数控切削原理与刀具基础

1、数数控控切切削削原原理理与与刀刀具具基基础础1.1 1.1 如何选择切削用量？如何选择切削用量？ 本节课主要研究：本节课主要研究：切削运动与切削要素切削运动与切削要素，切削刀具切削刀具及其及其刀具刀具几何参数几何参数，切削过程的基本规律切削过程的基本规律，并运用规律控制切削过程、，并运用规律控制切削过程、改善切削性能、改善切削性能、合理选用切削液合理选用切削液。 切削过程中切削过程中:切削力切削力、切削变形切削变形、切削热切削热与与切削温度切削温度、刀具磨损刀具磨损等现等现象及其规律，有利于控制和改善金属的切削过程。象及其规律，有利于控制和改善金属的切削过程。 金属切削的目的：金属切削的目的：

2、 使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求设计与使用要求。 金属切削加工要切除工件上多余的金属，必须具备两个基本金属切削加工要切除工件上多余的金属，必须具备两个基本条件：条件：切削运动切削运动和和刀具刀具。金属切削过程（车床）1.1.1 1.1.1 切削运动切削运动1. 切削运动切削运动 （1） 主运动主运动由机床或人力提供的刀具与由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动工件之间主要的相对运动, , 它使刀具切削刃及其邻近的它使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料，使刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切

3、屑被切削层转变为切屑, , 从而从而形成工件的新表面形成工件的新表面。在切削在切削运动中，主运动速度最高、运动中，主运动速度最高、耗功最大，是切下切屑所必耗功最大，是切下切屑所必须的基本运动。须的基本运动。主运动方向主运动方向切削刃上选定切削刃上选定点相对于工件点相对于工件的瞬时主运动的瞬时主运动方向。方向。切削速度切削速度 vc切削刃上选定切削刃上选定点相对于工件点相对于工件的主运动的瞬的主运动的瞬时速度。时速度。 刀具与工件之间附加刀具与工件之间附加的相对运动的相对运动, 它配合主运动它配合主运动依次地或连续不断地切除依次地或连续不断地切除切屑切屑, 从而形成具有所需几从而形成具有所需几何

4、特性的已加工表面。何特性的已加工表面。 进给运动可由刀具完进给运动可由刀具完成成(如车削如车削)，也可由工件完，也可由工件完成成(如铣削如铣削)，可以是间歇的，可以是间歇的（如刨削）（如刨削）, 也可以是连续也可以是连续 的（如车削）的（如车削）。（2）进给运动）进给运动进给运动方向进给运动方向切削刃上选定切削刃上选定点相对于工件点相对于工件的瞬时进给方的瞬时进给方向。向。进给速度进给速度 vf 切削刃上选定切削刃上选定点相对于工件点相对于工件的进给运动的的进给运动的瞬时速度。瞬时速度。主运动和进给运动主运动和进给运动合成的运动称为合合成的运动称为合成切削运动。成切削运动。（3）合成切削运动）

5、合成切削运动 ve各种切削加工的切削运动各种切削加工的切削运动1.1.2切削加工过程中的工件表面切削加工过程中的工件表面（1）已加工表面）已加工表面工件上待切除工件上待切除的表面。的表面。（2）待加工表面）待加工表面工件上经刀具工件上经刀具切削后产生的切削后产生的新表面。新表面。（3）过渡表面）过渡表面工件上切削刃正工件上切削刃正在切削的表面。在切削的表面。它是待加工表面它是待加工表面和已加工表面之和已加工表面之间的过渡表面。间的过渡表面。1.1.3切削用量切削用量切削要素主要指控制切削过切削要素主要指控制切削过程的程的切削用量切削用量要素和在切削要素和在切削过程中由余量变成切屑的过程中由余量

6、变成切屑的切切削层参数削层参数。（1）切削用量要素）切削用量要素切削速度切削速度Vc在进行切削加工时，刀具切削刃在进行切削加工时，刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度，用时线速度，用Vc表示，单位表示，单位m/min或或m/s。 外圆车削的切削速外圆车削的切削速度为度为v vc c =d n/1000=d n/1000进给量进给量 f 是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。 当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位每回转一周，两

