《机械制造基础》——1.1车削运动和切削用量1.2切削变形、切削力与切削温度

1、1 1、如果刀具的材料强度和韧性大，则刀具选择大的还、如果刀具的材料强度和韧性大，则刀具选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？ 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。脆性大的刀具甚至取负的前角。2 2、加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角？、加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角？ 加工钢件等塑性材料时，一般采用选择大的前角。加工钢件等塑性材料时，一般采用选择大的前角。 3 3、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？

2、择？ 加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料取得小加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。些或取负值，以提高刀刃的强度。4 4、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？ 粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度。较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度。复习提问复习提问5 5、工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小还是较、工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小还是较大的后角？大的后角？ 工件材料强度或硬度较高时，为加强切削刃，一工件材料强度或硬度较高时

3、，为加强切削刃，一般采用较小后角。般采用较小后角。6 6、对于塑性较大材料，一般取较小还是较大的后角？、对于塑性较大材料，一般取较小还是较大的后角？ 对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取较大后角。时，一般取较大后角。7 7、切削时，刃倾角、切削时，刃倾角ss是如何影响切屑流向的？是如何影响切屑流向的？ s s为正值时，为正值时，切屑向床头方向流出，影响工人操作；切屑向床头方向流出，影响工人操作； s s为负值时，切屑向为负值时，切屑向尾座方向流出

4、，影响已加工面；尾座方向流出，影响已加工面； s s为零时，切屑为零时，切屑沿垂直切削刃的方向流出。沿垂直切削刃的方向流出。1.1 1.1 切削运动和切削用量切削运动和切削用量 金属切削加工金属切削加工：用金属切削刀具从工件上切除：用金属切削刀具从工件上切除多余的金属，从而获得形状精度、尺寸精度、位置多余的金属，从而获得形状精度、尺寸精度、位置精度及表面质量都符合技术要求的零件，这种加工精度及表面质量都符合技术要求的零件，这种加工方法就叫金属切削加工。方法就叫金属切削加工。一、切削运动一、切削运动在切削加工中刀具与工件的相对运动，称为在切削加工中刀具与工件的相对运动，称为切削运动。切削运动。观

5、察外圆车削视频，指出有哪些切削运动？观察外圆车削视频，指出有哪些切削运动？工件的旋转运动工件的旋转运动车刀沿工件轴线方向的直线移动车刀沿工件轴线方向的直线移动车刀垂直于工件轴线方的直线移动车刀垂直于工件轴线方的直线移动切削运动按其功用不同可分为切削运动按其功用不同可分为主运动主运动和和进给运动进给运动。观察钻孔视频，指出有哪些切削运动？观察钻孔视频，指出有哪些切削运动？麻花钻的转动麻花钻的转动麻花钻沿轴线方向的直线移动麻花钻沿轴线方向的直线移动 金属切削加工要切除工件上多余的金属，金属切削加工要切除工件上多余的金属，形成已加工表面，必须具备两个基本条件：形成已加工表面，必须具备两个基本条件：

6、切削运动和刀具。切削运动和刀具。 切削运动切削运动的复杂程度将影响机床的结构。的复杂程度将影响机床的结构。 刀具刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度，同时也会促进刀具材料、刀具制难易程度，同时也会促进刀具材料、刀具制造工艺的发展。造工艺的发展。 1 1、主运动、主运动 由机床或人力由机床或人力提供的刀具与工件提供的刀具与工件之间主要的相对运之间主要的相对运动动, , 它使刀具切削它使刀具切削刃及前刀面切入工刃及前刀面切入工件材料，使被切削件材料，使被切削层转变为切屑层转变为切屑, , 从从而形成工件的新表而形成工件的新表面。面。 在切削运动中，主运动速度最高

