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1、第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.1 刀具材料与金属切削的基本知识 3.1.1 刀具材料 1.刀具材料应具备的性能 （1）高的硬度和耐磨性 （2）足够的强度和韧性 （3）高耐热性 （4）良好的工艺性第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 2.刀具材料的种类与选择 刀具切削部分材料的种类很多，主要金属材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢和硬质合金等，非金属材料有陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 第第3 3章章 金属切削及金属切
2、削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（1）碳素工具钢 碳素工具钢碳素工具钢是指碳的质量分数为 0.65%1.35%的优质高碳钢（T8A、T10A、T12A）。目前多用于制造低速手用工具。（2）合金工具钢 在碳素工具钢中加入适量的合金元素锰、铬、钨、硅等，就形成了合金工具钢合金工具钢（9SiCr、GCr15和 CrWMn 等）。用于制造一些低速、手用刀具。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（3）高速钢 高速钢高速钢是在碳素工具钢中加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素所构成的高合金工具钢。高速钢的强度和冲击韧性较好，热处理后硬度为63 66
3、HRC，易磨出较锋利的切削刃，故生产中常称为“锋钢锋钢”。其耐热性为600660，切削碳钢材料时切削速度可达 30 m/min 左右，可以制造多种刃形复杂的刀具。按化学成分高速钢可分为钨系、钨钼系；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 普通高速钢 普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。钨系高速钢中较常见的牌号是 W18Cr4V，简称 W18。其综合性能好，可制造各种复杂刀具和精加工刀具。但其抗弯强度和冲击韧性均比钼系高速钢低，因而使用寿命短。目前世界上各工业先进国家已经不使用，我国也逐渐减少使用。钨钼
4、系高速钢中最常见的牌号是 W6Mo5Cr4V2，它具有较好的综合性能。但其脱碳倾向较大、较易氧化、淬火温度窄，较难控制热处理工艺。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 高性能高速钢 高性能高速钢是在普通高速钢中加入钴、钒、铝等合金元素，进一步提高其耐磨性和耐热性的新型高速钢，此类高速钢主要用于高温合金、钛合金、不锈钢等难加工材料的切削加工。主要包括：高钒高速钢：含钒量 3%5%，W6Mo5Cr4V3。钴高速钢：在高速钢中加入钴，W2Mo9Cr4VCo8。铝高速钢：在高速钢中加入铝，W6Mo5Cr4V2Al。高碳高速钢：碳质量分数 0.9%1.05%，
5、钢中的合金元素全部形成碳化物，95W18Cr4V。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（4）硬质合金 硬质合金硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC等）微粉和金属黏结剂（Co、Ni、Mo等）经高压成形，并在1500左右的高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度高达 8994HRA，耐磨性很好，能切削淬火钢等硬度高的材料。硬质合金的耐热性为 8001000，切削速度可达 100 m/min 以上，但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动，制造工艺性差。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识常用的硬
6、质合金有如下几种：钨钴类硬质合金（YG）钨钛钴类硬质合金（YT）钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）以上四种硬质合金的主要成分都是WC，故统称为 WC WC 基硬质合金基硬质合金。碳化钛基类硬质合金（YN）第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（5）非金属刀具材料 陶瓷 陶瓷刀具材料是以人造的化合物为原料，在高压下成形和高温下烧结而形成的.金刚石 金刚石分天然和人造两种，它们都是碳的同素异形体。立方氮化硼 立方氮化硼是由六方氮化硼在高温、高压条件