7、者沿进给方向的相对位移量，单位为为mm/rmm/r； 当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为量，单位为mm/strmm/str或或mm/mm/单行程；单行程； 背吃刀量背吃刀量ap(切削深度切削深度) 在基面上在基面上垂直于进给运垂直于进给运动方向测量的动方向测量的切削层最大尺切削层最大尺寸寸, ,外圆车削外圆车削: : a ap p( (d dw w- -d dm m)/2)/2 v vc c、f f、a ap p 构成了车削的切削用量三要素构成了车削的

8、切削用量三要素车削速度计算示例车削速度计算示例 将一直径为将一直径为50mm的轴切削至的轴切削至45mm， 已知车床转速为已知车床转速为600 r/min， 问切削速度问切削速度 vc=?车削速度计算示例 Vc = （x d x n）/1000 = （ x 50 x 600）/1000 = 30000 / 1000 = 30 （米/分） 近 100米/分1.1.5 切削用量的选择切削用量的选择 切削用量的选择原则和方法切削用量的选择原则和方法 背吃刀量的选择背吃刀量的选择 进给量的选择进给量的选择 切削速度的选择切削速度的选择 合理选择切削用量的原则与方法合理选择切削用量的原则与方法正确地选择

9、切削用量，对于保证加工质量、降低加工成本正确地选择切削用量，对于保证加工质量、降低加工成本和提高劳动生产率都具有重要意义。所谓合理的切削用量，和提高劳动生产率都具有重要意义。所谓合理的切削用量，是指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩是指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩等），在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的等），在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量加工成本的切削用量。 对于对于来说，要尽可能保证较高的金属切除率和必来说，要尽可能保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。要的刀具耐用度。 提高切削速度，增大进给量和背吃刀量，都能提高金属切除

10、率。但提高切削速度，增大进给量和背吃刀量，都能提高金属切除率。但在这三个因素中，影响刀具在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是最大的是切削速度，其次是，其次是进给量，影响最小的是，影响最小的是背吃刀量。所以，在选择粗加工切削用量时，应。所以，在选择粗加工切削用量时，应优先考虑采用大的优先考虑采用大的背吃刀量背吃刀量，其次考虑采用大的，其次考虑采用大的进给量进给量，最后才能，最后才能根据刀具耐用度的要求，选定合理的根据刀具耐用度的要求，选定合理的切削速度切削速度。 切削用量三要素的确定切削用量三要素的确定 （1）背吃刀量的选择）背吃刀量的选择 背吃刀量根据加工余量确定背吃刀量根据加工余量确定。

11、在粗加工时，一次走刀应尽可能切去全部加工余量，在中等功率在粗加工时，一次走刀应尽可能切去全部加工余量，在中等功率 机床上，机床上，apap可达可达8 810mm10mm. 2）下列情况可分几次走刀：）下列情况可分几次走刀： 加工余量太大，一次走刀切削力太大，会产生机床功率不足或加工余量太大，一次走刀切削力太大，会产生机床功率不足或刀具刀具 强度不够时；强度不够时； 工艺系统刚性不足，或加工余量极不均匀，以致引起很大振动工艺系统刚性不足，或加工余量极不均匀，以致引起很大振动时，如加工细长轴或薄壁工件；时，如加工细长轴或薄壁工件； 断续切削，刀具受到很大的冲击而造成打刀时。断续切削，刀具受到很大的

12、冲击而造成打刀时。 在上述情况下，如分二次走刀，第一次的在上述情况下，如分二次走刀，第一次的ap也应比第二次大，也应比第二次大，第二次的第二次的ap可取加工余量的可取加工余量的1/31/4左右。左右。 3 ）切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等冷硬较严重的材料时，）切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等冷硬较严重的材料时，应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度，以防刀刃过早磨损或破损。应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度，以防刀刃过早磨损或破损。 4）在半精加工时，）在半精加工时，ap=0.52 mm 。 5）在精加工时，）在精加工时，ap=0.10.4 mm 。（2）进给量的选择）进给量的选择粗

13、加工时粗加工时，对工件表面质量没有太高要求，这时切削力往往很大，合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。这一进给量要受到下列一些因素的限制：机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金或陶瓷刀片的强度及工件的装夹刚度等。 精加工时，最大进给量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。 工厂生产中，进给量常常根据经验选取。粗加工时，根据加工材料、工厂生产中，进给量常常根据经验选取。粗加工时，根据加工材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量从车刀刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量从切削用量手册切削用量手册中中查取进给量。查取进给量。 在半精加工和精加工时，则按粗糙度要求，根据工件材料、

