机械制造技术第二章

1、2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础2-2 2-2 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形2-32-3 切屑的类型及控制切屑的类型及控制2-42-4 切削力切削力2-5 2-5 切削热和切削温度切削热和切削温度2-6 2-6 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择2-7 2-7 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择2-8 2-8 磨削原理磨削原理基本定义基本定义介绍金属切削过程方面的一些基介绍金属切削过程方面的一些基本概念，它包括切削运动、切削用量、主剖面本概念，它包括切削运动、切削用量、主剖面参考系、刀具标注角度、切削层参数等。参考系、刀具标注角度

2、、切削层参数等。刀具材料刀具材料介绍刀具材料应具备的基本性能；介绍刀具材料应具备的基本性能；两种常用的刀具材料两种常用的刀具材料( (高速钢、硬质合金高速钢、硬质合金) )和其和其它刀具材料它刀具材料( (涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼化硼) )。内容提要内容提要 金属切削加工：金属切削加工：是利用刀具从工件毛坯上切去一层是利用刀具从工件毛坯上切去一层多余的金属，从而使工件达到规定的几何形状、尺多余的金属，从而使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。寸精度和表面质量的加工方法。切削加工必须具备三个条件：切削加工必须具备三个条件：刀具与工件要有相

3、对运动刀具与工件要有相对运动切削运动切削运动刀具具有适当的几何参数刀具具有适当的几何参数切削角度切削角度刀具材料具有一定的切削性能刀具材料具有一定的切削性能切削刀具切削刀具2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础特点：特点：速度低、消耗的功率小。速度低、消耗的功率小。有一个或多个。有一个或多个。使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。2. 2.进给运动：进给运动：特点：特点：在整个运动系统中在整个运动系统中 速度最高、消耗的速度最高、消耗的功率最大。功率最大。主运动主运动只有一个。只有一个。1. 1.主运动：主运动： 切下切屑最主

4、要的运动。切下切屑最主要的运动。为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。一、切削运动与切削中的工件表面一、切削运动与切削中的工件表面2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础主运动和进给运动合成后的运动称为合成切削运动。主运动和进给运动合成后的运动称为合成切削运动。3. 3. 工件上的三个表面工件上的三个表面已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面nf f已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面d dw wd dm m2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础2-1 2-1 金属切削刀具基础金属

5、切削刀具基础2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础二、切削要素二、切削要素（一）切削用量三要素（一）切削用量三要素1 1、切削速度（、切削速度（V V）m/s单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。601000ndvw6010002rLnv旋转运动旋转运动（m/s）往复直线运动往复直线运动（m/s）nf f2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础2 2、进给量（、进给量（f f） （mmmm） 工件或刀具转一周工件或刀具转一周(或往或往复复一次一次)，两者沿进给运动方，两者沿进给运动方向的相对位移。向的相对位移。进给速度进给

6、速度(Vf)： 单位时间的进给量。单位时间的进给量。（mm/s）3 3、背吃刀量（、背吃刀量（a ap p）（mmmm）2mwpddad dm md dw wf fn1 12 2f fapKrKrfznfnzfV为每齿进给量为每齿进给量zf2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础d dm md dw wf fn（二）切削层参数（二）切削层参数切削层切削层: :切削刃在一次切削刃在一次走刀中从工件上切下走刀中从工件上切下的一层材料。的一层材料。即两个相邻加工表面即两个相邻加工表面之间的那一层金属。之间的那一层金属。1 12 2f fa ap pKrKrf fa ap pKrKr2-1 2

7、-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础两相邻加工表面之间的垂直距离。两相邻加工表面之间的垂直距离。h hD DrDkfhsin（mm）沿过渡表面度量的切削层的长度。沿过渡表面度量的切削层的长度。b bD DrpDkabsin（mm）DDpDbhafA（mm2）a ap pf fKrKrf fn1 12 2f fa ap pK Kr r2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础1) 1)切削厚度（切削厚度（ ） （mmmm）Dh2)2)切削宽度（切削宽度（ ） （mmmm）Db3)3)切削面积（切削面积（ ） （mmmm2 2）DA刀具上承担切削工作的部分称为刀具的切削部分。刀具上承担切削

