第2章金属切削过程基础知识

1、 孟杰 孟杰 孟杰 孟杰1 切削运动切削运动 刀具与工件间的相对运刀具与工件间的相对运动称为动称为切削运动切削运动（也称（也称为为表面成形运动表面成形运动）。）。 按作用来分，切削运动按作用来分，切削运动可分为可分为主运动主运动和和进给运进给运动动。图中是车刀进行普通外圆车削时图中是车刀进行普通外圆车削时的切削运动，图中合成运动的切的切削运动，图中合成运动的切削速度削速度Ve、主运动速度、主运动速度Vc和进给和进给运动速度运动速度Vf之间的关系。之间的关系。 孟杰2 切削表面切削表面 切削加工过程是一个动态过程，切削加工过程是一个动态过程， 在切削过程中，工件上在切削过程中，工件上通常存在着三

2、个不断变化的通常存在着三个不断变化的切削表面切削表面。 待加工表面：工件上即将待加工表面：工件上即将被切除的表面。被切除的表面。 已加工表面：工件上已切已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。去切削层而形成的新表面。 过渡表面过渡表面(加工表面加工表面)：工：工件上正被刀具切削着的表件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待面，介于已加工表面和待加工表面之间。加工表面之间。 孟杰1. 切削用量三要素切削用量三要素 v、f 、ap称为切削用量三要素。称为切削用量三要素。（1）切削速度）切削速度v 切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。当主运动为回

3、转运动时：度。当主运动为回转运动时： d工件（或刀具）的最大直径工件（或刀具）的最大直径mm； n主运动的转速，工件（或刀具）的转速主运动的转速，工件（或刀具）的转速 ，r/s或或r/min。 孟杰（2）进给速度、进给量和每齿进给量）进给速度、进给量和每齿进给量 进给速度进给速度vf切削刃上选定点相对于工件的进切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，给运动瞬时速度，mm/s或或mm/min。 进给量进给量f工件或刀具转一周（或每往复一），工件或刀具转一周（或每往复一），两者在进给运动方向上的相对位移量两者在进给运动方向上的相对位移量 ，mm/r或或mm/行程。行程。 每一个刀齿的进给量每一

4、个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是一个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米毫米/齿齿)。 Vf= nf=nzfz 孟杰（3）背吃刀量）背吃刀量背吃刀量背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为的垂直距离，单位为mm。 外圆柱表面车削的深度可用下式计算：外圆柱表面车削的深度可用下式计算： 对于钻孔工作对于钻孔工作上两式中上两式中 dm已加工表面直径（已加工表面直径（mm） dw 待加工表面直径（待加工表面直径（mm） 孟杰2. 切削层参数切削层参数 在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待

5、加工表面在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。切下的金属层，称为切削层。 （1）切削层公称厚度）切削层公称厚度hD hD反映了切削刃单位长度上反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图得车外圆的切削负荷。由图得车外圆时：时：hD=fsinkr其中：其中：hD切削层公称厚度，切削层公称厚度，(mm)；f进给量，进给量，(mm/r）；）；kr车刀主偏车刀主偏角，角，(。)。 （2）切削层公称宽度）切削层公称宽度bD bD反映了切削刃参加切削的反映了切削刃参加切削的工作长度。由图得：工作长度。由图得：bD=ap/sinkr其中：其中：bD切削层公称宽度，切削层公

6、称宽度，(mm)。 （3）切削层公称横截面积）切削层公称横截面积AD 切削层公称厚度与切削层切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得：公称宽度的乘积。由图得： AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap其中其中: AD切削层公称横切削层公称横截面积，截面积，(mm2)。 孟杰 孟杰(1) (1) 前刀面前刀面刀具上与切屑接触并刀具上与切屑接触并相互作用的表面。相互作用的表面。 （3 3）副后刀面）副后刀面 刀具上与已加刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。工表面相对并相互作用的表面。 （2）主后刀面）主后刀面 刀具上与工件刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。过渡表面

7、相对并相互作用的表面。 （4 4）主切削刃）主切削刃 前刀面与主后刀前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工面的交线。它完成主要的切削工作。作。外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和头）由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其定义分别为：刀尖所组成。其定义分别为： （5 5）副切削刃）副切削刃 前刀面与副后前刀面与副后刀面的交线。它配合主切削刃完刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工成切削工作，并最终形成已加工表面。表面。 （6

