机械切削加工基础课件

1、4.1.1 切削加工的概念及分类切削加工的概念 切削加工是指用切削刀具从工件上切除多余的材料，使工件的几何形状、尺寸和表面质量达到设计要求的过程。车削加工铣削加工图 4-1 切削加工图切削加工的分类 按工艺特征车削铣削钻削镗削刨削磨削拉削滚削vssvsvvsvs1s2(a) 车削(b) 铣削(c) 钻削(d) 镗削(e) 刨削(f) 磨削sv4.1.1 切削加工的概念及分类切削加工的分类 按切除率和精度粗加工半精加工精加工超精密加工光整加工4.1.1 切削加工的概念及分类切削加工的分类 按表面形成方法刀尖轨迹法成形刀具法相切法展成法工件车刀工件成型车刀工件刀具工件刀具(a) 轨迹法 (b) 成

2、形法(c) 相切法 (d) 展成法图4-2 表面成形方法4.1.1 切削加工的概念及分类零件表面的切削成形原理母线轨迹母线母线母线母线轨迹轨迹轨迹轨迹(a) 圆柱面(b) 圆锥面(c) 平面(d) 旋转曲面(e) 曲面图4-3 表面成形原理图 通过母线沿着轨迹线的运动进行零件表面成形的。4.1.2 切削运动切削运动（Cutting motion） 切削运动是指在切削加工中刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。 切削运动通常分为主运动和进给运动两种。主运动进给运动工件刀具图4-4 螺纹的车削运动4.1.2 切削运动 主运动 主运动是指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速

3、度，用v (m/s) 表示。图4-5 外圆面的车削运动待加工表面v过渡表面已加工表面主运动f进给运动主运动是切削运动中速度最高，消耗功率最大的运动；主运动只有一个；可以是刀具或工件的运动；可以是直线或旋转运动。4.1.2 切削运动 进给运动 进给运动是指不断把余量投入切削的运动。其速度用进给量 f（mm/r）或进给速度 vf（mm/min）表示。进给运动可以是一个或几个；可以是刀具或工件的运动；可以是直线或旋转运动。主运动进给运动fv过渡表面已加工表面待加工表面图4-6 平面的刨削运动4.1.2 切削运动常见表面成形加工的运动4.1.2 切削运动 外圆磨无心磨铣削加工滚压加工铣削成形磨（横磨）

4、主运动进给运动表4-1 外圆表面加工方法 刀 具T/ RT主运动进给运动 工 件表 面 成 形 原 理 图RRRRRTRRT/ R车削成形车削拉削研磨T表4-2 内圆表面加工方法表 面 成 形 原 理 图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动刀 具主运动进给运动工 件RRTRRT/ RTTRTT内圆磨无心磨进给运动4.1.2 切削运动表4-3 平面加工方法主运动进给运动刀 具主运动进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉TR4.1.2 切削运动表4-4 螺纹加工方法刀 具工 件滚压车螺纹板牙主运动进给运动主运动进给运动表 面 成 形 原 理 图RTRRTTR丝锥铣

5、螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR4.1.2 切削运动4.1.2 切削运动表4-5 齿形加工方法主运动进给运动刀 具主运动进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RRRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿R4.1.3 切削要素工件上的表面图4-7 工件上的表面(a) 车加工表面 (b) 镗加工表面 待加工表面已加工表面过渡表面fv待加工表面过渡表面已加工表面vf待加工表面：工件上有待切除的表面；已加工表面：工件上刀具切削后形成的表面；过渡表面：工件上正在被切除材料的表面。 4.1.3 切削要素切削用量切削速度vc：单位时间内，工件和刀具在主运动

6、方向上，相对移动的距离。（Cutting speed）单位为m/s，或m/min 旋转运动：式中 n 主运动转速（r/s）； D 刀具或工件的直径（mm）。往复运动：式中 nr 主运动每秒钟往复次数（str/s）； l 往复运动单行程长度（mm）。4.1.3 切削要素切削用量进给量 f：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离。（Feed）进给速度 vf (mm/min) （Feed speed） 每转进给量 f (mm/r) （Feed） 每齿进给量 fz (mm/z) （Feed per tooth） 切削深度ap：工件上待加工表面与已加工表面之间的距离。(