8、工作的部分称为刀具的切削部分。 三、刀具角度三、刀具角度切削部分切削部分夹持部分夹持部分刀具的组成刀具的组成2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础（一）刀具切削部分的结构要素：（一）刀具切削部分的结构要素： 车刀的组成车刀的组成 三面三面 前刀面前刀面A A 后刀面后刀面A A 副后刀面副后刀面A A 两刃两刃 主切削刃主切削刃 S S 副切削刃副切削刃 SS 一尖一尖 过渡刃过渡刃 ：切屑沿其流出的表面。切屑沿其流出的表面。：与过渡表面相对的面。与过渡表面相对的面。：与已加工表面相对与已加工表面相对的面。的面。2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础一尖二刃三刀面一尖二刃三

9、刀面刀具刀具刀体刀体刀头刀头切削部分：切削部分：夹持部分夹持部分自由切削：自由切削：只有一条直线刀刃参加切削。只有一条直线刀刃参加切削。非自由切削：非自由切削：曲线刃或主副切削刃同时参加切削。曲线刃或主副切削刃同时参加切削。2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础（二）刀具标注角度的参考系（二）刀具标注角度的参考系 刀具要从工件上切除材料，就必须具有一刀具要从工件上切除材料，就必须具有一定的定的切削角度切削角度。切削角度决定了刀具切削部分。切削角度决定了刀具切削部分各表面之间的相对位置。各表面之间的相对位置。 为了确定和测量刀具的角度，必须引入一个为了确定和测量刀具的角度，必须引入一个

10、由三个参考平面组成的由三个参考平面组成的空间坐标参考系空间坐标参考系。组成。组成刀具标注角度参考系的各参考平面定义如下：刀具标注角度参考系的各参考平面定义如下：2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础基面基面PrPr切削平面切削平面PsPs正交剖面正交剖面PoPo 2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础 基面基面PrPr：过切削刃过切削刃某选定点某选定点x x，与主运动速度方向，与主运动速度方向 相垂直的平面。相垂直的平面。 切削平面切削平面PsPs：过切削刃过切削刃某选定点某选定点x x，与刀刃相切与刀刃相切且且 垂直于基面垂直于基面PrPr的平面。的平面。 正交剖面正交剖

11、面PoPo：过切削刃过切削刃某选定点某选定点x x，同时垂直于基面，同时垂直于基面 Pr Pr和切削平面和切削平面PsPs的平面。的平面。PrPr 、PsPs和和PoPo组成标注刀具角度的正交平面参考系。组成标注刀具角度的正交平面参考系。2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础正交平面参考系正交平面参考系2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础（三）刀具的标注角度（三）刀具的标注角度 在刀具的在刀具的标注角度参考系标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。方位角度，称为刀具标注角度。标注

12、角度应标注在刀具标注角度应标注在刀具的设计图中，用于刀具制造、刃磨和测量。的设计图中，用于刀具制造、刃磨和测量。 在切削刃是曲线或前、后刀面是曲面的情况下，在切削刃是曲线或前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的角度时，应该用通过切削刃选定点的切线定义刀具的角度时，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面。或切平面代替曲刃或曲面。2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础外圆车刀正交剖面参考系的标注角度外圆车刀正交剖面参考系的标注角度在正交剖面参考系中的标注角度：在正交剖面参考系中的标注角度：（1 1）主偏角主偏角r r （2 2）刃倾角刃倾角s s （3 3）前角前角o o （4

13、 4）后角后角o o“一刃四角一刃四角” （5 5）副偏角副偏角rr （6 6）副后角）副后角o o 派生角度：派生角度： 楔角楔角oo、刀尖角、刀尖角rr 2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础（1 1）主偏角（）主偏角（KrKr）（2 2）副偏角（）副偏角（KrKr）1 1、在基面、在基面PrPr内标注的角度内标注的角度: : 主切削刃在基面上的主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角。投影与进给方向间夹角。nf fKrKrk kr r 副切削刃在基面上的投副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。影与进给运动反方向间夹角。（3 3）刀尖角（）刀尖角（r r）r rrrrKK1

