金属切削原理(基本理论)[业界优制]
金属切削基本原理
金属切削包括车削、铣削、刨削、 钻削、磨削等多种加工方式。
金属切削过程中刀具与工件之间的 接触状态包括切削区、过渡区和非 切削区。
切削运动和切削用量
主运动：使工件与刀具产生 相对运动完成切削
切削深度：刀具切入工件的 深度影响切削效率和表面质
金属切削基本原理
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01
金属切削的基本概念
02
切削刀具材料和几何 参数
04
金属切削的工艺参数 选择
05
金属切削的物理本质
03
金属切削的工艺实践
06
添加章节标题
金属切削的基本 概念
金属切削的定义
金属切削是一种通过刀具与工件之 间的相对运动将工件上的多余材料 去除以获得所需形状和尺寸的加工 方法。
切削热和切削温度
切削热：金属切削过程中产生的热量
切削温度：切削过程中刀具和工件的温度
影响因素：切削速度、进给量、刀具材料、工件材料等 切削热和切削温度的关系：切削热是切削温度的主要来源切削温度是切 削热的表现形式
切屑的形成和变形
切削过程：刀具与工件之间的相对运动 切屑的形成：刀具与工件之间的摩擦和剪切作用 切屑的变形：切屑在刀具作用下的塑性变形和断裂 切屑的形状和尺寸：取决于刀具的几何形状和切削条件
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加工余量：指加工过程中需要去除的材料量影 响加工精度和效率
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加工余量选择：根据工件材料、加工精度和效 率要求进行选择
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加工余量和刀具路径规划的优化：通过优化算 法和仿真技术提高加工质量和效率
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刀具路径规划：指刀具在工件表面移动的轨迹 影响加工质量和效率
金属切削原理
金属切削原理一、引言金属切削是一种重要的加工方法，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。
金属切削的原理是将金属材料通过刀具的切削力和磨擦力进行去除，从而得到所需形状和尺寸的工件。
本文将详细介绍金属切削的原理。
二、金属材料的物理特性金属材料具有高强度、高硬度、高塑性等特点。
在进行切削加工时，需要考虑到这些特性对加工过程和结果的影响。
1.硬度硬度是指材料抵抗外界力量侵蚀和破坏的能力。
在进行金属切削时，硬度会影响到刀具对材料的切削深度和速度。
硬度越大，材料越难被去除，需要采用更高强度和更耐磨损的刀具。
2.韧性韧性是指材料抵抗断裂和变形的能力。
在进行金属切削时，韧性会影响到刀具对材料的变形程度和断裂情况。
韧性越大，材料越容易被刀具弯曲和拉伸，需要采用更大的切削力和更耐磨损的刀具。
3.塑性塑性是指材料在受到外力作用下发生变形的能力。
在进行金属切削时，塑性会影响到材料的变形程度和表面质量。
塑性越大，材料越容易被切削并留下较光滑的表面。
三、切削力的产生金属切削过程中，主要有三种力对工件进行去除：正向切削力、侧向切削力和径向切削力。
这些力产生的原因如下：1.正向切削力正向切削力是指沿着工件表面方向施加在主轴上的推进力。
它是由于主轴上旋转的刀具与工件之间产生了摩擦而引起的。
2.侧向切削力侧向切削力是指垂直于工件表面方向施加在主轴上的推进力。
它是由于主轴上旋转的刀具与工件之间产生了摩擦而引起的。
3.径向切削力径向切削力是指垂直于工件表面方向施加在主轴上的推进力。
它是由于主轴上旋转的刀具与工件之间产生了摩擦而引起的。
四、切削过程中的热效应金属切削过程中，由于摩擦和变形，会产生大量的热量。
这些热量会对材料和刀具造成影响。
1.材料的热变形在金属切削过程中，由于高速旋转的刀具与工件之间产生了摩擦，会使得材料表面温度升高。
当温度达到一定值时，材料就会发生热变形，导致尺寸和形状发生变化。
2.材料的热软化在金属切削过程中，由于高速旋转的刀具与工件之间产生了摩擦，会使得材料表面温度升高。
金属切削与原理资料
hDf sinr
（2）切削层公称宽度bD。是指在切削层横截面内，平行 于过渡表面度量的切削层尺寸。
bD ap /sinr
金属切削与原理资料
第一章 刀具基本定义
金属切削与原理资料
第一章 刀具基本定义
1.1 切削运动及形成的表面
1.1.1 切削运动 在金属切削加工过程中，工具与工件之间必须有相
对运动，这种相对运动称为切削运动，如图1.1所示。 1．主运动
是形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。 2．进给运动
