第一章金属切削加工的基础知识
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第一章金属切削过程的基础知识
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)。
1.1.2.3 刀具工作角度的参考系
上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主 运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考 系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角 度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合
成切削运动方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。
例如，图1.10所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于
tanγn =tanγ0.cosλs cotαn =cotα0.cosλs
1.1.3.1主剖面与法剖面内的角度换算
以前角计算公式为例，公式推导如下：
tan n
ac Ma
tan o
ab Ma
tan n tan o
ac Ma Ma ab
ac ab
coss
tan n tan o cos s
1.1.3.2 主剖面与任意剖面的角度换算
（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
合成切削运动方向ve不同，后刀面与加工表面之间的接触
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)。
1.1.2.3 刀具工作角度的参考系
上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主 运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考 系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角 度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合
成切削运动方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。
例如，图1.10所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于
tanγn =tanγ0.cosλs cotαn =cotα0.cosλs
1.1.3.1主剖面与法剖面内的角度换算
以前角计算公式为例，公式推导如下：
tan n
ac Ma
tan o
ab Ma
tan n tan o
ac Ma Ma ab
ac ab
coss
tan n tan o cos s
1.1.3.2 主剖面与任意剖面的角度换算
（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
合成切削运动方向ve不同，后刀面与加工表面之间的接触
《金属切削原理与刀具》知识点总结
《金属切削原理与刀具》知识点总结第一章金属切削原理金属切削原理是金属切削工艺的基础，本章主要介绍了金属切削的基本原理，包括金属切削过程、刀具与被切削材料接触形式、切削能量与热力学原理、切削硬度与切削力的关系等。
第二章刀具材料与结构刀具材料与结构对切削加工的质量和效率有重要影响，本章主要介绍了刀具材料的选择与评价，以及刀具的结构与分类。
刀具材料的选择包括一般刀具材料、质子刀具材料和陶瓷刀具材料等。
第三章切削力分析与测定切削力是切削加工过程中的重要参数，正确定量和测定切削力对于提高切削加工的效率和质量至关重要。
本章主要介绍了切削力的分析与计算方法，以及切削力的测定方法，包括间隙力法、应力传感器法、功率法和应力波法等。
第四章刨削刨削是一种通过切削工具的多齿切削运动将金属材料切割成所需形状和尺寸的加工方法。
本章主要介绍刨削的工艺流程、刨削用刀具和切削参数的选择，以及刨削的切削力分析与测定方法。
第五章车削车削是一种利用车床刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工领域。
本章主要介绍了车削的工艺流程、车削刀具的选择和切削参数的确定，以及车削的主要工艺规律和效果评定方法。
第六章铣削铣削是一种通过旋转刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工和模具制造等领域。
本章主要介绍了铣削的工艺流程、铣削刀具的选择和切削参数的确定，以及铣削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第七章钻削钻削是一种利用钻头进行切削的加工方法，广泛应用于孔加工和螺纹加工等领域。
本章主要介绍了钻削的工艺流程、钻头的选择和切削参数的确定，以及钻削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第八章线切割线切割是一种利用细金属丝进行切削的加工方法，主要用于金属板材的切割。
