第一章 金属切削原理与刀具(二-切削运动规律)

1、一一.切屑种类及形成机理切屑种类及形成机理1.2 1.2 金属切削基本规律金属切削基本规律 切削单元切削单元OMmaOMmaOMmaOMma。 一个个切削单元叠一个个切削单元叠加起来，从前刀面流加起来，从前刀面流出，形成切屑。出，形成切屑。1.1.切屑的形成切屑的形成 切削过程是刀具从工件表面上切去多余切削过程是刀具从工件表面上切去多余金属，形成已加工表面的过程，也是工件的金属，形成已加工表面的过程，也是工件的切削层金属在刀具前刀面挤压下产生塑性变切削层金属在刀具前刀面挤压下产生塑性变形，形成切屑被切下来的过程。形，形成切屑被切下来的过程。2.2.切屑的种类切屑的种类带状切屑带状切屑切削速度较

2、高，刀具的前角较大而切削厚度不切削速度较高，刀具的前角较大而切削厚度不大时，加工塑性较好的材料容易获得大时，加工塑性较好的材料容易获得。这是正常情况下最常见这是正常情况下最常见的切屑形态（与刀具接触的底层光滑，背面呈微小锯齿形，延的切屑形态（与刀具接触的底层光滑，背面呈微小锯齿形，延续成带状）。续成带状）。挤裂切屑挤裂切屑切削厚度较大，刀具前角较小，容易获得（背切削厚度较大，刀具前角较小，容易获得（背面呈较大锯齿形，内表面有时也形成裂纹）。面呈较大锯齿形，内表面有时也形成裂纹）。单元切屑单元切屑切削厚度很大而切削速度极低，刀具前角小，切削厚度很大而切削速度极低，刀具前角小，容易获得（切削单元基

3、本不连续）。容易获得（切削单元基本不连续）。崩碎切屑崩碎切屑加工脆性材料时容易出现。加工脆性材料时容易出现。二二.金属切削过程中的变形规律金属切削过程中的变形规律1.1.变形区的划分变形区的划分 变形区变形区：刀刃前方的变形：刀刃前方的变形区。主要是沿剪切面的滑移区。主要是沿剪切面的滑移变形。变形。 变形区变形区：近刀刃处已加工表面的变形区。该：近刀刃处已加工表面的变形区。该处受刀刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦，处受刀刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦，造成工件表面的加工硬化。造成工件表面的加工硬化。 变形区变形区：与刀具前刀面接触的切屑底层变形：与刀具前刀面接触的切屑底层变形区。切屑底层

4、受到前刀面的挤压和摩擦，其金区。切屑底层受到前刀面的挤压和摩擦，其金属纤维基本上与前属纤维基本上与前 刀面平行。刀面平行。2.2.切削过程变形的表示方法切削过程变形的表示方法变形系数变形系数 在切削过程中，切削层变形，从工件上分离在切削过程中，切削层变形，从工件上分离而形成切屑，但切削前后金属的体积不变。而形成切屑，但切削前后金属的体积不变。当工件材料相同而切削条件不同时，当工件材料相同而切削条件不同时， 越大，越大，说明变形越大说明变形越大 ；当切削条件相同而工件材料不同时，当切削条件相同而工件材料不同时， 越大，越大，说明材料的塑性越大说明材料的塑性越大 ；acLawa0Lcawc 切切

5、削削 前前 切切 削削 后后awawc acL a0Lc= L/L c = a0/ac变形系数变形系数 形成形成 切削塑性很好的金属，切削塑性很好的金属，在高温（在高温（200200600600）高压）高压和强烈摩擦作用下，由切屑和强烈摩擦作用下，由切屑底层微粒逐渐粘结到刀具前底层微粒逐渐粘结到刀具前刀面上的不稳定的楔块。刀面上的不稳定的楔块。三三.积屑瘤积屑瘤 特点特点硬度高，脆性大，可代替刀刃进行加工。硬度高，脆性大，可代替刀刃进行加工。精加工时避免，采用高速或低速切削。精加工时避免，采用高速或低速切削。 粗加工时利用，采用中速切削粗加工时利用，采用中速切削 （v = 5v = 5100m

6、/min100m/min）。）。 对切削过程的影响对切削过程的影响 采取措施采取措施控制切削速度，避开积屑瘤的生长速度范围；控制切削速度，避开积屑瘤的生长速度范围； 使用切削液，降低切削温度，减小摩擦；使用切削液，降低切削温度，减小摩擦；对塑性好的材料，可进行热处理，适当提高硬对塑性好的材料，可进行热处理，适当提高硬度，降低塑性；度，降低塑性；使刀具的实际前角增大；使刀具的实际前角增大； 使切入深度增加；使切入深度增加；使加工表面的粗糙度增大；使加工表面的粗糙度增大；影响刀具耐用度；影响刀具耐用度；1.1.切削力的来源与分解切削力的来源与分解 来源来源切削层金属的弹性和塑性变形所产生的抗力；切

7、削层金属的弹性和塑性变形所产生的抗力；刀具与切屑，刀具与工件表面之间的摩擦力；刀具与切屑，刀具与工件表面之间的摩擦力； 切削力产生于刀具的切削力产生于刀具的前刀面前刀面（作用于前刀面上（作用于前刀面上的变形抗力与摩擦力）和的变形抗力与摩擦力）和后刀面后刀面（作用于后刀（作用于后刀面上的变形抗力与摩擦力），上述力的合力即面上的变形抗力与摩擦力），上述力的合力即为总切削力为总切削力F。四四. 切削力和切削功率切削力和切削功率金属切削加工时，刀具使工件的切削层金属变金属切削加工时，刀具使工件的切削层金属变形成为切屑所需的力，称为形成为切屑所需的力，称为切削力切削力（表现为，表现为，刀具作用在工件上的

