金属切削加工基础7(皮)

1、 重点：、外圆车刀的三个刃、两个面和一个尖的作用；重点：、外圆车刀的三个刃、两个面和一个尖的作用； 、外圆车刀的个主要角度的定义及其主要作用；、外圆车刀的个主要角度的定义及其主要作用； 、常用刀具材料的种类和适用范围；、常用刀具材料的种类和适用范围； 、切削力及切削功率的计算方法；、切削力及切削功率的计算方法； 、积屑瘤的作用；、积屑瘤的作用； 、切削用量的合理选择；、切削用量的合理选择； 、C6136型卧式车床传动系统的分析。型卧式车床传动系统的分析。 难点：、外圆车刀的个主要角度的作用；难点：、外圆车刀的个主要角度的作用； 、C6136型卧式车床传动系统的分析。型卧式车床传动系统的分析。金

2、属切削加工金属切削加工- -利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。作用作用- -使金属获得符合图样要求的尺寸精度、形状精度、位置精度使金属获得符合图样要求的尺寸精度、形状精度、位置精度及表面质量。及表面质量。种类种类- -分为钳工和机械加工两类。分为钳工和机械加工两类。钳工钳工- -工人手持工具进行的切削加工。工人手持工具进行的切削加工。机械加工机械加工利用机械力对各种工件进行加工的方法。利用机械力对各种工件进行加工的方法。不同的切削加工方法，所用的刀具是不同的，但其切削部分的几何不同的切削加工方法，所用的刀具是不同的，但其切削部分的几何形状却

3、很相似。外圆车刀是最常用、最典型的切削工具，其它刀具形状却很相似。外圆车刀是最常用、最典型的切削工具，其它刀具可看作是有他演变和组合而成，因此分析清楚外圆车刀的几何形状可看作是有他演变和组合而成，因此分析清楚外圆车刀的几何形状之后，也就具备了进一步分析其它刀具的基础。之后，也就具备了进一步分析其它刀具的基础。刀具的角度的种类刀具的角度的种类分为标注角度和工作角度两类。分为标注角度和工作角度两类。标注角度标注角度在设计刀具时，图样上标注的角度、刃磨刀具时测量的角度称为在设计刀具时，图样上标注的角度、刃磨刀具时测量的角度称为刀具的标注角度（或静止角度）。刀具的标注角度（或静止角度）。 外圆车刀的标

4、注角度三个面、两个刃、一个尖。外圆车刀的标注角度三个面、两个刃、一个尖。 、三个面前刀面、主后面、副后面。、三个面前刀面、主后面、副后面。 前刀面前刀面（A A）刀具上切屑流过的面。）刀具上切屑流过的面。 主后面主后面（A A）刀具上同前刀面相交形成主切削刃的后面，它）刀具上同前刀面相交形成主切削刃的后面，它面对着工件上的过渡表面。面对着工件上的过渡表面。 副后面副后面（AA）刀具上同前刀面相交形成副切削刃的后面，）刀具上同前刀面相交形成副切削刃的后面，它面对着工件上的已加工表面。它面对着工件上的已加工表面。 、两个刃、两个刃主切削刃和副切削刃。主切削刃和副切削刃。 主切削刃主切削刃用于在工件

5、上切出过渡表面的切削刃，担负要切削用于在工件上切出过渡表面的切削刃，担负要切削工作。工作。 副切削刃副切削刃担负少量切削工作，起一定的修光作用。担负少量切削工作，起一定的修光作用。 、一个尖、一个尖刀尖是主切削刃与副切削刃的连接处。刀尖是主切削刃与副切削刃的连接处。 确定车刀角度的几个坐标平面。确定车刀角度的几个坐标平面。 主运动方向主运动方向切削刃选定点相对于工件的瞬时主切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向。当单独看车刀时，此主运动方向是假运动方向。当单独看车刀时，此主运动方向是假定的，所以称为假定主运动方向。定的，所以称为假定主运动方向。 进给运动方向进给运动方向是切削刃选定点相对于工件

6、的瞬是切削刃选定点相对于工件的瞬时进给方向。当单独看车刀时，此进给运动方向时进给方向。当单独看车刀时，此进给运动方向是假定的，所以称为假定进给方向。是假定的，所以称为假定进给方向。 坐标平面：坐标平面： 、基面、基面P P通过切削刃选定点通过切削刃选定点A A，垂直于假定运动，垂直于假定运动方向的平面。方向的平面。 、主切削平面、主切削平面PsPs通过主切削刃选定点通过主切削刃选定点A A，与主切削，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。刃相切并垂直于基面的平面。 、副切削平面、副切削平面PsPs通过副切削刃选定点，与副切削通过副切削刃选定点，与副切削刃相切并垂直于基面的平面。刃相切并垂直于基面的

7、平面。 、正交平面、正交平面PoPo（又称主剖面图（又称主剖面图7.27.2）- -通过主切削刃选通过主切削刃选定点定点A A，并同时垂直于基面和主切削平面的平面。，并同时垂直于基面和主切削平面的平面。 、假定工作平面、假定工作平面PtPt通过主切削刃选定点通过主切削刃选定点A A，垂直于，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面。基面并平行于假定进给运动方向的平面。外圆车刀外圆车刀5 5个主要角度的定义及其主要作用个主要角度的定义及其主要作用 、在基面、在基面PrPr投影中测量的角度有投影中测量的角度有( (图图7.3)7.3)（1 1）主偏角）主偏角K Kr- r- -主切削平面主切削平面

8、P Ps s与假定工作平面与假定工作平面P Pf f的夹角的夹角（即主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角）。（即主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角）。增大主偏角可使径向分力（又称背向力）增大主偏角可使径向分力（又称背向力）F Fp p减小，可减小减小，可减小车削细长杆时车削细长杆时F Fp p把工件顶弯的变形（图把工件顶弯的变形（图7.4)7.4)。如图如图7.57.5所示，在背吃刀量所示，在背吃刀量a ap p和进给量和进给量f f相同的情况下，减相同的情况下，减小主偏角小主偏角KrKr，可使主切削刃参加切削的长度增加，使切屑，可使主切削刃参加切削的长度增加，使切屑变薄，刀

