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1、第二章金属切削原理第二章金属切削原理第二章金属切削原理第二章金属切削原理金属切削的基本概念金属切削的基本概念金属切削刀具的几何角度与材料金属切削刀具的几何角度与材料金属切削刀具的几何角度与材料金属切削刀具的几何角度与材料金属切削过程及优化控制金属切削过程及优化控制磨削原理和砂轮结构磨削原理和砂轮结构磨削原理和砂轮结构磨削原理和砂轮结构第一节 概述第一节 概述切削运动与切削加工表面切削运动与切削加工表面一一.切削运动与切削加工表面切削运动与切削加工表面数刀具具有适当的几何参完成）工件相对运动（由机床刀具切削加工三条件能刀具材料有一定切削性数刀具具有适当的几何参切削加工三条件工件）（机床，夹具，刀
2、具，金属切削加工工艺系统切削运动（成型运动）切削运动（成型运动）-主运动主运动+进给运动进给运动主运动主运动工件旋转运动工件旋转运动工件旋转运动工件旋转运动进给运动进给运动车刀相对工件的直线运动车刀相对工件的直线运动车外圆车刀相对工件的直线运动车刀相对工件的直线运动车外圆主运动主运动刀具旋转运动刀具旋转运动刀具旋转运动刀具旋转运动进给运动进给运动铣平面铣平面进给运动进给运动工件相对刀具的直线运动工件相对刀具的直线运动主运动主运动刀具旋转运动刀具旋转运动进给运动进给运动直线动直线动刀具旋转运动刀具旋转运动刀具刀具直线直线运运动动钻孔钻孔刨削平面刨削平面磨削加工磨削加工磨削加工磨削加工拉削孔拉削孔
3、拉削孔拉削孔速度高消耗功率大主运动.1成切削运动两者的合成运动即为合使切削工作得以持续只有一个，必有一个速度高主运动（钻削轴向进给）个可可有多个（磨削），也进给运动1.2VVfV=+eVVfV合成切削速度eV当很小时，可以认为fVeVV进给运动速度切削速度fVV式中主运动：主运动：可以旋转运动可以旋转运动车削车削铣削铣削钻削钻削磨削磨削可以旋转运动可以旋转运动：车削车削、铣削铣削、钻削钻削、磨削磨削直线运动：刨削、插削、拉削直线运动：刨削、插削、拉削由工件完成由工件完成：车削车削、龙门刨床上的刨削龙门刨床上的刨削由工件完成由工件完成：车削车削、龙门刨床上的刨削龙门刨床上的刨削刀具完成：铣削、钻
4、削、磨削、牛头刨床上 的刨削刀具完成：铣削、钻削、磨削、牛头刨床上 的刨削进给运动：进给运动：可以连续进行可以连续进行钻孔钻孔车外圆车外圆铣平面铣平面可以连续进行可以连续进行：钻孔钻孔、车外圆车外圆、铣平面铣平面断续进行：刨平面、车外圆时的横向进给断续进行：刨平面、车外圆时的横向进给由工件完成由工件完成：铣削铣削、磨削磨削由工件完成由工件完成：铣削铣削、磨削磨削刀具完成：车削、钻削刀具完成：车削、钻削工件加工表面工件加工表面工件加工表面工件加工表面待加工表面1）（图加工表面已加工表面待加工表面213.2.1加工表面.3二二 切削用量切削用量二二.切削用量切削用量切削速度切削速度V刀刃上速度最高
5、点 m/s,m/min切削速度切削速度Vc切削用量切削用量进给量进给量 f刀具或工件一转时位移量 mm/r切削用量切削用量进给速度进给速度Vf单位时间内的进给量mm/s切削深度切削深度ap已加工表面和待加工表面的垂直距离切削深度切削深度ap距离件加后直径工件加工前直径wd工件加工后直径md三三 切削层参数切削层参数三三.切削层参数切削层参数切削层公称厚度切削层公称厚度h切削层参数切削层参数切削层公称宽度切削层公称宽度b切削层公称宽度切削层公称宽度b切削层公称截面积切削层公称截面积A切削层公称厚度切削层公称厚度h垂直刀刃方向上垂直刀刃方向上的切削厚度的切削厚度切削层公称厚度切削层公称厚度的切削厚
6、度的切削厚度hH变化切削层公称宽度切削层公称宽度b切削层公称宽度切削层公称宽度bb沿过渡表面测量的切削层尺寸沿过渡表面测量的切削层尺寸bb越大刀具散热越好越大刀具散热越好切削层公称截面积切削层公称截面积A第二节刀具几何角度与材料第二节刀具几何角度与材料第二节刀具几何角度与材料第二节刀具几何角度与材料一一.刀具几何角度刀具几何角度（一）（一）.刀具切削部分的结构要素（图刀具切削部分的结构要素（图1-3）（二二）.刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系（二二）.刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系选择刀具静止坐标系的两点选择刀具静止坐标系的两点运动假设：假设刀具进给运动速度为零运动假设：假设
