机械制造技术基础 课件全套 第1-6章 金属切削原理 -先进制造技术

2025/11/4机械制造技术基础1第1章金属切削原理1.1金属切削基础目录2025/11/4机械制造技术基础21.1.1切削运动与切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削层参数与切削方式1.1.4刀具材料及其选用本节小测1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础3（1）工件的表面形状不论零件的形状如何复杂，其表面都是由平面、圆柱面、圆锥面、螺旋面等基本表面组成的，这些表面都属于“线性表面”。1.工件表面的形成方法构成机械零件外形轮廓的常用表面1—平面2—圆锥面3—圆柱面4—螺旋面5—回转体成型面6—渐开线柱面2025/11/4机械制造技术基础4（2）工件表面的形成方法“线性表面”是指该表面是由一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动而形成的轨迹。平面可以由直线母线1沿直线导线2移动而形成。圆柱面、圆锥面可以由直线母线1沿圆导线2旋转而形成。螺纹面是由齿形母线1沿螺旋导线2运动而形成。直齿圆柱齿轮齿面是由渐开线母线沿直线导线2移动而形成。母线和导线统称为形成表面的发生线。1.工件表面的形成方法

1.1.1切削运动与切削用量1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础5（2）工件表面的形成方法有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面。如图1-3中，母线均为直线1，导线均为圆2，轴线均为O-O，所需的运动也相同，但因母线1相对于旋转轴线O-O的原始位置不同，因此，所产生的表面也就不同，分别为圆柱面、圆锥面和双曲面。1.工件表面的形成方法图1-3母线原始位置变化时形成的不同表面1—母线与轴线平行2—母线与轴线相交3—母线与轴线不平行、不相交1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础6在机床上加工零件时，所需形状的表面是通过刀具和工件的相对运动，由刀具的切削刃切成的。刀具切削刃以及切削刃与被加工表面之间按一定规律的相对运动，就形成了所需的发生线。由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为4种：轨迹法、成形法、相切法和展成法。（2）工件表面的形成方法a）轨迹法b）成形法c）相切法d）范成法图1-4形成发生线的四种方法1—切削线（切削点）2—发生线1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础72、切削运动：在金属切削机床上切削工件时，工件与刀具之间要有相对运动，这个相对运动即称为切削运动。外圆车削：工件的旋转运动形成母线（圆），车刀的纵向直线运动形成导线（直线），圆母线沿直导线运动时就形成了工件上的外圆表面，故工件的旋转运动和车刀的纵向直线运动就是外圆车削时的切削运动。牛头刨床上刨平面：刨刀作直线往复运动形成母线（直线），工件作间歇直线运动形成导线，直母线沿直导线运动时就形成了工件上的平面，故在牛头刨床上刨平面时，刨刀的直线往复运动和工件的间歇直线运动就是切削运动。切削运动及加工表面：机械工业出版社()

2025/11/4机械制造技术基础8分类：1）主运动：切除切屑所需的基本运动。3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属2）进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。3）其它运动：吃刀运动分度运动1.1.1切削运动与切削用量

2025/11/4机械制造技术基础91.1.1切削运动与切削用量常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转车刀纵向、横向移动机床名称主运动进给运动钻床钻头旋转钻头轴向移动

2025/11/4机械制造技术基础101.1.1切削运动与切削用量常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动铣床铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动机床名称主运动进给运动镗床镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动2025/11/4机械制造技术基础11（1）主运动使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动称为主运动。这个运动的速度最高，消耗的功率最大。主运动的形式可以是旋转运动或直线运动，但每种切削加工方法中主运动通常只有一个。（2）进给运动使主运动能够持续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需的运动。进给运动可能不止一个，它的运动形式可以是直线运动、旋转运动或两者的组合，但无论哪种形式的进给运动，其运动速度和消耗的功率都比主运动要小。

1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础12（3）合成切削运动由同时进行的主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向。合成切削速度ve：切削刃上选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。除表面成形运动外，还需要辅助运动以实现机床的各种辅助动作。辅助动作的主要包括各种空行程运动、切入运动、分度运动和操纵及控制运动等。任何切削加工方法都必须有一个主运动，可以有一个或几个进给运动。主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具单独完成（例如在钻床上钻孔或铰孔）1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础13切削时，在主运动和进给运动的共同作用下，工件表面的一层金属连续地被刀具切削下来并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在新表面的形成过程中，工件上有三个不断变化着的表面：1）待加工表面。工件上多余金属即将被切除的表面。该表面随着切削的进行逐渐减小，直至多余金属被切完。2）已加工表面。工件上多余金属被切除后形成的新表面。3）过渡表面（切削表面）。工件上多余金属被切除过程中，待加工表面与已加工表面之间相连接表面，或刀刃正在切削着的表面。3.切削时工件上的表面

1.1.1切削运动与切削用量1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础141.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础15钻孔扩孔铰孔锪孔1.1.1切削运动与切削用量2025/11/4机械制造技术基础164.切削用量三要素1）切削速度vc。是指切削刃选定点相对工件的主运动线速度。2）进给量f。主运动每转时工件与刀具沿进给方向的位移量，mm/r。进给速度vf：单位时间内的进给量，vf=fn（mm/s或mm/min）。3）切削深度（背吃刀量）asp。是待加工表面与己加工表面间的垂直距离。

fz=f/z（mm/齿）vf=fn=fzzn（mm/s或mm/min）车削时（d为工件最大直径，mm；n为工件转速，r/min）多齿刀具，每齿进给量（z为刀具齿数）：关系式：补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。

