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1、金属切削原理与刀具河北石油职业技术学院机械工程系 秦春霞绪 论 一、我国切削加工技术发展概况 1、切削加工：利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。工欲善其事，必先利其 器器绪 论2、切削加工技术发展概况古代：1）石器时代 石劈、骨钻 2）青铜器 公元前二千多年 夏商 3）铁器时代 公元前8C 春秋 4）唐代 原始车床 天文仪 5）明代 畜力铣磨机 脚踏砂轮机绪 论近代：1915 上海 第一台车床 1947 工具钢刀具 1950 硬质合金补充：国外的切削技术发展切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工
2、、超精密加工、钳工和刮削等。绪 论二、本课程的内容与学习方法 1、金属切削原理 几何问题 规律问题 2、金属切削刀具 标准刀具 非标准刀具绪 论 相关课程：金属切削机床、机械制造工艺学、机械加工技术 3、本课程的特点（1）涉及知识面广 本课程是一门专业课。在学习这门专业课之前，应先掌握画法几何、机械制图、金属工艺学、机械设计等基本理论及公差配合与技术测量等基础知识。绪 论（2）实验理论多 许多公式都是在不同的实验条件下得出的。（3）实践性强 学习理论就是为实践服务，但经过实践又可以提高理论水平。绪 论四、学习本课程的要求 1、具有正确图示和选择刀具合理几何参数的能力。2、基本掌握切削过程中的主
3、要物理现象的变化规律和应用及控制方法，具有解决实际生产问题的能力。3、具有根据具体要求选择使用常用刀具，以及设计一般非标准刀具的能力。4、要求课上认真听讲，抓住重点，做好笔记，课下复习，辅导与自学相结合。第一章 金属切削加工的基本概念车削运动车刀角度切削方式第一节 车削运动 一、一、车削运动车削运动 切削运动切削运动是指利用刀具切除工件是指利用刀具切除工件上多余的金属层，以获得所要求的尺寸、上多余的金属层，以获得所要求的尺寸、形状精度和表面质量的运动。形状精度和表面质量的运动。1.主运动主运动 2.进给运动进给运动第一节 车削运动 v 主运动 vf 进给运动第一节 车削运动 1主运动(唯一性)
4、进行切削时最主要的、消耗动力最多的运动，它使刀具与工件之间产生相对运动。补充：直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，形成工件新表面的运动。运动形式：旋转旋转运动和直线直线运动。车、镗削的主运动是机床主轴的旋转运动。第一节 车削运动 2进给运动 刀具与工件之间产生的附加相对运动，以保持切削连续地进行。补充：使新的切削层不断投入切削的运动。运动形式：纵向纵向进给运动（走刀运动）横向横向进给运动（吃刀运动）。图1-1中vf，是车外圆时纵向进给运动速度，它是连续的。横向进给运动则是间断的。第一节 车削运动二、车二、车削时形成的表面削时形成的表面待加工表面待加工表面过渡表面过渡表面已加工表面已加工表面
5、进给进给运动运动第一节 车削运动 1、待加工表面 加工时工件上等待切除的表面。2、已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面。3、过渡表面 工件上由切削刃正在形成的那部分表面。第一节 车削运动三、切削层 口ABCE称为切削层公称横截面积 第一节 车削运动 四、切削用量（切削三要素）切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)的总称。它表示主运动及进给运动量，用于调整机床的工艺参数。1切削速度Vc 2进给量f 3背吃刀量p 第一节 车削运动 1切削速度Vc 切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度。单位为ms(mmin)车削时切削速度计算式为：=（1-1）式中 d 待加工表面直径（m
6、m）n 主运动的旋转速度（r/min 或r/s）。第一节 车削运动 2进给量f 工件或刀具每转一转或刀具往复一次，刀具相对工件在进给运动方向上的位移，单位mm/r。车削时的进给速度vf f=fn （1-2）第一节 车削运动 3背吃刀量p 工件上已加工表面和待加工表面间垂直距离。车外圆时：p=（1-3）式中 dm已加工表面直径。dw待加工表面直径。第一节 车削运动五、切削层参数意义：影响切削变形和切削力包括：公称厚度hD 公称宽度bD 公称横断面积 AD第一节 车削运动1、公称厚度hD hD=f sinKr 2、公称宽度bD bD=p/sinKr 3、公称横断面积 AD AD=hD bD=f p
7、第一节 车削运动 六、切削时间和材料切除率 意义：反映切削效率高低的两个指标。1.切削时间tm （1-7）由公式可看出：提高切削用量三要素中任一个，均可使机动时间缩短，提高生产率第一节 车削运动小结：小结：车削运动车削中形成的表面切削用量切削层参数主运动主运动进给运动进给运动切削速度切削速度Vc进给量进给量f 背吃刀量背吃刀量phD、bD、ADAD=hD bD=f p练 习 在车床上车一直径为60毫米的轴，现要一次走刀到直径为52毫米，如果选切削速度=80米/分，求背吃刀量p（吃刀深度）和车床主轴转速（n）各等于多少？第二节 车刀角度车刀角度包括：静态的标注角度 动态的工作角度一、车刀的组成