8、 6）刀尖）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。 孟杰u其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。都可以看作是车刀的演变和组合。 孟杰2. 构成刀具标注角度参考系的平面构成刀具标注角度参考系的平面（1）基面Pr 通过切削刃上某一点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。通过切削刃上某一点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。它同时也平行于刀杆底面。它同时也平行于刀杆底面。 孟杰车刀的静止参考系（图中车刀的静止参考系（图中Vc表示假定的主运动方向，表

9、示假定的主运动方向，Vf表示假定的进给运动方向）表示假定的进给运动方向） 孟杰 (2)(2) 切削平面切削平面P Ps s ： 通过切削刃选定点，与主切削刃相切，通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面。并垂直于基面的平面。 孟杰车刀的静止参考系（图中车刀的静止参考系（图中Vc表示假定的主运动方向，表示假定的主运动方向，Vf表示假定的进给运动方向）表示假定的进给运动方向） 孟杰 (3) 正交平面正交平面Po ： 通过切削刃选定点，同时垂直于基面和通过切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。切削平面的平面。 孟杰车刀的静止参考系（图中车刀的静止参考系（图中Vc表示假定的主运动方

10、向，表示假定的主运动方向，Vf表示假定的进给运动方向）表示假定的进给运动方向）正交平面参考系正交平面参考系 孟杰刀具在正交平面参考系中定义的静态角度有：刀具在正交平面参考系中定义的静态角度有：（1 1）前角）前角 o o： 孟杰 前角0：前刀面与基面间的夹角（正交平面中测量） 孟杰 刀具在正交平面参考系中定义的静态刀具在正交平面参考系中定义的静态角度有：角度有：（1 1）前角）前角 o o 作用：作用：影响切屑的变形程度影响切屑的变形程度 影响刀刃强度影响刀刃强度 孟杰后角后角0：后刀面与切削平面间的后刀面与切削平面间的夹角（正交平面中测量）夹角（正交平面中测量）（2）后角）后角a ao： 孟

11、杰（2）后角）后角a ao： 作用：作用： 影响主后刀面与工件过渡表面的摩擦影响主后刀面与工件过渡表面的摩擦 配合前角改变切削刃的锋利与强度配合前角改变切削刃的锋利与强度 孟杰kr主偏角主偏角r ：基面中测量基面中测量的主切削刃的主切削刃与进给运动与进给运动方向的夹角方向的夹角（3）主偏角）主偏角k kr： 孟杰（3）主偏角）主偏角k kr： 作用：作用：影响切削条件和刀具寿命影响切削条件和刀具寿命 影响切削分力的大小影响切削分力的大小 孟杰（4）副偏角）副偏角 k kr ： 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角进给运动反方向的夹角

12、。 副偏角副偏角 k kr r一般为锐角。一般为锐角。 孟杰刃倾角刃倾角 s：切削平面中切削平面中测量的主切测量的主切削刃与基面削刃与基面间的夹角间的夹角（5）刃倾角）刃倾角l ls：2. 2. 刀具的静态角度刀具的静态角度 孟杰（4）刃倾角）刃倾角l ls： 作用：作用：影响切屑流出方向影响切屑流出方向 刀头强度负的刃倾角刀头强度负的刃倾角 孟杰 在静止参考系和静态角度定义的基础上：在静止参考系和静态角度定义的基础上： 合成切削运动方向合成切削运动方向 假定的主运动方向假定的主运动方向 进给运动方向进给运动方向 假定的进给运动方向假定的进给运动方向 名称前冠以名称前冠以“工作工作”二字，二字

13、， 在角度符号上加下标在角度符号上加下标“e e” 即构成了工作参考系及工作角度的定义即构成了工作参考系及工作角度的定义 孟杰2. 横向进给运动对工作角度的影响横向进给运动对工作角度的影响 此时在工作参考系（此时在工作参考系（ Pre、 Pse、 Poe）内的工作角度内的工作角度oe和和oe为：为： oe o + ; oe=o 。 dfdfdnnfvvcfarctantan 孟杰3. 轴向进给运动对工作角度的影响轴向进给运动对工作角度的影响 wdftanfef + fef 上述角度变化可以换算至上述角度变化可以换算至正交平面内：正交平面内：rooooeoooeksintantanaa 孟杰4.