14、刀尖圆弧在半精加工和精加工时，则按粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度从半径、切削速度从切削用量手册切削用量手册中查得进给量。中查得进给量。然而，按经验确定的粗车进给量在一些特殊情况下，如切削力很大、然而，按经验确定的粗车进给量在一些特殊情况下，如切削力很大、工件长径比很大、刀杆伸出长度很大时，有时还需对选定的进给量校工件长径比很大、刀杆伸出长度很大时，有时还需对选定的进给量校验。验。 （3）切削速度的确定）切削速度的确定 根据已选定的背吃刀量根据已选定的背吃刀量apap、进给量进给量f f及刀具耐用度及刀具耐用度T T，就可按公式计，就可按公式计算切削速度算切削速度VcVc和机床

15、转速和机床转速n n。 粗车时，粗车时，ap 、f 均较大，所以均较大，所以Vc较低，精加工时，较低，精加工时，ap 、f 均较小，均较小，所以所以Vc较高。较高。 工件材料强度、硬度较高时，应选较低的工件材料强度、硬度较高时，应选较低的Vc；反之，；反之，Vc较高。较高。 材料加工性越差，材料加工性越差，Vc较低。较低。 刀具材料的切削性能愈好，刀具材料的切削性能愈好，Vc也选得愈高。也选得愈高。 此外，在选择此外，在选择Vc时，还应考虑以下几点：时，还应考虑以下几点： 精加工时，应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域。精加工时，应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域。 断续切削时，为减小冲击和热应力，

16、宜适当降低断续切削时，为减小冲击和热应力，宜适当降低Vc。 在易发生振动情况下，在易发生振动情况下，Vc应避开自激振动的临界速度。应避开自激振动的临界速度。 加工大件、细长件、薄壁件以及带外皮的工件时，应选用较低的加工大件、细长件、薄壁件以及带外皮的工件时，应选用较低的Vc。表表1-2 1-2 硬质合金刀具切削用量推荐表硬质合金刀具切削用量推荐表刀具刀具材料材料工件材工件材料料粗粗 加加 工工精精 加加 工工切削速度切削速度（mmin）进给量进给量（mmr）背吃刀背吃刀量量mm切削速度切削速度（mmin）进给量进给量（mmr）背吃刀背吃刀量量mm硬硬质合质合金或金或涂层涂层硬质硬质合金合金碳钢

17、碳钢2200.232600.l0.4低合金刚低合金刚1800.20.2332202200.l0.10.4高合金钢高合金钢1200.231600.l0.4铸铁铸铁800.20.2331401400.l0.10.4不锈钢不锈钢800.221200.l0.4钛合金钛合金400.30.21.51.560600.l0.10.4灰铸铁灰铸铁1200.30.3221501500.150.150.5球墨铸铁球墨铸铁1000.20.321201200.150.150.5铝合金铝合金16000.21.516000.l0.5表表1-2 1-2 常用切削用量推荐表常用切削用量推荐表工件材料工件材料加工内容加工内容背吃

18、刀背吃刀量量apmm切削速度切削速度vcmmin-1进给量进给量f/mmr-l刀具材料刀具材料碳素钢碳素钢b600MPa粗加工粗加工5-760800.20.4YT类类粗加工粗加工2-3801200.20.4精加工精加工2-61201500.10.2碳素钢碳素钢b600MPa钻中心孔钻中心孔500800rmin-1W18Cr4V钻孔钻孔25300.10.2切断（宽度切断（宽度5mm）701100.10.2YT类类铸铁铸铁HBS200粗加工粗加工50700.20.4YG类类精加工精加工701000.10.2切断（宽度切断（宽度5mm）50700.10.2训练题：训练题：P121.2 1.2 如何选

