《机械制造工艺》课件-学习情境1 阶梯轴的机械加工工艺规程制定

轴类零件机械加工工艺路线拟定机械制造工艺1.掌握金属切削的基本原理及机械加工工艺规程的相关知识。2.

掌握外圆表面加工方法及其正确选用。3.

培养学生绿色生产、环境保护、安全保护、

团结协作、严谨求实、探究创新等职业素养。4.

能够设计中等复杂程度的轴类零件的机械

加工工艺规程。本次课重点图1-1所示为某减速机制造企业生产的、年产量达870余件的阶梯轴

零件图。试编制该零件的机械加工工艺规程，并填写工艺文件。PART

01任务描述及分析任务描述其余

IA图1-1

阶梯轴零件图任务分析1.轴类零件的功用轴类零件是机械加工中经常遇到的零件之一；在机器中，其主要用来支承传动零件(如齿轮、带轮等),并传递运动与扭矩，如机床主轴；有时也用来装卡工件，如心轴。2.

轴类零件的结构特点·轴类零件是回转体零件，其长度大于直径，通常由内、外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、键槽、

横向孔和沟槽等表面构成。·按其结构特点不同可分为：光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴(包括曲轴、半轴、凸轮轴、偏心轴、

十字轴和花键轴等)四类，如图1-2所示。·按轴的长度和直径的比例不同可分为刚性轴

(L/d≤12)和挠性轴L/d>12)两类。任务描述及分析

PART

01(c)(f

(i)(a)光轴(b)

空心轴(c)半轴(d)

阶梯(i)

凸轮轴

(e)花键轴(f)十字轴(g)偏心轴

(h)

曲轴图1-

2

轴的种类PART

01

任务描述及分析

轴类零件的主要加工表面分为两类：一类是与轴承内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT7-IT5级；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT9-IT6级。3.轴类零件的主要技术要求(1)加工精度任务描述及分析

任务分析PART

01①尺寸精度②形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内；对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。③相互位置精度·

包括内、外表面、重要轴颈的同轴度、外圆的径向跳动，重要端面对轴线的垂直度以及端面

间的平行度。·

普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03mm,高精度的轴则要求

达到0.001～0.005mm。任务描述及分析

PART

013.轴类零件的主要技术要求(2)表面粗糙度轴的各个加工表面都有表面粗糙度要求，一般根据加工的可行性和经济性来确定：支承轴颈常为Ra

0.2-0.4um;

传动件配合轴颈为Ra

0.8-0.4um。轴上各表面的表面粗糙度要求见表1-1表1-1轴上各表面的表面粗糙度(Ra)要求表面项目表面粗糙度/μm一般要求轴精密轴支承轴颈滑动轴承0.20.1～0.05滚动轴承0.40.4与传动件配合轴颈0.8～0.40.4~0.2重要定位配合面0.8～0.40.4~0.05一般表面6.3～1.63.2~0.8任务描述及分析

任务分析PART

01任务分析4.轴类零件的材料、热处理及毛坯(1)轴类零件的材料·

对于承载不大或不太重要的轴，可选用Q235、Q255

等普通非合金钢；但最常用的材料为45钢，

并根据其工作条件选取不同的热处理规范，可得到较好的切削性能及综合力学性能。·40Cr钢等合金结构钢适用于中等精度且转速较高的轴类零件，这类钢经调质和表面淬火处理

后，具有较高的综合力学性能。·

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn经调质和表面高频淬火后再回火，表面硬度可达50-58HRC,具

有

较

好的耐疲劳性能和耐磨性能，多用来制造较高精度的轴。任务描述及分析

PART

01任务分析4.轴类零件的材料、热处理及毛坯(1)轴类零件的材料·20CrMnTi

、20Mn2B

、20Cr等钢中含有铬、锰、钛和硼等元素，经正火和渗碳、淬火处理可获得较硬的表面、较软的芯部。因此，其耐冲击、韧性好，可用来制造高速、重载条件下工作

的轴类零件，但其主要缺点是热处理变形较大。·

中碳合金氮化钢38CrMoAlA的氮化温度比淬火温度低，经调质和表面氮化后，变形很小，且其硬度也很高，具有很高的芯部强度、良好的耐磨性和耐疲劳性能，多用来制造精度要求较高的

轴

。任务描述及分析

PART

01任务分析4.

轴类零件的材料、热处理及毛坯(2)毛坯一般轴类零件常选用圆棒料和锻件毛坯；大型或结构复杂的轴(曲轴)有时也采用铸件毛坯。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。(3)轴类零件的热处理·轴的锻造毛坯在机械加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应

力，降低材料硬度，改善切削加工性能。·调质处理一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的综合力学性能。·表面淬火处理一般安排在精加工之前，这样可以纠正淬火引起的局部变形。·精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需要进行低温时效处理。任务描述及分析

PART

015.

阶梯轴的技术要求分析·

图1-1所示阶梯轴主要由外圆表面和键槽组

成。·

其中精度要求较高的表面有四处：φ60mm外圆两处、φ80mm外圆一处和φ54.4mm外

圆

一

处

；·

各表面的表面粗糙度均为Ra1.6um.任务描述及分析

任务分析PART

01图1-1

阶梯轴零件图其余IA1.

两个φ60mm的同轴度公差为φ0.02mm。2.

φ54.4mm

与φ60mm同轴度公差为φ0.02mm。3.

φ80mm与φ60mm同轴度公差为φ0.02mm。1)加工后保留两端中心孔。2)调质处理28~32HRC。3)材料为45钢。任务描述及分析

任务分析几何精度要求分别是：5.

阶梯轴的技术要求分析PART

01图1-1

阶梯轴零件图其他要求其余IA知识点一：金属切削的基础知识1.切削运动和加工表面为了切除多余的金属，刀具和工件之间必须有相对运动，即切削运动。切削运动分为主运动和进给运动。·主运动是指直接切除工件上多余的金属层，使之转变为切屑，从而形成工件新表面的运动。·

通常，主运动速度最大，消耗机床功率最大。·在切削运动中，主运动一般只有一个，它可以由工件完成(如车削),也可以由刀具来完成(如钻

削、镗削);可以是旋转运动(如车削),也可以是直线运动(如刨削)。任务描述及分析

任务准备PART

01(1)主运动(1)主运动主运动进给运动外圆车削的切削运动进给运动刨削的切削运动任务描述及分析

PART

01·

进给运动是指不断地把切削层投入切削的运动。·

它是配合主运动将切削层连续不断地或重复地切成切屑，以形成已加工表面的运动。进给运动

可以是间歇的(如刨削),也可以是连续的(如车削)。·机床上的进给运动可由一个或多个组成，个别情况如拉削，则没有进给运动。·

进给运动通常消耗切削功率较少、速度较小。任务描述及分析

PART

01外圆车削的切削运动

刨削的切削运动(2)进给运动进给运动(3)工件上的加工表面在切削加工过程中，工件上的金属层不断地被刀具切除而变成切屑，同时在工件上形成新表面。在新表面的形成过程中，工件上有三个不断变化着的表面：过渡表面①待加工表面

