金属切削教案原

绪论一、新课导入：《金属切削原理与刀具》这门课，原理讨论的是金属切削加工过程中的主要物理现象的变化规律，以及对规律的控制及应用；刀具是要我们学习常用金属切削刀具的选择、使用以及常用非标准刀具的设计。二、教学内容1.金属切削原理这部分内容以车削为主，系统阐明了有关问题，而对钻削、铣削及磨削则侧重于特殊性方面的说明。有关共同性的问题采用概略提示（几何角度、切削力等）或省略（切削温度、刀具磨损等）的方法。2.金属切削刀具常用刀具的合理选择与使用对车刀、孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具及齿轮刀具等是生产中常用的刀具，在介绍这些刀具的种类、结构特点与应用的同时，着重阐明其切削刃（或前、后刀面）的形成方法和刃磨方法。常用非标准刀具的设计对成形车刀、机用铰刀、成形铣刀和拉刀等非标准刀具，在介绍它们的设计时，以该刀具的主要结构要素为基点，阐明它们在设计时应该考虑的主要问题。数控加工用刀具介绍对数控加工用刀具与工具的标准化模块化的结构体系；予调等作了扼要介绍。三、本课程的性质根据所学专业的教学计划基本课程的教学大纲的规定，本课程是一门专业基础课，为培养与机制方面有关的应用型人才服务，为本专业的其他专业课如《金属切削机床》、《机械制造工艺学》及《机械加工技术》等提供必要的基础知识。四、学习本课程的要求1.具有正确图示和选择刀具合理几何参数的能力。2.基本掌握切削过程中的主要物理现象的变化规律和应用及控制方法，具有解决实际生产问题的能力。3.具有根据具体要求选择使用常用刀具，以及设计一般非标准刀具的能力。第一章基本定义新课导入：金属切削加工是使用具有一定几何形状的刀具，切入工件一定深度，使刀具和工件间产生相对切削运动来实现的。掌握切削运动、刀具几何角度、切削用量和切削层参数等的基本定义，是学习本课程的基础。本章主要以外圆车削为对象来讨论，但其定义也适合于其他切削加工方法。授课方式：讲授法授课内容第一节切削运动及形成的表面一、切削运动金属切削运动，是指刀具从工件表面上切除多余的金属层，并形成合乎要求的表面（即合乎精度、形状、表面质量上的要求）的运动。切削时，通常切削运动按其所起的作用可分为两种：主运动和进给运动。如图所示。外圆车削的切削运动与加工表面平面刨削的切削运动与加工表面1.主运动切削过程中速度最高、消耗功率最多的运动。比如：车削外圆时工件旋转运动，刨削平面时刀具直线往复运动。主运动由刀具或工件来完成，其形式可以是旋转运动或直线运动，但每种切削加工方法的主运动只有一个。主运动的速度即为切削速度，用cv表示，单位是m/min或m/s。值得注意的是以后一提到切削速度就知道是主运动的速度。2.进给运动使新的金属层不断投入切削，以便切除工件表面上全部余量的运动。表示方法（1）进给速度fv（mm/min或mm/s）（2）进给量f(单位mm/r)表示。进给运动的速度和消耗的功率都要比主运动小得多。比如：车削外圆时车刀的纵向连续直线进给运动；刨削平面时工件的间歇直线进给运动。进给运动形式可以是直线运动、旋转运动或两者的组合，也可以是连续的或是断续的。由工件或刀具来完成进给运动，但进给运动可能不只一个。3.合成切削运动进行切削时，主运动与进给运动同时进行。这时，刀具切削刃上一点相对于工件的合成运动称为合成切削运动，用合成切削运动方向ev表示。ev=fv+cv（是矢量相加，而不是大小相加）由于cv=1000wdn，切削刃上各点速度cv不等，由此可推出合成切削速度ev在各点上的大小和方向也不相等。对于外圆车刀来讲，直径d大的地方合成速度ev也大。二、工件上的几个表面在切削过程中，工件有三个不断变化的表面1.待加工表面：即将被切除的表面；2.过渡表面：切削刃正在切削的表面；3.已加工表面：切削后形成的新表面。切削运动是直接完成切除加工余量任务，形成所需零件表面的运动，包括主运动和进给运动。切削加工后会形成三个表面，待加工表面、过渡表面和已加工表面。学生能够掌握切削运动的这两种主要运动形式，通过做练习巩固了对概念的掌握，能够根据不同的切削方式得到切削过程形成的不同表面。第二节刀具切削部分的几何角度同学们想一想，为什么要以外圆车刀为例？切削刀具的种类繁多，形状各异。但从切削部分的几何特征上看，却具有共性。