项目二轴类零件加工

1、 1.1.切削运动切削运动主运动主运动 切削速度最高，消耗功率最大，只有一个切削速度最高，消耗功率最大，只有一个指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运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，用动的速度即切削速度，用（m/sm/s）表示。）表示。一、切削运动与切削用量一、切削运动与切削用量 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用直线运动（用T T 表示），也可以是回转运动（用表示），也可以是回转运动（用R R 表示）表

2、示） 进给运动进给运动速度较低，消耗功率较小，可有一速度较低，消耗功率较小，可有一个或多个，也可不存在个或多个，也可不存在 指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（速度用进给量（mm/rmm/r）或进给速度（）或进给速度（ mm/minmm/min）表示。）表示。外圆表面加工方法外圆表面加工方法2.2.工件加工表面工件加工表面 切削用量是指切削用量是指切削速度切削速度c c、进给量进给量（或进给速度或进给速度）和）和背吃刀量背吃刀量a ap p，三者又称为切削用量三要素。，三者又称为切削用量三要素。 切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度

3、。切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。1000nDvc式中式中 n n 主运动转速（主运动转速（r/sr/s）；）； d d 刀具或工件的最大直径（刀具或工件的最大直径（mmmm）。）。若主运动为往复运动时，其平均速度为：若主运动为往复运动时，其平均速度为：10002rcnlv式中式中 n nr r 主运动每秒钟往复次数主运动每秒钟往复次数（str/sstr/s）；）； l l 往复运动行程长度（往复运动行程长度（mmmm）。）。3.3.切削用量切削用量 工件或刀具每转一周时工件或刀具每转一周时( (或主运动一循或主运动一循环时环时) )，两者沿进给方向上相对移动的距离，单，两者沿进给方

4、向上相对移动的距离，单位为位为mm/rmm/r。 对于多齿刀具还可用每齿进给量对于多齿刀具还可用每齿进给量z z表示表示, ,单位为单位为mmmmminmin。若刀具齿数。若刀具齿数z z为，则进给量与为，则进给量与进给运动速度、每齿进给量的关系为：进给运动速度、每齿进给量的关系为：nzfnfvzf 主刀刃与工件切削表面接触长度在主主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。方向上测量的值。 单位为单位为mmmm。式中：式中：d dw w工件待加工表面的工件待加工表面的直径；直径； d dm m工件已加工工件已

5、加工表面的直径。表面的直径。2amwpdd 实际切削中确定角度的基准实际切削中确定角度的基准1.1.刀具几何角度刀具几何角度 刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系设计制造测量角度时的基准设计制造测量角度时的基准由主运动方向确定由主运动方向确定由合成切削运动方向确定由合成切削运动方向确定二二 刀具的角度与切削要素刀具的角度与切削要素1 1）假定刀刃上的选定点：位于假定工件的轴平面内，是）假定刀刃上的选定点：位于假定工件的轴平面内，是刀具静止参考系的原点；刀具静止参考系的原点；2 2）假设运动条件：假设不考虑进给运动的大小，以切削）假设运动条件：假设不考虑进给运

6、动的大小，以切削刃选点位于工件中心高时的主运动方向作为假定主运动刃选点位于工件中心高时的主运动方向作为假定主运动方向，以切削刃选定点的进给运动方向作为假定进给运方向，以切削刃选定点的进给运动方向作为假定进给运动方向。动方向。3 3）假设安装条件：假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等）假设安装条件：假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等高，刀杆与工件的轴线垂直。高，刀杆与工件的轴线垂直。刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：(1)(1)正交平面参考系：正交平面参考系： p pr r、p ps s、p po o(2)(2)法平面参考系：法平面参考系： p pr r、

7、p ps s、p pn n(3)(3)背平面参考系：背平面参考系：p pr r、p ps s、p pp p(4)(4)进给平面参考系：进给平面参考系：p pr r、p ps s、p pf f刀具标注角度的参考系：刀具标注角度的参考系：（正交平面参考系）（正交平面参考系）1 1）基面）基面 P Pr r ：通过切削刃选通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。面。基面与刀具底面平行。车刀主剖面参考系图车刀主剖面参考系图2 2）切削平面）切削平面 P Ps s：通过切削通过切削刃选定点与主切削刃相切刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面且垂直于基面P Pr r

