模块03 金属切削加工质量及刀具几何参数的选择

1、模块模块3 3 金属切削加工质量及刀具几金属切削加工质量及刀具几何参数的选择何参数的选择金属切削加工质量是一个综合因素决定的结果，其金属切削加工质量是一个综合因素决定的结果，其中包括工件材料切削加工性的好坏、切削刀具几何参数的中包括工件材料切削加工性的好坏、切削刀具几何参数的合理与否、切削用量的合理与否、加工工艺的合理与否、合理与否、切削用量的合理与否、加工工艺的合理与否、加工机床的精度高低及操作者的水平。本模块将围绕工件加工机床的精度高低及操作者的水平。本模块将围绕工件材料的切削加工性和切削刀具的几何参数进行讨论。材料的切削加工性和切削刀具的几何参数进行讨论。模块模块3 3 金属切削加工质量

2、金属切削加工质量 及刀具几何参数的选择及刀具几何参数的选择 课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量 课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择 课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 一、课题引入一、课题引入 二、课题分析二、课题分析 三、相关知识三、相关知识 知识点知识点材料切削加工性及其评定指标。材料切削加工性及其评定指标。材料切削加工性的影响因素。材料切削加工性的影响因素。难加工材料的加工方法。难加工材料的加工方法。技能点技能点掌握材料切削加工性的评定指标和难加工材料的加工方掌握材料切削加

3、工性的评定指标和难加工材料的加工方法。法。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性一、课题引入一、课题引入有切削加工经验的人都有这样的体会：在同样的加有切削加工经验的人都有这样的体会：在同样的加工条件下，对于不同的工件材料，其加工的难易程度、刀工条件下，对于不同的工件材料，其加工的难易程度、刀具的磨损速度、加工后工件的表面粗糙度往往不同，有时具的磨损速度、加工后工件的表面粗糙度往往不同，有时甚至相去甚远。那么，如何去评判工件材料甚至相去甚远。那么，如何去评判工件材料( (如如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢不锈钢) )的切削加工性呢？如何比较两种材料的切削加工性呢

4、？如何比较两种材料加工性的好坏？例如，加工性的好坏？例如，4545钢与钢与4545调质钢哪个容易加工？对调质钢哪个容易加工？对于难加工材料的加工，从刀具方面和其他方面又该采取什于难加工材料的加工，从刀具方面和其他方面又该采取什么措施？么措施？课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性二、课题分析二、课题分析材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。良好的切削加工性一般包括：在相同切削条件下刀具具有良好的切削加工性一般包括：在相同切削条件下刀具具有较高的耐用度；在相同切削条件下，切削力、切削功率较较高的耐用度；在相同切削条件下，切削力、

5、切削功率较小，切削温度较低；加工时，容易获得良好的表面质量；小，切削温度较低；加工时，容易获得良好的表面质量；容易控制切屑的形状，容易断屑。材料切削加工性的好坏，容易控制切屑的形状，容易断屑。材料切削加工性的好坏，对于顺利完成切削加工任务，保证工件的加工质量意义重对于顺利完成切削加工任务，保证工件的加工质量意义重大。大。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性材料的切削加工性不仅是一项重要的工艺性能指标，材料的切削加工性不仅是一项重要的工艺性能指标，而且是材料多种性能的综合评价指标。材料的切削加工性而且是材料多种性能的综合评价指标。材料的切削加工性不仅可以根据不同情况从不同方面

6、进行评定，而且也是可不仅可以根据不同情况从不同方面进行评定，而且也是可以改变的。那么，切削加工性的主要评定指标有哪些？切以改变的。那么，切削加工性的主要评定指标有哪些？切削加工性的影响因素有哪些？如何综合分析和改善指定材削加工性的影响因素有哪些？如何综合分析和改善指定材料的切削加工性呢？料的切削加工性呢？下面就来学习工件材料切削加工性的有关知识。下面就来学习工件材料切削加工性的有关知识。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性三、相关知识三、相关知识( (一一) ) 切削加工性评定的主要指标切削加工性评定的主要指标某种材料切削加工性的好坏是相对于另一种材料而某种材料切削加工性的

7、好坏是相对于另一种材料而言的。因此，切削加工性具有相对性。在讨论钢材的切削言的。因此，切削加工性具有相对性。在讨论钢材的切削加工性时，一般以加工性时，一般以4545钢为基准，其他材料与其比较，用相钢为基准，其他材料与其比较，用相对加工性指标对加工性指标K Kr r来表示，具体如下。来表示，具体如下。 60rB60vKv课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性（3-1）式中式中 v v6060某种材料其耐用度为某种材料其耐用度为60min60min时的切削速度；时的切削速度； v vB60B60切削切削4545钢钢( (b b=0.735Gpa)=0.735Gpa)，耐用度为，耐

8、用度为60min60min时的时的切削速度。切削速度。相对切削加工性及其分级见表相对切削加工性及其分级见表3-13-1。切削加工性的好。切削加工性的好坏，还可用切削时的切削力、加工表面粗糙度和断屑的难坏，还可用切削时的切削力、加工表面粗糙度和断屑的难易程度等指标来衡量。易程度等指标来衡量。 课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性表表3-1 3-1 相对切削加工性及其分级相对切削加工性及其分级 铸造镍基高温合金，铸造镍基高温合金，某些钛合金某些钛合金0.153.03.0一般有色金属一般有色金属很容易切削的材料很容易切削的材料1 1代表性材料代表性材料相对切削相对切削加工性加工性

