第2章车削加工1

第2章车削加工主讲徐伟让我们共同度过四十五分钟快乐的时光！金属切削加工的实质金属切削加工就是利用工件和刀具之间的相对（切削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，从而获得具有一定加工质量零件的过程。由此可见，理解零件加工质量的概念；掌握切削运动和金属切削刀具的基本知识；认识金属切削过程的基本规律是学习金属切削加工的基本内容。2.1车削原理切削加工时,为了获得各种形状的零件,刀具与工件必须具有一定的相对运动,即切削运动，切削运动按其所起的作用可分为主运动和进给运动。一、刀具和工件的运动（切削运动）（一）主运动

由机床或人力提供的主要运动。它使刀具与工件之间产生主要的相对运动。主运动的特点是速度最高，消耗功率最大。车削时，主运动是工件的回转运动；牛头刨床刨削时，主运动是刀具的往复直线运动。机床的主运动图7.1.2刨削运动和工件上的表面图7.1.1车削运动和工件上的表面（二）进给运动也是由机床或人力提供的运动。它使刀具与工件间产生附加的相对运动，进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加工表面。进给运动的特点：在切削过程中速度低，消耗动力少。其运动可以是间歇的，也可以是连续的；可以是直线运动，也可以是旋转运动。车削外圆时，进给运动是刀具的纵向运动；车削端面时，进给运动是刀具的横向运动。牛头刨床刨削时，进给运动是工作台的移动。主运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；主运动通常只有一个，而进给运动的数目可以有一个或几个。（3）台钻（3）主运动和进给运动的合成

当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动为合成运动，常用合成速度向量ve来表示。回51常见的切削运动二、加工中的工件表面切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它们分别是：

待加工表面

即将被切去金属层的表面；过渡表面

切削刃正在切削而形成的表面,切削表面又称加工表面或切削表面；已加工表面

已经切去多余金属层而形成的新表面。加工中的工件表面2.1.1切削用量和切削层参数1）切削速度vc

在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离,单位为m/min或m/s。主运动为旋转运动时,切削速度vc计算公式为:式中d－工件直径（mm）

n－工件或刀具每分(秒)钟转数(r/min或r/s)一、切削用量：用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。式中L一往复运动行程长度(mm)nr一主运动每分钟的往复次数(往复次数/min)。主运动为往复运动时,平均切削速度为：2）进给量f

进给量f：刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。车削时进给量的单位是mm/r，即工件每转一圈,刀具沿进给运动方向移动的距离。刨削、插削时主运动为往复直线运动,其间歇进给的进给量为mm/str(毫米/行程），即每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离。单位时间的进给量，称为进给速度，车削时的进给速度vf

计算公式为:铣削时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除mm/r外，还规定了每齿进给量，用“fz”表示，单位是(mm/z)，vf、f、fz三者之间的关系为：z为多齿刀具的齿数3）背吃刀量（切削深度）ap

吃刀量a：两个垂直于测量方向平面间的距离，该两平面分别通过作用切削刃上两个使上述平面间的距离为最大的点。对于外圆车削，背吃刀量ap等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离,单位为mm。即：式中dw－待加工表面直径dm－已加工表面直径吃刀量a又分为背吃刀量ap、侧吃刀量ae和进给吃刀量af。二、切削层参数1）切削层公称厚度（hD）在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比，（工件或刀具每移动一个进给量f，刀具主切削刃相邻两个位置之间的距离。）2）切削层公称宽度（bD）在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量。（刀具主切削刃与工件的接触长度。）3）切削层公称横截面积（AD）在给定瞬间，切削层在切削尺寸平面里的实际横截面积。如图所示，车外圆时，当主、副切削刃为直线，且s=0，切削层就是车刀由位置Ⅰ移动到位置Ⅱ即一个f距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。hDfapbDr切削层公称厚度hD

简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。切削层公称宽度bD

简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。

切削层公称横截面积AD2.1.2刀具切削部分的几何参数切削刀具种类很多,如车刀、刨刀、铣刀和钻头等。它们几何形状各异,复杂程度不等，但它们切削部分的结构和几何角度都具有许多共同的特征，其中车刀是最常用、最简单和最基本的切削工具，因而最具有代表性。其他刀具都可以看作是车刀的组合或变形。如图所示。nf切削部分夹持部分一、构造要素刀具的组成：切削部分夹持部分(一)刀具切削部分的组成三面两刃一刀尖车刀由切削部分、刀柄两部分组成。切削部分承担切削加工任务，刀柄用以装夹在机床刀架上。切削部分是由一些面、切削刃组成。常用的外圆车刀是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成的。三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面1）前刀面前刀面Aγ

刀具上切屑流过的表面；三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主后面2）后刀面Aα

与工件上切削表面相对的刀面；三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主后面副后面3）副后刀面Aαˊ

与已加工表面相对的刀面。三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃4）主切削刃S

前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作；三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃副切削刃5）副切削刃Sˊ

前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃副切削刃刀尖6）刀尖主、副切削刃相交的一点，实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀尖圆弧半径,用rε表示。二、确定刀具几何角度参考系为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准，通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的空间方位。

刀具几何角度参考系有两类：刀具标注角度参考系刀具工作角度参考系。

1.刀具标注角度参考系

刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量角度的基准。为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规定了如下假设条件。假设运动条件:

用主运动向量vc近似地代替相对运动合成速度向量ve(即vf=0)。假设安装条件:规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。(1）刀具标注角度参考系种类根据ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标注角度参考系有：正交平面参考系法平面参考系假定工作平面参考系三种。(2）正交平面参考系（主要要求）正交平面参考系由以下三个平面组成：基面Pr：通过切削刃选定点，与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面Ps：通过切削刃选定点，与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。主剖面Po：通过切削刃选定点，垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。主切削刃主后刀面前刀面主剖面PoA切削平面Ps基面Pr刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参考系。辅助平面①

基面pr

②主切削平面ps

③副切削平面ps′

④正交平面po⑤假定工作平面pfprpspo(3）法平面参考系

如图所示，法平面参考系由基面pr、主切削平面ps和法平面pn组成。其中法平面pn是过切削刃某选定点垂直于切削刃的平面。法平面参考系及其角度如图所示，法平面参考系：基面pr—主切削平面ps—法平面pn法平面pn是过切削刃某选定点垂直于切削刃的平面。法平面参考系及其角度在标注可转位刀具或大刃倾角刀具时，常用法平面参考系（4）假定工作平面Pf和背平面Pp假定工作平面Pf是过切削刃某选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面。背平面Pp是过切削刃某选定点既垂直于假定进给运动又垂直于基面的平面(4）假定工作平面参考系如图所示，假定工作平面参考系由基面pr、假定工作平面pf和背平面pp组成。假定工作平面pf是过切削刃某选定点平行于假定进给运动并垂直于基面的平面。背平面pp是过切削刃某选定点既垂直于假定进给运动又垂直于基面的平面。刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参考系。回顾：正交平面、法平面、假定工作平面和背平面三个参考系正交平面法平面假定工作平面、背平面假定工作平面参考系、背平面及角度假定工作平面：γf——侧前角αf——侧后角背平面：γP——背前角αp——背后角2.刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系：刀具切削工作时角度的基准（不考虑假设条件），在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。（1）在主切削刃正交平面内(O-O)测量的角度1）前角o

