第2章 金属切削基本原理(6h).

1、湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材（第二版）（第二版）周宏甫周宏甫 主编主编高等教育出版社高等教育出版社湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作第二章第二章金属切削基本原理金属切削基本原理第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作3本章内容提要本章内容提要知识点：知识点：金属切削过程，切屑的形成与类型，切削变金属切削过程，切屑的形成与类型，切削变形及影响因素；切削力的来源及影响因素，单位切削形及影响因素；切削力的来源及影响因素，单位切削力与切

2、削功率；切削热的来源及影响因素；切削液；力与切削功率；切削热的来源及影响因素；切削液；刀具磨损与刀具耐用度；刀具几何参数及切削用量的刀具磨损与刀具耐用度；刀具几何参数及切削用量的选择；磨削机理。选择；磨削机理。重点：重点：切屑的形成与切削变形，切削力，刀具磨损与切屑的形成与切削变形，切削力，刀具磨损与刀具耐用度，刀具几何参数的选择。刀具耐用度，刀具几何参数的选择。难点：难点：切削变形、切削力、切削温度的影响因素，刀切削变形、切削力、切削温度的影响因素，刀具几何参数的选择。具几何参数的选择。第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作4 目录

3、目录2.1 金属切削过程金属切削过程2.2 切削力切削力2.3 切削热与切削温度切削热与切削温度2.4 刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度2.5 刀具几何参数与切削用量的选择刀具几何参数与切削用量的选择2.6 磨削机理磨削机理第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作5金属切削加工的基本特点：金属切削加工的基本特点：新材料不断涌现新材料不断涌现难加工材料增多难加工材料增多零件加工精度和表面质量要求不断提高零件加工精度和表面质量要求不断提高金属切削加工的基本要求：金属切削加工的基本要求：保证零件加工精度和表面质量保证零件加工精度和表面

4、质量提高切削效率提高切削效率降低生产成本降低生产成本促进切削加工技术的发展促进切削加工技术的发展第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作62.1金属切削过程金属切削过程第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作72.1 金属切削过程金属切削过程2.1.1 切屑的形成与切屑变形切屑的形成与切屑变形2.1.2 切屑的类型切屑的类型2.1.3 影响切屑变形的因素影响切屑变形的因素第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作82.1 金

5、属切削过程金属切削过程通过切削运动，使刀具从工件表面切除多余通过切削运动，使刀具从工件表面切除多余金属层，形成已加工表面。金属层，形成已加工表面。切削过程中，刀具前刀面对工件切削层产生切削过程中，刀具前刀面对工件切削层产生挤压，引起塑性变形，形成切屑。挤压，引起塑性变形，形成切屑。切削过程中，将产生切削变形、切削力、切切削过程中，将产生切削变形、切削力、切削热、刀具磨损、积屑瘤和振动等物理现象，削热、刀具磨损、积屑瘤和振动等物理现象，直接或间接影响工件加工质量和劳动生产率。直接或间接影响工件加工质量和劳动生产率。第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学

6、院邱兴海教授制作9 切屑根部金相照片切屑根部金相照片金属切削变形过程金属切削变形过程第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作10切削变形实验设备与录像装置切削变形实验设备与录像装置第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作112.1.1 切屑的形成与切削变形切屑的形成与切削变形1. 切屑的形成过程及变形区的划分切屑的形成过程及变形区的划分变形区变形区剪切滑移，塑性变形剪切滑移，塑性变形变形区变形区切屑流出，受挤压，剧烈摩擦切屑流出，受挤压，剧烈摩擦 变形区变形区挤压、摩擦，金属回弹

7、，产生残留应力挤压、摩擦，金属回弹，产生残留应力第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作122. 第一变形区金属的剪切滑移第一变形区金属的剪切滑移第一变形区：第一变形区：OA、OM之间区域之间区域剪切面剪切面：OA（始剪切面）、（始剪切面）、OM （终剪（终剪切面切面）剪切角剪切角：剪切面和切削速度方向的夹角剪切面和切削速度方向的夹角剪切角越大，切削变形越小剪切角越大，切削变形越小第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作13剪切滑移：剪切滑移： 用相对滑移用相对滑移来衡量变形程度

8、来衡量变形程度cottan()osNPNKKPyMKMK第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作14变形系数变形系数: 切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比 变形系数越大，切屑越厚越短，变形越大变形系数越大，切屑越厚越短，变形越大1chckDchhlhl 第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作153. 前刀面的挤压摩擦与积屑瘤前刀面的挤压摩擦与积屑瘤 刀屑接触区分为粘结区和滑动区两部分刀屑接触区分为粘结区和滑动区两部分 粘结区摩擦粘结区摩擦金属间内摩擦金属间内摩擦 滑动区摩擦滑动区摩擦