2025/11/4机械制造技术基础171.1.1切削运动与切削用量目录2025/11/4机械制造技术基础181.1.1切削运动与切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削层参数与切削方式1.1.4刀具材料及其选用本节小测1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础19切削刀具的种类很多，形状各异，但其切削部分都有共同的特征。普通外圆车刀由刀头和刀杆组成。刀杆用于装夹，刀头用于切削，刀头由“一尖、二刃、三面”组成。1）前刀面。直接作用于切削层，控制切屑流向。2）主后面。与工件过渡表面相对并相互作用的刀面。3）副后面。与工件已加工表面相对并相互作用。4）主切削刃。前刀面与主后面的交线，在工件上切出过渡表面，承担主要切削工作。5）副切削刃。前刀面与副后面的交线，配合主切削刃完成切削工作，形成已加工表面。6）刀尖。主、副切削刃交汇的一小段刀刃，可以是直线段或圆弧。常用的刀尖有交点刀尖、圆弧刀尖（圆弧形过渡刃）和倒角刀尖（直线形过渡刃）。车刀的结构：机械工业出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础202025/11/4机械制造技术基础21用来确定刀具角度的投影体系，称为刀具角度参考系，参考系中的投影面称为刀具角度参考平面。用来确定刀具角度的参考系有两类：刀具角度静止参考系，是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称为刀具标注角度；对于车刀，在建立刀具静止参考系时，特作如下三点假设：①不考虑进给运动的影响，即；②安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，且车刀刀杆中心线与工件轴心线垂直；③主切削刃上选定点x与工件中心等高。刀具角度工作参考系，是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称为刀具工作角度。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础22正交平面参考系(Pr—Ps—Po系)1）基面。过主切削刃选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。例如：普通车刀的基面，可理解为平行于刀具的底平面。2）切削平面。过主切削刃选定点，与工件加工表面相切的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面。3）正交平面。过切削刃选定点，与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度

2025/11/4231.1.2刀具角度和刀具的工作角度

2025/11/4241.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础252.刀具标注角度（1）在正交平面参考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刃倾角λs：主切削刃与基面Pr的夹角，在切削平面PS中测量。当刀尖处于切削刃最高点时为正，反之为负，当主切削刃呈水平时为0°。前角γo：在主切削刃上选定点的正交平面P0内，前面与基面之间的夹角。后角αo：在同一正交平面P0内，后面与切削平面之间的夹角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刀具前角：机械工业出版社()主偏角：机械工业出版社()刃倾角：机械工业出版社()

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础262.刀具标注角度（1）在正交平面参考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刃倾角λs：主切削刃与基面Pr的夹角，在切削平面PS中测量。当刀尖处于切削刃最高点时为正，反之为负，当主切削刃呈水平时为0°。前角γo：在主切削刃上选定点的正交平面P0内，前面与基面之间的夹角。后角αo：在同一正交平面P0内，后面与切削平面之间的夹角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刀具前角：机械工业出版社()主偏角：机械工业出版社()刃倾角：机械工业出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础272.刀具标注角度（1）在正交平面参考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刃倾角λs：主切削刃与基面Pr的夹角，在切削平面PS中测量。当刀尖处于切削刃最高点时为正，反之为负，当主切削刃呈水平时为0°。前角γo：在主切削刃上选定点的正交平面P0内，前面与基面之间的夹角。后角αo：在同一正交平面P0内，后面与切削平面之间的夹角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刀具前角：机械工业出版社()主偏角：机械工业出版社()刃倾角：机械工业出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础282.刀具标注角度（1）在正交平面参考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刃倾角λs：主切削刃与基面Pr的夹角，在切削平面PS中测量。当刀尖处于切削刃最高点时为正，反之为负，当主切削刃呈水平时为0°。前角γo：在主切削刃上选定点的正交平面P0内，前面与基面之间的夹角。后角αo：在同一正交平面P0内，后面与切削平面之间的夹角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面Pr上测量。刀具前角：机械工业出版社()主偏角：机械工业出版社()刃倾角：机械工业出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础292.刀具标注角度（1）在正交平面参考系中的角度副后角α’0：在副切削刃上选定的副正交平面P0’内，后面与切削平面之间的夹角。楔角β0：在主切削刃上选定点的正交平面P0内，前面与后面的夹角。刀尖角εr：主、副切削刃在基面上投影之间的夹角，在基面Pr上测量。余偏角ψr：主切削刃在基面上的投影与进给方向垂线之间的夹角，在基面Pr上测量。2025/11/4机械制造技术基础302025/11/4机械制造技术基础311）基面。过主切削刃选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。例如：普通车刀的基面，可理解为平行于刀具的底平面。2）切削平面。过主切削刃选定点，与工件加工表面相切的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面。3）法平面。过切削刃上选定点垂直于切削刃或其切线的平面。法平面参考系1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础322.刀具标注角度（2）刀具在法平面参考系中的角度刀具在法平面参考系中要标出的角度基本和正交平面参考系中相类似。在基面Pr上表示的角度κr、κ′r、εr、ψr和在切削平面Ps内表示的λs，二者参考系是相同的，不同的只是将正交平面P0内的γ0、α0和β0，改为法平面Pn内的法前角γn、法后角αn与法楔角βn。

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础331）基面。过主切削刃选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。例如：普通车刀的基面，可理解为平行于刀具的底平面。2）背平面。过切削上选定点，平行于刀杆中心线并垂直于基面的平面，它与进给方向是垂直的。3）假定工作平面。过切削刃上选定点，同时垂直于刀杆中心线与基面的平面，它与进给方向平行。背平面和假定工作平面参考系1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础342.刀具标注角度（3）刀具在背平面和假定工作平面参考系中的角度除基面上表示的角度和上面相同外，前角、后角和楔角分别在背平面Pp和假定工作平面Pf内标出的。因此有背前角、背后角、背楔角和侧前角、侧后角、侧楔角等角度背平面和假定工作平面参考系中为什么没有刃倾角？

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础35

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2025/11/4机械制造技术基础36

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2025/11/4机械制造技术基础37

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。04-11月-25机械制造基础383.刀具角度（工作参考系）刀具工作角度又称刀具切削角度：刀具实际切削条件下的实际角度。工作参考系与静止参考系的差别：工作条件下，合成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止条件下合成速度与切削速度是一致的。（1）刀具工作参考系（Pre—Pse—Poe）通常情况下工作角与标注角近似相等。如普通车削、镗孔、铣削等。当较大时或安装误差较大时必须考虑其影响。如：车螺纹、钻孔等。刀具的安装条件变化也会引起了参考系的变化。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4机械制造技术基础39（1）工作参考系及工作角度

