第二章 金屬切削過程

1、六盤水師范學院礦業(yè)工程系教師：吳嬌 2 2.1 .1 金屬切削刀具基礎(chǔ)金屬切削刀具基礎(chǔ) 2 2.2 .2 金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形 1.3 1.3 切削的類型及控制切削的類型及控制 1.4 1.4 切削力切削力 1.5 1.5 切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度 1.6 1.6 刀具磨損、刀具壽命和切削用量的選擇刀具磨損、刀具壽命和切削用量的選擇 1.7 1.7 刀具幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)的選擇 1.8 1.8 磨削原理磨削原理2 2.1 .1 金屬切削刀具基礎(chǔ)金屬切削刀具基礎(chǔ)一、切削加工的基本概念一、切削加工的基本概念1 1、切削運動與切削中的工件表面、切削運動與切削中的工

2、件表面切削運動：金屬切削加工時，刀具與工件之間的相對運動，該相對運動由主運動主運動和進給運動進給運動組成。主運動：是使刀具和工件間產(chǎn)生相對切削速度并消耗大部分切削動力的運動。主運動可以由刀具完成,也可以由工件完成，其運動形式通常為旋轉(zhuǎn)運動或直線運動。進給運動：是使切削能持續(xù)進行以形成所需工件表面的運動。進給運動可以有一個或幾個。它可以是連續(xù)的或斷續(xù)的。切削過程中，三個變化的表面：已加工表面：工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新的表面。待加工表面：工件上即將被切除的表面。過渡表面：主切削刃正在切削的表面，它是待加工表面與已加工表面的連接表面。2 2、切削用量、切削用量 切削過程中，切削速度 vc、進給量f

3、（或進給速度 vf）和背吃刀量ap 稱為切削用量三要素切削用量三要素。切削速度切削速度v vc c 是切削刀刃相對于工件的主運動速度。計算時，應(yīng)選取刀具切削刃上速度最該的點。式中：d工件（或刀具）的最大直徑（mm）。 n工件（或刀具）的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min）。minm/m s1000cdnv 進給量進給量f f 是工件或刀具轉(zhuǎn)一周（或每往復一次），兩者在進給運動方向上的相對位移量。對于銑刀、鉸刀、拉刀等多齒刀具，規(guī)定每刀齒進給量fz。式中：z刀齒數(shù)。fzvnfnzf 背吃刀量背吃刀量a ap p 是工件已加工表面和待加工表面間的垂直距離。車削時式中：dw工件上待加工表面直徑（mm）。 dm

4、工件上已加工表面直徑（mm）。mm2wmpdda3 3、切削層參數(shù)、切削層參數(shù) 切削刃在一次走刀中從工件上切下的一層材料稱為切削層。切削層的截面尺寸參數(shù)稱為切削層參數(shù)。切削層寬度：切削層厚度：切削層面積：sinPDrabsinPDrabpDDDfabhA二、刀具角度二、刀具角度1 1、刀具切削部分的構(gòu)造、刀具切削部分的構(gòu)造刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖 刀具只有一條直線主切削刃參與切削的切削過程，稱為自由切削。 曲線刃參與切削或主、副切削刃同時參與切削的切削過程，稱為非自由切削。刀尖的類型刀尖的類型2 2、刀具的標注角度、刀具的標注角度刀具標注角度的參考系：基面Pr：通過主切

5、削刃上某一指定點，并與該點切削速度方向相垂直的平面。切削平面Ps：通過主切削刃上某一指定點，與主切削刃相切并垂直于該點基面的平面。正交平面Po：通過主切削刃上某一指定點，同時垂直于該點基面和切削平面的平面。 由基準平面由基準平面PrPrPsPsPoPo組成的組成的參考系稱為刀具的參考系稱為刀具的正交平面參考系。正交平面參考系。 基面Pr：通過切削刃選定點，垂直于假定主運動方向的平面。車刀的基面平行于刀體底面。 切削平面Ps：通過切削刃選定點，與切削刃相切，并垂直于基面的平面。 法平面Pn：通過切削刃選定點并垂直于切削刃的平面。 由基準平面由基準平面PrPr Ps PsPnPn組成的組成的靜止參

6、考系稱為刀具的靜止參考系稱為刀具的法平面參考法平面參考系。系。 基面Pr：通過切削刃選定點，垂直于假定主運動方向的平面。車刀的基面平行于刀體底面。 切削平面Ps：通過切削刃選定點，與切削刃相切，并垂直于基面的平面。 假定工作平面Pf：通過切削刃上選定點，垂直于基面，且平行于假定進給運動方向的平面。 背平面Pp：通過切削刃上選定點，同時垂直于基面和假定工作平面的平面。 由基準平面由基準平面PrPrPfPpPfPp組成的組成的靜止參考系稱為刀具的靜止參考系稱為刀具的假定工作平假定工作平面面背平面參考系。背平面參考系。 刀具的標注角度刀具的標注角度在正交平面Po中測量的角度： 1）前角o 在正交平面