9、外摩擦外摩擦第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作16积屑瘤积屑瘤 积聚、滞留、粘结、积聚、滞留、粘结、 产生、成长、脱落产生、成长、脱落作用：作用： 保护切削刃，增大前角保护切削刃，增大前角 影响工件尺寸精度影响工件尺寸精度 使表面粗糙度值变大，振动使表面粗糙度值变大，振动措施：措施： 高速切削高速切削 大前角大前角 小进给小进给 切削液切削液第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作17积屑瘤的形成与脱落积屑瘤的形成与脱落第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工

10、学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作184. 已加工表面变形与加工硬化（冷硬）已加工表面变形与加工硬化（冷硬）原因：原因：切削刃存在刃口圆弧切削刃存在刃口圆弧过程：过程：挤压、摩擦、回弹挤压、摩擦、回弹切削变形切削变形已加工表层金已加工表层金属晶格扭曲、挤紧和碎裂属晶格扭曲、挤紧和碎裂冷硬冷硬后果：后果： 切削困难切削困难 已加工表面出现显微已加工表面出现显微 裂纹、鳞刺及残余应裂纹、鳞刺及残余应 力，疲力，疲 劳强度下降劳强度下降鳞刺鳞刺的形成：的形成：塑性金属；车、刨、钻、拉削加工；低切削速度塑性金属；车、刨、钻、拉削加工；低切削速度第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖

11、南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作192.1.2 切屑的类型切屑的类型第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作20切屑的类型切屑的类型第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作211.带状切屑带状切屑形态形态带状，底面光滑，背面呈毛茸状带状，底面光滑，背面呈毛茸状变形变形剪切滑移尚未达到断裂程度剪切滑移尚未达到断裂程度形成条件形成条件塑性材料，切削速度较高，进给量较小，塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大刀具前角较大影响影响切削过程平稳切削过程平稳 表

12、面粗糙度小表面粗糙度小 妨碍切削工作妨碍切削工作 应设法断屑应设法断屑第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作222.挤裂切屑挤裂切屑(节状切屑节状切屑)形态形态节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状变形变形剪切滑移量较大，局部剪切应力达到断裂强度剪切滑移量较大，局部剪切应力达到断裂强度形成条件形成条件塑性材料，切削速度较低，进给量较大，塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小刀具前角较小影响影响切削过程欠平稳切削过程欠平稳 表面粗糙度欠佳表面粗糙度欠佳第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原

13、理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作233.单元切屑单元切屑(粒状切屑粒状切屑)形态形态粒状粒状变形变形剪切应力完全达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度形成条件形成条件材料硬度较高，韧性较低，切削速度很低材料硬度较高，韧性较低，切削速度很低影响影响切削力波动较大切削力波动较大 切削过程不平稳切削过程不平稳 表面粗糙度不佳表面粗糙度不佳第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作244.崩碎切屑崩碎切屑形态形态不规则块状颗粒不规则块状颗粒变形变形材料抗拉强度低，未经塑性变形即被挤裂材料抗拉强度低，未经塑性变形即被挤裂形成条件

14、形成条件加工硬脆材料，加工硬脆材料， 刀具前角较小刀具前角较小影响影响切削力波动大切削力波动大 切削振动大，有冲击切削振动大，有冲击 表面粗糙度恶劣表面粗糙度恶劣 易崩刀易崩刀第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作25切屑可控性切屑可控性指标：指标：不妨碍正常加工不妨碍正常加工 不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中不影响操作者的安全不影响操作者的安全易于清理、存放和搬运易于清理、存放和搬运国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）切屑分类标准：）切屑分类标准：良好屑形：良好屑形：3-1、2-2

15、、3-2、4-2、5-2、6-2类类可接受屑形：按不同机床、刀具、被加工材料而定可接受屑形：按不同机床、刀具、被加工材料而定控制方法：控制方法：前刀面磨断屑槽或使用压块式断屑器前刀面磨断屑槽或使用压块式断屑器第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作26国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）切屑分类标准）切屑分类标准 第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作27断屑的产生断屑的产生切屑的卷曲切屑的卷曲第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工

