第1章 金属切削加工的基础知识

第1章

金属切削加工的基础知识本章内容切削运动和切削要素1金属切削刀具2金属的切削过程3加工质量和生产率4材料的切削加工性5基本要求本章学习目的和要求：

1、掌握切削加工的运动和切削要素2、了解常用刀具材料3、掌握刀具几何角度4、了解切削过程的切削热、变形、刀具的耐用度

重点内容：1、掌握切削加工的运动和切削三要素2、掌握刀具几何角度

本章难点：车刀几何角度机械制造中的加工方法：

加工过程中质量的变化（）＜0：材料去除加工＝0：材料成形加工：如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等＞0：材料累积：利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形。传统方法有焊接、粘接或铆接等，近几年发展起来的快速成型技术切削加工：指利用切削刀具从工件上切除多余材料特种加工：指利用机械能以外的其他能量直接去除材料，如电火花加工、电解加工等快速成型机床按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。快速成型技术

切削加工

钳工（用手持工具）如划线、錾削、锯削、锉削、刮研、钻孔和铰孔、攻丝、套扣等切削加工

机械加工（用机床）如车、铣、刨、钻、磨及齿轮加工等切削加工——用切削刀具从毛坯上切除多余的材料，获得几何形状、尺寸和表面粗糙度等方面符合图纸要求的零件的加工过程。1.1切削运动和切削要素

1.1.1零件的种类及其表面的形成零件主要有以下四种表面组成：（1）圆柱面：

（2）圆锥面：（3）平面：

（4）成形面：加工方法上述表面，可以用以下相应加工方法获得：

（a）车外圆面（b）磨外圆面（c）钻孔（d）车床上镗孔（e）刨平面（f）铣平面（g）车成形面（h）铣成形面1.虽然母线和导线相同，但若两者间起始位置不同，形成的表面也不同，如上图中的b及c。2.

有些表面，其母线和导线可以互换，如图1.2中a、d和f等，称为可逆表面；另一些表面则不能互换，如图中b和e，称为不可逆表面。切削加工中发生线是由刀具的切削刃和轨迹的相对运动得到的，不同的加工运动、不同的切削刃形状，形成发生线的方式不同，获得的零件表面就不同。形成零件表面的方法可以归纳为以下4种：（1）轨迹法利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。图a中母线2，工件作回转运动形成导线，最终获得回转曲面。采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。需要指出：（2）成形法利用成形刀具对工件进行加工的方法。如图b所示，切削刃1的形状和长度与所需形成的发生线（母线2）完全吻合，工件作回转运动形成导线，最终也获得回转曲面。（3）相切法利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。如图c所示，刀刃1作回转运动，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动，切削点运动轨迹的包络线就是所需的发生线。为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。（4）展成法利用刀具和工件作展成切削运动进行加工的方法。如图d所示，加工时，刀具1与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线，就是所需的发生线。用展成法形成发生线需要一个成形运动（即刀具运动A与工件运动B组合而成的展成运动3）。

1.1.2机床的切削运动

主运动是切下切屑所需要的最基本的运动，对切削起主要作用，消耗机床的功率95%以上。机床主运动只有1个。Ⅰ——主运动

切削运动

进给运动使工件不断投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。消耗机床的功率5%以下。机床的进给运动可以有一个或几个。Ⅱ——进给运动

切削运动——用刀具切除工件材料，刀具和工件之间必须要有一定的相对运动，该相对运动由主运动和进给运动组成。1.1.3工件上的几个表面1．切削速度

（m／s或m／min）

切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。即在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。1.1.4