待加工表面

已加工表面

工件上有待切除金属层的表面。②已加工表面

n

工件上经刀具切除金属层后产生的新表面。③过渡表面工件上正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。任务描述及分析

PART

01任务准备知识点一：金属切削的基础知识2

切削要素及其选择切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。(1)切削用量三要素切削用量三要素是指切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。其数值大小反映了切削运动的快慢和刀具切入工件的深浅，是用于调整机床的工艺参数。①切削速度Vc切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，单位是m/s或m/min。任务准备PART

02由于磨削加工时的切削速度较高，所以磨削速度的单位通常使用m/s。②进给量f

(进给速度v)指刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表示。若主运动是旋转运动，则f

的单位为mm/r;若主运动是往复直线运动，则f

的单位为

mm/str。(1)切削用量三要素①切削速度Vc若主运动为旋转运动，切削速度可按下式计算：PART

02

任务准备

若主运动为往复运动时，其切削速度为平均速度，即◆进给速度v

、

进给量f

和每齿进给量fz·

进给速度：是指刀具上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度，单位是mm/s或mm/min。·进给量：当主运动是回转运动时，进给量是指每回转一周工件或刀具沿进给方向的相对位移

量，单位是mm/r;当主运动是直线往复运动时，进给量是指每一往复行程工件和刀具沿进

给方向的相对位移量，单位是mm/行程。·每齿进给量：

是指多齿刀具(如铣刀、铰刀、拉刀等)每转过或移动一个齿相对工件在进给

运动方向上的位移，单位是mm/z。V,=

nf=nf

z者的关系为：任务准备PART

02③背吃刀量ap具切削刃与工件的接触长度在由主运动方向和进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的式中

d——麻花钻的直径，mm;

圆周铣削车削外圆时的切削层圆周铣削时的背吃刀量ap是指铣刀刀齿与工件的实际接触长度(图1-4)。式中

d一待加工表面的直径，mm;d—

已加工表面的直径，mm。

钻孔时的背吃刀量a

为值称为背吃刀量ap。车削外圆时，背吃刀量ap为任务准备

(1)切削用量三要素PART

02任务准备知识点一：金属切削的基础知识2

切削要素及其选择(2)切削层的几何参数·切削层是指在切削过程中，刀具或工件沿进给方向移动一个进给量时，刀具的刀刃从工件待

加工表面切下的金属层。·切削层参数是指在垂直于选定点主运动方向的平面中度量的切削层截面尺寸。切削层参数包括切削层公称厚度h

切削层公称宽度b和切削层公称横截面积Ap任务准备PART

02切削层公称厚度h是指过切削刃上的选定点，在基面内测

量的垂直于过渡表面的切削层尺寸，单

位为mm。切削层公称宽度bp是指过切削刃上的选定点，在基面内测量的平行于过渡表面的切削层尺寸，单

位为mm。任务准备

(2)切削层的几何参数PART

02(3)切削用量的选择原则要提高生产率，应尽量增大切削用量三要素

(v2

、f、ap)但会受到切削力、切削功率、刀具耐用度和加工表面粗糙度等许多因素的限制。确定切削用量的原则是：·

能达到零件的质量要求(主要指表面粗糙度和加工精度),并在工艺系统强度和刚性允许条

件下，即在充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下选取一组最大切削用量。·加工条件和加工要求不同，切削用量各参数对切削过程规律的影响也不同，故切削用量三要

素增大的次序和程度应有所区别，主要考虑以下方面：任务准备PART

02PART

02

任务准备

(3)切削用量的选择原则①生产率切削用量vc、f、a增大，切削时间缩短。当加工余量一定时，减小背吃刀量ap后，走刀次数增多，切削时间成倍延长、生产率成倍降低。因此，一般情况下尽量优先增大ap,以减少走刀次数。②机床功率当背吃刀量a

和切削速度v

增大时，均使切削功率成正比增加。此外，增大背吃刀量a₀,

使切削力增大较多，而增大进给量f使切削力增大较少，消耗功率也较少，因此，在粗加工时，应尽

量增大进给量f。PART

02

任务准备

(3)切削用量的选择原则③刀具耐用度在切削用量参数中，对刀具耐用度影响最大的是切削速度Vᴄ,其次是进给量f,影响最小的是背吃刀量ap。

高的切削速度和过大的进给量，会由于经常磨刀、装卸刀具而增加费用、提高加工

成本。优先增大背吃刀量a,不只是为了达到高的生产率，相对于vc和f来说发挥刀具切削性

能、降低加工成本也是有利的。④表面粗糙度在较理想的条件下，大切削速度v。能降低粗糙度值。而在一般的条件下，增大背吃刀量ap

对切削过程产生的积屑瘤、鳞刺、加工硬化和残余应力的影响并不显著,故提高背吃刀量对表面粗

糙度影响较小。因此，影响加工表面粗糙度的主要是进给量f。PART

02

任务准备

(3)切削用量的选择原则结论

：合理选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后根据已确定的ap

和f,并在刀具耐用度和机床功率允许条

件下选择一个合理的切削速度。(4)切削用量的选择方法选择粗加工的切削用量时，以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工的切削用量选择，应以保证质量为前提，并兼顾切削效率、经济性和加工成本。①粗车时切削用量的选择背吃刀量：

根据加工余量多少而定。除留给下道工序的余量外，其余的粗车余量尽可能一次切除，以减少走刀次数。进给量：当背吃刀量ap

确定后，选定进给量f

时，要计算切削力。该力作用在工件、机床和刀具上，即在不损坏刀具的刀片和刀杆、不超出机床进给机构强度、不顶弯工件和不产生振动等条

件下，选取一个最大的进给量f

值。按上述原则可利用计算方法或查阅资料来确定进给量。切削速度：在背吃刀量ap

和进给量f

选定后，再根据合理的刀具耐用度，就可确定切削速度Vc。生产中经常按实践经验和有关手册资料选取切削速度。任务准备PART

02PART

02

任务准备

(4)切削用量的选择方法①粗车时切削用量的选择校验机床功率：

选定了切削用量后，尚需校验机床功率是否足够。②半精车、精车背吃刀量：半精车的余量较小，为1-2mm;