7、、耗功最大，是在切削运动中，主运动速度最高、耗功最大，是切下切屑所必须的基本运动。切下切屑所必须的基本运动。 在切削中必须有一个主运动，而且只能有一个在切削中必须有一个主运动，而且只能有一个主运动。主运动。车削时主运车削时主运动是动是工件的工件的旋转运动旋转运动。铣削时主运铣削时主运动是动是铣刀的铣刀的旋转运动旋转运动。刨削时主运刨削时主运动是动是工件或工件或刀具的往复刀具的往复运动运动。 2 2、进给运动、进给运动 进给运动进给运动是刀具与工件之间附加的相对运动是刀具与工件之间附加的相对运动, , 它它配合主运动依次地或连续不断地切除工件上多余金配合主运动依次地或连续不断地切除工件上多余金属

8、属, , 从而形成具有所需几何特性的已加工表面。从而形成具有所需几何特性的已加工表面。 进给运动可由刀具完成进给运动可由刀具完成( (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（如刨削），也可以是连，可以是间歇的（如刨削），也可以是连续的（如车削）。续的（如车削）。车削时进给车削时进给运动是运动是车刀车刀的直线移动的直线移动。铣削时进给铣削时进给运动是运动是工件工件的直线移动的直线移动。刨削时进给运刨削时进给运动是动是工件或刀工件或刀具的横向移动具的横向移动。12211122车削运动车削运动车削工件时，必须使车削工件时，必须使工件工件和和刀具刀具作

9、相对运动。根据运作相对运动。根据运动的性质和作用，车削运动可分为动的性质和作用，车削运动可分为工件工件的的旋转运动旋转运动，和和车刀车刀的的直线（或曲线）移动直线（或曲线）移动。主运动主运动进给运动进给运动车成型面车成型面车削运动车削运动主运动：主运动：直接切除工件上的切削层，并使之变成切屑形直接切除工件上的切削层，并使之变成切屑形成工件新表面的运动成工件新表面的运动。进给运动：进给运动： 使工件上多余材料不断被切除的使工件上多余材料不断被切除的 运动运动. .进给运动进给运动又可分又可分横向进给横向进给运动和运动和纵向进给纵向进给运动运动. . 车端面车端面车外圆车外圆二、工件上的加工表面二

10、、工件上的加工表面1 1、待加工表面：待加工表面：工件上有待切除的表面工件上有待切除的表面。 它可能是毛坯表面或加工过的表面。它可能是毛坯表面或加工过的表面。2 2、已加工表面已加工表面 ：工件上经刀具切削后产生的表面。工件上经刀具切削后产生的表面。3 3、过渡表面、过渡表面 ：工件上由刀具正在切削的那一部分表面工件上由刀具正在切削的那一部分表面。 它将在下一转被切除它将在下一转被切除。nf f过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面主运动主运动进给运动进给运动已加工表面已加工表面312如何判断？如何判断？车削时工件上形成的表面？车削时工件上形成的表面？14切削用量三要素切削用量三要素: :三、切

11、削用量三、切削用量背吃刀量背吃刀量p进给量进给量 切削速度切削速度v vc c 车削工件上已加工表面和待加工表车削工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。面之间的垂直距离。 工件每转一圈，车刀沿进给方向移工件每转一圈，车刀沿进给方向移动的距离。它是衡量进给运动大小的动的距离。它是衡量进给运动大小的参数参数。单位为单位为mm/rmm/r。 是切削刃上选定点相对工件的主是切削刃上选定点相对工件的主运动的瞬间速度。它是衡量主运动大运动的瞬间速度。它是衡量主运动大小的参数小的参数。单位单位m/sm/s。 切削用量是衡量切削运动大小的参数。合理选择切削用量是保切削用量是衡量切削运动大小的参数。合理选

