机械制造工程学第2章金属切削过程的基本规律ppt课件

1、第2章金属切削过程的根本规律2.1金属切削过程2.2切削力与切削功率2.3切削热和切削温度2.4刀具的磨损与刀具运用寿命2.5切削条件的合理选择2.6工件资料的切削加工性图图2-1 金属切削过程中的滑移线和流线金属切削过程中的滑移线和流线2.1金属切削过程2.1.1切屑的构成过程及变形区的划分一、切屑构成过程一、切屑构成过程 以塑性资料的以塑性资料的切屑切屑构成为例，金属切构成为例，金属切削区削区可大致划分为：可大致划分为： 三个变形区三个变形区 第一变形区第一变形区 第二变形区第二变形区 第三变形区第三变形区一第一变形区一第一变形区OA始滑移线始滑移线OM终滑移线终滑移线变形的主要特征：变形

2、的主要特征： 剪切滑移变形剪切滑移变形 加工硬化加工硬化普通速度范围内一区普通速度范围内一区宽度为宽度为0.020.2mm，速度越高，宽度越小，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面可看作一个剪切平面剪切滑移区剪切滑移区二第二变形区二第二变形区三第三变形区 切屑沿前刀面排出时进一步遭到前刀面的挤切屑沿前刀面排出时进一步遭到前刀面的挤压和摩压和摩擦，使接近前刀面的金属纤维化，根本与前刀面擦，使接近前刀面的金属纤维化，根本与前刀面平行。平行。挤压摩擦区挤压摩擦区 已加工外表遭到切削刃钝圆部分和后刀面的已加工外表遭到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和挤压和摩擦，产生变形与回弹，呵斥纤维化和加工硬化。摩擦

3、，产生变形与回弹，呵斥纤维化和加工硬化。刃前区：三个变形区聚集在切削刃附近，此处的应刃前区：三个变形区聚集在切削刃附近，此处的应力集力集 中而复杂，被切削层在此与工件本体资中而复杂，被切削层在此与工件本体资料分别料分别挤压摩擦回弹区挤压摩擦回弹区2.1.2变形系数 在切削过程中，被切金属层在刀具的推挤下被紧缩，因此，切屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑长度却小于切削长度，如图2-2所示图2-2三个变形区、剪切角衡量切屑变形程度的方法衡量切屑变形程度的方法 ：切屑厚度紧缩比：切屑厚度紧缩比h h 图图2-4 切屑厚度紧缩比切屑厚度紧缩比h的计算的计算chDDchhllhh 由于工件资料性质和切

4、削条件不同，切削层变形程由于工件资料性质和切削条件不同，切削层变形程度也不同，因此产生的切屑也多种多样。归纳起来，主度也不同，因此产生的切屑也多种多样。归纳起来，主要有以下四种类型，如图要有以下四种类型，如图2-82-8所示所示 图图2-8切屑形状切屑形状a a带状切屑带状切屑 ：切屑延续成较长的带状，内外表光滑、而外：切屑延续成较长的带状，内外表光滑、而外外表呈毛茸状。外表呈毛茸状。b)b)节状切屑：切屑内外表有时有裂纹，外外表呈锯齿形。节状切屑：切屑内外表有时有裂纹，外外表呈锯齿形。c)c)单元切屑：切屑切离成单元切屑。单元切屑：切屑切离成单元切屑。d)d)崩碎切屑：切屑的外形不规那么，加

5、工外表凸凹不平。崩碎切屑：切屑的外形不规那么，加工外表凸凹不平。2.1.3切屑的类型 在切削速度不高而又能构成延续切屑的情况下，加工普通钢料或其它塑性资料时，经常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件资料的2-3倍，在处于比较稳定的形状时，可以替代切削刃进展切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。图2-34 积屑瘤景象2.1.4积屑瘤 在用中等或较低的切削速度切削塑性较大的金属资料在用中等或较低的切削速度切削塑性较大的金属资料时，往往会在切削刃上粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。时，往往会在切削刃上粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。 积屑瘤的产生：切削过程中，刀积屑

6、瘤的产生：切削过程中，刀屑间的摩擦，使刀具屑间的摩擦，使刀具前刀面非常干净，在一定温度和压力下，切屑底层金属与前刀面非常干净，在一定温度和压力下，切屑底层金属与前刀面接触处发生粘结，构成了积屑瘤，如图前刀面接触处发生粘结，构成了积屑瘤，如图7-97-9所示。所示。随后，积屑瘤逐渐长大，直到该随后，积屑瘤逐渐长大，直到该处的温度和压力缺乏以产生粘结处的温度和压力缺乏以产生粘结为止。积屑瘤在构成过程中是一为止。积屑瘤在构成过程中是一层层增高的，到一定高度会零落，层层增高的，到一定高度会零落，阅历了一个生成、长大、零落的阅历了一个生成、长大、零落的周期性过程。周期性过程。图图7-9 积屑瘤的构成积屑

