第一章 金属切削基本知识,金属切削加工过程始终贯穿着刀具与工件之间的相互运动、相互作用。也就是相对的切削运动，它是由金属切削机床来完成。,本章主要内容：金属切削加工的基本知识，包括零件表面成形方法及 成形运动；机床的切削运动与切削用量；刀具的角度以及切削层参数与切削方式等。,第一章 机械加工基础知识,切削加工:使用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)，在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数(尺寸、形状、位置)和表面质量的加工方法。切削加工的重要性:切削加工能获得较高的精度和表面质量，对被加工材料、工件几何形状及生产批量具有广泛的适应性，在机械制造业中占有十分重要的地位。,切削加工：,钳工：钳工手持工具对夹紧在钳工工作台虎钳上的工件进行切削加工的方法。机械加工:工人操纵机床来完成切削加工。,第一节 切削加工概述,金属切削加工是用刀具从毛坯（或型材）上切去一部分多余的材料，将毛坯加工成符合图样要求的尺寸精度、形状精度和表面质量的零件的加工过程。,传统的切削加工方法有：车削、铣削、刨削、钻削和磨削等。,切削加工必备的三个条件：刀具与工件之间的相对运动；刀具具有适当的几何参数；刀具材料具有一定的切削性能。,一、切削加工特点,机械零件上常见的表面,零件上的常见表面：都可以看成是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。如图1. 圆柱面 直线（母线）、圆（导线）2. 圆锥面 直线（母线）、圆（导线）3. 平面 直线（母线） 、直线（导线）4. 成形面（如螺纹面、渐开线表面）形线、渐开线（母线）、 螺旋线或直线（导线）,母线和导线统称为形成表面的发生线。要获得所需的工件表面形状，必须形成一定形状的发生线。通常情况下，切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的。这种相对运动称为表面成形运动。,二、零件表面的切削加工成形方法,过渡表面,已加工表面,待加工表面,第二节 金属切削的基本定义,三个 表面,一、零件表面的形成 基本表面：外圆面、内圆面（孔）、平面 成形面：螺纹、齿轮的齿形、各种沟槽,车外圆面,播放,车成形面,播放,车床上镗孔,播放,磨外圆面,播放,钻孔,播放,铣平面,播放,铣成形面,播放,零件表面的形成,由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也 不同，可归纳为四种：,1. 轨迹法：利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。此发生线需要一个独立的成形运动,2. 成形法：利用成形刀具对工件进行加工的方法。 刀刃为一条切削线，其形状与所需形成的发生线相同。此发生线不需要成形运动,3. 相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。刀具切削点运动轨迹的包络线形成一条发生线。此发生线需要两个独立的成形运动即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的轨迹运动,1. 展成法：刀刃为一条切削线，但形状与发生线不 吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各 瞬时位置的包络线。 此发生线需要一个独立的成形运动 ，刀工共同完成,三、表面形成所需的运动也即形成发生线所需的运动成形运动按组成情况不同，可分为简单成形运动：复合成形运动：,一个成形运动是由单独的旋转运动或直线 运动构成的。,一个成形运动，是由两个或两个以上旋转 运动或直线运动，按照某种确定的运动关 系组合而成。,第三节 机床的切削运动与切削用量,一、切削加工中的工件表面,二、切削运动,1、主运动：由机床或人力提供的主要运动，能使刀具从工件上切除金属层使之变为切屑。,切削用量,切削用量三要素,切削速度 vc =dn/1000 (m/min) 进给量f(mm/min) 背吃刀量（切削深度） ap （mm）,二、切削运动和切削用量,切削加工中刀具和工件之间的相对运动即切削运动(cutting motions) 。 切削运动可以是旋转运动或直线运动，也可以是连续的或间歇的,一般情况下，主运动是切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动。任何切削过程必须有一个，也只有一个主运动。它可以是旋转运动，也可以是直线运动。,例如：车削时，车床主轴带动工件作的旋转运动；铣削时，铣床主轴带动铣刀作的旋转运动。刨削时，刨刀的直线往复运动 主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成。,由机床或人力提供的刀具与 工件之间主要的相对运动, 它使刀具切削刃及其邻近的 刀具表面切入工件材料，使 被切削层转变为切屑, 从而 形成工件的新表面。 在切削运动中，主运动 (primary motion)速度 最高、耗功最大。 主运动只有一个。,2、进给运动：由机床或人力提供的附加运动，它能使金属层不断投入切削，配合主运动加工出完整表面所需的运动。,进给运动的速度较低，功率消耗也较少，其数量可以是一个，也可以是多个的。