12、择切削用量是保证加工零件的质量、提高生产效率、降低生产成本的有效方法之一。证加工零件的质量、提高生产效率、降低生产成本的有效方法之一。v vc dndn 10001 1、切削速度切削速度v vcd工件待加工表面最大直径，工件待加工表面最大直径，mmmm。 nn工件转速工件转速（r/r/s s) ) 车削时车削时: : 是是切削刃上选定点切削刃上选定点相对工件的主运动的瞬时速度。衡量主相对工件的主运动的瞬时速度。衡量主运动大小的参数运动大小的参数。v vc 切削速度，切削速度，m/sm/s。 在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数

13、值进行计算，因为此处速度最大，刀加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最大，刀具磨损最快。具磨损最快。方向：方向：切削刃上选定点相对切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。于工件的瞬时主运动方向。例题例题: :车削直径为车削直径为40mm40mm的工件外圆的工件外圆, , 选定的切削速度为选定的切削速度为1.4m/s, 1.4m/s, 试求车床主轴的转速试求车床主轴的转速n ?n ?cd n 1000如何计算？如何计算？解：解：s）（rdnc/15.114014. 34 . 110001000 d d D Dv vf fn1 12 2f f2 2、进给量、进给量 工件每转一圈，车刀沿工件每

14、转一圈，车刀沿进给方向移动的距离进给方向移动的距离。单位单位为为mm/rmm/r。 进给速度进给速度v vf f是指是指切削刃上切削刃上选定点相对于工件进给运动的选定点相对于工件进给运动的瞬时速度。单位：瞬时速度。单位：mm/smm/s。v vf f= f n= f nv vf f 进给速度，进给速度，mm/smm/s；n n 主轴转速，主轴转速，r/sr/s；f f 进给量，进给量，mm/rmm/r。方向：方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。3 3、背吃刀量、背吃刀量p p dw dm 2 车削工件上已加工表车削工件上已加工表面和待加工表面之

15、间的垂面和待加工表面之间的垂直距离直距离。单位为单位为mmmm。切削深度切削深度 (mm)(mm)； 待加工表面直径待加工表面直径 (mm)(mm)；已加工表面直径已加工表面直径 (mm)(mm)。dmdwpdmdw计算公式：计算公式：1 1、车削时，（、车削时，（ ）是主运动。）是主运动。 A、工件的旋转、工件的旋转 B、车刀的移动、车刀的移动 C、钻头钻孔、钻头钻孔 D、吃刀、吃刀2 2、切削用量三要素包括（、切削用量三要素包括（ ） A A、切削厚度、切削厚度、背吃刀量背吃刀量及进给量及进给量 B B、切削速度、背吃刀量及进给量、切削速度、背吃刀量及进给量 C C、切削速度、切削宽度及进

16、给量、切削速度、切削宽度及进给量 DD、切削速度、切削厚度及进给量、切削速度、切削厚度及进给量3 3、将直径为、将直径为60mm60mm工件一次车成为工件一次车成为52mm52mm，则背吃刀量（，则背吃刀量（ ） A A、8mm 8mm B B、 4mm C4mm C、 2mm D2mm D、5mm5mm4 4、（、（ ）是衡量主运动大小的参数。）是衡量主运动大小的参数。 A A、进给速度、进给速度 B B、 切削速度切削速度 C C、背吃刀量、背吃刀量 DD、切削厚度、切削厚度ABBB切削用量三要素切削用量三要素:背吃刀量背吃刀量 p进给量进给量切削速度切削速度ccd n 1000 p dw

17、 dm 2d工件待加工表面最大直径。工件待加工表面最大直径。 n主运动每分钟转数（主运动每分钟转数（r/min) 背吃刀量背吃刀量 (mm) 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)dmdwp单位为单位为mm/r加工直径为加工直径为60mm60mm的工件外圆，一次加工车外圆至的工件外圆，一次加工车外圆至54mm54mm，长度至，长度至225mm225mm，进给量，进给量 采用采用0.1mm/r0.1mm/r，主轴转速为主轴转速为450r/min450r/min。1 1、背吃刀量、背吃刀量 p p是多少？是多少？2 2、加工一次所需的时间？、加工一次所需的时间

