金属切削机床与刀具第一章金属切削设备基本知识课件

金属切削机床与刀具1.1切削运动及形成的表面

1.1.1切削运动

在金属切削加工过程中，工具与工件之间必须有相对运动，这种相对运动称为切削运动，如图1.1所示。1．主运动是形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。2．进给运动是使工件多余的材料不断被去除的工作运动。

第一章金属切削设备的基本知识

第一章金属切削设备的基本知识图1.1常见机械加工方法的切削运动第一章金属切削设备的基本知识3．合成切削运动是由主运动和进给运动合成的运动。1.1.2工件上的加工表面

1．待加工表面工件上有待切除的表面。2．已加工表面工件上经刀具切削后形成的表面。3．过渡表面工件上被切削刃正在切削着的表面，它总是处在待加工表面与已加工表面之间，也称切削表面或加工表面。

第一章金属切削设备的基本知识图1.2切削运动与加工表面第一章金属切削设备的基本知识1.2刀具切削部分的几何角度

1.2.1刀具切削部分的组成普通外圆车刀的构造如图1.3所示。1．三面三面即前刀面、主后刀面和副后刀面。（1）前刀面Ar。是指刀具上切屑流过的表面。（2）主后刀面Aa。是指与工件上过渡表面相对的表面。（3）副后刀面。是指与工件上已加工表面相对的表面。2．二刃

第一章金属切削设备的基本知识（1）主切削刃S。主切削刃是指前刀面与后刀面的交线，又称主刀刃。它完成主要的切削工作。（2）副切削刃S

。副切削刃是指前刀面与副后刀面的交线，又称副刀刃。它配合主切削刃完成切削工作，最终形成工件的已加工表面。3．一尖一尖即刀尖，是指主、副切削刃的交点。在实际应用中，通常刀尖用短直线或圆弧取代，介于主、副切削刃之间，这段切削刃称为过渡刃。如图1.4所示，刀尖有3种不同的类型：锐刀尖、修圆刀尖和倒角刀尖。

第一章金属切削设备的基本知识

图1.3车刀的组成

图1.4刀尖形状第一章金属切削设备的基本知识1.2.2刀具静止角度的参考系和刀具的标注角度1．刀具静止角度参考系要确定刀具切削部分各个表面和刀刃在空间的位置，就需要人为地建立平面参考系，用来定义刀具设计、制造、刃磨和测量的几何参数，由于这些参数都是在非切削状态下进行的，（假定工作条件）故其所在的平面参考系称为静止参考系，如图1.5所示。静止参考系由以下平面组成。（1）基面Pr。基面是指通过切削刃上的选定点并垂直于假定主运动方向的平面。第一章金属切削设备的基本知识（2）切削平面Ps

切削平面是指通过切削刃上的选定点，与该切削刃相切并垂直于基面的平面。因刀具的切削刃有主切削刃和副切削刃之分，所以切削平面也分为主切削平面和副切削平面。（3）正交平面Po

正交平面是指通过主切削刃上的选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。此外，通过副切削刃上的选定点并同时垂直于基面和副切削平面的平面，称为副切削刃的正交平面，即副正交平面。（其他静止参考系工作角度参考系）第一章金属切削设备的基本知识图1.5刀具的静止参考系第一章金属切削设备的基本知识2．刀具的标注角度刀具的几何角度分为标注角度和工作角度。标注角度是指在刀具图样上标注的角度，是在刀具角度的参考系中确定的；工作角度是指按照切削工作的实际情况而确定的角度。普通车刀的6个主要标注角度是指前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角和副后角。它们是在正交平面参考系中的标注角度，如图1.6所示。正交平面参考系是由基面Pr、切削平面Ps、正交平面Po组成的空间直角坐标系第一章金属切削设备的基本知识在正交平面内测量的角度如下。（1）前角

0。是指前刀面与基面之间的夹角，前角有正、负和零度之分：若基面在前刀面之上为正值，称为正前角；若基面在前刀面之下为负值，称为负前角；若基面与前刀面重合为零度前角。（2）后角

0。是指主后刀面与切削平面之间的夹角。后角也有正、负和零度之分：当后刀面与切削平面重合时为零度后角；当后刀面与基面之间的夹角小于90°时，后角为正值；当后刀面与基面之间的夹角大于90°时，后角为负值。在基面内测量的角度如下。第一章金属切削设备的基本知识（3）主偏角

r。是指主切削刃在基面上的投影与假定进给方向之间的夹角。（4）副偏角

r。是指副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向之间的夹角。在主切削平面内测量的角度如下。（5）刃倾角

s。是指主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角有正、负和零度之分：当刀尖处于主切削刃上最高点时为正值；当刀尖处于主切削刃上最低点时为负值；当主切削刃与基面重合时为零度刃倾角。在副正交平面内测量的角度如下。（6）副后角。是指副后刀面与副切削平面之间的夹角。第一章金属切削设备的基本知识图1.6车刀的主要标注角度第一章金属切削设备的基本知识其他静止参考系简介法剖面静止参考系（1）法剖面Pn：通过切削刃选定点垂直于切削刃的平面。（2）构成：基面Pr、切削平面Ps、法剖面Pn。（3）标注角度：变化的只有所在的测量平面不同，在法剖面中测量的角度法前角rn，法后角an。假定工作平面、背平面静止参考系（1）假定工作平面Pf：通过切削刃上选定点，平行于假定进给方向且垂直于基面的平面背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂直于假定工作平面和基面的平面（2）构成：基面、切削平面、假定工作平面构成加工工作平面静止参考系；基面、切削平面、背平面构成背平面静止参考系。（3）标注角度：在假定工作平面中测量的侧前角ro，侧后角ao；在背平面中测量的背前角ro，背后角ao(a)正交平面与法平面参考系(b)假定工作平面、背平面参考系刀具静止参考系（三）刀具工作角度的参考系和刀具的工作角度刀具工作角度参考系平面刀具工作参考系与基准平面，是依据合成切削运动方向来确定的，如图1.7所示。（1）工作基面Pre。是指通过切削刃上的选定点并与合成切削速度方向相垂直的平面。（2）工作切削平面Pse。是指通过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直于工作基面的平面（平行于合成切削速度方向）。（3）工作正交平面Poe。是指通过切削刃上的选定点并同时与工作基面和工作切削平面相垂直的平面。

第一章金属切削设备的基本知识图1.7刀具工作参考系平面第一章金属切削设备的基本知识1．进给运动对工作角度的影响（1）纵向进给运动对工作角度的影响以车外圆为例，如图1.8所示。车削时工件作旋转主运动，车刀作纵向进给运动，由这两个运动的合成运动所形成的加工表面实际上是阿基米德螺旋面。合成运动方向相对于主运动方向转动了一个螺旋升角

