机加工工艺第一章机械加工基础知识

机械加工工艺基础第一章机械加工基础知识1.1切削运动及切削要素一、零件表面的形成二、切削表面与切削运动三、切削用量四、切削层参数机械制造的加工方法1.材料成形法：铸造锻造注塑成形2.材料累积法：焊接粘接快速原型铆接机械力去除热能去除3.材料去除法：光能去除化学能去除传统方法特种加工一、零件表面的形成零件表面的形状零件表面可以看作是一条线（母线）沿另一条（导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。常见的零件表面按其形状可分为3类：旋转表面纵向表面特形表面一、零件表面的形成旋转表面纵向表面特形表面一、零件表面的形成2.零件表面成形方法表面发生线的形成方法：轨迹法成形法相切法展成法一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（a）轨迹法一个独立的成形运动一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（b）成形法不需要专门的成形运动一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（c）相切法两个独立的成形运动刀具的旋转+刀具中心按一定规律运动一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（d）展成法在形成发生线的过程中，

切削线1与发生线2作纯滚动（展成运动）切削线1与发生线2逐点相切，发生线2是切削线1的包络线。复合成形运动成形运动的种类简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的。复合成形运动：如果一个独立的成形运动，是由两个或连个以上的旋转运动或（和）直线运动按照某种确定的运动关系组合而成。复合成形运动各部分之间要求保持严格的相对运动关系，各部分不是独立的。复合成形运动是一个运动，而不是两个或两个以上独立的简单运动。注意二、切削表面与切削运动1.切削表面待加工表面工件上即将被切除的表面已加工表面切去材料后形成的新的工作表面过渡表面加工时主切削刃正在切削的表面，它处于已加工表面和待加工表面之间二、切削表面与切削运动2.切削运动主运动：使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具近工件而实现切削的运动。其速度称为切削速度Vc进给运动：使切削能持续进行以形成所需工件表面的运动。

其速度称为进给速度Vf主运动和进给运动合成后的运动，称为合成切削运动Ve=

Vc+

Vf特点

主运动的速度高，消耗的功率大；进给运动的速度较低，消耗的功率较小。任何一种机床，必定有、且通常只有一个主运动；而进给运动可能有一个或几个。三、切削用量切削用量：衡量切削运动量的大小。切削速度vc进给量f背吃刀量ap切削用量三要素三、切削用量1）切削速度vc切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度。(m/s

或m/min)主运动为旋转运动vc=πd

n/1000d—工件（或刀具）的直径，mm;n

—工件（或刀具）的转速，r/s或r/min主运动为直线运动vc

=

2Lnr

/1000L—往复行程长度，mm;nr—主运动每秒或每分钟的往复次数，str/s或str/min1）切削速度vc由于切削刃上个点的回转半径不同(刀具运动为主运动)，或切削刃上各点对应的工件直径不同（工件运动为主运动），因而切削速度也就同。考虑到切削速度对刀具磨损和已加工表面质量有影响，在计算切削速度时，应取最大值三、切削用量2）进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。单齿刀具（车刀、刨刀）用刀具或工件每转或每一往复行程刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量f，单位mm/r或mm/str。多齿刀具（铣刀、钻头）刀具每转或每行程中每齿相对工件进给运动方向上的位移量称每齿进给量fz，单位

mm/z。进给速度Vf=fn=fzzn三、切削用量3）背吃刀量在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给方向测量的切削层尺寸，以ap表示，

mm。车外圆时，2pa

dw

dm四、切削层参数切削层：切削刃在一次走刀上从工件上切下的一层材料。通常在与主运动方向相垂直的平面内度量。四、切削层参数1）切削层公称宽度bD在给定瞬间，作用于主切削刃截形上两个极限点件的距离，在切rbD

sin

kDrap削层尺寸平面中测量，bsin

khD

f

asipn

kr2）切削层公称厚度hD同一瞬间切削层公称横截面积AD与其公称宽度bD之比，hD

f

sin

kr3）切削层公称横截面积AD在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，AD

hD

bD

f

ap1.1切削运动及切削要素f已加工表面1.切削表面

2.切削运动待加工表面 主运动进给运动3.切削用量过渡表面切削速度vc进给量背吃刀量4.切削要素切削用量三要素切削层参数apAD

,

bD

,

hD1.2

切削刀具及其材料一、切削刀具车刀切削部分的组成车刀切削部分的主要角度刀具结构多齿刀具非金属材料切削刀具二、刀具材料一、切削刀具夹持部分切削部分夹持部分切削部分1.车刀的组成1.车刀切削部分的组成1）前刀面切屑沿其流出的刀具表面2）主后刀面与工件上过渡表面相对的刀具表面3）副后刀面与工件上已加工表面相对的刀具表面夹持部分切削部分前刀面主切削刃副切削刃主后面副后面刀尖三面两刃一尖1.车刀切削部分的组成6）刀尖连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃夹持部分切削部分前刀面主切削刃副切削刃主后面4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线副后面5）副切削刃前刀面与副后刀面的交线刀尖三面两刃一尖2.车刀切削部分的主要角度刀具静止参考系刀具工作参考系考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响。（由主运动方向确定）（由合成切削运动方向确定）（1）刀具静止参考系（刀具标注角度参考系）刀具设计、制造、刃磨和测量几何参数时用；假定进给速度为零（vf=0）规定车刀刀尖对准工件的中心刀杆的轴心线垂直进给方向刀具静止参考系1）基面

