北信科机械制造技术基础课件第2章 机械加工及设备的基础理论

第二章机械加工及设备的基础理论目录第一节金属切削基本知识

第二节金属切削机床的基本知识

第三节金属切削过程

第四节切削力、切削热与切削温度

第五节刀具的磨损与刀具使用寿命第一节金属切削基本知识第一节金属切削知识

1、切削运动（1）主运动：使刀具和工件之间产生相对运动，以进行切削的最基本运动。主运动的速度最高、所消耗的功率最大。（2）进给运动：不断地把待切金属投入切削过程，从而加工出全部已加工表面的运动。（3）合成切削运动：由主运动和进给运动合成的运动。

一、切削运动和切削用量

由机床或人力提供的主要运动，能使刀具从工件上切除金属层使之变为切屑。

例如：车削时，车床主轴带动工件作的旋转运动；铣削时，铣床主轴带动铣刀作的旋转运动。主运动是一个矢量主运动方向：是指切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向。(1)主运动第一节金属切削知识(2)进给运动

进给运动：由机床或人力提供的附加运动，它能使把工件切削层不断地投入切削过程。

进给运动方向：是指切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动方向。第一节金属切削知识进给运动速度例：外圆车削时，进给运动速度常常用进给量f来表述，单位：mm

/

r

刨削时，进给运动速度用每一行程多少毫米来表述，单位为mm

/

str。铣削时，进给运动速度常用每齿进给量f来表述，

单位：mm/z。进给速度vf、进给量f、每齿进给量fz和刀具齿数Z之间的关系如下：

vf=n

f

=n

z

fz

第一节金属切削知识(3)合成切削运动

切削过程中，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。

合成切削运动方向：就是切削刃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：就是切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。第一节金属切削知识图2-6外圆车削时的加工表面、切削用量与切削层第一节金属切削知识车削时的切削运动

将被切去金属层的表面已经切去一部分金属形成的新表面切削刃正在切削着的表面

一、切削运动与切削用量第一节金属切削知识第一节金属切削知识第一节金属切削知识2、切削用量指切削过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称第一节金属切削知识（1）切削速度：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。单位为m/s或m/min。

式中

——工件待加工表面直径（mm）；

——工件转速（r/s或者r/min）。

第一节金属切削知识

工件或刀具每转一转或刀具往复一次,刀具相对工件在进给运动方向上的位移量，用mm/r（行程）表示。进给速度

vf

是单位时间的进给量，单位为mm/s或mm/min

钻头、铣刀还规定每一个刀齿的进给量

Z——刀齿数（2）进给量第一节金属切削知识（3）背吃刀量ap

指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离,单位为mm。

式中——待加工表面直径（mm）；

——已加工表面直径（mm）。第一节金属切削知识

确定吃刀量有三点要注意：

1）确定切削刃的两个端点；

2）确定测量的方向；

3）确定两界限平面。第一节金属切削知识(4)吃刀量在一般切削加工中，常用的吃刀量有背吃刀量ap）和侧吃刀量ae）两个，其单位为mm。例：车削背吃刀量；铣削背吃刀量、侧吃刀量第一节金属切削知识a)车外圆b)车端面c)切槽第一节金属切削知识第一节金属切削知识第一节金属切削知识第一节金属切削知识（一）、车刀的组成第一节金属切削知识（一）、车刀的组成车刀切削部分结构要素刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖第一节金属切削知识刀尖的类型

主切削刃与副切削刃的连接部分，它可以是曲线、直线或实际交点。刀尖的类型第一节金属切削知识

前刀面

:切屑沿其流出的刀面后刀面

:刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，它对着加工表面

副后刀面:刀具上同前面相交形成副切削刃的表面，它对着已加工表面主切削刃:前刀面与后刀面的交线。它担负着主要的切削工作副切削刃

:前刀面与副后刀面的交线。它担负少量切削工作刀尖:

主、副切削刃连接处相当少的一部分切削刃。第一节金属切削知识

（二）、刀具角度的参考系

刀具标注角度参考系由主运动方向确定。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刀具标注角度。刀具工作角度参考系由合成切削运动方向确定。确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工作角度。第一节金属切削知识刀具的静态角度

