教案

2014-2015學年第二學期

所屬系（部）.一機電學院一

教研室（實驗室）模具和數控教研室

程

稱

名機械加工工藝及裝備

級

用

班

12職數控_

師

教

講

蔡軍

2015年3月1日

首頁

課程名稱機械加工工藝及裝備授課對象12職數控

課程編號（班級）

必修課公共基礎課（）；專業基礎課（）；專業課（V）

課程類型選修課專業選修課（）；公共選修課（）

授課方式課堂講授（J）;實踐課（）考核方式考試（J）;

課程教學90學分數5

總學時數

學時分配理論教學：82學時；實驗（實訓）：8學時

選用的教序號教材名稱作者出版社出版時間

材及主要1機械加工工藝朱淑機械工業出版2009.8.

參考資料及裝備萍社

2

3

授課教師蔡軍職稱助教

授課時間2014—2015學年第二學期1—18周

教學目的：使學生掌握零件的機械加工工藝安排；并對某

目的

工序的工藝裝備（夾具）的設計思路和簡單夾具的設計。

要求

要求：刀具幾何角度對切削的影響；刀具材料、數控

機床刀具；工藝裝備、簡單夾具設計方法；工藝基本知識

的應用。

教學重點：金屬切削刀具及加工方法，工件定位夾緊，專

重點

用夾具設計。

難點

難點：刀具角度、夾具定位及定位誤差，工藝尺寸鏈。

課程教案

授課時間第周第節課年月日課次1

授課方式理論課（V）討論課（）實踐課（）課時

2

（請打J）習題課（）其他（）安排

授課題目（教學章、節或主題）：

第一章總論

第一節制造技術與社會發展

第二節零件的構成要素

第三節零件制造的工藝方法

第四節金屬切削加工自動化

教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：

目的：了解制造與社會發展關系，掌握零件的制造方法，熟悉機械制造發展

要求：認識制造業在國民經濟的地位，制造與設計的關系；認識機械制造及工藝裝備的

重要性。

教學內容重點及難點：

重點：制造方法；機械制造與機械設計的關系

難點：制造方法

教具

思考題：1、簡述制造與社會發展的關系。

作業

2、機械制造與機械設計是什么樣關系？

思考題

3、零件制造方法有哪些？

1、人類物質文明的發展離不開制造業的發展，而制造業的發展有必須以

制造技術為依托。制造技術是機械發展的瓶頸。

課后小結

2、零件制造方法有按傳統分法和按材料質量變化分法。

3、如何學好本門課程。

教學基本內容方法及手段

內容提要：

一、制造技術與社會發展

二、零件制造方法

三、金屬切削加工自動化

第一章總論

人類物質文明的發展史制造業的進步息息相關的，而制造業的進步又

必然以制造技術的提升作為依托。“經濟的競爭歸根到底是制造技術和制

造能力的競爭”；“中國玉世界先進水平的差距主要是制造技術的差距”。

“重設計、輕制造”是觀念上的一個重大誤區，它的代價是落后和競爭失

敗。

“成形”與“精度”是零件制造的兩個重點。

教學基本內容方法及手段

第一節制造技術與社會發展

一、制造技術推動社會的發展和進步

1、人類開始尋求擴展、延伸和取代人們體力方法，早在五千年前建造龐

大的金字塔時，為了搬運、推砌3t~30t/塊的巨石，人們使用杠桿、滾輪、

斜面、螺旋燈作為原始而簡單的機械以達到延伸人的體力因而產生了機

械。

今天，機械作為各種產品已經是現代物質文明的重要載體，已經深深

的滲入了人們生產、生活的各個方面。

龐大的制造業是各種其他工業的基礎，因為制造業提供的產品是各種

各樣的，它給各樣各業提供了生產設備、裝備和工具。包括人類生活、國

防和建設，更有數量巨大的家用產品進入千家萬戶，成為人們生活的重要

幫手。

2、計算機產生推動了產品的發展進而促使社會發展

20世紀80年代，由于計算機技術和機電一體化技術的發展，使機械

產品的結構發生了質的變化，大部分機械產品被機電一體化產品取代，產