14、 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 以车刀车外圆为例，若不考虑进给运动，当刀尖安装得以车刀车外圆为例，若不考虑进给运动，当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，将引起工作前角高于或低于工件轴线时，将引起工作前角oe和工作后和工作后角角oe的变化的变化 换算到工作主平面内：换算到工作主平面内： rpooooeoooekcostantanaa 孟杰5. 刀杆中心线偏斜对工作角度的影响刀杆中心线偏斜对工作角度的影响车刀刀杆与进给方向不垂直时，工作主偏角车刀刀杆与进给方向不垂直时，工作主偏角kre和工作副和工作副偏角偏角kre将将发生变化：发生变化：rrerrekkkk 孟杰 孟杰u

15、刀具分类刀具分类刀具常按加工方式和具体用途，分为刀具常按加工方式和具体用途，分为车刀、孔加车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。等几大类型。如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚）刀具和金刚石刀具等；石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。按是否标准化分为标准刀

16、具和非标准刀具等。 孟杰2. 常用刀具简介常用刀具简介(1)车刀车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具。它是金属切削加工中应用最广的一种刀具。它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。车刀在结构上可分为整体车可用于切槽和切断等。车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。机械刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应

17、用越来越多。以在现代生产中应用越来越多。 孟杰2. 常用刀具简介常用刀具简介 孟杰2. 常用刀具简介常用刀具简介 孟杰 孟杰2. 常用刀具简介常用刀具简介 孟杰选用齿轮滚刀和插齿刀时，应选用齿轮滚刀和插齿刀时，应注意以下几点：注意以下几点：1）刀具基本参数应与被加工齿）刀具基本参数应与被加工齿轮相同。轮相同。2）刀具精度等级应与被加工齿）刀具精度等级应与被加工齿轮要求的精度等级相当。轮要求的精度等级相当。3）刀具旋向应尽可能与被加工）刀具旋向应尽可能与被加工齿轮的旋向相同。齿轮的旋向相同。 孟杰 刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都

18、有很大影响，因此要重视刀具材和加工成本等都有很大影响，因此要重视刀具材料的正确选择与和合理使用。料的正确选择与和合理使用。1. 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 (1)高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 刀具材料要比工件材料硬度高；耐磨性表示抵抗刀具材料要比工件材料硬度高；耐磨性表示抵抗磨损的能力，它取决于组织中硬质点的硬度、数磨损的能力，它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。量和分布。(2)足够的强度和韧性足够的强度和韧性 为了承受切削中的压力冲击和韧性，避免崩刀和为了承受切削中的压力冲击和韧性，避免崩刀和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。

19、孟杰(3)高耐热性高耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。能力。 (4)良好的工艺性良好的工艺性 为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性。为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性。如，切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。如，切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。 (5)良好的热物理性能和耐热冲击性能等良好的热物理性能和耐热冲击性能等 要求刀具导热性较好，不会因受到大的热冲击，产要求刀具导热性较好，不会因受到大的热冲击，产生刀具内部裂纹而导致刀具断裂。生刀具内部裂纹而导致刀具断裂。 孟杰 常用的刀具材料有： 碳素工具钢

20、碳素工具钢 切削金属的性能较差，切削刃切削金属的性能较差，切削刃 合金工具钢合金工具钢 锋利，可加工木材、橡胶、塑料。锋利，可加工木材、橡胶、塑料。 高速钢高速钢 生产中用的最多、生产中用的最多、 硬质合金硬质合金 最广。最广。 陶瓷陶瓷 强度低、强度低、 金刚石金刚石 脆性大，脆性大， 立方氮化硼立方氮化硼 成本高，成本高， 涂层刀具涂层刀具 仅用于某些有限的场合。仅用于某些有限的场合。 孟杰高速钢 高速钢是一种合金工具钢，具有一定的硬度和耐磨性，有较高的强度和耐热性，在切削温度高达600700时尚能切削。 孟杰u高速钢是强度和韧性最好的刀具材料，适于加工从有色金属到高温合金的范围广泛的金属