16、学院邱兴海教授制作282.1.3 影响切削变形的因素影响切削变形的因素1. 工件材料工件材料 塑性大，强度塑性大，强度 硬度低，屈服硬度低，屈服 极限低极限低切屑切屑 变形大变形大第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作292.刀具前角刀具前角前角大，刃口锋利，前角大，刃口锋利， 挤压小，剪切角大挤压小，剪切角大 切屑变形小切屑变形小第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作303.切削用量切削用量切削速度切削速度 影响积屑瘤和切削温度，呈波形变化影响积屑瘤和切削温度，呈波形变化第

17、二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作31进给量进给量 进给量越大进给量越大切屑变形小切屑变形小第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作322.2 切削力切削力第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作332.2 切削力切削力2.2.1 切削力的来源与分解切削力的来源与分解2.2.2 切削力测定和切削力实验公式切削力测定和切削力实验公式2.2.3 单位切削力、切削功率单位切削力、切削功率2.2.4 影响切削力的因素影响切削力

18、的因素第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作34切削力：切削力： 切削过程中工件对刀具的切削抗力切削过程中工件对刀具的切削抗力切削力切削力的影响：的影响： 直接决定切削热的产生直接决定切削热的产生 影响刀具磨损、破损、耐用度影响刀具磨损、破损、耐用度 加工精度加工精度 已加工表面质量已加工表面质量 计算切削功率，制定切削用量，监控切削状态，计算切削功率，制定切削用量，监控切削状态， 设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学

19、院邱兴海教授制作352.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解1. 切削力的来源切削力的来源 切削层金属、切屑和工件表层金属的弹性切削层金属、切屑和工件表层金属的弹性 变形和塑性变形对刀具的切削抗力变形和塑性变形对刀具的切削抗力 刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作36,nnnnnFFFFFFFF 弹弹塑塑性性变变形形法法向向力力前前刀刀面面摩摩擦擦力力切切削削合合力力弹弹塑塑性性变变形形法法向向力力后后刀刀面面摩摩擦擦力力锐锐利利刀刀具具可可忽忽略略第二章第二章

20、 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作372. 切削力的分解切削力的分解（1）主切削力）主切削力 （切向力）（切向力）Fc切削速度切削速度vc方向方向（2）吃刀抗力（径向力）吃刀抗力（径向力）Fp与进给方向垂直与进给方向垂直（3）进给抗力（轴向力）进给抗力（轴向力）Ff与进给方向平行与进给方向平行cpfFFFF第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作38切削力的分解切削力的分解 Fp= Ff,p cos K Ff = Ff,p sin K一般情况下：一般情况下： Fc 最大最大 Fp=(0

21、.150.7) Fc Ff =(0.10.6) Fc 22222,cf pcpfFFFFFF第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作392.2.2 切削力测定和切削力实验公式切削力测定和切削力实验公式1. 切削力的测量原理切削力的测量原理仪器：仪器：电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪测量原理：测量原理：测量方法：测量方法： 标定电参数与切标定电参数与切 削力关系曲线削力关系曲线 电参数电参数切削力切削力3124BDRRRR、 两两点点间间电电位位差差为为零零电电桥桥平平衡衡第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴

22、海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作402. 计算切削力的经验公式计算切削力的经验公式外圆车削、镗孔典型值：外圆车削、镗孔典型值： xFc=1， yFc=0.75， nFc=0FFFcccccFFFpppppFFFfffffxyncFpcFxynpFpcFxynfFPcFFC afvkFC afvkFCafvk主主切切削削力力吃吃刀刀抗抗力力进进给给抗抗力力第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作412.2.3 单位切削力、切削功率单位切削力、切削功率1. 单位切削力单位切削力 切除单位切削层面积所产生的主切削力切除单位切削层面积所产生

23、的主切削力pDDFFFAbccccppa fh第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作422. 切削功率切削功率 切削过程中所消耗的功率切削过程中所消耗的功率 校验和选取机床电机的依据校验和选取机床电机的依据310600.75 0.85ccccEF vPPP切切削削功功率率机机床床电电机机所所需需功功率率传传动动效效率率第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作432.2.4 影响切削力的因素影响切削力的因素1. 工件材料工件材料 强度、硬度、塑性大强度、硬度、塑性大切削力大切削力

24、大 铸铁铸铁切削力小切削力小2. 切削用量切削用量 背吃刀量影响最大背吃刀量影响最大 进给量影响较大进给量影响较大 切削速度无明显影响切削速度无明显影响第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作443. 刀具几何参数刀具几何参数 前角前角增大增大切削力减小切削力减小 主偏角主偏角r=6075 切削力减小切削力减小 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r减小减小切削力减小切削力减小4. 刀具磨损刀具磨损切削力增大切削力增大5. 刀具材料刀具材料 刀具、工件间摩擦系数小刀具、工件间摩擦系数小切削力减小切削力减小6. 切削液切削液 可减小刀具、工件摩擦可减