7、瘤的构成积屑瘤的作用和影响：积屑瘤的作用和影响： 1 1维护刀具：积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分维护刀具：积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。能替代切削刃和前刀面进展切削，从而减少了刀前刀面。能替代切削刃和前刀面进展切削，从而减少了刀具磨损，起到维护刀具的作用。具磨损，起到维护刀具的作用。 2 2增大前角：积屑瘤具有增大前角：积屑瘤具有3030左右的前角，因此减少了切左右的前角，因此减少了切削变形，降低了切削力。削变形，降低了切削力。3 3增大切削厚度：积屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切增大切削厚度：积屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切削厚度添加了削厚度添加了hDhD值是变化的，因此影

8、响了工件的尺寸精值是变化的，因此影响了工件的尺寸精度。度。4 4增大已加工外表粗糙度：积屑瘤高度的周期性变化，增大已加工外表粗糙度：积屑瘤高度的周期性变化，使切削厚度不断变化，以及由此而引起振动，积屑瘤粘附使切削厚度不断变化，以及由此而引起振动，积屑瘤粘附在切削刃上很不规那么，导致在已加工外表上刻划出深浅在切削刃上很不规那么，导致在已加工外表上刻划出深浅和宽窄不同的沟纹；零落的积屑瘤碎片留在已加工外表上。和宽窄不同的沟纹；零落的积屑瘤碎片留在已加工外表上。 控制积屑瘤产生的措施(1)避开容易产生积屑瘤的切削速度范围当工件资料一定时，切削速度是影响积屑瘤的主要要素。(2)降低资料塑性工件资料塑性

9、越大，刀具与切屑之间的平均摩擦因数添加，越容易生成积屑瘤。(3)合理运用切削液运用切削液可降低切削温度，减少摩擦，因此，可抑制积屑瘤的产生。(4)增大刀具前角、提高刀具刃磨质量刀具前角的增大，可以减少切屑变形和切削力，降低切削温度，因此，增大前角能抑制积屑瘤的产生。 在切屑构成过程，切屑与刀具的前刀面之间及在切屑构成过程，切屑与刀具的前刀面之间及切削外表与刀具的后刀面之间要发生摩擦，因此刀切削外表与刀具的后刀面之间要发生摩擦，因此刀具在切削加工时必然要抑制资料的变形抗力及前、具在切削加工时必然要抑制资料的变形抗力及前、后刀面上的摩擦阻力。这些作用在刀具上一切力的后刀面上的摩擦阻力。这些作用在刀

10、具上一切力的合力称之为刀具的一个切削部分上的合力称之为刀具的一个切削部分上的总切削力，也称切削合力。总切削力，也称切削合力。总切削力的方向、大小将总切削力的方向、大小将随工件资料的性质、切削随工件资料的性质、切削用量的大小及刀具的几何用量的大小及刀具的几何外形的变化而变化，因此外形的变化而变化，因此通常将其分解成几个方向通常将其分解成几个方向既定的分力。图既定的分力。图7-117-11所示所示表达了切削力的来源。表达了切削力的来源。图图2-11 切削力的来源切削力的来源2.2切削力与切削功率2.2.1切削力的来源、合力及其分力二、切削力的分解cosFFsinFFFFFFDpDf2p2f2c 主

11、切削力：主切削力：FC 在主运动方向的分力。在主运动方向的分力。FC与切削速度方向一致，与切削速度方向一致，又称切向抗力。是计算机又称切向抗力。是计算机床切削功率的主要根据。床切削功率的主要根据。 背向力：背向力：FP 总切削力在切深方向总切削力在切深方向的分力。的分力。FP在基面内，在基面内，与进给方向垂直。与进给方向垂直。 进给抗力：进给抗力：Ff 在进给方向的分力。在进给方向的分力。是计算或校核机床进是计算或校核机床进给机构强度的根据。给机构强度的根据。耗费在切削过程中的功率叫切削功率耗费在切削过程中的功率叫切削功率Pc，单位是，单位是kW，它，它是是Fc、Fp、Ff在切削过程中单位时间