14、802-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础主偏角主偏角Kr、副偏角副偏角Kr越大，残留面越大，残留面积越大，表面粗糙积越大，表面粗糙度越大。度越大。nf fk kr rKrKr主、副偏角的作用及选用主、副偏角的作用及选用2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础主偏角主偏角Kr越小，进给抗力越小，进给抗力越小，切深抗力越大，加越小，切深抗力越大，加大工件的变形挠度，容易大工件的变形挠度，容易引起系统振动。引起系统振动。nf fk kr rKrKr主、副偏角的作用及选用主、副偏角的作用及选用2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础选用选用系统刚性好：取较小的系统刚性好：取

15、较小的krkr，10103030、4545。系统刚性差：取较大的系统刚性差：取较大的krkr，6060、7575、9090。主、副偏角的作用及选用主、副偏角的作用及选用2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础ponf fkrkrKrKr 0 0 0 0prps2 2、在正交平面、在正交平面P Po o标注的角度标注的角度: : （1 1）前角（）前角（o o）：）：前刀面与基面间夹角。前刀面与基面间夹角。 （2 2）后角后角( (o o) )：主后刀面与主切削平面间夹角。主后刀面与主切削平面间夹角。 （3 3）楔）楔角角( (o o) )：前刀面与主后刀面间夹角。前刀面与主后刀面间夹角

16、。0 0正交平面正交平面2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础作用作用影响切削力大小影响切削力大小；影响刀头强度和散热条件。影响刀头强度和散热条件。 0 0前角的作用及选用前角的作用及选用前角前角表示前刀面的倾斜程度表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分。，有正、负和零值之分。2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础前角的作用及选用前角的作用及选用前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热。前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热。选择选择加工塑性材料和精加工加工塑性材料和精加工取大前角取大前角（ ）0加工脆性材料和粗加工加工脆性材料和粗加工取小前角（取小前角

17、（ ）02-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础 0 0 0后角的作用及选用后角的作用及选用后角后角表示主后刀面的倾斜程度表示主后刀面的倾斜程度，一般为，一般为正正值。值。减小主后刀面与加减小主后刀面与加工表面的摩擦。工表面的摩擦。选用选用加工塑性材料和精加工加工塑性材料和精加工取大后角取大后角（ ） 0加工脆性材料和粗加工加工脆性材料和粗加工取小后角取小后角（ ） 02-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础刃倾角（刃倾角（ S S）3 3、在切削平面、在切削平面P PS S标注的角度标注的角度: :nf fkrkrKrKr 0 0 0 0prpsAA向主切削刃与主切削刃与基面

18、之间的基面之间的夹角。夹角。（-5+5）。）。2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础刃倾角的作用及选用刃倾角的作用及选用作用：作用：影响切屑流出方向。影响切屑流出方向。选用：选用：粗加工：可取零或负（粗加工：可取零或负（ S S =0=0、- - S S ）精加工：取精加工：取 正（正（+ + S S ）当主切削刃与基面平行时，当主切削刃与基面平行时，ss=0=0；刀尖为主切削刃最低点时，刀尖为主切削刃最低点时，ss0 0；刀尖为主切削刃上最高点是，刀尖为主切削刃上最高点是，ss0 0。2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础直角切削：直角切削：ss0 0的切削，主切削刃与切

19、削速度方向垂直的切削，主切削刃与切削速度方向垂直 斜角切削：斜角切削：s0s0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直 2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础外圆车刀正交剖面参考系的标注角度外圆车刀正交剖面参考系的标注角度在正交剖面参考系中的标注角度：在正交剖面参考系中的标注角度：（1 1）主偏角主偏角r r （2 2）刃倾角刃倾角s s （3 3）前角前角o o （4 4）后角后角o o“一刃四角一刃四角” （5 5）副偏角副偏角rr （6 6）副后角）副后角o o 派生角度：派生角度： 楔角楔角oo、刀尖角、刀尖角rr 2-1 2-1 金属切削刀具