前刀面与基面间的夹角。当前刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以外，前角为正。2）后角o

后刀面与切削平面间的夹角。3）楔角o前刀面与后刀面间的夹角。楔角与前角o和后角o的关系如下：1、刀具标注角度定义（主要要求前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角）三、刀具切削部分的几何角度前角的作用前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热后角的作用减小主后刀面与加工表面的摩擦1）主偏角r

主切削刃与进给运动方向之间的夹角。2）副偏角r’

副切削刃与进给运动反方向之间的夹角。

3）刀尖角r

主切削平面与副切削平面间的夹角。刀尖角与主偏角和副偏角的关系：（2）在基面内测量的角度(主偏角、副偏角)主偏角kr、越大，进给抗力越大，切深抗力越小主偏角kr对切削加工的影响：（3）在切削平面内(S向)测量的角度刃倾角s

主切削刃与基面间的夹角。刃倾角正负的规定如图所示。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处于最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。刃倾角的作用刃倾角控制切屑排出方向（4）在副切削刃正交平面内（O´-O´）测量的角度副后角o’：副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。2、刀具工作角度

切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具于工件间相对运动情况的变化，实际起作用的角度与标注角度有所不同，我们称这些角度为工作角度。1）进给运动的影响考虑进给运动时，主切削刃上选定点相对于工件的运动轨迹为一条阿基米德螺旋线，切削平面变为通过主切削刃上选定点，并切于螺旋面的平面，基面也相应偏转。2）刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影响

当车刀刀柄与进给方向不垂直时，主偏角和副偏角将发生变化，如图所示。3）切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的影响切削刃安装高于或低于工件中心时，按辅助平面定义，通过切削刃作出的切削平面、基面将发生变化，所以使刀具角度也随着发生变化，如图所示。切削刃安装高于工件中心时：切削刃安装低于工件中心时：刀具装夹位置对前角和后角的影响2.1.3金属切削过程及其基本规律一、金属切削变形过程（1）、切屑的形成过程和切削变形区实验研究表明，金属切削的特点是被切金属层在刀具的挤压、摩擦作用下产生变形以后转变为切屑和形成已加工表面。切削：与偏挤压情况类似。弹性变形→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度→切屑与母体脱离。FABOM45°a）正挤压FABOM45°b）偏挤压OMFc）切削1、切屑的形成和变形系数变形区的划分根据金属切削实验绘制的金属切削过程中的变形滑移线和流线，通常把被切削刃作用的金属层划分为三个变形区：第I变形区:位于切削刃和前刀面的前方，面积是三个变形区中最大的，为主变形区；第III变形区：已加工表面靠近切削刃处的区域，这一区域金属受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，发生变形造成加工硬化。第II变形区；与前刀面相接触的附近区域，切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面的切屑底层会进一步发生变形；①第I变形区

主要特征：剪切滑移变形,加工硬化、形成切屑终剪切面始剪切面②第II变形区此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。被切削层金属经过终滑移线OM形成切屑沿前刀面流出时，切屑底层仍受到刀具的挤压和接触面之间强烈的摩擦，继续以剪切滑移为主的方式变形，其切屑底层的变形程度比切屑上层剧烈，从而使切屑底层晶粒弯曲拉长，在摩擦阻力的作用下，这部分切屑流动速度减慢，称为滞流层。③第Ⅲ变形区在刀具后刀面和已加工表面接触的区域上。是挤压摩擦回弹区，直接影响已加工表面的质量和刀具的磨损。

hDΔhD刀刃钝圆半径rn:前后刀面过渡圆弧半径。后刀面磨损带VB

:后刀面实际后角为零的棱带。弹性恢复区CD：已加工面受到后刀面挤压与摩擦产生变形，是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。（2）切削变形程度的衡量方法1）变形系数λ（点击）切削金属时，切屑的外形与切屑层尺寸相比，出现了长度缩短（LCh＜LC)、厚度增加（hDh＞hD）、切屑宽度近似不变的情况。变形系数λ表示切屑尺寸的相对变化量，若厚度变形系数为λh、长度变形系数为λL，则有式中LDh－切屑的长度

LD－切削层的长度

hDh－切屑的厚度

hD

－切削层的厚度从切屑形成前后的体积不变原则出发，则（点击）由图可知，可见增加前角γ0及剪切角φ

，可使变形系数减小，即切削变形减小。2）相对滑移ε是衡量切削变形的又一指标。（点击）由γ0、增大时，相对滑移ε减小，切削变形变小。式中φ－剪切角

γ0－前角2、切屑的类型和控制（点击）由于工件材料和切削条件的不同，切屑过程中的变形情况也不同，因而产生的切屑形状也不同，从变形的观点来看，可将切屑的形状分为四种类型。1）带状切屑：（1）切屑的类型通常在加工塑性金属材料、切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的情况下获得。形成带状切屑时，材料没有充分变形。因此切削中产生的力和热均较小，切削平稳，已加工表面粗糙度小（光洁）。但切屑连绵不断，容易缠绕在工件或刀具上，影响操作并损伤工件表面，甚至伤人。开断屑槽。2）节状（挤裂）切屑：在加工较硬（中等硬度）的塑性金属材料且所用的切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较大的情况下产生。这是由于材料在剪切滑移过程中滑移量较大，由滑移变形所产生的加工硬化使剪切应力增大，在局部地方达到了材料的断裂强度所引起的。因此切削力波动较大，已加工表面粗糙度较大。底面有裂纹，背面有明显挤裂纹，呈锯齿状。3）粒状（单元）切屑：切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。当切削塑性较差的材料，在切削速度极低时，会产生这种切屑。表面粗糙度大，切削不稳定。4）崩碎切屑：在加工铸铁、青铜等脆性材料时，易形成崩碎切屑。产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖易磨损，容易产生振动，影响工件表面质量。工件材料愈硬脆，刀具前角愈小，切削厚度愈大，愈易形成这类切屑。切脆性材料不平稳,表面粗糙带状切屑节状(挤裂)切屑粒状切屑崩碎切屑

加工塑性材料切塑性材料：

带状切屑

节状切屑

粒状切屑↑γ0↑v↓hD↓γ0↓v↑hD↓γ0↓v↑hD↑γ0↑v↓hD切削不平稳，力波动大加工表面粗糙切削平稳，力波动小加工面光洁，断屑难

滑移量较大，局部剪应力达断裂强度（2）切屑方向的控制合理选择刀具刃倾角λS和前刀面的形式，可以控制切屑的排出方向。（2）切屑方向的控制控制切屑的流向是为了使切屑不损伤加工表面，便于处理，使切削顺利进行。A、B——车刀主、副切削刃上参与切削的终了点。vch——切屑流速。ηc——vch