，因此工作基面Pre和工作切削平面Pse都要倾斜一个螺旋升角

，致使车刀工作时的工作前角

0e增大了一个

角，工作后角

0e减小一个

角。所以在车削大导程的丝杠或多头螺纹时，要将车刀的左侧刃后角磨大些，右侧刃后角磨小些（如车右旋螺纹时），使左、右侧刀刃获得相同的工作后角。

第一章金属切削设备的基本知识图1.8进给运动对工作角度的影响第一章金属切削设备的基本知识（2）横向进给运动对工作角度的影响车槽或切断时，假定工作（进给）平面pf与正交平面p0重合。2．刀具安装位置对工作角度的影响（对前、后角的影响）（统一设刀具的刃倾角为零）在安装车刀时，若刀尖与工件中心等高，则切削平面Ps与车刀底面垂直，基面与底面平行，刀具工作前、后角与标注前、后角相等；若将刀尖安装得高于工件中心，则工作基面和工作切削平面的位置相对于静止参考系发生倾斜，使刀具的工作前角增大、工作后角减小；若将刀尖安装得低于工件中心，则刀具的工作前角减小、工作后角增大，如图1.9所示。在实际生产中，粗车外圆时常将刀尖装高一个值，为dw×（1～50）/100；精车外圆时常将刀尖装低一个值，为dw×（1～50）/100。第一章金属切削设备的基本知识图1.9刀具安装高度对工作角度的影响（2）刀杆轴线不垂直于进给运动方向的影响（对主偏角和副偏角的影响）安装时，刀杆的轴线不垂直于进给运动方向，则会影响在基面内测得的相应角度。（G为刀杆对称面的垂线与进给方向的夹角）第一章金属切削设备的基本知识四、切削要素（切削用量要素和切削层公称截面积要素）（一）切削用量要素（工艺要素，包括切削速度、进给量、背吃刀量三要素）1．切削速度vc

切削速度是指主运动的线速度。（刀具切削刃上某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时线速度）2．进给量f

进给量是指主运动每转一转（每行程），刀具沿进给运动方向相对于工件的位移量。钻削、铣削时还可用每齿进给量fz表示。进给运动有时还用进给速度

f来表示，它们的关系是：第一章金属切削设备的基本知识3．背吃刀量ap

背吃刀量是指工件上已加工表面至待加工表面间的垂直距离。（通过切削刃基点垂直于假定工作平面方向测量的的吃刀量）对于外圆车削，如图1.14所示，背吃刀量可按下式计算:

第一章金属切削设备的基本知识（二）切削层公称截面要素1．切削层参数

切削层是指切削时，切削刃在一次进给中从工件的待加工表面上切除的那一层金属。外圆车削时，工件转一转，车刀从位置I移到位置II，前进了一个进给量。图中所示的阴影部分即为切削层，其截面尺寸的大小为切削层参数，它决定了刀具所受的负荷大小及切削尺寸，还影响切削力、刀具磨损、工件表面质量和生产率。第一章金属切削设备的基本知识（1）切削层公称厚度hD。是指在切削层横截面内，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。（切削刃两瞬时位置过渡表面间的厚度）（2）切削层公称宽度bD。是指在切削层横截面内，平行于过渡表面度量的切削层尺寸。（3）切削层公称横截面积AD。切削层公称横截面积是指切削层横截面的实际面积。第一章金属切削设备的基本知识第二节刀具材料一、刀具材料应具备的性能1．高硬度；2．良好的耐磨性；3．足够的强度和韧性；4．高耐热性；5．良好的工艺性和经济性二、刀具材料的种类（工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷材料、超硬刀具据材料等）刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金和超硬材料的出现，都是随着机床主轴转速提高、功率增大，主轴精度的提高，机床刚性的增加而逐步发展的。同时由于新的工程材料不断出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进作用。目前金属切削加工中应用的刀具材料，碳素工具钢已基本被淘汰，合金工具钢也很少使用，所使用的刀具材料主要分为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石5类。第一章金属切削设备的基本知识（一）高速钢

高速钢是高速合金工具钢的简称，也称白钢或锋钢是在钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢特点：工艺性好，具有较高的硬度和耐磨性、良好的耐热性、高的强度和韧性，切削速度高。与硬质合金及陶瓷相比，一是具有较好的强度韧性；二是具有较好的制造工艺性。主要用来制造钻头、丝锥、板牙、拉刀、齿轮刀具和成形刀具等形状复杂的刀具。可加工碳钢、合金钢、有色金属、铸铁等多种材料。高速钢安按切削性能可以分为普通高速钢和高性能高速钢。第一章金属切削设备的基本知识（1）普通高速钢常用的种类如下。①钨系高速钢。典型牌号是W18Cr4V，简称W18。具有较好的综合性能。适合制作螺纹车刀、成形车刀、拉刀和齿轮刀具等形状复杂的刀具。但强度和韧性低，不适合制作大截面的刀具；热塑性较差，不适合制造热成形刀具。②钼系高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V2，简称M2，具有较好的力学性能，适合制作承受较大冲击力的刀具、结构比较薄弱的刀具和截面较大的刀具、各种热轧刀具和抵抗冲击的刀具。但热处理易脱碳、易氧化和淬火温度窄等

W9Mo3Cr4V是另一钼系类牌号的普通高速钢，简称W9，具有较好的抗弯强度、冲击韧度、热塑性、热稳定第一章金属切削设备的基本知识性和磨削加工性比，表面粗糙度值也小，可用于制造锯条、钻头、拉刀、铣刀和齿轮刀具等各种刀具；加工钢料时，刀具寿命比W18和M2都有一定的提高。（2）高性能高速钢。主要用于加工高温合金、钛合金、不锈钢、高强度钢等难加工的材料。常见的有以下几种。①高碳高速钢。典型牌号是9W18Cr4V，简称9W18，适合制作耐磨性要求高的铰刀、锪钻和丝锥等刀具，也可用于切削奥氏体不锈钢。但不能承受大的冲击。②铝高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V2Al（简称501）和W10Mo4Cr4V3Al（简称5F6），其切削性能与M42相当，刀具寿命比W18高，而价格却相差不多。第一章金属切削设备的基本知识因含钒量多，其磨削加工性较差，且过热敏感性强，氧化脱碳倾向较大，使用时要严格掌握热处理工艺。③钴高速钢。典型牌号是W2Mo9Cr4VCo8，简称M42，其适合制作加工高温合金、钛合金及其他难加工材料的高速钢刀具。④高钒高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V3，简称M3，适合制作加工硬橡胶、塑料等对刀具磨损严重的刀具材料，以及低速薄切屑精加工刀具，如拉刀、铰刀和丝锥等。高钒高速钢具有较长的寿命，其主要缺点是磨削加工性差。（3）粉末冶金高速钢。是将熔融的高速钢钢水置于保护气罐中，用高压氩气或纯氮气使其雾化成细小粉末，然后第一章金属切削设备的基本知识将粉末在高温和高压下压制成细密的钢坯，最后将钢坯锻轧成刀具形状。它具有强度和韧性较高、磨加工性好、耐磨性好、淬火变形小等优点。适合制作切削难加工材料的刀具、各种精密刀具和形状复杂的刀具。（二）硬质合金刀具材料1．硬质合金的组成和特点硬质合金是用粉末冶金的方法制成的，它是由高硬度、高熔点的金属碳化物的微粉和金属黏结剂，在高压下压制成形，并在1

500℃的高温下烧结而成。能加工包括淬硬钢在内的多种材料。多用于制造刀片。第一章金属切削设备的基本知识

2．硬质合金的种类、牌号、性能及选用

K类相当于钨钴类硬质合金，代号为YG，适用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，外包装用红色标志。

