第7讲金属切削三要素
金属切削的基本要素
金属切削的基本要素 第一节 工件表面的形成方法和成形运动
3．发生线的形成方法及所需的运动 发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的。根据使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不 同，形成发生线的方法可归纳为四种: （1）轨迹法：利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。需要一个成形运动。如图13(a)。 （2）成形法：利用成形刀具对工件进行加工的方法。如图1-3(b)。 （3）相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。用相切法得到发生线，需要两 个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的运动。如图1-3(c)。 （4）展成法：利用工件和刀具作展成切削运动的加工方法。如图1-3(d)。 用展成发形成发生线需要一个成形运动（展成运动）。典型例子是渐开线。
γoe＝γo＋μ αoe＝αo－μ tgμ＝fsinκr/(πdw) 可知，进给量ｆ越大，工件直径ｄｗ越小，则工作角度值的变化就越大。一般车削时，由进给运动所引起的μ值不超过30′～1o，故其影响常可忽略。 但是在车削大螺距螺纹或蜗杆时，进给量ｆ很大，故μ值较大，此时就必须考虑它对刀具工作角度的影响。
金属切削的基本要素 第三节 刀具角度
金属切削的基本要素 第三节 刀具角度
2．主剖面与其它剖面内的角度换算
金属切削的基本要素 第三节 刀具角度
金属切削的基本要素 第三节 刀具角度
1.3.5 刀具工作角度 1Fra bibliotek进给运动对刀具工作角度的影响 （1）横车
图1-12所示为切断车刀加工时的情况，此时切削速度Vc变至合成速度Vｅ，因而基面Pｒ由水平位置变至工作基面Pre，切削平 面Pｓ由铅垂位置变至工作切削平面Pse，从而引起刀具的前角和后角发生变化： γoe =γo + μ αoe=αo - μ μ=arctgf/(πd) 式中，γoe,αoe－－－工作前角和工作后角。由此可知，当进给量ｆ增大，则μ值增大；当瞬时直径 ｄ减小，μ值也增大。因 此，车削至接近工件中心时，μ值增长的很快，工作后角将由正变负，致使工件最后被挤断。
金属切削的基本要素
平面。
切深剖面Pp—过切削刃上选定点，同时垂直于
基面Pr和进给剖面Pf的平面。
Pr－Pf－Pp组成进给、切深 剖面考系2.刀具工作角度参考平面——根据ISO标准形成 工作系tool-in-use system 为了确定刀具工作状态下的切削角度，就必须按合成切削运动方向建立参考系（见 表1－1）。
头刨床（插床）的工作台带着工件或龙门刨床的刀
架带着刀具作间歇的直线运动，产生导线。 铣削时刀具旋转运动B1和工作台带着工件作直线 运动A2。 简单运动组合：由一个旋转运动B1和一个直线运动 A2组成。这两种运动最简单，也最容易得到，因而 都称为简单成形运动。
（2）复合成形运动
加工飞机发动机叶片需要相当复杂的表面成形运 动。多个运动单元组成复合运动。
现代切削刀具引入 “可转位”概念之 后,使得刀具切削部 分的统一性获得了 新的发展，许多结 构迥异的切削刀具 其切削部分都不过 是一个或若干个 “可转位式刀片”。 刀具切削部分的这 一步变革，大大促 进了切削工具的发 展。
1.三个表面： (1)前刀面Ar—在切削过程中，直接作用于被切削的金
1.1 工件表面的成形方法和成形运动
1.1.1工件的加工表面及其形成方法
1．被加工工件的表面形状
2.工件表面的形成方法 各种典型表面都可以看作是一条线(称为母线)沿 着另一条线(称为导线)运动的轨迹。母线和导线统 称为形成表面的发生线。
（1）两条发生线及其表面形成方法 （2）母线相对旋转轴线位置不同，所产生的表面 也不同
2. 主运动、进给运动和合成切削运动 （1）主运动——使工件与刀具产生相对运动以进行切削
的最基本的运动。这个运动的速度最高、消耗功率最多。 也可由刀具完成，且每种切削加工方法的主运动只有一
切削三要素