与正交平面夹角，流屑角。κr=90°，切屑流向已加工表面。-γo，使切屑流向加工工件。+λS使切屑流向待加工表面，-λS使切屑已加工表面；当切屑厚度hch增加，切屑卷曲半径ρ减小，切屑材料的极限应变值εh值减小，切屑容易折断。切屑在顶力FBn作用下弯曲，当其与后刀面接触又受到反力Fαn作用而断裂。（3）卷屑和断屑1）强迫卷屑断屑法1、断屑槽断屑槽的型式：折线型、直线圆弧型、全圆型。折线型、直线圆弧型适用于碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢。全圆弧型适用于塑性高的金属材料和大型刀具影响断屑效果的主要因素槽宽LBn和槽深hBn。槽宽LBn的大小，应确保一定厚度的切屑在流出时碰到断屑台，并在断屑台反屑角δBn的作用下能使切屑卷曲半径ρ减小而断屑。对于进给量f大（切屑厚度hCh大）不易卷屑的切屑，应使槽宽LBn相应增大。2）利用刀具的特殊几何形状断屑当车刀的γ=-3°～-5°，κr=90°,λS=-15°时，可中较宽范围内断屑。但缺点时切削力大，易振动。3）调节切削用量断屑在切削用量中，对断屑影响最大的是进给量f，其次是背吃刀量aP。f增大，使切屑厚度hch增大，在切屑受卷曲或碰撞时较易折断。背吃刀量aP对断屑作用不大，只有当同时增大进给量时才能有效地断屑。切削速度vc对断屑影响较小，但在低速切削时较易使切屑折断。在加大进给量、降低切削速度时，会增大切削变形，形成挤裂切屑，促使切屑断裂。3、积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在刀具前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块如图所示，这块冷焊在前刀面上的金属就称为积屑瘤。积屑瘤的硬度很高，通常是工件材料的2～3倍，当它处于比较稳定的状态时，能够代替切削刃进行切削起到了保护刀具的作用，而且增大了实际前角，可减少切屑变形和切削力，但是会引起过量切削，降低了加工精度，当积屑瘤脱落时，其残片会粘附在已加工表面上恶化表面粗糙度，如果残片粘附在切屑底层会划伤刀具表面，因此在粗加工时可以利用积屑瘤的有利之处，精加工时应避免产生积屑瘤。（1）积屑瘤对切削过程的影响1）保护刀具积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面，能代替切削刃和前刀面进行切削，从而减少了刀具磨损，起到保护刀具的作用。2）增大前角积屑瘤具有30°左右的前角，因而减少了切削变形，降低了切削力。3）增大切削厚度积屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切削厚度增加了△hD值，且是变化的，因而影响了工件的尺寸精度。4）增大已加工表面粗糙度值积屑瘤高度的周期性变化，使切削厚度不断变化，以及由此而引起振动，积屑瘤粘附在切削刃上很不规则，导致在已加工表面上刻划出深浅和宽窄不同的沟纹，脱落的积屑瘤碎片留在已加工表面上。

（2）抑制积屑瘤的措施1）采用低速或高速切削切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的。切削45钢，当Vc<3m/min和Vc>60m/min时，摩擦系数很小，不易产生积屑瘤。Vc=20m/min左右，积屑瘤最高。2）增大刀具前角、提高刀具刃磨质量和合理选用切削液，使摩擦和粘结减少。加工合金钢、刀具材料为P10（YT15）、γ0=0°，rε=0.5mm，aP=2mm。选用进给量f=0.2mm/r、前角γ0=0°，消失积屑瘤的切削速度为22m/min；选用进给量f=0.2mm/r、前角γ0=10°，消失积屑瘤的切削速度为32m/min

。3）合理调整各切削参数值，防止形成中温区域。4、加工硬化和残余应力加工硬化：在切削塑性材料时，工件已加工表面表层的硬度明显提高而塑性下降的现象。这是因为表层金属经过反复多次变形和摩擦的结果。残余应力：外力消失以后，残存在物体而总体又保持平衡的内应力。在切削过程中，由于金属的塑性变形以及切削力、切削热等因素的作用，在已加工表面的表层内会产生残余应力。表面残余应力往往与加工硬化同时出现。切削加工所造成的工件表面硬化层以及伴随产生的残余应力会加剧刀具的磨损，给某些后续工序的加工（如刮削）带来不便；引起工件变形，影响加工精度的稳定性；影响塑性材料的屈服点，致使脆性材料产生裂纹，降低工件的静态强度，残余拉应力使疲劳强度和抗化学腐蚀性下降。生产中常采用的减轻硬化层的措施1）磨出锋利的切削刃2）增大前角或后角3）减小背吃刀量4）合理选用切削液5、影响切削变形的主要因素1）工件材料σ↑、HB↑，使刀-屑之间的正压力增大。平均正压力增大，摩擦系数减小，使剪切角φ增大，切削变形减小。2）刀具前角γ0↑、切屑流出的阻力减小，是摩擦系数减小，剪切角φ增大，切削变形减小。3）主运动速度是通过对切削温度及积屑瘤影响切削变形的。在形成积屑瘤的速度范围内，速度较低时，切削变形随速度增加而减小；速度较高时，则反之。因为，速度较低时，积屑瘤高度随速度的提高而增大，致使刀具实际工作前角增大，切削变形减小；速度较高时，随着速度的提高，积屑瘤高度、刀具前角随之减小，切削变形增大。当速度更高时，积屑瘤消失，由于温度随速度的提高而升高，使摩擦系数减小，剪切角增大，切削变形减小。4）切削厚度，进给量切削厚度增加，使切削阻力增大，作用刀具前面上的正压力增大，平均正压力增大，故摩擦系数减小，切削变形减小。一般，随进给量的增加，摩擦系数减小，切削变形也减小。二、切削力和切削功率金属切削时，刀具切入工件使被切金属层发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。金属切削时，力来源于两个方面：变形，克服在切屑形成过程中工件材料对弹性变形和塑性变形的变形抗力；摩擦，克服切屑与前刀面和后刀面的摩擦阻力。(一)切削力1、切削力Fc（主切削力Fz）：在主运动方向上的分力，它切于加工表面,并与基面垂直。Fc为计算刀具强度，设计机床零件,确定机床功率等的主要依据。变形力和摩擦力形成了作用在刀具上的合力F。为了便于测量、计算和反映实际作用的需要，常将合力F分解为互相垂直的Fc、Ff和Fp三个分力。大小约占总切削力的80％～90％。2.进给力Ff总切削力在进给运动方向上的分力。设计和验算机床进给机构强度所必需的数据3.背向力Fp总切削力在垂直于工作平面方向上的分力。工作平面：通过切削刃选定点并同时包括主运动方向和进给运动方向的平面。背向力对加工精度影响较大。车细长轴的径向受力，会使轴呈现鼓形。F、FD、Ff、Fp之间的关系：(二）切削力的计算目前生产实际中采用的计算公式都是通过大量的试验经数据处理后而得到的经验公式。如指数形式公式：式中——切削深度ap

