機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第3章)

機(jī)械制造技術(shù)根底

(第三章金屬切削過程及其控制)主講:肖新華天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院切削過程是刀具和工件間相互作用，刀具從被加工工件外表上切去多余材料得到預(yù)定的尺寸精度和外表質(zhì)量的過程，是機(jī)械制造中的最根本的方法。在此過程中，被加工工件的切削層在刀具的擠壓下產(chǎn)生塑性變形，形成切屑被切除掉，同時伴隨著很多的物理現(xiàn)象，如力、熱、刀具的磨損等，這些物理現(xiàn)象的產(chǎn)生與切削變形有著極為密切的關(guān)系。同時刀具的幾何角度、刀具材料等對切削力、切削溫度和刀具磨損等又有直接的影響。3.1概述

3.2金屬切削加工的根本概念3.2.1切削加工金屬切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的加工余量，獲得具有一定的尺寸、形狀、位置精度和外表質(zhì)量的機(jī)械加工方法。3.2.2切削運動切削運動就是刀具與工件之間的相對運動，即外表成形運動，切削運動可分解為主運動和進(jìn)給運動。

1.主運動是切下切屑所需的最根本的運動。在切削運動中,主運動的速度最高、消耗的功率最大，主運動只有一個。2.進(jìn)給運動是多余材料不斷被投入切削,從而加工出完整外表所需的運動。進(jìn)給運動可以有一個或幾個。3.2金屬切削加工的根本概念分析以下加工方法的主運動和進(jìn)給運動

3.2.4切削用量

1.切削速度:2.進(jìn)給量f；工件或刀具每轉(zhuǎn)一周(或每往復(fù)一次)，刀具沿進(jìn)給方向上的相對位移量。進(jìn)給速度、進(jìn)給量和每齒進(jìn)給量的關(guān)系：3.背吃刀量

:hdbd3.2金屬切削加工的根本概念3.2.5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，也就是相鄰兩個加工外表之間的一層金屬。1.切削層公稱厚度hd；2.切削層公稱寬度bd；3.切削層公稱橫截面積Ad.hdbd3.2金屬切削加工的根本概念3.3金屬切削加工用的刀具刀體前刀面刀頭刀尖主后刀面副后刀面副切削刃主切削刃3.3.1刀具的結(jié)構(gòu)及參考系1.刀具切削局部的組成刀具的組成其它各類刀具，如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可看作是車刀的演變和組合。工件車刀f待加工外表過渡外表已加工外表基面切削平面正交平面2.確定刀具角度的參考平面正交平面參考系底平面正交平面參考系/法平面參考系3.刀具角度標(biāo)注

在刀具的標(biāo)注角度參考系中確定的切削刃與刀面的方位角度，稱為刀具標(biāo)注角度。在切削刃是曲線或前、后刀面是曲面的情況下，定義刀具的角度時，應(yīng)該用通過切削刃選定點的切線或切平面代替曲刃或曲面。 主要掌握以下刀具角度：

(1)前角γ0

(2)后角α0 (3)主偏角κr (4)副偏角κ’r

(5)刃傾角λs

(1)前角γ0前刀面在基面之下時前角為正值，前刀面在基面之上時前角為負(fù)值。

前角γ0：前刀面與基面間的夾角〔在正交平面中測量〕。前角γ0(2)后角α0后角α0：后刀面與切削平面間的夾角〔在正交平面中測量〕。一般為正值

。

(3)主偏角κrkr主偏角κr：基面中測量的主切削刃與進(jìn)給運動方向的夾角。(4)副偏角κ’rkrK’r副偏角κ’r：基面中測量的副主切削刃與進(jìn)給運動反方向的夾角。(5)刃傾角λs(a)λs＝0(b)－λs(c)+λs

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，刀尖為最低點時刃傾角為負(fù)值。主切削刃與基面平行時，刃傾角為零。

3.刀具角度標(biāo)注切斷刀的標(biāo)注角度切斷刀的標(biāo)注角度4.刀具實際工作角度產(chǎn)生原因:在實際的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置會發(fā)生變化。定義:以切削過程中實際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實際角度。影響：刀具安裝位置對工作角度的影響、進(jìn)給運動對工作角度的影響。刀尖高于工件中心刀尖低于工件中心(1)刀具安裝高度非理論高度時(2)刀具安裝偏斜對工作角度的影響(3)刀具橫向進(jìn)給對工作角度的影響(4)刀具縱向進(jìn)給對工作角度的影響前角增大后角減小3.3.2常用刀具種類1.分類按照切削刃的多少可分為單刃〔如車刀〕刀具和多刃刀具〔如銑刀〕；按照標(biāo)準(zhǔn)化程度不同可分為標(biāo)準(zhǔn)刀具〔如麻花鉆、絲錐〕和非標(biāo)準(zhǔn)刀具〔如拉刀、成形刀具〕；按照尺寸的規(guī)格的不同可分為定尺寸刀具〔如鉸刀、擴(kuò)孔鉆〕和非定尺寸刀具〔如車刀、刨刀〕；按照刀具組成形式可分為整體式刀具、裝配式刀具和復(fù)合式刀具。2車刀1—切斷刀；2—左偏刀；3—右偏刀；4—彎頭車刀；5—直頭車刀；6—成形車刀；7—寬刃精車刀；8—外螺紋車刀；9—端面車刀；10—內(nèi)螺紋車刀；11—內(nèi)槽車刀；12—通孔車刀；13—盲孔車刀

車刀的結(jié)構(gòu)可分為整體式、焊接式、機(jī)械夾固式、可轉(zhuǎn)位式、成形車刀等：〔1〕整體式車刀其材料為高速鋼，因耗用刀具材料多，一般只用作切槽、切斷刀?！?〕焊接式車刀是將硬質(zhì)合金刀片焊接在碳鋼或鑄鐵刀桿的槽上的車刀。2車刀〔3〕機(jī)械夾固式車刀簡稱機(jī)夾車刀，是采用普通硬質(zhì)合金刀片，使用機(jī)械夾固的方法將刀片夾持在刀柄上使用的車刀。與焊接式車刀相比，機(jī)夾車刀具有以下優(yōu)點：①刀片不經(jīng)高溫焊接，防止了因焊接而引起的刀片硬度下降及熱應(yīng)力所造成的裂紋等缺陷，提高了刀具耐用度及壽命。此外，車刀磨鈍后，不必拆動刀桿，只需卸下刀片重磨或更換即可。這樣不僅大大縮短了車刀更換和調(diào)整的時間，還減輕了工人的勞動強(qiáng)度。這對于重型車床上用大型車刀來講，其效果尤為顯著。②刀桿使用壽命長，可屢次重復(fù)使用，節(jié)省了制造刀桿的材料和工時。車刀重磨屢次后，尺寸變小，可以裝在小一號的刀桿上繼續(xù)使用，從而提高刀片的利用率。③刀片的夾緊元件往往同時起到斷屑臺的作用，有利于斷屑。2車刀

與焊接車刀相比，機(jī)夾式車刀結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、不緊湊。常用的刀片夾固結(jié)構(gòu)有上壓式、側(cè)壓式和彈性夾固式三種。2車刀〔4〕可轉(zhuǎn)位式車刀由刀桿、刀片、刀墊和夾緊元件組成。當(dāng)?shù)镀那邢魅心モg后，不需要重磨，只要松開夾緊裝置，將刀片轉(zhuǎn)過一個位置，重新夾緊后便可用新的切削刃繼續(xù)加工，當(dāng)全部切削刃用鈍后，更換新的刀片。這種可轉(zhuǎn)位車刀具有壽命長、節(jié)約材料、減少輔助時間、效率高等很多優(yōu)點。2車刀〔5〕成形車刀是加工回轉(zhuǎn)體成形外表的專用刀具，主要有平體、棱體和圓體三種，刀具的刃形是根據(jù)被加工工件的廓面設(shè)計的。主要應(yīng)用于大批量生產(chǎn)，成形回轉(zhuǎn)體外表。具有加工質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、刀具使用壽命長的特點。2車刀3孔加工刀具〔1〕鉆孔刀具常用的鉆孔刀具有麻花鉆、中心鉆、扁鉆和深孔鉆等，其中最常用的是麻花鉆。根據(jù)制造麻花鉆的材料不同，可分為碳素鋼麻花鉆、高速鋼麻花鉆和硬質(zhì)合金麻花鉆等，由于碳素鋼麻花鉆的切削性能較差，現(xiàn)在根本上不再使用。高速鋼麻花鉆使用較普遍，由四局部組成。①柄部；②頸部；③導(dǎo)向局部；④切削局部。麻花鉆的結(jié)構(gòu)麻花鉆存在問題前角變化大；排屑不暢；橫刃的切削條件差；散熱條件差主、副切削刃磨損劇頂角、后角和橫刃不能夠或很難分別控制孔外表粗糙度大改進(jìn)方法群鉆雙重頂角等前角——曲線刃S形橫刃三尖七刃銳領(lǐng)先,月牙弧槽分兩邊,一側(cè)外刃開屑槽,橫刃磨得低窄尖.1、降低了鉆削抗力，鉆鋼材時，根本型群鉆的軸向力約比普通麻花鉆降低35％～47％，轉(zhuǎn)矩約降低10％～30％。減少了鉆削熱，降低了切削刃上的溫度。