P类相当于钨钛钴类硬质合金，代号为YT，适用于加工长切屑的黑色金属，外包装用蓝色标志。

M类相当于钨钛钽钴类硬质合金，代号为YW，适用于加工长、短切屑的黑色金属和有色金属，外包装用黄色标志。常用硬质合金刀具材料的牌号及用途见下表。（1）钨钴类硬质合金（YG）。常用牌号有YG3、YG6、YG6、YG8等。牌号中的数字表示含钴量的百分比，含钴量越多，其韧性就越大，抗弯强度就越高，但其硬度和耐磨性降低。第一章金属切削设备的基本知识适用于切削铸铁、有色金属及其合金，以及非金属材料和含Ti元素的不锈钢等工件材料，其中YG3适用于精加工，YG8适用于粗加工，YG6适用于半精加工。（2）钨钛钴类硬质合金（YT）。常用牌号有YT5、YT15、YT14、YT30。牌号中的数字表示含碳化钛量的百分比，含碳化钛量越多，其韧性和抗弯强度下降，但其硬度增大适宜于加工塑性材料，其中YT30适用于精加工钢材，YT5适用于粗加工塑性较大的材料，YT15适用于半精加工钢材（3）钨钛钽钴类硬质合金（YW）。是一种既能加工钢，又能加工铸铁和有色金属及其合金，通用性较好的刀具材料。常用的牌号有YW1、YW2等。第一章金属切削设备的基本知识（4）碳化钛基硬质合金（YN类）。常用牌号有YN01、YN05、YN10、YN15等。主要用于碳钢、合金钢、工具钢、淬火钢等材料的连续切削和精加工，对尺寸较大和表面粗糙度值要求较小的工件精加工，可获得更好的效果。（5）超细晶粒硬质合金。常用牌号有YS2、YM051、YG610和YG643等。用于制造尺寸较小的整体复杂刀具；可用于加工铁基、镍基和钴基高温合金、钛基合金和耐热不锈钢，以及各种喷涂焊、堆焊材料等难加工的材料。三、刀具材料的表面涂层（提高刀具的耐磨性，同时具有韧性和硬度）①TiC涂层刀片。刀具容易产生剧烈磨损时宜涂TiC。②TiN涂层刀片。刀具与工件材料容易产生粘结时涂TiN。第一章金属切削设备的基本知识③Al2O3涂层刀片。刀具在高温下切削时宜涂Al2O3。上述的单涂层外，还可以采用TiC-TiN、TiC-Al2O3、TiC-Al2O3-TiN等双涂层或多涂层，其性能优于单涂层。涂层刀片广泛用于各种钢料、铸铁的精加工和半精加工，负荷较轻的粗加工。涂层刀具的缺点是刀刃的锋利程度和抗剥落能力不及未涂层的刀具，所以不宜小进给量加工高硬度材料和重载切削。

四、其他刀具材料（选讲）

陶瓷刀具材料

1.陶瓷刀具材料的成分及特点第一章金属切削设备的基本知识

常用陶瓷刀具材料是以氧化铝或氮化硅为基体成分，经压制成形后烧结而成的一种刀具材料。主要特点是：有很高的硬度和耐磨性；有很高的耐热性；有良好的化学稳定性；加工表面质量高。其最大缺点是抗弯强度和韧性差，不能承受冲击负荷。2．陶瓷刀具材料的主要类型（1）Al2O3基陶瓷。Al2O3基陶瓷是在Al2O3中加入一定数量的碳化钛和一定数量的金属经热压烧结而成，可提高抗弯强度及断裂韧性，抗机械冲击和耐热冲击能力也得以提高，适用于各种铸铁及钢料的精加工、粗加工。常用的牌号有M16、SG3、AG2、TN05等。第一章金属切削设备的基本知识（2）Si3N4基陶瓷。Si3N4基陶瓷比Al2O3基陶瓷刀具具有更高的强度、韧性和疲劳强度，有更高的切削稳定性。其热稳定性更高，允许更高的切削速度。热导率为Al2O3的2～3倍，因此耐热冲击能力更强。适用于端铣和切有氧化皮的毛坯工件等。还可对铸铁、淬硬钢等高硬度材料进行精加工和半精加工。常用牌号有SM、FD05等。超硬刀具材料1．金刚石（1）天然单晶金刚石刀具。由于其价格昂贵，应用较少。（2）人造聚晶金刚石刀具。可以自由刃磨。第一章金属切削设备的基本知识（3）金刚石复合刀片刀具。其强度好，允许切削的断面较大，可以进行间断切削和多次重磨使用。其主要特点是：有极高的硬度，耐磨性好，可用来加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料；加工的表面质量很高。但耐热性较差，不宜用它加工钢铁材料。主要用于制作磨具和磨料。用作刀具材料时，多用于在高速下精细车削或镗削有色金属及非金属材料。2．立方氮化硼主要特点有：具有很高的硬度和耐磨性；具有很好的热稳定性；化学惰性比金刚石大。因此可对淬火钢、冷硬铸铁进行粗加工和半精加工，同时还能高速切削高温合金、硬质合金及其他难加工的材料。第一章金属切削设备的基本知识一、切削变形1、切削变形的本质2、三个变形区☆3、变形系数4、切屑的分类☆二、积屑瘤现象☆1、积屑瘤的概念2、积屑瘤产生与生长3、积屑瘤作用4、减小与避免积屑瘤的措施第三节金属切削过程1、切削变形的本质本质：是切削层在受到刀具前刀面的挤压而产生剪切滑移的塑性变形过程。图1金属切削切削层在刀具的挤压作用下首先产生弹性变形，随着刀具的不断挤压切入，金属内部的应力、应变不断增加，当应力达到材料的屈服强度时，金属便沿着AD方向（最大剪应力方向）产生滑移，随着刀具切削的继续进行，切削层沿AD方向滑移并脱离母体，成为切屑。一、切削变形为便于分析切削层的变形规律，通常把刀具切削刃附近的切削层分为三个变形区：第一变形区、第二变形区、第三变形区。2、三个变形区图2金属切削过程中的滑移线和流线示意图

一、切削变形2、三个变形区第一变形区（剪切滑移区）：范围：OA-始滑移线与OM-终滑移线之间现象：金属晶粒发生剪切滑移且被拉伸特点：塑性变形一般速度范围内，第一变形区域宽度为0.02～0.2mm，速度越高，宽度越小，可以看作一个剪切平面。图3滑移与晶粒的伸长示意图

一、切削变形图2金属切削过程中的滑移线和流线示意图

第二变形区（挤压摩擦区）

切屑沿前刀面流动时，进一步受到前刀面的挤压，在刀具前刀面与切屑底层之间产生了剧烈摩擦，使切屑底层的金属晶粒纤维化，其方向基本上和刀具前刀面平行，如图3。现象：切屑底层与前刀面间相互挤压摩擦，产生滞流层特点：切屑底层金属纤维化，并有加工硬化现象2、三个变形区一、切削变形图3滑移与晶粒的伸长示意图

图2金属切削过程中的滑移线和流线示意图

第三变形区（挤压摩擦回弹区）现象：已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹特点：工件表面发生弹性变形2、三个变形区一、切削变形

大部分的塑性变形集中在第一变形区，所以切削变形的大小主要由第一变形区决定。同时，第一变形区和第二变形区是关联的，前刀面的摩擦情况对第一变形区的剪切面方向有很大影响，前刀面上的摩擦力大时，切屑排出不通畅，挤压变形加剧，引起第一变形区的剪切滑移也随之增大。3、变形系数