可以是连续的，也可以是断续的。,3、合成切削运动,切削过程中，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。合成切削运动方向：就是切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向；合成切削速度ve：就是切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。,刀具与工件之间附加 的相对运动, 它配合主运动 依次地或连续不断地切除 切屑, 从而形成具有所需几 何特性的已加工表面。进给运动 (feed movement)可由刀 具完成(如车削)，也可由工 件完成(如铣削)，可以是间 歇的（如刨削）, 也可以是 连续的（如车削）。 进给运动可以是1个或多个,主运动和进给运动 合成的运动称为合 成切削运动。,车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面。,工件上待切除的表面。,工件上已加工好的表面。,工件上切削刃正在切削的表面。,三、切削用量,切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。又称切削用量三要素。,切削用量是调整机床、计算切削力、切削功率、工时定额及核算工序成本等所必须的参数,3、切削用量,切削用量(cutting conditions)三要素包括切削速度、进给量、背吃刀量。,切削速度(cutting speed)是单位时间内刀具和工件在主运动方向上的相对位移。 主运动为旋转运动（车削、铣削）， vc为最大线速度， vc =dwn/1000 主运动为往复直线运动（刨削、插削）， vc为平均速度， vc=2Lnr/ 1000,1、切削速度vc,切削速度：是指切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度，用vc表示，如图单位：m /s或（ m / min） 。若主运动为旋转运动，切削速度为其最大的线速度。,式中dw_完成主运动的工件或刀具在切削处的最大直径(mm)n_主运动的转速（r/s或r/min）,外圆车削时的加工表面、切削用量与切削层,若主运动为往复直线运动，则常以其平均速度为切削速度,式中:L_刀具或工件往复直线运动的行程长度(mm) nr_主运动每分钟往复次数（Str/s或Str/min）,vc = 2Lnr/1000,2、 进给量f,进给量f：是指在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量。如图单位：mm/r或mm/str,例如：车削外圆时，进给量是指工件每转一转时车刀相对于工件在进给运动方向的位移量，其单位是mm/r。牛头刨床刨削平面时，进给量是指刨刀往复一次，工件在进给运动方向上相对刨刀的位移量，其单位为mm/str,进给量(feed movement)是指单位时间内刀具和工件在进给运动方向上相对位移。 当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r； 当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/str或mm/单行程；对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进给量 fz，单位为mm/z或mm/齿。它与进给量f的关系为 f=zfz 进给速度为 vf=fn=zfzn,各种切削加工的切削运动,进给量f 的大小反应了进给速度vf的大小。进给运动速度vf ：指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度。若进给速度为直线运动，则进给速度在切削刃上各点是相同的。,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:mm / str。铣削时，进给运动速度常用每齿进给量fz来表述，单位：mm/z进给速度vf、进给量f、每齿进给量fz 和刀具齿数z之间的关系如下：,vf =n f = n fz z 式中z刀具刀齿数,3、背吃刀量ap,背吃刀量：是指过切削刃选定点在垂直于工作平面方向上测量的吃刀量。在一般情况下，也就是工件上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，如图。单位为:mm,车削外圆时 ap = (dw-dm)/2 钻孔时 ap = dm/2,式中：dw-工件待加工表面直径（mm）dm-工件已加工表面直径（mm）,背吃刀量(back engagement of the cutting edge)是指在基面上垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸, 工件上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离， 外圆车削:ap(dw-dm)/2,各种切削加工的切削运动,刀具的几何参数,刀具标注角度参考系,刀具标注角度参考系,车刀的标注角度,刀具的工作角度,横向进给对工作角度的影响,返 回,刀具的工作角度,刀尖安装高低对工作角度的影响,