对切削力影响指数；——进给量f

对切削力影响指数；——与工件、刀具材料有关系数——切削速度vC对切削各分力的影响指数——实验条件与技术条件不同时的修正系数P35例题看看表中的数值，对照公式，想想，哪个切削用量对切削力影响最大？查P34表2-2，得：CFz=1433,CFy=572，CFx=561;xFz=1.0;yFz=0.75;nFz=-0.15;xFY=0.9;yFY=0.6;nFY=-0.3;xFX=1.0;yFX=0.5;nFX=-0.4;KFZ=KFY=KFX=1(由于所给条件与表2-2条件相同);看看表中的数值，对照公式，想想，哪个切削用量对切削力影响最大？2、按单位切削力计算切削力单位切削力kc

是指单位切削面积上的切削力：单位切削力kC：可通过实验得到，也可以查取有关手册得到。则可由式2-2求出FZ即FC

。问题：若需准确得出某切削条件下的切削力，应采用理论公式进行计算。对吗？理论公式只能用于近似计算切削力，若需准确得出某切削条件下的切削力，应进行实际测量。（三）、影响切削力的主要因素（1）工件材料的影响

工件材料的强度、硬度越高，剪切屈服强度τs越高，切削时产生的切削力越大。工件材料的塑性、冲击韧度越高，切削变形越大，切屑与刀具间摩擦增加，则切削力越大。加工脆性材料时，因塑性变形小，切屑与刀具间摩擦小，切削力较小。例如：加工60钢的切削力FC比45钢增大4%，加工35钢的切削力FC比45钢减小13%。单项选择题：被加工工件材料的塑性、韧性越好，切削力越小。被加工工件材料的强度、硬度越大，切削力越大。由于脆性材料硬度大，加工HT200、QT800-02材料制成的毛坯时，切削力大Q235钢比45钢容易加工。（2）切削用量的影响切削用量中影响切削力的主要因素是背吃刀量（ap）和进给量（f）。当(ap)或(f)加大时，被切削的金属增多，因而切削力增大。但实验表明，当ap加大一倍而f不变时，切削力增大一倍；而f加大一倍ap不变时，切削力只增加68％～86％。为此，从减少切削力而不降低生产率考虑，取大的进给量和小的背吃刀量是适宜的。讨论题今有两种切削情况，其他条件相同，切削层公称横截面积近似相等，试问，哪种切削情况下切削力较小？哪种切削情况下刀具磨损较慢？b）图背吃刀量大，切削力大；a）图进给量大，切削热大，刀具容易磨损。(3)刀具角度对切削力的影响刀具角度中影响切削力的主要因素是前角和主偏角。①前角γ的影响前角γ增大，切削刃锋利，切削变形减小，因此切削力将下降，即前角对切削力的影响甚大。但受刀刃强度的制约，前角不能太大。②主偏角的影响当切削面积不变时，主偏角增大，切削层公称厚度也随之增大，切屑变厚，切削层的平均变形将减小，因而主切削力也随主偏角的增大而减小。主偏角加大时，背向力Fp与进给力Ff的比例关系改变，Fp减小。所以，车细长轴时，应使用主偏角κτ＝93°的偏刀，使之尽量减小加工时的形状误差。主偏角对Ff

和Fp

的影响问题：车削细长轴时，为何要选用93°主偏角的车刀？前角的大小如何影响切削力的？（二）切削功率的计算在切削加工过程中，所需的切削功率Pc可以按下式计算：式中FC

——主切削力（N）；

vc

——主运动速度（m/s）根据上式求出切削功率，可按下式计算机床电动机功率PE：η－机床传动效率，一般取η=0.75～0.85三、切削热和切削温度1、切削热的产生和传出

切削热的产生：切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热。切削区域产生的切削热，在切削过程中分别由切屑、工件、刀具和周围介质向外传导出去，例如在空气冷却条件下车削时，切削热50%～86%由切屑带走，40%～10%传入工件，9%～3%传入刀具，1%左右通过辐射传入空气。2、切削温度的分布在切削过程中，切屑、刀具和工件上不同部位的切削温度分布是不均匀的，如图所示。在前刀面和后刀面上，最高温度点都不在切削刃上，而是在离切削刃有一定距离的地方。这是摩擦热沿前刀面不断增加的缘故。在靠近前刀面的切屑底层上，温度变化很大，说明前刀面上的摩擦热集中在切屑底层。在已加工表面上，较高温度仅存在切削刃附近的一个很小的范围，说明温度的升降是在极短的时间内完成的。（1）工件材料工件材料的强度、硬度越高，切削时消耗的功就越多，产生的切削热越多,切削温度就越高。工件材料的热导率愈大，通过切屑和工件传出的热量越多，切削温度下降越快。（2）刀具几何参数

前角增大，切削层变形小，产生的热量少，切削温度降低；但过大的前角会减少散热体积，当前角大于20～25时，前角对切削温度的影响减少。主偏角减小，使切削宽度增大，散热面积增加，切削温度下降。3、影响切削温度的主要因素

（3）切削用量

对切削温度影响最大的切削用量是切削速度，其次是进给量，而背吃刀量的影响最小。当切削速度vc增加时，单位时间内参与变形的金属量增加而使消耗的功率增大，提高了切削温度；当f增加时，切屑变厚，由切屑带走的热量增多，故切削温度上升不甚明显；当ap增加时，产生的热量和散热面积同时增大，故对切削温度的影响也小。（4）其它因素刀具后刀面磨损量增大时，加剧了刀具与工件间的摩擦，使切削温度升高，切削速度越高，刀具磨损对切削温度的影响就越显著。浇注切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果。切削液的润滑作用可以减少摩擦，减小切削热的产生。刃倾角λs在很大范围(-40～+40)内变化时，对Fc没有什么影响，但λs增大时，Ff增大，Fp减小。1、正常磨损（随着切削时间增加磨损逐渐扩大）（一）、刀具的磨损形式前刀面磨损后刀面磨损前后刀面都磨损前刀面磨损