本章主要介绍了线切割的工艺流程、线切割刀具的选择和切削参数的确定，以及线切割中的切削质量评价方法和切削速度对切割效果的影响。
此外，本书还包括金属切削中的润滑与冷却、数控机床中的刀具管理、切削机床中的刀具装夹等内容，为读者提供了全面的金属切削工艺和刀具知识。
金属切削加工的基本知识
（2）进给速度vf和进给量f
进给速度vf是单位时间内刀具对工件沿进给方
向的相对位移，单位是mm/s或mm/min。
进给量f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。
二者关系：
vf=f×n
切 削 用 量 三 要 素
（3）背吃刀量 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 上两式中 dm——已加工表面直径（mm） dw—— 待加工表面直径（mm）
（3）金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，分天然和人造两种。
特点：
耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、
高耐磨的材料；
其热稳定性差， 强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。
（4）立方氮化硼
由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。
切 削 层 横 截 面 要 素
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的 截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的 负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (λs= 0)
ac＝ f sinκr
2. 切削宽度 aw
aw＝ ap/sinκr
3. 切削层面积 Ac ( κr = 0)
特点：Leabharlann 有很高的硬度及耐磨性； 热稳定性好，可用来加工高温合金； 化学惰性大，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁； 有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第二节 金属切削过程中的基本规律
一、切削变形
1.变形区的划分
进给速度vf是单位时间内刀具对工件沿进给方
向的相对位移，单位是mm/s或mm/min。
进给量f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。
二者关系：
vf=f×n
切 削 用 量 三 要 素
（3）背吃刀量 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 上两式中 dm——已加工表面直径（mm） dw—— 待加工表面直径（mm）
（3）金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，分天然和人造两种。
特点：
耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、
高耐磨的材料；
其热稳定性差， 强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。
（4）立方氮化硼
由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。
切 削 层 横 截 面 要 素
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的 截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的 负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (λs= 0)
ac＝ f sinκr
2. 切削宽度 aw
aw＝ ap/sinκr
3. 切削层面积 Ac ( κr = 0)
特点：Leabharlann 有很高的硬度及耐磨性； 热稳定性好，可用来加工高温合金； 化学惰性大，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁； 有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第二节 金属切削过程中的基本规律
一、切削变形
1.变形区的划分
金属切削加工的基础知识
n——主运动每分钟的往复次数，单位 str/min。
(2) 进给量 f
表示进给运动速度大小的方法有三种，即进给速度 vf，进给量 f，每齿进给量 fz。 进给速度 vf 是指切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动速度。单位为 mm/s。 进给量 f 是指主运动每转一转，或一个双行程，工件或刀具在进给运动方向上的相对位移量。
程中它的面积逐渐扩大。
过渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面，又称加工表
面。它在主运动的下一转里被切除，或者由下一切削刃切除(多齿 图 1-5 工件的加工表面和被吃刀量 刀具)。