8、1、切削部分：刀面、切削刃、刀尖 2、刀柄部分 第二节 车刀角度一、车刀的组成前面前面主后面主后面副后面副后面主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖刀柄刀柄切削部分切削部分第二节 车刀角度 1、刀面（1）前面又称前刀面 刀具上切屑流出时经过的表面。（2）后面又称后刀面 与工件上过渡表面相对的刀具表面。（3）副后面 与工件已加工表面相对的刀具表面。前面和后面之间所包含的刀具实体部分为刀楔刀楔。第二节 车刀角度 2、切削刃 （1）主切削刃S 刀具前面与后面的交线。（2）副切削刃S 刀具前面与副后面的交线。3、刀尖 图1-3 刃口圆弧半径r 图 1-4 车刀的刀尖第二节 车刀角度 二、坐标平面与参
9、考系 车刀切削部分个表面在空间倾斜相交，为标注车刀角度，必须建立有三个坐标平面组成的参考系。正交平面参考系 法平面参考系 假定工作平面参考系第二节 车刀角度假定主运动方向：垂直于车刀刀柄的安装面假定进给运动方向：垂直或平行于刀柄轴线第二节 车刀角度1、正交平面参考系（1）基面pr 过切削刃选定点，垂直于该点切削速度（假定主运动方向）的平面。车刀的基面是平行于车刀安装面（底面）的平面（2）切削平面ps 通过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。基面基面Pr切削速度方向切削速度方向主切削主切削刃上刃上选定点定点刀柄底面刀柄底面第二节 车刀角度（3）正交平面po 通过切削刃选定点，同时垂直
10、于基面pr和切削平面ps的平面。副正交平面参考系？副正交平面参考系？正交平面正交平面Po：Ps Pr基面基面Pr：Pr Vc 刀具安装面（刀具安装面（车车刀）刀）切削平面切削平面 Ps:与与 S相切相切 且且 Pr假定假定切削方向切削方向Vc正交平面参考系（正交平面参考系（Pr-Ps-Po)主切削主切削刃上刃上选定点定点基面基面Pr副切削平面副切削平面Pr第二节 车刀角度 2、法平面参考系 Pr-Ps-Pr-Ps-PnPn 基面PrPr、切削平面PsPs、法平面PnPn（1）法平面PnPn：是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。PnS 法法平面平面Pn：PnS基面基面Pr：Pr Vc 刀具安
11、装面（刀具安装面（车车刀）刀）切削平面切削平面 Ps:与与 S相切相切 且且 Pr切削速度方向切削速度方向Vc法平面参考系（法平面参考系（Pr-Ps-Pn）90主切削主切削刃上刃上选定点定点第二节 车刀角度 3、假定工作平面参考系 基面PrPr、假定工作平面P Pf f、背平面P Pp p （1）假定工作平面P Pf f 通过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面PrPr的平面。（2）背平面P Pp p 通过切削刃选定点并同时垂直于基面PrPr和假定工作平面P Pf f的平面。假定工作平面假定工作平面Pf：Pf Pr、f基面基面Pr：Pr Vc 刀具安装面（刀具安装面（车车刀）刀）假定
12、主运动方向假定主运动方向Vc假定进给运动方向假定进给运动方向f背平面背平面Pp：Pr、Pf 假定工作平面参考系（假定工作平面参考系（Pr-Ps-Pf-Pp）主切削主切削刃上刃上选定点定点第二节 车刀角度三、正交平面参考系车刀的标注角度 共有六个独立的角度 1.前角 2.后角 3.主偏角 4.副偏角 5.刃倾角 6.副后角第二节 车刀角度（1）前角 在正交平面Po中测量的前面Ar与基面Pr间夹角。（2）后角o 在正交平面Po中测量的后面与基面Pr间夹角。（3）主偏角Kr 主切削刃S在基面Pr上的投影与进给方向间的夹角。（4）刃倾角s 在切削平面Ps中测量的主切削刃S与基面的夹角。第二节 车刀角度
13、（5）副偏角Kr 副切削刃S在基面Pr上的投影与进给方向间的夹角。（6）副后角o 在正交平面Po中测量的副后刀面与基面间夹角。上节课回顾n正交平面参考系 基面Pr 切削平面Ps 正交平面Po v 基面基面Pr：PrVc、刀具安装面（车刀）刀具安装面（车刀）v 切削平面切削平面 Ps:与与 S相切相切 且且 Pr v 正交剖面剖面Po：Ps Pon法平面参考系 基面Pr 切削平面Ps 法平面Pn 上节课回顾v法平面Pn：PnSn假定工作平面参考系 基面Pr 假定工作平面Pf f 背平面Ppv假定工作平面Pf：Pf Pr、fv 背平面Pp：Pp Pr Pf （aP）n正交平面参考系车刀标注角度 上
14、节课回顾v 正交平面Po标注：前角、后角 v 基 面 Pr标注：主偏角、副偏角v 切削平面Ps标注：刃倾角v 副正交平面Po标注：副后角第二节 车刀角度前角正负的判断 前面与Ps之间的夹角小于90度时，前角为正，大于90度时，前角为负。后角正负的判断 后面与Pr之间的夹角小于90度时，后角为正，大于90度时，后角为负。图 1-10 车刀前、后角和刃倾角正、负的规定 a）前、后角 b）刃倾角第二节 车刀角度角度确定车刀切削刃及各面的方位：前面、后面、主切削刃前面：前面：前角前角 和和刃倾角刃倾角 后面：后面：后角后角 和和主偏角主偏角主切削刃：主切削刃：主偏角主偏角 和和刃倾角刃倾角第二节 车刀角度副后面、副切削刃副后面：副后面：副后角副后角 和和副副主偏角主偏角前面：前面：前角前角和和刃倾角刃倾角 副前角和副刃倾角派生角副前角和副刃倾角派生角副切削刃：副切削刃：副偏角副偏角 和和副刃倾角副刃倾角作图练习直头外圆车刀的六个标注角度示例1第二节 车刀角度切断刀的标注角度第二节 车刀角度四、前角、后角与法前角、法后角的换算 见下图切削平面切削平面Ps:基面基面Pr:正交平面Po法平面PfPs平行面 图 1-13 正交平面参考系前角0、后角0与法平面参考系前角n、后角n的换算 a）0、n 的换算 b）0、n的换算