材料切削加工基础1

1、14 材料切削加工基础材料切削加工基础 概述概述 基础理论基础理论 技术经济评价技术经济评价2 切削加工切削加工是利用切削工具从毛坯是利用切削工具从毛坯(如铸件、锻件或型材等如铸件、锻件或型材等坯料坯料)或工件上切除多余材料，或工件上切除多余材料，获得符合一定质量要求的零获得符合一定质量要求的零件的加工过程。件的加工过程。 一一. 金属切削加工的特点及应用金属切削加工的特点及应用4.14.1 概概 述述钳钳工工工人手拿工具工人手拿工具进行切削加工进行切削加工常用方法有划线、锯、挫、研、钻孔和攻常用方法有划线、锯、挫、研、钻孔和攻螺纹等。螺纹等。机机加加工工工人操作机床工人操作机床对工件进行切对

2、工件进行切削加工削加工基本方法有：车、铣、刨、钻、磨、镗等；基本方法有：车、铣、刨、钻、磨、镗等；特殊方法有：超声波、激光、电火花、等特殊方法有：超声波、激光、电火花、等离子和数控加工等。离子和数控加工等。3零件的质量包括加工精度与表面质量两个方面。零件的质量包括加工精度与表面质量两个方面。表面质量指零件表面粗糙度表面质量指零件表面粗糙度( (主要指标主要指标) )、加工、加工硬化层、表面残余应力以及金相组织结构等，硬化层、表面残余应力以及金相组织结构等，它们对零件的使用性能有很大影响。它们对零件的使用性能有很大影响。二二. 加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度4 加工精度是指工件加工后，

3、尺寸、形状和加工精度是指工件加工后，尺寸、形状和位置等参数的实际数值同它们绝对准确的理论位置等参数的实际数值同它们绝对准确的理论数值之间相符合的程度。数值之间相符合的程度。 相符合的程度越高，也就是说加工误差越相符合的程度越高，也就是说加工误差越小，加工精度越高。小，加工精度越高。 加工精度主要包括尺寸精度加工精度主要包括尺寸精度、形状精度形状精度、位位置精度。置精度。( (一一).). 加工精度加工精度5 尺寸精度指加工后零件的尺寸与理想尺寸相符合的程度。尺寸精度指加工后零件的尺寸与理想尺寸相符合的程度。 尺寸精度包含两个方面：尺寸精度包含两个方面： (1)(1)表面本身的尺寸精度，如园柱面

4、的直径；表面本身的尺寸精度，如园柱面的直径； (2)(2)表面间的尺寸精度，如孔间距。表面间的尺寸精度，如孔间距。 1. 尺寸精度尺寸精度尺寸公差尺寸公差: : 零件实际尺寸与理想尺寸允许变动的最大范围。零件实际尺寸与理想尺寸允许变动的最大范围。 公差越小，则精度越高。公差越小，则精度越高。 标准公差：标准公差：2020级，用级，用IT01IT01、IT0IT0、IT1IT1IT18IT18表示。其中表示。其中ITIT表表 示公差，数字表示等级。示公差，数字表示等级。IT01IT01的公差值最小，精度最高。的公差值最小，精度最高。 数字越大，则公差等级越低，相应的精度也就越低。数字越大，则公差

5、等级越低，相应的精度也就越低。 IT01IT01IT13-IT13-配合尺寸，配合尺寸， IT14IT14IT18-IT18-非配合尺寸。非配合尺寸。6 具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸与公差等级。具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸与公差等级。标准公差值、标准公差等级、基本尺寸三者之间的关系详见标准公差值、标准公差等级、基本尺寸三者之间的关系详见表表4-14-1( (GB/T1 800.2-1998)GB/T1 800.2-1998)。 影响因素影响因素： (1)(1)加工加工方法方法; (2)加工工时。加工工时。 精度越高，则加工过程越复杂，加工成本越高；精度越高，则加工过程越复杂，加

6、工成本越高； 经济精度经济精度：指某加工方法在正常操作情况下所达到的精：指某加工方法在正常操作情况下所达到的精度，即常所称的精度。度，即常所称的精度。 设计零件时，在满足技术要求时，应选较低级别的公差以设计零件时，在满足技术要求时，应选较低级别的公差以降低生产成本。各种公差等级的使用范围见表降低生产成本。各种公差等级的使用范围见表4-2。7表表4-2 公差等级使用范围公差等级使用范围公差等级公差等级应应 用用加加 工工 方方 法法IT01IT1块规块规研磨研磨IT1IT7量规量规研磨、珩磨、精磨研磨、珩磨、精磨IT5IT13一般配合尺寸一般配合尺寸磨、拉、车、镗、铣、磨、拉、车、镗、铣、钻孔、

