机械切削加工基础.pptx

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1、 切削加工切削加工是指用切削刀具从工件上切除多余的材料，使工是指用切削刀具从工件上切除多余的材料，使工件的几何形状、尺寸和表面质量达到设计要求的过程。件的几何形状、尺寸和表面质量达到设计要求的过程。车削加工车削加工铣削加工铣削加工图图 4-1 切削加工图切削加工图 按工艺特征按工艺特征车削车削铣削铣削钻削钻削镗削镗削刨削刨削磨削磨削拉削拉削滚削滚削vssvsvvsvs1s2(a) 车削车削(b) 铣削铣削(c) 钻削钻削(d) 镗削镗削(e) 刨削刨削(f) 磨削磨削sv 按切除率和精度按切除率和精度粗加工粗加工半精加工半精加工精加工精加工超精密加工超精密加工光整加工光整加工 按表面按表面形成

2、方形成方法法刀尖轨迹法刀尖轨迹法成形刀具法成形刀具法相切法相切法展成法展成法工件工件车刀车刀工件工件成型成型车刀车刀工件工件刀具刀具工件工件刀具刀具(a) 轨迹法 (b) 成形法(c) 相切法 (d) 展成法图图4-2 表面成形方法表面成形方法 母线母线轨迹轨迹母线母线母线母线母线母线母线母线轨迹轨迹轨迹轨迹轨迹轨迹轨迹轨迹(a) 圆柱面圆柱面(b) 圆锥面圆锥面(c) 平面平面(d) 旋转曲面旋转曲面(e) 曲面曲面图图4-3 表面成形原理图表面成形原理图 通过母线沿着轨迹线的运动进行零件表面成形的。通过母线沿着轨迹线的运动进行零件表面成形的。 切削运动切削运动是指在切削加工中刀具与工件间的

3、相对运动，即是指在切削加工中刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。表面成形运动。 切削运动切削运动通常分为通常分为主运动主运动和和进给运动进给运动两种。两种。主运动主运动进给运动进给运动工件工件刀具刀具图图4-4 螺纹的车削运动螺纹的车削运动 主运动主运动是指直接切除工件上的余量形成加工表面的运是指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用动。主运动的速度即切削速度，用v (m/s) 表示。表示。图图4-5 外圆面的车削运动外圆面的车削运动待加工表面待加工表面v过渡表面过渡表面已加工表面已加工表面主运动主运动f进给运动进给运动主运动主运动是切削运动中是切削运动中速度速

4、度最高，消耗功率最大最高，消耗功率最大的运的运动；动；主运动只有一个；主运动只有一个；可以是刀具或工件的运动；可以是刀具或工件的运动；可以是直线或旋转运动。可以是直线或旋转运动。 进给运动进给运动是指不断把余量投入切削的运动。其速度用是指不断把余量投入切削的运动。其速度用进给量进给量 f（mm/r）或进给速度）或进给速度 vf（mm/min）表示。）表示。进给运动进给运动可以是一个可以是一个或几个；或几个；可以是刀具或工件的可以是刀具或工件的运动；运动；可以是直线或旋转运可以是直线或旋转运动。动。主运动主运动进给运动进给运动fv过渡表面过渡表面已加工表面已加工表面待加工表面待加工表面图图4-6

5、 平面的刨削运动平面的刨削运动 外圆磨外圆磨无心磨无心磨铣削加工铣削加工滚压加工滚压加工铣削铣削成形磨（横磨成形磨（横磨）主运动主运动 进给运动进给运动表表4-1 外圆表面加工方法外圆表面加工方法 刀刀 具具T/ RT主运动主运动 进给运动进给运动 工工 件件表表 面面 成成 形形 原原 理理 图图RRRRRTRRT/ R车削车削成形车削成形车削拉削拉削研磨研磨T表表4-2 内圆表面加工方法内圆表面加工方法表表 面面 成成 形形 原原 理理 图图钻钻扩扩铰铰镗镗拉拉挤挤行星式内圆磨行星式内圆磨主运动主运动刀刀 具具主运动主运动 进给运动进给运动工工 件件RRTRRT/ RTTRTT内圆磨内圆磨

