第1章金属切削加工的基础知识

1、CHD第第1 1章章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识本章内容本章内容切削运动和切削要素切削运动和切削要素1金属切削刀具金属切削刀具2金属的切削过程金属的切削过程3加工质量和生产率加工质量和生产率4材料的切削加工性材料的切削加工性5基本要求基本要求本章学习目的和要求：本章学习目的和要求： 1、掌握切削加工的运动和切削要素、掌握切削加工的运动和切削要素2、了解常用刀具材料、了解常用刀具材料3、掌握刀具几何角度、掌握刀具几何角度4、了解切削过程的切削热、变形、刀具的耐用度、了解切削过程的切削热、变形、刀具的耐用度 重点内容：重点内容：1、掌握切削加工的运动和切削三要素、掌握切削加工的运

2、动和切削三要素2、掌握刀具几何角度、掌握刀具几何角度 本章难点：本章难点：车刀几何角度车刀几何角度机械制造中的加工方法：机械制造中的加工方法： m0：材料去除加工：材料去除加工0：材料成形加工：材料成形加工：如铸造、锻造、挤压、粉：如铸造、锻造、挤压、粉 末冶金等末冶金等0：材料累积：材料累积：利用微体积材料逐渐叠加的方式：利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形。使零件成形。传统方法有焊接、粘接或铆接等，传统方法有焊接、粘接或铆接等，近几年发展起来的近几年发展起来的快速成型快速成型技术技术切削加工：切削加工：指利用切削刀指利用切削刀 具从工件上切除多余材料具从工件上切除多余材料特种加工：特种加

3、工：指利用机械能指利用机械能以外的其他能量直接去除以外的其他能量直接去除材料，如电火花加工、电材料，如电火花加工、电解加工等解加工等快速成型机床按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层快速成型机床按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。快速成型技术快速成型技术3D3D打印机，即快速成打印机，即快速成形技术的一种机器

4、形技术的一种机器. .原理：把数据和原料原理：把数据和原料放进放进3D3D打印机中，打印机中，机器会按照程序把机器会按照程序把产品一层层造出来。产品一层层造出来。打印出的产品，可打印出的产品，可以即时使用。以即时使用。切削加工切削加工 钳工钳工（ 用手持工具）用手持工具）如划线、錾削、锯如划线、錾削、锯削、锉削、刮研、削、锉削、刮研、钻孔和铰孔、攻丝钻孔和铰孔、攻丝、套扣等、套扣等切削加工切削加工 机械加工机械加工 （用机床）（用机床）如车、铣、刨如车、铣、刨、钻、磨及齿、钻、磨及齿轮加工等轮加工等切削加工切削加工用切削刀具从毛坯上切除多余的材料，获得几用切削刀具从毛坯上切除多余的材料，获得几

5、何形状、尺寸和表面粗糙度等方面符合图纸要求的零件的加何形状、尺寸和表面粗糙度等方面符合图纸要求的零件的加工过程。工过程。1.1 切削运动和切削要素切削运动和切削要素 1.1.1 零件的种类及其表面的形成零件的种类及其表面的形成零件主要有以下四种表面组成：零件主要有以下四种表面组成：（1）圆柱面：）圆柱面： （2）圆锥面：）圆锥面：（3）平面：）平面： （4）成形面：）成形面：加工方法加工方法上述表面，可以用以下相应加工方法获得：上述表面，可以用以下相应加工方法获得： （a）车外圆）车外圆面面（b）磨外圆面）磨外圆面（c）钻孔）钻孔（d）车床上镗孔）车床上镗孔（e）刨平面）刨平面（f）铣平面）铣

6、平面（g）车成形面）车成形面（h）铣成形面）铣成形面1.1.2 机床的切削运动机床的切削运动 主运动主运动是切下切屑所需要是切下切屑所需要的最基本的运动，的最基本的运动，对切削起主要作用，对切削起主要作用，消耗机床的功率消耗机床的功率95%以上。机床以上。机床主运动只有主运动只有1个。个。主运动主运动 切削运动切削运动 进给运动进给运动使工件不断投入切使工件不断投入切削，从而加工出完削，从而加工出完整表面所需的运动。整表面所需的运动。消耗机床的功率消耗机床的功率5%以下。机床的以下。机床的进给运动可以有一进给运动可以有一个或几个。个或几个。进给运动进给运动 切削运动切削运动用刀具切除工件材料，