8、的平面。的平面。3 3）主剖面）主剖面 P Po o：通过切削刃通过切削刃选定点垂直于基面选定点垂直于基面P Pr r和切削和切削平面平面 P Ps s的平面。的平面。主剖面主剖面 P Po o切削平面切削平面 P Ps s基面基面 P Pr r法平面法平面 P Pn n过切削刃上选定点并垂直过切削刃上选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面于主切削刃或其切线的平面A Ar rA A 向向f f 车刀的主要角度车刀的主要角度0 00 00 00 0r rr rs s0 0q 用硬质合金车刀切削钢件，用硬质合金车刀切削钢件，o o取取10102020；切削灰铸铁，；切削灰铸铁，o o取取5 5151

9、5；切削；切削铝及铝台金，铝及铝台金，o o取取25253535；切削高强度；切削高强度钢，钢，o o取取-5-5 -10-10。0 0q 粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有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，一般为足够强度，后角可选小些，一般为4 46 6；精加；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为大一些，一般为8 81212。q 主偏角应根据加工对象正确选取，车刀主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有常用的主偏角有4545、6060、7575、9090几种。几种。A Ar rA

10、 A 向向f f车刀的主要角度车刀的主要角度0 00 00 00 0r rr rs sr rr rA AA A 向向f f车刀的主要角度车刀的主要角度0 00 00 00 0r rr rs sr 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积减情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。小，表面粗糙度降低。切削平面内测量，是切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高。当刀尖是切削刃最高点时点时, ,s s定为正值；反定为正值；反之位负。之位负。q ss影响刀尖强度和切影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为

11、屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，增强刀尖强度，ss常取常取负值；精加工时为防止切负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，屑划伤已加工表面，ss常取正值或零。常取正值或零。刃倾角对排屑方向的影响刃倾角对排屑方向的影响刀具角度标注示例刀具角度标注示例 实际工作中，考虑合成运动和实际安装情况，实际工作中，考虑合成运动和实际安装情况，则假定的工作条件发生了变化，使静止参考系中的各个则假定的工作条件发生了变化，使静止参考系中的各个坐标面和测量面的位置也随之变化。坐标面和测量面的位置也随之变化。 因此，刀具切削加工时的实际几何参数就要在因此，刀具切削加工时的实际几何参数就要在工作参考系中测量。工作参考

12、系中测量。 工作参考系中各坐标平面的定义与静止参考系工作参考系中各坐标平面的定义与静止参考系相同，只需用合成切削运动方向取代主运动方向。它们相同，只需用合成切削运动方向取代主运动方向。它们是工作基面是工作基面PrePre、工作切削平面、工作切削平面PsePse、工作正交平面、工作正交平面PoaPoa、工作法平面工作法平面PnePne（PnePne= =PnPn）、工作平面）、工作平面PfePfe、工作背平面、工作背平面PpePpe等。等。 式中式中角是主运动方向与合成角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。切削速度方向间的夹角。进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响0000eeta

13、nWfD切断刀的工作角度切断刀的工作角度当进给量当进给量一定时，随一定时，随d d 值值值值，接近中心，接近中心oeoe为负值。为负值。 当当值值横车时横车时 不宜过大，并应适当加大不宜过大，并应适当加大o o tanfwfd 在进给剖面，有：在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：将其换算到主剖面内得到：在主剖面内：在主剖面内：oeooeotantansinsinfrrwfD刀具安装对工作角度的影响刀具安装对工作角度的影响 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2.2.切削层参数切削层参数 由切削刃正在切削的这一层金属叫作由切削刃正在切削的这一层金属叫作。切削层的截面。切削

14、层的截面尺寸称为尺寸称为。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在尺寸的大小，通常在内度量。内度量。指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比，单位：之比，单位：mmmm指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位：截面积，单位：mmmm2 2指在给定瞬间，在切削层尺寸平面中测量的作用主指在给定瞬间，在切削层尺寸平面中测量的作用主切削刃截形上两个极点间的距离，单位：切削刃截形上两个极点间的距离，单位：mmmm rDfhsins