确定刀具角度的坐标参考系：

主运动方向静止参考系进给运动方向刀具安装位置第一节金属切削知识刀具的静态角度确定刀具角度的坐标参考系：

实际合成切削运动方向

工作参考系进给运动方向

刀具实际安装位置第一节金属切削知识刀具的静态角度确定刀具角度的坐标参考系：

工作参考系工作角度

静止参考系静态角度第一节金属切削知识

刀具静止参考系刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：1）刀刃上的选定点位于假定工件的轴平面内，是刀具静止参考系的原点；2）过刀具切削刃选定点的假定的进给运动方向位于车刀刀体（轴线）的法平面内并与车刀底面相平行；3）过刀具切削刃选定点的假定的主运动方向垂直于车刀刀体的底面。第一节金属切削知识

1、正交平面参考系

（1）基面Pr

通过切削刃选定点垂直于假定主运动方向的平面。基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴。如图所示为普通车刀、刨刀的基面Pr。车刀的基面平行于刀体底面。第一节金属切削知识1、正交平面参考系

(2)切削平面Ps

通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的平面。（3）正交平面P0

通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和切削平面Ps的平面。第一节金属切削知识第一节金属切削知识法平面参考系：Pr、Ps、Pn组成。法平面Pn是过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面。由基准平面Pr

—

Ps

—

Pn组成的静止参考系称为刀具的法平面参考系。2、法平面参考系第一节金属切削知识第一节金属切削知识3.假定工作平面参考系

由基准平面Pr

—

Pf

—

Pp组成的静止参考系称为刀具的假定工作平面—背平面参考系。

假定工作平面Pf。

过切削刃上选定点平行于进给方向并垂直于基面Pr。

背平面

切削刃上选定点的背平面是过该点且垂直于基面和假定工作平面的平面，记为Pp。第一节金属切削知识第一节金属切削知识b）法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第一节金属切削知识（三）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。第一节金属切削知识（1）前角––––在正交平面Po上测量的刀具前刀面Ag与基面Pr之间的夹角。，记为γo；有正负之分，前刀面Aγ位于基面之前角，γo

<0°，反之γo

>0°。（2）后角––––在正交平面Po内测量的后刀面Aα与切削平面PS间的夹角，记为αo。（3）楔角––––前刀面和后刀面的夹角。

1、正交平面Po内标注的角度第一节金属切削知识

刃倾角λs

在切削平面Ps内测量的主切削刃S与基面Pr间的夹角称刃倾角，记为λs；

当刀尖位于主切削刃的最高点时，刃倾角为正值；反之为负值。

切削刃的选定点、刃倾角和主偏角这三个参数，确定了主切削刃在参考系中的位置。2、切削平面PS内的角度第一节金属切削知识

主偏角

––––在基面Pr上测量的切削平面Ps与假定工作平面Pf之间的夹角。

副偏角

––––是在基面Pr上测量的副切削平面Ps’

与假定工作平面Pf之间的夹角。副偏角一般为锐角。刀尖角

––––主切削刃和副切削刃的夹角。3、基面Pr内的角度第一节金属切削知识副后角ao’

：副后角ao’

是在副正交平面Po’上测量的副后面Aa’与副切削平面Ps’

之间的夹角。

第一节金属切削知识车刀的标注角度第一节金属切削知识三、刀具的工作角度

刀具的工作角度是刀具在工作时的实际切削角度。由于刀具标注角度是在进给量f=0条件下规定的角度，如果考虑合成运动和实际安装情况，则刀具的参考系将发生变化。在刀具工作角度参考系中所确定的角度称工作角度。第一节金属切削知识三、刀具的工作角度[例1]

基面Pr与工作基面Pre的比较：基面Pr是通过切削刃上选定点且垂直于假定主运动方向的平面；而工作基面Pre是通过切削刃上选定点，垂直于合成切削运动方向的平面。二者的不同点在于前者的主运动方向是假定的，而后者的合成切削运动方向是实际存在的。第一节金属切削知识[例二]

