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第一章一、切削运动和切削用量 1、切削运动 主运动 ：主运动是从工件上切除金属所必须的运动。只有一个、速度最高、消耗功率最大。 进给运动 ：进给运动是使金属层不断投入切削过程，获得所需工件表面的运动。 不止一个、速度较小、消耗功率较小。 合成运动ve:合成运动是上述主运动与进给运动的合成。 2、切削过程中的三个表面 待加工面：将要被切去金属层的表面。 已加工面：切去金属层后形成的表面。 过渡表面：主切削刃正在切削的表面，亦称切削表面。3、切削用量三要素 主运动速度:主运动速度表示主运动的速度大小和方向。其速度大小可表示为（单位：m/min或m/s）: 式中：n主轴转速（r/s或r/min）；d工件或刀具的最大直径（mm）。 进给量：每转进给量f（mm/r） 每齿进给量fz （mm/z） 进给速度 (mm/min) 若刀具齿数为z，进给量与进给运动速度、每齿进给量的关系为（单位：mm/min）： 背吃刀量：背吃刀量是车削时已加工表面与待加工表面之间的垂直距离（单位：mm）。式中工件待加工表面的直径，工件已加工表面的直径。4、金属切除率金属切除率zw是指单位时间内切除金属的体积量.它表明切削过程生产率的高低,可表示为:二、刀具几何角度1、车刀的基本组成2、刀具切削角度的参考平面和参考系-过切削刃上选定点设：选定点与工件中心等高，进给运动速度vf=0 （1）参考平面 基面p： pvc 、 刀具安装面（车刀） 切削平面ps: 与 s相切 且 p （2）测量平面 正交平面po: pop、ps 法平面pn：pns 假定工作平面pf ：pf pr 、f 背平面pp ：pp pr 、ap （3）参考系 正交平面参考系: prpspo 法平面参考系：prpspn 假定工作平面和背平面参考系:prpfpp 如图一、图二所示3、刀具标注角度（1）正交平面参考系的刀具标注角度 在正交平面上测量 前角o = a与 pr ：a在pr之上负，a在pr之下正 (如图)后角o =a与 ps （一般无负值）(如图) 在基面上测量主偏角r =“s 在基面上的投影”与 副偏角r =“s在基面上的投影”与“的反向” 在切削平面上测量刃倾角s = s与p ：刀尖最高正，刀尖最低负 (如图)副切削平面ps：与s相切且p副正交平面po: 过s且p和ps在副正交平面上测量的作图动画如下：（效果图如右图所示）。 基面角度标注 正交平面角度标注 切削平面角度标注 副正交平面角度标注 推荐使用flash explorer 2002 观看动画（2）法平面参考系中的标注角度： 法前角n和法后角n在法平面上测量（3）假定工作平面和背平面参考系中的标注角度: 侧前角f和侧后角f在假定工作平面上测量背前角p和背后角p在背平面上测量4、刀具的工作角度 (1)进给运动对工作角度的影响vf 0时，合成速度,ve方向发生变化。preve， psepre切断时：刀具的工作前、后角发生变化当d0时90, opre变若刀尖高于工件中心,则:思考：若刀尖低于工件中心，刀具工作前、后角将如何变化？镗孔时，若刀尖高于工件中心，刀具工作前、后角又将如何变化？参考答案0e、0e三、切削层参数切削层：刀具相对于工件沿进给方向前近一个f或fz之后，一个刀齿正在切削的金属层。切削层公称宽度。沿着过渡表面度量的切削层尺寸为切削层公称宽度（简称切削宽度，单位：mm）。切削层公称厚度。过切削刃选定点垂直于过渡表面度量的切削层尺寸为切削层公称厚度。（简称切削厚度，单位：mm）。切削层公称横截面积ad。 主切削刃上在基面的切削层投影图形的面积为切削层公称截面积（简称切削面积，单位：mm2）。