7、刀具和工件之间必须要用刀具切除工件材料，刀具和工件之间必须要有一定的相对运动，该相对运动由主运动和进给运动组成。有一定的相对运动，该相对运动由主运动和进给运动组成。1.1.3 工件上的几个表面工件上的几个表面1切削速度切削速度 （ms或或mmin） 切削刃相对于工件的主运动速度称为切切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。即在单位时间内，工件和刀具沿削速度。即在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。主运动方向的相对位移。1.1.4 切削用量切削用量 切削用量是指切削速度切削用量是指切削速度 、进给量、进给量f（或进给速度）和切削深度（或进给速度）和切削深度 。三者又称。三者又称为为切

8、削用量三要素切削用量三要素。paCv当主运动为旋转运动时，切削速度为：当主运动为旋转运动时，切削速度为：式中：式中： dW待加工表面直径（待加工表面直径（mm） n工件或刀具的转速工件或刀具的转速(r/min)当主运动为往复直线运动（如刨削）时，切削速度为：当主运动为往复直线运动（如刨削）时，切削速度为：(m/s)(m/s)式中：式中： nr 主运动每分钟往复次数（次主运动每分钟往复次数（次/min）；）； L 往复直线运动行程长度（往复直线运动行程长度（mm）。）。切削用量切削用量 工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为

9、进给量，其单位进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是是mmmmr r（或（或mmmm双行程）。双行程）。 2进给量进给量f f进给速度进给速度 指单位时指单位时间的进给量。间的进给量。进给量与进给速度进给量与进给速度 之间的之间的关系为：关系为：fznfnzfV(mm/s)切削用量切削用量 3切削深度切削深度 （mm） pa 式中式中: 待加工表面直径（待加工表面直径（mm） 已加工表面直径（已加工表面直径（mm）wdmd 切削深度指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。切削深度指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。 如车外圆时，如车外圆时，切削用量切削用量 由切削刃正在切削的这一层

10、金属叫作由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层切削层。切削层的截切削层的截面尺寸称为面尺寸称为切削层参数切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在垂直于切削速度的平面内度量。和切屑尺寸的大小，通常在垂直于切削速度的平面内度量。 1. 切削厚度切削厚度 ac (s= 0) ac f sinr 2. 切削宽度切削宽度 aw aw ap/sinr3. 切削层面积切削层面积 A0 A0 ac aw f ap1.1.5 切削层的几何参数切削层的几何参数 刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数。刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部

11、分的材料和几何参数。 1.2.1 1.2.1 刀具材料刀具材料1.1.刀具材料必须具备的性能刀具材料必须具备的性能 （1） 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 常温硬度常温硬度HRC60以上，耐磨性是硬度、以上，耐磨性是硬度、 组织结构及化学性能等的综组织结构及化学性能等的综合反映。合反映。 （2） 足够的强度和冲击韧性足够的强度和冲击韧性（3）高耐热性）高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等（4）良好的工艺性）良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等锻造性能、磨削性能、热处理性能等（5） 经济性经济性 刀具材料种类很多，

12、常用的有工具钢（包括碳刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。 因其耐热性很差，目前仅用于手工工具如锉因其耐热性很差，目前仅用于手工工具如锉刀、铰刀等。刀、铰刀等。 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。等合金元素的高合金工具钢。高速钢特点：高速钢特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；）韧性高

13、，比硬质合金高几十倍；3）硬度较高，且有较好的耐热性）硬度较高，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。）可加工性好，热处理变形较小。 应用：应用： 常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。 天然金刚石天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m0.01m，刀具寿命可达数，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石（聚晶金

14、刚石（PCDPCD）由金刚石微粉在高温高压下聚合由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低，价格便宜，焊接方便，而成，硬度比天然金刚石略低，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（聚晶立方氮化硼（PCBNPCBN）由单晶立方氮化硼微粉在高由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度很高，耐热性达温高压下聚合而成。硬度很高，耐热性达12001200，化学，化学惰性很好，在惰性很好，在10001000的温度下不与铁、镍和钴等金属发的温度下不与铁、镍和钴等

