金属切削原理基本理论
金属切削原理与刀具
摩擦阻力Ff与切削流动推力T：
Ⅲ区：积屑瘤的高度随切削速度的增加而减小，当到达边界时，积屑瘤 消失。速度高，切屑温度高被软化，摩擦阻力下降，滞留倾向减弱。
Ⅳ区：切削速度进一步提高，由于切削速度较高而冷焊消失，此时积屑瘤 不再存在，当切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在。
积屑瘤的形成及其影响
AD sin( o ) Fp F sin( o ) sin cos( o )
tan( o ) Fp / Fc
tan
切屑变形过程
被切削金属层好比一叠
卡片，刀具进行切削时
，卡片之间发生滑移。
切屑变形程度
1. 变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用 其表示切削层的变形程度。
切屑的类型及控制
切屑的控制
切削加工中采用适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断， 形成“可接受”的良好切屑。
1 ）采用断屑槽 对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切 屑卷曲半径减小。
切屑的类型及控制
切屑的类型及控制
2）改变刀具角度
增大刀具主偏角 切削厚度变大，有 利于断屑。
减小刀具前角 可使切屑变形加大， 切屑易于折断。
Ff 进给力
Fc 主切削力 F 切削合力
F
Fc F
2
2 N
F F F2ຫໍສະໝຸດ 2 C P2 f切削力的分解
切屑的受力分析
第一步：受力分析 前刀面：
法向力 Fn
摩擦力 Ff
切屑形成力 F
剪切面：
正压力 Fns 剪切力 Fs
AD sin
Fs As
切屑的受力分析
《金属切削原理与刀具》课程标准
《金属切削原理与刀具》课程标准一、课程概述1.课程性质《金属切削原理与刀具》是机械设计与制造专业针对通用装备制造行业的机械设计、机械制造、制图员、车工、铳工、装配工等职业群（或技术技能领域）的关键岗位，经过对企业岗位典型工作任务的调研和分析后，归纳总结出来的为适应机械装备制造企业金属切削刀具选用、金属切削机床使用、机械冷加工工艺编制、调试及维修维护等能力要求而设置的一门专业核心课程。
2.课程任务《金属切削刀具与机床》课程通过对金属切削刀具、金属切削机床基本原理和理论知识的学习，增强学生对金属切削刀具材料、几何形状、切削要素、金属切削机床结构及布局, 机床知识的运用，让他们熟练掌握金属切削刀具、金属切削机床运动、切削加工工艺范围等知识，从而满足企业对相应岗位的职业能力需求。
3.课程要求通过课程的学习培养学生机械加工方面的岗位职业能力，教学注重选用基础的、典型的实例，突出现代机械加工中各种典型的刀具,利用各种教学方法和手段达到注重能力的培养, 突出实际、实用、实践的原则，贯彻加强基础、重技术应用及前后课程衔接的指导思想，注重内容的典型性、针对性，加强理论联系实际，达到学以致用的目的。
同时为学习后续专业课程打下坚实的基础。
二.教学目标1.知识目标（1）掌握金属切削加工的基本理论；（2）掌握金属切削加工的基本规律；（3）掌握车、铳、包k键等通用刀具结构与型号制订方法；（4）掌握车、铳、包IJ、键等通用刀具应用范围；（5）掌握孔加工刀具等标准刀具结构与型号制订方法；（6）掌握难加工材料的加工特点；（7）掌握数控加工工具系统的应用特点。
2.能力目标（1）能够进行切削用量的计算与查表；（2）能够正确选用刀具的几何参数；（3）能够解决切削加工中产生的各种质量问题；（4）能够正确选用刀具类型与规格；（5）会阅读金属加工资料和查阅刀具设计手册；（6）会难加工材料的加工的切削参数选择；（7）会刃磨刀具；3.素质目标（1）养成谦虚、好学的能力；（2）养成学生勤于思考、做事认真的良好作风；（3）具备必要的政治素质和一定的法律意识；（4）养成良好的职业道德；（5）具备沟通能力及团队协作精神；（6）具备分析问题、解决问题的能力；（7）具备勇于创新、敬业乐业的工作作风；（8）具备的质量意识、安全意识。
第二章第三节 金属切削过程及其物理现象
五．变形程度的表示方法
1. 剪切角 2. 相对滑移或剪应变 3. 变形系数 a / l
六． 前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
特征：使切屑底层靠近前刀面处纤维化，流动速度 减慢，甚至滞留在前刀面上； 切屑弯曲； 由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高。
1. 2. 3. 4.
