1、第一节 切削运动第二节 切削要素第一节 切削运动一、切削运动的主要形式切削加工时，刀具与工件的相对运动称为切削运动。切削运动的形式主要有五种，见下表。序号序号工件运动工件运动刀具运动刀具运动示例示例1转动移动2移动转动车外圆铣平面切削运动的主要形式序号序号工件运动工件运动刀具运动刀具运动示例示例3移动直线往复运动4直线往复运动移动5不动转动并移动刨平面（龙门刨床）钻孔刨平面（牛头刨床）二、切削运动的种类 1主运动 主运动是切除工件上多余金属的必备运动，是机床的主要运动。2进给运动 进给运动是使工件上多余材料不断被切除的切削运动。1已加工表面：已切除多余金属后形成的新表面。2待加工表面：工件上有
2、待切除的金属层表面。3过渡表面（加工表面）：主切削刃正在切削着的表面。车削与刨削三、工件上形成的三个表面第二节 切削要素 切削用量是衡量主运动和进给运动大小的参数，也是切削前操作者调整机床的依据。背吃刀量进给量切削速度切削用量一、切削用量 1背吃刀量p 背吃刀量p又叫切削深度，是工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，单位为mm。车端面 车外圆 车削外圆时背吃刀量p就是车刀每次进给切入工件的深度，按下式计算：式中：dw待加工表面直径，mm；dm已加工表面直径，mm。2mwpdda车削时的背吃刀量和进给量 例11：车一直径为50mm的轴，一次进给车至45mm，求背吃刀量。解：由题意得：mm5
3、.22mm45mm502mwpdda 2进给量f 进给量f是工件或刀具每转一转或往复一次或刀具每转过一齿时，工件与刀具在进给方向上的相对位移。进给量是衡量进给运动大小的参数。车端面 车外圆 （1）车削时，进给量f为工件每转一转，车刀沿进给方向移动的距离，单位为mm/r；刨削（牛头刨床）时，进给量f为刨刀每往复一次，工件沿进给方向移动的距离，单位是mm/str（毫米/双行程）。（2）用进给速度vf来衡量进给运动的大小。进给速度vf是单位时间内刀具或工件沿进给方向移动的距离。单位mm/min。车外圆时：式中：n 工件转速，r/min；f 进给量，mm/r。nfv f 3切削速度 切削速度是切削刃上
4、选定点相对于工件的主运动速度，即主运动的线速度。单位为m/min。切削速度是衡量主运动大小的参数。（1）当机床上主运动为旋转运动时，切削速度的计算公式为：式中 n工件或刀具转速，r/min；d工件或刀具选定点的旋转直径（通常取最大直径），mm。1000dnv （2）当主运动为往复直线运动时（如刨削加工），其平均速度按下式计算：式中 L往复直线运动的行程长度，mm；nr主运动每分钟的往复次数，str/min。10002rLnv 例12：锻造后的齿轮毛坯直径为100mm，现在CA6140型车床上车外圆，一次进给车至94mm，切削速度为62.8m/min，求背吃刀量ap和车床主轴转速n1。若工件毛坯
5、直径为40mm，求车床主轴转速n2。解：由题意得mm32941002mwpddamin/r20010014.38.62100010001dvnmin/r5004014.38.62100010002dvn二、切削层参数 刀具切削刃相对于工件沿进给运动方向每移动一个进给量f，从工件上切下来的一层金属称为切削层。切削层参数包括：切削厚度切削宽度切削层面积切削层参数a）车外圆 b）车端面 1切削厚度c 垂直于工件过渡表面测量的切削层尺寸称为切削厚度。计算公式：c=fsinr切削厚度影响切削过程中的切削变形切削力切削热刀具磨损 2切削宽度w 平行于工件过渡表面测量的切削层尺寸称为切削宽度。计算公式：切削
6、宽度w相当于主切削刃工作长度在基面上的投影。rwsinpaa 3切削层面积Ac 切削层面积即切削层截面的面积。计算公式：faaaApwcc 例13：车一毛坯直径dw=60mm的轴，要一次进给车至直径dm=54mm，若选用f=0.3mm/r，车刀r=75,求切削厚度c、切削宽度w和切削层面积Ac。（已知sin75=0.9659）解：由题意得mm3254602mwddapmm29.09659.03.075sin3.0sinrcfamm11.39659.0375sin3sinrpwaa2pcmm9.03.03faA第一节第一节 刀具材料刀具材料第二节第二节 切削刀具的分类及结构切削刀具的分类及结构第