9、刃单位长度的切削负荷减轻，从而增大了散热面变薄，刀刃单位长度的切削负荷减轻，从而增大了散热面积使刀具耐用。积使刀具耐用。KrKr一般为一般为40409090。外圆车刀外圆车刀5 5个主要角度的定义及其主要作用个主要角度的定义及其主要作用（2）副偏角）副偏角Kr-副切削平面副切削平面Ps与假定工作平面与假定工作平面Pf间的夹角（即进给的相反方向和副切削刃在基间的夹角（即进给的相反方向和副切削刃在基面上的投影间的夹角）。副偏角可使副切削刃与面上的投影间的夹角）。副偏角可使副切削刃与工件已加工表面的摩擦力减少，防止切削时产生工件已加工表面的摩擦力减少，防止切削时产生震动。减小副偏角还可减小已加工表面

10、上的残留震动。减小副偏角还可减小已加工表面上的残留面积，从而减少表面粗糙度面积，从而减少表面粗糙度Ra值，使副切削刃值，使副切削刃起修光作用。一般起修光作用。一般Kr为为515。外圆车刀外圆车刀5 5个主要角度的定义及其主要作用个主要角度的定义及其主要作用、在正交平面、在正交平面P Po o中测量的角度中测量的角度前角前角o o- -前刀面前刀面A Ar r与基面与基面P Pr r的夹角。增大前角使刀刃锋利、切削轻快，但前角的夹角。增大前角使刀刃锋利、切削轻快，但前角过大使刀刃削弱、不易散热且容易磨损和损坏。对于硬质合金车刀切削钢件，可过大使刀刃削弱、不易散热且容易磨损和损坏。对于硬质合金车刀

11、切削钢件，可取取o o为为5 51515，车削铸铁时，可取，车削铸铁时，可取o o为为0 01010。外圆车刀外圆车刀5 5个主要角度的定义及其主要作用个主要角度的定义及其主要作用后角后角o o- -主后面主后面A A与与主切削平面主切削平面P Ps s间间的夹角。它可减小主后面与工的夹角。它可减小主后面与工件过渡表面间的摩擦。一般为件过渡表面间的摩擦。一般为6 61212，粗车时取小值，精车，粗车时取小值，精车时取大值。时取大值。、在主切削平面中测量的角度、在主切削平面中测量的角度刃倾角刃倾角s-s-主切削刃主切削刃S S与基面间与基面间P Pr r间间的夹角。它影响刀尖强度和切屑流的夹角。

12、它影响刀尖强度和切屑流出的方向。如图出的方向。如图7.67.6，主切削刃与，主切削刃与基面平行时基面平行时s s=0=0；刀尖处于主切刀尖处于主切削刃最低点时削刃最低点时s s为负值为负值，刀尖强，刀尖强度增大，切屑流向已加工表面，用度增大，切屑流向已加工表面，用于粗加工。刀尖处于主切削刃的最于粗加工。刀尖处于主切削刃的最高点高点s s为正值，刀尖强度削弱，为正值，刀尖强度削弱，切屑流向待加工表面，用于精加工。切屑流向待加工表面，用于精加工。一般一般s s=-5-5+5+5。 从图从图7.77.7（）可以看出，当右偏刀作横向进给时，其主切削刃）可以看出，当右偏刀作横向进给时，其主切削刃S S、

13、副切削刃副切削刃SS、主切削平面、主切削平面PsPs、副切削平面、副切削平面PsPs、假定工作平面、假定工作平面P Pf f、主偏角主偏角KrKr、副偏角、副偏角KrKr、正交平面、正交平面P Po o、主后面、主后面A A、后角、后角o o、已、已加工表面、待加工表面以及过渡表面的位置与车外圆时都不同。加工表面、待加工表面以及过渡表面的位置与车外圆时都不同。车槽刀有两个刀尖、两个副切削刃车槽刀有两个刀尖、两个副切削刃SS和两个副偏角和两个副偏角KrKr（如图（如图7.77.7所示）所示） 在实际切削加工时，由于车刀装夹位置和进给运动的影响，确定刀具角在实际切削加工时，由于车刀装夹位置和进给运

14、动的影响，确定刀具角度坐标平面的位置将发生变化，使的刀具实际切削时的角度值与其标注角度度坐标平面的位置将发生变化，使的刀具实际切削时的角度值与其标注角度值不同。值不同。1 1）刀具安装位置的影）刀具安装位置的影响响当刀尖与工件的轴线不等高，将引起工作前角当刀尖与工件的轴线不等高，将引起工作前角oeoe和工作后角和工作后角oeoe发生变化；当外圆车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，会引发生变化；当外圆车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，会引起工作主偏角起工作主偏角K Krere和工作副偏角和工作副偏角KKrere发生变化。发生变化。 如图：如图：车槽刀在车槽过程中，当考虑横向进给运动时，切削

15、刃车槽刀在车槽过程中，当考虑横向进给运动时，切削刃相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线。此时合成切削速度的相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线。此时合成切削速度的方向是与切削刃处的阿基米德螺旋线相切，工作基面方向是与切削刃处的阿基米德螺旋线相切，工作基面rere是与合成切削速度方是与合成切削速度方向垂直的平面，工作主切削平面向垂直的平面，工作主切削平面sese应与工作基面应与工作基面rere垂直。使工作前角垂直。使工作前角oeoe比比标注前角标注前角o o增大，工作后角增大，工作后角oeoe比比o o减小。减小。1 1、对刀具材料的要求、对刀具材料的要求 刀具切削工件时，切削部分直