8、力或工件作用于刀具上的刀具作用在工件上的力或工件作用于刀具上的反作用力反作用力）。）。 分解分解 通常，将总切削力通常，将总切削力F分解成垂直分解成垂直于水平面的主切削力于水平面的主切削力Fz( (切向力切向力) )，作用于水平面的力作用于水平面的力F Fx x( (轴向力或进给轴向力或进给抗力抗力) )和和F Fy y（径向力或吃刀抗力）。（径向力或吃刀抗力）。主切削力主切削力Fz（切向力）（切向力）: 总切削力总切削力F在主运动方向的分力。约占总切削力的在主运动方向的分力。约占总切削力的80809090，是，是计算机床动力和主传动系统强度和刚度的主要依据。计算机床动力和主传动系统强度和刚度

9、的主要依据。进给抗力进给抗力Fx（轴向力）（轴向力）: 总切削力在进给运动方向上的总切削力在进给运动方向上的分力。约为主切削力的分力。约为主切削力的0.10.10.60.6倍倍，是设计和验算进给，是设计和验算进给机构的主要依据。机构的主要依据。吃刀抗力吃刀抗力Fy（径向力）：总切削力在切削深度方向上（径向力）：总切削力在切削深度方向上的分力。约为主切削力的的分力。约为主切削力的0.150.150.70.7倍倍，它使机床、夹具、，它使机床、夹具、工件等变形并引起振动，使工件产生形状误差，也影响工件等变形并引起振动，使工件产生形状误差，也影响工件的表面粗糙度。工件的表面粗糙度。FZ = CFZ a

10、pxFZ fyFZ KFZFX = CFX apxFX fyFX KFXFY = CFY apxFY fyFY KFYFz = p Ac = p ap f（N）式中：式中：p p 单位切削力（单位切削力（N/N/） 进刀深和走刀量（进刀深和走刀量（ap和和f）：增加）：增加f，减少，减少ap , 有有利于减低切削力；利于减低切削力； 工件材料：工件强度越高，所需切削力越大；工件材料：工件强度越高，所需切削力越大； 刀具角度：前角，后角，主偏角等都会影响；刀具角度：前角，后角，主偏角等都会影响； 切削速度；切削速度；式中，式中，s：工件材料的剪切屈服极限；：工件材料的剪切屈服极限； ac：切削厚

11、度；：切削厚度； aw ：切削宽度；：切削宽度； ：变形系数；：变形系数； C：常数，其数值可查切削手册；：常数，其数值可查切削手册； 消耗在切削过程中的功率。在车削外圆时，消耗在切削过程中的功率。在车削外圆时，Fy方向上的运动速度为零，功率也为零；方向上的运动速度为零，功率也为零；Fx方向方向上的运动速度很小，消耗功率也很小，可忽略不上的运动速度很小，消耗功率也很小，可忽略不计，因此切削功率可用下式近似计算：计，因此切削功率可用下式近似计算： P PZ Z = = （KWKW）F Fz z v v10001000式中，式中，v v：切削速度（：切削速度（m/sm/s）；）；F Fz z：主切

12、削力（：主切削力（N N）；）；或：或：P PZ Z = = （KWKW）F Fz z v v100010006060式中，式中，v v：切削速度（：切削速度（m/minm/min）；）；F Fz z：主切削力（：主切削力（N N）；）；五五. 切削热、切削温度和切削液切削热、切削温度和切削液1.1.切削热切削热 在零件的切削加工过程中，材料的弹、塑在零件的切削加工过程中，材料的弹、塑性变形，切屑、工件与刀具间的摩擦所消耗的性变形，切屑、工件与刀具间的摩擦所消耗的功，绝大部分都转化为热能，称为功，绝大部分都转化为热能，称为切削热切削热。 热源热源：三个变形区及切屑与前刀：三个变形区及切屑与前刀

13、面、工件与后刀面的摩擦热。面、工件与后刀面的摩擦热。 散热散热：从切屑、刀具、工件和周：从切屑、刀具、工件和周围介质中传散，其中切屑带走的围介质中传散，其中切屑带走的热量最多（约占热量最多（约占50%50%80%80%）。）。 影响影响：加剧刀具磨损，降低工件表面质量；使：加剧刀具磨损，降低工件表面质量；使工件和刀杆变形，影响工件加工精度。工件和刀杆变形，影响工件加工精度。 切削区（主要包括刀具、切屑和工件）的平切削区（主要包括刀具、切屑和工件）的平均温度均温度。随。随切削温度温度升高，切屑颜色由银白切削温度温度升高，切屑颜色由银白变成黄白、金黄、紫、深蓝和浅蓝色。变成黄白、金黄、紫、深蓝和浅

14、蓝色。 切削用量切削用量：提高切削用量，切削温度提高，其：提高切削用量，切削温度提高，其中切削速度的影响最为明显。中切削速度的影响最为明显。 工件材料工件材料：工件材料的强度和硬度越高，切削工件材料的强度和硬度越高，切削功率越大，切削温度越高。功率越大，切削温度越高。 刀具角度与磨损刀具角度与磨损：减小主偏角，增大前角和刀减小主偏角，增大前角和刀尖园角半径，降低切削温度。磨损大，切削温尖园角半径，降低切削温度。磨损大，切削温度升高。度升高。（1 1） 切削液的作用切削液的作用 冷却冷却 带走热量，降低切削温度带走热量，降低切削温度 润滑润滑 渗入切削区，在金属表面形成润滑膜渗入切削区，在金属表面形成润滑膜 清洗清洗 冲走刀具和