12、内所耗费的功的总在切削过程中单位时间内所耗费的功的总和。在进展外圆车削时，因和。在进展外圆车削时，因Fp方向没有位移，故耗费功方向没有位移，故耗费功率为零。率为零。式中式中 Fc主切削力，单位为主切削力，单位为N； Ff进给力，单位为进给力，单位为N； f 进给量，单位为进给量，单位为mm/r； c切削速度，单位为切削速度，单位为m/s； nw工件转速，单位为工件转速，单位为r/s。 3101000fnFFPwfccm2.2.2切削功率单位切削力kc是指单位切削面积上的切削力：2.2.3单位切削力)()()(NKfaCFNKfaCFNKfaCFffFfFfppFpFpccFcFcFyxpFfF

13、yxpFpFyxpFc留意：留意：计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单位计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单位计算。即：计算。即：aP：mm，f：mm/r手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实践的手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实践的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。cccccccccVBFrFFFbrFFvFfFFKKKKKKKKK 2.2.4切削力丈量与阅历公式 1.测定机床功率，计算切削力 用功率表测出机床电动机在切削过程中所耗费的功率PE后，计算出切削功率Pc。 2.用测力仪丈量切削力 测力仪的丈量原理是

14、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置后，读出Fc、Ff和Fp的值。2.测力仪原理图2-10电阻应变片一工件资料的影响系数一工件资料的影响系数CF 或单位切削力或单位切削力kc表达表达 工件资料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切工件资料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。削力越大。二切削用量的影响二切削用量的影响 apAc成正比成正比， kc不变，不变， ap的的 指数约等于指数约等于1，因此因此 切削力成正比添加切削力成正比添加 fAc成正比成正比，但，但 kc略减小，略减小， f 的的 指数小于指数小于1，因此因此 切削力添加但与切削力

15、添加但与f 不成正比不成正比速度速度v 对对F 的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况在无积屑瘤阶段，在无积屑瘤阶段， v 变形程度变形程度切削力减小切削力减小2.2.5影响切削力的要素1. 在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段 随随v 积屑瘤高度积屑瘤高度 变形程度变形程度，F 2. 在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段 v 变形程度变形程度，F 3. 在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段 随随v ，温度升高，摩擦，温度升高，摩擦 系数系数变形程度变形程度 F 计算计算F 时乘以修正系数时乘以修正系数Kv 或指数或指数zF约为约为-0.15来表达来表达三刀具几何参数的影响三

16、刀具几何参数的影响 1. 前角前角0 的影响的影响 加工塑性资料时，加工塑性资料时，0 变形程度变形程度FFc加工脆性资料时，切削变形很小，加工脆性资料时，切削变形很小， 0 0对对 F F 影响不显著影响不显著0 0 3030或高速切削时，或高速切削时， 0 0对对 F F 影响不显著影响不显著2. 2. 主偏角主偏角rr的影响的影响1 1rr对对FcFc影响较小，影响较小， 影响程度不超越影响程度不超越10%10% r r在在60607575之之 间时，间时，FcFc最小。最小。2r对对Fp、 Ff影响较影响较大大 Fp FD cosr Ff FD sinr Fp随随r 增大而减小，增大而

17、减小， Ff随随r 增大而增大增大而增大3. 3. 刃倾角刃倾角ss的影响的影响1 1ss对对FcFc影响很影响很小小2 s对对Fp、 Ff影响较大影响较大 Fp随随s增大而减小，增大而减小， Ff随随s增大而增大增大而增大4.4.负倒棱负倒棱b1b1的影响的影响b1 b1 与与f f 之比增大之比增大, ,切削力随之增大。切削力随之增大。当切钢当切钢b1/f 5b1/f 5或或切铸铁切铸铁b1/f 3b1/f 3时，时，切削力趋于稳定，接切削力趋于稳定，接近于负前角的形状。近于负前角的形状。5.5.刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径rr的影响的影响1 1rr对对FcFc影响很小影响很小2 2FpFp随

18、随 r r增大而增大增大而增大 Ff Ff随随 r r增大而减小增大而减小rr增大相当于增大相当于rr减小的影响减小的影响六刀具资料的影响六刀具资料的影响 按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，钢顺序， 切削力依次增大。切削力依次增大。五切削液的影响五切削液的影响 切削液光滑作用越好，切削液光滑作用越好，力减力减 小越显著，低速时更突小越显著，低速时更突出。出。四刀具磨损的影响四刀具磨损的影响 后刀面平均磨损带宽度后刀面平均磨损带宽度VB 越大，摩擦越剧烈，切越大，摩擦越剧烈，切削力削力 也越大。也越大。 VB对背向力对背向力Fp影响最显影响最