精车余量更小。半精车、精车背吃刀量的选择原则上取一次切除余量。但当使用硬质合金刀具时，考虑到刀尖圆弧半径与刃口圆弧半径的挤压和摩

擦作用，背吃刀量不宜过小，一般应大于0.5mm。进给量：半精车和精车的背吃刀量较小，产生的切削力不大，故增大进给量对加工工艺系统的

强度和刚性影响较小，主要受到表面粗糙度的限制。在已知的切削速度(预先假设)和刀尖圆

弧半径条件下，根据加工要求达到的表面粗糙度可以利用计算方法或查阅资料确定进给量。(4)切削用量的选择方法②半精车、精车切削速度：半精车和精车的背吃刀量和进给量较小，切削力对工艺系统强度和刚性影响较小，消耗功率较少，故切削速度主要受刀具耐用度限制。切削速度可利用计算方法或查阅资料确定。任务准备PART

02任务准备知识点一：金属切削的基础知识3.刀具切削部分的组成和定义·

虽然金属切削刀具的种类很多，形状和尺

寸差别很大，但它们的切削部分都可以近

似看成一把外圆车刀的切削部分。·

如图所示，车刀由切削部分和夹持部分两

部分组成。·

前者用于切削，后者用来安装。刀柄安装面

前刀面主切削刃后刀面刀尖图1-6外圆车刀切削部分副切削刃副后刀面任务准备PART

023.刀具切削部分的组成和定义(6)刀尖：连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧。刀体主切削刃一刀尖主后面前面刀头副切削刃副后面一任务准备

PART

02·

刀具角度是确定刀具切削部分几何形状和刀具切削性能的重要参数。为了确定刀具切削部分的几何角度，需要引入几个参考平面，建立假想的参考平面坐标系，简称参数系。·

在不考虑进给运动的影响、假定车刀刀尖与机床主轴轴线等高、刀杆中心线垂直于进给运动方向

的情况下所建立的参考系称为静止参考系。它由基面P₁

、

切削平面P₅

、和主剖面P。(正交平面)组

成，是刀具制造、测量、刃磨和在工作图中标注角度的基准。知识点一：金属切削的基础知识4.刀具的几何角度及其选用任务准备(1)定义刀具角度的参考系任务准备

PART

02(

1

)

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。(c)假定工作平面和背平面参考系(a)正交平面参考系

(b)法平面参考系(1)定义刀具角度的参考系任务准备

PART

02VfVf(a)

正交平面参考系

(b)

法平面参考系

(c)

假定工作平面和背平面参考系(2)切削平面

P·

通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面P

的平面。(1)定义刀具角度的参考系任务准备

PART

02(a)

正交平面参考系

(b)

法平面参考系

(c)

假定工作平面和背平面参考系(3)主剖面

P。·

通过切削刃选定点垂直于基面P和切削平面P

的平面。(1)定义刀具角度的参考系任务准备

PART

02Vf(1)定义刀具角度的参考系·

由Pr

、Ps

、P。组成的刀具标注角度参考系称为主剖面参考系(图1-7),是目前生产中应用最广的参考

系

。(2)刀具的标注角度·

刀具的标注角度是刀具设计、制造、刃磨和测量的依据。车刀的基本标注角度有5个，如图1-8所

示。任务准备PART

02①在基面P,中测量的刀具角度有主偏角K,:

主切削刃S在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角。副偏角k

:

副切削刃在基面上的投影与进给运动方向反方向之间的夹角。刀尖角εr:

主切削刃和副切削刃之间的夹角。任务准备

(2)刀具的标注角度PART

02·

γ

影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下

降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。·

用硬质合金车刀切削钢件，

γ。取10～20°;切削灰铸铁，γ。取5～15°;切削铝及铝台金，

γ。取25～35°;切削高强度钢，

γ。取-5～-10°。②在正交平面P。内测量的角度前角Y。在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γ。定为正值；位于刀头实体之内时Y。定为负值。任务准备

(2)刀具的标注角度PART

02②在正交平面P。内测量的角度2)后角α。·

后角α。在主剖面内测量，是主后刀面与

切削平面的夹角。·

3)楔角β。·

前刀面与后刀面之间的夹角称为楔角β。任务准备

(2)刀具的标注角度PART

02(2)刀具的标注角度③在切削平面P,内测量的角度刃倾角λs——切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时，λ定为正值；反之位负。A为正

1

为

负切屑流向切屑流向切屑流向a)

b)刃倾角对排屑方向的影响任务准备PART

02PART

02

任务准备

(3)刀具的工作角度·

在实际切削加工过程中，刀具安装位置的变化和进给运动的影响会使参考平面坐标系的位置发

生变化，从而导致刀具实际角度与标注角度不同。刀具在工作过程中的实际切削角度称为工作

角

度

。·

通常情况下，进给运动在合成切削运动中所起的作用很小。因此，在一般安装条件下，可以用

标准角度来代替其工作角度。·

这样，在大多数场合下，不必进行工作角度的计算。只有在进给运动和刀具安装对工作角度产

生较大影响时，才需计算其工作角度。①前角γ前角主要影响切削过程中的变形和摩擦，同时也影响刀具的强度。增大前角，可减小切削变形和摩擦，由此引起切削力变小、切削热减少，故加工表面质量高；但会使刀具强度降低，热传导变

差。因此，过大的前角不仅不能发挥优点，反而使刀具耐用度降低而影响切削。(4)刀具几何角度的合理选择任务准备

PART

02前角γo

正负图示PART

02

任务准备

(4)刀具几何角度的合理选择前角的选择需由工件材料、刀具材料和加工工艺要求决定，在刀具强度许可条件下，尽量选用大的

前

角

。工件材料·

切削钢材等塑性材料时，由于切削力集中在离主切削刃较远处，所以为减小塑性变形，应该也

有可能选取较大的前角。·

工件材料塑性越大，前角越大；工件材料的强度和硬度越高，前角应越小。切削铸铁等脆性材

料时，情况与上述相反，故应选取较小的前角。·

加工有色金属时，前角较大，可达γ。

=300;加工铸铁和钢时，硬度和强度较高，前角越小；

加工高猛钢、钛合金等难加工材料时，为提高刀具的强度和导热性能，选用较小前角

γ。<100;

加工淬硬钢时，选用负前角-100<γ。<00.(4)刀具几何角度的合理选择刀具材料高速钢的抗弯强度和冲击韧度高于硬质合金，故其前角可比硬质合金刀具的大；陶瓷刀具的脆性大于前二者，故其前角最小。加工要求粗加工尤其是工件表面有硬皮、不连续、形状误差较大时，前角取较小值；精加工时前角则可取较大值。任务准备PART