7、刀具进给运动速度为零安装假设：假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等安装假设：假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等高高刀杆与工件的轴线垂直刀杆与工件的轴线垂直高高；刀杆与工件的轴线垂直刀杆与工件的轴线垂直（三三）刀具标注角度刀具标注角度（图图1-6）（三三）.刀具标注角度刀具标注角度（图图1-6）psPr（三三）.刀具标注角度刀具标注角度（图图1-6）（）刀具标注角度刀具标注角度（图图）主剖面工作坐标系主剖面工作坐标系（四）刀具工作角度（四）刀具工作角度1 进给运动对刀具工作角度的影响进给运动对刀具工作角度的影响1.进给运动对刀具工作角度的影响进给运动对刀具工作角度的影响进给量f越大，工件直径dw越小，
8、则工作角度值的变化就越大一般则工作角度值的变化就越大。般车削时，由进给运动所引起的值不超过30一40，故其影响常可忽略。但是在车削大螺距螺纹或蜗杆时但是在车削大螺距螺纹或蜗杆时，进给量f很大，故值较大，此时就必须考虑它对刀具工作角度的影响。2.刀具安装位置对刀具工作角度的影响副偏角Kre减小(K re增大)主偏角Kre增大(K re减小)(K re 增大)刀柄右斜(左斜)()二二 刀具材料刀具材料（一）刀具材料应具备的性能（一）刀具材料应具备的性能二二.刀具材料刀具材料1、高硬度：常温、高硬度：常温HRC60以上以上2高耐磨性高耐磨性：硬度越高耐磨性越好硬度越高耐磨性越好2、高耐磨性高耐磨性：
9、硬度越高耐磨性越好硬度越高耐磨性越好3、足够的强度和韧性：防止崩刃和折断、足够的强度和韧性：防止崩刃和折断4、高的耐热性（红硬性）：高温下高硬度、耐磨、抗弯、高的耐热性（红硬性）：高温下高硬度、耐磨、抗弯5、化学稳定性化学稳定性：不易与介质或工件发生化学反应不易与介质或工件发生化学反应5、化学稳定性化学稳定性：不易与介质或工件发生化学反应不易与介质或工件发生化学反应6、良好的工艺性：便于刀具制造和刃磨，资源丰富，价、良好的工艺性：便于刀具制造和刃磨，资源丰富，价格低廉格低廉格低廉格低廉7、经济性：成本价格低，立足国内资源、经济性：成本价格低，立足国内资源（二二）常用刀具种类常用刀具种类（图图1
10、 12）（二二）常用刀具种类常用刀具种类（图图1-12）车刀车刀孔加工刀具孔加工刀具拉刀拉刀铣刀铣刀铣刀铣刀成形铣刀螺纹加工刀具螺纹加工刀具齿轮加工刀具齿轮加工刀具齿轮加工刀具齿轮加工刀具磨具磨具1 工具钢工具钢:（三）（三）.常用刀具材料常用刀具材料1.工具钢工具钢:碳素工具钢碳素工具钢合金工具钢合金工具钢耐热差、用于低速或手工切削刀具合金工具钢合金工具钢高速钢（高合金工具钢）高速钢（高合金工具钢）2 硬质合金硬质合金削刀具常用刀具材料2.硬质合金硬质合金3.陶瓷陶瓷4 立方氮化硼立方氮化硼常用刀具材料4.立方氮化硼立方氮化硼5.金刚石金刚石1.碳素工具钢 与合金工具钢碳素工具钢 与合金工具
11、钢碳素工具钢是含碳素工具钢是含C较高的优质钢（含较高的优质钢（含C0.7%-1.2%,如：如：T10A),淬火后硬度较高、价廉，但耐热性差。在碳素工具钢中加少量淬火后硬度较高、价廉，但耐热性差。在碳素工具钢中加少量Cr、W、Mn、Si等形成等形成合金工具钢合金工具钢（如如9SiC)可适当减少热处理变形提高耐热性可适当减少热处理变形提高耐热性（如如9SiCr),可适当减少热处理变形提高耐热性可适当减少热处理变形提高耐热性。这两种具材料这两种具材料耐热性较低耐热性较低常用来制造常用来制造削速度不高或手削速度不高或手这两种这两种刀刀具材料具材料耐热性较低耐热性较低，常用来制造常用来制造切切削速度不高
12、或手削速度不高或手工工具，如锉刀、锯条、铰刀、丝攻、板牙。工工具，如锉刀、锯条、铰刀、丝攻、板牙。2.高速钢（表高速钢（表1-1）高速钢含较多钨高速钢含较多钨、钼钼、铬钒等元素的高合金工具钢铬钒等元素的高合金工具钢。高速钢含较多钨高速钢含较多钨、钼钼、铬钒等元素的高合金工具钢铬钒等元素的高合金工具钢。切削温度可达切削温度可达550-600度。度。红硬性红硬性耐磨性耐磨性优于碳素工具钢与合金工具钢优于碳素工具钢与合金工具钢红硬性红硬性，耐磨性耐磨性，优于碳素工具钢与合金工具钢优于碳素工具钢与合金工具钢，低于硬质合金，强度，韧性，工艺性优于硬质合金，价格低于硬质合金。，低于硬质合金，强度，韧性，工
