第二章 金属切削原理与刀具 1

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1、第二章金属切削原理与刀具金属切削加工就是用具有一定几何形状的刀具把工件毛坯上的一部分金属材料（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的切削运动，因此，掌握切削运动、刀具几何角度、切削用量和切削层参数等的基本定义，是学习本课程的基础。本章主要以外圆车削为例来讨论这些问题，但其定义也适于其它切削加工方法。第一节刀具的结构第二节刀具材料第三节金属切削过程及其物理现象第四节切削力与切削功率第五节切削热与切削温度第六节刀具磨损与刀具寿命第七节切削用量的选择及工件材料加工性第一节刀具的结构一、切削运动与切削要素二、刀具角度三、刀具种类一、切削运动与切

2、削要素1.切削运动刀具与工件间的相对运动称为切削运动，即表面成形运动。切削运动可分解为主运动和进给运动。切削运动及其方向用切削运动的速度矢量表示：Ve=Vc+Vf图2-1切削运动与切削表面1.1主运动主运动是切削时的主要运动。主运动可以由刀具完成,也可以由工件完成，其运动形式通常为旋转运动或直线运动,如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，钻削时钻头的旋转运动。一般地讲，主运动的速度最高，消耗的功率也最大，主运动只有一个。1.2进给运动进给运动是将被切削金属层不断地投入切削，以切除工件表面上全部余量的运动。进给运动可以有一个或几个。进给运动由刀具或工件完成，如车削外圆时

3、车刀平行于工件轴线的纵向运动。其运动形式一般有直线、旋转或两者的合成运动，它可以是连续的或断续的，消耗的功率也比主运动要小得多。1.3工件表面切削加工过程中，工件上有三个不断变化着的表面。（1）已加工表面工件上经刀具切削后产生的表面。（2）待加工表面工件上有待切除切削层的表面。（3）过渡表面主切削刃正在加工的表面称为过渡表面，它是待加工表面与已加工表面的连接表面。2.切削要素包括切削用量和切削层的几何参数(1)切削用量：切削时各参数的合称。1)切削速度vc2)进给量f3)背吃刀量（切削深度）图2-1切削运动与切削表面αp图2-1切削运动与切削表面切削速度vc切削速度，单位时间

4、内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移，是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。当主运动为旋转运动时，即为刀具或工件最大直径处的切削速度，由下式确定pdnv=c1000*60式中v——切削速度（m/s）；cd——完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm）；n——主运动的转速（r/min）当主运动为往复直线运动（如刨削），则2Lnrv=c1000*60式中L——往复直线运动的行程速度（mm）；n——主运动每秒或每分钟的往复次数（次/min）r进给量f进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具切削刃相对工件在进给运动方向上的移动量。车削时的进给量是工件每转一转，切削刃沿

5、进给方向的移动量，单位为mm/r，其进给速度v为fv=nf=nzffz式中v——进给速度（mm/s）。f对于铣刀、铰刀等多齿刀具，还规定每齿进给量f，即多齿刀具z每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的相对位移，单位为mm/齿。图2-1切削运动与切削表面背吃刀量（切削深度）ap切削深度是指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。车削时ddwma=p2式中a——切削深度（mm）；pdw——工件待加工表面直径（mm）；dm——工件已加工表面直径（mm）。图2-1切削运动与切削表面(2)切削层几何参数（以车外圆为例说明）切削时，沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金属层称为金

6、属切削层。通过切削刃基点（通常指主切削刃工作长度的中点）并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。在切削层尺寸平面内测定的切削层尺寸几何参数则称为切削层尺寸平面要素。1）切削宽度αw沿主切削刃方向度量的切削层尺寸（mm），aw=ap/sinkr2)切削厚度αc两相邻加工表面间的垂直距离（mm）ac=fsinkr3)切削面积Ac切削层垂直于切削速度截面内的面积（mm2）A=aa=afcwcp图2-2切削用量与切削层数二、刀具角度刀具的种类生产中所使用的刀具种类很多，按加工方式和具体用途分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大

7、类型；按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。常用刀具具体的结构、特点及使用等将后续章节中介绍。刀具的几何参数各种刀具的切削部分在切削中所起的作用都是相同的，因此在结构上它们有着许多共同的特征。其中外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其它各种刀具都可看成是车刀的演变和组合，因此以普通外圆车刀为例说明刀具切削部分的组成，并给出切削部分几何角度的一般性定义。1.刀具切