7、下加入催化剂转变而成的。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.1.2 金属切削概述 1.金属切削加工及其特点 金属切削加工金属切削加工指使用金属切削刀具，在工件上切除多余（或预留）金属的一种机械加工方法。金属切削加工具有两大特点:（1）可获得较复杂的工件形状，并具有比较高的加工效率。（2）可获得较小的表面粗糙度值、较高的尺寸精度、几何形状精度和位置精度。金属切削加工常作为零件的最终加工方法。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 2.切削运动 在金属切削加工过程中，除了刀具材料硬度必须高于工件材料硬度之外
8、，还必须使刀具与工件之间有相对运动，这样刀具才能切除工件上多余的金属层，这种相对运动就称为切削运动切削运动。图3-1 切削运动 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（1）主运动 主运动主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动，由机床提供。（2）进给运动 进给运动进给运动是使切削连续或间断进行下去的运动。（3）合成切削运动 当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为合成切削运动合成切削运动，其大小与方向用合成速度向量 ve 表示。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3
9、.工件上的表面 在切削加工过程中，工件上始终有三个不断变化着的表面：待加工表面、过渡表面（也称为加工表面）和已加工表面。图3-2 工件上的表面 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识4.切削用量切削速度、进给量（或进给速度）和背吃刀量称之为切削用量三要素切削用量三要素。图3-3 切削用量 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（1）切削速度 vc 切削速度 vc 是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度，单位是 m/s 或 m/min。当主运动是回转运动时，切削速度为 vc=dn1000式中d 完成主运
10、动的刀具或工件上某一点的 回转直径，mm；n主运动的转速，r/min 或 r/s。考虑到刀具的磨损和切削功率等因素，计算时取各点切削速度最大值。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）进给量 f 主运动每转或每行程中，作进给运动的物体沿进给运动方向上的位移量，也称为每转或每行程进每转或每行程进给量给量 f（mm/r 或 mm/st）。进给运动的度量往往以进给速度 vf 表示，其单位为 mm/s 或 mm/min。对于多齿刀具（如铣刀）常常还以每齿进给量每齿进给量 fz（mm/z）表示。即vf =fn=fz zn式中 n刀具转速，r/s或r/min；
11、z刀具的齿数。习惯上常把进给运动称为走刀运动走刀运动，进给量称为走刀量走刀量。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（3）背吃刀量 ap 背吃刀量背吃刀量一般指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。车外圆时 ap=（dw-dm）/2式中 dw待加工表面直径，mm；dm已加工表面直径，mm。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 5.切削层参数 刀具切削刃在一个进给量的进给中，从工件待加工表面上切下来的金属层称为切削层切削层。外圆车削时，工件转一转，车刀从位置 I 移到位置，前进了一个进给量，图 3-4 中阴
12、影部分即为切削层。其截面尺寸的大小即为切削层参数，它决定了刀具所承受负荷的大小及切削层尺寸，还影响切削力和刀具磨损、表面质量和生产率。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识切削层尺寸可用以下三个参数表示：（1）切削层公称厚度（hD）是切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离。（2）切削层公称宽度（bD）是沿过渡表面测量的切削层尺寸。（3）切削层公称横截面面积（AD）是切削层横截面的面积。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 图3-4 车外圆时切削层参数第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削