7、內(nèi)測量的前刀面和基面間的夾角。前刀面在基面之下前角為正值，反之，為負。 2）后角o 在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削平面間的夾角，一般為正值。 3）主偏角kr 在基面內(nèi)測量的主切削刃在基面上的投影與進給運動方向間的夾角。 4）副偏角 在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向間的夾角。 5）刃傾角 在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。在主切削刃上，刀尖為最高點時刃傾角為正值，為最低點時為負值。srk直角切削：直角切削：以刃傾角為零的刀具進行切削時，主切削刃與切削速度以刃傾角為零的刀具進行切削時，主切削刃與切削速度方向垂直。方向垂直。斜角切削：斜角切削：以刃傾角不等于零的刀具進

8、行切削時，主切削刃與切削以刃傾角不等于零的刀具進行切削時，主切削刃與切削速度方向不垂直。速度方向不垂直。 刀具的工作角度刀具的工作角度 考慮進給運動和刀具實際安裝情況的影響，參考平面的位置應(yīng)按合成切削運動方向確定，這時的參考系稱為刀具工作角度參考系。（1 1）進給運功對工作角度的影響）進給運功對工作角度的影響基面基面PrPr與工作基面與工作基面PrePre的比較的比較： 基面Pr是通過切削刃上選定點且垂直于假定主運動方向的平面；而工作基面Pre是通過切削刃上選定點，垂直于合成切削運動方向的平面。 不同點： 主運動方向是假定的，而后者的合成切削運動方向是實際的。前角前角 與工作前角與工作前角 的

9、比較：的比較： 前角 是在正交平面Po上測量的前刀面與基面Pr之間的夾角；而工作前角 是在工作正交平面Poe中測量的前刀面與工作基面Pre之間的夾角。00e00e00e00e切arctanarctanfcvfvd（2 2）刀具安裝高低對工作角度的影響）刀具安裝高低對工作角度的影響刀桿軸線與進給方向不垂直的影響：刀桿軸線與進給方向不垂直的影響：式中： 刀桿中心線的垂直于進給方向的夾角。rerArerAA三、刀具材料三、刀具材料 刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)效率、工件的加工精度、已加工表面質(zhì)量和加工成本等，所以正確選擇刀具材料是設(shè)計和選用刀具的重要內(nèi)容之一。 金屬切削時，刀具切削部分直接和工件

10、及切屑相接觸，承受著很大的切削壓力和沖擊，并受到工件及切屑的劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的切削溫度。即刀具切削部分是在高溫、高壓及劇烈摩擦的惡劣條件下工作的。 刀具材料的性能要求刀具材料的性能要求（1） 硬度高：刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材料的常溫硬度必須62HRC以上。（2） 強度和韌性：刀具切削部分的材料在切削時承受著很大的切削力和沖擊力，因此刀具材料必須要有足夠的強度和韌性。（3） 耐磨性和耐熱性：刀具在切削時承受著劇烈的摩擦，因此刀具材料應(yīng)具有較強的耐磨性。 （4）導熱性：刀具材料的導熱性用熱導率表示。熱導率大，表示導熱性好，切削時產(chǎn)生的熱量就容易傳散出去，從而降低切削

11、部分的溫度，減輕刀具磨損。（5） 工藝性和經(jīng)濟性：既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、熱處理性能、焊接性能等要好，且又要資源豐富，價格低廉。 常用刀具材料常用刀具材料刀具材料的種類刀具材料的種類高速鋼高速鋼超硬材料超硬材料硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金陶瓷陶瓷金剛石金剛石立方氮化硼立方氮化硼CBN單晶金剛石單晶金剛石聚晶金剛石聚晶金剛石（PCD）碳素工具鋼碳素工具鋼高速鋼高速鋼合金工具鋼合金工具鋼（1 1）高速鋼）高速鋼 高速鋼是一種加人了較多的鎢W、鉻Gr、釩V、鉬Mo等合金元素的高合金工具鋼。 有良好的綜合性能。 其強度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的。 制造工藝簡單，容易刃磨成鋒利的切削刃；鍛造、熱

12、處理變形小，目前在結(jié)構(gòu)復雜的刀具，如麻花鉆、絲錐、拉刀、齒輪刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。W18Cr4VW18Cr4V廣泛用于制造各種復雜刀具。其切削廣泛用于制造各種復雜刀具。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時為速度一般不太高，切削普通鋼料時為40-60m/min40-60m/min。W12Cr4V4MoW12Cr4V4Mo在普通高速鋼中再增加一些含碳量、在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成的。它的使用壽命為普通高速鋼的的。它的使用壽命為普通高速鋼的1.5-1.5-3 3倍（倍（60-180m/min60-180m/min）

13、粉末冶金高速鋼是粉末冶金高速鋼是7070年代投入市場的一種年代投入市場的一種高速鋼，其強度與韌性分別提高高速鋼，其強度與韌性分別提高30%-40%30%-40%和和80%-90%80%-90%使用壽命可提高使用壽命可提高2-32-3倍。倍。高速鋼高速鋼普通高速鋼普通高速鋼高性能高速鋼高性能高速鋼粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼（2 2）硬質(zhì)合金）硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物（、i）和金屬粘結(jié)劑（如o）經(jīng)粉末冶金方法而制成的。 硬度比高速鋼高很多 90HRA 硬質(zhì)合金的抗彎強度只相當于高速鋼強度的1/21/3 硬合金的韌度比高速鋼低得多 硬質(zhì)合金的導熱性高于高速鋼，熱導率是高速鋼的23倍 硬