25、小刀具、工件摩擦切削力减小切削力减小第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作452.3切削热与切削温度切削热与切削温度第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作462.3 切削热与切削温度切削热与切削温度2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导2.3.2 切削温度切削温度2.3.3 影响切削温度的因素影响切削温度的因素2.3.4 切削液切削液第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作472.3.1 切削热的来源与传导切

26、削热的来源与传导来源：来源：弹、塑性变形功，摩擦功弹、塑性变形功，摩擦功切削热切削热 QFcvc （量纲（量纲W=Nm/s）传导：传导：切屑、刀具、工件、周围介质切屑、刀具、工件、周围介质 车削：车削：5086切屑，切屑，1040车刀车刀 39工件，工件，1空气空气 钻削：钻削：28切屑，切屑，14.5刀具刀具 52.5工件，工件，5介质介质 磨削：磨削：4磨屑，磨屑，12砂轮，砂轮，84工件工件第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作482.3.2 切削温度切削温度 切屑与前刀面接触切屑与前刀面接触 区域的平均温度区域的平均温度0.1

27、0.20.4xyzpcC afv kxyz 最最典典型型值值：第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作49切削温度的测定切削温度的测定自然热电偶法自然热电偶法 利用工件和刀具构成热电偶两极利用工件和刀具构成热电偶两极 切削区域为热端，刀具与工件为冷端切削区域为热端，刀具与工件为冷端 热电势热电势切削温度（需标定）切削温度（需标定）第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作50第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作512.3

28、.3 影响切削温度的因素影响切削温度的因素1. 切削用量切削用量vc大，大，f 中，中，ap小小2. 刀具几何参数刀具几何参数前角前角大大切削温度低切削温度低 主偏角主偏角r大大切削温度高切削温度高3. 刀具磨损刀具磨损切削温度高切削温度高4. 工件材料工件材料 硬度强度高，导热系数小硬度强度高，导热系数小切削温度高切削温度高 脆性材料脆性材料切削温度低切削温度低5. 切削液切削液 起润滑冷却作用起润滑冷却作用切削温度低切削温度低第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作522.3.4 切削液切削液1. 切削液的作用切削液的作用（1）冷却

29、作用）冷却作用（2）润滑作用）润滑作用（3）清洗与防锈作用）清洗与防锈作用第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作532. 常用切削液及其选用常用切削液及其选用（1）水溶液）水溶液=水水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂防锈剂、清洗剂、油性添加剂 用于磨削、粗加工用于磨削、粗加工（2）乳化液）乳化液=乳化油乳化油+水水 用于车削、钻削、攻螺纹用于车削、钻削、攻螺纹（3）切削油）切削油=矿物油矿物油+动、植物油动、植物油 用于滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工用于滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工（4）极压切削油）极压切削油=切削油切削油+硫、氯和磷极

30、压添加剂硫、氯和磷极压添加剂 用于难加工材料的精加工用于难加工材料的精加工第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作542.4刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作552.4 刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度2.4.1 刀具磨损刀具磨损2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作562.4.1 刀具磨损刀具磨损1. 刀具磨损的形态刀具磨损的形态非正

31、常破损：非正常破损： 卷刃卷刃 裂纹裂纹 崩刃崩刃 破裂破裂第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作57正常磨损：正常磨损：前刀面磨损前刀面磨损以月牙洼宽度以月牙洼宽度KB 和深度和深度KT表示表示塑性金属切削速度塑性金属切削速度 较高厚度较大引起较高厚度较大引起后刀面磨损后刀面磨损以平均磨损以平均磨损VB表示表示切削速度较低切削切削速度较低切削 厚度较小厚度较小引起引起前后刀面同时磨损前后刀面同时磨损塑性金属切削厚度适中引起塑性金属切削厚度适中引起第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴

32、海教授制作582. 刀具磨损原因刀具磨损原因磨料磨损磨料磨损硬质点及积屑瘤硬质点及积屑瘤滑擦滑擦划出沟纹划出沟纹粘结磨损粘结磨损压力、摩擦压力、摩擦粘结、冷焊粘结、冷焊被带走被带走扩散磨损扩散磨损改变成分结构改变成分结构表层变脆弱表层变脆弱磨损磨损相变磨损相变磨损温度升高，金相组织变化温度升高，金相组织变化磨损磨损氧化磨损氧化磨损高温高温氧化物，硬度下降氧化物，硬度下降磨损磨损第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作59第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作60第二章第二章 金