13、艺性优于硬质合金，价格低于硬质合金。应用：应用：形状复杂的刀具，如：麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具、成形刀具。形状复杂的刀具，如：麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具、成形刀具。3.硬质合金硬质合金（表（表1-2，表，表1-3）硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物（硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC）和金属粘结剂（）和金属粘结剂（Co、Ni）等在）等在高温高温条件下条件下烧结烧结而成的粉末冶金制品。而成的粉末冶金制品。切削温度可达切削温度可达800 1000度度切削切削C钢速度可达钢速度可达100 200/i切削温度可达切削温度可达800-1000度度，切削切削C钢速度可达钢速度可达10
14、0-200m/min。硬度，耐磨性，红硬性高于高速钢，但。硬度，耐磨性，红硬性高于高速钢，但工艺性，抗弯强度，脆性工艺性，抗弯强度，脆性均较高速钢低。（采用均较高速钢低。（采用镶焊镶焊）应用：高速切削刀具，各种形式刀片，焊接或机械加固车刀、刨刀、端铣刀等刀体上使用。应用：高速切削刀具，各种形式刀片，焊接或机械加固车刀、刨刀、端铣刀等刀体上使用。类类类硬质合金类硬质合金韧性韧性磨削加性磨削加性导热性和抗弯强导热性和抗弯强（1）K类类-YG类硬质合金类硬质合金：韧性韧性、磨削加磨削加工工性性、导热性和抗弯强导热性和抗弯强度较好，适宜加工崩碎切削，有冲击切削力和切削热集中在刃尖附近的脆性材料，如：度
15、较好，适宜加工崩碎切削，有冲击切削力和切削热集中在刃尖附近的脆性材料，如：铸铁、青铜铸铁、青铜等。牌号等。牌号YG3、YG6、YG8,数字数字表示表示Co含量的，含量的，Co含量少较脆较耐磨。红硬性差，含量少较脆较耐磨。红硬性差，不用来加工朔性材料（碳钢）不用来加工朔性材料（碳钢）（2）P类类-YT硬质合金硬质合金：比：比YG类硬度高、耐热性好，切削韧性材料时较耐磨，但韧性较小，适合类硬度高、耐热性好，切削韧性材料时较耐磨，但韧性较小，适合加工钢件加工钢件。牌号牌号YT5、YT15、YT30，数字表示，数字表示TiC含量的含量的%,TiC含量越多、韧性越小，而耐磨性和耐热性越高。含量越多、韧性
16、越小，而耐磨性和耐热性越高。不易加工含不易加工含Ti类零件类零件，产生亲和作用。，产生亲和作用。（3）M类类-YW硬质合金硬质合金：WC-TiC-TaC-Co类硬合金类硬合金适合难加工钢采适合难加工钢采（不锈钢不锈钢、高强度钢高强度钢）适合难加工钢采适合难加工钢采（不锈钢不锈钢、高强度钢高强度钢）Co增增WC-TiC减时抗弯强度和冲击韧性提高适用于减时抗弯强度和冲击韧性提高适用于粗加工粗加工；Co减减WC TiC增时硬度增时硬度耐磨性耐磨性耐热性提高耐热性提高强度和韧性减低强度和韧性减低Co减减WC-TiC增时硬度增时硬度、耐磨性耐磨性、耐热性提高耐热性提高，强度和韧性减低强度和韧性减低适用于
17、适用于精加工精加工；（三三）其他刀具材料其他刀具材料（三三）.其他刀具材料其他刀具材料1.涂层刀具涂层刀具在硬质合金或高速钢刀具基体上，涂一层耐磨性高的难熔金属化合物。在硬质合金或高速钢刀具基体上，涂一层耐磨性高的难熔金属化合物。涂层高速钢涂层2um 表层硬度80HRC涂层硬质合金 涂层4-5um 表层硬度2500-4200Hv具有较高具有较高抗氧化性、耐磨性、抗月牙洼磨损抗氧化性、耐磨性、抗月牙洼磨损能力；低的摩檫系数，降低切削力、切削温度，提高刀具使用寿命。能力；低的摩檫系数，降低切削力、切削温度，提高刀具使用寿命。但其但其锋利性锋利性韧性韧性抗剥落性抗剥落性抗崩刃性抗崩刃性均不及未涂层刀
18、片均不及未涂层刀片但其但其锋利性锋利性、韧性韧性、抗剥落性抗剥落性、抗崩刃性抗崩刃性均不及未涂层刀片均不及未涂层刀片，成本高。，成本高。2.陶瓷材料陶瓷材料主要成分主要成分AIO,刀片硬度高、耐磨性好、耐热性好、耐热性高，化学稳定性高、与金属亲和力小，抗粘结和抗扩散能力好。刀片硬度高、耐磨性好、耐热性好、耐热性高，化学稳定性高、与金属亲和力小，抗粘结和抗扩散能力好。车削车削铣削冷硬铸铁铣削冷硬铸铁淬硬钢淬硬钢允许有较高的切削速度允许有较高的切削速度价格低价格低车削车削、铣削冷硬铸铁铣削冷硬铸铁、淬硬钢淬硬钢，允许有较高的切削速度允许有较高的切削速度，价格低价格低廉，原料丰富，但廉，原料丰富，但
19、材料脆，怕冲击，易崩刃材料脆，怕冲击，易崩刃。3.人造金刚石：硬度是硬质合金人造金刚石：硬度是硬质合金5-10倍应用：加工硬质合金玻璃倍应用：加工硬质合金玻璃不宜加工铁族材料不宜加工铁族材料4.立方氮化硼：硬度仅次于金刚石立方氮化硼：硬度仅次于金刚石但热稳定性高于金刚石但热稳定性高于金刚石但热稳定性高于金刚石但热稳定性高于金刚石第三节 金属切削过程第三节 金属切削过程切削变形、积屑瘤切削变形、积屑瘤产生的原因变化规律产生的原因变化规律对切削加工的影响对切削加工的影响金属切削的物理现象卷屑与断屑切削力金属切削的物理现象卷屑与断屑切削力对切削加工的影响对切削加工的影响切削热与切削温度刀具磨损与刀具