19、用刀具几何角度如何选用刀具几何角度1.2.11.2.1车刀几何角度车刀几何角度各种刀具都是由各种刀具都是由切削部分切削部分（刀头）和被夹持部分（刀头）和被夹持部分（刀刀体体或或刀柄）刀柄）两部分组成，二者既可以是一体的，也可两部分组成，二者既可以是一体的，也可以是由不同材料连接起来。以是由不同材料连接起来。 1.刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成 刀杆：起夹持作用刀杆：起夹持作用 刀头刀头:(三面三面) 前刀面：刀具上切屑流过的表面前刀面：刀具上切屑流过的表面 主后刀面：刀具上与过渡表面相主后刀面：刀具上与过渡表面相对的表面对的表面 副后刀面：刀具上与已加工表面副后刀面：刀具上与已加工表面相

20、对的表面相对的表面 (两刃两刃) 主切削刃：刀具上前刀面与主后主切削刃：刀具上前刀面与主后刀面的交线刀面的交线 副切削刃：刀具上前刀面与副后副切削刃：刀具上前刀面与副后刀面的交线刀面的交线 (一尖一尖) 主切削刃与副切削刃的交点主切削刃与副切削刃的交点 ,通通常磨成圆角常磨成圆角(修圆刀尖修圆刀尖)或短平刃或短平刃(倒角刀尖倒角刀尖) （修光刃修光刃）：）：P14，图，图1-7。刀尖形状的选择刀尖形状的选择 普通车刀切削部分的组成普通车刀切削部分的组成2.刀具角度参考系及其坐标平面刀具角度参考系及其坐标平面 基面基面 pr切削平面切削平面 ps正交平面正交平面 po通过主切削刃上的某通过主切削

21、刃上的某一点，与主运动方向一点，与主运动方向相垂直的平面相垂直的平面通过主切削刃上的某一通过主切削刃上的某一点，与加工表面相切并点，与加工表面相切并垂直于基面的平面垂直于基面的平面通过主切削刃上的某一点，并通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的同时垂直于基面和切削平面的平面平面作用：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面，只是假定参考，事实作用：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面，只是假定参考，事实看不见，摸不着。看不见，摸不着。2.刀具角度参考系及其坐标平面刀具角度参考系及其坐标平面(1)(1)正交平面正交平面PoPo中测量的刀具角度中测量的刀具角度1）前角前角o前刀面与基

22、面之间的夹角。前刀面与基面之间的夹角。2） 后角后角o后刀面与切削平面之间的夹角。后刀面与切削平面之间的夹角。3）楔角楔角o 前刀面与后刀面之间的夹角，它是个派生前刀面与后刀面之间的夹角，它是个派生角。它与前角、后角有如下的关系：角。它与前角、后角有如下的关系：o90(oo); o也是判断标注是否正确的验证式之一。也是判断标注是否正确的验证式之一。2.刀具角度参考系及其坐标平面刀具角度参考系及其坐标平面 a）前、后角为正值 b）前、后角为负 c）前、后角为零图1-11 车刀前、后角正负规定2.刀具角度参考系及其坐标平面刀具角度参考系及其坐标平面(2)(2)基面基面PrPr中测量的刀具角度中测量

23、的刀具角度1）主偏角主偏角r 主切削刃在基面上的投影与进给运动主切削刃在基面上的投影与进给运动速度速度vf 方向之间的夹角。方向之间的夹角。2）副偏角副偏角r 副切削刃在基面上的投影与进运动速度副切削刃在基面上的投影与进运动速度vf反方向之间的夹角。反方向之间的夹角。3）刀尖角刀尖角r 主、副切削刃在基面上的投影之主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。间的夹角，它是派生角度。r=180- (r r)r是标注角度是否正确的验证公式之一。是标注角度是否正确的验证公式之一。4）主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀）主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀尖的几何形状尖的几何形状

24、,用刀尖圆弧半径用刀尖圆弧半径r描述，当描述，当r=0时为时为尖角过渡，尖角过渡，r0时为圆角过渡，直线过渡时用时为圆角过渡，直线过渡时用 和和 b参数描述。参数描述。(3)(3)切削平面切削平面PsPs中测量的刀具角度中测量的刀具角度1）刃倾角刃倾角s 主切削刃与基面之间的夹角。主切削刃与基面之间的夹角。它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。当主切削刃与基面平行时当主切削刃与基面平行时s=0；当刀尖点相对基面处；当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时于主切削刃上的最高点时s 0；反之；反之s 0。 2.刀具角度参考系及其坐标平面刀具角度参考系及其坐

