第一章切削基础

第一章金属切削加工的基础知识第一节切削运动和切削要素第二节金属切削刀具第三节金属切削过程的基本规律第四节切削加工的技术经济性简介第五节机械零件的极限与配合金属切削加工利用刀具从金属材料上切去多余的金属，从而获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的机器零件的加工方法。金属切削加工金属切削加工包括钳工和机械加工，本课程介绍机械加工。常用的机械加工方法有车削、钻削、铣削、刨削和磨削等。本章介绍金属切削加工的一些基本规律，包括切削运动、切削刀具、基本现象和规律、技术经济性分析等方面的基础知识。钳工加工钳工加工

钳工加工(简称钳工)一般在钳台上以手工工具为主，对工件进行加工的各种加工方法。钳工的工作内容一般包括划线、锯削、錾削、锉削、刮削、研磨、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹、机械装配和设备修理等。机械加工机械加工

机械加工(简称机工)是利用机械力对各种工件进行加工的方法。它一般是通过工人操纵机床设备进行加工的，其方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削、磨削、珩磨、超精加工和抛光等。2、切削加工的特点和作用(1)切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛，且可获得很高的加工精度和很低的表面粗糙度。（ITl2～IT3，甚至更高；Ra：25～0.008μm。）(2)切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的范围较大。（金属材料、某些非金属材料的加工。零件的形状和尺寸一般不受限制，只要能在机床上实现装夹，大都可进行切削加工，且可加工常见的各种型面。零件重量的范围很大：数百吨、几克。）(3)切削加工的生产率较高。（生产率一般高于其他加工方法）(4)切削过程中存在切削力，刀具和工件均须具有一定的强度和刚度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度。完成切削加工必须具备的两个条件切削刀具与工件之间必须有一定的相对运动——切削运动；切削刃有一定的形状——刀具角度；第一节切削运动和切削要素常见零件的结构种类1.轴类零件2.盘套类零件3.支架箱体类零件4.六面体类5.机身机座类零件6.特殊类零件轴类零件盘套类零件支架箱体类零件六面体类机身机座类零件特殊类零件组成零件的表面

切削加工就是得到零件上的一个个表面。组成零件常见的表面有外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、齿形、成形面及各种沟槽等。组成零件的表面零件表面的形成一、切削运动切削加工种，由机床所提供的刀具与工件之间道的相对运动称为切削运动。分为主运动与进给运动。切削运动主运动就是切除多余金属形成加工表面所需的基本运动。进给运动就是使待切金属连续投入切削、从而加工出全部零件表面所需的运动。零件不同表面加工时的切削运动机床的切削运动机床的切削运动（1）切削过程中，主运动只有一个，进给运动可以多个；（2）主运动、进给运动可由刀具或工件分别完成，也可由刀具单独完成；（3）主运动、进给运动可以是直线运动，可以是旋转运动，有连续的，有间歇的。可以是独立的也可以是合成的。特征二、切削要素切削用量三要素

切削速度:(Vc)进给量：(f)背吃刀量:(ap)车削外圆车削的切削运动与加工表面平面刨削的切削运动与加工表面切削速度它是切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，用υc表示，单位为m/s或m/min。当主运动为旋转运动时，切削速度可用下列公式计算：切削速度当主运动为直线往复移动时（如刨削加工），切削速度可用下列公式近似计算：进给量

刀具在进给运动方向上相对工件的位移量．可用刀具和工件每转或每行程的位移量来表述和度量。进给量用f表示，车、钻、镗、铣削时，单位为mm/r；刨、插削时为mm/str。对于铣削，还有每齿进给量(mm/z)和每分钟进给量(mm/min，即进给速度υf)。车削mm/r刨削mm/str铣削mm/z对于铣削，有每齿进给量fz(mm/z)和每分钟进给量(mm/min，即进给速度υf)。背吃刀量背吃刀量是在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度，用ap表示，单位为mm；背吃刀量又称切削深度(简称切深)。

背吃刀量：ap对于外圆车削：切削层几何参数切削层公称横截面积AD

切削层公称横截面积是切削层在基面上的实际横截面积，单位为平方毫米。AD=hD×bD=f×ap切削层公称宽度bD是实际参加切削的那段主切削刃在基面上投影的两个端点间的距离(平行于工件过渡表面测量的切削层横截面尺寸)。bD=ap/sinκr切削层公称厚度hD