14、質(zhì)合金的耐熱性比高速鋼高很多，在8001000時尚可進行切削，在高溫下有良好的抗塑性變形的能力。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金P（鎢鈦鉆類）（鎢鈦鉆類）WC+TiC+Co代號為代號為YT。K（鎢鉆類）（鎢鉆類）為為WC+Co代號為代號為YGM（鎢鈦鉭鈷類）通用合金（鎢鈦鉭鈷類）通用合金WC+TiC+TaC(NbC)+Co代號為代號為YW。P P類硬質(zhì)合金主類硬質(zhì)合金主要用于加工長要用于加工長切屑的黑色金切屑的黑色金屬（屬（4545鋼），鋼），用藍色作標志用藍色作標志MM類主要用類主要用于加工黑色于加工黑色金屬和有色金屬和有色金屬，用黃金屬，用黃色作標志色作標志K K類主要用于加工類主要用于加工短切屑的黑色金

15、屬短切屑的黑色金屬（鑄鐵）、有色金（鑄鐵）、有色金屬和非金屬材料，屬和非金屬材料，用紅色作標志。用紅色作標志。硬質(zhì)合金符號的含義：硬質(zhì)合金符號的含義： 后面的阿拉伯數(shù)字表示其成分含量，決定其性能和加工時承受載荷的情況或加工條件。 Y G 8硬字的漢語拼音第一個字母鎢鈷類 WC+Co鈷字的漢語拼音第一個字母含鈷Co量8%Y T15鎢鈦鈷類WC+TiC+Co鈦字的漢語拼音第一個字母含鈷TiC量15%YG3YG6YG8鑄鐵、有色金屬及其合金YT30YT15YT5碳鋼、合金剛及淬硬鋼硬度、耐磨性、切削速度強度、韌性、進給量加工條件精粗硬質(zhì)合金的選用原則硬質(zhì)合金的選用原則注意：注意：1) YT類不宜加工

16、含Ti的不銹鋼和鈦合金等難加工材料，而應(yīng)采用YG類硬質(zhì)合金。 2) YGA類宜加工冷硬鑄鐵、高錳鋼、淬硬鋼以及含Ti的不銹鋼、鈦合金與高溫合金。 3) YW類硬質(zhì)合金可用于高溫合金、高錳鋼、不含Ti的不銹鋼等難加工材料的半精加工和精加工。（3 3）其他刀具材料）其他刀具材料p 陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 主要成分是硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金屬碳化物、氧化物或純金屬等添加劑。采用粉末冶金工藝方法經(jīng)制粉，壓制燒結(jié)而成。 有很高的硬度（9195HRA）和耐磨性；有很好的高溫性能，化學穩(wěn)定性好；具有較低的摩擦系數(shù)，在高速精車和精密銑削時，可獲得鏡面效果。 陶

17、瓷刀具的最大缺點是脆性大，抗彎強度和沖擊韌度低，承受沖擊負荷的能力差。 主要用于鋼料、鑄鐵、高硬材料連續(xù)切削的半精加工或精加工。p 人造金剛石人造金剛石 在高溫高壓和金屬觸媒作用的條件下，由石墨轉(zhuǎn)化而成。在高溫高壓和金屬觸媒作用的條件下，由石墨轉(zhuǎn)化而成。 金剛石刀具的性能特點是：有極高的硬度和耐磨性，切削金剛石刀具的性能特點是：有極高的硬度和耐磨性，切削刃非常鋒利，有很高的導熱性。但耐熱性較差，且強度很低。刃非常鋒利，有很高的導熱性。但耐熱性較差，且強度很低。 主要用于高速條件主要用于高速條件下精細車削及鏜削有色下精細車削及鏜削有色金屬及其合金和非金屬金屬及其合金和非金屬材料。材料。 但由于金

18、剛石中的但由于金剛石中的碳原子和鐵有很強的化碳原子和鐵有很強的化學親合力，故金剛石刀學親合力，故金剛石刀具不適合加工鐵族材料具不適合加工鐵族材料。 p 立方氮化硼（簡稱立方氮化硼（簡稱CBNCBN） 是用六方氮化硼（俗稱白石墨）為原料，利用超高溫高壓技術(shù)，繼人造金剛石之后人工合成的又一種新型無機超硬材料。 其主要性能特點是：硬度高（高達80009000HV），耐磨性好，能在較高切削速度下保持加工精。熱穩(wěn)定性好，化學穩(wěn)定性好，且有較高的熱導率和較小的摩擦系數(shù)，但其強度和韌性較差。 主要用于對高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵等材料進行精加工。2.2 2.2 金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形一、切