25、标平面正交平面内正交平面内前角前角o后角后角o主偏角主偏角r副偏角副偏角r主切削刃与进给方向间的夹角主切削刃与进给方向间的夹角前刀面与基面间的夹角前刀面与基面间的夹角主后刀面与切削平面间的夹角主后刀面与切削平面间的夹角负切削刃与进给方向反向的夹负切削刃与进给方向反向的夹角角切削平面内切削平面内刃倾角刃倾角s主切削刃与基面间的夹角主切削刃与基面间的夹角基面内基面内2.刀具角度参考系及其坐标平面刀具角度参考系及其坐标平面1.2.2 车刀图示及角度标注方法 绘制刀具图时，一般取基面投影为主视图，切削平面投影为向视图。同时做出主、副切削刃上的正交平面作为对应的剖视图，标注必要的刀具几何角度。 以普通外

26、圆车刀为例，刀具角度的标注步骤如下。 （1）首先画出基面上的主视图，标出主偏角、副偏角和刀尖角。 （2）画出切削平面，标出刃倾角。 （3）在主切削刃剖面内标注出前角、后角、楔角。 （4）对于副切削刃角度，同样可在副切削刃剖面中标注出。2）典型车刀设计 （1）90偏刀 设车刀以纵向进给车外圆，Kr=90。刀具有一条主切削刃，一个刀尖，一条副切削刃。需要标注的独立角度共有6个，即前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角。（2）切断刀如图1-13所示，设车刀以横向进给车槽或切断。切断刀可以看做是两把端面车刀的组合，刀具有一条主切削刃，两个刀尖，两条副切削刃，可同时车出左、右两个端面。图中两条副切削

27、刃与主切削刃同处在一个前刀面上，因此这把切断刀共有4个刀面，需要标注的独立角度共有8个。前角前角0前刀面与基面间的前刀面与基面间的夹角夹角前角大，刃口锋利，切屑变小，前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。生崩刃。后角后角0主后刀面与切削平主后刀面与切削平面间的夹角面间的夹角增大后角可减少摩擦，提高工增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。使切削刃锋利。1.2.3 刀具几何角度选择原则PoPrPso0 r已 加 工 面加 工 面待 加 工 面r主偏角主偏角r主切削刃与进给方向间的主切削刃与进给方

28、向间的夹角夹角影响切削层的形状，切削刃的工作长度影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少和单位切削刃上的负荷。减少r，主切，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。小，耐用。副偏角副偏角r 副切削刃与进给反方副切削刃与进给反方向间方向的夹角向间方向的夹角影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少减少r ，减少表面的粗糙度的数值，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量。动，降低

29、表面质量。1.2.3 刀具几何角度选择原则PoPrPso0 r已加工面加工面待加工面rfnPsPrPo0 r已加工面 r注意：车外注意：车外圆与车端面圆与车端面主、副偏角主、副偏角的变化的变化1.2.3 刀具几何角度选择原则1.前角前角（1 1）功用）功用刀刃锋利刀刃锋利，切屑变形，切屑变形切削力和切削功率切削力和切削功率刀刃和刀尖强度刀刃和刀尖强度，散热体积，散热体积刀具寿命刀具寿命OOo1Pro21.2.3 1.2.3 刀具几何角度的选择原则刀具几何角度的选择原则（2）选择）选择前角大小取决于：前角大小取决于：工件材料、刀具材工件材料、刀具材料及加工要求。料及加工要求。工件材料强度、硬度较

30、低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。前角。粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。 2.后角后角o （1）功用）功用o o 后刀面与工件的摩擦后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率后刀面的磨损率（2）选择）选择后角大小取决于：切削厚度、后角大小

31、取决于：切削厚度、工件材料及工艺系统刚度。工件材料及工艺系统刚度。切削厚度越大，后角越小；切削厚度越大，后角越小；工件材料越软、塑性越大，后角越大；工件材料越软、塑性越大，后角越大；工艺系统刚度较差时，适当减小后角；工艺系统刚度较差时，适当减小后角； 3.主偏角主偏角r 和副偏角和副偏角r（1）功用）功用r 和和r 刀刃强度刀刃强度表面粗糙度表面粗糙度径向力径向力FY残留面积高度残留面积高度，散热条件，散热条件刀具寿命刀具寿命，轴向进给力，轴向进给力FXkr1Krkr2FpFf1.2.3 1.2.3 刀具几何角度的选择原则刀具几何角度的选择原则（2）选择）选择工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值

