金屬切削原理與刀具教案

緒論

【內(nèi)容提要】

本章主要介紹本課程的根本內(nèi)容、性質(zhì)、特點(diǎn)和學(xué)習(xí)本課程的根本要求。

【目的要求】

1、明確本課程的根本內(nèi)容和性質(zhì)：

2、了解本課程的特點(diǎn)；

3、掌握學(xué)習(xí)本課程的根本要求。

【本章內(nèi)容】

一、本課程的內(nèi)容

?金屬切學(xué)原理與刀具?這門(mén)課，原理討論的是金屬切削加工過(guò)程中的主要物理現(xiàn)象

的變化規(guī)律，以及對(duì)規(guī)律的控制及應(yīng)用；刀具是要我們學(xué)習(xí)常用金屬切削刀具的選擇、

使用以及常用非標(biāo)準(zhǔn)刀具的設(shè)計(jì)，如成形車(chē)刀、成形銃刀和拉刀等。

二、本課程的性質(zhì)

根據(jù)所學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)方案根本課程的教學(xué)大綱的規(guī)定，本課程是一門(mén)專(zhuān)業(yè)根底課，

為培養(yǎng)與機(jī)制方面有關(guān)的應(yīng)用型人才效勞，為本專(zhuān)業(yè)的其他專(zhuān)業(yè)課如?金屬切削機(jī)床？、?

機(jī)械制造工藝學(xué)?及?機(jī)械加工技術(shù)?等提供必要的根底知識(shí)。

我國(guó)自1949年以來(lái)各高等工科院校相繼進(jìn)行了金屬切削原理與刀具方面的科學(xué)研

究?？梢?jiàn)在工科院校與機(jī)制有關(guān)的專(zhuān)業(yè)中本課程占有重要的地位，因此一直列為考試課,

在我校的數(shù)控、機(jī)制、機(jī)電等專(zhuān)業(yè)自然也是考試課。

三、本課程的特點(diǎn)

(1)涉及知識(shí)面廣

本課程是一門(mén)專(zhuān)業(yè)課。在學(xué)習(xí)這門(mén)專(zhuān)業(yè)課之前，應(yīng)先掌握?畫(huà)法幾何？、？機(jī)械制圖？、？

金屬工藝學(xué)？、？機(jī)械設(shè)計(jì)?等根本理論及?公差配合與技術(shù)測(cè)量?等根底知識(shí)。

(2)實(shí)驗(yàn)理論多

許多公式都是在不同的實(shí)驗(yàn)條件下得出的。如切削力的實(shí)驗(yàn)指數(shù)公式和單位切削力

公式，雖都是計(jì)算切削力，但實(shí)驗(yàn)條件不同，那么得出的結(jié)論也不同。因此說(shuō)專(zhuān)業(yè)課中

沒(méi)有絕對(duì)的理論，或許有些還要做近似處理。

(3)實(shí)踐性強(qiáng)

學(xué)習(xí)理論就是為實(shí)踐效勞，但經(jīng)過(guò)實(shí)踐又可以提高理論水平。如果學(xué)習(xí)了不會(huì)用，

那就是“紙上談兵〃，因此，一定要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。

四、學(xué)習(xí)木課程的要求

1、具有正確圖示和選擇刀具合理幾何參數(shù)的能力。

2、根本掌握切削過(guò)程中的主要物理現(xiàn)象的變化規(guī)律和應(yīng)用及控制方法，具有解決

實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力。

3、具有根據(jù)具體要求選擇使用常用刀具，以及設(shè)計(jì)一般非標(biāo)準(zhǔn)刀具的能力。

4、要求課上認(rèn)真聽(tīng)講，抓住重點(diǎn)，做好筆記，課下復(fù)習(xí)，輔導(dǎo)與自學(xué)相結(jié)合。

第一章刀具材料

【內(nèi)容提要】

本章主要介紹刀具材料應(yīng)具備的性能，以及常用刀具材料中高速鋼和硬質(zhì)合金

材料的特性及應(yīng)用場(chǎng)合；簡(jiǎn)單介紹了其他刀具材料的性能及應(yīng)用。

【目的要求】

1、明確刀具材料應(yīng)具備的性能；

2、掌握常用刀具材料中高速鋼和硬質(zhì)合金的性能及應(yīng)用場(chǎng)合；會(huì)根據(jù)具體加

工工藝情況選擇不同牌號(hào)的刀具材料。

3、了解其他刀具材料的性能。

【本章內(nèi)容】

概述

刀具材料是指刀具上參與切削的那局部材料。刀具的切削局部不但要求具有一定的

幾何形狀，而且還要求有相應(yīng)的刀具材料。目前廣泛應(yīng)用的刀具材料由高速鋼和硬質(zhì)合

金。隨著生產(chǎn)率的不斷提高和難加工材料的日益廣泛應(yīng)用，超硬刀具材料也不斷涌現(xiàn)如

陶瓷、立方氮化硼以及金剛石（人造）等。

時(shí)間刀具材料切削速度

1900年以前碳工鋼低

1900年左右高速鋼提高六倍

在以后的相繼幾十年里，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每十年切削速度能提高一倍，耐用度可提高兩倍。

高速鋼一般允許切削速度為25?30m/min；硬質(zhì)合金允許的切削速度為lOOm/min.

要提高切削加工的生產(chǎn)率，就需要提高切削速度和刀具耐用度，那末就要求提供

切削性能更好的刀具材料，以便進(jìn)一步提高切削加工生產(chǎn)率及加工質(zhì)量。

由于切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生切削抗力、切削熱、沖擊和振動(dòng)，那么刀具材料具有哪些

性能才能滿(mǎn)足要求呢？

§1-1刀具材料應(yīng)具備的性能

一、硬度和耐磨性

刀具材料的硬度一定要大于工件材料的硬度，一般常溫硬度超過(guò)60HRC以上。高速

鋼在63?66HRC以上，硬質(zhì)合金在74?81.5HRC左右，人造金剛石lOOOOHVo

一般來(lái)說(shuō)，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。因?yàn)榫鶆蚍植嫉募?xì)化碳化物數(shù)量越