可以用变形系数来判断切削变形严重程度。变形系数分为厚度变形系数和长度变形系数。厚度变形系数：

切屑厚度与切削层厚度之比长度变形系数：

切削层长度与切屑长度之比图4变形系数的计算参数一、切削变形切削层变成切屑后宽度的变化很小，根据体积不变原理有：变形系数是大于1的数，变形系数越大，说明切削变形越严重。它直观地反映了切屑变形程度，并且比较容易测量。在测量时借助细铜丝来测量。3、变形系数一、切削变形4.切屑的分类

a)带状切屑b)挤裂(节状)切屑c)单元(粒状)切屑d)崩碎切屑图5切屑类型

一、切削变形由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程中的变形程度也就不同，因而所产生的切屑种类也就多种多样。归纳起来可以分为以下四种，如图5所示：一、切削变形切屑的形成条件与特点：一、切削变形4.切屑的分类

变形：内部剪应力小大形成条件：材料塑性高低切削速度高

低切削厚度小大刀具前角大小影响：切削过程平稳

不平稳表面粗糙度较好

不佳断屑困难

容易4.切屑的分类

一、切削变形带状节状粒状崩碎前三种切屑是切削塑性金属时得到的，在生产中一般最常见到的带状切屑，当切削厚度大时得到节状切屑，粒状切屑比较少见。节状切屑减小前角加大切削厚度粒状切屑加大前角，提高切削速度，减小切削厚度带状切屑4.切屑的分类

由此可见，切屑的形态是可以随着切削条件变化而转化的一、切削变形1、积屑瘤的概念在一定切削速度范围内切削塑性较高的金属时，刀具前面靠近刀刃的部位会粘附着一小块很硬的金属，它包围着切削刃，且覆盖在前刀面上，可代替切削刃进行加工，我们把这块硬度很高的金属称其为积屑瘤，或称刀瘤，如图6所示。图6积屑瘤

二、积屑瘤现象二、积屑瘤现象容易出现积屑瘤的情况：1）切削塑性金属2）产生带状切屑3）切削速度在一定范围内，一般在中速2、积屑瘤产生与生长

产生：形成粘结和加工硬化是积屑瘤产生的必要条件。成长：具有周期性，积屑瘤的产生、长大和脱落是周期性的动态过程。滞流——粘结——长大二、积屑瘤现象3、积屑瘤作用⑴对切削力的影响增大了刀具的实际前角，减小了切屑的变形，可使切削力减小。但由于积屑瘤不稳定，导致了切削力的波动。⑵对已加工表面粗糙度的影响在加工过程中，积屑瘤是不断生长和破碎的，不稳定，易破裂，其碎片可能会留在已加工表面上，影响零件表面质量。另外，也会导致实际切削厚度的不断变化，引起局部过切，形成的刃口不光滑，使已加工表面变得粗糙。⑶影响刀具耐用度

积屑瘤相对稳定时，减小了切屑与前刀面的接触面积，提高刀具耐用度；积屑瘤不稳定时，破裂部分有可能引起硬质合金刀具的剥落，反而降低了刀具耐用度。二、积屑瘤现象4、减小与避免积屑瘤的措施⑴工件材料塑性好的材料，容易产生积屑瘤。塑性差硬度较高的材料，产生积屑瘤的可能性相对较小，减小产生加工硬化的倾向；切削脆性材料时，形成的崩碎切屑与前面无摩擦，一般无积屑瘤产生。⑵切削速度切削速度较低(υc＜3m／min)时，不会出现积屑瘤。切削速度在3～40m／min范围内时，容易产生积屑瘤。当切削速度较高(υc＞40m／min)时，不会产生积屑瘤。避免采用产生积屑瘤的速度进行切削加工。

增大前角（减少刀具与切屑间的压力）或用油石仔细打磨刀具前面，减小进给量或选用合适的冷却润滑液都有助于防止积屑瘤的产生。小结在切削塑性金属的过程中，工件材料受到刀具前刀面的推挤，发生变形，最终被撕裂下来形成切屑，这个过程中存在着三个变形区。以剪切滑移为特征的第一变形区和以内摩擦为特征的第二变形区的变形程度决定着切屑的形态。切屑变形的大小可以用变形系数Λ表示，不同的加工状态生成带状、节状、粒状和崩碎四种类型的切屑，随工件材料、刀具和切削用量等因素的改变其切屑形态也会发生转化。粘结和加工硬化是产生积屑瘤的必要条件，积屑瘤的产生、长大、脱落是一个周期性的动态过程。

二、切削力1.切削力的来源2.切削力的分解3.切削力的计算4.影响切削力的因素5.切削功率三、切削热与切削温度1.切削热2.切削温度3.影响切削温度的因素二、切削力1．切削力的来源切削力是指切削时，刀具作用在工件上使工件材料发生变形，并使多余材料变为切屑所需要的力。切削力的来源有以下两个方面。（1）变形抗力。（2）摩擦阻力。由变形抗力和摩擦阻力形成作用在刀具上的切削合力F，切削合力也称为总切削力F，如图所示。二、切削力1．切削力的产生切削力是指切削时，刀具作用在工件上使工件材料发生变形，并使多余材料变为切屑所需要的力。切削力的来源有以下两个方面。（1）变形抗力。（2）摩擦阻力。由变形抗力和摩擦阻力形成作用在刀具上的切削合力F，切削合力也称为总切削力F，如图所示。切削合力与分力2．切削力的分解切削力是一个空间力，大小和方向都不易直接测定，为了设计和工艺分析的需要，一般把切削力分解，研究他在一定方向上的分力。常将合力F分解为3个互相垂直的分力。（1）主切削力Fc。

Fc是切削合力F在主运动方向上的分力。

意义：是最大的一个分力，它消耗切削总功率的百分之九十五左右，作用于主运动方向上，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度以及设计机床夹具，选择切削用量的主要依据。（2）背向力FP。

FP是切削合力F在垂直于进给运动方向上的分力，

意义：纵车外圆时，FP不消耗机床功率，但它作用在机床工艺系统刚性最差的方向上，使工件在水平面内弯曲，影响加工精度，并且容易引起振动。是校验机床刚度的主要依据。（3）进给力Ff。

Ff是切削合力F在进给运动方向上的分力。意义：用在机床的进给运动机构上，消耗总功率的百分之一到百分之五，是验算机床进给机构强度的必要依据。3.切削功率切削功率是指在切削过程中消耗的总功率，Pc与Pf的和，用P表示，因背向力FP不消耗机床功率，所以它是主切削力Fc与进给力Ff消耗的功率之和。由于进给力Ff消耗的功率占总消耗功率的1%～5%，可忽略不计，故一般只计算切削功率Pc：

根据切削功率Pc，可以计算机床主电机的功率PE：4.影响切削力的因素及控制措施（1）工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，切削力就越大；工件材料的强度、硬度相近，塑性和韧性越大，切削力也越大；即使同一种材料，由于制造方法和热处理状态不同，硬度就不同，也影响切削力的大小。采用适当的毛坯制造方法或对工件进行热处理，可以减小切削力。（2）切削用量的影响背吃刀量和进给量增大，切削力增大。aP增加1倍，切削力增加1倍；f增大1倍，切削力增加70～80%。切削塑性金属时，切削速度v对切削力的影响是呈波浪形变化在切削脆性金属时，切削速度对切削力没有显著影响。所以选择切削用量时，应选择较大的进给量和切削速度，减小背吃刀量，以便减小切削力。（3）刀具几何参数的影响

a.前角

0。前角增大，切削力减小。

b.主偏角

r。主偏角

r对切削力的影响不大。

c.刃倾角

s。刃倾角

s对切削力的影响也不大。

d.刀尖圆弧半径r

。刀尖圆弧半径增大，切削力变大。（5）其他影响因素

a.切削液。以冷却作用为主的水溶液切削液对切削力影响很小；而润滑作用强的切削油，能显著降低切削力。

b.刀具磨损。刀具磨损影响切削力的大小。后刀面磨损后，故切削力增大。

c.刀具材料。刀具材料与工件材料之间的摩擦系数小，切削力小，反之，切削力则大。综上所述，切削力的大小是许多因素共同作用的结果，要减小切削力，应在分析各种因素的基础上，找出主要因素，并兼顾其他因素间的关系。三、切削热与切削温度

