第2章金屬切削過程及切削參數(shù)的優(yōu)化

1、 p切削變形切削變形p切削力切削力p切削熱切削熱p刀具磨損及切削用量選擇刀具磨損及切削用量選擇p刀具幾何參數(shù)選擇刀具幾何參數(shù)選擇p切削用量選擇切削用量選擇 從材料力學(xué)中得知，金屬材料從材料力學(xué)中得知，金屬材料受擠壓時(shí)，其內(nèi)部材料產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)受擠壓時(shí)，其內(nèi)部材料產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變（如圖所示），在大約與受力方變（如圖所示），在大約與受力方向成向成45（圖中和方向即（圖中和方向即剪切方向）的斜截面內(nèi)剪應(yīng)力最大，剪切方向）的斜截面內(nèi)剪應(yīng)力最大，開始是彈性變形，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到材開始是彈性變形，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，剪切變形進(jìn)入塑料的屈服極限時(shí)，剪切變形進(jìn)入塑性流動(dòng)階段，材料內(nèi)部沿著剪切面性流動(dòng)階段，材料內(nèi)

2、部沿著剪切面發(fā)生相對(duì)滑移，材料就被壓扁（塑發(fā)生相對(duì)滑移，材料就被壓扁（塑性材料）或剪斷（脆性材料）。性材料）或剪斷（脆性材料）。 金屬切削過程金屬切削過程與上述擠壓與上述擠壓相似，只是在切削加工時(shí)，受相似，只是在切削加工時(shí)，受切削層下方（切削層下方（BD線以下）材料線以下）材料的阻礙，切削層材料不能沿的阻礙，切削層材料不能沿CB方向滑移，只能沿剪切面方向滑移，只能沿剪切面DA向向上滑移，于是，切削層材料就上滑移，于是，切削層材料就轉(zhuǎn)變?yōu)榍行肌＾D(zhuǎn)變?yōu)榍行?。切削過程的機(jī)理切削過程的機(jī)理 刀具擠壓工件，產(chǎn)生彈性變形刀具擠壓工件，產(chǎn)生彈性變形 塑性變形塑性變形 擠裂擠裂 切離切離 金屬切削過程金屬切削

3、過程可以描述為：工件的被切削金屬層在刀可以描述為：工件的被切削金屬層在刀具前刀面的推擠下，隨著外力增加，金屬先后產(chǎn)生彈性變形、具前刀面的推擠下，隨著外力增加，金屬先后產(chǎn)生彈性變形、塑性變性，并使金屬晶格產(chǎn)生滑移，而后斷裂沿著剪切面塑性變性，并使金屬晶格產(chǎn)生滑移，而后斷裂沿著剪切面（滑移面）產(chǎn)生剪切變形并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行嫉倪^程。（滑移面）產(chǎn)生剪切變形并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行嫉倪^程。視頻視頻Dchhhh chclll 1 lh sin)cos(sin)cos(ooDchOMOMhh)90()90(180oOMG o 2. 2. 剪應(yīng)變剪應(yīng)變： 金屬切削過金屬切削過程中的變形是剪切程中的變形是剪切滑移，采用剪應(yīng)變滑移

4、，采用剪應(yīng)變來衡量變形程度更來衡量變形程度更為合理。為合理。NMNPtg KMPtgNMKtg 90NMKPMQKMQKMP KMQ0 PMQ0 KMP)(otgctg )cos(sincosoo o sin)cos(sin)cos(ooDchOMOMhh 224o ）公公式式稱稱為為麥麥切切特特（ntM.E.Mercha o 4）公公式式謝謝弗弗（稱稱為為李李Shaffer Lee -角角是是切切屑屑和和前前刀刀面面的的摩摩擦擦式式中中 : o o224 o 4 通過設(shè)置斷屑槽對(duì)流動(dòng)中的切屑施加一定的約束力，使切通過設(shè)置斷屑槽對(duì)流動(dòng)中的切屑施加一定的約束力，使切屑應(yīng)變?cè)龃?，切屑卷曲半徑減小。

5、屑應(yīng)變?cè)龃?，切屑卷曲半徑減小。 增大刀具主偏角增大刀具主偏角r ，切削厚度變大，有利于斷屑；，切削厚度變大，有利于斷屑； 減小刀具前角減小刀具前角o可使切屑變形加大，切屑易于折斷；可使切屑變形加大，切屑易于折斷； 刃傾角刃傾角s可以控制切屑的流向，可以控制切屑的流向，s為正值時(shí)，切屑常卷曲為正值時(shí)，切屑常卷曲后后 碰到后刀面折斷形成碰到后刀面折斷形成C形屑或自然流出形成螺卷屑。形屑或自然流出形成螺卷屑。s為負(fù)值時(shí)，切屑常卷曲后碰到已加工表面折斷成為負(fù)值時(shí)，切屑常卷曲后碰到已加工表面折斷成C形屑或形屑或6字形屑。字形屑。 提高進(jìn)給量提高進(jìn)給量 f使切削厚度增大，對(duì)斷屑有利；但增大使切削厚度增大，

6、對(duì)斷屑有利；但增大 f會(huì)增會(huì)增大加工表面粗糙度。適當(dāng)?shù)亟档颓邢魉俣仁骨邢髯冃卧龃?，也大加工表面粗糙度。適當(dāng)?shù)亟档颓邢魉俣仁骨邢髯冃卧龃?，也有利于斷屑，但這會(huì)降低材料切除效率。須根據(jù)實(shí)際條件適當(dāng)有利于斷屑，但這會(huì)降低材料切除效率。須根據(jù)實(shí)際條件適當(dāng)選擇切削用量。選擇切削用量。切削過程中刀具上的積屑瘤切削過程中刀具上的積屑瘤 由于刀屑接觸面很潔凈，由于刀屑接觸面很潔凈，切削塑性材料時(shí)，在粘結(jié)摩切削塑性材料時(shí)，在粘結(jié)摩擦和滯留的作用下，當(dāng)前刀擦和滯留的作用下，當(dāng)前刀面上的溫度和壓力適宜時(shí)，面上的溫度和壓力適宜時(shí)，切屑底層金屬粘結(jié)前刀面的切屑底層金屬粘結(jié)前刀面的刃口附近（即所謂的刃口附近（即所謂的“冷

7、冷焊焊”），形成硬度很高（是），形成硬度很高（是工件材料的工件材料的23倍倍)的一個(gè)的一個(gè)楔塊，稱為積屑瘤。楔塊，稱為積屑瘤。刀具刀具積屑瘤切屑切屑 積屑瘤前角和伸出積屑瘤前角和伸出量量 積屑瘤前角和伸出積屑瘤前角和伸出量量 增大前角，減小切削力增大前角，減小切削力 積屑瘤在刀面上增大了刀積屑瘤在刀面上增大了刀具的實(shí)際工作前角，可減小具的實(shí)際工作前角，可減小切屑變形，減小切削力。切屑變形，減小切削力。 影響尺寸精度影響尺寸精度 積屑瘤前端伸出刀刃外，使積屑瘤前端伸出刀刃外，使切削厚度增加了，影響工件切削厚度增加了，影響工件尺寸精度。尺寸精度。 增大表面粗糙度值增大表面粗糙度值 高度不穩(wěn)定的積屑