16、接受到高温、高压以刀具切削工件时，切削部分直接受到高温、高压以及强烈的摩擦和冲击与振动的作用，因此它必须具备以及强烈的摩擦和冲击与振动的作用，因此它必须具备以下基本性能：下基本性能：（1 1）较高的硬度）较高的硬度其硬度必须高于工件材料的硬度。其硬度必须高于工件材料的硬度。（2 2）良好的耐磨性）良好的耐磨性耐磨性越好，刀具磨损就越慢，同一把刀具连耐磨性越好，刀具磨损就越慢，同一把刀具连续加工出的一批零件的尺寸分散性就越小。续加工出的一批零件的尺寸分散性就越小。（3 3）良好的耐热性）良好的耐热性也称热硬性或红硬性，是指刀具材料在较高也称热硬性或红硬性，是指刀具材料在较高温度下仍能保持高的硬度

17、、高的强度和良好的耐磨性等综合性能温度下仍能保持高的硬度、高的强度和良好的耐磨性等综合性能（4 4）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性以承受切削力和冲击。以承受切削力和冲击。（5 5）良好的工艺性）良好的工艺性易于锻造、焊接、切削加工和热处易于锻造、焊接、切削加工和热处理等。理等。（1 1）碳素工具钢）碳素工具钢含碳质量分数较高的优质钢，（含碳质量分数较高的优质钢，（0.7%1.2%0.7%1.2%），淬），淬火后硬度可达火后硬度可达HRC6165HRC6165，价格低。但耐热性不好，在价格低。但耐热性不好，在200 250 200 250 时硬度时硬度就会急剧下降，允许采用的切削速度不能超过

18、就会急剧下降，允许采用的切削速度不能超过8 8m/minm/min，在淬火时容易产生变在淬火时容易产生变形和裂纹，所以多用于制造切削速度低的简单手工工具，如锉刀、锯条和刮形和裂纹，所以多用于制造切削速度低的简单手工工具，如锉刀、锯条和刮刀等。常用牌号为刀等。常用牌号为T10T10、T10AT10A、T12T12、T12AT12A等。等。（2 2）合金工具钢）合金工具钢在碳素工具钢中加入适量的铬在碳素工具钢中加入适量的铬( (Cr)Cr)、钨钨( (W)W)、锰（锰（MnMn）等合金元素，能提高材料的耐热性、耐磨性和韧性。常用于制造低速加工（允许等合金元素，能提高材料的耐热性、耐磨性和韧性。常用

19、于制造低速加工（允许的切削速度可比碳素工具钢提高的切削速度可比碳素工具钢提高20%20%左右）和要求热处理变形小的刀具，如绞刀、左右）和要求热处理变形小的刀具，如绞刀、拉刀等。常用的牌号拉刀等。常用的牌号CrWMnCrWMn和和9 9SiCrSiCr等。等。（3 3）高速钢）高速钢又称白钢、锋（或风）钢，它含较多的钨、铬等合金元素的又称白钢、锋（或风）钢，它含较多的钨、铬等合金元素的高合金工具钢。硬度、耐热性都显著提高，淬火硬度为高合金工具钢。硬度、耐热性都显著提高，淬火硬度为HRC62-65HRC62-65，耐热性可达耐热性可达600 600 ，允许切削速度为，允许切削速度为30305050

20、m/min.m/min.其热处理变形小其热处理变形小, ,刃磨性较硬质合金好刃磨性较硬质合金好, ,广广泛应用于制造各种复杂的刀具泛应用于制造各种复杂的刀具, ,如钻头、铣刀、拉刀和齿轮刀具等。常用牌号为如钻头、铣刀、拉刀和齿轮刀具等。常用牌号为W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2等。等。（4 4）硬质合金）硬质合金：由硬度和熔点都很高的碳化钨、碳化钛：由硬度和熔点都很高的碳化钨、碳化钛物作为基体，用钴做粘结剂，采用粉末冶金的方法制成物作为基体，用钴做粘结剂，采用粉末冶金的方法制成的合金，其硬度很高，可达的合金，其硬度很高，可达HRA89HRA899191（相

21、当于相当于HRC74-78HRC74-78）耐热性可达耐热性可达850-1000 850-1000 ，允许切削速度，允许切削速度可达可达100100300300m/min,m/min,但其抗弯强度和韧性不如高速钢，但其抗弯强度和韧性不如高速钢，冲击性差。通常把硬质合金制成各种形式的刀片，将其冲击性差。通常把硬质合金制成各种形式的刀片，将其焊接或夹固在刀体上使用。焊接或夹固在刀体上使用。硬质合金按其成分来分，可分为两大类：硬质合金按其成分来分，可分为两大类：钨钴类（钨钴类（YGYG类）：类）：由碳化钨和钴组成，韧性较好，但切削韧性材由碳化钨和钴组成，韧性较好，但切削韧性材料时耐磨性较差。因此，料

22、时耐磨性较差。因此，YGYG类硬质合金刀用于加工铸铁、青铜等脆类硬质合金刀用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有性材料。常用的牌号有YG3YG3、YG6YG6、YG8YG8等，其中的数字表示钴的等，其中的数字表示钴的含量。含钴多，韧性好，但硬度和耐磨性下降。因此，粗加工用含量。含钴多，韧性好，但硬度和耐磨性下降。因此，粗加工用YG8YG8，精加工用精加工用YG3YG3。钨钛钴合金（钨钛钴合金（YTYT类）：类）：由碳化钨、碳化钛和钴组成。由于加入了由碳化钨、碳化钛和钴组成。由于加入了碳化钛，因此其耐磨性及耐热性比碳化钛，因此其耐磨性及耐热性比YGYG类硬质合金更高，但类硬质合金更高，但YT

23、YT类类合金韧性差，故适用于加工钢件。常用的牌号有合金韧性差，故适用于加工钢件。常用的牌号有YT5YT5、YT15YT15、YT30YT30等，其中的数字表示碳化钛的含量，碳化钛的含量越高，等，其中的数字表示碳化钛的含量，碳化钛的含量越高，耐热性和耐磨性越好，但韧性越差。粗加工用耐热性和耐磨性越好，但韧性越差。粗加工用YT5YT5，精加工用精加工用YT30YT30。（5 5）陶瓷刀具（）陶瓷刀具（Al2O3Al2O3）: :刀具硬度可达刀具硬度可达HRA86HRA8696,96,能耐能耐1200 1200 的高温，所以能承受较高的切削速度，但陶瓷材料性脆而怕冲击，的高温，所以能承受较高的切削速