前角go与工作前角goe的比较：前角go是在正交平面Po上测量的前面Ag与基面Pr之间的夹角；而工作前角goe是在工作正交平面Poe中测量的前面Ag与工作基面Pre之间的夹角。二者的差异在于定义刀具角度参考系的三个基准平面都不同，原因还在于静止参考系的基准轴线是假定的，而工作参考系的基准是实际存在的合成切削运动与进给运动。

第一节金属切削知识三、刀具的工作角度

加工时，车刀作横向进给运动，切削刃相对工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线。此时，工作基面和工作切削平面相对于基面和切削平面转动一个角，从而引起刀具的前角和后角发生变化。第一节金属切削知识

横向进给运动时的工作角度（一）进给运动对工作角度的影响第一节金属切削知识当进给量增大，则μ值增大；当瞬时直径d减小，μ值也增大。车削至接近工件中心时，μ值增长很快，工作后角将由正变负，导致工件被挤断。当刀尖安装高于或低于工件中心时，则此时的切削速度方向发生变化，引起基面和切削平面的位置改变。此时工作角度与标注角度的换算关系如下：

第一节金属切削知识（二）刀具安装对工作角度的影响

第一节金属切削知识当刀尖安装高于或低于工件中心时，则此时的切削速度方向发生变化，引起基面和切削平面的位置改变

第一节金属切削知识（二）刀具安装对工作角度的影响第一节金属切削知识

四、切削层参数第一节金属切削知识切削层：切削过程中，由刀具的一个单一动作所切除的工件材料层。切削层尺寸平面：通过切削刃基点并垂直于该点主运动方向的平面。切削刃基点：切削刃等分中点。例：平行四边形BCDF即为切削层尺寸平面，它截切削层于BCDE四边形。第一节金属切削知识

（1）．切削金属公称厚度hD

切削层公称厚度是在基面内测量的切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离，单位为mm

（2）．切削层公称宽度bD

切削层公称宽度是在基面内沿过渡表面测量的切削层尺寸，单位为mm

（3）.切削层公称横截面面积AD

切削层公称横截面面积在基面内测量，单位为mm2第一节金属切削知识材料切除率Q：在特定瞬间，单位时间所切除的材料体积。单位：mm3

/

s

。

Q

=

1000

vc

AD

=

1000

vc

hD

bD

=

1000

vc

ap

f第一节金属切削知识第二节金属切削机床基本知识第二节金属切削机床基本知识1.机床的性能方面（1）工艺范围

是指机床适应不同加工要求的能力。

1）通用机床

2）专用机床

一、对金属切削机床的基本要求

一、对金属切削机床的基本要求1.机床的性能方面（2）加工精度机床的加工精度是指该机床加工零件表面的实际几何参数与理想几何参数的符合程度，如：零件加工表面的尺寸、形状、位置及粗糙度（3）生产效率及自动化程度生产效率即是单位时间内机床所能加工的工件数量。全自动机床半自动机床普通机床第二节金属切削机床基本知识1.机床的性能方面（4）人机适应性人机适应性的基本要求是可靠、安全和舒适。

第二节金属切削机床基本知识

机床的经济性包括两方面：

机床制造厂的经济效益机床使用厂的经济效益第二节金属切削机床基本知识2.机床的经济性方面

产品定义、外观设计、结构设计、工艺设计、成本核算、质保措施、运输安装、合理使用、维修折旧，报废回收。机床品种系列化、零部件通用化和标准化是生产和使用机床的一项重要的技术经济措施。