19、屑的形成一、切屑的形成 切削層金屬形成切屑的過程就是在刀具作用下被加工材料發(fā)生變形的過程。切削層金屬形成切屑的過程就是在刀具作用下被加工材料發(fā)生變形的過程。1 1、變形區(qū)的劃分、變形區(qū)的劃分 第一變形區(qū)：第一變形區(qū)：金屬晶粒的剪切滑移基本完成金屬晶粒的剪切滑移基本完成 第二變形區(qū)：第二變形區(qū)：靠近前刀面的金屬擠壓摩擦變形并纖維化靠近前刀面的金屬擠壓摩擦變形并纖維化 第三變形區(qū)：第三變形區(qū)：表層金屬擠壓摩擦變形并纖維化和加工硬化表層金屬擠壓摩擦變形并纖維化和加工硬化2 2、切削的受力分析、切削的受力分析二、切削變形程度二、切削變形程度切削變形程度有三種不同的表示方法：1、變形系數(shù) 用切屑厚度與與

20、切削層厚度之比或切削層長度與切屑長度之比。 h1chlDlhDhchh2、相對滑移： 滑移距離s與單元厚度y之比。 =s/ y =NP/MK =(NK+KP)/MK =ctan + tan( -0）一般一般 /4 0 0 ， h 3、剪切角 ： 剪切面與切削速度方向之間的夾角。剪切角一般一般 /4 0 0 ， ，變形減小變形減小 ， ，變形增大，變形增大三、前刀面上的摩擦三、前刀面上的摩擦四、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響四、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響1、積屑瘤 在切削速度不高，切削塑性金屬時，形成帶狀切屑的情況下，滯流層金屬粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬塊，稱為積屑瘤。積屑瘤對切削

21、過程積屑瘤對切削過程有什么影響？是利有什么影響？是利是弊？如何控制？是弊？如何控制？積屑瘤的成因：積屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2 2）切屑和前刀面發(fā)生強）切屑和前刀面發(fā)生強烈摩擦，溫度升高；烈摩擦，溫度升高；3 3）切屑和前刀面存在著）切屑和前刀面存在著較大的正壓力；較大的正壓力；4 4）溫度升高，切屑粘結(jié)）溫度升高，切屑粘結(jié)（冷焊）（冷焊）積屑瘤對切削過程的影響積屑瘤對切削過程的影響1）代替刀具切削，保護刀具 2）產(chǎn)生過切及犁溝，精度3）增大已加工表面粗糙度4）增大前角，減小變形和切削力 積屑瘤對精加工是不積屑瘤對精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生。利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生。

22、五、影響切屑變形的因素五、影響切屑變形的因素工件材料工件材料 ：強度和硬度越大，變形系數(shù)h越小，即切屑 變形越小。 刀具前角刀具前角 ： 越大，剪切角變大，變形系數(shù)h越小即切屑 變形越小。 切削速度：切削速度： 呈駝峰曲線進給量進給量 ：無積屑瘤區(qū)進給量越大，變形系數(shù)h就越小，即切屑變形越小。2.3 2.3 切屑類型及切屑控制切屑類型及切屑控制一、切屑的類型一、切屑的類型 帶狀切屑帶狀切屑 擠裂切屑擠裂切屑 單元切屑單元切屑 崩碎切屑崩碎切屑0vap0 v ap0 v ap0vap二、切屑的控制目的：安全目的：安全1、斷屑槽2、改變刀具角度 增大主偏角，切削厚度變大，有利于斷屑。 減小前角，切

23、屑變形加大，有利于斷屑。3、調(diào)整切削用量 提高進給量f，切削厚度變大，有利于斷屑。2.4 2.4 切削力切削力一 、切削力與切削功率1 1、切削力的基本概念、切削力的基本概念彈性變形產(chǎn)彈性變形產(chǎn)生的抗力生的抗力塑性變形產(chǎn)塑性變形產(chǎn)生的抗力生的抗力刀具與切屑刀具與切屑間的摩擦力間的摩擦力刀具與工件刀具與工件間的摩擦力間的摩擦力產(chǎn)生產(chǎn)生2 2、切削合力與分力、切削合力與分力22222fPCDCFFFFFFrDfFFsinrPDFFcoscfcpFFF.F0.6)(0.10)70150(主切削力主切削力FC 它切于加工表面并與基面垂直，是計算車刀強度、設(shè)它切于加工表面并與基面垂直，是計算車刀強度、設(shè)

24、計機床零件、確定機床功率所必需的。它消耗了切削總功計機床零件、確定機床功率所必需的。它消耗了切削總功率的率的95%95%左右左右 進給力進給力Ff 它是處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反的力，它是處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反的力，是設(shè)計走刀機構(gòu)、計算車刀進給功率所必需的。消耗了總是設(shè)計走刀機構(gòu)、計算車刀進給功率所必需的。消耗了總功率功率5%5%左右左右 背向力背向力Fp 它是處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力，用來確定與工它是處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力，用來確定與工件加工精度有關(guān)的工件撓度、計算機床零件和車刀強度。件加工精度有關(guān)的工件撓度、計算機床零件和車刀強度。它也是使工件

25、在切削過程中產(chǎn)生振動的力。它也是使工件在切削過程中產(chǎn)生振動的力。3 3、切削功率、切削功率3*10PcFc cvFc切削力，單位：N；vc切削速度，單位：m/s。機床功率機床功率ccEPPc機床傳動效率，一般，取c=0.750.85。 二、切削力經(jīng)驗計算公式二、切削力經(jīng)驗計算公式切削力切削力進給力進給力背向力背向力FCFCFCFCFCKnnCXCSPvfaFCFfFfFfFfFfKnnXCCSPvfaFf FpFPFPFPKnXCFPCSPnfaFpv當實際加工條件與所求得的經(jīng)驗公式的條件不符當實際加工條件與所求得的經(jīng)驗公式的條件不符時，各種因素對切削力的修正系數(shù)的積。時，各種因素對切削力的修