20、寿命切削热与切削温度刀具磨损与刀具寿命保证加工精度保证加工精度表面质量表面质量保证加工精度保证加工精度、表面质量表面质量提高切削效率降低生产成本提高切削效率降低生产成本一一 切屑的形成过程切屑的形成过程剪切.切屑的形成过程切屑的形成过程形成切屑变形滑移层经切削金属在前刀面的挤压下，被.低速直角自由切削低速直角自由切削第1变形区第2区域剪切滑移变形第2区域前刀面挤压摩擦第3变形区第3变形区刀刃钝圆、后刀面挤压摩擦二二.剪切角的计算剪切角的计算剪切面剪切角剪切面剪切角1.作用在切屑上的力作用在切屑上的力剪切角剪切角+-+摩擦角摩擦角2 剪切角的计算剪切角的计算2.剪切角的计算剪切角的计算合力合力F
21、主应力方向主应力方向合力合力F主应力方向主应力方向Fs最大剪应力方向最大剪应力方向二者间的夹角为二者间的夹角为（+一一。）。）（。）。）+-根据材料力学原理根据材料力学原理-1)当当。增大增大时时，角角随之随之增大增大，变形减小变形减小。可见在可见在1)当当。增大增大时时，角角随之随之增大增大，变形减小变形减小。可见在可见在保证刀刃强度前提下，保证刀刃强度前提下，加大刀具前角加大刀具前角对切削过程是对切削过程是有利有利的。的。2）当）当增大增大时，时，角角随之随之减小减小，变形增大变形增大。故仔细。故仔细研磨刀面研磨刀面，使用切削液以减少前刀面上的摩擦对切削过程同样是，使用切削液以减少前刀面上
22、的摩擦对切削过程同样是有利有利的。的。三三 变形系数和剪应变变形系数和剪应变三三.变形系数和剪应变变形系数和剪应变1.变形系数变形系数2.剪应变剪应变剪应变剪应变四四.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦外摩擦区外摩擦区外摩擦区外摩擦区内摩擦区内摩擦区内摩擦区内摩擦区五五.积屑瘤的形成与控制积屑瘤的形成与控制1积屑瘤现象及其产生原因积屑瘤现象及其产生原因1积屑瘤现象及其产生原因积屑瘤现象及其产生原因(1)积屑瘤现象积屑瘤现象:在切削在切削速度不高速度不高 加钢加钢 等等塑性材料塑性材料时时在切削在切削速度不高速度不高,加加工工钢钢-等等塑性材料塑性材料时时，在前刀面在前刀面粘着一块剖面呈粘着一块剖面呈
23、三角状的硬块三角状的硬块，这块冷焊在前刀面的这块冷焊在前刀面的在处于稳定状态在处于稳定状态这块冷焊在前刀面的这块冷焊在前刀面的金属称为金属称为积屑瘤积屑瘤在处于稳定状态在处于稳定状态时，能够代替刀刃进行切削。时，能够代替刀刃进行切削。硬度是工件材料硬度是工件材料的的2一一3倍倍的的23倍倍(2)积屑瘤产生原因积屑瘤产生原因:1.切屑与前刀面在切屑与前刀面在适当温度适当温度与与较高压力下较高压力下产生冷焊。产生冷焊。材料的材料的加硬化趋势愈强加硬化趋势愈强愈易产生积屑瘤愈易产生积屑瘤2.材料的材料的加加工工硬化趋势愈强硬化趋势愈强，愈易产生积屑瘤愈易产生积屑瘤加工塑性材料易产生，加工脆性材料不易
24、产生加工塑性材料易产生，加工脆性材料不易产生3.刃前区的温度和压力太低，不会产生积屑瘤刃前区的温度和压力太低，不会产生积屑瘤4.如温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤如温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤碳素钢碳素钢约在约在时积屑瘤最高时积屑瘤最高5.碳素钢碳素钢，约在约在300一一500时积屑瘤最高时积屑瘤最高，到，到500以上时趋于消失以上时趋于消失6 在低速区在低速区I中不产生积屑瘤中不产生积屑瘤；6.在低速区在低速区I中不产生积屑瘤中不产生积屑瘤；在区中积屑瘤高度随切削速度增加而加大至最大值；在区中积屑瘤高度随切削速度增加而加大至最大值；在区在区内积屑瘤高度随切削速度增加而减小
25、内积屑瘤高度随切削速度增加而减小；在区在区内积屑瘤高度随切削速度增加而减小内积屑瘤高度随切削速度增加而减小；在区内积屑瘤不再产生。在区内积屑瘤不再产生。切削速度:加工C钢时，切削速度:加工C钢时，切削速度切削速度切削速度切削速度：V5m/min，f 积屑瘤不形成：V100m/min，(500C)f 积屑瘤不形成积屑瘤不形成2积屑瘤对切削过程的影响及其控制积屑瘤对切削过程的影响及其控制(1)增大前角增大前角 可使切削力减小。可使切削力减小。(2)增大切削厚度增大切削厚度 积屑瘤使刀具切人深度增加了积屑瘤使刀具切人深度增加了(2)增大切削厚度增大切削厚度 积屑瘤使刀具切人深度增加了积屑瘤使刀具切人
