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1、机械制造工程学机械制造工程学Machine Manufacturing Engineering机机 械械 制制 造造 工工 程程 学学20222022年年1010月月3030日日机械制造工程学机械制造工程学第一章第一章 金属切削加工的基础学问金属切削加工的基础学问第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素其次节其次节 刀具的几何角度和结构刀具的几何角度和结构第三节第三节 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式 第四节第四节 刀具材料刀具材料机械制造工程学机械制造工程学第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素一、零件的种类及组成一、零件的种类及组成机械制造工程学机械制造工程学
2、第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素一、零件的种类及组成一、零件的种类及组成平面平面机械制造工程学机械制造工程学第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素一、零件的种类及组成一、零件的种类及组成圆柱面圆柱面机械制造工程学机械制造工程学第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素一、零件的种类及组成一、零件的种类及组成完成切削加工必需具备的两个条件：完成切削加工必需具备的两个条件：切削刀具与工件之间必需有确定的相切削刀具与工件之间必需有确定的相对运动对运动机床供应；机床供应；切削刃有确定的形态切削刃有确定的形态刀具保证。刀具保证。机械制造工程学机械制造工程学二、切削运
3、动分析二、切削运动分析切削运动切削运动直线运动直线运动旋转运动旋转运动简洁成形运动简洁成形运动直线运动直线运动旋转运动旋转运动复合成形运动复合成形运动机械制造工程学机械制造工程学1.1.主运动：干脆切除工件上的切削层，使之变为切屑，以形成工主运动：干脆切除工件上的切削层，使之变为切屑，以形成工件新表面的运动。通常用切削速度件新表面的运动。通常用切削速度 Vc(m/s Vc(m/s、m/min)m/min)表示。表示。特点：速度高、功耗大、只能有一个。特点：速度高、功耗大、只能有一个。2.2.进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用V Vf f
4、、f f或或 fz fz 表示，表示，单单位分位分别为别为mm/smm/s、mm/rmm/r、mm/zmm/z。特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、也可有多个。特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、也可有多个。3.3.合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用VeVe表示。表示。二、切削运动分析二、切削运动分析机械制造工程学机械制造工程学二、切削运动分析二、切削运动分析机械制造工程学机械制造工程学三、切削用量三要素三、切削用量三要素机械制造工程学机械制造工程学1.切削速度切削速度：(Vc)2.进给量：进给量：(f)3.背吃刀量：背吃刀量：(ap)
5、“切切削削刃刃选选定定点点相相对对与与工工件件主主运运动动的的瞬瞬时时速速度度”。通常以最大线速度为准。通常以最大线速度为准。主运动是旋转运动时：主运动是旋转运动时：主运动是直线运动时：主运动是直线运动时：三、切削用量三要素三、切削用量三要素切削速度切削速度机械制造工程学机械制造工程学1.切削速度切削速度：(Vc)2.进给量：进给量：(f)3.背吃刀量：背吃刀量：(ap)“工工件件或或刀刀具具每每转转一一转转时时，两两者者沿沿进进给方向的相对位移给方向的相对位移”。vf(mm/s),f(mm/r),fz(mm/z)三、切削用量三要素三、切削用量三要素进给量进给量机械制造工程学机械制造工程学1.