6、无心磨无心磨进给运动进给运动表表4-3 平面加工方法平面加工方法主运动主运动 进给运动进给运动刀刀 具具主运动主运动 进给运动进给运动工工 件件表表 面面 成成 形形 原原 理理 图图RTTTT刨刨插插周铣周铣端铣端铣平磨平磨端面平磨端面平磨车车拉拉TR表表4-4 螺纹加工方法螺纹加工方法刀刀 具具工工 件件滚压滚压车螺纹车螺纹板牙板牙主运动主运动 进给运动进给运动主运动主运动 进给运动进给运动表表 面面 成成 形形 原原 理理 图图RTRRTTR丝锥丝锥铣螺纹铣螺纹梳形铣刀梳形铣刀旋风铣旋风铣磨螺纹磨螺纹RR表表4-5 齿形加工方法齿形加工方法主运动主运动 进给运动进给运动刀刀 具具主运动主

7、运动 进给运动进给运动工工 件件表表 面面 成成 形形 原原 理理 图图RRRTTR/TRRR/T铣齿铣齿指状铣指状铣刀铣齿刀铣齿成形成形磨齿磨齿滚齿滚齿剃齿剃齿插齿插齿蜗杆砂轮磨齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿R图图4-7 工件上的表面工件上的表面(a) 车加工表面车加工表面 (b) 镗加工表面镗加工表面 待加工表面待加工表面已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面fv待加工表面待加工表面过渡表面过渡表面已加工表面已加工表面vf 待加工表面待加工表面：工件上有待切除的表面；：工件上有待切除的表面； 已加工表面已加工表面：工件上刀具切削后形成的表面；：工件上刀具切削后

8、形成的表面； 过渡表面过渡表面：工件上正在被切除材料的表面。：工件上正在被切除材料的表面。 单位时间内，工件和刀具在主运动方向上，相单位时间内，工件和刀具在主运动方向上，相对移动的距离。（对移动的距离。（Cutting speed）单位为）单位为m/s，或，或m/min 旋转运动：旋转运动：1000nDvc式中式中 n 主运动转速（主运动转速（r/s）；）； D 刀具或工件的直径（刀具或工件的直径（mm）。）。往复运动：往复运动：10002rcnlv式中式中 nr 主运动每秒钟往复次数（主运动每秒钟往复次数（str/s）；）； l 往复运动单行程长度（往复运动单行程长度（mm）。）。工件或刀具

9、每转一周时工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时或主运动一循环时)，两，两者沿进给方向上相对移动的距离。（者沿进给方向上相对移动的距离。（Feed）进给速度进给速度 vf (mm/min) （Feed speed） 每转进给量每转进给量 f (mm/r) （Feed） 每齿进给量每齿进给量 fz (mm/z) （Feed per tooth） 工件上待加工表面与已加工表面之间的距离。工件上待加工表面与已加工表面之间的距离。(Cutting depth，Back engagement of the cutting edge)车外圆时：车外圆时：2pdDa式中式中 D 工件待加工表面的外径工件待加

10、工表面的外径 (mm)； d 工件已加工表面的外径工件已加工表面的外径 (mm)。bD ap /sinr 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。(Nominal width of cut) 过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面已加工表面已加工表面图图4-8 车削要素图车削要素图bD 垂直于过渡表面测量的切削层尺寸。垂直于过渡表面测量的切削层尺寸。(Nominal thickness of cut) 待加工表面待加工表面过渡表面过渡表面已加工表面已加工表面图图4-8 车削要素图车削要素图hDhD fsinrAD hDb bD D= =a ap pf f 切削层横截面积。切削层横

11、截面积。(Nominal cross-sectional area of the cut) 过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面已加工表面已加工表面图图4-8 车削要素图车削要素图AD200.07210.8图图4-9 阶梯轴阶梯轴3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221 工序工序是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。分机械加工工艺过程。 工序工序是工艺过程的基本单元，又是生产计划和