15、金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。热合金等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。 以外圆车刀为例，分析刀具几何形状。以外圆车刀为例，分析刀具几何形状。 1.1.车刀切削部分的构造车刀切削部分的构造 切削部分由切削部分由3 3面面-2-2刃刃-1-1尖组成尖组成。（1 1）前刀面前刀面( (前面前面 ) ) ：切屑流出所经过：切屑流出所经过的表面。的表面。（2 2）主后刀面主后刀面( (主后面主后面) ) ：与工件上过：与工件上过渡表面相对的表面。渡表面相对的表面。（3 3）副后刀面副后

16、刀面( (副后面副后面) ) ：与工件上已：与工件上已加工表面相对的表面。加工表面相对的表面。（4 4）主切削刃主切削刃( (主刀刃主刀刃) )：前刀面与主后：前刀面与主后刀面的交线，承担主要切削工作。刀面的交线，承担主要切削工作。（5 5）副切削刃副切削刃( (副刀刃副刀刃) )：前刀面与副后：前刀面与副后刀面的交线，协同主切削刃完成切削刀面的交线，协同主切削刃完成切削工作，工作，（6 6）刀尖刀尖：主切削刃和副切削刀的交点，：主切削刃和副切削刀的交点，可以是一段小的圆弧，也可以是一段可以是一段小的圆弧，也可以是一段直线。直线。2.2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度（1 1）辅

17、助平面：辅助平面：为了确定刀具的角度，必须引入一个由三个辅助平面为了确定刀具的角度，必须引入一个由三个辅助平面组成的空间坐标参考系。以此为基准，反映刀面和切削刃的空间位置。组成的空间坐标参考系。以此为基准，反映刀面和切削刃的空间位置。 基面基面：通过主切削刃上某一指定点，：通过主切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。并与该点切削速度方向相垂直的平面。 切削平面切削平面：通过主切削刃上某一指：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。基面的平面。 主剖面主剖面：通过主切削刃上某一指定：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基

18、面和切削平面点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。的平面。 三个辅助平面是互相垂直的，由它三个辅助平面是互相垂直的，由它们组成的们组成的刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系称为正称为正交平面参考系。交平面参考系。辅助平面辅助平面ArA 向f车刀的主要角度0000rrs0（2）车刀标注角度）车刀标注角度在刀具标注角度参考系中测得在刀具标注角度参考系中测得的角度称为刀具的标注角度，的角度称为刀具的标注角度，是刀具制造和刃磨的依据。是刀具制造和刃磨的依据。 q 粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为刀刃有足够强度，后角可选小些，一般

19、为36；精加工时切深较小，为保证加工；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为的表面质量，后角可选大一些，一般为612。 q 主偏角应根据加工对象正确选取，车主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有刀常用的主偏角有45、60、75、90几种。几种。ArA 向f0000rrsr 主偏角对切削层和切削分力的影响主偏角对切削层和切削分力的影响rAA 向f0000rrsr 图图1-10 副偏角对残留面积的影响副偏角对残留面积的影响q 在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。副偏角可使残留面积减

20、小，表面粗糙度降低。刃倾角s在切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹在切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时角。当刀尖是切削刃最高点时, ,s s定为正值；反之为负。定为正值；反之为负。q s影响刀尖强度和切影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，为增强刀尖强度，s常常取负值；精加工时为防取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零。常取正值或零。 （3）刀具工作角度）刀具工作角度 上面讨论的外圆车刀的标注角度，是在忽略进上面讨论的外圆车刀的标注角度，是在忽略进给运动的影响，假定刀杆纵向轴线垂直于进给方向，给

21、运动的影响，假定刀杆纵向轴线垂直于进给方向，切削刃上选定点与工件中心等高，车刀的底面与基切削刃上选定点与工件中心等高，车刀的底面与基面平行等条件下确定的。这种假定状态称为面平行等条件下确定的。这种假定状态称为“静止静止状态状态”。 如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，这参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，这时的参考系称为时的参考系称为刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系。 在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具的的工作角度工作角度。工作角度反映了刀具的实际工

22、作状态。工作角度反映了刀具的实际工作状态。 车刀安装高度对工作角度的影响车刀安装高度对工作角度的影响安装刀具时，如果刀尖高于或低于工件中心，会引起刀具安装刀具时，如果刀尖高于或低于工件中心，会引起刀具工作角度的变化。以上图为例，如果刀尖安装得高于工件工作角度的变化。以上图为例，如果刀尖安装得高于工件中心，实际工作前角中心，实际工作前角 将大于标注前角将大于标注前角 ，而工作后角，而工作后角 将小于标注后角将小于标注后角 。 oeoooeoeo 当车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，会引当车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，会引起工作主偏角和工作副偏角的改变。起工作主偏角和工作副偏角的改变。 车刀安