26、正系數(shù)的積。KFosFMFFFFr FVBFKKKKKKK被加工被加工材料機材料機械性能械性能對切削對切削力的修力的修正系數(shù)正系數(shù) 前角前角對切對切削力削力的修的修正系正系數(shù)數(shù) 主偏角主偏角對切削對切削力的修力的修正系數(shù)正系數(shù)； 刃傾角刃傾角對切削對切削力的修力的修正系數(shù)正系數(shù) 刀尖圓刀尖圓弧半徑弧半徑對切削對切削力的修力的修正系數(shù)正系數(shù) 后刀面后刀面磨鈍標磨鈍標準對切準對切削力的削力的修正系修正系數(shù)數(shù) 例：用YT5硬質(zhì)合金車刀外圓縱車b=630MPa的熱軋45鋼，車刀幾何參數(shù)為go =10、kr =75、 =5，切削用量為ap=2mm、f=0.3mm/r、vc=100m/min。試計算切削力

27、Fc、Fp、Ff 及切削功率Pc 。解：查表2-3得： CFC=2795 xFC =1.0 yFC =0.75 zFC =-0.15FcFcFcFcFcknyxCcspcvfaF FcFc15. 075. 00 . 1FcFcFcFcFckkknyxC7 .11351003 . 022795cspcvfaFscccVBFFrsFFckrFcmFcFckkkkkkk當b =630MPa時98. 0)650630()650(k0.75nmFcFcb按kr =75查文獻（35），得按o =10查文獻（35），得按s =-5查文獻（35），得92. 0krFck0 . 1csFk0 . 1Fck0.9

28、80.921.01.00.90cFcmFckrFcFcsFkkkkk)N(kF102290. 07 .11357 .1135Fcc(kw)7 . 1410610010224106cccvFP三、切削力的影響因素三、切削力的影響因素1 1、工件材料性能對切削力的影響、工件材料性能對切削力的影響 在切削面積一定的情況下，切削力大小取決于工件材料的強度和硬度和切屑變形程度。 工件材料強度和硬度高-切削力大，但工件材料強度和硬度高-變形小。 所以：工件材料強度和硬度越高，切削力越大，但不成正比。在同等強度與硬度情況下，材料的塑性越大，切削力越大。2 2、切削用量、切削用量對切削力的影響對切削力的影響p

29、 背吃刀量背吃刀量apap 和進給量和進給量f f對切削力的影響對切削力的影響 即，ap增大一倍，F(xiàn)C也增大一倍；而f 增大一倍，F(xiàn)C只能增大68%80。 由此可見，從減小切削力和節(jié)省動力消耗的觀點出發(fā)，在由此可見，從減小切削力和節(jié)省動力消耗的觀點出發(fā)，在切除相同余量的條件下，增大切除相同余量的條件下，增大 f 比增大比增大ap 更為有利更為有利。 p 切削速度切削速度VcVc對切削力的影響對切削力的影響 切削塑性材料時切削塑性材料時3 3、刀具幾何參數(shù)、刀具幾何參數(shù)對切削力的影響對切削力的影響p 前角op 主偏角krp 刃傾角sp 刀尖圓弧半徑re4 4、使用切削液、使用切削液 對切削力的影

30、響對切削力的影響 使用以冷卻作用為主的切削液（如水溶液）對切削力影響不大，使用潤滑作用強的切削液（如切削油），可減小切削力。5 5、刀具磨損對切削力的影響、刀具磨損對切削力的影響 后刀面磨損增大，后刀面上的發(fā)向力和摩擦力都增大，故切削力增大。6 6、刀具材料對切削力的影響、刀具材料對切削力的影響 刀具材料通過與工件的親和性摩擦系數(shù)等影響著切削力的大小。 陶瓷陶瓷 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 高速鋼高速鋼2.5 2.5 切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度一、切削熱的產(chǎn)生和傳導一、切削熱的產(chǎn)生和傳導切削熱的來源與傳出切削熱的來源與傳出cvFcQ 式中式中 Q單位時間產(chǎn)生的熱量，單位時間產(chǎn)生的熱量， 單位：單位

31、：J / s； Fc切削力，單位：切削力，單位：N； vc切削速度單位：切削速度單位：m / s。 二、切削溫度的測量二、切削溫度的測量切切削削溫溫度度測測定定方方法法熱電偶法熱電偶法輻射溫度計法輻射溫度計法其其他他自然熱電偶法自然熱電偶法人工熱電偶法人工熱電偶法雙車刀法雙車刀法單車刀法單車刀法插入刀具法插入刀具法插入工件法插入工件法輻射熱計法輻射熱計法PbSPbS電池法電池法鍺光電二極管法鍺光電二極管法紅外線干板（或膠片）法紅外線干板（或膠片）法熱敏顏料法熱敏顏料法熱敏電阻法熱敏電阻法量熱計法量熱計法金屬組織觀察法金屬組織觀察法 a） 法平面內(nèi)的切削溫度分布法平面內(nèi)的切削溫度分布 b）刀具前