12、成本核算是工艺过程的基本单元，又是生产计划和成本核算的基本单元，工序的安排与零件的生产批量有关的基本单元，工序的安排与零件的生产批量有关 。 安装安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。那部分工序称为安装。Vf图图4-10 车削加工过程图车削加工过程图 工位工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位工序称为工位21341-装卸工件；装卸工件；2-钻孔钻孔 ； 3-扩孔；扩孔； 4-绞孔绞孔图图4-11 多工位加工多工位加工 工步工步指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所指在加

13、工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步） 走刀走刀同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。 a）立轴转塔车床的一个复合工步）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步）钻孔、扩孔复合工步图图4-12 复合工步复合工步 将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连将组成机器的零、

14、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程。接与固定在一起，构成合格机械产品的过程。 包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等。包装等。u 装配工序装配工序在一个工作地点，由一个或一组工人所在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作；连续完成的那一部分装配工作；u 装配工步装配工步装配工序的组成部分，在装配工步中，装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变；装配对象、装配工具和装配方法均不改变；u 装配操作装配操作装配工步中各个装配动作。装配工步中各个装配动作

15、。 外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。 车刀的切削部分由车刀的切削部分由3个刀面个刀面(前刀面、主后刀面和副后刀面前刀面、主后刀面和副后刀面)，2个刀刃个刀刃(主切削刃和副切削刃主切削刃和副切削刃)和和1个刀尖个刀尖组成。组成。(a) 焊接式车刀焊接式车刀(b) 整体式车刀整体式车刀(c) 机夹式车刀机夹式车刀图图4-12 车刀的结构车刀的结构前刀面前刀面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖“3“3面面”“2“2刃刃”“1“1尖尖”刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合刨刀、铣刀、钻

16、头等其他刀具可视为车刀的演变或组合图图4-13 各种刀具切削部分的形状各种刀具切削部分的形状（主剖面坐标系）主切削刃主切削刃主后刀面主后刀面前刀面前刀面副切削刃副切削刃主剖面主剖面 PoA1) 基面基面 Pr ：通过切削刃通过切削刃选定点与主运动方向选定点与主运动方向垂直的平面。基面与垂直的平面。基面与刀具底面平行。刀具底面平行。切削平面切削平面 Ps基面基面 Pr图图4-14 车刀主剖面坐标系车刀主剖面坐标系2) 切削平面切削平面 Ps：通过切通过切削刃选定点与主切削削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面刃相切且垂直于基面Pr的平面。的平面。3) 主剖面主剖面 Po：通过切通过切削刃选定点垂直

17、于基削刃选定点垂直于基面面Pr和切削平面和切削平面 Ps的的平面。平面。(1) 前角前角o 在主剖面内测量，前在主剖面内测量，前刀面与基面的夹角。刀面与基面的夹角。基面位于刀头实体之基面位于刀头实体之外时外时o o定为正值；位定为正值；位于刀头实体之内时于刀头实体之内时o o定为负值。定为负值。o o影响切削难易度影响切削难易度。增大前角可使刀具锋增大前角可使刀具锋利利, ,但前角过大，刀刃但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影具导热体积减小，影响刀具寿命。响刀具寿命。ArA 向f图图4-15 车刀的主要角度车刀的主要角度0000rrs0q用硬质合金车刀切削钢件

18、，用硬质合金车刀切削钢件，o取取1020；切削灰铸铁，；切削灰铸铁，o取取515；切；切削铝及铝台金，削铝及铝台金，o取取2535；切削；切削高强度钢，高强度钢，o取取-5 -10。ArA 向f图图4-15 车刀的主要角度车刀的主要角度0000rrs(2) 后角后角o后角后角o在主剖面内测在主剖面内测量，是主后刀面与切量，是主后刀面与切削平面的夹角。削平面的夹角。后角的作用后角的作用是为了减是为了减小主后刀面与工件加小主后刀面与工件加工表面间的摩擦，以工表面间的摩擦，以及主后刀面的磨损。及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体度下降，刀具导热体积减小，反而会加快