02PART

02

任务准备

(4)刀具几何角度的合理选择②

后

角·

大后角可以减少主后刀面与过渡表面的弹性恢复层之间的摩擦，减轻刀具磨损，但会引起刀具

强度降低，散热条件变差。·

增大后角，还可使切削刃钝圆半径减小，当进给量很小时，避免或减轻切削刃的挤压，有助于

提高表面加工质量。·

后角大的刀具虽然耐用度较高，但每次重磨磨去的刀具体积较大，故可重磨的次数减少，刀具

寿命并不高；而且由于径向磨损量大，所以每次重磨后，刀具径向尺寸显著减小。·

因此，对铰刀、内拉刀等定尺寸精加工刀具，不宜采用大的后角。(4)刀具几何角度的合理选择后角的选择方法是：·

粗加工时，切削力大，毛坯常出现硬皮和较大的形状误差，引起的冲击和振动较猛烈，为保证

切削刃的强度，后角应取取小值；·精加工，为保证已加工表面质量，后角可取稍大些。加工塑性和韧性大的金属材料时·

工件已加工表面的弹性恢复大，为减轻摩擦，后角应取较大值；·加工脆性金属时，切削力集中在主切削刃附近，为了保证刀具强度，

一般选较小的后角。任务准备PART

02(4)刀具几何角度的合理选择用硬质合金刀具切削淬硬钢和高硅铸铁等高强度、高硬度材料时，

一般都采用负前角，使刀具有足够强度。为使刀具足够锋利，此时应选用较大的后角，

一般取α。=120-15°。高速钢刀具的后角可比同类型的硬质合金刀具稍大(一般大20~3°)任务准备PART

02(4)刀具几何角度的合理选择③主偏角主偏角小，则刀头强度高，散热条件好，加工表面粗糙度值小，主切削刃的作用长度长，切削负荷小；但其负面效应是背向力大，会因切削厚度和切屑厚度小而导致断屑效果差。如果主偏角较大，所产生的影响则与上述情况相反。主偏角的选择原则工艺系统刚性足够，则选较小的主偏角，以提高刀具的耐用度；若工艺系统刚性不足，应选较大的主偏角，以减小背向力。车细长轴时，常取K≥900.任务准备PART

02PART

02

任务准备

(4)刀具几何角度的合理选择③主偏角·

当加工工件材料的强度、硬度很高时，为提高刀具的强度和耐用度，

一般取较小的主偏角。·

加工阶梯轴时，常取K,=90°。为缩短刀具种类和换刀时间，通常可采用一把45°弯头车刀同时

完成端面、外圆和倒角加工。④副偏角·

影响加工表面粗糙度和刀具强度。通常在不产生摩擦和振动条件下，应选取较小的副偏角。(4)刀具几何角度的合理选择⑤刃倾角其主要功用是：·影响排屑方向：当刃倾角分别为零、正值、负值时，切屑流向不同。有些刀具常利用改变刃倾

角λs

来获得所需的切屑流向。·影响切削刃强度：在切削有间断或冲击振动时，选择负λs能提高刀头强度、保护刀尖；许多

大前角刀具常配合选用负刃倾角来增强刀具的强度。当刃倾角由正值变至负值时，刃口将从受

弯变为受压，且在切入工件时，避免刀尖首先受到冲击。·影响切削刃的锋利性：

增大刃倾角将导致切削刃钝圆半径减小，从而使切削刃变得锋利。粗加工时选择较小的刃倾角，而精加工是选择较大的刃倾角任务准备PART

02λs0-55-10-5-0-10-5-15-10-45-30-75-45应用范围精车钢、车

细长轴精车有色

金属精车钢和灰口铸铁精车余量不

均匀钢断续车削钢和

灰口铸铁带冲击切削

淬硬钢大刃倾角刀具薄切削⑤刃倾角刃倾角λs

主要根据刀具强度、排屑方向和加工条件来选择(4)刀具几何角度的合理选择任务准备

PART

02任务准备知识点一：金属切削的基础知识5.刀具材料及其选用方法(1)刀具材料应具备的性能刀具切削部分在高温下工作承受较大的压力、摩擦力、冲击力和振动力等，为保证切削的正常进行，刀具材料必须具备以下性能：①高的硬度和耐磨性刀具要从工件上切除多余的金属材料，其硬度必须高于被加工材料的硬度，

一般刀具材料的常温硬度必须62HRC以上。耐磨性表示其抗机械摩擦和磨料磨损的能力，是刀具材料的力学性能、组织结

构和化学成分的综合反映。通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。任务准备PART

02(1)刀具材料应具备的性能②足够的强度和韧性为了承受切削过程中的压力冲击和振动，避免崩刃和折断，刀具材料必须要有足够的抗弯强度和冲击韧性。③高的耐热性和化学稳定性耐热性指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。耐热性越好，允许的切削速度越高，抵抗切削刃变形的能力也越强。耐热性是评价刀具材料性能的主要指标之一。化学稳定性

是指刀具材料在高温下不易与工件材料和周围介质发生化学反应的能力。化学稳定性好，刀具的磨

损越慢。任务准备PART

02④具有良好的工艺性要求刀具材料本身具有良好的可加工性、可磨削性和热处理性能。⑤较好的经济性刀具材料应价格低廉，资源丰富。刀具材料种类很多，有工具钢(包括非合金工具钢、合金工具钢和高速钢)、硬质合金、陶瓷、超硬材料(金刚石和立方氮化硼)等。(1)刀具材料应具备的性能任务准备

PART

02(2)常用刀具材料(2)常用刀具材料①非合金工具钢是碳质量分数为0.7%-1.3%的优质非合金钢，淬火后硬度为60-65HRC,其热硬性差，在200-500度时即失去原有硬度；淬火易变形和开裂，不宜制造复杂刀具。常用于制造低速、简单的手工工具、如

锉刀、锯条等。常用牌号有T10A和T12A②合金工具钢在非合金工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si

等合金元素，以提高其热硬性和耐磨性，并能减小热处理变形，耐热温度为300-400度。用以制造形状复杂、要求淬火变形小的刀具，如铰刀、丝锥、

板牙等。常用牌号有9SiCr和CrWMn。任务准备PART

02(2)常用刀具材料③高速钢·

含W、Cr、Mo、V等合金元素较多的高合金工具钢。它允许的切削速度比非合金钢工具钢和合金

工具钢高1-3倍，所以被称为高速钢。·

热处理后的常温硬度可达62~66HRC,刃磨时能够获得锋利的刃口，故又有“锋钢”之称。·

高速钢的耐热性(500-600度)和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧度高于硬质合金，工艺性