13、机床的基本知识3.2 刀具几何角度及工作角度 3.2.1 刀具的几何角度 1.车刀的组成 车刀由刀柄和刀头组成。刀柄是刀具上的夹持部分，与车床连接。刀头则用于切削，也称为切削部分。它由前刀面（A）、后刀面（A）、副后刀面（A）、切削刃（S）、副切削刃（S）和刀尖组成。不同类型车刀，其切削部分的组成可能不相同。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 图3-5 车刀切削部分的组成 图3-6 刀尖形状 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 2.刀具的静止参考系 刀具的静止参考系刀具的静止参考系是用于设计、制造、刃磨
14、和测量刀具几何角度的参考系。其建立应以切削运动为依据。我们给出假定工作条件，包含假定安装条件（假定车刀安装绝对正确）和假定运动条件（以切削刃选定点位于工件中心高时的主运动方向为假定主运动方向；以切削刃选定点的进给运动方向为假定进给运动方向，不考虑进给运动的大小），建立参考系。在该参考系中确定的刀具几何角度，称为刀具的静止角度刀具的静止角度，即标注角度标注角度。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（1）正交平面静止参考系我国主要采用的正交平面参考系。参考系的建立 正交平面静止参考系由相互垂直的基面（Pr）、切削平面（Ps)和正交平面（Po）组成。图3-
15、7 正交平面 静止参考系 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 正交平面静止参考系中刀具角度的定义与标注 图3-8 正交平面静止参考系中刀具角度的定义与标注 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识基面中定义和标注的角度 主偏角：r，基面中测量的主切削刃与假定进给运动方向之间的夹角。副偏角：r，基面中测量的副切削刃与假定进给运动反方向之间的夹角。切削平面中定义和标注的角度刃倾角：s，切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。正交平面中定义和标注的角度 前角：o，正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。后角：o，
16、正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识副正交平面中定义和标注的角度副后角：o，副正交平面中测量副后刀面与副切削平面之间的夹角。楔角：o，正交平面中测量的前、后刀面之间的夹角，即o =90-（o +o）刀尖角：r，基面中测量的主、副切削刃之间的夹角，即r =180-（r +r）第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识前、后角正负的规定 图3-9 前、后角正负的规定图3-10 刃倾角正负的规定第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（
17、2）其他静止参考系法剖面静止参考系 法剖面静止参考系由 Pr、Ps、Pn 三个坐标平面组成。通过切削刃选定点与切削刃相垂直的平面称为法剖面Pn。其中测量的角度有法前角n（测量的基面与前刀面之间的夹角）和法后角 n（测量的切削平面与后刀面之间的夹角）。图3-11 法剖面静止参考系 图3-12 法剖面静止参考系中测量的角度 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 假定工作平面、背平面静止参考系 假定工作平面、背平面静止参考系由 Pr、Pf、Pp 三个坐标平面组成。假定工作平面（Pf）：通过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面。背平面（Pp
18、）：通过切削刃选定点，垂直于假定工作平面和基面的平面。在该参考系中测量的角度有侧前角 f、侧后角 f、背前角 p、背后角 p ，其定义方法与正交平面、法剖面静止参考系中的类似。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 图3-13 假定工作平面、背平面静止参考系 图3-14 假定工作平面、背平面 静止参考系中的角度第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.2.2 刀具的工作角度刀具的工作角度，就是在工作参考系中定义的角度。刀具工作参考系的坐标平面是依据合成切削运动方向来确定的。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金