8、瘤會(huì)在高度不穩(wěn)定的積屑瘤會(huì)在工件表面上劃出溝痕和擠歪工件表面上劃出溝痕和擠歪已有溝痕，脫落后的積屑瘤已有溝痕，脫落后的積屑瘤顆粒會(huì)嵌在已加工表面上，顆粒會(huì)嵌在已加工表面上，增大表面粗糙度值。增大表面粗糙度值。 減小刀具磨損減小刀具磨損 積屑瘤象帽子保護(hù)著切削積屑瘤象帽子保護(hù)著切削刃，代替切削刃、前刀面和刃，代替切削刃、前刀面和后刀面進(jìn)行切削，減小刀具后刀面進(jìn)行切削，減小刀具的磨損。的磨損。 主要取決于切削溫度。此外，接觸面間的壓力、粗糙主要取決于切削溫度。此外，接觸面間的壓力、粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。程度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。 工件材料工件材料 塑

9、性越大，切削溫度越高，越容易形成積屑瘤?？梢运苄栽酱螅邢鳒囟仍礁?，越容易形成積屑瘤?？梢圆捎谜鸹蛘{(diào)質(zhì)處理避免積屑瘤的生成。采用正火或調(diào)質(zhì)處理避免積屑瘤的生成。 刀具前角刀具前角增大前角，可以減小切屑變形、切削力和摩擦，降低切增大前角，可以減小切屑變形、切削力和摩擦，降低切削溫度，抑制積屑瘤的生成。削溫度，抑制積屑瘤的生成。 切削速度切削速度實(shí)驗(yàn)表明，采用實(shí)驗(yàn)表明，采用低速（低速（vc 3m/min）或 較 高 速 （或 較 高 速 （ vc40m/min）切削時(shí)，）切削時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤。不易產(chǎn)生積屑瘤。 另外，使用切削液可有效降低切削溫度和摩擦，抑制積屑另外，使用切削液可有效降低切削溫度

10、和摩擦，抑制積屑瘤的產(chǎn)生。瘤的產(chǎn)生。切削速度與積屑瘤高度的關(guān)系切削速度與積屑瘤高度的關(guān)系未施加任何外力作用情況下，材料內(nèi)部保持平衡而存在的未施加任何外力作用情況下，材料內(nèi)部保持平衡而存在的應(yīng)力。應(yīng)力。 殘余張應(yīng)力：殘余張應(yīng)力： 易使加工表面產(chǎn)生裂紋，降低零件疲勞強(qiáng)度易使加工表面產(chǎn)生裂紋，降低零件疲勞強(qiáng)度殘余壓應(yīng)力：殘余壓應(yīng)力： 有利于提高零件疲勞強(qiáng)度有利于提高零件疲勞強(qiáng)度殘余應(yīng)力分布不均：殘余應(yīng)力分布不均： 會(huì)使工件發(fā)生變形，影響形狀和尺寸精度會(huì)使工件發(fā)生變形，影響形狀和尺寸精度熱塑變形效應(yīng)：熱塑變形效應(yīng)：表層張應(yīng)力，里層壓應(yīng)力表層張應(yīng)力，里層壓應(yīng)力里層金屬彈性恢復(fù)：里層金屬彈性恢復(fù)：若里層金

11、屬產(chǎn)生壓縮變形，則彈性若里層金屬產(chǎn)生壓縮變形，則彈性恢復(fù)后表層得到壓應(yīng)力，里層為張應(yīng)力恢復(fù)后表層得到壓應(yīng)力，里層為張應(yīng)力表層金屬相變：表層金屬相變：影響復(fù)雜，若切削區(qū)溫度超過相變溫度影響復(fù)雜，若切削區(qū)溫度超過相變溫度，則珠光體受熱轉(zhuǎn)變成奧氏體，冷卻后又轉(zhuǎn)變成馬氏體，則珠光體受熱轉(zhuǎn)變成奧氏體，冷卻后又轉(zhuǎn)變成馬氏體，體積膨脹，表層產(chǎn)生壓應(yīng)力體積膨脹，表層產(chǎn)生壓應(yīng)力實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)是上述各因素影響的綜合結(jié)果實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)是上述各因素影響的綜合結(jié)果控制切削過程：控制切削過程：盡可能減小殘余應(yīng)力；盡可能減小殘余應(yīng)力；時(shí)效處理：時(shí)效處理：最大限度減小殘余應(yīng)力；最大限度減小殘余應(yīng)力；殘余壓應(yīng)力的利用：殘余壓應(yīng)力的

12、利用：采用滾壓、噴丸等方法。采用滾壓、噴丸等方法。已加工表面表層金屬硬度高于里層金屬硬度的現(xiàn)象已加工表面表層金屬硬度高于里層金屬硬度的現(xiàn)象加工表面嚴(yán)重變形層內(nèi)金屬晶格拉長(zhǎng)、擠緊、扭曲、碎裂加工表面嚴(yán)重變形層內(nèi)金屬晶格拉長(zhǎng)、擠緊、扭曲、碎裂，使表層組織硬化，使表層組織硬化硬化程度硬化程度00100%HHNH式中式中 H 硬化層顯微硬度（硬化層顯微硬度（HV）；）； H0 基體層顯微硬度（基體層顯微硬度（HV）。）。硬化層深度硬化層深度指硬化層深入基體的距離指硬化層深入基體的距離hd（m）減小切削變形：提高切速，加大前角，減小刃口半徑等；減小切削變形：提高切速，加大前角，減小刃口半徑等；減小摩擦：

13、如加大后角，提高刀具刃磨質(zhì)量等；減小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨質(zhì)量等；進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼＞啾砻嫔疃染啾砻嫔疃菻VH0hiH0加工硬化與表面深度的關(guān)系加工硬化與表面深度的關(guān)系 影響切削變形的因素很多，主要有：工件材料、刀具前角、影響切削變形的因素很多，主要有：工件材料、刀具前角、切削速度、切削厚度。切削速度、切削厚度。材料強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響材料強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響工件材料的強(qiáng)度、硬工件材料的強(qiáng)度、硬度越大，切屑變形越度越大，切屑變形越小。圖示為工件材料小。圖示為工件材料的強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的的強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響。影響。前角對(duì)變形系數(shù)的影響前角對(duì)變形系數(shù)的影響 刀具的前角越大

14、，刀具的前角越大，切削刃就越鋒利，對(duì)切削刃就越鋒利，對(duì)切削層金屬的擠壓也切削層金屬的擠壓也就越小，剪切角就越就越小，剪切角就越大，所以，切屑變形大，所以，切屑變形也就越小。也就越小。 無積屑瘤的情況下，切無積屑瘤的情況下，切削速度越高，削速度越高， 變形越小。變形越小。 有積屑瘤的情況下，切有積屑瘤的情況下，切削速度主要是通過積屑瘤削速度主要是通過積屑瘤和切削溫度使剪切角發(fā)生和切削溫度使剪切角發(fā)生變化而影響切屑變形的。變化而影響切屑變形的。 如圖所示，在切削碳鋼等塑性金屬時(shí)，變形系數(shù)隨切削速度增如圖所示，在切削碳鋼等塑性金屬時(shí)，變形系數(shù)隨切削速度增大呈波形大呈波形變換，這是因?yàn)樵谳^寬的切削速度