19、积减小，反而会加快主后刀面的磨损。主后刀面的磨损。0q粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为一般为46；精加工时切深小，；精加工时切深小，为保证表面加工质量，后角可选大一为保证表面加工质量，后角可选大一些，一般为些，一般为812。q 主偏角应根据加工对象正确选取，主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有车刀常用的主偏角有45、60、75、90几种。几种。(3) 主偏角主偏角r在基面内测量，是主在基面内测量，是主切削刃在基面上投影切削刃在基面上投影与进给方向的夹角。与进给方向的夹角。r影响刀具

20、寿命影响刀具寿命。减小。减小主偏角，主刃参加切削主偏角，主刃参加切削长度增加，负荷减轻，长度增加，负荷减轻，增强了刀尖，增大了散增强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提热面积，使刀具寿命提高。高。r还影响切削分力还影响切削分力。减。减小主偏角使吃刀抗力增小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变工件时，易引起工件变形和振动。形和振动。ArA 向f图图4-15 车刀的主要角度车刀的主要角度0000rrsrrAA 向f图图4-15 车刀的主要角度车刀的主要角度0000rrs(4) 副偏角副偏角rr在基面内测量，是在基面内测量，是副切削刃在基面上的副切削刃在基面

21、上的投影与进给反方向的投影与进给反方向的夹角。夹角。副偏角的作用副偏角的作用是为了是为了减小副切削刃与工件减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表小影响刀尖强度和表面粗糙度。面粗糙度。rq在切深、进给量和主偏角相同的在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。积减小，表面粗糙度降低。(5) 刃倾角刃倾角s：在切削平面内测量的主切削刃与基面的夹角。在切削平面内测量的主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时当刀尖是切削刃最高点时

22、, ,s0；反之；反之s0s 0s =0刀具安装高度对工作角度的影响刀具安装高度对工作角度的影响 图图4-17 车刀安装高度对工作角度的影响车刀安装高度对工作角度的影响(a) 刀尖在中心点上刀尖在中心点上0e=0 0e0(b)刀尖在中心点上方刀尖在中心点上方 0e0 rer(c)刀尖在中心点下方刀尖在中心点下方 rerre=r(1) 高的硬度和耐磨性；高的硬度和耐磨性；(2) 足够的强度和韧性；足够的强度和韧性；(3) 较好的热硬性；较好的热硬性；(4) 良好的工艺性；良好的工艺性；(5) 经济性。经济性。图图4-18 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切

23、削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼 (PCBN)陶瓷聚晶金刚石（PCD）高速钢高速钢(high speed steel, HSS) 高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。素的高合金工具钢。 特点特点 (1) 强度高，抗弯强度为硬质合金的强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；倍； (2) 韧性高

24、，比硬质合金高几十倍；韧性高，比硬质合金高几十倍； (3) 硬度硬度HRC63以上，且有较好的耐热性以上，且有较好的耐热性； (4) 可加工性好，热处理变形较小。可加工性好，热处理变形较小。 应用应用 常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。刀具、齿轮刀具等）。表表4-6 常用高速钢牌号及其应用范围常用高速钢牌号及其应用范围类别牌 号主 要 用 途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe

25、用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18 Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4 Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵硬质合金硬质合金

26、 硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物是用高硬度、高熔点的金属碳化物(如如WC、TiC等等)粉末和金属粘结剂粉末和金属粘结剂(如如Co、Ni、Mo等等)经高压成型经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。应用应用 硬质合金切削性能优良，被广泛用来制作各种刀具，硬质合金切削性能优良，被广泛用来制作各种刀具，如车刀、铣刀和孔加工工具等。如车刀、铣刀和孔加工工具等。特点特点 优点：优点：硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢。许的切削速度远高于高速钢。 缺点：缺点：与高速钢相比，其