切削三要素：切削速度、进给量、背吃刀量 V c=πdn1000 V f=fn a p=d w−d m2切削层参数：切削层公称厚度h、切削层公称宽度b、切削层公称横截面积Ah=f sin kγ b=a psin kγA=hb=fa p刀具切削部分：（三面两刃一尖）前刀面切削沿其流出的刀具表面主后刀面刀具上与过度表面相对的表面副后刀面刀具上与已加工表面相对的表面主切削刃前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作，也称主刀刃副切削刃前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面，也称为副刀刃。
刀尖主切削刃与副切削刃的连接点，它可以是短的直线段或圆弧。
刀具标注角度的参考系基面p r通过切削刃上某一指定点，并与该点，并与该点切削速度方向相垂直的平面切削平面p s通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直与基面的平面正交平面p0通过主切削刃上某一指定点，同时垂直与基面和切削平面的平面刀具标注角度前角在正交平面内测量的前刀面与基面的夹角。
前刀面在基面之下时前角为正，反之为负（前角影响刀具的锋利程度）后角在正交平面内测量的后主刀面与切削平面的夹角。
后角一般为正。
刃倾角在切削平面内测量的主切削刃与基面的夹角。
（影响切削流出的方向）主偏角在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。
一般为正负偏角在基面上测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。
(主\副偏角与车螺纹的形状有关)以上，是在忽略进给运动的影响下并假定刀柄轴线与纵向进给运动方向垂直以及切削刃上选定点与工件等高的条件下确定的。
刀具工作角度1进给运动对刀具工作角度的影响横向进给车削：进给量增大，则η增大；当瞬时直径d减小，η值也增大，车削至接近工件中心时，η值增长很快，工作后角将有正变负，致使工件最后被挤断。
纵向进给车削进给量f越大，工件的加工后d越小，则工作角度值的变化就越大。
2刀具安装位置对刀具工作角度的影响刀具安装高低对刀具工作角度的影响车刀的刀尖一般与工作轴心是等高的。
切削用量三要素
根据已选定的背吃刀量ap、进给量f及刀具耐用度T，就可 按公式计算切削速度Vc和机床转速n。
切削用量及选择
① 粗车时，ap 、f均较大，所以Vc较低，精加工时，ap 、f均较小， 所以Vc较高。
② 工件材料强度、硬度较高时，应选较低的Vc；反之，Vc较高。 材料加工性越差，Vc较低。
对于粗加工来说，要尽可能保证较高的金属切除率和必要 的刀具耐用度。
提高切削速度，增大进给量和背吃刀量，都能提高金属切除率。但在
这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影 响最小的是背吃刀量。所以，在选择粗加工切削用量时，应优先考虑采
用大的背吃刀量，其次考虑采用大的进给量，最后才能根据刀具耐用度 的要求，选定合理的切削速度。
由此可见，选择切削用量的基本原则是首先选取尽可能大 的背吃刀量；其次要在机床动力和刚度允许的范围内，同时又满 足已加工表面粗糙度的要求的情况下，选取尽可能大的进给量， 最后利用《切削用量手册》选取或用公式计算确定最佳切削速度。
切削用量及选择
3.2 切削用量三要素的确定
（1）背吃刀量的选择
背吃刀量根据加工余量确定。
切削用量及选择
半精加工、精加工时首先要保证加工精度和表面质量， 同时应兼顾必要的刀具耐用度和生产效率，此时的背吃刀量 根据粗加工留下的余量确定。为了减小工艺系统的弹性变形， 减小已加工表面的残留面积，半精加工尤其是精加工，一般 多采用较小的背吃刀量和进给量。为抑制积屑瘤和鳞制的产 生，用硬质合金刀具进行精加工时一般多采用较高的切削速 度；高速钢刀具则一般多采用较低的切削速度。
已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。
对于外圆车削的深度可用下式计算：
ap=（dw-dm）/ 2 mm
值得收藏的，金属加工切削三要素
值得收藏的，金属加工切削三要素切削用量三要素切削用量是用来描述切削加工中主运动和进给运动的参数。
