刀具的实际安和刀具的实际安装情况来确定的参考系，即刀具工作角度的参考系才符合切削加工的装情况来确定的参考系，即刀具工作角度的

40、参考系才符合切削加工的实际。实际。第三十六页，本课件共有67页8.2.3 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命一、刀具磨损：一、刀具磨损：刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损。刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损。（一）刀具磨损形式（一）刀具磨损形式1、正常磨损：、正常磨损：是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，在切削过程中逐渐产生的磨损。的情况下，在切削过程中逐渐产生的磨损。第三十七页，本课件共有67页正常磨损主要有正常磨损主要有：前刀面磨损（用月牙洼深度前刀面磨损（用月牙洼深度KT或宽度或宽度KB表示）；后刀面磨损（用表示）；后刀

41、面磨损（用VB表示）；前、后刀面同时表示）；前、后刀面同时磨损磨损2、非正常磨损：、非正常磨损：是切削过程中突然或过早产生的损坏现象，是切削过程中突然或过早产生的损坏现象，如脆性破损（崩刃、碎裂、剥落等）、卷刃等。如脆性破损（崩刃、碎裂、剥落等）、卷刃等。第三十八页，本课件共有67页（二）磨损过程和磨钝标准（二）磨损过程和磨钝标准刀具破损原因：刀具破损原因：冲击以及受热内应力作用。冲击以及受热内应力作用。1、磨损过程曲线：、磨损过程曲线：刀具磨损过刀具磨损过程可以分为三个阶段：初期磨程可以分为三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。磨损阶段。第三十九页，本

42、课件共有67页2、磨钝标准：、磨钝标准：刀具磨损到一定程度会导刀具磨损到一定程度会导致加工尺寸精度和表面质量下降，并增致加工尺寸精度和表面质量下降，并增加刀具消耗和加工成本。那么，刀具要加刀具消耗和加工成本。那么，刀具要磨损到什么程度才不能使用呢？这需要磨损到什么程度才不能使用呢？这需要制定一个刀具的磨钝限度，刀具的这个制定一个刀具的磨钝限度，刀具的这个磨损限度我们就称之为刀具的磨钝标准。磨损限度我们就称之为刀具的磨钝标准。第四十页，本课件共有67页二、刀具寿命二、刀具寿命（一）刀具寿命概念（一）刀具寿命概念刀具寿命：刀具寿命：指新刀或刃磨后的新刀刃从开始切削一直到磨损量指新刀或刃磨后的新刀刃

43、从开始切削一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经历的总的切削时间。达到刀具磨钝标准所经历的总的切削时间。刀具寿命可以衡量不同刀具材料的切削性能、不同工件材料的切削刀具寿命可以衡量不同刀具材料的切削性能、不同工件材料的切削加工性以及不同刀具几何参数的优劣合理性等。加工性以及不同刀具几何参数的优劣合理性等。（二）影响刀具寿命的因素：（二）影响刀具寿命的因素：切削温度直接决定刀具的寿命。影响刀具寿切削温度直接决定刀具的寿命。影响刀具寿命的因素很多，其中工件材料、刀具材料的性能对刀具寿命的影响最大。命的因素很多，其中工件材料、刀具材料的性能对刀具寿命的影响最大。第四十一页，本课件共有67页8.3.1 切削过

44、程中的物理现象切削过程中的物理现象金属切削过程是指金属切削过程是指：通过切削运动，由刀具从工件上切下多：通过切削运动，由刀具从工件上切下多余的金属层而形成切屑和已加工表面的过程。余的金属层而形成切屑和已加工表面的过程。在这过程中会产生在这过程中会产生切削变形、形成切屑切削变形、形成切屑，产生，产生切削力切削力、切削热切削热与与切削温度切削温度、刀具磨损刀具磨损等诸多现象。等诸多现象。金属切削加工中各种物理现象，如切削力、切削热、刀金属切削加工中各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及已加工表面质量等，都是以具磨损以及已加工表面质量等，都是以切屑形成过程为基切屑形成过程为基础础的，而生产实践

45、中出现的许多问题，如鳞刺、积屑的，而生产实践中出现的许多问题，如鳞刺、积屑瘤、振动、卷屑与断屑等，都同切削变形过程有关。瘤、振动、卷屑与断屑等，都同切削变形过程有关。第四十二页，本课件共有67页一、切削变形区一、切削变形区1、第、第I变形区变形区从从OA线开始发生塑性变形，到线开始发生塑性变形，到0M线金属晶线金属晶粒的剪切滑移基本完成，这一区域称为粒的剪切滑移基本完成，这一区域称为第一第一变形区变形区。第第I变形区的变形过程及特点变形区的变形过程及特点：当切当切削层中金属某点削层中金属某点P P向切削刃逼近，到达向切削刃逼近，到达1 1点时，此时其切应力达到屈服强度，点点时，此时其切应力达到