9、K Kr r工件材料分类工件材料分类加工性加工性等级等级课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性( (二二) ) 切削加工性的影响因素切削加工性的影响因素材料的物理力学性能、化学成分、金相组织是影响材料的物理力学性能、化学成分、金相组织是影响材料切削加工性的主要因素。材料切削加工性的主要因素。1. 1. 材料的物理力学性能材料的物理力学性能就材料的物理性能而言，材料的强度、硬度越高，就材料的物理性能而言，材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，切削加工性切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，切削加工性越差。强度相同，塑性、韧性越好的材料，切削变形越大，越

10、差。强度相同，塑性、韧性越好的材料，切削变形越大，切削力越大，切削温度越高，并且不易断屑，故切削加工切削力越大，切削温度越高，并且不易断屑，故切削加工性越差。材料的线膨胀系数越大，导热系数越小，加工性性越差。材料的线膨胀系数越大，导热系数越小，加工性也越差。也越差。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性2. 2. 化学成分化学成分就材料化学成分而言，增加钢的含碳量，强度、硬就材料化学成分而言，增加钢的含碳量，强度、硬度提高，塑性、韧性下降。显然，低碳钢切削时变形大，度提高，塑性、韧性下降。显然，低碳钢切削时变形大，不易获得高的加工表面；高碳钢切削力太大，切削困难；不易获得高的

11、加工表面；高碳钢切削力太大，切削困难；中碳钢介于两者之间，有较好的切削加工性。增加合金元中碳钢介于两者之间，有较好的切削加工性。增加合金元素会改变钢的切削加工性，如锰、硅、镍和铬等都能提高素会改变钢的切削加工性，如锰、硅、镍和铬等都能提高钢的强度和硬度。石墨的含量、形状、大小影响着灰铸铁钢的强度和硬度。石墨的含量、形状、大小影响着灰铸铁的切削加工性。促进石墨化的元素能改善铸铁的切削加工的切削加工性。促进石墨化的元素能改善铸铁的切削加工性，如碳、硅、铝、铜和镍等；阻碍石墨化的元素能降低性，如碳、硅、铝、铜和镍等；阻碍石墨化的元素能降低铸铁的切削加工性，如锰、磷、硫、铬和钒等。铸铁的切削加工性，如

12、锰、磷、硫、铬和钒等。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性3. 3. 金相组织金相组织就材料的金相组织而言，钢中的珠光体有较好的切就材料的金相组织而言，钢中的珠光体有较好的切削加工性，铁素体和渗碳体则较差；托氏体和索氏体组织削加工性，铁素体和渗碳体则较差；托氏体和索氏体组织在精加工时能获得质量较好的加工表面，但必须适当降低在精加工时能获得质量较好的加工表面，但必须适当降低切削速度；奥氏体和马氏体切削加工性很差。切削速度；奥氏体和马氏体切削加工性很差。材料的物理力学性能的数值大小与加工等级的关系材料的物理力学性能的数值大小与加工等级的关系见表见表3-13-1。凡等级代号数值大

13、于。凡等级代号数值大于4 4的材料，表示较难切削或的材料，表示较难切削或难切削。例如，从有关材料手册得难切削。例如，从有关材料手册得1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢的不锈钢的HB=229HB=229、b b=0.642GPa=0.642GPa、=55%=55%、A AKJKJ=2.45MJ/m=2.45MJ/m2 2、k k=16.3W/(mK)=16.3W/(mK)，可查出相应的切削加工等级代号为，可查出相应的切削加工等级代号为4 4、3 3、8 8、8 8、8 8，加工性好坏不言而喻。，加工性好坏不言而喻。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性【知识链接】【

14、知识链接】 难加工材料种类繁多，高锰钢、不锈难加工材料种类繁多，高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料。高锰钢加工硬化严重，造成切削钢是常用的难加工材料。高锰钢加工硬化严重，造成切削困难；导热性差，仅为困难；导热性差，仅为4545钢的钢的1/41/4，切削温度高，刀具易磨，切削温度高，刀具易磨损；韧性大、塑性好，变形严重，不易断屑。损；韧性大、塑性好，变形严重，不易断屑。不锈钢中由于铬、镍含量较大，强度、韧性较好，不锈钢中由于铬、镍含量较大，强度、韧性较好，加工硬化严重，易粘刀，断屑困难；切屑与前刀面接触长加工硬化严重，易粘刀，断屑困难；切屑与前刀面接触长度较短，刀尖附近应力较大，易崩刃；导热性差，

15、切削温度较短，刀尖附近应力较大，易崩刃；导热性差，切削温度高，刀具耐用度低。度高，刀具耐用度低。不难看出，这些材料性能相差甚大，所以加工特点不难看出，这些材料性能相差甚大，所以加工特点也不相同。只要从材料特性去把握它们的切削特点，就能也不相同。只要从材料特性去把握它们的切削特点，就能通过改变切削条件，来解决它们的切削问题。通过改变切削条件，来解决它们的切削问题。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性( (三三) ) 改善切削加工性的途径改善切削加工性的途径1. 1. 调整材料的化学成分调整材料的化学成分 除了金属材料中的含碳量外，材料中加入锰、铬、除了金属材料中的含碳量外，材

16、料中加入锰、铬、钼、硫、磷或铅等元素时，都将不同程度地影响材料的硬钼、硫、磷或铅等元素时，都将不同程度地影响材料的硬度、强度和韧性等，进而影响材料的切削加工性。在材料度、强度和韧性等，进而影响材料的切削加工性。在材料中，若加入硫、铅或磷等元素组成易切削钢，即能改善材中，若加入硫、铅或磷等元素组成易切削钢，即能改善材料的切削加工性。料的切削加工性。2. 2. 进行适当的热处理进行适当的热处理可以将硬度较高的高碳钢和工具钢等材料进行退火可以将硬度较高的高碳钢和工具钢等材料进行退火处理，以降低硬度；低碳钢可以通过正火降低材料的塑性，处理，以降低硬度；低碳钢可以通过正火降低材料的塑性，提高其硬度；中碳

