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1、切削原理及其应用*第1页，共131页，编辑于2022年，星期五u主要要求主要要求1.掌握塑性材料切屑形成的过程及切削方程式的建立；掌握切屑的变形规律及控制技掌握塑性材料切屑形成的过程及切削方程式的建立；掌握切屑的变形规律及控制技术；会分析切削过程中积屑瘤、鳞刺产生的条件及控制措施。术；会分析切削过程中积屑瘤、鳞刺产生的条件及控制措施。2.掌握切削力和切削温度的计算机辅助测试原理、方法以及经验公式的建立。掌握切削力和切削温度的计算机辅助测试原理、方法以及经验公式的建立。3.掌握刀具材料的性能要求及常用刀具材料的应用场合，了解刀具材料发展的趋势。掌握刀具材料的性能要求及常用刀具材料的应用场合，了解
2、刀具材料发展的趋势。4.掌握刀具磨损机理及刀具耐用度的选择原则。掌握刀具磨损机理及刀具耐用度的选择原则。5.能综合分析切削用量三要素对切削力、切削温度、刀具的耐用度的影响。能综合分析切削用量三要素对切削力、切削温度、刀具的耐用度的影响。6.理解工件材料切削加工性的意义，了解常用工程材料的切削加工性。理解工件材料切削加工性的意义，了解常用工程材料的切削加工性。7.理解已加工表面质量的评定指标以及表面粗糙度、加工硬化、残余应力产生的原因理解已加工表面质量的评定指标以及表面粗糙度、加工硬化、残余应力产生的原因以及对加工表面质量的影响。以及对加工表面质量的影响。8.理解刀具几何参数、切削用量、切削液的
3、选用原则及依据；能根据工件材料的切削理解刀具几何参数、切削用量、切削液的选用原则及依据；能根据工件材料的切削加工性和加工条件综合选择刀具材料、刀具几何参数、刀具、切削用量和切削液。加工性和加工条件综合选择刀具材料、刀具几何参数、刀具、切削用量和切削液。第2页，共131页，编辑于2022年，星期五1.1 切屑变形机理切屑变形机理uu内容提要内容提要 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程 1.1.2 1.1.2 1.1.2 1.1.2 切削方程切削方程切削方程切削方程 1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 切屑的变形规律及控制切
4、屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制 1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺第3页，共131页，编辑于2022年，星期五1.1.1 1.1.1 切屑的形成和变形区的划分切屑的形成和变形区的划分切屑的形成和变形区的划分切屑的形成和变形区的划分一、切屑的形成一、切屑的形成一、切屑的形成一、切屑的形成uu切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面挤压切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面挤压切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面挤压切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面
5、挤压下，发生以下，发生以下，发生以下，发生以剪切滑移为主的塑性变形剪切滑移为主的塑性变形剪切滑移为主的塑性变形剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程（俄而形成切屑的过程（俄而形成切屑的过程（俄而形成切屑的过程（俄.麦基理麦基理麦基理麦基理论论论论)。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发生变形，最终被撕裂。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发生变形，最终被撕裂。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发生变形，最终被撕裂。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发生变形，最终被撕裂下来的。下来的。下来的。下来的。uu切削过程理论模型切削过程理论模型切削过程理论模型切削过程理论模型压缩实验：在金属压缩
6、实验中，当金属试压缩实验：在金属压缩实验中，当金属试压缩实验：在金属压缩实验中，当金属试压缩实验：在金属压缩实验中，当金属试件受挤压时，在其内部产生件受挤压时，在其内部产生件受挤压时，在其内部产生件受挤压时，在其内部产生主应力主应力主应力主应力的同时，还将在与作用力大致成的同时，还将在与作用力大致成的同时，还将在与作用力大致成的同时，还将在与作用力大致成4545方向的斜截面产生方向的斜截面产生方向的斜截面产生方向的斜截面产生最大切应力最大切应力最大切应力最大切应力，在切应力达到，在切应力达到，在切应力达到，在切应力达到屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度时将在此时将在此时将在此时将在此方向方向方向
7、方向剪切滑移剪切滑移剪切滑移剪切滑移。图。图。图。图1-11-1uu切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，使金属沿使金属沿使金属沿使金属沿一个最大剪应力方向产生滑移一个最大剪应力方向产生滑移一个最大剪应力方向产生滑移一个最大剪应力方向产生滑移。图。图。图。图1-21-2第4页，共131页，编辑于2022年，星期五图图1-1 塑性金属挤压与切削示意图塑性金属挤压与切削示意图第5页，共131页，编辑于2022年，星期五图图