2、減輕了切削刃的磨損，提高了鉆頭的耐用度，從而可提高生產(chǎn)效率3～5倍。改善了排屑和斷屑情況及操作平安性。

3、便于切削液流入切削區(qū)。

4、減輕了鉆孔時鉆頭軸線的傾斜，提高各孔軸線的平行度。

5、提高了孔型的圓柱度。

6、鉆頭切入工作快，定心情況好；當(dāng)需要劃線鉆孔時，便于鉆頭的找正。

中心鉆分成打中心孔用的中心鉆和鉆孔定中心用的中心鉆。其中打中心孔用的中心鉆又有不帶護(hù)錐中心鉆、帶護(hù)錐中心鉆和弧形中心鉆三種形式。

深孔鉆按工藝的不同可分為鉆孔、擴(kuò)孔、套料三種，按切削刃的多少可分為單刃和多刃，按排屑方式可分為外排屑和內(nèi)排屑。圖為深孔鉆工作原理。擴(kuò)孔鉆是孔精加工前的預(yù)加工以及毛坯孔的擴(kuò)大，如下圖。擴(kuò)孔加工和鉆孔相似，但是由于擴(kuò)孔鉆的齒數(shù)多，沒有橫刃，因此加工效率和精度高?！?〕鉸刀鉸刀一般分為手用鉸刀和機(jī)用鉸刀，是孔的精加工刀具。其材料可為高速鋼、硬質(zhì)合金或金剛石。鉸刀的結(jié)構(gòu)如下圖，由柄部、頸部和工作局部組成，各局部的作用與鉆頭相似。工作局部由引導(dǎo)錐、切削局部和校準(zhǔn)局部組成。引導(dǎo)錐用于引導(dǎo)鉸刀進(jìn)入底孔，便于切入工件。校準(zhǔn)局部除了刮削、擠壓并保證孔徑尺寸外，還起引導(dǎo)作用。對于手用鉸刀校準(zhǔn)局部應(yīng)做得長一些，對于機(jī)用鉸刀，可稍短一些，導(dǎo)向精度主要由機(jī)床保證?！?〕鏜刀鏜刀按切削刃數(shù)量可分為單刃、雙刃和多刃鏜刀，按加工外表可分為內(nèi)孔和端面鏜刀，按刀具結(jié)構(gòu)可分為整體式、裝夾式和可調(diào)式鏜刀。單刃鏜刀只有一個主切削刃，結(jié)構(gòu)與車刀類似。鏜孔的尺寸通過調(diào)整鏜刀頭的位置來保證。雙刃鏜刀有定裝和浮動兩種，圖所示為雙刃浮動鏜刀的結(jié)構(gòu)。多刃鏜刀是在一個圓形刀盤的圓周上鑲嵌有兩個以上單刃鏜刀頭的鏜刀〔如下圖〕，鏜孔時每個鏜刀頭同時參與切削，生產(chǎn)效率高，適合于孔的粗加工。微調(diào)鏜刀都有一個精密的刻度盤，刻度盤的螺母同刀頭的絲杠組成一個精密的絲杠螺母副〔如下圖〕。當(dāng)轉(zhuǎn)動刻度盤時，絲杠帶動刀頭直線運動實現(xiàn)微調(diào)。微調(diào)鏜刀的安裝有直角型和傾斜型，直角型用于鏜通孔，傾斜型用于鏜盲孔。4銑刀刀齒分布在圓周外表或端面上的多刃回轉(zhuǎn)刀具加工平面、臺階、溝槽和各種成形外表比較復(fù)雜的用于加工復(fù)雜三維曲面的弧面和球面銑刀,在聯(lián)動軸數(shù)較多的數(shù)控加工機(jī)床上應(yīng)用很廣.5拉刀一般為加工規(guī)那么復(fù)雜內(nèi)外表的,特別是花鍵槽,等這一類型外表直線運動；齒很多；排齒間有齒升量；加工效率較高6螺紋刀具

單件一般車削加工；也有用板牙加工的；成批的采用切削法和滾壓法；滾壓法加工的螺栓強(qiáng)度較高7齒輪加工刀具加工方法有成形法和范成法成形法齒輪刀具:盤形齒輪銑刀

、指狀齒輪銑刀展成法齒輪刀具:滾刀、插齒刀、剃齒刀插齒刀:加工同模數(shù)、同壓力角的任意齒數(shù)的齒輪；既可以加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪,也可以加工變位齒輪.滾刀:漸開線蝸桿、阿基米德蝸桿、選用原那么:根本參數(shù)(如模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)等)相同.精度等級相當(dāng).旋向相同,滾切直齒用左旋滾刀。〔1〕成形齒輪銑刀成形法加工中齒輪銑刀的刃形和被加工齒輪的齒槽完全相同或者近似，主要有盤狀齒輪銑刀和指狀齒輪銑刀等，如圖3-30所示。用于加工直齒、斜齒圓柱齒輪和斜齒齒條等，刀具結(jié)構(gòu)簡單、本錢低，但是加工精度低、生產(chǎn)效率低，適用于單件小批量生產(chǎn)或者修配場合。銑齒加工演示〔2〕齒輪滾刀

是應(yīng)用最為廣泛的用于加工直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪的刀具，有漸開線、阿基米得和法向直廓三種。理論上加工漸開線齒輪應(yīng)該用漸開線滾刀，但是由于制造困難，而阿基米德蝸桿軸向剖面的齒形為直線，易于制造，因此生產(chǎn)中常用阿基米得蝸桿代替漸開線蝸桿，如圖3-31所示。滾齒加工〔3〕插齒刀

插齒刀是用于加工直齒輪、內(nèi)齒輪、多聯(lián)齒輪、人字齒輪和齒條的刀具。標(biāo)準(zhǔn)的直齒插齒刀按其結(jié)構(gòu)特點可以分為盤形、碗形和帶錐柄三種，如圖3-32所示。盤形的插齒刀主要用于加工直齒外齒輪和大模數(shù)的內(nèi)齒輪；碗形直齒刀主要用于加工多聯(lián)齒輪和帶凸肩的齒輪；錐柄插齒刀主要用于加工內(nèi)齒輪。插齒加工〔4〕剃齒刀

用于加工未淬硬的直齒、斜齒圓柱齒輪的半精加工。剃齒刀的精度等級為A、B、C三級，分別用于加工6、7、8級齒輪。剃齒刀的使用壽命長、生產(chǎn)率高，但價格高，適合于在成批大量生產(chǎn)中使用。3.3.3常用刀具材料1.刀具材料應(yīng)具備的性能高硬度:比工件高,>HRC60高耐磨性:決定其耐用度足夠的強(qiáng)度和韌性:不崩刃,不斷高的耐熱性(熱穩(wěn)定性):高溫時可以加工良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能良好的工藝性能:刀具制造本錢低含有較多鎢、鉬、烙、釩等元素的高合金工具鋼較高的硬度(熱處理硬度達(dá)HRC62—67)和耐熱性(切削溫度可達(dá)550—600o)切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高1—3倍(因此而得名),刀具耐用度高10—40倍,甚至更多可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的材料制造工藝簡單,能鍛造,容易磨出鋒利的刀刃在復(fù)雜刀具(鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等)的制造中占有重要地位。2.高速鋼(風(fēng)鋼或鋒鋼)