32、面上的切削溫度分布）刀具前面上的切削溫度分布切削溫度的分布切削溫度的分布 切削熱的作用切削熱的作用 切削熱是切削過程中的重要物理現(xiàn)象之一。 1、影響工件材料的性能 2、前刀面上的摩擦系數(shù)和切削力的大??； 3、影響刀具磨損和刀具使用壽命； 4、影響積屑瘤的產(chǎn)生和加工表面質(zhì)量； 5、影響工藝系統(tǒng)的熱變形和加工精度。三、影響切削溫度的主要因素三、影響切削溫度的主要因素 1 1、切削用量對切削溫度影響、切削用量對切削溫度影響切削用量影響溫度的經(jīng)驗公式：切削用量影響溫度的經(jīng)驗公式： - - 前刀面接觸區(qū)的平均溫度；前刀面接觸區(qū)的平均溫度； CC - - 與工件、刀具材料等溫度影響系數(shù)；與工件、刀具材料等

33、溫度影響系數(shù)； ZZ、YY、XX - - vcvc、f f、apap的指數(shù)。的指數(shù)。 在切削用量中，在切削用量中，切削速度切削速度對切削溫度的影響最大。對切削溫度的影響最大。 隨著切削速度的提高，材料切除率隨之成正比例的增加。但隨著切削隨著切削速度的提高，材料切除率隨之成正比例的增加。但隨著切削速度的提高，切屑變形相應(yīng)減小，所以，切削功和切削熱雖然有所增高，速度的提高，切屑變形相應(yīng)減小，所以，切削功和切削熱雖然有所增高，但不可能成正比例的增高，因此，切削溫度也不會成正比例的增但不可能成正比例的增高，因此，切削溫度也不會成正比例的增高。高。xpyzcafvC 切削用量對切削溫度的影響程度以切削速

34、度為最大，進給量次之，背吃刀量最小。 因此，若要切除給定的余量，又要求切削溫度較低，則在選擇切削用量時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用大的背吃刀量，然后選擇一個適當?shù)倪M給量，最后再選擇合理的切削速度。 上述切削用量選擇原則是從最低切削溫度出發(fā)考慮的，這也是制訂零件加工工藝規(guī)程時，確定切削用量的原則。 3 3、刀具幾何角度切削溫度影響、刀具幾何角度切削溫度影響p前角前角p主偏角主偏角3 3、工件材料切削溫度影響、工件材料切削溫度影響工件材料的強度、硬度越高，總切削力越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，切削溫度也就越高。 工件材料的導熱性好，從切屑和工件傳出的切削熱相應(yīng)增多，切削區(qū)的平均溫度降低。 4 4、切削液對切

35、削溫度影響、切削液對切削溫度影響 使用切削液可以從使用切削液可以從切削區(qū)帶走大量熱量，切削區(qū)帶走大量熱量，明顯降低切削溫度，提明顯降低切削溫度，提高刀具壽命。高刀具壽命。4 4、刀具磨損對切削溫度影響、刀具磨損對切削溫度影響 刀具磨損量增大切削刀具磨損量增大切削溫度升高，磨損到一定溫度升高，磨損到一定之后影響加劇。之后影響加劇。2.6 2.6 刀具磨損、刀具壽命和切削用量的選擇刀具磨損、刀具壽命和切削用量的選擇一、刀具磨損形態(tài)和磨損機制一、刀具磨損形態(tài)和磨損機制刀具失效正常磨損正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗非正常磨損-破損突發(fā)的破壞，隨機的突發(fā)的破壞，隨機的1 1、刀具磨損的

36、形態(tài)、刀具磨損的形態(tài)車刀典型磨損形式示意圖車刀典型磨損形式示意圖2 2、刀具磨損機制、刀具磨損機制(1) 擦傷磨損：（任何切削溫度）工件上的硬質(zhì)點磨掉刀具上的軟質(zhì)點。低速切削時，硬質(zhì)點磨損是刀具磨損的主要原因(2) 粘結(jié)磨損：刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強烈摩擦，達到原子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱為冷焊。相對運動使粘接點破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。 (3) 擴散磨損：（高速切削）刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，雙方化學元素在固態(tài)下互相擴散，使刀材成分、結(jié)構(gòu)改變造成的磨損。 (4) 化學磨損：（高速切削）一定溫度下，刀具材料與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起化學作用，生成較軟的化合

37、物，造成刀具磨損。 二、刀具磨損過程及磨鈍標準二、刀具磨損過程及磨鈍標準 1 1、刀具的磨損過程、刀具的磨損過程 圖圖2-37 硬質(zhì)合金車刀的典型磨損曲線硬質(zhì)合金車刀的典型磨損曲線2 2、刀具的磨鈍標準、刀具的磨鈍標準 刀具允許達到的最大的磨損量，稱為“磨鈍標準”。1、小廠、有經(jīng)驗工人根據(jù)一些現(xiàn)象來判斷刀具是否磨鈍；2、ISO標準規(guī)定以1/2 ap處的VB值作為刀具的磨鈍標準： 在不同的加工條件下，磨鈍標準的具體數(shù)值是不同的。 粗車鑄鐵 0.8 1.2 粗車碳素鋼 0.60.8 粗車合金鋼 0.40.5 精車碳鋼 0.1 0.3 系統(tǒng)剛性大、HSS ，VB值較大； 系統(tǒng)剛性小、Y合金，VB值較