7、三节第三节 刀具的几何角度刀具的几何角度第四节第四节 刀具的工作角度刀具的工作角度第一节第一节 刀具材料刀具材料一、刀具材料应具备的主要性能一、刀具材料应具备的主要性能1高硬度高硬度2高耐磨性高耐磨性3足够的强度和韧性足够的强度和韧性4高耐热性高耐热性5良好的工艺性良好的工艺性二、常用刀具材料的种类及主要性能二、常用刀具材料的种类及主要性能三、高速钢三、高速钢 高速钢高速钢是含有钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的合金工具钢，也称为白钢白钢、锋钢锋钢。优点：优点：高速钢具有较高的强度、韧性和良好的刃磨性能，能承受较大的切削力和冲击力，常用于制造形状复杂的刀具。缺点：缺点：
8、高速钢的耐热性较差，耐热温度为550600，允许的最高切削速度为30m/min。由于高速钢的切削速度比其他工具钢高几倍甚至十几倍，故称之为高速钢高速钢。1普通高速钢普通高速钢普通高速钢主要牌号、性能特点及应用普通高速钢主要牌号、性能特点及应用类别主要牌号性能特点应用钨系高速钢W18Cr4V 工艺性能好，特别是刃磨性能和热处理性能好；但碳化物均匀性、高温塑性较钨钼系高速钢差 应用最广泛的一种高速钢，适用于制作一般刀具和各种复杂刀具，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、铰刀、齿轮刀具及机用丝锥、板牙、锯条等钨钼系高速钢W6Mo5Cr4V2 降低了碳化物的数量及分布的不均匀性，细化了晶粒，抗弯强度和冲击韧性提
9、高，耐磨性好，热塑性好；红硬性较低 适用于制造各种承受冲击力较大的刀具，如插齿刀、锥齿轮刨刀和一般切削刀具，也可用于制造大型和热塑成形刀具W9Mo3Cr4V 是一种新牌号高速钢，综合性能优于W6Mo5Cr4V2，成本较低 适用性强 2高性能高速钢高性能高速钢 高性能高速钢是在普通高速钢中增加一些碳（C）、钒（V），并添加钴（Co）或铝（Al）等合金元素而获得，耐磨性和耐热性得到显著提高。3粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 优点：优点：粉末冶金高速钢完全避免了碳化物的偏析，晶粒细化，分布均匀，强度、硬度、耐磨性等有了显著提高。由于物理、力学性能各向同性，减少了热处理造成的变形与应力。用途用途:（1）
10、制造切削难加工材料的刀具。（2）进行强力、断续切削时，要求锋利、强度和韧性高的刀具。4高速钢刀具的表面处理高速钢刀具的表面处理 表面处理：表面处理：通过某种特殊工艺改善刀具表层的成分与组织或在刀具表面涂镀一层耐磨薄层（0.002mm左右）。常见的表面处理有：经过表面处理的刀具，耐用度得到显著提高。如目前一些铣刀、钻头的切削部分呈金黄色，多为TiN涂层。氮化处理离子注入液体氮碳共渗真空溅射涂镀物理气相沉积TiN、TiC1常用硬质合金常用硬质合金四、硬质合金四、硬质合金 我国常用硬质合金牌号与我国常用硬质合金牌号与ISO分类对照及用分类对照及用途途种类牌号相近ISO牌号主要用途加工性质钨钴类K30
11、YG8加工铸铁、有色金属及其合金粗加工K20YG6半精加工K01YG3精加工钨钛钴类P30YT5加工钢等塑性金属粗加工P10YT15半精加工P01YT30精加工钨钛钽（铌）钴类M10YW1加工耐热钢，高锰钢、不锈钢等难加工材料、一般钢材和铸铁、有色金属的加工精加工半精加工M20YW2粗加工半精加工 例例21：根据下列加工条件选择合适的硬质合金牌号。（1）粗车铸铁）粗车铸铁工件材料是铸铁，选用YG类硬质合金；粗车，为粗加工，应选用含钴（Co）量多的牌号YG8。（2）精车）精车45钢钢工件材料是45钢，选用YT类硬质合金；精车，为精加工，应选含（碳化钛）TiC量多的牌号YT30。（3）粗车不锈钢（
12、）粗车不锈钢（Cr18Ni9Ti）轴）轴工件材料是钛不锈钢，应选用YW类硬质合金；粗车，为粗加工，应选用牌号YW2。2其他硬质合金其他硬质合金种类种类主要成分主要成分优缺点优缺点主要用途主要用途碳化钛基（YN类）硬质合金 以TiC为主要成分，加入少量的WC、NbC，以Ni和Co为黏结剂 耐磨，耐热，抗黏结，切削速度高。强度、韧性较低 用于合金钢、淬火钢的精加工 钢结硬质合金（YE类）以TiC或WC做硬质相，高速钢做黏结相，属高速钢基硬质合金 耐热，耐磨，韧性好，可锻造性、热处理性和可切削性较好 制作结构复杂的刀具，如钻头、铣刀等细晶粒、超细晶粒硬质合金 细晶粒合金平均粒度在1.5m左右，超细晶