切削用量包括切削速度、进给量、背吃刀量三个要素。
1.切削速度vc 在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离,单位为m/min或m/s。
主运动为旋转运动时,切削速度Vc计算公式为:(m/min) （1-1）式中d－工件直径（mm）n－工件或刀具每分钟转数r/min若n为工件或刀具每分钟转数r/s,则公式为：（m/s）主运动为往复运动时,平均切削速度为：(m/min) （1-2）式中L一往复运动行程长度(mm)nr一主运动每分钟的往复次数(往复次数/min)。
2. 进给量f进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。
车削时进给量的单位是mm/r，即工件每转一圈,刀具沿进给运动方向移动的距离。
刨削等主运动为往复直线运动,其间歇进给的进给量为mm/双行程，即每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离。
单位时间的进给量，称为进给速度，车削时的进给速度vf 计算公式为:(mm/min或mm/s) （1-3）铣削时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除mm/r外，还规定了每齿进给量，用az表示，单位是(mm/z)，vf、f、az三者之间的关系为：（1-4）z为多齿刀具的齿数。
3. 背吃刀量（切削深度）ap背吃刀量ap是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进给运动方向上的投影值。
对于外圆车削，背吃刀量ap等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离(见图1-4),单位为mm 。
即图1-4 切削层参数（1-5）式中 dw－待加工表面直径dm－已加工表面直径切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为Vc、f、ap。
因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量ap；然后再选用大的进给量f；最后求出切削速度Vc。
第七章 金属切削加工基础知识 1
2．进给运动:由机床或人力提供的运动,它使刀具
与工件间产生附加的相对运动,进给运动将使被切
削金属层不断地投入切削,以加工出具有所需几何 特性的已加工表面.(车削外圆时,进给运动是刀具 的纵向运动;牛头刨床刨削时,进给运动是工作台 的移运.)
3.主运动和进给运动的合成: 当主运动和进给运动 同时进行时，切削刃
互接触的表面上承受了很大的压力和强烈的摩
擦、刀具在高温下进行切削的同时，还承受着
切削力、冲击和振动，因此要求刀具切削部分
的材料应具备以下性能：
1.高硬度：刀具材料必须具有高于工件材料的硬
度，常温硬度应在HRC60以上。
2.耐磨性：耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，通
常刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。
第七章 金属切削加工基础知识
要求目的：理解零件加工质量的概念、掌握切削
运动和金属切削刀具的基本知识、认识金属切削
过程的基本规律。
重点、难点：切削运动和切削刀具。
7.1 加工质量
金属切削加工（或冷加工）是指用切削工具从坯
料或工件上切除多余材料，以获得所要求的几何 形状、尺寸精度和表面质量的零件的加工方法。
公差、形状公差和位置公差来表示。
1.尺寸精度:是指加工表面本身的尺寸（如圆柱面
的直径）和表面间的尺寸（如孔间距离等）的精
确程度。尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小来 表示。 为了实现互换性和满足各种使用要求，国家标准 GB1800-79规定，尺寸公差分为20个公差等级，即
IT01、IT0、IT1、IT2„„、IT18。从IT01 ~IT18，
Vc (m / min 或m / s)
式中：d——工件直径，㎜ n——工件或刀具每分钟（秒）转数（r/min或r/S）
金属切削原理【详解】