①普通高速鋼。是切削硬度在250～280HBS以下的大局部結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的根本刀具材料，切削普通鋼料時的切削速度一般不高于40～60m/min。普通高速鋼應(yīng)用最廣，約占高速鋼總量的75%。按鎢、鉬含量的不同分為鎢系高速鋼〔如W18Cr4V〕和鎢鉬系高速鋼〔如W6Mo5Cr4V2〕。鎢系高速鋼綜合性能好，適用于制造復(fù)雜刀具，工藝性好；碳化物含量高，塑性變形抗力大；強(qiáng)度和韌性顯得不夠；熱塑性差。鎢鉬系高速鋼具有良好的機(jī)械性能，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等；工藝性也好，目前各國廣為應(yīng)用。②高性能高速鋼。是在普通高速鋼的根底上增加一些含碳量、含釩量并添加鈷、鋁等合金元素熔煉而成，其耐熱性好，在630～650℃時仍能保持接近60HRC的硬度，適用于加工高溫合金、鈦合金、奧氏體不銹鋼、高強(qiáng)度鋼等難加工材料。③高碳高速鋼。它的含碳量的提高，使鋼中的合金元素能全部形成碳化物，從而提高鋼的硬度和耐磨性，但強(qiáng)度和韌性有所降低，目前很少使用。④高釩高速鋼〔如W12Cr4V4Mo〕。是將鋼中的釩含量增加到3%～5%，由于碳化釩可提高鋼的硬度，所以一方面增加了鋼的耐磨性，另一方面也增加了鋼的刃磨難度。⑤鈷高速鋼〔如W2Mo9Cr4VCo8〕。在鋼中參加了鈷，可提高鋼的高溫硬度和抗氧化能力，因此能適用于較高的切削速度，可提高鋼的回火硬度和磨削加工性。⑥鋁高速鋼〔如W6Mo5Cr4V2Al〕。是我國獨創(chuàng)的高性能高速鋼，參加鋁元素能提高W、Mo在鋼中的溶解度，并阻止晶粒長大，從而提高了高溫硬度、熱塑性和韌性。⑦粉末冶金高速鋼。是在用高壓惰性氣體〔氫氣或氮氣〕把鋼水霧化成粉末后，再經(jīng)過熱壓鍛軋成材。這種鋼有效地解決了熔煉高速鋼的碳化物共晶偏析問題，結(jié)晶組織細(xì)小均勻。與熔煉高速鋼相比，粉末冶金高速鋼材質(zhì)均勻、韌性好、硬度高、熱處理變形小、質(zhì)量穩(wěn)定、刃磨性能好、刀具壽命較高。可用它切削各種難加工材料，特別適合于制造各種精密刀具和形狀復(fù)雜的刀具。⑧涂層高速鋼。它的外表涂層是采用物理氣相沉積〔PVD〕方法，在適當(dāng)?shù)母哒婵斩扰c溫度環(huán)境下進(jìn)行氣化的鈦離子與氮反響，在陽極刀具外表生成TiN，其厚度可由PVD時間來決定，一般為2～8m。涂層高速鋼的切削力、切削溫度約下降25%，切削速度、進(jìn)給量和刀具壽命顯著提高。適合在鉆頭、絲錐、成形銑刀和切齒刀具上應(yīng)用。除TiN涂層外，還有TiC、TiAlN、ALTiN、TiAlCN、DLC和CBC涂層等。3.硬質(zhì)合金用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物(碳化鎢,碳化鈦,碳化鉭,碳化鈮等)與金屬粘結(jié)劑(鈷,鎳,鉬等)在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品.硬度:HRA89-93,能耐850-1000oC的高溫,良好的耐磨性,切速可達(dá)100-300m/min,可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料,應(yīng)用廣泛硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度低,沖擊韌性差,不鋒利,較難加工,不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具常用的硬質(zhì)合金有K類,P類和M類.3.硬質(zhì)合金刀具①K類〔相當(dāng)于我國YG類〕。該類硬質(zhì)合金由WC和Co組成，也稱鎢鈷類硬質(zhì)合金。這類合金主要用來加工鑄鐵、有色金屬及其合金。②P類〔相當(dāng)于我國YT類〕。該類硬質(zhì)合金由WC、TiC和Co組成，也稱鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金。這類合金主要用于加工鋼料。③M類〔相當(dāng)于我國YW類〕。該類硬質(zhì)合金是在WC、TiC、Co的根底上再參加TaC或NbC〕而成。參加TaC〔或NbC〕后，改善了硬質(zhì)合金的綜合性能。這類硬質(zhì)合金既可以加工鑄鐵和有色金屬，又可以加工鋼料，還可以加工高溫合金和不銹鋼等難加工材料，有通用硬質(zhì)合金之稱。為了克服常用硬質(zhì)合金強(qiáng)度和韌性低、脆性大、易崩刃的缺點，可以通過調(diào)整化學(xué)成分、細(xì)化合金晶粒以及采用涂層刀片等手段來改善其性能。4.涂層刀具涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具的基體上，涂覆一層很薄的耐磨性很高的難熔金屬化合物而得的。常用的涂層材料有碳化鈦〔TiC〕、氮化鈦〔TiN〕和氧化鋁〔Al2O3〕等。TiC的硬度比TiN高，抗磨損性好，對于會產(chǎn)生劇烈磨損的刀具，TiC的涂層較好。TiN與金屬的親和力較小，潤濕性能好，在容易產(chǎn)生黏結(jié)的情況下，TiN的涂層較好。在高速切削產(chǎn)生大量熱量的場合，以采用AL2O3涂層為好，因為氧化鋁在高溫下有良好的熱穩(wěn)定性。陶瓷刀具是以氧化鋁〔Al2O3〕或以氮化硅〔Si3N4〕為基體，添加少量金屬在高溫下燒結(jié)而成的。具有以下主要特點：①高硬度和耐磨性。常溫硬度達(dá)91～95HRC，可以切削60HRC以上的硬材料。②高的耐熱性。高溫下強(qiáng)度、韌性降低較少。③高的化學(xué)穩(wěn)定性。在高溫下有較好的抗氧化、抗黏結(jié)性能。④低的摩擦因數(shù)。切屑不易粘刀，不易產(chǎn)生積屑瘤。⑤強(qiáng)度和韌性低。承受沖擊載荷的能力較差。⑥熱導(dǎo)率低?？篃釠_擊性能較差。陶瓷刀具一般適用于高速精細(xì)加工硬材料，新型的陶瓷刀具也能半精、粗加工多種難加工材料。5.陶瓷立方氮化硼〔CBN〕是由立方氮化硼〔白石墨〕經(jīng)高溫高壓處理轉(zhuǎn)化而成，其硬度高達(dá)8000HV，僅次于金剛石。CBN是一種新型刀具材料，它可耐1300～1500℃的高溫，熱穩(wěn)定性好；它的化學(xué)穩(wěn)定性也很好，溫度高達(dá)1200～1300℃時也不與鐵產(chǎn)生化學(xué)反響。立方氮化硼能以硬質(zhì)合金切削鑄鐵和普通鋼的切削速度對冷硬鑄鐵、淬硬鋼、高溫合金等進(jìn)行加工。CBN能對淬硬鋼、冷硬鑄鐵進(jìn)行粗加工與半精加工，同時還能高速切削高溫合金、熱噴涂材料等難加工材料。6.立方氮化硼金剛石是碳的同素異形體，是目前最硬的物質(zhì)，其顯微硬度達(dá)10000HV。金剛石刀具有三類：〔1〕天然單晶金剛石刀具主要用于非鐵材料及非金屬的精密加工。單晶金剛石結(jié)晶界面有一定的方向，不同晶面上硬度與耐磨性有較大的差異，刃磨時須注意選擇刃磨平面?！?〕人造聚晶金剛石天然金剛石價格昂貴，工業(yè)上多使用人造金剛石。人造金剛石是通過合金觸媒的作用，在高溫高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成。人造聚晶金剛石抗沖擊強(qiáng)度高，可選用較大的切削用量。結(jié)晶面無固定方向，可自由刃磨。7.金剛石〔3〕金剛石燒結(jié)體在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層約0.5mm厚的聚晶金剛石。強(qiáng)度較好，能進(jìn)行斷續(xù)切削，可屢次刃磨。人造金剛石目前主要用于制作磨具及磨料，用作刀具材料時主要用于有色金屬的高速精細(xì)切削。金剛石不是碳的穩(wěn)定狀態(tài)，遇熱易氧化和石墨化，用金剛石刀具進(jìn)行切削時須對切削區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。金剛石刀具不宜加工鐵族元素，因為金剛石中的碳原子和鐵族元素的親和力強(qiáng)，刀具壽命低。刀具材料與切削速度77刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）刀具材料與耐磨性天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細(xì)粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性

刀具材料的耐磨性與斷裂韌性3.3.4磨料與磨具1.磨料磨料是砂輪的主要成分，直接擔(dān)負(fù)切削工作。磨料應(yīng)該具有高硬度、高耐熱性和一定的韌性，在磨削過程中受力破碎后還要能形成鋒利的幾何形狀。常用的磨料有氧化物系、碳化物系和超硬磨料系三類.表3-2磨料的特性和使用范圍系列磨料名稱代號顯微硬度特性使用范圍氧化物系棕剛玉A2200~2280棕褐色，硬度高，韌性大，價格便宜磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵，硬青銅白剛玉WA2200~2300白色，硬度比棕剛玉高，韌性較棕剛玉低磨削淬火剛、高速鋼、高碳鋼及薄壁零件碳化物系黑碳化硅C2840~3320黑色，有光澤。硬度比白剛玉高，性脆而鋒利，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性良好磨削鑄鐵、黃銅、鋁、耐火材料及非金屬材料綠碳化硅GC3280~3400綠色，硬度和脆性比黑碳化硅高，具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性磨削硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、玉石、玻璃等材料高硬磨料系人造金剛石D6000~10000無色透明或淡黃色、黃綠色、黑色，硬度高，比天然金剛石脆磨削硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、玉石、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體等材料立方氮化硼CBN6000~8500黑色或淡白色，立方晶體，硬度次于金剛石，耐磨性高磨削各種高溫合金、高鉬、高釩、高鈷鋼、不銹鋼等材料2.粒度