8、1.2 1.2 金属切削过程模型金属切削过程模型（）简化模型；（）晶粒滑移示意图；（）简化模型；（）晶粒滑移示意图；（3 3）滑移与晶粒的伸长）滑移与晶粒的伸长（1）（2）（3）第6页，共131页，编辑于2022年，星期五二、二、变形区的划分及特征变形区的划分及特征第一变形区（剪切滑移、加工硬化）第一变形区（剪切滑移、加工硬化）始滑移面始滑移面OA与与终滑移面终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，宽度很之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄窄(约约0.020.2mm)，故，故常用常用OM剪切面亦称滑移面来表示，它与切削速度的夹角称为剪切面亦称滑移面来表示，它与切削速度的夹角称为剪切角剪切角。第
9、二变形区（纤维化、加工硬化）第二变形区（纤维化、加工硬化）当切屑沿前面流出时，由于受到前面当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压挤压和和摩擦摩擦作用，在前面作用，在前面摩擦阻力摩擦阻力的作用下，的作用下，靠近前面的切屑底层金属靠近前面的切屑底层金属再次产生剪切变形再次产生剪切变形。使切屑底层薄的一层金属流动滞缓，流动滞。使切屑底层薄的一层金属流动滞缓，流动滞缓的一层金属称为缓的一层金属称为滞流层滞流层，这一区域又称为第二变形区。，这一区域又称为第二变形区。第三变形区（摩擦与加工硬化）第三变形区（摩擦与加工硬化）第三变形区也称为第三变形区也称为刀刀工接触区工接触区，主要是刀具的后刀面与工件的挤压和
10、摩擦，形成，主要是刀具的后刀面与工件的挤压和摩擦，形成已加工已加工表面表面。第7页，共131页，编辑于2022年，星期五1.3 1.3 金属切削过程中的流线与三个变形区示意图金属切削过程中的流线与三个变形区示意图第8页，共131页，编辑于2022年，星期五图图1-4 1-4 第一变形区金属的滑移第一变形区金属的滑移1.1.1.1.第一变形区内金属的第一变形区内金属的第一变形区内金属的第一变形区内金属的剪切变形剪切变形剪切变形剪切变形n n特征：沿滑移线的剪切特征：沿滑移线的剪切特征：沿滑移线的剪切特征：沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加变形以及随之产生的加变形以及随之产生的加变形以及随之产生的
11、加工硬化工硬化工硬化工硬化n n解释：从金属晶体结解释：从金属晶体结解释：从金属晶体结解释：从金属晶体结构的角度看，就是晶构的角度看，就是晶构的角度看，就是晶构的角度看，就是晶粒中的原子沿着滑移粒中的原子沿着滑移粒中的原子沿着滑移粒中的原子沿着滑移平面所进行的滑移平面所进行的滑移平面所进行的滑移平面所进行的滑移。第9页，共131页，编辑于2022年，星期五（1 1）第二变形区内金属的挤压变形第二变形区内金属的挤压变形第二变形区内金属的挤压变形第二变形区内金属的挤压变形n n金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀面流出，由于金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑
12、沿前刀面流出，由于金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀面流出，由于金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀面流出，由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变形，这个变形区域称为受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变形，这个变形区域称为受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变形，这个变形区域称为受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变形，这个变形区域称为第二变形区，用第二变形区，用第二变形区，用第二变形区，用表示。表示。表示。表示。n n特点：特点：特点：特点：（1 1）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动
13、速度缓慢，甚）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓慢，甚）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓慢，甚）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓慢，甚至滞留在刀具前面上；（至滞留在刀具前面上；（至滞留在刀具前面上；（至滞留在刀具前面上；（2 2）切屑发生弯曲变形；（）切屑发生弯曲变形；（）切屑发生弯曲变形；（）切屑发生弯曲变形；（3 3）由摩擦产生的热量使刀）由摩擦产生的热量使刀）由摩擦产生的热量使刀）由摩擦产生的热量使刀屑接触面附近温度升高。屑接触面附近温度升高。屑接触面附近温度升高。屑接触面附近温度升高。n n第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一
14、变形区的变形大小。第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变形大小。第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变形大小。第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变形大小。2.2.第二变型区的挤压和摩擦第二变型区的挤压和摩擦第10页，共131页，编辑于2022年，星期五（2 2）前刀面上的摩擦）前刀面上的摩擦）前刀面上的摩擦）前刀面上的摩擦n n冷焊现象：冷焊现象：冷焊现象：冷焊现象：在金属切削的过程中，在一定的切削速度和切削温度在金属切削的过程中，在一定的切削速度和切削温度在金属切削的过程中，在一定的切削速度和切削温度在金属切削的过程中，在一
