金屬切削原理及刀具

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1、教學(xué)要求:金屬切削過程就是刀具從工件上切除多余的金屬，使工件獲得規(guī)定的加工精度與表面質(zhì)量。因此，要進(jìn)行優(yōu)質(zhì)、高效與低成本的生產(chǎn)，必須重視金屬切削過程的研究。教學(xué)重點(diǎn):基本定義——介紹金屬切削過程方面的一些基本概念，它包括切削運(yùn)動(dòng)、切削用量、參考系（主剖面參考系、法剖面參考系、進(jìn)給背平面參考系）、刀具標(biāo)注角度、切削層參數(shù)等。刀具材料——介紹刀具材料應(yīng)具備的性能(硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性、耐熱性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性)；兩種常用的刀具材料(高速鋼、硬質(zhì)合金)和其它刀具材料(涂層、陶瓷、人造金剛石、立方氮化硼)。內(nèi)容提要1.1基本定義金屬切削過程金屬切削過程是工件和刀具相互作用的過程。刀具

2、從工件上切除多余的（或預(yù)留的）金屬，并在高生產(chǎn)率和低成本的前提下，使工件得到符合技術(shù)要求的形狀、位置、尺寸精度和表面質(zhì)量。切削運(yùn)動(dòng)為實(shí)現(xiàn)切削過程，工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)，它由金屬切削機(jī)床來完成。工藝系統(tǒng)機(jī)床、夾具、刀具和工件，構(gòu)成一個(gè)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)，切削過程的各種現(xiàn)象和規(guī)律都在這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中去研究?；径x1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量在金屬切削過程中，為了要從工件上切去一部分金屬，刀具與工件之間必須完成一定的切削運(yùn)動(dòng)。如外圓車削時(shí)，工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具作連續(xù)的縱向直線運(yùn)動(dòng)，形成了工件的外圓柱表面。在新的表面的形成過程中，工件上有三個(gè)依次變化的表面：基本定

3、義待加工表面：即將被切去金屬層的表面；加工表面：切削刃正在切削著的表面；已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。這些定義也適用于其它切削。圖中分別表示了車削、刨削、鉆削、銑鏜削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.1.1切削運(yùn)動(dòng)金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。按切削時(shí)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的作用可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖所示。（1）主運(yùn)動(dòng)：切下金屬所必須的最主要的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：通常它的速度最高，消耗機(jī)床功率最多。機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。例如，車削、鏜削的主運(yùn)動(dòng)是工件與刀具的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而刨削是的主運(yùn)動(dòng)是刀具相對(duì)于工件的直線運(yùn)動(dòng)。（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：使新的金屬不斷

4、投入切削的運(yùn)動(dòng)。它保證切削工作連續(xù)或反復(fù)進(jìn)行，從而切除切削層形成已加工表面。特點(diǎn)：機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可有一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)組成，通常消耗功率較小，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)也可以是間歇運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)與切削用量（3）合成運(yùn)動(dòng)與合成切削速度vｅ主運(yùn)動(dòng)vｃ和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)vｆ可以由刀具或工件分別完成，或由刀具單獨(dú)完成。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行（車削、銑削等），也可交替進(jìn)行（刨削等）。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。合成速度向量等于主運(yùn)動(dòng)速度與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的向量和：vｅ=vｃ+vｆ切削運(yùn)動(dòng)1.1.1.2切削用量三要素在切削加工過程中，

5、需要針對(duì)不同的工件材料、刀具材料和其它技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求來選定適宜的切削速度vc、進(jìn)給量f(或進(jìn)給速度值vf),還要選定適宜的背吃刀量值ap。vc、f、ap稱之為切削用量三要素。（1）切削速度大多數(shù)切削加工的主運(yùn)動(dòng)采用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)體(刀具或工件)上外圓或內(nèi)孔某一點(diǎn)的切削速度計(jì)算公式如下：式中d——工件或刀具上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑(mm)；n——工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min）。切削運(yùn)動(dòng)與切削用量在生產(chǎn)中，磨削速度單位用米/秒(m/s)，其它加工的切削速度單位習(xí)慣用米/分（m/min）。在轉(zhuǎn)速n值一定時(shí)，切削刃上各點(diǎn)的切削速度不同。考慮到刀具的磨損和已加工表面質(zhì)量等因

6、素，計(jì)算時(shí)，應(yīng)取最大的切削速度。如：外圓車削時(shí)計(jì)算待加工表面上的速度(用dw代入公式），內(nèi)孔車削時(shí)計(jì)算已加工表面上的速度(用dm代入公式)，鉆削時(shí)計(jì)算鉆頭外徑處的速度。（2）進(jìn)給速度、進(jìn)給量和每齒進(jìn)給量進(jìn)給速度是單位時(shí)間的進(jìn)給量,單位是mm/s(mm/min)。進(jìn)給量是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時(shí)兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移(對(duì)于車削、鉆削、鉸削),單位是mm/r。切削用量三要素對(duì)于刨削、插削等主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的加工，雖然可以不規(guī)定進(jìn)給速度，卻需要規(guī)定間歇進(jìn)給的進(jìn)給量，其單位為mm/d.st(毫米/雙行程）。對(duì)于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在它們進(jìn)行工作時(shí)，還

7、應(yīng)規(guī)定每一個(gè)刀齒的進(jìn)給量，即后一個(gè)刀齒相對(duì)于前一個(gè)刀齒的進(jìn)給量，單位是mm/Z(毫米/齒)。顯然mm／s或mm／min（3）背吃刀量對(duì)于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位是mm。。切削用量三要素外圓柱表面車削的背吃刀量可用下式計(jì)算：對(duì)于鉆孔其中dm——已加工表面直徑(mm)；dw—待加工表面直徑(mm)。1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.2.1刀具切削部分的構(gòu)造要素金屬切削刀具的切削部分的幾何形狀與參數(shù)都有著共性，即不論刀具構(gòu)造如何復(fù)雜，