7、Cutting depth，Back engagement of the cutting edge)车外圆时：式中 D 工件待加工表面的外径 (mm)； d 工件已加工表面的外径 (mm)。4.1.3 切削要素切削层参数bD ap /sinr切削层公称宽度 bD ：沿过渡表面测量的切削层尺寸。(Nominal width of cut) 过渡表面待加工表面已加工表面图4-8 车削要素图bD4.1.3 切削要素切削层参数切削层公称厚度 hD ：垂直于过渡表面测量的切削层尺寸。(Nominal thickness of cut) 待加工表面过渡表面已加工表面图4-8 车削要素图hDhD fsinr

8、4.1.3 切削要素切削层参数AD hDbD=apf切削层公称横截面积 AD ：切削层横截面积。(Nominal cross-sectional area of the cut) 过渡表面待加工表面已加工表面图4-8 车削要素图AD第4章 机械切削加工基础知识 4.2 机械制造工艺过程（该节不讲）机械加工及设备 4.2.1 机械加工工艺过程及其组成200.07210.8图4-9 阶梯轴3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221工序是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。

9、工序是工艺过程的基本单元，又是生产计划和成本核算的基本单元，工序的安排与零件的生产批量有关 。 4.2.1 机械加工工艺过程及其组成安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。Vf图4-10 车削加工过程图工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。1-装卸工件；2-钻孔 ； 3-扩孔； 4-绞孔图4-11 多工位加工4.2.1 机械加工工艺过程及其组成4.2.1 机械加工工艺过程及其组成工步指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）走刀同一加工表面加工余量较大，可以分作

10、几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。 a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步图4-12 复合工步4.2.2 机械装配工艺过程 机械装配工艺过程 将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程。 机械装配工作 包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等。 装配工序、工步和操作装配工序在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作；装配工步装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变；装配操作装配工步中各个装配动作。第4章 机械切削加工基础知识 4.3 切削刀具机械加工及设备

11、 4.3.1 刀具结构车刀外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由3个刀面(前刀面、主后刀面和副后刀面)，2个刀刃(主切削刃和副切削刃)和1个刀尖组成。(a) 焊接式车刀(b) 整体式车刀(c) 机夹式车刀图4-12 车刀的结构前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖“3面”“2刃”“1尖”4.3.1 刀具结构刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合图4-13 各种刀具切削部分的形状4.3.2 刀具几何角度刀具标注角度坐标系（主剖面坐标系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面 PoA1) 基面 Pr ：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平

12、行。切削平面 Ps基面 Pr图4-14 车刀主剖面坐标系2) 切削平面 Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3) 主剖面 Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。4.3.2 刀具几何角度(1) 前角o 在主剖面内测量，前刀面与基面的夹角。基面位于刀头实体之外时o定为正值；位于刀头实体之内时o定为负值。o影响切削难易度。增大前角可使刀具锋利,但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。ArA 向f图4-15 车刀的主要角度0000rrs0刀具标注角度用硬质合金车刀切削钢件，o取1020；切削灰铸铁，o取515；切削铝及铝台金，o取2

13、535；切削高强度钢，o取-5 -10。4.3.2 刀具几何角度ArA 向f图4-15 车刀的主要角度0000rrs(2) 后角o 后角o在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面间的摩擦，以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。0粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为46；精加工时切深小，为保证表面加工质量，后角可选大一些，一般为812。4.3.2 刀具几何角度主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45、60、75、90几种。(3) 主偏角r 在基面内测量，

14、是主切削刃在基面上投影与进给方向的夹角。r影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削长度增加，负荷减轻，增强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。r还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。ArA 向f图4-15 车刀的主要角度0000rrsr4.3.2 刀具几何角度rAA 向f图4-15 车刀的主要角度0000rrs(4) 副偏角r r在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。r在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减

15、小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。4.3.2 刀具几何角度(5) 刃倾角s：在切削平面内测量的主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,s0；反之s0s 0s =04.3.2 刀具几何角度刀具工作角度刀具安装高度对工作角度的影响 图4-17 车刀安装高度对工作角度的影响(a) 刀尖在中心点上0e=0 0e0(b)刀尖在中心点上方 0e0 rer(c)刀尖在中心点下方 rerre=r4.3.3 刀具材料对刀具切削部分材料的要求(1) 高的硬度和耐磨性；(2) 足够的强度和韧性；(3) 较好的热硬性；(4) 良好的工艺性；(5) 经济性。4.3.3 刀具材料刀具材料的发展图4-18 刀