24、度，但陶瓷材料性脆而怕冲击，所以如何提高它的抗弯强度，成为各国研究的重点。所以如何提高它的抗弯强度，成为各国研究的重点。（6 6）人造金刚石）人造金刚石：可用于加工硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属：可用于加工硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及其合金等，但不宜加工钢铁材料，因铁和金刚石碳原子亲和力强，及其合金等，但不宜加工钢铁材料，因铁和金刚石碳原子亲和力强，易产生粘附作用而加快刀具的磨损。易产生粘附作用而加快刀具的磨损。（7 7）立方碳化硼：）立方碳化硼：半精加工和精加工高硬度、高强度的淬火钢几半精加工和精加工高硬度、高强度的淬火钢几耐热钢，也可用于精加工有色金属。耐热钢，也可用于精加工有色金属。

25、一、切削过程及切削种类一、切削过程及切削种类1 1、金属切削过程切削加工时，工、金属切削过程切削加工时，工件上的一部分金属受到刀具的挤件上的一部分金属受到刀具的挤压产生弹性变形和塑性变形。如压产生弹性变形和塑性变形。如图，工件金属受到刀具图，工件金属受到刀具挤压，切削层金属在线以左挤压，切削层金属在线以左只有弹性变形，愈靠近，弹只有弹性变形，愈靠近，弹性变形愈大，在面上应力达性变形愈大，在面上应力达到材料的屈服点到材料的屈服点s s，晶粒内部，晶粒内部原子沿滑移面发生滑移，使晶粒原子沿滑移面发生滑移，使晶粒由圆颗粒逐渐呈椭圆形。刀具继由圆颗粒逐渐呈椭圆形。刀具继续移动，产生滑移变形的金属逐续移

26、动，产生滑移变形的金属逐渐向前刀面靠拢，应力和变形也渐向前刀面靠拢，应力和变形也逐渐增大。当到达终滑移线逐渐增大。当到达终滑移线时，被切削材料的流动方向与前时，被切削材料的流动方向与前刀面平行。切削层的金属经刀面平行。切削层的金属经到的塑性变形区脱离工件母到的塑性变形区脱离工件母体后，沿前刀面流出而且形成切体后，沿前刀面流出而且形成切屑，完成切离。与切削速度屑，完成切离。与切削速度方向之间的夹角方向之间的夹角角称为滑移角角称为滑移角（或剪切角）。（或剪切角）。7.27.2金属切削过程及其伴生的物理现象金属切削过程及其伴生的物理现象切削加工时，工件上的一部分切削加工时，工件上的一部分金属受到挤压

27、而产生弹性变形。金属受到挤压而产生弹性变形。切削塑性金属时，实际有三个切削塑性金属时，实际有三个变形区。变形区。第一变形区在第一变形区在OMOM和和OAOA之间。之间。第二变形区是切屑与前刀面的第二变形区是切屑与前刀面的摩擦区，积屑瘤的产生及前刀摩擦区，积屑瘤的产生及前刀面的磨损主要取决于第二变形面的磨损主要取决于第二变形区的变形。第三变形区是工件区的变形。第三变形区是工件已加工表面与后刀面的摩擦区，已加工表面与后刀面的摩擦区，后刀面的磨损及已加工表面质后刀面的磨损及已加工表面质量与这个变形区的变形有关。量与这个变形区的变形有关。其中，第一变形区的变形最大。其中，第一变形区的变形最大。 工件材

28、料的塑性、刀具前角及所采用的切削用量（工件材料的塑性、刀具前角及所采用的切削用量（a ap p、f f及及v vc c），），会产生会产生不同类型的切屑，不同类型的切屑对加工过程和已加工表面都会产生不同的不同类型的切屑，不同类型的切屑对加工过程和已加工表面都会产生不同的影响。影响。（1 1）带状切屑切削塑性金属时，采用前角大、切削速度高、进给量和背吃刀）带状切屑切削塑性金属时，采用前角大、切削速度高、进给量和背吃刀量小时，容易产生带状切屑，加工表面粗糙度小，但它会缠绕在刀具或工件量小时，容易产生带状切屑，加工表面粗糙度小，但它会缠绕在刀具或工件上，发生危险。因此在前刀面上磨出卷屑槽或断屑槽，以

29、使切屑卷短或折短。上，发生危险。因此在前刀面上磨出卷屑槽或断屑槽，以使切屑卷短或折短。（2 2）节状切屑：加工中等硬度的塑性材料（中碳钢）时，若采用）节状切屑：加工中等硬度的塑性材料（中碳钢）时，若采用小的前角和较低的切削速度，易形成节状切屑，又称挤裂切屑。小的前角和较低的切削速度，易形成节状切屑，又称挤裂切屑。它的切削力大，有波动，加工出的表面较粗糙。它的切削力大，有波动，加工出的表面较粗糙。（3 3）粒状切屑：在形成节状切屑工程中，再减小前角，降低切削）粒状切屑：在形成节状切屑工程中，再减小前角，降低切削速度，会形成粒状切屑，右称单元切屑，此时切削力更大，波动速度，会形成粒状切屑，右称单元

30、切屑，此时切削力更大，波动也更大。也更大。（4 4）崩碎切屑：在切屑铸铁和黄铜等脆性材料时，切屑层金属一）崩碎切屑：在切屑铸铁和黄铜等脆性材料时，切屑层金属一般经过弹性变形后就突然崩碎，形成不规则的碎块状状切屑，使得般经过弹性变形后就突然崩碎，形成不规则的碎块状状切屑，使得整个表面凹凸不平。切削热和断续切削力都集中在主切削刃和刀尖整个表面凹凸不平。切削热和断续切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，使刀尖容易磨损，且易产生振动，已加工表面粗糙。附近，使刀尖容易磨损，且易产生振动，已加工表面粗糙。结论：在实际生产中最常见的是带状切屑，粒状切屑很少。切屑形结论：在实际生产中最常见的是带状切屑，粒状切屑很

