1、第五节 切削用量及切削液的选择第一章 数控加工的切削基础第四节 刀具几何参数的合理选择 第三节 金属材料的切削加工性第二节 金属切削过程基本规律 及其应用第一节 概 述第一节 概 述一、切削运动及加工中的工件表面（一）切削运动 在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动。按切削运动在切削加工中的功用不同分为主运动和进给运动。切削过程中，工件上多余的材料不断的被刀具切除而转变为切屑，因此工件在切削过程中形成了三个不断变化的表面：(二）加工中的工件表面F已加工表面F待加工表面F过渡表面（一）切削用量1.切削速度（vc）切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。
2、大多数切削加工的主运动是回转运动，其切削速度vc（单位为m/min)的计算公式如下：二、切削要素1000cdnv2.进给量（f）刀具在进给方向上相对于工件的位移量称为进给量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达或度量（图1-2）。fvnf 车削时的进给速度vf（单位为mm/min)与进给量之间的关系为：3.背吃刀量（ap)背吃刀量是已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，其单位为mm。外圆车削时：2mwpdda 式中 dw待加工表面直径，单位为mm；dm已加工表面直径，单位为mm；镗孔时，则上式中的dw与dm互换一下位置。（二）切削层参数1.切削厚度（hD）它是指在垂直于切削刃的方向上度量的
3、切削层截面的尺寸。直线切削刃上各点的切削层厚度相等（图1-3）并有以下近似关系：rDfhsin2.切削宽度（bD）它是指沿切削刃方向度量的切削层截面尺寸。对于直线主切削刃有以下近似关系：rpDabsin3.切削面积（AD）它是指切削层在切削层尺寸平面里的横截面积，即图1-5中的ABCD所包围的面积。车削时切削面积AD可按下式计算：DDpDhbfaA（一）刀具切削部分组成参数切削部分的组成要素如图1-7所示：三.刀具几何角度F前刀面F主后刀面F副后刀面F主切削刃F副切削刃F刀尖（二）刀具切削部分的几何角度1.正交平面参考系（图1-9）F基面（Pr)F切削平面（Ps）F正交平面（Po）2.刀具的标
4、注角度（图1-10）（1）在正交平面中测量的角度（2）在基面中测量的角度（3）在切削平面中测量的角度（4）在副正交平面中测量的角度3.刀具的工作角度 现以横车为例说明刀具的工作角度。如图1-11所示。（一）刀具材料应具备的性能1.高的硬度和耐磨性四、刀具材料2.足够的强度和韧性3.良好的耐性和导热性4.良好的工艺性5.经济性（二）刀具材料的种类1.高速钢 高速钢是含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢。（1）通用型高速钢（2）高性能高速钢2.硬质合金 常用的硬质合金有三大类：（1）钨钴类硬质合金（YG）（2）钨钛钴类硬质合金（YT）（3）钨钛钽（铌）类硬质合金（YW）3.其他刀具材料
5、（1）涂层刀具材料（2）陶瓷（3）金刚石（4）立方氮化硼（CNB）第二节 金属切削过程基本规律及其应用 一、切屑的形成及种类（一）切屑的形成过程 从实践中可知，切屑的形成过程就是切削层变形的过程。在切削过程中把切削区域分为三个变形区，如图1-12所示。1.第变形区 即剪切滑移区，如图1-13所示。2.第变形区 这一层滞缓流动的金属称为滞流层。3.第变形区 将影响到工件的表面质量及使用性能。（二）切削的种类 根据切削过程中变形程度的不同，可把切削分为四种不同的形态，如图1-14所示。（一）积屑瘤的现象二、积屑瘤 在中速或较低切削速度范围内，切削一般钢料或其它塑性金属材料而，又能 形成带状切屑时，
6、常在 切削刃口附近粘结一硬 度很高的楔形金属块，它包围着切削刃覆盖 部分前刀面，这种楔 形金属块称为积屑瘤，如图所示。（二）积屑瘤的形成过程 在一定的切削条件下，切削底层与前刀面接触处发生粘结，使与前刀面接触的切削底层金属流动较慢，而上层金属流动较快。流动较慢的切削底层，称为滞流层。如果温度与压力适当，滞流层金属就与前刀面粘结成一体。随后，新的滞流层在此基础上逐层积聚、粘合，最后长成积屑瘤。（三）积屑瘤在切削过程中的作用1.增大前角2.增大切削厚度3.增大已加工表面粗糙度4.影响刀具耐用度（四）影响积屑瘤的主要因素及防止方法1.切削速度 控制切削速度使切削温度控制在300以下或380以上，就可
