機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 緒論 第1章

第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)本章重點(diǎn)一、基本定義切削運(yùn)動(dòng)的概念、切削用量三要素、刀具標(biāo)注角度的參考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具(外圓車刀、端面車刀、切斷刀)角度的標(biāo)注，切削層參數(shù)等。二、刀具材料

刀具材料應(yīng)具備的性能（5個(gè)方面的性能），兩種常用的刀具材料（高速鋼、硬質(zhì)合金）的牌號(hào)、性能特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合。了解其它刀具材料?！?.1基本定義切削加工須具備的三個(gè)條件：①工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)——切削運(yùn)動(dòng)（由切削機(jī)床完成）。②刀具材料必須具備一定的切削性能。③刀具必須有合理的幾何參數(shù)——刀具的角度。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)——機(jī)床、夾具、刀具和工件，構(gòu)成一個(gè)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。切削過程的各種現(xiàn)象和規(guī)律都在這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中去研究。一、切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

1.工件的加工表面待加工表面——即將被切去金屬層的表面；加工表面——切削刃正在切削著的表面；已加工表面——已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。平面刨削的切削運(yùn)動(dòng)及工件上三表面課堂問題：指出鉆、銑削的切削運(yùn)動(dòng)及工件上三個(gè)表面。待加工表面已加工表面加工表面已加工表面加工表面2.切削運(yùn)動(dòng)*⑴主運(yùn)動(dòng)

——切削時(shí)最主要的、速度最高、消耗動(dòng)力最多的運(yùn)動(dòng)。（如圖1.3中的Vc）說明：主運(yùn)動(dòng)是刀具與工件之間產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可由刀具，也可由工件實(shí)現(xiàn)；主運(yùn)動(dòng)可是直線運(yùn)動(dòng)，也可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；切削加工中，機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)一般只有一個(gè)(唯一性)。⑵進(jìn)給運(yùn)動(dòng)——使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。它是刀具與工件之間產(chǎn)生的附加運(yùn)動(dòng)（如圖1.3中的

Vf）。說明：（a）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常消耗功率較小，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)或幾個(gè)，甚至沒有（如拉削）；它可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。拉削加工（b）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可是直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或兩者的組合，可由刀具或工件完成。

⑶合成切削運(yùn)動(dòng)與合成切削速度——主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱合成切削運(yùn)動(dòng)；刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件的合成切削運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為合成切削速度。(如圖1.3中的Ve)常見加工方法的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3.切削用量三要素*(vc、f、ap)(1)切削速度vc

——刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件沿主運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度(如圖1.3中的vc)。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)(如車、鏜、鉆、銑、磨等)：（m/min或m/s）進(jìn)給量f、進(jìn)給速度vf進(jìn)給量——在主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。根據(jù)加工方法的不同，進(jìn)給量有三種表達(dá)方式：工件或刀具回轉(zhuǎn)(車、鏜、鉆)時(shí)：進(jìn)給量的含義為工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具相對(duì)工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，用f表示，單位mm/r。對(duì)于刨、插削等主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的加工，進(jìn)給量的單位為mm/d.st。對(duì)于銑刀、鉸刀、滾刀等多刃刀具，規(guī)定每一個(gè)刀齒的進(jìn)給量時(shí)，用fz

表示，單位為mm/z。進(jìn)給速度

vf

——切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。單位：mm/min或mm/s。進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系：

vf=f·n=fz·z·n(3)背吃刀量

ap——車削和刨削時(shí)，背吃刀量為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離。鉆削時(shí)：

二、刀具切削部分的基本定義1.刀具切削部分的構(gòu)造要素主后刀面Aa——是指與工件加工表面相對(duì)的刀具表面。副后刀面Aa`——指與工件已加工表面相對(duì)的刀具表面。(3)切削刃——主切削刃指前刀面與主后刀面相交的鋒邊；副切削刃指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。車刀的組成（“三面兩刃一尖”）(1)前刀面Ar

——是切屑流出的表面;

(2)后刀面——分為主后刀面與副后刀面

;(4)