品正以最苦的速度在更高的層次上發展，并開拓、延伸和取代人們腦力的

歷程。

歷史證明：人類物質文明的發展是與制造業息息相關的，而制造業的

進步又必然以制造技術的提升作為依托。舉例：如集

人們處于各種需求、追求或探索而不斷的產生和提出許多新的、奇妙成電路的

的、甚至充滿幻想的構思和設計，只有通過制造，將這些果實和設計變成“線寬”為

物質產品以后，才能取得實際效果，體現出它的價值。而更重要的是制造影響集成一

技術的每次突破，都會引起產品設計的新的飛躍，有力地推動社會的發展計算價格一

和進步。曲軸加工一

發動機

結合目前國家發展可看出，經濟競爭歸根到底是制造技術和制造能力

的競爭。從上述分析可看出制造業的重要性一一是國民經濟的支柱產業。

二、設計與制造的關系

1、產品的產品過程

設計一制造

一個無論多好的產品設計出來后一定要制造出來才能實現其價值。

例如：（1）達芬奇的飛行器

（2）瓦特蒸汽機汽缸內孔加工

e710mm孔加工尺寸誤差13mm,漏氣無法工作

（3）機床夾刀具的改進一一車床早生產了手持刀具

（4）計算機發展一一電子管一集成一大型集成一超大規模集

成一線寬

（5）數控技術

教學基本內容方法及手段

2、設計與制造關系

現有不合理現象：產品設計和制造上是“重設計、輕制造”，對

設計要求保密，而對制造技術和工藝則不設防也不重視；把設計工

作看得很高尚，而認為制造工作是苦力等。

上述觀念上的重大誤區，肯定對現實有影響的，造成不的后

果。

在基于商品經濟的工業發達國家的制造業中，由于激烈的市場

競爭，對設計和制造的關系有不同的觀點。產品設計固然重要，但

在市場經濟的社會中，除了一些屬于國家機密的設計受到嚴格保密

外，任何產品只要一進入市場，競爭對手就很容易從產品本身了解

其設計，而制造水平，制造技術和制造工藝就競爭更為激烈。你明

知是這種設計也可為產品的設計畫出圖紙，可能各有技術、有工藝、

有工裝制造出呢？

例如：導彈命中率取決于陀螺定向儀

美國認為的“夕陽工業”

從另一個方面看輕制造有其客觀原因：

如設計工作要求有較高的理論知識，工作環境相對較好，而傳

統的制造工作，工作場所，機械設備，工作環境等，不如設計工作。

而現在的制造環境：傳感器，計算機，機電一體化等，環境與

傳統的不可同日而語了。

第二節零件的制造工藝方法

一、零件的構成要素

1、產品與零件

2、零件材料

3、零件的大小

4、零件的幾何結構

5、零件的精度，表面粗糙度

精度：尺寸、形狀、位置

粗糙度：一般的零件IT5~IT6,RaO.8mnT0.2nlm

微米級和亞微米級的零件Ra>rO.01mm

超精加工納米級lnm=0.001微米

二、零件制造實質

1、零件制造的實質：用適合的方法，使原材料發生符合要求的改變。

符合要求：形狀、精度

2、成形工藝的要求

①材料：是改變的對象。

②能量：要使不同材料改變時需要的形狀一能量（包括機械能、熱能、

電能、化學能等。）

教學基本內容方法及手段

③信息：形狀改變，尺寸改變，精度以及性能改變的信息。

三流：制造系統中的“三流”

物流（材料流動）一一能量流一一信息流（還可細分：誤差流、資金流等）

三、成形工藝類型

1、傳統分法

熱加工：鑄、鍛、熱處理

冷加工：不需加熱的金屬加工（車、銃、鉆……）

2、按材料質量變化分類

①材料質量減少：切除多余金屬——切削加工

沖裁加工

②材料質量不變：（基于材料塑性變形）軋制

鍛造

拉深

冷鍛

擠壓

彎曲

脹形

（基于材料形態變化）鑄造

燒結

3、材料質量增加

焊接

四、快速原形/零件制造技術RPM

第三節金屬切削加工自動化

（一）剛性自動化一一加工自動化的第一階段

（二）加工中心——加工自動化的第二階段

（三）柔性制造系統FMS——自動化的第三階段

（四）計算機集成制造系統CIMS——自動化的第四階段

討論：如何學好本門課程

參考資料：

備注:

課程教案

授課時間第周第節課年月日課次2

授課方式理論課（V）討論課（）實踐課（）課時7

（請打J）習題課（）其他（）安排

授課題目（教學章、節或主題）：

第二章金屬切削的基本知識

第一節切削運動與切削用量

教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：

目的：

要求：

教學內容重點及難點：

重點：

難點：

教具

作業

思考題

課后小結

教學基本內容方法及手段

第二章金屬切削的基本知識

第一節切削運動與切削用量

一、切削運動

切削運動：刀具與工件間的相對運動稱為切削運動（即表面成形運

動），切削運動可分為主運動和進給運動。

主運動（切削運動）：在機床上形成切削速度并消耗大部分切削力的

運動。它是必不可少的。

進給運動（走刀運動）：機床上維持切削加工過程連續不斷進行的運

動。

教學基本內容方法及手段

當表面成形運動只有一個時，則只有主運動，無進給運動；當表面成

形運動有兩個或兩個以上時，其中一個為主運動，其余為進給運動。進給

運動根據刀具相對工件被加工表面運動方向的不同，可分為縱向進給、橫

向進給、圓周進給、徑向進給和切向進給等。

過渡表面

/已加工表面

恃加工表1ft[//

T-----V7\

工件3土博切

進給運動4A刀具

車削：主運動：工件的旋轉進給運動：車刀沿工件軸線運動（縱

向進給運動）垂直與工件軸線運動（橫向進給運動）

鉆削：主運動：鉆頭的旋轉進給運動：鉆頭沿工件軸向運動

包U削：牛頭刨：主運動：刨刀的往復直線運動進給運動：垂直于

主運動方向間歇運動

龍門刨：主運動：工件的往復直線運動進給運動：垂直于主運動

方向間歇運動

磨削：主運動：砂輪的旋轉進給運動：工件的旋轉，工件的軸向

移動，砂輪沿工件徑向進給

拉削：主運動：拉刀運動無進給運動

二、切削時產生的工件表面

在切削加工時，工件上通常存在三個表面：

待加工表面：工件上即將被切除的表面

已加工表面：工件上已切去切削層而形成的新表面

過渡表面（加工表面）：工件上正被刀具切削著的表面，介于已加工表

面和待加工表面之間

教學基本內容方法及手段

1.切削速度：刀具切削刃上選定點相對于工件主運動的速度，單位

為m/s。刀具切削刃上各點切削速度可能是不同的，計算時常用最大切削

速度代表刀具的切削速度。

切削速度計算公式為

叵1

其中：目一切削速度（m/min）

回一工件待加工表面的直徑，（mm）；

n一主運動的轉速，（r/s）

2.進給量f：在主運動每轉一轉或每一行程時，刀具在進給運動方向

上相對于工件的位移量，單位是mm/r（用于車削、鍵削等）或mm/行程（用

于刨削、磨削等）。進給量表示進給運動的速度。進給運動速度還可以用

進給速度Vf（單位mm/s）或每齒進給量fz（用于銃刀、錢刀等多刃刀具，

單位是mm/齒）表示。

目

其中：目一進給轉速，（mm/min）；

f一進給量。

3.背吃刀量（切削深度）ap：工件上已加工表面和待加工表面間的垂直

距離，單位為mm,其計算公式為

EH3回

其中：目一背吃刀量（mm）；

dm一工件已加工表面的直徑（mm）。

參考資料:

備注:

課程教案

授課時間第周第節課年月日課次3

授課方式理論課（V）討論課（）實踐課（）課時

2

（請打J）習題課（）其他（）安排

授課題目（教學章、節或主題）：

第二章金屬切削的基本知識

第二節刀具切削部分的幾何角度

教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：

目的：

要求：1.了解車刀切削部分的組成

2.掌握刀具切削部分的幾何角度

教學內容重點及難點：

重點：刀具切削部分的幾何角度

難點：刀具切削部分的幾何角度

教具

作業

思考題

課后小結

教學基本內容方法及手段

第二節刀具切削部分的幾何角度

一、車刀的組成

車刀由刀柄和刀頭組成。

副切削刃/\刀柄

刀尖八"1后面主切削刃

教學基本內容方法及手段

1.前刀面：切屑流過的刀面

2.（主）后刀面：與工件過渡表面相對的刀面

3.副后刀面：與已加工表面相對的刀面

4.主切削刃：前刀面與后刀面的交線，它完成主要的切削工作

5.副切削刃：前刀面與副后刀面的交線，它配合主切削刃完成切削工

作，并最終形成已加工表面

6.刀尖：主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃，它可以是小的直線

段或圓弧

其它各類刀具，都可以看作是車刀的演變和組合。

二、刀具標注角度參考系

刀具要從工件上切下金屬，就必須是它具備一定的切削角度，也正是

由于這些角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。為了確定切削部

分各刀面在空間的位置，要人為的建立基準坐標系。要建立坐標系，首先

應建立坐標平面。以這些坐標平面為基準，建立坐標系，這些平面稱為基

準坐標平面。

（-）基準參考平面

L假定運動方向

在建立基準坐標平面以前，首先要做兩點假設：

（1）假定主運動方向

選定切削刃上一點，垂直于車刀刀桿底面；

（2）假定進給運動方向

以切削刃上選定點的進給運動方向作為假定進給運動方向，平行于車

刀刀桿底面。

2.基準參考平面

有了這兩點假設，我們就好定義基準坐標平面了。

基準坐標平面「基面pr〕二者以切削速度?為依據

Y切削平面PS?