19、显著著 略略 2.2.6切削力计算例题 切削热产生于三个变形区，切削热产生于三个变形区， 切削过程中耗费的能量约切削过程中耗费的能量约 98%转换为热能，切削热转换为热能，切削热 qPcFcv 切削热经过切屑、工件、切削热经过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出刀具和周围介质向外传出第一变形区：第一变形区：60%的热量的热量第二变形区：第二变形区：30%的热量的热量第三变形区：第三变形区：10%的热量的热量在不运用冷却液的情况下：在不运用冷却液的情况下：Q屑屑Q刀刀Q工工Q介介2.3切削热和切削温度2.3.1切削热的产生与传出三、切削温度切削脆性资料时切削脆性资料时最高温度区域最高温度区域切削塑

20、性资料时切削塑性资料时最高温度区域最高温度区域“指切削区切屑指切削区切屑与前刀面接触区与前刀面接触区的平均温度的平均温度切削温度的分布切削温度的分布红外胶片法测得切钢料的温度场，红外胶片法测得切钢料的温度场，分析归纳切削温度分布规律：分析归纳切削温度分布规律：剪切区等温线与滑移线相近剪切区等温线与滑移线相近 OM线温度比线温度比OA线上温度高线上温度高 剪切滑移相等的地方温度相等，剪切滑移相等的地方温度相等， 剪切变形是切削热的第一来源剪切变形是切削热的第一来源2.前后刀面最高温度点不在刀刃上前后刀面最高温度点不在刀刃上 切屑上最高温度比剪切区温度高切屑上最高温度比剪切区温度高 切屑底层温度比

21、上层温度高切屑底层温度比上层温度高 摩擦是切削热的又一来源摩擦是切削热的又一来源2.3.2切削温度的丈量方法图2-15自然热电偶法丈量切削温度表示图切削温度切削温度 普通指前刀面与切屑接触区内的平均温普通指前刀面与切屑接触区内的平均温度度两个方面：切削热的产生与传出两个方面：切削热的产生与传出一切削用量的影响一切削用量的影响由实验得出切削温度阅历公式如下由实验得出切削温度阅历公式如下 C v x f y ap z式中系数及指数见表式中系数及指数见表2-11切削用量切削用量时切削温度时切削温度 ，其中，其中v 对对影响最大，进影响最大，进给量给量 f 的影响比的影响比v 小，背吃刀量小，背吃刀量

22、ap的影响很小。的影响很小。2.3.3影响切削温度的主要要素二刀具几何参数的影响二刀具几何参数的影响 1. 前角前角0 的影响的影响 0 变形程度变形程度F q 但但0 20时，因散热面积时，因散热面积，对，对的影响减小的影响减小2. 2. 主偏角主偏角rr的影响的影响 r r ，切削宽度，切削宽度aw aw ，散热面积，散热面积 3. 3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响负倒棱和刀尖圆弧半径的影响b1 b1 、rr，切屑变形程度，切屑变形程度q q 同时散热条件改善，两者趋于平同时散热条件改善，两者趋于平衡衡对对影响很小影响很小三工件资料的影响三工件资料的影响 强度硬度、塑性和韧性越大，强度硬度

23、、塑性和韧性越大， 切削力越大，切削温度升高。切削力越大，切削温度升高。 导热率大，散热快，温度下导热率大，散热快，温度下降降四刀具磨损的影响四刀具磨损的影响 后刀面磨损增大，切削温度后刀面磨损增大，切削温度升升 高高; VB达一定值影响加剧达一定值影响加剧; v越越 高刀磨损对高刀磨损对影响越显著影响越显著五切削液的影响五切削液的影响 浇切削液对浇切削液对切削温度切削温度刀具磨损刀具磨损加工质量有明显效加工质量有明显效果。果。 热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著越显著刀具失效方式：磨损刀具失效方式：磨损 正常任务时逐渐产生的损耗正常

24、任务时逐渐产生的损耗 破损破损 突发的破坏，随机的突发的破坏，随机的1前刀面磨损前刀面磨损 切塑性资料，切削速度切塑性资料，切削速度和切削层公称厚度较大时，和切削层公称厚度较大时，在前刀面上构成月牙洼磨损，在前刀面上构成月牙洼磨损，以最大深度以最大深度KT 表示表示2后刀面磨损后刀面磨损 切脆性资料铸铁或以切脆性资料铸铁或以较低的切削速度、切削层公称较低的切削速度、切削层公称厚度切塑性资料时，主要发生厚度切塑性资料时，主要发生这种磨损。这种磨损。2.4刀具的磨损与刀具运用寿命2.4.1刀具磨损方式后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC；