切削用量

切削用量是指切削速度、进给量f（或进给速度）和切削深度。三者又称为切削用量三要素。当主运动为旋转运动时，切削速度为：式中：dW—待加工表面直径（mm）

n—工件或刀具的转速(r/min)当主运动为往复直线运动（如刨削）时，切削速度为：(m/s)(m/s)式中：nr—主运动每分钟往复次数（次/min）；

L—往复直线运动行程长度（mm）。切削用量

工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mm／r（或mm／双行程）。

2．进给量f进给速度—指单位时间的进给量。进给量与进给速度之间的关系为：(mm/s)切削用量

3．切削深度（mm）

式中:——待加工表面直径（mm）——已加工表面直径（mm）切削深度指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。如车外圆时，切削用量

由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在垂直于切削速度的平面内度量。

1.切削厚度ac(λs=0)

ac＝

fsinκr

2.切削宽度aw

aw＝ap/sinκr3.切削层面积A0

A0＝ac

aw＝f

ap1.1.5切削层的几何参数1.2金属切削刀具

刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数。

1.2.1刀具材料1.刀具材料必须具备的性能

（1）

高的硬度和耐磨性

常温硬度HRC60以上，耐磨性是硬度、组织结构及化学性能等的综合反映。

（2）足够的强度和冲击韧性（3）高耐热性

高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等（4）良好的工艺性

锻造性能、磨削性能、热处理性能等（5）经济性

刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。◆碳素工具钢和合金工具钢因其耐热性很差，目前仅用于手工工具如锉刀、铰刀等。◆高速钢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。2.常用刀具材料高速钢特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度较高，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）。◆

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、TaC、NbC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。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，且能切削硬材料。硬质合金的不足:抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。硬质合金被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、平面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。常用刀具材料

◆陶瓷刀具材料

陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。新型刀具材料

◆

超硬刀具材料

天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。

聚晶金刚石（PCD）由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。

金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。

聚晶立方氮化硼（PCBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度很高，耐热性达1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。新型刀具材料

刀具材料对比

刀具材料对比

以外圆车刀为例，分析刀具几何形状。

1.车刀切削部分的构造切削部分由3面-2刃-1尖组成。1.2.2刀具的几何形状（1）前刀面(前面)：切屑流出所经过的表面。（2）主后刀面(主后面)：与工件上过渡表面相对的表面。（3）副后刀面(副后面)：与工件上已加工表面相对的表面。（4）主切削刃(主刀刃)：前刀面与主后刀面的交线，承担主要切削工作。（5）副切削刃(副刀刃)：前刀面与副后刀面的交线，协同主切削刃完成切削工作，（6）刀尖：主切削刃和副切削刀的交点，可以是一段小的圆弧，也可以是一段直线。刀具的几何形状

2.车刀切削部分的主要角度（1）辅助平面：为了确定刀具的角度，必须引入一个由三个辅助平面组成的空间坐标参考系。以此为基准，反映刀面和切削刃的空间位置。

①基面：通过主切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。②切削平面：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。③主剖面：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。三个辅助平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系。辅助平面①前角γo

在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。前刀面在基面之下时前角为正值，前刀面在基面之上时前角为负值。γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。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。Aκr′A向f车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ0刀具标注角度

（2）车刀标注角度在刀具标注角度参考系中测得的角度称为刀具的标注角度，是刀具制造和刃磨的依据。

根据前刀面与基面相对位置的不同，前角可分为正前角、零前角和负前角。一般，加工塑性较大的材料时，切削变形大，应取较大的前角。加工脆性材料时，应取较小的前角。刀具标注角度

②后角αo

后角αo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之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。

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3°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为6°～12°。刀具标注角度

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κr

在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。κr的大小影响切削层的几何参数和刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。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Aκr′A向fγ0γ′0α′0α0κrεrλsκr刀具标注角度

主偏角对切削层和切削分力的影响κr′AA向fγ0γ′0α′0α0κrεrλs④副偏角κr′

κr′在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。

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。κr′刀具标注角度

图1-10副偏角对残留面积的影响

在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。⑤刃倾角λs——在切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之为负。