32、；反之取较大值。工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反之取较大值。副偏角大小取决于表面粗糙度（副偏角大小取决于表面粗糙度（5 51515) )，粗加工时，粗加工时 取大值，精加工取小值。取大值，精加工取小值。残留高度残留高度残留高度1.2.3 1.2.3 刀具几何角度的选择原则刀具几何角度的选择原则1.2.3 1.2.3 刀具几何角度的选择原则刀具几何角度的选择原则1.2.3 1.2.3 刀具几何角度的选择原则刀具几何角度的选择原则4.刃倾角刃倾角s （1）功用）功用（2）选择）选择 主要影响刀头的强度和主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。切屑的流动方向。加工一般钢料和铸铁加工一般钢料和铸铁粗

33、车粗车s s 0 0 5 5，精车，精车s s 0 0 +5+5；有冲击时：有冲击时：s s 5 5 1515；特别大时：特别大时：s s 3030 4545。切削加工高强度钢、冷硬钢时：切削加工高强度钢、冷硬钢时：s s 3030 4545。 用刃倾角用刃倾角s=0车刀车削外圆时，安装时若车刀的车刀车削外圆时，安装时若车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，化，前角前角o增大增大，而，而后角后角o减小减小。 若切削刃低于工件中心，则工作角度的若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情况正变化情况正好相反好相反。 加工内表面时，加

34、工内表面时，情况与加工外表面相反情况与加工外表面相反。1）刀尖安装高低对工作前、后角的影响）刀尖安装高低对工作前、后角的影响问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影响问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影响刀尖安装高低对工作角度的影响刀尖安装高低对工作角度的影响问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影响问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影响刀具与工件相对位置关系刀具与工件相对位置关系问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影响问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影响2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影响问题：刀具安装位置对刀具工作角度的影

35、响P21 训练题1.3 1.3 如何控制金属切削过程如何控制金属切削过程1. 3.1 切削过程变形规律切削过程变形规律以塑性材料的切屑形成为例，金属切削以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区可大致划分为：区可大致划分为：三个变形区三个变形区第一变形区 从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。OA线和OM线之间的区域。第二变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，基本上和前刀面平行。第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分及后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加工硬化。1.第一变形区第一变形区OA始滑移线始滑移线OM终滑移线终滑移

36、线变形的主要特征：变形的主要特征： 剪切滑移变形剪切滑移变形 加工硬化加工硬化一般速度范围内一区一般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）2.第二变形区第二变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。（挤压摩擦区（挤压摩擦区切屑形成）切屑形成）滞流层：接近前刀面的切屑底层晶粒拉滞流层：接近前刀面的切屑底层晶粒拉长，形成与前刀面平行的纤维层

37、，流速长，形成与前刀面平行的纤维层，流速很慢，变形程度非常剧烈。很慢，变形程度非常剧烈。切塑性金属时前刀面上应力切塑性金属时前刀面上应力分布情况分布情况刀刀-屑接触区可分屑接触区可分两部分：两部分：粘接区粘接区lf1: 剪切滑移，内摩擦剪切滑移，内摩擦滑动区滑动区lf2: 滑动摩擦，外摩擦滑动摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力一般内摩擦力约占总摩擦力的的85%3.第三变形区第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近

38、，此处的应力刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中而复杂，切屑在此与工件本体材料分离。集中而复杂，切屑在此与工件本体材料分离。（挤压摩擦回弹区（挤压摩擦回弹区已加工表面形成区）已加工表面形成区）变形特征：变形特征：挤压、摩擦与回弹挤压、摩擦与回弹刀刃钝圆半径刀刃钝圆半径 rn后刀面磨损带后刀面磨损带VB弹性恢复区弹性恢复区CD经过第二变形区的变形金属沿终滑移层OM方向流出，由于刀刃钝圆的存在，少部分厚a的金属切削层不能沿OM方向流出，被刀刃钝圆挤压过去，该部分经过刀刃钝圆B点后，受到后刀面BC段的挤压和摩擦，经过BC段后，这部分金属开始弹性恢复，恢复高度为h，在恢复过程中又与后刀面