33、属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作613. 刀具磨损过程刀具磨损过程初期磨损阶段初期磨损阶段 极短时间内后刀面极短时间内后刀面 磨损量磨损量VB上升很快上升很快 研磨刀具初期磨损量小研磨刀具初期磨损量小正常磨损阶段正常磨损阶段 刀具在较长时间内缓慢磨损刀具在较长时间内缓慢磨损急剧磨损阶段急剧磨损阶段 相对很短时间内相对很短时间内VB猛增，刀具完全失效猛增，刀具完全失效 进入急剧磨损阶段之前必须换刀或重新刃磨进入急剧磨损阶段之前必须换刀或重新刃磨第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作624

34、. 刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准规定允许磨损量的最大值规定允许磨损量的最大值刀具磨钝标准：刀具磨钝标准： 1/2背吃刀量处后刀面背吃刀量处后刀面 磨损带高度磨损带高度VB自动化精加工刀具磨钝标准：自动化精加工刀具磨钝标准： 以沿工件径向刀具以沿工件径向刀具 磨损尺寸磨损尺寸NB衡量衡量硬质合金外圆车刀磨钝标准：硬质合金外圆车刀磨钝标准： VB0.3mm第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作632.4.2 刀具耐用度刀具耐用度T1. 刀具耐用度的定义刀具耐用度的定义 新刃磨刀具从开始切削至达到磨钝标准为止的新刃磨刀具从开始切削至达到磨钝

35、标准为止的 切削时间切削时间刀具寿命：刀具寿命： 新刀具从使用到报废为止的切削时间新刀具从使用到报废为止的切削时间刀具寿命计算方法：刀具寿命计算方法： 刀具寿命刀具寿命=刀具耐用度刀具耐用度T刀具刃磨次数刀具刃磨次数n第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作642. 切削用量对刀具耐用度切削用量对刀具耐用度T的影响的影响影响程度：影响程度：vc大，大，f 中，中，ap小小式中，式中，Kv切削条件与实验条件不同的修正系数切削条件与实验条件不同的修正系数 Cv与耐用度实验条件有关的系数与耐用度实验条件有关的系数 m、xv、yv分别为对分别为

36、对T 、ap 和和f的影响指数的影响指数vvmvvxycpK CTv af第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作65YT5硬质合金车刀切削硬质合金车刀切削b0.63GPa(65kgf/mm2)碳钢碳钢时，切削用量与刀具耐用度的关系式为时，切削用量与刀具耐用度的关系式为刀具耐用度允许的切削速度：刀具耐用度允许的切削速度：指数指数m的值：的值： 高速钢高速钢0.10.125 硬质合金硬质合金0.20.3 陶瓷刀具陶瓷刀具0.452.250.75CTvpv favvvvTxympK CvT af第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理

37、湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作663. 刀具耐用度的选择刀具耐用度的选择经济耐用度经济耐用度Tc 以单件工序成本最低的原则来确定以单件工序成本最低的原则来确定最大生产率耐用度最大生产率耐用度Tp： 以单位时间内加工工件数量最多的原则来确定以单位时间内加工工件数量最多的原则来确定 常用刀具耐用度参考值常用刀具耐用度参考值刀刀 具具刀具耐用度刀具耐用度硬质合金焊接车刀硬质合金焊接车刀60 60 minmin高速钢钻头高速钢钻头80 120 min120 min硬质合金端铣刀硬质合金端铣刀120 180 min180 min齿轮刀具齿轮刀具200 300 min300 min第

38、二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作672.5刀具几何参数刀具几何参数与切削用量的选择与切削用量的选择第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作682.5 刀具几何参数与切削用量的选择刀具几何参数与切削用量的选择2.5.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择2.5.2 切削用量的选择切削用量的选择第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作692.5.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择刀具几何参数的基本内容：刀具几何参

39、数的基本内容：刀具角度：刀具角度： 前角、后角、主偏角、刃倾角、前角、后角、主偏角、刃倾角、 副偏角、副后角副偏角、副后角刀面型式：刀面型式：卷屑槽、断屑台、铲背卷屑槽、断屑台、铲背切削刃的剖面形式：切削刃的剖面形式：负倒棱、消振棱、刃带负倒棱、消振棱、刃带刃形：刃形：直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作701. 刀具合理几何参数选择应考虑的因素刀具合理几何参数选择应考虑的因素（1）工件材料）工件材料化学成分、制造方法、热处理状态、物理和力学性能化学成分、制造方法、热处理状