1.切削热（1）切削热的产生（两部分）切削过程中变形和摩擦所消耗的98%～99%的功都转变为切削热。如图所示。（2）切削热的传散（四个介质）

a.车削。50%～86%由切屑带走，传入刀具占10%～40%，传入工件占3%～9%，传入周围介质约占1%。

b.钻削。约有28%由切屑带走，传入刀具占14.5%，传入工件占52.5%，传入周围介质约占5%。

c.磨削。约有4%的热量由切屑带走，传入砂轮的热量占12%，传入工件的热量占84%。

切削热的产生与传导

切屑、工件和刀具上各点的温度分布

2.切削温度（1）切削温度的概念切削温度是指切屑与刀具前刀面接触区域的平均温度。（切削温度的高低，取决于该处产生热量的多少和传散热量的快慢。经推算和测定可知，在切屑中平均温度最高。前刀面上的最高温度不在切削刃上而在距离切削刃有一小段距离的地方）（2）切削温度的分布规律实际上切屑、工件和刀具上各点的温度是不相同的。

a.切削塑性金属。刀具上最高温度区一般在距离切削刃有一小段距离的地方。切屑上的最高温度区在切屑刚离开前刀面的底层处；工件的最高温度区在接近刀刃处。

b.切削脆性金属。最高温度区在接近刀刃的后刀面上，其次在接近刀刃的前刀面上。

3.影响切削温度的因素及控制措施

a.工件材料的影响工件材料的硬度和强度越高，切削温度越高；工件材料的塑性越大，切削温度越高；工件材料导热系数小，切削温度就高；切削灰铸铁等脆性材料，切削温度较低。

b.切削用量的影响（1）切削速度。切削速度提高，切削温度将明显上升。（最大的影响因素）（2）进给量f。进给量增大，切削温度上升，但并不显著。（3）背吃刀量ap。背吃刀量增大，切削温度上升甚微。因此，应优先选用大的背吃刀量ap、较小的进给量f和低的切削速度vc。

c.刀具几何参数的影响（1）前角

0。前角增大，切削温度下降。但如果前角过大，刀具的散热体积减小，切削温度反而会上升。（2）主偏角

r。主偏角增大，切削温度升高，主偏角减小，切削温度下降。（3）刀尖圆弧半径r

。r

增大，切削温度下降。

d.刀具磨损的影响刀具磨损后，切削温度上升。

e.切削液的影响合理使用切削液，可以减小摩擦，从而减小切削热。还可以带走切削区域的大量切削热，使切削温度明显降低。四、刀具磨损与刀具耐用度（一）刀具磨损（正常磨损和非正常磨损）

正常磨损：是指刀具在切削过程中，由于刀具材料的微粒被切屑或工件带走，使刀具逐渐磨损的现象。

非正常磨损：是指刀具由于冲击、振动、热效应等原因而出现崩刃或碎断的现象。切削时，刀具的前后面都会发生磨损，如图所示。

1.刀具磨损形式（1）前刀面磨损（月牙洼磨损）切削塑性材料时，如果用较高的切削速度和较大的切削厚度进行切削，刀具后刀面还未出现明显的磨损痕迹，却在前刀面上距切削刃一定距离处会磨出一个月牙洼，如图所示。（2）后刀面磨损。后刀面磨损后，形成后角等于零的小棱面。用较低的切削速度和较小的切削厚度切削塑性金属材料，或切削脆性金属时，刀具的磨损主要发生在后刀面。后刀面磨损往往是不均匀的，如图所示，在刀尖部位磨损较大，磨损量用Va表示；在刀刃靠近工件表面处，磨损也较大，用Vn表示；只有在后刀面中间区域，磨损比较均匀。其平均磨损宽度以VB表示。（三个磨损区产生的原因）（3）前、后刀面同时磨损。当切削塑性金属材料时，若采用中等切削速度和中等切削厚度，则经常会发生前、后刀面同时磨损的磨损形式。（4）边界磨损。切削钢件或淬火后的工件，发生在切削刃处。非正常磨损时的磨损形式：（1）卷刃。是指刃口受挤压后发生的塑性变形，一般发生在高速钢刀具上。（2）崩刃。是指刀刃的脆性破裂。（3）打刀。是指刀片较大块的破碎。（4）裂纹。是指刀具受到周期性冲击或热应力作用，使刀齿出现裂纹而破损。

2.刀具磨损原因（1）冷焊磨损（粘结磨损）：在中等偏低的切削速度下它是刀具磨损的主要形式。在一般切削温度下，切屑和刀具发生粘结，由于它们之间会发生相对运动，粘结破裂，刀具材料被带走。（2）磨粒磨损：是低速切削刀具产生磨损的主要原因。（任何温度下）刀具材料中含有颗粒状硬质点，硬质点硬度很高，随着切屑从前刀面流出，在流出时划伤刀具前刀面从而造成刀具磨损。

（3）氧化磨损：在较高温度下，刀具材料中的元素与空气中的氧气结合形成较软的氧化物，氧化物被切屑擦掉造成刀具磨损。氧化磨损经常发生在主、副切削刃的工作边界处，因为空气通常不易进入到刀具与工件的切削接触区域。（4）扩散磨损：扩散磨损是硬质合金刀具发生急剧磨损的主要原因。在高温下，刀具材料和工具材料的元素发生相互扩散，刀具产生较软的化合物。（刀具磨损温度受影响最大）（5）热电磨损：产生静电（了解）

3.刀具磨损过程（随切削时间的增长，磨损量加大）如图所示，为刀具后面磨损过程曲线，刀具磨损过程可分为3个阶段。

a.初期磨损阶段（AB段）。在刀具开始切削的短时间内，磨损较快。一般初期磨损量为0.05～0.1mm。（原因）

b.正常磨损阶段（BC段）。经过初期磨损后，刀具磨损变慢，随着切削时间增加，磨损量以较均匀的速度增加。

c.急剧磨损阶段（CD段）。刀具经过正常磨损阶段，磨损速度急剧增加，以致刀具损坏而失去切削能力。（冒烟、切屑颜色变成深褐色、有震动产生）刀具磨损过程

4.刀具磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，因此对刀具规定了一个允许磨损量的最大值，这个值称为刀具磨钝标准或磨损限度。（否则，会影响加工质量，增加重磨时刀具和砂轮的磨损量，降低刀具的利用率，并增加磨刀时间）刀具磨钝标准一般规定在刀具的后刀面上，以后刀面磨损带中间部分（B区）磨损量的平均值VB表示。制定刀具磨钝标准时既要考虑充分发挥刀具的切削能力，又要考虑保证零件的加工质量。粗加工应取大值，工件刚性较好或加工大件时应取大值，反之则应取小值。自动化生产中的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损量作为刀具的磨钝标准，称为刀具径向磨损量NB值。此外，在精加工时常采用刀具磨损量是否影响表面粗糙度质量和尺寸精度作为磨钝标准。