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础40（2）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响经向进给时工作角度的变化1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础41（2）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响经向进给时工作角度的变化式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础42（2）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响纵向进给时工作角度的变化在进给剖面，有：在工作正交平面内：1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础43（2）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响纵向进给时工作角度的变化将其换算到主剖面内得到：1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础44（2）刀具工作角度（工作参考系）②刀尖安装对工作角度的影响车外圆刀尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角减小（大）。在纵向剖面内的工作角度为：1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础45（2）刀具工作角度（工作参考系）②刀尖安装对工作角度的影响车外圆刀尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角减小（大）。γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础46（2）刀具工作角度（工作参考系）②刀尖安装对工作角度的影响镗内孔刀尖安装偏高（低）：工作前角减小（大），工作后角增大（小）。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25机械制造基础47（2）刀具工作角度（工作参考系）③车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角度的变

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度目录2025/11/4机械制造技术基础481.1.1切削运动与切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削层参数与切削方式1.1.4刀具材料及其选用本节小测1.1.3切削层参数与切削方式2025/11/4机械制造技术基础49切削层是指工件上正被切削刃切削的一层金属，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属。1）切削层宽度bD。沿主切削刃测量的切削层尺寸，反映切削刃参加切削的工作长度（mm）。2）切削层厚度hD。两相邻加工表面间的垂直距离（mm）。3）切削层横截面积AD。在给定瞬间，切削层的实际断面面积（mm2）。车削外圆，切削层是指工件每转一转，车刀主切削刃移动一段距离从工件上切下的那一层金属。因AD不包括残留面积，且在各种方法中AD与进给量和切削深度的关系不同，所以不等于f和ap的积。只有在车削中，当残余面积很小时才近似，即AD=hD·bD=f·asp

2025/11/4机械制造技术基础501.1.3切削层参数与切削方式2025/11/4机械制造技术基础511.1.3切削层参数与切削方式2025/11/4机械制造技术基础521.1.3切削层参数与切削方式2025/11/4机械制造技术基础53（1）自由切削和非自由切削自由切削：刀具在切削过程中，如果只有一条直线切削刃参加切削工作。非自由切削：刀具上的切削刃为曲线，或有几条切削刃（包括副切削刃）都参加了切削，并且同时完成整个切削过程。（2）直角切削和斜角切削直角切削：刀具主切削刃的刃倾角为0的切削，此时，主切削刃与切削速度向量成直角，故又称为正交切削。斜角切削：刀具主切削刃的刃倾角不为0的切削，此时主切削刃与切削速度向量不成直角。

1.1.3切削层参数与切削方式目录2025/11/4机械制造技术基础541.1.1切削运动与切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削层参数与切削方式1.1.4刀具材料及其选用本节小测1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础551）高的硬度。刀具材料的常温硬度，一般要求在60HRC以上。2）高的耐磨性。耐磨性是指刀具抵抗磨损的能力。材料中硬质点的硬度越高、数量越多、颗粒越小、分布越均匀，则耐磨性越高。3）足够的强度和韧性。4）高的耐热性（热稳定性）。保证刀具在切削温度很高时仍保持应有的硬度、耐磨性和稳定性，断续切削时刀具材料还需具有耐受热冲击性能。5）良好的热物理性能和耐热冲击性能。6）良好的工艺性能和经济性。耐热性是指刀具材料在高温下保持高硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。化学稳定性是指刀具材料在高温下不易和工件材料及周围介质发生化学反应的能力。化学稳定性越好，刀具的磨损越慢。刀具材料：机械工业出版社()刀具材料应具备的性能常用刀具材料的种类、特点及适用范围

2025/11/4机械制造技术基础56常用刀具材料的种类及应用类型硬度强度韧性耐热耐磨工艺应用工具钢碳素工具钢低高高低好差低高差好切削加工、热处理、刃磨手动工具合金工具钢低速工具高速钢复杂刀具硬质合金钨钴类(YG)K粉末冶金烧结刃磨脆性金属通用类(YW)M通用钨钛钴(YT)P塑性金属非金属陶瓷烧结连续切塑性材料立方氮化硼结晶精密加工金刚石结晶精密加工1.1.4刀具材料及其选用1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础57碳素工具钢和合金工具钢常见牌号有T10A（碳十A）、T12A、CrWMn（铬钨锰钢）等。这些材料相对硬度较低，耐热性也差，但工艺性能相当好。只用于手工锯条、丝锥、板牙等手动工具和切削速度较低的刀具

碳素工具钢是含碳量在0.70﹪～1.35﹪的优质高碳钢，常用用牌号T8A、T10A、T12A等。主要性能有：淬火后硬度为60～64HRC，与一般高速钢相近；耐热性很差，当切削刃温度超过200℃～250℃时，硬度将急剧下降，失去切削能力。因此碳素工具钢只能在8m/min～10m/min的切削速度下工作。碳素工具钢的淬透性差，淬火时在水中急剧冷却，容易产生淬火变形和开裂。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础58高速钢是一种加入了较多钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢，又称为“锋钢”“风钢”或“白钢”。较高的硬度和耐热性。允许的切削速度高（与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢能提高切削速度2~3倍，提高刀具使用寿命10~40倍，甚至更多）。热硬性高达600°C。较高的强度和韧性，抗弯强度为一般硬质合金的2~3倍。抗冲击振动能力强。工艺性能较好，能锻造，容易磨出锋利的刀刃。（HSS，Highspeedsteel）广泛用于制造结构和刃形复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础59高速钢高速钢的分类

按其性能用途不同普通高速钢（通用高速钢）高性能高速钢熔炼高速钢粉末冶金高速钢按其制造工艺方法的不同按其化学成分不同钨系钨钼系钼系钨系高速钢W18Cr4V(W18)有良好的综合性能,在600℃时其高温硬度为HRC48.5,淬火时过热倾向小，碳化物含量较高，塑性变形抗力较大。可以制造各种复杂刀具。但碳化物分布不均匀，影响精加工刀具的寿命，且强度和韧度不够。热塑性差，不适于制造热轧刀具。具有良好的机械性能,抗弯强度比W18高10％～30％,韧性高50％～70％,可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具,热塑性特别好,适用于制造受冲击力较大的刀具和热轧刀具。磨加工性也好,目前广泛应用。有脱碳敏感性大、淬火温度范围窄等缺点。钨钼系高速钢W6Mo5Cr4V2(M2)高碳高速钢高钒高速钢钴高速钢铝高速钢常用牌号：9W18Cr4V。含碳量提高到0.9％~1.05％，使钢中合金元素全部形成碳化物，从而提高钢的硬度、耐磨性与耐热性。但其强度与韧性略有下降。常用牌号：W6Mo5Cr4V3。含钒量提高到3％~5％。碳化钒量增加提高了钢的耐磨性。一般用于制造加工高强度钢的刀具等。耐磨性比普通高速钢差。常用牌号：W6Mo5Cr4V2Co8。钴的加入可提高钢的高温硬度、抗氧化能力、回火硬度和导热系数，降低摩擦系数，有良好的综合性能。允许有较高的切削速度，特别适用于加工高温合金和不锈钢等难加工材料。但含钴量较高，故价格昂贵。常用牌号：W6Mo5Cr4V2Al。铝的加入提高了耐磨性和耐热性，具有良好的切削性能，耐用度比W18Cr4V大1~4倍，价格低。但是淬火温度范围窄，氧化脱碳倾向较大，磨削性能较差。