金属切削原理解析本文档由深圳机械展SIMM整理，详细介绍金属切削原理。
金属切削原理并不是一两句话可以精炼概括的，是一个复杂的知识体系，这个知识体系也是机械制造工艺及设备专业的专业基础课，庞丽君写的《金属切削原理》可作为高等院校机械类及有关专业本科、专科的教材，也可供机械类和相近专业的其他类型学校的师生和工程技术人员参考透彻理解金属切削原理需要了解切削运动、加工表面和切削用量三要素，刀具几何角度及其选择，刀具工作角度，切削层参数，切削方式，还包括金属切削过程，切削力，切削热与切削温度，刀具磨损和使用寿命，工件材料的切削加工性，已加工表面质量，刀具合理几何角度和切削用量的选择，磨削，以及刀具材料的分析及选择、车刀的结构分析与应用、孔加工过程分析、刀具的结构分析与应用、拉刀的结构特点与使用、铣削过程分析与铣刀的选择和其他刀具的结构与应用。
以下为一些重要知识的整理：基面：切削刃上任意一点的基面是通过这一点并与这一点的切削速度相垂直的平面。
切削原理：金属切削必须具备两种运动，车削时的切削运动是工件的旋转运动；进给运动，使新的金属不断的投入切削的运动。
也就是使切削过程在所需要的方向继续下去的运动，进给运动可能有一个以上，车削时的进给运动是刀具的连续移动。
1、切削用量的选择原则粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
从刀具的耐用度出发，切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给量，最后确定切削速度。
2、背吃刀量的确定背吃刀量由机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
确定背吃刀量的原则：（1）在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5μm~25μm时，如果数控加工的加工余量小于5mm~6mm,粗加工一次进给就可以达到要求。
金属切削加工的基本知识
第一章金属切削加工的根本学问教学方法导入课：金属切削加工，通常又称为机械加工，是通过刀具与工件之间的相对运动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的加工方法。
切削加工的根本形式有：车、铣、刨、磨、钻等，包括钳工加工〔錾、锉、锯、刮削、钻孔、铰孔、攻丝、套丝等〕一般状况下，通过铸造、锻造、焊接及轧制的型材毛坯精度低和外表粗糙度大，必需进展切削加工才能成为零件。
本章主要介绍金属切削加工中的根本规律和现象。
讲授课：第一节金属切削加工的根本概念一、切削运动和切削要素1、切削运动切削运动是为了形成工件所必需的刀具和工件之间的相对运动。
切削运动按其作用不同，分为主运动和进给运动。
（1）主运动是切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动；一般切削运动中，主运动只有一个。
各种机械加工的主运动：车削：工件的旋转铣削：铣刀的旋转刨削：刨刀〔牛头刨〕或工件〔龙门刨〕的往复直线运动钻削：刀具〔钻床上〕或工件〔车床上〕的旋转。
（2）进给运动是使的切削层金属不断地投入切削，从而切出整个外表的运动；进给运动可以是一个或多个。
各种机械加工的进给运动：车削：刀具的移动铣削：工件的移动钻孔：钻头沿轴向移动内外圆磨削：工件旋转和移动切削加工过程中，为实现机械化和自动化，提高效率，除切削运动外，还需要关心运动。
如切入运动，空程运动，分度转位运动、送夹料运动及机床掌握运动等。
切削过程中形成三个外表：待加工外表、加工外表、已加工外表2、切削要素包括切削用量和切削层横截面要素。
（1）切削用量三要素1）切削速度v是主运动的线速度〔m/s 或m/min 〕a = d w旋转主运动：2） 进给速度 v f 或进给量 fv f ：单位时间内刀具对工件沿进给方向的相对位移〔 mm/s或 mm/min 〕进给量 f ：工件或刀具每转一周，刀具对工件沿进给方向的相对位移。
〔mm/r 〕切削时间 t = L/v f = L/nf3〕背吃刀量 a p 〔切削深度〕工件已加工外表和待加工外表的垂直距离〔mm 〕 教学方法 外圆车削： - d p 2钻孔： a = d mp 2合成切削运动 ：v e = v +v f 〔向量的关系〕（2） 切削层横截面要素切削层是指刀具与工件相对移动一个进给量时，相邻两个加工外表之间的金属层，切削层的轴向剖面称为切削层横截面。
