第1章金属切削的基础知识(刀具几何参数的合理选择)

1、第一章第一章 金属切削的基础知识金属切削的基础知识Chapter 1 Metal Cutting 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择 l保证加工质量保证加工质量（前提）（前提）l获得最高刀具耐用度获得最高刀具耐用度l从而能够达到提高切削效率从而能够达到提高切削效率l降低生产成本降低生产成本刀具的合理几何参数刀具的合理几何参数前前角角的的功功用用影响表面质量影响表面质量影响切削力和切削功率影响切削力和切削功率影响刀具耐用度影响刀具耐用度影响断屑效果影响断屑效果1. 前角的选择前角的选择合合理理选选择择前前角角材料强度、硬度较低时，材料强度、硬度较低时，宜大宜大塑性材料塑性材料宜大；脆性

2、材料宜大；脆性材料宜小宜小粗加工、断续切削、加工铸锻件，粗加工、断续切削、加工铸锻件，宜小宜小刀具韧性好时刀具韧性好时宜大宜大特定特定要求要求选择选择前角前角成形刀具、展成刀具成形刀具、展成刀具宜小宜小工艺系统刚性差、机床功率不足时工艺系统刚性差、机床功率不足时宜大宜大自动化机床、数控机床自动化机床、数控机床宜小宜小后后角角的的功功用用减少后刀面与工件表面的摩擦减少后刀面与工件表面的摩擦但但 ，刀刃强度，刀刃强度 ， 散热体积散热体积 ，加剧刀具磨损。，加剧刀具磨损。2. 后角的选择后角的选择 ，刃口锋利，刃口锋利合合理理选选择择后后角角材料强度、硬度较高时，材料强度、硬度较高时，宜小宜小塑性

3、材料塑性材料宜大；脆性材料宜大；脆性材料宜小宜小粗加工、断续切削、加工铸锻件，粗加工、断续切削、加工铸锻件，宜小；精加工、连续切削宜小；精加工、连续切削宜大宜大刀具韧性好时刀具韧性好时宜大宜大定尺寸刀具定尺寸刀具宜小宜小主主偏角偏角及副偏及副偏角的角的功用功用影响刀具耐用度：影响刀具耐用度：kr、kr小，则小，则切削刃增长，散热好。切削刃增长，散热好。影响切削分力比例：影响切削分力比例：kr Ff ,Fp 影响排屑、断屑效果影响排屑、断屑效果3. 主偏角及副偏角的选择主偏角及副偏角的选择 影响表面粗糙度影响表面粗糙度 合合理理选选择择主主、副副偏偏 角角 材料强度、硬度高时，材料强度、硬度高时

4、，k kr r宜小宜小工艺系统刚性好，工艺系统刚性好，k kr r、k kr r宜小；宜小；工艺系统差时，工艺系统差时，k kr r 9090粗加工、半精加工，粗加工、半精加工，k kr r宜大宜大精加工精加工k kr r宜小。且需宜小。且需k kr r= 0 = 0 的修光刃的修光刃增大刀具的实际前角增大刀具的实际前角 刃刃倾倾角角的的功功 用用 影响切屑流向影响切屑流向 影响刀具锋利性影响刀具锋利性 保护刀尖（取负刃倾角时）保护刀尖（取负刃倾角时） 使切削平衡（常用负刃倾角）使切削平衡（常用负刃倾角） 影响切削分力的比例影响切削分力的比例 4. 刃倾角的选择刃倾角的选择 粗加工、有冲击载荷

5、、断续切削时，取粗加工、有冲击载荷、断续切削时，取 0（防切屑划伤已加工表面）（防切屑划伤已加工表面） 材料强度、硬度高时，取材料强度、硬度高时，取 0 0 0 微量精车时，微量精车时，0 0 金刚石、立方氮化硼车刀，取金刚石、立方氮化硼车刀，取 0 80m/min；使用高速钢刀具时，宜用低速切削，；使用高速钢刀具时，宜用低速切削，v=38m/min）切削用量对生产率的影响切削用量对生产率的影响 由由 P = 1 / tm 推出：推出：P = A0apfv由此可知：由此可知：ap、f、v 中任一参数增加一倍，中任一参数增加一倍，P即增加一倍。即增加一倍。切削用量对刀具耐用度的影响切削用量对刀具