19、属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识1.进给运动对刀具工作角度的影响（1）纵向进给运动对刀具工作角度的影响刀具做纵向进给运动时，刀具的工作前角较静止前角增大，刀具的工作后角较静止后角减小。图3-15 纵向进给运动对 刀具工作角度的影响 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）横向进给运动对刀具工作角度的影响 当刀具做横向进给运动时（如图3-16所示），刀具的工作前角较静止前角增大，刀具的工作后角较静止后角减小。图3-16 横向进给运动对刀具工作角度的影响 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2.刀具
20、安装位置对刀具工作角度的影响（1）刀具安装高、低的影响 假定车刀的s=0若刀尖安装高于工件中心高，刀具的工作前角较静止前角增大，刀具的工作后角较静止后角减小。若刀尖装低，情况则相反。图3-17 刀具安装高、低 对刀具工作角度的影响第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）刀杆轴线不垂直于进给运动方向的影响在基面内，若刀具轴线在安装时不垂直于进给运动方向，则刀具的工作主偏角和工作副偏角将增大或减小。图3-18 刀杆轴线不垂直于进给运动方向的工作角度 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.3 金属切削过程金属
21、切削过程金属切削过程是刀具前刀面推挤切削层，切除多余金属，使其产生切屑和得到需要的加工表面的过程。在切削过程中，会出现许多物理现象，诸如切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等。3.3.1 切削变形与积屑瘤切削变形的本质是工件受到刀具推挤后产生弹性和塑性变形，使切削层与母体金属分离。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 1.切削变形与变形系数 切削层金属经过切削加工形成的切屑，其长度较切削层长度缩短，厚度较切削层厚度增加，说明切削层金属发生了变形，总体呈现收缩趋势。变形系数等于切削层金属长度与切屑长度之比，也等于切屑厚度与切削层金属厚度之比，即 =l/l
22、c=hch/hD 1变形系数值越大，说明切削变形越严重。图3-19 切削层金属的变形 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 2.切屑类型 切削金属时，由于工件材料、刀具几何角度、切削用量等差异，会出现带状切屑、节状切屑、粒状切屑（单元切屑）和崩碎切屑。图3-20 切屑的基本形态 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.积屑瘤 积屑瘤是在一定切削速度范围内，加工钢材、有色金属等塑性材料时，在切削刃附近的前刀面上会出现一块高硬度的楔状金属，它包围着切削刃，且覆盖着部分前刀面，可代替切削刃对工件进行切削加工，这
23、块硬度很高（约为工件材料的23倍）的金属称为积屑瘤积屑瘤。图3-21 积屑瘤 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（1）积屑瘤的生长过程 切屑底层流动缓慢的金属层称为滞留层滞留层。在刀和屑接触面处，滞留层的流速接近于零，与刀具前刀面发生黏结（形成积屑瘤的基础），在这基础上新的滞留层又不断地黏结堆积，最后生成积屑瘤。积屑瘤不断生成的过程，也是积屑瘤不断破碎、脱落和消失的过程。积屑瘤产生、长大和脱落是周期性的动态过程。积屑瘤的生长主要取决于切削温度（速度）。在切削温度很低和很高时，不易产生积屑瘤。在中温区，产生的积屑瘤达到很大高度值。此外，刀具与切屑接触
24、面间的压力、前刀面粗糙度、黏结强度等因素都与形成积屑瘤的大小有关。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）积屑瘤对切削过程的影响 增大刀具前角 影响刀具的寿命 增大切削厚度 降低工件表面质量（3）控制积屑瘤的措施 降低工件材料的塑性 控制切削速度 增大刀具前角 合理使用切削液 图3-22 积屑瘤高度与 切削速度的关系第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.3.2 切削力 切削过程中工件材料抵抗刀具切削所产生的抗力称为切削力切削力。在切削过程中，切削力直接影响切削热的产生、刀具磨损、刀具耐用度、加工精度和
25、已加工表面质量。1.切削力的来源（1）工件材料对弹性变形的抗力（2）克服切屑形成过程中工件材料对塑性变形的抗力。（3）克服切屑与前刀面摩擦力 Ff和后刀面与已加工表面及过渡表面间的摩擦力 Ff。这三方面的力的合力构成了切削部分的总切削力。图3-23 切削力的来源第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2.总切削力的分解 外圆车削时总切削力可以分解为主切削力 Fc、进给力 Ff 和背向力 Fp，这三个分力与总切削力之间的关系为图3-24 切削力的分解 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（1）主切削力是最大的一个