7、以减少积屑瘤的生成。2.进给量 适当降低进给量，则可削弱积屑瘤的生成基础。3.前角 前角增大到35时，一般不产生积屑瘤。4.切削液 采用润滑性能良好的切削液可以减少或消除积屑瘤的产生。三、切削力（一）切削力的来源及分解 切削时作用在刀具上的力来自两个方面，即三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；切屑、工件与刀具间的摩擦力。如图1-16所示它们的合力Fr作用在前刀面上近切削刃处。合力Fr分解成如图1-17所示的三个互相垂直的分力。F主切削力FcF背向力FPF进给抗力Ff 总切削力与它们之间的关系是：22222fPcPfcrFFFFFFrPfPFFcosrPffFFsin Fp、Ff与Fp
8、f有如下关系：（二）计算切削力的经验公式1.计算切削力的指数公式 计算切削力Fc的指数公式为：ccFcFcFcFncyxPFcKvfaCF 式中 xFc背吃刀量aP对切削力Fc的影响指数；yFc进给量f对切削力Fc的影响指数；nFc切削速度vc对切削力Fc的影响指数；KFc实际切削条件与试验条件不同时的总修正指数，它是各项修正系数的乘积；CFc在一定切削条件下与材料有关的系数。2.用单位切削力计算切削力的公式 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用p（单位为N/m）表示。faFAFpPcDccccFFvfPPckkfkpaF 式中Fc可以通过单位切削力用下列公式进行计算：（三）切削功率切削
9、功率用Pc表示，单位为kW，计算公式为：60103cccvFP机床电动机消耗的功率PE（单位为kW）即cEPP（四）影响切削力的主要因素1.工件材料的影响2.切削用量的影响F背吃刀量和进给量F切削速度F刀具几何角度的影响F刀具磨损的影响F切削液的影响3.刀具几何角度的影响4.刀具磨损的影响5.切削液的影响四、切削热与切削温度（一）切削热的产生 切削热的产生 具体在三个变形区内产生，如图1-18所示。（二）切削温度及其影响因素1.切削用量对切削温度的影响2.刀具几何参数对切削温度的影响3.工件材料对切削温度的影响4.刀具磨损对切削温度的影响5.切削液对切削温度的影响五、刀具磨损与刀具寿命（一）刀
10、具磨损形式 下面主要介绍正常磨损的形态（1-19）。F前刀面磨损（见图1-19a）F后刀面磨损（见图1-19bF前刀面和主后刀面同时磨损（二）刀具磨损过程与磨钝标准1.刀具磨损过程 （见图1-20）F初期磨损阶段（OA）F正常磨损阶段（AB）F急剧磨损阶段（BC）2.刀具的磨钝标准 通常以主后刀面中间部分平均磨损量VB作为磨钝标准。（三）刀具寿命1.刀具寿命的概念2.影响刀具寿命的因素（1）切削用量（2）刀具几何参数（3）刀具材料（4）工件材料3.刀具寿命的确定 选择刀具寿命时，还应考虑以下几点：复杂的、高精度的多刃的刀具寿命应比简单的、低精度的、单刃刀具高；可转位刀具换刃、换刀片快捷，为使切
11、削刃始终处于锋利状态，刀具寿命可选的低一些；精加工刀具切削负荷小，刀具寿命应比粗加工刀具选得高一些；精加工大件时，为避免中途换刀，寿命应选高些；数控加工中，刀具寿命应大于一个工作班，至少应大于一个零件的切削时间。金属材料的性能不同，切削加工的难易程度也不同。金属材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。金属材料的切削加工性与材料的力学、物理、化学功能以及加工要求和切削条件有关。第三节 金属材料的切削加工性一、金属材料切削加工性的概念 衡量金属材料切削加工性的指标较多，最常用的是切削速度vcT和相对加工性Kr。vcT的含义是当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的最大切削速度。在相同的刀具耐用
12、度下，vcT值高的材料切削加工性较好。一般用T=60min时所允许的vc60高低来评定材料的加工性的好坏。难加工材料用vc20来评定。二、衡量金属材料切削加工性的指标 Kr是以正火状态45钢的vc60为基准，记作（vc60)j，将其他材料的vc60与（vc60)j相比，即jccrvvK)(6060 凡Kr大于1的材料，其加工性比45钢好；Kr小于1的材料，加工性比45钢差。材料的切削加工性对生产率和表面质量有很大影响，因此在满足零件使用要求前提下，应尽量选用加工性较好的材料。材料的切削加工性还可通过一些措施予以改善，采用热处理方法是改善材料切削加工性的重要途径之一。三、改善金属材料切削加工性的