31、少。切屑形态可随切削条件而转化，在形成节状切屑条件下，加大前角，提高态可随切削条件而转化，在形成节状切屑条件下，加大前角，提高切削速度、就可以得到带状切屑；反之，若减小前角或加大切削厚切削速度、就可以得到带状切屑；反之，若减小前角或加大切削厚度，得到粒状切屑。度，得到粒状切屑。1 1、切削力的产生及切削分力、切削力的产生及切削分力 切削加工时使工件上被切削金属产生弹性变形和塑性变形，克切削加工时使工件上被切削金属产生弹性变形和塑性变形，克服与前刀面的摩擦力以及后刀面与工件的摩擦力所需要的全部切服与前刀面的摩擦力以及后刀面与工件的摩擦力所需要的全部切削力和合力称为总切削力削力和合力称为总切削力F

32、 F。它是一个空间力，为便于分析，将它是一个空间力，为便于分析，将切削力沿三个坐标方向分解为切削力沿三个坐标方向分解为 F F、FfFf和和FpFp。如图如图7.147.14和和7.157.15。切削力其切削力是总切削力在主运动方向上正投影，其方切削力其切削力是总切削力在主运动方向上正投影，其方向与切削速度方向一致，用切削力来计算车床消耗的有效切削功向与切削速度方向一致，用切削力来计算车床消耗的有效切削功率，它消耗机床总功率的左右。率，它消耗机床总功率的左右。切削力的作用是计算车床动力和设计主运动传动系统零件强度和切削力的作用是计算车床动力和设计主运动传动系统零件强度和刚度的主要依据。刚度的主

33、要依据。进给力进给力f f进给力是总切削力在进给运动方向上的正投影，它与进给力是总切削力在进给运动方向上的正投影，它与进给运动方向一致，（或称轴向力）。它只消耗车床总功率的进给运动方向一致，（或称轴向力）。它只消耗车床总功率的，是设计和使用车床时验算进给运动传动系统零件强度，是设计和使用车床时验算进给运动传动系统零件强度的依据。的依据。背向力是总切削力在垂直于工作平面上的分力，它与进给背向力是总切削力在垂直于工作平面上的分力，它与进给运动方向垂直，作用在工件的径向（或称径向力），它不做功。运动方向垂直，作用在工件的径向（或称径向力），它不做功。加工细长轴时，所引起的工件弯曲变形使车出的工件中间

34、粗，加工细长轴时，所引起的工件弯曲变形使车出的工件中间粗，两端细，有时还会引起振动。两端细，有时还会引起振动。2 2、切削力的估算、切削力的估算（1 1）用经验公式估算经验公式是在切削实验研究中，用测力仪测）用经验公式估算经验公式是在切削实验研究中，用测力仪测得的数据，经过数据处理而建立的公式。其经验公式为得的数据，经过数据处理而建立的公式。其经验公式为f fy y式式中：中：与工件材料和刀具材料有关的系数；与工件材料和刀具材料有关的系数；背吃刀量（）；背吃刀量（）；f f进给量（）；进给量（）；、 y y指数；指数；与切削用量、刀具角度、刀具磨损及时性切削液有关的与切削用量、刀具角度、刀具磨

35、损及时性切削液有关的修正系数。修正系数。上述各种系数、指数和修正系数，从各种技术手册（如切削用量手上述各种系数、指数和修正系数，从各种技术手册（如切削用量手册）中查出。如用册）中查出。如用o o 、 的硬质合金车刀车削的硬质合金车刀车削热轧结构钢（或）外圆时，其计算公式为热轧结构钢（或）外圆时，其计算公式为f f（）（）由此可见：工件材料和刀具材料对切削力的影响最大，切削用量中由此可见：工件材料和刀具材料对切削力的影响最大，切削用量中背吃刀量对切削力的影响比进给量背吃刀量对切削力的影响比进给量f f的影响大。的影响大。（2 2）用单位切削力）用单位切削力p p估算（见表估算（见表7.17.1）

36、单位切削力是指作用在单）单位切削力是指作用在单位切削面积上的切削力。位切削面积上的切削力。的单位为（的单位为（）。计算公式为）。计算公式为f f（）（）的数值可以从有关手册中查。见表。的数值可以从有关手册中查。见表。（3 3）切削功率）切削功率P Pmm（车削外圆的功率）（车削外圆的功率）在车削加工中所消耗的总功率，是三个分力所消耗功率之和，其中在车削加工中所消耗的总功率，是三个分力所消耗功率之和，其中不做功，不做功，f f消耗功率很小，（消耗功率很小，（）。通常车削外圆的功）。通常车削外圆的功率用下式计算。率用下式计算。考虑机床传动效率一般考虑机床传动效率一般，故机床电动机，故机床电动机功率

37、功率的计算公式为的计算公式为 积屑瘤积屑瘤切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，在切削速度不高时，而又能切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，在切削速度不高时，而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些金属冷焊（粘结）沉积在前刀面上，形形成带状切屑的情况下，常常有一些金属冷焊（粘结）沉积在前刀面上，形成硬度很高的楔快，它能代替前刀面和切削刃进行切削，这个小硬块称为积成硬度很高的楔快，它能代替前刀面和切削刃进行切削，这个小硬块称为积屑瘤。屑瘤。1 1、积屑瘤的形成及对加工的影响、积屑瘤的形成及对加工的影响积屑瘤可以代替刀刃进行切削，起到保护刀刃、减小刀具磨损的作用。积屑瘤可以代替刀刃进行切削，起到保