7、铰孔、粉末冶金钻孔、铰孔、粉末冶金IT2IT5特别精密零件的配合特别精密零件的配合研磨、珩磨、精磨、研磨、珩磨、精磨、精车、精镗、拉精车、精镗、拉IT12IT18 非配合尺寸非配合尺寸冲压、铸造、锻造冲压、铸造、锻造IT8IT14原材料的尺寸公差原材料的尺寸公差粗车、粗镗、粗铣、粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔粗刨、钻孔8 形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的符合程度。的符合程度。 尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如:2.2.形状精度形状精度25-0.1的轴，实际尺寸为的轴，实际尺寸为24.

8、95，但轴的某一截面的，但轴的某一截面的实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。2形状误差：形状误差：加工时，实际形状与理想形状的误差。加工时，实际形状与理想形状的误差。 6种形状的标准公差见国标种形状的标准公差见国标GB/T 1182-1996 、 GB/T 4249-1996 、GB/T 16671-1996 。标准形状公差的符号及。标准形状公差的符号及其含义见表其含义见表4-3。9表表4-3 形状公差形状公差名名 称称符符 号号 含含 义义 简简 介介直线度直线度零件被测要素直线零件被测要素直线( (如轴线如轴线、平面交线等平面交线等) )

9、与理想直线的符合程度与理想直线的符合程度平面度平面度零件被测要素平面表面的凹凸不平程度零件被测要素平面表面的凹凸不平程度园度园度回转体零件的横剖面上的实际轮廓与理回转体零件的横剖面上的实际轮廓与理想园形的符合程度想园形的符合程度园柱度园柱度园柱轮廓表面的实际形状与理想园柱相园柱轮廓表面的实际形状与理想园柱相差的程度差的程度线轮廓度线轮廓度零件上被测的实际轮廓线与理想轮廓线零件上被测的实际轮廓线与理想轮廓线相差的程度相差的程度面轮廓度面轮廓度零件上被测的实际轮廓面与理想轮廓面零件上被测的实际轮廓面与理想轮廓面相差的程度相差的程度103.3.位置精度位置精度 位置精度是指零件上的表面、轴线等的实际

10、位置精度是指零件上的表面、轴线等的实际位置与理想位置相符合的程度。位置与理想位置相符合的程度。 3 3类类8 8种位置标准位置公差的符号及其含义详种位置标准位置公差的符号及其含义详见表见表4-4 (GB/T1182-19964-4 (GB/T1182-1996、GB/T 4249-1996GB/T 4249-1996、GB/T16671-1996)GB/T16671-1996)。11表表4-4 位置公差位置公差类别类别名称名称符号符号 含含 义义 简简 介介定定向向平行度平行度零件上被测要素零件上被测要素( (面或直线面或直线) )与基准要素平行的程度与基准要素平行的程度垂直度垂直度零件上被测

11、要素零件上被测要素( (面或直线面或直线) )与基准要素垂直的程度与基准要素垂直的程度倾斜度倾斜度零件上被测要素零件上被测要素( (面或直线面或直线) )与基准要素有一定的倾与基准要素有一定的倾斜，实际倾斜的程度与理想倾斜的程度的差值斜，实际倾斜的程度与理想倾斜的程度的差值定定位位同轴度同轴度被测回转面的轴线与基准轴线相重合的程度被测回转面的轴线与基准轴线相重合的程度对称度对称度被测要素被测要素( (平面、轴线、直线平面、轴线、直线) )相对于基准要素对称相对于基准要素对称的程度的程度位置度位置度被测要素被测要素( (点、线、面点、线、面) )的实际位置与理想位置偏离的实际位置与理想位置偏离的

12、程度的程度跳跳动动园跳动园跳动被测的回转表面相对于以基准轴线为轴线的理论回被测的回转表面相对于以基准轴线为轴线的理论回转面的偏离程度。根据测量方向的不同，有端面、转面的偏离程度。根据测量方向的不同，有端面、径向、斜向园跳动径向、斜向园跳动全跳动全跳动含义与园跳动相似含义与园跳动相似, ,不同的是反映整个表面的跳动。不同的是反映整个表面的跳动。有端面、径向两种有端面、径向两种12表面粗糙度表面粗糙度: :表面上微小峰谷间的高低程度表面上微小峰谷间的高低程度( (也称微观不平度也称微观不平度) )。常用评定参数常用评定参数: : ( (二二).).表面粗糙度表面粗糙度Ra :轮廓算术平均偏差，轮廓

