第2章 数控加工的切削基础

度与进给运动速度的矢量和。
【几种常见加工方法的切削运动】
Ve Vc
Vf
2.1.1.2 加工中的工件表面
已加工表面：工件上经刀具切削后产生 的表面 。 待加工表面：工件上有待切除切削层的 表面 过渡表面：工件上由切削刃形成的那部 分表面。
【几种常见加工方法的切削运动】
2.1.2 切削要素
2.1.2.1 切削用量
2.1.2.2 切削层的几何参数
2.1.2.1 切削用量
切削用量是用来表示切削运动，调整 机床用的参量，并且可用它对主运动和 进给运动进行定量的表述。它包括以下 三个要素： 切削速度
进给量f
背吃刀量 ap
【切削用量三要素】
1.切削速度
切削速度：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。即在 单位时间内，工件和刀具沿主运动方向 的相对位移，单位为m/min。
1.切削速度
大多数切削加工的主运动是回转运动 （车、钻、镗、铣、磨削加工）时，其 切削速度为加工表面最大线速度，即
式中：dw——切削刃选定点处所对应的 工件或刀具的最大回转直 径（mm）； n——主轴转速，单位为r/min
1.切削速度
若主运动为往复直线时，则常以往复运 动的平均速度作为切削速度，即
削刃的负荷。
切削面积
——主偏角。
切削层宽度 bD sink r ——它大致反映了刀具主切削
刃参加切削工作的长度
ap
【切削层的参数】
bD、hD与ap和f的关系
正切屑：fsinkr＜ap/sinkr ——生产中多为此种情况，即主切削 刃担负主要切削工作 。
倒切屑：fsinkr>ap/sinkr ——当采用大进给切削时 ，主要切 削负荷已由主切削刃转移到副切削刃 上，副前角γo′成为刀具的主要角度， 应该是设计、刃磨的重点
掌握切削用量的选用原则； 了解切削液的种类、作用和选用； 应具有根据加工条件合理选择刀具材料、刀 具几何参数的能力。
项
目
2.1 切削运动与切削要素
2.2 金属切削刀具
2.3 金属切削过程 2.4 金属材料的切削加工性
2.5 切削用量及切削液的选择
习题二
2.1 切削运动与切削要素
式中：n——主运动每分钟的往复次数， 单位为dstr/min L——工件或刀具作往复运动的行 程长度，单位为mm。
2．进给量f
进给量：在主运动的一个循环内，刀具 在进给方向上相对于工件的位移量。可 用刀具或工件每转或每行程的位移量来 表达或度量。单为mm/r（如车削、镗削 等）或mm/行程（如刨削、磨削等）。
【切削刀具的基本类型】
a) 机夹式车刀
b)热管式车刀
c)麻花钻
d)扩孔钻
e)铰刀
f)圆孔拉刀
【切削刀具的基本类型】
g)圆柱形铣刀 h)面铣刀
k)板牙
i)成形铣刀
j)丝锥
l)齿轮滚刀
m)插齿刀
n)剃齿刀
o)平形砂轮
2、按切削刃特点分类
（1）单刃刀具 （2）多刃刀具
3.按工艺特点分类
（1）通用刀具：车刀、刨刀、铣刀等。
【几种常见加工方法的切削运动】
总之，在各类切削加工中，主运动 必须有一个，而进给运动可以有一个 （如车削）、两个（如圆磨削）或多个， 甚至没有（如拉削）。
3. 合成切削运动
由主运动和进给运动合成的运动称为合 成切削运动。 刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合
成运动方向称为合成切削运动方向。
合成切削速度为同一选定点的主运动速
2.1.1 切削运动和加工中
的工件表面 2.1.2 切削要素
2.1.1切削运动和加工中的工件表面 2.1.1.1 切削运动
2.1.1.2 加工中的工件表面
2.1.1.1 切削运动
金属切削加工就是用金属切削刀具把工 件毛坯上预留的金属材料（统称余量） 切除，获得图样所要求的零件。 在切削过程中，刀具和工件之间必须有 相对运动，这种相对运动就称为切削运 动。 按切削运动在切削加工中的功用不同分 为主运动和进给运动。
（2）定尺寸刀具：钻头、扩孔钻、铰刀、 拉刀等。
（3)成形刀具：成形车刀、花键拉刀等。
4. 按装配结构分类
（1）整体式 （2）焊接式 （3）机夹可转位式。
（4）涂层刀具式
【整体式】
【焊接式】
【机夹可转位式】
【涂层刀具式】
【刀具的组成结构】
指担负切削加工部分，由 刀面、切削刃组成。
【车刀角度】
（2）在基面(Pr)中测量的角度
①主偏角（κr） 主切削平面与假定进给运动 方向之间的夹角，总为正值。主偏角的大小影 响切削条件和刀具寿命。车刀常用的主偏角有 45°、60°、75°和90°四种。
②副偏角(κrˊ) 副切削平面与假定进给运动 反方向间的夹角。其大小主要影响表面粗糙度。 ③刀尖角(εr) 主切削平面与副切削平面间的 夹角。εr = 180°－（κr +κrˊ）
2.1.2.2 切削层的几何参数