26、深度增加了h。h变化有可能引起振动。变化有可能引起振动。(3)增大已加工表面粗糙度增大已加工表面粗糙度 积屑瘤的顶部很不稳定，易破裂，其破裂的部分碎片可能留在已加工表面上；积屑瘤的顶部很不稳定，易破裂，其破裂的部分碎片可能留在已加工表面上；积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙。积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙。(4)影响刀具使用寿命影响刀具使用寿命积屑瘤相对稳定时积屑瘤相对稳定时可代替可代替(4)影响刀具使用寿命影响刀具使用寿命积屑瘤相对稳定时积屑瘤相对稳定时，可代替可代替刀刃切削，能提高刀具使用寿命；刀刃切削，能提高刀具使用寿命；但在不稳定时但在不稳定时积屑瘤的破裂有可能导致刀具的剥积屑
27、瘤的破裂有可能导致刀具的剥但在不稳定时但在不稳定时，积屑瘤的破裂有可能导致刀具的剥积屑瘤的破裂有可能导致刀具的剥落磨损。落磨损。粗粗精度粗度高精度粗度高粗粗加工时加工时，对，对精度精度和表面和表面粗粗糙糙度度要求不要求不高高，积屑瘤可以代替刀具进行切削，保护了刀具积屑瘤可以代替刀具进行切削，保护了刀具，同时减，同时减小了切削变形小了切削变形小了切削变形小了切削变形。精加工时应避免或减小积屑瘤精加工时应避免或减小积屑瘤，其措施有：，其措施有：1)控制切削速度，尽量避开易生成积屑瘤的中速区：控制切削速度，尽量避开易生成积屑瘤的中速区：2)使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦。使用润滑性能好的切削液，
28、以减小摩擦。3)增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力4)提高工件材料硬度提高工件材料硬度（塑性工件正火或调质处理塑性工件正火或调质处理）减少加减少加4)提高工件材料硬度提高工件材料硬度（塑性工件正火或调质处理塑性工件正火或调质处理），减少加减少加工硬化倾向。工硬化倾向。因此因此精车精铣采用高速切削，拉削铰削宽刀精刨精车精铣采用高速切削，拉削铰削宽刀精刨采用低速切削采用低速切削。采用低速切削采用低速切削六六影响影响切削变形切削变形的因素的因素六六、影响影响切削变形切削变形的因素的因素1工件材料工件材料工件材料工件材料工件材料强度愈高（摩擦系数小），切屑变形愈小。工
29、件材料强度愈高（摩擦系数小），切屑变形愈小。工件材料的塑性越大工件材料的塑性越大，切削变形就越大切削变形就越大。工件材料的塑性越大工件材料的塑性越大，切削变形就越大切削变形就越大。如碳钢的如碳钢的塑性越大塑性越大，抗拉强度和屈服强度越低，在，抗拉强度和屈服强度越低，在较小的应力条件下就开始产生塑性变形较小的应力条件下就开始产生塑性变形。例如例如，1较小的应力条件下就开始产生塑性变形较小的应力条件下就开始产生塑性变形例如例如，Crl8Ni9Ti和和45钢的强度近似，但前者伸长率大得多，切削时切削变形大，易粘刀且不易断屑。钢的强度近似，但前者伸长率大得多，切削时切削变形大，易粘刀且不易断屑。2刀具
30、前角刀具前角刀具前角愈大，切削变形愈小。刀具前角愈大，切削变形愈小。3切削速度3切削速度在在无积屑瘤无积屑瘤的切削速度范围的切削速度范围在在无积屑瘤无积屑瘤的切削速度范围的切削速度范围内，内，切削速度愈高，则变形系数愈小切削速度愈高，则变形系数愈小。在在有积屑瘤有积屑瘤的切削速度范围内，切削速度的影响是通过的切削速度范围内，切削速度的影响是通过积屑瘤所形成的实际前角来积屑瘤所形成的实际前角来积屑瘤所形成的实际前角来积屑瘤所形成的实际前角来影响切削变形的。影响切削变形的。在在积屑瘤增长积屑瘤增长阶段阶段实际实际前前在在积屑瘤增长积屑瘤增长阶段阶段，实际实际前前角增大角增大，因而Vc增加时h，因而
31、Vc增加时h减小减小。在积在积屑瘤消退阶段屑瘤消退阶段中，实际中，实际前角减小前角减小，变形随之，变形随之增大增大。4 4切削厚度切削厚度4 4切削厚度切削厚度当切削厚度增加时，摩擦系数减小，增大，当切削厚度增加时，摩擦系数减小，增大，变形变小变形变小切屑愈薄切屑愈薄变形量愈大变形量愈大变形变小变形变小。切屑愈薄切屑愈薄，变形量愈大变形量愈大。七七切屑的种类切屑的种类七七、切屑的种类切屑的种类由于工件材料不同，变形情况也不同，因而产生的切削种由于工件材料不同，变形情况也不同，因而产生的切削种类也就多种多样。类也就多种多样。1带状切屑带状切屑带状切屑带状切屑带状切屑连续不断呈带状，内带状切屑连续