23、装偏斜对工作角度的影响车刀安装偏斜对工作角度的影响 a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹可转位式车刀FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削切屑根部金相照片切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角 第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。切削部位三个变形区第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。 在切削过程中，刀具切下

24、的切屑厚度ch通常都大于工件切削层厚度c，而切屑长度Lch却小于切削层长度Lc。这种现象称为切屑收缩，可用变形因数表示切削层的变形程度。切削层长度Lc与切屑长度Lch之比，即： 在切削加工中，应根据情况，采取相应措施，减小切削变形因数，改善切削过程。 1工件材料工件材料 工件材料强度越高，塑性越小，变形因数工件材料强度越高，塑性越小，变形因数将越小，切削变形越小。将越小，切削变形越小。 2刀具前角刀具前角 增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。 3切削速度切削速度 在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形因数在无积屑瘤产生的切

25、削速度范围内，切削速度越大，变形因数越小。越小。 4切削层厚度切削层厚度c c 在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层厚度在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层厚度c c越大，变形因数越大，变形因数越小。越小。 5 摩擦系数摩擦系数 提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。形成条件影响名称简图形态变形带状，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剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未

26、经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工中等硬度材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设断屑槽切削过程欠平稳，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，易崩刀带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑类型及形成条件带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑形态照片 在速度不高、切削塑性金属形成在速度不高、切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接带状切屑的情况下，滞流层金

27、属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块，在前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为称为积屑瘤积屑瘤。 1.3.2 积屑瘤积屑瘤 高温、高压作用下，切屑底层与高温、高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接前刀面发生粘接 积屑瘤硬度比刀具高，可代替刀具切削，保护刀具积屑瘤硬度比刀具高，可代替刀具切削，保护刀具 增大实际工作前角，减小变形和切削力，使切削轻快增大实际工作前角，减小变形和切削力，使切削轻快 产生过切及犁沟，尺寸精度下降产生过切及犁沟，尺寸精度下降 增大已加工面的表面粗糙度增大已加工面的表面粗糙度切屑刀具积屑瘤滞留 粘接 长大 破裂4. 积屑瘤对精加工是不利的，应避免产生：积屑瘤对精加工是不利的，应

28、避免产生：（1）降低工件材料塑性，对塑性较高的材料（如低碳钢），进行正火）降低工件材料塑性，对塑性较高的材料（如低碳钢），进行正火处理；处理；（2） 一般精车、精铣时，提高切削速度，而用高速钢刀具拉削、铰削一般精车、精铣时，提高切削速度，而用高速钢刀具拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削；和宽刀精刨时，则采用低速切削；（3） 增大前角；增大前角；（4） 减小进给量；减小进给量；（5） 采用润滑液等。采用润滑液等。3. 影响积屑瘤的因素影响积屑瘤的因素（1）工件材料）工件材料 塑性大的材料，切削变形大，容易产生积屑瘤；切削脆性材料时，塑性大的材料，切削变形大，容易产生积屑瘤；切削脆性材料时，一

29、般不会产生积屑瘤。一般不会产生积屑瘤。（2）切削速度）切削速度 切削速度很低时（小于切削速度很低时（小于5m/min），不会产生积屑瘤；切削速度在），不会产生积屑瘤；切削速度在550m/min范围时，容易产生积屑瘤；当切削速度高于范围时，容易产生积屑瘤；当切削速度高于50m/min范围时，范围时，由于切削温度很高，切削底面呈微熔状态，也不会产生积屑瘤。由于切削温度很高，切削底面呈微熔状态，也不会产生积屑瘤。rFzFFyFf pFxFf pFf pfv切削力的分解 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力F 切削合力Fz主切削力Fy切深抗力Fx进给抗力式中 CFx , CFy

30、, CFz 与工件、刀具材料有关系数； xFy , xFy , xFz 切削深度ap 对切削力影响指数； yFx , yFy , yFz 进给量 f 对切削力影响指数； KFx , KFy , KFz 考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因 素影响的修正系数。均可查表得到。 用测力仪测出切削力，再通过对实验数据的处理，可求用测力仪测出切削力，再通过对实验数据的处理，可求得计算切削力的经验公式。在生产实际中，一般都用经验公得计算切削力的经验公式。在生产实际中，一般都用经验公式来计算切削力。式来计算切削力。 如果已知单位切削力如果已知单位切削力 P P（单位切削层面积的主切削力），（单位切削层面

