1第一章 金属切削过程的基础知识

第一章

金属切削过程的基础知识本章提要 Abstract 1.1 基本定义 Basic definition 1.2 刀具材料 Material of the cutting tool

Chapter 1 Fundamentals of Cutting

本章提要本章主要介绍金属切削过程的基础知识，分两大部分： 一、基本定义——介绍金属切削过程方面的一些基本概 念，它包括切削运动、切削用量、参考系(基面、切削平 面、主剖面)、刀具标注角度、切削层参数等。 二、刀具材料——介绍刀具材料应具备的性能(硬度、 耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性),两种 常用的刀具材料(高速钢、硬质合金)和其它刀具材料 (涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼)。

1 )理解金属切削过程的四大规律：变形规律：工件材料硬度(强度)、刀具前角、切削速度、进给量等 对变形的影响。

切削力规律：工件材料硬度(强度)、刀具角度、切削用量、刀具磨 损对切削力的影响。切削温度规律：工件材料硬度(强度)、刀具角度、切削用量、刀具 磨损对切削温度的影响。 刀具磨损与刀具耐用度规律：工件材料硬度(强度)、刀具角度、切 削用量、刀具材料性能对耐用度的影响。

2 )了解四大规律在生产过程中的四个方面(工件材料切削加工性、切削液、切削用量、刀具几何参数)的应用。 并具备合理选择切削液、切削用量与刀具几何参数的初步能力。在四大规律中，切削变形是最基本的一条规律。如果切削变形小， 则切削力减少，切削温度降低，刀具磨损减少，刀具耐用度提高。

1.1 基本定义 Basic definition1.1.1 切削运动与切削用量Cutting motion and parameters

1.1.2 刀具切削部分的基本定义Basic definition of the cutting region

1.1.3 刀具角度的换算exchange of the cutting angles

1.1.4 刀具工作角度Work angles of the cutting tool

1.1.5 切削层参数与切削形式Cutting layer parameters and mode

1.1.1 切削运动与切削用量 Cutting motion and parameters如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工件 的外圆表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面 (图1.1): 待加工表面 (Surface to be machined): 即将被切去金属层的表面; 加工表面 (Machining surface): 切削刃正在切削着的表面; 已加工表面 (Machined surface): 已经切去一部分金属形成的新 表面。 图1.1 车削时的切削运动

1.1.1.1 切削运动金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。但是，按切削 时工件与刀具相对运动所起的作用来分，可分为主运动和进给运动。 如图1.1所示。

(1)主运动 (the main motion)主运动是切下金属所必须的最主要的运动。通常它的速度最高， 消耗机床功率最

多。

(2)进给运动 (the feed motion)使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可以是连续运动，也 可以是间歇运动。

(3)合成运动与合成切削速度当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某 一点相对工件的运动称为合成切削运动，其大小与方向 用合成速度向量ve表示。如图1.3所示，合成速度向量等 于主运动速度与进给运动速度的向量和。即

ve=vc+vf

(1.1)

图1.3

切削时合成切削速度

1.1.1.2

切削用量三要素称之为:切削用量三要素。

ve、f 、ap

(1)切削速度大多数切削加工的主运动采用回转运动。回旋体(刀具或 工件)上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下：

vc =

dn1000

m/s

或

m/min

(1.2)

式中 d -工件或刀具上某一点的回转直径(mm)

n -工件或刀具的转速(r/s或r/min)

(2)进给速度、进给量和每齿进给量进给速度vf是单位时间的进给量，单位是mm/s(mm/min)进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位 移，单位是mm/r(毫米/转)。 对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行 工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz,即后一个刀齿相对于前一 个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。 显而易见

vf=f· fz· n n= z·

mm/s或mm/min

(1.3)

(3)背吃刀量对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工 表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。 外圆柱表面车削的深度可用下式计算：

ap=(dw-dm)/2 mm对于钻孔工作 ap=dm/2 mm

(1.4)

(1.5)

上两式中 dm——已加工表面直径(mm) dw—— 待加工表面直径(mm)

1.1.2

刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的构成要素三个刀面、两个刀刃、一个尖

1.1.2.1

(1) 前刀面

(2) 后刀面(主后刀面、副后刀面

(3) 切削刃(主切削刃、副切削刃)

(4) 刀尖

图1.3

典型外圆车刀切削部分的构成

(1) 前刀面 前刀面Ar是切屑流过的表面。分为：与 主切削刃毗邻的称为主前刀面；与副切削刃毗邻的称为副 前刀面。(2)后刀面 后刀面分为主后刀面与副后刀面。

(3)切削刃 切削刃是前刀面上直接进行切削的边锋，有 主切削刃和副切削刃之分。主切削刃指前刀面与主后刀面相 交的锋边；副切削刃指前刀面与副后刀面相交的锋边。 (4)刀尖 刀尖可以是主、副切削刃的实际交点，也可 以是主、副两条切削刃连接起来的一小段切削刃，它可以是 圆弧，也可以是直线，通常都称为过渡刃。

1.1.2.2

刀具标注角度的参考系

假定运动条件：首先给出刀具的假定主运动方向和假定进给运动方向；其次假定进 给速度值很小，可以用主运动向量vc近似代替合成速度向

量ve;然后 再用平行和垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。

假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀具便于制造、刃磨和 测量时定位与调整的平面或轴线(如车刀底面、车刀刀杆轴线、铣刀、 钻头的轴线等)。反之也可以说，假定刀具的安装位置恰好使其底面 或轴线与参考系的平面平行或垂直。

刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成：

(1)基面Pr (reference参考)通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。 通常，基面应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。例如，图1.6所示为普通车刀、刨刀的基面Pr ,它平行于 刀具底面。

(2)切削平面Ps通过切削刃选定点， 与主切削刃相切，并垂直 于基面Pr的平面。也就是主切削刃与切 削速度方向构成的平面。

图1.6 普通车刀的基面Pr

(3)主剖面P0和主剖面参考系主剖面P0 是通过切削刃选定点，同时垂直于Pr 和切削平面Ps 的 平面。图1.8表示由Pr -Ps -P0 组成的一个正交的主剖面参考系。

(4)法剖面Pn和法剖面参考系法剖面Pn是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。如图 1.8所示，由 Pr -Ps -Pn 组成的一个法剖面参考系。

图1.8 主剖面与法剖面参考系

正交的主剖面参考系

(5) 进给剖面Pf和背平面Pp及其组成的 进给、背平面参考系Pr -Pf-Pp进给剖面Pf 是通过切削 刃选定点，平行于进给运动 方向并垂直于基面Pr的平面。 通常，它也平行或垂直 与刀具上便于制造、刃磨和 测量的某一安装定位平面或 轴线。由 Pr-Pf-Pp 组成 一个进给、背平面参考系， 如图1.9 所示。 背平面Pp是通过切削刃 选定点，同时垂直于Pr 和 Pf的平面。

图1.9 进给、背平面参考系

刀具的结构 刀具的参考平面

要确定和测量刀具角度，必须引入三个相互 垂直的参考平面：(1)切削平面：通过 主切削刃上某一 点并与工件加工

表面相切的平面。

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