2025/11/4机械制造技术基础601.1.4刀具材料及其选用常用高速钢牌号及其应用范围类别牌号主要用途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础61高速钢高性能高速钢在普通高速钢中加入碳、钒、钴、铝等合金元素，使耐磨性和耐热性进一步提高的新型高速钢。高性能高速钢在630～650℃时仍可保持HRC60的硬度,具有更好的切削性能，耐用度较普通高速钢高1.3～3倍。可使用50~100m/min的切削速度，同时能适用于加工不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料。

粉末冶金高速钢在用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水,直接得到细小的高速钢粉末,高温下压制成致密的钢坯,而后锻压成材或刀具形状。其强度和韧性分别是熔炼高速钢的2倍和2.5～3倍;可加工性能好;物理机械性能高度各向同性,淬火变形小；耐磨性能提高20％～30％，适合制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具(如滚刀、插齿刀)、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高压动载荷下使用的刀具等。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础62硬质合金由各种难熔金属碳化物（TiC、WC、TaC、NbC等）和金属黏结剂（如Co、Ni、Mo等）用粉末冶金的方法制成。硬度HRA89~93，耐高温800~1000°C，具有良好的耐磨性，允许使用的切削速度可达100~300m/min。可加工包括淬硬钢在内的多种材料。抗弯强度低，冲击韧性差，较难加工，很少用于制造整体刀具，一般做成各种形状的刀片，焊接或直接夹固在刀体上使用。常用的有钨钴类（YG类）、钨钛钴类（YT类）和钨钛钽（铌）钴类（YW类）。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础63硬质合金（1）WC基硬质合金牌号示例：YG6（牌号字母是YG，牌号数字是由平均含钴量的百分数组成，表示平均Co=6%，其余为WC）。WC基硬质合金刀具材料特点及应用类型特点常用牌号应用范围YG类硬质合金（K类）由WC和Co组成，也称钨钴类硬质合金；随着钴质量分数增多，硬度和耐磨性下降，抗弯强度和韧性增高YG6（Co的质量分数6%）、YG8等主要加工铸铁、有色金属及其合金、非金属材料，低速时也可加工钛合金等耐热钢YT类硬质合金（P类）由WC、TiC和Co组成；随着TiC质量分数的提高，钴质量分数相应减少，硬度及耐磨性增高，抗弯强度下降YT5（TiC的质量分数为5%）、YT15等主要用于加工钢料YW类硬质合金（M类）在WC、TiC、Co的基础上再加入TaC（或NbC）而成；加入TaC（或NbC）后，改善了硬质合金的综合性能，其抗弯强度、冲击韧性和疲劳强度增加，高温性能和抗氧化能力提高YW1、YW2等可以加工铸铁、有色金属、钢料及高温合金和不锈钢等难加工材料，有通用硬质合金之称1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础64硬质合金（2）YN类硬质合金（TiC基硬质合金）是TiC为主要硬质相，以Ni或Mo为黏结相制成的合金，比WC基合金有高的耐磨性、耐热性和高的硬度（近似陶瓷）。抗弯强度和冲击韧性较差，一般用于精加工、半精加工钢和铸铁。常用合金牌号有YN05、YN10等。（3）涂层硬质合金无论是硬质合金还是高速钢，都可以在刀具制好之后采用化学气相沉积法或者物理气相沉积法再涂一层或数层硬质材料（如TiC、TiN、TiCN、Al2O3），使其表层硬度高、耐磨性好和化学稳定性强，基体抗弯强度高、韧性好、导热系数大。可用于半精加工、精加工、粗加工（小负荷）钢料和铸铁。涂层刀具的应用范围正在进一步扩大。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础65硬质合金表3-1各种硬质合金的应用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工、不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工、不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及其合金、非金属材料的粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15、YT14碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时精加工YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量YT15是指碳化钛平均含量为15%，其余为碳化钨和钴含量的硬质合金。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础66陶瓷陶瓷刀具是以氧化铝（A12O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制成形后烧结而成的一种刀具材料。陶瓷刀具材料有更高的耐热性和硬度，在1200°C时仍可保持HRA80的硬度，可承受更高的切削速度。化学稳定性好，摩擦系数小，耐磨性好，加工钢件时的寿命为硬质合金的10~12倍。耐冲击性低于硬质合金。常用的陶瓷刀具材料有氧化铝、复合氧化铝及复合氮化硅陶瓷等。主要用于精加工和半精加工高硬度、高强度钢和冷硬铸铁等。陶瓷原料在自然界中容易得到，且价格低，发展前途广。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础67陶瓷常用陶瓷刀具材料特点及应用类型特点应用范围氧化铝陶瓷主要用A12O3加微量添加剂（如MgO），经冷压烧结而成，是一种廉价的非金属刀具材料，抗弯强度400~500N/mm2，硬度91~92HRA由于抗弯强度太低，应用较少复合氧化铝陶瓷在A12O3基体中添加高硬度、难熔碳化物（如TiC），并加入其它金属（如镍、钼）进行热压而成，抗弯强度800N/mm2以上，硬度93~94HRA，1200°C时硬度尚能达到80HRA，化学稳定性好，与被加工金属亲和作用小，但抗弯强度和冲击韧性较差，对冲击十分敏感。在A12O3基体中加入SiC和ZrO2晶须而形成晶须陶瓷，可提高韧性目前多用于各种金属材料的半精加工和精加工，特别适合于淬硬钢、冷硬铸铁的加工。复合氮化硅陶瓷在Si3N4基体中添加TiC等化合物和金属Co等进行热压制成，其机械性能与复合氧化铝陶瓷相近特别适合于切削冷硬铸铁和淬硬钢1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础68金刚石金刚石分天然和人造两种（显微硬度接近于10000HV），是自然界中最硬的材料，工业上常用的是人造金刚石。金刚石能切削陶瓷、高硅铝合金、硬质合金等难加工材料，还可以切削有色金属及其合金。不能切削铁族材料，因为碳元素和铁元素有很强的亲和性，碳元素向工件扩散，加快刀具磨损。当温度大于700°C时，金刚石转化为石墨结构而丧失了强度。金刚石刀具除了设计刀具的几何参数外，还要注意金刚石晶体的方向，不同晶面的耐磨性能是不一样的。在高温高压条件下，借助于某些合金的触媒作用，由石墨转化而成1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础69立方氮化硼又称CBN，是由六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转化而成的一种新型超硬刀具材料。包括整体聚晶CBN和复合聚晶PCBN两种。硬度（显微硬度可达8000~9000HV）仅次于金刚石。热稳定性和化学惰性稳定，可耐1300~1400°C的高温，在1200°C高温时也不易与铁族金属发生反应。可用较高的速度切削淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料。常常在硬质合金片上烧结一层0.5mm厚的立方氮化硼而形成复合刀具来使用。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础70涂层刀具在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢（HSS）基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物（也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上）而制备的。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了基体的磨损。具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性。切削时可比未涂层刀具寿命提高3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础71常用刀具材料的特性及用途种类牌号工艺性能用途碳素工具钢T8A、T10A、T12A可冷热加工成形，工艺性能良好，磨削性好，须热处理只用于手动刀具，如手动丝锥、板牙、铰刀、锯条、锉刀等合金工具钢9CrSi、CrWMn等可冷热加工成形，工艺性能良好，磨削性好，须热处理只用于手动或低速机动刀具，如丝锥、板牙、拉刀等高速钢W6Mo5Cr4V2（M2）、W18Cr4V（W18）、W2Mo9Cr4VCo8（M42）、W6Mo5Cr4V2Al（501）可冷热加工成形，工艺性能好，须热处理，磨削性好，但高钒类较差用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具，如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥、板牙、刨刀等硬质合金钨钴类：YG3、YC6、YC8钨钴钛类：YT5、YT15、YT30压制烧结后使用，不能冷热加工，多镶片使用，无须热处理车刀刀头大部分采用硬质合金，铣刀、钻头、滚刀、丝锥等也可镶刀片使用。钨钴类加工铸铁，有色金属；钨钻钛类加工碳素钢、合金钢、淬硬钢等陶瓷