25、中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边境处表示；边境处磨损严重，以磨损严重，以VN表示。表示。3前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损一磨料磨损一磨料磨损 切屑或工件外表上的硬质点碳化物、氧化切屑或工件外表上的硬质点碳化物、氧化物等对物等对 刀具外表刻划作用呵斥的机械磨损。刀具外表刻划作用呵斥的机械磨损。 低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要缘由低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要缘由(HSS刀刀)。二粘结磨损二粘结磨损 刀具与切屑、工件间存在高温高压和剧烈摩擦，刀具与切屑、工件间存在高温高压和剧烈摩擦，到达原到达原 子间结合而产生粘结景象，又称为冷焊。

26、相对子间结合而产生粘结景象，又称为冷焊。相对运动使粘运动使粘 接点破裂而被工件资料带走，呵斥粘结磨损。接点破裂而被工件资料带走，呵斥粘结磨损。 中速切削构成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀中速切削构成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工资料硬工资料硬 度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。磨损严重。2.4.2刀具的磨损缘由三分散磨损三分散磨损 刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素学元素 在固态下相互分散，使刀材成分、构造改动呵斥在固态下相互分散，使刀材成分、构造改动呵斥磨损。磨损。 切削温度越高分散

27、越快；刀工资料亲合力越大分切削温度越高分散越快；刀工资料亲合力越大分散越快；散越快； 高速切削时分散磨损是刀具磨损的主要缘由。高速切削时分散磨损是刀具磨损的主要缘由。四氧化磨损四氧化磨损 一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起氯起 化学作用，生成较软的化合物，呵斥刀具磨损。化学作用，生成较软的化合物，呵斥刀具磨损。 氧化磨损是边境磨损缘由之一；主要发生在较高氧化磨损是边境磨损缘由之一；主要发生在较高速切削速切削 条件下。条件下。综上所述：一刀具磨损过程一刀具磨损过程 1. 初期磨损阶段初期磨损阶段 与刀具刃磨质量有关与刀具刃磨质量有关 2.

28、 正常磨损阶段正常磨损阶段 VB与切削时间近似正与切削时间近似正比比 斜率表示磨损强度斜率表示磨损强度 3. 急剧磨损阶段急剧磨损阶段 切削力、温度急升，刀切削力、温度急升，刀 具磨损加剧，之前换刀具磨损加剧，之前换刀2.4.3刀具的磨损过程及磨钝规范“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许到达的指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许到达的最大磨损尺寸。以最大磨损尺寸。以VB表示表示二刀具磨损规范二刀具磨损规范 刀具磨损到一定限制后就不能继续运用，这个磨刀具磨损到一定限制后就不能继续运用，这个磨损限制损限制 称为磨钝规范。称为磨钝规范。一刀具运用寿命一刀具运用寿命T刀具刃磨后开场切削到磨损量到达磨

29、钝规范为止的刀具刃磨后开场切削到磨损量到达磨钝规范为止的切削时间。切削时间。 刀具总运用寿命：刀具从开场运用到报废为止的总刀具总运用寿命：刀具从开场运用到报废为止的总切削时间。切削时间。 刀具总运用寿命刀具运用寿命刀具总运用寿命刀具运用寿命刃磨次数刃磨次数二刀具运用寿命与切削速度的关系二刀具运用寿命与切削速度的关系 工件、刀具资料和刀具几何外形确定后，工件、刀具资料和刀具几何外形确定后，v 对对T 影影响最大。响最大。 经过实验得阅历公式：经过实验得阅历公式： v T m =C0 指数指数m 表示表示v 对对 T 的影响程度，的影响程度，Y合金合金 , m =0.20.4 ; HSS , m

30、= 0.10.125。m 越小，那么越小，那么v 对对 T 的影响越大。的影响越大。 系数系数C0 ，与刀具、工件资料和切削条件有关。，与刀具、工件资料和切削条件有关。2.4.4刀具运用寿命的阅历公式三刀具运用寿命与切削用量的关系三刀具运用寿命与切削用量的关系 经过实验得类似关系式：经过实验得类似关系式： f T n =C1 ap T p =C2 综合可得到切削用量与刀具运用寿命的关系式：综合可得到切削用量与刀具运用寿命的关系式：T = CT v1/m f 1/n ap1/p令令x =1/m，y =1/n，z =1/p，那么，那么 T = CT v x f y apz用用YT5车削车削b=0.

