切削與切削用量基礎(chǔ)

1、切削與切削用量的基礎(chǔ)概論及車削技術(shù)1切削運(yùn)動(dòng)和工件加工表面Ø 為了切除工件上多余的金屬，以獲得形狀、尺寸、位置精度和表面質(zhì)量都符合要求的工件，除必須使用切削刀具外，刀具與工件間必須作相對(duì)運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)。Ø 根據(jù)切削過程中所起的作用，分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。l 主運(yùn)動(dòng)切除工件多余金屬、形成工件新表面所必不可少的基本運(yùn)動(dòng)l 主運(yùn)動(dòng)的特征：速度最高；消耗功率最大；必有且只有一個(gè)；形式為旋轉(zhuǎn)或直線往復(fù)切削刃上各點(diǎn)的主運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向都不一定相同。為了分析運(yùn)動(dòng)，必須確定一個(gè)選定點(diǎn)。l 切削速度切削刃上選取點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。用矢量vc表示l 車削主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。l

2、 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使新的切削層金屬間斷或連續(xù)投入切削的運(yùn)動(dòng)l 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的特征： 速度較低 耗功較少 有0 n 個(gè) 可以連續(xù)，也可以步進(jìn) 形式為旋轉(zhuǎn)或直線往復(fù) 進(jìn)給速度切削刃上選取點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。用矢量vf 表示 車削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的移動(dòng)。工件上的加工表面Ø 切削加工過程中，工件上形成三個(gè)不斷變化的表面l 待加工表面工件有待切除金屬層的表面l 過渡表面主切削刃正在切削著的表面l 已加工表面工件經(jīng)刀具切除多余金屬層后形成的新表面2、切削要素切削用量是切削時(shí)各運(yùn)動(dòng)參數(shù)的總稱，包括切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量（切削深度）。與某一工序的切削用量有密切關(guān)系的刀具壽命（見金屬切削原理），一

3、般分為該工序單件成本最低的經(jīng)濟(jì)壽命和最大生產(chǎn)率壽命兩類。按前者選擇的切削用量稱為最低成本切削用量，這是通常使用的；按后者選擇的切削用量稱為最大生產(chǎn)率切削用量，一般在生產(chǎn)任務(wù)緊迫時(shí)使用。 切削三要素 1）切削深度（p） 工件上已加工表面與待加工表面的垂直距離，也就是車刀進(jìn)給時(shí)切入工件的深度（單位：mm）公式： ap=dw-dm/2 dw待加工表面直徑 dm已加工表面直徑2）進(jìn)給量（）工件旋轉(zhuǎn)一周，車刀沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離。他是衡量進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大小的參數(shù)。（單位：mm/r） 縱向進(jìn)給沿車床床身導(dǎo)軌方向 橫向進(jìn)給垂直于車床床身導(dǎo)軌方向3）切削速度（Vc）在進(jìn)行切削加工時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)于待加工表

4、面在主運(yùn)動(dòng)方向上的瞬時(shí)速度，（車刀在一分鐘內(nèi)車削工件表面的理論展開直線長度。）假設(shè)切屑沒變形或收縮 公式： vc= dn/1000 或vc=dn/318d工件直徑,mmn主軸轉(zhuǎn)速，r/mm vc切削速度，m/min切削用量的選用原則所謂合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和機(jī)床性能，在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。不同的加工性質(zhì)，對(duì)切削加制訂切削用量，就是要在已經(jīng)選擇好刀具材料和幾何角度的基礎(chǔ)上，合理地確定切削深度ap、進(jìn)給量f和切削速度c。所謂合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和機(jī)床性能，在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量