17、钢通过调质使材料硬度均匀。这些方法提高其硬度；中碳钢通过调质使材料硬度均匀。这些方法都可以达到改善材料切削加工性的目的。都可以达到改善材料切削加工性的目的。课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性【知识链接】【知识链接】 实践证明，材料硬度一般在实践证明，材料硬度一般在170230HBS170230HBS左右时，其切削加工性最好。左右时，其切削加工性最好。3. 3. 选择良好的材料状态选择良好的材料状态低碳钢塑性大，加工性不好，但经过冷拔之后，塑低碳钢塑性大，加工性不好，但经过冷拔之后，塑性降低，加工性好；锻件毛坯由于余量不均匀，且不可避性降低，加工性好；锻件毛坯由于余量不均匀

18、，且不可避免出现硬皮，但改用热轧钢，则加工性可得到改善。免出现硬皮，但改用热轧钢，则加工性可得到改善。练习与思考练习与思考1. 1. 什么是工件材料切削加工性？什么是工件材料切削加工性？2. 2. 用什么指标来衡量工件材料切削加工性？用什么指标来衡量工件材料切削加工性？K Kr r的含义是什的含义是什么？么？3. 3. 如何改善工具钢的切削加工性？如何改善工具钢的切削加工性？课题课题1 1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量 一、课题引入一、课题引入 二、课题分析二、课题分析 三、相关知识三、相关知识 知识点知识点表面粗糙度评定指标。表面粗糙度

19、评定指标。表面粗糙度的形成及影响因素。表面粗糙度的形成及影响因素。降低表面粗糙度的措施。降低表面粗糙度的措施。技能点技能点能够在加工过程中提高加工表面质量。能够在加工过程中提高加工表面质量。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量一、课题引入一、课题引入实际加工中，往往由于多方面的原因，使得工件加实际加工中，往往由于多方面的原因，使得工件加工后的表面质量不尽如人意。例如，在某工后的表面质量不尽如人意。例如，在某C6140C6140车床上采用车床上采用150m/min150m/min的切削速度、的切削速度、0.15mm/r0.15mm/r的进给量和的进给量和1mm1mm的背吃刀的背吃刀量，精

20、车一普通中碳钢工件后，发现已加工面上出现刀痕，量，精车一普通中碳钢工件后，发现已加工面上出现刀痕，表面粗糙，远远达不到表面质量要求。那么，如何才能改表面粗糙，远远达不到表面质量要求。那么，如何才能改变这种状况呢？变这种状况呢？课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量二、课题分析二、课题分析工件已加工表面质量包括工件的表面粗糙度、表面工件已加工表面质量包括工件的表面粗糙度、表面残余应力和表面加工硬化层等指标。加工工件表面质量的残余应力和表面加工硬化层等指标。加工工件表面质量的好坏直接影响到产品质量和产品的使用性能。由课题引入好坏直接影响到产品质量和产品的使用性能。由课题引入可以看出，已加工表

21、面质量可能与切削用量有关。除此以可以看出，已加工表面质量可能与切削用量有关。除此以外，它还与哪些因素直接相关呢？怎样才能提高加工表面外，它还与哪些因素直接相关呢？怎样才能提高加工表面质量呢？质量呢？由于表面质量指标中表面粗糙度比较直观，便于测由于表面质量指标中表面粗糙度比较直观，便于测量和控制，以下就从表面粗糙度入手，谈谈什么是表面粗量和控制，以下就从表面粗糙度入手，谈谈什么是表面粗糙度？表面粗糙度的形成原因和变化规律如何？减小表面糙度？表面粗糙度的形成原因和变化规律如何？减小表面粗糙度的有效途径有哪些？粗糙度的有效途径有哪些？课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量三、相关知识三、相关知

22、识( (一一) ) 已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度表面粗糙度主要是由刀具的形状及切削过程中塑性表面粗糙度主要是由刀具的形状及切削过程中塑性变形和振动等因素引起的，它是指已加工表面的微观几何变形和振动等因素引起的，它是指已加工表面的微观几何形状误差。一般可看成由理论粗糙度和实际粗糙度叠加而形状误差。一般可看成由理论粗糙度和实际粗糙度叠加而成。成。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量【知识链接】【知识链接】 表面粗糙度对配合工件的配合性质、表面粗糙度对配合工件的配合性质、摩擦副与摩擦面的磨损、工件的耐腐蚀性及工件的疲劳强摩擦副与摩擦面的磨损、工件的耐腐蚀性及工件的疲劳强度等将产生重要影响

23、，是表面质量中一项非常重要的指标。度等将产生重要影响，是表面质量中一项非常重要的指标。减小表面粗糙度有利于保证配合工件的配合性质、有利于减小表面粗糙度有利于保证配合工件的配合性质、有利于提高工件的耐腐蚀性、有利于提高工件的抗疲劳破坏能力，提高工件的耐腐蚀性、有利于提高工件的抗疲劳破坏能力，适当的表面粗糙度有利于提高工件的耐磨性。表面粗糙度适当的表面粗糙度有利于提高工件的耐磨性。表面粗糙度等级用轮廓算术平均值等级用轮廓算术平均值R Ra a、微观不平度十点高度、微观不平度十点高度R Rz z或轮廓或轮廓最大高度最大高度R Ry y的数值大小表示。按国家标准规定，优先采用的数值大小表示。按国家标准