15、infbDpDDDafbhA3.3.切削方式切削方式 s s0 0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直的切削，主切削刃与切削速度方向垂直s0s0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直直例题：例题： 车外圆时工件加工前直径为车外圆时工件加工前直径为62mm62mm，加工后，加工后直径为直径为56mm56mm，工件转速为，工件转速为4r/s4r/s，刀具每秒钟沿工，刀具每秒钟沿工件轴向移动件轴向移动2mm2mm，工件加工长度为，工件加工长度为110mm110mm，切入长，切入长度为度为3mm3mm，求，求、a ap p。解：解： = =dn/1000 = dn/100

16、0 = 62624/1000 = 4/1000 = 0.779 0.779 m/sm/s = = /n = 2/4 = 0.5 mm/r/n = 2/4 = 0.5 mm/ra ap p = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm 切削中的变形及主要影响因素切削中的变形及主要影响因素 切削力切削力 切削热和切削温度切削热和切削温度 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 刀具材料刀具材料 切削液切削液三三 金属切削中的物理现象及影响因素金属切削中的物理现象及影响因素1 1）切屑的形成）切屑的形成 以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区

17、可以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区可大致划分为三个变形区，即：大致划分为三个变形区，即：、。1.1.切削中的变形及主要影响因素切削中的变形及主要影响因素OAOA始滑移线始滑移线OMOM终滑移线终滑移线一般速度范围内一区宽度一般速度范围内一区宽度为为0.020.020.2mm0.2mm，速度越高，速度越高，宽度越小，可看作一个剪宽度越小，可看作一个剪切平面切平面剪切滑移变形剪切滑移变形加工硬化加工硬化 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。前刀面平行。 已加工

18、表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。化。三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离。力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离。2 2）切屑的形状）切屑的形状1. 1. 代替刀具切削，保护刀具；代替刀具切削，保护刀具；2. 2. 增大前角，减小变形和力；增大前角，减小变形和力；3. 3. 产生过切及犁沟，精度产生过切及犁沟，精度；4. 4. 增大已加工表面粗糙度。增大已加工表面粗糙度。3 3

19、）切屑与前刀面的磨擦和切屑与前刀面的磨擦和积屑瘤积屑瘤在速度不高切削塑性金属形成在速度不高切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为积屑瘤。积屑瘤。滞留滞留粘接粘接长大长大采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc3m/min和较高速度vc60m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤；采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少；适当减少进给量、增大刀具前角；适当提高工件材料的硬度；F Fc c 主切削力，与切削速度方向一致主切削力，与

20、切削速度方向一致F Ff f 进给力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力进给力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力F Fp p背向力背向力( (切深抗力切深抗力) )，与进给方向垂直，又称径向，与进给方向垂直，又称径向将切削合力将切削合力F F分解为三个互相垂直的分力分解为三个互相垂直的分力F Fc c 、F Ff f 、F Fp p222pfcFFFF2.2.切削中的切削力切削中的切削力 3 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1 1）切削力的描述切削力的描述FFccccFFppppFFffffxycFpFxypFp

21、FxyfFpFFCafKFCafKFCafK（3-63-6）式中式中 C CFcFc , , C CFpFp , , C CFfFf 与工件、刀具材料有关系数；与工件、刀具材料有关系数； x xFcFc , , x xFpFp , , x xFfFf 切削深度切削深度a ap p 对切削力影响指数；对切削力影响指数； y yFcFc , , y yFpFp , , y yFfFf 进给量进给量 f f 对切削力影响指数；对切削力影响指数； K KFcFc , , K KFpFp , , K KFfFf 考虑切削速度、刀具几何参数、考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。刀具磨

22、损等因素影响的修正系数。式中式中 机床传动效率，通常机床传动效率，通常= 0.75= 0.750.85 0.85 （3-103-10）63010(/)ccPppKWsmmV()cEPPKW（3-93-9）指单位时间切除单位体积指单位时间切除单位体积 V V0 0 材料所消耗的功率材料所消耗的功率切削深度与切削力近切削深度与切削力近似成正比；似成正比；进给量增加，切削力进给量增加，切削力增加，但不成正比；增加，但不成正比；切削速度对切削力影切削速度对切削力影响复杂（如图）响复杂（如图） 强度高强度高加工硬化倾向大加工硬化倾向大切削力大切削力大5 5 1919 28 28 3535 55 55 1