多，顆粒越小，耐磨性就越高。

二、強(qiáng)度和韌性

在切削過(guò)程中，刀具承受很大的壓力，只有抗彎強(qiáng)度好，切削用量才不會(huì)發(fā)生變化。

粗加工余量不均，切削力發(fā)生變化，對(duì)刀具有沖擊和震動(dòng)，如果韌性不好，常會(huì)出現(xiàn)崩

刃或折斷。

硬度和韌性是一對(duì)不可解決的矛盾，如高速鋼的韌性好，而硬質(zhì)合金的硬度高，在

下一節(jié)中我們會(huì)講到。

三、耐熱性

耐熱性是指在高溫下刀具材料保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能。用紅硬性表

示。高溫下硬度越高，那么紅硬性越好。

碳素工具鋼的紅硬性200?250℃,高速鋼不超過(guò)650℃,硬質(zhì)合金約800?1000℃。

四、良好的工藝性

熱處理性能好-一淬透性

工藝性良好焊接性能好——易焊接

鍛造性能好一一如麻花，先擰后鍛

磨削性能好一一易刃磨

總之，刀具應(yīng)具備的性能主要就這四個(gè)方面，當(dāng)然還有經(jīng)濟(jì)性、切削性能的可預(yù)

測(cè)性等要求，這里不作為講述內(nèi)容。

§1-2常用刀具材料

Id前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合

金及陶瓷等。

一、碳素工具鋼

碳素工具鋼是一種含C量較高的優(yōu)質(zhì)鋼（含C一般為0.65-1.35%）.

1、常用牌號(hào)

T7A、T8A……T13A其中T一碳，A——高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼

2、主要性能

淬火后硬度較高，可達(dá)HRC61?65；紅硬性為200C?250℃,價(jià)格低廉，不耐高溫,

切削速度因此而不能提高，允許切削速度VcWlOm/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、

鋸條、鋰等；優(yōu)點(diǎn)：易刃磨，可獲得鋒利的刀刃。

二、合金工具鋼

在碳素工具鋼中參加一定量的鋁（Cr）、鴿（W）、錦（Mn）等合金元素，能夠提高

材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時(shí)還可以減少熱處理時(shí)的變形。

1、主要牌號(hào)

9SiCr：9表示平均含C量為0.90%,Si、Cr平均含量均小于L5%；

CrWMn：平均含C量大于1.0%,Cr>W.Mn平均含量均小于1.5%。

2、主要性能

淬火后的硬度可達(dá)HRC61?65,紅硬性為300C?400C,允許切削速度Vc=10?

制作低速、形狀比擬復(fù)雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用錢(qián)

刀（孔的精加工）等。

三、高速鋼

高速鋼是一種高合金工具鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素，這些合金元素

的含量較高，主要改變以往工具鋼的性能。

（一）高速鋼的性能：

1、具有高的強(qiáng)度和韌性；

2、良好的耐磨性，63?66HRC（參加V元素的作用）；

3、紅硬性為600℃（參加W元素的作用）；

4、允許切削速度Yc=25?30m/min：

高速鋼經(jīng)過(guò)適當(dāng)熱處理，可獲得良好的切削性能。用高速鋼制成的刀具，在切削

時(shí)顯得比一般低合金工具鋼刀具更加鋒利，因此又俗稱(chēng)鋒鋼。高速鋼區(qū)別于其他一般工

具鋼的主要特性是它具有良好的熱硬性（紅硬性），當(dāng)切削溫度高達(dá)600C左右時(shí)硬度仍

無(wú)明顯下降，能以比合金工具鋼更高的切削速度進(jìn)行切削，高速鋼由此而得名。

5、具有良好的制造工藝性；

高速鋼能鍛造，易刃磨，能制造形狀復(fù)雜的及大型成形刀具，如鉆頭、絲錐、成

形刀具、拉刀、齒輪刀具、整體銃刀盤(pán)等都用高速鋼。高速鋼的焊接、韌性、熱處理性

能好。

6、可獲得鋒利的刀刃（鋒鋼之稱(chēng)）；

7、加工范圍較大：鑄鐵、有色金屬、鋼（指正火狀態(tài)下，淬火狀態(tài)不能加工）

（二）高速鋼的分類(lèi)

高速鋼按用途來(lái)分可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。

1、普通高速鋼：工藝性好，可滿(mǎn)足一般工程材料的切削加工。又可分為

鴇系高速鋼：W18Cr4V（最常用，刃磨性好）

銅系高速鋼：W6Mo5Cr4V2

2、高性能高速鋼

通過(guò)調(diào)整根本化學(xué)成分和添加其他合金元素，，使其性能比普通高速鋼提高一步，

可用于切削高強(qiáng)度鋼，高溫合金、鈦合金等難加工材料。分類(lèi)：

高碳高速鋼：95W】8CQV（含C量為0.95%）

高銳高速鋼：W6M05行4V3（提高耐磨性）

鉆高速鋼：W6Mo5Cr4V2Co8

鋁高速鋼：W6Mo5Cr4V2Al

四、硬質(zhì)合金

指有高硬度、高熔點(diǎn)的碳化物，用金屬粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)高壓成形，在500℃的高溫

下燒結(jié)而成的材料為硬質(zhì)合金。

組成：硬質(zhì)相（TiC或WC：+粘結(jié)相（Co、Ni、Mo等，其中Co比擬常用）

（-）主要性能

1、常溫硬度74?81.5HRC,紅硬性為800℃?1000C,耐磨性?xún)?yōu)良。

2、允許切削速度Vc=100m/min以上，最高不能超過(guò)200m/min.

硬質(zhì)合金刀具的切削速度比高速鋼提高4?7倍，刀具壽命可提高5?80倍。有的

金屬材料如奧氏體耐熱鋼和不銹鋼等用高速鋼無(wú)法切削加工，假設(shè)用含WC的硬質(zhì)合金

就可以切削加工，硬質(zhì)合金還可加工硬度在HRC50左右的硬質(zhì)材料。

3、脆性較大，怕沖擊和振動(dòng)。容易出現(xiàn)崩刃，因此注意加工條件。

4、制造工藝性差。由于硬度太高，不能進(jìn)行機(jī)械加工，因而硬質(zhì)合金經(jīng)常制成一

定規(guī)格的刀片，焊在刀體上使用。如硬質(zhì)合金端銃刀(非整體式的)

5、加工范圍較廣。脆性材料、鋼材、有色金屬等均可加工。

(二)分類(lèi)

硬質(zhì)合金分為

鴇鉆類(lèi)硬質(zhì)合金(YG)I前二者應(yīng)

鴇鉆鈦類(lèi)硬質(zhì)合金(YT)」用較廣

添加稀有金屬硬質(zhì)合金(YA、YW)

碳化鈦基硬質(zhì)合金(YN)

1、鋁鉆鈦類(lèi)硬質(zhì)合金YG

(1)組成：WC+Co

(2)常用牌號(hào)：YG3、YG6、YG8(3、6、8、代表Co含量占3樂(lè)6樂(lè)8%)

當(dāng)Co的含量較多時(shí)，WC的含量較小時(shí)，那么硬度較低，韌性和強(qiáng)度提高，硬度

下降，耐磨性降低；反之，韌性和強(qiáng)度下降，硬度提高，耐磨性、耐熱性提高。

(3)應(yīng)用：

YG3(精加工)YG6(半精加工)YG8(粗加工)

------------------------------------------------------?