32、不断呈带状，内表面是光滑的表面是光滑的外表面是毛茸的外表面是毛茸的表面是光滑的表面是光滑的，外表面是毛茸的外表面是毛茸的。般加工般加工塑性塑性金属材料金属材料当当切切一一般加工般加工塑性塑性金属材料金属材料，当当切切削厚度较小，切削速度较高，刀削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时具前角较大时，往往得到这类切往往得到这类切具前角较大时具前角较大时，往往得到这类切往往得到这类切削削。形成带状切屑时形成带状切屑时，切削过程较平稳切削过程较平稳，切削力波动较小切削力波动较小，已已形成带状切屑时形成带状切屑时，切削过程较平稳切削过程较平稳，切削力波动较小切削力波动较小，已已加工表面粗糙度值较小。加工
33、表面粗糙度值较小。带状切屑断屑不便，影响加工，适当改变切削条件或带状切屑断屑不便，影响加工，适当改变切削条件或刀具结构和角度，可使刀具结构和角度，可使带状切屑变为螺旋状切屑带状切屑变为螺旋状切屑，以利断屑。，以利断屑。2节状切屑2节状切屑节状切屑又称挤裂切屑。挤裂切屑外表面呈锯齿形，节状切屑又称挤裂切屑。挤裂切屑外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹内表面有时有裂纹内表面有时有裂纹内表面有时有裂纹。这种这种切削大都在切削速切削大都在切削速这种这种切削大都在切削速切削大都在切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。出现节状切屑时出现节状切屑时切削过程不平
34、稳切削过程不平稳切削力有波动切削力有波动已加已加出现节状切屑时出现节状切屑时，切削过程不平稳切削过程不平稳，切削力有波动切削力有波动，已加已加工表面粗糙度较大。工表面粗糙度较大。3粒状切屑粒状切屑3粒状切屑粒状切屑粒状切屑又称单元切屑粒状切屑又称单元切屑如如粒状切屑又称单元切屑粒状切屑又称单元切屑，如如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整面上，则切屑果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整面上，则切屑被被被被分割成梯形状的单元切屑。分割成梯形状的单元切屑。当切削塑性材料当切削塑性材料，在切在切当切削塑性材料当切削塑性材料，在切在切削速度极低时产生这种切屑。削速度极低时产生这种切屑。粒屑时粒屑时削力
35、波大削力波大加表粗糙大加表粗糙大出现出现粒粒状切状切屑时屑时，切切削力波削力波动动大大，已，已加加工工表表面面粗糙大粗糙大。4崩碎切屑4崩碎切屑切削脆性材料时，被切金属层在前刀面的推切削脆性材料时，被切金属层在前刀面的推挤下未经塑性变形就在拉应力作用下脆断，形挤下未经塑性变形就在拉应力作用下脆断，形成不规则的崩碎切屑成不规则的崩碎切屑成不规则的崩碎切屑成不规则的崩碎切屑。形成崩碎切削时，形成崩碎切削时，切削力幅度小，但波动大，加切削力幅度小，但波动大，加工表面凹凸不平工表面凹凸不平工表面凹凸不平工表面凹凸不平。加工。加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这类切屑脆性材料，切削厚度越大越易得到这类切
36、屑。前三种切屑是加工:塑性金属时常见的切屑类型。前三种切屑是加工:塑性金属时常见的切屑类型。形成带状切屑时，切削过程最平稳；形成带状切屑时，切削过程最平稳；形成粒状切屑时，切削力波动最大。形成粒状切屑时，切削力波动最大。在形成在形成节状切屑节状切屑的情况下的情况下若若减小前角减小前角在形成在形成节状切屑节状切屑的情况下的情况下，若若减小前角减小前角、降低切削速度降低切削速度或或加大切削厚度加大切削厚度，就可以，就可以变成粒状切屑变成粒状切屑；反之，若反之，若加大前角、提高切削速度或减小切削厚度，则可以得到带状切屑。加大前角、提高切削速度或减小切削厚度，则可以得到带状切屑。第四节切削力、切削热和
37、切削温度第四节切削力、切削热和切削温度切削力切削力:切削加工中切削加工中，刀具作用到工件上的力刀具作用到工件上的力。切削力切削力:切削加工中切削加工中，刀具作用到工件上的力刀具作用到工件上的力。磨损刀具影响表面加工质量影响表面加工质量影响精度变形工艺系统弹性变形、热使用寿命刀具切削力影响表面加工质量影响表面加工质量的依据选用机床、刀具、夹具影响精度变形工艺系统弹性变形、热（）切削力的来源切削力的来源（一一）切削力的来源切削力的来源（二二）切削合力切削合力分力和切削功率分力和切削功率进给抗力进给抗力（二二）切削合力切削合力、分力和切削功率分力和切削功率切深抗力切深抗力Fp进给抗力进给抗力Ff与进