切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，刀具前刀面上会形成月牙洼磨损。前后刀面同时磨损在常规条件下，加工塑性金属常常出现前后刀面同时的磨损情况。主后刀面磨损在切铸铁和以较小的切削厚度切削塑性材料时，主要发生后刀面磨损。四、刀具磨损和刀具寿命前刀面磨损宽度KB前刀面磨损深度KT主后刀面，C区，磨损量VC是因近刀尖处强度低、温度集中造成。B区，除均已被磨损量VB外，在其磨损严重处的最大磨损量为VBmax，因摩擦和散热差所致。N区，边界磨损，切削刃与待加工表面交界处磨损量VN，由于高温氧化和表面硬化层作用引起。副后刀面的磨损：在切削过程中因副后角及副偏角过小，致使副后面受到严重摩擦而产生磨损。（1）沟槽磨损

在刀具后面上刻划出深浅不同的沟槽。因刀具材料耐磨性不够，或加工材料表面有硬质点摩擦等所致。2、非正常磨损（2）切削刃细小缺口

在切削刃上出现微粒脱落形成不规则细小缺口。因刀片硬度高，脆性大，切削刃锋利，使强度变差，断续切削或切屑碰坏造成。（3）塑性变形

刀具切削区域因严重塑性变形使刀面和切削刃周围产生塌陷。因切削温度过高和切削压力过大，刀头强度和硬度降低。沟槽磨损细小裂纹塑性变形（4）切削刃崩裂

在切削刃和前刀面上受较大冲击力作用、背吃刀量aP和进给量f过大，使切削力增大，中间切入使主、副切削刃均受切削力作用，刀具前角大和强度低等情况造成切削刃和前刀面大面积崩裂。（5）切削刃剥落

在前后刀面或切削刃周围出现表层脱落而损坏刀具。这类损坏常发生在硬度高、脆性大的陶瓷刀具上。并在压力和摩擦力较大情况下易产生。切削刃崩裂切削刃剥落（6）热裂

在垂直于切削刃方向上因受热而产生裂纹。由热循环使材料疲劳，或因间断切削和切削液浇注不均匀使切削温度骤变，易引起前后刀面上出现细小微裂纹。热裂（二）、刀具的磨损过程及磨钝标准刀具的磨损过程的三个阶段：1、刀具的磨损过程初期磨损阶段（Ⅰ）：开始磨损时，将刀面上的不平度很快磨去。一般磨损量为0.005～0.1mm。急剧磨损阶段（Ⅲ）：温度升高，使刀具切削性能下降，磨损量VB急剧增大，若再继续切削，引起切削刃损坏。正常磨损阶段（Ⅱ）：随着切削时间增长，磨损量VB逐渐增大。为合理使用刀具，保证加工质量，应当避免达到急剧磨损阶段。到来之前就要及时换刀或更换新切削刃。2、刀具的磨钝标准刀具磨损到一定限度后就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。国标规定的磨损标准：对于正常磨损形式，规定在后刀面B区内的磨损带宽度VB=0.3mm；对于非正常磨损，取磨损带最大宽度VBmax=0.6mm。若在硬质合金刀具的前刀面上产生月牙洼磨损，则规定它的深度KT=（0.06+0.3f）mm为前刀面磨损标准。在生产实践中，刀具磨损标准常根据具体条件，如下表：（三）刀具磨损的原因刀具磨损不同于一般的机械零件的磨损，刀具磨损存在着机械的、热的和化学的作用，既有工件材料硬质点的刻划作用而引起的磨损，也有粘接、扩散、腐蚀等引起的磨损。主要有：磨料磨损：在工件材料中存在氧化物、碳化物和氮化物等硬质点，或在铸、锻工件表面存在硬的夹杂物，在切屑、加工表面上粘附着硬的积屑瘤残片。是刀具磨损的主要原因。

粘结磨损（冷焊）：当刀具材料与工件材料产生粘结时，两者产生相对运动对粘结点产生剪切破坏，将刀具材料粘结颗粒带走。由于刀面上存在微观不平度，并在一定温度条件下，刀具前面上黏附着积屑瘤，刀面硬度降低与工件材料粘结以及工件与刀具元素亲和力造成。是硬质合金刀具在中等偏低切削速度时磨损的主要原因。前刀面上的磨粒磨损后刀面的磨粒磨损相变磨损：用高速钢刀具切削时，当切削温度超过其相变温度（500～600℃）时，刀具材料的金相组织会发生变化，使刀具材料硬度降低，将引起前刀面塌陷和切削刃卷曲。硬质合金刀具在大于900℃、高压下切削也会因产生塑性变形而失去切削性能。

扩散磨损：在高温作用下，使工件与刀具材料中合金元素互相扩散置换造成。是硬质合金刀具在高温（800～900℃）下切削产生磨损的主要原因之一。

碳化钨类硬质合金在900

℃左右切削时，W和C原子向切屑中扩散，工件中的Fe、C原子向刀具表面中扩散，原子置换。碳化钛类硬质合金，因钨原子扩散速度快，而留着的TiC、TaC等仍较耐磨，所以扩散温度高约900～1000℃。较不易形成扩散磨损。氧化磨损：当硬质合金刀具的切削温度达到700～800℃时，WC、TiC和Co与空气中的氧起化合作用，形成了硬度较低的氧化膜。易在近工件待加工表面的刀具后刀面位置处形成氧化膜。（四）、刀具耐用度在生产实际中，为了更加方便、快速、准确地判断刀具的磨损情况，一般以刀具寿命来间接地反映刀具的磨钝标准。1、刀具耐用度T的定义为：刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具的磨钝标准所经过的总切削时间（单位min）。刀具耐用度反映了刀具磨损的快慢程度。刀具耐用度是一个具有多种用途的重要参数，如用来确定换刀时间；衡量工件材料切削加工性和刀具材料切削性能优劣；判定刀具几何参数及切削用量的选择是否合理等，都可用它来表示和说明。生产中常采用达到正常磨损VB=0.3mm时的刀具寿命。有时也采用在规定加工条件下，按质完成额定工作数量的可靠性寿命。在自动化生产中为保持工件尺寸精度的寿命，通常用达到该尺寸精度的工件数量表示；刀具达到规定承受冲击次数的疲劳寿命。2、影响刀具使用寿命的因素1）切削用量①切削速度vC提高vC

，使切削温度增高，磨损加剧，而使刀具寿命T降低，切削速度对刀具寿命的影响程度可通过切削实验求得。②进给量f与背吃刀量aPf和aP增大，均使刀具寿命降低，但f增大后切削温度升高较多，故对T影响较大；aP增大，改善了散热条件，故使切削温度上升少，因此对T影响较小。由上式可知，vC对TC影响最大，其次是f，aP的影响最小。为提高生产率合理选择切削用量，首先选用尽量大的aP

，然后根据加工取选取允许的最大的f

，最后是vC

。切削用量对刀具耐用度的影响CT——与工件材料、刀具材料和其他切削条件有关的常数。m——反映vC对刀具耐用度影响程度的指数。n——反映f对刀具耐用度影响程度的指数。p——反映aP对刀具耐用度影响程度的指数。切削用量对刀具耐用度的影响由上式可知，vC

