緒

論本課程的內(nèi)容及要求金屬切削加工的地位和種類金屬切削發(fā)展簡(jiǎn)史金屬切削發(fā)展趨勢(shì)一二三四《金屬切削原理與刀具》分為兩部分：（1）原理部分討論的是金屬切削加工過(guò)程中一系列現(xiàn)象、理論和規(guī)律，以及對(duì)規(guī)律的控制及應(yīng)用。（2）刀具部分要學(xué)習(xí)常用標(biāo)準(zhǔn)刀具的結(jié)構(gòu)、工作原理、選擇使用方法以及常用非標(biāo)準(zhǔn)刀具的設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法（如成形車刀等）。一、本課程的內(nèi)容及要求1、本課程的內(nèi)容2、本課程的任務(wù)

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到下列基本要求：

1、掌握金屬切削過(guò)程的基本理論、基本規(guī)律；理解其應(yīng)用。

2、掌握刀具的幾何角度、常用刀具材料的性能和應(yīng)用范圍；理解常用金屬切削刀具的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用范圍，并能正確的選擇與使用。

3、能初步具有選擇合理的刀具材料、常用刀具合理的幾何參數(shù)、切削用量及其它切削加工條件的能力；初步掌握刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

4、了解金屬切削理論研究及刀具的最新成就和發(fā)展趨勢(shì)。

二、金屬切削加工的地位和種類1、金屬切削加工的地位

金屬加工方式→兩大類（1）熱加工（2）冷加工金屬切削加工在機(jī)械制造工業(yè)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中處于非常重要的地位。（無(wú)屑加工）鑄造、鍛壓、粉末冶金、焊接、熱處理及表面處理等。（有屑加工）金屬切削加工注：特種加工（電加工、電化學(xué)加工、激光加工等）屬于無(wú)屑加工范疇，是金屬切削加工中的一種特殊加工方法。金屬切削加工重要地位之體現(xiàn)制造業(yè)——?jiǎng)?chuàng)造財(cái)富占所有行業(yè)的2/3

機(jī)械制造業(yè)——制造業(yè)中的主導(dǎo)切削加工——機(jī)械制造過(guò)程中所占比重最大，用途最廣金屬切削機(jī)床——占機(jī)械制造中所用工作母機(jī)80％～90％美國(guó)——1000億美元日本——10000億日元我國(guó)——320億元美日德、英法——1000億美元、400億美元2、金屬切削加工的種類

幾種主要的切削加工方法：車削加工（外圓）銑削和刨削加工（平面、復(fù)雜幾何型面）鉆削、鏜削、鉸削加工（孔）磨削加工本課程會(huì)介紹切削加工的一般規(guī)律，分析影響切削加工的各種因素。三、金屬切削發(fā)展簡(jiǎn)史金屬切削機(jī)床發(fā)展1765年，JamesWatt發(fā)明蒸汽機(jī)1775年，英國(guó)J.Wilkinson研制成加工蒸汽機(jī)汽缸的鏜床，鏜削汽缸內(nèi)孔1797年，誕生滑動(dòng)刀架的車床1817年，創(chuàng)造了龍門刨床1818年，美國(guó)Eli.Whitney發(fā)明銑床1865年，巴黎國(guó)際博覽會(huì)前后，各式車床、鏜床、刨床、插床、齒輪機(jī)床和螺紋機(jī)床等相繼出現(xiàn)，相關(guān)刀具已制成金屬切削原理的研究始于19世紀(jì)中葉。1851年，法國(guó)人M.Cocquilhat最早測(cè)量了鉆頭切削鑄鐵等材料時(shí)的扭矩,列出了切除單位體積材料所需功的表格。1864年，法國(guó)人Joessel研究了刀具幾何形狀對(duì)切削力的影響。1870年,俄國(guó)人И.Α.TИMe研究了切屑的形成和切屑類型，提出了金屬材料在刀具的前方不僅受擠壓而且受剪切的觀點(diǎn)。

1896年，俄國(guó)人Α.Α.布里克斯開始將塑性變形的概念引入金屬切削。至此，切屑形成才有了較完整的解釋。1904年，英國(guó)人J.F.尼科爾森制造了第一臺(tái)三向測(cè)力儀，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美國(guó)人F.W.Taylor研究了切削速度對(duì)刀具壽命的影響，發(fā)表了著名的泰勒公式。1915年，俄國(guó)人Я.Γ.烏薩喬夫?qū)犭娕疾宓娇拷邢魅械男】字袦y(cè)得了刀具表面的溫度(常稱人工熱電偶法)，并用實(shí)驗(yàn)方法找出這一溫度同切削條件間的關(guān)系。