5、。不同的加工性質(zhì)，對(duì)切削加工的要求是不一樣的。因此，在選擇切削用量時(shí)，考慮的側(cè)重點(diǎn)也應(yīng)有所區(qū)別。粗加工時(shí)，應(yīng)盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，故一般優(yōu)先選擇盡可能大的切削深度ap，其次選擇較大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)刀具耐用度要求，確定合適的切削速度。精加工時(shí)，首先應(yīng)保證工件的加工精度和表面質(zhì)量要求，故一般選用較小的進(jìn)給量f和切削深度ap，而盡可能選用較高的切削速度c。切削深度ap的選擇切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量來確定。粗加工時(shí)，除留下精加工余量外，一次走刀應(yīng)盡可能切除全部余量。當(dāng)加工余量過大，工藝系統(tǒng)剛度較低，機(jī)床功率不足，刀具強(qiáng)度不夠 或斷續(xù)切削的沖擊振動(dòng)較大時(shí)，可分多次走刀。切削

6、表面層有硬皮的鑄鍛件時(shí)，應(yīng)盡量使ap大于硬皮層的厚度，以保護(hù)刀尖。半精加工和精加工的加工余量一般較小時(shí)，可一次切除，但有時(shí)為了保證工件的加工精度和表面質(zhì)量，也可采用二次走刀。多次走刀時(shí)，應(yīng)盡量將第一次走刀的切削深度取大些，一般為總加工余量的2/33/4。在中等功率的機(jī)床上、粗加工時(shí)的切削深度可達(dá)810mm，半徑加工（表面粗糙度為Ra6.33.2m）時(shí)，切削深度取為0.52mm，精加工（表面粗糙度為Ra1.60.8m）時(shí)，切削深度取為0.10.4mm。進(jìn)給量f的選擇切削深度選定后，接著就應(yīng)盡可能選用較大的進(jìn)給量f。粗加工時(shí)，由于作用在工藝系統(tǒng)上的切削力較大，進(jìn)給量的選取受到下列因素限制；機(jī)床刀具

7、工件系統(tǒng)的剛度，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，機(jī)床有效功率與轉(zhuǎn)矩，以及斷續(xù)切削時(shí)刀片的強(qiáng)度。半精加工和精加工時(shí)，最大進(jìn)給量主要受工件加工表面粗糙度的限制。工廠中，進(jìn)給量一般多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按一定表格選取（詳見車、鉆、銑等各章有關(guān)表格），在有條件的情況下，可通過對(duì)切削數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和優(yōu)化。切削速度Vc的選擇在ap和f選定以后，可在保證刀具合理耐用度的條件下，用計(jì)算的方法或用查表法確定切削速度Vc的值。在具體確定Vc值時(shí)，一般應(yīng)遵循下述原則：1）粗車時(shí)，切削深度和進(jìn)給量均較大，故選擇較低的切削速度；精車時(shí)，則選擇較高的切削速度。2）工件材料的加工性較差時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度。故加工灰鑄鐵的切削速度應(yīng)較加工中碳鋼低

8、，而加工鋁合金和銅合金的切削速度則較加工鋼高得多。3）刀具材料的切削性能越好時(shí)，切削速度也可選得越高。因此，硬質(zhì)合金刀具的切削速度可選得比高速鋼高度好幾倍，而涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石個(gè)立方氧化硼刀具的切削速度又可選得比硬質(zhì)合金刀具高許多。此外，在確定精加工、半精加工的切削速度時(shí)，應(yīng)注意避開積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域；在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，切削速度應(yīng)避開自激震動(dòng)的臨界速度，在加工帶硬皮的鑄鍛件時(shí)，加工大件、細(xì)長件和薄壁件時(shí)，以及斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)選用較低的切削速度。 切削層橫截面三要素切削層指刀具與工件相對(duì)移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量時(shí)，相鄰兩個(gè)加工表面之間的金屬層切削層橫截面要素切削層橫截面尺寸Ø 切削