26、分力，它消耗切削总功率的 95%左右，作用于主运动方向，是计算机床切削功率、主运动机构强度与刀杆、刀片强度以及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据。（2）背向力不消耗功率，它作用在工件与机床刚性最差的方向上，使工件在水平面内变形，影响加工精度，是校验机床刚度的主要依据。（3）进给力作用在机床的进给运动方向，是设计和校验机床走刀机构必用的数据。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.切削力、切削功率的计算（1）切削力的计算 常用指数公式来计算切削力，可查阅有关资料。（2）切削功率的计算 切削功率切削功率是指切削时在切削区内消耗的功率。它是主切削力F
27、c 与进给力Ff 消耗的功率之和通常略去不计。即 Pc=（Fcvc 10-3）/60式中 Pc 切削功率，kW；Fc 主切削力，N；vc 切削速度，m/min。机床电动机所需功率 PE 为 PE=Pc/式中，为机床传动效率，一般取 0.750.85。上式为校验与选取机床电动机的主要依据。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 4.影响切削力的因素（1）工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。（2）背吃刀量增大一倍时，切削力约增大一倍;进给量增大一倍时，切削力约增大 70%80%。（3）前角增大，切削力减小。主偏角对三个分力Fc、Fp、Ff 都有影响，对
28、Fp 与 Ff 影响较大。（4）合理使用切削液，可以减小切削力。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.3.3 切削热与切削温1.切削热 在金属切削过程中，金属的变形与摩擦所消耗的功绝大部分转变为热能。切削热产生于三个变形区，即Q=Q剪 +Q前摩 +Q后摩 式中 Q切削产生的总热量；Q剪剪切区变形所产生的热量；Q前摩刀具前刀面与切屑摩擦所产生的热量；Q后摩刀具后刀面与工件摩擦所产生的热量。切削热由切屑、工件、刀具和周围介质传导出去。即 Q=Q屑 +Q工 +Q刀 +Q介 式中 Q切削热传出的总热量；Q屑切屑传出的热量；Q工工件传出的热量；Q刀刀具传出
29、的热量；Q介切削区周围介质传出的热量。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 加工方法和切削速度不同，由切屑、工件、刀具和周围介质传出的切削热百分比就不同。干车削时，50%86%的切削热由切屑带走，10%40%传入工件，3%9%传入刀具，1%传入周围介质;钻削时约28%的切削热由切屑带走，15%传入钻头，52%传入工件，5%传入周围介质。图3-25 切削热的 产生和传导 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2.切削温度 切削温度切削温度一般指切屑与刀具前刀面接触区域的平均温度。它取决于该处产生热量的多少与传散
30、热量的快慢。切削温度在切屑、工件、刀具上的分布是不均匀的。切削塑性材料时，刀具前刀面的温度高于后刀面。切削脆性材料时，最高温度则发生在刀具后刀面上，温度也比切削塑性材料低。切削温度的目的是控制刀具上的最高温度和防止刀具过快磨损。图3-26 切削温度的分布 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.影响切削温度的因素（1）工件材料的强度与硬度高，切削温度就高；工件材料的塑性大，切削温度就高；工件材料的热导性好，切削温度就低。（2）切削用量是影响切削温度的主要因素，vc、f、ap 增大，切削温度增高，其中vc 对切削温度的影响最大，f 的影响次之，ap
31、的影响最小。（3）前角o 增大，切削变形减小，产生的切削热少，使切削温度下降。（4）冷却是切削液的一个重要功能。水溶液、乳化液、煤油等都有很好的冷却效果。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.3.4 刀具磨损与刀具耐用度 在切削过程中，刀具在高温高压下与切屑及工件在接触区里产生强烈的摩擦，使锋利的切削部分逐渐磨损而失去正常的切削能力，这种现象称为刀刀具的磨损具的磨损。为了恢复刀具的正常切削性能，必须及时对刀具进行刃磨。刃磨后的刀具应满足下列要求：刀具切削部分具有正确的几何形状和锋利的切削刃；多刃刀具切削刃的径向及端面圆跳动不应超出规定的公差，用于自