是使工件多余的材料不断被去除的工作运动。
金属切削与原理资料
关系是：
vf fnfzzn
金属切削与原理资料
第一章 刀具基本定义
3．背吃刀量ap 背吃刀量是指工件上已加工表面至待加工表面间的
垂直距离。对于外圆车削，如图1.14所示，背w
dm 2
金属切削与原理资料
第一章 刀具基本定义
1.3.2 切削层参数与金属切除率 1．切削层参数
金属切削与原理资料
第一章 刀具基本定义
图1.2 切削运动与加工表面
金属切削与原理资料
第一章 刀具基本定义
1.2 刀具切削部分的几何角度
1.2.1 刀具切削部分的组成 普通外圆车刀的构造如图1.3所示。
1．三面 三面即前刀面、主后刀面和副后刀面。
（1）前刀面Ar。是指刀具上切屑流过的表面。 （2）主后刀面Aa。是指与工件上过渡表面相对的表面。 （3）副后刀面。是指与工件上已加工表面相对的表面。 2．二刃
金属切削与原理资料
金属切削原理的基本工作原理解析
金属切削原理的基本工作原理解析金属切削是一种常见的金属加工方式，广泛应用于制造业中。
它通过切削刀具与工件之间的相对运动，将工件上的金属材料切削、去除，从而得到所需形状和尺寸的工件。
金属切削是一项复杂的工艺，其基本工作原理涉及多个方面，包括切削力、切削温度和切削变形等。
本文将对金属切削原理的基本工作原理进行解析。
首先，金属切削过程中产生的切削力是一项重要的参数。
切削力是指切削刀具施加到工件上的力，它由两个主要部分组成：法向切削力和切向切削力。
法向切削力垂直于切削的刀具轴线，使工件沿着切削方向变形；而切向切削力平行于切削的刀具轴线，使刀具与工件之间产生摩擦。
切削力的大小受到多个因素的影响，包括切削速度、切削深度和切削角度等。
合理控制切削力的大小对于提高切削效率和延长刀具寿命具有重要意义。
其次，金属切削过程中的切削温度也是需要考虑的因素。
切削温度是指切削区域的温度，它的升高主要是由于切削产生的摩擦和塑性变形引起的工件材料的变形功。
切削温度的升高会导致切削刀具的磨损加剧，并可能引起工件表面的质量问题。
因此，减少切削温度对于提高加工质量和刀具寿命至关重要。
控制切削速度、供冷液和正确选择切削工具等措施可以有效降低切削温度。
此外，金属切削过程中还会产生切削变形。
切削变形是指在切削过程中，由于切削作用和热效应等原因引起的工件材料的形状和尺寸变化。
在金属切削中，切削变形主要表现为表面粗糙度、尺寸误差和变形层等。
合理选择切削参数、采用合适的切削工具和刀具结构设计等措施可以减少切削变形，提高工件的加工精度。
最后，金属切削还涉及切削刀具的选择和刀具材料的应用。
切削刀具是进行金属切削的关键工具，其选择将直接影响加工质量和效率。
常见的切削刀具包括旋转刀具、铣削刀具和钻削刀具等。
切削刀具的材料应具备良好的切削性能，如硬度高、强度好和耐磨性能佳等。
常用的刀具材料包括硬质合金、高速钢和陶瓷等。
正确选择和使用切削刀具是确保金属切削质量的重要因素之一。
金属切削原理讲义及刀具
金属切削原理讲义及刀具一、金属切削原理金属切削是指用刀具对金属材料进行切削加工的过程。
它是制造业中最常见的加工方法之一、金属切削原理主要涉及到力学、热学、材料学、机械设计等多个学科。
1.金属切削力学金属切削的力学主要涉及到塑性变形、弹性变形、剪切应力等方面。
在切削过程中，刀具通过施加剪切力对金属材料进行剪切。
金属在剪切区域受到的应力会导致金属发生塑性变形，形成切屑。
2.金属切削热学金属切削过程中，由于摩擦和变形的能量损耗，切削区域会产生高温。
这些热量会传导到刀具和切削区域，导致材料软化和刀具磨损。
因此，及时冷却切削区域和刀具是非常重要的，可以通过切削润滑剂和冷却剂来实现。
3.金属切削材料学金属切削材料学主要研究刀具材料和工件材料之间的相互作用。
选择合适的刀具材料和工件材料对于获得良好的切削效果至关重要。
刀具材料需要具有一定的硬度、耐磨性和耐冲击性，以适应切削过程中的高负荷和高速度。
而工件材料的硬度、强度和塑性等性质则会影响到切削加工的难易程度。
4.金属切削的刀具刀具是金属切削过程中的重要工具，它直接与工件接触，对工件进行加工。
不同的切削操作需要使用不同类型的刀具。
常见的金属切削刀具包括刀片、铣刀、车刀和钻头等。
-刀片：刀片是金属切削中最为常用的刀具，它可用于车削、铣削、镗削等工艺。
刀片一般由高速钢制成，也有使用硬质合金和陶瓷材料制造的高级刀片。
-铣刀：铣刀是一种用于铣削操作的刀具。
它主要用于在工件上形成平面、槽口和曲面等形状。
-车刀：车刀是用于车削加工的刀具，它通过旋转刀具将工件上的旋转刀具切削掉。
-钻头：钻头是用于钻孔加工的刀具，它通过旋转切削力将工件上的孔切削掉。
以上只是金属切削原理及刀具的简要介绍，金属切削涉及的知识和技术极为广泛和复杂，需要深入学习和实践才能掌握。