6、切削速度切削速度：(Vc)2.进给量：进给量：(f)3.背吃刀量：背吃刀量：(ap)“工工件件上上已已加加工工表表面面和和待待加加工工表表面面之之间间的的垂垂直直距距离离”。对于外圆车削：对于外圆车削：三、切削用量三要素三、切削用量三要素背吃刀量背吃刀量机械制造工程学机械制造工程学其次节其次节 刀具的几何角度和结构刀具的几何角度和结构一、刀具切削部分的结构要素一、刀具切削部分的结构要素机械制造工程学机械制造工程学归结起来：归结起来：“三面两刃一尖三面两刃一尖”前刀面前刀面Ar后刀面后刀面A副后刀面副后刀面A交线交线交线交线主切削刃主切削刃s副切削刃副切削刃s刀尖刀尖连接部分连接部分其次节其次节
7、 刀具的几何角度和结构刀具的几何角度和结构机械制造工程学机械制造工程学二、刀具标注角度参考系二、刀具标注角度参考系前提条件：前提条件：不考虑进给运动；不考虑进给运动；车刀刀尖与工件中心等高；车刀刀尖与工件中心等高；刀杆中心线与进给方向垂直；刀杆中心线与进给方向垂直；刀具的安装面与基面刀具的安装面与基面PrPr平行。平行。归纳为假定工作条件：归纳为假定工作条件：假定运动条件和假定安装条件。假定运动条件和假定安装条件。刀具标注角度参考系是用于设计、制造、刀具标注角度参考系是用于设计、制造、刃磨和测量刀具几何角度的参考系。刃磨和测量刀具几何角度的参考系。机械制造工程学机械制造工程学正交平面参考系：正
8、交平面参考系：1.基面基面Pr：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点垂垂直直于于主主运运动动方方向向的的平面平面”机械制造工程学机械制造工程学2.切削平面切削平面Ps：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，与与切切削削刃刃相相切切并并垂垂直于基面的平面直于基面的平面”。正交平面参考系：正交平面参考系：机械制造工程学机械制造工程学3.正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）Po：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，并并同同时时垂垂直直于于基基面面和和切切削削平平面的平面面的平面”。正交平面参考系：正交平面参考系：机械制造工程学机械制造工程学法平面参考系：法平面参考系：法平面法平面
9、Pn:“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，并并垂垂直于切削刃的平面直于切削刃的平面”。机械制造工程学机械制造工程学假假定定工工作作平平面面（进进给给剖剖面面）Pf：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，平平行行于于进进给给方方向向并并垂垂直直于于基基面的平面面的平面”假定工作平面、背平面参考系：假定工作平面、背平面参考系：机械制造工程学机械制造工程学假定工作平面、背平面参考系：假定工作平面、背平面参考系：背平面（切深剖面）背平面（切深剖面）Pp:“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，同同时时垂垂直直于于基基面面和和假假定定工工作作平平面的平面面的平面”。机械制造工程学机械制
10、造工程学在基面内测量的角度：在基面内测量的角度：主偏角：主偏角：“主主切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影影与与进进给给方方向的夹角向的夹角”。三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度机械制造工程学机械制造工程学在基面内测量的角度：在基面内测量的角度：副偏角：副偏角：“副副切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影影与与进进给给相相反方向的夹角反方向的夹角”。三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度机械制造工程学机械制造工程学在基面内测量的角度：在基面内测量的角度：刀尖角：刀尖角：“主主切切削削刃刃与与副副切切削削刃刃之之间间的的夹夹角角”。r=180-(r+r)三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度机械
