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1、二、切削加工具备的三个条件1、刀具与工件之间要有相对运动2、刀具具有恰当的几何参数，即切削角度3、刀具材料具有一定的切削性能三、切削加工研究的对象机床、夹具、刀具和工件第1页/共49页第一节 切削加工基本知识一、切削运动和工件的加工表面1、切削运动：在切削过程中，工件与刀具间必须完 成一定的相对运动。（1）主运动：切削运动中最主要的运动。特点：主运动的速度较高，消耗的功率最大。在整个切削运动中主运动只有一个。主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成。第2页/共49页（2）进给运动：是一种在切削运动中不断地把切削层投入，使切削工作得以持续下去地运动。特点：进
2、给运动的速度较低，功率消耗也较少。进给运动的数量可以是一个，也可以是多个。进给运动可以是连续进行的，也可以是断续的进给运动可以是工件完成的，也可以是刀具完成的第3页/共49页2、工件加工表面及成形方法待加工表面：即将被切除金属层的表面。已加工表面：已经切去一部分金属而形成的新表面。加工表面：切削刃正在切削的表面。也称为过渡表面一、一、工件加工表面工件加工表面第4页/共49页二、工件加工表面成形方法二、工件加工表面成形方法(一)工件表面的构成 机械零件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等 第5页/共49页（二
3、）工件表面的形成方法 各种典型表面都可以看成是由一根母线沿着导线 运动而形成的。图2表示了零件表面的成形过程。母线和导线，统称为发生线。第6页/共49页（三）发生线的形成方法及所需的运动 1、轨轨迹迹法法(locus method)：指指的的是是刀刀具具切切削削刃刃与与工工件件表表面面之之间间为为点点接接触触，通通过过刀刀具具与与工工件件之之间间的的相相对对运运动动，由由刀刀具具刀刀尖尖的的运运动动轨轨迹迹来来实实现现表面的成形。表面的成形。被被加加工工表表面面的的形形状状精精度度主主要要取取决决于于机机床床切切削削运运动动的的精精度度。刀刀尖尖轨轨迹迹法法是是利利用用非非成成形形刀刀具具，在
4、在一一定定的的切切削削运运动动下下，由由刀刀尖尖轨轨迹迹获获得得零零件件所所需需表表面的方法面的方法 第7页/共49页2、成成形形法法(Shaping method)：是指刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工件表面的一条发生线完全相同，另一条发生线由刀具与工件的相对运动来实现。3、相相切切法法：利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法。第8页/共49页4、展展成成法法(Generated method)展成法是在一定的切削运动下，利用刀具与工件间的啮合运动关系切出的若干微小面积而包络出零件上所需表面的方法，如插齿、滚齿等。第9页/共49页三三、表表面面成成形形运运动动表
5、表面面成成形形运运动动：形形成成发发生生线线的的运运动动。按按组组成成情情况况不不同同，可可分分为为：简简单单成成形形运运动动和和复复合合成成形形运运动动。1、简简单单成成形形运运动动：如如果果一一个个独独立立的的成成形形运运动动，是是由由单单独独的的旋旋转转运运动动或或直直线线运运动动构构成成的的，则则此此成成形形运运动动称称为为简简单单成成形形运运动动。2、复复合合成成形形运运动动：如如果果一一个个独独立立的的成成形形运运动动，是是由由两两个个或或两两个个以以上上旋旋转转运运动动或或直直线线运运动动，按按照照某某种种确确定定的的运运动动关关系系组组合合而而成成，则则称称此此成成形形运运动动
6、为为复复合合成成形形运运动动。第10页/共49页例例：1-1用用普普通通车车刀刀车车外外圆圆见见图图上上图图 a)母线圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。导线直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A1。表面成形运动的总数为两个，即B1和A2都是简单的成形运动第11页/共49页例例1-2 用用成成形形车车刀刀车车削削成成形形回回转转表表面面如如下下图图a）母线曲线，由成形法形成，不需要成形运动。导线圆，由由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。表面成形运动的总数为一个B1，是简单的成形运动第12页/共49页例例1 1-3 3 用用螺螺纹纹车车刀刀车车削削螺螺纹纹如如上上图图b b）母母线线车车刀刀