16、具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼 (PCBN)陶瓷聚晶金刚石（PCD）4.3.3 刀具材料常用的刀具材料 高速钢(high speed steel, HSS) 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 特点 (1) 强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍； (2) 韧性高，比硬质合金高几十倍； (3) 硬

17、度HRC63以上，且有较好的耐热性； (4) 可加工性好，热处理变形较小。 应用 常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。表4-6 常用高速钢牌号及其应用范围类别牌 号主 要 用 途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18 Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4 Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6M

18、o5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵4.3.3 刀具材料4.3.3 刀具材料4.3.3 刀具材料 硬质合金 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC等)粉末和金属粘结剂(如Co、Ni、Mo等)经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 应用 硬质合

19、金切削性能优良，被广泛用来制作各种刀具，如车刀、铣刀和孔加工工具等。 特点 优点：硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢。 缺点：与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。4.3.3 刀具材料表4-7 各种硬质合金的应用范围牌 号应 用 范 围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有

20、色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度4.3.3 刀具材料4.3.3

21、刀具材料 陶瓷 常用陶瓷刀具材料有Al2O3、Si3N4 、Sialon三类陶瓷材料。 特点 优点：比硬质合金具有高的硬度和耐热性，在1200的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，承受的切削速度高。 缺点：脆性大、抗冲击韧性差、抗弯强度低。 应用 陶瓷刀具材料在高速切削、高硬度材料零件的加工中具有广阔的应用前景。图4-19 陶瓷刀具和刀片4.3.3 刀具材料 超硬刀具材料(1) 聚晶金刚石(PCD) 特点 优点：硬度高，可达8000HV，为硬质合金的8-12倍；耐磨性高，为硬质合金的80120倍。 缺点：韧性和抗弯强度差，耐热性差。 应用 不宜加工黑色金属，主要用于硬质合金、玻璃纤

22、维塑料、硬橡胶、石 墨、陶瓷、有色金属等的高速加工。图4-20 聚晶金刚石刀具4.3.3 刀具材料 超硬刀具材料(1) 聚晶立方氮化硼(PCBN) 特点 优点：硬度和耐磨性高，其硬度仅次于聚晶金刚石；热稳定性好，可耐13001500高温。 缺点：强度低，焊接性差。 应用 适用于高强度铸铁、淬硬钢等的高速切削加工。图4-21 聚晶立方氮化硼刀具第4章 机械切削加工基础知识 4.4 金属切削过程及其物理现象机械加工及设备 4.4.1 切屑形成过程及切屑类型金属的切削过程 切削过程：切削层金属受刀具挤压弹性变形剪切应力增大，达到屈服点产生塑性变形，沿OM线滑移剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度切

23、屑与母体脱离。OMF图4-22 金属切削过程工件刀具切屑4.4.1 切屑形成过程及切屑类型 第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。 第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。 第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。图4-23 切削部位三个变形区 三个变形区分析4.4.1 切屑形成过程及切屑类型切屑种类形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未

24、达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑4.4.1 切屑形成过程及切屑类型带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑图4-24 切屑形态照片4.4.2 积屑瘤积屑瘤的形成 一定温度、压力作

25、用下，切屑底层金属与前刀面发生粘结。粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化。切屑刀具图4-25 积屑瘤积屑瘤 增大前角； 保护刀刃； 增大切削厚度； 增大已加工表面粗糙度。对切削的影响4.4.2 积屑瘤影响积屑瘤形成的因素及防止方法 影响因素 调整切削速度，采用较低或者较高的速度切削；增大前角，以减小塑性变形；油石研磨刀面；合适的润滑液降温减磨。 工件材料：塑性材料加工硬化倾向大，易产生积屑瘤； 切削速度：vc在560m/min时易产生积屑瘤； 刀具前角：前角小，切屑变形大，易产生积屑瘤； 刀具表面粗糙度：刀具表面粗糙，易产生积屑瘤； 冷却润滑液。 防止方法4.4.3 加工硬化加工硬化产生的机理