切削层公称厚度是垂直于工件过渡表面测量的切削层横截面尺寸。hD=fsinκr

切削层是指工件转过一转，车刀主切削刃移动一个进给量f,车刀所切下的材料层。第二节金属切削刀具金属切削刀具车刀铣刀铣刀刨刀钻头钻头拉刀刀具材料及刀具构造刀具组成—

校准部分切削部分工作部分夹持部分车刀的组成

夹持部分——将刀具夹持在机床上的部分。

切削部分——担负主要切削工作。

校准部分——完成辅助的切削工作、修整、刮光工件表面和导向。作用刀具的切削部分一、刀具材料

夹持部分——一般多用中碳钢。

工作部分——种类多，根据不同的加工要求选合适材料。材料高的硬度；必须高于工件硬度，通常应在60HRC以上;足够的强度和韧性；较高的耐磨性；较高的耐热性；良好的工艺性。1.刀具材料应具备的基本性能2、常用的刀具材料碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金

新型材料碳素工具钢

碳素工具钢是指高级优质高碳钢。硬度：60～65HRC热硬性：200～250℃切削速度：V<8～10m/min只适用于做手用刀具或容易破损的刀具（手用锯条、锉刀、刮刀、手用丝锥和板牙）.合金工具钢

合金工具钢是在碳素工具钢中加入适量的钨、铬、钼、硅、锰、钒等元素。热硬性：350～400℃切削速度：V=10～12m/min适用于做切削速度较低、结构细长、刃形复杂和热处理变形要求小的刀具（手用铰刀、拉刀、丝锥和板牙等）.高速钢含有较多的钨、铬、钼和钒等合金元素的高合金工具钢。耐磨性和热硬性都比合金工具钢有显著的提高。高速钢

硬度：62～67HRC耐热性：550～600℃切削速度：V<40m/min具有较高的强度、韧性和较好的工艺性，适用于制造复杂刀具(钻头、铰刀、拉刀、丝锥、板牙、整体铣刀等)。常用牌号W6Mo5Cr4V2W9Mo3Cr4VW18Cr4VW6Mo5Cr4V2AlW2Mo9Cr4VCo8(涂层：在高速钢刀具上通过物理气相沉积涂上2～5μm的TiN薄膜——呈金黄色，提高寿命2～5倍。)硬质合金由高硬度、高熔点的碳化物（ＷＣ、ＴiＣ、ＴaＣ、ＮbＣ）为原料，以金属钴为粘结剂，用粉末冶金的方法制成的刀具材料。硬质合金硬度：74～82HRC(89～93HRA)耐热性：850～1000℃切削速度：V=100～300m/min抗弯强度低，脆性大，不能承受大的冲击和振动；工艺性差;不适用于制造整体结构的复杂刀具。典型牌号钨钴类YG(K类)钨钛钴类YT(P类)通用类YW(M类)钨钴类YG(K类)成分：WC+Co多用于加工短切屑的金属或非金属，如：铸铁、青铜等。常用牌号YG3(K01)、YG6(K15)、YG8(K30)等(数字表示含Co的百分比，含Co越多的韧性越好：YG8—粗加工和断续切削，YG6—半精加工，YG3—精加工和连续切削)钨钛钴类YT(P类)成分：WC+TiC+Co多用于加工长切屑的黑色金属，如：钢材等，不适宜加工切削过程中伴有较大冲击和振动的脆性材料。常用牌号YT5(P30)：用于粗加工或断续切削YT15(P10)：用于半精加工YT30(P01):用于精加工和连续切削(数字表示含TiC的百分比，含TiC越多的韧性越差)通用类YW(M类)（钨钛钽（铌）类）成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加工长切屑的钢材。常用牌号YW1(M1)：用于半精加工或精加工YW2(M2)：用于粗加工或断续切削涂层：在刀具上通过化学气相沉积涂上5～10μm的TiC薄膜——呈银灰色，（或TiC、TiN双层薄膜或TiC、Al2O3和TiN三层薄膜）提高寿命2～10倍。新型刀具材料陶瓷人造金刚石（PCD）立方氮化硼（CBN）陶瓷刀具陶瓷Al2O3或Si3N4基体添加不同的金属元素(Ni、Co、Mo、W)或金属炭化物(TiC、WC)，采用热压和烧结方法获得。特点：硬度高、耐磨性好。91～95HRA。耐热性高，1200℃。切削速度高达100～400m/min。抗弯强度、冲击韧性较差。主要用于冷硬铸铁、高硬度钢、高强度钢等精加工和半精加工。人造聚晶金刚石（PCD）人造金刚石（PCD）高温和超高压条件下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成的聚晶材料。特点：硬度高、耐磨性极好。10000HV以上。耐热性：700～800℃，不能在高温下切削冲击韧性、抗弯强度低。与Fe的亲和力强，不能加工铁族材料。适用于硬质合金、陶瓷、玻璃等高硬材料的精加工.立方氮化硼（CBN）与金刚石相比：硬度：8000～9000HV。耐热性：1300～1500℃与Fe的亲和力小，能加工铁族材料。主要适用于淬硬钢、冷硬铸铁、耐热合金等高硬铁族材料的精加工或半精加工。涂层刀具涂层刀具是在韧度较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。涂层刀具常用的涂层材料有碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)等。涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1～3倍，涂层高速钢刀具的耐用度则可提高2～10倍。加工材料的硬度愈高，则涂层刀具的效果愈好。二、刀具角度1.刀具切削部分的组成三面两刃一尖“三面两刃一尖”前刀面Ar后刀面Aα副后刀面Aα’交线交线主切削刃s副切削刃s’刀尖连接部分车刀的组成刀具组成示意图刀面前刀面——切屑流出所经过的表面主后刀面——切削时，刀具上与工件加工面相对的表面副后刀面——切削时，刀具与工件已加工面相对的表面切削刃主切削刃——前刀面与主后刀面的交线，担负主要切削工作副切削刃——前刀面与副后刀面的交线，担负部分切削工作刀尖——主切削刃与副切削刃的交点2.车刀的

