搜索
教案2009-2010学年第2学期院（部）机电学院教研室机制课程名称金属切削原理与刀具授课专业班级机械0705机械071-4主讲教师李英杰职称职务副教授使用教材金属切削原理与刀具山东建筑大学教务处制山东建筑大学机电工程学院教案第1次课授课内容绪论、切削运动、刀具切削部分基本定义刀具角度目的要求掌握切削运动的基本概念掌握刀具切削部分几何参数及刀具角度的概念重点难点六个基本角度、刀具切削部分几何参数的基本定义课型理论计划学时3课前准备绪论课程性质和任务能力培养第一章刀具角度及切削要素第一节切削运动与切削用量切削运动切削用量第二节刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的组成刀具角度参考系刀具静止（标注角度）参考系刀具角度（刀具标注角度）正交平面参考系内的标注角度课堂小结作业、思考切削运动的基本概念刀具切削部分几何参数的基本定义课后小结山东建筑大学备课纸-1-绪论课程性质和任务金属切削原理与刀具课程是机械工程及自动化专业机制方向的专业任选课。本课程是研究金属切削加工过程及刀具设计、使用的一门科学，该课程既有理论性又有很强的实践应用性，为学生在日后工作中解决机械制造技术问题奠定一定的基础。本课程是由金属切削原理和金属切削刀具两部分组成，前者又是本课程及其它专业课程的基础，主要讲述金属切削过程中各种物理现象的变化规律，以及应用这些规律解决金属切削技术问题的方法；后者主要讲述通用刀具和专用刀具的类型、结构特点、应用范围及设计计算方法等。能力培养学习本课程后，应具备以下能力：能正确图示并合理选择刀具几何参数；掌握金属切削基本规律，并会初步运用其分析解决金属切削的技术问题；了解常见通用刀具的类型、结构特点与应用范围，并能正确选用；初步掌握专用刀具的设计计算方法；对刀具的发展趋势和新成就有初步的了解；具有较强的自学能力和创新意识，能进一步研究探讨金属切削与刀具设计理论。本课程为机制方向的专业任选课、考试课。本课程总学时：32学时，其中：授课：30学时；实验学时：2学时。第一章基本定义第一节切削运动与切削用量金属切削加工：是工件与刀具相互作用的过程，是用刀具从工件表面上切除多余的材料的过程。金属切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。实现切削过程的三个条件1．切削运动：工件与刀具之间要有相对运动。2．切削性能：刀具材料必须具备一定的切削性能。3．切削角度：刀具必须具有合理的几何参数。三个表面待加工表面：工件上即将切除的表面。已加工表面：工件上已经切除而形成的新表面。过度表面（加工表面）：工件上正在切削的表面。切削运动刀具与工件间的相对运动（即表面成形运动）。切削运动可分为主运动和进给运动。主运动和进给运动的向量合称为合成切削运动。主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动，称为主运动。特征：速度最高、消耗功率最大。只有一个。山东建筑大学备课纸-2-进给运动：使主运动能够连续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需的运动，称为进给运动。特征：速度低、消耗功率小。可有多个。切削层在切削过程中，刀具的刀刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。切削层参数是指这个切削层的截面尺寸，一般在基面内度量和观察。切削用量是切削加工中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。切削速度υc：切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。单位为m/s或m/min。主运动是旋转时，最大切削运动是：）或min//(1000cmsmdn进给量f：是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。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υf：指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬间时速度，单位为mm/s或m/min。车削时进给运动速度为：υf=nf背吃刀量（切削深度）ap：在基面上，垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸（已加工表面与待加工表面间的垂直距离）。外圆车削的背吃刀量：ap＝（dw-dm）/2合成切削运动：由主运动和进给运动合成的运动。合成切削速度υe：切削刃上选定点相对于工件的合成运动的瞬时速度。υe＝υc+υf第二节刀具几何角度刀具的组成：由工作部分和非工作部分构成（车刀由刀头和刀柄两部分组成）。刀头用于切削，刀柄用于装夹。刀具切削部分的组成外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）组成可用一句话总结：“三面两刃一尖”。前面（前刀面）Aγ：刀具上切屑流过的表面。主后面（后面）Aα：与工件过渡表面相对的表面。副后面Aα’：与已加工表面相对的表面。主切削刃S：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S’：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（过渡刃）：主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段，折线段，或圆弧。刀具角度参考系山东建筑大学备课纸-3-刀具角度是确定刀具切削部分几何形状的重要参数。用于定义刀具角度的各基准坐标平面称为参考系。参考系有两类刀具静止参考系：用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系。刀具工作参考系：它是确定刀具切削工作时的基准，用于定义刀具的工作角度。刀具静止（标注角度）参考系用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系四个假设条件1.装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；2.刀具的轴线垂直工件的轴线；3.没有进给运动；4.工件已加工表面的形状是圆住表面。正交平面参考系由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成。切削平面PS：包含有切削刃选定点的切线与切削速度向量的平面。基面Pr：通过切削刃选定点且垂直于切削速度向量的平面。正交平面Po：是过切削刃选定点，并垂直于切削平面PS与基面Pr的平面。