6、耐用度的影响由由 可知，可知， ap、f、v 中任一参数中任一参数 T ppnmTafvCT111=通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过程、工艺系统状态等，通过查工艺手册，或根据实程、工艺系统状态等，通过查工艺手册，或根据实际情况和实践经验予以确定。际情况和实践经验予以确定。1. 切削用量的选择原则切削用量的选择原则 根据零件加工余量和粗、精加工要求，选根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量定背吃刀量ap。根据加工工艺系统允许的切削力，其中包根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度以及精加工时括机床进给系统、工件刚

7、度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量。表面粗糙度要求，确定进给量。根据刀具寿命，确定切削速度根据刀具寿命，确定切削速度vc。所选定的用量应该是机床功率允许的。所选定的用量应该是机床功率允许的。一组切削用量必须考虑到加工余量、刀具一组切削用量必须考虑到加工余量、刀具寿命、机床功率、表面粗糙度和工艺系统寿命、机床功率、表面粗糙度和工艺系统的刚度等因素。的刚度等因素。背吃刀量背吃刀量ap的合理选择的合理选择 背吃刀量背吃刀量ap一般是根据加工余量来确定一般是根据加工余量来确定 粗加工（表面粗糙度粗加工（表面粗糙度Ra5012.5m）时，尽可）时，尽可能一次走刀即切除全部余量，可取能一次走刀即切除

8、全部余量，可取ap810mm 半精加工（半精加工（Ra6.33.2m）时，取）时，取ap0.52mm 精加工（精加工（Ra1.60.8m）时，取）时，取ap0.10.4mm 2. 切削用量的合理选择切削用量的合理选择 进给量进给量 f 的合理选择的合理选择 粗加工时，对表面质量没有太高的要求，粗加工时，对表面质量没有太高的要求，而切削力往往较大，合理的而切削力往往较大，合理的 应是工艺系应是工艺系统刚度所能承受的最大进给量。统刚度所能承受的最大进给量。精加工时，进给量主要受加工表面粗糙度精加工时，进给量主要受加工表面粗糙度限制，一般取较小值。限制，一般取较小值。切削速度切削速度vc的合理选择的

9、合理选择粗车时，粗车时，ap、 均较大，故均较大，故v宜取较小值宜取较小值精车时精车时ap、 均较小，所以均较小，所以v宜取较大值宜取较大值工件材料强度、硬度较高时，选较小的工件材料强度、硬度较高时，选较小的v值值反之，宜选较大的反之，宜选较大的v值值在同等条件下，易切钢的在同等条件下，易切钢的v高于普通碳钢的高于普通碳钢的v ；加工灰铸铁；加工灰铸铁的的v低于碳钢的低于碳钢的v ；加工铝铜合金的；加工铝铜合金的v高于加工钢的高于加工钢的v 材料加工性较差，选较小的材料加工性较差，选较小的v值；反之，选较大的值；反之，选较大的v值值刀具材料的性能越好，刀具材料的性能越好，v也选得越高也选得越高

10、在选择在选择v时，还应注意以下几点时，还应注意以下几点精加工时，尽量避开容易产生积屑瘤的速度区域精加工时，尽量避开容易产生积屑瘤的速度区域断续切削时，为减小冲击和热应力，适当降低断续切削时，为减小冲击和热应力，适当降低v在易发生振动的工艺状况下，在易发生振动的工艺状况下， v应避开自激振应避开自激振动的临界速度。动的临界速度。加工大件、细长件、薄壁件及带硬皮的工件时，加工大件、细长件、薄壁件及带硬皮的工件时，应选用较低的应选用较低的v 。v被确定之后，还应校验切削功率和机床功率。被确定之后，还应校验切削功率和机床功率。 切削液及其选用切削液及其选用 l由此：改善切削条件、减少刀具磨损、提高切削