21、材料。各类高速钢刀具 孟杰u高速钢的冷加工工艺性特别好，在热高速钢的冷加工工艺性特别好，在热处理前，高速钢可以像一般中碳钢一处理前，高速钢可以像一般中碳钢一样的进行各种加工；热处理后，高速样的进行各种加工；热处理后，高速钢刀具可以磨出锋利的切削刃。钢刀具可以磨出锋利的切削刃。 孟杰 正是由于高速钢具有足够的强度、硬正是由于高速钢具有足够的强度、硬度、耐热性和耐磨性，具有特别好的度、耐热性和耐磨性，具有特别好的冷加工工艺性、磨削加工工艺性和较冷加工工艺性、磨削加工工艺性和较好的热加工工艺性，所以，好的热加工工艺性，所以，在钻头、在钻头、丝锥、拉刀、齿轮刀具、成形刀具等丝锥、拉刀、齿轮刀具、成形刀

22、具等复杂刀具制造中，高速钢仍占主导地复杂刀具制造中，高速钢仍占主导地位。位。 孟杰 孟杰（1 1）通用高速钢）通用高速钢 典型牌号：典型牌号：W18Cr4V 和和W6Mo5Cr4V2（2 2）高性能高速钢：）高性能高速钢：高性能高速钢是在普通高高性能高速钢是在普通高速钢的成分中，增加碳含量形成高碳高速钢、速钢的成分中，增加碳含量形成高碳高速钢、增加碳化钒含量形成高钒高速钢、或者添加钴、增加碳化钒含量形成高钒高速钢、或者添加钴、铝等元素形成钴高速钢、铝高速钢，目的是为铝等元素形成钴高速钢、铝高速钢，目的是为了提高高速钢的耐热性和耐磨性了提高高速钢的耐热性和耐磨性 。（3 3）粉末冶金高速钢）粉末

23、冶金高速钢 孟杰（2）硬质合金）硬质合金 ISO将切削用的硬质合金分为三类：将切削用的硬质合金分为三类：u1）YG(K)类，即类，即WC-Co类硬质合金类硬质合金u2）YT(P)类，即类，即WC-TiC-Co类硬质合金类硬质合金u3） YW(M)类，即类，即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金类硬质合金金属碳化物金属碳化物 + + 金属粘结剂金属粘结剂粉末冶金硬质合金硬质合金 孟杰 孟杰3. 其它刀具材料其它刀具材料（1） 陶瓷：硬度高、耐用度高，还可用于冲陶瓷：硬度高、耐用度高，还可用于冲击负荷下的粗加工，切削效率显著提高。击负荷下的粗加工，切削效率显著提高。（2） 金刚石金刚石（3） 立方

24、氮化硼立方氮化硼（4） 涂层刀具涂层刀具 孟杰 (1) (1) 陶瓷陶瓷 具有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命高；具有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命高；还具有很高的耐热性及良好的抗粘结性和还具有很高的耐热性及良好的抗粘结性和化学稳定性。主要缺点是，抗弯强度和冲化学稳定性。主要缺点是，抗弯强度和冲击韧度很差。陶瓷刀具主要用于半精车、击韧度很差。陶瓷刀具主要用于半精车、精车、半精铣、精铣钢和铸铁。精车、半精铣、精铣钢和铸铁。 孟杰 (2) (2) 金刚石金刚石硬度极高硬度极高(10000HV)，是目前已知的最硬物，是目前已知的最硬物质具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数。质具有很高的导热系数和很低的线膨

25、胀系数。缺点是抗弯强度和冲击韧度极差；耐热性也差缺点是抗弯强度和冲击韧度极差；耐热性也差金刚石刀具不适于加工黑色金属材料，只适合金刚石刀具不适于加工黑色金属材料，只适合于有色金属精密的切削和精密磨削，主要用于于有色金属精密的切削和精密磨削，主要用于硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度材料的加工。硬度材料的加工。 孟杰 (3) (3)立方氮化硼立方氮化硼 有很高的硬度（有很高的硬度（80009000HV）和耐磨）和耐磨性，刀具寿命很高；有很高的耐热性；有良好性，刀具寿命很高；有很高的耐热性；有良好的化学稳定性，可加工黑色金属；有良好的导的化学稳定性