外圆车刀切削部分的基本形态可作为其他各类刀具的切削部分的基本形态。其他各类刀具是在这个基本形态上演变出各自的特点，所以本节以外车刀切削部分为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。一、车刀切削部分的组成车刀由刀杆和刀头组成，也就是刀体和切削部分。刀体用于安装，切削部分用于进行金属切削加工。车刀切削部分的组成切削部分的组成：1.前刀面（A）：切屑流经的刀面；2.后刀面(A)：与过渡表面相对的刀面；3.副后刀面（αA）：与已加工表面相对的刀面；4.主切削刃（S）：前后刀面的交线，担负主要的切削工作，也称主切削刃或主刀刃；5.副切削刃（S）：前面与副后刀面的交线，配合切削刃完成切削工作，并形成已加工表面，也称副刀刃；6.刀尖：主副刀刃的交点，它可以是一个点、直线或圆弧。由此可看出：外圆车刀切削部分的特点是“321”；即3面2刃1尖。而切断刀切削部分的特点是“432”。即4面3刃2尖。二、刀具标注角度参考系刀具要从工件上切下金属，就必须是它具备一定的切削角度，也正是由于这些角度才决定了刀具切削部分各表面的空间位置。为了确定切削部分各刀面在空间的位置，要人为的建立基准坐标系。要建立坐标系，首先应建立坐标平面。以这些坐标平面为基准，建立坐标系，这些平面称为基准坐标平面。（一）基准参考平面1.假定运动方向在建立基准坐标平面以前，首先要做两点假设：（1）假定主运动方向选定切削刃上一点，垂直于车刀刀杆底面；（2）假定进给运动方向以切削刃上选定点的进给运动方向作为假定进给运动方向，平行于车刀刀杆底面。2.基准参考平面有了这两点假设，我们就好定义基准坐标平面了。基准坐标平面基面pr二者以切削速度cv为依据切削平面ps（1）基面pr：过切削刃上的选定点，垂直于切削主运动方向的平面。特点：pr∥刀杆底面。进给方向在pr内。（2）切削平面ps：过切削刃上的选定点，包括切削刃或切于切削刃（曲面刃）且垂直于基面pr的平面。特点：ps⊥刀杆底面，cv方向在ps内。ps⊥pr。vf不垂直于ps。（二）刀具标注角度参考系及其角度1.正交平面参考系（pr-ps-po）（1）正交平面po过切削刃上选定点，同时垂直于基面pr和切削平面ps的平面特点：po⊥ps⊥prpo包含切削速度cv的方向。正交平面坐标系（2）在正交平面参考系中的刀具标注角度1）在基面pr内度量的角度（俯视图，让刀具投影到基面上）主偏角кr：在基面pr内，切削刃与进给运动方向间的夹角；副偏角кrˊ：在基面pr内，副切削刃与进给运动反方向间的夹角；刀尖角εr：εr=180o-（кr+кrˊ），是派生角；2）在切削平面ps内度量的角度（刀具在切削平面ps内投影）刃倾角λs：在切削平面ps内，切削刃与基面pr间的夹角；刃倾角λs正负的判定：以刀尖点为基准点刀尖点是刀刃的最高点，则刃倾角λs为正；刀尖点是刀刃的最低点，则刃倾角λs为负；刀刃与基面重合或平行，则刃倾角λs为零；3）在正交平面po内度量的角度（O-O剖面po内）前角γo：在正交平面po内，前面与基面pr之间的夹角；前角γo的正负的判定：前面高于基面pr时为负；前面低于基面pr时为正；前面与基面pr重合时为零。后角αo：在正交平面po内，后刀面与切削平面ps间的夹角；楔角βo：在正交平面po内，前、后刀面间的夹角。βo=90o-(γo+αo)；是一个派生角；副切削刃同主切削刃一样，也可以建立副切削平面psˊ、副基面prˊ、副正交平面poˊ，此时是在副切削刃上找一任意选定点。副后角αoˊ：在副正交平面poˊ内，副后刀面与副切削平面psˊ间的夹角。对于一把外圆车刀，在正交平面系中要表达的有：在基面pr内——主偏角кr、副偏角кrˊ6个独立的角度在切削平面ps内——刃倾角λs在正交平面po内——前角γo、后角αo（做标注）在正交平面poˊ内——副后角αoˊ2个派生角在基面pr内——刀尖角εr（不做标注）在正交平面po内——楔角βo2.法平面参考系（pr-ps-pn）（1）法平面pn过主切削刃上选定点与主切削刃相垂直的平面。特点：pn⊥ps。法平面坐标系（2）在法平面参考系中的刀具标注角度1）在基面pr内度量的角度主偏角кr、副偏角кrˊ，在切削平面ps内度量的角度刃倾角λs与正交平面系完全相同。