31、积的主切削力），可计算出主切削力可计算出主切削力FzFz的大小：的大小：式中式中 P P 单位切削力（单位切削力（N /mmN /mm2 2 ），可查表得到；），可查表得到； A A0 0 切削层面积（切削层面积（mmmm2 2）。）。则则 F Fx x= =（0.10.10.60.6）F Fz z F Fy y= =（0.150.150.70.7）F Fz z主切削力主切削力Fz的计算的计算式中 Fz 主切削力（N）； v 主运动速度（m/s）。 切削功率应为三个切削分力消耗功率的总和。但在车切削功率应为三个切削分力消耗功率的总和。但在车削外圆时，削外圆时， Fy=0Fy=0， FxFx消耗

32、的功率很小，可忽略不计。因消耗的功率很小，可忽略不计。因此，切削功率可粗略地表示为：此，切削功率可粗略地表示为：切削深度与切削力切削深度与切削力近似成正比；近似成正比；进给量增加，切削进给量增加，切削力增加，但不成正比力增加，但不成正比切削速度对切削力切削速度对切削力影响复杂（右图）影响复杂（右图） 强度、硬度高强度、硬度高材料塑性好材料塑性好,加工硬化倾向大加工硬化倾向大切削力大切削力大5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fz（N）切削速度对切削力的影响 前角0 增大，切削力减小（左图） 主偏角r 对主切削力影响不大，对切深抗力和

33、进给抗力影响显著（ r Fy，Fx，右图）前角0对切削力的影响前角0切削力F0 - Fz0 Fy0 Fx主偏角r对切削力的影响主偏角r / 切削力/ N3045607590r - Fzr Fxr Fy2006001000140018002200 切削液：有润滑作用，使切削力降低切削液：有润滑作用，使切削力降低 ； 后刀面磨损：使切削力增大，对切深抗力后刀面磨损：使切削力增大，对切深抗力F Fy y的的影响最为显著；影响最为显著； 切削过程变形和摩擦所消耗的切削功，绝大部分转变为切削热切削过程变形和摩擦所消耗的切削功，绝大部分转变为切削热 切削热由切屑、工件、刀具切削热由切屑、工件、刀具和周围介

34、质（切削液、空气和周围介质（切削液、空气) )等等传散出去。传散出去。工件切屑刀具切削热的来源与传播 （1 1）切削层变形产生的热量，是切）切削层变形产生的热量，是切削热的主要来源削热的主要来源（2 2）切屑与前刀面摩擦产生的热量）切屑与前刀面摩擦产生的热量（3 3）工件与后刀面摩擦产生的热量）工件与后刀面摩擦产生的热量影响散热的主要因素影响散热的主要因素 切削过程中产生的切削热对刀具磨损和刀具寿命具有重要切削过程中产生的切削热对刀具磨损和刀具寿命具有重要影响，切削热还会使工件和刀具产生变形而影响加工精度。影响，切削热还会使工件和刀具产生变形而影响加工精度。 影响散热的主要因素是：影响散热的主

35、要因素是：（1）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数 工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热量就工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热量就多，切削区温度低。而工件材料导热系数低，切削热传导慢，多，切削区温度低。而工件材料导热系数低，切削热传导慢，切削区温度高，刀具磨损快。切削区温度高，刀具磨损快。（2）刀具材料的导热系数）刀具材料的导热系数 刀具材料的导热系数高，切削区的热量向刀具内部传导快，刀具材料的导热系数高，切削区的热量向刀具内部传导快，可以降低切削区的温度。可以降低切削区的温度。（3）周围介质）周围介质 采用冷却性能好的切削液能有效地降低切削区的温度。采用冷却性能好的

36、切削液能有效地降低切削区的温度。 （1） 切削用量切削用量对切削温度的影响对切削温度的影响 pa （2）刀具几何参数）刀具几何参数对切削温度的影响对切削温度的影响rr （3）工件材料）工件材料对切削温度的影响对切削温度的影响（4）刀具磨损）刀具磨损对切削温度的影响对切削温度的影响（5）切削液）切削液对切削温度的影响对切削温度的影响 工件和刀具材料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温产生温差电势，通过电位差计测得切削区的平均温度。利用红外辐射原理，借助热敏感元件，测量切削区温度。可测量切削区侧面温度场。 用不同材料、相互绝缘金属丝作热电偶两极。mV人工热电偶工件刀具金属丝小孔 可测

