金属切削原理与刀具教案

授课时间第1周第节课年月日课次1授课方式（请打√）理论课（√）讨论课（）实践课（）习题课（）其他（）课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：项目一金属切削加工的基本知识知识点1切削运动知识点2切削要素教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：目的：1、了解切削运动的概念；2、掌握切削用量三要素及其计算方法；3、熟悉切削层参数的基本要素。要求：熟练应用切削三要素教学内容重点及难点：重点：切削运动难点：切削用量三要素教具多媒体作业思考题1.2.课后小结教学基本内容方法及手段金属切削加工的基本知识一、切削运动1．概念在机床上切削工件，工件与刀具之间要有相对运动，这个相对运动称为切削运动。金属切削加工的形式虽然有多种，但它们在切削运动、切削用量、切削刀具及切削过程中产生的物理现象有着共同规律。这些规律揭示了金属切削加工的实质，是学习和研究各种加工方法，合理选择刀具及其切削部分几何参数和切削用量，充分发挥刀具切削效能，保证加工质量，提高机械加工生产率的理论基础。2．外圆的母线沿直导线运动时就形成了工件上的外圆表面，故工件的旋转运动和车刀的纵向直线运动就是车削外圆时的切削运动。教学基本内容二、切削运动1.主运动主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。主运动的速度最高，所消耗的功率也最大。换句话说，主运动就是从工件上切除金属所必须的运动。在切削运动中，主运动只有一个。2.进给运动进给运动是不断地把被切削层投入切削，以逐渐切削出整个表面的运动。进给运动一般速度较低，消耗的功率较少，可由一个或多个运动组成，可以是连续的，也可以是间断的。3.三种表面待加工表面待加工表面是指即将切去的表面。已加工表面已加工表面是指切削后得到的表面。过渡表面过渡表面是指正在被切削的表面4.切削用量三要素教学基本内容方法及手段切削速度进给量f背吃刀量5.切削用量的选择处理好效率与精度的关系是选择切削用量的关键所在。切削用量总的选择原则是：粗加工以效率为主，精加工以精度为主。一般顺序为：先选择背吃刀量，再选择进给量，最后选择切削速度。6.切削层参数1.切削层公称横截面积2.切削层公称宽度3.切削层公称厚度参考资料：《金属切削原理与刀具》戴乃昌聂辉文备注：注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。wcπ100060dnvwmp2dda授课时间第1周第节课年月日课次2授课方式（请打√）理论课（√）讨论课（）实践课（）习题课（）其他（）课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：项目一金属切削刀具的基本知识知识点1刀具材料知识点2刀具的组成和结构教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：目的：1．了解刀具材料应具备的性能；2．能够根据加工实际选用刀具材料；3．熟悉刀具的组成及结构；要求：掌握刀具的几何角度和工作角度。教学内容重点及难点：重点：能够根据加工实际选用刀具材料难点：刀具的几何角度和工作角度教具多媒体作业思考题课后小结教学基本内容方法及手段金属切削加工的基本知识一、刀具材料金属切削刀具是用于从工件表面上切除多余金属层的带刃工具，是完成零件切削加工的重要组成部分，刀具切削性能的优劣将直接影响切削加工的生产率、质量和成本。刀具标准可参照：GB/T6117.3—2010。选择刀具材料时，很难找到各方面的性能都是最佳的刀具材料，因为其性能之间是相互制约的，所以只能根据工艺需要保证主要需求的性能。1.高硬度和高耐磨性2.足够的强度与冲击韧性3.高耐热性4.好的导热性和小的膨胀系数5.良好的工艺性和经济性教学基本内容刀具材料的种类及其选择1.低速切削时的刀具材料部分刀具常用工具钢2.高速切削时的刀具材料1）P类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色（包括P01～P50)作为标志。2）K类硬质合金主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，用红色（包括K10～K40）作为标志。