38、护刀刃、减小刀具磨损的作用。积屑积屑瘤使刀具工作前角增大，减小了切削力。瘤使刀具工作前角增大，减小了切削力。积屑瘤的尖端伸出刀尖之外，它又不积屑瘤的尖端伸出刀尖之外，它又不断的脱落和产生，会在已加工表面上留下不均匀的沟痕，并有一些粘附在已加工断的脱落和产生，会在已加工表面上留下不均匀的沟痕，并有一些粘附在已加工工件的表面上，影响工件尺寸和表面精度。工件的表面上，影响工件尺寸和表面精度。因此，积屑瘤对粗加工有一定的好处，精加工必须避免积屑瘤的产生。因此，积屑瘤对粗加工有一定的好处，精加工必须避免积屑瘤的产生。2 2、影响积屑瘤的因素及控制方法、影响积屑瘤的因素及控制方法 影响积屑瘤的产生最主要的

39、因素是工件材料和切削速度。影响积屑瘤的产生最主要的因素是工件材料和切削速度。 切削时塑性变形较大，容易产生积屑瘤；塑性较小、硬度高的切削时塑性变形较大，容易产生积屑瘤；塑性较小、硬度高的材料，不易产生积屑瘤，或产生积屑瘤的高度相对较小；切削脆材料，不易产生积屑瘤，或产生积屑瘤的高度相对较小；切削脆性材料时所形成的崩碎切屑不与前刀面剧烈摩擦，因此一般不产性材料时所形成的崩碎切屑不与前刀面剧烈摩擦，因此一般不产生积屑瘤。生积屑瘤。为了避免产生积屑瘤，一般精车、精铣采用高速切削，而为了避免产生积屑瘤，一般精车、精铣采用高速切削，而拉削、铰孔和宽刃精刨则采用低的切削速度。拉削、铰孔和宽刃精刨则采用低的

40、切削速度。 此外，增大前角以减小切削变形，用油石仔细研磨此外，增大前角以减小切削变形，用油石仔细研磨前刀面以减小摩擦，以及选用合适的工作液以减小摩擦和前刀面以减小摩擦，以及选用合适的工作液以减小摩擦和降低切削速度，都是防止产生积屑瘤的重要措施。降低切削速度，都是防止产生积屑瘤的重要措施。1 1、切削热的产生、切削热的产生（1 1）在切削过程中）在切削过程中使金属变形和克服使金属变形和克服摩擦力所消耗的功，摩擦力所消耗的功，绝大部分转变成热绝大部分转变成热能，成为切削热。能，成为切削热。切削热来源于三个切削热来源于三个变形区。切塑性金变形区。切塑性金属时，切削热主要属时，切削热主要来源于来源于1

41、 1、2 2变形区，变形区，切脆性金属时主要切脆性金属时主要来源于来源于1 1、3 3变形区。变形区。2（2 2）切削热对加工的影响）切削热对加工的影响刀头上的温度可达到刀头上的温度可达到10001000以上，导致刀具材料的金以上，导致刀具材料的金相组织发生变化，使刀具硬度降低，严重时甚至使刀具相组织发生变化，使刀具硬度降低，严重时甚至使刀具丧失切削能力而加快刀具的磨损。丧失切削能力而加快刀具的磨损。传入工件的切削热，使工件尺寸变化而影响加工精度。传入工件的切削热，使工件尺寸变化而影响加工精度。影响切削热的因素影响切削热的因素切削用量切削用量工件和刀具的材料工件和刀具的材料刀具的几何形状等。刀

42、具的几何形状等。切削用量的影响：切削用量的影响：车削钢材时切削温度与切削用量的关车削钢材时切削温度与切削用量的关系为系为f f式中：式中：切削温度；切削温度；常数。常数。由上式可知：由上式可知：切削用量中，切削速度切削用量中，切削速度对切削温度的影对切削温度的影响最大、背吃刀量响最大、背吃刀量的影响最小。的影响最小。工件和刀具的材料的影响：工件和刀具的材料的影响：工件的强度和硬度越高，切工件的强度和硬度越高，切削时所消耗的功率越大，切削温度越高。削时所消耗的功率越大，切削温度越高。刀具的几何形状的影响：刀具的几何形状的影响：刀具角度中的前角刀具角度中的前角o o和主偏和主偏角对切削温度影响较大

43、。加大前角使切削层金属变角对切削温度影响较大。加大前角使切削层金属变形明显减小，产生切削热少。前角过大，会使刀头的散形明显减小，产生切削热少。前角过大，会使刀头的散热体积减小，对降低切削温度不利。减小主偏角可使主热体积减小，对降低切削温度不利。减小主偏角可使主切削刃工作长度增加，散热条件改善，使切削温度降低。切削刃工作长度增加，散热条件改善，使切削温度降低。若工件刚度较好，或采用较小的主偏角。若工件刚度较好，或采用较小的主偏角。 降低切削温度的另一种途径是浇注切削液，降低切削温度的另一种途径是浇注切削液，来改善刀具和工件的散热条件。来改善刀具和工件的散热条件。切削液的作用切削液的作用一一吸收并

44、带走大量的热量，起吸收并带走大量的热量，起冷却作用冷却作用；它能渗入到刀具与工件它能渗入到刀具与工件和切屑的接触表面，形成润滑膜，有效的减少摩擦，起和切屑的接触表面，形成润滑膜，有效的减少摩擦，起润滑作用润滑作用，减少切削热产生，并提高已加工表面质量。减少切削热产生，并提高已加工表面质量。切削液还具有切削液还具有清洗作用清洗作用，以清洗切削过程中产生的碎屑和磨屑。，以清洗切削过程中产生的碎屑和磨屑。应该有应该有防锈作用防锈作用，以减少工件、机床和刀具受水和空气等腐蚀。，以减少工件、机床和刀具受水和空气等腐蚀。常用切削液有三类常用切削液有三类：（1 1）水溶液）水溶液（2 2）乳化液）乳化液（3

45、 3）切削油）切削油各类切削液的性质各类切削液的性质：（1 1）水溶液）水溶液主要成分是水，冷却性能好，若配成透明状，便于操作者观察。主要成分是水，冷却性能好，若配成透明状，便于操作者观察。为防止工件和机床生锈，需加入防锈剂，其润滑性能差。为防止工件和机床生锈，需加入防锈剂，其润滑性能差。（2 2）乳化液）乳化液将乳化油用水稀释而成。用矿物油、乳化剂、添加剂配成。将乳化油用水稀释而成。用矿物油、乳化剂、添加剂配成。特点具有良好的冷却性能和清洗性能，兼有润滑性能和防锈性能。为提高其冷特点具有良好的冷却性能和清洗性能，兼有润滑性能和防锈性能。为提高其冷却性能和防锈性，可再加入一定量的油性、极压添加