23、00 130 100 130 切削速度切削速度v v（m/minm/min） 981981784784588588主切削力主切削力F Fc c（N N）切削速度对切削力的影响切削速度对切削力的影响2 2）影响）影响切削力的因素切削力的因素 前角前角0 0 增大，切削力减小（图增大，切削力减小（图3-173-17）图图3-17 3-17 前角对前角对0 0切削力的影响切削力的影响前角前角0 0切削力切削力F F0 0 - - F Fc c0 0 F Fp p0 0 F Ff f 主偏角主偏角r r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（抗力影响显著

24、（ r r F Fp p，F Ff f，图，图3-183-18）图图3-18 3-18 主偏角主偏角r r对切削力的影响对切削力的影响主偏主偏角角r r / / 切 削 力切 削 力/ / N N30304545606075759090r r - - F Fc cr r F Ff fr r F Fp p20020060060010001000140014001800180022002200 与主偏角相似，与主偏角相似，刃倾角刃倾角s s对主切削力影响不大，对吃刀抗力和对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（进给抗力影响显著（ s s F Fp p，F Ff f） 刀尖圆弧半径刀尖圆弧

25、半径 r r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（力影响显著（ r r F Fp p，F Ff f） ； 刀具材料：与工件材料之间的刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力切削力 ； 切削液：有润滑作用，使切削力降低切削液：有润滑作用，使切削力降低 ； 后后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力F Fp p的影响最的影响最为显著为显著 ；切削热产生于三个变形区，切削过程中消耗的能量约切削热产生于三个变形区，切削过程中消耗的能量约98%98%转换为热能转换为热能切削热

26、由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气) )等等传散出去传散出去3.切削温度及主要影响因素：一般指前刀面与切屑接：一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度触区内的平均温度是切削热的第一来源；是切削热的第一来源；是切削热的又一来源。是切削热的又一来源。 切削塑性材料切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处温度最前刀面靠近刀尖处温度最高。高。 切削脆性材料切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处温度最后刀面靠近刀尖处温度最高。高。切削温度的产生有两方面，即切削热的产生与传出，影响切削温切削温度的产生有两方面，即切削热的产生与传出，影响切削温度的主要因素有以下几方面。度的

27、主要因素有以下几方面。越高，切削温度升高，切削速度对切削温度影响最大。越高，切削温度升高，切削速度对切削温度影响最大。切削速度增加切削速度增加1 1倍时，切削温度增高倍时，切削温度增高3030一一4040。增加时，切削温度也增加，但对切削温度的影响比切削速增加时，切削温度也增加，但对切削温度的影响比切削速度的小。进给量增加度的小。进给量增加l l倍时，切削温度增高倍时，切削温度增高1515一一2020。增加时，虽然切削力增大，但参加切削工作的切削刃成增加时，虽然切削力增大，但参加切削工作的切削刃成正比增加，散热体积增大，故对切削温度影响最小。背吃刀量增加正比增加，散热体积增大，故对切削温度影响

28、最小。背吃刀量增加1 1倍时，切削温度只增加倍时，切削温度只增加5 5一一8 8。1 1、 前角前角0 0 的影响的影响 0 0 变形程度变形程度F F q q 但但0 0 2020时，因散热面积时，因散热面积，对，对的影响减小。的影响减小。2 2、主偏角、主偏角r r的影响的影响 r r ，切削宽度，切削宽度a aw w ，散热面积，散热面积 3 3、负倒棱和刀尖圆弧半径的影响（对、负倒棱和刀尖圆弧半径的影响（对影响很小）影响很小） b b11 、r r，切屑变形程度，切屑变形程度q q 同时散热条件改善，两者趋于平衡。同时散热条件改善，两者趋于平衡。 后刀面磨损增大，切后刀面磨损增大，切削

29、温度升高；削温度升高；VBVB达一定值影达一定值影响加剧；响加剧； 越高刀磨损对越高刀磨损对影响越显著。影响越显著。 浇切削液对浇切削液对切削温度切削温度刀具磨损刀具磨损加工质量有明显效果；加工质量有明显效果；热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著。热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著。 强度硬度、塑性和韧强度硬度、塑性和韧性越大，切削力越大，切削性越大，切削力越大，切削温度升高；导热率大，散热温度升高；导热率大，散热快，温度下降快，温度下降 。 切铸铁或切铸铁或v v 和和acac较小切塑性材较小切塑性材料时，主要发生这种磨损料时，主要发生这种磨损 磨损（正常工作时