13、途径第四节 刀具几何参数的合理选择（一）前角的功用 前角的功用主要影响切屑变形和切削力的大小及刀具寿命和加工表面质量的高低。增大前角使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热少，加工表面质量高。但前角过大，刀具强度降低，散热体积减小，刀具寿命下降。一、前角的选择（二）合理前角的选择原则1.工件材料 加工塑性材料时，应选用较大的前角；加工脆性材料时，应采用较小的前角。2.刀具材料 刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较低时应选用较小的前角。3.加工性质 粗加工时，应适当减小前角；精加工时，前角应取得较大一些。1.根据切削厚度选择后角2.适当考虑被加工材料的力学性能3.考虑工艺系统刚性4.考虑尺寸精度要求二
14、、后角的选择合理后角的选择原则（一）主偏角的功用及合理主偏角的选择1.主偏角的功用 主偏角的公用主要影响刀具寿命、已加工表面粗糙度及切削力的大小。主偏角较小，则刀头强度高，散热条件好，已加工表面残留面积高度小，作用主切削刃的长度长，单位作用主切削刃上的切削负荷小。主偏角较大时，所产生的影响与上述完全相反。三、主偏角及副偏角的选择2.合理主偏角的选择原则粗加工和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角。加工很硬的材料，应取r=1030。工艺系统刚性低时，应取较大的主偏角。单件小批生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有的表面，则应选用通用性较好的r=45或90的车刀。需要从工件中间切入的车刀，
15、以及仿形加工的车刀，应适当增大主偏角和副偏角。（二）副偏角的功用及合理副偏角的选择1.副偏角的功用 副偏角的功用主要是减小副切削刃和已加工表面的摩擦。2.副偏角的选择原则1）一般刀具的副偏角，取较小的副偏角2）精加工刀具的副偏角应取得更小一些。3）加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应取较小的副偏角。4）切断刀、锯片刀和槽铣刀等，取很小的副偏角，即r=12。（一）刃倾角的功用 刃倾角主要影响切屑流向和刀尖强度（图1-21）四、刃倾角的选择（二）合理刃倾角的选择原则粗加工刀具，可取s0，精加工时取s0断续切削、工件表面不规则，冲击力大时，应取负的刃倾角。切削硬度很高的工件材料时，应取绝对值较大的
16、负刃倾角。工艺系统刚性差时，应取s0。（一）负倒棱及其参数的选择 在主切削刃上刃磨出一个前角为负值的倒棱面（图1-22），称为负倒棱。五、其他几何参数的选择（二）过渡刃及其参数选择 连接刀具主、副切削刃的刀尖磨成一段圆弧或直线刃，它们统称为过渡刃（图1-23）。以图1-24所示的加工细长轴的银白屑车刀为例：六、刀具几何参数选择示例（一）加工对象（二）使用机床（三）刀具材料（四）刀具几何参数的选择与分析（五）切削用量（一）加工对象（二）使用机床 加工中碳钢光杠、丝杠等细长轴零件（d=1030mm）中等功率、刚性一般的数控车床。（三）刀具材料（四）刀具几何参数的选择与分析 刀片材料为硬质合金YT1
17、5，刀杆材料为45钢。工件材料的切削加工性是好的，切削过程中要解决的主要矛盾是防止工件的弯曲变形。为此，要尽量减小背向力，增强工艺系统的刚性，防止振动的产生。第五节 切削用量及切削液的选择（一）切削用量选择原则 粗加工时切削用量的选择原则 首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。精加工时切削用量的选择原则 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具寿命的前提下尽可能选用较高的切削速度。一、切削用量的选择（二）切削用量选择方法1.背吃刀量的选择 根据加工余
18、量确定。2.进给量的选择 根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量。3.切削速度的选择 根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具寿命选择切削速度。4.机床功率的校核 根据切削功率和机床有效功率的比较，确定选择的切削用量是否可在指定机床上使用。（一）切削液的作用1.冷却作用2.润滑作用3.清洗作用4.防锈作用二、切削液的选择（二）切削液的种类1.水溶液2.乳化液3.切削油（三）切削液的选用 粗加工时切削液的选用 粗加工时，加工余量大，所用切削用量大，产生大量的切削热，因而会使刀具磨损加快，这时应选用以冷却为主的乳化液。点击播放 精加工时切削液的选用 精加工时，主要为了保证工件的精度和表面粗糙度，延长刀具的使用寿命，最好选用切削油。点击播放第一章第一章 结束结束!