24、规定，优先采用轮廓算术平均值轮廓算术平均值R Ra a的大小来表示。的大小来表示。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量1.1.理论粗糙度理论粗糙度这是刀具几何形状和切削运动引起的表面不平度。这是刀具几何形状和切削运动引起的表面不平度。生产中，如果条件比较理想，加工后表面粗糙度接近生产中，如果条件比较理想，加工后表面粗糙度接近于理论粗糙度。于理论粗糙度。刀具几何形状和切削运动对表面粗糙度的影响主要刀具几何形状和切削运动对表面粗糙度的影响主要是通过刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径是通过刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径r r及进给及进给量对切削后工件上的残留层高度来体现的。主偏角、量对切

25、削后工件上的残留层高度来体现的。主偏角、副偏角、进给量越小，表面粗糙度越小；刀尖圆弧半副偏角、进给量越小，表面粗糙度越小；刀尖圆弧半径径r r越大，表面粗糙度越小。越大，表面粗糙度越小。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量本课题中，精车表面质量差的主要原因，就刀具而本课题中，精车表面质量差的主要原因，就刀具而言无外乎是副偏角偏大或刀尖圆弧半径过小，以致于言无外乎是副偏角偏大或刀尖圆弧半径过小，以致于切削后残留层高度增大而引起的。若减小副偏角或适切削后残留层高度增大而引起的。若减小副偏角或适当增大刀尖圆弧半径，必将减小切削后的残留层高度，当增大刀尖圆弧半径，必将减小切削后的残留层高度，从

26、而降低表面粗糙度。从而降低表面粗糙度。【知识链接】【知识链接】 不难想象，切削加工时，由于刀具形不难想象，切削加工时，由于刀具形状及走刀运动的原因，必然在工件上存在残留层，残状及走刀运动的原因，必然在工件上存在残留层，残留层的高度直接影响已加工表面粗糙度。留层的高度直接影响已加工表面粗糙度。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量(1) (1) 如图如图3-13-1所示，用尖头刀加工时，残留层的最大所示，用尖头刀加工时，残留层的最大高度高度R Ry y的具体求解公式如下。的具体求解公式如下。yrrcotcotfR相应的轮廓算术平均值相应的轮廓算术平均值R Ra a的具体求解公式如下。的具体

27、求解公式如下。ya4RR 课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量（3-2）（3-3）图图3-1 3-1 残留层残留层 课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量(2) (2) 用圆头刀加工时，残留层的高度用圆头刀加工时，残留层的高度R Ry y的具体求解的具体求解公式如下。公式如下。 相应的轮廓算术平均值相应的轮廓算术平均值R Ra a的具体求解公式如下。的具体求解公式如下。2y8fRrya4RR 课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量（3-4）（3-5）【例【例3-13-1】 用一把尖头车刀用一把尖头车刀( =75( =75， =10=10) )和一把圆头车刀和一把圆头车刀(

28、(r r=1mm)=1mm)，以同样的，以同样的f f( (f f=0.2mm/r)=0.2mm/r)来车削来车削外圆，分别求出其工件上残留层的高度。外圆，分别求出其工件上残留层的高度。解：尖头车刀解：尖头车刀y0.20.0337mmcot75cot10R 圆头车刀圆头车刀 2y0.20.005mm8 1R 课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量2. 2. 实际粗糙度实际粗糙度这是指切削加工中出现的非正常原因造成的表面不这是指切削加工中出现的非正常原因造成的表面不平度，其中包括积屑瘤影响、加工振动影响和鳞刺影响等。平度，其中包括积屑瘤影响、加工振动影响和鳞刺影响等。 【知识链接】【知识链

29、接】 由于积屑瘤将引起加工中的过切，或由于积屑瘤将引起加工中的过切，或在加工表面上划出犁沟，或脱落后粘附在加工表面上形成在加工表面上划出犁沟，或脱落后粘附在加工表面上形成毛刺，或形成的毛刺被刀具挤平后形成硬质光点。这样便毛刺，或形成的毛刺被刀具挤平后形成硬质光点。这样便加剧了加工表面的粗糙程度。加剧了加工表面的粗糙程度。鳞刺是指切削加工后残留在已加工表面的鳞片状毛鳞刺是指切削加工后残留在已加工表面的鳞片状毛刺，通常采用较低速度对塑性材料加工时可能出现。刺，通常采用较低速度对塑性材料加工时可能出现。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量切削过程中的振动会使加工表面出现振纹，不仅恶切削过程中

30、的振动会使加工表面出现振纹，不仅恶化了加工表面质量，而且对机床精度、刀具磨损会产生很化了加工表面质量，而且对机床精度、刀具磨损会产生很大的影响。振动分为强迫振动和自激振动两大类。强迫振大的影响。振动分为强迫振动和自激振动两大类。强迫振动是由外界周期作用力所引起，其特点是工艺系统的振动动是由外界周期作用力所引起，其特点是工艺系统的振动频率与外界激振力的频率相一致。造成强迫振动的原因有：频率与外界激振力的频率相一致。造成强迫振动的原因有：机械运动的不平稳、液压传动的压力脉动与冲击、传动带机械运动的不平稳、液压传动的压力脉动与冲击、传动带的接头不平、工件材料不均匀、断续切削、加工余量不均的接头不平、