11、速度、改善切削条件、减少刀具磨损、提高切削速度、提高已加工表面质量、改善切削加工性。提高已加工表面质量、改善切削加工性。冷却作用冷却作用润滑作用润滑作用清洗作用清洗作用防锈作用防锈作用通过传导、对流、汽化带走热量通过传导、对流、汽化带走热量产生润滑膜，减小摩擦系数产生润滑膜，减小摩擦系数清除细碎切屑和磨粒等清除细碎切屑和磨粒等依靠加入添加剂依靠加入添加剂切削液的功用切削液的功用 l切削液的种类切削液切削液水溶液水溶液切削油切削油水基切削液水基切削液油基切削液油基切削液切削液中常用的添加剂切削液中常用的添加剂l为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加

12、剂。为添加剂。l切削液中常用的添加剂。切削液中常用的添加剂。油性添加剂油性添加剂极压添加剂极压添加剂乳化剂乳化剂动植物脂、脂肪酸、胺类、动植物脂、脂肪酸、胺类、脂类、醇类。脂类、醇类。含硫、磷、氯、硼等的化合物。含硫、磷、氯、硼等的化合物。矿物油和水乳化形成稳定矿物油和水乳化形成稳定乳化液的物质。乳化液的物质。l根据工件材料、工艺要求、工种特点等通过查根据工件材料、工艺要求、工种特点等通过查工艺手册合理选用。工艺手册合理选用。l硬质合金、陶瓷刀具，切削铸铁、青铜一般不硬质合金、陶瓷刀具，切削铸铁、青铜一般不用切削液。用切削液。l粗加工时，着重考虑降低温度。粗加工时，着重考虑降低温度。 l精加工

13、时，着重考虑润滑性能。精加工时，着重考虑润滑性能。 切削液的合理选择切削液的合理选择 切削液的使用方法切削液的使用方法普遍使用浇注普遍使用浇注高压冷却高压冷却喷雾冷却喷雾冷却喷喷雾雾冷冷却却法法材料的切削加工性的改善材料的切削加工性的改善l切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。(相对相对)l切削加工性的标志一定刀具耐用度下的切削速度一定刀具耐用度下的切削速度 vT 已加工表面质量已加工表面质量 切屑控制和断屑切屑控制和断屑 切削力切削力 相对加工性相对加工性 K=v60/(v60)45# 1. 切削加工性的指标切削加工性的指标l通常用来衡量材料

14、切削加工性的指标为一定通常用来衡量材料切削加工性的指标为一定耐用度下的切削速度耐用度下的切削速度vT。l含义是：当刀具耐用度为含义是：当刀具耐用度为T时，切削某种材料时，切削某种材料所允许的切削速度所允许的切削速度vT。(1) 刀具耐用度刀具耐用度 l通常以强度通常以强度b637MPa的的45正火钢的正火钢的v60作为基准，作为基准，写作写作(v60)j；而把其它各种材料的；而把其它各种材料的v60同它相比，这个同它相比，这个比值比值Kv称为相对加工性，即称为相对加工性，即Kvv60/(v60)j。2. 相对加工性相对加工性 l金属材料的力学性能金属材料的力学性能硬度硬度 塑性、塑性、 冲击韧

15、性冲击韧性 导热系数导热系数 常温硬度高、常温硬度高、高温硬度高、高温硬度高、硬质点多，切硬质点多，切削加工性差削加工性差 强度强度 常温强度、高常温强度、高温强度越大，温强度越大，磨损越快，切磨损越快，切削加工性差削加工性差 过大或过小，均使其过大或过小，均使其切削加工性变差切削加工性变差 导热系数大，切削加工性好，导热系数大，切削加工性好，但加工尺寸精度会发生变化但加工尺寸精度会发生变化 影响切削加工性的因素影响切削加工性的因素l材料的化学成分Cr、Ni、V、Mo、W、Mn提高钢的强度提高钢的强度和硬度，使其和硬度，使其切削加工性差切削加工性差Si、Al与氧化合后与氧化合后使刀具磨损使刀具磨损加快加快合金合金元素元素降低导降低导热系数