11、制造工程学机械制造工程学三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度：在正交平面内测量的角度：机械制造工程学机械制造工程学在正交平面内：在正交平面内：前角：前角：o o“前前刀刀面面与与基基面面之之间间的的夹角夹角”。后角：后角：o o“后后刀刀面面与与切切削削平平面的夹角面的夹角”机械制造工程学机械制造工程学三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度机械制造工程学机械制造工程学在切削平面内：在切削平面内：刃倾角：刃倾角：S S“主主切切削削刃刃与与基基面之间的夹角面之间的夹角”机械制造工程学机械制造工程学四、刀具的工作角度四、刀具的工作角度机械制造工程学机械制造工程学四、刀具的工作角
12、度四、刀具的工作角度机械制造工程学机械制造工程学第三节第三节 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式 一、切削层参数一、切削层参数 “刀具沿进给方向移动一个进给量刀具沿进给方向移动一个进给量f f，由一个刀齿，由一个刀齿正在切削着的金属层正在切削着的金属层”。切削层的大小和形态干脆影响：切削层的大小和形态干脆影响：刀具切削部分承受的载荷大小；刀具切削部分承受的载荷大小；确定了切屑的尺寸和形态。确定了切屑的尺寸和形态。机械制造工程学机械制造工程学第三节第三节 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式 切削层截面尺寸称为切削层参数。切削层截面尺寸称为切削层参数。切削层参数通常在垂直于主运动方向的
13、基面内测量。切削层参数通常在垂直于主运动方向的基面内测量。机械制造工程学机械制造工程学第三节第三节 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式 机械制造工程学机械制造工程学第三节第三节 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式 二、切削方式二、切削方式 1.1.正切屑和倒切屑正切屑和倒切屑 正切屑：正切屑：特征是特征是 h hD D b bD D倒倒切屑：切屑：特征是特征是 h hD D b bD D对等屑：对等屑：特征是特征是 h hD D b bD D机械制造工程学机械制造工程学第三节第三节 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式 2.2.正切削和斜切削正切削和斜切削 正切削（直角切削）：
14、正切削（直角切削）：切切削削刃刃垂垂直直于于合合成成切切削削速度方向的切削方式。速度方向的切削方式。斜切削（斜角切削）：斜切削（斜角切削）：切切削削刃刃不不垂垂直直于于合合成成切切削削速度方向的切削方式。速度方向的切削方式。机械制造工程学机械制造工程学第四节第四节 刀具材料刀具材料一、刀具材料应具备的基本性能：一、刀具材料应具备的基本性能：高的硬度：必需高于工件硬度，通常应在高的硬度：必需高于工件硬度，通常应在60HRC60HRC以上；以上；足够的强度和韧性；足够的强度和韧性；较高的耐磨性；较高的耐磨性；较高的耐热性；较高的耐热性；良好的导热性和工艺性。良好的导热性和工艺性。机械制造工程学机械
15、制造工程学1.高速钢（高速钢（1900年首次运用）年首次运用）基本性能：基本性能：硬硬 度：度：6266HRC 耐耐 热热 性：性：500600 切削速度：切削速度：V 30 m/min 工工 艺艺 性：工艺性好，适用于制造困难刀具。性：工艺性好，适用于制造困难刀具。常用牌号：常用牌号：W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2Al一般高速钢一般高速钢(属钨系高速钢属钨系高速钢)，国内运用最，国内运用最为普遍。为普遍。主要用于制造钻头、铰刀、铣刀、拉刀、主要用于制造钻头、铰刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等。丝锥、齿轮刀具等。一般高速钢一般高速钢(属钨钼系高速钢属钨钼系高速钢)。
16、碳化物分布的匀整性、韧性和高温塑性均碳化物分布的匀整性、韧性和高温塑性均赛过赛过W18Cr4V，但可磨性不如，但可磨性不如W18Cr4V。主要用于制造热轧钻头。主要用于制造热轧钻头。高性能高速钢高性能高速钢(属铝高速钢属铝高速钢)。是在是在W6Mo5Cr4V2 的基础上加工的基础上加工Al增增C形形成的，具有良好的综合性能，价格低廉。成的，具有良好的综合性能，价格低廉。是我国独创的新型高速钢材料。是我国独创的新型高速钢材料。高速钢是加入了高速钢是加入了W、Mo、Cr、V等合金元等合金元素的一种合金工具钢。素的一种合金工具钢。二、常用刀具材料二、常用刀具材料机械制造工程学机械制造工程学二、常用刀