几何角度坐标平面

基面切削平面正交平面刀具的几何角度前角后角主偏角和副偏角刃倾角副后角坐标平面刀具标注角度的参考系坐标平面坐标平面（1）基面（Pr）

通过主切削刃上的某一点，与该点的切削速度方向相垂直的平面。（2）切削平面（Ps）

通过主切削刃上的某一点，与该点切削刃相切且垂直于基面的平面。（3）正交平面（Po）

通过主切削刃上的某一点，且与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。定义坐标平面的假定条件1.不考虑进给运动的大小；2.假定车刀刀尖与主轴轴线等高；3.刀杆中心线垂直于进给方向。车刀的标注角度车刀的标注角度(1)前角γo

在主剖面内测量的前刀面与基面之间的夹角。(正前角、零前角、负前角)(2)后角αo在主剖面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。(3)主偏角kr在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。(4)副偏角k’r在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。(5)刃倾角λs在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。车刀的

标注角度前角γo

在主剖面内测量的前刀面与基面之间的夹角。(正前角、零前角、负前角)后角αo在主剖面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。主偏角kr在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。副偏角k’r在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。刃倾角λs在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。例题镗孔车刀的标注角度前角的正与负前角的作用残留面积

由于车刀上存在副偏角，所以工件已加工表面上有一块残留面积△ADE，其是造成工件表面粗糙度的一个原因。主、副偏角愈小，修圆刀尖圆角愈大，残留面积高度愈小，提高工件的表面质量。ADE副偏角K/r刃倾角λs