较硬质合金好，价格也比硬质合金低。·

目前高速钢以条状刀坯直接刃磨切削刀具外、还广泛用于制造各种复杂及大型成形刀具(如钻头、

丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等)。任务准备PART

02根据用途不同，高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢；按制造方法不同，又可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。①普通高速钢碳的质量分数为0.7%-0.9%,热稳定性为615-620度，综合性能好，适于制造各种复杂刀具。其常用牌号有：W18Cr4V

(简称W18):·特点：综合性能较好，可用于制造各种复杂刀具。·

缺点：碳化物分布不均匀，影响薄刃和小截面刀具的耐用度。·

应用：目前已日渐减少，在国外由于W较贵也很少使用。W6Mo5Cr4V2

(简称M2)·

特点：其抗弯强度提高了约30%,冲击韧度提高了约70%,且热塑性也有所改善。·应用：制造热轧麻花钻和齿轮滚刀及承受冲击较大的插齿刀、刨齿刀任务准备

PART

02高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，适当增加C、V的含量，并加入钴、铝等合金元素，

提高其稳定性和耐磨性，所以又称为高热稳定性高速钢。在630-650度时也能保持60HRC的硬

度。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和高强度钢等难加工材料。其典型牌号有钴高速

钢W2Mo9Cr4VCo8(M42)和含铝超硬高速钢W6Mo5Cr4V2Al(501)等。任务准备

应用PART

02粉末冶金高速钢是由超细的高速钢粉末通过冶金的方式制作的刀具材料。其强度、韧度和耐磨性都有较大程

度的提高，可以切削各种难加工材料，适于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具，但价格也

较

高

。任务准备

PART

02(2)常用刀具材料④硬质合金·

形

成：

硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC

、TiC)

粉末为基体，以Co

、Ni

、Mo等为粘结剂，用粉末冶金的方法烧结而成。·

特点：其硬度高达87-92HRA(相对于70-75HRC),

热硬性都很高，在850-1000度高温时，仍能保持良好的切削性能。硬质合金刀具的切削速度比高速钢刀具高5-10倍，但它的抗弯强度仅为高速钢

的1/4-1/2,冲击韧度比高速钢低数倍至数十倍。硬质合金是目前最主要的刀具材料之一，在我国，绝大多数的车刀、端铣刀、深孔钻等刀具均已采用

硬质合金，但它不易做成形状较复杂的整体刀具，因此目前还不能完全取代高速钢刀具。任务准备PART

02·由WC和Co组成。这类合金的韧度较好，抗弯强度较高，热硬性稍差，适应于加工铸铁、有色金属

及合金脆性材料，也可加工非金属材料。代号为YG。·

常用牌号有YG3、YG6和YG8、YG3X、YG6X等，其中数字表示含Co的百分数，X表示细晶粒合金。含

钴越多，韧度与强度越高，而硬度和耐磨性越低。·

故YG8用于粗加工，

YG3用于精加工，YG6用于半精加工。细晶粒合金耐磨性稍高，且切削刃可磨

得更锋利，用于脆性材料的精加工。①钨-钴类硬质合金(YG)常用的硬质合金按碳化物不同，可分为以下几种：任务准备

PART

02·

由WC、TiC和Co组成。·

因TiC的熔点和硬度都比WC高，故这类合金的热硬性比YG类高，耐磨性亦较好，适于加工非合金

钢等塑性材料。·

常用牌号：YT30

、YT15

、

YT14和YT5等，牌号中的T表示TiC,数字表示含TiC的百分数。含TiC量

越多，热硬性越高，相应的含钴量越少，韧度越差。·因此

，YT30适于对钢料的精加工和连续切削，YT15适于半精加工，YT5适于粗加工和断续切削。②钨-钛-钴类硬质合金(YT)常用的硬质合金按碳化物不同，可分为以下几种：任务准备

PART

02常用的硬质合金按碳化物不同，可分为以下几种：③钨-钛-钽(铌)钴类硬质合金(YW)在钨钛钴类硬质合金中，加入TaC或NbC组成。·

特点：

这类合金的韧性和抗粘附性较高，耐磨性亦较好，·应用：

适应范围广，既能切削铸铁，又能切削钢材，特别适于加工各种难加工的合金钢，如耐

热钢、高锰钢、不锈钢等，·

常用牌号：

YW1和YW2,

前者用于半精加工和精加工；后者用于半精加工和粗加工。以上三类合金的主要成分都为WC,所以又称为WC基硬质合金。任务准备

PART

02组成：以TiC为主体，Ni和Mo为粘结剂并添加少量其他碳化物的合金。优点：硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化能力均较高，切削速度可达300~400m/min。常用牌号：YN10、YN05。前者用于非合金钢、合金钢、工具钢及淬硬钢等连续表面的精加工；后者

用于低、中碳钢、铸铁、铸钢和合金铸铁的精加工。④碳化钛基硬质合金(YN)常用的硬质合金按碳化物不同，可分为以下几种：任务准备

PART

02适合加工长切屑或短切屑的金属材料，以黄色为标志。其代号有M10、M20、M30、M40等，数值越大，耐磨性越低而韧度越高。精加工可选用M10,半精加工可选用M20,粗加工可选用

M30。YW类硬质合金属于这一类。适合加工长切屑的黑色金属(钢、铸钢),以蓝色为标志。其代号有P01

、P10

、P20

、P30、

P40、P50等，数值越大，耐磨性越低而韧度越高。精加工可选用P01,半精加工可选用P10、

P20,

粗加工可选用P30。YT、YN类硬质合金属于这一类。根据国际标准化组织

(

ISO)标准，硬质合金可分为P

、M

、K三大类任务准备

M:P:PART

02适合加工短切屑的金属或非金属材料，以红色为标志。其代号有K01

、K10

、K20

、K30

、K40

等，数值越大，耐磨性越低而韧度越高。精加工可选用K01,

半精加工可选用K10、K20,

粗

加工可选用K30。YG类硬质合金属于这一类。YG类硬质合金属于这一类。根据国际标准化组织

(

ISO)标准，硬质合金可分为P

、M

、K三大类任务准备

PART

02K:牌

号应

用

范

围YG3X硬

度

、耐磨性

、切削速度抗弯强度、韧性、进

给量铸铁、有色金属及其合金精加工、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、有色金属及合金、非金属材料粗加工，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硬

度

、耐磨性

、切削速度抗弯强度、韧性、进

给量碳素钢、合金钢的精加工YT15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的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1硬度、耐

磨性、切

削速度抗弯强度、韧性、进给量高温合金、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PART

02各种硬质合金的应用范围任务准备(3)其他刀具材料①涂层刀具·

形

成：是在韧度较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而

获得的。·

高速钢刀具表面物理气相沉积

(PVD)TiN

涂层是在较低温度下进行的，其硬度可达80HRC以上，

刀具的耐磨性有较大提高，耐用度可提高2-10倍。任务准备PART

02(3)其他刀具材料·

硬质合金刀具常用的涂层材料有TiC

、TiN

、A1203等，通常采用化学气相沉积法

(CVD)。·

与非涂层刀具相比，涂层硬质合金刀具可降低切削力和切削温度，大幅度提高刀具的耐磨性并改

善加工表面质量。·TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能好，对于会产生剧烈磨损的刀具，TiC