七． 积屑瘤的形成及其对切削过程的影切 屑的情况下，加工一般钢料或其他 塑性材料时，常常在刀具前刀面粘 着一块剖面有时呈三角形的硬块。 它的硬度很高，通常是工件材料的 2~3倍，在处于比较稳定的状态时， 能够代替切削刃进行切削。这块冷 焊在前刀面上的金属就叫积屑瘤。
第三节 金属切削过程及其物理现象
一． 国内外切削理论研究概述
1. 2. 3. 1870年，俄国学者基麦就开始了切削理论的研究工作，提出塑 性金属的切削过程是由挤压产生的剪切过程。 1913年~1916年，乌沙丘夫的研究使人们对切削过程的认识 由外部深入到内部。 1907年，美国学者泰勒(Taylor)发表了（On the Art of Cutting Metal）一书，提出了著名的切削速度与刀具耐用度关 系式（著名的泰勒公式），对生产应用产生了重大影响。 1941年，美国学者麦钱特（Merchant)发表了（Mechanics of the Metal Cutting Process)的著名论文，提出了塑性金属 切削是剪切过程的力学模型，推导了剪切角的理论公式。
4.
5.
6.
在Merchant之后，诸多学者对剪切角的理论推导，剪切角与变形 的关系以及切削速度对切屑变形的影响进行了广泛的研究。如美国 学者李-谢弗、苏联学者佐列夫、澳大利亚学者奥克斯利、日本学 者中山一雄、日本学者臼井英治、华裔学者赵佩之、美国学者阿尔 伯莱特等都各自做出了一定的贡献。 1981年起，在刘培德教授的带领下，大连理工大学机械系金属切 削原理与刀具教研室的多位老师开展了切削理论的研究。取得的成 果有： 提出了正交切削时刃前区应力分析的新模型（带弯矩的切削力学模 型） 证明了切削过程中存在弯矩，弯矩的存在使切屑发生弯曲。通过一 定手段控制弯矩的大小及正负控制切屑的卷曲与折断，从而发展了 断屑理论。解决了诸多生产难题，如上海宝钢无缝钢管厂在西德产 数控车床上螺纹加工的断屑问题。
金属切削原理与刀具教案
金属切削原理与刀具教案一、教学目标1.了解金属切削的基本概念，掌握金属切削的原理。
2.掌握刀具的种类、结构及切削性能，学会选择合适的刀具进行金属切削。
3.了解金属切削过程中的切削力、切削温度、表面质量等影响因素，掌握切削参数的合理选择。
4.培养学生的动手能力，提高金属切削操作技能。
二、教学内容1.金属切削的基本概念（1）金属切削的定义（2）金属切削的分类2.金属切削原理（1）切削层（2）切削力（3）切削温度（4）表面质量3.刀具的种类、结构及切削性能（1）车刀（2）铣刀（3）钻头（4）铰刀4.切削参数的选择（1）切削速度（2）进给量（3）切削深度5.金属切削操作技能训练三、教学重点与难点1.教学重点：金属切削原理、刀具的种类及切削性能、切削参数的选择。
2.教学难点：切削力、切削温度的计算及影响因素，切削参数的合理选择。
四、教学方法1.理论教学：讲解金属切削的基本概念、原理及刀具的种类、结构等。
2.实践教学：通过金属切削实验，让学生动手操作，提高操作技能。
3.案例分析：分析金属切削过程中出现的问题，引导学生学会解决实际问题的方法。
五、教学安排1.理论教学：共6学时，分2次进行。
2.实践教学：共6学时，分2次进行。
3.案例分析：共2学时，分1次进行。
六、教学评价1.理论考试：占总评成绩的40%。
2.实践操作：占总评成绩的40%。
3.平时表现：占总评成绩的20%。
七、教学资源1.教材：《金属切削原理与刀具》。
2.辅助资料：金属切削相关学术论文、实验指导书。
3.设备：车床、铣床、钻床、铰床等。
4.软件：金属切削仿真软件。
八、教学进度安排1.第1周：金属切削的基本概念、分类。
2.第2周：金属切削原理。
3.第3周：刀具的种类、结构及切削性能。
4.第4周：切削参数的选择。
5.第5周：金属切削操作技能训练（1）。
6.第6周：金属切削操作技能训练（2）。
7.第7周：案例分析。
8.第8周：复习、考试。