3.车刀主要角度的作用前角0——减小切屑变形，减小刀具前面与切屑之间的摩擦。后角0——减少刀具主、后刀面与工件的摩擦及主、后刀面的磨损。

主偏角Kr

——影响刀刃参加工作的长度、径向力的大小。副偏角K′r——减少副切削刃与工件已加工表面摩擦。刃倾角s——影响刀头强度、排屑方向。

偏角Kr前角对切削过程的影响影响：前角增大；刃口锋利，切削力、切削热、功率消耗下降，切削轻快省力，不易形成积削瘤；但使刀头和刃口强度削弱，散热条件变差，易磨损或蹦刃。选择(-5～25°)：１.切削强度硬度较低、塑性较大的材料时，选较大的前角；２.切削强度硬度较大、塑性较小的材料时，选较小的前角；３.精加工选较大的前角；粗加工选较小的前角；４.高速钢的前角比硬质合金的前角大。前角对切削过程的影响为保护硬质合金、陶瓷和立方氮化硼刀具的刀刃（性脆，易蹦刃），一般在前刀面靠近刀刃处应磨出负倒棱。磨出负倒棱的硬质合金刀具：切削低碳钢，前角取20°左右；切削中碳钢，前角取15°左右；切削高碳钢，前角取10°左右；切削高锰钢，前角取0°左右；切削60HRC的淬硬钢，前角取-10°左右。高速钢刀具：切削低碳钢、中碳钢和高碳钢，前角比硬质合金刀具相应大10°左右。陶瓷和立方氮化硼刀具：前角比硬质合金刀具相应小5°～10°左右。后角对切削过程的影响影响：后角增大可减少磨损，提高刀具耐用度刃口锋利，切削力、切削热、功率消耗下降，切削轻快省力；但使刀头和刃口强度削弱，散热条件变差，易磨损或蹦刃，（4～12°）。选择：１.切削强度硬度较低、塑性较大的材料时，选较大的后角；２.切削脆性的材料时，选较小的后角；３.精加工选较大的后角；粗加工选较小的后角。后角对切削过程的影响粗加工刀具的后角一般取4～6°；精加工刀具的后角一般取8～12°；切削低碳钢和铝合金等软材料时，后角一般比上述数值大2～4°；尺寸刀具的后角一般取30′～2°30′；副后角的数值一般与后角相同，切断刀的副后角受强度限制，一般取1°～2°。主偏角对切削过程的影响主偏角小，使刀尖角大，主切削刃负荷减小，刀尖散热改善，刀具磨损减小，耐用度提高。但主偏角小使背向力增大，进给力减小，切削细长轴时，易将工件顶弯；若机床系统刚度较弱，还易引起振动。选择：对机床系统刚度较弱、或切削细长轴时，应选取较大的主偏角；反之，应选取较小的主偏角。常用：45°、60°、75°、90°主偏角对切削过程的影响机床系统刚度较好：45°、60°机床系统刚度较弱：75°、90°加工高强度、高硬度材料而系统刚度较好：15°、30°车阶梯轴：90°、93°车外圆带倒角：45°副偏角对切削过程的影响副偏角增大，可减小副切削刃和副后刀面与已加工面的摩擦，降低背吃刀力。但会增加已加工面的粗糙度（增大残留面积高度），降低刀尖的强度和散热能力。常用：5～15°（粗加工时，取大值，精加工时，取小值）副偏角对切削过程的影响精加工时，副偏角取小值，且在不引起振动（副偏角取小值，在系统刚度较弱的情况下，易引起振动）的情况下，还可磨出一段0°修光刃。对切断刀、切槽刀，避免重磨引起主切削刃宽度的变化，取30′～2°。刃倾角对切削过程的影响影响切屑的流向，刀头的强度及切削过程的平稳性。粗加工：－5～-10°切削形状不规则，或表面不连续的工件时，冲击载荷较大：－15～－20°。精加工：5～10°薄切削为使切削刃锋利：45～75°副后角对切削过程的影响减少副后刀面与已加工表面的摩擦。一般大小与后角相同。刀具主要角度的定义及识别方法小结识别刀具角度是理解它们作用的必要条件，见到一种刀具首先能够找出各主要角度，然后才能理解它们的作用。识别刀具角度就需要联系应用上述的有关定义。在理解及应用定义时，要抓住下述要点及相互关系：刀具主要角度的定义及相互关系(1)刀具是靠刀刃切除金属，刀刃是刀具切削部分的不同刀面的交线，不同刀面在空间位置的变化就形成了不同的刀具角度。(2)为了确定刀面的定义，首先要知道切削时，工件上三个表面的定义。(3)根据工件上的待加工表面和已加工表面，可以确定刀具的主后面和副后面，根据切屑流出的方向则可确定刀具的前面。(4)前面与主、副后面的交线，分别形成主刀刃和副刀刃；主、副刀刃的交点形成刀尖。“三面、两刃、一尖”是刀具切削部分的核心。刀具主要角度的定义及相互关系(5)为了确定刀面在空间的位置，需要确定坐标，所以提出了坐标平面。根据切削平面和基面可分别确定后角和前角。因为两个平面的夹角在不同的测量方向数值不同，于是又提出正交平面（主剖面）。(6)标注角度也就是静止角度。切削时；工作角度的数值会起变化。前后角变化的原因是坐标平面在空间位置的改变所引起的。(7)见到某一刀具，识别主、副刀刃的方法，要注意进给运动的方向；识别前角和后角则应注意主运动的方向。4.刀具的工作角度

上述刀具标注角度，是在静止参考系中假定不考虑进给运动，刀尖与工件轴线等高，刀柄中心线垂直于进给方向的条件下的一组角度。在实际切削过程中并不完全是这种理想状况，刀具实际切削时的工作角度要发生某些变化的，这些变化对切削加工将产生一定的影响。进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响刀尖安装高度对工作角度的影响车刀安装高度对前角和后角的影响车刀轴线与工件旋转轴线相对位置

对工作角度的影响3.砂轮砂轮：磨料＋结合剂砂轮特性决定于五要素：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。一、磨料

锋利的形状、高硬度和热硬性、适当的坚韧性

1、刚玉系（主要成份Al2O3）

①棕刚玉（A）：硬度低，韧性较好，廉价。磨碳素钢、合金钢、可锻铸铁②白刚玉（WA）：硬度高，韧性差，磨粒锋利，价格高。磨淬火钢、高速钢、高碳钢2、碳化物系（主要成份碳化硅、碳化硼）①黑色碳化硅(C):比刚玉类硬度高，导热性好，韧性差。磨铸铁、黄铜等脆材②绿色碳化硅(GC)：比C硬度高，导热性好，但韧性差。磨Y合金、陶瓷、玻璃等3、超硬磨料