26、切削加工时，切削层金属的塑性变形以及切削力、切削温度的共同作用，会导致已加工表面层的硬度提高，而塑性下降，称为加工硬化；同时，工件的已加工表面层在一定程度内会伴随着残余应力的产生。对切削加工的影响(1) 工件硬度、强度 、耐磨性，刀具磨损；(2) 残余应力可能引起微裂纹，并影响尺寸、形状精度。4.4.4 切削力切削力的概念(Cutting Force)切削过程中，作用在刀具与工件上的力。切削力的来源 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力； 切屑、工件与刀具间摩擦力。rFcFFpFf pFfFf pFf pfv图4-26 切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力4.4.4 切削力切削力

27、的分解 切削力是一个空间力，可分解为三个互相垂直方向的力。4.4.4 切削力各切削分力的实际意义主切削力Fc最大，0.80.9F，消耗机床功率的90%以上，是确定机床动力，设计机床传动系统的依据；进给力Ff=(0.10.6)F，一般只消耗机床功率的1%5%，是验算机床进给系统零部件刚度的依据；背向力Fp =(0.150.7)F，易使工件发生受力变形，并引起振动，影响加工精度和表面粗糙度。用来计算工艺系统的刚度。4.4.4 切削力切削功率式中 Fc 主切削力（N）； v 主运动速度（m/s）。 机床电机功率式中 机床传动效率，通常= 0.750.85 4.4.5 切削热和切削温度切削热的产生及传

28、出 切削热来源：塑性变形和摩擦消耗的功。 传出（车削时）： 切屑带出：50%86%； 传入工件：10%40%； 传入刀具：3%9%； 其余：周围介质1%； 切削液带走：使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走。 切削热的影响作用： 刀具温升：加剧磨损 工件温升：影响精度4.4.5 切削热和切削温度切削温度及其影响因素 切削温度的影响因素： 工件材料：强度、硬度高，消耗功多，温度高；导热好，温度低； 切削用量：vc ，切削温度 ；f 、ap ，切削温度； 刀具角度和材料：o ，塑性变形，温度 ，但o过大，传热，温度 ； r ，刀刃切削长度，散热，温度；刀具导热性好，温度 ； 切削

29、液：能比较有效地降低切削温度。切削温度是指前刀面与切屑接触区的平均温度。4.4.6 刀具磨损及刀具寿命刀具磨损形态 正常磨损 前刀面磨损形式：月牙洼；形成条件：大切削速度和深度加工塑性材料；影响：削弱刀刃强度，降低加工质量。 后刀面磨损形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）；形成条件：小切削速度和小深度加工塑性材料；加工脆性材料；影响：切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量；VBVBmaxb) KTKBa)图4-27 刀具磨损形态4.4.6 刀具磨损及刀具寿命 非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）。图4-28 刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧

30、磨损切削时间刀具磨损过程常取后刀面最大允许磨损量VB。磨钝标准 分为初期、正常、急剧3个磨损阶段。4.4.6 刀具磨损及刀具寿命刀具耐用度和刀具寿命 刀具耐用度是指刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。 刀具寿命是指一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。式中CT 、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数。通常情况下v 的影响最显著，f 次之，ap 影响最小。刀具耐用度经验公式第4章 机械切削加工基础知识 4.5 工件材料可加工性机械加工及设备 4.5.1 工件材料可加工性材料切削加工性的概念和衡量指标 材料切削加工性的概念 工件材料的切削加工性是指材料在

31、一定条件下被切削加工成合格零件的难易程度。 材料切削加工性的衡量指标 (常用的有vT和Kr两种) 切削速度vT vT是指耐用度为T秒（或分）时，切削某种材料所允许的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。通常取T=60分，对于一些特别难加工的材料，也可取T30分。4.5.1 工件材料可加工性 材料切削加工性的衡量指标 (常用的有vT和Kr两种) 相对加工性Kr 以45钢的v60作为基准，写作 (v60)j ；而把其它各种材料的v60同它相比，这个比值Kr称为材料的相对加工性。即：4.5.1 工件材料可加工性加工性 等级表4-8 材料相对加工性等级材料名称及种类相对加工性Kr代 表 性 材