18、？225mm54解：解：1 1、2 2、1.2 1.2 切削变形、切削力与切削温度切削变形、切削力与切削温度一、切削变形及其主要影响因素一、切削变形及其主要影响因素1 1、切屑的形成、切屑的形成 切削时，工件上的切削时，工件上的切削层受刀具的挤压，切削层受刀具的挤压，产生弹性变形而至塑性产生弹性变形而至塑性变形。由于受下部金属变形。由于受下部金属的阻碍，切削层只能沿的阻碍，切削层只能沿OMOM线（约与外力作用线（约与外力作用线成线成4545）产生剪切滑）产生剪切滑移。移。OMOM线称为剪切线线称为剪切线或滑移线。或滑移线。 将金属材料将金属材料的被切层看作一的被切层看作一叠卡片，如叠卡片，如1

19、 1、2 2、3 3、4 4、5 5当刀具当刀具切入时，卡片被切入时，卡片被推到了推到了1 1、2 2、3 3、4 4、55位置，位置，卡片之间产生了卡片之间产生了相对滑移，滑移相对滑移，滑移方向就是最大切方向就是最大切应力的剪切面。应力的剪切面。2 2、切屑的形态、切屑的形态 切削金属时，由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程中变形的程度也不一样，所形成的切屑形态多种多样。主要有以下几种：（1 1）带状切屑）带状切屑 外形连绵不断，与前刀面接触的面很光滑，背面呈毛茸状。用较大前角、较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料时，容易得到带状切屑。（2 2）节状切屑）节状切屑 切屑的背面呈锯齿形

20、，底面有时出现裂纹。采用较低的切削速度和较大的进给量切削中等硬度的钢件时，容易得到节状切屑。（b b）节状切屑）节状切屑(3)(3)粒状切屑粒状切屑 这类切屑基本上是分离的梯形单元切屑。进一步减小切削速度和前角，增加切削厚度，使整个剪切面上的切应力超过材料的破裂强度时便可得到这种切屑。（4 4）崩碎切屑）崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料时，切削层产生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块状屑片，称为崩碎切屑。3 3、积屑瘤、积屑瘤（1 1）积屑瘤现象及产生的原因）积屑瘤现象及产生的原因 切削塑性材料时，由于切屑底面与前刀面的挤压和剧烈摩擦，使切屑底层的流动速度低于上层的流动速度

21、，形成滞流层。当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑本身分子间结合力时，滞流层的部分新鲜金属就会粘附在刀刃附近，形成楔形的积屑瘤 。（2 2）积屑瘤影响）积屑瘤影响 有利的一面：有利的一面：包覆在切削刃上代替切削刃工作，起到保护切削刃的作用，提高刀具的寿命。 不利的一面：不利的一面：加工表面质量下降。 粗加工时允许有积屑瘤存在，但在精加工时，一定要设法避免。（3 3）控制积屑瘤措施）控制积屑瘤措施 a、提高工件材料的硬度，减少塑性和加工硬化倾向； b、控制切削速度，从而控制切削温度。低速时低温，高速时高温都不产生积屑瘤。因此，可选择低速或高速切削； c、采用润滑性能良好的切削液，减小摩擦；

22、d、增大前角，减小进给量、背吃刀量。4 4、影响切削变形的主要因素、影响切削变形的主要因素（1 1）工件材料）工件材料 在切削条件相同的情况下，被切材料的强度越大，切削变形越小；被切材料的塑性越大，越容易产生塑性变形。所以切削低碳钢等塑性材料时，塑性变形较严重。（2 2）切削用量）切削用量 切削速度对切削变形的影响呈波浪形变化。在低速和高速切削时都不易形成积屑瘤。增大进给量，切屑厚度增加，切削变形减小。（3 3）刀具几何角度）刀具几何角度 前角越大，切削变形越小。二、切削力及其主要影响因素二、切削力及其主要影响因素1 1、切削力的来源、切削力的来源 切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形