ad=bdhd=fap 第2节 金属切削过程的基本规律一、切削变形 1、 金属切削过程：刀具对工件挤压，工件上产生剪切滑移变形（第变形区），当剪切应力大于工件材料的屈服极限时，被切金属产生塑性变形，经刀具刃口分成两支（因为有刀具刃口半径）：第一支：沿前刀面流出，受前刀面进一步的挤压和摩擦 (第变形区)另一支：受刃口挤压和后刀面摩擦再次剪切变形、拉长（第变形区）已加工表面。2、 积屑瘤（录像）（1）产生原因：切塑性材料；适当的的温度和压力；切屑上的部分金属冷焊在刀尖上。（2）生长过程：生成长大脱落生成 （3）影响： 保护刀尖延长刀具寿命 使实际前角增大切削过程容易进行 增大实际 hd和ap工件尺寸精度 形状不规则且脱落后易嵌入已加工面工件表面留下硬质点，ra 粗加工可用，精加工绝对不要（4）避免措施：适当提高工件硬度 避开中速切削（vc =2030m/min) 适当减小进给量 适当加大前角 减小前刀面的粗糙度 选用润滑性好的切削液3、 已加工表面的形成与鳞刺（1）已加工表面：刀具刃口、后刀面挤压与摩擦工件表层金属晶格扭曲、挤紧、碎裂表层硬度、性能改变（2）鳞刺：已加工表面上一种鳞片状毛刺（3）影响：ra（4）产生：切塑性金属、较低速切削时，刀具对工件的撕裂（5）控制措施：hd(f、kr)高速切削 加热切削选用润滑性能好的切削液 4、切屑的类型 带状切屑 节状切屑 粒状切屑 崩裂切屑二、切削力1、切削力的来源与分解(1)来源： (如图) 前刀面：变形抗力及摩擦 后刀面：变形抗力及摩擦(2)分解：(如图) 主切削力fc：vc（主切削力fz：沿工件切线方向，又称切向力） 背向力fp ：ap （切深抗力fy：沿工件半径方向，又称径向力） 进给力ff ： f （进给抗力fx：沿工件轴线方向，又称轴向力）2、切削力的经验公式:(1) 指数公式：(2) 单位切削力：kc=fc/apf (n/mm)(3) 切削功率：pc =fcvc10-3 (kw)( vc单位：m/s)(4) 工作功率（pe）：pe =pc + pf (5) 电机功率：pe pc / m(6) 单位切削功率：pc=pc/zw= fcvc10-3/(1000vcapf)=kc10-6(kw/mm3s-1)3、影响切削力的因素：(1) 工件材料： 强度、硬度切削力 塑性、韧性切削力(2) 切削用量: f切削力75% ap切削力100% vc： 切塑性材料：高速段：vc切削力 中速段：受积屑瘤影响：vc瘤切削力 ,vc瘤切削力 切脆性材料：vc影响很小(3) 刀具角度 o切削力 sfp,ff 刀具磨损f rfp,ff 刀尖有负倒棱fp三、切削热和切削温度1、切削热的来源与传导 2、切削温度的测量与切削区温度的分布 (如图)温度t与产生的热量、散发的热量和物体的热容量有关。3、影响因素 （1）工件材料：强度、硬度切削温度导热系数传热慢切削温度塑性材料与前刀面摩擦切削温度（2）切削用量：切削速度vc一倍切削温度30%45%进给量f一倍切削温度15%20%背吃刀量ap一倍切削温度5%8%（3）刀具角度(如图)前角切削力产生热量切削温度散热体积切削温度r刀屑接触长度散热面积切削温度（4）刀具磨损:磨损fq切削温度4、切削热的限制与利用： 不同材料的刀具在切削各种材料时，都有一个最佳切削温度范围。四、刀具的磨损与刀具耐用度 1、刀具的磨损形式 前刀面磨损：切塑性材料、切削速度、切削厚度较大；出现积屑瘤时。 后刀面磨损：切脆性材料；低速、小切削厚度切塑性材料时。 前后刀面磨损：切塑性金属、切削速度、切削厚度适中时。2、刀具磨损的原因： 硬质点磨损：硬质点的机械擦伤 粘结磨损：切屑粘走刀具材料 扩散磨损：刀具材料中的元素扩散到切屑中变 化学磨损：刀具材料中的元素与空气氧化反应使刀具材料成分改变 相变磨损：刀具金相组织改变其中,硬质点磨损和粘结磨损属于高速钢、硬质合金的正常磨损。扩散磨损和化学磨损属于硬质合金的剧烈磨损。相变磨损属于高速钢的剧烈磨损。