单位为 mm/r 或 mm/str。
每齿进给量 fz 是指多齿刀具每转一齿，工件和刀具在进给运动方向上的相对位移量。单位为 mm/z。
(3) 背吃刀量 ap
切削过程中，通常会在工件上形成三个表面，如图 1-5 所示。
待加工表面：工件上即将被切除的的表面。在切削过程中它
的面积不断减少，直至全部切去。
已加工表面：工件上刀具切削后形成的新鲜表面。在切削过
v
d wn 60 1000
(m/s)
(1-1)
式中：dw——完成主运动的刀具或者工件的最大直径，单位 mm。 n ——主运动的转速，单位 r/min。
当主运动为往复运动时(如刨削)，则切削速度为往复运动的平均速度。
v
2Ln 60 1000
(m/s)
(1-2)
式中：L——往复运动的形成长度，单位 mm。
常用的金属切削加工方法有：车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削等。
1.1 工件表面的形成方法及所需的成形运动
任何零件的表面都可以看作由若干个基本表面按照一定的关系组合而成。如图 1-1 所示机器零 件上常用的典型表面有：平面、圆柱面、圆锥面和各种成形表面。
机械制造工艺基础知识点总结
机械制造工艺基础知识点第一章金属切削加工基础知识一、切削加工基本概念1、成形运动（切削运动）是为了形成工件表面所必需的、刀具与工件之间的相对运动。
成形运动（切削运动）包括主运动和进给运动。
2、主运动是指直接切除工件上的切削层，形成已加工表面所需的最基本运动。
一般来讲，主运动是成形运动中速度最高、消耗功率最大的运动，机床的主运动只有一个。
3、进给运动是指不断地把切削层投入切削的运动，以加工出完整表面所需的运动。
进给运动可能有一个或几个，通常运动速度较低，消耗功率较小。
4、切削过程中，工件上形成三个表面1）待加工表面——将被切除的表面；2）过渡表面——正在切削的表面；3）已加工表面——切除多余金属后形成的表面。
5、切削用量三要素1）切削速度v c切削刃上选定点在主运动方向上相对于工件的瞬时速度。
2）进给量f在进给运动方向上，刀具相对于工件的位移量，称为进给量。
3）背吃刀量a p背吃刀量是在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的切削深度。
6、成形运动简图7、切削层尺寸要素(1)切削层：刀具切过工件的一个单程，或只产生一圈过渡表面的过程中所切除的工件材料层。
(2)切削层尺寸平面：通过切削刃基点并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。
(3)切削层尺寸要素①切削厚度:指在切削层尺寸平面内，沿垂直于切削刃方向度量的切削层尺寸。
②切削宽度：指在切削层尺寸平面内，沿切削刃方向度量的切削层尺寸。
③切削面积：是指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面面积。
二、刀具角度1、车刀的组成三个刀面：前面、主后面、副后面两个切削刃：主切削刃、副切削刃一个刀尖2、辅助平面1）基面：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。
2）主切削平面：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。
3）正交平面：通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。
3、车刀的标注角度γ（1）前角在正交平面中测量，是刀具前面与基面之间的夹角。
第一章 金属切削基本知识
刀具角度对加工过程的影响
1. 前角（0） ① 减小切屑的变形；
作用 ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
a .减小切削力和切削热； 所以 0 ： b .减小刀具的磨损；
c .提高工件的加工精度和表面质量。
0
0选择：
加工塑性材料和精加工—取大前角（ 0 ） 加工脆性材料和粗加工—取小前角（0 ）
前角（0）可正、可负、也可以为零。
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
c）切削
后角（ 0）只能是正的。
精加工： 0= 80~120 粗加工： 0= 40~80 3 . 主偏角（kr）
作用：改善切削条件，提高刀具寿命。
减小kr：当ap、f 不变时，则 aw 、ac — 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
dw
ap
dm
但减小kr
Fy 、
n
Fx ，加大工件的变形
挠度，使工件精度降
化学惰性
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
耐磨性 低 加工质量
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
机修钳工工艺学第四版教学课件第一章金属切削基础知识
2. 影响切削力的因素
主要因素有： （1）工件材料 工件材料的强度、硬度越高，切削力就越大。 （2）切削用量 切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量， 其次 是进给量，切削速度对切削力影响较小。