20、基础金属切削刀具基础 刀具安装高低的影响刀具安装高低的影响（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作角度2-1 2-1 金属切削刀具基础金属切削刀具基础w四四. .刀具工作角度的分析刀具工作角度的分析w w 刀具的标注角度是在假定运动条件和假定安装条件情刀具的标注角度是在假定运动条件和假定安装条件情况下定义得出。实际上，在切削加工中，由于进给运动况下定义得出。实际上，在切削加工中，由于进给运动的影响，或刀具相对于工件安装位置发生变化时，会使的影响，或刀具相对于工件安装位置发生变化时，会使刀具的实际切削角度发生变化。刀具在工作状态下的切刀具的实际切削角度发生变化。刀具在工作状态下的切削角度，称为刀具的

21、工作角度。削角度，称为刀具的工作角度。w w 在车削在车削(切断、车螺纹、车丝杠切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、镗孔、铣削等加工中，、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。w35w1 1）横向进给运动（如切断）横向进给运动（如切断）w36w2 2）轴向进给运动（如切削螺纹）轴向进给运动（如切削螺纹）w 轴向进给车外圆时，合成切削运动产生轴向进给车外圆时，合成切削运动产生的加工轨迹是阿基米德螺旋线，从而使工作前的加工轨迹是阿基米德螺旋线，从而使工作前角角oeoe增大、工作后角增大、工

22、作后角oeoe 减小减小( (图图2-102-10) ) 。w37 图210 轴向进给运动对工作角度的影响w38v用刃倾角用刃倾角s=0车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，工于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，工作前角作前角oe增大，而工作后角增大，而工作后角oe减小。减小。v若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情况正若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情况正好相反。好相反。v加工内表面时，情况与加工外表面相反。如图加工内表面时，情况与加工外表面相反。如图2-11所所示。示。w（3 3）刀具安装位置对刀具工

23、作角度的影响）刀具安装位置对刀具工作角度的影响w1)1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响刀尖安装高低对工作前、后角的影响w图图211w39图图211 刀尖安装高低对工作角度的影响刀尖安装高低对工作角度的影响w40v当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动针转动G G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小。如将减小。如图图2-122-12所示。所示。w2 2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响w41图212车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响w422-3、金属切削过程的物理现象、金

24、属切削过程的物理现象一、变形区的划分一、变形区的划分 第第变形区（基本变形区）变形区（基本变形区） 从从OA线开始发生塑性变形，到线开始发生塑性变形，到OE线晶粒的剪切滑移基本完成。将这一区域线晶粒的剪切滑移基本完成。将这一区域 OAEO称为第称为第变形区（变形区（OA称为始滑移线，称为始滑移线，OE称为终滑移线。）称为终滑移线。） 第第变形区变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层的切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层的 金属将发生金属将发生 塑性变形。这部分称为第塑性变形。这部分称为第变形区。变形区。 第第变形区变形区 在刀具钝圆半径及后刀面

25、的挤压、摩擦作用下，已加工表面的表层金属也将发在刀具钝圆半径及后刀面的挤压、摩擦作用下，已加工表面的表层金属也将发 生塑性变形。这部分称为第生塑性变形。这部分称为第变形区。变形区。 第第变形区变形区剪切滑移区剪切滑移区 第第变形区变形区挤压摩擦区挤压摩擦区 第第变形区变形区挤挤压摩擦回弹区压摩擦回弹区 二、二、切屑的类型切屑的类型切塑性材料切塑性材料切脆性材料切脆性材料0vac0 v ac0 v ac0vac 带状切屑带状切屑切削平稳，切削平稳，力波动小力波动小，加工面光洁。加工面光洁。 挤裂切屑挤裂切屑切削较不平切削较不平稳，力波动稳，力波动较大。较大。单元切屑单元切屑切削不平稳，切削不平稳