30、逐渐产生的损耗）磨损（正常工作时逐渐产生的损耗） 破损（突发的破坏，随机的）破损（突发的破坏，随机的） 切塑性材料，切塑性材料，v v 和和acac较大时，在前刀面上形成月牙较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，以最大深度洼磨损，以最大深度KT KT 表示。表示。4.4.刀具的磨损与刀具寿命刀具的磨损与刀具寿命 切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。化层、硬质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。 切削区高温，

31、在刀工间产生热电势加快扩散加剧切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。刀具磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。 中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损材料硬度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。严重。 切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。散越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。 化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高

32、化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削条件下。速切削条件下。A. A. 与刀具刃磨质量有关。与刀具刃磨质量有关。B. B. VB VB与切削时间近似正比，斜与切削时间近似正比，斜率表示磨损强度。率表示磨损强度。C. C. 切削力、温度急升，刀具磨切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀。损加剧，之前换刀。小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；ISOISO标准规定以标准规定以1/2 1/2 apap处的处的VBVB值作为刀具的磨钝标准；值作为刀具的磨钝标准；在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。在不同的加工条件下，磨钝

33、标准的具体数值是不同的。 粗车碳素钢粗车碳素钢0.60.60.8 0.8 粗车铸铁粗车铸铁0.80.81.21.2 粗车合金钢粗车合金钢0.40.40.5 0.5 精车碳钢精车碳钢0.10.10.30.3 系统刚性大、系统刚性大、HSS HSS ， VBVB值较大；值较大； 系统刚性小、系统刚性小、Y Y合金，合金，VBVB值较小值较小自动化精加工刀具，以径向磨损量自动化精加工刀具，以径向磨损量NBNB作为磨钝标准作为磨钝标准 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。限度称为磨钝标准。工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，工件、刀

34、具材料和刀具几何形状确定后，对对T T 影响最大通影响最大通过实验得经验公式：过实验得经验公式：T T m m =C =C0 0指数指数m m 表示表示对对T T 的影响程度，的影响程度，m m 越小，则越小，则对对T T 的影响越大。系数的影响越大。系数C C0 0 ，与刀具、工件材料，与刀具、工件材料和切削条件有关。和切削条件有关。刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止连刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止连续切削的时间。续切削的时间。：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。刀具总使用寿命刀具寿命刀具总使用寿命刀具寿命刃磨次数刃磨次数（2

35、2）刀具寿命与切削速度的关系）刀具寿命与切削速度的关系（1 1）刀具寿命与刀具总寿命的关系）刀具寿命与刀具总寿命的关系 切削用量切削用量， T T ，其中速度，其中速度对对T T 影影响最大，响最大，进给量进给量次之，背吃刀量次之，背吃刀量a ap p影响最小，与对温度影响最小，与对温度影响一致。影响一致。ppnmTafCT/1/1/1经过实验得类似关系式：经过实验得类似关系式： T T n n = C = C1 1 a ap p T T p p =C =C2 2综合可得到切削用量与刀具寿命的关系式：综合可得到切削用量与刀具寿命的关系式：591 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性2 2）足

36、够的强度和韧性）足够的强度和韧性3 3）较好的热硬性）较好的热硬性4 4）良好的工艺性）良好的工艺性5 5）经济性）经济性 刀具的切削性能决定于刀具结构、切削刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数部分的材料和几何参数5.5.刀具的材料刀具的材料 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（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（

37、PCD）天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性 刀具材料的耐磨性与断裂韧性 常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。YT (P)YT (P)类类加工长切屑的黑色金属加工长切屑的黑色金属WC+ WC+ TiCTiC+ Co

38、+ CoYW (M)YW (M)类类钢材、铸铁等有色金钢材、铸铁等有色金属非金属属非金属WC+ WC+ TiCTiC+ + TaCTaC+ Co+ CoYG (K) YG (K) 类类短切屑黑色金属、短切屑黑色金属、有色金属非金属有色金属非金属WC+ CoWC+ Co 分类分类 各种硬质合金的应用范围各种硬质合金的应用范围牌牌 号号应应 用用 范范 围围YG3XYG3X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YG3YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受