13、算术平均偏差， ladxxylR0| )(|113Rz :微观不平度十点高度微观不平度十点高度. .14 允许数值系列允许数值系列: :Ra()100/25/12.5 / 6.3/3.2/1.6/0.8/0.4/0.2/0.1/0.05/0.025 / 0.012/0.008 常用数值范围：常用数值范围：Ra = 0.0256.3 Rz = 0.10.25 零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合性能等对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合性能等对表面粗糙度有很大影响。表面粗糙度有很大影响。 Ra值越小，表面质量越高，但加工越因难，也越高。值越小，表面质量越高，但加工越因难，也越高。影响因素：

14、影响因素：15表表4-5 4-5 表面粗糙度选用举例表面粗糙度选用举例Ra/mRa/m表表 面面 状状 况况加加 工工 方方 法法100明显可见的刀痕明显可见的刀痕粗车、镗、刨、钻粗车、镗、刨、钻2512.5可见刀痕可见刀痕粗车、铣、刨、钻粗车、铣、刨、钻6.3可见加工痕迹可见加工痕迹车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿3.2微见加工刀痕微见加工刀痕车、镗车、镗、刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿、刮刮1.6看不清加工刀痕看不清加工刀痕车、镗车、镗、刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿、刮刮0.8可辨加工

15、痕迹的方向可辨加工痕迹的方向车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮0.4微辨加工痕迹的方向微辨加工痕迹的方向铰、磨、镗、拉、滚压、刮铰、磨、镗、拉、滚压、刮0.2不可辨加工痕迹的方向不可辨加工痕迹的方向布轮磨、磨、研磨、超级加工布轮磨、磨、研磨、超级加工0.1暗光泽面暗光泽面超级加工超级加工0.05亮光泽面亮光泽面0.025镜状光泽面镜状光泽面0.012雾状光泽面雾状光泽面0.008镜面镜面16 基本基本表面元素表面元素都可看成都可看成是一条线是一条线( (母线母线) )沿沿另一条线另一条线( (导线导线) )运运动的轨迹动的轨迹零件表面形状由基本表面元素组合而成。零件表

16、面形状由基本表面元素组合而成。表面元素：表面元素：平面、直线成形面、园柱面、园锥面、平面、直线成形面、园柱面、园锥面、 球面、园环面、螺旋面球面、园环面、螺旋面( (图图4-3)。 三三. 切削用量及选用切削用量及选用1 . 零件表面形状及切削运动零件表面形状及切削运动基本表面元素基本表面元素 17切削运动切削运动: : 刀具与工件之间的相对运动。刀具与工件之间的相对运动。主运动主运动: :切下切屑所需的最基本运动。主运动只有一切下切屑所需的最基本运动。主运动只有一个，它速度高、功率大。个，它速度高、功率大。进给运动进给运动: :使金属层不断投入切削，从而获得所需几使金属层不断投入切削，从而获

17、得所需几何特性的已加工表面的运动。它速度较低何特性的已加工表面的运动。它速度较低、功率小。功率小。进给运动可有一个或多个，甚至无。进给运动可有一个或多个，甚至无。182 . 切削要素切削要素pK r待加工表面加工表面已加工表面nf切削厚度切削厚度hD切削宽度切削宽度bD切削面积切削面积AD切削速度切削速度vc进给量进给量 f背吃刀量背吃刀量ap切削要素切削要素切削层几何参数切削层几何参数切削量三要素切削量三要素fbDhDpVc = =D D n/1000 n/1000 (m/s, 旋转运动旋转运动) 或或Vc =2=2L L n nr r/1000 /1000 (m/s, 往复直线运动往复直线

18、运动)19v提高生产率：提高生产率： 应采用较大的切削用量应采用较大的切削用量v提高刀具寿命：切削速度应取小值提高刀具寿命：切削速度应取小值v提高加工精度：背吃刀量应取小值提高加工精度：背吃刀量应取小值v提高表面质量：进给量应取小值提高表面质量：进给量应取小值3.3.切削用量的选择原则切削用量的选择原则 切削用量的大小直接影响到切削加工的生产率、切削用量的大小直接影响到切削加工的生产率、零件加工质量、刀具耐用度等，从而影响切削加工零件加工质量、刀具耐用度等，从而影响切削加工的成本。选择切削用量时应达到以下目标：的成本。选择切削用量时应达到以下目标：20 在实际应用中，应综合考虑工件材料、刀具材