通过不断的学习和实践，我们可以了解金属切削的原理和技术，并且选择合适的刀具进行加工，提高加工效率和质量。
2.王明玉,杨炯.金属材料切削原理与刀具[M].湖南大学出版社,2024.。
金属切削原理
金属切削原理金属切削是一种常见的金属加工方法，通过切削工具对金属材料进行加工，以获得所需形状和尺寸的工件。
金属切削原理是指在切削过程中，切削刀具对工件进行切削，形成切屑并使工件形成所需形状和尺寸的过程。
金属切削原理的理解对于提高切削加工效率、提高加工质量具有重要意义。
首先，金属切削原理的基本过程是切削刀具对工件进行切削。
在切削过程中，切削刀具与工件之间产生相对运动，切削刀具对工件表面进行切削，形成切屑。
切削刀具的刀尖与工件接触处称为刀尖触点，刀尖触点是切削过程的关键部位，刀尖触点的运动状态直接影响着切削过程的稳定性和加工质量。
其次，金属切削原理的关键参数包括切削速度、进给量和切削深度。
切削速度是切削刀具在单位时间内对工件进行切削的速度，通常用米/分钟表示；进给量是切削刀具在单位时间内对工件进行进给的距离，通常用毫米/转表示；切削深度是切削刀具在切削过程中对工件进行切削的深度，通常用毫米表示。
这三个参数的选择直接影响着切削过程的效率和加工质量。
另外，金属切削原理的切削力是切削过程中的重要参数。
切削力的大小和方向直接影响着切削刀具和工件的磨损情况、加工精度和加工表面质量。
切削力的大小受到切削条件、切削刀具和工件材料等因素的影响，合理控制切削力是提高切削加工效率和加工质量的关键。
最后，金属切削原理的切削热是切削过程中的重要问题。
切削热的产生直接影响着切削刀具和工件的温度、切削刀具的寿命和加工表面质量。
切削热的产生受到切削速度、切削深度、切削方式和切削刀具材料等因素的影响，合理控制切削热是提高切削加工效率和加工质量的关键。
总之，金属切削原理是切削加工的基础，对于提高切削加工效率、提高加工质量具有重要意义。
合理控制切削条件、切削力和切削热是提高切削加工效率和加工质量的关键。
只有深入理解金属切削原理，才能更好地应用于实际生产中，提高加工效率，降低成本，提高产品质量。
金属切削原理与刀具的基本概述
金属切削原理与刀具的基本概述金属切削是通过切削工具对金属材料进行切削，以实现加工目标的一种常见的金属加工方法。
切削工具是实现切削过程的关键元素，它的设计和选择对于切削加工质量和效率具有重要影响。
本文将概述金属切削原理以及刀具的基本概念，以帮助读者深入了解金属切削的基本原理和刀具的工作原理。
金属切削原理涉及刀具与金属工件之间的物理力学相互作用。
切削过程中，切削刃与工件接触，施加切削力并逐渐移除金属屑来实现切削。
切削力主要有切向力、法向力和主切削力组成。
切向力是切削力在切削方向上的分力，它决定了切削刃与工件之间的相对运动。
法向力是切削力在垂直于切削方向上的分力，它将工件稳定固定在工作台上。
主切削力是切削力在切削方向上的主要分力，它直接影响切削刃的切削能力和工件的表面质量。
刀具的选择和设计对于切削过程的效率和质量有重要影响。
常见的刀具类型包括立铣刀、车刀、钻头和铰刀等。
刀具的形状、材料和刃口几何形状都对刀具的切削能力和寿命产生影响。
刀具的材料通常选择硬度高、耐磨损和高温稳定性好的材料。
常见的刀具材料包括高速钢、硬质合金和陶瓷材料。
高速钢具有较高的硬度和耐磨性能，适用于一般的切削工作。
硬质合金刀具由金属碳化物颗粒与钴合金基体组成，具有更高的硬度和热稳定性，适用于高速切削和难切削材料的加工。
陶瓷刀具具有优异的耐磨性和高温稳定性，适用于高速、高温的切削工作。
刀具的刃口几何形状对切削过程的效率和质量具有重要影响。
常见的刃口几何形状包括平行刀刃、斜切刀刃和弧形刀刃等。
刃口的选择应根据加工类型、材料和表面质量要求进行合理选择。
此外，切削参数的选择也是确保切削过程顺利进行的关键因素。
切削参数包括切削速度、进给速度和切削深度等。
切削速度决定了刀具与工件之间的相对运动速度，进给速度则决定了切削刃每分钟移除的金属量，切削深度是切削刃切入工件的深度。
在切削过程中，润滑和冷却也是必不可少的。
刀具和工件之间的摩擦和热量会导致刀具磨损和工件热变形。
金属切削原理基础知识解析
金属切削原理基础知识解析金属切削是一种常见的加工方法，广泛应用于制造业中。
了解金属切削的基础原理对于合理选择切削工艺和工具，提高加工效率和质量非常重要。
本文将解析金属切削的基础知识，包括切削原理、切削力、毛坯形状与切削刃的几何形状以及金属切削中常用的切削材料。
1. 切削原理金属切削是指通过刀具对金属工件进行机械加工，从而使工件形状发生改变的过程。
在切削过程中，刀具通过对工件施加切削力，使工具切削刃与工件产生相对运动，将工件上的金属层削除或形成所需形状。
2. 切削力切削力是指切削过程中刀具作用在工件上的力。
切削力的大小与材料的物理性质、切削刃的几何形状、切削速度等因素有关。