31、637GPa碳钢时，碳钢时， T = CT v 5 f 2.25 ap0.75由上式看出，切削用量由上式看出，切削用量， T ，其中速度，其中速度v 对对T 影响最大，进影响最大，进给量给量f 次之，背吃刀量次之，背吃刀量ap影响最小，与对温度影响最小，与对温度影响一致。影响一致。六、刀具合理运用寿命的选择“根据单件工序工时最短的原那么来确定根据单件工序工时最短的原那么来确定T。ctptmmT)1(“根据单件工序本钱最低的原那么来确定根据单件工序本钱最低的原那么来确定T。)(1MCtmmTtctc式中：式中：m：指数。：指数。 对于高速钢：对于高速钢： m=0.10.125， 硬质合金：硬质合

32、金： m=0.10.4， 陶瓷刀具：陶瓷刀具： m=0.20.4 tct：换刀一次所需时间；：换刀一次所需时间； Ct：刀具本钱；：刀具本钱； M：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。1.1.切削液的分类切削液的分类 水溶液水溶液 水添加剂水添加剂 冷却冷却 粗加工粗加工 乳化液乳化液 乳化油水乳化油水 切削油切削油 矿物油添加剂矿物油添加剂 光滑光滑 精加工精加工2. 切削液的作用机理切削液的作用机理冷却冷却 摩擦摩擦热的产生；将热量带走。本身导热系数、热的产生；将热量带走。本身导热系数、 比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。比热、

33、汽化热及流量、流速、冷却方式等。 光滑光滑 切削液的浸透性、构成光滑膜才干、光滑膜强度切削液的浸透性、构成光滑膜才干、光滑膜强度 排屑、清洗排屑、清洗 防锈防锈 防锈添加剂防锈添加剂 2.5切削条件的合理选择2.5.1切削液3. 切削液的合理选用切削液的合理选用1从加工要求思索从加工要求思索 粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液； 精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；2从刀具资料思索从刀具资料思索 高速钢，需用切削液；高速钢，需用切削液；Y合金等合金等,可不用或充分延续用；可不用或充分延续用；3 3从工件资料思索从工件资料思

34、索 钢等塑性资料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；钢等塑性资料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用； 高强度钢等难加工资料，宜用极压切削油或乳化液高强度钢等难加工资料，宜用极压切削油或乳化液4 4从加工方法思索从加工方法思索 钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油； 成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。 一、刀具几何参数的合理选择一、刀具几何参数的合理选择 刀具几何参数包含四方面内容：刀具几何参数包含四方面内容： 几何角度、刃形、刃面、刃口型式及参数几何角度、刃形、刃面、刃口型式

35、及参数 一前角的选择一前角的选择 1.前角的作用前角的作用 0 变形程度变形程度F q T振动振动质量质量 刀刃和刀头强度刀刃和刀头强度散热面积容热体积散热面积容热体积断屑困难断屑困难 在一定的条件下，存在一个合理值在一定的条件下，存在一个合理值2.5.2刀具合理几何参数的选择对于不同的刀具资料和工件资料，对于不同的刀具资料和工件资料，T 随随0 的变化趋势为驼峰形。的变化趋势为驼峰形。高速钢的合理前角比高速钢的合理前角比Y合金的大。合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大加工塑材的合理前角比脆材的大2.2.合理前角的选择原那么合理前角的选择原那么粗加工、断续切削、刀材强度韧性低粗加工、断续切削

36、、刀材强度韧性低 工材强度硬度高，选较小的前角；工材强度硬度高，选较小的前角；工材塑韧性大、系统刚性差，易振动工材塑韧性大、系统刚性差，易振动 或机床功率缺乏，选较大的前角；或机床功率缺乏，选较大的前角；成形刀具、自动线刀具取小前角；成形刀具、自动线刀具取小前角；AA磨损增大前角，磨损增大前角， A A磨损减小前磨损减小前角角二后角的选择二后角的选择 1.后角的作用后角的作用 0rn锋利、锋利、 l摩擦摩擦F 质量质量 VB 一定，磨损体积一定，磨损体积T但但NB 刀头强度刀头强度散热体积散热体积重磨体积重磨体积 在一定的条件下，存在一个合理值在一定的条件下，存在一个合理值2.2.合理后角的选

37、择原那么合理后角的选择原那么粗加工、断续切削、工材强度硬度高，粗加工、断续切削、工材强度硬度高， 选较小后角选较小后角, , 已用大负前角应已用大负前角应0 0 ；精加工取较大后角，保证外表质量；精加工取较大后角，保证外表质量；成形、复杂、尺寸刀具取小后角；成形、复杂、尺寸刀具取小后角；系统刚性差，易振动，取较小后角；系统刚性差，易振动，取较小后角；工材塑性大取较大后角，脆材工材塑性大取较大后角，脆材0 0 三主偏角的选择三主偏角的选择 1.主偏角的作用主偏角的作用 racaw单位刃长负荷单位刃长负荷 T 刀尖强度刀尖强度散热体积散热体积，Ra Fp变形变形加工精度加工精度，易振动，易振动Ra