46、剂（脂肪酸、氯化石蜡却性能和防锈性，可再加入一定量的油性、极压添加剂（脂肪酸、氯化石蜡等），防锈添加剂（亚硝酸钠、石油磺酸钠等），配制成极压乳化液或防锈等），防锈添加剂（亚硝酸钠、石油磺酸钠等），配制成极压乳化液或防锈乳化液。乳化液。（3 3）切削油）切削油主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。起润滑作用。主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。起润滑作用。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。常加入油性纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，用以提高其润滑和防锈性能。添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，用以提高

47、其润滑和防锈性能。切削液的选择：切削液的选择：用高速钢刀具粗加工时用高速钢刀具粗加工时，选用以冷却作用为主的切削液。，选用以冷却作用为主的切削液。用硬质合金刀具粗加工时用硬质合金刀具粗加工时，可以不用切削液，必要时可以采用低浓度乳化液或，可以不用切削液，必要时可以采用低浓度乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。水溶液，但必须连续地、充分地浇注。用高速钢刀具在中、低速精加工时，用高速钢刀具在中、低速精加工时，（包括铰削、拉削、螺纹加工和剃齿等），（包括铰削、拉削、螺纹加工和剃齿等），应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。用硬质合金

48、刀具精加工时，用硬质合金刀具精加工时，采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当提高采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当提高其润滑性能。其润滑性能。1 1、加工硬化、加工硬化切削塑性金属时，工件已加切削塑性金属时，工件已加表面的硬度比加工前有明显提高，塑性表面的硬度比加工前有明显提高，塑性下降的现象称之。下降的现象称之。产生加工硬化的原因：工件金属发生弹性产生加工硬化的原因：工件金属发生弹性变形和塑性变形的结果。变形和塑性变形的结果。在研究切屑的在研究切屑的形成过程时，曾假定刀具刃口是锋利的，形成过程时，曾假定刀具刃口是锋利的，但实际上刀具切削刃总有一个圆角（图但实际上刀具切削刃总有一个圆角

49、（图），切削层金属以点为分流），切削层金属以点为分流点，在点以上的金属流向前刀面成为点，在点以上的金属流向前刀面成为切屑，点以下的金属流向后刀面成为切屑，点以下的金属流向后刀面成为已加工表面，这层金属受到很大的压力已加工表面，这层金属受到很大的压力并产生很大的弹性变形和塑性变形，即并产生很大的弹性变形和塑性变形，即第第变形区。当刀具从已加工表面刚切变形区。当刀具从已加工表面刚切过去时，该表面变形层立即出现弹性恢过去时，该表面变形层立即出现弹性恢复，其值为复，其值为，于是在已加工表面和，于是在已加工表面和刀具后刀面之间出现一个宽度为刀具后刀面之间出现一个宽度为的的接触面。弹性变形越大，弹性恢复量

50、也接触面。弹性变形越大，弹性恢复量也越大，摩擦力越大。为减小摩擦力，越大，摩擦力越大。为减小摩擦力，必须有适当的后角必须有适当的后角o o。2 2、产生残余应力的原因、产生残余应力的原因由于弹性变形、塑性变形以由于弹性变形、塑性变形以及切削力和切削热的作用，导致已加工表面层在一定深及切削力和切削热的作用，导致已加工表面层在一定深度内产生残余拉应力或残余压应力，残余应力往往是与度内产生残余拉应力或残余压应力，残余应力往往是与加工硬化同时出现的。加工硬化同时出现的。残余拉应力的害处：残余拉应力的害处：降低工件金属的疲劳强度。在表面层降低工件金属的疲劳强度。在表面层中引起向微裂纹，微裂纹在腐蚀介质作

51、用下会迅速扩展。中引起向微裂纹，微裂纹在腐蚀介质作用下会迅速扩展。残余压应力的好处：残余压应力的好处：提高零件的疲劳强度。提高零件的疲劳强度。残余应力释放不均衡的影响残余应力释放不均衡的影响：使已加工表面的几何形状发：使已加工表面的几何形状发生畸变，导致已加工表面相互间或的位置精度和尺寸精生畸变，导致已加工表面相互间或的位置精度和尺寸精度下降。而在机器零件过程中不断出现残余应力释放现度下降。而在机器零件过程中不断出现残余应力释放现象，会降低零件的质量和工作可靠性。象，会降低零件的质量和工作可靠性。刀具磨损刀具磨损切屑和前刀面之间的摩擦以及后刀面和工件过渡表面之间的摩擦会使切屑和前刀面之间的摩擦

52、以及后刀面和工件过渡表面之间的摩擦会使刀具磨损。刀具磨损。 1 1、刀具磨损形式及过程、刀具磨损形式及过程 因工件材料和切削用量不同，刀具因工件材料和切削用量不同，刀具磨损有三种形式磨损有三种形式：前刀面磨损；前刀面磨损；后刀面后刀面磨损；磨损；前后刀面同时磨损；前后刀面同时磨损；如图如图7.197.19。磨损过程磨损过程以较高的切削速度和较大的切削厚度（以较高的切削速度和较大的切削厚度（）切削塑）切削塑性金属时，在前刀面上的产生磨损；性金属时，在前刀面上的产生磨损；在切削脆性金属或以较低的切削速度、在切削脆性金属或以较低的切削速度、较小的切削厚度（较小的切削厚度（）切削塑性金属时，在后刀面上