涂层较好。·TiN

与金属的亲和力小，湿润性能好，在容易产生黏结的条件下，TiN

涂层较好。·

在高速切削产生大量热量的场合，以采用A1203涂层在高温下有良好的热稳定性能。任务准备PART

02(3)其他刀具材料涂层硬质合金刀片可用于各种钢材和铸铁的粗加工，半精加工、精加工和高速精加工，其耐用度至少可提高1-3倍；且加工材料的硬度愈高，涂层刀具的效果愈好。但涂层刀具不适于切削高温合金、钛合金、有色金属及某些非金属材料，不能采用焊接结构，不能重磨。目前，在工业发达国家中，涂层刀片已占转位硬质合金刀片的50%以上。任务准备PART

02(3)其他刀具材料②陶瓷刀具材料·

陶瓷刀具材料的主要成分是A1203,加入少量添加剂，经高压压制烧结而成。·

它的硬度、耐磨性和热硬性均比硬质合金好，用陶瓷材料制成的刀具，适于加工高硬度的材料。·

刀具硬度为93-94HRA,

在1200℃的高温下仍能继续切削。·

陶瓷与金属的亲和力小，用陶瓷刀具切削不易黏刀和产生积屑瘤，工件切削加工后表面粗糙度小，

加工钢件时的刀具寿命是硬质合金的10-12倍，但陶瓷刀具性脆，抗弯强度与冲击韧度低，

一般

用于钢、铸铁以及高硬度材料的半精加工和精加工。任务准备PART

02PART

02

任务准备

(3)其他刀具材料③

金刚石可分为天然金刚石和人造金刚石两类。金刚石刀具的性能特点它有很高的硬度和耐磨性，硬度高达10000HV,是目前最硬的刀具材料之一。它与金属的摩擦因数小，抗黏结能力强，而且切削刃非常锋利，刃部表面粗糙度数值很小，因此，加工表面质量很高。

但耐热性较差，切削温度不得超过800度；强度低、韧性差，对振动很敏感、不适合加工黑色金属材

料

。应用：人造金刚石主要用于制作磨具和磨料，作为刀具材料时，多用于在高速下精细车削或镗削有色金属及非金属材料。尤其用它切削加工硬质合金、陶瓷、高硅-铝合金及耐磨塑料等高硬度、高

耐磨性的材料时，具有很大的优越性。(3)其他刀具材料④立方氮化硼(简称CBN)·

立方氮化硼的硬度高(高达9000HV),

并具有很高的热稳定性(1300-1400度),它最大的优点

是高温(1200-1300度)时也不易与铁族金属起反应。·

主要用于对淬火钢、冷硬铸铁的粗车和精车，同时还能高速切削高温合金、热喷涂材料、硬质合

金及其他难加工材料。任务准备PART

02①切削过程当刀具刚与工件接触时，接触处的压力使工件产生弹性变形，刀具与工件间的相对运动使得在工件材料与刀具切削刃逼近的过程中材料的内应力逐渐增大，当剪切应力

t

达到屈服点ts时，材料就开始滑移而产生塑性变形，如图所示。知识点

一

：金属切削的基础知识6、金属切削过程的基本规律及其(1)切削变形和切屑任务准备任务准备

PART

02(1)第一变形区塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了，之间形成AOM塑性变

形区，由于塑性变形的主要特点是

晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪

切区，也称为第一变形区

(I)。a)

b)图3.2

切削变形状态(1)切削变形和切屑任务准备

PART

02(2)第二变形区切屑沿刀具前面流出时会进一步受到刀具前面的阻碍，在刀具和切屑

界面之间存在强烈的挤压和摩擦，

使切屑底部靠近前面处的金属发生

“纤维化”的二次变形。这部分区

域称为第二变形区(Ⅱ)。(1)切削变形和切屑任务准备

PART

02图3.2

切削变形状态a)b)(3)第三变形·

在已加工表面上与刀具后面挤

压、摩擦形成的变形区域称为

第三变形区(Ⅲ)。·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，造成晶粒纤维化与表

面加工硬化。a)

b)图3.2

切削变形状态(1)切削变形和切屑任务准备

PART

02②切屑类型工件材料、切削条件不同，切削过程中的变形程度也不同，因而所产生的切屑种类也就不同。归纳起来，可分为以下四种类型。知识点

一

：金属切削的基础知识6、金属切削过程的基本规律及其(1)切削变形和切屑任务准备任务准备

PART

02·

外形呈延绵不断的带状。·

条件：

一般切削钢等塑性材料时，如果

切削速度较高、切削厚度较薄、刀具前

角较大，则易产生带状切屑。·

优点：切削过程较平稳，切削力波动较

小，已加工表面粗糙度较小。·缺点：切屑有时会缠绕在刀具或工件上影响加工。任务准备

PART

02(1)带状切屑②切屑类型剪切面上局部位置处剪应力达到材料强度极限而产生局部断裂，使切屑顶面开裂形成节状，外表面呈

锯齿形。条件：切削塑性材料时，如果切削速度较低、进给

量较大(即切削厚度较大)、刀具前角较小，容易

产生此屑型。特点：切削过程中切削力波动大，易发生振动，已

加工表面粗糙度较大。对硬质合金刀具易产生崩刃。任务准备

(2)节状(挤裂)切屑PART

02②切屑类型如果整个剪切平面上产生的剪应力超过材料强度极限，节状切屑便被剪切断裂成颗

粒状切屑。条件：当采用小前角或负前角，切削速度

很低，切削厚度较大时产生此屑型。效果：切削过程更不稳定，加工表面的质

量也会更差。任务准备

(3)粒状(单元)切屑PART

02②切屑类型在切削铸铁等脆性金属时，由于脆性材料抗拉强度低，刀具切入后，切削层未经塑

性变形就产生不规则崩裂，形成崩碎切屑。

效果：切屑的形状很不规则，工件表面也

凹凸不平。条件：工件材料越脆、切削厚度越大、刀

具前角越小，就越容易产生这种切屑。任务准备

(4)崩碎切屑PART

02②切屑类型名称带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑简图形态带状，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破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加工塑性材料，切削

速度较高，进给量较

小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小加工塑性材料切削速度极低大的切削厚度刀具前角较小或负前角加工硬脆材料，刀具

前角较小影响切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，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，易崩刀任务准备