刀尖——可以是主、副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，也可以是圓弧或直線（通常稱為過渡刃）。焊接式車刀機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位車刀2.刀具標(biāo)注角度的參考系(刀具靜止參考系)刀具的工作角度（實(shí)際角度）——把刀具同工件和實(shí)際切削運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來確定的刀具角度。它是刀具在使用狀態(tài)下的工作角度。刀具的標(biāo)注角度（刃磨角度）——設(shè)計(jì)、制造和刃磨刀具時(shí)所標(biāo)注的角度。它是刀具在設(shè)計(jì)圖紙上所標(biāo)注的角度。兩個(gè)假定條件：假定運(yùn)動(dòng)條件——首先給出刀具的假定主運(yùn)動(dòng)方向和假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向；其次假定進(jìn)給速度值很小，可以用主運(yùn)動(dòng)向量vc近似代替合成速度向量ve；該假定的實(shí)質(zhì)：不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，即設(shè)vf

=0。假定安裝條件——刀具的安裝位置處于“標(biāo)準(zhǔn)”位置。即忽略刀具安裝位置變化對(duì)刀具角度的影響！刀具標(biāo)注角度參考系的構(gòu)成：(1)基面Pr通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。(2)切削平面Ps通過主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是主切削刃（或過選定點(diǎn)的切線）與切削速度方向（假定主運(yùn)動(dòng)方向）構(gòu)成的平面。注意：基面Pr和切削平面Ps是十分重要的兩個(gè)平面，它們是參考系中兩個(gè)基本的參考平面，又稱“基本參考平面”。“基本參考平面”與不同的“測(cè)量平面”組合就構(gòu)成了不同的刀具標(biāo)注角度參考系。(3)主剖面Po和主剖面參考系主剖面Po是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。由Pr

－Ps－Po組成一個(gè)正交的參考系稱為主剖面參考系。主剖面參考系

(4)法剖面Pn和法剖面參考系法剖面Pn是通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。

Pr-Ps-Pn組成法剖面參考系。(5)進(jìn)給剖面Pf和背平面Pp及進(jìn)給、背平面參考系進(jìn)給剖面Pf是通過切削刃選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向并垂直于基面Pr的平面。背平面Pp是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于Pr和Pf的平面。

Pr

-Pf-Pp組成一個(gè)進(jìn)給、背平面參考系。3.刀具的標(biāo)注角度*

刀具標(biāo)注角度——在刀具的標(biāo)注角度參考系中確定的切削刃與刀面的方位角度，稱為刀具標(biāo)注角度。亦即在刀具工作圖上需要標(biāo)注的角度。在不同的參考系中，所標(biāo)注的角度有所不同。(1)主剖面參考系中的標(biāo)注角度*

①主偏角κr——在基面中測(cè)量的，主切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。κr(1)主剖面參考系中的標(biāo)注角度*

①主偏角κr——在基面中測(cè)量的，主切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。②刃傾角λs——在切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。κrλs刃傾角的符號(hào)及其對(duì)排屑方向的影響(1)主剖面參考系中的標(biāo)注角度*

①主偏角κr——

在基面中測(cè)量的，主切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。②刃傾角λs

——

在切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。③前角γ0

——前刀面與基面之間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。④后角α0

——后刀面與切削平面之間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。κrλsγ0α0前角γ0

和后角α0正、負(fù)號(hào)的規(guī)定⑤副偏角κr′——在基面中測(cè)量的，副切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。⑥副后角α0′——副后刀面與過副切削刃的切削平面Ps′之間的夾角。κrλsγ0α0κr′α0主偏角κr、刃傾角λs

、前角γ0

、后角α0

、副偏角κr′、

副后角α0′是車刀在主剖面參考系中必須標(biāo)注的6個(gè)基本角度。根據(jù)需要還可標(biāo)注以下角度（派生角度）：⑦楔角β0——主剖面中測(cè)量的前、后刀面間夾角。β0

＝90°－(γ0＋α0)⑧刀尖角εr

——基面中測(cè)量的主、副切削刃在基面內(nèi)投影間的夾角。εr

＝180°－(κr＋κr′)κrλsγ0α0κr′α0β0εr刀具角度標(biāo)注舉例f刀具角度標(biāo)注舉例切斷（切槽）刀具角度標(biāo)注右偏刀車端面的標(biāo)注角度車槽刀的標(biāo)注角度刀具角度標(biāo)注舉例(2)法剖面參考系中的標(biāo)注角度在基面和切削平面內(nèi)標(biāo)注的角度主偏角κr、刃傾角λs