19、料、在实际应用中，应综合考虑工件材料、刀具材料、机床的动力、工艺系统的刚度、加工质量要求等因素：机床的动力、工艺系统的刚度、加工质量要求等因素：一般选择原则一般选择原则A. 粗加工阶段：把背吃刀量选得大些，其次选择较大的粗加工阶段：把背吃刀量选得大些，其次选择较大的进给量，最后确定合适的切削速度；进给量，最后确定合适的切削速度；B. 对于有硬皮的铸件、锻件的第一刀加工，其背吃刀量对于有硬皮的铸件、锻件的第一刀加工，其背吃刀量应大于硬皮厚度；应大于硬皮厚度；C. 精加工阶段：选择较小的进给量和背吃刀量，较高的精加工阶段：选择较小的进给量和背吃刀量，较高的切削速度。切削速度。 首先选尽可能大的背吃

20、刀量首先选尽可能大的背吃刀量 其次选尽可能大的进给量其次选尽可能大的进给量 最后选尽可能大的切削速度最后选尽可能大的切削速度21 切刀类：切刀类：包括普通切刀包括普通切刀(车刀车刀、刨刀刨刀、插刀等插刀等)、成形插刀等、成形插刀等 孔加工类孔加工类：如钻头、铰刀、镗刀、复合孔加工刀具等：如钻头、铰刀、镗刀、复合孔加工刀具等 铣刀类铣刀类：有园柱：有园柱/平面铣刀、立铣刀、端铣刀、成形铣刀等；平面铣刀、立铣刀、端铣刀、成形铣刀等； 拉刀类拉刀类：如园孔拉刀、花键拉刀、平面拉刀等：如园孔拉刀、花键拉刀、平面拉刀等 螺纹刀具类：螺纹刀具类：如螺纹车刀、螺纹铣刀、丝锥、板牙等如螺纹车刀、螺纹铣刀、丝锥

21、、板牙等 齿轮刀具类齿轮刀具类：如成形齿轮铣刀：如成形齿轮铣刀、齿轮滚刀齿轮滚刀、插齿刀插齿刀、递齿刀等递齿刀等 磨具类：磨具类： 如砂轮、磨头、油石等如砂轮、磨头、油石等 其它类：其它类： 自动线和数控机床上用刀具。自动线和数控机床上用刀具。四四. 切削刀具切削刀具 1.1.刀具分类刀具分类 按刀具切削加工的类型分为如下几类：按刀具切削加工的类型分为如下几类：22 2. 刀具材料刀具材料 v硬度在硬度在60HRC以上；以上；v足够的强度和韧度；足够的强度和韧度；v高的耐磨性；高的耐磨性；v高的耐热性；高的耐热性；v此外还要求刀具材料有良好的工艺性、此外还要求刀具材料有良好的工艺性、导热性、抗

22、粘结性及热处理性能等。导热性、抗粘结性及热处理性能等。(1) 切削部分材料的基本要求切削部分材料的基本要求23(2) 常用刀具切削部分材料常用刀具切削部分材料种种 类类硬硬 度度耐温度耐温度（）抗弯强度抗弯强度MN/用用 途途碳素工具钢碳素工具钢6066HRC20025002800手动工具手动工具( (锯条、锉刀锯条、锉刀等等) )合金工具钢合金工具钢6066HRC25030025002800低速、成形刀具，如低速、成形刀具，如丝锥、板牙等丝锥、板牙等高速工具钢高速工具钢6370HRC55060025004500钻头、铣刀、车刀等钻头、铣刀、车刀等硬质合金硬质合金8994HRA80010001

23、0002500多镶片使用多镶片使用, ,车刀刀头车刀刀头、铣刀等、铣刀等陶瓷材料陶瓷材料94HRA9001200500700车刀刀头，适于连续车刀刀头，适于连续刀削刀削立方氮化硼立方氮化硼80009000H度、强度极高的材硬度、强度极高的材料精加工，料精加工，金刚石金刚石10000HV700800300有色金属的高精度、有色金属的高精度、高光洁度切削高光洁度切削243.3.刀具的几何形状及参数刀具的几何形状及参数 切削刀具种类繁多，结构形形色色切削刀具种类繁多，结构形形色色但切削部分的结构要素和几何形状基本雷同但切削部分的结构要素和几何形状基本雷同刀齿类似车刀，与车刀