15、范圍內(nèi)，中間有一部變換，這是因?yàn)樵谳^寬的切削速度范圍內(nèi)，中間有一部分區(qū)域會(huì)生成積屑瘤，而高速端和低速端卻沒有積屑瘤。分區(qū)域會(huì)生成積屑瘤，而高速端和低速端卻沒有積屑瘤。 切削速度對(duì)變形系數(shù)的影響切削速度對(duì)變形系數(shù)的影響 隨著切削厚度的增加，摩隨著切削厚度的增加，摩擦因數(shù)減小，擦因數(shù)減小，增大，變形系增大，變形系數(shù)數(shù)減小。如圖所示。減小。如圖所示。 切屑底層的金屬與前刀面切屑底層的金屬與前刀面產(chǎn)生劇烈的擠壓和摩擦，離前產(chǎn)生劇烈的擠壓和摩擦，離前刀面越遠(yuǎn)，切削層變形越小，刀面越遠(yuǎn)，切削層變形越小，因此，切削厚度的增加，使切因此，切削厚度的增加，使切屑的平均變形減小。屑的平均變形減小。切削厚度對(duì)變形系

16、數(shù)的影響切削厚度對(duì)變形系數(shù)的影響 切削力的來源有兩方面：切削力的來源有兩方面： 切削層金屬、切屑和工切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性變件表面層金屬的彈性變形、塑性變形所產(chǎn)生的形、塑性變形所產(chǎn)生的抗力；抗力； 刀具與切屑、工件表面刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。間的摩擦阻力。 后后刀刀面面上上的的摩摩擦擦力力。應(yīng)應(yīng)力力；后后刀刀面面上上的的彈彈、塑塑形形壓壓前前刀刀面面上上的的摩摩擦擦力力；應(yīng)應(yīng)力力；前前刀刀面面上上的的彈彈、塑塑形形壓壓 F F F Fnn 222fpcFFFFrFcFFpFf pFfFf pFf pfv切削力的分解切削力的分解F 切削合力切削合力Fc主切削力主切削力F

17、p切深抗力切深抗力Ff進(jìn)給抗力進(jìn)給抗力cfcpF).(FF).(F601070150)N(KfaCF)N(KfaCF)N(KfaCFffFfFfppFpFpccFcFcFyxpFfFyxpFpFyxpFc式中各種系數(shù)和指數(shù)均可在切削用量手冊(cè)中查到。式中各種系數(shù)和指數(shù)均可在切削用量手冊(cè)中查到。 用單位切削力用單位切削力p來計(jì)算主切削力是一種更簡(jiǎn)便的形式；來計(jì)算主切削力是一種更簡(jiǎn)便的形式； 單位切削力單位切削力p是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的主切削力。是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的主切削力。)(111 mmN faKCfaKfaCAFpcFcFccccFcFcyxpFFpFyxpFDcccFpFD

18、cKafpKApF 估算切削力：估算切削力：)kw()fnFvF()FvFvF(Pwfccpffccc 33101000100 在一般切削加工中，在一般切削加工中，F(xiàn)fFc，而進(jìn)給速度又很小，因此，而進(jìn)給速度又很小，因此Ff消耗的功率很?。ㄏ牡墓β屎苄。?%），可以忽略不計(jì)。），可以忽略不計(jì)。)kw(vFPccc100085. 075. 0 cEPP機(jī)床總功率：機(jī)床總功率： 工件材料的物理力學(xué)性能、加工硬化程度、熱處理工件材料的物理力學(xué)性能、加工硬化程度、熱處理情況都影響切削力的大小，其中影響較大的主要因素是情況都影響切削力的大小，其中影響較大的主要因素是強(qiáng)度、硬度和塑性。強(qiáng)度、硬度和塑性。

19、 工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削力越大削力越大; ; 在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性（伸長(zhǎng)在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性（伸長(zhǎng)率）、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越率）、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大大，切削力也就越大; ; 加工硬化程度大，切削力也增大。加工硬化程度大，切削力也增大。 切削深度與切削力近似成正比切削深度與切削力近似成正比, ,在經(jīng)驗(yàn)公式化中在經(jīng)驗(yàn)公式化中ap的指數(shù)近似的指數(shù)近似為為1 1； 進(jìn)給量增加，切削力增加，但不成正比；在經(jīng)驗(yàn)公式中進(jìn)給量增加，切削力增加，但不成正比；

20、在經(jīng)驗(yàn)公式中f的指的指數(shù)小于數(shù)小于1 1；5 19 28 35 55 100 130 切削速度切削速度 v（m/min） 981784588主切削力主切削力Fc（N） 切削速度對(duì)切削力影響復(fù)雜（如圖示）。切削速度對(duì)切削力影響復(fù)雜（如圖示）。 在中、高速下：在中、高速下： vc T Fc ； 在低速下：積屑瘤的存在與否，決定著切削速度對(duì)切削力在低速下：積屑瘤的存在與否，決定著切削速度對(duì)切削力 的影響情況，在積屑瘤生長(zhǎng)階段，的影響情況，在積屑瘤生長(zhǎng)階段，vc，積屑瘤高度增加，積屑瘤高度增加， Fc ；積屑瘤減小階段，；積屑瘤減小階段， vc，積屑瘤高度減小積屑瘤高度減小， Fc 。 前角前角0 ：

21、0，切削力減小，切削力減小 主偏角主偏角r ：對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和進(jìn)給：對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（抗力影響顯著（ r Fp，F(xiàn)f）前角對(duì)前角對(duì)0切削力的影響切削力的影響前角前角0切削力切削力F0 - Fc0 Fp0 Ff主偏角主偏角r對(duì)切削力的影響對(duì)切削力的影響主偏主偏角角r / 切削力切削力/ N3045607590r - Fcr Ffr Fp2006001000140018002200刃傾角刃傾角s s：與主偏角相似，與主偏角相似，刃傾角刃傾角s對(duì)主切削力影響對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（不大，對(duì)吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（ s Fp

22、，F(xiàn)f）負(fù)倒棱：負(fù)倒棱：前刀面上的負(fù)倒棱能顯著提高刀具的刃口前刀面上的負(fù)倒棱能顯著提高刀具的刃口強(qiáng)度，可以提高刀具壽命；但負(fù)倒棱使切削變形增加強(qiáng)度，可以提高刀具壽命；但負(fù)倒棱使切削變形增加，所以切削力增大。，所以切削力增大。 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑 r ：對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力：對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（和進(jìn)給抗力影響顯著（ r Fp，F(xiàn)f） ； 刀具材料：刀具材料：與工件材料之間的親合性影響其間的摩與工件材料之間的親合性影響其間的摩擦，而影響切削力擦，而影響切削力 ； 切削液：切削液：有潤(rùn)滑作用，使切削力降低有潤(rùn)滑作用，使切削力降低 ； 后刀面磨損：使切削力

