2）进给运动对工作角度的影响 三、刀具种类 （1）刀具分类 1）按加工方式和具体用途：可分为车刀、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类型。 2）按所用材料性质：可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立体氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等。 3）按结构形式：可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等。 4）按是否标准化：可分为标准刀具和非标准刀具等。 （2）常用刀具（重点） 1）车刀 a）用途 车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具，它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。 b）分类 车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片车刀。 2）孔加工刀具 a）分类 孔加工刀具一般可分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，如麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工用的刀具，如扩孔钻、绞刀及镗刀等。 b）麻花钻 c）群钻 d）中心钻 b）扩孔钻 c）铰刀 d）镗刀 3）铣刀 按用途可分为：a）加工平面用铣刀；b）加工沟槽用铣刀；c）加工复杂成形表面用铣刀。 4）拉刀 是一种加工精度和切削效率都较高的多齿刀具。 a）应用场合 广泛应用于大批量生产中，可加工各种内外表面。 b）分类 可分为内拉刀和外拉刀两类。 5）螺纹刀具 螺纹可用切削法和滚压法进行加工。 a）外螺纹 在车床上车削完成； b）内螺纹 手动或在钻床上用丝锥进行加工。 6）齿轮刀具 用于加工齿轮齿形。 a）成形齿轮刀具 盘形齿轮铣刀和指形齿轮铣刀。 b）展成齿轮刀具 常用的展成齿轮刀具有插齿刀、滚刀和剃齿刀等。 20
课 堂 教 学 实 施 计 划
第 3 课 教学过程设计： 复习 分钟；授新课 100 分钟 讨 论 分钟；其它 分钟 授课类型（请打√）：理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其它□ 教学方式（请打√）：讲授√ 讨论□ 示教□ 指导□ 其它□ 教学手段（请打√）：多媒体√ 模型□ 实物□ 挂图□ 音像□ 其它□ 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 2.2 刀具材料 一、刀具材料应具备的性能（重点） （1）高硬度 （2）高耐磨性 （3）高耐热度 （4）足够的强度和韧性 （5）良好的工艺性 （6）良好的热物理性能和耐热冲击性能 二、常用刀具材料 （1）碳素工具钢与合金工具钢 1）碳素工具钢 2）合金工具钢 3）应用场合 （2）高速钢 1）定义 2）特点 3）应用场合 4）为提高硬度和耐磨性，常采用的措施 （3）硬质合金 1）定义 2）特点 3）应用 4）分类 a）钨钴类（YG类）；b）钨钛钴类（YT类） 5）为了克服硬质合金强度和韧性低、脆性大、易崩刃的缺点，常采用的措施 （4）新型刀具材料 1）陶瓷刀具 2）立体氮化硼（CBN）刀具 3）人造金刚石刀具 2.3 金属切削过程及其物理现象 一、切屑形成过程 对塑性金属进行切削时，切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。 （1）切屑形成所经历的阶段 1）当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在滑移面OA以左发生弹性变形，愈靠近OA面，弹性变形愈大。在OA面上，应力达到了材料的屈服极限，则发生塑性变形，产生滑移现象。 2）随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也逐渐加大，晶粒被越拉越长。 21
3）在终滑移面OE上，应力和变形达到最大值，晶粒的形状不再变化。 4）越过OE面，切削层金属将脱离工件基体，沿着前面流出而形成切屑，完成切离阶段。 经过塑性变形的金属，其晶粒沿大致相同的方向伸长。可见，金属切削过程的实质是一种挤压过程，在这一过程中产生的许多物理现象，都是由切削过程中的变形和摩擦所引起的。 （2）切削塑性金属时，刀具与工件接触的区域可分为3个变形区（重点） 1）第一变形区（基本变形区） 2）第二变形区（摩擦变形区） 3）第三变形区（加工表面变形区） 二、切屑的类型及控制 （1）切屑分类1 由于工件材料不同，切削过程中变形程度也就不同。因而产生的切屑种类也不同。（重点） 1）单元切屑 2）挤裂切屑 3）单元切屑 4）崩碎切屑 （2）切屑分类（ISO） 所谓切屑控制（又称为切屑处理，工厂中一般简称为断屑），是指在切屑加工中采用适当的措施来控制切屑的卷曲、留出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。 从切屑控制的角度出发，国际标准化组织（ISO）制定了切屑分类标准。 （3）衡量切屑可控性的主要标准 1）不妨碍正常的加工，即不缠绕在工件上、刀具上，不飞溅到机床运动部件中； 2）不影响操作者安全； 3）易于清理、存放和搬运。 三、积屑瘤现象 （1）产生机理 在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其他塑性材料时，常常在刀具前面粘着一块剖面有时呈三角形的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2～3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替切削刃进行切削。这块冷焊在前刀面上金属称为积屑瘤或刀瘤。 （2）优点 会引起刀具实际角度的变化，如可增大前角，有时可延长刀具寿命。 （3）缺点 不稳定，增大到一定程度后会碎裂，这样容易嵌入在已加工表面内，增加了工件表面的粗糙度值。 （4）避免措施 积屑瘤在加工过程中是不可控的，只能通过改变切削条件防止其产生。 可续页 22