PART

02切屑类型及形成条件①积屑瘤的产生在采用中速或低速切削塑性金属材料且能形成带状切屑的情况下，往往会在刀具前

刀面上粘结一些工件材料而形成一个楔形

硬块，它的硬度通常为工件材料硬度的2~

3.5倍，这一楔块被称为积屑瘤。10°32*27'8·图3.8

积屑瘤知识点

一

：金属切削的基础知识6、金属切削过程的基本规律及其任务准备任务准备

PART

02(2)积屑瘤0.371.14积屑瘤的成因当压力、温度达到一定程度时，切屑底层金属与前刀面接触处发生粘结，使切屑底层金属流动较慢，而上层金属流动较

快，流动较慢的切屑底层称为滞流层。当温度和压力适当时，

滞流层金属就会粘附在刀具前面上，层层堆积，高度逐渐增大而形成了积屑瘤，它能代替

刀刃切削，长高的积屑瘤在外力或振动作用下可能会发生局部断

裂或脱落，条件合适时又会继续生成、长高(生成、长大、脱落，

再生成、再长大、再脱落……)非周期性变化。|1.1410°32*27'8·图3.8

积屑瘤任务准备

PART

020.370.06②积屑瘤对切削过程的影响·增大刀具前角：当积屑瘤黏附在前刀面上时，可使刀具的实际前角增大，有利于减小切削变形和切削力。当积屑瘤达到最大高度时，刀具实际前角可达300左右。·增大切削厚度：

积屑瘤的前端伸出切削刃外高度Hb,导

致切削层厚度增大了△HD,造成工件过切，影响了尺寸

精

度

。·影响刀具的耐用度：积屑瘤包围着切削刃，并覆盖了刀具的部分前刀面，它可以代替切削刃进行切削，刀具的磨损减轻，提高了刀具耐用度。

积屑瘤碎片任务准备

PART

02(2)积屑瘤②积屑瘤对切削过程的影响·

影响加工表面的粗糙度：由于积屑瘤的形状不规则，切削刃上各点积屑瘤的伸出

量各不相同，即各点的过且量不相等，从而使得表面粗

糙度显著增大；同时，积屑瘤周期性地再生和脱落。导致切削力大小变化及振动产生，也会增大表面粗糙度；此外，脱落的积屑瘤碎片还有可能黏附在工件已加工表面上，使得已加工表面粗糙不平，因此，精加工时要避免积屑瘤产生。

积屑瘤碎片任务准备

PART

02(2)积屑瘤(3)影响积屑瘤的因素及控制措施①切削速度切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的。以45钢为例，在切削速度小于3m/min和大于60m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤。在切削速度为20m/min左右时，切削温度约300℃,

产生的积屑瘤高度达到最大值。任务准备

1020

30切削速度v.

(m/min)图2

.9

切削速度对积屑瘤的影响0.5

0.4

0.3

0.2

0.1PART

0240

50积屑癫高度(zm)(3)影响积屑瘤的因素及控制措施②进给量进给量增大，增大了刀具与切屑的接触长度，从而具备形成积屑瘤的基础。若适当降低进给量的值，则可削弱积屑瘤的生成基础。③刀具前角·

前角增大，切削力减少，切削温度下降，减少了积屑瘤生成基础。实践表明，前角增大到35°

时，一般不产生积屑瘤。·

提高刀具刃磨质量，使摩擦系数减少，可达到抑制积屑瘤的作用。任务准备PART

02(3)影响积屑瘤的因素及控制措施④切削液采用润滑良好的切削液可减少或降低积屑瘤的生成。⑤工件材料对工件材料进行正火或调质处理，以提高其强度和硬度，降低其塑性，也可达到抑制积屑瘤的目

的。任务准备

PART

02切削力和切削功率①切削力是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。为了切除毛坯上的多余金属，刀具必须克服金属材料各种变形抗力和摩擦力。这些分别作用于刀具和工件上的大小相等、方向相反的力的合力

称为总切削力F。切削力的来源一是克服被加工材料对弹性变形的抗力；二是克服被加工材料对塑性变形的抗力；三是克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。任务准备PART

02切削力和切削功率总切削力的分解FD切削力F。:在主运动方向上的分力.它是各分力中最大而且消耗功率最多的一个分

力。是计算机床动力、刀具和夹具

强度的依据，也是选择刀具几何形

状和切削用量的依据。a)图3.15切削时的合力及其分力任务准备

PART

02b)切削力和切削功率切削力的分解FD背向力Fp:作用在基面内，并与刀具纵向进给方向相垂直，又称为径向力。它作

用在机床、零件刚性最弱的方向上，

使刀架后移和零件弯曲，容易引起

振动，影响加工质量。a)图3.

15切削时的合力及其分力任务准备PART

02b)切削力和切削功率切削力的分解FD进给力F₄:作用在基面内，并与刀具纵向进给方向平行，又称为轴向力。它作用进给机构上，是设计和校验进给机构的依据。a)b)图3.

15切削时的合力及其分力任务准备PART

02PART

02

任务准备

切削力和切削功率这三个切削分力与总切削力有如下关系F=√F²+F²=√F²+F²+F²F

=F

coS

k

;F

=F

sinx

(35)F:F:F=1:(0.4～0.5):(0.3～0.4)式中F——切削力，单位为

N;v——主运动的切削速度，单位为mmin.主电动机的功率

P=P./n(3.7)式中n——机床传动效率，一般取n=0.80～0.85。是三个切削分力消耗功率的总和，

单位为KW,但在车外圆时，背向

力所消耗的功率为零，进给力Ff

消耗的功率很小，一般可忽略不

计。因此，切削功率Pm的计算公

式为任务准备

PART

02切削功率P切削力和切削功率(kw)

(36)式中

F——

切削力，单位为N;V—一主运动的切削速度，单位为m'min.主电动机的功率P=P./7

(3.7)式中πm——机床传动效率，

一般取nm=0.80～0.85。切削力和切削功率在设计机床时，应根据切削功率P。确定机床电动机功率Pe(kW)任务准备

PART

02(kw)影响切削力的主要因素1.工件材料的影响工件材料是通过材料的剪切屈服强度、塑性变形程度与刀具间的摩擦等条件影响切削力的。·

通常工件材料的强度和硬度越高，剪切屈服强度越高，产生的切削力也越大。·

在强度和硬度相近的材料中，其塑性和韧性越高，切削变形系数越大，切屑与刀具间摩

擦增加，故切削力越大；加工硬化严重的材料，切削力也越大。·

切削铸铁等脆性材料时，切削层的塑性变形很小、摩擦小，加工硬化小，故产生的切削

力也小。任务准备PART

02影响切削力的主要因素2.刀具角度在切削同一种金属材料时，增大刀具前角可以使切削轻快，切削力小。为了防止工件的弯曲和振动，在切削细长轴类零件时，刀具常选用较大的主偏角。3.切削用量切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量与进给量。背吃刀量与进给量增大，都会使切削层面积增大，从而使变形抗力和摩擦力增大。但背吃刀量与进给量对切削力的影响程度