24、的切削部分有着共同的特点刀齿类似车刀，与车刀的切削部分有着共同的特点 图图4-5 刀具的切削部分刀具的切削部分 25图图4-6 外园车刀外园车刀刀杆刀杆前刀面前刀面副切削刃副切削刃刀尖刀尖主切削刃主切削刃主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面 车刀由刀头、刀杆车刀由刀头、刀杆两部分组成两部分组成。 刀杆安装在机床的刀刀杆安装在机床的刀架上，支承刀头工作。架上，支承刀头工作。 刀头刀头( (切削部分切削部分) )主要主要担任切削工作。担任切削工作。 切削部分由切削部分由三三面面、两刃两刃和和一尖一尖组成组成。(1) (1) 车刀车刀的组成的组成26a.a.建立刀具参考坐标系建立刀具参考坐标系 建立由三

25、个互相垂直的辅建立由三个互相垂直的辅助平面组成的参考坐标系，助平面组成的参考坐标系，以它为基准，来测量各刀面以它为基准，来测量各刀面和切削刃的空间位置。和切削刃的空间位置。 (2) (2) 车刀切削部分的几何参数车刀切削部分的几何参数刀具参考坐标系的平面刀具参考坐标系的平面 V基面基面主切削平面主切削平面正交平面正交平面 基基 面面过主切削刃上选定点过主切削刃上选定点, ,与该点与该点切削速度方向垂直的平面。切削速度方向垂直的平面。 切削平面切削平面过主切削刃上选定点过主切削刃上选定点, ,与主切削与主切削刃相切刃相切, ,且垂直于基面的平面。且垂直于基面的平面。 正交平面正交平面过主切削刃上

26、选定点过主切削刃上选定点, ,同时与基面和切削平面都垂直的平面。同时与基面和切削平面都垂直的平面。 27 前角前角前刀面与基面之间的夹角前刀面与基面之间的夹角, ,在正交平面中测量。在正交平面中测量。 b.b.车刀切削部分的参数车刀切削部分的参数向向 后角后角主后刀面与主切削平面之间主后刀面与主切削平面之间的夹角的夹角, ,在正交平面中测量。在正交平面中测量。 主偏角主偏角KrKr主切削平面与假定工作平面主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。间的夹角，在基面中测量。 副偏角副偏角Kr Kr 副切削刃与假定工作平面间的夹角副切削刃与假定工作平面间的夹角, ,在基面中测量。在基面中测量。

27、 刃倾角刃倾角主切削刃与基面间的夹角主切削刃与基面间的夹角, ,在主切削面中测量。在主切削面中测量。 28C. 车刀各参数的作用及选择车刀各参数的作用及选择 前角前角前角较大时，切屑的塑性变形较小，同时切屑与前前角较大时，切屑的塑性变形较小，同时切屑与前刀面间的磨擦也较小，有利于降低切削温度、减轻刀面间的磨擦也较小，有利于降低切削温度、减轻刀具磨损等。但前角过大时，将导致切削刃强度下刀具磨损等。但前角过大时，将导致切削刃强度下降，刀头散热体积减小，影响刀具使用寿命。降，刀头散热体积减小，影响刀具使用寿命。硬质合金车刀硬质合金车刀: :5 20 后角后角后角的大小影响到已加工表面的质量及主后刀面

28、的后角的大小影响到已加工表面的质量及主后刀面的磨损。磨损。硬质合金车刀硬质合金车刀: :6 12 主偏主偏角角KrKr在背吃刀量和进给量相同的情况下，改变主偏角的在背吃刀量和进给量相同的情况下，改变主偏角的大小可以改变切削厚度与切削宽度。大小可以改变切削厚度与切削宽度。一般一般: :75 90 小批量小批量: :45 及及90 副偏副偏角角KKr r取较大值时，可减小副后刀面与已加工表面间的磨取较大值时，可减小副后刀面与已加工表面间的磨擦。但当主偏角选定后，副偏角增大时，加工残留擦。但当主偏角选定后，副偏角增大时，加工残留面积也会增大，已加工表面也就越粗糙。面积也会增大，已加工表面也就越粗糙。

29、粗加工粗加工: :5 10 ，精加工精加工: :0 5 刃倾刃倾角角主要影响刀头强度与加工时的排屑方向主要影响刀头强度与加工时的排屑方向 。粗加工取负值，精加工取正值。粗加工取负值，精加工取正值。5 10 29 例：前角与后角都影响切削刃强度及刀具的散例：前角与后角都影响切削刃强度及刀具的散热面积热面积, ,它们之间可以相互补偿。它们之间可以相互补偿。 车刀几何参数之间是相互影响、相互制约的，车刀几何参数之间是相互影响、相互制约的，在选择时，应根据切削过程的具体情况，综合考虑。在选择时，应根据切削过程的具体情况，综合考虑。 粗加工时粗加工时, ,采用较大的前角采用较大的前角, ,适当减小后角适