Co的含量f韌性1強(qiáng)度f(wàn)HRCI耐磨性I

<------------------------------------------------------

Co的含量I韌性I強(qiáng)度IHRCt耐磨性t脆性t

主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因?yàn)樵?40C時(shí)發(fā)生嚴(yán)

重粘結(jié)，使刀具磨損，耐用度下降。

為了適應(yīng)各種加工情況的需要，在含C。量相同的情況下，按WC粉末的不同粒度

分為粗晶粒(YG3C)、細(xì)晶粒1YG3X)、中間晶粒(YG3)。一般硬質(zhì)合金為中間晶粒。

2、鋁鉆鈦類(lèi)硬質(zhì)合金(YT)

(1)組成：硬質(zhì)相(WC+TiC)+粘結(jié)相(Co)

（2）常用牌號(hào)：YT5、YT14xYT15>YT30（數(shù)字表示TiC的百分含量）

（3）應(yīng)用：

YT5［粗加工）YT14、YT15（半精加工）YT30（精加工）

-----------------------------------------------------------------?

TiC含量f硬度t耐磨性f脆性t韌性I

?-----------------------------------------------------------------

TiC含量I硬度I耐磨性I脆性I韌性t

主要用于加工鋼材及有色金屬，一般不用與加工含Ti的材料，如lCrl5Ni9Ti,Ti

與Ti的親合力較大，使刀具磨損較快。

3、添加稀有金屬硬質(zhì)合金

鴇但（銀）鉆類(lèi)硬質(zhì)合金（YA）和鴇鈦但（銀）鉆類(lèi)硬質(zhì)合金（YW）,是在鋁鉆鈦

類(lèi)硬質(zhì)合金（YT）中參加TaC（NbC）,可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性，提高和

金的高溫硬度和高溫強(qiáng)度，提高抗氧化能力和耐磨性。這類(lèi)合金可以用于加工鑄鐵及有

色金屬，也可用于加工鋼材，因此常成為通用硬質(zhì)合金，他們主要用于加工難加工材料。

4、碳化鈦基硬質(zhì)合金（YN）

這種合金有很高的耐磨性，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，與工

件材料的親合力小，抗粘結(jié)能力較強(qiáng)。主要用于鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工和粗加

工。

（三）涂層硬質(zhì)合金的選用

涂層硬質(zhì)合金是采用韌性較好的基體（如硬質(zhì)合金刀片或高速鋼等），通過(guò)化學(xué)氣

相沉積和真空濺射等方法，對(duì)硬質(zhì)合金外表涂層厚度為5?1211nl的涂層材料以提高刀

具的抗磨損能力。

涂層材料為T(mén)iC、TiN、ALCh等。適合于各種鋼材、鑄鐵的半精加工和精加工，也

適合于負(fù)荷較小的精加工。

§1-2其他刀具材料

1、陶瓷材料

主要是以氧化鋁（AL03）或氮化硅（SiN）等為主要成分，經(jīng)壓制成型后燒結(jié)而

成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐氧化，所以被廣泛用于高速切削加工

中。但由于其強(qiáng)度低，韌性差，長(zhǎng)期以來(lái)主要用于精加工。近幾年來(lái)采用先進(jìn)的工藝，

使其抗彎強(qiáng)度、抗沖擊性能有很大的提高，應(yīng)用范圍在日益擴(kuò)大。除適于一般的精加工

和半精加工外，還可用于沖擊負(fù)荷下的粗加工。

陶瓷刀具和傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可加工硬度高達(dá)HRC65的高硬度難加工材料；

2）可用于扒荒粗車(chē)及銃、刨等大沖擊間斷切削；

3）耐用度提高幾倍至幾十倍；

4）切削效率提高3?10倍，可實(shí)現(xiàn)以車(chē)、銃代磨。

2、立方氮化硼

它是70年代才開(kāi)展起來(lái)的一種人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高

溫、高壓下參加催化劑轉(zhuǎn)變而成的。其硬度很高，可達(dá)8000?9000HV,僅次于金剛石，

并具有很好的熱穩(wěn)定性，可承受1000C以上的切削溫度，它的最大的優(yōu)點(diǎn)是在高溫

1200C?1300C時(shí)也不會(huì)與鐵族金屬起反響。因此既能勝任淬火鋼、冷硬鑄鐵的粗車(chē)和

精車(chē)，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削。

3、金剛石

分為人造和天然兩種，是目前最硬的，硬度約為HV10000,故其耐磨性好，缺乏之

處是抗彎強(qiáng)度和韌性差，對(duì)鐵的親和作用大，故金剛石刀具不能加工黑色金屬，在800℃

時(shí)，金剛石中的碳與鐵族金屬發(fā)生擴(kuò)散反響，刀具急劇磨損。

金剛石價(jià)格昂貴，刃磨困難，應(yīng)用較少。

主要用作磨具及磨料，有時(shí)用于修整砂輪。

課后作業(yè)：課后習(xí)題一第一章（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）

第二章刀具根本定義

【內(nèi)容提要】

本章主要介紹切削運(yùn)動(dòng)及形成的外表、刀具幾何角度、機(jī)動(dòng)時(shí)間、金屬切除率的根本

概念；明確切削用量要素和切削層參數(shù)；常用刀具靜止和工作狀態(tài)下的特點(diǎn)及應(yīng)用知識(shí)。

【目的要求】

1、明確根本概念，會(huì)畫(huà)刀具圖，能看懂刀具圖；

2、會(huì)根據(jù)加工具體情況判斷刀具靜止和工作狀態(tài)下的幾何角度、切削用量以及切削

層參數(shù)；

3、試根據(jù)加工具體情況正確選擇和確定刀具幾何角度、切削用量以及切削層參數(shù)。

【本章內(nèi)容】

第一次課

§2-1切削運(yùn)動(dòng)及形成外表

一、切削運(yùn)動(dòng)

金屬切削運(yùn)動(dòng)，是指刀具從工件外表上切除多余的金屬層，并形成符合要求的外表

(即符合精度、形狀、外表質(zhì)量上的要求)的運(yùn)動(dòng)。

切削時(shí)，通常切削運(yùn)動(dòng)按其所起的作用可分為兩種:主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖。