38、，T 在一定的条件下，存在一个合理值在一定的条件下，存在一个合理值2.2.合理主偏角的选择原那么合理主偏角的选择原那么主要看系统刚性。假设刚性好，不易变形和振动，主要看系统刚性。假设刚性好，不易变形和振动，rr取取较较 小值；假设刚性差细长轴，小值；假设刚性差细长轴，rr取较大值取较大值9090；思索工件外形、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取思索工件外形、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取 90 90 ；镗盲孔；镗盲孔90 90 ；rr小切屑生长螺旋屑不易断；小切屑生长螺旋屑不易断； 较小较小rr，改善刀具切入条件，不易呵斥刀尖冲击。，改善刀具切入条件，不易呵斥刀尖冲击。四副偏角的选择四副偏

39、角的选择 副偏角的主要作用是构成已加工外表。副偏角的主要作用是构成已加工外表。 副偏角副偏角 Ra刀尖强度刀尖强度散热体积散热体积 副刃任务长度副刃任务长度 摩擦摩擦Fp易振动易振动Ra，T 在一定条件下，存在一合理值。系统刚性好，取较在一定条件下，存在一合理值。系统刚性好，取较小值；小值； 刚性差，取较大值刚性差，取较大值,参考表参考表2-13。五刃倾角的选择五刃倾角的选择 1.刃倾角的作用刃倾角的作用 影响刀刃锋利性影响刀刃锋利性.s0e 、rn 锋利性锋利性 负刃倾角负刃倾角刀头强度刀头强度散热体积散热体积 负刃倾角负刃倾角 Fp变形变形，易振动，易振动Ra 正正s切屑流向待加工外表，负

40、切屑流向待加工外表，负s切屑流向已加工切屑流向已加工外表外表 在一定条件下，在一定条件下， 存在一合理值存在一合理值2.2.刃倾角的选择原那么刃倾角的选择原那么粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，ss取负值；取负值；精加工、系统刚性差细长轴，精加工、系统刚性差细长轴，ss取正值；取正值；微量极薄切削，取大正刃倾角。微量极薄切削，取大正刃倾角。 1.切削用量的选择原那么切削用量的选择原那么 粗加工时，应在保证必要的刀具运用寿命的前粗加工时，应在保证必要的刀具运用寿命的前提下，以提下，以 尽能够提高消费率和降低本钱为目的。根据刀尽能够提高消费率和降低本钱

41、为目的。根据刀具运用寿具运用寿 命与切削用量的关系式，切削用量命与切削用量的关系式，切削用量， T ，其，其中速度中速度 v 对对T 影响最大，进给量影响最大，进给量f 次之，背吃刀量次之，背吃刀量ap影影响最小。响最小。粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽能够大的背吃刀粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽能够大的背吃刀 量量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后，最后 根据合理的刀具运用寿命，用计算法或查表法确定切削速根据合理的刀具运用寿命，用计算法或查表法确定切削速 度度v 。这样使。这样使v、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的消费率的

42、乘积最大，以获得最大的消费率精加工时那么主要按外表粗糙度和加工精度要求确定切削用量精加工时那么主要按外表粗糙度和加工精度要求确定切削用量。 2.5.3切削用量的选择 2. 2.切削用量制定的步骤以车削为例切削用量制定的步骤以车削为例 1 1背吃刀量背吃刀量apap的选择的选择粗加工时，粗加工时， ap ap由加工余量和工艺系统的刚度决议，由加工余量和工艺系统的刚度决议，尽可尽可能一次走刀切除全部加工余量。能一次走刀切除全部加工余量。半精加工时，半精加工时， ap ap可取可取0.50.52 mm2 mm。精加工时，精加工时， ap ap取为取为0.10.10.4 mm0.4 mm。在加工余量过

43、大或系统刚性缺乏情况下，粗加工可分几次在加工余量过大或系统刚性缺乏情况下，粗加工可分几次走刀。假设分两次走刀，第一次走刀的走刀。假设分两次走刀，第一次走刀的apap取大些，可占全部取大些，可占全部余量的余量的2/32/33/43/4，而第二次走刀的，而第二次走刀的apap取小些，以使精加工取小些，以使精加工工序具有较高的刀具寿命和加工质量。工序具有较高的刀具寿命和加工质量。切削有硬皮的铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的资料时，切削有硬皮的铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的资料时，应尽量使应尽量使apap超越硬皮或冷硬层厚度，以防止刀尖过早磨损。超越硬皮或冷硬层厚度，以防止刀尖过早磨损。 2 2进给

