第二章切削过程及控制-2003版

1、制造技术 第二章第二章 金属切削过程及控制金属切削过程及控制 制造技术 金属切削过程及控制 研究金属切削过程的目的：研究金属切削过程的目的： 通过研究切削过程中的物理现象通过研究切削过程中的物理现象 如切削热、切削力、刀具磨损等如切削热、切削力、刀具磨损等 保证加工质量保证加工质量 提高生产率提高生产率 减低成本减低成本 制造技术 一、金属切削过程一、金属切削过程 1 1切屑的形成过程切屑的形成过程 塑性金属塑性金属 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 挤裂挤裂 切屑流出切屑流出 制造技术 第一变形区：第一变形区： 晶粒发生剪切滑晶粒发生剪切滑 移变形移变形 第二变形区第二变形区 金属纤维化区

2、域金属纤维化区域 第三变形区第三变形区 纤维化与加工硬化纤维化与加工硬化 区区 2 2、三个变形区、三个变形区 制造技术 2.2.切屑收缩切屑收缩 -变形系数变形系数 二、变形程度的表示方法二、变形程度的表示方法 1 1、剪切角、剪切角 剪切面与切削速剪切面与切削速 度之间的夹角度之间的夹角ch l c l = =x x 制造技术 三、三、切屑种类切屑种类 （1 1）带状切屑）带状切屑 （2 2）挤裂（节状）挤裂（节状） 切屑切屑 （3 3）单元（崩脆）单元（崩脆） 切屑切屑 （4 4）螺旋状与发条）螺旋状与发条 状切屑状切屑 （5 5）粉末状切屑）粉末状切屑 制造技术 （a a）带状带状切屑

3、；切屑； 切削塑性较高的材料。切削塑性较高的材料。 （b b）挤裂挤裂切屑；切屑； 低速切削钢或切削黄铜。低速切削钢或切削黄铜。 （c c）单元单元切屑；切屑； 很低速切削钢或切削铅。很低速切削钢或切削铅。 （d d）崩碎崩碎切屑。切屑。 切削脆性金属（切削脆性金属（eg.eg.铸铁）。铸铁）。 制造技术 四、控制措施四、控制措施 加断屑槽加断屑槽 适当减小前角适当减小前角 适当增大进给量适当增大进给量 制造技术 五五. .积屑瘤积屑瘤 （1 1）积屑瘤的产生）积屑瘤的产生 制造技术 （2 2）积屑瘤对切削加工的影响）积屑瘤对切削加工的影响 利：利：保护切削刃；保护切削刃； 增大了前角；增大了

4、前角； 对粗加工有利。对粗加工有利。 弊：弊：不稳定，使切削深度、切削厚度及切不稳定，使切削深度、切削厚度及切 削力不断变化；削力不断变化； 部分积屑瘤粘在工件表面，使加工表部分积屑瘤粘在工件表面，使加工表 面粗糙；面粗糙； 在精加工时要避免积屑瘤的产生。在精加工时要避免积屑瘤的产生。 制造技术 （3 3）积屑瘤的控制）积屑瘤的控制 切削材料的硬度和塑性切削材料的硬度和塑性 切削速度切削速度 切削液切削液 制造技术 六、六、 切削力和切削功率切削力和切削功率 切削力的产生：切削力的产生： （1 1）切削层金属、切屑和工件表层金属的）切削层金属、切屑和工件表层金属的 弹、塑性变形所产生的抗力。弹

5、、塑性变形所产生的抗力。 （2 2）刀具与切屑、工件之间的摩擦力。）刀具与切屑、工件之间的摩擦力。 制造技术 切削力的分解切削力的分解 以车外圆为例以车外圆为例, ,切削力分解为：切削力分解为： F Ff f- - -进给抗力进给抗力 F Fp p-切深抗力切深抗力 F Fc c-主切切削主切切削 合力合力: : 222 pfC FFFF= 制造技术 切削功率切削功率 n nw w 工件转速工件转速 F Fz z 主切削力（即主切削力（即F Fc c） F Fx x 进给抗力（即进给抗力（即F Ff f） 3 10) 1000 ( = fnF vFP wx zm （kW） 制造技术 单位切削力