27、抗弯强度较低、脆性较大，与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。抗振动和冲击性能也较差。表表4-7 各种硬质合金的应用范围各种硬质合金的应用范围牌 号应 用 范 围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15

28、碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度陶瓷陶瓷 常用陶瓷刀具材料有常用陶瓷刀具材料有Al2O3、Si3N4 、Sialon三类陶瓷材料。三类陶瓷材料。特点特点 优点：优点：比

29、硬质合金具有高的硬比硬质合金具有高的硬度和耐热性，在度和耐热性，在1200的温度下仍的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，承受的切削速度高。擦系数小，承受的切削速度高。 缺点：缺点：脆性大、抗冲击韧性差脆性大、抗冲击韧性差、抗弯强度低。、抗弯强度低。应用应用 陶瓷刀具材料在高速切削、高硬度材料零件的加工中陶瓷刀具材料在高速切削、高硬度材料零件的加工中具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。图图4-19 陶瓷刀具和刀片陶瓷刀具和刀片超硬刀具材料超硬刀具材料(1) 聚晶金刚石聚晶金刚石(PCD) 优 点 ：优 点 ： 硬 度 高 ， 可 达硬 度 高 ，

30、可 达8000HV，为硬质合金的，为硬质合金的8-12倍；耐磨性高，为硬质合金倍；耐磨性高，为硬质合金的的80120倍。倍。 缺点：缺点：韧性和抗弯强度韧性和抗弯强度差，耐热性差。差，耐热性差。 不宜加工黑色金属，主要用于硬质合金、玻璃纤维塑不宜加工黑色金属，主要用于硬质合金、玻璃纤维塑料、硬橡胶、石料、硬橡胶、石 墨、陶瓷、有色金属等的高速加工。墨、陶瓷、有色金属等的高速加工。图图4-20 聚晶金刚石刀具聚晶金刚石刀具超硬刀具材料超硬刀具材料(1) 聚晶立方氮化硼聚晶立方氮化硼(PCBN) 优点：优点：硬度和耐磨性硬度和耐磨性高，其硬度仅次于聚晶金高，其硬度仅次于聚晶金刚石；热稳定性好，可耐

31、刚石；热稳定性好，可耐13001500高温。高温。 缺点：缺点：强度低，焊接强度低，焊接性差。性差。 适用于高强度铸铁、淬硬钢等的高速切削加工。适用于高强度铸铁、淬硬钢等的高速切削加工。图图4-21 聚晶立方氮化硼刀具聚晶立方氮化硼刀具 切削过程：切削过程：切削层金属切削层金属受刀具挤压受刀具挤压弹性变形弹性变形剪切应剪切应力增大力增大，达到屈服点，达到屈服点产生产生塑性变形塑性变形，沿，沿OM线滑移线滑移剪切剪切应力与滑移量继续增大，达到应力与滑移量继续增大，达到断裂强度断裂强度切屑与母体切屑与母体脱离脱离。OMF图图4-22 金属切削过程金属切削过程工件工件刀具刀具切屑切屑第第变形区：变形

32、区：即剪切变形即剪切变形区，金属剪切滑移成为切屑。区，金属剪切滑移成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。集中于此区域。第第变形区：变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。要原因。第第变形区：变形区：靠近前刀面靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压处，切屑排出时受前刀面挤压与与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。图图4-23 切削部位三个变形区切削部位三个变形区u 三个变形区分析三个变形区分析形

33、成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑带状切屑挤裂切屑单元

34、切屑崩碎切屑图图4-24 切屑形态照片切屑形态照片 一定温度、压力作用下，切屑底层金属与前刀面发生一定温度、压力作用下，切屑底层金属与前刀面发生粘结。粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化。粘结。粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化。切屑刀具图图4-25 积屑瘤积屑瘤积屑瘤 增大前角；增大前角； 保护刀刃；保护刀刃； 增大切削厚度；增大切削厚度； 增大已加工表面粗糙度。增大已加工表面粗糙度。 影响因素影响因素 调整切削速度，采用较低或者较高的速度切削；增大调整切削速度，采用较低或者较高的速度切削；增大前角，以减小塑性变形；油石研磨刀面；合适的润滑液前角，以减小塑性变形；油石研磨刀面；合适的润滑液降温