课 堂 教 学 实 施 计 划
第 4 课 教学过程设计： 复习 分钟；授新课 100 分钟 讨 论 分钟；其它 分钟 授课类型（请打√）：理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其它□ 教学方式（请打√）：讲授√ 讨论□ 示教□ 指导□ 其它□ 教学手段（请打√）：多媒体√ 模型□ 实物□ 挂图□ 音像□ 其它□ 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 2.4 切削力与切削功率 一、切削力和切削功率的概念 （1）切削力的定义 金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。 （2）切削力的来源（三个方面） 1）克服被加工材料弹性变形的抗力； 2）克服被加工材料塑性变形的抗力； 3）克服切屑与前面的摩擦力和刀具后面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦力。 （3）切削合力及其分解 作用在刀具上的合力Fr（国标为F）可分解成三个相互垂直的Fx（国标称为Ff）、Fy（国标称为Fp）和Fz（国标称为Fc）。 Fr?Fz?FN?Fz?Fx?Fy 在车削时： 1） Fz（Fc ）——主切削力（切向力），方向与过渡表面相切并与基面垂直。是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定机床功率所必需的。 2）Fx（Ff ）——进给力（轴向力），处于基面内与工件轴向平行并与进给方向相反。是设计进给机构，计算车刀进给功率所必需的。 3）Fy（Fp ）——切深抗力（背向力，径向力或吃刀力），处于基面内与工件轴向垂直。是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据。工件在切削过程中产生的振动往往与它相关。 （4）切削功率 消耗在切削过程中的功率。它为Fz和Fz所消耗的功率之和（Fy方向没有位移，所以不消耗功率）。 22222Fnf??Pc??Fzvc?xw??10?3（kW） 1000??二、切削力的测量 （1）测定机床功率，计算切削力 （2）用测力仪测量切削力 三、切削力的经验公式和切削力估算 （1）计算切削力的指数公式 Fz?CFzapFy?CFyapFx?CFxapxFzxFyxFxfffyFzyFyyFxvnFznFyKFzKFy KFxvvnFx式中，CFx、CFy、CFz为系数，由被加工材料性质和切削条件所决定；xFx、yFx、zFx，xFy、yFy、zFy，23
xFz、yFz、zFz为三个分力公式中，被吃刀量ap、进给量f和切削速度v的指数；KFx、KFy、KFz分别为三个分力公式中，当实际加工条件与求得经验公式时的条件不符时，各种因素对切削力的修正系数的积。式中的系数CFx、CFy、CFz和xFx、yFx、zFx，xFy、yFy、zFy，xFz、yFz、zFz可在切削用量手册中查到。手册中的数值是在特定的刀具几何参数（包括几何角度和刀尖圆弧半径等）下针对不同的加工材料、刀具材料和加工形式，由大量的实验结果处理而来的。 （2）按单元切削力计算切削力和切削功率 1）单位切削力kc（N/mm2）kc?3-1FzFF?z?z Acapfacaw?3Pckcvapf?102）单位切削功率（kW/mmS）Ps???kc?10?6 Qz1000vapf2.5 切削热与切削温度 一、切削热的产生及传导 （1）切削热的产生 切削时所消耗的能量，除了1％～2％用以形成新表面和以晶格扭曲等形式形成潜能外，有98％～99％转换为热能，因此可近似认为切削时所消耗的能量全面转换成热。 （2）三个发热区域 切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑和前面接触区、后面与过渡表面接触区。三个发热区与三个变形区相对应。 （3）切削热的来源 切削热的来源就是切屑变形功和前、后面的摩擦功。 （4）切削热的影响因素 被吃刀量影响最大；切削速度v的影响次之；进给量f的影响最小；其他因素对切削热的影响和它们对切削力的影响完全相同。 （5）切削热的传导 切削区域的热量被切屑、工件、刀具和周围介质传出。在干切削（不用切削液）时，向周围介质直接传出的热量所占比例在1％以下，可忽略不计。 （6）切削热的传出比例 1）车削；2）钻削 二、切削温度的测量 （1）切削温度的计算 与切削力不同，对于切削温度已有很多理论推算方法可较为准确地（与实验结果相比）计算切削温度，但这些方法都有一定局限性，且应用较繁。 （2）可用有限元仿真的方法求出切削区域的近似温度场，但由于工程问题的复杂性，难免有一些假设。 （3）切削温度的测量 最为可靠的方法是对切削温度进行实际测量。切削温度的测量方法很多，大致可分为热电偶法、辐射温度计法等。目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法。 三、影响切削温度的主要因素（重点、难点） （1）切削用量的影响 切削速度v的影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap最小。 （2）工件材料的影响 工件材料对切削温度的影响与材料的强度、硬度及导热性有关。 （3）刀具角度的影响 前角和主偏角对切削温度的影响较大。 （4）刀具磨损的影响 （5）切削液的影响 四、切削液 （1）作用 1）冷却；2）润滑；3）清洗；4）防锈 （2）分类 1）水溶液；2）乳化液；3）切削油 （3）选择 1）加工性质；2）工件材料；3）刀具材料 五、切削温度对工件、刀具和切削过程和影响 （1）切削温度对工件材料强度和切削力的影响 （2）切削温度对刀具材料的影响 （3）切削温度对工件尺寸精度的影响 （4）利用切削温度自动控制切削速度和进给量 （5）利用切削温度与切削力控制刀具磨损 24