6、单位切削力 单位切削力试制单位切削面积上的主切削力，单位切削力试制单位切削面积上的主切削力， 用用p p表示：表示： p = Fz / Ac = Fz / ap / fp = Fz / Ac = Fz / ap / f 其中：其中：Fz_Fz_主切削力（主切削力（N N）；）； AcAc_切屑层截面面积；切屑层截面面积； a ap p_切削深度；切削深度； f_f_进给量。进给量。 由单位切削力和切屑要素可确定主切削力。由单位切削力和切屑要素可确定主切削力。 制造技术 七、切削热和切削温度七、切削热和切削温度 （1 1）切削热的来源）切削热的来源 被加工工件材料的被加工工件材料的 弹性、弹性、

7、 塑性变形塑性变形 切屑与前刀面摩擦切屑与前刀面摩擦 后刀面与已加工表后刀面与已加工表 面间的摩擦面间的摩擦 Q = FzQ = Fz v v Q - Q -每秒钟产生每秒钟产生 的切削热。的切削热。 制造技术 切削热来源切削热来源 ： 第第 I I、II II、IIIIII 变形区及摩擦。变形区及摩擦。 切削热传散切削热传散 ： 切屑、刀具、工件切屑、刀具、工件及及周围介周围介 质质（空气、切削液）。（空气、切削液）。 制造技术 （2 2）切削温度及其影响因素）切削温度及其影响因素 切削温度切削温度是指切屑、工件与刀具接触表面上的是指切屑、工件与刀具接触表面上的 平均温度。平均温度。 影响切

8、削温度的主要因素：影响切削温度的主要因素： (a)(a)工件材料；工件材料； (b)(b)切削用量；切削用量； (d)(d)刀具几何角度；刀具几何角度； (e)(e)刀具几何磨损。刀具几何磨损。 制造技术 影响切削温度的主要因素：影响切削温度的主要因素： 切削速度切削速度v v: :当当v v提高一倍时，切削温度大约提高一倍时，切削温度大约 增高增高20-30%20-30%。 进给量进给量f f: : f f增大一倍，切削温度只升高增大一倍，切削温度只升高 10%10%。 切削深度切削深度a ap p: :切削深度增大一倍，切削温度切削深度增大一倍，切削温度 升高升高3%3%。 切削用量对切削

9、温度的影响：切削用量对切削温度的影响： v v 最大，最大，f f 次之次之, , a ap p最小最小 。 制造技术 （3 3）切削液的种类）切削液的种类 切削油：切削油：润滑性能好，但流动性差，吸热少，润滑性能好，但流动性差，吸热少， 冷却作用相对较小。冷却作用相对较小。 乳化液：乳化液：良好的流动性和冷却作用，还有一定良好的流动性和冷却作用，还有一定 的润滑性能。的润滑性能。 离子型溶液：离子型溶液：流动性好，能吸收大量的热。流动性好，能吸收大量的热。 ( 4 ) ( 4 ) 切削液的使用切削液的使用 硬质合金刀具硬质合金刀具一般不采用冷却液。一般不采用冷却液。 高速钢刀具高速钢刀具一般

10、采用切削油。一般采用切削油。 磨削加工磨削加工采用乳化液或离子型切削液。采用乳化液或离子型切削液。 铸铁工件铸铁工件一般不采用切削液。一般不采用切削液。 制造技术 八、刀具的磨损及耐用度八、刀具的磨损及耐用度 (1)(1)刀具磨损的三种形刀具磨损的三种形 式式: : 前刀面磨损前刀面磨损( (月牙洼月牙洼) ) 后刀面磨损后刀面磨损 前、后刀面磨损前、后刀面磨损 制造技术 (3)(3)刀具耐用度刀具耐用度 刀具耐用度刀具耐用度是刀具两次刃磨之间实际进行切削是刀具两次刃磨之间实际进行切削 的时间。的时间。 切削用量对切削用量对刀具耐用度刀具耐用度 T T 的影响：的影响：v v 最大，最大，f