pr过切削刃选定点、垂直于该点假定主运动方向的平面。2）切削平面ps过切削刃选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。3）正交平面popr

ps

po组成一个正交平面参考系过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面4）假定工作平面

p

f过切削刃选定点，垂直于基平面并平行于假定进给运动方向的平面。（2）刀具的主要角度正交平面参考系内的标注角度pr

ps

po参考系内在正交平面Po内的标注角度在切削平面Ps内的标注角度在基面Pr内的标注角度在正交平面Po内的标注角度前角γo：在正交平面内度量的前刀面与基面的夹角。后角аo：在正交平面内度量的后刀面与切削面Ps的夹角功用刀刃锋利，切削变形，切削力和切削功率刀刃和刀尖强度

，散热体积刀具寿命

oa)前角

o

的选用原则选用a)前角

o

的选用原则工件材料、刀具材料和加工性质工件材料塑性大、强度和硬度低或刀具材料韧性好（高速钢）或精加工时，应取较大前角；反之，加工脆性材料或刀具材料韧性差（硬质合金）或粗加工时应取较小的前角。取决于：加工要求、工件材料。•粗加工或工件材料较硬，后角取较小值；•工件材料越软、塑性越大，后角越大；粗加工或工件材料较硬，后角取较小值；工件材料越软、塑性越大，后角越大；b）后角o

的选用原则αo后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率功用选用在切削平面Ps内的标注角度刃倾角λs：在主切削平面中测量的主切削刃与基面Pr内的夹角。影响刀头的强度、切削分力和切屑的流动方向。•加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车λs

＝

0°〜－5°，精车λs

＝

0°〜+5°；有冲击时：λs

＝－5°〜－15°；特别大时：λs

＝－30°〜－45°。•切削加工高强度钢、冷硬钢时：λs

＝－30°〜－45°。c）刃倾角s

的选用原则功用选用加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车λs

＝

0°〜－5°，精车λs

＝

0°〜+5°；有冲击时：λs

＝－5°〜－15°；特别大时：λs

＝－30°〜－45°。切削加工高强度钢、冷硬钢时：λs

＝－30°〜－45°。在基面Pr内的标注角度主偏角кr：在基面Pr内度量的切削平面与假定工件平面Pf（进给剖面）的夹角。主切削刃在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角。在基面Pr内的标注角度副切削刃在基面内的投影与进给运动反方向之间的夹角。副偏角r：在基面Pr内度量的副切削平面与假定工件平面Pf（进给剖面）的夹角。讨论:(1)主偏角对切削层的形状和参数的影响当背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大，而公称厚度愈小，切下的切屑宽而薄．主切削刃单位长度上的负荷小，散热条件好，刀具寿命高．(2)主偏角对残留面积的影响主、副偏角小时，残留面积小，表面粗糙度值小。d）主、副角r

、r的选用原则κr

和κr′表面粗糙度残留面积高度刀刃强度，散热条件刀具寿命背向力Fp

，工件易变形功用一般车刀常用的主偏角有45，60

，75,90度等几种。副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加工时取大值，精加工取小值。选用一般车刀常用的主偏角有45，60

，75,90度等几种。副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加工时取大值，精加工取小值。d）主、副角r

、r的选用原则（3）刀具的工作角度a)刀尖安装高低对工作前、后角的影响偏高工作前角

oe

ooe

o工作后角等高偏低如果刀尖高于工件回转轴线时，则工作前角，增大

而工作后角减小如果刀尖低于工件回转轴线时，则工作前角，

oe

o减少

oe

o

而工作后角增大

oe

oooe

。ooeo。（3）刀具的工作角度b)刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响主偏角re

rre

r右偏斜副偏角（3）刀具的工作角度b)刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响主偏角副偏角re

r不偏斜re

r主偏角副偏角re

rre

r3.刀具结构刀具种类按用途分车刀：用于轴类、盘类零件的外圆、端面、内孔、槽等加工铣刀：用于平面、曲面、沟槽等加工孔加工刀具：用于通孔、盲孔、台阶孔等加工螺纹刀具：用于内螺纹、外螺纹加工成型刀具：用于成型面的加工复杂刀具：齿轮刀具、拉刀等车刀种类按用途分车刀种类按结构分整体式、焊接式、机夹重磨式、机夹可转位式整体式切削部分和夹持部分材料相同材料消耗大，应用较少常用高速钢制造焊接式优点：结构简单、刚性好、适应性强，可以根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度。缺点：经过高温焊接，硬质合金刀片易产生热应力，严重时会出现裂纹，使硬质合金的切削性能下降，对提高生产率不利。刀杆不能重复使用，当刀片用完或崩坏后，刀杆也随之报废，造成很大浪费。机夹重磨式用机械的方法将硬质合金刀片夹固在刀杆上的车