26、，力波动大，力波动大，加工表面粗糙，加工表面粗糙，少见。少见。不平稳，表不平稳，表面粗糙。应面粗糙。应0vac崩碎切屑崩碎切屑它的内表面是光滑的，外表面呈它的内表面是光滑的，外表面呈毛茸状。加工塑性金属时，在切削毛茸状。加工塑性金属时，在切削厚度较小、切削速度较高、刀具前厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的工况条件下常形成此类切角较大的工况条件下常形成此类切屑。屑。1、带状切屑：、带状切屑：2、节状切屑：、节状切屑： 又称挤裂切屑。它的外表面呈锯又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。在切削齿形，内表面有时有裂纹。在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前速度较低、切削厚度较大、刀具前

27、角较小时常产生此类切屑。角较小时常产生此类切屑。 又称单元切屑。在切屑形成过又称单元切屑。在切屑形成过程中，如剪切面上的剪切应力超过程中，如剪切面上的剪切应力超过了材料的断裂强度，切屑单元从被了材料的断裂强度，切屑单元从被切材料上脱落，形成粒状切屑。切材料上脱落，形成粒状切屑。3、粒状切屑：、粒状切屑： 加工脆性材料，切削厚度加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这类切屑。越大越易得到这类切屑。4、崩碎切屑：、崩碎切屑：切 屑 的 形切 屑 的 形状大体有带状大体有带状屑、状屑、C C型屑、型屑、崩碎屑、螺崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、长紧卷屑、发条卷屑、发条状屑、状屑、宝塔宝塔状屑等。状屑等。定义：

28、定义：中速切削塑性材料中速切削塑性材料并能形成并能形成带状切屑带状切屑时，时，在刀具前刀面刃口附近粘附的楔状金属物。在刀具前刀面刃口附近粘附的楔状金属物。一定温度、压一定温度、压力作用下，切屑底层力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接，与前刀面发生粘接，粘接金属严重塑性变粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化。形，产生加工硬化。切屑刀具积屑瘤 积屑瘤积屑瘤对切削过程的影响对切削过程的影响 （1 1）保护刀具）保护刀具 （2 2）增大前角）增大前角 （3 3）增大切削厚度）增大切削厚度 （4 4）使加工表面粗糙度增加）使加工表面粗糙度增加 （5 5）加速刀具磨损）加速刀具磨损 精加工时避免或减小积屑瘤的

29、措施精加工时避免或减小积屑瘤的措施控制切削速度，尽量采用很低或很高的速度，控制切削速度，尽量采用很低或很高的速度，避开中速区；避开中速区；使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦；使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦；增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力；增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力；提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。 一、切削力的来源一、切削力的来源来源：来源：l l）克服切削层材料和工克服切削层材料和工件表面层材料对弹性变形、件表面层材料对弹性变形、塑性变形的抗力。塑性变形的抗力。2 2）克服刀具与切屑、刀克服刀具与切屑、刀具与工件表面间摩擦阻力具与工件表

30、面间摩擦阻力所需的力。所需的力。 切削力：切削力：切削时，使被加工材料发生变形而成为切屑所需的力。切削时，使被加工材料发生变形而成为切屑所需的力。四、四、切削力切削力将将 F F 沿速度方向、轴向沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的方和径向三个相互垂直的方向分解为向分解为F Fc c、F Ff f、F Fp p。FFCFf222pfcFFFFFP二、切削合力及分解二、切削合力及分解 主切削力（切向分力）主切削力（切向分力）FcFc是是F F在切削速度方向上的分力。在切削速度方向上的分力。主切削力消耗的功率占总功率的主切削力消耗的功率占总功率的95%95%以上。是计算机床动力及主要以上。是计算机