23、增大，對(duì)吃刀抗力后刀面磨損：使切削力增大，對(duì)吃刀抗力Fp的影響的影響最為顯著最為顯著 。 切削過程變形和摩擦所消耗功切削過程變形和摩擦所消耗功， 絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠峤^大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠?切削熱的主要來源切削熱的主要來源 QA=QD+QFF+QFR式中：式中：QD , QFF , QFR分別為切削層變形、前刀面摩擦、后分別為切削層變形、前刀面摩擦、后 刀面摩擦產(chǎn)生的熱量刀面摩擦產(chǎn)生的熱量)s/J(vFQcc熱：熱：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的切削單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的切削 切削熱由切屑、工件、刀切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣空氣) )等傳散出去。等傳散出去。 影響熱傳導(dǎo)的

24、主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以及周圍介質(zhì)的狀況。工件的導(dǎo)熱系數(shù)越大，則通過工件和切屑及周圍介質(zhì)的狀況。工件的導(dǎo)熱系數(shù)越大，則通過工件和切屑傳走的熱量越多，切削區(qū)的溫度降低，有利于提高刀具的耐用傳走的熱量越多，切削區(qū)的溫度降低，有利于提高刀具的耐用度，但工件的溫度升高了，就會(huì)降低工件加工精度。刀具的導(dǎo)度，但工件的溫度升高了，就會(huì)降低工件加工精度。刀具的導(dǎo)熱系數(shù)越大，則通過刀具傳走的熱量越多，可降低切削區(qū)的溫?zé)嵯禂?shù)越大，則通過刀具傳走的熱量越多，可降低切削區(qū)的溫度。度。工件工件切屑切屑刀具刀具切削熱的傳出切削熱的傳出介質(zhì)介質(zhì)介質(zhì)介質(zhì)介質(zhì)介質(zhì)

25、加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具車削車削5080%1040%5%銑削銑削70%50%15%磨削磨削4%80%12%在不使用冷卻液的情況下，切屑、工件、刀具熱量傳出比例在不使用冷卻液的情況下，切屑、工件、刀具熱量傳出比例 一般指切屑與前刀一般指切屑與前刀面接觸區(qū)域的平均溫度，由于面接觸區(qū)域的平均溫度，由于刀具上各點(diǎn)與三個(gè)熱源（三個(gè)刀具上各點(diǎn)與三個(gè)熱源（三個(gè)變形區(qū)）的距離不同，因此刀變形區(qū)）的距離不同，因此刀具上各點(diǎn)的溫度分布不均勻。具上各點(diǎn)的溫度分布不均勻。 切削塑性材料時(shí)，切屑沿切削塑性材料時(shí)，切屑沿前刀面流出時(shí)，熱量累積導(dǎo)致前刀面流出時(shí)，熱量累積導(dǎo)致溫度升高，而熱傳導(dǎo)又十分不溫度升高

26、，而熱傳導(dǎo)又十分不利，在距離刀尖一定長(zhǎng)度的地利，在距離刀尖一定長(zhǎng)度的地方溫度最高，刀具磨損也是在方溫度最高，刀具磨損也是在此處開始。此處開始。切削塑性材料時(shí)，刀具、切切削塑性材料時(shí)，刀具、切屑和工件的溫度分布示意圖屑和工件的溫度分布示意圖 在切脆性材料時(shí)，切屑呈崩碎在切脆性材料時(shí)，切屑呈崩碎狀，第一區(qū)的塑性變形不嚴(yán)重，與狀，第一區(qū)的塑性變形不嚴(yán)重，與前刀面的接觸長(zhǎng)度很短，使第二區(qū)前刀面的接觸長(zhǎng)度很短，使第二區(qū)的摩擦減小，因此，第一區(qū)和第二的摩擦減小，因此，第一區(qū)和第二區(qū)的溫度不高，只有第三區(qū)的工件區(qū)的溫度不高，只有第三區(qū)的工件與刀尖的摩擦熱是主要熱源，這時(shí)與刀尖的摩擦熱是主要熱源，這時(shí)刀具上溫

27、度最高點(diǎn)是在刀尖且靠近刀具上溫度最高點(diǎn)是在刀尖且靠近后刀面的地方，磨損也從此處開始后刀面的地方，磨損也從此處開始。 切削塑性材料切削塑性材料 前刀面靠近刀尖處溫度最高。前刀面靠近刀尖處溫度最高。 切削脆性材料切削脆性材料 后刀面靠近刀尖處溫度最高。后刀面靠近刀尖處溫度最高。200200以下以下切屑呈銀白色切屑呈銀白色220220切屑呈淡黃色切屑呈淡黃色270270切屑呈暗紅色切屑呈暗紅色290300 290300 切屑呈暗藍(lán)色切屑呈暗藍(lán)色320 320 切屑呈藍(lán)色切屑呈藍(lán)色350 350 切屑呈藍(lán)灰色切屑呈藍(lán)灰色400 400 切屑呈灰白色切屑呈灰白色500 500 切屑呈紫黑色切屑呈紫黑色式

28、中式中 用自然熱電偶法測(cè)出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度用自然熱電偶法測(cè)出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度( C)； C 與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù)；與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù)； Z、Y、X vc、f、ap 的指數(shù)。的指數(shù)。經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式ZyxcpCvf a基于高速鋼刀具切削基于高速鋼刀具切削 切削溫度的系數(shù)及指數(shù)切削溫度的系數(shù)及指數(shù)加工方法加工方法車削車削1401700.350.480.10銑削銑削80鉆削鉆削150 在切削用量三要素中，在切削用量三要素中，vc的指數(shù)最大，的指數(shù)最大，f次之，次之，ap最小，最小，vcfap。這說明切削速度

29、對(duì)切削溫度影響最大，隨切削速這說明切削速度對(duì)切削溫度影響最大，隨切削速度的提高，切削溫度迅速上升。切削深度變化時(shí)，散熱面度的提高，切削溫度迅速上升。切削深度變化時(shí)，散熱面積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化，故對(duì)切削溫度的影響很小。積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化，故對(duì)切削溫度的影響很小。 因此為了有效地控制切削溫度以提高刀具壽命和保證因此為了有效地控制切削溫度以提高刀具壽命和保證生產(chǎn)率，在機(jī)床允許地條件下，選用較大的吃刀深度和進(jìn)生產(chǎn)率，在機(jī)床允許地條件下，選用較大的吃刀深度和進(jìn)給量，比選用大的切削速度更為有利。給量，比選用大的切削速度更為有利。vc（m/min）切削速度、工件材料對(duì)切削溫度的影響切削速度、工

30、件材料對(duì)切削溫度的影響 1GH131 21Cr18Ni9Ti 345鋼鋼(正火正火) 4HT200 刀具材料：刀具材料：YT15；YG8 刀具幾何參數(shù)：刀具幾何參數(shù)： o=15 ， o=68 ， r=75 ， s=0 切削用量：切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r（）103050709011013040060080010001243 前角前角的大小直接影響切削過程中的變形和摩擦，對(duì)切削溫度有的大小直接影響切削過程中的變形和摩擦，對(duì)切削溫度有明顯影響。前角大，切削溫度低；前角小，切削溫度高；但前角明顯影響。前角大，切削溫度低；前角小，切削溫度高；但前角達(dá)達(dá)1820后，對(duì)切削溫度影響減小，這