35、减磨。降温减磨。 工件材料：工件材料：塑性材料加工硬化倾向大，易产生积屑瘤；塑性材料加工硬化倾向大，易产生积屑瘤； 切削速度：切削速度：vc在在560m/min时易产生积屑瘤；时易产生积屑瘤； 刀具前角：刀具前角：前角小，切屑变形大，易产生积屑瘤；前角小，切屑变形大，易产生积屑瘤； 刀具表面粗糙度：刀具表面粗糙度：刀具表面粗糙，易产生积屑瘤；刀具表面粗糙，易产生积屑瘤； 冷却润滑液。冷却润滑液。 防止方法防止方法 切削加工时，切削层金属的切削加工时，切削层金属的塑性变形塑性变形以及切削力、切以及切削力、切削温度的共同作用，会导致已加工表面层的削温度的共同作用，会导致已加工表面层的硬度提高硬度提

36、高，而而塑性下降塑性下降，称为，称为加工硬化加工硬化；同时，工件的已加工表面；同时，工件的已加工表面层在一定程度内会伴随着残余应力的产生。层在一定程度内会伴随着残余应力的产生。(1) 工件硬度、强度工件硬度、强度 、耐磨性、耐磨性，刀具磨损，刀具磨损；(2) 残余应力可能引起微裂纹，并影响尺寸、形状精度。残余应力可能引起微裂纹，并影响尺寸、形状精度。切削过程中，作用在刀具与工件上的力。切削过程中，作用在刀具与工件上的力。 3个变形区产生的弹、塑性个变形区产生的弹、塑性变形抗力；变形抗力； 切屑、工件与刀具间切屑、工件与刀具间摩擦力。摩擦力。rFcFFpFf pFfFf pFf pfv图图4-2

37、6 切削力的分解切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力2p2f2cFFFF 切削力是一个空间力，可分解为三个互相垂直方向的力。切削力是一个空间力，可分解为三个互相垂直方向的力。 主切削力主切削力Fc最大，最大，0.80.9F，消耗机床功率的，消耗机床功率的90%以上，以上，是确定机床动力，设计机床传动系统的依据；是确定机床动力，设计机床传动系统的依据； 进给力进给力Ff=(0.10.6)F，一般只消耗机床功率的，一般只消耗机床功率的1%5%，是验算机床进给系统零部件刚度的依据；是验算机床进给系统零部件刚度的依据； 背向力背向力Fp =(0.150.7)F，易使工件发生受力变形

38、，并引，易使工件发生受力变形，并引起振动，影响加工精度和表面粗糙度。用来计算工艺系起振动，影响加工精度和表面粗糙度。用来计算工艺系统的刚度。统的刚度。(kW)103cccvFP式中 Fc 主切削力（N）； v 主运动速度（m/s）。 机床电机功率机床电机功率(kW)cEPP式中 机床传动效率，通常= 0.750.85 切削热来源：切削热来源：塑性变形和摩擦消耗的功。塑性变形和摩擦消耗的功。 传出（车削时）：传出（车削时）： 切屑带出：切屑带出：50%86%； 传入工件：传入工件：10%40%； 传入刀具：传入刀具：3%9%； 其余：周围介质其余：周围介质1%； 切削液带走：使用切削液时，刀具、

39、工件和切切削液带走：使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走。屑上的切削热主要由切削液带走。 切削热的影响作用：切削热的影响作用： 刀具温升：刀具温升：加剧磨损加剧磨损 工件温升：工件温升：影响精度影响精度 切削温度的影响因素：切削温度的影响因素： 工件材料：工件材料：强度、硬度高，消耗功多，温度高；强度、硬度高，消耗功多，温度高；导热好，温度低；导热好，温度低； 切削用量：切削用量：vc ，切削温度，切削温度 ；f 、ap ，切削，切削温度温度； 刀具角度和材料：刀具角度和材料：o ，塑性变形，塑性变形，温度，温度 ，但，但o过大，传热过大，传热，温度，温度 ； r ，刀刃切