2）在法平面pn内测量的角度法前角γn：前面与基面pr间的夹角，其正负判别方法与前角γo相同。法后角αn：主后面与切削平面ps间的夹角。法平面pn与正交平面po间的夹角为刃倾角λs，当λs=0时，法平面pn与正交平面po重合。3.假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系（pr–(ps)-pf-pp）假定工作平面、背平面坐标系（1）假定工作（进给）平面pf过主切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向，且垂直于基面的平面。特点：pf⊥pr，pf∥假定进给运动方向。（2）背（切深）平面pp过主切削刃上选定点，垂直于基面pr和进给平面pf的平面。特点：pp⊥pr且pp⊥pf。（3）假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系中的刀具标注角度1）在基面pr内度量的角度主偏角кr、副偏角кrˊ，在切削平面ps内度量的角度刃倾角λs与正交平面系完全相同。２）在假定工作（进给）平面pf内测量的角度侧（进给）前角γｆ：前刀面与基面pr间的夹角，其正负判别方法与前角γo相同。侧（进给）后角αｆ：主后面与切削平面ps间的夹角。３）在背（切深）平面pp内测量的角度背（切深）前角γｐ：前面与基面pr间的夹角，其正负判别方法与前角γo相同。背（切深）后角αｐ：主后面与切削平面ps间的夹角。车刀是结构最简单，也最具代表性的刀具，其他的刀具均可看成是车刀的变形。车刀由刀杆和切削部分组成。车刀的主要几何要素可归纳为三面两刃一尖。我国主要采用正交平面坐标系，即在图样上标注кr、кrˊ、γo、αo、αoˊ和λs六个角度，有时应补充标注γn、αn。确定刀具几何角度的步骤为：以切削刃为单元，定出切削刃上选定点，判定出选定点的假定主运动方向和假定进给运动方向，作出基面和切削平面，选取测量平面以建立参考系，从而确定其相应的角度。正平面参考系中表达的角度有六个：кr、кrˊ、γo、αo、αoˊ和λs法平面参考系中度量的角度有六个：кr、кrˊ、γn、αn、αnˊ和λs假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系中度量的角度有七个：кr、кrˊ、γｆ、αｆ、γｐ、αｐ和λs给学生车刀实物，让学生把课本上的知识与实物相联系，基本掌握刀具的标注角度。第三节切削用量与切削层参数一、切削用量切削用量是用于表示主运动、进给运动和切入量参数的数量，指切削速度cv、进给量f和切削深度pa这三个要素。三者要根据不同的工件材料、加工性质和刀具材料来选择，主要用于调整机床，编制工艺路线。1.切削速度cv刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。cv=1000wdn式中cv——切削速度（m/min）；wd——完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm）；n——主运动的转速（r/min或r/s）例：外圆车刀车削外圆时，工件的旋转速度；刨刀刨削平面时，刨刀的直线运动速度；钻床上钻孔时，麻花钻的旋转运动速度；等等。2.进给量f工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具切削刃相对于工件在进给运动方向的移动量。例如：车削时的进给量是指工件每转一转，切削刃沿进给方向的移动量（mm/r）。其进给速度fv：指切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度(mm/min或mm/s)。fv=nf3.切削深度pa在基面pr上，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸。车削时：2wmpdda式中pa——背吃刀量（mm）；wd——工件待加工表面直径（mm）；md——工件已加工表面直径（mm）。二、切削层参数切削时，沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金属层称为切削层。切削层参数，是指切削层在基面