粒度表示磨料顆粒的尺寸大小，分為磨?！仓睆酱笥?0m〕和微粉〔直徑小于40m〕。磨粒以每平方英寸的網(wǎng)眼數(shù)來表示，如60＃表示磨粒剛能通過每英寸60個孔眼的篩網(wǎng)。粒度號越大，磨粒越細(xì)。微粉是以顆粒的實際尺寸分級，如W20表示為直徑為20m的微粉。W后的數(shù)字越小，微粉越細(xì)。粗磨加工選用顆粒較粗的砂輪，以提高生產(chǎn)效率；精磨加工選用顆粒較細(xì)的砂輪，以減小加工外表粗糙度值。砂輪與工件接觸面積大時，選用顆粒較粗的砂輪，防止燒傷工件。表3-3常用粒度及使用范圍類別粒度顆粒尺寸/μm應(yīng)用范圍類別粒度顆粒尺寸應(yīng)用范圍磨粒12°~36°2000~1600500~400荒磨打毛刺微粉W40~W2840~2828~20珩磨研磨46°~80°400~315200~160粗磨半精磨精磨W20~W1420~1414~10研磨、超級加工、超精磨削100°~280°160~12550~40精磨珩磨W10~W510~75~3.5研磨、超級加工、鏡面磨削3.結(jié)合劑結(jié)合劑的作用是將磨粒黏結(jié)在一起，形成具有一定形狀和強(qiáng)度的砂輪。常用的結(jié)合劑種類有陶瓷、樹脂、橡膠和金屬結(jié)合劑〔常用青銅〕。結(jié)合劑代號性能適用范圍陶瓷V耐熱，耐蝕，氣孔率大，易保持廓形，彈性差最常用，適用于各類磨削加工樹脂B強(qiáng)度較V高，彈性好，耐熱性差適用于高速磨削，切斷，開槽等橡膠R強(qiáng)度較B高，更富有彈性，氣孔率小，耐熱性差適用于切斷，開槽及作無心磨的導(dǎo)輪青銅J強(qiáng)度最高，型面保持性好，磨耗少，自銳性差適用于金剛石砂輪4.硬度砂輪的硬度是指磨粒在磨削力作用下，從砂輪外表上脫落的難易程度。砂輪硬度高，磨粒不容易脫落；反之磨粒容易脫落。砂輪的硬度分七個等級。磨削時，如砂輪硬度過高，那么磨鈍了的磨粒不能及時脫落，會使磨削溫度升高而造成工件燒傷；假設(shè)砂輪太軟，那么磨粒脫落過快不能充分發(fā)揮磨粒的磨削效能。工件硬度較高時應(yīng)選用較軟的砂輪；工件硬度較低時，應(yīng)選用較硬的砂輪；砂輪與工件接觸面較大時，選用較軟的砂輪；磨薄壁件及導(dǎo)熱性差的工件時選用較軟的砂輪；精磨和成形磨時，應(yīng)選用較硬的砂輪；砂輪粒度號大時，應(yīng)選用較軟的砂輪。表3-5砂輪的硬度等級名稱及代號大級名稱超軟軟中軟中中硬硬超硬小級名稱超軟軟1軟2軟3中軟1中軟2中1中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬代號DEFGHJKLMNPQRSTY5.組織砂輪的組織是指磨料、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比例關(guān)系。磨料在砂輪體積中所占的比例越大，組織越緊密；反之，那么組織越疏松。砂輪的組織分為緊密〔組織號0～3〕、中等〔組織號4～7〕和疏松〔組織號8～12〕三個類別。6.砂輪形狀砂輪是用結(jié)合劑把磨粒黏結(jié)起來，經(jīng)壓坯、枯燥、焙燒及車整而成。它的特性決定于磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及形狀尺寸等。常用砂輪形狀、代號及主要用途見表3-7。砂輪名稱代號斷面簡圖基本用途平行砂輪P根據(jù)不同尺寸，分別用于外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨、無心磨、工具磨、螺紋磨和砂輪機(jī)上雙斜邊砂輪PSX主要用于磨齒輪齒面和磨單線螺紋雙面凹砂輪PSA主要用于外圓磨削和刃磨刀具，還可用作無心磨的磨輪和導(dǎo)輪薄片砂輪PB主要用于切斷和開槽等筒形砂輪N用于立式平面磨床砂輪名稱代號斷面簡圖基本用途杯形砂輪B主要用其端面刃磨刀具，也可用圓周磨平面和內(nèi)孔碗形砂輪BW通常用于刃磨刀具，也可用于磨機(jī)床導(dǎo)軌碟形砂輪D適于磨銑刀、絞刀、拉刀等，大尺寸的一般用于磨齒輪的齒面3.4金屬切削過程中的變形金屬切削過程中，刀具從工件上切下多余金屬，形成切屑和已加工外表，產(chǎn)生切削力、切削熱、刀具磨損、積屑瘤等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的成因、作用及變化規(guī)律都是以切削過程為根底的。研究金屬切削過程對于保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)本錢具有十分重要的意義。90切削形式?jīng)]有副刃參加切削，且λs

=0°。直角、斜角自由切削與不自由切削a）直角切削b）斜角切削c）不自由切削3.4.1切屑的形成過程及變形區(qū)的劃分切削層金屬形成切屑的過程就是在刀具的作用下發(fā)生變形的過程。圖所示是在直角自由切削工件條件下觀察繪制得到的金屬切削滑移線和流線示意圖。OA滑移線稱作始滑移線，OM稱作終滑移線。流線說明被切削金屬中的某一點在切削過程中流動的軌跡。切削過程中，切削層金屬的變形大致可劃分為三個區(qū)域：3.4.1切屑的形成過程及變形區(qū)的劃分

第Ⅰ變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。圖3-5切削部位三個變形區(qū)ⅠⅢⅡ第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和剩余應(yīng)力的主要原因。三個變形區(qū)分析

第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。第一變形區(qū)第二變形區(qū)第三變形區(qū)1.第一變形區(qū)又稱根本變形區(qū)。2.第二變形區(qū)3.第三變形區(qū)第一變形區(qū)的金屬滑移切削變形3.4.1切屑的形成過程及變形區(qū)的劃分

如圖2.2(b)所示，對于切削層來說，移至剪切面AB時，產(chǎn)生滑移后形成切屑上。這個過程連續(xù)進(jìn)行，切削層便連續(xù)地通過前刀面轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?。圖2.2〔b〕切屑形成過程

此圖與形成切屑時的實際變形較接近，故稱之為切屑形成模型。剪切面AB與切削速度之間的夾角稱為剪切角。

由此可知，第?變形區(qū)就是形成切屑的變形區(qū)，其變形特點是切削層產(chǎn)生剪切滑移變形。 3.4.2前刀面的擠壓與摩擦及其對切削變形的影響1.切屑的受力分析在直角自由切削的情況下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff；剪切面上的正壓力Fns和剪切力Fs。這兩對力的合力互相平衡，如以下圖所示。將兩對力都畫在切削刃的前方，可得到如右以下圖所示的力關(guān)系圖?？赏茖?dǎo)出如下公式F==Fc=Fcos(

o)=

Fp=Fsin(

o)=2.切削變形程度切削變形程度有三種不同的表示方法：變形系數(shù)、相對滑移和剪切角?！?〕變形系數(shù)在切削過程中，刀具切下的切屑厚度hch通常都大于工件切削層厚度hd，而切屑長度lch卻小于切削層長度lc。切屑厚度hch與切削層厚度hd之比稱為厚度變形系數(shù)，切削層長度與切屑長度之比稱為長度變形系數(shù)。由圖3-38可得：=

=

=

根據(jù)體積不變原理，可得：

=

=

〔2〕相對滑移由于切削過程中金屬變形的主要形式是剪切滑移，當(dāng)然就可以用相對滑移〔剪應(yīng)變〕來衡量切削過程的變形程度。如下圖，平行四邊形OHNM發(fā)生剪切變形后，變?yōu)槠叫兴倪呅蜲GPM，其相對滑移為：

=

=

=

=cot

+tan(

o)

〔3〕剪切角

在剪切面上，金屬產(chǎn)生了滑移變形，最大剪應(yīng)力就在剪切面上。圖所示為直角自由切削狀態(tài)下的作用力分析，在垂直于切削合力F方向的平面內(nèi)剪應(yīng)力為零，切削合力F的方向就是主應(yīng)力的方向。根據(jù)材料力學(xué)平面應(yīng)力狀態(tài)理論，主應(yīng)力方向與最大剪應(yīng)力方向的夾角應(yīng)為45°，即Fs與F的夾角應(yīng)為45°，故有：

+

o=

+

o

=

分析可知：①前角增大時，剪切角隨之增大，變形減小。這說明增大刀具前角可減少切削變形，對改善切削過程有利。②摩擦角增大時，剪切角隨之減小，變形增大。提高刀具刃磨質(zhì)量、采用潤滑性能好的切削液可以減小前刀面和切屑之間的摩擦因數(shù)，有利于改善切削過程。刀具前角對切削變形的影響

切削厚度對切削變形的影響3.影響切屑變形的因素〔1〕工件材料材料越脆，塑性越小，強(qiáng)度越高、切削變形越小。材料塑性越大，強(qiáng)度越低、切削變形越大。3.影響切屑變形的因素〔2〕刀具前角增大刀具前角，剪切角將隨之增大，變形系數(shù)h將隨之減?。坏龃蠛?，前刀面傾斜程度加大，切屑作用在前刀面上的平均正應(yīng)力av減小，使摩擦角和摩擦因數(shù)增大而導(dǎo)致減小。由于后一方面影響較小，h還是隨著增大而減小?！?〕切削速度vc在無積屑瘤產(chǎn)生的切削速度范圍內(nèi)，切削速度vc越大，變形系數(shù)h越小。主要是因為塑性變形的傳播速度較彈性變形慢，切削速度越高，切削變形越不充分，導(dǎo)致變形系數(shù)下降。此外，提高切削速度還會使切削溫度增高，切屑底層材料的剪切屈服強(qiáng)度s因溫度的增高而略有下降，導(dǎo)致前刀面摩擦因數(shù)減小，使變形系數(shù)h下降?！?〕進(jìn)給量f進(jìn)給量越大，變形越小。〔4〕切削層公稱厚度hd在無積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削層公稱厚度hd越大，變形系數(shù)h越小。積屑瘤的形成及其對切削過程的影響