3）M类硬质合金主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作为标志，又称为通用硬质合金。3.其他刀具材料1.陶瓷刀具材料2.人造金刚石3.立方氮化硼二、刀具的组成和结构教学基本内容方法及手段刀面1.前刀面2.后刀面切削刃1.主切削刃2.副切削刃刀尖刀尖是指主切削刃与副切削刃的交点或主切削刃与副切削刃间的过渡弧（也称为过渡刃）。刀尖的类型主要有切削刃交点、圆弧刀尖、倒棱刀尖等。参考资料：《金属切削原理与刀具》戴乃昌聂辉文主编备注：注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。授课时间第2周第节课年月日课次3授课方式（请打√）理论课（√）讨论课（）实践课（）习题课（）其他（）课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：项目一金属切削刀具的基本知识知识点3刀具的几何角度知识点4刀具的工作角度教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：目的：1．了解刀具材料应具备的性能；2．能够根据加工实际选用刀具材料；3．熟悉刀具的组成及结构；要求：刀具的几何角度和工作角度。教学内容重点及难点：重点：能够根据加工实际选用刀具材料难点：刀具的几何角度和工作角度教具多媒体作业思考题1.2.课后小结教学基本内容方法及手段金属切削加工的基本知识三、刀具的几何角度1、刀具角度参考系基面通过切削刃上某选定点，与假定的主运动方向垂直的平面称为基面，用符号Pr表示。切削平面通过切削刃上某选定点，包含主切削刃或与主切削刃相切并垂直于基面Pr的平面称为切削平面，用符号Ps表示。正交平面通过切削刃上某选定点，同时垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面称为正交平面，用符号Po。教学基本内容2、刀具的标注角度前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角、楔角、刀尖角上述八个角度中，前六个为刀具的基本角度，其余均为派生角度。刀具角度的换算法平面与正交平面内前、后角的关系法向前角与前角的关系为：法向后角和后角的关系为：教学基本内容方法及手段2.任意平面与正交平面内前、后角的关系四、刀具的工作角度刀具工作角度的含义刀具工作角度是刀具在工作时的实际切削角度，即在考虑刀具的具体安装情况和运动影响的条件下而确定的角度。进给量对刀具工作角度的影响当考虑横向进给运动后，切削刃上选定点相对于工件的运动轨迹，是主运动和横向进给运动的合成运动轨迹，为阿基米德螺旋线。其合成运动方向为过切削刃上选定点的阿基米德螺旋线的切线方向。结果引起了切断刀的角度变化。刀具安装位置对其工作角度的影响1.刀具安装高低的影响2.刀杆轴线与进给运动方向不垂直的影响参考资料：《金属切削原理与刀具》戴乃昌聂辉文主编备注：注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。授课时间第2周第节课年月日课次4授课方式（请打√）理论课（√）讨论课（）实践课（）习题课（）其他（）课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：项目一金属切削加工中主要现象与规律知识点1切屑变形与切屑形成过程知识点2切削力教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：目的：1．熟悉切屑变形与切屑形成过程；2．了解影响切屑变形的主要因素；3．掌握切削力及切削效率的计算；要求：切削温度的测量方法以及切削温度对切削过程的影响；教学内容重点及难点：重点：影响切屑变形的主要因素难点：切削力及切削效率的计算教具多媒体作业思考题课后小结教学基本内容方法及手段金属切削加工中主要现象和规律一、金属切削过程的变形1．金属切削加工时，刀具通过切削运动从工件上切下多余的金属层（切削层）形成切屑，获得需要的已加工表面。在切削加工的整个过程中，刀具与工件之间始终存在着切除和反切除这一对矛盾，由此产生了一系列的加工现象。本单元将从加工现象出发来认识切削加工的本质和规律，以帮助大家更合理地使用刀具和机床，保证切削加工质量，减少能量消耗，提高生产效率。2．切屑是金属切削过程中切削层金属经过刀具的作用而形成的，金属切削过程的一切物理变化和化学变化都是因为形成切屑而引起的。