30、当减小后角, ,此时就此时就可在不改变切削刃强度的情况下可在不改变切削刃强度的情况下, ,减轻刀具的负荷。减轻刀具的负荷。 精加工时精加工时, ,采用较大的后角采用较大的后角, ,适当减小前角适当减小前角, ,就可就可在不改变切削刃强度的情况下在不改变切削刃强度的情况下, ,减小后刀面与已加工减小后刀面与已加工表面间的磨擦表面间的磨擦, ,从而提高已加工表面质量。从而提高已加工表面质量。30d. d. 车刀的工作参数车刀的工作参数 以上介绍的车刀角度是车刀处于理想状态下的标注角度。以上介绍的车刀角度是车刀处于理想状态下的标注角度。在实际切削中，由于车刀的安装位置变化，基面、主切削面、在实际切削

31、中，由于车刀的安装位置变化，基面、主切削面、正交平面的实际位置以及刀具的实际角度也发生变化。正交平面的实际位置以及刀具的实际角度也发生变化。 工作角度工作角度 刀具工作时的实际角度刀具工作时的实际角度, ,它与标注角度不相等的。它与标注角度不相等的。 图图4-9 4-9 车刀安装高度对前角及后角的影响车刀安装高度对前角及后角的影响31图图4-10 4-10 刀杆安装偏斜对主、副偏角的影响刀杆安装偏斜对主、副偏角的影响 32e.e.车刀的结构形式车刀的结构形式 车刀的结构形式有：整体式、焊接式、机夹重磨式、机车刀的结构形式有：整体式、焊接式、机夹重磨式、机夹可转位刀片式。夹可转位刀片式。图图4-

32、11 机夹重磨式切断刀机夹重磨式切断刀夹固件夹固件刀垫刀垫刀片刀片刀杆刀杆图图4-12 4-12 机夹可转位刀片式车刀机夹可转位刀片式车刀334.2 4.2 金属金属切削加工的基础理论切削加工的基础理论一一. . 切削过程与切屑种类切削过程与切屑种类 图图4-13 切屑形成过程切屑形成过程abc弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形断裂变形断裂变形循环循环34a)a)带状带状图图4-14 切屑类型切屑类型节状节状崩碎状崩碎状35二二. . 积屑瘤积屑瘤abc图图4-16 积屑瘤及其对切削过程的影响积屑瘤及其对切削过程的影响 在一定速度下切削塑性材料时，前刀面上经常会粘附着在一定速度下切削塑性材料时，

33、前刀面上经常会粘附着一小块很硬的金属，这块金属就是积屑瘤。积屑瘤是由于前一小块很硬的金属，这块金属就是积屑瘤。积屑瘤是由于前刀面与切屑间的剧烈磨擦而产生的。刀面与切屑间的剧烈磨擦而产生的。 36l l 积屑瘤可以保护切削刃、减小切削力；积屑瘤可以保护切削刃、减小切削力；l 积屑瘤时大时小、时有时无，影响切削过程的平稳性；积屑瘤时大时小、时有时无，影响切削过程的平稳性；l 积屑瘤使使零件的加工精度降低；积屑瘤使使零件的加工精度降低；l 积屑瘤影响表面粗糙度。积屑瘤影响表面粗糙度。 积屑瘤的影响积屑瘤的影响对粗加工有利，对精加工不利对粗加工有利，对精加工不利积屑瘤的避免积屑瘤的避免1)1)材料塑性

34、越好，越容易产生积屑；材料塑性越好，越容易产生积屑；2)2)切削切削速度低速度低(1.5m/s), 积屑瘤不易形成；积屑瘤不易形成；3)3)增大前角、减小切削厚度、降低前刀面粗糙度、合理使增大前角、减小切削厚度、降低前刀面粗糙度、合理使用切削液等，都可减少或避免积屑瘤。用切削液等，都可减少或避免积屑瘤。37 残余应力与加工硬化都会影响材料的切削残余应力与加工硬化都会影响材料的切削性能，降低工件的加工质量，因此有必要对其性能，降低工件的加工质量，因此有必要对其进行适当的控制。进行适当的控制。 三三. .残余应力与冷硬现象残余应力与冷硬现象 一般，凡是能减少切削变形、磨擦、和切一般，凡是能减少切削