λs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。刀具标注角度

（3）刀具工作角度

上面讨论的外圆车刀的标注角度，是在忽略进给运动的影响，假定刀杆纵向轴线垂直于进给方向，切削刃上选定点与工件中心等高，车刀的底面与基面平行等条件下确定的。这种假定状态称为“静止状态”。如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，这时的参考系称为刀具工作角度参考系。在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具的工作角度。工作角度反映了刀具的实际工作状态。刀具工作角度

刀具工作角度

◆车刀安装高度对工作角度的影响安装刀具时，如果刀尖高于或低于工件中心，会引起刀具工作角度的变化。以上图为例，如果刀尖安装得高于工件中心，实际工作前角将大于标注前角，而工作后角将小于标注后角。当车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，会引起工作主偏角和工作副偏角的改变。

刀具工作角度

◆车刀安装偏斜对工作角度的影响1.2.3车刀的几种结构形式

外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。常用的车刀结构形式有：整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹可转位式车刀1.3金属的切削过程1.3.1切削过程及切屑种类

1.切屑形成过程金属的切削过程实际上与金属的挤压过程很相似。切屑的形成与切离过程，是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程。正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成45°偏挤压：金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移FABOM45°a）正挤压FABOM45°b）偏挤压切削：与偏挤压情况类似。切削塑性材料时，材料受到刀具作用，开始发生弹性变形→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→切屑与母体脱离。

OMFc）切削切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角切屑形成过程

第Ⅰ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。切削部位三个变形区ⅠⅢⅡ

第Ⅲ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。三个变形区分析

第Ⅱ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。切屑形成过程

在切削过程中，刀具切下的切屑厚度αch通常都大于工件切削层厚度αc，而切屑长度Lch却小于切削层长度Lc。这种现象称为切屑收缩，可用变形因数ξ表示切削层的变形程度。变形因数（收缩因数）切屑形成过程变形因数ξ是切削层长度Lc与切屑长度Lch之比，即：

在切削加工中，应根据情况，采取相应措施，减小切削变形因数，改善切削过程。影响切屑变形因数的因素

1．工件材料

工件材料强度越高，塑性越小，变形因数ξ将越小，切削变形越小。2．刀具前角增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。

3．切削速度

在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形因数ξ越小。4．切削层厚度αc

在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层厚度αc越大，变形因数ξ越小。5．摩擦系数提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。切屑形成过程2.

切屑类型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，刀具前角较大加工中等硬度材料，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，应设断屑槽切削过程欠平稳，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，易崩刀带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑形态照片切屑类型在速度不高、切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为积屑瘤。2.积屑瘤对切削过程的影响：

1.3.2

积屑瘤1.积屑瘤成因◆高温、高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接

◆积屑瘤硬度比刀具高，可代替刀具切削，保护刀具

◆增大实际工作前角，减小变形和切削力，使切削轻快

◆产生过切及犁沟，尺寸精度下降

◆增大已加工面的表面粗糙度切屑刀具积屑瘤滞留粘接长大破裂积屑瘤4.积屑瘤对精加工是不利的，应避免产生：（1）降低工件材料塑性，对塑性较高的材料（如低碳钢），进行正火处理；（2）一般精车、精铣时，提高切削速度，而用高速钢刀具拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削；（3）增大前角；（4）减小进给量；（5）采用润滑液等。3.影响积屑瘤的因素（1）工件材料塑性大的材料，切削变形大，容易产生积屑瘤；切削脆性材料时，一般不会产生积屑瘤。（2）切削速度

切削速度很低时（小于5m/min），不会产生积屑瘤；切削速度在5~50m/min范围时，容易产生积屑瘤；当切削速度高于50m/min范围时，由于切削温度很高，切削底面呈微熔状态，也不会产生积屑瘤。κrFzFFyFf·pFxFf·pFf·pfv切削力的分解切削力来源★

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F切削合力Fz主切削力Fy切深抗力Fx进给抗力切削力分解1.3.3切削力