31、床动力及主要传动零件强度和刚度的依据。传动零件强度和刚度的依据。 进给力（轴向分力）进给力（轴向分力）F Ff f是是F F在进给方向上的分力。在进给方向上的分力。消耗的功率仅占总功率的消耗的功率仅占总功率的1 15%5%。是设计和计算进给。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。机构零件强度和刚度的依据。 背向力（径向分力）背向力（径向分力）FpFp是是F F在切削深度方向上的分力。在切削深度方向上的分力。FFCFfFP式中式中 F Fc c 主切削力（主切削力（N N）；）； V Vc c 主运动速度（主运动速度（m/sm/s）。）。 式中式中 机床传动效率，通常机床传动效率，通常= 0

32、.75= 0.750.85 0.85 三切削功率三切削功率kWvFPccc310KWPPcEccFcFcFyxpFCKfaCF例：用例：用o=15o、Kr=75o的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆cFpcKfaF84. 01609;关的系数与工件材料刀具材料有cFC;指数、ccFFyx关的修正系数。、刀具磨损及切削液有与切削用量、刀具角度cFK 三切削力经验公式三切削力经验公式可见对切削力的影响：可见对切削力的影响： 工件、刀具材料影响最大；工件、刀具材料影响最大； 背吃刀量影响背吃刀量影响 进给量进给量四、影响切削力的因素四、影响切削力的因素 工件材料的强度、硬度越

33、高，切削力越工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。相对较小。 （1 1）切削深度切削深度a ap p和进给量和进给量f f 背吃刀量背吃刀量a ap p进给量进给量f fA Ac c变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力FCFCK0.15-0.751.0CCPcvfaF 由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大观点出发，在切除相同余量的条件下，增大 f f 比增大

34、比增大a ap p 更为有利。更为有利。（2）切削速度）切削速度Cv5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响切削速度对切削力的影响 切削塑性材料切削塑性材料时，切削速度是通时，切削速度是通过影响切削变形程过影响切削变形程度来影响切削力，度来影响切削力，切削变形大，则切切削变形大，则切削力大。削力大。 切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小。刀面的摩擦均比较小。c c对切削力没有显著影响。对切削力没有显著影响。 前角对0切削力的影响

35、前角0切削力F0 - Fc0 Fp0 Ff 主偏角r对切削力的影响主偏角r / 切削力/ N3045607590r - Fcr Ffr Fp2006001000140018002200 主偏角主偏角r r 对主切削力影响不大，对背向力和进给力影对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（响显著（ r r F Fp p，F Ff f）。）。 前角前角0 0 增大，切削力减小。增大，切削力减小。 3 3、刀具几何参数的影响、刀具几何参数的影响 刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力间的摩擦，而影响切削力 ； 切削液：有润滑作用，使切削力

36、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，对背向力刀面磨损：使切削力增大，对背向力F Fp p的的影响最为显著。影响最为显著。 与主偏角相似，刃倾角与主偏角相似，刃倾角s s对主切削力影响不大，对对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（背向力和进给力影响显著（ s s F Fp p，F Ff f） 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径 r r 对主切削力影响不大，对背向力对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（和进给力影响显著（ r r F Fp p，F Ff f） 。 3 3、刀具几何参数的影响、刀具几何参数的影响 一、切削热的产生与传导一、切削热的产生与传导 二

37、是二是切屑与前刀面、工件与切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。后刀面间产生的摩擦热。 切削过程中消耗的功将切削过程中消耗的功将绝大部分转化成（约绝大部分转化成（约 99%99%）转换为热量，即转换为热量，即切削热切削热。 切削热切削热工件切屑刀具 切削热的来源与传出切削热来源于两个方面：切削热来源于两个方面：一是一是切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量；切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量；cVccFQ五、五、切削热和切削温度切削热和切削温度 切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切削液）向外传导。影响散热的主要因素是：削液）向