31、工件材料不均匀、断续切削、加工余量不均匀或附近其他设备振动的传入等。自激振动又称颤振，是匀或附近其他设备振动的传入等。自激振动又称颤振，是由于切削过程中切削力的变动而引起的，当工艺系统刚度由于切削过程中切削力的变动而引起的，当工艺系统刚度不足时，往往容易引起自激振动，在细长轴车削或深孔镗不足时，往往容易引起自激振动，在细长轴车削或深孔镗削时要特别注意。削时要特别注意。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量刀具后刀面磨损造成的挤压、摩擦痕迹，刀屑的拉刀具后刀面磨损造成的挤压、摩擦痕迹，刀屑的拉毛和擦痕都会降低加工表面质量。毛和擦痕都会降低加工表面质量。( (二二) ) 切削加工中影响表面粗

32、糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素机械加工中，形成表面粗糙度的主要原因可归纳为机械加工中，形成表面粗糙度的主要原因可归纳为3 3个方面：一是刀刃和工件相对运动轨迹所形成的残留面个方面：一是刀刃和工件相对运动轨迹所形成的残留面积积几何因素；二是加工过程中在工件表面产生的塑性几何因素；二是加工过程中在工件表面产生的塑性变形、积屑瘤、鳞刺和振动等物理因素；三是与加工工艺变形、积屑瘤、鳞刺和振动等物理因素；三是与加工工艺相关的工艺因素。相关的工艺因素。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量1. 1. 几何因素几何因素在理想切削条件下，由于切削刃的形状和进给量的在理想切削条件下，由于切削刃的

33、形状和进给量的影响，在加工表面上遗留下来的切削层残留面积就形成了影响，在加工表面上遗留下来的切削层残留面积就形成了理论表面粗糙度。切削层残留面积如图理论表面粗糙度。切削层残留面积如图3-23-2所示。所示。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量图图3-2 3-2 切削层残留面积切削层残留面积 课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量由图由图3-23-2中的关系可得：中的关系可得：刀尖圆弧半径为零时刀尖圆弧半径为零时 rrcotcotfH刀尖圆弧半径为刀尖圆弧半径为r时时 28rHr课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量（3-6）（3-7）由上式可见，进给量由上式可见，进给量f

34、f、刀具主偏角、刀具主偏角 、副偏角、副偏角 越大，或刀尖圆弧半径越大，或刀尖圆弧半径r r越小，则切削层残留面积就越小，则切削层残留面积就越大，表面越粗糙。以上两式是理论计算结果，称为理论越大，表面越粗糙。以上两式是理论计算结果，称为理论粗糙度。切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有较粗糙度。切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有较大的差别，这是由于存在着与被加工材料的性能及与切削大的差别，这是由于存在着与被加工材料的性能及与切削机理相关的物理因素的缘故。机理相关的物理因素的缘故。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量2. 2. 物理因素物理因素切削过程中由于刀具的刃口圆角及后刀面

35、的挤压与切削过程中由于刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩擦，使金属材料发生塑性变形，从而使理论残留面积挤摩擦，使金属材料发生塑性变形，从而使理论残留面积挤歪或沟纹加深，促使表面粗糙度恶化。在加工塑性材料而歪或沟纹加深，促使表面粗糙度恶化。在加工塑性材料而形成带切屑时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤。形成带切屑时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤。它会代替前刀面和切削刃进行切削，使刀具的几何角度、它会代替前刀面和切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生变化。积屑瘤轮廓很不规则，因而使工件表背吃刀量发生变化。积屑瘤轮廓很不规则，因而使工件表面上出现深浅和宽窄不断变化的刀痕，有些积屑瘤甚至

36、嵌面上出现深浅和宽窄不断变化的刀痕，有些积屑瘤甚至嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。入工件表面，增加了表面粗糙度。切削加工时的振动，也使工件表面粗糙度值增大。切削加工时的振动，也使工件表面粗糙度值增大。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量3. 3. 工艺因素工艺因素与表面粗糙度有关的工艺因素有：切削用量、工件与表面粗糙度有关的工艺因素有：切削用量、工件材质及与切削刀具有关的因素。材质及与切削刀具有关的因素。( (三三) ) 降低表面粗糙度值的工艺措施降低表面粗糙度值的工艺措施由于表面粗糙度的成因与切削刀具之间的特殊关系，由于表面粗糙度的成因与切削刀具之间的特殊关系，现就切削加工和磨削加工

37、分别叙述降低表面粗糙度值的工现就切削加工和磨削加工分别叙述降低表面粗糙度值的工艺措施。艺措施。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量1.1.选择合理的切削用量选择合理的切削用量1) 1) 切削速度切削速度切削速度对表面粗糙度的影响比较复杂，一般情况切削速度对表面粗糙度的影响比较复杂，一般情况下在低速或高速切削时，不会产生积屑瘤，故加工后下在低速或高速切削时，不会产生积屑瘤，故加工后表面粗糙度值较小。在切削速度为表面粗糙度值较小。在切削速度为2050m/min2050m/min加工塑加工塑性材料性材料( (如低碳钢和铝合金等如低碳钢和铝合金等) )时，常容易出现积屑瘤时，常容易出现积屑瘤和

38、鳞刺，再加上切屑分离时的挤压变形和撕裂作用，和鳞刺，再加上切屑分离时的挤压变形和撕裂作用，使表面粗糙度更加恶化。因此切削速度越高，切削过使表面粗糙度更加恶化。因此切削速度越高，切削过程中切屑和加工表面层的塑性变形的程度越小，加工程中切屑和加工表面层的塑性变形的程度越小，加工后表面粗糙度值也就越小。后表面粗糙度值也就越小。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量【知识链接】【知识链接】 实验证明，产生积屑瘤的临界速度将实验证明，产生积屑瘤的临界速度将随加工材料、切削液及刀具状况等条件的不同而不同。随加工材料、切削液及刀具状况等条件的不同而不同。由此可见，用较高的切削速度，既可使生产率提高，由