（3）刀具角度 刀具几何角度中对切削力影响最大的是前角、主偏 角和刃倾角。 （4）切削液 合理选择切削液可以减小塑性变形和刀具与工件间 的摩擦，使切削力减小。
如有“啪啪”响声，则表示其中有水分。
4. 机械杂质
在油溶性切削液中取样100ml，用100目铜丝网将其过
滤，检查铜丝网上有无杂质。
§1-5 钳工常用的刀具材料
一、刀具切削部分材料应具备的性能
1. 硬度和耐磨性
刀具材料硬度必须高于被加工件材料硬度才能进行正 常的切削。硬度是刀具材料应具备的最基本特性。
式中 υf——车削时进给速度，mm/min； n——工件或刀具的转速，r/min； ƒ——进给量，mm/r。
3. 背吃刀量
背吃刀量是指在通过切削刃基点并垂直于工作平面的 方向上测量的两平面间的距离（通常所指的工件已加工 表面和待加工表面间的垂直距离）。车削外圆时为：
式中 ap——背吃刀量，mm； dw——待加工表面直径，mm； dm——已加工表面直径，mm。
5. 导热性
刀具材料应具有良好的导热性，以便切削时产生的热 量能迅速散发。
6. 抗粘接性
防止工件与刀具间在高温、高压下互相吸附产生粘接。
7. 良好的工艺性和经济性
刀具材料应便于制造而且制造成本低廉。
二、钳工常用的刀具材料
1. 粗加工时切削液的选用
粗加工时，切削用量较大，产生大量的切削热。这时 主要是要求降低切削温度，应选用冷却为主的切削液， 如3%～5%乳化液。硬质合金刀具耐热性较好，一般不用 切削液。
47821-00机械制造技术基础(第四版)司乃钧 思考题与作业题参考答案
7
切削热传散到工件上，可使工件产生热变形，影响尺寸和几何精度，传散到刀具上将使切 削部分温度升高，加快刀具磨损。
19．刀具磨损形式有哪几种？刀具耐用度的含义和作用是什么？用什么措施保证规定的刀 具耐用度？
后刀面磨损、前刀面磨损和前后刀面同时磨损。 刀具两次刃磨之间允许进行的总切削时间，称为刀具耐用度，用 T（分）表示。生产中不 能经常去测量后刀面的磨损值来判断刀具是否达到了磨损限度，这很不方便。用允许进行切削 总时间来判断刀具磨损限度的标准，既方便又科学合理。主要用调整切削用量，特别是限制切 削速度，调整刀具角度，使用切削液等措施来保证规定的刀具耐用度。 20．零件的加工质量包括哪些内容？举例说明。对高精度零件，能否选用 Ra 值大些的表 面粗糙度？为什么？有没有表面粗糙度值小而精度低的零件？若有，试举 2～3 例。 含加工精度和表面质量。表面质量含粗糙度、变形强化、残留应力的大小和性质、全相组 织。加工精度包括尺寸精度和几何精度。 零件精度高，Ra 值一定小，否则大的 Ra 值会影响零件尺寸和几何精度，以及配合性质的 稳定性和耐腐蚀。 有粗糙值小，但精度低的零件，例如机床操纵手柄，要求表面光滑，但尺寸精度和几何精 度低，还有一些电镀的零件等。 21．试述表面粗糙度的选用原则及其测量方法。试说明表面粗糙度对零件质量的影响。 上列情况应选用 Ra 值小的粗糙度： 摩擦面、速度高、单位面积压力大、承受变载荷的表面，以及圆角、沟槽处，配合性质要 求稳定可靠，公差等级和几何精度要求高的表面，有防腐、密封、装饰要求的表面。 尺寸公差、几何公差越小，粗糙度值越小。 生产中常用粗糙度标准样块与被测表面进行比较进行测量。也可用目测或抚摸、指甲划动 来判断粗糙度值大小。当要求测量小于 Ra 0.1μm 的粗糙度值时，需用粗糙度检测仪器、仪表 进行测量。 粗糙度值大小对零件耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性、配合性质和密封性、美观均有影响。 通常这些性能要求越高，Ra 值应越小。 22．何谓技术经济效果？切削加工的技术经济指标主要有哪几个？ 技术经济效益是指在实现技术方案时，输出的使用价值或效益与输入的劳动耗费之间的比 值。使用价值是指生产中创造出的劳动成果，含数量和质量两个方面因素；劳动耗费是指生产 中消耗与占用的劳动量、材料、动力、工具和设备等，这些以货币形式表示，称为费用消耗。 影响切削加工技术经济效益的因素较多，很复杂，主要是加工质量、生产率和生产成本。 23．提高生产率的途径有哪些？粗、精加工时选择切削用量的原则是什么？切削用量的选 择与提高生产率有何关系？ 缩短基本工艺时间，例如合理选用刀材、刀具角度和切削液，提高刃磨质量，采用先进、 高效、自动化、大功率、刚性好的设备等。
切削热传散到工件上，可使工件产生热变形，影响尺寸和几何精度，传散到刀具上将使切 削部分温度升高，加快刀具磨损。
19．刀具磨损形式有哪几种？刀具耐用度的含义和作用是什么？用什么措施保证规定的刀 具耐用度？
后刀面磨损、前刀面磨损和前后刀面同时磨损。 刀具两次刃磨之间允许进行的总切削时间，称为刀具耐用度，用 T（分）表示。生产中不 能经常去测量后刀面的磨损值来判断刀具是否达到了磨损限度，这很不方便。用允许进行切削 总时间来判断刀具磨损限度的标准，既方便又科学合理。主要用调整切削用量，特别是限制切 削速度，调整刀具角度，使用切削液等措施来保证规定的刀具耐用度。 20．零件的加工质量包括哪些内容？举例说明。对高精度零件，能否选用 Ra 值大些的表 面粗糙度？为什么？有没有表面粗糙度值小而精度低的零件？若有，试举 2～3 例。 含加工精度和表面质量。表面质量含粗糙度、变形强化、残留应力的大小和性质、全相组 织。加工精度包括尺寸精度和几何精度。 零件精度高，Ra 值一定小，否则大的 Ra 值会影响零件尺寸和几何精度，以及配合性质的 稳定性和耐腐蚀。 有粗糙值小，但精度低的零件，例如机床操纵手柄，要求表面光滑，但尺寸精度和几何精 度低，还有一些电镀的零件等。 