38、外传导。影响散热的主要因素是：（3）周围介质）周围介质加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削5080%1040%5%铣削铣削70%50%15%磨削磨削4%80%12%（1 1）工件材料的导热系数工件材料的导热系数（2 2）刀具材料的导热系数刀具材料的导热系数（4 4）切屑与刀具的接触切屑与刀具的接触 时间时间目前测量切削温度常用目前测量切削温度常用热电偶法热电偶法自然热电偶法自然热电偶法人工热电偶法人工热电偶法 二、影响切削温度的主要因素二、影响切削温度的主要因素q 切削用量的影响切削用量的影响 两方面的影响：两方面的影响：切削热的产生与传出。切削热的产生与传出。切削温度是指刀具前刀

39、面刀屑接触区的切削温度是指刀具前刀面刀屑接触区的平均温度平均温度。afvCxyzpc式中式中 前刀面接触区的平均温度前刀面接触区的平均温度( ( C)C)； C C 与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削 温度系数；温度系数； Z Z、Y Y、X X v vc c、f f、a ap p 的指数。的指数。afvCxyzpc 为有效控制切削温度以提高刀具耐用度，选用为有效控制切削温度以提高刀具耐用度，选用大的背吃刀量或进给量，比选用大的切削速度大的背吃刀量或进给量，比选用大的切削速度有利。有利。 切削用量中，切削用量中，V 对对影响最大，影响最大，f 次之

40、，次之，ap最小。最小。afvCxyzpc q 刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 1. 1. 前角前角0 0 0 变形程度变形程度F， Q 2. 2. 主偏角主偏角KrKr KrKr，切削刃的工作长度切削刃的工作长度 ，且刀尖角减小，使，且刀尖角减小，使散热面积散热面积3. 3. 负倒棱和刀尖圆弧半径负倒棱和刀尖圆弧半径b b1 1 、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，两者趋于平衡对对影响很小影响很小 q 工件材料的影响工件材料的影响 q 刀具磨损的影响刀具磨损的影响 q 冷却液的影响冷却液的影响 切削液对切削液对切削温度、切削温度、

41、 刀具磨损、刀具磨损、加工质量加工质量有明显效果。有明显效果。 六、刀具磨损及刀具寿命六、刀具磨损及刀具寿命刀具失效形式：刀具失效形式：磨损磨损（正常工作时逐渐产生的损耗）（正常工作时逐渐产生的损耗） 破损破损（突发的破坏，随机的）（突发的破坏，随机的）一、刀具的磨损形式一、刀具的磨损形式（一）前刀面磨损（一）前刀面磨损 切塑性材料，切塑性材料，v v 和和a ac c（0.1mm)0.1mm)较大时，在前刀面上形成较大时，在前刀面上形成月牙洼月牙洼磨损，磨损，以最大深度以最大深度KT KT 表示表示。（二）后刀面磨损（二）后刀面磨损 切脆性材料或切脆性材料或V V和和a ap p（0.1mm

42、)0.1mm)较小切塑性材料时较小切塑性材料时, ,主要发生这种主要发生这种磨损。磨损。（三）前后刀面同时磨损（三）前后刀面同时磨损 后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为最大值为VCVC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以度以VBVB表示；边界处磨损严重，以表示；边界处磨损严重，以VNVN表示。表示。刀具磨损及刀具寿命刀具磨损及刀具寿命二、刀具磨损机制二、刀具磨损机制刀具磨损是刀具磨损是机械的、热的和化学的机械的、热的和化学的三种作用的综合结果。三种作用的综合结果。 （一）（一）硬质点磨损硬质点磨损（磨粒磨损（磨粒

43、磨损） 切屑或工件表面上的切屑或工件表面上的硬质点硬质点对刀具表面对刀具表面刻划作用刻划作用造成的造成的机械磨损。机械磨损。 低速切削时，磨粒磨损是刀具磨损的主要原因。低速切削时，磨粒磨损是刀具磨损的主要原因。 刀具与切屑、工件间存在刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦高温高压和强烈摩擦，达到原，达到原子间结合而产生粘结现象，又称为冷焊。相对运动使子间结合而产生粘结现象，又称为冷焊。相对运动使粘结粘结点破裂点破裂而被工件材料带走，造成冷焊粘结磨损。而被工件材料带走，造成冷焊粘结磨损。 （二）冷焊磨损（二）冷焊磨损 刀具磨损及刀具寿命刀具磨损及刀具寿命 刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双