13、粒合金粒度在0.21m 抗弯强度较高，在中、低速及断续切削的状态下不易发生崩刃现象涂层硬质合金 在硬质合金表面涂覆一层或多层（513m）的难熔金属碳化物 硬度、耐磨性和耐热性得到较大提高 多用于机夹式不重磨刀片 五、陶瓷刀具材料五、陶瓷刀具材料 1陶瓷刀具材料的主要特点及应用陶瓷刀具材料的主要特点及应用 特点：特点：（1）高硬度与高耐磨性 （2）高耐热性 （3）良好的化学稳定性和抗黏结性 （4）摩擦因数小（5）强度和韧性差、热导率低 陶瓷刀具材料：陶瓷刀具材料：以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）为基体，再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。应用：应用：陶瓷刀具一般适用于高速
14、精细加工硬材料，如在200m/min条件下车削淬火钢。2陶瓷刀具材料的种类陶瓷刀具材料的种类 （1）氧化铝基陶瓷）氧化铝基陶瓷 成分：成分：将一定量的碳化物（多以TiC）添加到Al2O3中，称为混合陶瓷或组合陶瓷混合陶瓷或组合陶瓷。若添加镍（Ni）、钴（Co）、钨（W）等作为黏结金属，可较大地提高陶瓷刀具的强度。应用：应用：适合在中等切削速度下切削难加工材料，如冷硬铸铁、淬硬钢等。（2）氮化硅基陶瓷）氮化硅基陶瓷 成分：成分：将硅粉经氮化、球磨后添加助烧剂于模腔内热压烧结而成。其抗热冲击性能优于其他陶瓷刀具，并不易发生崩刃现象。应用：应用：切削速度可达500600m/min，适宜精车、半精车，
15、精铣、半精铣加工。可用于切削难加工材料。六、超硬刀具材料六、超硬刀具材料 1金刚石金刚石（1）金刚石刀具的优点）金刚石刀具的优点 1）极高的硬度和耐磨性 2）很好的导热性和很低的热膨胀系数 3）刀具的切削刃很锋利，刃面的粗糙度值很小 4）摩擦因数低于其他刀具材料 金刚石金刚石是碳的同素异形体，是目前最硬的物质。有天然与人造之分。（2）金刚石刀具的主要缺点及适用范围）金刚石刀具的主要缺点及适用范围 1）耐热性差、强度低、脆性大 对冲击、振动敏感，因而对机床的精度、刚性要求较高。一般只适宜用于精加工。2）金刚石与铁和碳原子的亲和性强 易使其丧失切削能力，故不宜用于加工铁族材料。2立方氮化硼（简称立
16、方氮化硼（简称CBN）优点：优点：（1）很高的硬度与耐磨性。（2）很高的热稳定性。（3）有较好的导热性，与钢铁的摩擦因数较小。应用：应用：用于淬硬钢、冷硬铸铁的粗加工与半精加工，以及高速切削高温合金等难加工材料。但由于其强度及韧性仍较低（介于陶瓷与硬质合金之间），因此不宜用于低速切削。第二节第二节 切削刀具的分类及结构切削刀具的分类及结构一、刀具的分类一、刀具的分类 切削刀具用于将毛坯上多余的材料切除，以获得具有预期的几何形状、尺寸精度和表面质量的零件。刀具的分类方法通常有：按应用场合分类按主切削刃的数量分类按刀具的结构分类按刀具材料分类第二节第二节 切削刀具的分类及结构切削刀具的分类及结构a
17、）车刀b）钻头c）铣刀 d）铰刀e）拉刀f）丝锥g）滚刀1按应用场合分类按应用场合分类 2按主切削刃的数量分类按主切削刃的数量分类 单刃刀具：单刃刀具：指具有一条主切削刃的刀具。多刃刀具：多刃刀具：具有两条或两条以上主切削刃的刀具。a）车刀b）钻头c）铣刀d）铰刀e）拉刀f）丝锥g）滚刀3按刀具的结构分类按刀具的结构分类 a）整体式 b）焊接式c）机夹式4按刀具材料分类按刀具材料分类 工具钢硬质合金陶瓷超硬材料二、刀具切削部分的构成二、刀具切削部分的构成前（刀）面切屑流过的刀面。主后（刀）面切削时，与工件过渡表面相对的刀面。副后（刀）面切削时，与工件已加工表面相对的刀面。主切削刃主后刀面与前刀
18、面的交线，担负主要的切削工作。副切削刃副后刀面与前刀面的交线，配合主切削刃完成切削工作。刀尖主、副切削刃的交点。第三节第三节 刀具的几何角度刀具的几何角度一、参考系一、参考系 参考系参考系是用来定义和测量刀具角度的参考平面，是具有一定空间位置的假想平面。参考系 标注参考系（静止参考系）工作参考系（动态参考系）标注参考系是刀具设计、制造、刃磨与测量的基准。工作参考系是确定工作状态中刀具角度的基准。正交平面参考系（常用）法平面参考系 进给平面参考系 背平面参考系 1标注参考系的假定条件标注参考系的假定条件 （1）假定运动条件：）假定运动条件：不考虑进给运动的影响，只考虑主运动（切削速度）的影响。（
19、2）假定安装条件：）假定安装条件：车刀刀尖与工件轴线等高、刀杆中心线垂直于进给方向。2正交平面参考系正交平面参考系 正交平面参考系由基面Pr、切削平面Ps与正交平面Po组成，即：PrPsPo。（1）基面）基面Pr通过切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动（切削速度v）方向的平面。切削平面与基面 正交平面、切削平面与基面 （2）切削平面）切削平面Ps通过切削刃上某一选定点，相切于工件过渡表面并垂直于基面的平面。切削平面与基面 正交平面、切削平面与基面 （3）正交平面）正交平面Po通过切削刃上某一选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面，也叫剖面剖面或截面截面。正交平面、切削平面与基面基面基面通过选定