40、削长度，刀刃切削长度，散热，散热，温度温度；刀具导热性好，温度；刀具导热性好，温度 ； 切削液：切削液：能比较有效地降低切削温度。能比较有效地降低切削温度。切削温度切削温度是指前刀面与切屑接触区的平均温度。是指前刀面与切屑接触区的平均温度。正常磨损前刀面磨损前刀面磨损 形式：形式：月牙洼；月牙洼； 形成条件：形成条件：大切削速度大切削速度和深度加工塑性材料；和深度加工塑性材料； 影响：影响：削弱刀刃强度，削弱刀刃强度，降低加工质量。降低加工质量。后刀面磨损后刀面磨损 形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）； 形成条件：小切削速度和小深度加工塑性材料；加工脆性材料； 影响：切削力, 切削

41、温度, 产生振动，降低加工质量；VBVBmaxb) KTKBa)图图4-27 刀具磨损形态刀具磨损形态非正常磨损非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）。图图4-28 刀具磨损过程刀具磨损过程初期磨损初期磨损后刀面磨损量后刀面磨损量VB正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损切削时间切削时间刀具磨损过程刀具磨损过程常取后刀面最大允许磨损量常取后刀面最大允许磨损量VB。磨钝标准磨钝标准 分为分为初初期期、正常正常、急剧急剧3个磨个磨损阶段。损阶段。刀具耐用度刀具耐用度是指刀具从切削开始至磨钝标准的切削时是指刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用间，用T T 表示。表示。刀具寿命是指一把

42、新刀从投入切削开始至报废为止的是指一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。总切削时间，其间包括多次重磨。111TpmnpCTvfa式中式中CT 、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数。为与工件、刀具材料等有关的常数。通常情况下通常情况下v 的影响最显著，的影响最显著，f 次之，次之，ap 影响最小。影响最小。材料切削加工性的概念和衡量指标材料切削加工性的概念和衡量指标材料切削加工性的概念材料切削加工性的概念 工件材料的切削加工性是指材料在一定条件下被工件材料的切削加工性是指材料在一定条件下被切削加工成合格零件的难易程度。切削加工成合格零件的难易程度。材料切削加工性

43、的衡量指标材料切削加工性的衡量指标 (常用的有常用的有vT和和Kr两种两种) 切削速度切削速度vT vT是指耐用度为是指耐用度为T秒（或分）时，切削某种材料所秒（或分）时，切削某种材料所允许的切削速度。允许的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越越高，表示材料的切削加工性越好。通常取好。通常取T=60分，对于一些特别难加工的材料，也分，对于一些特别难加工的材料，也可取可取T30分。分。材料切削加工性的衡量指标材料切削加工性的衡量指标 (常用的有常用的有vT和和Kr两种两种) 相对加工性相对加工性Kr 以以45钢的钢的v60作为基准，写作作为基准，写作 (v60)j ；而把；而把其它各种材料

44、的其它各种材料的v60同它相比，这个比值同它相比，这个比值Kr称为称为材料的相对加工性。即：材料的相对加工性。即：j6060r)(vvk 加工性 等级表表4-8 材料相对加工性等级材料相对加工性等级材料名称及种类相对加工性Kr代 表 性 材 料1很易切削材料一般有色金属3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.53退火l5Cr，b0.373o.441GPa自动机钢，b0.3930.491GPa3较易切削钢3.62.5正火30钢，b0.4410.549GPa4普通材料一般钢、铸铁1.03.645钢，灰铸铁5稍难切削材料0.651.02Crl3，调质b0.834GPa85，钢b0