不相同。背吃刀量增大1倍，切削力也增大1倍；而进给量增大1倍，切削力只能增大68%-

80%。故在切除相同余量的条件下，增大进给量比增大背吃刀量更为有利。此外，切削液、刀具磨损等因素对切削力也有不同程度的影响。任务准备PART

02①切削热在金属切削过程中所消耗的变形功和摩擦功，绝大部分都转化成了热能，因而产生了大量的切削热。与切削过程的三个变形区相对应，切削热也有三个来源：切屑变形所产生的热量是切削热的主要来

源；切屑与刀具前刀面之间的摩擦；工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。切削热通过切屑、工件、刀具以及周围介质(切削液、空气)等传散出去其中，周围介质带走的热

量很少。各部分传热的比例取决于零件材料、切削速度、刀具材料及几何角度、加工方式以及是否

使用切削液。下表列出了车削和钻削是切削热的传散比例。切屑刀具工件介质车

削50~8640~109~31钻削2814.552.55(4)切削热与切削温度任务准备

PART

02PART

02

任务准备

(4)切削热与切削温度①切削热切削热传入工件将引起工件受热变形，从而影响加工精度。特别是加工薄壁零件、细长零件和精密零件时，热变形的影响更大。磨削淬火钢件时，磨削温度过

高，往往使零件表面产生烧伤和裂纹，影响零件的耐磨性和使用寿命.传入刀具的切削热比例虽不大，但由于刀具的体积小、热容量小，因而温度很高。高速切削时，切

削温度可达1000℃,使刀具的强度和硬度减弱，加速了刀具的磨损。PART

02

任务准备

(4)切削热与切削温度②切削温度在切削过程中，刀具、工件、切屑接触处的温度并不相同。当温度达到稳定状态时，把刀具前刀面

与切屑接触面上的平均温度称为切削温度。切削温度的高低取决于切削热的产生和传散情况。影响切削温度的主要因素有以下几个方面切削用量：

切削速度vc对切削热的影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap最小。这是因为：当vc

、f、ap

增大时，材料的切除率随之提高，消耗于变形和摩擦的功率必然增大，产生的切削热也就相应增加。

vc的增大使刀具、切屑间的摩擦热也随之增多。但是，切削速度的增大

将导致切削层金属变形的减小以及由切屑带走的变形热和摩擦热的比率增大。综合这两方面的影响，

切削温度仍将有明显上升。(4)切削热与切削温度影响切削温度的主要因素有以下几个方面从大量的切削实验中得知：·切削速度提高1倍，切削温度将上升20%-33%。·

当进给量增大时，切屑的平均变形将减小，而且刀具、切屑接触长度加长，改善了散热条

件。·

因此，当进给量增大1倍时，切削温度仅上升10%左右。·

当背吃刀力增大1倍时，主切削刃的作用长度也增长了1倍，从而显著地改善了散热条件，

最终使切削温度仅上升了3%左右。任务准备PART

02PART

02

任务准备

(4)切削热与切削温度影响切削温度的主要因素有以下几个方面刀具角度：1)前角增大，切削变形和摩擦均减小，产生的热量均减少，使切削温度下降。但前角过大，楔角

减小，散热条件变差，切削温度反而升高。因此，在前角增大总会有一个产生最低温度的最佳值。2)主偏角减小，使切削变形和摩擦增加，产生的切削热增加，但主偏角减小后，因刀头体积增大，

切削宽度增大，故散热条件改善，故切削温度下降。3)刀尖圆弧半径增大，刀具切削刃的平均主偏角减小，刀具的散热条件变好，切削温度降低；

选用负刃倾角和磨制负倒棱均能增大散热面积，降低切削温度。PART

02

任务准备

(4)切削热与切削温度影响切削温度的主要因素有以下几个方面工件材料：工件材料的强度、硬度和热导率对切削温度影响很大。材料的强度、硬度越高，加工硬化能力越强，则总切削力越大，产生的切削热越多，切削温度越高。热导率越小，则由于散热条件差，温度升高。其他因素：刀具产生磨损后，会引起切削温度增高。干切削也会引起切削温度剧增，浇注切削液可利用切削液的润滑冷却作用来降低切削温度，可降低切削温度10-100度。任务准备知识点一：金属切削的基础知识7、刀具磨损和刀具耐用度(

1

)

刀

具磨损的形式·

刀具磨损的形式分为正常磨损和非正常磨损两类。·

当刀具磨损到一定程度而不能继续使用或破损时，则称为刀具失效。·

当刀具设计合理、制造和刃磨合格、使用正确时，刀具主要因正常磨损而钝化。·通常按照磨损部位不同而分为以下三种磨损形式。任务准备PART

02①前刀面磨损在加工塑性金属时，采取较高的切削速度和较大的切削厚度(不使用切削液)的情况下，切屑会在前刀面上逐渐磨出一个凹窝，如图所示。(

1

)

刀

具磨损的形式任务准备

PART

027、刀具磨损和刀具耐用度a)

后面磨损

b)

前面磨损图3.27

正常磨损①前刀面磨损这种凹窝被称为月牙洼，这种磨损形式被称为月牙洼磨损。月牙洼与切削刃之间有一条小狭边。随着切削时间的增加，这个小狭边由于月牙洼的逐渐扩展而变窄，刀刃的强度大为削弱，容易引起切

削刃的破坏。前刀面的磨损量通常以月牙洼的最大深度KT来表示。(

1

)

刀

具磨损的形式任务准备

PART

02a)

后面磨损

b)

前面磨损图3.27

正常磨损②后刀面磨损切削塑性金属或切削脆性金属时，在切削速度较低和切削厚度较小的情况下，常常在刀具后刀面产

生磨损，如图所示。这是由于在上述切削条件下，加工表面和刀具后刀面间存在着强烈的摩擦，在

后刀面邻近切削刃处，因其散热条件和强度较差被磨出了沟痕。A-AKTIA(a)前刀面磨损

(b)后刀面磨损(

1

)

刀

具磨损的形式任务准备

PART

02前刀面磨损边界磨损7、刀具磨损和刀具耐用度图1-

13

车刀典型磨损形态示意图后刀面磨损边界磨损M

K②后刀面磨损靠近刀尖部分

(C区)磨损较大。其磨损的最大宽度为VC,发生在靠近工件外表面处

(N