38、给方向相平行与进给方向相平行与进给方向相垂直会使机床工艺系统产生变形，与进给方向相垂直会使机床工艺系统产生变形，p对加工精度和已加工表面对加工精度和已加工表面设计机床进给机构或校核其强度的主要参数设计机床进给机构或校核其强度的主要参数对加工精度和已加工表面对加工精度和已加工表面质量影响较大。质量影响较大。主切削力主切削力Fc与切削速度的方向一致计算切削功率和设计与切削速度的方向一致计算切削功率和设计机床的主要参数机床的主要参数切削合力：总切削力切削合力：总切削力F机床的主要参数机床的主要参数3切削功率切削功率3切削功率切削功率切削速度切削速度m/s进给抗力进给抗力N小小件转速件转速主切削力主切
39、削力N工工件转速件转速r/s切削功率切削功率kW进给量进给量mm/r切削功率切削功率kW进给量进给量mm/r很小很小可忽略可忽略4.机床电动机的功率4.机床电动机的功率机床的传动效率机床的传动效率般取为般取为0 750 85m一m一机床的传动效率机床的传动效率，一，一般取为般取为0.75一一0.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。（三三）切削力的理论公式切削力的理论公式（三三）切削力的理论公式切削力的理论公式（四四）切削力的经验公式切削力的经验公式（四四）切削力的经验公式切削力的经验公式（五）影响切削力的因素（五）影响切削力的因素1工件材料的影响工件
40、材料的影响工件工件材料的强度材料的强度、硬度越高硬度越高，总的切削力增大总的切削力增大。工件工件材料的强度材料的强度、硬度越高硬度越高，总的切削力增大总的切削力增大材料材料塑性大塑性大，与刀具间的摩擦系数大，故，与刀具间的摩擦系数大，故切削力也越切削力也越大大。大大。切削灰铸铁及其他切削灰铸铁及其他脆性材料脆性材料时，形成崩碎切削，切屑时，形成崩碎切削，切屑与前刀面的接触长度短与前刀面的接触长度短摩擦小摩擦小故故切削力较小切削力较小与前刀面的接触长度短与前刀面的接触长度短，摩擦小摩擦小，故故切削力较小切削力较小。削削2切切削削用量的影响用量的影响(l)背吃刀量和进给量的影响背吃刀量和进给量的影
41、响(l)背吃刀量和进给量的影响背吃刀量和进给量的影响当当ap=2ap则则F=2F当当ap=2ap则则F=2F当当f=2f则则F=(1.68-1.86)F切削加工中切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑如从切削力和切削功率角度考虑，切削加工中切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利加大进给量比加大背吃刀量有利(2)切削切削速速度度的的影影响响()切削度影切削度影vc c 27m/min时时，积屑瘤消失，积屑瘤消失，切削力切削力随随切削切削速度的增大而减小速度的增大而减小切削温度升高切削温度升高塑性金属塑性金属切削切削速度的增大而减小速度
42、的增大而减小，切削温度升高切削温度升高，下降，从而使h减小，下降，从而使h减小3刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响（1）前角的影响）前角的影响前角。加大，变形系数减前角。加大，变形系数减小，切削力减小。材料小，切削力减小。材料塑性塑性越大越大，前角。前角。对对切削力切削力的影响的影响越大越大切削力切削力的影响的影响越大越大；加工加工脆性材料脆性材料时，因切削时，因切削时塑性变形很小时塑性变形很小，故故前角前角变化变化时塑性变形很小时塑性变形很小，故故前角前角变化变化对切削力对切削力影响不大影响不大。倒倒切削力与不设负倒切削力与不设负倒棱相比棱相比 显著增大显著增大(2)负负倒倒棱的影响棱的影
43、响切削力增大的幅度不大切削力增大的幅度不大提高刀尖强度提高刀尖强度棱相比棱相比 显著增大显著增大b1 lflfb1 lf lf切削力增大的幅度不大切削力增大的幅度不大提高刀尖强度提高刀尖强度改善散热，负倒棱改善散热，负倒棱c削削度削削度二、切二、切削削热和切热和切削削温温度度克服塑性变形、克服摩擦力克服塑性变形、克服摩擦力（）切削热的产生和传导切削热的产生和传导（一一）切削热的产生和传导切削热的产生和传导切削过程中的三个变形区就是三个发热区域切削过程中的三个变形区就是三个发热区域车削：切屑车削：切屑50%-86%钻削：切屑钻削：切屑28%车刀车刀10%-40%钻头钻头14 5%磨削：磨屑磨削：
44、磨屑4%钻头钻头14.5%砂轮砂轮12%主切削力车工件车工件3%-9%钻工钻工件件52.5%主切削力N件件磨削工件磨削工件84%c切削速度m/s切削热J/s（二二）切削温度的测量切削温度的测量（二二）切削温度的测量切削温度的测量(1)自然热电偶法自然热电偶法通过测量热电势来测量切削温度通过测量热电势来测量切削温度自然热电偶法测得的温度是切削区的平均温度自然热电偶法测得的温度是切削区的平均温度自然热电偶法测得的温度是切削区的平均温度自然热电偶法测得的温度是切削区的平均温度(2)人工热电偶法人工热电偶法(2)人工热电偶法人工热电偶法这种方法测得的是某一点的温度这种方法测得的是某一点的温度（三三）刀