定義：在切速不高，而且又能連續(xù)切削的情況下，加工一般的鋼料或其它塑性材料時，在刀具的前刀面常常粘結(jié)一塊硬度很高的呈三角形的硬塊，這塊冷焊在前刀面上的金屬稱為積屑瘤或刀瘤。切削條件：〔1〕中速連續(xù)切削〔2〕一般鋼料或其他塑性材料現(xiàn)象:〔1〕刀具前刀面產(chǎn)生硬度很高的硬塊；〔2〕工件外表粗糙度增大；形成原因：切屑與刀具前刀面在一定的壓力和溫度下，由于內(nèi)外摩擦的作用，使切屑聚積在刀具的前刀面，發(fā)生加工硬化，形成了比工件材料硬度高的一個硬塊，粘在刀具前刀面。積屑瘤積屑瘤對切削過程的影響1.實際切削前角增大：切削力小了，變得輕快；2.切厚增大：；3.外表粗糙度加大；4.影響刀具使用壽命。防止積屑瘤產(chǎn)生的方法〔1〕避開中速切削加工；〔2〕采用潤滑性能好的切削液；〔3〕增大刀具前角，減小接觸面積和接觸力；〔4〕適當(dāng)增加工件硬度，減小加工硬化現(xiàn)象的產(chǎn)生。3.5金屬切削過程中切屑的類型及控制

3.5.1切屑的類型與分類在切削不同材質(zhì)的工件，不同的切削參數(shù)時，會得到不同的切屑類型。〔1〕帶狀：在切削塑性材料，速度較高，前角較大時會得到，微觀情況下，有時可見剪切面，是最為常見切屑類型。〔2〕節(jié)狀切屑：在切削厚度大、切速低、前角小時，由于剪切力大于材料的強(qiáng)度，使得切屑產(chǎn)生鋸齒狀的裂紋和斷裂?！?〕粒狀切屑：當(dāng)上述切削條件進(jìn)一步發(fā)生變化時，切屑的裂紋擴(kuò)展到整個接觸面時，形成單元切屑?！?〕崩碎切屑：加工脆性材料、切厚較大，切削力超過了抗拉極限，形成崩碎切削。容易崩刀，外表質(zhì)量差。112形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑切屑類型及形成條件形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑切屑類型及形成條件3.5.2切屑的控制措施在實際生產(chǎn)中，有的切屑到一定長度以后會自動折斷，有的會纏繞在刀具或工件上，影響切削加工的正常進(jìn)行。因此切屑的控制具有重大意義，在自動化加工中顯得尤為重要。切屑的控制包括切屑的流向控制和切屑的折斷〔斷屑〕兩方面內(nèi)容。1.切屑的流向控制控制切屑的流向可使已加工外表不被切屑劃傷，便于對切屑進(jìn)行處理，從而使切削過程順利進(jìn)行。影響切屑流向的主要參數(shù)是刀具刃傾角s，主偏角r及前角。以車削外圓為例，當(dāng)s為正值時，切屑流向待加工外表；當(dāng)s為負(fù)值時，切屑流向已加工外表，如圖3-43所示。r=90°時，切屑流向已加工外表。為負(fù)值時，由于前刀面的推力作用，切屑常流向待加工外表。因此，控制切屑的流向可以采用控制刀具幾何參數(shù)來實現(xiàn)。2.斷屑切屑經(jīng)第Ⅰ、第Ⅱ變形區(qū)的劇烈變形后，硬度增加，塑性下降，性能變脆。在切屑排出過程中，當(dāng)碰到刀具后刀面、工件上過渡外表或待加工外表等障礙時，如某一部位的應(yīng)變超過了切屑材料的斷裂應(yīng)變值，切屑就會折斷。研究說明，工件材料脆性越大〔斷裂應(yīng)變值小〕、切屑厚度越大、切屑卷曲半徑越小，切屑就越容易折斷。可采取以下措施對切屑實施控制?！?〕采用斷屑槽在刀具的前刀面上設(shè)置斷屑槽可以對流動中的切屑施加一定的約束力，使切屑應(yīng)變增大，切屑卷曲半徑減小，能加速切屑的折斷。常用斷屑槽的截面形狀有折線形、直線圓弧形和全圓弧形，如圖3-44所示。折線形和直線圓弧形適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼加工；全圓弧形的槽底前角大，適用于加工塑性高的金屬材料和重型刀具。2.斷屑根據(jù)斷屑槽在前刀面上的布置方式，可分成平行式、外斜式和內(nèi)斜式，如圖3-45所示。外斜式能在較寬的切削用量范圍內(nèi)實現(xiàn)斷屑，它使s為負(fù)值，切屑易折成小段流向已加工外表。內(nèi)斜式斷屑范圍窄，適用于背吃刀量較小的半精加工和精加工。平行式居于二者之間。2.斷屑〔2〕調(diào)整切削用量在切削用量中，對斷屑影響最大的是進(jìn)給量，其次是背吃刀量。提高進(jìn)給量f使切削厚度增大，在切屑受卷曲或碰撞時易折斷，對斷屑有利，但增大f會增大加工外表粗糙度。背吃刀量增大對斷屑作用不大，只有當(dāng)同時增大進(jìn)給量時，才能有效斷屑。降低切削速度，能使切屑變形較充分，對斷屑有利?！?〕其他斷屑方法在刀具前刀面上安裝可調(diào)距離和角度的斷屑擋塊，能到達(dá)穩(wěn)定斷屑的目的。缺乏之處是減小了排屑空間。采用斷續(xù)切削、擺動切削或振動切削能使切屑厚度變化，在切屑厚度較小處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而到達(dá)斷屑目的。在參與切削的較長切削刃〔如鉆頭、圓柱銑刀、拉刀等〕上開分屑槽，使切屑分段流出，便于排屑和容屑.2.斷屑3.6金屬切削過程中的切削力和切削功率

刀具與工件的相互作用會產(chǎn)生切削力，切削力的大小與切削熱、刀具磨損、切削效率和加工質(zhì)量有密切關(guān)系，切削力也是設(shè)計和使用機(jī)床、刀具、夾具的重要依據(jù)。3.6.1切削力刀具切入工件，使工件材料發(fā)生變形所需要的力，稱為切削力。有三個主要來源：1〕克服被加工材料彈性變形的抗力〔前、后刀面都存在〕2〕克服被加工材料塑性變形的抗力〔前、后刀面都存在〕3〕克服前、后刀面所受摩擦阻力3.6.1切削力

上述四個力的總和就是切削力的合力，為實際應(yīng)用，將上述力分解為x、y、z方向上的三個力，以車削加工為例，這三個力分別為：

：軸向力或進(jìn)給力，與進(jìn)給方向相反，在刀具的基面內(nèi)，是計算進(jìn)給功率的依據(jù)；FfFpFc3.6.1切削力：切深抗力、徑向力、吃刀力或背向力，同在基面內(nèi)，使工件產(chǎn)生撓度誤差，計算機(jī)床零件和刀具強(qiáng)度的依據(jù)，也與切削過程的振動有關(guān)；FfFpFc3.6.1切削力：切削力或切向力，與基面垂直，且與加工外表相切，是計算刀具強(qiáng)度、機(jī)床功率等所必需的。FfFpFc3.6.1切削力由圖可知：在上述三個分力中：Fc最大、Fp次之、Ff最小。FfFpFc3.6.1切削力

做功的只有和兩個力，因此消耗的總功率為：

功率計算的第二項所占比例不到第一項的1％～2％，可以略去不計，那么：

如果考慮機(jī)床的傳動效率，那么電機(jī)的功率為：3.6.2切削功率

由于影響切削力的因素很多，切削過程很復(fù)雜，因此，對于切削力的理論計算，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的工作，但是計算結(jié)果和實驗結(jié)果還有很大的差距，因此在實際生產(chǎn)中都以實驗測得的結(jié)果為依據(jù)，建立經(jīng)驗公式，現(xiàn)在主要測量方法有：一類是間接測量，如將應(yīng)變片貼在滾動軸承外環(huán)上進(jìn)行測量、測量刀架變形量等。另一類是直接測量，常用的測力儀有電阻應(yīng)變片式測力儀和壓電式測力儀。3.6.3切削力的測量1.電阻應(yīng)變片式測力儀將假設(shè)干電阻應(yīng)變片緊貼在測力儀的彈性元件的不同受力位置上，分別連接成電橋。在切削力的作用下，電阻應(yīng)變片隨著彈性元件發(fā)生變形，使應(yīng)變片的電阻值改變，破壞了電橋的平衡，即有與切削力大小相應(yīng)的電流輸出，經(jīng)放大、標(biāo)定后就可讀出三個方向上的切削分力值。這種測力儀具有靈敏度高、量程范圍大、測量精度高等特點。如下圖為八角環(huán)車削測力儀的測量原理。1.電阻應(yīng)變片式測力儀1.電阻應(yīng)變片式測力儀2.壓電式測力儀壓電式測力儀的工作原理是利用石英晶體或壓電陶瓷的壓電效應(yīng)來進(jìn)行測量。受力時，壓電材料的外表將產(chǎn)生電荷，電荷的多少與所受的壓力成正比而與壓電晶體的大小無關(guān)，用電荷放大器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓參數(shù)從而測量出切削力的大小。這種測力儀具有靈敏度高、線性度高和抗干擾性較好、無慣性等特點，特別適合于測量動態(tài)力和瞬間力。3.6.4切削力計算的經(jīng)驗公式和估算1.計算切削力的指數(shù)公式:2.單位切削力單位切削力指單位切削面積上的切削力切削力3.6.5影響切削力的因素1.工件材料的影響工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，加工硬化的程度越大，切削力越大。切削脆性材料時，被切材料的塑性變形及與前刀面的摩擦都比較小，切削力相對較小。同一材料的熱處理狀態(tài)不同、金相組織不同也會影響切削力的大小。2.切削用量的影響〔1〕背吃刀量ap和進(jìn)給量f背吃刀量ap和進(jìn)給量f增大時，變形抗力和摩擦力隨之增大，會使切削力增大，但兩者的影響程度不同。ap增大時，變形系數(shù)不變，切削力成正比增大；f增大時，切削力只增加68%～86%。。2.切削用量的影響