40、态、物理和力学性能（包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系（包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系数等）、毛坯表层情况、工件形状、尺寸、精度和表数等）、毛坯表层情况、工件形状、尺寸、精度和表面质量要求等。面质量要求等。（2）刀具材料和刀具结构）刀具材料和刀具结构化学成分、物理和力学性能（包括硬度、抗弯强度、化学成分、物理和力学性能（包括硬度、抗弯强度、冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数等）、刀具结构冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数等）、刀具结构形式（如整体式、焊接式、机夹式）。形式（如整体式、焊接式、机夹式）。第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖

41、南理工学院邱兴海教授制作71（3）加工条件）加工条件机床、夹具情况，工艺系统刚性、功率，切削用量和机床、夹具情况，工艺系统刚性、功率，切削用量和切削液等切削液等粗加工粗加工最大生产率最大生产率精加工精加工加工精度和表面质量加工精度和表面质量自动线自动线刀具工作稳定性及断屑问题刀具工作稳定性及断屑问题机床刚性和动力不足机床刚性和动力不足减小切削力和振动减小切削力和振动各参数间的联系各参数间的联系多因素优化，综合考虑相互作用与影响，分别确定其多因素优化，综合考虑相互作用与影响，分别确定其合理值合理值第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作7

42、22. 刀具角度的选择刀具角度的选择（1）前角及前面的选择）前角及前面的选择1）前角的功用）前角的功用大前角大前角减小切削力、切削热减小切削力、切削热 提高刀具寿命提高刀具寿命 提高加工表面质量提高加工表面质量 强度降低、温度升高强度降低、温度升高合理前角合理前角使刀具耐用度为最大值的前角使刀具耐用度为最大值的前角pt第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作732）前角的选择原则）前角的选择原则加工材料的性质加工材料的性质 塑性材料塑性材料(如钢如钢)大前角大前角 脆性材料脆性材料(如铸铁如铸铁)小前角小前角 材料强度硬度小材料强度硬度

43、小大前角大前角 材料硬度强度高材料硬度强度高小前角、负前角小前角、负前角刀具材料刀具材料高速钢高速钢大前角大前角 硬质合金硬质合金小前角小前角加工性质加工性质精加工精加工大前角大前角 粗加工粗加工小前角小前角第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作74表表2.1 硬质合金车刀前角的合理值硬质合金车刀前角的合理值工件工件材料材料粗车粗车精车精车工件工件材料材料粗车粗车精车精车低碳钢低碳钢2020252525253030中碳钢中碳钢1010151515152020合金钢合金钢1010151515152020淬火钢淬火钢-15-15-5-5不

44、锈钢不锈钢1515202020202525钛合金钛合金5 51010铜及铜及铜合金铜合金101015155 51010铝及铝及铝合金铝合金3030353535354040灰铸铁灰铸铁101015155 51010第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作753）前刀面型式的选择）前刀面型式的选择正前角平面型正前角平面型 精加工、成形刀、铣刀，脆性材料精加工、成形刀、铣刀，脆性材料正前角平面带倒棱型正前角平面带倒棱型 粗切削铸、锻件，断续表面粗切削铸、锻件，断续表面第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南

45、理工学院邱兴海教授制作76正前角曲面带倒棱型正前角曲面带倒棱型 粗、精加工塑性材料粗、精加工塑性材料负前角单面型负前角单面型 切削高硬度材料、淬火钢切削高硬度材料、淬火钢负前角双面型负前角双面型 前、后面同时磨损前、后面同时磨损第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作77第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作78（2）后角及后刀面的选择）后角及后刀面的选择1）后角的功用）后角的功用增大后角：增大后角： 减小摩擦磨损、提高寿命、改善表面质量减小摩擦磨损、提高寿命、改善表面质量后角

46、过大：后角过大： 强度降低、散热差、磨损加快强度降低、散热差、磨损加快在一定条件下，存在一个刀具耐用度较高的合在一定条件下，存在一个刀具耐用度较高的合理后角理后角第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作792）合理后角的选择）合理后角的选择切削参数切削参数 切削层厚度切削层厚度hD小小大后角大后角 切削层厚度切削层厚度hD大大小后角小后角工件材料工件材料 强度、硬度高强度、硬度高小后角小后角 塑性大塑性大大后角大后角工艺系统刚性工艺系统刚性 刚性差刚性差振动振动小后角小后角精度要求高精度要求高 小后角小后角增加重磨次数增加重磨次数第二章