26、，可加工黑色金属；有良好的导热性和较低的摩擦因数。主要缺点是：抗弯强热性和较低的摩擦因数。主要缺点是：抗弯强度和冲击韧度极差；在高温下与水易起化学反度和冲击韧度极差；在高温下与水易起化学反应。适合于进行黑色金属和有色金属的半精加应。适合于进行黑色金属和有色金属的半精加工和精加工，常用于淬硬钢、硬铸铁，高温合工和精加工，常用于淬硬钢、硬铸铁，高温合金及各种喷涂焊硬质表面的切削加工和磨削加金及各种喷涂焊硬质表面的切削加工和磨削加工。工。 孟杰 (4)(4)涂层刀具涂层刀具 具有较高的抗氧化性能，因而有较高的耐磨具有较高的抗氧化性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系数，可性和抗月牙洼

27、磨能力；有低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具的耐用度（提高硬质合金耐用度具的耐用度（提高硬质合金耐用度13倍，倍，高速钢刀具耐用度高速钢刀具耐用度210倍）。但也存在着倍）。但也存在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。昂贵之弊。 孟杰1.刀具种类的选择刀具种类的选择 刀具种类主要根据被加工表面的形状、尺寸、精度、刀具种类主要根据被加工表面的形状、尺寸、精度、加工方法、所用机床及要求的生产率等进行选择。加工方法、所用机床及要求的生产率等进行选择。2.刀具材料的选择刀具材料的选择 刀具材

28、料主要根据工件材料、刀具形状和类型及加工刀具材料主要根据工件材料、刀具形状和类型及加工要求等进行选择。要求等进行选择。3.刀具角度的选择刀具角度的选择 刀具角度的选择主要包括刀具的前角、后角、主偏角刀具角度的选择主要包括刀具的前角、后角、主偏角和刃倾角的选择。和刃倾角的选择。 孟杰 孟杰 孟杰 金属切削过程中的滑移线和流线金属切削过程中的滑移线和流线 孟杰切屑的类型切屑的类型 由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，所形成的切屑多种多样。通常将切屑分为四类：同，所形成的切屑多种多样。通常将切屑分为四类： (1)带状切屑：外形呈带状

29、。带状切屑：外形呈带状。( (2)挤裂挤裂切屑：切屑上与前刀面接切屑：切屑上与前刀面接触的一面较光洁，其背面局部开触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。裂成节状。(3)单元单元切屑：切屑：切屑沿厚度断切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。裂成均匀的颗粒状。(4)崩碎切屑：切削层几乎不崩碎切屑：切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩经过塑性变形就产生脆性崩裂，得到的切屑呈不规则的裂，得到的切屑呈不规则的细粒状。细粒状。 孟杰切屑控制：切屑控制：是指在切削加工中采取适当的措施来控制切是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受可接受”的良好屑形的良好

30、屑形 孟杰积屑瘤与切削刃的积屑瘤与切削刃的金相显微照片金相显微照片 孟杰（1）积屑瘤的形成：积屑瘤的形成： 如图所示，积屑瘤是堆积如图所示，积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一在前刀面上近切削刃处的一个楔块，积屑瘤可替代切削个楔块，积屑瘤可替代切削刃参加切削情况。当积屑瘤刃参加切削情况。当积屑瘤的顶部具有大的刃口圆弧半的顶部具有大的刃口圆弧半径时，会产生较大的挤压作径时，会产生较大的挤压作用。此外，由于积屑瘤顶部用。此外，由于积屑瘤顶部凹凸不平和脱落后粘附在已凹凸不平和脱落后粘附在已加工表面上，促使加工表面加工表面上，促使加工表面粗糙度增加。所以在精加工粗糙度增加。所以在精加工时应尽量避免或抑

31、制积屑瘤时应尽量避免或抑制积屑瘤的产生。的产生。 孟杰（2）积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1) 1) 使刀具的工作前角增大，刀具变锋利；使刀具的工作前角增大，刀具变锋利； 孟杰（2）积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1) 1) 使刀具的工作前角增大，刀具变锋利；使刀具的工作前角增大，刀具变锋利； 2 2）积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加）积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。工尺寸精度。 孟杰（2）积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1) 1) 使刀具的工作前角增大，刀具变锋利；使刀具的工作前角增大，刀具变锋利； 2 2）积屑瘤前端伸出切削

