题目
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[1]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: a→f→ v切削热: a→v→f切削温度: v→f→a刀具寿命: v→f→ a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[2]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[3]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[4]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
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[1]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: a→f→ v切削热: a→v→f切削温度: v→f→a刀具寿命: v→f→ a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[2]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[3]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[4]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
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[1]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: a→f→ v切削热: a→v→f切削温度: v→f→a刀具寿命: v→f→ a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[2]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[3]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[4]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
题目解答
答案
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。
解析
本题主要考察金属切削原理与刀具刀具相关知识，解题思路是根据题目所给的知识点串讲、重难点总结等内容，对每一个知识点进行理解和分析，然后结合具体的题目进行解答。
知识点串讲分析
- 刀具结构：首先要明白切削运动，它可分解为主运动和进给运动，主运动有且只有一个，进给运动可以有一个或几个。同时要知道切削过程中的三个表面，即已加工表面、待加工表面和加工表面（过渡表面）。切削用量（切削三要素）包括切削速度$v$、进给量$f$和背吃刀量$ap$（切削深度）。
- 刀具材料：刀具材料应满足高的硬度、高的耐磨性、高的耐热性、足够的强度和韧性、良好的工艺性、良好的基本要求，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、立方氮化硼等。
- 金属切削过程及其物理现象：切屑形成过程有第一变形区、第二变形区和第三变形区，切屑的类型有带状切屑、挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑等类型。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会产生，它有实际前角增大、增大切削厚度使表面表面粗糙度增加、影响刀具寿命等影响。
- 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为切削力：$a→f→ v$；切削热：$a→v→f$；切削温度：$v→f→a$；刀具寿命：$v→f→ a$。
- 刀具磨损与刀具寿命：刀具的磨损形式有前面磨损、后面磨损和边界磨损等，刀具磨损过程有初期磨损阶段、正常磨损和急剧磨损阶段等，刀具磨钝标准是以$1/2$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，刀具寿命是刀具两次刃磨之间所经历的实际切削时间，刀具的总寿命是刀具从第一次投入使用到完全报废时所经历的时间。
- 切削用量选择及工件材料加工性：合理切削用量的选择是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有调整材料的化学成分和采用热处理改善材料的切削加工性。
重难点例题讲解分析
对于试分析车刀安装高度对工作角度的影响这道题，根据前面知识点串讲中刀具角度的相关内容可知，当刀尖高于工作轴线时，前角增大，后角减小；当刀尖低于工作轴线时，前角减小后角增大。