15、定的切削速度和切削温度范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与前刀面发范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与前刀面发范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与前刀面发范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与前刀面发生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既有外摩擦，又生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既有外摩擦，又生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既有外摩擦，又生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既有外摩擦，又有内摩擦，且内摩擦占主导因素。有内摩擦，且内摩擦占主导因素。有内摩擦，且内摩擦占主导因素。有内摩擦，且内摩擦占主导因素。n n前刀
16、面平均摩擦系数：前刀面平均摩擦系数：前刀面平均摩擦系数：前刀面平均摩擦系数：（1-101-10）第11页，共131页，编辑于2022年，星期五工件材料：强度硬度增大，摩工件材料：强度硬度增大，摩工件材料：强度硬度增大，摩工件材料：强度硬度增大，摩擦系数略有减小；擦系数略有减小；擦系数略有减小；擦系数略有减小；切削厚度：切削厚度增大，摩切削厚度：切削厚度增大，摩切削厚度：切削厚度增大，摩切削厚度：切削厚度增大，摩擦系数略有减小；擦系数略有减小；擦系数略有减小；擦系数略有减小；切削速度：使得摩擦系数有一切削速度：使得摩擦系数有一切削速度：使得摩擦系数有一切削速度：使得摩擦系数有一个极大值；个极大值
17、；个极大值；个极大值；刀具前角：在一般切削速度范围刀具前角：在一般切削速度范围刀具前角：在一般切削速度范围刀具前角：在一般切削速度范围内，前角增大，摩擦系数增大内，前角增大，摩擦系数增大内，前角增大，摩擦系数增大内，前角增大，摩擦系数增大。uu影响前刀面摩擦系数主要因素影响前刀面摩擦系数主要因素影响前刀面摩擦系数主要因素影响前刀面摩擦系数主要因素第12页，共131页，编辑于2022年，星期五1.1.21.1.2切削方程切削方程切削方程切削方程 (1-1)(1-1)图图1-5剪切变形示意图剪切变形示意图1.剪切角剪切角：剪切滑移面与剪切滑移面与切削速度方向的夹角，其切削速度方向的夹角，其大小可以
18、作为衡量切削过大小可以作为衡量切削过程情况的标志程情况的标志。2.相对滑移相对滑移（剪应变）（剪应变）S剪切变形层金属的滑移剪切变形层金属的滑移量；量；y变形层厚度变形层厚度右图及公式（右图及公式（1-1）主要描述了剪）主要描述了剪切角与剪应变的关系。切角与剪应变的关系。一、切屑变形度量一、切屑变形度量第13页，共131页，编辑于2022年，星期五（1-2）（1-3）（1-4）3.3.变形系数变形系数变形系数变形系数原理：原理：原理：原理：变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，刀具切下的切变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，刀具切下的切变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，
19、刀具切下的切变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，刀具切下的切屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度大于切削长度，而变形屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度大于切削长度，而变形屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度大于切削长度，而变形屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度大于切削长度，而变形前后体积不变。前后体积不变。前后体积不变。前后体积不变。第14页，共131页，编辑于2022年，星期五讨论：讨论：1.1.剪切角、相对滑移、和变形剪切角、相对滑移、和变形系数是根据纯剪切理论的观系数是根据纯剪切理论的观点提出的，它们不能反映全点提出的，它们不能反映全部的金属变形实质；
20、部的金属变形实质；2.2.当当 时，对于某一固定的时，对于某一固定的剪切角，相对滑移与变形系剪切角，相对滑移与变形系数成正比；数成正比；3.3.当当4.4.当当 时，不能用变形时，不能用变形系数表示变形程度。系数表示变形程度。（1-51-5）相对滑移与变形系数的关系相对滑移与变形系数的关系第15页，共131页，编辑于2022年，星期五二、切屑力学模型二、切屑力学模型二、切屑力学模型二、切屑力学模型 切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的相互作用。作用在切切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的相互作用。作用在切切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的相互作用。作用在切切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的