第二节金属切削机床基本知识

2.机床的经济性方面

二、金属切削机床的分类（1）按机床的加工性能分类车床C钻床Z

铣床X镗床T

磨床M齿轮加工机床Y

拉床L螺纹加工机床S

锯床G刨插床B

其他机床Q第二节金属切削机床基本知识二、金属切削机床的分类（2）按机床的通用性分类

1）通用机床

2）专门化机床

3）专用机床第二节金属切削机床基本知识二、金属切削机床的分类（3）按机床的自动化程度分类

1）手动机床

2）机动机床

3）半自动机床

4）全自动机床第二节金属切削机床基本知识二、金属切削机床的分类（4）按机床的工作精度分类

1）普通精度机床

2）精密机床

3）高精度机床

第二节金属切削机床基本知识（5）按机床的主要工作部件数目精度分类

1）单刀机床

2）多刀机床

3）单轴机床

4）多轴机床

二、金属切削机床的分类第二节金属切削机床基本知识（6）按机床的重量和尺寸分类

1）仪表机床

2）中型机床

3）大型机床

4）重型机床

5）超大型机床

二、金属切削机床的分类第二节金属切削机床基本知识（7）按加工过程的控制方式分类

1）普通机床

2）数控机床

3）加工中心

4）柔性制造单元

二、金属切削机床的分类第二节金属切削机床基本知识1.机床的技术参数及其结构尺寸系列机床的技术参数是表示机床尺寸大小及加工能力的各种数据。三、金属切削机床型号的编制第二节金属切削机床基本知识机床的技术参数包括：

主参数

机床主参数是表示机床规格大小的一种参数，它直接反应出机床的加工能力的大小。第二主参数主要工作部件的结构尺寸（如工作台面）主要工作部件的移动行程范围各种运动的速度范围和级数电机功率机床轮廓尺寸

第二节金属切削机床基本知识

机床型号是用来表明机床的类型、通用特性、结构特性、主要技术参数等。

第二节金属切削机床基本知识2.机床型号

（△）

○

（○）

△

△

△

（Ⅹ△）（○）（）

其它特性代号

重大改进顺序主轴数或第二主参数

主参数或设计顺序号

系代号

组代号

通用特性、结构特性代号

类代号

分类代号

第二节金属切削机床基本知识2.机床型号

C

A

6

1

4

0

主参数（最大加工直径320mm）

系代号（1）

组代号（卧式车床）

通用特性（重大改进序号））

类代号（车床）

第二节金属切削机床基本知识2.机床型号

X

6

2

主参数（主轴直径20mm）组：卧式升降台铣床

铣床

第二节金属切削机床基本知识2.机床型号

Y

3

1

50

E

重大改进序号主参数（最大工件直径500mm）系代号（1）组：滚齿机

齿轮加工机床

第二节金属切削机床基本知识2.机床型号

Z525

主参数（最大钻孔直径25mm）组：立式钻床

钻床

第二节金属切削机床基本知识2.机床型号

第二节金属切削机床基本知识2.机床型号第二节金属切削机床基本知识第二节金属切削机床基本知识？第二节金属切削机床基本知识二、机床运动

机器零件上每一个表面都可看作是一条线（母线）沿着另条线（导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线（生成线、成形线）第二节金属切削机床基本知识第二节金属切削机床基本知识二、机床运动第二节金属切削机床基本知识二、机床运动三机床的传动

机床上任何运动的实现，均须具备以下三个基本部分：执行件机床运动的具体执行部件，如主轴、刀架、工作台等。其任务是安装刀具或工件，并直接带动其完成一定形式的运动并保持其准确的运动轨迹。动力源给机床运动提供动力和运动的装置，是执行件的运动动力来源。传动装置传递运动和动力的装置。第二节金属切削机床基本知识外联系传动链联系动力源和机床执行件的传动链，它使执行件得到预定速度的运动，并传递一定的动力。外联系传动链中往往还包括变速机构和改变运动方向的换向机构等。外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状。

内联系传动链联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链。

第二节金属切削机床基本知识（一）机床传动链

（二）机床的传动原理图定比机构固定传动比的机构，简称“定比机构”，如定比齿轮副、丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副等。可变换传动比结构简称“换置机构”，如变速箱、挂轮架和数控机床中的数控系统等。第二节金属切削机床基本知识传动原理图A）电动机b）主轴c）车刀d）滚刀E）合成机构f）换置机构g）传动比不变的机械系统第二节金属切削机床基本知识第二节金属切削机床基本知识（三）传动系统图