7、的的刀刀刃刃形形状状与与螺螺纹纹轴轴向向剖剖面面轮轮廓廓的的形形状状一一致致，故故母母线线由由成成形形法法形形成成，不不需需要要成成形形运运动动。导导线线螺螺旋旋线线，由由轨轨迹迹法法形形成成，需需要要一一个个成成形形运运动动。这这是是一一个个复复合合运运动动，把把它它分分解解为为工工件件旋旋转转B B1 11 1和和刀刀具具移移动动A A1 12 2。B B1 11 1和和A A1 12 2不不能能彼彼此此独独立立，它它们们之之间间必必须须保保持持严严格格相相对对运运动动关关系系,即即工工件件每每转转一一转转时时，刀刀具具就就均均匀匀地地移移动动一一个个螺螺旋旋线线导导程程。表表面面成成形形
8、运运动动的的总总数数为为一一个个B B1 11 1A A1 12 2，是是复复合合的的成成形形运运动动。复复合合运运动动标标注注符符号号的的下下标标含含义义为为：第第一一位位数数字字表表示示成成形形运运动动的的序序号号(第第一一个个、第第二二个个、成成形形运运动动)；第第二二位位数数字字表表示示构构成成同同一一个个复复 合合运运动动的的单单独独运运动动的的序序号号。第13页/共49页例例1-4 用用齿齿轮轮滚滚刀刀加加工工直直齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮齿齿面面下下图图c）母线渐开线，由展成法形成，需要一个成形运动，是复合运动，可分解为滚刀旋转运动B11和工件旋转B12，B11和B12之间必须保持严格
9、相对运动关系。导线直线，由相切法形成，需要两个独立的成形运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动A2。其中滚刀的旋转运动与复合展成运动的一部分B11重合。因此表面所需的成形运动 的总数只有两个：一个是 复合的成形运动B11B12，另一个是简单的成形运动A2。第14页/共49页第15页/共49页 下下面面以以外外圆圆车车刀刀为为例例，给给出出刀刀具具几何参数方面的有关定义。几何参数方面的有关定义。图二、刀具切削部分的几何参数二、刀具切削部分的几何参数刀具上承担切削部分工作的称为刀刀具上承担切削部分工作的称为刀具的切削部分。具的切削部分。（一）刀具切削部分的构造（一）刀具切削部分的构造第16页
10、/共49页车刀的组成：车刀的组成：三面三面 前刀面前刀面A 后刀面后刀面A 副后刀面副后刀面A 两刃两刃 主切削刃主切削刃 S 副切削刃副切削刃 S 一尖一尖 过渡刃过渡刃第17页/共49页刀尖刀尖主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面主刀刃主刀刃前刀面前刀面副切削刃副切削刃刀杆刀杆刀头刀头一尖二刃三刀面一尖二刃三刀面第18页/共49页（二）、参考系的确定（二）、参考系的确定确定刀具角度的参考系有两类：（1）标注坐标系或静态坐标系，它是刀具设计计算、绘图标注、制造刃磨和测量角度时的基准。此类坐标系与工件不发生直接联系，只在刀具上假定一个主运动方向和进给运动方向，不考虑运动速度的大小和刀具相对于工件的
11、安装情况。（2）工作坐标系或动态参考系，它是确定刀具在切削运动中角度的基准，它定义的角度称为工作角度 此类坐标系要与工件联系，并需考虑到切削点合成运动，及刀具安装情况的影响。注意：参考系和刀具角度都是对刀刃上某一研究点而言，不同的点应建立各自的参考系，表示各自的角度。第19页/共49页主剖面参考系第20页/共49页（二）、刀具的标注角度（二）、刀具的标注角度 在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。（1）前角前角o（2）后角后角o（3）主偏角主偏角r（4）刃倾角刃倾角s（5）副偏角）副偏角r （6）副后角）副后角o 派生角度：派生角度：楔角楔角o、刀尖角、刀尖角
12、r 余偏角余偏角r在主剖面参考系中的标注角度在主剖面参考系中的标注角度：第21页/共49页外圆车刀主剖面参考系的标注角度第22页/共49页主剖面系标注的刀具角度第23页/共49页主剖面系标注的刀具角度 第24页/共49页Kr主偏角r：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角。主剖面系标注的刀具角度 第25页/共49页主剖面系标注的刀具角度 第26页/共49页主主剖剖面面参参考考系系内内的的标标注注角角度度(1)主主剖剖面面Po内内的的标标注注角角度度1）前前角角0：:在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。前刀面在基面之下时
13、前角为正值，前刀面在基面之上时前角为负值。2）后后角角0:在主剖面P0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。3）楔角:在主剖面内度量的后刀面与前刀面的夹角。第27页/共49页（2）在在切切削削平平面面Ps内内的的标标注注角角度度 刃刃倾倾角角s:在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃与基面平行时，s=0；刀尖为主切削刃最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高点是，s0，如图示。第28页/共49页（3）在在基基面面内内 Pr的的标标注注角角度度 主主偏偏角角r：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。副副偏偏