人造金刚石（D）：硬度最高，耐热性较好，韧性最差，价格昂贵。立方氮化硼（CBN）：硬度仅次于D，韧性较D好，与铁元素亲和好。二、粒度

以刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨料的粒度，如60＃微粉：磨粒的直径＜40um时，如W20磨粒尺寸在20～14um

粗磨用粗粒度，精磨用细粒度；当工件材料软，塑性大，磨削面积大时，采用粗粒度，以免堵塞砂轮烧伤工件。成形磨削和高速磨削时应选用细粒度砂轮。三、结合剂

结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。1、陶瓷结合剂（V）：化学稳定性好、耐热、耐腐蚀、价廉，占90%，但性脆，不宜制成薄片，不宜高速，线速度一般为35m/s。

2、树脂结合剂（B）：强度高弹性好，耐冲击，适于高速磨或切槽切断等工作，但耐腐蚀耐热性差(300℃)，自锐性好。

3、橡胶结合剂（R）：强度高弹性好，耐冲击，适于抛光轮、导轮及薄片砂轮，但耐腐蚀耐热性差(200℃)，自锐性好。

4、金属结合剂（M）：青铜、镍等，强度韧性高，成形性好，但自锐性差，适于金刚石、立方氮化硼砂轮。四、硬度指砂轮工作时在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬度无关。硬度高，磨料不易脱落；硬度低，自锐性好。分7大级(超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬)，16小级砂轮硬度选择原则：1.磨削硬材，选软砂轮；磨削软材，选硬砂轮；2.磨导热性差的材料，不易散热，选软砂轮以免工件烧伤；3.砂轮与工件接触面积大时，选较软的砂轮；4.成形磨精磨时，选硬砂轮；粗磨时选较软的砂轮。五、组织反映砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的比例关系，即砂轮结构的疏密程度，分紧密、中等、疏松三类13级。紧密组织成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨和强力磨削。中等组织适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等。疏松组织不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面、内圆等接触面积较大时，磨热敏性强的材料或薄件六、砂轮的标志方法按GB2484—84规定，标志顺序如下：磨具形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高线速度。砂轮标志方法示例如下：

PB400×40×60A60L5B35形状代号薄片外经D＝400mm厚度H＝40mm内径d＝60mm磨料（棕刚玉）60号粒度硬度中软25号组织树脂结合剂最高工作线速度（m/s）5.刀具的结构整体式焊接式机加重磨式机加可转位式机加重磨式机加重磨式机加可转位式例题端面车刀标注角度切削用量的选择粗车：该阶段对精度与表面质量要求不高，尽可能发挥机床和刀具的能力，减少机动时间，提高生产率。在切削用量中，υC、f、aP三者的乘积愈大，机动时间愈短，生产率愈高，且三者的影响是等价的。υC、f、aP三者对切削温度和刀具寿命的影响是不等价的：υC影响最大、f影响次之，aP影响最小。粗车时切削用量的选择由前所述，粗车应先选一个尽量大的背吃刀量aP，然后选一个比较大的进给量f，最后根据刀具寿命的允许，选一个合适的切削速度υC。一般背吃刀量aP就等于工件单边车削余量h，即粗车只走一次刀。根据系统刚性及强度，进给量f的常用范围是0.3～１mm/r。最后由aP与f确定切削速度υC（再由公式求出转速n）（硬质合金粗车中碳钢，切削速度υC约在50～100m/min）。精车：该阶段主要是保证工件的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度的要求，然后再考虑尽可能提高生产率。精车时切削用量的选择精车应先选一个较小的背吃刀量aP，较小的进给量f和较高的切削速度υC。一般半精车aP=1～2mm，精车aP=0.05～0.8mm；半精车f=0.2～0.5mm/r，精车f=0.1～0.3mm/r;最后由aP与f确定切削速度υC（再由公式求出转速n）（硬质合金半精车中碳钢，切削速度υC约在100～150m/min）。结论粗加工：首先选取较大的背吃刀量，尽可能地将粗加工余量在一次走刀中切除。再选取较大的进给量。最后在保证耐用度和机床功率的情况下，选择合适的切削速度。精加工：选取背吃刀量时，应在一次走刀中切除全部余量；选取进给量时，应根据表面粗糙度选取小值；切削速度应在保证耐用度的条件下避开积屑瘤产生的速度范围。第三节金属切削过程的基本规律切削过程和切屑的类型积屑瘤总切削力和切削功率切削热和切削温度刀具的磨损一、切削过程和切屑的类型1.切削过程刀具挤压工件，产生变形、滑移、挤裂、切离。切削过程切削过程2.切屑的种类A.带状切屑C.蹦碎切屑B.节状切屑产生条件：切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较小、前角大。形状：连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面呈毛茸状。形成原因：切速高，切削层未及充分变形即变为切屑，剪切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀具锋利；hD小则切削力小。故易得带状切屑。2.切屑的类型带状切屑特点：切削过程变形小，切削力小且稳定；已加工表面粗糙度低。对生产安全有危害。产生条件：切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度较厚、前角较小。形状：宏观上自然连接，但外表面呈锯齿形，如竹节状。形成原因：切削层经过充分变形全过程，最后被挤裂。节状切屑(挤裂切屑)特点：切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理；变形相对较大，切削力波动较大，易产生振动；已加工表面粗糙度较高。产生条件：切削脆性材料。形状：切屑呈不规则的碎块状。形成原因：材料塑性差，抗拉强度低，受前刀面挤压时几乎没有塑性变形便脆断成不规则的碎块。