1、主運(yùn)動(dòng)：指切削過(guò)程中速度最高、消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)。

比方：車(chē)削外圓時(shí)工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刨削平面時(shí)刀具直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)有刀具或

工件來(lái)完成，其形式可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，但每種切削加工方法的主運(yùn)動(dòng)只有一

個(gè)。

主運(yùn)動(dòng)的速度即為切削速度，用匕表示，單位是m/min或m/s。值得注意的是以后

一提到切削速度就知道是主運(yùn)動(dòng)的速度。

2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：是新的金屬層不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。

表示方法：J(1)進(jìn)給速度"/(mm/min或mm/s)

L(2)進(jìn)給量/(單位mm/r)表示。

在生產(chǎn)實(shí)際中，有時(shí)將進(jìn)給運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為走刀運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給量稱(chēng)為走刀量。

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度和消耗的功率都要比主運(yùn)動(dòng)小得多。

比方：車(chē)削外圓時(shí)車(chē)刀的縱向連續(xù)直線(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刨削平面時(shí)工件的間歇直線(xiàn)進(jìn)給

運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)形式可以是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或兩者的組合，也可以是連續(xù)的或是斷續(xù)

的。有工件或刀具來(lái)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，但進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可能不止一個(gè)。

3、合成切削運(yùn)動(dòng)

進(jìn)行切削時(shí)，主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。對(duì)于刀具切削刃上的一點(diǎn)來(lái)說(shuō)都是做的

合成切削運(yùn)動(dòng)。假設(shè)A點(diǎn)，相對(duì)于工件有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)工件作了一個(gè)直線(xiàn)

運(yùn)動(dòng)，那么A點(diǎn)的合成切削運(yùn)動(dòng)速度用匕表示，即

（是矢量相加，而不是大小相加）

Ve=Vc+Vf

由于匕=冗Z'n/1000,切削刃上各點(diǎn)速度匕不等，由此可推出合成切削速度匕在各點(diǎn)

上的大小和方向也不相等。

對(duì)于外圓車(chē)刀來(lái)講，直徑d大的地方合成速度也匕大。

二、工件上的幾個(gè)外表

1、待加工外表：即將被切除的外表；

2、加工外表：切削刃正在切削的外表；

3、已加工外表：切削后形成的新外表。

切屑：在刀刃的作用下離開(kāi)工件母體的金屬或者說(shuō)被切下的金屬。

（本節(jié)掌握：主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和合成切削運(yùn)動(dòng)的概念）

§2-2刀具切削局部幾何角度

同學(xué)們想一想，為什么要以外圓車(chē)刀為例？

切削刀具的種類(lèi)繁多，形狀各異。但從切削局部的幾何特征上看，卻具有共性。外

圓車(chē)刀切削局部的根本形態(tài)可作為其他各類(lèi)刀具的切削局部的根本形態(tài)。因此外圓車(chē)刀

可以看是其他各類(lèi)刀具的演變，都是在這個(gè)根本形態(tài)上演變出各自的特點(diǎn)，所以本節(jié)以

外車(chē)刀切削局部為例，給出刀具幾何參數(shù)方面的有關(guān)定義。

一、外圓車(chē)刀切削局部的組成

車(chē)刀由刀桿和刀頭組成，也就是導(dǎo)體和切削局部。刀體用于安裝切削局部用于進(jìn)行

金屬切削加工。切削局部的組成：

1、前刀面Ar：切屑流經(jīng)的刀面。

2、后刀面A。：與加工外表相對(duì)的刀面。

3、副后刀面Aa'：與已加工外表相對(duì)的刀面。

4.主切削刃S：前后刀面的交線(xiàn)。負(fù)擔(dān)主要的切削工作。也稱(chēng)主刀刃。

5、副切削刃S':前面與副后刀面的交線(xiàn)。只參加少量的切削，形成已加工外表。

也稱(chēng)副刀刃。

6、刀尖：主副刀刃的交點(diǎn)。它可以是一個(gè)點(diǎn)、直線(xiàn)或圓弧。

由此可看出：外圓車(chē)刀切削局部的特點(diǎn)是“321〃；即3面2刃1尖。而切斷刀切

削局部的特點(diǎn)是“432〃。即4面3刃2尖。

二、刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系

刀具要從工件上切下金屬，就必須是它具備一定的切削角度，也正是由于這些角度才決定了

刀具切削局部各外表的空間位置。為了確定切削局部各刀面在空間的位置，要人為的建立基準(zhǔn)坐

標(biāo)系。要建立坐標(biāo)系，首先應(yīng)建立坐標(biāo)平面。以這些坐標(biāo)平面為基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系，平面稱(chēng)為基

準(zhǔn)坐標(biāo)平面。

基準(zhǔn)坐標(biāo)平面基面Pr二者以切削速度匕為依據(jù)

<>

J切削平面Ps.

派※在建立基準(zhǔn)坐標(biāo)平面以前，首先要做兩點(diǎn)假設(shè)：

（1）假設(shè)主運(yùn)動(dòng)方向垂直于車(chē)刀刀桿底面；

（2）假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向平行于車(chē)刀刀桿底面。

有了這兩點(diǎn)假設(shè)，我們就好定義基準(zhǔn)坐標(biāo)平面了。

（1）基面Pr：過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，垂直于切

削速度方向的平面。

特點(diǎn)：匕相切于外圓，那么Pr〃刀桿底面。

進(jìn)給方向在Pr內(nèi)。

（2）切削平面R：過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，包括切削刃或切于切削刃（曲面刃）且

垂直于基面Pr的平面。

特點(diǎn)：Ps_L刀桿底面，匕方向在R內(nèi)。PsiPro巳不垂直于P,。

▼▼考慮問(wèn)題：分析切斷刀的基面P「和切削平面P”

為了能清楚的表達(dá)切削局部的空間幾何角度，人為的建立起空間坐標(biāo)系。

「主剖面系------------------------最常用

空間坐標(biāo)系法剖面系------------------------較常用

進(jìn)給、切深剖面系一較'常用

最大前角、最小后角剖面系少月

下面先學(xué)習(xí)主剖面參考系

（―）主剖面參考系（Pr-Ps-Po）

主剖面參考系包括「基面Pr、切削平面Ps：基準(zhǔn)坐標(biāo)平面

L主剖面P。：測(cè)量平面

Pr和Ps的概念已講過(guò)，這里主要講主剖面Po：

（1）概念：過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面Pr和切削平面R的平面，或者說(shuō)