通常，切削力可分为切削力、切向力和法向力。
切削力的准确计算可以帮助选择合适的刀具、预测工具寿命以及优化切削工艺。
3. 毛坯形状与切削刃的几何形状切削和加工形状的选择取决于所需产品的要求。
毛坯形状的设计决定了切削刃的几何形状。
常见的切削刃形状包括直角切削刃、圆弧切削刃和锥形切削刃。
不同形状的切削刃适用于不同的切削操作，可以获得不同的切削效果。
4. 切削材料在金属切削过程中，刀具与工件之间会产生高温、高压和强大的切削力。
因此，切削工具需要具备较高的硬度、耐磨性和热稳定性。
常用的切削材料包括高速钢（HSS）、硬质合金和陶瓷等。
每种材料都有其适用的加工范围和特点，根据加工要求和具体情况选择合适的切削材料可以提高加工效率和工具寿命。
综上所述，金属切削是一种重要的加工方法，对于提高加工效率和产品质量至关重要。
了解金属切削的基础知识，包括切削原理、切削力、毛坯形状与切削刃的几何形状以及切削材料，可以帮助选择合适的切削工艺和工具，提高加工效率和质量。
在实际应用中，根据具体的加工要求和材料性质选择合适的刀具和切削参数，可以更好地发挥金属切削的功能。
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当刀具作用于切屑层，切削刃由a 相对运动至O时，整个切削单元 OMma就沿着OM面发生剪切滑移； 或者OM面不动，平行四边形 OMma受到剪切应力的作用，变成 了平行四边形OMm1a1 。
实际上切屑单元在刀具前面作用 下还受到挤压，因而底边膨胀为 Oa2，形成近似梯形的切屑单元 OMm2a2 。
在OA到OM之间的第一 变形区内，其变形的主要特 征是沿滑移线的剪切滑移变 形以及随之产生的加工硬化。
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四） 变形程度的表示方法
1、剪切角φ 实验证明剪切角φ的大小和切削力的大小有直接联
系。对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大 小的切削层，如φ角较大，剪切面积变小，即变形程 度较小，切削比较省力。所以φ角本身就表示变形的 程度。
3 第三变形区
已加工表面受到刀刃钝圆部分和后 刀面的挤压与摩擦，产生变形与回弹， 造成纤维化与加工硬化。这部分称为第 三变形区(Ⅲ )。
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这三个变形区汇集在刀刃附近，切削层金属在此处与 工件母体分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加 工表面上。
第Ⅰ变形区
近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形；
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2 变形系数ξ 切削时，切屑厚度ach通常都要大于切削深度ac，
而切屑宽度lch却小于切削长度lc 。
切削长度与切屑宽度之比或者切屑厚度与切削厚度之 比称为厚度变形系ξ 即：
lξ
llccah
ach ac
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变形系数ξ是大于1的数，可以用剪切角Φ表示
ach OM sin(90 0 ) cos( )
一） 切屑的形成过程 我们将切屑形成过程近似地比拟为推挤一叠卡片的
形象化模型。
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3
刀具
工
件
切屑形成过程模拟
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4
金属被切削层好比一迭卡片1´、2 ´ 、3 ´ 、4 ´… 等,当刀具切入时这迭卡片被摞到1、2、3、4….的 位置。卡片之间发生滑移，这滑移的方向就是剪切 面。
当然卡片和前刀面接触 这一端应该是平整的，外侧 是锯齿的、或呈不明显的毛 茸状。
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通常第一变形区较窄，宽度仅约为0.2～0.02mm， 可近似用一剪切面来代替该区域。
剪切面OC与切削速度间的夹角φ——剪切角φ。 OA线上的剪应力τ＝τs(屈服极限 )； OA、OB、OC、OM线上的剪应力由于变形加工硬 化而依次升高，在OM线达最大值τmax，若 τmax<τb (强度极限 )时，切屑为带状； τmax≥τb时， 切屑为节壮（挤裂状）。
第Ⅱ变形区
与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形；