32、 料1很易切削材料一般有色金属3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.53退火l5Cr，b0.373o.441GPa自动机钢，b0.3930.491GPa3较易切削钢3.62.5正火30钢，b0.4410.549GPa4普通材料一般钢、铸铁1.03.645钢，灰铸铁5稍难切削材料0.651.02Crl3，调质b0.834GPa85，钢b0.883GPa6难加工材料较难切削材料0.50.6545Cr，调质b1.03GPa65Mn，调质b0.9320.9817难切削材料0.150.550CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金8很难切削材料0.15某些钛合金，铸造镍基高温

33、合金4.5.2 材料性能对切削加工性影响 材料力学性能对切削加工性的影响 工件材料硬度的影响工件材料常温硬度对切削加工性影响：工件材料硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快；工件材料高温硬度的影响：工件材料高温硬度越高，加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影响（软化）对高温硬度高的材料不起作用；金属材料中硬质点对加工性的影响：金属中硬质点越多，形状越尖锐、分布越广，则材料的加工性越差；材料的加工硬化对切削加工性的影响：加工硬化性越严重，切削加工性越差。4.5.2 材料性能对切削加工性影响 强度越高的材料，产生的切削力越大，切削时消耗的功率越多，切削温度亦越高，刀具容易磨损。因

34、此，在一般情况下，加工性随工件材料强度提高而降低。 工件材料强度的影响 工件材料塑性的影响材料塑性大，切削加工性差：切削力大；刀具容易产生粘结和扩散磨损；低速切削时易出现刀瘤与鳞刺；断屑困难。材料塑性太小时，切屑与前刀面的接触变得很短，切削力、切削热集中在切削刃附近，使刀具磨损严重，故切削性也差。4.5.2 材料性能对切削加工性影响 工件材料韧性的影响 韧性大的材料，切削加工性较差：在断裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且断屑困难。 工件材料弹性模量的影响 材料的弹性模量E是衡量材料刚度（抵抗弹性变形的性能）的指标，E值越大，材料刚度越大，切削加工性越差。 材料的切削加工性是上述机械性能（硬度

35、、强度、塑性、韧性、弹性模量等）综合影响的结果。4.5.2 材料性能对切削加工性影响 材料物理化学性能对切削加工性的影响 如镁合金易燃烧，钛合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削进行。工件材料导热系数的影响 工件材料导热系数低，切削温度高，刀具易磨损，切削加工性差。金属材料导热系数大小顺序：纯金属、有色金属、碳结构钢、铸铁、低合金结构钢、合金结构钢、工具钢、耐热钢、不锈钢。 工件材料物理化学反应的影响4.5.2 材料性能对切削加工性影响 表4-9 工件材料加工性分级表切削加工易切削较易切削较难切削难 切 削等级代号01234567899a9b硬度HB5050100100/p>

36、0 250250300300350350 400400480480635635HRC1424.824.832.332.338.138.1434350506060抗拉强度b（GPa）0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.983.1763.1763.3723.372l.5683.6583.7643.7641.961.962.452.45延伸率()101015152020252530303535404050506060100100冲击值k(kJ/m2)196196392392588588784784980980137213721764176419

37、62196224502450294029403920导热系数k(W/mK)418.68293.08293.08167.47167.4783.7483.4762.8062.8041.8741.8733.533.525.1225.1216.7516.758.378.37第4章 机械切削加工基础知识 4.6 切削条件的选择机械加工及设备 4.6.1 刀具几何参数的选择前角的选择工件材料的强度、硬度低，可以取较大的甚至很大的前角；加工塑性材料时，尤其是冷加工硬化严重的材料，应取较大的前角；粗加工，特别是断续切削，承受冲击性载荷，应适当减小前角。刀具材料的抗弯强度和韧性较好时，应选用较大的前角，如高速钢

38、刀具比硬质合金刀具的前角约大510。4.6.1 刀具几何参数的选择后角的选择粗加工取较小的后角；精加工时取较大的后角。工件材料硬度、强度较高时，取较小的后角；工件材质较软、塑性较大或易加工硬化时，取较大的后角；加工脆性材料，切削力集中在刃区附近，宜取较小的后角。工艺系统刚性差，容易出现振动时，应适当减小后角；有尺寸精度要求的刀具，取较小的后角。4.6.1 刀具几何参数的选择主偏角的选择工艺系统刚性：工艺系统的刚性较大时，选取较小的主偏角可延长车刀的使用寿命；工艺系统的刚性较小时，如车细长轴，应选较大的主偏角，以减少吃刀抗力引起的振动。材料强度、硬度：工件材料的强度、硬度高时，应选择较小的主偏角