21．试述表面粗糙度的选用原则及其测量方法。试说明表面粗糙度对零件质量的影响。 上列情况应选用 Ra 值小的粗糙度： 摩擦面、速度高、单位面积压力大、承受变载荷的表面，以及圆角、沟槽处，配合性质要 求稳定可靠，公差等级和几何精度要求高的表面，有防腐、密封、装饰要求的表面。 尺寸公差、几何公差越小，粗糙度值越小。 生产中常用粗糙度标准样块与被测表面进行比较进行测量。也可用目测或抚摸、指甲划动 来判断粗糙度值大小。当要求测量小于 Ra 0.1μm 的粗糙度值时，需用粗糙度检测仪器、仪表 进行测量。 粗糙度值大小对零件耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性、配合性质和密封性、美观均有影响。 通常这些性能要求越高，Ra 值应越小。 22．何谓技术经济效果？切削加工的技术经济指标主要有哪几个？ 技术经济效益是指在实现技术方案时，输出的使用价值或效益与输入的劳动耗费之间的比 值。使用价值是指生产中创造出的劳动成果，含数量和质量两个方面因素；劳动耗费是指生产 中消耗与占用的劳动量、材料、动力、工具和设备等，这些以货币形式表示，称为费用消耗。 影响切削加工技术经济效益的因素较多，很复杂，主要是加工质量、生产率和生产成本。 23．提高生产率的途径有哪些？粗、精加工时选择切削用量的原则是什么？切削用量的选 择与提高生产率有何关系？ 缩短基本工艺时间，例如合理选用刀材、刀具角度和切削液，提高刃磨质量，采用先进、 高效、自动化、大功率、刚性好的设备等。
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•前刀面Aγ
刀具上切屑流过的表面；
•主后刀面Aα
与工件上切削表面相对的刀面；
•副后刀面Aα'
与已加工表面相对的刀面。
（2）切削刃 • •
主切削刃S 前刀面与主后刀面的交线，承担主要的切削工作； 副切削刃Sˊ 前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。
（3）刀尖
是主、副切削刃相交的一点。 实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段 折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀 尖圆弧半径,用rε表示,如图所示。
变形区；
塑性金属的切屑形成过程，经历了弹性变形、塑性变形、挤裂和 切离四个阶段。
•第I变形区位于切削刃和前刀面的前方，面积是三个变形区中最大的，为主 •第II变形区是与前刀面相接触的附近区域，切屑沿前刀面流出时，受到前
刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面的切屑底层会进一步发生变形；
•第III变形区是已加工表面靠近切削刃处的区域，这一区域金属受到切削刃
通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。
3、刀具标注角度定义 （1）在基面内测量的角度
是指在刀具图样上标注的角度，也称刃磨角度。 它是刀具制造和刃磨的依据。
•主偏角r
主切削刃与进给运动方向之间的夹角。
•副偏角r’
副切削刃与进给运动反方向之 间的夹角。
•刀尖角r
主切削刃与副切削刃间的夹角。
形成条件:加工塑性金属(塑性较差的) 材料时, 当切削厚度或进给量较大，切削速度较低，刀 具前角较小时,易成为粒状切屑。 工作状态:粒状切屑的切削力波动最大，已加工表面粗糙。
•崩碎切屑：
特点:崩碎切屑形状不规则，加工表面是凸凹不平。
形成条件:发生在加工脆性材料（如铸铁、青铜）时，工件材料越硬脆，刀具前 角越小，切削厚度越大时，越易产生这类切屑。 工作状态:形成崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近， 切削刃容易损坏，切削力波动大，已加工表面粗糙。
带状切屑ห้องสมุดไป่ตู้
节状切屑
粒状切屑
崩碎切屑
切脆性材料 加工塑性材料 不平稳，表面粗糙
切塑性材料：
带状切屑
↓γ0 ↓v ↑ hD ↑γ0↑v↓ hD
挤裂切屑
↓γ0 ↓v ↑ hD ↑γ0↑v↓ hD
粒状切屑
切削平稳，力波动小 加工面光洁，断屑难
滑移量较大，局部 剪应力达断裂强度
切削不平稳，力波动大 加工表面粗糙
•后角o
主后刀面与切削平面间的夹角。
•楔角o
前刀面与主后刀面间的夹角。
楔角与前角o和后角o的关系如下：
o 90 ( o o )
前角的选择
前角的大小将影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表 面粗糙度和刀具的强度与寿命。 增大刀具前角,主切削刃锋利，切屑变形小，切削轻快，减小切削力和 表面粗糙度，但刀具前角增大，会降低切削刃和刀头的强度，刀头散热条件 变差，切削时刀头容易崩刃，因此合理前角的选择既要切削刃锐利，又要有 一定的强度和一定的散热体积。
二、刀具材料
1、刀具材料应当具备的性能
刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：
• 高硬度： 常温硬度应在60HRC以上。 •足够的强度和韧度：
为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。