14、角角r：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。刀尖角：第29页/共49页由上分析可知，上图中的外圆车刀有三个刀面，两由上分析可知，上图中的外圆车刀有三个刀面，两个切削刃，所需标注的独立角度只有六个。个切削刃，所需标注的独立角度只有六个。此外，此外，根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，它们根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，它们的名称与定义如下：的名称与定义如下：楔角0 ：主剖面中测量的前、后刀面间夹角。090（0 0）刀尖角r ：基面中测量的主、副切削刃间夹角。r180 （r r）余偏角 ：基面中测量的主刀刃与进给垂直方向的夹角。第30页/共49
15、页(三）、切削用量三要素三）、切削用量三要素 切切削削用用量量是是指指切切削削速速度度 、进进给给量量f（或或进进给给速速度度）和和切削深度切削深度 。三者又称为切削用量三要素。三者又称为切削用量三要素。1切切削削速速度度（ms或或mmin）切切削削刃刃相相对对于于工工件件的的主主运动速度称为切削速度。运动速度称为切削速度。注意：注意：刀刃上各点的切削速度可能是不同的，一般，切削速度是指刀刃上的最大切削速度。第31页/共49页 计计算算切切削削速速度度时时，应应选选取取刀刀刃刃上上速速度度最最高高的的点点进进行行计算。主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定。计算。主运动为旋转运动时，切削速度由
16、下式确定。式中：式中：d-工件或刀具的最大直（工件或刀具的最大直（mm）n-工件或刀具的转速工件或刀具的转速(r/min)第32页/共49页2进给速度进给速度 ,进给量进给量f 进进给给速速度度是是刀刀刃刃上上选选定定点点相相对对于于工工件件的的进进给给运运动动速速度度，其单位为其单位为mm/minmm/min。进进给给量量f f是是工工件件或或刀刀具具的的主主运运动动每每转转或或每每双双行行程程时时，工件和刀具在进给运动中的相对位移量。工件和刀具在进给运动中的相对位移量。式中：式中：为进给速度为进给速度 第33页/共49页3.切削深度切削深度（背吃刀量）（背吃刀量）ap车削外圆时车削外圆时
17、ap=(dw-dm)/2 钻孔时钻孔时 ap=dm/2式式中中：dw工工件件上上待待加加工工表表面面直直径径(mm)Dm-工件上已加工表面直径工件上已加工表面直径(mm)切削深度等于工件已加工表面与待加工表面的垂直距离。切削深度等于工件已加工表面与待加工表面的垂直距离。第34页/共49页例题：车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，求v、f、ap。解：解：v=dn/1000=624/1000=0.779 m/s f=vf/n=2/4=0.5 mm/r ap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3
18、mm第35页/共49页(四）、切削层参数四）、切削层参数 由由刀刀刃刃在在一一次次走走刀刀中中从从工工件件待待加加工工表表面面切切下下的的金金属属层层叫叫作作切切削削层层。切切削削层层的的截截面面尺尺寸寸称称为为切切削削层层参参数数。它它决决定定了了刀刀具具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小。切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小。第36页/共49页1切削厚度切削厚度 垂垂直直于于切切削削刃刃的的方方向向上上度度量量的的切切削削层层尺尺寸寸称为切削层厚度。称为切削层厚度。注意：注意：当主偏角当主偏角变化时，切削厚变化时，切削厚度将随之变化。度将随之变化。第37页/共49页 沿沿加加工工表表面面
19、度度量量的的切切削削层层尺尺寸寸称称为为切切削削层层宽宽度。度。2切削宽度切削宽度注意：在f和ap一定条件下，kr越大，则ac也越大，但aw越小；当kr越小时，ac越小，aw越大；当刃顷角等于0，且kr=0时，ac=f aw=ap第38页/共49页3切削面积切削面积 是切削层在基面内的面积是切削层在基面内的面积第39页/共49页第二节 常用刀具材料和刀具种类第40页/共49页一、刀具材料应具备的基本性能 刀具材料通常是指刀具材料通常是指刀具切削部分刀具切削部分的材料。其性能的材料。其性能的好坏将直接影响切削效率、刀具寿命和加工成本。的好坏将直接影响切削效率、刀具寿命和加工成本。切削时刀具要承受