39、此可见，用较高的切削速度，既可使生产率提高，又可使表面粗糙度值变小。所以不断地创造条件以提又可使表面粗糙度值变小。所以不断地创造条件以提高切削速度，一直是提高工艺水平的重要方向。其中高切削速度，一直是提高工艺水平的重要方向。其中发展新刀具材料和采用先进刀具结构可使切削速度大发展新刀具材料和采用先进刀具结构可使切削速度大为提高。为提高。2) 2) 进给量进给量f f在粗加工和半精加工中，当在粗加工和半精加工中，当f f0.15mm/r0.15mm/r时，进给量时，进给量f f的的大小决定了加工表面残留面积的大小。因而，适当地大小决定了加工表面残留面积的大小。因而，适当地减少进给量减少进给量f f

40、，将使表面粗糙度值减少。，将使表面粗糙度值减少。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量3) 3) 背吃刀量背吃刀量a ap p一般地说，背吃刀量一般地说，背吃刀量a ap p对加工表面粗糙度的影响是对加工表面粗糙度的影响是不明显的。但当不明显的。但当a ap p 0.020.03mm 0.020.03mm时，由于刀刃不可能刃磨时，由于刀刃不可能刃磨的绝对尖锐而具有一定的刃口半径，此时正常切削不能维的绝对尖锐而具有一定的刃口半径，此时正常切削不能维持，常出现挤压、打滑和周期性地切入加工表面，从而使持，常出现挤压、打滑和周期性地切入加工表面，从而使表面粗糙度值增大。为降低加工表面粗糙度值，应

41、根据刀表面粗糙度值增大。为降低加工表面粗糙度值，应根据刀具刃口刃磨的锋利程度选取相应的背吃刀量。具刃口刃磨的锋利程度选取相应的背吃刀量。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量2. 2. 选择合理的刀具几何参数选择合理的刀具几何参数(1) (1) 增大刃倾角增大刃倾角s s对降低表面粗糙度值有利。因为对降低表面粗糙度值有利。因为 s s增大，实际工作前角随之增大，切削过程中的金属塑性增大，实际工作前角随之增大，切削过程中的金属塑性变形程度随之下降，于是切削力变形程度随之下降，于是切削力F F也明显下降，从而显著地也明显下降，从而显著地减轻了工艺系统的振动，使加工表面的粗糙度值减小。减轻了工

42、艺系统的振动，使加工表面的粗糙度值减小。(2) (2) 减少刀具的主偏角减少刀具的主偏角 、副偏角、副偏角 和增大刀尖和增大刀尖圆弧半径圆弧半径r r可减小切削残留面积，使其表面粗糙度值减小。可减小切削残留面积，使其表面粗糙度值减小。(3) (3) 增大刀具的前角，使刀具易于切入工件，塑性增大刀具的前角，使刀具易于切入工件，塑性变形小，有利于减小表面粗糙度值。但若前角太大，刀刃变形小，有利于减小表面粗糙度值。但若前角太大，刀刃有嵌入工件的倾向，反而使表面变粗糙。有嵌入工件的倾向，反而使表面变粗糙。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量rr(4) (4) 当前角一定时，后角越大，切削刀刃钝

43、圆半径当前角一定时，后角越大，切削刀刃钝圆半径越小，刀刃越锋利；同时，还能减小后刀面与加工表面间越小，刀刃越锋利；同时，还能减小后刀面与加工表面间的摩擦和挤压，有利于减小表面粗糙度值。但若后角太大，的摩擦和挤压，有利于减小表面粗糙度值。但若后角太大，削弱了刀具的强度，容易产生切削振动，反而会使加工表削弱了刀具的强度，容易产生切削振动，反而会使加工表面粗糙度值增大。面粗糙度值增大。3. 3. 改善工件材料的性能改善工件材料的性能采用热处理工艺以改善工件材料的性能是减小其表采用热处理工艺以改善工件材料的性能是减小其表面粗糙度值的有效措施。例如，工件材料金属组织的晶粒面粗糙度值的有效措施。例如，工件

44、材料金属组织的晶粒越均匀，粒度越细，加工时越能获得较小的表面粗糙度值。越均匀，粒度越细，加工时越能获得较小的表面粗糙度值。为此，对工件进行正火或回火处理后再加工，能使加工表为此，对工件进行正火或回火处理后再加工，能使加工表面粗糙度值明显减小。面粗糙度值明显减小。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量4. 4. 选择合适的切削液选择合适的切削液切削液的冷却和润滑作用均对减小加工表面的粗糙切削液的冷却和润滑作用均对减小加工表面的粗糙度值有利，其中更直接的是润滑作用。当切削润滑液中含度值有利，其中更直接的是润滑作用。当切削润滑液中含有表面活性物质有表面活性物质( (如硫和氯等化合物如硫和氯等化

45、合物) )时，润滑性能增强，时，润滑性能增强，能使切削区金属材料的塑性变形程度下降，从而减小了加能使切削区金属材料的塑性变形程度下降，从而减小了加工表面的粗糙度值。工表面的粗糙度值。5. 5. 选择合适的刀具材料选择合适的刀具材料不同的刀具材料，由于化学成分的不同，在加工时不同的刀具材料，由于化学成分的不同，在加工时刀面硬度及刀面粗糙度不同，刀具材料与被加工材料金属刀面硬度及刀面粗糙度不同，刀具材料与被加工材料金属分子的亲和程度，以及刀具前后刀面与切屑和加工表面间分子的亲和程度，以及刀具前后刀面与切屑和加工表面间的摩擦系数等均有所不同。的摩擦系数等均有所不同。课题课题2 2 已加工表面质量已加