32、刃外，直接影响加）积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。工尺寸精度。3)3) 积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。度和表面粗糙度。 孟杰（2）积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1) 1) 使刀具的工作前角增大，刀具变锋使刀具的工作前角增大，刀具变锋利；利； 2 2）积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响）积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。加工尺寸精度。3)3) 积屑瘤直接影响工件加工表面的形状积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。精度和表面粗糙度。4)4) 积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、积屑瘤包围着切削

33、刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。刃，减少了刀具的磨损。 孟杰防止积屑瘤的方法防止积屑瘤的方法 孟杰 孟杰 孟杰1.1.切削力的来源切削力的来源（1 1）克服被加工材料对弹性变形的抗力；）克服被加工材料对弹性变形的抗力；（2 2）克服被加工材料对塑性变形的抗力；）克服被加工材料对塑性变形的抗力；（3 3）克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面）克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对加工表面与已加工表面之间的摩擦力；对加工表面与已加工表面之间的摩擦力； 孟杰2.2.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（1 1）总

34、切削力的分解）总切削力的分解V Vc cV Vf f1 1）主切削力）主切削力F Fc c3 3）背向力）背向力F Fp p ( (径向力径向力 ) ) 2 2）进给力）进给力F Ff f ( (轴向力轴向力) ) 孟杰2.2.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（1 1）总切削力的分解）总切削力的分解V Vc cV Vf f22222fPCDCFFFFFFrDPkFFcosrDfkFFsin 孟杰2.2.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（1 1）总切削力的分解）总切削力的分解 V Vc cV Vf fcfcpFFF.F0.6)(0.10)70150( 孟杰3. 切

35、削功率切削功率 消耗在切削过程中的功率称为切削功率消耗在切削过程中的功率称为切削功率PC。kWfnFvFPwxczc310)1000( 孟杰目前采用的切削力测量手段主要有：目前采用的切削力测量手段主要有：用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率的功率PE后，可按下式计算出切削功率后，可按下式计算出切削功率Pc Pc=PE2用测力仪测量切削力用测力仪测量切削力 测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换后，读出在压电晶体上产

36、生的电荷经过转换后，读出Fz、Fx、Fy的值。的值。 孟杰 通过切削力实验建立的车削力实验公式，通过切削力实验建立的车削力实验公式，其一般形式为：其一般形式为： )()()(NKvfaCFNKvfaCFNKvfaCFxFxFxFxxyFyFyFyyzFzFzFzzFncyxpFxFncyxpFyFncyxpFz 孟杰1 1）工件材料的性能对切削力有显著的影响）工件材料的性能对切削力有显著的影响。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。在切削强度和硬度相大，故切削力也

37、愈大。在切削强度和硬度相近的材料时，塑性和韧性越大的材料，切削近的材料时，塑性和韧性越大的材料，切削力也越大。力也越大。 工件：工件：b b、HBHBF FC C工件：塑性、韧性工件：塑性、韧性F FC C 孟杰2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。a a）背吃刀量）背吃刀量aspasp 和进给量和进给量f f对切削力的影响对切削力的影响; ; 背吃刀量背吃刀量aspasp进给量进给量f fAcAc变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力 孟杰 标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢b = 650 Mpa，车刀几何参数为o =10、kr = 45、ls =0。 FCFC

38、K0.15-0.751.0CCSPCvfaF即，即，asp增大一倍，增大一倍，FC也增大一倍；而也增大一倍；而f 增大一倍增大一倍，FC只能增大只能增大68%80。 孟杰2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。b b）切削速度）切削速度VcVc对切削力的影响对切削力的影响; ; 切削塑性材料时切削塑性材料时 孟杰3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。a a） 前角前角 o o对切削力的影响对切削力的影响; ; 刀刃锋利刀刃锋利前角前角 o o变形抗力变形抗力切削力切削力 孟杰3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。a a） 前角

39、前角 o o对对切削力的影响切削力的影响; ; 前角对切削力的影响前角对切削力的影响asp = 4 mm f = 0.25 mm / r 孟杰3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。b b） 主偏角主偏角k kr r 对切削力的影响对切削力的影响; ; rFFDPkcosrFFDfksin 孟杰3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。c c）刃倾角刃倾角l ls s 对切削力的影响对切削力的影响; ; l ls s背前角背前角 p p侧前角侧前角 f fFpFpFfFf 孟杰3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。d d）