31、是因?yàn)樾ń亲冃∈股⒑螅瑢?duì)切削溫度影響減小，這是因?yàn)樾ń亲冃∈股狍w積減小的緣故。熱體積減小的緣故。 主偏角主偏角r加大后，切削刃工作長(zhǎng)度縮短，切削熱相對(duì)地集中；同加大后，切削刃工作長(zhǎng)度縮短，切削熱相對(duì)地集中；同時(shí)刀尖角減小，使散熱條件變差，切削溫度將升高。若減小主偏時(shí)刀尖角減小，使散熱條件變差，切削溫度將升高。若減小主偏角，則刀尖角和切削刃工作長(zhǎng)度加大，散熱條件改善，從而使切角，則刀尖角和切削刃工作長(zhǎng)度加大，散熱條件改善，從而使切削溫度降低。削溫度降低。 刀具磨損后切削刃變鈍，使金屬變形增加；同時(shí)刀具后刀面與刀具磨損后切削刃變鈍，使金屬變形增加；同時(shí)刀具后刀面與工件的摩擦加劇。所以，刀具磨損后

32、切削溫度上升。后刀面上工件的摩擦加劇。所以，刀具磨損后切削溫度上升。后刀面上的磨損量越大，切削溫度的上升越迅速。的磨損量越大，切削溫度的上升越迅速。 工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削時(shí)切削力大，所消耗的功越工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削時(shí)切削力大，所消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱越多，切削溫度就越高。多，產(chǎn)生的切削熱越多，切削溫度就越高。 工件材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小，直接影響切削熱的導(dǎo)出，如不銹鋼工件材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小，直接影響切削熱的導(dǎo)出，如不銹鋼和高溫合金，不僅導(dǎo)熱系數(shù)小，且在高溫下仍有較高的強(qiáng)度和和高溫合金，不僅導(dǎo)熱系數(shù)小，且在高溫下仍有較高的強(qiáng)度和硬度，故切削溫度高。硬度，故切削溫度高。 切削液

33、對(duì)降低切削溫度有明顯的效果。切削液對(duì)降低切削溫度有明顯的效果。形形 式：式：月牙洼月牙洼形成條件：形成條件：加工塑性材料，加工塑性材料， vc大，大，hD大大影影 響：響：降低刀刃強(qiáng)度，降低刀刃強(qiáng)度， 加工質(zhì)量下加工質(zhì)量下降降 由于加工表面和后刀面間存在由于加工表面和后刀面間存在著強(qiáng)烈的摩擦，在后刀面上毗鄰切著強(qiáng)烈的摩擦，在后刀面上毗鄰切削刃的地方很快就磨出一個(gè)后角為削刃的地方很快就磨出一個(gè)后角為零的小棱面，這就是零的小棱面，這就是強(qiáng)度和散熱條件差磨損劇烈，磨損最大值強(qiáng)度和散熱條件差磨損劇烈，磨損最大值VC；磨損均勻，磨損均勻，VB和和VBmax表示平均和最大磨損值；表示平均和最大磨損值； 形

34、成條件：形成條件：加工塑性材料加工塑性材料, v 較小較小, hD 較??；加工脆性材料較??；加工脆性材料 影影 響：響：切削力切削力, 切削溫度切削溫度, 產(chǎn)生振動(dòng)，降低加工質(zhì)量產(chǎn)生振動(dòng)，降低加工質(zhì)量形形 式：式：后角后角o=0的磨損面的磨損面 這是一種兼有上述兩種情況的這是一種兼有上述兩種情況的磨損形式。在切削塑性金屬時(shí)磨損形式。在切削塑性金屬時(shí)，若切削厚度適中，經(jīng)常會(huì)發(fā)，若切削厚度適中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種磨損。生這種磨損。 切削時(shí)，工件或切屑中的微小硬質(zhì)點(diǎn)切削時(shí)，工件或切屑中的微小硬質(zhì)點(diǎn)(碳化物碳化物Fe3C，TiC等，氮化物等，氮化物AlN，Si3N4等，氧化物等，氧化物SiO2，Al2O3

35、等等)以及積屑瘤碎片，不斷滑擦前后刀面，劃出溝以及積屑瘤碎片，不斷滑擦前后刀面，劃出溝紋，這就是紋，這就是。很像砂輪磨削工件一樣，刀具被。很像砂輪磨削工件一樣，刀具被一層層磨掉。這是一種純機(jī)械作用。一層層磨掉。這是一種純機(jī)械作用。 切削時(shí)，工件表面、切屑底面與前后刀面之間存在切削時(shí)，工件表面、切屑底面與前后刀面之間存在著很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，當(dāng)它們達(dá)到原子間距離時(shí)，著很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，當(dāng)它們達(dá)到原子間距離時(shí)，就會(huì)發(fā)生粘結(jié)，也稱冷焊（即壓力粘結(jié)）。由于摩擦副就會(huì)發(fā)生粘結(jié)，也稱冷焊（即壓力粘結(jié)）。由于摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷焊結(jié)將被破壞而被一方帶走，從而造成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷焊結(jié)將被破壞而被一方帶

36、走，從而造成。 切削時(shí)，刀具與切屑、刀具與工件接觸處由于高溫切削時(shí)，刀具與切屑、刀具與工件接觸處由于高溫作用，雙方化學(xué)元素在固態(tài)下互相擴(kuò)散，使刀材成分、作用，雙方化學(xué)元素在固態(tài)下互相擴(kuò)散，使刀材成分、結(jié)構(gòu)改變，使其性能下降造成的磨損稱為結(jié)構(gòu)改變，使其性能下降造成的磨損稱為。 一定溫度下，刀材與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起一定溫度下，刀材與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起 化學(xué)作用，生成較軟的化合物，造成刀具磨損，稱為化學(xué)作用，生成較軟的化合物，造成刀具磨損，稱為。與氧反應(yīng)形成氧化物引起的磨損稱為。與氧反應(yīng)形成氧化物引起的磨損稱為。， 切削時(shí)切削區(qū)高溫，刀具、工件、切屑材料不同，切削時(shí)切削區(qū)高溫

37、，刀具、工件、切屑材料不同，在刀工間會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)而促進(jìn)擴(kuò)散加劇刀具磨損。在刀工間會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)而促進(jìn)擴(kuò)散加劇刀具磨損。 這種這種由熱電勢(shì)作用下促進(jìn)的擴(kuò)散磨損稱為由熱電勢(shì)作用下促進(jìn)的擴(kuò)散磨損稱為 在由周期性熱應(yīng)力情況下，因疲勞而產(chǎn)生的磨損稱為在由周期性熱應(yīng)力情況下，因疲勞而產(chǎn)生的磨損稱為如銑刀高速切削時(shí)，刀齒周期性的切入切出，如銑刀高速切削時(shí)，刀齒周期性的切入切出，由于收到周期性的沖擊，應(yīng)力波動(dòng)幅度大，而且驟冷驟由于收到周期性的沖擊，應(yīng)力波動(dòng)幅度大，而且驟冷驟熱，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力多次反復(fù)超過了刀熱，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力多次反復(fù)超過了刀具表層疲勞強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)具表層疲勞強(qiáng)度時(shí)，