9、層公稱寬度bD：刀具主切削刃與工件的接觸長度（切削刃上兩個(gè)極限點(diǎn)間的距離）Ø 切削層公稱厚度hD：刀具或工件每移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量 ¦ 時(shí)，刀具主切削刃相鄰的兩個(gè)位置之間的垂直距離Ø 切削層公稱橫截面積AD：切削層橫截面的面積3、刀具切削部分基本定義刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素l 任何刀具都由切削部分和夾持部分組成 刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素有三面二刃一尖l 前面（A）：切屑流經(jīng)的刀面l 主后面（A）：和工件過渡表面相對(duì)的刀面l 副后面（A）：和工件已加工表面相對(duì)的刀面l 主切削刃（S）：前面與主后面的交線l 副切削刃（S）：前面與副后面的交線l 刀尖：主切削刃和副切削刃的交點(diǎn)或

10、連接部位 刀尖的形狀建立車刀靜止參考系的假設(shè)l 不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響l 車刀安裝絕對(duì)正確l 刀刃選定點(diǎn)的切削速度方向與刀刃各處的平行l(wèi) 切削平面（ps）：過刀刃上選定點(diǎn)，包含該點(diǎn)假定主運(yùn)動(dòng)方向和刀刃的平面l 基面（pr）：過刀刃上選定點(diǎn)，垂直該點(diǎn)假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面l po-po截面（又稱正交平面）：過刀刃上選定點(diǎn)，既垂直于切削平面，又垂直于基面的平面刀具的標(biāo)注角度（靜態(tài)角度） 刀具在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)，都是用刀具靜止參考系中的幾何角度來標(biāo)明切削刃和刀面的空間位置的，故這些角度稱為刀具的標(biāo)注角度（靜態(tài)角度）。車床的標(biāo)注角度主偏角kr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角副偏角k

11、r：副切削刃在基面上投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向之間的夾角（也有的定義為副切削刃在基面上投影與已加工表面之間的夾角）刀尖角r：主切削刃、副切削刃在基面上投影的夾角 由上可知：kr+ kr+r = 180°前角o：基面與前面之間的夾角 規(guī)定： 前面低于基面時(shí)，o > 0； 前面高于基面時(shí)，o < 0。主后角o：后面與切削平面之間的夾角。加工過程中，一般不允許o < 0楔角o：后面與前面之間的夾角。 由上可知：o = 90 - (o +o ) （影響強(qiáng)度）刃傾角s：主切削刃與基面之間的夾角規(guī)定： 刀尖為最高點(diǎn)時(shí)，s > 0；刀尖為最低點(diǎn)時(shí)，s < 0。副前角o：副基

12、面與副前面間的夾角副后角o：副后面與副切削平面間的夾角。影響表面粗糙度及振動(dòng)。加工過程中，一般不允許o < 0副刃傾角s：副切削刃與副基面之間的夾角車刀常用材料1.必須具備的基本性能：（1） 硬度（2） 耐磨性（3） 強(qiáng)度和韌性（4） 耐熱性（5） 工藝性2.常用材料（1） 高速鋼 w18cr4v(18-4-1) w6mo5cr4v2(6-5-4-2)（2） 硬質(zhì)合金： K類（鎢鈷類） 碳化鎢（wc）和鈷 YG3，YG8，YG6 P類（鎢鈦鈷類） 碳化鎢（wc）、碳化鈦（TiC）和鈷 YT5，YT15，YT30 M類 鎢鈦鉭（鈮）鈷類 P類加TaC或NbC而成。切削液一、作用1. 冷卻2

13、. 潤滑3. 清洗二、分類1. 乳化液 乳化油加15-20倍水稀釋而成2. 切削油 礦物油，少數(shù)采用植物油和動(dòng)物油三、選用1. 根據(jù)加工性質(zhì)（1） 粗加工，乳化液。（2） 精加工，極壓切削油或高濃度的極壓乳化液。（3） 孔加工，黏度小的極壓乳化液和極壓切削油。2. 根據(jù)工件材料（1） 鋼件粗加工，乳化液。精加工，極壓切削油。（2） 脆性金屬，可用黏度小的煤油7%10%的乳化液，一般不加。（3） 有色金屬，煤油和黏度小的切削油，鎂合金用壓縮空氣3. 根據(jù)刀具材料（1） 高速鋼 粗加工，極壓乳化液。精加工，極壓乳化液和極壓切削油。（2） 硬質(zhì)合金 一般不加，也可用切削液（乳化液）注意點(diǎn)：（1） 油