39、冲击载荷YG6XYG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8YG8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YG6AYG6A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硬钢的半精加工和精加工YT30YT30碳素钢、合金钢的精加工碳素钢、合金钢的精加工YT15YT15碳素钢、合金钢在连续

40、切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断碳素钢、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续切削时的精加工YT14YT14同同YT15YT15YT5YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有高温合金、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色金属及其合金的半精加工和精加工YW2YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有高温合金、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

41、色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯抗弯强度强度、韧、韧性、性、进给进给量量 硬度硬度、耐、耐磨性磨性、切、切削速削速度度抗弯抗弯强度强度、韧、韧性、性、进给进给量量 硬度硬度、耐、耐磨性磨性、切、切削速削速度度抗弯强抗弯强度、韧度、韧性、进性、进给量给量 硬度、硬度、耐磨性耐磨性、切削、切削速度速度天然金刚石天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达，切削刃的钝圆半径可达0.01m0.01m，刀具寿命可达数百小时。，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石聚晶

42、金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（天然金刚石略低（HK6500HK650080008000），价格便宜，焊接方便，），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（聚晶立方氮化硼（CBNCBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为下聚合而成。硬度为HV 3000HV 300045004500，耐热性达，耐热性达12001200，化学，化学惰性很好，在惰性很好，在

43、10001000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。刀具材料种类刀具材料种类 合金合金 高速钢高速钢 硬质合金硬质合金 陶瓷陶瓷 天然天然 聚晶金刚石聚晶金刚石 聚晶立方氮聚晶立方氮工具钢工具钢 W18Cr4V YG6 SiW18Cr4V YG6 Si3 3N N4 4 金刚石金刚石 PCD PCD 化硼化硼 PCBNPCBN材料性能材料性能 硬度硬度 HRC65 HR

44、C66 HRA90 HRA93 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000HV10000 HV7500 HV7500 HV4000HV4000抗弯强度抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa导热系数导热系数 40-5040-50 20-3020-30 70-10070-100 30-4030-40 146.5146.5 100-100-120120 40- 40-100100热稳定性热稳定性 350 620 3

45、50 620 101000 100 14 400 00 800 800 6 600-800 00-800 1000 1000 化学惰性化学惰性 低低 惰性大惰性大 惰性小惰性小 惰性小惰性小 惰性大惰性大 耐磨性耐磨性 低低 低低 较高较高 高高 最高最高 最高最高 很高很高 一般精度一般精度 Ra0.8 Ra0.8 高精度高精度 Ra=0.4-0.2Ra=0.4-0.2加工质量加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 Ra=0.1-0.05 IT5-6IT5-6 IT7-8 IT7-8 IT5-6 IT5-6 可替代磨削可替代磨削加工对象加工对象低速加

46、工低速加工一般钢材、一般钢材、铸铁铸铁一般钢材、一般钢材、铸铁粗、铸铁粗、精加工精加工一般钢材、一般钢材、铸铁粗、铸铁粗、精加工精加工高硬度钢高硬度钢材精加工材精加工硬质合金、铜、硬质合金、铜、铝有色金属及其铝有色金属及其合金、陶瓷等高合金、陶瓷等高硬度材料硬度材料淬火钢、冷硬淬火钢、冷硬铸铁、高温合铸铁、高温合金等难加工材金等难加工材料料普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比：水添加剂：水添加剂：乳化油水：乳化油水 冷却、粗加工冷却、粗加工：矿物油添加剂：矿物油添加剂 润滑、精加工润滑、精加工 冷却冷却 摩擦、摩擦、热的产生；将热量带走。本身导热系数

47、、热的产生；将热量带走。本身导热系数、比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。 润滑润滑 切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜强度切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜强度 排屑、清洗排屑、清洗 防锈防锈 防锈添加剂防锈添加剂6.6.切削液切削液1 1）切削液的分类切削液的分类2 2）切削液的作用机理切削液的作用机理70粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；高速钢，需用切削液；高速钢，需用切削液；Y Y合金等合金等, ,可不用或充分连续用；可不用或充分

48、连续用；钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。2 2）切削液的选用切削液的选用71 刀具参数的合理选择刀具参数的合理选择 刀具寿命的合理选择刀具寿命的合理选择 切削用量切削用量的合理选取的合理选取 切削液切削液的合理选用的合理选用1 1）前角的作用）前角的作用