23、，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力。 切削力来自于金属切削过程中克服被加工材料的弹、塑性变形抗力和摩擦阻力（切屑、工件与刀具间的摩擦力）。FF总切削力总切削力F Fc c主切削力主切削力F Fp p背向力背向力F Ff f 进给力进给力F Fc cF Fp pF Ff f222pfcFFFF各切削分力对切削过程的影响各切削分力对切削过程的影响F Fc cF Fp pF Ff f 作用于机床进给系统，是设计机床所需重要参数作用于机床进给系统，是设计机床所需重要参数 消耗总功率的消耗总功率的1%5%1%5% 对刀具对刀具: :压弯刀杆，影响刀具强度压弯刀杆，影响刀具强度 对工件对工件: :

24、阻止工件旋转，消耗机床动力阻止工件旋转，消耗机床动力 顶弯工件，当工艺系统刚度不足时，易使工件顶弯工件，当工艺系统刚度不足时，易使工件 产生形状误差，并易引起振动；可增大产生形状误差，并易引起振动；可增大K Kr r解决解决 加工中加工中F Fp p不作功（不消耗功率）不作功（不消耗功率）F Fc cF Fp pF Ff f2 2、影响切削力的主要因素、影响切削力的主要因素（1 1）工件材料的影响）工件材料的影响 材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。 在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。（2 2）切削用量的影响）切削用量

25、的影响 进给量f 和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加。切削速度切削速度 c c 切削速度在520m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小；切削速度继续在2035m/min范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加；在切削速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时，切削力无明显变化。在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度c 对切削力Fc无明显的影响。在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。（3 3）刀具几何参数的影响）刀具几何参数的影响

26、 a、前角大，切屑易于从前刀面流出，切削变形小，切削力下降。（塑性材料比脆性材料影响明显） b、主偏角增大，进给力Ff增加，而背向力Fp减小，对主切削力Fc影响不大。刚性较差的细长轴选用较大的主偏角。 c、刃倾角由正值变为负值时，Fp将增加，Ff减小。所以车刚性较差的工件时，一般不取负的刃倾角。 d、刀尖圆弧半径增大，背向力Fp明显增加。三、切削温度及其主要影响因素三、切削温度及其主要影响因素1 1、切削热和切削温度、切削热和切削温度（1 1）切削热的产生和传出）切削热的产生和传出 在切削过程中所消耗的功，绝大部分转变为热，即切削热。切削热的主要来源是被切削层金属的变形、切屑与前刀面的摩擦和工

27、件与刀具后面的摩擦。切削热的产生和传散，影响切削区域的温度。切削区域的平均温度称为切削温度。（2 2）切削温度及其分布）切削温度及其分布 前刀面上的最高温度不在切削刃上，而是距离切削刃有段距离。 温度分布不均匀，温度梯度大。工件材料脆性越大，分布越不均匀。3 3、切削温度的主要影响因素、切削温度的主要影响因素（1 1）工件材料的影响）工件材料的影响 材料的强度、硬度越高，则切削抗力越大，消耗的功越多，产生的热就越多； 导热系数越小，散热越慢，切削区的切削温度就越高； 切削脆性材料，因变形小，摩擦小，切削温度较低。（2 2）切削用量的影响）切削用量的影响 背吃刀量对切削温度的影响很小； 进给量增加，产生的热量增加，切削温度有所升高； 切削速度增加，变形功与摩擦转变的热量急剧增多，切削温度显著提高。（3 3）刀具几何参数的影响）刀具几何参数的影响1)前角o塑性变形和摩擦切削温度。但前角不能太大，否则刀具切削部分的锲角过小，容热、散热体积减小，切削温度反而上升。 2)主偏角r切削刃工作接触长度，切削宽度bD，散热条件变差，故切削温度。1 1、常见的切屑类型有、常见