③崩碎切屑特点：切削过程不平稳，切削力波动大，有冲击，振动大，已加工表面粗糙。产生条件：材料塑性很差、切速低、hD大、前角小。形状：切屑沿挤裂面完全断开成单元状。形成原因：整个剪切面上剪应力超过材料的破坏强度极限。

④单元切屑特点：切削力波动很大，有振动；已加工表面非常粗糙，且有振纹。二、积屑瘤在一定的温度和压力下,切削塑性金属时,切屑底层与前刀面嵌入式结合发生冷焊现象,使一部分切屑粘结在前刀面上,形成积屑瘤。积屑瘤积屑瘤积屑瘤特点硬度是工件材料的2～3.5倍，可以代替刀具切削。周而复始的生长、脱落。产生条件切削塑性材料。切削区的温度、压力和界面状况符合在刀面上发生冷焊的条件。积屑瘤形成的特定条件其一是切削塑性金属。这是因为切削脆性材料形成的是崩碎切屑，不与前刀面产生剧烈摩擦，因而不产生积屑瘤。其二是中等切削速度(υc＝(5～60)m／min)切削。这是因为低速(υc＜5rn／min＝和高速(υc＞60m/min，尤其是υc＞100m/min)，切屑底层与前刀面的摩擦系数较小，一般不产生积屑瘤。在积屑瘤形成过程中，积屑瘤不断长高，长到一定的高度后因不能承受切削力而破碎脱落，随后又不断长高，因此积屑瘤的形成是一个时生时灭周而复始的动态过程。对切削过程的影响积屑瘤代替刀刃进行切削，保护了刀刃，增大了前角。积屑瘤形状不规则，频繁生长脱落，影响尺寸精度和表面质量。故：粗加工时可人为控制积屑瘤的生长，使积屑瘤能稳定存在。精加工时应抑制积屑瘤的产生。三、切削力和切削功率1.总切削力的来源工件、切屑的变形抗力刀具与切屑、工件与刀具之间的摩擦阻力2.分解

主切削力Fc

背向力Fp

进给抗力Ff切削力的分解主切削力：FC在主运动方向的分力。FC与切削速度方向一致，又称切向抗力。是计算机床切削功率的主要依据。背向力：FP总切削力在切深方向的分力。FP在基面内，与进给方向垂直。进给抗力：Ff在进给方向的分力。是计算或校核机床进给机构强度的依据。FP与FfFp约为Fc的0.2～0.6倍，Fp使机床、夹具、工件等变形并可能引起振动，使工件产生形状误差，表面粗糙度增大。Ff约为Fc的0.1～0.4倍，工件夹不紧时，Ff会使工件从卡盘中缩进去。其是设计或验算机床进给机构强度和刚性的主要依据。工件材料的强度和硬度愈高，背吃刀量和进给量愈大，则Fc、Fp和Ff愈大，刀具的前角增加，可使Fc、Fp和Ff减小，增大主偏角，会使Ff增大、Fp减小。使用切削液，能使Fc、Fp和Ff减小。四、切削热与切削温度1.切削热的产生a.切削层的弹性及塑性变形。b.切屑与前刀面，工件与后刀面的摩擦。第一变形区：60%的热量第二变形区：30%的热量第三变形区：10%的热量2.切削热的传出Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介在不使用冷却液的情况下：Q屑>Q刀>Q工>Q介3.切削热对加工的影响

温度超过刀具材料的热硬性时，会引起物理力学性能的变化，使刀具磨损加快，甚至被烧损；切削热还能使刀具产生热变形，造成工件尺寸精度和形状精度下降。切削热也使工件产生热变形和形状、尺寸误差，甚至会使工件表面产生氧化或烧伤，造成废品。切削温度及其影响因素200℃以下切屑呈银白色220℃切屑呈淡黄色270℃切屑呈暗红色290~300℃切屑呈暗蓝色320℃切屑呈蓝色350℃切屑呈蓝灰色400℃切屑呈灰白色>500℃切屑呈紫黑色切削碳钢时，切削的颜色与平均温度的关系影响切削温度的因素分析工件材料:HB、σb↗切削抗力↗功耗↗θ℃↗热处理HBσbθ℃正火18760100%调质22975125%淬火44HRC148145%45#钢为例：③切削用量对切削温度的影响：vc、f、ap↗θ