对T的影响最大，其次是进给量f，aP的影响最小。当用硬质合金车刀切削σb=0.736GPa的碳素结构钢时，在合理选择切削用量以提高生产率时，其选择顺序应为：首先应选用尽量大的aP，然后根据加工条件选取允许的最大f，最后才在刀具耐用度或机床功率所允许的情况下选取最大的vC。2）刀具几何参数的影响γO增大，切削温度降低，刀具寿命提高，但前角太大，强度低，散热差，道具寿命反会降低，在实践中要求得最佳前角值。κr和κr′减小和增大刀尖圆弧半径，刀具强度提高，切削温度降低，刀具寿命提高。3）工件材料工件材料的强度、硬度和韧性越高，切削时刀具温度越高，刀具寿命越低。4）刀具材料刀具材料的导热率、耐磨性越高，刀具寿命越长。所以选用涂层刀具和高性能刀具是提高刀具寿命的有效途径。3、刀具耐用度的选用原则实际工作中，根据不同的生产目的与要求，可求得不同的刀具合理耐用度。1）根据单件工时最短要求确定最大生产率刀具耐用度TP。（2.18）tct——一次换刀时间2）根据工序成本最低的要求确定刀具的耐用度TC（2.19）Ct为磨刀成本（包括刀具成本）；M为该工序内，单位时间分担的全厂开支。一般情况下，只有在赶工时等特殊情况下才选用TP。在合理选用刀具耐用度时，下列原则可供参考1）成本较低，刃磨简便的刀具（车刀、刨刀、钻头等），T可取低些；2）成本较高、刃磨复杂的刀具（如铣刀、拉刀、齿轮刀具等），T可取高些；3）装刀、调整复杂，换刀时间长的多刀机床刀具，T可取高些；4）为避免中途换刀，精加工大型工件的刀具，T可取高些；5）为平衡生产需要，对薄弱的关键工序的刀具，T可取低些。2.1.4刀具几何参数的选择一、前角的选择前角的大小将影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表面粗糙度和刀具的强度与寿命。增大刀具前角,可以减小前刀面挤压被切削层的塑性变形，减小了切削力和表面粗糙度，但刀具前角增大，会降低切削刃和刀头的强度，刀头散热条件变差，切削时刀头容易崩刃，因此合理前角的选择既要切削刃锐利，又要有一定的强度和一定的散热体积。对不同材料的工件，在切削时用的前角不同，切削钢的合理前角比切削铸铁大，切削中硬钢的合理前角比切削软钢小。对于不同的刀具材料，由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，所以合理前角应小于高速钢刀具的合理前角。粗加工，断续切削或切削特硬材料时，为保证切削刃强度，应取较小的前角，甚至负前角。硬质合金车刀合理前角参考值

高速钢车刀的前角一般比表中大5°-10°。二、后角、副后角的选择后角的大小将影响刀具后刀面与已加工表面之间的摩擦。后角增大可减小后刀面与加工表面之间的摩擦，后角越大，切削刃越锋利，但是切削刃和刀头的强度削弱，散热体积减小。粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，后角应取小些；精加工时，增大后角可提高刀具寿命和加工表面的质量。工件材料的硬度与强度高，取较小的后角，以保证刀头强度；工件材料的硬度与强度低，后角应适当加大。加工脆性材料时，宜取较小的后角。若采用负前角时，应取较大的后角，以保证切削刃锋利。尺寸刀具精度高，取较小的后角，以防止重磨后刀具尺寸的变化。为了制造、刃磨的方便，一般刀具的副后角等于后角。但切断刀、车槽刀、锯片铣刀的副后角，受刀头强度的限制，只能取很小的数值，通常取130左右。硬质合金车刀合理后角的参考值

三、主偏角、副偏角的选择主偏角和副偏角越小，刀头的强度高，散热面积大，刀具寿命长。主偏角和副偏角小时，工件加工后的表面粗糙度小；但主偏角和副偏角减小时，会加大切削过程中的背向力，容易引起工艺系统的弹性变形和振动。主偏角的选择原则与参考值:工艺系统的刚度较好时，主偏角可取小值,如，κr=30°～45°，在加工高强度、高硬度的工件材料时，可取κr=10°～30°，以增加刀头的强度。当工艺系统的刚度较差或强力切削时，一般取κr=60°～75°。车削细长轴时，为减小背向力，取κr=90°～93°。在选择主偏角时，还要视工件形状及加工条件而定，如车削阶梯轴时，可取κr=90°，用一把车刀车削外圆、端面和倒角时，可取κr=45°～60°。副偏角的选择原则与参考值:主要根据工件已加工表面的粗糙度要求和刀具强度来选择，在不引起振动的情况下，尽量取小值。精加工时，取κr‘=5°-10°；粗加工时,取κr’=10°～15°。当工艺系统刚度较差或从工件中间切入时，可取κr‘=30°～45°。在精车时，可在副切削刃上磨出一段κr‘=0°，长度为(1.2～1.5)f的修光刃，以减小己加工表面的粗糙度值。切断刀，锯片铣刀和槽铣刀等，为了保持刀具强度和重磨后宽度变化较小，副偏角宜取130。四、刃倾角的选择

刃倾角的正负会影响切屑的排出方向。如右图所示精车和半精车时刃倾角宜选用正值，使切屑流向待加工表面，防止划伤已加工表面。加工钢和铸铁，粗车时取负刃倾角0～-5；车削淬硬钢时，取-5～-15，使刀头强固，切削时刀尖可避免受到冲击，散热条件好，提高了刀具寿命。增大刃倾角的绝对值，使切削刃变得锋利，可以切下很薄的金属层。大刃倾角刀具，使切削刃加长，切削平稳，排屑顺利，生产效率高，加工表面质量好。但工艺系统刚性差，切削时不宜选用负刃倾角。刀具角度的选择前角：影响切削的难易程度。精加工选大些，粗加工选小些。工件材料强度、硬度低，韧性好，选大，后角：较小后刀面与工件间的摩擦，减小后刀面的磨损。加工塑性材料和精加工时，后角选大。粗加工选小。主偏角：影响切削条件和刀具寿命。当加工细长轴时，选大；加工硬材料选小。副偏角：主要影响表面粗糙度。粗加工选大，精加工取小值。刃倾角：主要影响刀头的强度和切屑的流向。粗加工取负值，精加工取正值。2.1.5切削用量的合理选择合理的选择切削用量，能够保证工件加工质量，提高切削效率，延长刀具使用寿命，降低加工成本。切削用量包括哪几方面指标？能举例说明吗？1）切削用量对加工质量的影响切削用量三要素中:背吃刀量aP↑（增大)和进给量f↑（增大），都会使切削力F↑（增大)，工件变形↑（增大)，并可能引起振动，从而会降低加工精度和增大表面粗糙度值。切削速度增大时，切削力减小，并可减小或避免积屑瘤，有利于加工质量和表面质量的提高。进给量f直接影响已加工表面的残留高度，因而对加工表面粗糙度影响最大。背吃刀量aP对切削变形、摩擦及积屑瘤等无明显影响，但aP增大后，切削力增大，易引起振动，会降低加工精度，增大表面粗糙度值。切削速度增大至一定值时，切削力减小，并可减小或避免积屑瘤，有利于加工质量和表面质量的提高。2）切削时间tm(机动时间)