1.切削力切削力切削力分解：（1）主切削力Fz（切向力）

是总切削力F在切削速度方向上的分力，占总切削力的80%~90%，它消耗的功率最大。此力是计算机床动力，以及主传动系统零件强度和刚度的主要依据。（2）进给抗力FX（轴向力）是总切削力F在进给方向上的分力，它消耗的功率仅为1%~5%。此力是设计和计算进给机构零件强度和刚度的主要依据。（3）切深抗力Fy（径向力）是总切削力F在切削深度方向上的分力，它不做功，但其反作用力作用在工件上，易使工件弯曲变形，尤其是细长轴。在车削刚性较差的零件时，应设法减小或消除径向力的影响，如车削细长轴时，常采用主偏角为90°的偏刀。三个切削分力互相垂直，并与总切削力F有如下关系：切削力经验公式

切削力经验公式：式中CFx,CFy,CFz

——与工件、刀具材料有关系数；

xFy,xFy,xFz

——切削深度ap对切削力影响指数；

yFx,yFy,yFz

——进给量f

对切削力影响指数；

KFx,KFy,KFz

——考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。均可查表得到。2.切削力与切削功率的计算

用测力仪测出切削力，再通过对实验数据的处理，可求得计算切削力的经验公式。在生产实际中，一般都用经验公式来计算切削力。

切削力与切削功率

如果已知单位切削力P（单位切削层面积的主切削力），可计算出主切削力Fz的大小：式中P——单位切削力（N/mm2

），可查表得到；

A0——切削层面积（mm2）。则

Fx=（0.1~0.6）FzFy=（0.15~0.7）Fz主切削力Fz的计算式中

Fz

——主切削力（N）；

v

——主运动速度（m/s）。切削功率切削功率应为三个切削分力消耗功率的总和。但在车削外圆时，Fy=0，Fx消耗的功率很小，可忽略不计。因此，切削功率可粗略地表示为：切削功率（1）工件材料◆切削深度与切削力近似成正比；◆进给量增加，切削力增加，但不成正比◆切削速度对切削力影响复杂（右图）强度、硬度高材料塑性好,加工硬化倾向大切削力大519283555100130

切削速度

v（m/min）

981784588主切削力Fz（N）切削速度对切削力的影响（2）切削用量3.影响切削力的因素◆

前角γ0

增大，切削力减小（左图）◆

主偏角κr

对主切削力影响不大，对切深抗力和进给抗力影响显著（κr

↑——Fy↓，Fx↑，右图）前角γ0对切削力的影响前角γ0切削力Fγ0-Fzγ0–Fyγ0–Fx主偏角κr对切削力的影响主偏角κr/°切削力/N3045607590κr

-Fzκr

–Fxκr

–Fy2006001000140018002200（3）刀具几何角度影响影响切削力的因素（4

）其他因素影响◆

切削液：有润滑作用，使切削力降低；◆

后刀面磨损：使切削力增大，对切深抗力Fy的影响最为显著；影响切削力的因素1.3.4切削热和切削温度

1.切削热来源与传播切削过程变形和摩擦所消耗的切削功，绝大部分转变为切削热切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去。工件切屑刀具切削热的来源与传播切削热传播主要来源

（1）切削层变形产生的热量，是切削热的主要来源（2）切屑与前刀面摩擦产生的热量（3）工件与后刀面摩擦产生的热量影响散热的主要因素切削过程中产生的切削热对刀具磨损和刀具寿命具有重要影响，切削热还会使工件和刀具产生变形而影响加工精度。影响散热的主要因素是：（1）工件材料的导热系数

工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热量就多，切削区温度低。而工件材料导热系数低，切削热传导慢，切削区温度高，刀具磨损快。（2）刀具材料的导热系数

刀具材料的导热系数高，切削区的热量向刀具内部传导快，可以降低切削区的温度。（3）周围介质采用冷却性能好的切削液能有效地降低切削区的温度。

切削温度及其影响因素

2.切削温度及其影响因素切削温度一般指切屑、工件与刀具接触区域的平均温度。切削温度的高低，除了用仪器测定外，还可以通过观察切屑的温度的颜色大致估计出来。切削温度的高低取决于切削热的产生与传播情况，它主要受切削用量、工件材料、刀具材料、刀具角度和冷却条件等因素的影响。（1）