44、量进给量f f 的选择的选择 粗加工时，粗加工时，f f 的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等要素的限制。与刚性、工件的装夹刚度等要素的限制。精加工时，精加工时，f f 的大小主要受加工精度和外表粗糙度的限制。的大小主要受加工精度和外表粗糙度的限制。消费实践中常根据阅历或查表法确定消费实践中常根据阅历或查表法确定f f 。粗加工时根据工件资料、车刀刀杆尺寸、工件直径及以确定粗加工时根据工件资料、车刀刀杆尺寸、工件直径及以确定的背吃刀量按表的背吃刀量按表3-63-6来选择来选择f f 。在半精加工和精加工时，那么按加工外表粗糙度

45、要求，根据在半精加工和精加工时，那么按加工外表粗糙度要求，根据工件资料、刀尖圆弧半径、切削速度按表工件资料、刀尖圆弧半径、切削速度按表3-73-7来选择来选择f f 。3 3切削速度确实定切削速度确实定 根据曾经选定的背吃刀量根据曾经选定的背吃刀量ap ap 、进给量、进给量f f及刀具运用寿命及刀具运用寿命T T，切削速度切削速度v v可按下式计算求得可按下式计算求得 (3-36) (3-36) 式中各系数和指数可查阅切削用量手册。式中各系数和指数可查阅切削用量手册。 切削速度值也可查表来选定。切削速度值也可查表来选定。v = Cv T m apxv f yv Kv消费中选择切削速度的普通原

46、那么是：消费中选择切削速度的普通原那么是：1 1粗车时，粗车时， ap ap和和f f 均较大，应选择较低的切削速度均较大，应选择较低的切削速度v v ； 精车时，精车时， ap ap和和f f 均较小，应选择较高的切削速度均较小，应选择较高的切削速度v v 。2 2工件资料强度、硬度高时，应选较低的切削速度工件资料强度、硬度高时，应选较低的切削速度v v ； 反之，选较高的切削速度反之，选较高的切削速度v v 。3 3刀具资料性能越好，切削速度刀具资料性能越好，切削速度v v选得越高。选得越高。4 4精加工时应尽量防止积屑瘤和鳞刺产生的区域；精加工时应尽量防止积屑瘤和鳞刺产生的区域；5 5断

47、续切削时为减小冲击和热应力，宜适当降低断续切削时为减小冲击和热应力，宜适当降低v v ；6 6在易发生振动的情况下，在易发生振动的情况下，v v应避开自激振动的临界速度；应避开自激振动的临界速度；7 7加工大件、细长件和薄壁件或加工带外皮的工件时，应加工大件、细长件和薄壁件或加工带外皮的工件时，应 适当较低适当较低v v 。 切削用量三要素选定之后，还应校核机床功率。切削用量三要素选定之后，还应校核机床功率。 2.6.1、衡量资料切削加工性的目的、衡量资料切削加工性的目的工件资料切削加工性工件资料切削加工性 指资料被加工成合格零件的难易程度指资料被加工成合格零件的难易程度 是一个相对的概念是一

48、个相对的概念 1. 1.以刀具运用寿命以刀具运用寿命T T 或切削速度或切削速度vTvT来衡量来衡量 一样切削条件比一样切削条件比T T ；T T 一定，比速度一定，比速度vT vT 或切除资料体积或切除资料体积3.3.以已加工外表质量来衡量以已加工外表质量来衡量 普通精加工，用普通精加工，用RaRa；精细零件，用加工硬化、剩余应力；精细零件，用加工硬化、剩余应力2.2.以切削力或切削温度来衡量以切削力或切削温度来衡量 粗加工、机床刚性或功率缺乏用力或功率粗加工、机床刚性或功率缺乏用力或功率; ;导热差用温度导热差用温度4.4.以断屑性能来衡量以断屑性能来衡量 自动机床、数控机床、自动线等，断

49、屑性能是主要目的自动机床、数控机床、自动线等，断屑性能是主要目的2.6工件资料的切削加工性 工件资料的相对加工性工件资料的相对加工性 1.切削速度切削速度vT的含义：当刀具运用寿命为的含义：当刀具运用寿命为T (min)时切时切削削 某种资料所允许的切削速某种资料所允许的切削速度。度。 vT越高，资料的切削加工性越好。越高，资料的切削加工性越好。 通常取通常取T = 60 min， vT写作写作v60 ；难加工资料，；难加工资料，vT为为v15或或v30 。2.2.相对加工性相对加工性KrKr：以：以b=0.637GPab=0.637GPa的的4545钢的钢的v60v60作为基准，作为基准， 写作写作(v60 )j (v60 )j ，将某种资料的，将某种资料的v60v60与其相比的比值，即与其相比的比值，即 Kr Kr v60 / (v60 )j v60 / (v60