21、相互作用。作用在切屑上的力如图屑上的力如图屑上的力如图屑上的力如图1-61-61-61-6所示所示所示所示。应用力平衡原理可得各个力的方程：。应用力平衡原理可得各个力的方程：。应用力平衡原理可得各个力的方程：。应用力平衡原理可得各个力的方程：图图1-5 作用在切屑上的力作用在切屑上的力 第16页，共131页，编辑于2022年，星期五图图1-6 作用在切屑上的力与角度的关系（作用在切屑上的力与角度的关系（c）第17页，共131页，编辑于2022年，星期五（1-61-6）（1-71-7）第18页，共131页，编辑于2022年，星期五剪切角的计算剪切角的计算剪切角的计算剪切角的计算uu麦钱特（麦钱特
22、（麦钱特（麦钱特（M.E.MerchantM.E.MerchantM.E.MerchantM.E.Merchant）公式）公式）公式）公式（根据合力最小原理计算剪切角）（根据合力最小原理计算剪切角）（根据合力最小原理计算剪切角）（根据合力最小原理计算剪切角）n n李和谢弗（李和谢弗（李和谢弗（李和谢弗（Lee and ShafferLee and ShafferLee and ShafferLee and Shaffer）公式）公式）公式）公式（根据主应力方向与最大剪应力方（根据主应力方向与最大剪应力方（根据主应力方向与最大剪应力方（根据主应力方向与最大剪应力方向之间的夹角为向之间的夹角为向之
23、间的夹角为向之间的夹角为45454545度的原理来计算剪切角）度的原理来计算剪切角）度的原理来计算剪切角）度的原理来计算剪切角）（1-81-8）（1-91-9）上述两个公式反映了剪切角、刀具前角，刀上述两个公式反映了剪切角、刀具前角，刀屑之间的摩擦三者屑之间的摩擦三者之间的关系，结合剪切角与变形系数的关系，也反映了三者对切之间的关系，结合剪切角与变形系数的关系，也反映了三者对切屑变形的影响。屑变形的影响。第19页，共131页，编辑于2022年，星期五讨论：讨论：讨论：讨论：前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强度的前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强度的前角增大时
24、，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强度的前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强度的情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。在低速切削时，摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。在低速切削时，摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。在低速切削时，摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。在低速切削时，采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。采用切
25、削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。注意，上述两式在定性上是一致的，都假设注意，上述两式在定性上是一致的，都假设注意，上述两式在定性上是一致的，都假设注意，上述两式在定性上是一致的，都假设：二维自由直角切削；二维自由直角切削；二维自由直角切削；二维自由直角切削；工件材质均匀；工件材质均匀；工件材质均匀；工件材质均匀；单一剪切面；单一剪切面；单一剪切面；单一剪切面；不计弹性变形；不计弹性变形；不计弹性变形；不计弹性变形；不计加工硬化和积屑瘤；不计加工硬化和积屑瘤；不计加工硬化和积屑瘤；不计加工硬化和积屑瘤；用单一的摩擦系数用单一的摩擦系数用单一的
26、摩擦系数用单一的摩擦系数 代替复杂的前刀面上的摩擦情况。代替复杂的前刀面上的摩擦情况。代替复杂的前刀面上的摩擦情况。代替复杂的前刀面上的摩擦情况。第20页，共131页，编辑于2022年，星期五1.1.3 积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺u现象：现象：在切削塑性金属材料时，粘接、在切削塑性金属材料时，粘接、冷焊并沉积在前刀面切削出的一种硬度冷焊并沉积在前刀面切削出的一种硬度极高的金属楔状块。极高的金属楔状块。u产生原因：产生原因：在一定的切削速度范围内，在高在一定的切削速度范围内，在高压、高温、摩擦的条件下，刀压、高温、摩擦的条件下，刀屑处于新屑处于新鲜的接触状态，加之原子间的亲和力，产生鲜的接触状态，
27、加之原子间的亲和力，产生于切屑底层的金属粘接和堆积。于切屑底层的金属粘接和堆积。工件材料的塑性；工件材料的塑性；切削速度；切削速度；刀具前角；刀具前角；冷却润滑条件。冷却润滑条件。第21页，共131页，编辑于2022年，星期五uu对切削过程的影响：对切削过程的影响：对切削过程的影响：对切削过程的影响：积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤可代替前、后面和切削刃进行切削，减少刀具磨损。积屑瘤可代替前、后面和切削刃进行切削，减少刀具磨损。积屑瘤可代替前、后面和切削刃进行切削，减少刀具磨损。积屑瘤可代替前
28、、后面和切削刃进行切削，减少刀具磨损。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。uu控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施降低工件材料的塑性降低工件材料的塑性降低工件材料的塑性降低工件材料的塑性控制切削速度控制切削速度控制切削速度控