32、动线或数控机床上的单刃刀具需控制刀尖的位置不变；刀具的前、后刀面应达到规定的表面粗糙度要求；表面不允许有烧伤和裂纹。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识1.刀具磨损的形式 刀具磨损有正常磨损和非正常磨损两种。正常正常磨损磨损是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。包括前刀面磨损、后刀面磨损和前、后刀同时磨损。图3-27 刀具磨损 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2.刀具磨损过程 正常磨损情况下，刀具的磨损量随切削时间的增加而逐渐扩大。以后刀面磨损为例，其
33、典型磨损过程分为初期磨损阶段（OA 阶段）、正常磨损阶段（AB 阶段）和急剧磨损阶段（BC 阶段）。图3-28 刀具磨损过程 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.刀具磨损限度 刀具磨损限度刀具磨损限度是对刀具规定一个允许磨损量的最大值，或称刀具磨钝标准刀具磨钝标准。刀具磨损限度一般规定在刀具后刀面上，以磨损量的平均值 VB 表示。4.刀具的耐用度 刃磨好的刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准为止总的切削时间称为刀具耐用度刀具耐用度，用 T 表示。也可用达到磨钝标准前的切削路程长度或加工出的零件数来表示刀具的耐用度。刀具耐用度与刀具寿命的概念不同。所
34、谓刀具刀具寿命寿命，是指一把新刀从投入使用到报废为止总的切削时间，它等于刀具耐用度乘以刃磨次数（包括新刀开刃）。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.4 提高切削效益的途径 3.4.1 切削液的合理选择第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识1.切削液的作用（1）润滑作用 切削液的润滑性能与其渗透性、形成润滑膜的能力及润滑膜的强度有着密切关系。（2）冷却作用 切削液冷却性能的好坏，取决于其热导率、流量和流速等数值的大小。（3）清洗与防锈作用 切削液清洗性能的好坏，取决于其种类、流动性和使用的压力和流量。在切削
35、液中加入防锈添加剂后，能在金属表面形成保护膜，起到防锈作用。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2.切削液的种类（1）水溶液 水溶液是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。水溶液主要起冷却作用，主要用于粗加工和普通磨削加工中。（2）切削油 切削油是以矿物油为主要成分并加入一定的添加剂而构成的切削液。切削油主要起润滑作用。（3）乳化液 乳化液是乳化油加 95%98%水稀释成的一种切削液。乳化油由矿物油、乳化剂配制而成。乳化剂可使矿物油与水乳化形成稳定的切削液。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.切削液的
36、合理选用和使用方法（1）切削液的合理选用 切削液应根据刀具材料、工件材料、加工方法和技术要求等具体情况进行选用。（2）切削液的使用方法 切削液的合理使用非常重要，其浇注部位、充足的程度与浇注方法的差异，将直接影响到切削液的使用效果。切削液应浇注在切削变形区，该区是发热的核心区，不应该浇注在刀具或零件上。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 切削液浇注的方法有浇注前刀面切削区、浇注切削刃交角区、浇注后刀面切削区和周环浇注法。图3-29 浇注切削液的几种方法 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.4.2 几何
37、参数的合理选择 刀具是直接进行切削加工的工具，对切削加工的质量和效率起着决定性的影响。刀具几何参数包括刀具几何角度、切削刃的刃口形式、切削刃形状等内容。合理的刀具几何参数可保证工件加工质量，延长刀具寿命，提高生产效率，降低生产成本。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识1.前角及前刀面的选择（1）前角的功用 前角影响切削变形和摩擦，从而影响切削力、切削热和切削功率。前角影响刀具的锋利性，同时影响切削刃和刀头的强度及刀头散热条件。刀具前角大，可减小切削变形，但不易断屑。刀具前角减小或采用负前角，将会使刀具在切削时振动加大，加工表面粗糙。第第3 3章章 金