20、点的水平面。切削平面切削平面经过切削刃的铅垂面。正交平面正交平面通过选定点垂直于切削平面的铅垂面。副切削平面副切削平面经过副切削刃的铅垂面。副正交平面副正交平面通过副切削刃上选定点垂直于副切削平面的铅垂面。副正交平面、正交平面、基面副正交平面、正交平面、基面 3其他参考平面简介其他参考平面简介 （1）法平面）法平面Pn 通过切削刃上某一选定点，垂直于切削刃的平面。法平面与正交平面的区别 （2）进给平面）进给平面Pf通过切削刃上某一选定点，垂直于基面Pr且平行于进给运动方向的平面。（3）背平面）背平面Pp（切深平面）通过切削刃上某一选定点，同时垂直于基面和进给平面的平面。二、刀具角度的定义及标注
21、二、刀具角度的定义及标注1刀具角度的定义刀具角度的定义 投影面投影面图示图示角度角度定义定义基面pr 主偏角r 主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角副偏角r 副切削刃在基面上的投影与背进给方向之间的夹角刀尖角r 主切削刃和副切削刃在基面上的投影之间的夹角投影面投影面图示图示角度角度定义定义正交平面Po 前角o 正交平面内，前面与基面之间的夹角主后角o 正交平面内，后面与切削面之间的夹角楔角o 在正交平面内，前面与后面之间的夹角投影面投影面图示图示角度角度定义定义副正交平面Po 副后角o 在副正交平面内，副后面与副切削平面之间的夹角切削平面Ps 刃倾角s 在切削平面内，主切削刃与基面之间的
22、夹角2刀具几何角度的标注刀具几何角度的标注（1）标注方法）标注方法 1）投影作图法）投影作图法 它严格按投影关系来绘制几何形状，是认识和分析刀具切削部分几何形状的重要方法，但该方法绘制烦琐，一般比较少用。2）简单画法）简单画法 该方法绘制时，视图间大致符合投影关系，但角度与尺寸必须按比例绘制，这是一种常用的方法。（2）车刀刀具图的简单画法与角度标注）车刀刀具图的简单画法与角度标注 75硬质合金外圆车刀几何角度的标注 三、刀具角度的主要作用及合理选择三、刀具角度的主要作用及合理选择 1前角前角 （1）前角的主要作用）前角的主要作用影响刀刃的锋利程度和强度影响切削变形和切削力影响工件加工表面质量
23、前角大，楔角小，切削刃锋利，切削省力，排屑顺利，切削变形小，但随着楔角小，切削刃低，刀具的散热条件差。基本原则：基本原则：“锐中求固，力求锋利”强化刀刃和刀尖前角大小的选择依据是：前角大小的选择依据是：1）工件材料2）加工性质3）刀具材料4）工艺系统刚度 正、负、零度前角示例（2）前角的选择）前角的选择 硬质合金车刀合理前角参考值硬质合金车刀合理前角参考值 2主后角主后角（1）主后角的作用）主后角的作用 影响切削刃的锋利程度和强度。影响刀头的散热性能。用来减小刀具后刀面与工件加工表面之间的摩擦，从而改善工件表面质量。（2）主后角的选择）主后角的选择 1）粗加工时主后角取较小值（o=4 6），精
24、加工时可取较大的主后角（o=812）。2）工件材料的硬度、强度较高时，应取较小的主后角。3）工件材料的塑性、韧性较大时，应取较大的主后角。4）刀具材料的强度和韧性较好时，可选择较大的主后角。5）工艺系统的刚度较差时，应选择较小的主后角。3副后角副后角 作用：作用：减小刀具副后刀面与工件已加工表面的摩擦。选择：选择：副后角的选择与主后角的选择基本相同。但切断刀由于刀头强度较低，应取较小的副后角，一般o=12。4主偏角主偏角 （1）主偏角的作用）主偏角的作用 1）影响刀尖强度和散热性能主偏角对刀尖强度和散热性能的影响 2）影响切削分力大小 车削时，增大主偏角r可使背向力(径向力Fy)减小，进给力（
25、轴向力Fx）增大。3）影响断屑 在进给量f一定时，增大主偏角r，使切削厚度ac增大，切削变形增大，切屑易折断。主偏角对切削分力的影响 （2）主偏角的选择）主偏角的选择 1）主偏角r的选择主要取决于工件表面形状。例如车削台阶轴或镗盲孔时，应选择r 90，车削需要中间切入的工件则应取r=4560。2）粗加工和工艺系统的刚度较好时，主偏角r可取较小值，以增大刀尖角r，提高刀尖强度。3）工艺系统刚度较差时，宜取较大的主偏角r，以减小径向力，避免切削时产生振动和变形。如车削细长轴时，通常取r=8093。5副偏角副偏角副偏角r影响工件副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，从而影响工件的表面粗糙度，影响刀尖强