11、f 次之次之, , a ap p 最小最小 。 (2)(2)刀具磨损的刀具磨损的 三个阶段：三个阶段： 初期磨损：初期磨损： 正常磨损：正常磨损： 急剧磨损：急剧磨损： 制造技术 九、零件的加工质量和生产效率九、零件的加工质量和生产效率 1.1.切削加工的主要技术指标切削加工的主要技术指标 加工精度加工精度 尺寸精度尺寸精度IT01,IT0,IT1,IT01,IT0,IT1,IT18.IT18. 形状精度形状精度 位置精度位置精度 表面质量表面质量 表面粗糙度表面粗糙度RaRa 已加工表面的加工硬化和残余应力已加工表面的加工硬化和残余应力 制造技术 2.2.生产率生产率(R(R0 0) )：

12、单位时间内，生产零件的数量单位时间内，生产零件的数量 R R0 0=1/tw=1/tw t tw w 生产一个零件所需总时间。 生产一个零件所需总时间。 t tw w = t = tm m + t + tc c + t + t0 0 t tm m- - -基本工艺时间；基本工艺时间； t tc c- - -辅助工艺时间；辅助工艺时间； t t0 0- - -其它其它。 制造技术 十、切削用量的选择十、切削用量的选择 切削用量同加工生产率的关系切削用量同加工生产率的关系 加工生产率：加工生产率：P P = = 1 / tm1 / tm 车外圆时：车外圆时：t tm m = = L Lw w /

13、/ a ap p( (n nw w f )f ) = = dw Lw / (1000 v dw Lw / (1000 v a ap p f ) f ) d dw w _ _ 毛坯直径；毛坯直径； _ _ 加工余量；加工余量； L Lw w _ _ 工件切削部分长度；工件切削部分长度； n nw w _ _ 工件转速。工件转速。 制造技术 由于由于dwdw、LwLw、均为常数均为常数 令令A A0 010001000(dwLwdwLw),),则则 P P = = A A0 0 v ap f v ap f 切削用量的选择原则切削用量的选择原则 为提高刀具的耐用度和提高生产率，为提高刀具的耐用度和提

14、高生产率， 应首先选取尽可能大的应首先选取尽可能大的a ap p，再根据，再根据 机床动力和刚性或表面粗糙度值选机床动力和刚性或表面粗糙度值选f f, , 最后确定最后确定v v。 制造技术 3）.对加工质量的影响对加工质量的影响 切削深度、进给量增大，都会增大表面粗糙度。切削速度增大切削深度、进给量增大，都会增大表面粗糙度。切削速度增大 ， 表面粗糙度会减少。精加工和半精加工时，常采用较小的切表面粗糙度会减少。精加工和半精加工时，常采用较小的切 削深度和进给量，减少积屑瘤，提高表面质量，硬质合金车刀削深度和进给量，减少积屑瘤，提高表面质量，硬质合金车刀 常采用较高的切削速度，高速钢车刀则采用

15、较低的切削速度。常采用较高的切削速度，高速钢车刀则采用较低的切削速度。 4）切削用量的选定）切削用量的选定 切削深度根据加工余量确定切削深度根据加工余量确定 进给量：粗加工时，是工艺系统所能承受的最大进给量；精加进给量：粗加工时，是工艺系统所能承受的最大进给量；精加 工时，受精度和表面粗糙度的限制。工时，受精度和表面粗糙度的限制。 切削速度：切削速度： 制造技术 十一十一.刀具角度的选择刀具角度的选择 前角：在保证刀具足够锋利的前提条件下，减小前角，加固刀刃前角：在保证刀具足够锋利的前提条件下，减小前角，加固刀刃 后角：在保证加工质量的前提条件下，减小后角。后角：在保证加工质量的前提条件下，减小后角。 主偏角（副偏角）：保证不发生振动的条件下，尽量减少主、副偏角主偏角（副偏角）：保证不发生振动的条件下，尽量减少主、副偏角 刃倾角：刃倾角： 控制切屑流动的方向（大于零时，切屑流向机床床头控制切屑流动