53、产生磨损；）切削塑性金属时，在后刀面上产生磨损；以中等切削厚度（以中等切削厚度（）切削塑性金属时，前后刀面）切削塑性金属时，前后刀面上同时产生磨损。（多数情况下后刀面都有磨损，后刀面磨损量对加工上同时产生磨损。（多数情况下后刀面都有磨损，后刀面磨损量对加工尺寸精度和表面粗糙度影响较大，测量方便，所以一般用后刀面上的磨损值尺寸精度和表面粗糙度影响较大，测量方便，所以一般用后刀面上的磨损值表示刀具磨损的程度。表示刀具磨损的程度。刀具磨损过程分三个阶段：刀具磨损过程分三个阶段：初期磨损阶段初期磨损阶段由于刀具刃磨后其后刀面上有微观凸峰，与过渡表面的实际由于刀具刃磨后其后刀面上有微观凸峰，与过渡表面的

54、实际接触面积很小，故磨损较快。接触面积很小，故磨损较快。正常磨损阶段正常磨损阶段由于后刀面上的微观凸峰已被磨平，表面已很光滑，可形成由于后刀面上的微观凸峰已被磨平，表面已很光滑，可形成一定的接触面积，使压强减小，磨损较慢。一定的接触面积，使压强减小，磨损较慢。急剧磨损阶段急剧磨损阶段当刀具在正常磨损阶段后期，已逐步磨损变钝，若未及时刃当刀具在正常磨损阶段后期，已逐步磨损变钝，若未及时刃磨，刀具切削状况显著恶化，摩擦加剧，使切削刃急剧变钝，以至丧失切削磨，刀具切削状况显著恶化，摩擦加剧，使切削刃急剧变钝，以至丧失切削能力。能力。2 2、刀具耐用度、刀具耐用度 刀具磨损到一定程度，就应及时刃磨，否

55、则会降低加工精度和刀具磨损到一定程度，就应及时刃磨，否则会降低加工精度和表面质量，使切削力和切削功率增加，促使产生振动，甚至使刀表面质量，使切削力和切削功率增加，促使产生振动，甚至使刀刃崩裂或烧毁刀刃。刃崩裂或烧毁刀刃。 刀具磨钝标准刀具磨钝标准刀具的最大允许磨损值。用表示。刀具的最大允许磨损值。用表示。粗车时，最大不超过；粗车时，最大不超过；精车时应控制。精车时应控制。刀具的耐用度刀具的耐用度实际生产中不可能停车去测量值，所以把刀实际生产中不可能停车去测量值，所以把刀具从刃磨锋利以后，自开始切削到磨钝为止的实际切削工作时间，具从刃磨锋利以后，自开始切削到磨钝为止的实际切削工作时间，称为刀具耐

56、用度。称为刀具耐用度。如硬质合金车刀的耐用度约为如硬质合金车刀的耐用度约为6060minmin；高速钢钻头为高速钢钻头为8012080120minmin；硬质合金镶齿面铣刀为硬质合金镶齿面铣刀为120180120180minmin；齿轮刀具为齿轮刀具为200300200300minmin。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。影响刀具耐用度的因素：影响刀具耐用度的因素：工件材料、刀具材料、切削用量主刀具几工件材料、刀具材料、切削用量主刀具几何角度。何角度。如在用硬质合金车削如在用硬质合金车削b b的碳素结构钢时，综合考的碳素结构

57、钢时，综合考虑切削速度虑切削速度、进给量、进给量f f和背吃刀量和背吃刀量p p对刀具耐用度的影响，存在下式的对刀具耐用度的影响，存在下式的关系：关系：（p p）对上式的理解：对上式的理解：切削速度对刀具耐用度的影响最大；切削速度对刀具耐用度的影响最大；进进给量的影响次之；给量的影响次之；背吃刀量背吃刀量p p的影响最小。的影响最小。式中式中工件材料和刀具材料有关的常数。工件材料和刀具材料有关的常数。以上关系与切削用量以上关系与切削用量对切削温度的影响是一致的，说明切削温度的高低也是影响刀具对切削温度的影响是一致的，说明切削温度的高低也是影响刀具耐用度的主要因素。耐用度的主要因素。刀具寿命刀具

58、寿命一把新刀从第一次切削开始，经多次刃磨切削到不能再一把新刀从第一次切削开始，经多次刃磨切削到不能再刃磨使用为止，实际切削工作时间的总和称之。刃磨使用为止，实际切削工作时间的总和称之。生产任何产品都应该在保证质量的前提下，尽可能提高生产率和生产任何产品都应该在保证质量的前提下，尽可能提高生产率和降低成本。降低成本。一、加工质量一、加工质量零件的加工质量包括加工精度和表面质量，它直接零件的加工质量包括加工精度和表面质量，它直接影响产品的使用性能和寿命。影响产品的使用性能和寿命。1 1、加工精度、加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。通常说的加包括尺寸精度、形状精度和位置精度。通常说的加工精度

59、，指的是经济精度，即指在正常加工条件下（采用符合质工精度，指的是经济精度，即指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保正的加工精度。间）所能保正的加工精度。尺寸精度：尺寸精度：尺寸精度的高低，用尺寸公差表示。尺寸精度的高低，用尺寸公差表示。形状精度：形状精度：指零件表面与理想表面之间在形状上接近的程度。如指零件表面与理想表面之间在形状上接近的程度。如圆度（圆度（）、圆柱度、平行面度、直线度。）、圆柱度、平行面度、直线度。位置精度：位置精度：位置精度是表面、轴线或对称平面之间的实际位置与

60、位置精度是表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置的接近程度。如两圆柱间的同轴度、两平面间的平行度理想位置的接近程度。如两圆柱间的同轴度、两平面间的平行度和垂直度。和垂直度。2 2、表面质量、表面质量 机械加工的表面质量，即已加工表面质量。它包括两方面的机械加工的表面质量，即已加工表面质量。它包括两方面的内容：已加工表面的表面粗糙度、加工硬化。内容：已加工表面的表面粗糙度、加工硬化。表面粗糙度表面粗糙度用轮廓算术平均偏差用轮廓算术平均偏差RaRa表示。表示。 RaRa值对零件性能的影响：值对零件性能的影响：（）（） RaRa值越小，表面越光滑；反之，表面越粗糙。零件表面过值越小，表面越光滑