45、具上切削温度的分布规律刀具上切削温度的分布规律（三三）刀具上切削温度的分布规律刀具上切削温度的分布规律图图2一一29表示了切削塑性材料时刀具前刀面上切削温度的分布情况。表示了切削塑性材料时刀具前刀面上切削温度的分布情况。切削脆比材料时切削脆比材料时最高切削温度在刀尖处靠近后刀面的地方最高切削温度在刀尖处靠近后刀面的地方磨损开始处磨损开始处切削脆比材料时切削脆比材料时，最高切削温度在刀尖处靠近后刀面的地方最高切削温度在刀尖处靠近后刀面的地方，磨损开始处磨损开始处（四）影响切削温度的因素（四）影响切削温度的因素1切削用量对切削温度的影响切削用量对切削温度的影响有效控制切削温度以提高刀具使用寿命有效
46、控制切削温度以提高刀具使用寿命，选用大的背吃选用大的背吃刀量或进给量，比选用高的切削速度有利。刀量或进给量，比选用高的切削速度有利。2刀具几何参数对切削温度的影响刀具几何参数对切削温度的影响2刀具几何参数对切削温度的影响刀具几何参数对切削温度的影响影响变形和摩擦影响变形和摩擦影响变形和摩擦影响变形和摩擦大大刀尖角刀尖角3刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损刀具磨损后切削刃变钝，使金属变形增加；后切削刃变钝，使金属变形增加；刀具后刀面与工件的摩擦加剧，刀具后刀面与工件的摩擦加剧，切削温度上升切削温度上升。4工件材料对切削温度的影响工件材料对切削温度的影响4工件材料对切削温度的
47、影响工件材料对切削温度的影响高高，切削热多，切削热多，切削温度高切削温度高导热系数小导热系数小，切削热不易散出，切削，切削热不易散出，切削温度相对较高温度相对较高切削灰铸铁等脆性材料切削灰铸铁等脆性材料时，金属变形小，切屑呈崩碎状，与前刀面摩擦小，产生的切削热小，故时，金属变形小，切屑呈崩碎状，与前刀面摩擦小，产生的切削热小，故切削温度一般较切削钢料时低切削温度一般较切削钢料时低。5切削液对切削温度的影响切削液对切削温度的影响5切削液对切削温度的影响切削液对切削温度的影响使用使用切削液切削液可以从切削区带走大量热量可以从切削区带走大量热量，可以可以明显降明显降使用使用切削液切削液可以从切削区带
48、走大量热量可以从切削区带走大量热量，可以可以明显降明显降低切削温度低切削温度，提高刀具使用寿命提高刀具使用寿命。第五节刀具磨损和刀具使用寿命第五节刀具磨损和刀具使用寿命第五节刀具磨损和刀具使用寿命第五节刀具磨损和刀具使用寿命一、刀具磨损形态一、刀具磨损形态刀尖（刀尖（C区区）强度低，散热差，）强度低，散热差，磨损比较严重，其最大值为磨损比较严重，其最大值为VC。靠近工件外表面处靠近工件外表面处（N区区），），由由靠近工件外表面处靠近工件外表面处（N区区），），由由于上道工序的加工硬化层或毛坯表面硬层的影响，以于上道工序的加工硬化层或毛坯表面硬层的影响，以VN表示。表示。在后刀面磨损带（在后刀面
49、磨损带（B区区），磨损比较均匀，平均磨损带宽度以），磨损比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨损带宽度以表示，而最大磨损带宽度以Vbmaxmax。切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上刀尖处的后刀面上磨出较深的沟纹磨出较深的沟纹这就是这就是边界磨损边界磨损加工加工刀尖处的后刀面上刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹磨出较深的沟纹，这就是这就是边界磨损边界磨损。加工加工铸、锻等外皮粗糙的工件，容易发生边界磨损铸、锻等外皮粗糙的工件，容易发生边界磨损。低速时刀具磨损主要原因二、刀具磨损原因二、刀具磨损原因磨料磨
50、损磨料磨损硬质点机械擦伤硬质点机械擦伤高速钢高速钢、低速时刀具磨损主要原因磨料磨损磨料磨损硬质点机械擦伤硬质点机械擦伤冷焊磨损冷焊磨损切屑粘走刀具材料切屑粘走刀具材料硬质合金中硬质合金中,Ti的扩散速率远低于i的扩散速率远低于Co,W故故YT类合金的类合金的高速钢高速钢、硬质合金钢硬质合金钢冷焊磨损冷焊磨损扩散磨损刀具、工件材料中的化学元素互相扩散扩散磨损刀具、工件材料中的化学元素互相扩散W，故故YT类合金的类合金的抗扩散磨损能力优于抗扩散磨损能力优于YG类合金。加类合金。加Ta,Nb成固溶体更不易扩散成固溶体更不易扩散氧化磨损刀具材料在切削中氧化生成软的氧化物氧化磨损刀具材料在切削中氧化生成