在国标中规定高速钢、硬质合金、陶瓷刀具的磨钝标准为：

（1）当后刀面B区磨损带是正常磨损时，后刀面磨损带的平均宽度ＶＢ＝０．３ｍｍ（２）当后刀面Ｂ区磨损带是非正常磨损时，如划伤、崩刃等，后刀面磨损带的最大宽度VBmax=0.6mm（3）月牙洼深度ＫＴ＝０．０６＋０．３ｆ

5.刀具的破损根据刀具材料不同：塑性破坏（高速钢）；脆性破裂（硬质合金和陶瓷）

（二）刀具耐用度

1.刀具耐用度刀具耐用度是指一把新刃磨的刀具，从开始切削至磨损量达到磨钝标准为止所所经过的总的切削时间，用T表示。还可以用达到磨钝标准前所加工出的零件数量或切削路程长度来表示。生产中广泛采用刀具耐用度。

2.刀具寿命刀具寿命是指一把新刀从投入使用，经多次重磨直到报废为止的总切削时间。显然刀具寿命等于刀具耐用度乘以重磨次数，即：

刀具寿命是一个重要参数，可以用它来衡量刀具的切削性能、工件材料的切削加工性、刀具几何参数的合理性等。对于某一切削加工，当工件、刀具确定之后，切削用量就是影响刀具寿命的主要因素。

3.影响刀具耐用度的因素（1）工件材料。工件材料的强度、硬度越高，T越低。（2）刀具材料。刀具材料的高温硬度越高，T也越高。（高速钢<硬质合金<涂层刀）（3）刀具几何参数。①前角

0。

0增大，耐用度提高，但如果前角

0太大，耐用度T反而下降。②主偏角

r。

r减小，耐用度T可提高。此外，适当减小副偏角

r和增大刀尖圆弧半径r

，都能提高刀具强度，改善散热条件，使耐用度T提高。（4）切削三要素①Vc：Vc越大切削温度越高，刀具磨损越严重，T越小②F和ap：F和ap增大，T减小，f对T的影响较ap对T的影响更大4．合理选择刀具耐用度的原则切削速度vc越高，刀具耐用度就越短。若刀具耐用度选得过高，则切削速度必须降低，虽然可以减少换刀及磨刀次数，减少刀具的消耗及其费用，但生产率的降低，也会使生产成本增加；若刀具耐用度选得过低，虽然可以用提高切削速度来使生产率提高，但由于刀具磨损过快而使换刀、刃磨的时间和费用显著增加，经济效益同样也不好。实际生产中，确定合理的刀具耐用度的原则有两种：一是着眼于使生产率达到最高的刀具耐用度，二是着眼于使生产成本降到最低的刀具耐用度。第四节提高切削效益的途径三、刀具合理几何参数的选择二、合理选择切削液一、改善工件材料的切削加工性四、切削用量的合理选择小结

工件材料的切削加工性：指工件材料被切削的难易程度。研究目的：为了寻求改善工件材料切削加工性的途径。

1.衡量切削加工性的指标

1）刀具寿命或在一定寿命（耐用度）下允许的切削速度

2）切削力或切削温度

3）表面粗糙度或表面质量通常用V60和V20来衡量。切削加工性具的好坏有相对性。常用材料的切削加工性，根据相对加工性Kr（V060）的大小划分为八级，见表1-4-1。一、改善工件材料的切削加工性表1-4-1相对切削加工性及其分级2.影响材料切削加工性的因素（1）金属材料的物理、力学性能：材料的强度、硬度、韧度、塑性、导热率以及热膨胀系数等，都会影响材料的切削性能和刀具的耐用度。（2）金属的化学成分：除了金属材料中含碳量的多少以外，材料中加入钨、钼、铬钒等其他元素时，都将不同程度的影响材料的强度、硬度、韧度和塑性，影响材料的切削加工性和刀具的耐用度。（3）金属材料的金相组织：金属材料经过淬火处理后得到马氏体组织，硬度更高，容易使刀具磨损，加工性较差；奥氏体不锈钢的硬度虽然不高，但韧度高塑性好，加工硬化严重，因此切削性也较差；片状珠光体硬度高，刀具磨损大；冷硬铸铁表面渗碳体多，硬度相当高，很难切削。3.改善工件材料切削加工性的措施（1）选择易切钢

材料中加入少量易切添加剂并且不降低力学性能（2）进行适当的热处理

将硬度较高的高碳钢、工具钢进行退火处理，降低硬度；低碳钢可以通过正火与冷拔等工艺方法降低材料的塑性，以提高其硬度；中碳钢也可以通过正火等热处理方法使其金相组织及材料硬度得以均匀各种碳钢在退火、正火后的硬度见表1-4-2。（3）合理选择刀具材料

根据加工材料的性能和要求，选择与之相匹配的刀具材料。（4）合理选择加工方法

根据工件材料的性能和要求，选择与之相适应的加工方法（一些新加工方法可以有效地对一些难加工材料进行切削加工）表1-4-2各种碳钢在退火、正火后的硬度二、合理选择切削液

1.切削液的作用

（1）润滑作用（润滑油渗透到刀具与切屑、工件表面之间，形成润滑性能良好的油膜而达到的）运动着的金属表面间，被连续的润滑油膜完全隔开，称为流体润滑。如由于载荷增大，油膜局部被破坏，发生两金属表面间局部接触时，称为边界润滑（图1-4-1）。图4-1金属间边界润滑摩擦Ffγ-摩擦力（2）冷却作用切削液浇注到切削区域后，通过切削液的汽化、对流、传导等，减小摩擦，减少热量的产生；将热量带走，使切削温度降低，起到冷却作用。冷却性能的好坏取决于切削液的导热率、比热容、汽化热、流量与流速等。冷却液的上述物理性能的量值愈大，冷却性能就愈好。水与油的主要物理指标见表1-4-3。表1-4-3水、油性能比较表（3）清洗作用（4）防锈作用2.切削液的种类（1）水溶性切削液包含水溶液、乳化液、化学合成液三种1）水溶液：以水为主，加入防锈添加剂的切削液。冷却效果好，润滑差，用于粗加工和普通磨削加工中；2）乳化液：是由乳化油加95%~98%水通过稀释成的一种切削液（乳化油=矿物油+乳化剂）；3）化学合成液：由水、各种表面活性剂和化学添加剂组成。不含油。各种性能良好。（2）油溶性切削液包含切削油和极压切削油两种。

1）切削油：以矿物油为主，加入一定的添加剂而组成的切削液。润滑作用良好。

2）极压切削油：切削油中添加了硫、氯、磷等极压添加剂，显著提高其润滑和冷却作用，硫化油应用较广。（3）固体润滑剂：常用的固体润滑剂有二硫化钼，形成的油膜有极小的摩擦系数、耐高压、耐高温，可涂抹在到面上也可添加在切削液中。3.切削液的合理选用（切削液应该根据工件材料、刀具材料、加工方法和技术要求等具体情况进行选用）高速钢刀具：其耐热性差，需切削液。粗加工时以冷却为主，同时减少切削力，降低功率消耗，采用3%~5%的乳化液；精加工时以改善加工表面质量为主，降低刀具磨损，减少积屑瘤，采用15%~20%的乳化液。硬质合金刀具：耐热性高，不需切削液。（一旦使用，必须连续使用，否则因骤冷骤热，产生内应力将导致刀片产生裂纹）切削铸铁：不用切削液；切削铜合金金属不能使用含硫的切削液，以免腐蚀刀面；切铝合金时，不用切削液，但在铰孔和攻螺纹时，常加5:1的煤油与机油的混合液或轻柴油，要求不高时也可使用乳化液。4.切削液的使用方法切削液的合理使用非常重要，它浇注的部位、充足程度与浇注方法的差异，将直接影响切削液的使用效果。切削变形区是发热的核心区域，切削液应该尽量浇注到该区域。切削时，由外部供给的切削液，要达到切屑与前刀面的接触区十分困难。如图1-4-2所示，逆着切屑流出方向，由A到达前刀面几乎不可能、而后刀面由于压力、温度均比前面低，在低速时，由B方向进入是可能的。