℃↗用YT15刀具，切削45#钢时(σb=75kg/cm2)切削速度提高一倍，切削温度要升高30%左右；进给量提高一倍，切削温度要升高15%左右；而背吃刀量提高一倍，切削温度只升高7%左右。即切削用量中，对切削温度影响最大的是切削速度，影响最小的是背吃刀量。故要降低切削温度，首先考虑降低切削速度。④切削液的影响良好充分的冷却可显著降低切削温度。结论工件材料:强度、硬度愈大，温度越高。合理选择切削用量：在满足工艺要求的前提下，取小的vC,较大的ap、f。改善刀具几何条件：前角越大，温度越低。减小主偏角，增大刀尖圆角半径，改善散热条件，也能降低切削温度。正确使用冷却液：良好充分的冷却可显著降低切削温度，是降低切削温度的最有效措施。切削液的作用冷却作用润滑作用排屑作用清洗和防锈作用切削液的种类水溶液、乳化液、化学合成液

切削油、极压切削油切削液的选用五、刀具的磨损1.刀具的磨损形式

A、后刀面磨损B、前刀面磨损C、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刀具的磨损阶段

刀具的磨钝标准和耐用度刀具的磨钝标准是指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸。以VB表示刀具的寿命刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切削时间。（记为：T）刀具的寿命T刀具寿命T的长短可以衡量刀具材料的切削性能，可以判断刀具角度是否合理，可以比较工件材料的切削加工性。当刀具材料、刀具角度及工件材料确定后，刀具寿命决定于切削用量。

可见：vC对T的影响最大，f次之，aP最小。在优选切削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的aP，然后根据加工条件和要求选允许最大的f，最后根据T选取合理的vC。切削用量与刀具耐用度的关系第四节切削加工技术经济性简介（一）产品质量（二）生产率（三）切削加工性（一）产品质量产品质量包括加工精度和表面质量。1．加工精度的概念零件的加工精度是指零件在加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。(1)尺寸精度

尺寸精度指的是零件的直径、长度、表面间距离等尺寸的实际数值与理想数值的接近程度。尺寸精度是用尺寸公差来控制的。尺寸公差是切削加工中零件尺寸允许的变动量。在基本尺寸相同的情况下，尺寸公差愈小，则尺寸精度愈高。(1)尺寸精度国标GBl800—79至GBl084—79将确定尺寸精度的标准公差等级分为20级，分别为IT01，IT0，ITl，IT2，…，ITl8，其中IT01的公差最小，尺寸精度最高。尺寸精度愈高，零件的工艺过程愈复杂，加工成本也愈高。因此，在设计零件时，在保证零件使用性能的前提下，应选用较低的尺寸精度。(2)形状精度

形状精度是指加工后零件上的线、面的实际形状与理想形状的符合程度。评定形状精度的项目有直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度等6项。形状精度是用形状公差来控制的，各项形状公差，除圆度、圆柱度分13个精度等级外，其余均分为12个精度等级。1级最高，12级最低。(3)位置精度

位置精度是指加工后零件上的点、线、面的实际位置与理想位置的符合程度。评定位置精度的项目有平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动等八项。位置精度是用位置公差来控制的，各项目的位置公差亦分为12个精度等级。2、影响加工精度的主要因素(1)加工原理误差加工原理误差是指因采用了近似的加工方法或传动方式及形状近似的刀具等而造成的误差。例如铣齿，各号铣刀的齿形是按该号范围内最小齿数齿轮的齿槽轮廓制作的，因此各号铣刀加工范围内的齿轮齿形，只有齿数最少的齿轮齿形是准确的，其余的均有误差，即所谓加工原理误差。