、副偏角κr′與主剖面參考系相同。只需將主剖面內(nèi)標(biāo)注的角度前角γ0

、后角α0

、

副后角α0′改在法剖面內(nèi)標(biāo)注法前角γn

、法后角αn

、法向副后角αn′即可。法剖面參考系中的標(biāo)注角度前角γ0

與在法剖面內(nèi)前角γn的關(guān)系圖1.13不同參考系刀具角度標(biāo)注比較三、刀具角度的換算(自學(xué))

四、刀具的工作角度、工作角度參考系

與刀具標(biāo)注角度參考系的區(qū)別：用Ve取代Vc。用實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。在刀具工作角度參考系中：工作基面Pre

通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)合成切削運(yùn)動(dòng)方向的平面。(2)工作切削平面Pse

通過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切，并垂直于工作基面Pre的平面。也就是切削刃（或過選定點(diǎn)的切線）與合成切削速度Ve方向構(gòu)成的平面。顯然Pre⊥Pse

。1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響⑴橫車（橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響）由于基面位置的變化導(dǎo)致:工作前角γ0e

↑工作后角α0e

↓γ0e=γ0+ηα0e=α0－η

tgη=vf/vc

=f/πdVeVfVc討論：

tgη=vf/vc=f/πd式中：f——刀具橫向進(jìn)給量，mm/r。

d——切削刃上選定點(diǎn)在橫向進(jìn)給時(shí)的切削直徑。①當(dāng)f一定時(shí)，越接近工件中心，d值越小，η急劇增加，由α0e=α0－η可知，α0e將變?yōu)樨?fù)值。

②當(dāng)f增大時(shí)，η增大，α0e也可能變成負(fù)值。

(2)縱車（縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響）由于基面位置的變化導(dǎo)致:工作前角γfe↑工作后角αfe↓γfe=γf+ηαfe=αf－η

tgη=vf/vc

=f/πdw討論：

tgη=vf/vc=f/πdw式中：f——刀具縱向進(jìn)給量，mm/r。

dw——切削刃上選定點(diǎn)在A點(diǎn)時(shí)工件待加工表面直徑。將上述角度換算至主剖面內(nèi)，得tgη0=tgη·sinκr

γ0e=γ0+η0由上式可知：η值不僅與進(jìn)給量f有關(guān)，也同工件直徑dw有關(guān)，dw越小，角度變化值越大。實(shí)際上，一般外圓車削的η值很小，可以忽略不計(jì)。但在車螺紋、蝸桿，尤其是多頭螺紋或蝸桿時(shí)，η的數(shù)值很大，必須進(jìn)行工作角度計(jì)算。加工時(shí)，刀具常采用“法向安裝”。車刀的“法向安裝”2.刀具安裝對(duì)工作角度的影響⑴刀尖安裝高低對(duì)工作角度的影響車削時(shí)：應(yīng)用：粗車外圓：刀尖高于工件中心，增大前角，降低切削力

精車外圓：刀尖低于工件中心，增大后角，減少后刀面磨損

車成形面：刀尖與工件中心等高，避免誤差分析：當(dāng)?shù)都獍惭b的高于工件中心線時(shí)工作切削平面將變?yōu)镻se,工作基面變?yōu)镻re；工作角度γpe增大，αpe減小。在背平面(P－P為標(biāo)注背平面)內(nèi)角度變化值為θp：當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜ行臅r(shí)，上述計(jì)算公式符號(hào)相反；鏜孔時(shí)的計(jì)算公式同外圓車削相反。課堂問題：鏜孔時(shí)，當(dāng)鏜刀刀尖安裝得高于或低于工件中心線時(shí)，工作前角和工作后角的變化如何？⑵刀桿安裝傾斜對(duì)工作角度的影響車刀刀桿與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，工作主偏角κre和工作副偏角κre′將發(fā)生變化：中心線安裝偏斜對(duì)工作角度的影響

五、切削層參數(shù)與切削形式切削層——切削中，刀具的切削刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的材料層稱為切削層。切削層參數(shù)——指切削層的截面尺寸。它決定了刀具切削部分所受的負(fù)荷大小及切下切屑的形狀和尺寸大小。加工方法、刀具形狀不同，切削參數(shù)也不同。hDbD切削層參數(shù)⑴切削厚度hD——垂直于加工表面來度量的切