图1-4-2切削液渗入的途径常用切削液的种类和选用见表1-4-4。表1-4-4切削液种类和选用三、刀具合理几何参数的选择（一）前角及前刀面型式的选择

1.前角的功用

（1）工件材料相同加工塑性材料时，为减少切削变形，降低切削力和切削温度，应选大的前角；加工脆性材料时，塑性变形小，由于形成多为崩碎状切屑，前角的作用不显著，应选用较小的前角（图1-4-3）。

（2）刀具材料相同抗弯强度和抗冲击韧性大的刀具材料，如高速钢，选较大的前角。反之，如硬质合金选小值。因此高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具的前角大一些(约大5°­10°)，如图1-4-4所示。图1-4-3加工材料不同时前角的合理数值图1-4-4刀具材料不同时前角的合理数值2.前角的选择原则（1）根据工件材料的性质选择前角

工件材料的塑性越大，前角越大；加工脆性材料，切削变形很小，前角越大，刀刃强度越差，为避免崩刃应选择较小前角；工件材料的强度、硬度越高，为使刀刃的具有足够的强度和散热面积，前角应较小。

（2）根据刀具材料的性质选择前角使用强度和韧性较好的刀具材料（高速钢），可选用较大的前角；使用强度低韧性差的刀具材料（硬质合金），应采用较小的刀具前角。

（3）根据加工性质选择前角粗加工时，背吃刀量和进给量都很大，但毛坯不规则和表皮很硬，为了增强刀具的刀刃强度，选择较小前角；精加工时，背吃刀量和进给量都较小，切削力较小，为了使刃口锋利，保证加工质量，可选择较大的前角。3.前刀面类型常用的前刀面型式如图1-4-5所示。图1-4-5前刀面型式（1）正前角平面型特点是：制造简单，能获得锋利的刃口，但强度低、传热能力差。一般用于精加工刀具、成型刀具、铣刀和加工脆性材料的刀具。（2）正前角平面带倒棱型特点是：倒棱是在切削刃刃口处磨出一条很窄的棱边形成的。倒棱可以提高刀刃强度、增强散热能力、从而提高刀具耐用度。倒棱宽度很窄，在切削塑性材料时br1=(0.5~1)f,ro1=-5°~-15°选取。切削仍沿前刀面流出。用于粗切铸锻件或断续表面的加工。（3）正前角曲面带倒棱型是在正前角平面带倒棱型刀具的基础上，为了卷屑和增大前角，在前刀面上磨出一定的曲面而形成的。Lbn=(6~8)f,rbn=(0.7~0.8)lbn。用于粗加工或者精加工塑性材料的金属。（4）负前交单面型当磨损主要发生在后刀面时，可以把刀具做成此类型。刀片可以承受压应力，具有好的刀片强度，但会增大切削力。用于切削高硬度（强度）材料和淬火钢材料。（5）负前角双面型当磨损发生在前后两个刀面时，制成此类型刀具。可使刀片的重磨次数增多，此时负前角的棱面应有足够的宽度，以保证切屑沿着该棱面流出。（二）后角、副后角及后刀面的选择1.后角的功用增大后角能减小后刀面与工件上加工表面间的摩擦，减小刀具磨损。还可以减小切削刃钝圆半径，使刀刃锋利，可以减小工件表面粗糙度值。但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。2.后角的选择原则（主要根据切削厚度选择：摩擦、锋利；刀刃强度、散热条件））粗加工时，进给量较大，切削厚度较大，后角应取小值；精加工时，进给量小，切削厚度小，后角应取大值；工件材料的强度、和硬度较高时，为了提高刀刃的强度，后角应取小值；工艺系统刚性差时，容易产生振动。应适当减小后角定尺寸刀具（圆孔拉刀、铰刀）应选择较小的后角，以增加刃磨次数，延长刀具使用寿命。后角的数值，一般在6°~10°之间。3.副后角的选择副后角通常等于后角的数值。但特殊刀具，如切断刀，为了保证刀具的强度，可选用副后角等于1°~2°。4.后刀面的类型图1-4-6后刀面型式（1）双重后角为了保证刃口强度，减小刃磨后刀面的工作量，常在车刀后刀面上磨出双重后角。（2）消振棱为了增加后刀面与工件加工表面间的接触面积，增加阻尼作用，消除振动，可在刀刃后刀面上磨出一条有负后角的棱面，称为消振棱。（3）刃带对于一些定尺寸刀具（拉刀、铰刀）为了控制其外径尺寸，避免重磨后尺寸精度迅速变化常在后刀面上刃磨出后较为零度的小棱面，称为刃带。刃带起着使刀具稳定、导向和消振的作用，刃带不宜太宽，否则会增大摩擦。表1-4-6硬质合金车刀合理后角参考值（三）主、副偏角的选择1.主、副偏角的功用

对切削力：主偏角增大，进给力增大，背向力减小；对工件加工表面：主偏角增大，粗糙度值僧大；刀具耐用度：主偏角增大，耐用度降低；对工件表形状：车阶梯时，用90°，切削细长轴时用75度到90度，车外圆、端面、倒角均可选用45度刀减小副偏角会增加切削刃与已加工表面的接触长度，能减小工件表面粗糙度。但过小会引起振动。

2.主、副偏角的选择

主偏角的选择原则是：在工艺系统刚度允许的情况下，选择较小的主偏角，这样有利于提高刀具耐用度。在生产实践中，主要按工艺系统的刚性选取，见表1-4-7。副偏角的选取是根据加工性质。一般情况下，副偏角取10°~15°，精加工时取小值；特殊情况下，如切断刀，为了保证刀头强度，可选1°~2°。表1-4-7主偏角的参考值（四）刃倾角的选择1.刃倾角的功用（4方面）

（1）控制切屑流出的方向（正角好）当刃倾角等于零时，切削垂直于切削刃流出；当刃倾角大于零时，切屑流向待加工表面；当刃倾角小于零时，切屑流向已加工表面。图1-4-7刃倾角对切屑流向的影响图1-4-7刃倾角对切削刃接触工件的影响

（2）控制切削刃切入时首先与工件接触的位置（负角好）切削有断续表面时，若刃倾角为负，首先与工件接触的是切削刃上的点，而不是刀尖，这样切削刃承受冲击负荷，起到保护刀尖作用；刃倾角为正，首先与工件接触的是刀尖，可能引起崩刃或打刀。但负刃倾角会导致背向力增大，引起工件变形和机床的振动。

（3）控制切削刃在切入与切出时的平稳性

断续切削时，当刃倾角为零，切削刃与工件同时接触，同时离合，会引起振动；若刃倾角不等于零，则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件，切削过程平稳。