49、0 0 变形程度变形程度F F q q T T振动振动质量质量 刀刃和刀头强度刀刃和刀头强度、散热面积、散热面积容热体积容热体积、断屑困难、断屑困难刀具几何参数包含四方面内容：刀具几何参数包含四方面内容：、 对于不同的刀具材料和工件材料，对于不同的刀具材料和工件材料，T T 随随0 0 的变化趋势为的变化趋势为驼峰形。驼峰形。高速钢的合理前角比高速钢的合理前角比Y Y合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大1.1.732 2）合理前角的选择原则）合理前角的选择原则 粗加工、断续切削、刀材强度韧性低粗加工、断续切削、刀材强度韧性低工材强度硬度高，选较小的前角；

50、工材强度硬度高，选较小的前角； 工材塑韧性大、系统刚性差，易振动工材塑韧性大、系统刚性差，易振动或机床功率不足，选较大的前角；或机床功率不足，选较大的前角； 成形刀具、自动线刀具取小前角；成形刀具、自动线刀具取小前角； A A磨损增大前角，磨损增大前角， A A磨损减小前角。磨损减小前角。1 1）后角的作用）后角的作用0 0rnrn锋利、锋利、l l摩擦摩擦F F 质量质量 VB VB 一定，磨损体积一定，磨损体积T T但但NBNB 刀头强度刀头强度散热体积散热体积重磨体积重磨体积2 2）合理后角的选择原则）合理后角的选择原则 粗加工、断续切削、工材强度硬度高，粗加工、断续切削、工材强度硬度高

51、，选较小后角选较小后角, , 已用大负前角应已用大负前角应0 0 ； 精加工取较大后角，保证表面质量；精加工取较大后角，保证表面质量； 成形、复杂、尺寸刀具取小后角；成形、复杂、尺寸刀具取小后角； 系统刚性差，易振动，取较小后角；系统刚性差，易振动，取较小后角； 工材塑性大取较大后角，脆材工材塑性大取较大后角，脆材0 0。1 1）主偏角的作用）主偏角的作用r ra ac ca aw w单位刃长负荷单位刃长负荷 T T 刀尖强度刀尖强度散热体积散热体积，RaRa F Fp p变形变形加工精度加工精度，易振动，易振动RaRa，T T2 2）合理主偏角的选择原则）合理主偏角的选择原则 主要看系统刚性

52、。若刚性好，不易变形和振动，主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动， r r取较取较小值；若刚性差（细长轴），小值；若刚性差（细长轴）， r r取较大值（取较大值（9090）；）； 考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取90 90 ；镗盲孔；镗盲孔90 90 ； r r小切屑成长螺旋屑不易断；小切屑成长螺旋屑不易断；较小较小r r，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。副偏角的主要作用是形成已加工表面。副偏角的主要作用是形成已加工表面。副偏角副偏角 RaRa刀尖强度刀尖强度、散热体积、散热体积 副刃

53、工作长度副刃工作长度 摩擦摩擦FpFp易易振动振动RaRa，T T系统刚性好，取较小值；刚性差，取较大值，参考表系统刚性好，取较小值；刚性差，取较大值，参考表2-52-5。1 1）刃倾角的作用）刃倾角的作用 影响刀刃锋利性影响刀刃锋利性. .s s0e 0e 、r rn n 锋利性锋利性 负刃倾角负刃倾角刀头强度刀头强度、散热体积、散热体积 负刃倾角负刃倾角 F Fp p变形变形，易振动，易振动R Ra a 正正s s切屑流向待加工表面，负切屑流向待加工表面，负s s切屑流向已加工表面切屑流向已加工表面2 2）刃倾角的选择原则）刃倾角的选择原则 粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，粗加工、

54、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，s s取负取负值；值； 精加工、系统刚性差（细长轴），精加工、系统刚性差（细长轴），s s取正值；取正值； 微量极薄切削，取大正刃倾角。微量极薄切削，取大正刃倾角。79根据单件工时最短的原则确定的刀具寿命。单件工时：tw= tm+tct tm/T+tatm为切削时间； tct为换一次刀时间；ta为辅助时间：加工质量、加工效率、经济性：单件生产时间、单件加工成本、利润率：切削用量、刀具材料、几何参数、机床等常用 作中间控制因素把优化指标和切削参数联系起来。80根据单件成本最低的原则确定的刀具寿命。：C= tmM+tct (tm/T)M+ (tm/T) Ct+tot