29、制切削速度增大刀具前角增大刀具前角增大刀具前角增大刀具前角合理使用切削液合理使用切削液合理使用切削液合理使用切削液第22页，共131页，编辑于2022年，星期五1.1.3 1.1.3 切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制（1 1）工件材料对切屑变形的影响）工件材料对切屑变形的影响）工件材料对切屑变形的影响）工件材料对切屑变形的影响 工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件材料工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件材料工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件材料工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小
30、，工件材料塑性越大，则变形系数越大。塑性越大，则变形系数越大。塑性越大，则变形系数越大。塑性越大，则变形系数越大。（2 2）刀具前角对切屑变形的影响）刀具前角对切屑变形的影响）刀具前角对切屑变形的影响）刀具前角对切屑变形的影响 刀具前角越大，则变形系数越小刀具前角越大，则变形系数越小刀具前角越大，则变形系数越小刀具前角越大，则变形系数越小。1.1.切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律解释依据解释依据第23页，共131页，编辑于2022年，星期五（3 3 3 3）切削用量对切屑变形的影响）切削用量对切屑变形的影响）切削用量对切屑变形的影响）切削用量对切屑变形的
31、影响n n切削速度：切削速度：切削速度：切削速度：切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响呈波浪形；响呈波浪形；响呈波浪形；响呈波浪形；n n进给量：进给量：进给量：进给量：进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形因数减小；因数减小；因数减小；因数减小；n n背吃刀量：背吃刀量：背吃刀量：背吃刀量：对切屑变形的影响较小。对切
32、屑变形的影响较小。对切屑变形的影响较小。对切屑变形的影响较小。第24页，共131页，编辑于2022年，星期五解释解释解释解释：1.1.工件材料工件材料2.2.刀具前角刀具前角 第25页，共131页，编辑于2022年，星期五3.切削速度切削速度4.切削厚度切削厚度第26页，共131页，编辑于2022年，星期五2.2.切屑的类型及变化切屑的类型及变化切屑的类型及变化切屑的类型及变化带状切屑：带状切屑：带状切屑：带状切屑：内表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切削厚度较小，内表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切削厚度较小，内表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切削厚度较小，内表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切
33、削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大。切削速度较高，刀具前角较大。切削速度较高，刀具前角较大。切削速度较高，刀具前角较大。挤裂切屑：挤裂切屑：挤裂切屑：挤裂切屑：外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度较大，切外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度较大，切外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度较大，切外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度较大，切削速度较低，刀具前角较削。削速度较低，刀具前角较削。削速度较低，刀具前角较削。削速度较低，刀具前角较削。单元切屑：单元切屑：单元切屑：单元切屑：也叫粒状切屑，加工塑性材料。也叫粒状切屑，加工塑性材料。也叫粒状切屑，加工塑性材料。也叫粒状
34、切屑，加工塑性材料。崩碎切屑崩碎切屑崩碎切屑崩碎切屑：加工脆性材料。：加工脆性材料。：加工脆性材料。：加工脆性材料。切屑的变化切屑的变化切屑的变化切屑的变化第27页，共131页，编辑于2022年，星期五1-10 切屑的类型切屑的类型第28页，共131页，编辑于2022年，星期五 3.3.3.3.切屑的控制切屑的控制切屑的控制切屑的控制n n切屑形状切屑形状切屑形状切屑形状 带状屑，带状屑，带状屑，带状屑，C C C C形屑，形屑，形屑，形屑，崩碎屑，宝塔状崩碎屑，宝塔状崩碎屑，宝塔状崩碎屑，宝塔状屑，长紧卷屑，屑，长紧卷屑，屑，长紧卷屑，屑，长紧卷屑，发条状切屑，螺发条状切屑，螺发条状切屑，螺
35、发条状切屑，螺卷屑卷屑卷屑卷屑图图1-11 切屑的各种形状切屑的各种形状第29页，共131页，编辑于2022年，星期五衡量切屑可控性的主要标准衡量切屑可控性的主要标准衡量切屑可控性的主要标准衡量切屑可控性的主要标准 （1 1 1 1）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中）；）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中）；）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中）；）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中）；（2 2 2 2）不影响操作者的安全；）不影响操作者的安全；）不影响操作者的安全；）不影响操作者的安全；（3 3