26、度和散热性能。副偏角r的选择：适用范围，加工条件主偏角r副偏角r工艺系统刚度足够，小切深车削淬硬钢、冷硬铸铁10o30o5o10o工艺系统刚度较好，需中间切入，车端面、倒角45o45o工艺系统刚度较差，粗车、强力车削70o75o10o15o工艺系统刚度差，车台阶轴、细长轴80o93o6o10o切断、车槽 90o1o2o 6刃倾角刃倾角（1）刃倾角的作用）刃倾角的作用 1）影响排屑方向 不同刃倾角的车刀对排屑的影响 2）影响刀头强度 正值刃倾角（+s）的刀尖容易受冲击引起崩刃，负值刃倾角（-s）的刀头强度较好，可以减小切削力对刀尖的冲击，保护刀尖。正、负值刃倾角的受力情况 3）影响切削的平稳性
27、当刃倾角s0时，切削刃同时切入和切出，冲击力较大。当刃倾角s0时，切削刃（斜刃）逐渐切入工件，冲击力较小，切削较平稳。如大螺旋角（s60 70）圆柱铣刀比普通圆柱铣刀切削要平稳且刀刃锋利。4）影响切削刃的锋利性 要使刀具刃口锋利，必须减小刃口圆弧半径。但受客观条件限制，刃口圆弧半径不能磨得太小（尤其是硬质合金刀具）。磨出刃倾角s后，实际刃口圆弧半径减小，且增大了实际前角，切削刃变得更锋利，有利于进行微量切削。（2）刃倾角的选择）刃倾角的选择 1）精加工时应取正值刃倾角（+s），使切屑排向待加工表面，以免划伤、拉毛已加工表面。2）粗加工、断续切削和带冲击的切削，应选负值刃倾角（-s），以提高刀头
28、强度、保护刀尖。3）工艺系统刚度较差时不宜选择负值刃倾角（-s）。4）微量切削可采用大刃倾角s刀具，以提高刀刃的锋利程度，如s4575。s值05510-50-10-5-15-10-45-1045 75应用范围精车钢，车细长轴精车有色金属粗车钢和灰铸铁粗车余量不均匀钢断续车削钢、灰铸铁带冲击切削淬硬钢大刃倾角微量切削第四节第四节 刀具的工作角度刀具的工作角度一、工作参考系与工作角度一、工作参考系与工作角度 1工作角度形成的原因工作角度形成的原因 由于刀具安装位置、进给运动的变化，都会引起刀具工作角度的变化，使之与刀具标注角度不相同。刀具工作角度示意图 2工作参考系及工作角度工作参考系及工作角度
29、以切削过程中的刀具与工件的实际相对位置和相对运动为基础建立的参考系称为工工作参考系作参考系。刀具上的刀面、刀刃与工作参考系平面的夹角称为工作角度工作角度。3工作参考系与标注参考系的区别工作参考系与标注参考系的区别 （1）用合成切削运动（速度）e代替假定主运动（速度），即不仅考虑主运动还要考虑进给运动对刀具角度的影响。（2）用刀具实际安装条件代替假定安装条件。二、标注角度与工作角度的关系二、标注角度与工作角度的关系 1实际安装误差对工作角度的影响实际安装误差对工作角度的影响 （1）刀杆中心线与进给方向不垂直）刀杆中心线与进给方向不垂直 车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角re和工作副偏角
30、re都会发生变化。工作主偏角增大，工作副偏角减小。刀杆中心线与进给方向不垂直对主、副偏角的影响 （2）刀尖与工件轴线不等高）刀尖与工件轴线不等高 横车（如切断）时，当刀尖高于工件轴线时，工作切削平面将变成Pse，工作基面变为Pre，与标注角度比较，工作前角oe增大，工作后角aoe减小。同理，车削外圆时与之相同，而车内孔时则相反。刀尖低于工件轴线时，结论则相反。刀具安装高低对前、后角的影响 2实际运动条件对工作角度的影响实际运动条件对工作角度的影响 （1）合成切削运动）合成切削运动 由瞬时主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。切削刃上选定点相对于工件的瞬时合成切削运动速度，称为合成切削速度
31、e。车削外圆时的合成切削运动 同一瞬时主运动方向与合成运动方向之间的夹角称为合成切削速度角，以“”表示。（2）进给运动对工作角度的影响）进给运动对工作角度的影响 由于工作基面、工作切削平面的位置与标注参考系的空间位置不同，造成工作角度与刃磨角度不同，关系如下：aoe=ao-oe=o+式中 ao、aoe 刃磨后角、工作后角；o、oe 刃磨前角、工作前角。第一节 切削变形第二节 切屑的类型与控制第三节 积屑瘤第四节 切削力与切削功率第五节 切削热和切削温度第六节 刀具磨损与刀具耐用度 第一节 切削变形 金属切削变形的本质是金属材料在切应力作用下屈服而沿剪切面发生滑移。切屑的形成 金属滑移示意 一、