40、刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r re e 对切削力的影响对切削力的影响; ; 孟杰3 3）刀具几何参数对切削力的影响）刀具几何参数对切削力的影响。e e）使用切削液）使用切削液 对切削力的影响对切削力的影响; ; 使用切削液，可降低使用切削液，可降低刀具前后刀面的摩擦刀具前后刀面的摩擦F FC C 孟杰 孟杰切削热的产生和传导切削热的产生和传导 孟杰1.1.切削热的产生和传导切削热的产生和传导 孟杰1.1.切削热的来源切削热的来源 ccvFQ 孟杰切削温度的测量切削温度的测量 孟杰 影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 工件材料工件材料 切削用量切削用量 刀具几何参数刀具几何参数 刀具磨损

41、刀具磨损 切削液切削液 孟杰影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(1)(1)工件材料工件材料工件材料的强度、硬度工件材料的强度、硬度 工件材料的导热性工件材料的导热性 孟杰(2)(2)切削用量切削用量 切削速度切削速度vcccvFQ 在切削用量中，在切削用量中，切削速度对切削温度的切削速度对切削温度的影响最大。影响最大。 孟杰(2)(2)切削用量切削用量 进给量进给量材料切除率材料切除率Q = 1000 vc asp ff（但不成正比）（但不成正比）fhhhchDchh 孟杰(2)(2)切削用量切削用量 背吃刀量背吃刀量材料切除率材料切除率Q = 1000 vcasp fAD(散热面积

42、散热面积)=asp fasp（但不成正比）（但不成正比） 孟杰 综上所述，切削用量对切削温度的影响综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。吃刀量最小。 孟杰 因此，切削过程中，如果余量给定，又要求切因此，切削过程中，如果余量给定，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时应：削温度较低，则在选择切削用量时应： 1) 1) 首先优先考虑采用大的背吃刀量；首先优先考虑采用大的背吃刀量； 2) 2) 然后选择一个适当的进给量；然后选择一个适当的进给量； 3) 3) 最后再选择合理的切削速度。最后再选择合理的切削速度。 上述切削

43、用量选择原则是从最低切削温度上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。确定切削用量的原则。 孟杰(3)(3)刀具几何参数刀具几何参数 1 1） 前角前角刀刃锋利刀刃锋利前角前角o变形抗力变形抗力切削力切削力 孟杰(3)(3)刀具几何参数刀具几何参数 2 2） 主偏角主偏角 kr散热面积散热面积 孟杰(4)刀具磨损的影响刀具磨损的影响 在后刀面的磨损值达到一定数值后，对在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈显著。合金钢的强度大，

44、导热影响就愈显著。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大。切削温度的影响，就比切碳素钢时大。 孟杰切削液对切削温度的影响：切削液对切削温度的影响： 降低切削温度最有效的措施是合理使用切削降低切削温度最有效的措施是合理使用切削液。液。切削液的作用切削液的作用 u冷却作用冷却作用u润滑作用润滑作用u排屑作用排屑作用u清洗和防锈作用清洗和防锈作用 孟杰 切削温度高是刀具磨损的主要原因，它将限切削温度高是刀具磨损的主要原因，它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低，使已加工表

45、面产生残余应力以及其它降低，使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。缺陷。（1）切削温度对工件材料强度和切削力的影响）切削温度对工件材料强度和切削力的影响 （2）对刀具材料的影响）对刀具材料的影响（3）对工件尺寸精度的影响。）对工件尺寸精度的影响。（4）利用切削温度自动控制切削速度或进给量。）利用切削温度自动控制切削速度或进给量。（5）利用切削温度与切削力控制刀具磨损。）利用切削温度与切削力控制刀具磨损。 孟杰 孟杰u切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者是连续

46、形式主要有磨损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损，属正常磨损；后者包括脆性的逐渐磨损，属正常磨损；后者包括脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）和塑性破损两种，属非正常磨损。和塑性破损两种，属非正常磨损。u刀具正常磨损的形式有以下几种：刀具正常磨损的形式有以下几种： 孟杰1. 1. 刀具磨损的形式刀具磨损的形式 孟杰(1)磨粒磨损磨粒磨损 在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。磨粒磨损对高速钢作用较明显。浅不一的沟痕。磨粒磨损对高速钢作用较明显。 (2)粘结磨损粘结磨损刀具与工件材料接触到原子间