46、屈服强度，点1 1在向前移动的同时，也沿在向前移动的同时，也沿OAOA滑移，其合滑移，其合成运动将使点成运动将使点1 1流动导点流动导点2 2。2-22-2为其滑为其滑移量。直到点移量。直到点4 4位置，此时其流动方向与位置，此时其流动方向与前刀面平行，不再沿前刀面平行，不再沿OMOM线滑移。所以线滑移。所以OMOM叫叫终滑移线终滑移线、OAOA叫叫始滑移线始滑移线。第四十三页，本课件共有67页切屑的形成是在极短的时间内完成的。因此，第一变形区是个很窄的区域，仅为切屑的形成是在极短的时间内完成的。因此，第一变形区是个很窄的区域，仅为0.20.02mm，所以，可用一个面，所以，可用一个面psh来

47、表示，称来表示，称滑移面滑移面。滑移面与切削速度方向间的夹角滑移面与切削速度方向间的夹角称称剪切角剪切角；滑移面与作用力方向夹角为；滑移面与作用力方向夹角为45度；度；滑移面与晶格变形伸长方向夹角为滑移面与晶格变形伸长方向夹角为，亦是与晶格纤维化方向。，亦是与晶格纤维化方向。第四十四页，本课件共有67页2、第、第II变形区变形区刀具前面接触的切屑底刀具前面接触的切屑底层内产生塑性变形的区层内产生塑性变形的区域。域。切屑在刀具前面上流出时，切屑在刀具前面上流出时，进一步受到前面的进一步受到前面的挤压挤压和和摩擦摩擦，使贴近前面厚度，使贴近前面厚度为为hch的金属纤维化，的金属纤维化，几乎与前刀面

48、平行，这几乎与前刀面平行，这部分叫做部分叫做第第II变形区变形区。第四十五页，本课件共有67页3、第、第III变形区变形区指在已加工表面层内近切削刃附近的变形区域。指在已加工表面层内近切削刃附近的变形区域。在已加工表面的在已加工表面的h层内，受到切削刃钝圆弧的层内，受到切削刃钝圆弧的挤压挤压和和摩擦摩擦作用，使变形加剧，在该作用，使变形加剧，在该层内引起晶粒伸长和晶粒纤维化、扭曲、甚至破碎，致使已加工表面层产生硬化。层内引起晶粒伸长和晶粒纤维化、扭曲、甚至破碎，致使已加工表面层产生硬化。第四十六页，本课件共有67页二、切屑类型二、切屑类型由于工件材料不同，切削条件不同，切削变形的程度也就不同，

49、由于工件材料不同，切削条件不同，切削变形的程度也就不同，因而所产生的切屑形态也就多种多样。归纳起来，可分为以下四因而所产生的切屑形态也就多种多样。归纳起来，可分为以下四种类型种类型：1、带状切屑：、带状切屑：外形呈延绵不断的带状，并沿刀具前面流出。外形呈延绵不断的带状，并沿刀具前面流出。2、节状切屑：、节状切屑：切削层在塑性变形过程中，剪切面上局部位置处切应力达到材料切削层在塑性变形过程中，剪切面上局部位置处切应力达到材料强度极限而产生局部断裂，使切屑顶面开裂形成节状。强度极限而产生局部断裂，使切屑顶面开裂形成节状。3、粒状切屑：、粒状切屑：在剪切面上产生的切应力超过材料强度极限，形成的切屑被

50、剪切断裂在剪切面上产生的切应力超过材料强度极限，形成的切屑被剪切断裂成颗粒状。成颗粒状。4、崩碎切屑：、崩碎切屑：属于脆性材料的切屑。切屑未形成塑性变形，在材料组织中的属于脆性材料的切屑。切屑未形成塑性变形，在材料组织中的石墨与铁素体之间疏松界面上产生不规则断裂，形成崩碎切屑。石墨与铁素体之间疏松界面上产生不规则断裂，形成崩碎切屑。第四十七页，本课件共有67页8.3.2 积屑瘤积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢材料或其它在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢材料或其它塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面有时呈塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面