39、，可以减少切削刃上单位长度上的负荷，提高刀头的强度，延长刀具的使用寿命。工件的结构形状和加工要求。4.6.1 刀具几何参数的选择副偏角的选择工艺系统刚性：工艺系统的刚性较大时，可选取较小的副偏角；工艺系统的刚性较小时，应选较大的副偏角。材料强度、硬度：工件材料的强度、硬度高时，应选择较小的副偏角，以提高刀尖的强度。工件的结构形状和加工要求。4.6.1 刀具几何参数的选择刃倾角的选择 粗加工S 0； 断续切削： S 0； 工件强度硬度大： S 0； 微量切削： S取大值。4.6.2 切削用量的选择切削深度 ap的选择粗加工时，除留下精加工余量外，尽可能选择大的切削深度，条件允许的情况下尽可能一次

40、走刀切除全部余量，余量过大也可分多次走刀；精加工的加工余量一般较小，可一次切除，为保证加工质量，也可分两次走切除余量；对于带硬皮的工件，切削深度应尽量大于硬皮层厚度。4.6.2 切削用量的选择进给量f的选择粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的切削深度等因素尽可能取较大的进给速度；精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度，一般选取较小的进给量。 4.6.2 切削用量的选择切削速度v的选择 切削速度可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根

41、据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度；精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。 4.6.3 切削液的选择切削液的作用 冷却切削液从它所能达到最靠近热源的刀具、切屑和工件表面上带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀具耐用度， 并减小工件与刀具的热膨胀， 提高加工精度。切削液的冷却作用取决于切削液的热导率和比热容、汽化热及流量和流速等。一般：水 乳化液 油。4.6.3 切削液的选择切削液的作用润滑 切削液渗入到切屑、刀具、工件的接触面间，粘附在金属表面上形成润滑膜，减小它们之间的摩擦系数、减轻粘结现象、 抑制积屑瘤，

42、并改善已加工表面的粗糙度，提高刀具耐用度； 润滑性能取决于切削液的渗透性、吸附薄膜形成能力与强度等。 4.6.3 切削液的选择切削液的作用清洗 冲走切削中产生的细屑、砂轮脱落下来的微粒等，防止加工表面、机床导轨面受损； 有利于精加工、深孔加工、自动线加工中的排屑。防锈 加入防锈添加剂的切削液，还能在金属表面上形成保护膜，使机床、工件、刀具免受周围介质的腐蚀。4.6.3 切削液的选择切削液的选择(1) 水溶液 主要成分为水，并加入防锈剂和少量润滑作用添加剂。其冷却效果好，多用于普通磨削和其他精加工。(2) 乳化液 由矿物油、乳化剂及其它添加剂配制的乳化油加95%98%的水稀释而成的乳白色切削液，

43、有良好的冷却性能和清洗作用。低浓度的乳化液冷却效果好，主要用于磨削、粗车、钻扩等加工；高浓度的乳化液润滑性能好，主要用于精车、攻丝、铰孔、插齿等加工4.6.3 切削液的选择切削液的选择(3) 切削油 有各种矿物油，如机械油、轻柴油、煤油等；还有动、 植物油，如豆油、猪油等；以及加入油性、极压添加剂配制的混合油。 切削油主要起润滑作用，用于精铣、铰孔、攻丝及齿轮加工第4章 机械切削加工基础知识 4.7 切削加工质量（该节不讲）机械加工及设备 4.7.1 加工精度尺寸精度形状精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）加工精度 加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几

44、何参数的接近程度。 加工误差是指加工后零件的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。加工精度的概念4.7.1 加工精度 引起加工误差的根本原因是工艺系统（由机床、夹具、刀具和工件等组成）存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。加工精度的影响因素原理误差 指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。4.7.1 加工精度加工精度的影响因素(2) 机床误差导轨导向误差 导轨副运动件实际运动方向与理想方向的偏差。机床主轴的回转误差 主轴回转误差是指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移 将主轴回转误差可分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式4.7.1 加工精度加工精度的影响因素(3) 工件安装误差 定位和夹紧产生的误差。(4) 夹具和刀具的误差夹具误差将直