垂直于切削刃在基面Pr上的投影。

（2）特點(diǎn)：Po±Ps1PrP。包含切削速度匕的方向。

通過(guò)以上分析我們知道，用坐標(biāo)平面和測(cè)量平面與刀具各刀面間形成相應(yīng)的角度，

從而可以確定各刀面在空間的位置。例：前刀面4的位置是由前刀面Ar和基面P「在主

剖面Po內(nèi)形成的角度確定；后刀面A“由后刀面A“與切削平面在主剖面P。內(nèi)形成的角

度確定。

（本次課還需掌握外圓車(chē)刀切削局部的組成；掌握主剖面參考系中基面、切削平面

以及主剖面的概念及特點(diǎn)。）

課后作業(yè)：課后習(xí)題一第二章：（1）、（2）、（3）

第二次課

（二）主剖面參考系中表達(dá)的角度

在主剖面系中，刀具的標(biāo)注角度有六個(gè)：Kr、K「、Y。、a。、a。’和入s。下

面我們逐一討論。

1）在基面Pr內(nèi)度量的角度（俯視圖，讓刀具投影到基面上）

主偏角Kr：在基面Pr內(nèi)，切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間的夾角；

副偏角在基面P,內(nèi)，副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向間的夾角；

刀尖角￡r：￡r=180°-（Kr+K/）,是函數(shù)角；

2）在主剖面P°內(nèi)度量的角度（0-0剖面P。內(nèi)）

前角Yo：在主剖面Po內(nèi)，前面與基面Pr之間的夾角；

前角丫。的正負(fù)的判定：前面高于基面Pr時(shí)為負(fù)；前面低于基面巴時(shí)為正；前面與

基面Pr重合時(shí)為零。

后角a。：在主剖面P0內(nèi)，后面與切削平面P.間的夾角；

楔角B。：在主剖面P。內(nèi)，前、后面間的夾角。Po=90°-（Yo+ao）;是一個(gè)函數(shù)角；

3）在副剖面P。內(nèi)度量的角度（0'-0'剖面PJ內(nèi)）

副后角。。’：在剖面PJ內(nèi)，副后面與副切削平面R間的夾角；

副前角丫。'：在剖面P。’內(nèi)，基面H與前面間的夾角；

▼▼補(bǔ)充說(shuō)明：副切削刃同主切削刃一樣，也可以建立副切削平面R、副基面H、副

剖面P?！?，此時(shí)是在副切削刃上找一任意選定點(diǎn)。

4）在切削平面R內(nèi)度量的角度（刀具在切削平面R內(nèi)投影）

刀具在切削平面R內(nèi)投影，就相當(dāng)于在車(chē)刀的后面有一個(gè)平面，這個(gè)平面與切削

平面P$平行，然后將車(chē)刀投影在這個(gè)平面內(nèi)。

刃傾角入s：在切削平面Ps內(nèi)，切削刃與基面Pr間的夾角；

刃傾角人,正負(fù)的判定：以刀尖點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)

r刀尖點(diǎn)是刀刃的最高點(diǎn)，那么刃傾角3為正；

《刀尖點(diǎn)是刀刃的最低點(diǎn)，那么刃傾角3為負(fù)；

l刀刃與基面重合或平行，那么刃傾角入s為零：

以上四點(diǎn)，分別闡述了在主剖面系中四個(gè)平面即基面件、主剖面P。、副剖面汽'、

切削平面R內(nèi)要度量的角度。由于主刀刃與副刀刃在一個(gè)前面上，當(dāng)前角Y。和刃傾角

3確定時(shí)，副前角丫。也就確定了，因此它是函數(shù)角，不做標(biāo)注。

對(duì)于一把外圓車(chē)刀，在主剖面系中要表達(dá)的有：

廠(chǎng)在基面Pr內(nèi)---主偏角Kr、副偏角

6個(gè)獨(dú)立的角度在主剖面P。內(nèi)---前角丫。、后角a

（做標(biāo)注）在副剖面P。內(nèi)一一副后角a?！?/p>

匚在切削平面Ps內(nèi)一一刃傾角A

2個(gè)函數(shù)角在基面H內(nèi)一一刀尖角叫

（不做標(biāo)注）L在主剖面孔內(nèi)一一楔角

▼▼思考題

主刀刃、前面、后面和副后面的空間位置由哪幾個(gè)角度表達(dá)出來(lái)？

主刀刃一一主偏角和刃傾角Xs；

前面---前角Y。；

后面---主偏角Kr和后角a。；

副后角一一副偏角K「和副后角aJ。

（掌握：六個(gè)獨(dú)立的幾何角度的定義。）

（三）法剖面參考系（Pr-Ps-Pn）

法剖面參考系輔助刀具的設(shè)計(jì)、制造和切削性能分析。

1、法剖面Pn：指過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)與主切削刃相垂直的平面。特點(diǎn)：Pn_L主切

削刃。

2、法剖面參考系中度量的角度：

（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角、副偏角K「，在切削平面R內(nèi)度量的角

度刃傾角入s與主剖面系完全相同。

（2）在法剖面Pn內(nèi)度量的角度：在主切削刃上選定點(diǎn)，作出法剖面

「法前角Yn：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角Y。相同。

Y

、法后角an：主后面與切削平面Ps間的夾角。

※※法剖面Pn與主剖面孔間的夾角為刃傾角入S，當(dāng)入S=O時(shí)，法剖面Pn與主剖面P。

重合。

（四）進(jìn)給、切深剖面參考系（Pr-Ps-Pf-Pp）

進(jìn)給、切深剖面參考系（K-Es-PrEp）輔助刀具的設(shè)計(jì)、制造和刃磨。

1、進(jìn)給剖面Pf：指過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，垂直與基面并平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向

的平面。特點(diǎn)：Pf_LP「Pr〃假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。

2、切深剖面Pp：指過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，并垂直與基面H和進(jìn)給剖面Pf的平面。特

點(diǎn)：PplPrlPfo

3、進(jìn)給、切深剖面參考系中度量的角度：

（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角K「、副偏角K「，在切削平面R內(nèi)度量的角

度刃傾角入s與主剖面系完全相同。

（2）在進(jìn)給剖面Pf內(nèi)度量的角度

進(jìn)給前角Yf：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角Y。相同。

進(jìn)給后角a主后面與切削平面R間的夾角。

（3）在切深剖面Pp內(nèi)度量的角度

切深前角YP：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角丫。相同。

切深后角ap：主后面與切削平面R間的夾角。

（要求：理解法剖面系和進(jìn)給、切深剖面系中的角度、平面定義。）

※※小結(jié)：

,主剖面參考系中表達(dá)的角度有六個(gè)：K,、K」、Y。、a。、aj和％

《法剖面參考系中度量的角度有六個(gè)：Kr、K」、Yn、a八叫」和人§

I進(jìn)給、切深剖面參考系中度量的角度有七個(gè)：Kr、K/、Ya丫八CIp和人§

課后作業(yè)：課后習(xí)題一一第二章（5）、（6）

第三次課

四、刀具工作角度

上面講到的刀具標(biāo)注角度，是在忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，而且刀具乂按特定條件安裝