46、工表面质量6. 6. 防止或减小工艺系统振动防止或减小工艺系统振动工艺系统的低频振动，一般在工件的加工表面上产工艺系统的低频振动，一般在工件的加工表面上产生较小的表面波度，而工艺系统的高频振动将对加工表面生较小的表面波度，而工艺系统的高频振动将对加工表面的粗糙度产生影响。为减小加工表面的粗糙度值，则必须的粗糙度产生影响。为减小加工表面的粗糙度值，则必须采取相应措施以防止加工过程中高频振动的产生。采取相应措施以防止加工过程中高频振动的产生。课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量练习与思考练习与思考1. 1. 影响加工表面粗糙度的因素有哪些？要减小加工表面粗影响加工表面粗糙度的因素有哪些？要

47、减小加工表面粗糙度，可采取哪些措施？糙度，可采取哪些措施？2. 2. 从理论上来说，圆头刀半径越大，工件表面残留层高度从理论上来说，圆头刀半径越大，工件表面残留层高度越小。试问：圆头刀半径是否越大越好？越小。试问：圆头刀半径是否越大越好？3. 3. 从理论上来说，尖头刀的主偏角、副偏角越小，工件表从理论上来说，尖头刀的主偏角、副偏角越小，工件表面残留层高度越小。试问：为减小加工表面粗糙度，怎样面残留层高度越小。试问：为减小加工表面粗糙度，怎样做更合理？做更合理？课题课题2 2 已加工表面质量已加工表面质量课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择 一、课题引入一、课题引入 二

48、、课题分析二、课题分析 三、相关知识三、相关知识 知识点知识点刀具几何角度的功用。刀具几何角度的功用。刀具几何角度的选择原则。刀具几何角度的选择原则。技能点技能点刀具几何角度的合理选择。刀具几何角度的合理选择。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择一、课题引入一、课题引入强力车削是适合于粗加工和半精加工的高效车削方强力车削是适合于粗加工和半精加工的高效车削方法。它的主要特点是：在加工过程中采用较大的背吃刀量法。它的主要特点是：在加工过程中采用较大的背吃刀量和进给量，从而达到高的金属切削率。由于切削力的大大和进给量，从而达到高的金属切削率。由于切削力的大大提高，一般的车刀是

49、难以胜任强力车削的。那么，强力车提高，一般的车刀是难以胜任强力车削的。那么，强力车刀刀( (如图如图3-33-3所示所示) )是怎样通过参数的合理选择来完成任务的是怎样通过参数的合理选择来完成任务的呢？呢？课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择图图3-3 3-3 强力车刀简图强力车刀简图课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择二、课题分析二、课题分析在切削加工中，不仅可以通过客观条件在切削加工中，不仅可以通过客观条件( (环境和选材环境和选材等等) )改善切削问题，还可以通过主观因素来控制切削质量。改善切削问题，还可以通过主观因素来控制切削质量。强力车

50、刀就是这样一个例子，通过选择合适的前角、刃倾强力车刀就是这样一个例子，通过选择合适的前角、刃倾角、主偏角、副偏角，以及适当修磨修光刀刃均可以减小角、主偏角、副偏角，以及适当修磨修光刀刃均可以减小加工中的振动，提高已加工表面的质量。本课题涉及对刀加工中的振动，提高已加工表面的质量。本课题涉及对刀具几何参数的功用及其选择原则的灵活运用，这就要求我具几何参数的功用及其选择原则的灵活运用，这就要求我们从实际出发，综合分析加工要求及在加工过程中出现的们从实际出发，综合分析加工要求及在加工过程中出现的问题，通过合理地选择和搭配刀具几何参数，使切削加工问题，通过合理地选择和搭配刀具几何参数，使切削加工变得更

51、加轻松有效，使切出的工件质量更高。变得更加轻松有效，使切出的工件质量更高。下面就从强力车削可能带来的问题出发，通过相应下面就从强力车削可能带来的问题出发，通过相应问题的解决来学习刀具几何参数的合理选择。问题的解决来学习刀具几何参数的合理选择。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择三、相关知识三、相关知识( (一一) ) 强力车削带来的问题强力车削带来的问题强力车削采用了大切削用量，主要带来以下问题：强力车削采用了大切削用量，主要带来以下问题：切削力大、易振动、工件表面粗糙度增大。切削力大、易振动、工件表面粗糙度增大。( (二二) ) 解决问题的措施解决问题的措施针对上述问

52、题，可以在刀具上采取如下措施。针对上述问题，可以在刀具上采取如下措施。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择1. 1. 减小切削力的措施减小切削力的措施如图如图3-33-3所示，课题引入中强力车刀采用所示，课题引入中强力车刀采用20202525的大前角，使切削力明显下降。的大前角，使切削力明显下降。选择合理的前角是刀具使用的重要问题。前角是一选择合理的前角是刀具使用的重要问题。前角是一个很重要的角度，它影响切削过程中的变形、摩擦和刀具个很重要的角度，它影响切削过程中的变形、摩擦和刀具的强度。增大前角，切削力下降、切削热减小，工件表面的强度。增大前角，切削力下降、切削热减小

53、，工件表面质提高，但刀具强度降低、散热差。质提高，但刀具强度降低、散热差。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择“锐字当头，锐中求固锐字当头，锐中求固”，即在刀具强度允许的情，即在刀具强度允许的情况下尽量采用大前角，这是选择前角的总原则。前角的数况下尽量采用大前角，这是选择前角的总原则。前角的数值往往由工件材料、刀具材料和加工工艺要求决定。硬质值往往由工件材料、刀具材料和加工工艺要求决定。硬质合金刀具前角选用参考值见表合金刀具前角选用参考值见表3-23-2。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择表表3-2 3-2 硬质合金车刀合理前角选用参考值硬质合