1924～1926年,英國(guó)人E.G.赫伯特、美國(guó)人H.肖爾和德國(guó)人K.科特文各自獨(dú)立地利用刀具同工件間自然產(chǎn)生熱電勢(shì)的原理測(cè)出了平均溫度（常稱自然熱電偶法）。1938～1940年美國(guó)人H.厄恩斯特和M.E.麥錢特利用高速攝影機(jī)通過(guò)顯微鏡拍攝了切屑形成過(guò)程，并且用摩擦力分析和解釋了斷續(xù)切屑和連續(xù)切屑的形成機(jī)理。

40年代以來(lái)，各國(guó)學(xué)者系統(tǒng)地總結(jié)和發(fā)展了前人的研究成果，充分利用近代技術(shù)和先進(jìn)的測(cè)試手段，取得了很多新成就，發(fā)表了大量的論文和專著。例如，美國(guó)人S.拉馬林加姆和J.T.布萊克于1972年通過(guò)掃描電鏡利用微型切削裝置對(duì)切屑形成作了動(dòng)態(tài)觀察，得到用位錯(cuò)力學(xué)解釋切屑形成的實(shí)驗(yàn)根據(jù)。刀具材料變革（機(jī)械制造業(yè)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗要求）1780～1898年，碳素工具鋼、合金工具鋼，v=6～12m/min1898年，美國(guó)F.W.Taylor和White發(fā)明高速鋼，v提高2～3倍1923年，德國(guó)研制WC-Co硬質(zhì)合金，v提高2～4倍1960年后，開發(fā)新牌號(hào)硬質(zhì)合金和陶瓷、人造金剛石、立方氮化硼等，加工各種難加工材料1970年后，表面涂層高速鋼、硬質(zhì)合金極大提高了刀具切削性能我國(guó)金屬切削加工技術(shù)的發(fā)展概況我國(guó)古代切削加工技術(shù)就有光輝成就商代－青銅刀具，如刀、鉆、鋸、銼等公元前8世紀(jì)春秋時(shí)代－鐵制鋸、鑿等工具（中晚期-《考工記》，介紹木工、金工等專業(yè)知識(shí)，“材美工巧”。）公元1668年－馬拉銑床、腳踏砂輪機(jī)1915年－上海榮昌泰機(jī)器廠制出國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)車床1947年－民用機(jī)械工業(yè)三千多家，機(jī)床兩萬(wàn)多臺(tái)，使用工具鋼刀具我國(guó)金屬切削加工技術(shù)的發(fā)展概況

建國(guó)以來(lái)，我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)不斷壯大，金屬切削加工技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。設(shè)立專門科研機(jī)構(gòu)，建立了四大工具廠，推廣高速切削、強(qiáng)力切削等先進(jìn)的切削方法；在金屬切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損和刀具耐用度、以及加工質(zhì)量等方面都取得了一定水平的科研成果；廣泛推廣應(yīng)用硬質(zhì)合金刀具，改革刀具。

80年代以后，我國(guó)金屬切削技術(shù)達(dá)到較高的水平，計(jì)算機(jī)已在切削理論研究和刀具設(shè)計(jì)中應(yīng)用，各種先進(jìn)的測(cè)試儀器已應(yīng)用于切削機(jī)理的分析和研究中，并取得一系列科研成果。

我國(guó)金屬切削理論研究及加工技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平差距很大。機(jī)床三化（數(shù)控化、柔性化、智能化）切削磨削加工三化（高速化、高精度化、自動(dòng)化）促進(jìn)我國(guó)傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)的改造，日益取得明顯成果。四、金屬切削發(fā)展趨勢(shì)二十一世紀(jì)切削加工技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)

發(fā)展高速高精度切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的發(fā)展新階段

1、高速高精度切削成為切削加工的新工藝

以高速切削為代表的干切削、硬切削等新型切削工藝，符合制造技術(shù)為提高加工效率和質(zhì)量、降低成本、縮短開發(fā)周期對(duì)切削加工提出的要求。

當(dāng)代的高速切削不只是切削速度的提高，而是需要在制造技術(shù)全面進(jìn)步和進(jìn)一步創(chuàng)新上，達(dá)到切削速度和進(jìn)給速度的成倍提高，并帶動(dòng)傳統(tǒng)切削工藝的變革和創(chuàng)新，使制造業(yè)整體切削加工效率有顯著的提高。銑削：CBN銑削灰鑄鐵1000－2000m/min

車削：氮化硅陶瓷車削灰鑄鐵500－700m/min

滾齒：硬質(zhì)合金滾刀加工16MnCr5350m/min

2、實(shí)現(xiàn)難加工材料加工技術(shù)的重大突破

長(zhǎng)期以來(lái)，難加工材料如奧氏體不銹鋼、高錳鋼等用量將迅速增加，加工的矛盾更加突出。與此同時(shí)，產(chǎn)品的材料構(gòu)成將不斷優(yōu)化，新的工程材料也不斷問(wèn)世，而每一種新型材料的采用都對(duì)切削加工提出了新的要求。