36、 3 3）易于存放，清理和搬运。）易于存放，清理和搬运。）易于存放，清理和搬运。）易于存放，清理和搬运。切屑卷曲和折断切屑卷曲和折断切屑卷曲和折断切屑卷曲和折断 （1 1 1 1）切屑卷曲和折断机理：）切屑卷曲和折断机理：）切屑卷曲和折断机理：）切屑卷曲和折断机理：切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷
37、曲。底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会卷得如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会卷得如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会卷得如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会卷得更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极限，则切更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极限，则切更紧。
38、切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极限，则切更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极限，则切屑就会自行折断屑就会自行折断屑就会自行折断屑就会自行折断。第30页，共131页，编辑于2022年，星期五 （2 2 2 2）切屑卷曲与折断的机理解释）切屑卷曲与折断的机理解释）切屑卷曲与折断的机理解释）切屑卷曲与折断的机理解释自由切屑的卷曲机理自由切屑的卷曲机理自由切屑的卷曲机理自由切屑的卷曲机理 由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相反，但是不共由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相反，但是不共由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方
39、向相反，但是不共由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相反，但是不共线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘培德）线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘培德）线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘培德）线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘培德）受控切屑的卷曲机理受控切屑的卷曲机理受控切屑的卷曲机理受控切屑的卷曲机理 图图图图1-12a1-12a1-12a1-12a为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图1-12b1-12b1-12b1-12b为直线为直线为直线为直线形卷屑槽
40、的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切屑卷曲的控形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切屑卷曲的控形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切屑卷曲的控形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切屑卷曲的控制。制。制。制。切屑折断的机理切屑折断的机理切屑折断的机理切屑折断的机理 图图图图1-131-131-131-13分别为螺卷屑、发条状屑和分别为螺卷屑、发条状屑和分别为螺卷屑、发条状屑和分别为螺卷屑、发条状屑和C C C C形屑折断的机理，其主要原因是形屑折断的机理，其主要原因是形屑折断的机理，其主要原因是形屑折断的机理，其主要原因是由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应力极限。由于切
41、屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应力极限。由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应力极限。由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应力极限。第31页，共131页，编辑于2022年，星期五图1-12 卷屑机理（a）全圆弧形卷屑槽半径计算与讨论（b）直线形卷屑槽的卷屑半径第32页，共131页，编辑于2022年，星期五图1-13 断屑机理（4 4）影响切屑卷曲和折断的主要因素）影响切屑卷曲和折断的主要因素u工件材料性能：工件材料性能：工件材料的屈服极限、弹性模量越小，塑性越低，越易折断；工件材料的屈服极限、弹性模量越小，塑性越低，越易折断；u切削用量：切削用量：切削厚度小，背吃刀量大，切削速度高