压制烧结后使用，不能冷热加工，多镶片使用，无须热处理多用于车刀，性脆，适于连续切削立方氮化硼

压制烧结而成，可用金刚石砂轮磨削用于硬度、强度较高材料的精加工。在空气中达1300°C时仍保持稳定金刚石

用天然金刚石砂轮刃磨极困难用于有色金属的高精度、低粗糙度切削，700~800°C时易碳化1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础72合理选择刀具材料的基本原则根据工件材料、刀具结构和加工要求，选择合适的刀具材料与其相适应，做到既充分发挥刀具特性，又能较经济地满足加工要求。通常加工一般材料，大量使用的仍是普通高速钢和硬质合金。加工难切削材料时才有必要选用新牌号高性能高速钢或硬质合金。加工高硬度材料或精密加工时才需选用超硬材料。切削刃形状复杂的刀具，例如成形车刀拉刀、丝锥、板牙、齿轮刀具，以及容屑槽是螺旋形的刀具，例如麻花钻、扩孔钻、铰刀、立铣刀、圆柱铣刀，目前大多用高速钢（HSS）制造。硬质合金，加工范围广，切削速度和刀具寿命也很高，为了提高生产率，应尽量选用。1.1.4刀具材料及其选用2025/11/4机械制造技术基础73切削一般钢与铸铁的常用刀具材料刀具类型工件材料——钢工件材料——铸铁车刀、镗刀WC-TC-Co，WC-TiC-TaC-Co，TiC（N）基硬质合金，Al2O3WC-Co，WC-TaC-Co，TIC（N）基硬质合金，Si3N4，Al2O3端铣刀WC-TiC-TaC-Co，TiC（N）基硬质合金WC-TaC-Co，TiC（N）基硬质合金，Si3N4，Al2O3钻头HSS，WC-TiC-Co，WC-TiC-TaC-CoHSS，WC-Co，WC-TaC-Co扩孔钻，铰刀HSS，WC-TiC-Co，WC-TiC-TaC-CoHSS，WC-Co，WC-TaC-Co成形车刀HSSHSS立铁刀，圆柱铣刀HSSHSS拉刀HSSHSS丝锥，板牙HSSHSS齿轮刀具HSSHSS2025/11/4机械制造技术基础74第1.2节金属切削理论2025/11/4机械制造技术基础75引言与课前问题切削过程的三个变形区各有何特点?切屑的种类有哪些?三个切削分力是如何定义的?切削热是怎样传出的?本节要点2025/11/4机械制造技术基础761.2.1金属切削层的变形1.2.2切削力1.2.3切削热及切削温度1.2.4刀具磨损和刀具耐用度本节重点及难点2025/11/4机械制造技术基础77重点：金属切削层的变形影响切削变形的主要因素影响切削力的主要因素影响切削温度的主要因素刀具磨损形式及磨损过程刀具耐用度与切削用量的关系难点：金属切削层的变形;影响切屑变形切削力及切削温度的主要因素学习目标：认识金属切削的现象理解金属切削的本质规律（切削区的变形和摩擦规律）掌握切削变形的影响因素知道切削力的来源、分解和合成方法、测量原理和方法、经验分析法掌握切削力的因素分析法知道切削热的来源、传导和分布规律、测量原理和方法掌握切削温度的因素分析法知道刀具磨损和破损的现象、形式了解刀具磨损的原因掌握刀具磨损规律和刀具耐用度经验公式的建立方法切屑的形成2025/11/4机械制造技术基础78右图a)为塑性金属受挤压的示意图。试件受压时，随着外力F的增加，金属内部应力增加，先产生弹性变形继而产生塑性变形，并使金属的晶格沿晶面发生滑移，滑移面DA、CB与外力F的方向大致成45°，滑移到最后产生破裂。右图b)为金属切削过程示意图。DB以上为切削层，与金属挤压试验相似，切削层受刀具挤压后也产生弹性变形和塑性变形，并欲往DA、CB方向滑移，因DB一下为工件母体，受它的阻碍，金属只能沿DA滑移，当其与母体金属分离时，就形成了金属切削过程中的切屑。金属切削变形本质就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。a)塑性金属挤压示意图b)切削示意图金属切削层的三个变形区2025/11/4机械制造技术基础791.三个变形区1）第一变形区（Ⅰ）从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成。2）第二变形区（Ⅱ）切屑沿刀具前面排出时，进一步受到前面的挤压和摩擦，使靠近前面处的金属纤维化，其方向基本上和前面相平行。3）第三变形区（Ⅲ）工件已加工表面受到切削刃钝圆部分与刀具后面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。第一变形区内金属的剪切变形2025/11/4机械制造技术基础80当切削层中金属某点P向切削刃逼近，到达点1的位置时，若通过点1的等切应力曲线OA，其切应力达到材料的屈服强度，则点1在向前移动的同时，也沿OA滑移，其合成运动将使点1流动到点2。2’-2就是它的滑移量。随着滑移的产生，切应力将逐渐增加，也就是当P点向1、2、3……移动时，它的切应力不断增加，直到点4位置，此时其流动方向与刀具前面平行，不再沿OM线滑移。所以OM叫终滑移线，OA叫始滑移线。OA到OM之间整个第一变形区内，其变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。