•高耐磨性： 具有高的抵抗磨损的能力，以保持切削刃的锋利。一般来说，硬
度愈高，耐磨性愈好。
•高的耐热性(热硬性或红硬性）： 以便在高温下仍能保持较高硬度、耐磨性、
•副偏角小时，工件加工后的表面粗糙度小； •但主偏角减小时，会加大切削过程中的背向力，容易引起工艺系统的
弹性变形和振动。
（2）在主切削刃正交平面 (主剖面)内(O-O)测量的角度
•前角o
前刀面与基面间的夹角。
当前刀面与基面平行时，前角为零。 基面在前刀面以内，前角为负。 基面在前刀面以外，前角为正。
刀尖角与主偏角和副偏角的关系：
r 180 ( r r' )
主偏角、副偏角的选择
主偏角的大小影响切削层形状、表面粗糙度和切削分力的大小。在进 给量和背吃刀量相同的情况下，减小主偏角，将得到薄而宽的切屑。
副偏角的作用是为了减少副切削刃与零件已加工表面之间的摩擦，防止 切削时产生振动。 主偏角和副偏角越小，刀头的强度高，散热面积大，刀具寿命长。
第二篇 机械加工工艺基础
第一章 金属切削加工的基础知识
第二节 刀具材料与刀具角度
一、刀具角度
1、车刀的组成
车刀由切削部分、刀柄两部分组成。
切削部分承担切削加工任务，刀柄 用以装夹在机床刀架上。 切削部分是由一些面、切削刃组成。 我们常用的外圆车刀是由一个刀 尖、两条切削刃、三个刀面组成的。
（1）刀面
②正交平面参考系
正交平面参考系由以下三个平面组成：
基面 Pr ： 通过切削刃选定点与主运 动方向垂直的平面。基面与刀 具底面平行。 切削平面 Ps： 通过切削刃选定点与主切削 刃相切且垂直于基面Pr的平面。 主剖面 Po(正交平面)：
主剖面 Po 前刀面 A 基面 Pr 切削平面 Ps 主切削刃
主后刀面
假设运动条件: 用主运动向量vc近似地代替相对运动合成速度向量ve(即vf=0)。 假设安装条件:
规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。
①刀具标注角度参考系种类
根据ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标注角度参考系有： • 正交平面参考系
• 法平面参考系 • 假定工作平面参考系三种。
钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，发生塑性变形造成加工硬化。
变形系数
切削过程中，刀具切下的切屑其外形尺寸比零件上的切削层短而厚，这 种现象称为切屑的收缩。 变形系数（切屑厚度压缩比）Λh可用下式表示：
hDh LD h LDh hD
式中LD－切削层的长度 LDh－切屑的长度 hDh－切屑的厚度 hD －切削层的厚度
2、刀具几何角度参考系
为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准， 通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的 空间方位。 刀具几何角度参考系有两类： 刀具标注角度参考系
刀具工作角度参考系。
（1）刀具标注角度参考系
刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量角度的基 准。为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规 定了如下假设条件。
LDh LD 切屑与切削层尺寸
Ah大于1，值愈大，表示切屑变形愈大， 切削力、切削温度愈高，工件 表面愈粗糙。
2、切屑类型
•带状切屑：
特点:连续不断呈带状，外表面光滑，内表面毛 茸。 形成条件:一般加工塑性金属材料时，当切削厚度 或进给量较小，切削速度较高，刀具前角较大时 获得。 工作状态:形成带状切屑时，切削过程较平稳、切削力波动小，已加工表面粗糙度 值较小。
强度和韧度等，是衡量刀具材料综合切削性能的主要指标。用能承受最高的切 削温度来表示。
•良好的工艺性： 为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性
和热处理特性等。
第三节 金属切削过程
金属切削过程是指工件上一层多余的金属被刀具切除的过程和 已加工表面的形成的过程。
一、切屑的形成及其类型
1、切削过程
•粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，后角应
取小些；精加工时，增大后角可提高刀具寿命和加工表面的质量。
•工件材料的硬度与强度高，取较小的后角，以保证刀头强度；工件材
料的硬度与强度低，后角应适当加大。加工脆性材料时，宜取较小的后 角。若采用负前角时，应取较大的后角，以保证切削刃锋利。
•节状（挤裂）切屑：
特点:切屑的内表面呈锯齿形，外表面有时有裂 纹。 形成条件:大多在加工较硬的塑性金属材料且所 用的切削速度较低、切削厚度或进给量较大，刀 具前角较小的情况下产生。 工作状态:切削过程中切削力波动较大，已加工表面粗糙度值较大。
•粒状（单元）切屑：
特点:切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。
•对不同材料的工件，加工塑性材料时,应选较大的前角;加工脆性材时,
选较小的前角;
•对于不同的刀具材料，由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，
所以合理前角也就小于高速钢刀具的合理前角。
•粗加工、断续切削或切削特硬材料时，为保证切削刃强度，应取较小的