切削用量对切削温度的影响

切削速度提高，单位时间内材料的切除量增加，切削热增多，切削温度将随之升高。但三者影响程度不同，切削速度对切削温度的影响最为显著，进给量f次之，切削深度最小。从尽量降低切削温度考虑，在保持切削效率不变的条件下，选用较大的切削深度和进给量比选用较大的切削速度更为有利。

（2）刀具几何参数对切削温度的影响（1）前角γo对切削温度的影响前角γo增大，变形减小，切削力减小，切削温度下降。前角超过18－20度后，γo对切削温度的影响减弱，这是因为刀具楔角（前、后刀面的夹角）减小而使散热条件变差的缘故。（2）主偏角对切削温度的影响主偏角减小，切削刃工作长度增大，散热条件变好，使切削温度下降。切削温度及其影响因素

（3）工件材料对切削温度的影响工件材料的强度和硬度高，产生的切削热多，切削温度就高。工件材料的导热系数小时，切削热不易散出，切削温度相对较高。切削灰铸铁等脆性材料时，切削变形小、摩擦小，切削温度一般较切削钢时的温度低。切削温度及其影响因素

（4）刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损使切削刃变钝，切削时变形增大、摩擦加剧，切削温度上升。（5）切削液对切削温度的影响使用切削液可以从切削区带走大量热量，可以明显降低切削温度，提高刀具寿命。切削温度及其影响因素

切削温度的测量

自然热电偶法工件和刀具材料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温产生温差电势，通过电位差计测得切削区的平均温度。利用红外辐射原理，借助热敏感元件，测量切削区温度。可测量切削区侧面温度场。★用不同材料、相互绝缘金属丝作热电偶两极。mV人工热电偶工件刀具金属丝小孔★

可测量刀具或工件指定点温度，可测最高温度及温度分布场。人工热电偶法红外测温法它是将乳化油（已加入乳化剂）用水稀释而成，呈乳白色。具有良好的冷却和清洗性能，也有一定的润滑性能。适用于粗加工和磨削。主要成分是水，并加入一定量的防锈剂。其冷却性能好，但润滑性能差，呈透明状，常在粗加工或磨削中使用。主要是矿物油，也有用动、植物油或复合油。其润滑性能好，但冷却性能差，主要用于精加工。水溶液乳化液切削油切削液3.切削液（1）切削液的作用和种类切削液起冷却、润滑、清洗和防锈的作用。水＋添加剂乳化油＋水矿物油＋添加剂1.粗加工（低浓度）2.精加工（高浓度）3.磨削1.粗加工2.磨削1.精加工水溶液乳化液切削油切削液（2）切削液的选用在生产中，通常根据加工性质、工件材料、刀具材料等因素选用切削液。主要使用方法是浇注法和喷雾冷却法。不用切削液的情况：1.切削脆性材料（如铸铁、青铜）；2.使用硬质合金刀具1.3.5刀具磨损1.刀具磨损形式◆正常磨损前刀面磨损形式：月牙洼（参数——KT）形成条件：加工塑性材料时v大，αc大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量后刀面磨损形式：后刀面磨损后，使后角≈0的磨损面（参数——VB）形成条件：加工塑性材料时切削厚度αc

较小；加工脆性材料影响：切削力↑,切削温度↑,产生振动，降低加工质量前、后刀面同时磨损后刀面磨损前刀面磨损前、后刀面同时磨损形式：同时磨损（参数——VB、KT）形成条件：加工塑性材料时，αc=0.1~0.5mm刀具磨损过程