第一变形区金属的滑移金属切削过程示意图第二变形区的变形和摩擦2025/11/4机械制造技术基础81切削层金属经过终滑移线OM，变成切屑沿刀具前面流出时，切屑底层仍受到刀具前面的挤压和摩擦，使切屑底层继续发生变形，这种变形仍以剪切滑移为主，变形的结果使切屑底层的晶粒弯曲拉长，并趋向于与前面平行而形成纤维层。在只考虑剪切面的滑移时，把各单元比喻为平行四边形的薄片，由于第二变形区的挤压和摩擦，这些单元的地面被挤压伸长，它的形状不再如aAMm那样达到平行四边形，而是像bAMm的梯形，许多梯形叠加就造成了切屑的卷曲。金属切削过程示意图切屑的卷曲1.第二变形区的变形第二变形区的变形和摩擦2025/11/4机械制造技术基础82在切屑沿前面流出的前期过程中，在高温高压作用下，切屑底层的金属会粘结在前面上，形成粘结层，粘结层以上的金属从粘结层上流过时，它们之间的摩擦就与一般金属的外摩擦不同，而形成粘结层与其上流动金属之间的内摩擦，金属金属内部的滑移剪切。在切屑沿前面流出的后期过程中，由于压力和温度降低，因此切屑底层与前面之间的摩擦就成了一般金属间的外摩擦。外摩擦情况下，摩擦力仅与正压力和摩擦系数有关；在内摩擦情况下，摩擦力与材料的流动应力特性及粘结面积有关。刀-屑接触区以内摩擦为主。刀-屑接触示意图1.第二变形区的摩擦表示切屑变形程度的方法2025/11/4机械制造技术基础83（1）剪切角ϕ试验证明，对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度高时，剪切角ϕ较大，剪切面积变小，切削比较省力，说明切屑变形较小。相反，当剪切角ϕ较小，则说明切屑变形较大。（2）切屑厚度压缩比Λh在切削过程中，刀具切削的切屑厚度hch通常大于工件上切削层的公称厚度hD，而切屑长度lch却小于切削层公称长度lD。切屑厚度hch与切削层公称厚度hD只比成为切屑厚度压缩比Λh；而切削层公称长度lD与切屑长度lch之比成为切屑长度压缩比ΛL，即

由于工件上切削层的宽度与切屑平均宽度的差异很小，切削前、后的体积可以看作不变，故

Λh是一个大于1的数，Λh值越大，表示切下的切屑厚度越大，长度越短，其变形也越大。几个主要因素对切屑变形的影响2025/11/4机械制造技术基础841）工件材料。工件材料强度愈高，切削变形愈小，工件材料塑性愈大，切削变形就愈大。如不锈钢1Cr18Ni9Ti伸长率δ大，所以切削变形大，易黏刀不易断屑。2）刀具前角。前角γo愈大，切屑顺前刀面排出的方向与切削速度方向的差异愈小，切屑流动阻力愈小，切削变形就愈小，还可使剪切角φ增大，使切削变形减小。(前角越大，切削过程不需要过大的挤压变形就可以切削材料）影响切削变形的主要因素几个主要因素对切屑变形的影响2025/11/4机械制造技术基础853）切削速度。在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度愈高，切削变形就愈小。在有积屑瘤的切削速度范围内，在积屑瘤增长阶段，实际前角增大，故切削变形随vc增加而减小。在积屑瘤消退阶段，实际前角减小，切削变形随之增大。4）切削层公称厚度。在无积屑瘤情况下，切削层公称厚度增加时，剪切角φ增大，切削变形减小。影响切削变形的主要因素在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形系数越小。主要是因为塑性变形的传播速度较弹性变形慢，切削速度越高，切削变形越不充分，导致变形系数下降；此外，提高切削速度还会使切削温度增高，切屑底层材料的剪切屈服强度因温度的增高而略有下降，导致前刀面摩擦系数减小，使变形系数下降。刀屑接触区摩擦变小切屑的类型、变化、形状及控制2025/11/4机械制造技术基础861）形态按照局部观察切屑时的形状来分，如切屑是连续的还是分离的。按照切屑形成机理的差异，切屑形态一般分为4种基本类型，即带状切屑、挤裂切屑（节状切屑）、单元切屑（粒状切屑）和崩碎切屑。2）形状按照整体观察切屑时的形状来分，如切屑是笔直的还是向哪个方向有多大程度的卷曲。切屑的形状有带状切屑、管状切屑、盘旋形切屑、环形螺旋切屑、锥形螺旋切屑、弧形切屑、单元切屑、针形切屑等。1.切屑的种类名称带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑形态带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状切屑沿剪切面完全断开，切屑呈粒状不规则，块状颗粒变形剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂形成条件切削塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大切削塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小切削塑性材料，工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低切削硬脆材料，刀具前角较小影响切削过程平稳，切削力波动较小，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，切削力有波动，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀

2025/11/4机械制造技术基础87不同进给率下切屑形态的SEM图像(a)f=1μm/r；(b)f=3μm/r；(c)f=5μm/r；(d)f=7μm/r切屑的类型、变化、形状及控制切屑的类型、变化、形状及控制2025/11/4机械制造技术基础881.切屑的种类带状切屑管形切屑盘旋形切屑环形螺旋切屑锥形螺旋切屑弧形切屑单元切屑针形切屑1.1长2.4长3.1平4.1长5.1长6.1连接1.2短2.2短3.2锥4.2短5.2短6.2松散

1.3缠乱

2.3缠乱

4.3缠乱5.3缠乱

切屑形状（GB/T16461-2016）切屑的类型、变化、形状及控制2025/11/4机械制造技术基础89原因切削加工中常产生大量“不可接受”的切屑。或拉伤工件的已加工表面，使表面粗糙度恶化；或划伤机床，卡在机床运动副之间；或造成刀具的早期破损；有时甚至影响操作者的安全。特别对于数控机床、生产自动线及柔性制造系统，如不能进行有效的切屑控制，轻则限制了机床能力的发挥，重则使生产无法正常进行。切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断屑”），指在切削过程中采用适当的工艺措施来控制切屑的流出方向、卷曲及有效折断，以形成便于处理和控制的屑形和大小。2.切屑的控制卷屑槽与卷屑台（1）屑形控制精车时：形成环形螺旋屑。在重型机床上用大切深、大进给量车削钢件时：形成锥形螺旋屑。在自动机床或自动线上：盘旋形屑是一种比较好的屑形。车削铸铁、黄铜等脆性材料时：应设法使切屑连成卷状。（2）卷屑设法使切屑沿前刀面流出时，受到一个额外的作用力，在该力作用下，使切屑产生一个附加的变形而弯曲。1）自然卷屑：利用前刀面上形成的积屑瘤使切屑自然卷曲。2）卷屑槽与卷屑台的卷屑：在生产上常用强迫卷屑法，即在前刀面上磨出适当的卷屑槽或安装附加的卷屑台，当切屑流经前刀面时，与卷屑槽或卷屑台相碰而卷曲。切屑的类型、变化、形状及控制2025/11/4机械制造技术基础902.切屑的控制（3）断屑避免过长切屑，对卷曲了的切屑需进一步施加力（变形）使之折断。1）使卷曲后的切屑与工件相碰，使切屑根部的拉应力越来越大，最终导致切屑完全折断。这种断屑方法一般得到弧形屑、平盘旋形屑或锥盘旋形屑。2）使卷曲后的切屑与后刀面相碰，使切屑根部的拉应力越来越大，最终导致切屑完全断裂，形成弧形屑。衡量切屑控制的主要标准：不妨碍正常加工，即不缠绕在工件、刀具上，不飞溅到机床运动部件中；不影响操作者的安全；易于清理、存放和搬运。切屑的类型、变化、形状及控制2025/11/4机械制造技术基础91当在一定范围的切削速度下切削塑性材料时，常发现在靠近切削刃的前刀面上黏附着一小块很硬的金属，这块硬金属即为积屑瘤（刀瘤）。（1）积屑瘤的形成切屑沿前刀面流出时，在温度与压力作用下，摩擦阻力超过切屑本身的分子结合力时，一部分金属黏附在前刀面上，形成积屑瘤。积屑瘤不断长大，达到一定高度时破裂，被切屑带走或嵌附在工件表面上。（2）积屑瘤对切削过程的影响1）积屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃进行切削，保护切削刃。2）增大了刀具实际工作前角，使切削轻快。粗加工时，积屑瘤是有益的。3）积屑瘤的顶端伸出刀刃之外，不断地产生和脱落，使实际切削深度和切削厚度不断变化，影响尺寸精度并会导致切削力的变化，引起振动。4）积屑瘤碎片黏附在工件已加工表面上，使工件表面变得粗糙。精加工时，尽量避免。3.积屑瘤切屑的类型、变化、形状及控制2025/11/4机械制造技术基础92（3）积屑瘤控制1）工件材料。切削塑性大的材料时塑性变形较大，容易产生积屑瘤。切削脆性材料形成的崩碎切屑不流过前刀面，因此一般无积屑瘤。2）切削速度。切削速度很低（v<5m/min）时，切屑流动较慢，切屑底面的新鲜金属氧化充分，摩擦因数较小。切削温度低，切屑分子的结合力大于切屑底面与前刀面之间的摩擦力，不出现积屑瘤。切削速度在5~50m/min范围内时，切屑底面的金属与前刀面间的摩擦因数较大，切削温度高，切屑分子的结合力降低，容易产生积屑瘤。切削速度很高（v>50m/min）时，切削温度很高，切屑底面呈微熔状态，摩擦因数明显降低，积屑瘤不产生。3.积屑瘤工程上，控制积屑瘤的措施：1）调整切削速度，一般精车、精铣用高速切削；而当用高速钢刀具拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削。2）选用适当的切削液对刀具进行冷却润滑。3）增大刀具前角，减小刀-屑接触压力。4）对塑性较高的材料（如低碳钢）进行正火处理。2025/11/4机械制造技术基础93简述金属切削变形的本质以及切削变形区的划分方法。作答主观题10分本节要点2025/11/4机械制造技术基础941.2.1金属切削层的变形1.2.2切削力1.2.3切削热及切削温度1.2.4刀具磨损和刀具耐用度切削合力的分解及切削功率2025/11/4机械制造技术基础95切削各力的总和形成作用在刀具上的合力F。为了实际应用，F可分解为相互垂直的Fc、Ff和Fp三个分力）。车削时：Fc为主切削力（切向力）。其方向与过渡表面相切并与基面垂直，是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定机床功率所必需的。Ff为进给抗力（轴向力）。处于基面内并与工件轴线平行与进给方向相反的力，是设计进给机构，计算车刀进给功率所必需的。Fp为吃刀抗力（背向力、径向力、切深抗力）。处于基面内并与工件轴线垂直的力，是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据。工件在切削过程中产生的振动往往与Fp有关。1.切削合力