金属切削过程变形区的划分教学基本内容3．切屑的形成过程切屑是被切材料受到刀具前刀面的推挤，沿着某一斜面剪切滑移形成的。金属切削过程是切削层金属受到刀具前刀面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程。4．切屑的形态带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑5．切屑变形程度的度量和计算切屑变形系数、相对滑移6．影响切屑变形的主要因素工件材料的影响工件材料的强（硬）度越高，刀具前刀面上的法向应力越大，摩擦系数μ越小，剪切角φ越大，切屑变形越小。刀具几何参数的影响刀具几何参数中影响切屑变形最大的是刀具前角γo。刀具前角γo越大，剪切角φ就越大，切屑变形越小。这是刀具前角γo对切屑变形的直接影响。切削用量的影响教学基本内容方法及手段1）切削速度的影响2）进给量的影响3）背吃刀量的影响二、切削力1．切削力的来源金属切削时，刀具切入工件使切削层金属转变成切屑所需要的力称为切削力。2．总切削力、分力和切削功率1）切削力切削力Fc作用于切削平面内，即切削刃上选定点的切削速度方向上，消耗机床的主要功率，是计算切削功率，选取机床电动机功率和设计机床主传动机构的依据。2）背向力背向力Fp作用于基面内，与吃刀方向一致，它能使工件产生变形，是校验机床主轴在水平面内刚度及相应零部件强度的依据。3）进给力进给力又称为轴向力，是进给方向的分力切削功率Pc表示，单位为kW。车削时，由于背面力和进给力消耗的功率很小，可忽略不计，因而主运动消耗的功率即为总的切削功率，即：影响切削力的主要因素1．工件材料的影响2．刀具几何参数的影响前角的影响、主偏角的影响、刃倾角的影响3．切削用量的影响切削速度的影响、背吃刀量和进给量的影响4．其他因素的影响刀具材料的影响、后刀面磨损的影响、刀具刃磨质量的影响、切削液的影响参考资料：《金属切削原理与刀具》戴乃昌聂辉文主编备注：注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。3ccc1060FvP授课时间第3周第节课年月日课次5授课方式（请打√）理论课（√）讨论课（）实践课（）习题课（）其他（）课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：项目一金属切削加工中主要现象与规律知识点3切削热与切削温度知识点4刀具磨损与刀具耐用度教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：目的：1．熟悉切削温度的测量方法以及切削温度对切削过程的影响；2．了解刀具磨损的原因和形式；3．能够正确选用刀具耐用度。要求：教学内容重点及难点：重点：刀具磨损的原因和形式难点：能够正确选用刀具耐用度教具多媒体作业思考题1.2.课后小结教学基本内容方法及手段金属切削加工中主要现象和规律三、切削热的产生和传出1．切削热的产生金属塑性变形的能量全部转变为热能而散失。在金属切削过程中工件上有三个塑性变形区，每个塑性变形区都是一个热源。因此，切削时共有三个热源。教学基本内容2．切削热的传出切屑、工件和刀具中切削热的分布切削热传入对象切屑工件刀具周围介质车削50%～86%3%～9%10%～40%1%钻削28%52.5%14.5%5%3．影响切削温度的主要因素1)工件材料的影响2)刀具几何参数的影响3)切削用量的影响4)刀具磨损和切削液的影响4.切削温度对切削过程的影响1).对工件材料机械性能的影响。2)对刀具材料的影响。3)对工件尺寸精度的影响。4)切削温度自动控制切削速度或进给量。4.刀具磨损与刀具耐用度1.前刀面磨损2.刀面磨损3.边界磨损刀具磨损的形态刀具磨损的原因（1）切屑、工件和刀具接触面经常是活性很高的新鲜表面，不存在氧化膜等的污染。（2）刀具前刀面和后刀面与工件表面的接触压力非常大，产生的应力有时甚至超过被切材料的屈服强度教学基本内容方法及手段（3）切屑、工件和刀具接触面的温度很高。硬质点磨损、黏结磨损、化学磨损、扩散磨损5．刀具磨损过程与磨钝标准随着切削时间的延长，刀具后刀面磨损量VB（或前刀面月牙洼磨损量KT）随之增加。如图所示为典型的刀具磨损曲线，其磨损过程分为初期磨损阶段、正常磨损阶段和急剧磨损阶段。初期磨损阶段因为新刃磨的刀具切削刃较锋利，其后刀面与加工表面接触面很小，压