实际切削面积ADe 残留面积△AD的高度称轮廓最大高度 Ry
尖行刀：
圆弧形刀尖：
2.2 金属切削刀具
2.2.1 常用刀具种类
2.2.2 刀具材料 2.2.3 刀具几何角度
2.2.4 刀具失效和刀具耐用度
2.2.1 常用刀具种类
按加工方法分类
按切削刃特点分类
【车刀角度】
（3）切削平面(PS)中测量的角度
①刃倾角(λS) 主切削刃与基面间的夹角。 当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高 点时，刃倾角为正值；当刀尖处于最低 点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于 刀柄安装面时，刃倾角为0° 。
【车刀角度】
2.2.3.3 刀具几何参数的选择
当刀具材料确定之后，刀具的切削性能 便由其几何参数来决定。 刀具合理的几何参数，是指在保证加工 质量的前提下，能够满足较高生产率、 较低加工成本的刀具几何参数。
2.2.3.1刀具切削部分组成要素
2.2.3.2刀具切削部分几何角度 2.2.3.3刀具几何参数的选择
2.2.3.1 刀具切削部分组成要素
3面、2刃、1尖
【三面】
（1）前刀面(Aγ) ：刀具上切屑流过的 表面。 （2）主后刀面(Aα) ： 工表面相对的表面。
1. 刀具前角的选择
前角主要影响切屑变形和切削力的大小以及 刀具耐用度和加工表面质量的高低。
前角增大，可以使切削变形和摩擦减小，故 切削力小、切削热低，加工表面质量高。但前 角过大，刀具强度降低，耐用度下降。
前角减小，刀具强度提高，切屑变形增大， 易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增 加，刀具耐用度也随之降低。
2．进给量f
车削时的进给速度（单位为mm/min） 是指切削刃上选定点相对于工件的进给 运动的瞬时速度。
每分钟进给 每转进给
2．进给量f
对于铰刀、铣刀等多齿刀具，常要规定 出每齿进给量（fz）（单位为mm/z）， 其含义为多齿刀具每转或每行程中每齿 相对于工件在进给运动方向上的位移量
式中，z——多齿刀具的刀齿数。
【一尖】
（6）刀尖 ：主切削刃与副切削刃的连 接处的一小部分切削刃。它分为修圆刀 尖和倒角刀尖两类
a) 切削刃的实际交点
b) 修圆刀尖
c) 倒角刀尖
2.2.3.2 刀具切削部分的几何角度
1.正交平面参考系 ① 基面(Pr) 通过切削刃选定点并垂直于 主运动方向的平面。 ② 切削平面(PS) 通过切削刃选定点与 切削刃相切并垂直于基面的平面。
第2章 数控加工 的切削基础
内容提要
金属切削过程是工件和刀具相互作用的 过程。刀具要从工件上切去一部分金属， 并在保证高生产率和低成本的前提下，使
工件得到符合技术要求的形状、尺寸精度
和表面质量。本章主要研究了数控加工的
金属切削原理与刀具。
学习目标和重点
掌握切削运动、切削力与切削要素基本理论
掌握常用刀具材料的种类、性能及其应用范 围，熟悉刀具磨损、破损的基本理论与规律 了解积屑瘤的现象及防止方法，了解材料加 工性及其影响因素和改善材料加工性的途径
1. 主运动
主运动是由机床提供的主要运动，它使 刀具和工件之间产生相对运动，是切削 过程中切下切屑所需的运动。 特点：切削速度最高，消耗的机床功率 最大。 形式： 旋转运动、直线运动 完成件：工件、刀具
【几种常见加工方法的切削运动】
2. 进给运动（走刀运动）
进给运动是由机床提供的，使刀具和工 件之间产生附加的相对运动，是切削过 程中使金属层不断地投入切削，从而加 工出完整表面所需的运动。 特点：消耗的功率比主运动小得多 。 形式：连续运动、间断运动、两者组合 完成件：工件、刀具
工艺特点分类 按装配结构分类
1. 按加工方法分类
（1）切刀：车刀、刨刀、插刀、镗刀。 （2）孔加工刀具：钻头、扩孔钻、铰刀。 （3）拉刀:圆孔拉刀、花键拉刀、平面拉刀、 单键拉刀。 （4）铣刀：圆柱形铣刀、面铣刀、立铣刀、 槽铣刀、锯片铣刀 。 （5）螺纹刀具：丝锥、板牙、螺纹切刀。 （6）齿轮刀具：齿轮铣刀、齿轮滚刀、插齿 刀。 （7）磨具：砂轮、砂带、油石。
【前角的选择原则】
①工件材料：塑性材料选用较大的前角； 脆性材料选用较小的前角；工件的强度、 硬度低应选较大的前角，反之取较小前 角；加工特硬材料或高强度钢（如淬火 钢）应选很小前角甚至负前角。 ②刀具材料：刀具材料的抗弯强度和冲 击韧度较高时应选较大前角。如高速钢 刀具比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷 刀具的前角则应更小一些。
3．背吃刀量 ap
背吃刀量是已加工表面和待加工
表面之间的垂直距离，其单位为mm。 它直接影响主切削刃的工作长度，反
映了切削负荷的大小。。
【切削用量三要素】
3．背吃刀量 ap