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二、金属切削的基本概念
1.切削运动
1）切削运动的构成
进给运动速度(vf)较低、消耗功率较小， 进给运动可以是一个或数个，也可以不存 在。
二、金属切削的基本概念
外圆 车削 时的 切削 运动
二、金属切削的基本概念
在切削时， 实际的切削运动 是主运动和进给 运动的合成切削 运动。
二、金属切削的基本概念 1.切削运动 2）工件上的加工表面 ① 待加工表面：工件上待切除的表面。 ②已加工表面：工件上经刀具切削后的表 面。 ③切削表面（过渡表面）：工件上由切削 刃正在切削的那一部分表面，它属于待加 工表面和已加工表面之间的过渡表面。
复习：
1. 什么是工艺尺寸链？ 2. 什么是封闭环、增环、减环？ 如何判断？ 工艺尺寸链 是指在零件的加 工过程中，由有关的工序尺寸 组成的尺寸链。
P 7~、 P 25~
教学目标
一、理解金属切削的基本概念； 二、会根据切削用量的选择原则 查表确定进给量、背吃刀量。
一、金属切削加工的特点 1、可获得较复杂的工件形状。 2、可获得较小的表面粗糙度数值。 3、可获得较高的尺寸精度、表面几何形状 精度和位置精度。
刀具材料常用的有工具钢和硬质合金。 一般机加工中使用最多的是高速钢和硬质 合金。
例题
按下图所示工序图要求，在CA6140车 床上车外圆。已知毛坯直径为φ68mm，工 件材料为45钢，σb=0.637GPa；采用牌号 为YT15焊接式硬质合金外圆车刀，刀杆截
面尺寸为16mmX25mm，刀尖圆弧半径为
二、金属切削的基本概念
1.切削运动
1）切削运动的构成 ①主运动：在车削加工时，刀具要将工件 上多余的金属切除掉，工件必须产生一个 旋转运动，这个旋转运动就称为主运动。
速度高、消耗功率大，由机床主轴提供， 主运动只能有一个。
二、金属切削的基本概念
1.切削运动
1）切削运动的构成 ②进给运动：进给运动是刀具和工件之间 产生的附加的相对运动，它是配合主运动 将切削层连续不断地或重复地切成切屑， 以便形成所需几何特性的已加工表面。
0.5mm，试为该车削工序选择切削用量。
小 结：
本次课我们主要介绍了金属切削用量的 三要素及其选择原则。
思考与复习：
1、什么切削用量三要素？如何选择？ 2、常见刀具材料有哪些？机加工中常 用的是哪些？
下次课内容
下次课我们将介绍轴类零件的工艺 分析。课后有时间同学们可预习P154158页内容。
Vf——进给速度，mm/s或mm/min n——主轴转速r/s或r/min f——进给量mm/r fz——每齿进给量mm/r z——齿数
二、金属切削的基本概念 2.切削用量三要素 3）背吃刀m p 2
dw——工件待加工表面直径mm dm——工件已加工表面直径mm
三、切削用量的选择原则 3、切削速度 vc 的选择
切削速度还跟刀具材料有关，顺序如下：
V陶瓷刀具＞V硬质合金刀具＞ V高速钢刀具
四、刀具材料的合理选择（P26） 1、刀具材料应具备的性能 高硬度（60HRC以上）、高耐磨性、高 耐热性（红硬性）、足够的强度和韧性、 良好的工艺性、经济性。 2、刀具材料的种类
三、切削用量的选择原则（P25~）
切削用量的选择顺序：选择大的背吃刀 量——然后选择较大的进给量——最后确定 切削速度
1、背吃刀量αp的选择 根据工件的加工余量选择背吃刀量。 多次走刀时，第一次背吃刀量取总加工 余量的2/3或3/4，第二次取1/3或1/4。
三、切削用量的选择原则 2、进给量 f 的选择（附表1、2） 尽可能选择较大的进给量f。 3、切削速度 vc 的选择 粗加工时，选择较低的切削速度； 精加工时，选择较高的切削速度； 加工大件、薄壁件、细长件、带外皮工 件时，选用较低的切削速度……
二、金属切削的基本概念
二、金属切削的基本概念 2.切削用量三要素 1）切削速度Vc
vc
dn
1000
Vc——切削速度，m/s或m/min d——工件待加工表面直径，mm n——工件转速r/s或r/min
二、金属切削的基本概念 2.切削用量三要素 2）进给量f
v f fn f z zn