课时授课计划
课程机制工艺教师赵太荧课次第周第次
§4-1 切削运动与切削用量
一：切削运动与切削用量 1.1.1 切削运动
金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得合乎设计要求的工件的一种加工方法。

（复习金属切削加工和数控加工在机械制造中的地位） 1.1 切削运动及切削要素
机床为实现切削加工所必需具有的加工工件与工件间的相对运动。

它包括主运动和进给运动。

主运动
主运动的速度即切削速度:主运动的线速度。

（分析推导过程，分析根据工件材料查表时只能查到切削速度，而不能直接查到转速的原因） 进给运动：
进给运动速度：指切削刃选定点相对于工件进给运动的瞬时速度，用v f 表示 例：外圆车削时，进给运动速度常常用进给量f 来表述，单位：mm / r 刨削时，进给运动速度用每一行程多少毫米来表述，单位为mm / str 。

铣削时，进给运动速度常用每齿进给量f 来表述，单位：mm/z
进给速度v f 、进给量f 、每齿进给量f z 和刀具齿数Z 之间的关系如下： v f = nf 1.1.2 切削时形成的表面
车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面： （1）待加工表面 （2）已加工表面 （3）过渡表面 1.1.3 切削用量 （1）切削速度vc
（2）背吃刀量ap （分析车削和铣削的ap 有什么不同） （3）进给量f
（解释切削用量三要素对加工的影响。

）
1000c w
n d v π=
§4-2 刀具几何形状和材料
一. 刀具切削部分的组成要素
1. 刀具切削部分的几何形状
刀杆：起夹持作用
刀头:(三面)
前刀面：切屑流过的表面
主后刀面：刀具上与加工表面相对的表面
副后刀面：刀具上与已加工表面相对的表面
(两刃)
主切削刃：刀具上前刀面与主后刀面的交线
副切削刃：刀具上前刀面与副后刀面的交线
(一尖)
主切削刃与副切削刃的交点
２．车刀切削角度的坐标平面
基面Pr：通过主切削刃上的某一点，与主运动方向相垂直的平面。

车刀的基面平行于刀体底面。

切削平面Ps：通过主切削刃上的某一点，与过渡表面相切并垂直于基面的平面。

正交平面Po：通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。

3. 刀具的主要标注角度
1) 前角（γ0）
前刀面和基面之间的夹角。

2）后角（α0）
主后刀面和切削平面之间的夹角。

（直接分析出前角和后角的正、负、零。

并要求学生在车刀上分析出前角和后角的正、负时的形状，及其大、小对加工的影响。

）
3）主偏角（kr）
主切削刃与进给方向间的夹角
4）副偏角（kr’）
负切削刃与进给方向的夹角
5）刃倾角（λS）
主切削刃与基面之间的夹角。

在切削平面内度量
4、刀具的工作角度
✹进给运动对刀具工作角度的影响
使刀具实际工作后角减小，工作前角增大
✹刀具安装高低对刀具工作角度的影响
✹刀杆中心面（线）不垂直于进给运动方向的影响
由此分析出刀具的安装方法：1、刀尖的高度应与工件中心的高度一致。

2、刀杆中心面（线）应垂直于进给运动方向。

1.4 刀具材料
概述：刀具材料是指刀具上参与切削部分的材料。

1.4.1 刀具材料的基本要求
（1）高硬度（2）高强度与强韧性
（3）较强的耐磨性和耐热性
（4）优良导热性
（5）良好的工艺性与经济性
1.4.2 常用刀具材料
刀具材料种类很多，常用的有：工具钢（包括碳素工具钢、）、硬质合金、陶瓷金刚石（天然和人造）、立方氮化硼、碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。

1、高速钢
✹高速钢是一种含有钨、钼、钒等合金元素较多的工具钢，也称为锋钢或白钢．
✹特点：
1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；
2）韧性高，比硬质合金高几十倍；
3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；
4）可加工性好，热处理变形较小。

✹应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。

2、硬质合金
➢硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。

➢优点
硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。

➢不足（与高速钢相比）：
其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。

➢硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。

在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造。

3、陶瓷刀具材料
➢陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散
磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。

主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。

4、立方氮化硼
人工合成的、高温、其硬度很高，可达8000～9000HV,仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，并且与元素亲和力小，它的最大的优点是在高温1200℃～1300℃时也不会与铁族金属起反应。

能胜任淬火钢、冷硬铸铁的粗车和精车，及高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。

超高速加工的首选刀具材料
5、金刚石
分为人造和天然两种，是目前最硬的，硬度约为HV10000,故其耐磨性好，不足之处是抗弯强度和韧性差，对铁的亲和作用大，故金刚石刀具不能加工黑色金属，在800℃时，金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，刀具急剧磨损。

金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。

主要用作磨具及磨料，有时用于修整砂轮。

§4-3 切削力和切削温度
切削力、切削热和切削温度
（1）切削力的来源
1）切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；
2）刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。

（2）切削分力及其作用
1）主切削力Fc：切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，是计算机床动力、校核机床和夹具强度及刚度的重要依据
2）背向力Fp
切削合力在切削深度方向上的分力，与切深方向相反，它能使工件弯曲和引起震动，对加工质量影响较大。

3）进给力Ff
切削合力在进给方向上的分力; 与进给方向平行，但方向相反，是设计和校验进给机构强度的依据。

4）影响切削力的因素
工件材料：被加工工件材料的强度、硬度越高，切削力增大。

强度相近的材料，如其塑性（伸长率）较大，切削力增大。

切削脆性材料时，其切削力一般低于塑性材料。

切削用量：切削深度ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同，ap 的影响更大一些。

切削速度：加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度的增大而减小。

刀具几何参数
（3）切削热和切削温度
1. 切削热的产生传出及影响
ａ．切削热的来源
切屑层的金属发生弹性变形、塑性变形而产生大量的热
切屑与刀具前刀面产生的摩擦
工件与刀具后刀面产生的摩擦
ｂ．切削热的传导
传入切屑，约占总热量的５０％～８６％，对切削加工无不利影响
传入工件，约占总热量的４０％～１０％，会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误差，影响加工精度
传入刀具，约占总热量的９％～３％，使刀具温度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降
传入周围介质，约占总热量的１％，对切削加工无不利影响
2. 切削温度及其影响因素
切削温度：是指刀具表面上切屑和刀具接触处的平均温度。

其高低取决于切削时产生热量的多少和传导条件的好坏，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等对切削温度均有影响
3. 降低切削温度的措施
1) 选择合理的几何角度和切削用量
2) 使用切削液
五：加工精度和加工表面质量
（1）加工精度
（2）加工表面质量
六：课堂小结
本课主要需要掌握的内容为切削的主运动和进给运动，刀具的几何形状和材料，切削力和切削温度，切削液的种类，每种切削液所对的功能，加工精度和加工表面质量。