55、MM 为工时费用率；根据单件利润最高的原则确定的刀具寿命。：pr = (S C) / twS 为单件创造的产值1 1）产品销路不畅或产品初创阶段，宜采用经济使用寿命）产品销路不畅或产品初创阶段，宜采用经济使用寿命T Tc c；2 2）产品销路通畅甚至供不应求情况下，宜采用最大利润率使用）产品销路通畅甚至供不应求情况下，宜采用最大利润率使用寿命寿命T Tprpr ；3 3）产品急需的情况下（如战时或救灾），宜采用最大生产率使）产品急需的情况下（如战时或救灾），宜采用最大生产率使用寿命用寿命T Tp p 。当销售价当销售价生产成本生产成本时，有如下关系：时，有如下关系：T Tc c T Tprpr

56、 T Tp p通常根据优化指标来选择刀具寿命：通常根据优化指标来选择刀具寿命：1 1）制造和刃磨较简单、成本不高的刀具，使用寿命选得低些，）制造和刃磨较简单、成本不高的刀具，使用寿命选得低些，反之高些。硬合金车刀反之高些。硬合金车刀T T为为606090min90min，钻头，钻头T T为为8080120min120min，硬质合金端铣刀硬质合金端铣刀T T为为9090180min180min，齿轮刀具为，齿轮刀具为200200300min300min。2 2） 装卡调整复杂的刀具，使用寿命选得高些，仿形车床、组装卡调整复杂的刀具，使用寿命选得高些，仿形车床、组合钻床上刀具为通用机床上的合钻床

57、上刀具为通用机床上的200200400%400%。3 3）切削大型工件为避免中途换刀，使用寿命选得高些，一般）切削大型工件为避免中途换刀，使用寿命选得高些，一般为中小件加工时的为中小件加工时的200200300%300%。选择刀具寿命应从以下几方面考虑：选择刀具寿命应从以下几方面考虑： 粗加工时，应在保证必要的刀具使用寿命的前提下，以尽可能提高生产率和降低成本为目的。 中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速度v 。这样使、ap 的乘积最大，以获得最大的生产率。时则主要按表面粗糙度和加工

58、精度要求确定切削用量。1 1）切削用量的选取原则）切削用量的选取原则84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（1 1）保持不变，保持不变，a ap p增至增至3a3ap p，如仍保持刀具合理的耐用，如仍保持刀具合理的耐用度，则度，则c c必须降低必须降低1515，此时生产率，此时生产率P P3ap3ap2.6P2.6P，即生产，即生产率提高至率提高至2 2倍。倍。（2 2）a ap p保持不变，保持不变，增至增至3 3，如仍保持刀具合理的耐用，如仍保持刀具合理的耐用度，则度，则c c必须降低必须降低3232，此时生产率，此时生产率P P3ap3ap2P2P，即生产率，即生产率提

59、高至提高至2 2倍。倍。 利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到如下的结果：得到如下的结果：（3 3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。由此可见，增大由此可见，增大a ap p比增大比增大更有利于提高生产率。更有利于提高生产率。（1）背吃刀量ap的选择 粗加工时， ap由加工余量和工艺系统的刚度决定，尽可能一次走刀切除全部加工余量。 在加工余量过大或系统刚性不足情况下，粗加工可分几次走刀。若分两次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余量的2/33/4，而第二次走刀的ap取小些，以使精

60、加工工序具有较高的刀具寿命和加工质量。 切削有硬皮的铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的材料时，应尽量使ap超过硬皮或冷硬层厚度，以避免刀尖过早磨损。2 2）制定切削用量的步骤）制定切削用量的步骤（2 2）进给量）进给量的选择的选择 粗加工时，粗加工时，的大小主要受机床进给机构强度、刀具的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。 精加工时，精加工时，的大小主要受加工精度和表面粗糙度的的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。限制。 生产实际中常根据经验或查表法确定生产实际中常根据经验或查表法确定。 粗加工时根据工件材料、车刀