32、金属切削变形过程 第一变形区I（剪切滑移变形）：是滑移面附近的区域，在此区域内切削层经剪切滑移后形成切屑。二、切削变形区的划分 第二变形区II（切屑的挤压变形）：是切屑在流出过程中与前面接触的区域，在此区域切屑受前面的挤压和摩擦进一步产生变形，使切屑卷曲。第三变形区III（已加工表面的变形）：是切削刃刃口附近已加工表面表层的区域，在此区域已加工表面受刃口钝圆部分和后面的挤压、摩擦而产生弹性变形和塑性变形。三、切削变形系数 被切金属层经切削变形后形成切屑，其长度缩短、厚度增加的现象，称为切屑收缩。式中 Lc、c 被切金属层的长度、厚度；Lch、ch 切屑的长度、厚度。1cchchcaaLL 切削
33、变形系数（切屑收缩系数）可直观地反映出切削过程中金属切削变形的程度，从而反映切削条件的优劣。越大，说明切削变形程度越大。前 角 40 20-5 1.814.2310.08不同前角的刀具切削纯铜时的切削变形系数 第二节 切屑的类型与控制一、切屑的类型a)带状切屑 b)节状切屑 c)粒状切屑 d)崩碎切屑四种切屑类型比较 二、切屑的控制 （1）切屑的折断过程切屑的折断经历了“卷碰断”这三个过程。1切屑的折断（2）切屑形状切屑形状的分类 2影响断屑的主要因素1）断屑槽断屑槽槽形组成、对断屑的影响及适用范围 断屑槽槽形组成对断屑的影响适用范围直线圆弧型一段直线和一段圆弧槽底圆半径R小时，切屑卷曲半径小
34、，变形大，易断屑适用于切削碳素钢、合金结构钢等材料的刀具直线型两段直线槽底角小，则切屑卷曲半径小，变形大，易断屑中等背吃刀量时，一般槽底角=110120圆弧型一段圆弧圆弧半径小，切屑卷曲半径小，变形大，易断屑适用于切削纯铜、不锈钢等高塑性材料的刀具 槽底半径R对切屑卷曲的影响 槽底角对切屑卷曲的影响 断屑槽形状对断屑的影响 2）断屑槽的宽度 断屑槽宽度LBn减小，能使：切屑卷曲半径rch减小增大卷曲变形和弯曲应力 而宽度LBn大则卷曲半径rch较大，产生的弯曲应力不易使切屑折断。断屑槽宽度LBn必须与进给量f和背吃刀量ap联系起来考虑。l进给量小，槽应窄些l背吃刀量小，槽宽也应适当减小 容易卷
35、屑、断屑3）断屑槽斜角（）a）外斜式 b）平行式 c）内斜式（2）切削用量 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和切削速度v。1）进给量 f 进给量f加大，切削厚度c按比例增大，切削变形增大，切屑易折断。但要注意，随着进给量的增大，工件表面粗糙度值将会增大。2）背吃刀量ap 背吃刀量ap 减小时，过渡刃和副切削刃参加切削的比例增大，使出屑角增大。出屑角的大小对切屑的卷曲和折断后的屑形有很大影响。出屑角对卷屑的影响 3）切削速度v 切削速度提高后，切削温度升高，在一般情况下，切屑的塑性增大，不易折断。（3）刀具角度 1）前角o 前角o 越大，排屑越顺利，切屑变形小，不易断屑；
36、反之，易断屑。2）主偏角r 在背吃刀量ap 和进给量f已选定的条件下，主偏角r越大，切削厚度ac越大，故切屑卷曲应力越大，越易断屑。3）刃倾角s 当s为正值时，使切屑流向待加工表面或与后面相碰形成“C”形切屑，也可能呈螺旋屑而甩断；当s为负值时，切屑流向已加工表面或过渡表面，容易碰断成“C”形或“6”形切屑。第三节 积屑瘤 以中等切削速度切削钢料或其他塑性金属材料时，经常会有一小块呈楔状的金属（工件材料）牢固地黏结在靠近刀刃的前面上，这就是积屑瘤，也称为刀瘤。积屑瘤及其对加工的影响一、积屑瘤的形成 切削塑性金属材料时，在一定条件下，切屑沿前面流出时，由于切屑与前面之间的强烈挤压与摩擦，使切屑底
37、层的一部分金属产生“滞流”现象，当滞流层与前面的摩擦力大于材料内部的结合力时，则使滞流层从切屑母体中分离，并牢固地黏结（冷焊）在靠近刀刃的前面上。积屑瘤在切削过程中是不稳定的，它因不断层积长大，又因局部脱落而减小。二、积屑瘤对切削加工的影响 1保护刀具 2增大实际前角 3影响加工精度和表面粗糙度 1工件材料 切削脆性材料不会产生积屑瘤。塑性越好的材料越容易产生积屑瘤。2切削用量 切削用量三要素中对积屑瘤的产生影响最大的是切削速度v，其次是进给量f和背吃刀量ap。三、影响积屑瘤产生的因素切削速度对积屑瘤的影响 3刀具方面 （1）前角o 前角o增大，排屑更顺利，切屑与前面的挤压摩擦作用减小，减少了
38、切削热的产生，从而可抑制积屑瘤的产生。（2）刀具表面粗糙度 减小刀具前面的表面粗糙度值，以减小前面与切屑的摩擦，可减少积屑瘤的产生。4切削液 有切削液参加切削，一可起降温作用，二可起润滑作用。第四节 切削力与切削功率 一、切削力的来源与分解 1切削力的来源工件材料的变形切屑、工件与刀具之间的摩擦2切削力的分解主切削力Fc背向力Fp进给力Ff 切削力与切削分力 车削时切削力与切削分力 二、切削分力的计算切削分力的经验公式如下：式中 CFc 、CFp、CFf 系数XFc 、YFc 、XFp 、YFp、XFf 、YFf 指数cccpcFFYXFfaCF pppppFFYXFfaCF fffpfFFY