39、CD部分产生摩擦，形成了已加工表面的加工质量。3.第三变形区第三变形区1.3.2 积屑瘤和鳞次积屑瘤和鳞次中等切削速度（中等切削速度（550m/min，切削温度约为，切削温度约为300380C ），），加工塑性材料最容易产生。加工塑性材料最容易产生。切削速度控制在小于切削速度控制在小于5m/min或大于或大于50m/min的范围内的范围内是减少积屑瘤重要措施。是减少积屑瘤重要措施。对加工的影响：对加工的影响：（1）保护刀具）保护刀具（2）增大实际前角，大至）增大实际前角，大至3035 （3）影响工件表面质量和尺寸精度，）影响工件表面质量和尺寸精度，粗加工可以，精加工不允许。粗加工可以，精加工不

40、允许。防止措施防止措施切削速度、切削液、增大前角、提高工件硬度切削速度、切削液、增大前角、提高工件硬度积屑瘤的形成过程积屑瘤的形成过程1.3.2 积屑瘤和鳞次积屑瘤和鳞次a）鳞刺的生成；b）鳞刺的表面形态图1-25 鳞刺 在已加工表面上产生近似与切削速度方向垂直的横向裂纹和呈鳞片状的毛刺简称鳞刺，如图1-25所示。鳞刺是很严重的表面缺陷，当鳞刺出现时，表面粗糙度值增大24级。 1. 带状切屑带状切屑-外形连续不断呈带状，外形连续不断呈带状，它的底层表面是光滑的、上表面是毛茸状的。当加它的底层表面是光滑的、上表面是毛茸状的。当加工塑性材料，进给量较小，切削速度较高，刀具前角较大时，往往会得此类切

41、屑。形成工塑性材料，进给量较小，切削速度较高，刀具前角较大时，往往会得此类切屑。形成带状切屑的切削过程比较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度值较小。带状切屑的切削过程比较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度值较小。2. 节状切屑节状切屑-又称又称挤裂切屑挤裂切屑，其外弧表面呈锯齿状，内弧表面有时有裂纹。节状切屑多，其外弧表面呈锯齿状，内弧表面有时有裂纹。节状切屑多在切削速度较低、进给量（切削厚度）较大、加工塑性材料时产生。在切削速度较低、进给量（切削厚度）较大、加工塑性材料时产生。3. 粒状切屑粒状切屑-又称又称单元切屑单元切屑。当切削过程中剪切面上的应力超过工件材料破裂强度时，。当切削

42、过程中剪切面上的应力超过工件材料破裂强度时，则整个单元被切离成梯形单元，得到单元切屑。当切削塑性材料，前角较小（或为负前则整个单元被切离成梯形单元，得到单元切屑。当切削塑性材料，前角较小（或为负前角）、切削速度较低、进给量较大时易产生单元切屑。角）、切削速度较低、进给量较大时易产生单元切屑。 4. 崩碎切屑崩碎切屑-切削脆性材料时，因工件材料的塑性很小，抗拉强度也很低，切屑是未经切削脆性材料时，因工件材料的塑性很小，抗拉强度也很低，切屑是未经塑性变形就在拉应力作用下脆断，形成不规则的碎块状切屑，此种切屑称为崩碎切屑。塑性变形就在拉应力作用下脆断，形成不规则的碎块状切屑，此种切屑称为崩碎切屑。工

43、件材料越硬、越脆，进给量越大，越易产生此类切屑。工件材料越硬、越脆，进给量越大，越易产生此类切屑。1.3.3 切屑的种类及其控制切屑的种类及其控制图1-26 切屑形态a）带状切屑 b）节状切屑 a）粒状切屑 b）崩碎切屑1.3.3 切屑的种类及其控制切屑的种类及其控制带状、节状、粒状切屑是可以相互转化的：前角 切削速度进给量 2）按切屑的形状（根据整体外观观察切屑形状）大体可分为带状屑、C型屑、崩碎屑、螺旋卷屑、长紧卷屑、发条状屑、宝塔状屑等，如图1-27所示。总结各种屑形的优缺点。1.3.3 切屑的种类及其控制切屑的种类及其控制 2切屑的控制工件材料脆性越大（断裂应变值小）、切屑厚度越大、切