38、属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）前角选择的原则 前角的数值应由工件材料、刀具材料和加工工艺要求决定。工件材料的强度与硬度低，可采用较大前角，减小切削变形；工件材料的强度与硬度高，应采用较小的前角，以保证刀尖强度；当加工特别硬的材料时，应选用很小的前角，甚至负前角。加工塑性材料应取较大的前角，加工脆性材料应选用较小的前角。粗加工、断续切削和承受冲击载荷时，为保证切削刃强度，应取较小的前角，甚至负前角。成形刀具和展成法刀具，为防止刃形畸变，常选用较小的前角。为了减小设计、制造、加工的误差，通常选用0前角，例如滚刀及成形铣刀等。高速钢刀具比硬质合金刀具韧性好，允许
39、选用较大的前角，一般比硬质合金刀具大510。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 通常情况下，采用硬质合金刀具加工有色金属时，前角较大，可达 30；加工铸铁和钢时，硬度和强度越高，前角越小;加工高锰钢、钛合金时，为提高刀具的强度和导热性能，选用小于 10的较小前角；加工淬硬钢负前角，-5 o -15。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2.倒棱及前刀面形式 倒棱指沿着切削刃在前刀面上磨出负前角的小棱面，如图 3-30（b）所示。倒棱可以提高刀刃强度、增强散热能力，从而提高了刀具耐用度。倒棱有两个参数:倒棱前
40、角和倒棱宽度。倒棱前角的大小与刀具材料有关，高速钢刀具一般取 0，硬质合金刀具一般取-15-5。倒棱宽度与加工性质、进给量有关。粗加工、进给量较大时，取较大值；精加工、进给量较小时，一般 b1=0.21 mm。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（1）正前角平面型：一般用于精加工刀具、成形刀具、铣刀和脆性材料的加工。（2）正前角平面带倒棱型：在切削塑性材料时，可按 b1=（0.51.0）f、ol=-15-5选取。用于粗切铸锻件或断续表面的加工。（3）正前角曲面带倒棱型：卷屑槽的参数约为lBn=（68）f，rBn=（0.70.8）lBn。用于粗加工或精
41、加工塑性材料的刀具。（4）负前角单面型：用于切削高硬度（强度）材料和淬火钢材料。（5）负前角双面型：负前角的棱面应有足够的宽。图3-30 前刀面形式 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.后角及后刀面的选择（1）后角的功用 后角的主要作用是减小后刀面与加工表面间的摩擦，降低刀具磨损，提高工件表面质量。配合前角工作，后角越大，切削刃钝圆半径越小，切削刃越锋利。影响切削刃和刀头的强度及散热体积。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）后角选择的原则 粗加工时，强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加其刀具强度，
42、后角应选取小些;精加工时，增大后角可提高刀具耐用度和加工表面的质量。工件材料的硬度与强度高时，取较小的后角，以保证刀头强度;工件材料的硬度与强度低，塑性大时，后角应适当加大。加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，宜取较小的后角。采用负前角时，取较大的后角，以保证切削刃相对锋利。定尺寸刀具取较小的后角，以防止重磨后刀具尺寸的变化。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（3）后刀面选择 双重后刀面 刃带：在后刀面上磨出后角为零度的小棱面，起稳定、导向、消振、强化切削刃的作用。刃带宽度不宜过宽，否则会增大摩擦作用。消振棱：指沿着切削刃在后刀面上磨出负后角的小
43、棱面，有强化切削刃、减缓刀具磨损和消振作用。它有两个参数:消振棱后角和消振棱宽度。（4）副后角的功用及选择：减少副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，一般与主后角相同，对于切断刀、割槽刀等，取较小值o=1 3。图3-31 双重后刀面、刃带和消振棱 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识4.主偏角、副偏角的选择（1）主偏角和副偏角的功用 减小主偏角和副偏角，可使加工残留面积高度降低，利于得到较细的表面粗糙度。在背吃刀量和进给量一定的情况下，主偏角增大使切削厚度增加，切削宽度减小，切屑容易折。主偏角增大使背向力减小，有利于改善工艺系统的刚性。第第3 3章章
44、金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）主偏角选择的原则 当工艺系统刚性不足时，应选取较大主偏角 当工件材料强度大、硬度高时，应选取较小主偏角。根据工件形状或工艺加工要求进行合理选择。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识（3）副偏角的选择 副偏角 r 主要影响加工表面粗糙度和刀具强度。减小副偏角，可使已加工表面质量提高，并能增大刀尖角，改善刀尖强度和散热条件。但副偏角过小，将增大副后面与已加工表面之间的摩擦，使已加工表面粗糙度值增大，使背向力增大，容易引起振动。在不引起振动的前提下，副偏角通常取小值。一般情况下选取r=1