（1）基面pr：拉切削刃上的該定點，垂直于切削主運動方向的平面。

特點：pr〃刀桿底面。進給方向在pr內。

（2）切削平面ps：過切削刃上的選定點，包括切削刃或切于切削刃

（曲面刃）且垂直于基面pr的平面。

特點：ps_L刀桿底面，目方向在ps內。ps_Lpr。vf不垂直于ps。

（二）刀具標注角度參考系及其角度

1.正交平面參考系（pr-ps-po）

（1）正交平面po

過切削刃上選定點，同時垂直于基面pr和切削平面ps的平面

特點：po±ps±prpo包含切削速度?的方向。

教學基本內容方法及手段

（2）在正交平面參考系中的刀具標注角度

1）在基面pr內度量的角度（俯視圖，讓刀具投影到基面上）

主偏角Kr：在基面pr內，切削刃與進給運動方向間的夾角；

副偏角Kr'：在基面pr內，副切削刃與進給運動反方向間的夾角；

刀尖角er：er=180o-（Kr+Kr"）,是派生角；

2）在切削平面ps內度量的角度（刀具在切削平面ps內投影）

刃傾角入s：在切削平面ps內，切削刃與基面pr間的夾角；

刃傾角入s正負的判定：以刀尖點為基準點

「刀尖點是刀刃的最高點，則刃傾角入s為正；

y刀尖點是刀刃的最低點，則刃傾角入s為負；

I刀刃與基面重合或平行，則刃傾角入s為零；

3）在正交平面po內度量的角度（0-0剖面po內）

前角yo：在正交平面po內，前面與基面pr之間的夾角；

前角Y。的正負的判定：前面高于基面pr時為負；前面低于基面pr

時為正；前面與基面pr重合時為零。

后角ao：在正交平面po內，后刀面與切削平面ps間的夾角；

楔角Bo：在正交平面po內，前、后刀面間的夾角。3o=90o-（yo+

ao）；是一個派生角；

副切削刃同主切削刃一樣，也可以建立副切削平面ps'、副基面

pr'、副正交平面po',此時是在副切削刃上找一任意選定點。

副后角ao'：在副正交平面po'內，副后刀面與副切削平面ps'間

的夾角。

對于一把外圓車刀，在正交平面系中要表達的有：

在基面pr內---主偏角Kr、副偏角Kr'

6個獨立的角度在切削平面ps內——刃傾角入s

（做標注）在正交平面po內---前角yo、后角ao

在正交平面po'內---副后角ao'

2個派生角在基面pr內---刀尖角er

（不做標注）Y在正交平面po內---楔角Bo

教學基本內容方法及手段

o-o剖面

（尸。）

F—F剖面

（耳

vf

o'-o'剖面

P：與Ps的交線

(R)

+

N—N剖面

P,與Pr的交線一Pf（乙）

4Ps的交線

A。

8與a的交線

,R視圖

p—p剖面oBn

(Pp)4與Pp的交線I，(B)

I/、B與R的交線

I」S'

A&Pt

視圖

'、、p。S

o(2)

p“

切削刃上選定點

參考資料:

備注:

注：課程教案按授課次數填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。

課程教案

授課時間第周第節課年月日課次4

授課方式理論課（V）討論課（）實踐課（）課時

2

（請打J）習題課（）其他（）安排

授課題目(教學章、節或主題)：

第二章金屬切削的基本知識

第二節刀具切削部分的幾何角度

教學目的、要求(分掌握、熟悉、了解三個層次)：

目的：

要求：掌握刀具切削部分的幾何角度

教學內容重點及難點：

重點：刀具切削部分的幾何角度

難點：刀具切削部分的幾何角度

教具

作業

思考題

課后小結

教學基本內容方法及手段

2.法平面參考系(pr-ps-pn)

(1)法平面pn

過主切削刃上選定點與主切削刃相垂直的平面。

特點：pn±pso

陶飛營卜假定主運動方向

正交平面參考系與法平面參考系

教學基本內容方法及手段

法平面坐標系

法前角yn：前面與基面pr間的夾角，其正負判別方法與前角Y0相

同。

法后角an：主后面與切削平面ps間的夾角。

法平面pn與正交平面po間的夾角為刃傾角入s，當入s=0時，法平

面pn與正交平面po重合。

3.假定工作（進給）平面、背（切深）平面參考系（pr-（ps）-pf

-PP）

及

假定工作平面、背平面坐標系

（1）假定工作（進給）平面pf

過主切削刃上選定點，平行于假定進給運動方向，且垂直于基面的平

面。

特點：pf_Lpr,pf〃假定進給運動方向。

（2）背（切深）平面pp

過主切削刃上選定點，垂直于基面pr和進給平面pf的平面。

特點：pp±prJ=Lpp±pfo

（3）假定工作（進給）平面、背（切深）平面參考系中的刀具標注

角度1）在基面pr內度量的角度主偏角Kr、副偏角Kr',在切削平面

ps內度量的角度刃傾角入s與正交平面系完全相同。

2）在假定工作（進給）平面pf內測量的角度

側（進給）前角Yf：前刀面與基面pr間的夾角，其正負判別方法

與前角Yo相同。

側（進給）后角af：主后面與切削平面ps間的夾角。

3）在背（切深）平面pp內測量的角度

背（切深）前角YP：前面與基面pr間的夾角，其正負判別方法與

前角Yo相同。

教學基本內容方法及手段

背（切深）后角ap：主后面與切削平面ps間的夾角。

車刀是結構最簡單，也最具代表性的刀具，其他的刀具均可看成是車

刀的變形。車刀由刀桿和切削部分組成。車刀的主要幾何要素可歸納為三

面兩刃一尖。

我國主要采用正交平面坐標系，即在圖樣上標注Kr、Kr'、丫。、

ao、a。’和As六個角度，有時應補充標注yn、an。

確定刀具幾何角度的步驟為：以切削刃為單元，定出切削刃上選定點，

判定出選定點的假定主運動方向和假定進給運動方向，作出基面和切削平

面，選取測量平面以建立參考系，從而確定其相應的角度。

正平面參考系中表達的角度有六個：Kr、Kr'、丫0、ao、a0

'和As

法平面參考系中度量的角度有六個：Kr、Kr'、yn、an、an'