38、小3、自動化精加工刀具，以徑向磨損 量NB作為磨鈍標準三、刀具壽命三、刀具壽命1、定義：刃磨或換刃后的刀具，自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準為止的切削時間，稱為刀具壽命，符號用T，單位用min或s。 2、刀具壽命與切削用量的關(guān)系111gmhTcspCvfTa例如，當用硬質(zhì)合金車刀車削b=0.65GPa的中碳鋼時，切削用量與刀具壽命的關(guān)系為：7502525TC.spcaTfv 切削用量對刀具壽命T的影響程度與切削用量對切削溫度的影響程度是一致的，切削速度對刀具壽命的影響最大，其次是進給量，背吃刀量的影響很小。 刀具壽命與切削用量的關(guān)系刀具壽命與切削用量的關(guān)系 制訂工藝規(guī)程時，如果既要保證較長的刀

39、具壽命，又要追求較高的切削效益，那么，確定切削用量就應(yīng)該遵循下列原則： 采用盡可能大的背吃刀量，采用能滿足已加工表面粗糙度要求的盡可能大的進給量，再根據(jù)所確定的刀具壽命值，按切削用量與刀具壽命的關(guān)系公式計算切削速度。四、刀具的破損及刀具狀態(tài)監(jiān)控四、刀具的破損及刀具狀態(tài)監(jiān)控1、刀具的破損形式刀具破損的形式脆性破損塑性破損：高溫高壓作用下，刀具表層材料發(fā)生塑性流動崩刃：切削刃產(chǎn)生小的缺口碎斷：切削刃發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂剝落：刀面上出現(xiàn)剝落碎片裂紋：長時間斷續(xù)切削，因疲勞引發(fā)裂紋2、刀具破損的防治措施 合理選擇刀具材料 合理選擇刀具幾何參數(shù) 保證道具的刃磨質(zhì)量 合理選擇切削用量 工藝系統(tǒng)應(yīng)有較好的

40、剛性 對刀具狀態(tài)實時監(jiān)控 測力法 測主電機電流法 聲發(fā)射法五、五、 切削用量的選擇切削用量的選擇 前提：保證加工質(zhì)量 目標：提高的生產(chǎn)效率、低的生產(chǎn)成本 約束：1、工件的技術(shù)要求 2、刀具的切削性能 3、機床的性能 4、工藝系統(tǒng)的剛性 5、刀具壽命 不同的加工性質(zhì)，對切削加工的要求是不一樣的。因不同的加工性質(zhì)，對切削加工的要求是不一樣的。因此，在選擇切削用量時，考慮的側(cè)重點也應(yīng)有所區(qū)別。此，在選擇切削用量時，考慮的側(cè)重點也應(yīng)有所區(qū)別。（1）切削用量與生產(chǎn)效率的關(guān)系 為了保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率,零件加工應(yīng)分階段,以車削為例： 中等精度的零件, 一般按粗車-精車的方案進行。 高精度的零件，一般按

41、粗車-半精車-精車的方案進行。l 粗加工時目的是盡快地從毛坯上切去大部分的加工余量,使工件接近要求的形狀和尺寸.l 應(yīng)在保證必要的刀具使用壽命的前提下，以盡可能提高生產(chǎn)率和降低成本為目的。pcQa fv（2）切削用量的選用原則 根據(jù)刀具使用壽命與切削用量的關(guān)系式，切削用量， T ，其中速度 v 對T 影響最大，進給量f 次之，背吃刀量ap影響最小。 粗加工切削用量選用原則： 首先選擇盡可能大的背吃刀量ap，其次在工藝條件允許下選擇較大的進給量f ，最后根據(jù)合理的刀具使用壽命，用計算法或查表法確定切削速 度v 。這樣使v、f 、ap 的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)率 精加工的目的是保證零件尺寸精度

42、、形狀精度和表面粗糙度的要求,生產(chǎn)率應(yīng)在此前提下盡可能提高.一般精車的精度為IT8IT7,表面粗糙度值Ra=3.20.8m,所以精車是以提高工件的加工質(zhì)量為主.選用較小的背吃刀量ap和進給量f,可減小殘留面積,使Ra值減小. 精加工切削用量選擇原則:應(yīng)選用較小的背吃刀量ap=0.10.3mm和較小的進給量f=0.050.2mm/r,切削速度可取大些.（3 3）切削用量三要素的選用）切削用量三要素的選用p 背吃刀量背吃刀量ap的選擇的選擇 背吃刀量ap的選擇根據(jù)工件的加工余量來確定： 根據(jù)加工精度 l 粗加工時，除留下精加工余量外，一次走刀應(yīng)盡可能切除全部余量。l半精加工和精加工的加工余量一般較