47、第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作80表表2.2 硬质合金车刀后角的合理值硬质合金车刀后角的合理值工件工件材料材料粗车粗车精车精车工件工件材料材料粗车粗车精车精车低碳钢低碳钢8 8101010101212中碳钢中碳钢5 57 76 68 8合金钢合金钢5 57 76 68 8淬火钢淬火钢8 81010不锈钢不锈钢6 68 88 81010钛合金钛合金10101515铜及铜及铜合金铜合金6 68 8铝及铝及铝合金铝合金8 8101010101212灰铸铁灰铸铁4 46 66 68 8第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学

48、院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作813）后刀面的型式）后刀面的型式双重后面双重后面 保证刃口强度，减少刃磨保证刃口强度，减少刃磨消振棱消振棱 增加接触面积及阻尼，消除振动增加接触面积及阻尼，消除振动刃带（后角刃带（后角=0） 稳定、导向、消振、延长寿命稳定、导向、消振、延长寿命第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作824）副后角的选择）副后角的选择车刀、刨刀及面铣刀的副后角车刀、刨刀及面铣刀的副后角： 通常等于后角通常等于后角切断刀、切槽刀、锯片铣刀：切断刀、切槽刀、锯片铣刀： 副后角很小，一般为副后角很小，一般为0.52第

49、二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作83（3）主偏角和副偏角的选择）主偏角和副偏角的选择1）主偏角和副偏角的功用）主偏角和副偏角的功用影响残留面积高度影响残留面积高度 主、副偏角主、副偏角小，粗糙度值小小，粗糙度值小第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作84影响切削层形状影响切削层形状 主偏角大，切削宽度小、厚度大，负荷大主偏角大，切削宽度小、厚度大，负荷大影响切削分力的大小和比例关系影响切削分力的大小和比例关系 主偏角大，吃刀抗力小，进给抗力大主偏角大，吃刀抗力小，进给抗力

50、大影响刀尖角的大小影响刀尖角的大小 进而影响刀尖强度、导热面积、容热体积进而影响刀尖强度、导热面积、容热体积影响断屑、排屑影响断屑、排屑 主偏角大，切屑变厚窄，易断主偏角大，切屑变厚窄，易断第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作852）合理主偏角值的选择）合理主偏角值的选择粗、半精加工粗、半精加工大主偏角大主偏角 减小振动，延长寿命，断屑、大切深减小振动，延长寿命，断屑、大切深加工硬材料加工硬材料小主偏角小主偏角 减轻负荷，导热容热、延长寿命减轻负荷，导热容热、延长寿命工艺系统刚性好工艺系统刚性好小主偏角小主偏角 延长刀具寿命延长刀具

51、寿命 工艺系统刚性差工艺系统刚性差大主偏角大主偏角 减小吃刀抗力减小吃刀抗力Fp第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作863）合理副偏角值的选择）合理副偏角值的选择在不引起振动的情况下，一般较小在不引起振动的情况下，一般较小 510精加工精加工 小，必要时磨一段小，必要时磨一段0修光刃修光刃加工高强高硬材料或断续切削加工高强高硬材料或断续切削 小，小，46切断刀、锯片、槽铣刀切断刀、锯片、槽铣刀 小，小，12第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作874）过渡刃的型式）过渡刃的

52、型式直线刃直线刃粗车、强力车粗车、强力车r=r/2圆弧刃圆弧刃粗糙度值小粗糙度值小水平修光刃水平修光刃r0粗糙度值小粗糙度值小大圆弧刃大圆弧刃宽刃精车刀、宽刃精刨刀、浮动镗刀宽刃精车刀、宽刃精刨刀、浮动镗刀第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作88（4）刃倾角的选择）刃倾角的选择1）刃倾角的功用）刃倾角的功用影响刀尖强度和散热条件影响刀尖强度和散热条件 s0，非刀尖先切入，避免冲击，刀尖处导热，非刀尖先切入，避免冲击，刀尖处导热 和散热条件较好，延长寿命和散热条件较好，延长寿命控制切屑流出方向控制切屑流出方向s0，切屑缠绕划伤已加工面