和入s

假定工作（進給）平面、背（切深）平面參考系中度量的角度有七個:

Kr>Kr'、yf、af、yp、ap和入s

三、工作角度

如前所述，刀具的標注角度是在忽略進給速度的影響，且刀具

安裝在理想工作位置的情況下確定的。當刀具進入工作狀態后，選

定點的實際切削速度的方向以及刀具的實際安裝位置相對于假定

的理想狀態發生了變化，由此而建立的工作參考系（動態參考系）相

對于標注參考系（靜態參考系）在空間位置上也相應改變，因此刀具

的實際切削角度（即刀具的工作角度）和標注角度不一樣。

工作參考系下的刀具幾何角度即刀具的工作角度。

1、進給運動對工作角度的影響

（1）橫向進給時，工作參考系為

橫向進給運動對工作角度的影響

教學基本內容方法及手段

課程教案

授課時間第周第節課年月日課次5

授課方式理論課（V）討論課（）實踐課（）課時

2

（請打J）習題課（）其他（）安排

授課題目（教學章、節或主題）：

第二章金屬切削的基本知識

第三節切削層橫截面要素

第四節常用刀具材料

教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）:

目的：

要求：1.掌握三種切削用量要素的表示方法及計算方法

2.掌握切削層橫截面要素，可根據公式進行計算

教學內容重點及難點：

重點：

難點：

-

作業

思考題

課后小結

教學基本內容方法及手段

第三節切削層橫截面要素

切削時，沿進給運動方向移動一個進給量所切除的金屬層稱為切削

層。切削層參數，是指切削層在基面pr內所截得的截面形狀和尺寸，即在

切削層公稱橫截面中度量。

教學基本內容方法及手段

i.切削層橫截面積簡稱切削層橫截面積a

在切削層尺寸平面度量的橫截面積（在基面內度量的切削層橫截面

積）

1X1

式中□切削層橫截面積（mn?）。

2.切削層公稱寬度簡稱切削寬度0

在基面內平行于過渡表面度量的切削層尺寸。

IX1

式中a——切削寬度（mm）;