的情況下給出的。刀具在工作狀態(tài)下的切削角度，即刀具的工作角度，應(yīng)該考慮包括進(jìn)

給運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的合成切削運(yùn)動(dòng)和刀具的實(shí)際安裝情況。

下面來(lái)學(xué)習(xí)兩個(gè)概念

1）工作基面Pre：過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)匕方向的平面。特點(diǎn):

Prc±Ve

2）工作切削平面P$c：過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，包含切削刃并垂直于工作基面已的平面。

特點(diǎn)：合成運(yùn)動(dòng)速度匕在工作切削平面Pw內(nèi)，Prc±Pseo

（一）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具幾何角度的影響：

1、橫向進(jìn)給

在進(jìn)給剖面內(nèi)，（也是在主剖面內(nèi)）

C工作進(jìn)給前角Yfe

j工作進(jìn)給后角一

lP?與P,在P/?內(nèi)的夾角。一Pf

從圖中我們可看出，工作基面與工作切削平面相對(duì)與基面和切削平面均轉(zhuǎn)過(guò)角度〃

/,從而改變了刀具的工作角度，在實(shí)際工作中起作用的是工作進(jìn)給前角^和工作進(jìn)給

后角5。

j工作進(jìn)給前角y行丫Hy.汁打（增大）

I工作進(jìn)給后角a滬a占a「修（減?。?/p>

如果讓工件旋轉(zhuǎn)一周，那末進(jìn)給量為人那么以/和不4,分別為直角邊可以得到一

個(gè)三角形，其有一夾角為〃戶(hù)那么

▼▼分析：當(dāng)采用白動(dòng)進(jìn)給切斷時(shí)，

1）進(jìn)給量一定，工件直徑不斷減小，甚至為零，那么〃不斷增大，結(jié)果。

兄二町-〃/有可能為負(fù)值；可以說(shuō)在直徑很小時(shí)，并非是切斷，而是后刀面的擠斷。

2）為防止4。二4.〃尸0,對(duì)切斷刀的后角應(yīng)采用較大值，并在切斷終了時(shí)，采用

減小進(jìn)給量的方法。

2、縱向進(jìn)給

前面我們學(xué)習(xí)了切斷刀的橫向進(jìn)給情況，外圓車(chē)刀不同于切斷刀，它進(jìn)行縱向進(jìn)給,

下面我們以外圓車(chē)刀為例來(lái)分析一下縱向進(jìn)給時(shí)對(duì)刀具幾何角度的影響。

首先畫(huà)出進(jìn)給剖面廣尸，分析切削速度匕和合成切削速度匕，找到各面尸八Pr-

2和Psc，得到相應(yīng)的；7、aA〃后Y打、〃/等，那末在進(jìn)給剖面尸-尸內(nèi)，由圖可得

C工作進(jìn)給前角Yfe=丫井〃/（增大）

I工作進(jìn)給后角dfe-OfUf（減?。?/p>

如果讓工件旋轉(zhuǎn)一周，那末進(jìn)給量為了,那么以/和不乩,分別為直角邊可以得到一

個(gè)三角形，其有一夾角為那么

如果我們想知道主剖面0-0內(nèi)刀具工作角度的大小，該如何去換算他呢？

作主剖面0-0,首先得基面Pr和切削平面Ps，然后過(guò)B點(diǎn)做主刀刃的平行線(xiàn)，得

C點(diǎn)。這樣工件轉(zhuǎn)過(guò)一周ndw，在主剖面0-0內(nèi)刀尖進(jìn)給AC,那么Pre、Psc面相應(yīng)找

到，也就相應(yīng)有Yoe、Yoxaoexa。、Uo角，由圖可知：

f工作前角Yoe=Yo+uO（增大）

l工作后角aao-MO（減?。?/p>

一般外圓車(chē)刀的口值較小，口弋30'?40,可忽略不計(jì)。但車(chē)削螺紋時(shí)，尤其是

大導(dǎo)程或多頭螺紋時(shí)，U°的值很大，不能忽略。

（二）刀具安裝位置對(duì)刀具工作的影響

1、刀具安裝高、低的影響

在安裝刀具時(shí)，刀尖有可能高于工件中心，有可能低于工件中心。首先來(lái)看高于中

心時(shí)的情況。設(shè)刀具入s=0,以外圓車(chē)刀為例，AB、AC都投影在刀桿底面上。

在切深剖面Pp內(nèi)，工作基面Pre與基面Pr間的夾角為Op,為計(jì)算方便做小三角形。

在這里有幾點(diǎn)假設(shè)：

（1）刀尖高于工件中心值一一版mm）;

（2）不計(jì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的大小—Vf=O；

（3）九$=0

所以有

由圖可知「工作切深前角yrP+ep（增大）

在切深剖面Pp內(nèi)I工作切深后角。“二"%（減?。?/p>

在主剖面o-o內(nèi)J「-工L作刖前片角3九+°。（增大）

?工作后角

a叱=aQ-9。（減?。?/p>

▼▼對(duì)于刀具刀尖位置低于工件中心時(shí)的情況，作為思考題留給大家，下次課提問(wèn)。

2、刀桿軸線(xiàn)安裝不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的影響

在基面內(nèi)，假設(shè)刀桿軸線(xiàn)在安裝時(shí)，不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向，刀桿軸線(xiàn)的垂線(xiàn)與進(jìn)

給運(yùn)動(dòng)方向的夾角為，使刀具工作主、副偏角發(fā)生變化。如圖。

(1)車(chē)外圓時(shí)(2)加工錐面時(shí)

CK**r+G「KQK「G

LKre，=Kr，-G?*rv'=*r'+G

注：在標(biāo)注角度時(shí)，認(rèn)為刀桿軸線(xiàn)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向垂直。

課后作業(yè)：課后習(xí)題一第二章(4)、(7)

第四次課

復(fù)習(xí)一次課內(nèi)容：

J刀具標(biāo)注角度：不計(jì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀尖和工件軸線(xiàn)等高；

1刀具工作角度：考慮包括進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的合成切削運(yùn)動(dòng)和刀具的實(shí)際安裝情