44、方化学元素在刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素在固固态下互相扩散态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。，使刀材成分、结构改变造成磨损。 高速切削高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。（三）扩散磨损（三）扩散磨损 一定温度一定温度下，刀具材料与空气、切削液中的化学成分起作用，下，刀具材料与空气、切削液中的化学成分起作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。生成较软的化合物，造成刀具磨损。 化学磨损主要发生在化学磨损主要发生在较高速切削较高速切削条件下。条件下。（四）化学磨损（四）化学磨损（五）相变磨损（五）相变磨损 刀具磨损及刀具寿命刀具磨损及刀

45、具寿命三、刀具磨损过程及磨钝标准三、刀具磨损过程及磨钝标准1. 1. 初期磨损阶段初期磨损阶段 刀具磨损很快。刀具磨损很快。w（一）刀具磨损过程（一）刀具磨损过程 2.2. 正常磨损阶段正常磨损阶段 VB与切削时间近似正比，与切削时间近似正比，斜率表示磨损强度。斜率表示磨损强度。3. 3. 急剧磨损阶段急剧磨损阶段 刀具已经钝化，若继续切削，则切削力、温度急升，刀具磨刀具已经钝化，若继续切削，则切削力、温度急升，刀具磨损加剧，刀具的切削能力很快就会完全丧失。损加剧，刀具的切削能力很快就会完全丧失。 刀具磨损及刀具寿命刀具磨损及刀具寿命1. 1. 小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；

46、小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝； 2. ISO2. ISO标准规定以标准规定以1/2 1/2 a ap p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0.80.81.2 1.2 粗车合金钢粗车合金钢0.40.40.5 0.5 精车碳钢精车碳钢0.10.10.3 0.3 系统刚性大、高速钢系统刚性大、高速钢 ， 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。

47、 3. 3. 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。（二）刀具磨钝标准（二）刀具磨钝标准w 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为称为磨钝标准磨钝标准。 刀具磨损及刀具寿命刀具磨损及刀具寿命四、刀具寿命及其与切削用量的关系四、刀具寿命及其与切削用量的关系 刃磨后刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的的总切削时间总切削时间。单位用单位用min或或s 。（一）刀具寿命（一）刀具寿命T刀具总寿命刀具寿命刀具总寿命刀具寿命刃磨次数

48、刃磨次数 刀具总寿命：刀具总寿命：新刀具从新刀具从开始使用开始使用经多次重磨到经多次重磨到报废报废为为止的总切削时间。止的总切削时间。 刀具磨损及刀具寿命刀具磨损及刀具寿命（二）刀具耐用度与切削速度的关系（二）刀具耐用度与切削速度的关系图图 各种切削速度下的刀具磨损曲线各种切削速度下的刀具磨损曲线 1 1 切削速度与刀具耐用度的关切削速度与刀具耐用度的关系用试验法得到。系用试验法得到。刀具刀具TvTv关系直线方程为：关系直线方程为：LgVc=-mlgT+lgC0V C= C0/ T m进给量与刀具耐用度的关系进给量与刀具耐用度的关系 f=Cf=C1 1/T/Tg g背吃刀量刀具耐用度的关系背吃

49、刀量刀具耐用度的关系 a ap p=C=C2 2/T/Th h同理：同理： 刀具磨损及刀具寿命刀具磨损及刀具寿命hgmTpcaTfC111v式中，CT是与切削条件有关的常数；m、g、h为指数 切削用量对刀具耐用度切削用量对刀具耐用度T T的影响程度与切削用量对的影响程度与切削用量对切削温度切削温度的影响程度是一致的，切削速度对刀具寿命的影响程度是一致的，切削速度对刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响很小。的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响很小。一般情况下，一般情况下，mg4040 m m) )和和微粉微粉( (颗粒尺寸颗粒尺寸4040 m m) )两类。两类。2-6 2-6 磨削原理磨削原理 磨软而韧