3、刀具磨损过程和刀具磨钝标准 （1）过程：初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。 （2）刀具的磨钝标准：硬质合金车刀出现下列任一种情况时即达到磨钝标准。 平均磨损带宽度vb = 0.3mm 。 如果后刀面是无规则的磨损，取vbmax = 0.6mm 。 前刀面磨损量kt = 0.06 + 0.3f ,其中f为进给量。（3）原则:粗加工：切削时间可用次数=max 精加工：保证加工质量 4、刀具的耐用度t新磨好的刀，从开始切削起到达到磨钝标准止所用的切削时间注意：与刀具寿命不同5、影响刀具耐用度的因素(主要是切削温度） 工件的材料：强度、硬度、导热性t 切削用量：vc、f、apt（vc有最佳值） 刀具：刀具材料的耐磨性、耐热性t前角：有最佳值刀尖圆弧半径、主偏角切削温度t（但太过易振动）刀具表面粗糙度：rat 6、刀具耐用度的合理选择能够保持生产率最高或成本最低的刀具耐用度，称为合理的刀具耐用度。第3节金属切削规律的应用一、 刀具材料及选择 1、刀具材料应具备的性能 高硬度 高耐磨性 足够的强度和韧性 高耐热性 良好的工艺性2、常用刀具材料及其选用 高速钢：高合金工具钢特点：强度高、韧性好、工艺性好、刃磨性好适用：复杂、小型、刚性差、精加工的刀具常用牌号：（见表） 硬质合金：特点：硬度高、热硬性高、耐磨性好，但较脆适用：刚性好、刃形简单的刀具牌号与选择：（见表）yg类（iso的k类）：数字越大韧性越好；切铸铁、有色金属、非金属、高温合金yt类（iso的p类）：数字越小韧性越好；切碳素钢、合金钢yw类（iso的m类）：数字越大韧性越好；切耐热钢、不锈钢、普通钢和铸铁yn类：数字越大韧性越好；切钢和铸铁粗加工：选韧性好、耐冲击的材料精加工：选硬度高、耐高温、细晶粒的材料 3、其他材料 陶瓷：特点：硬度高，耐高温，可高速切削，但脆性大。应用：钢、铸铁、有色金属材料的精加工、半精加工。 人造金刚石：特点：硬度高、与金属摩擦系数小，但不太耐高温、不宜切黑色金属。应用：高硬度耐磨材料、有色金属、非金属的超精加工或作磨具。 立方氮化硼cbn：特点：硬度高、耐高温，磨削性也较好，但焊接性能差些，抗弯强度较硬质合金低些。应用：加工高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁。二、工件材料切削加工性能的改善1、衡量指标以切45号钢，60分钟耐用度时的切削速度为准,记为,则相对切削加工性kr 大则加工性好。2、影响工件材料切削加工性的因素硬度kr强度kr塑性和韧性kr化学成分：含碳量适中kr、钢含硫、铅钙等kr、铸铁含硅、铝、锰、磷等kr金相组织：钢：珠光体、马氏体kr、铸铁：灰铸铁kr最高 、改善工件材料切削加工性的途径 调整化学成分 适当热处理三、切削液的作用、分类及选用1、切削液的作用冷却：性能与切削液的物理性能、流量、流速有关。润滑：性能与切削液的渗透性、成膜能力、润滑膜强度有关。清洗：性能与切削液的渗透性、流动性、压力、流量有关。防锈：性能与其中添加元素有关 。2、切削液的种类与选用种类主要成分冷却性润滑性应用水溶液水+防锈剂+添加剂磨削常用乳化液矿物油+乳化剂+添加剂粗加工常用切削油矿物油+添加剂精加工常用 选用切削液注意：硬质合金刀具：一般不用切削液；要用就必须连续浇淋。