53、，切屑缠绕划伤已加工面第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作89影响切削刃的锋利性影响切削刃的锋利性 s0，刃口锋利，有利于微车、精镗和精刨，刃口锋利，有利于微车、精镗和精刨影响切入切出平稳性影响切入切出平稳性 s0，逐渐切入，冲击小，切削平稳，逐渐切入，冲击小，切削平稳影响切削刃的工作长度影响切削刃的工作长度 s0，工作长度加大，延长刀具耐用度，工作长度加大，延长刀具耐用度影响切削分力间比值影响切削分力间比值 s减小减小进给抗力减小，吃刀抗力增大进给抗力减小，吃刀抗力增大第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴

54、海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作90（2）合理刃倾角值的选择）合理刃倾角值的选择粗车钢、灰铸铁粗车钢、灰铸铁 0-5 精车钢、灰铸铁精车钢、灰铸铁 0+5 冲击载荷冲击载荷 -5-15 冲击特别大冲击特别大 -30-45强力刨削强力刨削 -10-20车淬硬钢车淬硬钢 -5-12工艺系统刚性差工艺系统刚性差 0微量精车、精镗、精刨微量精车、精镗、精刨 4575金刚石、立方氮化硼车刀金刚石、立方氮化硼车刀 0-5第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作912.5.2 切削用量的选择切削用量的选择1. 选择切削用量的原则选择切削用量的原则

55、 质量、生产率、成本，耐用度质量、生产率、成本，耐用度生产率生产率 切削用量大切削用量大省工时省工时 粗加工尽量增大粗加工尽量增大ap机床功率机床功率 背吃刀量大背吃刀量大切削功率大切削功率大 粗加工尽量增大粗加工尽量增大f刀具耐用度刀具耐用度背吃刀量影响最小背吃刀量影响最小优先增大优先增大ap表面粗糙度表面粗糙度限制增大限制增大f由此可见，提高由此可见，提高ap比增大比增大f更有利于提高生产率更有利于提高生产率基本原则：基本原则：尽量大尽量大ap，较大，较大f，合适，合适vc第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作922. 切削用量选

56、择方法切削用量选择方法（1）粗加工切削用量的选择）粗加工切削用量的选择背吃刀量背吃刀量ap 考虑加工余量考虑加工余量和工艺系统刚性和工艺系统刚性 尽量一次切除尽量一次切除1223()3411()34ppaa第第一一次次走走刀刀第第二二次次走走刀刀第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作93进给量进给量f根据工艺系统刚性和强度，查表确定根据工艺系统刚性和强度，查表确定f；由由ap和和f计算切削力计算切削力Fc（N），校验机床进给机构强度。），校验机床进给机构强度。切削速度切削速度vc按刀具耐用度按刀具耐用度T计算（查表）允许切削速度计算（

57、查表）允许切削速度vT；由由vT计算转速计算转速n=1000 vc /（d）；由机床主轴转速表确定转速由机床主轴转速表确定转速ne 和实际切削速度和实际切削速度 vce；校核机床切削功率（若超过许用值，应先减小校核机床切削功率（若超过许用值，应先减小vc）。）。机床功率机床功率PE（kW）所允许的切削速度所允许的切削速度:46 10 /=0.750.85cEcvPF （）第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作94（2）半精加工、精加工切削用量的选择）半精加工、精加工切削用量的选择背吃刀量背吃刀量ap 半精加工约半精加工约12mm；精加

58、工更小；精加工更小进给量进给量f 考虑表面粗糙度考虑表面粗糙度查表查表切削速度切削速度vc 考虑刀具耐用度考虑刀具耐用度计算、查表计算、查表 硬质合金：硬质合金：vc =80100m/min或以上或以上 高速钢：高速钢： vc =3080m/min计算步骤：计算步骤： 切削速度切削速度转速转速实际主轴转速实际主轴转速实际切削速度实际切削速度第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作952.6磨削机理磨削机理第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作962.6 磨削机理磨削机理2.6.

59、1 磨削过程磨削过程2.6.2 磨削力磨削力2.6.3 磨削热与磨削温度磨削热与磨削温度2.6.4 磨削过程的砂轮磨损磨削过程的砂轮磨损第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作972.6.1 磨削过程磨削过程特点：特点：高速多点切削，切削深度极小，刃口自锐作用高速多点切削，切削深度极小，刃口自锐作用1. 磨粒的形状磨粒的形状形态：形态：菱形八面体，顶锥角菱形八面体，顶锥角90 120，尖部钝圆，尖部钝圆，微刃（刃口圆弧半径微刃（刃口圆弧半径约几微米至几十微米）约几微米至几十微米）切削：大负前角（切削：大负前角（6080）第二章第二章 金属切削基本原理金属切削基本原理湖南理工学院邱兴海教授制作湖南理工学院邱兴海教授制作982. 磨屑