39、XFfaCF 车削外圆时主切削力经验公式中的系数、指数值 若已知ap和f，车削时Fc可用下面的近似公式计算：切削钢件时：Fc=2000 ap f （N）切削铸铁时：Fc=1000 ap f （N）三、切削分力的实用意义1主切削力Fc 通常主切削力是最大的分力，它是确定机床电动机功率、计算机床强度和刚度、设计夹具主要零部件、验算刀杆和刀片强度的主要依据。2背向力Fp 车削时，背向力是切削时引起振动的主要因素，也是引起工件弯曲变形的主要原因。3进给力Ff 进给力是验算机床进给系统主要零部件强度和刚度的依据。四、影响切削力的因素1工件材料 材料的强度、硬度越高，变形抗力越大，切削力就越大。若材料的强
40、度、硬度相近，塑性越大则切削力越大。2切削用量 （1）背吃刀量ap和进给量f 背吃刀量ap和进给量f决定切削面积的大小，它们的增大均会使切削力增大，但其影响程度各不相同。在切削加工中，如果从减小切削力和切削功率来考虑，加大进给量f比加大背吃刀量ap有利。（2）切削速度v 切削速度v对切削力的影响与工件材料、积屑瘤有关。切削塑性金属时，切削速度v对切削力的影响主要因积屑瘤影响实际前角所造成。切削速度对切削力的影响 3刀具方面（1）刀具几何参数对切削力的影响 （2）刀具磨损 前、后刀面磨损会使摩擦力增大，当后角ao减小至0时，刀具与工件产生剧烈摩擦，切削力会成倍增大，甚至无法正常切削。4切削液 切
41、削时浇注切削液，由于润滑作用，摩擦因数减小，切削力减小。如选用润滑效果较好的切削液，比干切削时的切削力小10%20%。五、切削功率601000cmvFP 式中：Fc 主切削力 ，N；v 切削速度，m/min。实际应用中，通常根据切削功率Pm校核机床电动机功率PE，以判断是否超负荷切削。要求：Pm PE m式中 m机床传动效率，一般取0.750.85。若Pm PE m，则应考虑降低切削功率Pm ,此时应通过减小Fc或降低的方法来解决。（kW）切削功率是切削分力消耗功率的总和。切削功率Pm的计算式为:例31：某车床电动机功率为6kW，传动效率为0.75，车削某钢件时若选择背吃刀量为5mm，进给量为
42、0.4mm/r。求机床功率允许条件下可选择的最高转速。解：因为工件材料为钢件所以 又因为 Pm PE m；Pm =Fc v/（100060）v 67.5m/min 所以 故机床功率允许条件下可选择的最高转速为430r/min。min/r4305014.35.6710001000maxdvnN40004.0520002000pcfaFmEc601000PvF第五节 切削热和切削温度一、切削热的产生与传散1切削热的来源工件材料的变形刀具前面与切屑之间、后面与工件之间的摩擦2切削热的传散 不使用切削液车削、钻削时切削热的传散比例Q屑Q刀Q工Q介车 削50%86%40%10%9%3%1%钻 削28%1
43、4.5%52.5%5%二、切削区域温度的分布和实际生产中对切削温度的 判断方法1切削区域温度的分布 切削温度一般是指切屑、工件和刀具接触表面上的平均温度，即切削区域的平均温度。刀具、切屑和工件的切削温度分布2实际生产中对切削温度的判断方法 切屑颜色与切削温度的关系 切屑颜色切削温度银白色500以下淡黄色500550左右深蓝色650900左右淡灰色1000以上紫黑色1300以上三、影响切削温度的因素 1切削用量 切削速度、进给量和背吃刀量对切削温度都有影响。切削速度对切削温度的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响最小。当切削速度增大一倍时，切削温度约增高20%33%。进给量增大一倍时，切削温度
44、约增高10%。背吃刀量增大一倍时，切削温度只增高约5%。不同前角下切削温度的对比值 前 角-100101825切削温度对比值1.081.0310.850.8附 注车削45钢，刀具YT15，o=68r=75,s=0,=0.2mm，切削用量：p=3mm，f=0.1mm/r 1）前角 前角的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦，因此它对切削温度有明显的影响。2刀具方面（1）刀具角度 2）主偏角 减小主偏角切屑厚度减小切削变形减小产生的热量减少刀刃参加切削的长度增加刀尖角增大刀具的散热条件变好切削温度降低主偏角增大，切削温度升高。在背吃刀量相同时：（2）刀具磨损 刀具磨损对切削温度也有着明显的影响。刀具