目月吃刀里（mm）。

當町=90°時，0=0；當日=0,為切削刃的實際長度。

由于切削厚度a表明切削層的厚度，而切削寬度a反映了切削層的長

度。因而用切削厚度a和切削寬度a比用進給量H和背吃刀量g更能反映

切削層橫截面的特性。

3.切削層公稱厚度簡稱切削厚度a

在基面內垂直于過渡表面度量的切削層尺寸。

1X|

式中0切削厚度（mm）；

0進給里（mm/r）；

a——主偏角（°）o

切削刃為圓弧刃時，狂處處不等。

切削用量三要素為切削速度、進給量和被吃刀量。切削層公稱寬度s、

切削層公稱厚度目和切削層公稱橫截面積a是描述切削層的基本參數，

與進給量日、背吃刀量目、主偏角田有關系。

教學基本內容方法及手段

第四節常用的刀具材料

一、刀具材料必須具備的性能

在切削過程中，會產生切削抗力、切削熱、沖擊和振動，那么刀具材

料具有哪些性能才能滿足要求呢？

(1)高的硬度

硬度是指材料表面抵抗其他更硬物體壓入的能力，刀具材料的硬度高

于工件材料的硬度。

目前室溫下刀具材料硬度大于或者等于60HRC。高速鋼在63-66HRC

以上，硬質合金在74-81.5HRC左右，人造金剛石lOOOOHVo

(2)高的耐磨性

耐磨性是指材料抵抗磨損的能力。

耐磨性與材料的硬度、化學成分、顯微組織有關。一般而言，材料硬

度越高，耐磨性越好。刀具材料組織中的硬質點的硬度越高，數量越多，

分布越均勻，耐磨性越好。

(3)高的耐熱性

耐熱性是指材料在高溫下仍能保持原硬度的性能。

刀具材料的耐熱性越好，允許切削加工時的切削速度越高，有利于改

善加工質量和提高生產率，有利于延長刀具壽命。

(4)足夠的強度和韌性

強度是指材料在靜載荷作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力。刀具材

料的強度一般指抗彎強度。

韌性是指金屬材料在沖擊載荷作用下，金屬材料在斷裂前吸收變形能

量的能力。金屬的韌性通常用沖擊韌度表示。

切削過程中，刀具總是受到切削力、沖擊、振動的作用，當刀具材料

有足夠的強度的韌性，就可避免刀具的斷裂和崩刃。

(5)良好的工藝性

工藝性指材料的切削加工性，鍛造、焊接、熱處理等性能。刀具材料

有良好的工藝性，便于刀具制造。

刀具材料應具備的性能包括足夠的硬度和耐磨性、足夠的強度與韌

性、較高的耐熱性、較好的工藝性、較好的傳熱性和經濟性。

二、常用刀具材料的種類

1、高速鋼

高速鋼是在鋼中加入較多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工

具鋼，俗稱白鋼或鋒鋼。

高速鋼具有高的強度和高的韌性，具有一定的硬度和良好的耐磨性，

當切削溫度高達500?650℃時，尚能進行切削。高速鋼刀具的制造工藝性

能好，在復雜刀具(如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等)制造

中占主要地位。其加工的材料范圍也很廣泛，包括有色金屬、鑄鐵、碳鋼、

合金鋼等。

教學基本內容方法及手段

r普通高速鋼（普通性能）

高速鋼按用途不同分為一

I高性能高速鋼（高性能）

r熔煉高速鋼

按制造工藝方法不同分為，

I粉末冶金高速鋼

2、硬質合金

硬質合金是用高硬度、高熔點的金屬碳化物和金屬黏結劑，經過高壓

成形，并在1500C的高溫下燒結而成的。

常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏結劑有Co、

Ni以及Mo等。

碳化物決定了硬質合金的硬度、耐磨性的耐熱性；粘結劑決定了硬質

合金的強度和韌度。YGA

YG或者YT（基本）+填加劑f一選用

硬質合金fIYW

I涂層硬質合金

3、涂層刀具材料

”高速鋼涂層

涂層刀具材料《一選用注意事項

I硬質合金涂層

4、超硬刀具材料

（1）陶瓷

主要是以氧化鋁（A12O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經壓制

成型后燒結而成的刀具材料。

陶瓷材料優點是:有很高的硬度和耐磨性;有很好的耐熱性,在1200℃

高溫下仍能進行切削；有很好的化學穩定性和較低的摩擦因數，抗擴散和

抗粘結能力強。

陶瓷刀具最大的缺點是強度低、韌性差。

陶瓷刀具適用于各種金屬材料（如鋼、鑄鐵、有色金屬等）的半精加工

和精加工，但不適于機械沖擊和熱沖擊大的加工場合。

（2）金剛石

金剛石分為人造和天然兩種，金剛石價格昂貴，刃磨困難，應用較少。

人造金剛石是在高溫高壓和其他條件配合下由石墨轉化而成。是目前已知

最硬的，硬度約為10000HV。

金剛石目前主要用于磨具及磨料，作為刀具多在高速下對有色金屬及

非金屬材料進行精細切削。

（3）立方氮化硼

立方氮化硼刀具有整體聚晶立方氮化硼和立方氮化硼復全刀片（在硬

質合金基體上燒結一層厚度約為0.5mm的立方氮化硼）兩種。

立方氮化硼硬度高，耐磨性好，耐熱性好，可對高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵

進行半精加工和精加工。

教學基本內容方法及手段

陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐熱性，抗擴散和抗黏結能力

強。最大缺點是強度低、韌性差。金剛石和立方氮化硼屬于超硬刀具材料

主要用于精加工。金剛石目前主要用于磨具及磨料，立方氮化硼用于加工

鋼鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合金、淬火鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料。

參考資料：

備注：

注：課程教案按授課次數填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。

課程教案

授課時間第周第節課年月日課次5

授課方式理論課（V）討論課（）實踐課（）課時

2

（請打J）習題課（）其他（）安排

授課題目（教學章、節或主題）:

第二章金屬切削的基本知識

第五節金屬切削過程的規律

教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：

目的：

要求：

教學內容重點及難點：

重占,

難點：

教具

三個變形區的特點及其相互關系；切屑的四種類型以及相互轉化條

作業

件；積屑瘤的產生及消失，如何控制積屑瘤？控制鱗刺的措施；影響切

思考題削變形的主要因素。

在切削塑性金屬的過程中，工件材料受到刀具前刀面的推擠，發生

變形，最終被撕裂下來形成切屑，這個過程中存在著3個變形區。切削

變形程度可用變形系數來表示。不同的加工狀態生成帶狀、節狀、粒狀

課后小結和崩碎四種類型的切屑，隨工件材料、刀具和切削用量等因素的改變其

切屑形態也會發生轉化。切削過程中會產生積屑瘤和鱗刺，可以采取措

施來控制積屑瘤和鱗刺的產生。從工件材料，切削用量和刀具幾何角度

方面講了這些因素對切削變形的影響。

教學基本內容方法及手段

第五節金屬切削過程的規律

一、金屬切削過程的變形區

切屑是怎樣被切下的呢？

教學基本內容方法及手段

金屬切削過程的實質是指金屬切削層在刀具擠壓作用下產生塑性剪

切滑移變形的過程。

為了研究方便，通常把金屬切削過程的變形劃分為三個區。

1.第一變形區

由曲線AO、MO、AM包圍的區域是塑性剪切滑移區，稱為第一變形

區。用I表示O

特點：金屬切削過程中主要的變形區，消耗大部分功率并產生大量的

熱量。

二者距離很窄(0.02—0.2mm),且隨著切削速度的

加快距離越近

簡化，用OM平面代替第一變形區，平面OM稱為剪切平面，剪切平

面與切削速度的夾角稱為剪切角回

2.第二變形區

金屬切削層經過第一變形區后絕大部分開始成為切屑，切屑沿前刀面

流出，由于受刀具前面擠壓和摩擦的作用，切屑將繼續發生強烈的變形，

這個變形區域稱為第二變形區，用n表示。

特點：(1)靠近刀具前面的切屑底層附近纖維化，切屑流動速度緩慢,

甚至滯留在刀具前面上；

(2)切屑發生彎曲變形；

(3)由摩擦產生的熱量使刀屑接觸面附近溫度升高。

第二變形區的變形直接關系到刀具的磨損，也會影響第一變形區的變

形大小。

3.第三變形區

當金屬進入第一變形區，發生了塑性剪切滑移變形，而在切削刃鈍圓

部分，這種變形更加復雜，更加激烈。

切削層在刃口鈍圓。點處分離為兩部分，0點以上的部分成為切屑沿

前刀面流出，O點以下部分繞過切削刃沿刀具后面流出，成為已加工表面。

教學基本內容方法及手段

由于鈍圓半徑的存在，在整個切削厚度中，。點以下的那一層金屬切

削層，不能沿0M方向剪切滑移，只能受鈍圓的擠壓，不斷受到擠壓摩擦,

產生塑性變形，這個變形區域稱為第三變形區，用ni表示。

第三變形區的變形，會造成已加工表面的加工硬化和產生殘余應力，

對已加工表面的質量影響密切。

二、切屑類型

金屬切削過程中，由于工件材料的不同和切削條件的不同，切削產生

的切屑可分為四種類型。

帶狀切屑節狀切屑粒狀切屑崩碎切屑

1.帶狀切屑

切屑連續呈較長的帶狀，底面光滑，背面無明顯裂紋，呈微小鋸齒狀。

特點：較常見，切削力波動小，切削過程較平穩，加工表面質量較好。

2.節狀切屑

切屑背面有時有較深的裂紋，呈較大鋸齒形。

特點：切削力波動較大，切削過程不太平穩，加工表面質量較差。

3.粒狀切屑

切屑裂紋貫穿整個切屑斷面，切屑成梯形粒狀。

特點：較少見，切削力波動大，切削過程不平穩，加工表面質量差。

以上三種切屑是在切削塑性金屬材料時才能產生的。

切屑形態相互轉換的切削條件是：

粒狀切屑一節狀切屑f帶狀切屑

（1）增大刀具前角

（2）增大切削速度

（3）減小進給量

4.崩碎切屑

切屑呈不規則的碎塊狀。

切削脆性金屬材料時產生的。

切削過程不太平穩，易損壞刀具，加工表面較粗糙。

減小進給量，減小刀具主偏角，適當提高切削速度可使崩碎切屑轉為片狀

或針狀切屑，切削過程中的不良現象得到改善。

三、切削變形程度的度量方法

金屬切削過程中，切削層轉變為切屑，形狀變化為長度縮短，厚度增

大，寬度變化極小，根據材料變形前后體積不變，可用變形系數區來度量

切削變形的大小。

教學基本內容方法及手段

式中日一切削層長度

回一切屑長度

a一切屑厚度

□一切削層厚度

變形系數國總是大于1,因越大，切削變形越大，工件材料塑性越大,

剪切角回越小。

四、積屑瘤

在一定的切削速度范圍內切削塑性金屬材料時，往往會在刀具切削刃

及刀具部分前面上粘結堆積一楔狀或鼻狀的高硬度金屬塊，稱為積屑瘤。

L積屑瘤的生長及消失

在一定的切削速度范圍內切削塑性金屬材料時，切屑與刀具前面有劇

烈的摩擦，使切屑底層流動緩慢，流動緩慢的稱為滯流層。在刀-屑接觸面

處，滯流層的流速接近于零，于是滯流層與刀具前面發生粘結，這是形成

積屑瘤的基礎。隨后新的滯流層又在這基礎上不斷的粘結堆積，最后形成

積屑瘤。