17、具材料二、常用刀具材料2.硬质合金（硬质合金（1930年出现）年出现）基本性能：基本性能：硬硬 度：度：717176HRC76HRC 耐耐 热热 性：性：8008001000 1000 切削速度：切削速度：V=100V=100300 m/min 300 m/min 工工 艺艺 性：工艺性差，不适用于制造整体结构的困难刀具。性：工艺性差，不适用于制造整体结构的困难刀具。典型牌号：典型牌号：K K类硬质合金（钨钴类类硬质合金（钨钴类YGYG）P P类硬质合金（钨钛钴类类硬质合金（钨钛钴类YTYT）M M类硬质合金（通用类类硬质合金（通用类YWYW）成分：成分：WC+Co多多用用于于加加工工短短切切
18、屑屑的的金金属属或或非非金金属属，如如：铸铁、青铜等。用红色作标记。铸铁、青铜等。用红色作标记。常用牌号：常用牌号：K01(YG3)、K20(YG6)、K30(YG8)等等 精加工精加工 粗加工粗加工成分：成分：WC+TiC+Co多多用用于于加加工工长长切切屑屑的的黑黑色色金金属属，如如：钢钢材材等。用蓝色作标记。等。用蓝色作标记。常用牌号：常用牌号：P01(YT30)、P10(YT15)、P30(YT5)等等 精加工精加工 粗加工粗加工成分：成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加工长切屑的钢材。用黄色作标记。工长切屑
19、的钢材。用黄色作标记。常用牌号：常用牌号：M10(YW1)、M20(YW2)、M30(YW3)等等 精加工精加工 粗加工粗加工硬质合金是由金属碳化物粉末和金属粘结硬质合金是由金属碳化物粉末和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。硬质合金是当今剂经粉末冶金方法制成。硬质合金是当今最主要的刀具材料之一。最主要的刀具材料之一。金属碳化物有：金属碳化物有：WC、TiC、TaC、NbC，为为14m的粉末。的粉末。金属粘结剂有：金属粘结剂有：Co、Mo、Ni。机械制造工程学机械制造工程学 陶瓷陶瓷 人造聚晶金刚石（人造聚晶金刚石（PCD）立方氮化硼（立方氮化硼（CBN）“Al2O3或或Si3N4添添加加不不同同的
20、的金金属属元元素素(Ni、Co、Mo、W)或或金金属属炭炭化化物物(TiC、WC)，接受热压和烧结的方法获得，接受热压和烧结的方法获得”。特点：硬度高、耐磨性好，特点：硬度高、耐磨性好，9195HRA。耐热性高，耐热性高，1200。切削速度高达切削速度高达100400 m/min。抗弯强度、冲击韧性较差。抗弯强度、冲击韧性较差。缺点：脆、易崩刃。缺点：脆、易崩刃。主主要要用用于于平平稳稳车车削削的的冷冷硬硬铸铸铁铁、高高硬硬钢钢等精加工和半精加工。等精加工和半精加工。“高高温温下下借借助助合合金金触触媒媒的的作作用用，由由石石墨墨转化而成转化而成”。特点：特点：硬度高、耐磨性极好。硬度高、耐磨
21、性极好。10000HV10000HV以上。以上。耐耐热热性性：700700800 800，不不能能在在高高温温下下切削切削，800800以上会石墨化以上会石墨化。冲冲击击韧韧性性、抗抗弯弯强强度度低低。只只有有硬硬质质合合金的金的1/41/4。与与FeFe的亲和力强，不能加工铁族材料。的亲和力强，不能加工铁族材料。适适用用于于硬硬质质合合金金、玻玻璃璃等等高高硬硬材材料料的的精加工。精加工。与金刚石相比：与金刚石相比：硬硬度度：800080009000HV9000HV，硬硬度度仅仅次次于于金金刚刚石石 。耐热性：耐热性：130013001500 1500 与与FeFe的亲和力小，能加工铁族材料
22、。的亲和力小，能加工铁族材料。主主要要适适用用于于淬淬硬硬钢钢、耐耐磨磨铸铸铁铁、高高温温合合金金等等高高硬硬铁铁族族材材料料的的精精加加工工或或半半精精加工。加工。3.超硬刀具材料超硬刀具材料二、常用刀具材料二、常用刀具材料机械制造工程学机械制造工程学4.涂层刀具材料涂层刀具材料二、常用刀具材料二、常用刀具材料 涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。削性能。常用的刀具基体材料主要有：高速钢、硬质常用的刀具基体材料主要有：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等。合金、金
23、属陶瓷、陶瓷等。涂层材料：氮化钛涂层材料：氮化钛(TiN)(TiN)、碳氮化钛、碳氮化钛(TiCN)(TiCN)、氮化铝钛氮化铝钛(TiAlN)(TiAlN)、碳氮化铝钛、碳氮化铝钛 (TiAlCN)(TiAlCN)等。其等。其中中TiAlNTiAlN在超高速切削中性能优异，其最高工作温在超高速切削中性能优异，其最高工作温度可达度可达900900，硬度可达，硬度可达340034003600HV 3600HV。氮化钛氮化钛(TiN)(TiN)碳氮化钛碳氮化钛(TiCN)(TiCN)氮化铝钛氮化铝钛(TiAlN)(TiAlN)机械制造工程学机械制造工程学本本 章章 作作 业业第一章第一章习习 题：四题：四-7-7 五五-2 -2