(2)机床，刀具及夹具误差机床、刀具及夹具误差包括制造和磨损两方面。它们对加工精度的影响是显而易见的，例如卧式车床的纵向导轨在水平面内的直线度误差，直接产生工件直径尺寸误差和圆柱度误差；又例如，在车床上精车长轴和深孔时，随着车刀逐渐磨损，工件表面出现锥度而产生其直径尺寸误差和圆柱度误差。(3)工件装夹误差工件装夹误差包括定位误差和夹紧误差两方面。它们对加工精度有一定影响。例如，在卡盘上夹紧薄壁套、圆环等刚度较差的工件时，工件很容易产生弹性变形。图1—84为三爪自定心卡盘装夹盘套工件的情形，其中图(a)为装夹前工件的形状；图(b)为夹紧后的形状；图(c)为内孔加工完后还未卸下的形状；图(d)为卸下工件，弹性变形恢复后的形状，此时装夹误差反映到加工表面内孔上。因此，加工薄壁零件时，夹紧力应在工件圆周上均匀分布，采用液性塑料夹具可达到这种要求。(4)工艺系统变形误差机床、夹具、工件和刀具构成弹性工艺系统，简称工艺系统。工艺系统变形误差包括受力弹性变形误差和热变形误差两方面。例如轴工件在两顶尖间加工，近似于一根梁自由支承在两个支点上，在背向力Fp的作用下，最后加工出的形状如图1—85(a)所示。(4)工艺系统变形误差图l—85(b)，(c)则是分别用卡盘、卡盘—顶尖在背向力Fp的作用下加工出的零件形状。因此，加工刚度较差的细长轴工件时，常采用中心架或跟刀架等辅助支承，以减小工件受力变形。又例如在车削加工中，车床部件中受热最多又变形最大的是主轴箱，图1—86中的虚线表示车床的热变形，车床主轴前轴承的温升最高，影响加工精度最大的是主轴轴线的抬高和倾斜。(5)工件内应力工件内应力总是拉应力和压应力并存而总体处于平衡状态。当外界条件发生变化，如温度改变或从表面再切去一层金属后，内应力的平衡即遭到破坏，引起内应力重新分布，使零件产生新的变形。这种变形有时需要较长时间，从而影响零件加工精度的稳定性。因此，常采用粗、精加工分开，或粗、精加工分开且在其间安排时效处理，以减少或消除内应力。3.表面质量的概念

表面质量是指零件在加工后表面层的状况。具体内容包括表面粗糙度、表面变形强化和残余应力等。表面变形强化和残余应力前面已作介绍，这里只介绍表面粗糙度。在切削加工中，由于振动、刀痕以及刀具与工件之间的摩擦，在工件已加工表面不可避免地留下一些微小峰谷。即使是光滑的磨削表面，放大后也会发现有高低不平的微小峰谷。零件表面上这些微小峰谷的高低程度称为表面粗糙度，也称微观不平度。国标规定了表面粗糙度的评定参数，其中最为常用的是轮廓算术平均偏差Ra。4.影响表面粗糙度的主要因素(1)切削残留面积减小进给量f、主偏角κr、副偏角κ′r可有效地减小残留面积，从而降低表面粗糙度。因此，采用κ′r＝0°的车刀及宽刃细刨刀均可获得较小的表面粗糙度Ra值。(2)积屑瘤积屑瘤伸出刀尖之外，且不时破碎脱落，在工件表面上刻划出不均匀的沟痕，对表面粗糙度影响很大。因此，精加工塑性金属时，常采用高速切削(υc＞l00m/min)或低速切削(υc＜5m/min)，以避免产生积屑瘤，获得较小的表面粗糙度Ra值。

(3)工艺系统振动工艺系统振动使刀具对工件产生周期性的位移，在加工表面上形成类似波纹的痕迹，使表面粗糙度Ra值增大。因此，在切削加工中，应尽量避免振动。表1-1各种切削加工方法所能达到的加工精度、表面粗糙度表面要求加工方法粗糙度Ra(μm)表面特征应用举例精度不加工清除毛刺铸、锻件的不加工表面IT16～IT14粗加工粗车、粗铣、粗刨、钻、粗锉50有明显可见刀纹静止配合面、底板、垫块IT13～IT1025可见刀纹静止配合面、螺钉不结合面IT1012.5微见刀纹螺母不结合面IT10～IT8半精加工半精车、精车、精铣、粗刨、粗磨6.3可见加工痕迹轴、套不结合面IT10～IT83.2微见加工痕迹要求较高的轴、套不结合面IT8～IT71.6不见加工痕迹一般的轴、套结合面IT8～IT7精加工精车、精刨、精铣、铰、刮0.8可辩加工痕迹的方向要求较高的结合面IT8～IT60.4微辩加工痕迹的方向凸轮轴轴颈，轴承内孔IT7～IT60.2不辩加工痕迹的方向活塞销孔、高速轴颈IT7～IT6超精加工精磨、研磨、镜面磨、超精加工0.1暗光泽面滑阀工作面IT7～IT50.05亮光泽面精密机床主轴轴颈IT6～IT50.025镜状光泽面量规IT6～IT50.012雾状光泽面量规0.008镜面量块（二）生产率

切削加工中，常以单位时间内生产的零件数量来表示生产率，即