◆非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）2.刀具磨损过程3个阶段刀具磨损过程正常磨损阶段急剧磨损阶段初期磨损阶段新刃磨的刀具刚投入使用，后刀面与工件的实际接触面积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快。经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢。它是刀具的有效工作阶段。当刀具磨损量增加到一定限度时，切削力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快，直至丧失切削能力。在急剧磨损阶段让刀具继续工作是一件得不偿失的事情。刀具在进入急剧磨损阶段之前必须刃磨或更换。国际标准ISO推荐硬质合金车刀刀具寿命试验的磨钝标准，有下列三种可供选择：（1）VB＝0.3mm；（2）如果主后刀面为无规则磨损，取VBmax=0.6mm；（3）前刀面磨损量KT＝（0.06＋0.3f）mm。磨钝标准3.刀具耐用度概念◆刀具耐用度T——刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T(min)表示。◆刀具总寿命

——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。

在生产中，确定刀具寿命有两种不同的原则，按单件时间最少的原则确定的刀具寿命叫最高生产率刀具寿命，按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命叫最小成本刀具寿命。一般情况下，应采用最小成本刀具寿命。在生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率刀具寿命。刀具耐用度4.影响刀具耐用度的因素

刀具寿命（耐用度）工件材料刀具材料刀具耐用度BECDA切削用量是否使用切削液刀具几何角度不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料耐用度比较刀具耐用度1.4加工质量和生产率尺寸精度形状精度位置精度1.4.1加工质量包括加工精度和表面质量1.加工精度——是指零件加工以后，其尺寸、形状、相互位置等参数的实际值与其理想值相接近的程度。实际值与理想值越接近则加工误差越小，加工精度越高。包括：是指零件的实际尺寸与理想尺寸相接近的程度，用尺寸公差表示。据GB/T1800.1-2000规定，标准公差分为20个等级，即IT01、IT0、IT1~IT18，精度依次降低是指零件的实际形状与理想形状相接近的程度，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度6种是指零件的表面、轴线或中心平面之间的实际位置与理想位置相接近的程度，包括平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同轴度、对称度、圆跳动和全跳动8种加工质量和生产率经济精度：指在正常操作情况下所能达到的精度。选择精度的原则：在保证达到技术要求的前提下，选用较低的精度等级。2.表面质量零件的表面质量包括：表面粗糙度、表面层加工硬化的程度、表面残余应力的性质和大小。零件的表面质量影响：零件的耐磨性能、耐腐蚀性能、耐疲劳等性能，零件使用寿命。

一般图纸上只标注表面粗糙度的要求。表面粗糙度常用轮廓算术平均偏差Ra来评定。零件表面的质量要求越高，Ra越小。1.4.2生产率切削加工生产率R0——单位时间内生产零件的数量，即：式中tw——生产一个零件所需要的总时间（min/件）而式中tm——基本工艺时间，即加工一个零件所需的总切削时间

tc——辅助时间，即为了维持切削加工所消耗到各种辅助操作上的时间，如调整机床、空移刀具、装卸或刃磨刀具、安装工件、检验等时间

t0——其它时间，如清扫切屑、工间休息等时间。所以★1.切削用量的选择原则

切削用量的选择，对生产率、加工成本和加工质量均有重要影响。切削用量（v、f、ap）不能任意选取，应综合考虑各种制约因素，选择v、f、ap数值的最佳组合。约束切削用量选择的主要条件有：工件的加工要求，包括加工质量要求和生产效率要求；刀具材料的切削性能；机床性能，包括动力特性（功率、扭矩）和运动特性；刀具寿命要求。1.4.3切削用量的选择★

2.选择切削用量的一般方法

粗加工时，选择切削用量主要以提高生产率为主，同时要保证规定的刀具耐用度。实践表明，对刀具耐用度影响最大的是切削速度v

，其次是进给量f

，切削深度ap的影响最小。因此，选择切削用量的顺序是：

ap

f

v

精加工时，主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。选择切削用量的一般方法

3.选择切削用量的步骤（以车削为例）（1）切削深度