九、教学总结本课程通过理论教学、实践教学和案例分析相结合的方式，使学生掌握金属切削原理、刀具的种类及切削性能、切削参数的选择等知识，培养学生的动手能力，提高金属切削操作技能。
金属切削过程
四、切屑的变形评价
1. 厚度变形系数：
h
h ch hD
式中：hch——切屑厚度
hD ——切削层厚度
金属切削原理及刀具
四、切屑的变形评价
2. 长度变形系数：
l
lc l ch
式中：lc ——切削层长度
lch——切屑长度
金属切削原理及刀具
四、切屑的变形评价
3. 变形系数：
金属切削原理及刀具
第三章 金属切削过程 (the cutting process)
5、晶格的微观变形： 晶粒剪切滑移挤压示意
正常晶格
晶格拉伸
滑移
破坏
金属(material) 切屑(chips)
金属切削原理及刀具
金属切削过程：就是工件的被切削层金属在刀 具前刀面的推移下，沿着剪切面(即滑移面)产生剪 切变形并转变为切屑的过程。
3、“笨刀”切削模型
τ F
此时前角为0，后角也为0，相当于对金属进行正挤压，同样在 正压力的作用下，金属先后产生弹性变形、塑性变形，沿滑移面产 生剪切破坏。特点：一侧是自由的，故金属只能沿一侧分离成为切 金属切削原理及刀具 屑。
第三章 金属切削过程 (the cutting process)
3、理想剪切模型(the ideal cutting model)
F F ns F n F f
F s F ns F 前刀面上受正压力F nF s fF ns F n F f 和摩擦力
Ac
sin cos( 0 )
F s F ns F n F f
Fr
F F ns F n F ss F ns F n F rf
F s F ns F n F
金属切削原理与刀具练习题111
金属切削原理与刀具练习题第一章刀具的基本定义切削运动和切削用量一、填空1.将工件上的被切削层转化成切屑所需要的运动是。
2.切削加工时与的相对运动称为切削运动。
3.切削运动分为和两类。
4.工件在切削过程中形成三个不断变化着的表面，即：表面、表面和表面。
5.切削用量是衡量和大小的参数，包括、三个要素。
6.金属切屑层的参数有、及。
7.车削外圆时，当主、副切削刃为直线，刃倾角为零度，主偏角小于90°时，切削层横截面为形。
8.当刃倾角为0°，主偏角为90°，切削深度为5mm，进给量为0.4mm/r时，切削宽度是mm，切削厚度是mm，切削面积是mm²。
二、判断1.使新的切削层不断投入切削的运动称为主运动。
（）2.切削用量就是用来表征切削运动大小的参数，是金属切削加工之前操作者调整机床的依据。
（）3.无论哪种切削加工，主运动往往不止一个。
（）4.工件的旋转速度就是切削速度。
（）5.工件每转一分钟，车刀沿着进给方向运动的距离称为进给量。
（）6.由于在切削刃上各点相对于工件的旋转半径不同，所以切削刃上各点的切削速度也不同。
（）7.主运动的特征是速度高，消耗的功率大。
（）8.进给运动的速度较低，消耗功率小，可以是一个、两个或多个。
（）9.进给量是衡量进给运动大小的参数。
（）10.车削时工件的旋转运动是主运动；刨削时刨刀的往复直线运动是主运动。
（）11.切削面积由切削深度和进给量决定。
（）12.切屑层的参数通常在平行于主运动方向的基面内测量。
（）三、选择1.在各种切削加工中，（）只有一个。
A、切削运动B、主运动C、进给运动2.主切削刃正在切削着的表面称为（）表面。
A、已加工B、待加工C、过渡3.车削加工的切削运动形式属于（）A、工件转动，刀具移动B、工件转动，刀具往复运动C、工件不动，刀具作回转运动4.（）的大小直接影响刀具主切削刃的工作长度，反映其切削负荷的大小。
A、切削深度B、进给量C、切削速度5.切削厚度与切削宽度随刀具（）大小的变化而变化。
机械制造学备课笔记(好东西)
(4>填写工艺卡片：0.5天；
(5>初定夹具设计方案：0.5天；
(6>完成夹具装配图：2.5天；
(7>完成设计说明书：1.5天；
(8>答辩：0.5天.