47、距离时产生的结合刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。现象，称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。破坏造成。低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。要磨损原因。 孟杰 孟杰2.刀具磨损过程及磨钝标准(1)(1)刀具的磨损过程刀具的磨损过程 硬质合金车刀的典型磨损曲线硬质合金车刀的典型磨损曲线 孟杰2.刀具磨损过程及磨钝标准(2)(2)刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准 孟杰2.刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准 孟杰3.刀具磨损过程及磨钝标准(2)刀具的

48、磨钝标准 孟杰1 1）精加工）精加工 VBVB 0.1 mm0.1 mm 0.3mm0.3mm； 粗加工粗加工 VBVB 0.6 mm0.6 mm 0.8mm0.8mm。2 2）工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝）工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝 标准；标准；3 3）粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金）粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金 时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。4 4）加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的）加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的 磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。 孟杰 孟杰(2) (2) 切

49、削速度与刀具寿命的关系切削速度与刀具寿命的关系 vv切削速度切削速度 TT刀具寿命（刀具耐用度）刀具寿命（刀具耐用度） mm指数，表示指数，表示vTvT间影响的程度间影响的程度 CC系数，与刀具、工件材料、切削条件有关系数，与刀具、工件材料、切削条件有关 CTvm 孟杰(3) f(3) f、a ap p与与T T之间的关系之间的关系 式式中，中，CT为耐用度系数；为耐用度系数；m、n、p为指数。为指数。pspnmcTafvCT111 孟杰(4) 刀具耐用度的选择原则 切削用量对刀具寿命的影响程度与切削用量切削用量对刀具寿命的影响程度与切削用量对切削温度的影响程度是一致的对切削温度的影响程度是一

50、致的刀具合理耐用度按两种原则确定刀具合理耐用度按两种原则确定 1 1）最高生产率耐用度）最高生产率耐用度 2 2）最低成本耐用度）最低成本耐用度 孟杰 孟杰u刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。u硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。击作用下，经常发生脆性破损。u脆性破损又分为：脆性破损又分为：1.崩刀崩刀 2.碎断碎断 3.剥落剥落 4.裂纹破损。裂纹破损。 孟杰 孟杰1、评定工件材料的切削加工性的主要指标、评定工件材料的切削加工性的主要指标1）刀具寿命指标：）刀具寿命指标： 切

51、削普通金属材料：用刀具耐用度达到切削普通金属材料：用刀具耐用度达到60min时时允许的切削速度允许的切削速度V60的高低来评定材料的加工性的高低来评定材料的加工性切削难加工金属材料：用刀具耐用度达到切削难加工金属材料：用刀具耐用度达到20min时允许的切削速度时允许的切削速度V20的高低来评定材料的加工的高低来评定材料的加工性。性。同样条件下，同样条件下，V60或或V20大，加工性越好。大，加工性越好。相对加工性：相对加工性：KV=V60/V060 (以以45钢的钢的V60为基准，记为为基准，记为V060） 孟杰2）加工表面粗糙度指标：）加工表面粗糙度指标： 粗糙度值越小，加工性越好。粗糙度值

52、越小，加工性越好。 另外，还用切屑形状是否容易控制、切削另外，还用切屑形状是否容易控制、切削温度高低和切削力大小（或消耗功率多少）温度高低和切削力大小（或消耗功率多少）来评定材料加工性的好坏。来评定材料加工性的好坏。 孟杰2、改善材料切削加工性的措施、改善材料切削加工性的措施1）调整化学成分）调整化学成分 如在不影响工件材料性能的条件下，适当调整化学如在不影响工件材料性能的条件下，适当调整化学成分，以改善其加工性。成分，以改善其加工性。2）材料加工前进行合适的热处理）材料加工前进行合适的热处理 低碳钢通过正火处理后，有利于减小刀具的粘结磨低碳钢通过正火处理后，有利于减小刀具的粘结磨损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度；损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度； 高碳钢球化退火后，可减小刀具磨损；高碳钢球化退火后，可减小刀具磨损；