38、就會(huì)出現(xiàn)。 在不同的工件材料、刀具材料和切削條件下，磨損的原因和在不同的工件材料、刀具材料和切削條件下，磨損的原因和磨損強(qiáng)度是不同的。圖示為不同切削溫度對(duì)磨損的影響。磨損強(qiáng)度是不同的。圖示為不同切削溫度對(duì)磨損的影響。 不同切削速度（溫度）各類磨損所占的比重示意圖不同切削速度（溫度）各類磨損所占的比重示意圖冷焊磨損冷焊磨損磨料磨損磨料磨損擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損氧化磨損氧化磨損刀具磨損過程刀具磨損過程初期磨損初期磨損后刀面磨損量后刀面磨損量VB正常磨損正常磨損急劇磨損急劇磨損切削時(shí)間切削時(shí)間t 初期磨損階段初期磨損階段 與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān) 正常磨損階段正常磨損階段 VB與切削時(shí)間近似正

39、比與切削時(shí)間近似正比 斜率表示磨損強(qiáng)度斜率表示磨損強(qiáng)度 急劇磨損階段急劇磨損階段 切削力、溫度急升，刀切削力、溫度急升，刀 具磨損加劇，之前換刀具磨損加劇，之前換刀 刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度 稱為稱為。 小廠、有經(jīng)驗(yàn)工人根據(jù)一些現(xiàn)象來判斷刀具是否磨鈍；小廠、有經(jīng)驗(yàn)工人根據(jù)一些現(xiàn)象來判斷刀具是否磨鈍； ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以1/2 ap處的處的VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)；值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)； 自動(dòng)化精加工刀具，以自動(dòng)化精加工刀具，以 徑向磨損量徑向磨損量NB作為磨鈍作為磨鈍 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 粗車碳素鋼：粗車碳素鋼：0.60.8

40、mm 粗車鑄鐵：粗車鑄鐵：0.81.2mm 粗車合金鋼：粗車合金鋼：0.40.5mm 精車碳鋼：精車碳鋼：0.10.3mm 系統(tǒng)剛性大、高速鋼刀具系統(tǒng)剛性大、高速鋼刀具 ， VB值較大；值較大； 系統(tǒng)剛性小、硬質(zhì)合金刀具，系統(tǒng)剛性小、硬質(zhì)合金刀具，VB值較小。值較小。 在切削過程中，刀具不經(jīng)過正常的磨損，而在很短的時(shí)間內(nèi)突然在切削過程中，刀具不經(jīng)過正常的磨損，而在很短的時(shí)間內(nèi)突然失效，這種情況稱為刀具的失效，這種情況稱為刀具的。 也是刀具失效的主要形式之一。也是刀具失效的主要形式之一。是相對(duì)于磨損而言的。是相對(duì)于磨損而言的。 刀具的破損形式分為刀具的破損形式分為和和。 在刀具前刀面與切屑、后刀

41、面與工件接觸面上，由于過高的溫在刀具前刀面與切屑、后刀面與工件接觸面上，由于過高的溫度和壓力的作用，刀具表層材料將因發(fā)生塑性流動(dòng)而喪失切削能力，度和壓力的作用，刀具表層材料將因發(fā)生塑性流動(dòng)而喪失切削能力，這就是刀具的這就是刀具的。抗塑性破損能力取決于刀具材料的硬度和?？顾苄云茡p能力取決于刀具材料的硬度和耐熱性。硬質(zhì)合金和陶瓷的耐熱性好，一般不易發(fā)生這種破損。相耐熱性。硬質(zhì)合金和陶瓷的耐熱性好，一般不易發(fā)生這種破損。相比之下，高速鋼耐熱性較差，較易發(fā)生塑性破損。比之下，高速鋼耐熱性較差，較易發(fā)生塑性破損。常見的常見的形式為形式為 由于切削速度過高，使切削溫由于切削速度過高，使切削溫度超過了刀具材

42、料的相變溫度度超過了刀具材料的相變溫度而退火，喪失切削能力。而退火，喪失切削能力。 由于刀具硬度低而工件整體或由于刀具硬度低而工件整體或局部硬度高導(dǎo)致的刀刃塑性變局部硬度高導(dǎo)致的刀刃塑性變形。形。 切削刃發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂，不能繼續(xù)進(jìn)行切切削刃發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂，不能繼續(xù)進(jìn)行切削。用硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具作斷續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。削。用硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具作斷續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。 在刀具的前、后刀面上出現(xiàn)剝落碎片，經(jīng)常與切削在刀具的前、后刀面上出現(xiàn)剝落碎片，經(jīng)常與切削刃一起剝落，有時(shí)也在離切削刃一小段距離處剝落陶瓷刀具端銑時(shí)刃一起剝落，有時(shí)也在離切削刃一小段距離處剝落陶瓷刀

43、具端銑時(shí)常發(fā)生這種破損。常發(fā)生這種破損。 長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行斷續(xù)切削后，因疲勞而引起裂紋的長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行斷續(xù)切削后，因疲勞而引起裂紋的一種破損。熱沖擊和機(jī)械沖擊均會(huì)引發(fā)裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展合并就一種破損。熱沖擊和機(jī)械沖擊均會(huì)引發(fā)裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展合并就會(huì)引起切削刃的碎裂或斷裂。會(huì)引起切削刃的碎裂或斷裂。 硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具切削時(shí)，在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力沖擊作硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具切削時(shí)，在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生以下幾種形態(tài)的用下，經(jīng)常發(fā)生以下幾種形態(tài)的： 切削刃產(chǎn)生小的缺口。在繼續(xù)切削中，缺口會(huì)不切削刃產(chǎn)生小的缺口。在繼續(xù)切削中，缺口會(huì)不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的破損。用陶瓷刀具切削及用硬質(zhì)合金刀具作

44、斷斷擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的破損。用陶瓷刀具切削及用硬質(zhì)合金刀具作斷續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。 通過選擇合適的幾何參數(shù)，使切通過選擇合適的幾何參數(shù)，使切削刃和刀尖有較好的強(qiáng)度。在切削刃上磨出負(fù)倒棱是防止崩刃的削刃和刀尖有較好的強(qiáng)度。在切削刃上磨出負(fù)倒棱是防止崩刃的有效措施。有效措施。 用作斷續(xù)切削的刀具，刀具材料應(yīng)具用作斷續(xù)切削的刀具，刀具材料應(yīng)具有一定的韌性。有一定的韌性。 切削刃應(yīng)平直光滑，不得有缺口，切削刃應(yīng)平直光滑，不得有缺口，刃口與刀尖部位不允許燒傷。刃口與刀尖部位不允許燒傷。 防止出現(xiàn)切削力過大和切削溫度過高防止出現(xiàn)切削力過大和切削溫度過高的情況。的情況。 防止因

45、為振動(dòng)而損壞刀具。防止因?yàn)檎駝?dòng)而損壞刀具。 刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間稱為的切削時(shí)間稱為，以，以 表示。耐用度指凈切削時(shí)表示。耐用度指凈切削時(shí)間，不包括用于對(duì)刀、測(cè)量、快進(jìn)、回程等非切削時(shí)間。間，不包括用于對(duì)刀、測(cè)量、快進(jìn)、回程等非切削時(shí)間。 刀具耐用度還可以用達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所走過的切削路程刀具耐用度還可以用達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所走過的切削路程Lm來定義。來定義。Lm等于切削速度等于切削速度vc和耐用度和耐用度T的乘積，即：的乘積，即： u在相同切削條件下切削某種工件材料時(shí)，可以用耐用度在相同切削條件下切削某種工件材料時(shí)