机床传动系统图是表示机床全部运动关系的示意图。它比传动原理图更准确、更清楚、更全面地表示出机床的传动关系。

机床的传动系统图画在一个能反映机床外形和各主要部件相互位置的投影面上，并尽可能绘制在机床外形轮廓线内。图中的各传动元件是按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来的。传动轴的编号，通常从动力源开始，按运动传递顺序，依次用罗马数字来表示。第二节金属切削机床基本知识第二节金属切削机床基本知识第三节金属切削过程金属切削过程就是通过刀具把被切金属层变为切屑的过程。金属的切削过程，实质上是工件切削层在刀具的挤压下，产生剪切滑移为主的塑性变形，而形成切屑的过程。挤压、滑移、挤裂、切离

第三节金属切削过程金属切削过程中的滑移线和流线第三节金属切削过程一、切屑的形成过程及变形区的划分第一变形区金属的滑移OA面--“始滑移面”

切削层中点P

OM--“终滑移面

一、切屑的形成过程及变形区

第三节金属切削过程三个变形区、剪切角

平面OM表示第一变形区（Ⅰ）

第二变形区（II）

第三变形区（Ⅲ）

第三节金属切削过程三个变形区说明第三节金属切削过程二、变形系数切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数ξh（切屑厚度压缩比Ah）；切削长度与切屑长度之比称为长度变形系数ξl，

变形系数直观地反映了切屑的变形程度，且容易测量。

第三节金属切削过程厚度变形系数

长度变形系数

第三节金属切削过程对于同一种工件材料，如果在不同的切削条件下进行切削，变形系数越大，则表明切削中的塑性变形越大，切削力和切削热相应增加，动力消耗上升，加工质量下降。有效控制变形系数，有利于提高工件的加工质量。

第三节金属切削过程切屑类型a)带状切屑b)节状切屑c)单元切屑d)崩碎切屑三、切屑类型第三节金属切削过程带状切屑

采用较高的切削速度、较小的切削厚度和前角较大的刀具，切削塑性较好的金属材料时，易形成带状切屑。形成带状切屑时，切削力的波动小，切削过程比较平稳，已加工表面粗糙度较小，但这种切屑容易缠绕在刀具或工件上，损伤已加工表面，或危害操作者安全，应采取适当的断屑措施。节状切屑

采用较低的切削速度、较大的切削厚度和前角较小的刀具，切削中等硬度的塑性材料时，易形成节状切屑。形成节状切屑时，金属的塑性变形和切削抗力较大，切削力的波动也比较大，切削过程不平稳，已加工表面也比较粗糙。第三节金属切削过程单元切屑

切削塑性材料时，切削层金属在塑性变形过程中，剪切面上产生的剪应力超过材料的强度极限，切屑沿剪切面完全断开，形成形状类似，而又互相分离的屑块。采用极低的切削速度，大的切削厚度，小的前角，切削塑性较差的材料时，易形成单元切屑。形成单元切屑时，切削力波动很大，有振动，已加工表面粗糙，且有振纹。崩碎切屑

切削脆性材料时，由于材料的塑性小，抗拉强度低，切削层金属在产生弹性变形后，几乎不产生塑性变形而突然崩裂，形成形状极不规则的碎块。形成崩碎切屑时，切削力幅度小，但波动很大，伴有振动和冲击，使已加工表面凸凹不平。第三节金属切削过程（一）积屑瘤的产生在切削塑性金属材料时，经常在前刀面上靠刃口处沾结一小块很硬的金属楔块（如图3-6），这个金属楔块称积屑瘤。

四、积屑瘤积屑瘤

第三节金属切削过程（二）积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削加工的影响①对切削力的影响②对已加工表面粗糙度的影响③对刀具强度的影响积屑瘤与切削刃的金相显微照片第三节金属切削过程

积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。第三节金属切削过程（1）积屑瘤积屑瘤对切削过程的影响有其有利的一面，也有其不利的一面。粗加工时，可允许积屑瘤的产生，以增大实际前角，使切削轻快；精加工时，则应尽量避免产生积屑瘤，以确保加工质量。第三节金属切削过程