对基本时间的影响指切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需的时间，单位为min。它是反映切削效率高低的一个指标。以车削外圆为例，切削加工基本时间：所以：dw——毛坯直径L——车刀行程长度i——进给次数h——毛坯的加工余量则有：可见，切削用量三要素与生产率呈线性关系即提高任一要素都能以相同的比例提高生产率。在常用切削用量范围内，当刀具寿命一定时，切削用量之间的关系如下：硬质合金车刀在不使用切削液切削碳素钢时，xv=0.15，yv=0.35，代入上式得：分析B）当aP不变，f增至3f，若仍保持刀具合理的寿命，则vc必须降低32%，此时生产率A）当f不变，aP增至3aP

，若仍保持刀具合理的寿命，则vc需降低15%，此时生产率生产率提高2.6倍生产率提高2倍结论增大背吃刀量比增大进给量更有利于提高生产率。根据不同加工性质对切削加工的要求，切削用量会选得不一样。粗加工，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具寿命，一般优先选择大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具寿命，确定合适的切削速度。精加工，应保证工件的加工质量，一般选用较小的进给量和背吃刀量，尽可能选用较高的切削速度。1.背吃刀量的选择粗加工：背吃刀量应根据工件的加工余量确定。尽量用一次走刀就切除全部加工余量。当加工余量过大、机床功率不足、工艺系统刚度较低、刀具强度不够以及断续切削或冲击振动较大时，可分几次走刀。对切削表面层有硬皮的铸、锻件，应尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。半精加工和精加工：的加工余量一般较小，可一次切除。有时为了保证工件的加工质量，也可二次走刀。多次走刀时，第一次走刀的背吃刀量取得比较大，一般为总加工余量的2/3~3/4。粗加工和精加工各应如何选择背吃刀量？2.进给量的选择粗加工时，进给量的选择主要受切削力的限制。在工艺系统的刚度和强度良好的情况下，可选用较大的进给量值。半精加工和精加工时，由于进给量对工件的已加工表面粗糙度值影响很大，进给量一般取得较小。通常按照工件加工表面粗糙度值的要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度等条件来选择合理的进给量。当切削速度提高，刀尖圆弧半径增大，或刀具磨有修光刃时，可以选择较大的进给量，以提高生产率。粗车时进给量的参考值和精车时进给量的参考值都可以在切削用量手册中查到。粗加工和精加工各应如何选择进给量？3.切削速度的选择在背吃刀量和进给量选定以后,可在保证刀具合理寿命的条件下，确定合适的切削速度。粗加工时，背吃刀量和进给量都较大，切削速度受刀具寿命和机床功率的限制，一般较低。精加工时，背吃刀量和进给量都取得较小，切削速度主要受工件加工质量和刀具寿命的限制，一般取得较高。选择切削速度时，还应考虑工件材料的切削加工性等因素。粗加工和精加工各应如何选择切削速度？例如，加工合金钢、高锰钢、不锈钢、铸铁等的切削速度应比加工普通中碳钢的切削速度低20%～30%，加工有色金属时，则应提高1～3倍。在断续切削和加工大件、细长件、薄壁件时，应选用较低的切削速度。切削速度的参考值可以在切削用量手册中查到。2.1.6切削液的选择

1.切削液的作用切削液进入切削区，可改善切削条件，提高工件加工质量和切削效率。与切削液有相似功效的还有某些气体和固体，如压缩空气、二硫化钼和石墨等。切削液的主要作用如下：(1)冷却作用

切削液能从切削区域带走大量切削热，从而降低切削温度。切削液的冷却性能的好坏，取决于它的导热系数、比热、汽化热、汽化速度、流量和流速等。(2)润滑作用

切削液能渗入到刀具与切屑和加工表面之间，形成一层润滑膜或化学吸附膜，以减小它们之间的摩擦。切削液润滑的效果主要取决于切削液的渗透能力、吸附成膜的能力和润滑膜的强度等。(3)清洗作用

切削液大量的流动，可以冲走切削区域和机床上的细碎切屑和脱落的磨粒。清洗性能的好坏，主要取决于切削液的流动性、使用压力和切削液的油性。(4)防锈作用

在切削液中加入防锈剂，可在金属表面形成一层保护膜，对工件、机床、刀具和夹具等都能起到防锈作用。防锈作用的强弱，取决于切削液本身的成分和添加剂的作用。2.切削液添加剂为改善切削液的各种性能常在其中加入添加剂。常用的添加剂有以下几种。(1)油性添加剂

它含有极性分子，能在金属表面形成牢固的吸附膜，在较低的切削速度下起到较好的润滑作用。常用的油性添加剂有动物油、植物油、脂肪酸、胶类、醇类和脂类等。(2)极压添加剂

它是含有硫、磷、氯、腆等元素的有机化合物，在高温下与金属表面起化学反应，形成耐较高温度和压力的化学吸附膜，能防止金属界面直接接触，从而减小摩擦。(3)表面活性剂

它是使矿物油和水乳化，形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂是一种有机化合物，由可溶于水的极性基团和可溶于油的非极性基团组成，可定向地排列并吸附在油水两相界面上，极性端向水，非极性端向油，将水和油连接起来，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形成乳化液。表面活性剂还能吸附在金属表面上，形成润滑膜，起油性添加剂的润滑作用。常用的表面活性剂有石油磺酸钠、油酸钠皂等。(4)防锈添加剂

它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，吸附在金属表面上形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，起到防锈作用。常用的防锈添加剂有碳酸钠、三乙醇胺、石油磺酸钡等。3.常用切削液的种类与选用(1)水溶液它的主要成分是水，其中加入了少量的有防锈和润滑作用的添加剂。水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削和其它精加工。(2)乳化液它是将乳化油(由矿物油、表面活性剂和其它添加剂配成)用水稀释而成，用途广泛。低浓度的乳化液冷却效果较好，主要用于磨削、粗车、钻孔加工等。高浓度的乳化液润滑效果较好，主要用于精车、攻丝、饺孔、插齿加工等。(3)切削油

它主要是矿物油(如机械油、轻柴油、煤油等)，少数采用动植物油或复合油。普通车削、攻丝时，可选用机油。精加工有色金属或铸铁时，可选用煤油。加工螺纹时，可选用植物油。在矿物油中加入一定量的油性添加剂和极压添加剂，能提高其高温、高压下的润滑性能，可用于精铣、铰孔、攻丝及齿轮加工。2.1.7工件材料的切削加工性