（4）控制背向力与进给力的比值刃倾角为正，背向力减小，进给力增大；刃倾角为负时，背向力增大，进给力减小。2.刃倾角的选择选择刃倾角时，应按照刀具具体工作条件进行具体分析，一般可按加工性质来选取。精车刃倾角在0°~5°之间选择，粗车刃倾角在0°~-5°之间；断续车削刃倾角在-30°~-45°；大刃倾角精刨刀刃倾角在75°~80°。（五）刀尖形式（过渡刃）的选择采用大的主偏角，对减小切削力有利，但会降低刀具寿命并使表面粗糙度值变大（另有，刀尖强度低、散热差、易磨损），为了补偿这些缺陷，可在靠近刀尖处（图1-4–8a）磨出一个过渡刃。

1.直线过渡刃（a)

过渡刃的偏角等于0.5倍主偏角，长度等于四分之一至五分之一背吃刀量，多用于粗加或强力切削的车刀上。图1-4-8过渡刃的型式2.圆弧过渡刃过渡刃为圆弧形，刀尖圆弧半径增大，相当于刀尖处的平均主偏角减小，可以减小工件表面粗糙度值，且能提高刀具的耐用度，但会增大背向力，容易产生振动，所以刀尖圆弧半径不宜太大，通常高速钢车刀取0.5~5mm，硬质合金取0.5~2mm。3.水平修光刃修光刃是在副切削刃靠近刀尖处磨出一小段主偏角等于零的平行刀刃，其长度取（1.2~1.5）f，其值过大会引起振动（负刃倾角、大的刀尖圆弧半径、小的主偏角、过小的副偏角）。4.大圆弧刃大圆弧刃是把过渡刃磨成非常大的圆弧形，它的作用相当于水平修光刃刀。（六）卷屑槽型及切屑的控制

1.切屑的卷曲与流向（1）切屑的卷曲切屑的卷曲是由切屑内部变形，或碰到刀具前刀面上磨出的断屑槽、凸台、附加挡块以及其他障碍物后造成的。（2）切屑的流向切屑的流向主要受到刃倾角的影响。2.断屑的原因和屑形（1）切屑在流出过程中遇到障碍物，受到一个弯曲力矩而折断

切屑与卷屑台相碰撞后受到力的作用，形成一个弯曲力矩，产生较大的弯曲应力折断在卷屑台中，若弯曲应力未达到盈利极限则切屑在发生弯曲变形之后，改变了方向继续运动。切屑与待加工表面相碰，切屑这段成C形切屑；与过渡表面相碰后形成圆卷形切屑；与后刀面相碰后奇偶折断形成C形或6形切屑。

卷曲的切屑流出时，碰在后刀面或工件上，切屑因受阻而应变增加，当某断面应力超过其强度极限时，切屑就折断，呈短片状，其过程如图1-4-9所示。图1-4-9切屑的折断a)开始卷曲b)再卷曲c)碰在后刀面d)折断（2）切屑在流动过程中靠自身重量甩断若切屑从前刀面上流出过程中未与刀具或工件相碰，则有可能形成长得带状切屑，或经卷屑槽形成螺旋形切屑，达到一定长度后，靠自身重量甩断。通常认为C形切屑和6形切屑、短螺旋形屑较为理想。其中碰到车刀后刀面折断形成的C形屑，断屑稳定可靠，且定向下落，不会与高速旋转的工件相碰，不会产生切屑飞溅现象。但切削力有微笑波动，不利于提高表面粗糙质量。靠自重甩断的短螺旋状切屑，切削力较稳定，有利于减小表面粗糙度值，但不希望太长，否则影响操作和切屑清理。（尤其是自动生产机床跟要严格控制切屑长度）重型机床加工时，C状切屑容易伤人，希望产生条发状的切屑。

3.影响断屑的因素（1）卷屑槽（断屑槽）1）卷屑槽宽度

其宽度越窄，切屑卷曲的半径越小，弯曲应力越大，切屑容易在卷屑槽内折断或碰到工件后折断。但不宜太小，否则容易产生阻屑、崩刃和切屑飞溅等现象。为使切屑卷曲，需在前刀面磨出卷屑槽，其型式有下面三种（图1-4­10）；全圆弧型、直线圆弧型和折线型。

图1-4-10卷屑槽型式a)全圆弧型b)直线圆弧型c)折线型2）反屑角反屑角越大，切屑越容易折断；但反屑角太大，则容易造成堵屑，切削力增大，切削温度上升。3）槽型圆弧半径操行圆弧半径对断屑的影响类似于反屑角的影响。4）卷屑槽斜角（是卷屑槽的侧边与主切削刃之间的夹角）让对切屑的流向和屑形都有影响。外斜式：前宽后窄，前深后浅，负刃倾角作用，流向代加工表面，形成C形或6形切屑。范围较宽，断屑稳定可靠；内斜式：前窄后宽，前浅后深，正刃倾角作用，背离工件流出，已形成卷得很紧的螺旋形切屑，靠自重甩断。适于切削用量较小的半精加工和精加工，切屑范围不大；平行式：断屑范围和效果类似于外斜式，当被吃刀量变化较大时，宜采用。（2）刀具几何角度在刀具几何角度中，以主偏角和刃倾角对断屑和切写的流向影响较大。主偏角越大，切削厚度越大，切屑在卷曲时弯曲应力越大，越容易折断（此时取主偏角等于75°~90°）

刃倾角为负，形成C形或6形；刃倾角为正，形成C形或螺旋形。（3）切削用量进给量增加，切削厚度比例增加，弯曲应力增加，切屑容易折断。（4）工件材料工件材料的塑性、韧性越大，强度越高，越不容易折断。切屑控制是控制切屑的流向、卷曲、断屑、屑形等综合问题，生产中应分清主次关系，考虑各因素对切屑控制的影响。

一般规律是：根据工件材料和已选定的刀具角度与切削用量，确定断屑槽的尺寸参数，只有当不受其他条件限制时，才辅以改变主偏角、刃倾角和进给量等的参数，通过试切才能获得较理想的控制切屑的效果。作业与习题1.什么叫切削运动，它的分类情况及个运动的定义？2.刀具切削部分的组成，概述个组成部分的定义？3.描述正交平面参考系中的3个坐标平面，以及能够标注的8个角度（说明其定义）？4.切削要素的分类，每一类切削要素包含什么？怎样定义的？5.刀具材料应具备的性能？6.切屑的种类及形成条件？7.简述积屑瘤的产生与生长过程？8.切削里可以分解为哪三个力，这三个力研究的意义？影响切削力的最主要因素是什么？9.影响切削温度的因素（从工件材料、切削用量及刀具几何角度分别分析）？10.刀具形式及各磨损形式产生的条件？11.刀具耐用的的概念？影响刀具耐用度的最主要因素？12.切削液的种类？切削液的作用？13.概述前角的功用？14.概述后角的功用？15.主偏角的功用？16.刃倾角的功用？17.刀尖过渡刃的几种形式？18.切屑控制的一般规律？四、切削用量的合理选择（一）切削用量选择的基本原则

（1）所选的切削用量是机床功率允许的；（2）根据工件加工余量和粗、精加工要求选择被吃刀量；（3）根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床的进给系统、工件刚度及精加工的表面质量要求，确定进给量；（4）根据刀具耐用度确定切削速度。（二）合理切削用量的选择方法1.确定被吃刀量（根据加工余量和加工性质选择）粗加工：在保留半精加工和精加工余量的前提下，若机床的刚性允许，尽可能把粗加工余量一次切掉；中等功率的机床上长取被吃刀量为2~