〔2〕切削速度vc切削塑性金屬時，切削速度對切削力的影響與切削速度范圍有關(guān)。在無積屑瘤產(chǎn)生的切削速度范圍〔高速〕內(nèi)，隨著vc的增大，切削力減小。這是因為vc增大時，切削溫度升高，摩擦因數(shù)減小，從而使h減小，切削力下降。在產(chǎn)生積屑瘤的切削速度〔低速或中速〕內(nèi)，隨著vc的增大，積屑瘤逐漸長大，刀具的實際前角也逐漸增大，從而切削力減小。當(dāng)積屑瘤增長到一定程度后會自行脫落，此時刀具實際前角減小，切削力會突然增大。因此在積屑瘤形成的切削速度范圍內(nèi)，切削力有所波動。3.刀具角度的影響〔1〕前角oo增大，切削層的變形減小，切削力下降。同時，前角對切削力的影響程度隨著切削速度的增大而減小。前角增大對切削力減小的影響程度與被加工材料的力學(xué)性能有關(guān)。切削塑性材料時，o對切削力的影響較大；切削脆性材料時，由于切削變形很小，o對切削力的影響不顯著。3.刀具角度的影響〔2〕主偏角從切削力分解中可以看出，主偏角增大，切削力Fc減小，背向力Fp減小，進(jìn)給力Ff增大。但是當(dāng)大到一定程度后，刀尖圓弧半徑的作用加大，將導(dǎo)致Fc增大?！?〕刃傾角在很大范圍內(nèi)〔45°～10°〕內(nèi)變化時，對Fc根本沒有什么影響。但是繼續(xù)增大，F(xiàn)p減小，F(xiàn)f增大?！?〕刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑增大，切削變形增大。在圓弧切削刃上各點的主偏角的平均值減小，背向力增大。4.其他因素〔1〕刀具磨損后刀面磨損將使刀具與工件已加工外表的摩擦和擠壓加劇，后刀面上的法向力和摩擦力都增大，故切削力增大。但前刀面影響比后刀面磨損對切削力的影響小。〔2〕切削液使用以冷卻作用為主的切削液〔如水溶液〕對切削力影響很小，使用潤滑作用強(qiáng)的切削液〔如切削油〕能減小刀具與工件、切屑的摩擦，從而減小切削力?！?〕刀具材料刀具材料與工件材料間的摩擦因數(shù)直接影響切削力的大小。在相同切削條件下，陶瓷刀具切削力最小，硬質(zhì)合金次之，高速鋼的切削力最大。除上述因素外，當(dāng)切屑的卷曲和排屑不暢時也會使切削力增大。3.7金屬切削過程中的切削熱和切削溫度3.7.1切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)1、切削熱的產(chǎn)生被加工工件所消耗的能量除了一局部消耗在克服切屑的彈、塑性變形所需要的外，主要變成了熱，因此說切削熱的主要來源有：①被加工材料的彈、塑性變形產(chǎn)生的熱量Qb。②刀具前刀面與切屑摩擦所產(chǎn)生的熱量Qm。③刀具后刀面與工件已加工外表摩擦所產(chǎn)生的熱量Qn。2.切削熱的傳導(dǎo)切削熱由切屑、工件、刀具及周圍的介質(zhì)〔空氣、切削液〕向外傳導(dǎo)。各局部傳出的熱量，因工件材料、刀具材料、切削用量、刀具角度等的不同而不同。工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，由切屑和工件傳導(dǎo)出去的熱量就多，切削區(qū)溫度低。工件材料導(dǎo)熱系數(shù)低，切削熱傳導(dǎo)慢，切削區(qū)溫度高，刀具磨損快。刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，切削區(qū)的熱量向刀具內(nèi)部傳導(dǎo)快，可以降低切削區(qū)的溫度。切削區(qū)域的熱量被切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出，不同的加工方法，不同刀具材料，不同的工件材料有很大差異車削加工時，切削熱50％－86％由切屑帶走，車刀帶走40％－10％，工件帶走9％－3％鉆削加工時，切屑帶走28％，刀具傳出14.5％，工件傳出52.5％，周圍介質(zhì)5％3.7.2切削溫度的測量與分布

切削溫度指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度?？梢越频恼J(rèn)為是剪切面的平均溫度和前刀面與切屑接觸面摩擦溫度之和。與切削力的計算方法不同，切削區(qū)的溫度可以較為準(zhǔn)確的理論推算出來，如有限元法，但最為可靠的方法是對切削溫度進(jìn)行實際測量。1.自然熱電偶法2.人工熱電偶法利用人工熱電偶法可測量刀具或工件上某一定點的溫度值。其方法是：在刀具或工件測量點上鉆出小孔，在孔中插入一對標(biāo)準(zhǔn)熱電偶絲，它的熱端焊接在工件或刀具的測量點上，冷端接在毫伏表上，從而測得冷、熱端的電勢差，進(jìn)而得到測量點的溫度。測量時孔中的熱電偶絲和孔壁之間應(yīng)保持絕緣，如下圖。采用人工熱電偶法測量并輔以傳熱學(xué)計算得到的刀具、切屑和工件的切削溫度〔單位為℃〕分布圖。從切削溫度分布圖可以看出以下規(guī)律：①剪切面上各點溫度幾乎相同，說明剪切面上各點的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律根本相同。②前刀面和后刀面上溫度最高處均離主切削刃有一定距離。這說明切削塑性金屬時，切屑沿前刀面流出過程中，摩擦熱是逐步增大的，直至切屑流至黏結(jié)與滑動的交界處，切削溫度達(dá)最大值。之后進(jìn)入滑動區(qū)摩擦逐漸減小，加上熱量傳出條件改善，切削溫度又逐漸下降。③與前刀面相接觸的一層金屬溫度最高，離底層越遠(yuǎn)溫度越低。這主要是因為該層金屬變形最大，又與前刀面之間有摩擦的原因。此外，加工塑性越大的工件材料，前刀面上切削溫度的分布越均勻。導(dǎo)熱系數(shù)越低的工件材料，前刀面和后刀面的溫度越高。1.工件材質(zhì)GH116(高溫合金鋼)1Cr18Ni9Ti45鋼HT2003.7.3影響切削溫度的主要因素2.切削用量—切速、進(jìn)給量、吃刀深度實驗得出切削溫度的經(jīng)驗公式3.刀具幾何參數(shù)—前角、主偏角、負(fù)倒棱及刀具圓角半徑4.刀具磨損V＝117m/minV=94m/minV=71m/min5.切削液無冷卻乳化液水基液3.8刀具磨損與刀具壽命3.8.1刀具磨損的形態(tài)和磨損機(jī)理刀具損壞形式磨損破損脆性塑性前刀面磨損后刀面磨損邊界磨損1.刀具磨損的形態(tài)〔1〕.前刀面磨損〔2〕.后刀面磨損〔3〕.邊界磨損2.刀具磨損機(jī)理〔1〕硬質(zhì)點劃痕由工件材料中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點以及積屑瘤碎片等在刀具外表上劃出一條條溝紋而形成的機(jī)械磨損。硬質(zhì)點劃痕在各種切削速度下都存在，它是低速切削刀具〔如拉刀、板牙等〕產(chǎn)生磨損的主要原因。〔2〕冷焊黏結(jié)切削時，切屑與前刀面之間由于高壓力和高溫度的作用，切屑底面材料與前刀面發(fā)生冷焊黏結(jié)形成冷焊黏結(jié)點，在切屑相對于刀具前刀面的運動中冷焊黏結(jié)點處刀具材料外表微粒會被切屑黏走造成刀具的黏結(jié)磨損。上述冷焊黏結(jié)磨損機(jī)制在工件與刀具后刀面之間也同樣存在。在中等偏低的切削速度條件下，冷焊黏結(jié)是產(chǎn)生磨損的主要原因?！?〕擴(kuò)散磨損在切削過程中，刀具后刀面與已加工外表、刀具前刀面與切屑底面相接觸，由于高溫和高壓的作用，刀具材料和工件材料中的化學(xué)元素相互擴(kuò)散，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，這種變化削弱了刀具材料的性能，使刀具磨損加快。例如，用硬質(zhì)合金切削鋼時，從800℃開始，硬質(zhì)合金中的CO、C、W等元素會擴(kuò)散到切屑和工件中去，硬質(zhì)合金中CO元素的減少，降低了硬質(zhì)合金硬質(zhì)相〔WC、TiC〕的黏結(jié)強(qiáng)度，導(dǎo)致刀具磨損加快。擴(kuò)散磨損在高溫下產(chǎn)生，且隨溫度升高而加劇?！?〕化學(xué)磨損在一定溫度作用下，刀具材料與周圍介質(zhì)〔如空氣中的氧、切削液中的極壓添加劑硫或氯等〕起化學(xué)作用，在刀具外表形成硬度較低的化合物，易被切屑和工件摩擦掉造成刀具材料損失，由此產(chǎn)生的刀具磨損稱為化學(xué)磨損?；瘜W(xué)磨損主要發(fā)生在較高的切削速度條件下。刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.刀具磨損過程2.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)中以吃刀深度一半處的磨損量VB來計算磨鈍標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)在自動化生產(chǎn)線上以徑向磨損量NB來計算磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。NBVB磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB值〔mm〕