37、量刀具或工件指定点温度，可测最高温度及温度分布场。它是将乳化油（已它是将乳化油（已加入乳化剂）用水加入乳化剂）用水稀释而成，呈乳白稀释而成，呈乳白色。具有良好的冷色。具有良好的冷却和清洗性能，也却和清洗性能，也有一定的润滑性能有一定的润滑性能。适用于粗加工和。适用于粗加工和磨削。磨削。主要成分是水，主要成分是水，并加入一定量的并加入一定量的防锈剂。其冷却防锈剂。其冷却性能好，但润滑性能好，但润滑性能差，呈透明性能差，呈透明状，常在粗加工状，常在粗加工或磨削中使用。或磨削中使用。主要是矿物油主要是矿物油，也有用动、，也有用动、植物油或复合植物油或复合油。其润滑性油。其润滑性能好，但冷却能好，但冷

38、却性能差，主要性能差，主要用于精加工。用于精加工。水溶液水溶液乳化液乳化液切削油切削油水添加剂水添加剂乳化油水乳化油水矿物油添加剂矿物油添加剂1.粗加工（低浓度）粗加工（低浓度）2.精加工（高浓度）精加工（高浓度）3.磨削磨削1.粗加工粗加工2.磨削磨削1.精加工精加工水溶液水溶液乳化液乳化液切削油切削油不用切削液的情况：不用切削液的情况：1.切削脆性材料（如铸铁、青铜）；切削脆性材料（如铸铁、青铜）；2.使用硬质合金刀具使用硬质合金刀具正常磨损正常磨损形式：月牙洼（参数KT）形成条件：加工塑性材料时v大，c大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量形式：后刀面磨损后，使后角0的磨损面（参数VB）形成

39、条件：加工塑性材料时切削厚度c 较小；加工脆性材料影响：切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量形式：同时磨损（参数VB、KT）形成条件：加工塑性材料时，c=0.10.5mm非正常磨损非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）2. 刀具磨损过程3个阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段急剧磨损阶段初期磨损阶段初期磨损阶段新刃磨的刀具刚投新刃磨的刀具刚投入使用，后刀面与入使用，后刀面与工件的实际接触面工件的实际接触面积很小，单位面积积很小，单位面积上承受的正压力较上承受的正压力较大，再加上刚刃磨大，再加上刚刃磨后的后刀面微观凸后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损凹不平，刀具磨损

40、速度很快。速度很快。经过初期磨损后，经过初期磨损后，刀具后刀面与工件刀具后刀面与工件的接触面积增大，的接触面积增大，单位面积上承受的单位面积上承受的压力逐渐减小，刀压力逐渐减小，刀具后刀面的微观粗具后刀面的微观粗糙表面已经磨平，糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢因此磨损速度变慢。它是刀具的有效。它是刀具的有效工作阶段。工作阶段。当刀具磨损量增加到当刀具磨损量增加到一定限度时，切削力、一定限度时，切削力、切削温度将急剧增高，切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快，刀具磨损速度加快，直至丧失切削能力。直至丧失切削能力。在急剧磨损阶段让刀在急剧磨损阶段让刀具继续工作是一件得具继续工作是一件得不偿失的事情

41、。刀具不偿失的事情。刀具在进入急剧磨损阶段在进入急剧磨损阶段之前必须刃磨或更换。之前必须刃磨或更换。 国际标准国际标准ISO推荐硬质合金车刀刀具寿命试验的磨推荐硬质合金车刀刀具寿命试验的磨钝标准，有下列三种可供选择：钝标准，有下列三种可供选择：（1）VB0.3mm；（2）如果主后刀面为无规则磨损，取）如果主后刀面为无规则磨损，取VBmax=0.6mm；（3）前刀面磨损量）前刀面磨损量 KT（0.060.3f）mm。磨钝标准刀具耐用度T刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间， 用T (min)表示。刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。 在生产中，确定刀具寿命有