積屑瘤在生長的過程中，一直受到工件材料與切屑的擠壓摩擦，受到

切削的沖擊振動，受到切削溫度升高等因素的作用和影響，因此積屑瘤會

隨時破碎、脫落、消失。可以認為，積屑瘤不斷生長的過程也是不斷破碎、

脫落、消失的過程。

2.積屑瘤對切削過程的影響

（1）增大刀具前角

積屑瘤使刀具實際工作前角增大，減小切削變形和切削力。

（2）提高刀具硬度

積屑瘤是由受了劇烈塑性變形而強化的被切材料堆積而成，其硬度是

工件材料硬度的2-3倍，它可代替刀具切削刃進行切削。

（3）對刀具壽命的影響

積屑瘤包圍著刀具切削刃和刀具前面，減小刀具磨損，提高了刀具

教學基本內容方法及手段

壽命。但是積屑瘤的生長是一個不穩定的過程，積屑瘤隨時會發生破碎、

積屑瘤前端伸出切削刃外，導致切削厚度增大，不利于加工尺寸的精度。

(4)增大切削厚度

脫落，脫落的碎片會粘走刀面上的金屬材料，或者嚴重擦傷刀面，使

刀具壽命下降。

(5)降低工件表面質量

由于積屑瘤的外形不規則，使被切削工件表面不平整，又由于積屑瘤

不斷地破碎、脫落，脫落的碎片使工件表面粗糙，產生缺陷。

3.控制積屑瘤的措施

(1)降低工件材料的塑性

可減小刀一屑之間的摩擦系數，減少粘結，抑制積屑瘤的生長。

(2)控制切削速度

(3)增大刀具前角

可減小切削變形和切削溫度，從而可抑制積屑瘤的生長。

(4)合理使用切削液

既可減少切削摩擦，又可降低切削溫度，從而使積屑瘤的生長得到控

制。

五、鱗刺

鱗刺是在已加工表面上呈鱗片狀有裂口的毛刺。

切削金屬塑性材料時，若切削速度較低時，常常會產生鱗刺。鱗刺使

已加工表面質量下降，表面粗糙度值增大，鱗刺的形成過程可分為四個階

段。

金屬切削加工時，切屑沿著刀具前面流出，逐漸擦凈刀具前面上的潤

滑膜，使切屑與刀具前面之間的摩擦系數逐漸增大，當增大到一定值時使

切屑在刀具前面作短暫的停留。

(b)開裂階段

由于停留的切屑代替刀具前面推擠切削層，導致切削區產生裂口。

(c)層積階段

隨著推擠切削層的繼續，裂口繼續增大，同時切削力也在增大。

(d)刮成階段

當切削力增大到一定值時，切屑能克服前面的摩擦粘結，切屑又開始

沿刀具前面流出，一個鱗刺就這樣刮成了。

教學基本內容方法及手段

控制鱗刺的措施：

在低的切削速度（回=10m/min）時，減小進給量，增大刀具前角，

采用潤滑性能好的切削液，可抑制鱗刺的形成。

在高的切削速度（回=30m/min）時，工件材料調質處理，減小刀具

前角，可抑制鱗刺的形成。

高速切削，切削溫度在500℃以上，不會產生鱗刺。

六、影響切削變形的主要因素

（1）工件材料

工件材料強度越大，則變形系數越小，切削變形也越小，工件材料塑性越大，

則變形系數越大。

（2）刀具前角

刀具前角越大，則變形系數越小，

（3）切削速度

切削塑性金屬材料時，切削速度對切削變形的影響呈波浪形。

（4）進給量

進給量增大，則切削厚度增大，切削變形減小，變形因數減小。

參考資料:

備注:

注：課程教案按授課次數填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。

課程教案

授課時間第周第節課年月日課次6

授課方式理論課（J）討論課（）實踐課（）課時

2

（請打J）習題課（）其他（）安排

授課題目（教學章、節或主題）：

第二章金屬切削的基本知識

第六節切削力

教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：

目的：

要求：1.理解切削力的產生原因與分解

2.掌握影響切削力的主要因素

教學內容重點及難點：

重點：影響切削力的主要因素

難點：影響切削力的主要因素

教具

影響切削力的主要因素。

作業

思考題

本節主要講切削力的產生的分解以及影響切削力的主要因素。

課后小結

教學基本內容方法及手段

一、切削力的產生

切削加工時，工件材料抵抗刀具切削所產生的阻力稱為切削力。

切削加工時，在刀具作用下，被切削層金屬、切屑和已加工表面層金

屬都要產生彈性變形和塑性變形。如圖所示，有法向力FyN和FaN分別作

用于前、后刀面。由于切屑沿前刀面流出，故有摩擦力后作用于前刀面；

刀具與工件間有相對運動，又有摩擦力Fa作用于后刀面。與Fy合成為

Fy,YN；FaN與Fa合成為Fa,aN；F%yN與Fa,aNV再合成為F,F就是作用在刀具

上的總切削力。

綜上所述，切削力的來源有兩方面：一是切削層金屬、切屑和工件表

面層金屬的彈性變形、塑性變形所產生的抗力；二是刀具與切屑、工件表

面間的摩擦阻力。

教學基本內容方法及手段

二、總切削力的分解

通常將總切削力s分解為三個互相垂直的分力，即主切削力a,背向

力a,進給力0o

主切削力因總切削力在主運動方向上的分力。區使機床功率消耗的功

率最多，是計算機床功率、刀具強度，設計機床夾具，選

擇切削用量不可少的參數。

背向力岡總切削力在垂