42、，断屑难；切削厚度小，背吃刀量大，切削速度高，断屑难；u刀具前角：刀具前角：前角小，变形大，易折。前角小，变形大，易折。第33页，共131页，编辑于2022年，星期五4.4.切屑控制的主要措施切屑控制的主要措施切屑控制的主要措施切屑控制的主要措施 （1 1）根据不同的加工材料选择不同的几何参数的刀具，来达到预期的切屑的几）根据不同的加工材料选择不同的几何参数的刀具，来达到预期的切屑的几何形状和流向；何形状和流向；（2 2）通常在前刀面上制造断屑器（台）和卷屑槽的方法使切屑尽快折断；）通常在前刀面上制造断屑器（台）和卷屑槽的方法使切屑尽快折断；（3 3）采用适当的刃倾角）采用适当的刃倾角s s，
43、达到满意的切屑流向。达到满意的切屑流向。第34页，共131页，编辑于2022年，星期五图图1-14第35页，共131页，编辑于2022年，星期五思考题1n n1.1.试根据切屑变形模型分析三个变形区的特征及各自试根据切屑变形模型分析三个变形区的特征及各自试根据切屑变形模型分析三个变形区的特征及各自试根据切屑变形模型分析三个变形区的特征及各自可能产生的现象。可能产生的现象。可能产生的现象。可能产生的现象。n n2.2.根据麦钱特以及根据麦钱特以及根据麦钱特以及根据麦钱特以及Lee and ShafferLee and Shaffer公式，变形系公式，变形系公式，变形系公式，变形系数与剪切角、刀具
44、前角的关系，试分析切削用量三要素数与剪切角、刀具前角的关系，试分析切削用量三要素数与剪切角、刀具前角的关系，试分析切削用量三要素数与剪切角、刀具前角的关系，试分析切削用量三要素对切屑变形的影响。对切屑变形的影响。对切屑变形的影响。对切屑变形的影响。n n3.3.试论述切屑弯曲和折断的机理，并分析控制切屑试论述切屑弯曲和折断的机理，并分析控制切屑试论述切屑弯曲和折断的机理，并分析控制切屑试论述切屑弯曲和折断的机理，并分析控制切屑的措施。的措施。的措施。的措施。第36页，共131页，编辑于2022年，星期五1.2 1.2 切削力切削力1.2.1 1.2.1 切削力的来源、分解及切削功率切削力的来源
45、、分解及切削功率切削力的来源、分解及切削功率切削力的来源、分解及切削功率 一、切削力来源：一、切削力来源：加工材料的弹塑性变形抗力（包括剪切力）、切屑与前刀面的摩加工材料的弹塑性变形抗力（包括剪切力）、切屑与前刀面的摩擦力、工件已加工表面与后刀面的摩擦力。擦力、工件已加工表面与后刀面的摩擦力。二、切削力的分解二、切削力的分解：切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力称为切削力。为了研究方便，将作用于刀具上的料变为切屑所需的力称为切削力。为了研究方便，将作用于刀具上的切削合力分解为相互垂直的切削合力分解为相
46、互垂直的F Fc c、F Ff f、F Fp p。第37页，共131页，编辑于2022年，星期五FcFc切削力切削力,切于过渡表面切于过渡表面,与基面垂直。与基面垂直。作用：计算刀具和机床强度作用：计算刀具和机床强度,确定机确定机床功率。床功率。FfFf进给力进给力,在基面内在基面内,与进给方向与进给方向相反。相反。作用：用于设计机床进给机构和确定进作用：用于设计机床进给机构和确定进给功率。给功率。FpFp背向力背向力,在基面内在基面内,与进给方向垂与进给方向垂直。直。作用：计算工件挠度和刀具、机床零件作用：计算工件挠度和刀具、机床零件的强度。的强度。第38页，共131页，编辑于2022年，星
47、期五三、切削功率三、切削功率第39页，共131页，编辑于2022年，星期五1.2.2 1.2.2 切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立一、切削测力仪一、切削测力仪一、切削测力仪一、切削测力仪1.1.1.1.测力仪的评判指标测力仪的评判指标测力仪的评判指标测力仪的评判指标（1 1 1 1）精度：最大测力误差与最大测力值之百分比；）精度：最大测力误差与最大测力值之百分比；）精度：最大测力误差与最大测力值之百分比；）精度：最大测力误差与最大测力值之百分比；（2 2 2 2）灵敏度：测力
48、仪所能测到的最小力值与其测力范围的百）灵敏度：测力仪所能测到的最小力值与其测力范围的百）灵敏度：测力仪所能测到的最小力值与其测力范围的百）灵敏度：测力仪所能测到的最小力值与其测力范围的百分比；分比；分比；分比；（3 3 3 3）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；（4 4 4 4）测力仪应当满足各向力同时测量，互不干扰。）测力仪应当满足各向力同时测量，互不干扰。）测力仪应当满足各向力同时测量，互不干扰。）测力仪应当满足各向力同时测量，互不干扰。2.2.2.2.测力仪测量切削
49、力的基本原理测力仪测量切削力的基本原理测力仪测量切削力的基本原理测力仪测量切削力的基本原理 利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电信号经转换后读出各个独立的切削分力。用在压电晶体上产生的电信号经转换后读出各个独立的切削分力。用在压电晶体上产生的电信号经转换后读出各个独立的切削分力。用在压电晶体上产生的电信号经转换后读出各个独立的切削分力。第40页，共131页，编辑于2022年，星期五3 3 3 3.电阻应
50、变片式测力仪电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪 原理：原理：原理：原理：将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受 力位置，力位置，力位置，力位置，分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生变分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生变分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生变分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生变形，使电阻应变片的电阻值改变，破坏了电桥的平衡，于