第二章 金属切削原理与刀具

2.1本章知识点串讲

第一节，刀具的结构

首先要明白什么是切削运动。

刀具与工件之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。其中，主运动是切下切屑所需的最基本的运动。有且只有一个；进给运动是多余材料不断被投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。进给运动可以有一个或几个。

其次是切削过程中的三个表面：

已加工表面：工件上已切去切屑的表面。 待加工表面：工件上即将被切去切屑的表面。 加工表面（过渡表面）：工件上正在被切削的表面。

切削用量（切削三要素）

1）切削速度v：在单位时间内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移。即主运动的速度。

（注意：不是合成速度。）

2）进给量f：在主运动每转一转或每一行程时（或单位时间内），刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移。

3）背吃刀量ap（切削深度）。待加工表面与已加工表面之间的垂直距离

刀具角度。

在这一部分，首先要知道的是刀具切削部分的组成，即所谓的“三面两刃一尖” 前面（前刀面）：刀具上与切屑接触并相互作用的表面。 主后面：刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面。

副后面：刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。

主切削刃：前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。

副切削刃：前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。

刀尖：连接主切削刃和副切削刃的一段切削刃。

刀具角度的三个参考平面。

（1）切削平面：通过主切削刃上某一点并与工件加工表面相切的平面。

（2）基面：通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向相垂直的平面。

（3）正交平面：通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。

几个角度的定义

1）前角：在正交平面内测量的前面与基面之间的夹角。 2）后角：在正交平面内测量的主后面与切削平面之间的夹角。

3）主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。 4）副偏角：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。 5）刃倾角：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当刀尖为主切削刃上最低点时刃倾角小于零；刀尖为主切削刃上最高点时刃倾角大于零。

第二节，刀具材料

刀具材料应满足的基本要求有：高的硬度；高的耐磨性；高的耐热性；足够的强度和韧性；良好的工艺性；良好的热物理性能和耐热冲击性能。

切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼。

新型刀具材料：陶瓷、立方氮化硼、人造金刚石。

第三节，金属切削过程及其物理现象

切屑形成过程 第一变形区：OA ～ OM之间，变形量最大。（基本变形区）

第二变形区：切屑与前刀面摩擦的区域。（摩擦变形区） 第三变形区：工件已加工表面与后面接触的区域。（加工表面变形区）

切屑的类型

带状切屑 加工金属材料，当切屑厚度较小，切削速度较高、刀具前角较大时，一般得到这类切屑。

挤裂切屑 一般在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。 单元切屑 在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面。 崩碎切屑 加工脆性材料的切屑。

积屑瘤现象

在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢材或其他塑性材料时，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。这块冷焊在前面的金属称为积屑瘤或刀瘤。

积屑瘤的影响： 1）实际前角增大；

2）增大切削厚度，使表面粗糙度增加；（粗加工时有利，精加工时不利）

3）影响刀具寿命。（稳定状态时提高，由于代替切削；不稳定时降低，由于脱落可能把

刀具材料撕掉）

第四节，切削力，切削热和切削温度

切削三要素对切削力、切削热、切削温度、刀具寿命的影响，按大小顺序排列： 切削力： ap→f→ v 切削热： ap→v→f 切削温度： v→f→ap 刀具寿命： v→f→ ap

第五节，刀具磨损与刀具寿命 刀具的磨损形式：

前面磨损：切屑与前刀面互相接触、摩擦。（月牙洼磨损，切削温度越高，洼的深度越深） 后面磨损：工件的新鲜加工表面与刀具后面接触，相互摩擦，引起后面磨损。 边界磨损：磨损发生在主、副切削刃与工件待加工表面或已加工表面接触的地方。

刀具磨损过程：

初期磨损阶段（磨损较快）：新刃磨的刀具表面存 在粗糙不平之处以及显微裂纹、氧化或脱碳层等缺 陷，而且切削刃较锋利，后面与加工表面接触面积 较小，压应力较大。 正常磨损阶段（磨损比较缓慢均匀）：经初期磨损后，刀具毛糙表面已磨平，刀具进入正常磨损阶段。

急剧磨损阶段（磨损速度快）：磨损带宽度增加到一定程度后，加工表面粗糙度值增大，切削力与切削温度迅速升高，磨损速度增加很快，以致刀具损坏而失去切削能力。

刀具磨钝标准：以1/2背吃刀量处后面上测定的磨损带宽度VB作为刀具磨钝标准。

刀具寿命：刀具两次刃磨之间所经历的实际切削时间。

刀具的总寿命：刀具从第一次投入使用到完全报废时所经历的时间。

第六节，切削用量选择及工件材料加工性

合理切削用量的选择：在充分利用刀具的切削性能和机床的动力性能，保证加工质量的

前提下，选择获得较高生产率和低加工成本的切削用量。一般应该选择尽可能大的背吃刀量，然后选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。

改善工件材料加工性的途径： （1）调整材料的化学成分

（2）采用热处理改善材料的切削加工性

2.2本章重难点总结

2.2.1重难点知识点总结 刀具的结构； 刀具材料；

金属切削过程及其物理现象；

切削三要素对切削过程中各物理量的影响。 2.2.2本章重难点例题讲解

【例题1】试分析车刀安装高度对工作角度的影响

解析：刀尖高于工作轴线：前角增大，后角减小；刀尖低于工作轴线：前角减小后角增大。