加工條件加工方式剛性差鋼件鑄鐵件鋼、鑄鐵大件精車0.1～0.3粗車0.4～0.50.6～0.80.8～1.21.0～1.5刀具耐用度和刀具壽命1.刀具耐用度和刀具壽命的定義

1)刀具耐用度：從開始使用到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實際切削時間；可重磨刀具為兩次刃磨之間所經(jīng)歷的總切削時間。

2)刀具壽命：從開始使用到報廢所經(jīng)歷的實際切削時間。

在其他因素不變的情況下，分別改變切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量，求出對應(yīng)的T值，經(jīng)過大量的實驗可以得出以下刀具耐用度實驗公式：2.切削用量對刀具耐用度的影響切削速度對刀具耐用度影響最大，其次是進(jìn)給量f，背吃刀量的影響最小。這與它們對切削溫度的影響是完全一致的，同時說明切削溫度對刀具磨損和刀具耐用度有著最重要的影響。按單件時間最少的原那么確定的刀具耐用度叫最高生產(chǎn)率刀具耐用度，按單件工藝本錢最低的原那么確定的刀具耐用度叫最小本錢刀具耐用度。制訂刀具耐用度時，還應(yīng)具體考慮以下幾點：①刀具構(gòu)造復(fù)雜、制造和磨刀費用高時，刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得高些。②多刀車床上的車刀，組合機(jī)床上的鉆頭、絲錐和銑刀，自動機(jī)床及自動線上的刀具，因為調(diào)整復(fù)雜，刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得高些。③某工序的生產(chǎn)成為生產(chǎn)線上的瓶頸時，刀具耐用度應(yīng)定得低些，這樣可以選用較大的切削用量，以加快該工序生產(chǎn)節(jié)拍。某工序單位時間的生產(chǎn)本錢較高時刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得低些，這樣可以選用較大的切削用量，縮短加工時間。④精加工大型工件時，刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得高些，至少保證在一次走刀中不換刀。3.8.4刀具的破損在切削加工中，刀具有時沒有經(jīng)過正常磨損階段，而在很短時間內(nèi)突然損壞，這種情況稱為刀具破損。破損也是刀具損壞的主要形式之一。破損是相對于磨損而言的。從某種意義上講，破損可認(rèn)為是一種非正常的磨損，因為破損和磨損都是在切削力和切削熱的作用下發(fā)生的。磨損是逐漸開展的過程，而破損是突發(fā)的。破損的突然性很容易在生產(chǎn)過程中造成較大的危害和經(jīng)濟(jì)損失。刀具的破損形式通常分為脆性破損和塑性破損。1.脆性破損硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具切削時，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)的破損：〔1〕崩刃切削刃產(chǎn)生小的缺口。在繼續(xù)切削中，缺口會不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的破損。用陶瓷刀具切削及用硬質(zhì)合金刀具作斷續(xù)切削時，常發(fā)生這種破損?！?〕碎斷切削刃發(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，常發(fā)生這種破損?！?〕剝落在刀具的前、后刀面上出現(xiàn)剝落碎片，經(jīng)常與切削刃一起剝落，有時也在離切削刃一小段距離處剝落。陶瓷刀具端銑時常發(fā)生這種破損?！?〕裂紋破損長時間進(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)械沖擊均會引發(fā)裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展合并就會引起切削刃的碎裂或斷裂。2.塑性破損

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)生塑性流動而喪失切削能力，這就是刀具的塑性破損。抗塑性破損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。相比之下，高速鋼耐熱性較差，較易發(fā)生塑性破損。

3.防止破損措施可采取以下相應(yīng)措施防止刀具破損：①合理選擇刀具材料。用作斷續(xù)切削的刀具，刀具材料應(yīng)具有一定的韌性。②合理選擇刀具幾何參數(shù)。通過選擇適宜的幾何參數(shù)，使切削刃和刀尖有較好的強(qiáng)度。在切削刃上磨出負(fù)倒棱是防止崩刃的有效措施。③保證刀具的刃磨質(zhì)量。切削刃應(yīng)平直光滑，不得有缺口，刃口與刀尖部位不允許有燒傷。④合理選擇切削用量。防止出現(xiàn)切削力過大和切削溫度過高的情況。⑤工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。防止因為振動而損壞刀具。3.8.5刀具狀態(tài)監(jiān)控1.刀具磨損的檢測與監(jiān)控刀尖磨損會使工件尺寸發(fā)生變化，為了提高加工精度，必須對刀具磨損進(jìn)行補(bǔ)償。自動化加工中已廣泛采用各種刀具磨損自動補(bǔ)償裝置?！?〕直接檢測與監(jiān)控在加工中心或柔性制造系統(tǒng)中，加工零件的批量小，刀具測量比較方便，這時可采用直接測量刀具的磨損量，并通過補(bǔ)償機(jī)構(gòu)對相應(yīng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。3.8.5刀具狀態(tài)監(jiān)控如下圖為鏜刀刀刃的磨損測量原理圖。當(dāng)鏜刀停在測量位置時，測量裝置移近刀具并與刀刃直接接觸，磨損測量傳感器從刀柄的參考外表上讀數(shù)。刀刃和參考外表與測量裝置的相鄰兩次接觸的讀數(shù)變化值即為刀刃的磨損量。測量出磨損量后，可以通過補(bǔ)償裝置進(jìn)行刀具尺寸補(bǔ)償?！?〕間接檢測與監(jiān)控如果加工過程中，刀刃被工件或切屑擋住，很難直接測量刀具的磨損量，宜采用間接測量的方法。間接測量可以從刀具耐用度、切削力和外表粗糙度等角度來間接判斷刀具的磨損情況。①以刀具耐用度為依據(jù)：對于使用條件穩(wěn)定的刀具，其刀具耐用度可根據(jù)試驗或經(jīng)驗確定。將刀具耐用度輸入到控制系統(tǒng)中，當(dāng)剩余刀具耐用度低于下次切削加工時間時，控制系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，以保證切削的正常進(jìn)行。這種方法在加工中心和柔性制造系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。②以切削力為依據(jù)：切削力的變化直接反映出刀具的磨損情況。切削力會隨著磨損的增大而增大。通過測力系統(tǒng)測量得到的切削力，與計算機(jī)控制系統(tǒng)相連，實時與程序中的參考值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來判斷是否更換刀具。2.刀具破損的檢測刀具破損會產(chǎn)生零件的廢品，甚至破壞機(jī)床等設(shè)備。因此，自動化加工需要對刀具破損進(jìn)行在線檢測，以便及時采取措施?！?〕光電式破損檢測光電式破損檢測可以直接檢驗鉆頭或絲錐是否折斷或破損。如下圖，光源3發(fā)出的光線通過隔板的小孔射向剛加工完畢返回的鉆頭1。假設(shè)鉆頭折斷，那么光線射向光敏元件2，發(fā)出破損信號；假設(shè)鉆頭完好，那么光線被鉆頭阻擋，光敏元件無信號輸出。2〕氣動式破損檢測利用氣動式破損檢測鉆頭破損的原理如下圖。當(dāng)鉆頭1退回時，氣閥開啟，氣流經(jīng)過噴嘴3射向鉆頭。如果鉆頭折斷，氣流會沖向壓力開關(guān)2，從而發(fā)出破損信號?！?〕磁通式破損檢測如下圖為磁通式自動破損檢測原理。圖中有一個帶有線圈3的電磁鐵芯2，鉆頭1起銜鐵作用，從而形成磁路。當(dāng)鉆頭折斷時磁路不通，從而發(fā)出破損信號。檢測刀具破損的方法還有許多，比方利用激光、超聲波檢測等。3.9工件材料的切削加工性