35、变形、磨擦、和切削热的措施，都可减少残余应力和加工硬化现削热的措施，都可减少残余应力和加工硬化现象的发生。如增大刀具前角、提高切削速度、象的发生。如增大刀具前角、提高切削速度、使用切削液等。使用切削液等。 38切削力的产生是切削过程的必然结果。切削力的产生是切削过程的必然结果。四四. . 切削力与切削功率切削力与切削功率切削力的作用：影响切削热的大小、刀具耐用度、切削力的作用：影响切削热的大小、刀具耐用度、 加工表面质量等加工表面质量等切削后切削后b）被切除的金属层被切除的金属层a）切削前切削前图图17 磨削受力变形磨削受力变形39 常将切削力分解为三个互相垂直的分力。车削外园时总常将切削力分

36、解为三个互相垂直的分力。车削外园时总切削力的三个分力见图切削力的三个分力见图4-18。图图4-18 4-18 外园车削力的分解外园车削力的分解主切削力主切削力Fc： 总切削力在主运动方向上的正总切削力在主运动方向上的正投影投影, ,Fc =80%90%F，其功率占，其功率占总功率的总功率的90%以上，主切削力过大以上，主切削力过大发生崩刃或发生崩刃或“闷车闷车”。 KfaCFyxpcC：与工件材料与工件材料、刀具材料等有关的系数；刀具材料等有关的系数；Ap：背吃刀量背吃刀量( () )；f ：进给量进给量( (/r) )；x，y：指数；指数；K：修正系数。修正系数。40图图4-18 4-18

37、外园车削力的分解外园车削力的分解进给力进给力Ff f： 总切削力在进给运动方向上的正总切削力在进给运动方向上的正投影投影( (又称轴向力又称轴向力) )。进给力主要作用。进给力主要作用在进给机构上，是设计和校核进给机在进给机构上，是设计和校核进给机构的主要参数。构的主要参数。 背向力背向力F FP P： 总切削力在垂直于工作平面上的总切削力在垂直于工作平面上的分力分力( (又称径向力或吃刀抗力又称径向力或吃刀抗力) )。背向。背向力使工件产生变形和切削振动。力使工件产生变形和切削振动。 影响切削力的主要因素：影响切削力的主要因素：工件材料和切削用量工件材料和切削用量 材料的强度、硬度越高，则切

38、削力越大；材料的塑性材料的强度、硬度越高，则切削力越大；材料的塑性越好，切削力也越大；当背吃刀量与进给量增大时，切削越好，切削力也越大；当背吃刀量与进给量增大时，切削力也会随之增大。力也会随之增大。41切削功率切削功率(P):(P):是三个切削分力所消耗功率的总和。是三个切削分力所消耗功率的总和。车外园时，径向速度为车外园时，径向速度为0，所耗功率为，所耗功率为0；进给方向；进给方向速度较低，所耗功率较小，约占总功率的速度较低，所耗功率较小，约占总功率的1%2%，可忽略不计，一般用主切削力来计算切削功率。可忽略不计，一般用主切削力来计算切削功率。 可见可见, ,切削功率的大小是由主切削力和切削

39、速度切削功率的大小是由主切削力和切削速度决定的决定的, ,而主切削力又与背吃刀量和进给量有关而主切削力又与背吃刀量和进给量有关, ,因因此，直接影响功削功率的是切削用量三要素。此，直接影响功削功率的是切削用量三要素。 310vFPc,(,(KW)421)1)切削层金属在切削过程中的变形所产生的热，这切削层金属在切削过程中的变形所产生的热，这是切削热的主要来源。是切削热的主要来源。2)2)切屑与刀具前刀面之间的磨擦所产生的热。切屑与刀具前刀面之间的磨擦所产生的热。3)3)工件与刀具后刀面之间的磨擦所产生的热。工件与刀具后刀面之间的磨擦所产生的热。 切削时，绝大部分的切削功转化为热，产生大量的热切

40、削时，绝大部分的切削功转化为热，产生大量的热切削。切削热的来源主要有三：切削。切削热的来源主要有三：五五. . 切削热切削热 切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围的介质切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围的介质( (如如空气等空气等) )传出。各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度传出。各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状。所占比例一般如下：、刀具材料及刀具几何形状。所占比例一般如下：切屑：切屑：5080%, 工件：工件：4010%, 刀具：刀具：93%, 空气空气：1%43六六. .冷却润滑液的应用冷却润滑液的应用 合理选用切削用量、刀具材料及几何参数，