（2）积屑瘤的成因1）工件材料的塑性；2）切削速度；3）刀具前角；4）冷却润滑条件。切削速度对积屑瘤的影响第三节金属切削过程（三）控制积屑瘤产生的措施（1）避免容易产生积屑瘤的切削速度范围（2）降低材料塑性（3）合理使用切削液（4）增大刀具前角第三节金属切削过程第四节切削力、切削热与切削温度切削力决定着切削热的产生，并影响刀具磨损和已加工表面质量。切削力又是计算切削功率，设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。切削热和由它产生的切削温度，直接影响刀具的磨损和使用寿命切削热影响工件的加工精度和表面质量。

第四节切削力、切削热与切削温度一、切削力的来源、合力及其分力第四节切削力、切削热与切削温度切削力的来源一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。

第四节切削力、切削热与切削温度切削力（1）总切削力的分解

1）切削力Fc

2）背向力Fp

3）进给力Ff

第四节切削力、切削热与切削温度第四节切削力、切削热与切削温度

第四节切削力、切削热与切削温度

单位：kw

Fc——切削力，单位：N；

vc——切削速度，单位：m/min。第四节切削力、切削热与切削温度（2）切削功率（2）切削功率

单位：kw

m

——机床传动效率，一般，取

m

=

0.75～0.85。

机床电机所需功率

第四节切削力、切削热与切削温度单位切削力是指单位面积上的主切削力，用KC表示（单位N/mm2）。

KC=FC/AD

式中

AD——切削层公称横截面积（mm2）AD=ap•.f；

Fc——主切削力（N）。计算主切削力：

FC=KC

•AD=KC

•ap•.f

第四节切削力、切削热与切削温度

切削力第四节切削力、切削热与切削温度2.切削力的经验公式切削力背向力进给力切削时消耗的功率第四节切削力、切削热与切削温度[计算举例]：工件材料：40Cr热轧棒料；HBS=212

刀具结构：机夹可转位车刀

刀片材料及型号：YT15；TNMA150605

刀具几何参数：γ0=15º，κr=90º，λS=-5º，br=0.4mm，γ01=-10º（负倒棱的前角），rε=0.5mm

机床型号：CA6140车床

切削用量：ap=3mm，f=0.4mm/r，vc=100m/min[试求]切削力Fc、Fp、Ff和切削功率Pc第四节切削力、切削热与切削温度

[查表2-6至表2-15得下列数据：Cfc=1640N，xfc=1，yFc=0.84，kvFc=0.96，krfc=1，kvfc=1，kbrFc=1.1，KκFc=1.05，Fp/Fc=0.3，Ff/Fc=0.4，KrFc

=1，KλFc

=1，KVBFc=1.2（取VB=0.6mm），Kc=1962N/mm2。

第四节切削力、切削热与切削温度

[解]：1．主切削力Fc

第四节切削力、切削热与切削温度

2．背向力Fp与进给力Ff（估算法）

3．切削功率Pc

机床消耗功率：

取机床传动效率ηm=0.8，而CA6140车床电机功率为7.5kW，功率足够。

第四节切削力、切削热与切削温度第四节切削力、切削热与切削温度二、切削力

3.影响切削力的因素总切削力的来源有两个方面：一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力；二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。

第四节切削力、切削热与切削温度

3.影响切削力的因素1）工件材料的性能对切削力有显著的影响。工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。

第四节切削力、切削热与切削温度3.影响切削力的因素2）切削用量对切削力的影响。a）背吃刀量asp

和进给量f对切削力的影响;

背吃刀量asp进给量fAD↑↑↑↑变形抗力摩擦力切削力↑第四节切削力、切削热与切削温度二、切削力

标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢σb

=

650

Mpa，车刀几何参数为go=10°、kr

=

45°、ls=0°。

即，ap增大一倍，FC也增大一倍；而f增大一倍，FC只能增大68%～80％。

第四节切削力、切削热与切削温度

由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大f比增大asp

更为有利。第四节切削力、切削热与切削温度3.影响切削力的因素2）切削用量对切削力的影响。b）切削速度Vc对切削力的影响;切削塑性材料时第四节切削力、切削热与切削温度3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。a）前角go对切削力的影响;↑刀刃锋利↑↓前角go变形抗力切削力↓第四节切削力、切削热与切削温度