我們必須探索從根本上解決難加工材料大量使用及其品種性能多樣化帶來(lái)的世紀(jì)性難題，創(chuàng)新加工技術(shù)，開發(fā)包括激光在內(nèi)的新“刀刃”和加工方法。3、滿足制造業(yè)對(duì)切削加工新技術(shù)和新產(chǎn)品空前高漲的需求

產(chǎn)品多樣化和個(gè)性化的趨勢(shì)將進(jìn)一步加劇，制造業(yè)的產(chǎn)品更新速度也勢(shì)必大大加快。每一種新產(chǎn)品的開發(fā)都意味著零件功能、結(jié)構(gòu)、材料的重大變更，也是對(duì)切削加工提出新的開發(fā)任務(wù)。企業(yè)必須投資新項(xiàng)目、革新現(xiàn)有加工方法、發(fā)揮切削加工特長(zhǎng)、增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。4、迎接人類社會(huì)進(jìn)步對(duì)切削加工的挑戰(zhàn)

實(shí)行降耗、節(jié)能、節(jié)材、減廢、有利于環(huán)境保護(hù)和人身健康的、實(shí)行清潔安全生產(chǎn)的“綠色工程”。實(shí)行“綠色工程”，開發(fā)“綠色制造技術(shù)”是新世紀(jì)切削加工發(fā)展的重要課題。未來(lái)金屬切削加工發(fā)展趨勢(shì)之一

——干式加工

近年來(lái)，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，非常重視干式切削，為了貫徹環(huán)境保護(hù)政策，更是大力研究、開發(fā)和實(shí)施這種新型加工方法。切削液在工作中對(duì)降低切削溫度起了很好的作用，也有利于斷屑和排屑，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題，冷卻液的使用、存儲(chǔ)、保潔和處理等都十分繁瑣，且成本很高。切削液對(duì)環(huán)境和操作者身體健康的危害一直受到使用限制。切削液的處理也不經(jīng)濟(jì)，這些費(fèi)用常常被低估，因?yàn)樗鼈儼陂g接費(fèi)用之中。據(jù)美國(guó)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，在集中冷卻液加工系統(tǒng)中，切削液占總成本的14%-16%，刀具成本只占2%-4%。據(jù)預(yù)測(cè)如果20%的切削加工采用干式加工，總的制造成本可降低1.6%。因此未來(lái)加工的方向是采用盡量少的切削液，耐高溫切削材料和涂層，使得干加工在機(jī)械制造領(lǐng)域變?yōu)榭赡堋?/p>

金屬切削刀具的發(fā)展趨勢(shì)１、開發(fā)高性能的刀具材料

刀具材料技術(shù)的發(fā)展對(duì)刀具技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，開發(fā)新型刀具材料和強(qiáng)化現(xiàn)有的刀材，如硬質(zhì)合金、陶瓷等的性能，研發(fā)適應(yīng)硬切削、干式切削和高速切削的高性能刀具材料是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。２、開發(fā)精密和超精密加工刀具

這類刀具的研究代表了一個(gè)國(guó)家制造領(lǐng)域的高技術(shù)水準(zhǔn)，直接影響到機(jī)械、國(guó)防、電子、計(jì)算機(jī)等許多方面的發(fā)展。超精密刀具技術(shù)主要是金剛石刀具刃磨技術(shù)和其他新型超硬刀具材料的研究與開發(fā)。３、開發(fā)多功能刀具

多功能刀具是指用一把刀就能實(shí)現(xiàn)數(shù)把刀才能實(shí)現(xiàn)的加工，即實(shí)現(xiàn)一次安裝多次走刀完工的要求。發(fā)展這樣的刀具可有效避免頻繁換刀和對(duì)刀，減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率和加工精度。４、開發(fā)適應(yīng)性超強(qiáng)的柔性化刀具

當(dāng)今材料種類繁多，如一種或幾種材料對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)一把專用刀具，不但會(huì)造成刀具的設(shè)計(jì)、制造、管理和選用等許多麻煩問(wèn)題，而且各種制造、管理費(fèi)用也高。因此，開發(fā)通用性好、適應(yīng)性強(qiáng)，能夠在多種條件下均能正常工作的刀具是刀具業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。５、開發(fā)高速切削刀具

高速切削技術(shù)是切削技術(shù)發(fā)展的方向，其優(yōu)勢(shì)在于只需切一刀就可高速切除大量的多余材料而又達(dá)到很高的加工精度和表面質(zhì)量。而高速切削技術(shù)所依賴的關(guān)鍵技術(shù)之一就是相應(yīng)的高速切削刀具。６、開發(fā)環(huán)保型刀具

環(huán)境保護(hù)是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的需要。近年來(lái)的“綠色制造工程”、“無(wú)公害切削技術(shù)”、“清潔化生產(chǎn)”等應(yīng)運(yùn)而