45、0 15；特殊情况，例如切断刀，为了保证刀头强度，可以选取 r=1 2。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 5.刃倾角的选择（1）刃倾角的作用 影响排屑方向 当刃倾角s=0时，切屑垂直于切削刃流出；当s 为负值时，切屑向已加工表面流出；当s 为正值时，切屑向待加工表面流出。图3-32 刃倾角对排 屑方向的影响第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 控制切削刃切入时与工件接触的位置 在切削断续表面的工件时，负刃倾角因刀尖位于切削刃的最低点，使离刀尖较远部分的切削刃首先接触工件，可避免刀尖受冲击，起保护刀尖的作
46、用。正刃倾角刀尖位于切削刃的最高点，刀尖首先与工件接触，受到冲击载荷，容易引起崩刃。图3-33 刃倾角对刃上 接触位置的影响 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 影响切削刃锋利性 当刃倾角的绝对值增大时，刀具的实际切削前角增大，刀具的切削刃变得锋利，可以切下很薄的切削层。控制背向力与进给力之比，影响工件加工质量 当刃倾角为负值时，被加工的工件容易产生弯曲变形（车削外圆件）和振动，使工件质量下降。控制切削刃在切入与切出时的平稳性 若刃倾角不等于零，则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件，故切削过程平稳。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机
47、床的基本知识金属切削机床的基本知识（2）刃倾角选择的原则 刃倾角选择的原则主要根据刀具强度、排屑方向和加工条件而定。粗加工时，为保证刀具的强度，通常刃倾角选取较小值，s=-5 0。精加工时，为了提高工件的表面质量，不让切屑流向已加工的表面，一般刃倾角应选取较大值，s=05。有冲击载荷时，s=-15-5。车削淬硬钢时，s=-12-5。微量精车外圆、精车孔和精刨平面时，s=45 75。强力切削刨刀时，s=-20-10。工艺系统刚性差，切削时不宜选用负刃倾角。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识3.4.3 切屑的控制1.切屑的卷曲与流向 （1）切屑的卷曲是
48、由于切屑内部变形及切屑排出时遇到刀具上的断屑槽、凸台、附加挡块以及其他障碍物所造成的。（2）切屑的流向主要受刃倾角的影响。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2.断屑 图3-34 切屑在卷屑槽 内受到弯曲力矩作用图3-35 切屑与工件待 加工表面相碰后折断 图3-36 切屑与工件过渡表面相碰后折断 图3-37 切屑与车刀后刀面相碰 图3-38 切屑未遇阻碍形成长的带状切屑 图3-39 切屑在卷屑槽内形成螺旋状切屑 第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 切削加工时形成 C 形切屑、6 字形切屑和短螺旋形切屑较
49、为理想。靠自身重量甩断的短螺旋形切屑，其切削力比较稳定，有利于减小表面粗糙度，但不宜太长（约为 40 60 mm）。卷屑槽（断屑槽）宽度越小，切屑容易在卷屑槽内折断或碰到工件后折断。主偏角对断屑效果影响较大，可选择较大的主偏角，如 r=75 90。增大进给量是断屑的有效措施。工件材料的塑性、韧性越大，强度越高，越不容易断屑。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识 3.5 金属切削机床的基本知识 金属切削机床是机械制造的主要加工设备，它是用切削的方法将金属毛坯加工成所要求的机器零件的机器，习惯上称为机床。机床在一般机械制造厂中约占机器设备总数的50%70
50、%，所担负的加工工作量约占机器总制造工作量的 40%60%。机床的技术性能直接影响着机械制造业的产品质量和劳动生产率。机床在国民经济和现代化发展中起着重要作用。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识1.3.5.1 机床的分类和型号编制2.1.机床的分类3.我国机床主要是按加工性质和所用刀具将机床4.分为 11 大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加5.工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯6.床、其他机床（含特种加工机床）。在每一类机床7.中又按工艺范围、布局形式和结构等分为若干组，8.每一组又细分为若干系列。第第3 3章章 金属切削及金属切削及金