45、.883GPa6难加工材料较难切削材料0.50.6545Cr，调质b1.03GPa65Mn，调质b0.9320.9817难切削材料0.150.550CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金8很难切削材料0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金 工件材料硬度的影响工件材料硬度的影响工件材料常温硬度对切削加工性影响：工件材料常温硬度对切削加工性影响：工件材料硬度工件材料硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快；越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快；工件材料高温硬度的影响：工件材料高温硬度的影响：工件材料高温硬度越高，工件材料高温硬度越高，加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有

46、利影加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影响（软化）对高温硬度高的材料不起作用；响（软化）对高温硬度高的材料不起作用；金属材料中硬质点对加工性的影响：金属材料中硬质点对加工性的影响：金属中硬质点越金属中硬质点越多，形状越尖锐、分布越广，则材料的加工性越差；多，形状越尖锐、分布越广，则材料的加工性越差；材料的加工硬化对切削加工性的影响：材料的加工硬化对切削加工性的影响：加工硬化性越加工硬化性越严重，切削加工性越差。严重，切削加工性越差。 强度越高的材料，产生的切削力越大，切削时消耗强度越高的材料，产生的切削力越大，切削时消耗的功率越多，切削温度亦越高，刀具容易磨损。因此，的功率越多，切削

47、温度亦越高，刀具容易磨损。因此，在一般情况下，加工性随工件材料强度提高而降低。在一般情况下，加工性随工件材料强度提高而降低。 工件材料强度的影响工件材料强度的影响工件材料塑性的影响工件材料塑性的影响材料塑性大，切削加工性差：切削力大；刀具容材料塑性大，切削加工性差：切削力大；刀具容易产生粘结和扩散磨损；低速切削时易出现刀瘤与易产生粘结和扩散磨损；低速切削时易出现刀瘤与鳞刺；断屑困难。鳞刺；断屑困难。材料塑性太小时，切屑与前刀面的接触变得很短，切材料塑性太小时，切屑与前刀面的接触变得很短，切削力、切削热集中在切削刃附近，使刀具磨损严重，削力、切削热集中在切削刃附近，使刀具磨损严重，故切削性也差。

48、故切削性也差。 工件材料韧性的影响工件材料韧性的影响 韧性大的材料，切削加工性较差：在断裂前吸收的韧性大的材料，切削加工性较差：在断裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且断屑困难。能量多，切削功率消耗多；且断屑困难。工件材料弹性模量的影响工件材料弹性模量的影响 材料的弹性模量材料的弹性模量E E是衡量材料刚度（抵抗弹性变形是衡量材料刚度（抵抗弹性变形的性能）的指标，的性能）的指标，E E值越大，材料刚度越大，切削加工值越大，材料刚度越大，切削加工性越差。性越差。材料的切削加工性是上述材料的切削加工性是上述机械性能机械性能（硬度、强度、塑（硬度、强度、塑性、韧性、弹性模量等）综合影响的结果。性、韧

49、性、弹性模量等）综合影响的结果。 如镁合金易燃烧，钛合金切屑易形成硬脆化合物如镁合金易燃烧，钛合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削进行。等，不利于切削进行。工件材料导热系数的影响工件材料导热系数的影响 工件材料导热系数低，切削温度高，刀具易磨损，工件材料导热系数低，切削温度高，刀具易磨损，切削加工性差。切削加工性差。金属材料导热系数大小顺序：纯金属、有色金属、金属材料导热系数大小顺序：纯金属、有色金属、碳结构钢、铸铁、低合金结构钢、合金结构钢、工碳结构钢、铸铁、低合金结构钢、合金结构钢、工具钢、耐热钢、不锈钢。具钢、耐热钢、不锈钢。工件材料物理化学反应的影响工件材料物理化学反应的影响 表表4

50、-9 工件材料加工性分级表工件材料加工性分级表切削加工切削加工易切削易切削较易切削较易切削较难切削较难切削难难 切切 削削等级代号等级代号01234567899a9b硬度硬度HB5050100100 150150200200 250250300300350350 400400480480635635 HRC 1424.824.832.332.338.138.1434350506060 抗拉强度抗拉强度b（GPa）0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.983.1763.1763.3723.372l.5683.6583.7643.7641.96