前角，甚至负前角。
后角的选择
后角用以减少刀具主后刀面与工件过渡表面间的摩擦和主后刀面的磨 损，配合前角调整切削刃的锋利程度与强度； 后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热 条件变差，加速刀具磨损。
•尺寸刀具精度高，取较小的后角，以防止重磨后刀具尺寸的变化。
（3）在切削平面内(S向)测量的角度 •刃倾角s
主切削刃与基面间的夹角。
刃倾角正负的规定如图所示:
刀尖处于主切削刃的最高点时，刃倾角为正；
刀尖处于主切削刃的最低点时，刃倾角为负；
切削刃平行于底面时，刃倾角为零。
刃倾角的选择
刃倾角主要影响刀头的强度和排屑方向。 粗加工和断续切削时，为了增加刀头强度，刃倾角常取负值。 精加工时，为了防止切屑划伤已加工表面，刃倾角常取正值或零。
刀具上切屑流过的表面；
•主后刀面Aα
与工件上切削表面相对的刀面；
•副后刀面Aα'
与已加工表面相对的刀面。
（2）切削刃 • •
主切削刃S 前刀面与主后刀面的交线，承担主要的切削工作； 副切削刃Sˊ 前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。
（3）刀尖
是主、副切削刃相交的一点。 实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段 折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀 尖圆弧半径,用rε表示,如图所示。
变形区；
塑性金属的切屑形成过程，经历了弹性变形、塑性变形、挤裂和 切离四个阶段。
•第I变形区位于切削刃和前刀面的前方，面积是三个变形区中最大的，为主 •第II变形区是与前刀面相接触的附近区域，切屑沿前刀面流出时，受到前
刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面的切屑底层会进一步发生变形；
•第III变形区是已加工表面靠近切削刃处的区域，这一区域金属受到切削刃
通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。
3、刀具标注角度定义 （1）在基面内测量的角度
是指在刀具图样上标注的角度，也称刃磨角度。 它是刀具制造和刃磨的依据。
•主偏角r
主切削刃与进给运动方向之间的夹角。
•副偏角r’
副切削刃与进给运动反方向之 间的夹角。
•刀尖角r
主切削刃与副切削刃间的夹角。
形成条件:加工塑性金属(塑性较差的) 材料时, 当切削厚度或进给量较大，切削速度较低，刀 具前角较小时,易成为粒状切屑。 工作状态:粒状切屑的切削力波动最大，已加工表面粗糙。
•崩碎切屑：
特点:崩碎切屑形状不规则，加工表面是凸凹不平。
形成条件:发生在加工脆性材料（如铸铁、青铜）时，工件材料越硬脆，刀具前 角越小，切削厚度越大时，越易产生这类切屑。 工作状态:形成崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近， 切削刃容易损坏，切削力波动大，已加工表面粗糙。
带状切屑ห้องสมุดไป่ตู้
节状切屑
粒状切屑
崩碎切屑
切脆性材料 加工塑性材料 不平稳，表面粗糙
切塑性材料：
带状切屑
↓γ0 ↓v ↑ hD ↑γ0↑v↓ hD
挤裂切屑
↓γ0 ↓v ↑ hD ↑γ0↑v↓ hD
粒状切屑
切削平稳，力波动小 加工面光洁，断屑难
滑移量较大，局部 剪应力达断裂强度
切削不平稳，力波动大 加工表面粗糙
•后角o
主后刀面与切削平面间的夹角。
•楔角o
前刀面与主后刀面间的夹角。
楔角与前角o和后角o的关系如下：
o 90 ( o o )
前角的选择
前角的大小将影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表 面粗糙度和刀具的强度与寿命。 增大刀具前角,主切削刃锋利，切屑变形小，切削轻快，减小切削力和 表面粗糙度，但刀具前角增大，会降低切削刃和刀头的强度，刀头散热条件 变差，切削时刀头容易崩刃，因此合理前角的选择既要切削刃锐利，又要有 一定的强度和一定的散热体积。
二、刀具材料
1、刀具材料应当具备的性能
刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：
• 高硬度： 常温硬度应在60HRC以上。 •足够的强度和韧度：
为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。
•高耐磨性： 具有高的抵抗磨损的能力，以保持切削刃的锋利。一般来说，硬
度愈高，耐磨性愈好。
•高的耐热性(热硬性或红硬性）： 以便在高温下仍能保持较高硬度、耐磨性、
•副偏角小时，工件加工后的表面粗糙度小； •但主偏角减小时，会加大切削过程中的背向力，容易引起工艺系统的
弹性变形和振动。
（2）在主切削刃正交平面 (主剖面)内(O-O)测量的角度
•前角o
前刀面与基面间的夹角。
当前刀面与基面平行时，前角为零。 基面在前刀面以内，前角为负。 基面在前刀面以外，前角为正。
刀尖角与主偏角和副偏角的关系：
r 180 ( r r' )
主偏角、副偏角的选择
主偏角的大小影响切削层形状、表面粗糙度和切削分力的大小。在进 给量和背吃刀量相同的情况下，减小主偏角，将得到薄而宽的切屑。
副偏角的作用是为了减少副切削刃与零件已加工表面之间的摩擦，防止 切削时产生振动。 主偏角和副偏角越小，刀头的强度高，散热面积大，刀具寿命长。