46、，可以用耐用度來比較不同刀具材料的切削性能；來比較不同刀具材料的切削性能；u同一刀具材料切削各種工件材料，可以用耐用度來比較同一刀具材料切削各種工件材料，可以用耐用度來比較材料的切削加工性；材料的切削加工性；u還可以用耐用度來判斷刀具幾何參數(shù)是否合理。還可以用耐用度來判斷刀具幾何參數(shù)是否合理。 是指一把新刀具從使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。是指一把新刀具從使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。 切削用量與刀具耐用度的關(guān)系是用實(shí)驗(yàn)方法求得切削用量與刀具耐用度的關(guān)系是用實(shí)驗(yàn)方法求得的。通過單因素實(shí)驗(yàn)，先選定刀具后刀面的磨鈍的。通過單因素實(shí)驗(yàn)，先選定刀具后刀面的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，固定其它切削條件，分別改變切削速度、標(biāo)準(zhǔn)

47、，固定其它切削條件，分別改變切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量，求出對(duì)應(yīng)的耐用度進(jìn)給量和背吃刀量，求出對(duì)應(yīng)的耐用度T值，經(jīng)過值，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析整理后可得出刀具數(shù)據(jù)分析整理后可得出刀具。 vc1 vc2 vc3 vc4 vc1vc2vc3vc4在常用的切削速度范圍內(nèi)，用在常用的切削速度范圍內(nèi)，用不同的切削速度不同的切削速度vc 1，vc 2，vc3，試驗(yàn)，可以得到各種切試驗(yàn)，可以得到各種切削速度下的刀具磨損曲線。根削速度下的刀具磨損曲線。根據(jù)規(guī)定的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)據(jù)規(guī)定的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB，求出，求出各種曲線速度下對(duì)應(yīng)刀具耐用各種曲線速度下對(duì)應(yīng)刀具耐用度度T1，T2，T3，。再在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出（再在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)

48、出（T1，vc1），（），（T2，vc2），（），（T3，vc3）各點(diǎn)?？梢姡谝欢ǖ母鼽c(diǎn)?？梢姡谝欢ǖ那邢魉俣确秶鷥?nèi)，這些點(diǎn)基本切削速度范圍內(nèi)，這些點(diǎn)基本分布在一條直線上。這條直線分布在一條直線上。這條直線的方程為：的方程為：ATmvclglglg tgm 為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系縱坐標(biāo)為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系縱坐標(biāo)上的截距，即上的截距，即T=1s(min)時(shí)時(shí)切削速度的對(duì)數(shù)。切削速度的對(duì)數(shù)。 ATvmc稱為泰勒公式稱為泰勒公式m1c) vA(T 或或 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得類似關(guān)系式：經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得類似關(guān)系式： f T n =B ap T p =C式中：式中：B，C為系數(shù)；為系數(shù)；n，p為指數(shù)為指數(shù)綜合可得到切削用量與刀具

49、耐用度的關(guān)系式：綜合可得到切削用量與刀具耐用度的關(guān)系式： cvvxpymvp/pn/m/cTafTCvafvCT或或111式中：式中：CT，Cv為與工件材料、刀具材料和其它切削條件有關(guān)的系數(shù)為與工件材料、刀具材料和其它切削條件有關(guān)的系數(shù) 指數(shù)指數(shù)yv=m/n xv=m/p 這些系數(shù)和指數(shù)均可在相關(guān)的這些系數(shù)和指數(shù)均可在相關(guān)的切削用量手冊(cè)切削用量手冊(cè)里查到。里查到。用硬質(zhì)合金車刀車削用硬質(zhì)合金車刀車削b=0.75GPa碳鋼時(shí)在碳鋼時(shí)在f 0.75mm/r時(shí)：時(shí)： afvCTppnmcT/1/1/1 不同刀具材料的耐用度比較不同刀具材料的耐用度比較硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具陶瓷刀

50、具（VB=0.4mm）高速鋼高速鋼刀具耐用度刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度切削速度vc（m/min） 刀具的復(fù)雜程度和制造、重磨的費(fèi)用；刀具的復(fù)雜程度和制造、重磨的費(fèi)用； 裝卡、調(diào)整比較刀具的復(fù)雜程度；裝卡、調(diào)整比較刀具的復(fù)雜程度； 生產(chǎn)線上的刀具耐用度應(yīng)規(guī)定為一個(gè)班或兩個(gè)班，以便生產(chǎn)線上的刀具耐用度應(yīng)規(guī)定為一個(gè)班或兩個(gè)班，以便 能在換班時(shí)間內(nèi)換刀。能在換班時(shí)間內(nèi)換刀。 精加工尺寸很大的工件時(shí)，刀具耐用度應(yīng)按零件精度和精加工尺寸很大的工件時(shí)，刀具耐用度應(yīng)按零件精度和 表面粗糙度要求決定。表

51、面粗糙度要求決定。 根據(jù)單件工時(shí)最短的原則確定的刀具耐用度。根據(jù)單件工時(shí)最短的原則確定的刀具耐用度。 式中：式中： tm切削時(shí)間；切削時(shí)間； tc工序換刀時(shí)間，設(shè)工序換刀時(shí)間，設(shè)tct為換刀一次所需的時(shí)間，則：為換刀一次所需的時(shí)間，則： tot除換刀時(shí)間外的其他輔助時(shí)間。除換刀時(shí)間外的其他輔助時(shí)間。otcmwttttTtttmctc(min)fvdlfnltcwwwwm 1000 式中：式中： lw工件的切削長(zhǎng)度（工件的切削長(zhǎng)度（mm）；）； dw工件的外徑（工件的外徑（mm）；）； nw工件的轉(zhuǎn)速（工件的轉(zhuǎn)速（rpm）；）； vc切削速度（切削速度（m/min）。）。 mcT/Av mmww

52、mkT TAfdlt 1000 otcmwtttt因此：因此：otmctmtTKTtKT otmctmtKTtKT 1tmtctottwTTptwAfdlKww1000 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) Tkt)m(mkTdTdt mctmw0121tw最小，即生產(chǎn)率最高，由此可得最大生產(chǎn)率耐用度最小，即生產(chǎn)率最高，由此可得最大生產(chǎn)率耐用度TpctptmmT1 與此相對(duì)應(yīng)的速度為與此相對(duì)應(yīng)的速度為: 即換刀時(shí)間長(zhǎng)，即換刀時(shí)間長(zhǎng)， 應(yīng)取大值，切削應(yīng)取大值，切削 速度應(yīng)取速度應(yīng)取 較小值；較小值； 即刀材性能較好，速度變化對(duì)刀具即刀材性能較好，速度變化對(duì)刀具 耐用度影響小，耐用度影響小， 應(yīng)取小值，切削速度取應(yīng)取小值，切