況，即刀尖高于或低于工件中心的情況。

(1)橫向進(jìn)給對(duì)刀具工作角度的影響(切斷刀)

在進(jìn)給剖面內(nèi)，也是在主剖面內(nèi)

’工作進(jìn)給前角==Yf+i*f（增大）

.工作進(jìn)給后角afe=aoe=arUf（減?。?/p>

⑵縱向進(jìn)給對(duì)刀具匚作角度的影響（外圓車(chē)刀；設(shè)刀具入S=0）

r在進(jìn)給剖面F-F內(nèi)----工作進(jìn)給前角Yfe=Yf+Uf（增大）

----工作進(jìn)給后角afc=a1-uf（減?。?/p>

I在主剖面0-0內(nèi)

1___工作前角Yoc=Yo+Uo（增大）

I_______工作后角aoc=ao-Uo（減?。?/p>

（3）在安裝刀具時(shí)，刀尖高于工件中心（外圓車(chē)刀；設(shè)刀具入s=0）

在切深剖面Pp內(nèi)——工作切深前角Ype=Yp+0p（增大）

一工作切深后角ape=ap-0p（減小）

在主剖面0-0內(nèi)—_工作前角Yoc=Yo4-0o（增大）

—I作后角aoc=ao-0o（減?。?/p>

（4）在安裝刀具時(shí)，刀尖低于工件中心（外圓車(chē)刀：設(shè)刀具入s=0）

，在切深剖面PpF*T1-工作切深前角Ype=Yp?4（減?。?/p>

1-工作切深后角ape=aP+0P（增大）

〔在主剖面0-0內(nèi)――工作前角丫優(yōu)=丫。?0。（減?。?/p>

---工作后角aoe=ao+0o（增大）

（5）車(chē)右旋螺紋時(shí)

左刀刃/工作前角YfeL=Uf

L工作后角akL=a七山

右刀刃「工作前角YfcR=3f

Y

L工作后角afCR=a抵+uf

思考：車(chē)左旋螺紋時(shí)，工作角度有何影響？

§2-3切削用量與切削方式

一、切削要素

切削要素分為兩大類(lèi)：切削用量要素和切削層橫截面要素。

（一）切削用量要素

切削用量是用于表示主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和切入量參數(shù)的數(shù)量，指切削速度匕、進(jìn)給

量f和切削深度如這三個(gè)要素。三者要根據(jù)不同的工件材料、加工性質(zhì)和刀具材料來(lái)選

擇，主要用于調(diào)整機(jī)床，編制工藝路線(xiàn)。

1.切削速度匕

切削速度匕一一指刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的速度。

Vc-〃乩〃/1000（mm/min）

式中d-完成主運(yùn)動(dòng)的刀具或工件的最大直徑（mm）；

主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/min或r/s）

例：外圓車(chē)刀車(chē)削外圓時(shí)，工件的旋轉(zhuǎn)速度；

刨刀刨削平面時(shí)，刨刀的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度；

鉆床上鉆孔時(shí)，麻花鉆的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度；等等。

2、進(jìn)給量f

進(jìn)給量是指工件或刀具的主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（或每一行程時(shí)），刀具切削刃相對(duì)于工

件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)量。

例如：車(chē)削時(shí)的進(jìn)給量是指工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，切削刃沿進(jìn)給方向的移動(dòng)量。（mm/r）

進(jìn)給速度十：指切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。

Vf=nf（mm/min或mm/s）

3、切削深度知

切削深度即是指在基面P,上，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層尺寸。

車(chē)削時(shí)：斯=（dw-dm）/2（實(shí)質(zhì)為半徑之差）（工件外表之間的垂直距離）

式中dw---工件待加工外表直徑；

dm一一工件已加工外表直徑：

（二）切削層橫截面要素（在基面中度量）

切削層指切削刃移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量所切除的這一層金屬。

切削層的形狀與尺寸直接影響切削變形、刀具切削局部所承受的負(fù)載和切削的形狀

和尺寸。

1、切削厚度加

指在基面內(nèi)垂直于加工外表度量的切削層尺寸。%=/而勺

切削刃為圓弧刃時(shí)，加處處不等。

2、切削寬度M

b=a/sinK

指在基面內(nèi)沿著加工外表度量的切削層尺寸。Dpr

當(dāng)仁=90°時(shí)，而=M；切削寬度是切削刃和加工外表的接觸長(zhǎng)度在基面上的投影。當(dāng)

九二0,為切削刃的實(shí)際長(zhǎng)度。

由于切削厚度hD說(shuō)明切削層的厚度，而切削寬度bD反映了切削層的長(zhǎng)度。因而用

切削厚度hD和切削寬度bD比用進(jìn)給量f和切削深度ap更能反映切削斷面形狀的特性。

3、切削層橫截面積AD

2

指基面與切削層相截的面積。AD=hrybD=faP(mm)

二、切削方式

自由切削：指只有一條直線(xiàn)切削刃參加工作的切削；

,非自由切削：指曲線(xiàn)切削刃后主、副切削刃同時(shí)參加工作的切削。

直角切削：切削速度方向與切削主刀刃相垂直的切削；

'斜角切削：刃傾角、不為零的刀具進(jìn)行的切削。

三、機(jī)動(dòng)時(shí)間和金屬切除率

1、機(jī)動(dòng)時(shí)間

機(jī)動(dòng)時(shí)間加是指刀具的切削時(shí)間，它是衡量刀具切削效率上下的一個(gè)指標(biāo)；

tm=LA/(nfaP)(min)

式中，L一刀具工作長(zhǎng)度=工件長(zhǎng)度+車(chē)刀切入、切出長(zhǎng)度；

A—工件半徑方向加工余量，A4為走刀次數(shù)；

把〃=1000匕/(不乩)代入上式得

tm-L"dwA/(l000V^ap)(min)

2、金屬切除率Q

金屬切除率0是指單位時(shí)間切下工件材料的體積；

3

Qz=1000(mm/min)

由上兩式可以得出如下結(jié)論：

在Vc、f和ap三要素中，提高任何一個(gè)都可縮短機(jī)動(dòng)時(shí)間tm,增大金屬切除率Qz,

提高切削效率。

課后作業(yè)：課后習(xí)題一第二章(8)、(9)