切削力的来源与分解：机械工业出版社()切削合力的分解及切削功率2025/11/4机械制造技术基础96消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pc。切削功率为力Fc和Ff所消耗的功率之和。第二项是消耗在进给运动中的功率，它相对于Fc所消耗的功率很小，一般仅为其1%~2%，因此可以略去不计，则在求得切削功率后，还可以计算出主运动电动机的功率PE，但需要考虑机床的传动效率ηc，即2.切削功率

Pc为切削功率（kW）；Fc为切削力（N）；vc为切削速度（m/s）；Ff为进给力（N）；nw为工件转速（r/s）；f为进给量（mm/r）。一般η取0.75~0.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。切削力的测量及指数经验公式2025/11/4机械制造技术基础97（1）功率反求法用功率表测出机床电动机在切削过程中所消耗的功率PE后，计算出切削功率Pm。这种方法只能粗略估算切削力的大小，不够精确。（2）测力仪测量法测量原理：利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换处理后，读出力值。在自动化生产中，利用测力传感装置产生信号优化和监控切削过程。1.切削力的测量研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制订合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。通过对实测的切削力进行分析处理，可以推断切削过程中的切削变形、刀具磨损工件表面质量的变化机理。在此基础上，可进一步为切削前用量优化，提高零件加工精度等提供实验数据支持。切削力的测量及指数经验公式2025/11/4机械制造技术基础98对于一般加工方法，如车削、孔加工和铣削等已建立起了可直接利用的经验公式。切削力的计算常采用：指数公式、单位切削力法、解析计算、有限元计算。另一类是按单位切削力进行计算的公式。单位切削力：单位切削面积上的切削力。2.切削力的计算

CFc、CFp、CFf为系数，由被加工的材料性质和切削条件所决定；xFc、xFp、xFf、yFc、yFp、yFf、nFc、nFp、nFf为三个分力公式中，切削深度ap、进给量f和切削速度v对切削力影响指数；KFc、KFp、KFf分别为三个分力公式中，当实际加工条件与求得经验公式时的条件不符时，各种因素对切削力的修正系数的积。

2025/11/4机械制造技术基础992025/11/4机械制造技术基础100切削力的测量及指数经验公式2025/11/4机械制造技术基础1012.切削力的计算

[例]用某硬质合金车刀外圆纵车Rm=0.637GPa的结构钢，车刀几何参数为：κr=45°，γo=10°，λs=0°，切削用量为：ap=4mm，f=0.4mm/r，v=1.7m/s。

被加工材料刀具材料加工形式公式中的系数及指数切削力Fz（或Fc）吃刀抗力Fy（或Fp）进给力Fx（或Ff）CFzxFzyFznFzCFyxFyyFynFyCFfxFfyFfnFf结构钢及铸钢Rm=0.637GPa硬质合金外圆纵车、横车及镗孔14331.00.75-0.155720.90.6-0.35611.00.5-0.4切槽及切断36000.720.8013930.730.670————切螺纹23879—1.70.71————————高速钢外圆纵车、横车及镗孔17661.00.7509220.90.7505301.20.650切槽及切断21781.01.00————————成形车削18741.00.750————————影响切削力的因素2025/11/4机械制造技术基础102（1）工件材料1）工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切屈服强度就越高，则切削力愈大。2）工件材料冲击韧性和塑性愈大，则强化系数较大，与刀具间的摩擦因数也较大，切削力大。3）灰铸铁及其他脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，刀屑间摩擦小，切削力较小。（2）切削用量1）背吃刀量和进给量。背吃刀量asp加大时，变形系数ξ不变，切削力成正比例增大。进给量f加大时，变形系数ξ和摩擦因数μ降低，切削力不成正比例增大。2）切削速度。加工塑性金属时，在积屑瘤增长阶段，随着vc增大积屑瘤高度增加，切削变形程度减小，切削力减小；在积屑瘤减小阶段，切削力则逐渐增大。无积屑瘤阶段，随着vc的提高，切削温度增高，前刀面摩擦系数减小，剪切角增大，变形程度减小，切削力减小。加工脆性材料（如灰铸铁）时，形成崩碎切屑，塑性变形小，切屑与前刀面接触长度短，刀-屑间摩擦力小，切削速度对切削力的影响不大。影响切削力的因素2025/11/4机械制造技术基础103（3）刀具几何参数1）前角切削塑性材料时，前角增大，剪切角增加，切削变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，切削力降低。切削脆性材料时，由于变形小，加工硬化小，前角对切削力的影响不显著。2）主偏角对主切削力Fc影响不大（幅度不超过10%），当加工塑性金属时，随着κr增大，Fc减小，到60°~75°时，Fc出现转折而逐渐增大。κr影响Fp和Ff的比值，Fp=FDcosκr，Ff=FDsinκr，随着主偏角增大，Fp减小，Ff增大。车削细长轴时，系统刚度小，常用κr=90°~93°的车刀。3）刃倾角刃倾角λs对Fc的影响不大，对Fp和Ff的影响较大。λs增大（或由负变正），Fp减小，Ff增大。刃倾角改变时将改变切削合力的方向，因而影响各分力。4）刀尖圆弧半径在一般的切削加工中，刀尖圆弧半径rε对Fp和Ff的影响较大，对Fc的影响较小。随着rε的增大，切削刃曲线部分的长度和切削层公称宽度也随之增大，曲线刃上各点的主偏角κr减小，切削变形增大，切削力增大，Fp增大，Ff减小，Fc略有增大。为防止振动，应减小rε。影响切削力的因素2025/11/4机械制造技术基础104（4）其他因素1）刀具材料。与工件材料之间的亲和性影响切削时产生的摩擦力大小，而影响切削力。在同样切削条件下，陶瓷刀具切削力最小，硬质合金次之，高速钢刀具的切削力最大。2）切削液。以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小。润滑作用强的切削油由于其润滑作用，不仅能减小刀具与切屑、工件表面间的摩擦，而且能减小加工中的塑性变形，故能显著降低切削力。3）刀具磨损。当刀具主后刀面磨损后形成后角αo等于0、宽度为VB的窄小棱面时，主后刀面与工件过渡表面接触面增大，作用于主后刀面的正压力和摩擦力增大，导致Fc、Ff、Fp都增大。2025/11/4机械制造技术基础1052.实际生产中常用哪几种方法计算切削力