43、小時，可一次切除，但有時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。l半精加工時， ap可取0.52 mm。l精加工時， ap取為0.10.4 mm。 切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴重的材料時，應(yīng)盡量使ap超過硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過早磨損. 在加工余量過大,系統(tǒng)剛性不足，機床功率不足，刀具強度不夠或斷續(xù)切削的沖擊振動較大時。粗加工可分幾次走刀。若分兩次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余量的2/33/4，而第二次走刀的ap取小些，以使精加工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。 在中等功率的機床上：粗加工時的背吃刀量可達810mm，半精加工時，背吃刀量取為0.52mm

44、，精加工時，背吃刀量取為0.10.4mm。p 進給量進給量f f 的選擇的選擇 粗加工時，由于作用在工藝系統(tǒng)上的切削力較大，進給量的選取受到下列因素限制:機床刀具夾具-工件系統(tǒng)的剛度機床進給機構(gòu)的強度，機床有效功率與轉(zhuǎn)矩，斷續(xù)切削時刀片的強度。 粗加工時根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量在有關(guān)手冊中來選擇 。 半精加工精加工時，f 的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。在半精加工和精加工時， 則按加工表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度按有關(guān)手冊選擇 。 生產(chǎn)實際中常根據(jù)經(jīng)驗或查表法確定f 。p 切削速度的確定切削速度的確定 根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量ap 、

45、進給量f，在保證刀具合理使用壽命T的條件下，用計算的方法或用查表法確定切削速度c的值。計算公式: 式中各系數(shù)和指數(shù)可查閱切削用量手冊。在有關(guān)手冊中查表確定切削速度值v = Cv T m apxv f yv Kv在具體確定切削速度值時，一般應(yīng)遵循下述原則： 1）粗車時，背吃刀量和進給量均較大，故選擇較低的切削速度；精車時，則選擇較高的切削速度。 2）工件材料的加工性較差時，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，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，切削速度也可選得越高。因此，超硬刀具材料陶瓷硬質(zhì)合金高速鋼此外，在確定精加工、半精加工

46、的切削速度時，應(yīng)注意避開積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域；在易發(fā)生振動的情況下，切削速度應(yīng)避開自激震動的臨界速度，在加工帶硬皮的鑄鍛件時，加工大件、細長件和薄壁件時，以及斷續(xù)切削時，應(yīng)選用較低的切削速度。 2.7 2.7 刀具幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)的選擇：刀具幾何參數(shù)的選擇： 影響：切削力、切削熱、刀具磨損、加工質(zhì)量 考慮：工件材料、刀具材料、刀具類型、工藝條件刀具材料刀具材料刀具結(jié)構(gòu)刀具結(jié)構(gòu)刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)幾何角度幾何角度刃形刃形面形面形刃口型式及參數(shù)刃口型式及參數(shù)刀具使用性能刀具使用性能 各參數(shù)之間存在著相互依賴、相互制約的作用，因此應(yīng)綜合考慮各種參數(shù)以便進行合理的選擇

47、。一、前角一、前角 o o的選擇的選擇 前角的作用：使刀具鋒利 變形程度F T振動質(zhì)量0 刀刃和刀頭強度散熱面積容熱體積斷屑困難 在一定的條件下，存在一個合理值前角的作用前角的合理選擇：前角的合理選擇： 工件軟取大些 塑性材料取大些 刀具韌取大些 精加工取大些 系統(tǒng)剛性差取大些二、后角二、后角 o o的選擇的選擇 后角的功用：減少后刀面與工件的摩擦摩擦F 質(zhì)量VB 一定，磨損體積T刀頭強度散熱體積重磨體積0 后角的選擇： 粗加工、斷續(xù)切削、工材強度硬度高， 選較小后角, 已用大負前角應(yīng)0 ； 精加工取較大后角，保證表面質(zhì)量； 成形、復雜、尺寸刀具取小后角； 系統(tǒng)剛性差，易振動，取較小后角； 工

48、材塑性大取較大后角，脆材0 。取決于切削厚度取決于切削厚度或進給量的大小或進給量的大小三、主偏角、副偏角的選擇三、主偏角、副偏角的選擇 主偏角作用：影響粗糙度和刀尖強度 acaw單位刃長負荷 Tr 刀尖強度散熱體積 Fp變形加工精度，易振動T 副偏角的作用：是形成已加工表面副偏角 Ra刀尖強度散熱體積 副刃工作長度 摩擦Fp易振動 Ra，T 在一定條件下，存在一合理值。選擇原則 系統(tǒng)剛性好，取較小值； 系統(tǒng)剛性差，取較大值。主偏角、副偏角的合理選擇主偏角、副偏角的合理選擇: : 工件材料硬度、強度較高時，選較小主偏角 工藝系統(tǒng)剛性較差時，選較大主偏角 精加工是，選較小的副偏角 工件強度、硬度較高或刀具做斷續(xù)切削時，選較小副偏角四、刃傾角的選擇四、刃傾角的選擇 刃傾角的作用：控制切屑流出的方向，影響刀頭的強度，影響刀刃的鋒利程度，影響軸向力和徑向力的大小。 刃傾角的選擇 粗車：0 -5精車： 0 +5沖擊： -5 -15