45、磨损后刀刃变钝切割作用减小推挤作用增大切削变形增加摩擦增大温度升高3工件材料 （1）材料的强度、硬度 材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削温度也越高。（2）材料的导热系数 材料的导热系数越低，由工件和切屑传走的热量就越少，切削温度就越高。（3）材料的类别 切削脆性金属材料时，由于塑性变形很小，且切屑呈崩碎状，与前面的摩擦小，产生的热量也就少，故切削温度一般较塑性材料低。4切削液方面 切削过程浇注切削液，由于其具有润滑作用，能够减小切屑、工件与刀具的摩擦，产生的热量少；同时切削液还有冷却作用，能够带走大量的切削热，所以切削温度低。切削热给金属切削加工带来许多不利影响，采取措施减少和限制切削热的
46、产生是必要的和重要的。切削热有时也可以加以利用，如在加工淬火钢时，可采用负前角并在一定的切削速度下进行切削，既加强了刀刃的强度，同时产生的大量切削热能使切削层软化，降低硬度，从而易于切削。四、切削热的利用与限制第六节 刀具磨损与刀具耐用度一、刀具磨损1刀具的磨损形式后面磨损 前面磨损 前、后面磨损（1）切削塑性金属时刀具的磨损形式 磨损形式主要发生位置磨损面变形特征磨损量大小表示切削条件切削速度切削厚度后面磨损后面后角为零度的棱面棱面高度（VB）较低较小（ac0.1mm）前面磨损前面月牙洼深度（KT）较高较大（ac0.5mm）前、后面同时磨损前、后面前面：月牙洼后面：棱面棱面高度（VB）中等切
47、削用量（ac=0.10.5mm）（2）切削脆性金属时刀具的磨损形式 切削脆性金属时，由于产生崩碎切屑，切屑与前面挤压和摩擦作用较小，因此，只发生后面磨损。2刀具的磨损原因 （1）磨粒磨损 实质是硬粒与刀具材料的硬度差所造成的机械擦伤，也称机械擦伤磨损。（2）相变磨损 由于切削温度升高，刀具材料的金相组织转变，致使硬度和耐磨性下降所造成的刀具磨损。（3）黏结磨损 切削时，切屑与前面、工件与后面在较大的压力和适当的切削温度的作用下，会产生材料分子之间的吸附作用，使刀具表面局部强度较低的微粒被切屑或工件黏结带走造成的刀具磨损。也称为冷焊磨损。（4）扩散磨损 在高温切削时，刀具与工件之间的合金元素相互
48、扩散置换，改变了材料原来的成分与结构，使刀具材料的物理、力学性能降低，从而加剧刀具的磨损。（5）氧化磨损 氧化磨损是硬质合金中的碳化物和黏结剂氧化后造成的。切削温度机械摩擦影响刀具磨损的主要因素二、刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程曲线 1刀具磨损过程 2刀具磨钝标准 刀具的磨钝标准就是刀具允许的磨损量，故刀具的磨钝标准也是判断刀具是否重磨和换刀的依据。加工条件后面的磨钝标准VB精车0.10.3粗车合金钢、粗车刚度差的工件0.40.5粗车碳素钢0.60.8粗车铸铁件0.81.2钢及铸铁大件的低速粗车1.01.5刀具磨钝标准 硬质合金车刀的磨钝标准VB 推荐值 3实际生产中判断刀具磨损的常用方法
49、通过观察工件已加工表面的粗糙度变化切屑颜色的变化切屑形态的变化听噪声的大小感觉切削时产生的振动 在采用数控机床、自动化机床加工及进行大批量生产时，就应该按试验等得到的参数制订出合理的刀具耐用度，从而定时换刀。三、刀具耐用度与刀具寿命 刀具耐用度：刃磨后的刀具从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的纯切削时间的总和，以“T”表示，单位为min。不同的刀具材料，在相同的切削条件下，耐用度越高，表明刀具材料的耐磨性越好。不同的刀具几何参数，在相同的切削条件下，耐用度越高，表明刀具的几何参数越合理。取相同的刀具耐用度，加工效率越高的其切削用量选择越合理。刀具寿命：指一把新刀从投入切削直到报废为止的总的切
50、削时间，以“t”表示，单位为min。对于可重磨刀具，刀具寿命等于刀具耐用度的总和，即t=nT (n-刀具重磨次数)对于不重磨刀具，刀具耐用度等于刀具寿命。即t=T。四、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，导热性能越差，致使切削温度升高，使刀具耐用度下降。2切削用量 增大切削用量ap、f、三个要素都对刀具耐用度造成影响。3刀具方面 （1）刀具材料 合理选用刀具材料、应用新型刀具材料，是提高刀具耐用度的有效途径。4切削液 切削液的作用是：降低切削温度减小摩擦 （2）刀具几何参数方面 1）前角o 前角o 增大，切削变形减小，摩擦减小，切削力减小，切削温度降低，刀具耐用度提高。