14、狀乳化油必須稀釋后才能使用（2） 必須澆注在切削區(qū)域（3） 硬質(zhì)合金必須一開始就連續(xù)充分地澆注，否則刀頭要產(chǎn)生裂紋。3、金屬切削過程了解金屬切削過程，有助于正確刃磨車刀和合理使用車刀（物理現(xiàn)象）一、 切削的形成（1） 切削過程： 切削時(shí)，在刀具的切削刃的切割和前刀角的推擠作用下，使被切削的金屬層產(chǎn)生變形，剪切滑移而變成切屑。（2） 切屑的類型 帶狀切屑：車削加工塑性金屬時(shí)因切屑厚度太小、切屑速度高、前角大（不利于加工、容易發(fā)生事故）。 擠裂切屑：切削速度低、切削厚度大、前角?。ù周嚕?。 崩碎切屑：切削脆性金屬時(shí)，材料塑性小。二、 切屑收縮在切削過程中，被切金屬層經(jīng)過滑移變形出現(xiàn)的長度縮短、厚度

15、增加的現(xiàn)象。=LC/LCh=ach/ac>1LC ac切削層LCh ach切屑三、 積屑瘤用中等切削速度切削鋼料或其他塑性金屬，有時(shí)在車刀前刀面上近切削刃處牢固地粘著一小塊金屬。1、形成由于摩擦，切削和前刀面之間產(chǎn)生很大的壓力和很高的溫度；當(dāng)溫度和壓力條件適當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生大的摩擦力。當(dāng)摩擦力大于切削內(nèi)部的結(jié)合力時(shí)，切屑底層的一部分金屬就“冷焊”在前刀面上近切削刃處。2、對(duì)加工的影響 保護(hù)刀具：硬度為工件材料的23倍，代替切削刃（刀尖）切削，保護(hù)切削刃和前刀面，減少了刀具的磨損。 增大實(shí)際前角：增大至30°35°，因而減少切削的變形。降低了切削力、 影響工件表面質(zhì)量和尺寸精

16、度積屑瘤不穩(wěn)定.時(shí)大時(shí)小，一部分被切屑帶走，一部分嵌入工件已加工表面，使工件表面形成硬點(diǎn)和毛刺，表面粗糙度大。當(dāng)積屑瘤增大到切削刃之外時(shí)，改變切削深度，影響尺寸精度。3切削速度對(duì)積屑瘤的影響 切削速度低速 不產(chǎn)生 切削速度中速 最易產(chǎn)生 切削速度高速 不產(chǎn)生 因此精加工時(shí)，應(yīng)用高速避免產(chǎn)生積屑瘤。四、 加工硬化由于切削刃不是絕對(duì)鋒利的，因此工件表面一層很薄的金屬切除不了，產(chǎn)生變形。另一方面，加工表面的彈性復(fù)厚，并與后刀面產(chǎn)生摩擦，使表面硬度提高。 會(huì)使下道工序的刀具加快磨損，甚至難以切削；因此，應(yīng)盡量減少刃口圓弧半徑。五、切削力 切削加工時(shí)，工件材料抵抗刀具切削所產(chǎn)生的阻力。六、 削熱和溫度1、 來源和傳散來源：變形與摩擦消耗的功轉(zhuǎn)化為熱能。傳散：工件、刀具、切削（主要）周圍介質(zhì)2、 影響切削溫度的因素 刀具角度：前角對(duì)切削溫度影響較明顯，切削溫度；主偏角大，切削溫度。 切削用量： 工件材料：強(qiáng)度和硬度高，溫度小。3、 影響切削力的因素 刀具方面前角