五、习题数量及要求
习题对巩固课堂教案效果,检查学生学习情况,提高学生掌握各种标准地应用能力起着重要地作用.教师应根据各章节所讲授地内容布置适当数量地作业.
二、生产系统地概念
为了提高生产企业地管理和控制水平,用系统项目学地原理和方法来组织与指挥,则可以把生产企业看成是一个具有输入和输出地生产系统.
三、工艺过程及其组成
1．工艺过程
在生产过程中,改变生产对象地形状、尺寸、相对位置和性质等,使之成为成品或半成品地过程,称为工艺过程.它包括：毛坯制造、零件加工、部件或产品装配、检验和涂装包装等.其中,采用机械加工地方法,直接改变毛坯地形状、尺寸、表面质量和性能等,使其成为零件地过程,称为机械加工工艺过程.
4.磨削：磨削特点；磨削运动与磨削用量.
第பைடு நூலகம்部分：机械制造工艺
<三）典型表面加工方法
1.概述：加工经济精度.
2.平面加工.
3.外圆加工.
4.内孔加工.
<四）机械加工工艺规程地制订
1.概述：生产过程与工艺过程；机械加工工艺过程地组成；生产纲领与生产类型；机械加工工艺规程<内容,作用,格式,制订原则,原始材料及制订步骤）.
(4>学会查阅、使用技术资料；
(5>学会设计说明书地编写方法.
3.内容：
(1>抄画零件图；
(2>制订工艺规程：包括一套工艺过程卡片和指定工序地工序卡片；
金属切削原理PPT课件
３. 背吃刀量 对外圆车削（图１－１） 和平面刨削（图１－２）而言，背吃刀量等于已 加工表面与待加工表面间的垂直距离；其中外圆 车削的背吃刀量：
总之，任何切削加工方法都必须有一个主运 动，可以有一个或几个进给运动。主运动和进给 运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具 单独完成（例如在钻床上钻孔或铰孔）。
二 工件上的加工表面
在切削过程中，通常工件上存在三个表面， 以图１－１的外圆车削和图１－２的平面刨削为 例，它们是：
１．待加工表面 它是工件上即将被切去的
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
（一）刀具在正交平面参考系中的标注角度
刀具标注角度的内容包括两个方面：一是确
定刀具上刀刃位置的角度；二是确定前刀面与后 面位置的角度。以外圆车刀为例（图１－９）， 确定车刀主切削刃位置的角度有二：
主偏角 它是在基面上，主切切削忍与 基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最低的点时， 为负值；反之，当刀尖在主切削刃上为最高的点 时， 为正值。必须指出，这个规定是根据ＩＳ Ｏ标注，同过去某些书上关于正负号的规定恰好 相反。
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 。
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。
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。
刀具
工
件
切屑形成过程模拟
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。
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。
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； 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。
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τ s，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。
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 。
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中，切屑与前刀面之间压力很大，再加上几的高acOM sin
s in Nhomakorabea上式也可写成
tg cos 0 sin 0
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γ o增大，剪切角φ 增大，ξ 减 小。
前角γ o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。
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：
ξ l
llccah
ach ac
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( )
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)。
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 )。
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。
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 ＝τ s(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τ max，若 τ max<τ b (强度极限 )时，切屑为带状； τ max≥τ b时，切屑为节壮（挤裂状）。
Ff s Af ! s Fn Af 1
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。
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。
温，实际上切屑底层与前刀面呈粘结状态。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。
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。
令μ 为前刀面上的平均摩擦系数，则
金属切削原理基本理论
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。
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。
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。