第Ⅲ变形区
近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
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三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形 成过程。
当切削层中金属某点P向切削刃逼近，到达点1时，此时 其剪切应力达到材料的屈服强度τs，故点1在向前移动 的同时，也沿OA滑移，其 合成运动使点l流动到点2。 2- 2 ´为滑移量，当P点依次 到达3、4点后，其流动方 向与前刀面平行，不再沿 OM线滑移。OA称为始剪 切滑移线，OM称为终剪切 滑移线。
由图可见，切削过程中切削层金属的变形可大致划分 为三个变形区。
l 第一变形区
从OA线(称始剪切线) 开始发生塑性变形，到 OM线(称终剪切线)晶粒 的剪切滑移基本完成。这 一区域(I)称为第一变形区。
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2 第二变形区
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩 擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本 上和前刀面平行。这一区域称为第二变形区(Ⅱ)。
许多梯形叠加起来就迫使切屑
向逆时针方向转动而弯曲。因此也
可以说，金属切削过程是切削层受
到刀具前面的挤压后，产生以剪切
滑移为主的塑性变形，而形成为切
屑的过程。
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二） 三个变形区
根据切削实验时制作的金属切削层变形图片，可绘制 出如图所示的金属切削层的滑移线和流线示意图。流线 表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹。
这种内摩擦实际上就是金属内
部的滑移剪切，它不同于外摩擦
(外摩擦力的大小与摩擦系数以及
正压力有关，与接触面积无关)，
内摩擦与材料的流动应力特性以
及粘结面积大小有关。
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剪切角随着切削条件不同而变化，根据纯剪切理 论：剪应力和主应力方向约呈45°，且主应力fa与作 用合力Fr一致，则可确定剪切角φ为： φ=45°-（β-γo） 其中β为摩擦角 。
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五） 前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
1 前刀面上的摩擦
塑性金属在切削过程态。故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦，而是切屑和 前刀面粘结层与其上层金属之间的内摩擦。
ac
OM sin
s in
上式也可写成 tg cos 0 sin 0
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ach cos( )
ac
sin
上式表明： 变形的大小与剪切角φ和前角有关。一般前角γo增大，
剪切角φ增大，ξ减小。
前角γo一定时，若剪切角φ增大，那么切削变形就小。
用剪切角φ来衡量变形的大小，测量比较麻烦；而变形 系数ξ可直观反映切屑的变形程度，并且容易测量。
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金属切削的基本物理现象包括：切削变形、切削 力、切削温度、刀具磨损与刀具耐用度。本章将针 对这些现象进行阐述。
§ 3-1 切削变形
切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形成过程为 基础的。
了解切屑形成过程，对理解切削规律及其本质是非常 重要的，现以塑性金属材料为例，说明切屑的形成及切 削过程中的变形情况。
金属切削原理与刀具
合肥工业大学技师学院
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第三章 金属切削基本理论
概述： 金属切削过程就是用刀具从工件表面上切去多余的
金属，形成已加工表面的过程，也是工件的切削层在 刀具前面挤压下产生塑性变形，形成切屑而被切下来 的过程。
伴随着切削过程的发生和发展，形成了许多物理现 象，金属切削理论总结了关于金属切削过程中的基本 物理现象及其变化规律，研究这些物理现象及其变化 规律对保证加工质量、提高生产率、降低成本和指导 生产实践有着十分重要的意义。