3.9.1衡量材料切削加工性的指標(biāo)1.工件材料的切削加工性概念是指工件材料被切削成合格零件的難易程度。2.衡量工件材料的切削加工性的主要指標(biāo)衡量材料切削加工性的指標(biāo)很多，一般來說，良好的切削加工性是指：刀具耐用度較長或者一定刀具耐用度下的切速較高；在相同的切削條件下切力較小，切削溫度較低；容易獲得較好的外表質(zhì)量；容易斷屑等。在實際生產(chǎn)中，一般取某一具體參數(shù)來衡量材料的切削加工性。常用的是一定刀具耐用度下的切削速度和相對加工性。VT的含義是當(dāng)?shù)毒吣陀枚葹門min時，切削某種材料所允許的最大切削速度。VT越高，說明材料的切削加工性越好。常取T=60min，那么VT寫作。材料加工性具有相對性。某種材料切削加工性的好與壞，是相對另一種材料而言的。在判定材料切削加工性的好與壞時，一般以切削正火狀態(tài)的45鋼的V60作為基準(zhǔn)，記做(V60)j,其他各種材料的與之相比，比值稱為相對加工性，即：Kr=V60/(V60)j3.9.2改善材料切削加工性的措施材料的切削加工性對生產(chǎn)率和外表質(zhì)量的影響很大，因此在滿足零件使用要求的前提下，盡量選用加工性能好的材料。工件材料的物理性能和力學(xué)性能，如強(qiáng)度、硬度、韌性和塑性等，對切削加工性的影響較大，因此在實際生產(chǎn)中，采取一定的措施改善材料的切削加工性。1.調(diào)整化學(xué)成分在不影響工件材料性能的條件下，適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分，可以改善其加工性。如在鋼中參加少量的硫、硒、鉛、銅、磷等，雖略降低鋼的強(qiáng)度，但同時降低鋼的塑性，對加工性有利。2.材料加工前進(jìn)行適宜的熱處理低碳鋼通過正火處理后，細(xì)化晶粒、硬度提高、塑性降低，有利于減小刀具的黏結(jié)磨損，減小積屑瘤，改善工件外表粗糙度；高碳鋼球化退火后，硬度下降，可減小刀具磨損；不銹鋼以調(diào)質(zhì)到HRC28為宜，硬度過低，塑性大，工件外表粗糙度差，硬度高那么刀具易磨損；白口鑄鐵可在950～1000℃范圍內(nèi)長時間退火而成可鍛鑄鐵，切削就較容易。3.選加工性好的材料狀態(tài)低碳鋼經(jīng)冷拉后，塑性大為下降，加工性好；鍛造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改為熱軋后加工性得以改善。4.其他采用適宜的刀具材料，選擇合理的刀具幾何參數(shù)，合理地制訂切削用量與選用切削液等。3.10切削條件的合理選擇3.10.1刀具幾何參數(shù)的選擇刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具幾何參數(shù)兩方面決定的。刀具幾何參數(shù)的選擇是否合理對切削力、切削溫度及刀具磨損有顯著影響。選擇刀具的幾何參數(shù)要綜合考慮工件材料、刀具材料、刀具類型及其他加工條件〔如切削用量、工藝系統(tǒng)剛性及機(jī)床功率等〕的影響。1.前角

o前角是刀具上重要的幾何參數(shù)之一。增大前角可以減小切削變形，降低切削力和切削溫度。但過大的前角會使刀具楔角減小、刀刃強(qiáng)度下降、刀頭散熱體積減小，反而會使刀具溫度上升、刀具壽命下降。針對某一具體加工條件，客觀上有一個最合理的前角取值。工件材料的強(qiáng)度、硬度較低時，前角應(yīng)取得大些，反之應(yīng)取較小的前角；加工塑性材料宜取較大的前角，加工脆性材料宜取較小的前角；刀具材料韌性好時宜取較大前角，反之取較小前角，如硬質(zhì)合金刀具就應(yīng)取比高速鋼刀具較小的前角；粗加工時，為保證刀刃強(qiáng)度，應(yīng)取小前角；精加工時，為提高外表質(zhì)量，可取較大前角；工藝系統(tǒng)剛性差時，應(yīng)取較大前角；為減小刃形誤差，成形刀具的前角應(yīng)取較小值。一般有合理前角值。用硬質(zhì)合金刀具加工一般鋼時，取o=10～20；加工灰鑄鐵時，取o=8～12。oooo2.后角后角的主要功用是減小切削過程中刀具后刀面與工件之間的摩擦。較大的后角可減小刀具后刀面上的摩擦，提高已加工外表質(zhì)量。在磨鈍標(biāo)準(zhǔn)取值相同時，后角較小的刀具，磨損到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時，磨去的金屬體積較大，即刀具耐用度較長。但是過大的后角會使刀具楔角顯著減小，削弱切削刃強(qiáng)度，減小刀頭散熱體積，導(dǎo)致刀具耐用度降低?？砂匆韵略敲凑_選擇合理后角值。切削厚度〔或進(jìn)給量〕較小時，宜取較大的后角；粗加工、強(qiáng)力切削及承受沖擊載荷的刀具，為保證刀刃強(qiáng)度，宜取較小后角；工件材料硬度、強(qiáng)度較高時，宜取較小的后角；工件材料較軟、塑性較大時，宜取較大后角；切削脆性材料，宜取較小后角；對尺寸精度要求高的刀具，宜取較小的后角；因為在徑向磨損量NB取值相同的條件下，后角較小時允許磨掉的金屬體積大，刀具耐用度長。車削一般鋼和鑄鐵時，車刀后角通常取為6～8。003.主偏角

r、副偏角

r’減小主偏角和副偏角，可以減小已加工外表上殘留面積的高度，使粗糙度降低；同時又可以提高刀尖強(qiáng)度，改善散熱條件，提高刀具壽命；減小主偏角還可使切削厚度減小，切削寬度增加，切削刃單位長度上的負(fù)荷下降。另外，主偏角取值還影響各切削分力的大小和比例的分配，例如車外圓時，增大主偏角可使背向力Fp減小，進(jìn)給力Ff增大。工件材料硬度、強(qiáng)度較高時，宜取較小主偏角，以提高刀具壽命；工藝系統(tǒng)剛性較差時，宜取較大的主偏角〔甚至r≥90°〕；工藝系統(tǒng)剛性較好時，那么宜取較小主偏角，以提高刀具壽命；精加工時，宜取較小副偏角，以減小外表粗糙度；工件強(qiáng)度、硬度較高或刀具作斷續(xù)切削時，宜取較小副偏角，以增加刀尖強(qiáng)度。在不會產(chǎn)生振動的情況下，一般刀具的副偏角均可選較小值〔=5°～15°〕。4.刃傾角改變?nèi)袃A角可以改變切屑流出方向，到達(dá)控制排屑方向的目的。負(fù)刃傾角的車刀刀頭強(qiáng)度好，散熱條件也好。絕對值較大的刃傾角可使刀具的切削刃實際鈍圓半徑較小，切削刃鋒利。刃傾角不為零時，刀刃是逐漸切入和切出工件的，可以減小刀具受到的沖擊，提高切削的平穩(wěn)性。3.10.2切削用量的選擇切削用量的選擇，對生產(chǎn)率、加工本錢和加工質(zhì)量均有重要影響。所謂合理的切削用量是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能取得較高的生產(chǎn)效率和較低本錢的切削用量。約束切削用量選擇的主要條件有：工件的加工要求，包括加工質(zhì)量要求和生產(chǎn)效率要求；刀具材料的切削性能；機(jī)床性能，包括動力特性〔功率、扭矩〕和運動特性；刀具耐用度要求。1.切削用量的選擇原那么選擇切削用量的根本原那么是：首先選取盡可能大的背吃刀量ap；其次根據(jù)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀桿剛度等限制條件〔粗加工時〕與已加工外表粗糙度要求〔精加工時〕，選取盡可能大的進(jìn)給量f；最后根據(jù)“切削用量手冊〞查取或根據(jù)公式計算確定切削速度Vc。2.切削用量三要素的選定〔1〕選擇背吃刀量ap對于粗加工，除了留給下道工序的余量外，其余的余量盡可能一次粗車切除，減少走刀次數(shù)。如果粗車余量太大，或者工藝系統(tǒng)剛度較差時，可以分兩次切除余量。一般情況下，第一次切除余量和第二次切除余量的具體分配為：切削外表有硬皮的鑄、鍛件或者不銹鋼等冷硬較嚴(yán)重的材料時，應(yīng)最少使背吃刀量超過硬皮或者硬層，以防止刀具的損傷。〔2〕進(jìn)給量f根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛度和強(qiáng)度而確定。生產(chǎn)實際中常以查表法確定合理的進(jìn)給量。進(jìn)給量對工件外表粗糙度值有很大的影響，因此在半精加工和精加工時，按粗糙度的要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、刀具副偏角、切削速度等選擇進(jìn)給量。當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑較大、副偏角較小時，加工外表粗糙度較小，可適當(dāng)增大進(jìn)給量；當(dāng)切速較高時，切削力較小，可適當(dāng)增大進(jìn)給量；當(dāng)加工脆性材料時，得到崩碎切屑，切削層與加工外表分界線不規(guī)那么，加工外表不平整，外表粗糙度大，應(yīng)選用較小的進(jìn)給量；如果工藝系統(tǒng)的剛度較好，可以選擇較大的進(jìn)給量，否那么應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量。當(dāng)背吃刀量ap和進(jìn)給量f都確定后，就可以計算切削力，進(jìn)而可以校驗機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛度。〔3〕切削速度

當(dāng)背吃刀量ap和進(jìn)給量f確定后，在保證刀具耐用度的前提下，計算刀具耐用度為T時所允許的切削速度為：

在選擇切削速度時，還應(yīng)考慮以下幾點：①精加工時應(yīng)盡量避開積屑瘤易于產(chǎn)生的速度范圍。②斷續(xù)切削時，宜適當(dāng)降低切速，減少沖擊對刀具造成的影響。③加工細(xì)長薄壁零件時，應(yīng)選用較低切速。端面車削速度應(yīng)該比外圓車