20、高温、高压、摩擦和冲击的作切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具切削部分的材料须满足以下性能要求：用，刀具切削部分的材料须满足以下性能要求：第41页/共49页 1.高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 常常温温硬硬度度60HRC以以上上，耐耐磨磨性性是是硬硬度度、组组织织结结构构及及化学性能等的综合反映。化学性能等的综合反映。2.足够的强度和冲击韧性足够的强度和冲击韧性承受切削力承受切削力,冲击和振动，避免崩刃和折断。冲击和振动，避免崩刃和折断。3.高耐热性高耐热性 高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。4.化学稳定性好化学稳定性好 在在常
21、常温温和和高高温温下下不不容容易易与与周周围围介介质质及及被被加加工工材材料料发发生生化化学学反应。反应。5.5.良好的工艺性和经济性良好的工艺性和经济性 便便于于加加工工制制造造，如如锻锻造造性性能能、磨磨削削性性能能、热热处处理理性性能能等，价格低廉的要求。等，价格低廉的要求。第42页/共49页二、常用刀具材料的类型及选用 刀具材料有刀具材料有工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高高速钢速钢）、硬质合金、硬质合金、陶瓷材料和超硬材料几种类型。、陶瓷材料和超硬材料几种类型。目前，在生产中所用的刀具材料主要是高速钢目前，在生产中所用的刀具材料主要是高速钢和硬质合金两
22、类。碳素工具钢、合金工具钢因耐热和硬质合金两类。碳素工具钢、合金工具钢因耐热性差，仅用于手工或切削速度较低的刀具。性差，仅用于手工或切削速度较低的刀具。第43页/共49页1 1高速钢高速钢 是在工具钢中加入较多的是在工具钢中加入较多的W,Mo,Cr,VW,Mo,Cr,V等合金工具钢，等合金工具钢，提高其耐磨性和热硬性。提高其耐磨性和热硬性。（1 1）通用型高速钢）通用型高速钢（6366 HRC）钨系高速钢钨系高速钢 W18Cr4V 可磨性好可磨性好 钼系高速钢钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2 高温塑性好高温塑性好 主要用于一般材料的常规加工主要用于一般材料的常规加工.（2 2）高高性性能能高高
23、速速钢钢（增增加加碳碳量量钒钒量量，添添加加钴钴铝铝等等6770HRC）钴高速钢钴高速钢 W2Mo9Cr4VCo8 价格特高价格特高 铝高速钢铝高速钢 W6Mo5Cr4V2Al 价格低价格低 主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min.第44页/共49页2、硬质合金 金金属属碳碳化化物物(WC、TiC等等)金金属属粘粘接接剂剂(Co或或Mo、Ni等等)高压成形后，高温烧结而成的粉末冶金制品。高压成形后，高温烧结而成的粉末冶金制品。硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢 抗弯强度低、脆性
24、大，抗冲击振动性能差抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差分分 类类 YG(K)类类 YT(P)类类 YW(M)类类 短切屑黑色金属短切屑黑色金属 加工长切屑的加工长切屑的 钢材、铸铁等钢材、铸铁等 有色金属非金属有色金属非金属 黑色金属黑色金属 有色金属非金属有色金属非金属 WCCo WC TiC Co WC TiCTaC Co 第45页/共49页3、其它刀具材料1.陶瓷（硬、脆、价格低）陶瓷（硬、脆、价格低）普通陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷，适于精加工普通陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷，适于精加工 2.金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差 800
25、）加工陶瓷、加工陶瓷、硬合金、有色金属等，不适于铁系金属加工硬合金、有色金属等，不适于铁系金属加工3.立方氮化硼立方氮化硼 硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等第46页/共49页合理选择刀具的基本要求是：根据工件材料特性和加工要求，选择合适的刀具材料与其相适应，做到既充分发挥刀具特性，又能经济地满足加工要求。加工一般材料，大量使用地仍是普通高速钢和硬质合金。加工难切削的材料时才有必要选用高性能高速钢或硬质合金。加工高硬材料或精密加工时才需要选用超硬材料。第47页/共49页三、刀具种类1、切刀（车刀、刨刀、镗刀、成形车刀）2、孔加工刀具（钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工刀具）3、拉刀（拉刀、推刀）4、铣刀（圆柱铣刀、端铣刀、成形铣刀等）5、螺纹刀具（丝锥、板牙、螺纹铣刀）6、齿轮刀具7、磨具（砂轮、砂带、砂瓦、油石）第48页/共49页感谢您的观看。感谢您的观看。第49页/共49页