第二篇 机械加工工艺基础
第一章 金属切削加工的基础知识
第二节 刀具材料与刀具角度
一、刀具角度
1、车刀的组成
车刀由切削部分、刀柄两部分组成。
切削部分承担切削加工任务，刀柄 用以装夹在机床刀架上。 切削部分是由一些面、切削刃组成。 我们常用的外圆车刀是由一个刀 尖、两条切削刃、三个刀面组成的。
（1）刀面
②正交平面参考系
正交平面参考系由以下三个平面组成：
基面 Pr ： 通过切削刃选定点与主运 动方向垂直的平面。基面与刀 具底面平行。 切削平面 Ps： 通过切削刃选定点与主切削 刃相切且垂直于基面Pr的平面。 主剖面 Po(正交平面)：
主剖面 Po 前刀面 A 基面 Pr 切削平面 Ps 主切削刃
主后刀面
假设运动条件: 用主运动向量vc近似地代替相对运动合成速度向量ve(即vf=0)。 假设安装条件:
规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。
①刀具标注角度参考系种类
根据ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标注角度参考系有： • 正交平面参考系
• 法平面参考系 • 假定工作平面参考系三种。
钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，发生塑性变形造成加工硬化。
变形系数
切削过程中，刀具切下的切屑其外形尺寸比零件上的切削层短而厚，这 种现象称为切屑的收缩。 变形系数（切屑厚度压缩比）Λh可用下式表示：
hDh LD h LDh hD
式中LD－切削层的长度 LDh－切屑的长度 hDh－切屑的厚度 hD －切削层的厚度
2、刀具几何角度参考系
为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准， 通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的 空间方位。 刀具几何角度参考系有两类： 刀具标注角度参考系
刀具工作角度参考系。
（1）刀具标注角度参考系
刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量角度的基 准。为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规 定了如下假设条件。
LDh LD 切屑与切削层尺寸
Ah大于1，值愈大，表示切屑变形愈大， 切削力、切削温度愈高，工件 表面愈粗糙。
2、切屑类型
•带状切屑：
特点:连续不断呈带状，外表面光滑，内表面毛 茸。 形成条件:一般加工塑性金属材料时，当切削厚度 或进给量较小，切削速度较高，刀具前角较大时 获得。 工作状态:形成带状切屑时，切削过程较平稳、切削力波动小，已加工表面粗糙度 值较小。
强度和韧度等，是衡量刀具材料综合切削性能的主要指标。用能承受最高的切 削温度来表示。
•良好的工艺性： 为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性
和热处理特性等。
第三节 金属切削过程
金属切削过程是指工件上一层多余的金属被刀具切除的过程和 已加工表面的形成的过程。
一、切屑的形成及其类型
1、切削过程
•粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，后角应
取小些；精加工时，增大后角可提高刀具寿命和加工表面的质量。
•工件材料的硬度与强度高，取较小的后角，以保证刀头强度；工件材
料的硬度与强度低，后角应适当加大。加工脆性材料时，宜取较小的后 角。若采用负前角时，应取较大的后角，以保证切削刃锋利。
•节状（挤裂）切屑：
特点:切屑的内表面呈锯齿形，外表面有时有裂 纹。 形成条件:大多在加工较硬的塑性金属材料且所 用的切削速度较低、切削厚度或进给量较大，刀 具前角较小的情况下产生。 工作状态:切削过程中切削力波动较大，已加工表面粗糙度值较大。
•粒状（单元）切屑：
特点:切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。
•对不同材料的工件，加工塑性材料时,应选较大的前角;加工脆性材时,
选较小的前角;
•对于不同的刀具材料，由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，
所以合理前角也就小于高速钢刀具的合理前角。
•粗加工、断续切削或切削特硬材料时，为保证切削刃强度，应取较小的
前角，甚至负前角。
后角的选择
后角用以减少刀具主后刀面与工件过渡表面间的摩擦和主后刀面的磨 损，配合前角调整切削刃的锋利程度与强度； 后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热 条件变差，加速刀具磨损。
•尺寸刀具精度高，取较小的后角，以防止重磨后刀具尺寸的变化。
（3）在切削平面内(S向)测量的角度 •刃倾角s
主切削刃与基面间的夹角。
刃倾角正负的规定如图所示:
刀尖处于主切削刃的最高点时，刃倾角为正；
刀尖处于主切削刃的最低点时，刃倾角为负；
切削刃平行于底面时，刃倾角为零。
刃倾角的选择
刃倾角主要影响刀头的强度和排屑方向。 粗加工和断续切削时，为了增加刀头强度，刃倾角常取负值。 精加工时，为了防止切屑划伤已加工表面，刃倾角常取正值或零。