第三章金屬切削根本理論

【內(nèi)容提要】

本章主要介紹切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度的根本概念；切削

力、切削熱、切削溫度和刀具磨損的根本規(guī)律；應(yīng)用上述規(guī)律選擇刀具材料、幾何參數(shù)、

切削用量、切削液和控制切屑的原那么和方法。

【目的要求】

1、了解與掌握金屬切削過(guò)程的根本物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律；

2、能根據(jù)具體加工情況正確計(jì)算切削力、刀具耐用度以及一定刀具耐用度所允許的

切削速度。

3、能根據(jù)具體加工情況正確選擇和確定刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量等；

【本章內(nèi)容】

第一次課

金屬切削理論是從生產(chǎn)實(shí)際和切削實(shí)驗(yàn)中得來(lái)的，總結(jié)了關(guān)于金屬切削過(guò)程中的根

本物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律。這些根本物理現(xiàn)象包括：切削變形、切削力、切削溫度和刀

具磨損等。為了提高切削加工的生產(chǎn)率，降低加工本錢(qián)，保證質(zhì)量，我們來(lái)學(xué)習(xí)和掌握

這些規(guī)律。

§3-1切削變形

一、切屑的根本形態(tài)

金屬切削時(shí)，由于切削用量和刀具幾何參數(shù)的不同，會(huì)出現(xiàn)各種不同形態(tài)切屑。從

變形角度考慮，切屑的形態(tài)歸納為四種根本形態(tài)。

1、帶狀切屑：

切屑呈連續(xù)狀，與前面接觸的底層光滑，反面成毛茸狀。一般在加工塑性材料，采

用大的前角、小的切削厚度、高的切削速度時(shí)形成。變形較小，是比擬常見(jiàn)的切屑。

2、節(jié)狀切屑（擠裂狀切屑）

切屑反面呈鋸齒形，底層有時(shí)有裂紋，切削層變形大，加工硬化嚴(yán)重，使某一局部

的應(yīng)力到達(dá)材料的強(qiáng)度極限，從而出現(xiàn)裂紋。

加工塑性材料，采用小的前角、小的切削速度會(huì)形成此類(lèi)切屑。

3、單元狀切屑

切削塑性很大的材料，發(fā)生強(qiáng)度破壞嚴(yán)重，變性大，切削力大，

切削功率大。切屑與前面發(fā)生粘結(jié)，變形充分，使材料到達(dá)斷裂極限，形成很大的變形

單元。

4、崩碎狀切屑

切削脆性材料，形狀為片狀或粒狀切屑。工件材料愈硬，刀具前角愈小，愈容易形

成此類(lèi)切屑。

由上述介紹可知，帶狀切屑形成時(shí)，切削力變化較小，切削穩(wěn)定，已加工外表質(zhì)量

好：節(jié)狀和單元狀切屑形成時(shí)切削力有較大的波動(dòng)，尤其是單元狀切屑，在其形成過(guò)程

中可能產(chǎn)生振動(dòng)影響加工質(zhì)量：在切屑鑄鐵時(shí)，由于所形成的崩碎狀切屑是經(jīng)石墨邊界

處崩裂的，加工外表質(zhì)量下降。

二、切屑與已加工外表的形成

（一）切屑的形成及三個(gè)變形區(qū)

1、設(shè)切削層厚度，寬度，以切削速度向刀具接近。從0A線(xiàn)開(kāi)始發(fā)生塑性變形，

到0M線(xiàn)剪切滑移根本完成。形成AOM塑性變形區(qū)。

塑性變形的主要特點(diǎn)是晶格間的剪切滑移，因此又稱(chēng)為剪切區(qū)或第一變形區(qū)。

2、當(dāng)切屑以速度沿前面流出時(shí)，進(jìn)一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面

處的金屬纖維化，變形方向根本上與前面平行（即為晶格變形方向）。由于該變形主要

由摩擦引起，因而又稱(chēng)摩擦變形區(qū)或第二變形區(qū)。

3、已加工外表受到切削刃鈍圓局部與后刀面的擠壓和摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造

成纖維化與加工硬化，稱(chēng)為第三變形區(qū)。

這三個(gè)變形區(qū)聚集在切削刃附近，此處的應(yīng)力比擬集中，也比擬復(fù)雜，金屬的被切

削層就在此處與工件本體材料別離，一局部變成切屑，很小一局部留在已加工外表上。

第一變形區(qū)形成切屑，變形最大；第二變形區(qū)變形大小主要影響前面的磨損；第三變形

區(qū)的滑移變形，嚴(yán)重使已加工外表產(chǎn)生變形。

※※剪切滑移區(qū)（第一變形區(qū)）的變形機(jī)理

研究剪切滑移區(qū)的變形機(jī)理,

就是看材料是在該區(qū)域內(nèi)怎樣完

成變形的。

以切屑為研究對(duì)象。

設(shè)刀具對(duì)切屑的正壓力位

Fn,摩擦力位Ff,二者合力為Fr,在合理的作用下，在垂直它的橫截面上產(chǎn)生正應(yīng)力

。。，在與該力大致星45°角的截面上產(chǎn)生最大剪應(yīng)力T。

Oo=Fr/A,而T=。。/2

(1)假設(shè)最大剪應(yīng)力T>Ts(材料的屈服極限)時(shí)，材料就沿剪應(yīng)力的方向滑移(沿

剪切面滑移);

(2)假設(shè)最大剪應(yīng)力T2Tb(材料的強(qiáng)度極限)時(shí)，材料發(fā)生剪切強(qiáng)度破壞，切屑

斷裂。

※※剪切滑移區(qū)(第一變

形區(qū))的變形過(guò)程

在切削層內(nèi)刃取一

點(diǎn)P,當(dāng)點(diǎn)P為到達(dá)剪切滑

移區(qū)時(shí)，只產(chǎn)生彈性變

形，一旦到達(dá)該區(qū)域時(shí)，

就要產(chǎn)生剪切滑移一

塑性變形。

(1)OA線(xiàn)為始滑移線(xiàn)，0M線(xiàn)為終滑移線(xiàn)(都是等剪應(yīng)力曲線(xiàn))。當(dāng)P點(diǎn)到達(dá)1

點(diǎn)的位置時(shí)，剪應(yīng)力到達(dá)材料的屈服極限TS,開(kāi)始產(chǎn)生剪切滑移，點(diǎn)1在向前移動(dòng)的

同時(shí)，也沿0A滑移，其合成運(yùn)動(dòng)將使點(diǎn)1流動(dòng)到點(diǎn)2。2-2'就是滑移量。隨著滑移的

產(chǎn)生，剪應(yīng)力將逐漸增加，也就是當(dāng)P點(diǎn)向1、2、3個(gè)點(diǎn)流動(dòng)時(shí)，剪應(yīng)力不斷增加，直

到點(diǎn)4位置，此時(shí)其流動(dòng)方向與前面平行，不再沿0M線(xiàn)滑移。

(2)第一變