切铸铁：一般不用切削液；铰孔、攻丝时可加煤油切铝合金：不用切削液切铜合金、有色金属：不能用含硫的切削液切镁合金：严禁使用乳化液，可用煤油或4%氟化钠做切削液四、刀具合理几何参数的选择1、前角：尽量大考虑: 刀具材料： 脆性o（高速钢o，硬质合金o，陶瓷o ） 工件材料： 塑性材料o , 脆性材料o , 强度o , 硬度o 加工要求： 粗加工o , 断续切削o , 精加工o 机床功率和系统刚度: 功率大刚度高 , 数控机床、自动线： 2、后角：尽量小原则: 粗加工：o , 精加工：o 塑性材料:o , 脆性材料:o, 硬度高:o , 强度高o 工艺系统：刚度高o3、前后刀面的形式及选择 （1）前刀面常见的形式及其选择：（如图） a、正前角单平面型：精加工刀具、复杂刀具加工脆性材料的刀具b、正前角曲面带倒棱型：加工塑性材料的刀具c、负前角单平面型：后刀面磨损刀具 d、负前角双平面型：前后刀面磨损的刀具注意：区别负前角与负倒棱（2）后刀面的常见形式 单一后刀面：基本形式、常用，精加工刀用 有刃带的后刀面：可增加刀具耐磨性，定尺寸刀具用 带消振棱的后刀面：可抑制振动，加工时容易振动使用 双重或三重后刀面：可增加刃口强度，较少后刀面磨损4、主、副偏角的选择（1）主偏角：考虑 系统刚度：刚度好，kr取小值，刚度差，kr取大值 工件形状：kr按工件阶梯的角度选 工件材料：工件很硬时，kr取小值 散热条件：需要时加强散热时，kr取小值 产量条件：需要刀具通用性好时,取kr90、kr45 （2）副偏角：考虑对ra的影响一般尽量取小值（3）各方兼顾：（如图） 取过渡刃：粗加工用直线过渡刃精加工用圆弧过渡刃：高速钢：r.mm硬质合金：r.mm 设修光刃：kr= 0b= (1.21.8)f5、刃倾角：使刀具刃口锋利，切削平稳原则：1）粗加工s 0（使fp小些）2）断续切削：s 0（保护刀尖）3）工件b、hb大：s 0（使fp小些）5）微量切削：s取大值(使刀具实际刃口半径）五、切屑的控制1、 切屑的流向及卷曲（1）流向：（2）卷曲与折断机理：流经前刀面时的摩擦、滞留使切屑底层拉长碰到障碍是受到附加弯曲力矩作用断屑的原因：maxb2、切屑控制与断屑措施（1）屑形控制： 带状切屑：切塑性金属，vc较高、较小、o较大时 挤裂切屑：切塑性金属，vc较低、较大、o较小时 单元状切屑：切塑性金属，vc低、大、o小时 崩碎状：切脆性金属时（2）断屑： 在刀具前刀面上磨断屑槽或安装断屑台槽形：a) 折线形b) 直线园弧形 c) 全圆弧形（如图） 槽向：a) 外斜式粗加工b) 平行式粗加工 c) 内斜式半精、精加工（如图） 改变切削用量：提高f、适当降低vc 改变刀具角度： kr、设刃倾角改变切屑流向 适当提高工件材料的脆性bs0 切屑流向刀杆、切屑碰后刀面s 冷硬层f受机床进给机构强度、工件粗糙度、刀具刚度等限制（2）精加工：ap由余量决定f由ra决定 算vc（影响刀具耐用度）总原则：ap、f从大到小，逐步减少，vc逐步提高。 3、 验算机床功率第 4 节 砂轮及其选择一、砂轮的特性磨具的分类：砂轮(砂轮 = 磨料+结合剂+气孔 )、油石、砂瓦、磨头、砂带、研磨膏1、磨料起磨削作用要求：硬度高、耐磨、耐热、韧性好且有锋利的形状2、粒度磨料颗粒的大小粒度号：磨粒刚好能通过的筛网的号数（孔/ 吋2） 粒度号颗粒微粉wn：磨粒的实际尺寸（40m时用）, n颗粒 3、结合剂 4、硬度磨粒在磨削力作用下从砂轮表面脱落的难易程度自砺性：磨钝的砂粒自动脱落选择原则： 粗磨、磨硬材料选软砂轮 , 精磨、磨软材料选硬砂轮 , 磨很软的材料选软砂轮 磨难加工材料、热敏感工件选软砂轮 轮成型磨选硬砂5、组织砂轮的疏密程度二、砂轮的形状和尺寸1、砂轮形状和尺寸砂轮的形状根据被磨削表面的几何形状和尺寸选择，砂轮的尺寸根据磨床的规格而定。2、砂轮代号第 5 节 常用金属切削刀具简介 一、车刀 1、 按用途分类： （如下图） 外切槽刀 左偏刀 右偏刀、外圆车刀 成形车刀 宽刃车刀 外螺纹车刀 端面车刀 内螺纹车刀 内切槽刀 、内孔车刀2、按结构分类： 整体车刀 焊接车刀 机夹车刀 （如图） 可转位车刀（如图） 成形车刀 （如图）二、孔加工刀具 1、扁钻:分为整体式和装配式特点：结构简单、刚度高、成本低、刃磨方便应用：d 38mm孔2、麻花钻 （如图） （1）麻花钻的组成 柄部 ：是钻头的夹持部分，用于与机床主轴孔配合并传递扭矩。