41、可以降低切削合理选用切削用量、刀具材料及几何参数，可以降低切削温度，但其降温作用十分有限。有效的降低切削温度的方法是温度，但其降温作用十分有限。有效的降低切削温度的方法是使用冷却润滑液使用冷却润滑液 。冷却润滑液的作用冷却润滑液的作用1.1.减小切屑与刀具、工件与刀具之间的磨擦，有效地降减小切屑与刀具、工件与刀具之间的磨擦，有效地降低由于磨擦而产生的切削热；低由于磨擦而产生的切削热；2.2.冷却液吸收并带走切削区的大量热量，使刀具与工件冷却液吸收并带走切削区的大量热量，使刀具与工件在加工中能得到及时的冷却，从而降低切削区的温度。在加工中能得到及时的冷却，从而降低切削区的温度。提高刀具耐用度和零

42、件加工质量提高刀具耐用度和零件加工质量44种类种类特特 点点应应 用用水水基基类类热容量大，流动性好，冷却效热容量大，流动性好，冷却效果极佳；果极佳；但润滑作用不是很明显，对工但润滑作用不是很明显，对工件的加工质量改进不大。件的加工质量改进不大。多用于粗加工，如多用于粗加工，如水溶液、乳化液等水溶液、乳化液等油油基基类类热容量小，流动性比前者稍差热容量小，流动性比前者稍差; ;但润滑效果非常好，可提高加但润滑效果非常好，可提高加工表面的质量。工表面的质量。常用于精加工，如常用于精加工，如植物油、矿物油等植物油、矿物油等冷却润滑液的种类、特点及使用冷却润滑液的种类、特点及使用45七七. . 刀具

43、的磨损与耐用度刀具的磨损与耐用度 在正常情况下在正常情况下, ,刀刀具的磨损按发生部位具的磨损按发生部位的不同，可分为三种的不同，可分为三种形式：形式： 后刀面磨损后刀面磨损(a)(a) 前刀面磨损前刀面磨损(b)(b) 前、后刀面都磨损前、后刀面都磨损(c)(c)1.1.磨损现象磨损现象2.2.磨损形式磨损形式 a c b a c b图图4-19 4-19 刀具磨损的形式刀具磨损的形式463.3.磨损过程磨损过程 耐用度 T/min 图图4-20 4-20 刀具磨损过程刀具磨损过程 VB磨损值ABC初期磨损阶段初期磨损阶段( (OA段段) )正常磨损阶段正常磨损阶段( (AB段段) )急剧磨

44、损阶段急剧磨损阶段( (BC段段) ) 后刀面磨损值后刀面磨损值VB到达一定数值作为磨钝标准。硬质合到达一定数值作为磨钝标准。硬质合金车刀切削碳钢时，粗车时金车刀切削碳钢时，粗车时VB=0.60.8，精车时，精车时B=0.40.6。47 切削速度对刀具的耐用度影响最大，其次是切削厚度，切削速度对刀具的耐用度影响最大，其次是切削厚度，切削宽度的影响最小。刀具耐用度与切削用量和生产效率密切削宽度的影响最小。刀具耐用度与切削用量和生产效率密切相关。切相关。 刃磨后的刀具由开始切削到磨损量达到磨钝标准所刃磨后的刀具由开始切削到磨损量达到磨钝标准所经历的所有切削时间之和称为刀具的耐用度。经历的所有切削时

45、间之和称为刀具的耐用度。4 4 耐用度耐用度粗加工粗加工, ,刀具耐用度用时间表示刀具耐用度用时间表示, ,如硬质合金车刀为如硬质合金车刀为60min；精加工精加工, ,常以走刀次数或加工零件个数来表示刀具耐用度。常以走刀次数或加工零件个数来表示刀具耐用度。48 材料切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。材料材料切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。材料切削加工性的好坏具有一定的相对性。具体的加工条件和要切削加工性的好坏具有一定的相对性。具体的加工条件和要求不同，加工的难易程度也有很大的差别。求不同，加工的难易程度也有很大的差别。八八. . 材料切削加工性材料切削加工性材料切削加工性的衡量指标有：材料切削加工性的衡量指标有：1.1.一定刀具耐用度下的切削速度一定刀具耐用度下的切削速度VT ：该值越大，则材料的该值越大，则材料的切削加工性越好，如切削加工性越好，如V60或或V30。2.2.相对加工性相对加工性