54、金车刀合理前角选用参考值 2020252515152020不锈钢不锈钢( (奥氏体奥氏体) )5 51010钛合金钛合金-15-15-5-5淬火钢淬火钢3535404030303535铝及铝合金铝及铝合金1515202010101515合金钢合金钢5 5101010101515铜及铜合金铜及铜合金1515202010101515中碳钢中碳钢5 5101010101515灰铸铁灰铸铁2525303020202525低碳钢低碳钢精精 车车粗粗 车车精精 车车粗粗 车车合理前角合理前角工件材料工件材料合理前角合理前角工件材料工件材料课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择【知识链

55、接】【知识链接】 成形刀具减小前角，可减小刀具截形成形刀具减小前角，可减小刀具截形误差，提高工件加工精度。所以，成形刀具常取较小的前误差，提高工件加工精度。所以，成形刀具常取较小的前角，甚至取角，甚至取0 0前角。但是，这样会使切削条件变差。因而，前角。但是，这样会使切削条件变差。因而，在保证切削刃成形精度的前提下，应设法增大前角。在保证切削刃成形精度的前提下，应设法增大前角。考虑到大前角会削弱刀具强度，因此另外考虑采取固化措考虑到大前角会削弱刀具强度，因此另外考虑采取固化措施，具体如下。施，具体如下。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择1)1)取小的后角取小的后角0

56、0=6=6后角影响切削摩擦和刀具强度。增大后角，可以减后角影响切削摩擦和刀具强度。增大后角，可以减小刀具磨损、减小加工硬化、提高切削刃的锋利，但小刀具磨损、减小加工硬化、提高切削刃的锋利，但会使刀具强度下降。会使刀具强度下降。后角的选择依据是：粗加工时主要考虑刀具强度，后角的选择依据是：粗加工时主要考虑刀具强度，精加工时主要考虑加工表面质量。采用小后角的场合精加工时主要考虑加工表面质量。采用小后角的场合主要有：工件材料硬度强度较高、工艺系统刚度较差主要有：工件材料硬度强度较高、工艺系统刚度较差时、用于成形刀具和定尺寸刀具等。采用大后角的场时、用于成形刀具和定尺寸刀具等。采用大后角的场合主要有：

57、加工塑性、韧性较大的材料和加工硬化比合主要有：加工塑性、韧性较大的材料和加工硬化比较敏感的材料等。在粗加工时，一般取较敏感的材料等。在粗加工时，一般取4 466。在精。在精加工时，一般取加工时，一般取8 81212。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择【知识链接】【知识链接】 副后角的选择与后角类似。车刀、刨副后角的选择与后角类似。车刀、刨刀、端铣刀的副后角通常等于后角；切断刀、切槽刀、刀、端铣刀的副后角通常等于后角；切断刀、切槽刀、锯片铣刀的副后角，由于受刀头强度的限制，只能取锯片铣刀的副后角，由于受刀头强度的限制，只能取较小的数值，通常取较小的数值，通常取1 122

58、。2) 2) 选负的刃倾角选负的刃倾角s s=-6=-6-4-4刃倾角的功用主要是影响切屑的流向，刀具强度及刃倾角的功用主要是影响切屑的流向，刀具强度及刀刃锋利的程度，改变切削刃的工作状态，如图刀刃锋利的程度，改变切削刃的工作状态，如图3-43-4所所示，直角切削示，直角切削( (s s=0)=0)时，切屑近似地沿切削刃的法线时，切屑近似地沿切削刃的法线方向流出，锋利程度下降；而斜角切削方向流出，锋利程度下降；而斜角切削( (s s0)0)时，时，切屑偏离切削刃的法线方向流出。切屑偏离切削刃的法线方向流出。s s000时，刀具强度削弱。时，刀具强度削弱。课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀

59、具几何参数的合理选择图图3-4 3-4 刃倾角对切屑流向的影响刃倾角对切屑流向的影响 课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择刃倾角的选择应根据生产条件具体分析，一般情况刃倾角的选择应根据生产条件具体分析，一般情况下可按加工性质选取，粗加工时，选择负的刃倾角，如粗下可按加工性质选取，粗加工时，选择负的刃倾角，如粗车一般钢材及灰铸铁时取车一般钢材及灰铸铁时取s s=-5=-500；精加工时，取；精加工时，取s s=0=055；加工断续表面时，取；加工断续表面时，取s s=-12=-12-5-5；加工；加工淬硬钢时，取淬硬钢时，取-15-15-5-5。需要指出的是，当工艺系统刚

60、。需要指出的是，当工艺系统刚度较差时，不宜选负的刃倾角。度较差时，不宜选负的刃倾角。 课题课题3 3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择3) 3) 在前刀面上修磨出宽度在前刀面上修磨出宽度0.50.5f f、角度、角度-25-25-20-20的负倒棱的负倒棱沿着切削刃磨出负前角沿着切削刃磨出负前角( (也可以是零前角或很小的正也可以是零前角或很小的正前角前角) )的窄棱面，统称为倒棱，习惯上称为负倒棱，如图的窄棱面，统称为倒棱，习惯上称为负倒棱，如图3-3-5(b)5(b)所示。这种刃口的锋利程度比锐刃所示。这种刃口的锋利程度比锐刃( (如图如图3-5(a)3-5(a)所示所示) )