3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。a）前角go对切削力的影响;图3-25前角对切削力的影响asp

=

4

mmf

=

0.25

mm

/

r第四节切削力、切削热与切削温度3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。b）主偏角kr

对切削力的影响;

第四节切削力、切削热与切削温度

3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。c）刃倾角ls

对切削力的影响;

ls↑↓背前角gp↑侧前角gfFp↓Ff↑第四节切削力、切削热与切削温度

3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。d）刀尖圆弧半径re

对切削力的影响;第四节切削力、切削热与切削温度

3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。e）使用切削液对切削力的影响。第四节切削力、切削热与切削温度五、影响切削力的因素⑴工件材料的影响

⑵切削用量的影响①背吃刀量和进给量的影响②切削速度的影响⑶刀具几何参数的影响

①前角的影响

②负倒棱的影响

③主偏角的影响

④刃倾角的影响第四节切削力、切削热与切削温度⑷刀具磨损的影响⑸切削液的影响⑹刀具材料的影响

第四节切削力、切削热与切削温度切削热来源于切削层金属发生弹性、塑性变形所产生的热及切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦。切削热来源七、切削热的产生与传出第四节切削力、切削热与切削温度

1.切削热的来源与传出式中Q——单位时间产生的热量，单位：J

/

s；

Fc——切削力，单位：N；

vc——切削速度单位：m

/

s。

第四节切削力、切削热与切削温度切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去。影响散热的主要因素是：⑴工件材料的导热性能⑵刀具材料的导热性能⑶周围介质⑷切屑与刀具的接触时间第四节切削力、切削热与切削温度

切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质传导出去，热平衡式可写为：Q=Qe+Qt+Qw+Qm(2-33)式中

Qe——单位时间内传给切屑的热量（J/s）；Qt——单位时间内传给刀具的热量（J/s）；Qw——单位时间内传给工件的热量（J/s）；Qm——单位时间内传给周围介质的热量（J/s）

第四节切削力、切削热与切削温度

三、切削热和切削温度不同切削速度下的热量传出比例第四节切削力、切削热与切削温度

三、切削热和切削温度加工方法切屑工件刀具车削50~80%10~40%<5%铣削70%<30%5%钻、镗削30%>50%15%磨削4%>80%12%第四节切削力、切削热与切削温度

三、切削热和切削温度3.影响切削温度的主要因素(1)工件材料工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。

例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢的切削温度高于切削45钢的切削温度。第四节切削力、切削热与切削温度(2)切削用量在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最大。随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比例的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高，但不可能成正比例的增高，因此，切削温度也不会成正比例的增高。第四节切削力、切削热与切削温度(2)切削用量切削速度

第四节切削力、切削热与切削温度(2)切削用量进给量材料切除率Q

=

1000

vc

asp

f第四节切削力、切削热与切削温度

切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。

第四节切削力、切削热与切削温度(3)刀具几何参数1）前角2）

主偏角

第四节切削力、切削热与切削温度第五节刀具的磨损与刀具使用寿命刀具磨损与刀具寿命

刀具失效

刀具磨损刀具破损第五节刀具的磨损与刀具使用寿命一、刀具磨损方式车刀典型磨损形式示意图第五节刀具的磨损与刀具使用寿命一、刀具磨损方式刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两大类。

(1)正常磨损正常磨损是指在刀具设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐的磨损。

①后刀面磨损

②前刀面磨损

③前后刀面同时磨损第五节刀具的磨损与刀具使用寿命一、刀具磨损的形式（2）非正常磨损非正常磨损是指刀具在切削过程中突然或过早产生损坏现象。其中有：①破损在切削刃或刀面上产生裂纹、崩刃或碎裂。②卷刃切削时在高温作用下，使切削刃或刀面产生塌陷或隆起的塑性变形现象。第五节刀具的磨损与刀具使用寿命二、刀具磨损的原因磨料磨损：也称机械磨损，由于切屑或工件的摩擦面上有一些微小的硬质点，能在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。粘结磨损：粘附是