工件材料的切削加工性是指将其加工成合格零件的难易程度。某种材料切削加工的难易，不仅取决于材料本身，还取决于具体的加工要求及切削条件。在相同的切削条件下，使刀具寿命高的工件材料，其切削加工性好。或者在一定刀具寿命（T）下，所允许的最大切削速度（VT）高的工件材料，其切削加工性就好。由于材料的切削加工性概念具有相对性，所以我们经常以抗拉强度σb=637MPa的45钢的V60作为基准，写作（V60)j，而把其他被切削材料的V60与之相比，可得到该材料的相对切削加工性Kr，即：凡是Kr>1的材料，比45钢容易切削；凡是Kr<1的材料，比45钢难切削。工件材料的相对切削加工性及分级常用材料的切削加工性（1）结构钢低碳钢（wc<0.25%），硬度140HBW，塑性和韧性大，故切削变形大，已加工表面会产生鳞刺，而且低碳钢容易产生积屑瘤，这两个因素会严重影响精加工表面质量。粗加工时，断屑困难，所以低碳钢的切削加工性较差。中碳钢（wc=0.3%～0.6%），硬度为180HBW，有较好的综合性能，切削加工性好，根据需要还可通过正火或调质处理，改善加工过程或加工质量。高碳钢（wc=0.6%～0.8%），正火后的硬度230～280HBW，其切削加工性不如中碳钢。通常，碳素钢的硬度在170～230HBW范围内切削加工性较好。过硬，刀具磨损加剧；过软，则不易断屑而影响切削过程，同时也影响工件的加工质量。合金结构钢的切削加工性一般低于含碳量相近的碳素结构钢。（2）铸铁

普通铸铁的塑性和硬度都较低，切屑易断，切削时摩擦系数小，切削力小，功率消耗少。但是由于切屑是从石墨处开始不规则的断裂往往深入到已加工表面以下，使已加工表面粗糙。另外，切削铸铁时，形成的是崩碎切屑，它与前刀面接触长度短，切削力、切削温度集中的刃区，最高温度在靠近切削刃的后刀面上。总之普通铸铁的切削加工性较好。（3）有色金属普通铝及铝合金的硬度和强度都低，且导热性能好，属于易切削材料。切削时应选用大的刀具前角(γ。>20°)和高的切削速度，所用刀具应锋利、光滑，以减少积屑瘤和加工硬化对表面质量的影响。铜及铜合金的硬度和强度都较低，导热性能也好，属于易切削材料。纯铜和普通黄铜由于塑性和韧性较大，断屑性差，易粘屑，切削时应采用大的前角和可靠的断屑措施。铅黄铜和锡青铜的强度和硬度较高，但由于铅的存在，使其脆性增加，伸长率降低，故切削变形小，形成崩碎切屑，切削时可选用较高的切削速度，加工后能获得较低的表面粗糙度值。4）难加工材料①高强钢的切削加工性室温强度较高，σb＞1.2～1.5GPa，高硬度和强度使其切削加工性变差。在切削加工高强钢时，刀具的应力增大，切削温度增高，刀具磨损加剧。切削高强度钢的切削速度，反比于其强度的平方。应在退火状态下切削加工。随着科学技术的发展，诸如高锰钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金、难熔金属及其合金等难加工金属材料的应用越来越多。应考虑以下几点：A.切削速度应是普通结构钢的1/8～1/2，当材料的强度σb=1.47GPa～1.666GPa，切削速度vc=40m/min～65m/min。进给量一般大于0.05mm/r。B.应充分冷却，使用硬质合金刀具时不宜用水溶性切削液，以免切削刃承受较大的热冲击，引起崩刃。半精加工和精加工可选用Al2O3陶瓷和CBN刀具。选用较小或负值的前角，磨出负倒棱和刀尖圆弧半径。切削速度可低于45钢40%左右。C.为避免引起振动，要求工艺系统有足够的刚性，刀具的悬伸量应尽量小。D.要选用耐磨、强度高、耐热冲击的刀具材料，如选用硬质合金，可用YW类，细晶粒涂层硬质合金。②不锈钢的切削加工性不锈钢分为铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、析出硬化不锈钢等。前两种为导磁材料，后两种为非磁性材料。铁素体型不锈钢含碳量低于0.15%、含Cr量高于15%，为单相铁素体组织，塑性好，抗氧化性和耐腐蚀性均较好但切削加工工艺性较差，一般适用于受力不大的耐酸结构和抗氧化性钢。奥氏体型不锈钢的含碳量较低，但Cr、Ni含量较高。Cr能提高钢的强度和韧性，加工时会有粘刀倾向。Ni能稳定奥氏体组织，增大塑性，易产生加工硬化。导热性能也很低（约为45钢的1/3）。奥氏体型不锈钢较难切削。主要用于耐酸耐碱设备及抗磁仪表、医疗器械。马氏体型不锈钢的含碳量在0.1%～0.5%之间，淬火后的硬度和强度都比较高，切削加工比较困难。未经调制的马氏体型不锈钢，虽可用较高的切削速度，但表面质量较差。析出（沉淀）硬化型不锈钢是经过热处理后，从晶粒中析出颗粒状极小的碳化物等细微杂质的不锈钢。对晶界腐蚀不敏感。因析出硬化后，机械强度和韧性提高，难以塑性变形，硬化后难以加工。必须在硬化之前进行加工。共同特点A.因切削力大、切削温度高，刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金；B.为使切削轻快，应选用较大的前角，较小的主偏角；C.为避免粘结现象，前刀面和后刀面应仔细研磨，以保证较小的表面粗糙度，也可采用较高的切削速度或较低的切削速度。D.不锈钢的切屑强韧，应对断屑、卷屑和排屑有相应可靠的措施。E.不锈钢的导热性能低，切削区的温度高，线膨胀系数较大，容易产生热变形。精加工时易影响尺寸精度。

F.工艺系统的刚度应尽可能高。改善不锈钢的车削加工的技术措施A.选用硬度高、抗粘附性好、韧性好的刀具材料。（硬质合金，牌号有YT798、YT712、YA6、YW1、YW2、YW3、YG8、YG8N等）也可用高性能高速钢，常用牌号有:W6Mo5Cr4V2Al、W12Cr4V4Mo、W10Mo4Cr4V3AlB.合理选取刀具几何角度前角：一般可为15°～30°。若前角太小，会增大切削力，也会使振动加剧，导致工件表面产生振纹，还会影响切屑的顺利排除，在切削温度较高的情况下，容易产生积屑瘤。因此车刀前角要取大些，这样也有利于减小工件材料的塑性变形，减低切削力和减轻加工硬化程度。后角：一般为8°～12°。不应过小。不但可使刀具锋利，还可以减少