53、削速度取 較大值較大值 每個(gè)工件的工序成本：每個(gè)工件的工序成本：tmotmctmCTtM)tTttt (C 式中：式中： M該工序單位時(shí)間該工序單位時(shí)間 內(nèi)的機(jī)床折舊費(fèi)內(nèi)的機(jī)床折舊費(fèi) 及分擔(dān)的全廠開及分擔(dān)的全廠開 支；支； Ct刃磨一次刀具所刃磨一次刀具所 需的費(fèi)用。需的費(fèi)用。 tmM（切削）（切削）（刀具）（刀具） totMCTTpCTt)CMt (mtct dTdC 可得：可得：令：令：0)MCt (mmTtctc1 cttpcMtCTT1ctptmmT1)MCt (mmTtctc1根據(jù)單件利潤(rùn)最高的原則確定的刀具耐用度。根據(jù)單件利潤(rùn)最高的原則確定的刀具耐用度。 將將代入上式，代入上式，

54、令令 得得 與此相應(yīng)的速度為與此相應(yīng)的速度為 當(dāng)銷售價(jià)當(dāng)銷售價(jià)生產(chǎn)成本時(shí)，生產(chǎn)成本時(shí)，有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： 通常根據(jù)優(yōu)化指標(biāo)來通常根據(jù)優(yōu)化指標(biāo)來選擇刀具耐用度：選擇刀具耐用度： 產(chǎn)品銷路不暢或產(chǎn)品初創(chuàng)階段，宜采用經(jīng)濟(jì)耐用度產(chǎn)品銷路不暢或產(chǎn)品初創(chuàng)階段，宜采用經(jīng)濟(jì)耐用度； 產(chǎn)品銷路通暢甚至供不應(yīng)求情況下，宜采用最大利潤(rùn)率耐用度產(chǎn)品銷路通暢甚至供不應(yīng)求情況下，宜采用最大利潤(rùn)率耐用度 產(chǎn)品急需的情況下（如戰(zhàn)時(shí)或救災(zāi)），宜采用最大生產(chǎn)率耐用產(chǎn)品急需的情況下（如戰(zhàn)時(shí)或救災(zāi)），宜采用最大生產(chǎn)率耐用度度： 1. 制造和刃磨較簡(jiǎn)單、成本不高的刀具，耐用度選得低制造和刃磨較簡(jiǎn)單、成本不高的刀具，耐用度選得低

55、些，反之高些。些，反之高些。 2. 裝卡調(diào)整復(fù)雜的刀具，耐用度選得高些，仿形車床、組裝卡調(diào)整復(fù)雜的刀具，耐用度選得高些，仿形車床、組 合鉆床上刀具為通用機(jī)床上的合鉆床上刀具為通用機(jī)床上的200400%。3. 切削大型工件為避免中途換刀，耐用度選得高些，一般切削大型工件為避免中途換刀，耐用度選得高些，一般 為中小件加工時(shí)的為中小件加工時(shí)的200300%。 粗加工時(shí)，應(yīng)在保證必要的刀具耐用度的前提下，以盡粗加工時(shí)，應(yīng)在保證必要的刀具耐用度的前提下，以盡可能提高生產(chǎn)率和降低成本為目的。根據(jù)刀具耐用度與可能提高生產(chǎn)率和降低成本為目的。根據(jù)刀具耐用度與切削用量的關(guān)系式可知：切削用量的關(guān)系式可知：。因因此

56、，粗加工中選擇切削用量時(shí)此，粗加工中選擇切削用量時(shí) ：首先選擇盡可能大的切削深度首先選擇盡可能大的切削深度ap；其次在工藝條件允許下選擇較大的進(jìn)給量其次在工藝條件允許下選擇較大的進(jìn)給量f ；最后根據(jù)合理的耐用度，用計(jì)算法或查表法確定切削速度最后根據(jù)合理的耐用度，用計(jì)算法或查表法確定切削速度v c。 應(yīng)主要考慮保證加工質(zhì)量，并兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工應(yīng)主要考慮保證加工質(zhì)量，并兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本，應(yīng)采用較小的進(jìn)給量和較高的切削速度。在切削加工性差成本，應(yīng)采用較小的進(jìn)給量和較高的切削速度。在切削加工性差的材料時(shí)，由于這些材料硬度高、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低，必須首的材料時(shí)，由于這些材料硬度高

57、、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低，必須首先考慮選擇合理的切削速度。先考慮選擇合理的切削速度。 采用切削性能更好的新型刀具材料；采用切削性能更好的新型刀具材料； 在保證工件機(jī)械性能的前提下，改善工件材料的加工性；在保證工件機(jī)械性能的前提下，改善工件材料的加工性； 改善冷卻潤(rùn)滑條件；改善冷卻潤(rùn)滑條件； 改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，提高刀具制造質(zhì)量。改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，提高刀具制造質(zhì)量。 粗加工時(shí)：粗加工時(shí)： ap由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可能一由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可能一次次 走刀切除全部加工余量。走刀切除全部加工余量。 半精加工：半精加工： ap可取可取0.52 mm。 精加工時(shí)：精加工時(shí)： ap取為取為0

58、.10.4 mm。 切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)盡量使盡量使ap超過硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過早磨損。超過硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過早磨損。 生產(chǎn)實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查表法確定生產(chǎn)實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查表法確定f 。 根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量ap 、進(jìn)給量、進(jìn)給量f及刀具耐用度及刀具耐用度T，切削速度，切削速度vc可查表（可查表（ 選取或按下式計(jì)算求得：選取或按下式計(jì)算求得： vpmpnmmvck afTCv / TvsvMvvkkkk 修正系數(shù)：修正系數(shù)： 求設(shè)計(jì)變量：求設(shè)計(jì)變量：X =

59、x1, x2, , xn T ，使目標(biāo)函數(shù)，使目標(biāo)函數(shù) f (X)min ，并滿，并滿足約束條件：足約束條件：g i (X)0 （i = 1, 2, , m）設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)變量：切削過程可以控制的輸入變量，即切削用量。切削過程可以控制的輸入變量，即切削用量。ap通常已由工藝過程確定，故一般取通常已由工藝過程確定，故一般取 v 和和 f 為設(shè)計(jì)變量。為設(shè)計(jì)變量。 目標(biāo)函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)：指優(yōu)化目標(biāo)與設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系式。指優(yōu)化目標(biāo)與設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系式。 ppnmTmwwmotmctmwafvCTTAfdlttTtttt/1/1/11000 ppnmTmwwmotmtctmafvCTTAfdl

60、tMtTtCMtMtC/1/1/11000)( ppnmTmwwmotmctmrafvCTTAfdlttTtttCSP/1/1/11000)/()( 約束條件：約束條件：指設(shè)計(jì)變量的取值范圍指設(shè)計(jì)變量的取值范圍式中式中 Ra 表面粗糙度（表面粗糙度（m）；）； r 刀尖圓弧半徑（刀尖圓弧半徑（mm）。）。 maxminmaxminvvvfff rRfa 0321. 0 EcccPvFP100085. 075. 0 即函數(shù)求極值的方法。不能考慮約束條件，只適于處理簡(jiǎn)單問題。即函數(shù)求極值的方法。不能考慮約束條件，只適于處理簡(jiǎn)單問題。通過設(shè)置懲罰函數(shù)，將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題處理。通過設(shè)置