法平面参考系法平面参考系由基面Pr、切削平面PS和法平面Pn组成。法平面Pn：过主切削刃选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面。假定工作平面参考系假定工作平面参考系由Pr、Pf和Pp组成。假定进给平面（假定工作平面）Pf：过主切削刃选定点，平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面。假定切深平面（背平面）Pp：过切削刃上选定点，垂直于假定进给平面和基面的平面。正交平面参考系内的标注角度前角γo：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。后角αo：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。主偏角κr：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。主偏角一般为正值。刃倾角λs：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，λs=0；刀尖为主切削刃最低点时，λs＜0；刀尖为主切削刃上最高点是，λs＞0。副偏角κr’：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。副偏角一般为正值。副后角αo’：在正交平面内测量的副后刀面与切削平面的夹角。在正交平面参考系中，需要6个独立角度κr、γo、αo、λs、κr’和αo’确定一把刀具切削部分的几何形状。法平面参考系内的标注角度山东建筑大学备课纸-4-法平面参考系由Pr、Ps、Pn三个面组成。法前角γn、法后角αn、法楔角βn、主偏角κr、刃倾角前角λs、副偏角κr’法前角γn：在法平面内测量的前刀面Aγ与基面Pr的夹角。法后角αn：在法平面内测量的切削平面Ps与后刀面Aα的夹角。法楔角βn：在法剖平面内测量的前刀面Aγ与后刀面Aα的夹角。假定工作平面参考系中的标注角度背前角γp、背后角αp、背楔角βp、侧前角γf、侧后角αf、侧楔角βf刀具角度的一面二角分析法空间任意一个平面的定向角度只需两个，所以判断刀具切削部分需要标注的独立角度数量可用一面二角分析法确定。即刀具需要标注的独立角度的数量是刀面数量的二倍。用工作图标注刀具几何参数时首先应判断或假定刀具哪条是主切削刃，那条是副切削刃。然后就可确定各切削刃的基准坐标平面及全部的标注参数。四、刀具的工作角度刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相似，不同点就在于它以合成切削运动υe或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面pre。由于工作基面的变化，将带来工作切削平面pse的变化，从而导致工作前角γoe、工作后角αoe的变化。研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。刀具工作参考系工作基面Pre：通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削运动速度方向的平面。工作切削平面Pse：通过切削刃上的选定点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。工作正交平面Poe：通过切削刃上的选定点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。刀具工作角度的定义与标注角度类似。在工作正交平面参考系中，一般考核刀具工作角度（γoe、αoe、κre、κ’re、α’oe、λse）的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况。在车削（切断、车螺纹、车丝杠）、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。刀具安装对工作角度的影响刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响刀尖安装高低对工作前、后角的影响进给运动对工作角度的影响进给运动方向与工件旋转轴线不平行轴向进给运动对工作前、后角的影响横向进给运动的影响山东建筑大学机电工程学院教案第2次课授课内容切削层与切削方式金属切削对刀具材料性能的要求；常用刀具材料性能及应用。目的要求掌握常用刀具材料性能及应用：高速钢硬质合金重点难点金属切削对刀具材料性能的6项要求；常用刀具材料性能及应用：高速钢硬质合金课型理论计划学时3课前准备第三节切削层与切削方式第二章刀具材料刀具材料应具备的性能常用刀具材料高速钢硬质合金硬质合金的选用课堂小结作业、思考刀具材料性能与刀具材料成分及含量的关系；常用刀具材料选用。课后小结山东建筑大学备课纸-1-第三节切削层与切削方式切削层：是指在切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层切削层。切削层参数：是指切削层的截面尺寸，它决定刀具所承受的负荷和切屑的尺寸大小，一般在基面内度量和观察切削层公称厚度hD：垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。（简称切削厚度）hD=fsinκr切削层公称宽度bD：平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。（简称切削宽度）bD=ap/sinκr切削层公称横截面积AD：在切削层参数平面内度量的横截面积。（简称切削面积）AD=hDbD=apf上述公式中可看出：hD、bD均与主偏角有关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD或f、ap有关。残留面积实际横截面积切削方式正交切削（直角切削）：正交切削是指切削刃垂直于合成切削运动方向的切削方式。显然直角切削其切削刃刃倾角λs＝0。非正交切削（斜角切削）：切削刃不垂直于合成切削运动方向的切削，称非正交切削，即λs≠0。自由切削：自由切削是指只有一条直线切削刃参与切削的方式，其特点是切削刃上各点切屑流出方向一致，且金属变形在二维平面内。非自由切削：曲线刀刃或两条以上切削刃参与切削的切削方式称为非自由切削方式。在实际生产中，切削方式多属于非自由切削方式。在今后对金属切削变形的研究中，为了简化条件常采用自由切削方式。第二章刀具材料刀具材料一般是指刀具切削部分的材料在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。刀具材料的发展受着工件材料发展的促进和影响。刀具材料应具备的性能1.高的硬度和耐磨性2.足够的强度和韧性3