44、屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。 （1）采用断屑槽通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。 （2）改变刀具角度增大刀具主偏角，切削厚度变大，有利于断屑。减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断。刃倾角可以控制切屑的流向，为正值时，切屑常卷曲后碰到后刀面折断形成C形屑或自然流出形成螺卷屑。为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成C形屑或6字形屑。 （3）调整切削用量提高进给量 f使切削厚度增大，对断屑有利；但增大 f会增大加工表面粗糙度。适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实际条件适当选择切削用量。1.3.4

45、切削力切削力 图图1-28 切削力的来源切削力的来源 图图1-29 切削力的分解切削力的分解 工件材料抵抗刀具所产生的阻力称为切削力工件材料抵抗刀具所产生的阻力称为切削力 2）总切削力）总切削力 的分解的分解 （1）主切削力 （或称切向力） 主切削力是总切削力在主运动方向上的分力，垂直于基面，与切削速度方向一致。在切削加工中，它所消耗的功最多，是计算刀具强度、设计机床零部件、确定机床功率的主要依据；也是计算刀具强度、设计夹具、选择用量的重要依据。 （2）径向力 （或称背向力、切深抗力） 径向力是总切削力在垂直于进给运动方向上的分力，是验算工艺系统刚度得主要依据。此力的反力使工件发生弯曲变形，影

46、响工件的加工精度，并在切削过程中产生振动的主要原因。 （3）轴向力 （或称进给抗力、进给力）cFpFfF2c2f2prFFFF2f2ppfFFFrpfpcoskFFrpffsinkFFrF2影响切削力的因素 影响切削力的因素很多，凡是影响变形与摩擦的因素都会影响切削力。 1）工件材料：工件材料的硬度或强度越高，变形抗力越大，切削力就越大。 2）切削用量：背吃刀量对切削力的影响最大，其次是进给量。当背吃刀量增大一倍时，主切削力也增大一倍；但当进给量增大一倍时，只增加0.750.9倍。 3）刀具几何角度： 4）刀具磨损 5）刀具材料及切削液 1.3.5 切削温度切削温度 （1 1）切削最高温度并不

47、在刀）切削最高温度并不在刀刃，而是刃，而是离刀刃有一定距离离刀刃有一定距离。对于。对于4545钢，约在离刀刃钢，约在离刀刃1 1处前刀面的温度最高。处前刀面的温度最高。（2 2）后刀面温度的分布与前）后刀面温度的分布与前刀面类似，刀面类似，最高温度也在切最高温度也在切削刃附近，削刃附近，不过不过比前刀面的比前刀面的温度低。温度低。（3 3）终剪切面后，沿切屑流）终剪切面后，沿切屑流出的垂直方向温度变化较大出的垂直方向温度变化较大，越靠近刀面，温度越高，越靠近刀面，温度越高，这说明切屑在刀面附近被这说明切屑在刀面附近被摩摩擦升温擦升温，而且切屑在前刀面，而且切屑在前刀面的摩擦热集中在切屑底层。的

48、摩擦热集中在切屑底层。 （1）切削用量：切削速度、背吃刀量、进给量。 （2）刀具的几何参数 （3）工件材料 （4）切削液 （5）刀具磨损3 影响切削温度的因素影响切削温度的因素 1.3.6 1.3.6 刀具磨损和耐用度刀具磨损和耐用度1.刀具失效刀具失效（1）后刀面磨损：）后刀面磨损：VB（2）前刀面磨损）前刀面磨损:KT（3）边界磨损（崩刃、）边界磨损（崩刃、剥落、裂纹、塑性破损）剥落、裂纹、塑性破损）这是一种连续、逐渐的破坏形式2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因（1）磨粒磨损：硬质点磨损）磨粒磨损：硬质点磨损（2）粘结磨损）粘结磨损（3）扩散磨损）扩散磨损（4）相变磨损）相变磨损（5）氧化磨损）氧化磨损v在低、中速切削时，主要是磨粒磨损和在低、中速切削时，主要是磨粒磨损和粘结磨损；中等以上切削时，相变磨损、粘结磨损；中等以上切削时，相变磨损、粘结、扩散、氧化磨损。粘结、扩散、氧化磨损。1.3.61.3.6刀具磨损和耐用度刀具磨损和