42、两种不同的原则，按单件时在生产中，确定刀具寿命有两种不同的原则，按单件时间最少的原则确定的刀具寿命叫间最少的原则确定的刀具寿命叫最高生产率刀具寿命最高生产率刀具寿命，按单，按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命叫件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命叫最小成本刀具寿命最小成本刀具寿命。 一般情况下，应采用最小成本刀具寿命。在生产任务紧一般情况下，应采用最小成本刀具寿命。在生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率刀具寿命。迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率刀具寿命。 工件材料工件材料刀具材料刀具材料切削用量切削用量是否使用切削是否使用切削液液刀具几何角度刀具几何角度不同刀具材

43、料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）1.4 1.4 加工质量和生产率加工质量和生产率尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度加工质量和生产率加工质量和生产率1.4.2 生产率生产率切削加工切削加工生产率生产率R0单位时间内生产零件的数量，即：单位时间内生产零件的数量，即：式中式中 tw 生产一个零件所需要的总时间（生产一个零件所需要的总时间（min/件）件）而而式中式中 tm 基本工艺时间，即加工

44、一个零件所需的总切削时间基本工艺时间，即加工一个零件所需的总切削时间 tc 辅助时间，即为了维持切削加工所消耗到各种辅助操作上辅助时间，即为了维持切削加工所消耗到各种辅助操作上的时间，如调整机床、空移刀具、装卸或刃磨刀具、安装工件、检验的时间，如调整机床、空移刀具、装卸或刃磨刀具、安装工件、检验等时间等时间 t0 其它时间，如清扫切屑、工间休息等时间。其它时间，如清扫切屑、工间休息等时间。所以所以 1.切削用量的选择原则切削用量的选择原则 切削用量的选择，对生产率、加工成本和加工切削用量的选择，对生产率、加工成本和加工质量均有重要影响。切削用量（质量均有重要影响。切削用量（v v、f f、a

45、ap p）不能任不能任意选取，应综合考虑各种制约因素，选择意选取，应综合考虑各种制约因素，选择v v、f f、a ap p数值的最佳组合。数值的最佳组合。 约束切削用量选择的主要条件有：工件的加约束切削用量选择的主要条件有：工件的加工要求，包括加工质量要求和生产效率要求；刀工要求，包括加工质量要求和生产效率要求；刀具材料的切削性能；机床性能，包括动力特性具材料的切削性能；机床性能，包括动力特性（功率、扭矩）和运动特性；刀具寿命要求。（功率、扭矩）和运动特性；刀具寿命要求。1.4.3 切削用量的选择切削用量的选择 2.选择切削用量的一般方法选择切削用量的一般方法 粗加工粗加工时，选择切削用量主要

46、以提高生产率为时，选择切削用量主要以提高生产率为主，同时要保证规定的刀具耐用度。实践表明，对主，同时要保证规定的刀具耐用度。实践表明，对刀具耐用度影响最大的是切削速度刀具耐用度影响最大的是切削速度v v ，其次是进给，其次是进给量量f f ，切削深度，切削深度a ap p 的影响最小。的影响最小。 因此，选择切削用量的顺序是：因此，选择切削用量的顺序是： a ap p f fv v 精加工精加工时，主要按表面粗糙度和加工精度要求时，主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。确定切削用量。 3.选择切削用量的步骤选择切削用量的步骤（以车削为例）（以车削为例） （1）切削深度）切削深度a ap

47、p的选择的选择 粗加工时，粗加工时，ap p由加工余量和工艺系统的刚度决定，尽可由加工余量和工艺系统的刚度决定，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 p可取可取0.50.52 mm2 mm。 精加工时，精加工时， ap p取为取为0.10.10.4 mm0.4 mm。 在加工余量过大或系统刚性不足情况下，粗加工可分在加工余量过大或系统刚性不足情况下，粗加工可分几次走刀。若分两次走刀，第一次走刀的几次走刀。若分两次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占取大些，可占全部余量的全部余量的2/32/33/43/4，而第二次走刀的，而第二次走刀的ap取小些，以使刀取小些，以使刀具具有较高的寿命和加工质量。具具有较高的寿命和加工质量。选择切削用量的步骤（2 2）进给量）进给量f 的选择的选择 粗加工时，粗加工时，f 的大小主要受机床进给机构强度、刀具的的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。 精加工时，精加工时，f 的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。制。生产实际中常根据经验或查表法确定生产实际中常根据经验或查表法确定f 。选择切削用量的步骤（3 3）切削速度）切削速度v v的确