柄部有直柄和莫氏锥柄两种。 颈部 ：打标记、砂轮越程槽 工作部分：包括切削部分与导向部分。（2）麻花钻工作部分的组成 切削部分 ：由两个前刀面，两个后刀面，两条主刀刃，一条横刃组成。 导向部分 ：由两条刃带（副后刀面），两条副刀刃组成。（3）麻花钻的制造参数 公称直径do ：有正椎；外径精度：h8，h9 钻芯直径dc ：有倒锥 顶（峰）角2 ：标准麻花钻头的2=118，其作用类似主偏角。 螺旋角 ： 外径处最大，钻芯处最小。 前角 ：前角是在制造螺旋面时形成的，o = 30。 副后角 ：因为副后面（窄棱面）是钻头外圆柱面的一部分，故o = 0。（4）麻花钻的刃磨角度 刃磨时控制 ：顶角2，横刃斜角=5055。 后角 ：fx ：由控制。（5）麻花钻的修磨 标准高速钢麻花钻存在的问题a）主刃前角相差悬殊 ，横刃负前角轴向力大 ，切削条件差 ；b）副后角=0 ，摩擦严重 ；c）两边刀尖处vc较高 ，磨损快 ；d）主刃过长 ，卷屑排屑不易 ，切削液难注入 ；e）高速钢不耐磨 。 修磨改进方法a）修磨横刃 : 长度磨短 ，磨出正前角 ，上述二者综合 ；b）修磨前面 ：主刃外缘处前角磨小些加工硬材料时 ，前刀面上磨出卷屑槽加工软材料时；c）修磨切削刃 ：两边刀尖磨出过渡刃 ，双重顶角和三重顶角；d）磨出分屑槽 ：；e）综合修磨群钻 。(如图)（6）麻花钻刃磨注意事项 钻尖的中心应予钻头的轴线一致； 两条切削刃与轴线的夹角应相等； 两条切削刃的长度（切削刃高度）应相等； 横刃不得偏离轴线且相对与轴线应左右对称； 后角应左右相等，后刀面应在同一曲面上； 不要引起刃磨烧伤或钻尖缺损。(如图)3、中心钻 : a型、b型、r型钻中心孔专用钻头。(如图)4、深孔钻:（1）钻深孔问题 : 钻杆细长，易弯易振； 排屑不畅，钻头易断； 散热不便，钻头易损。（2）钻深孔刀具 ： 外排屑式（枪钻）：d = 320 ，l/d可 100 。 （如图） 内排屑式 ：d 20 ,l/d 100 。 喷吸钻 ：d = 1665 ，l/d 100 。(如图)（3）钻深孔工艺 工件旋转 ； 刀具进给 ； 卧式布局 ； 备有切削液输送装置 ； 备有周期退刀排屑装置 ； 5、扩孔钻：(如图) 整体式：又分为直柄和椎柄（h8） ； 镶齿套式（h8） ； 硬质合金可转位式 。6、锪钻平底锪钻（如图） ：分为直柄带导柱和锥柄带可换导柱。加工平底沉孔和孔端平台 锥面锪钻 ：分为带导柱和不带导柱两种，且两种都有60，90，120三种规格。加工锥形沉孔（如图） 端面锪钻 加工孔端平台7、铰刀（如下图）（1）特点 ：刀齿多、刀槽浅、刚度好、定尺寸（一把刀加工一种孔）；精度：h7、h8、h9 （2）种类 ： 手用 ：分为直槽、螺旋槽、可调式三种。刀刃长，用机床铰孔 机用 ：分为直槽和螺旋槽两种，且两种都有直柄、锥柄和套式三种类型。刀刃短，用机床铰孔 锥度铰刀 ：分为粗铰和精铰。铰锥孔 硬质合金无刃铰刀铰小孔 单刃铰刀可铰不通孔、深孔，可高速铰孔（如图）（3）结构 （如图） 工作部分 ：引导锥、切削部分、校准部分（分为圆柱部分和倒锥） 颈部 柄部（4）刀齿 齿数 z = 612 ； 齿背形式 ：直线齿背，圆弧齿背，折线齿背 小直径铰刀的齿形 ： 半圆形，三角形，五角形（5）几何参数 ：主偏角，前角，后角，槽形角，螺旋角，直径d，齿数（6）铰刀的安装 ：铰刀应与工件预孔同轴，否则：孔径扩大、喇叭口用浮动联接 不能修正位置误差8、镗刀（1）单刃镗刀 车床用：即内孔车刀 镗床用：镗杆+刀头(一般较难调刀；微调镗刀有刻度，较易调整)（如图）（2）双刃镗刀 固定镗刀块 没有横刃的钻头 浮动镗刀块 只有两条刀刃的铰刀不修正位置误差（如图）二、 铣刀 种类与应用a) 圆柱铣刀加工狭长平面分为粗齿（粗加工）和细齿（精加工）b) 面铣刀 加工大平面c)三面刃铣刀铣弧尾槽、通槽、台阶面(刀宽精度较高)