刀。刀片磨损后，可卸下重磨，然后再安装使用。缺点：结构较复杂，刀片重磨时仍有可能产生应力和裂纹。优点：可避免焊接引起的缺陷，刀杆可重复使用。机夹可转位式优点：不需要刃磨和焊接，刀片能较好的保持原有力学、切削性能，刀具切削性能提高。减少刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高生产率。可使用涂层刀片，提高了刀具耐用度。刀具使用寿命延长，可节约刀体材料及其制造费用。机夹可转位式硬质合金可转位刀片已国家标准化，刀片的常用形状为：机夹可转位式硬质合金可转位刀片已国家标准化4.多齿刀具(1)麻花钻(1)麻花钻柄部颈部工作部分导向部分：导向、修光孔壁、排切屑和输送切削冷却液切削部分：承担主要切削工作前刀面：螺旋槽的螺旋面。主后刀面：与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面。副后刀面：与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。主切削刃：螺旋槽与主后刀面的两条交线。副切削刃：棱边（刃带）与螺旋槽的两条交线横刃：两后刀面在钻心处的交线。主后刀面前刀面副后刀面

主切削刃副切削刃横刃群钻：将标准麻花钻按特定方式刃磨(2)铣刀按用途分（1）加工平面的铣刀（2）加工沟槽及台阶面（3）加工成形表面(2)铣刀按结构分整体式铣刀焊接式铣刀机夹可转位式铣刀5.非金属材料切削刀具(1)塑料加工用刀具(2)橡胶加工用刀具

(3)玻璃加工用刀具

(4)复合材料加工用刀具(5)金刚石刀具二、刀具材料1.刀具材料应具备的性能：（1）较高的硬度和较好的耐磨性（2）足够的强度和韧度（3）较高的耐热性（4）良好的工艺性和经济性（1）较高的硬度和较好的耐磨性刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。刀具材料的常温硬度一般在60HRC以上。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。如车削45钢，在背吃刀量ap＝4㎜，进给量f

＝0.5㎜/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。（2）足够的强度和韧度刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标

志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强（3）较高的耐热性刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻

造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功

能。经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。（4）良好的工艺性和经济性2.常用的刀具材料（1）高速钢高速钢是一种含有W、Cr、V等合金元素较多的工具钢性质：①高速钢具有良好的热稳定性②高速钢具有较高强度和韧性③高速钢具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性a)普通高速钢（如：W18Cr4V）优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。b)高性能高速钢在普通高速钢的基础上增加Co、V等合金元素。优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的1.5～3倍

。缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。（2）硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。缺点：脆性大，强度和韧性比高速钢差，承受切削振动和冲击的能力较差。性能特点：（2）硬质合金P类硬质合金（蓝色）

适合加工长切屑的黑色金属，如钢、铸钢。M类硬质合金（黄色）

适合加工长（短）切屑的金属材料，如钢、铸钢、不锈钢等难加工材料。K类硬质合金（红色）

适合加工短切屑的金属或非金属材料，如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料

等。3.新型刀具材料涂层刀具材

在硬质合金或高速钢的集体上涂覆一薄层高硬度、高耐磨性的难溶金属或非金属化合物而构成的刀具材料。在硬质合金或高速钢的集体上涂覆一薄层高硬度、高耐磨性的难溶金属或非金属化合物而构成的刀具材料。陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料

按化学成分可分为Al2O3和Si3N4基两类。具有很高的硬度、耐热和耐磨性，并可切削难加工的高硬度材料缺点：抗弯强度低，性脆，抗冲击韧度差。按化学成分可分为Al2O3和Si3N4基两类。具有很高的硬度、耐热和耐磨性，并可切削难加工的高硬度材料缺点：抗弯强度低，性脆，抗冲击韧度差。超硬刀具材涂层刀具材料

超硬刀具材料

包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方碳化硼3种。包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方碳化硼3种。1.3

切削过程及控制一、切屑的形成及其类型二、积屑瘤三、切削力和切削功率四、切削热和切削温度五、刀具磨损和刀具寿命六、切削用量一、切屑的形成及其类型切屑形成过程及三个变形区1.切削形成过程第一变形区：晶粒发生剪切滑移变形第二变形区金属纤维化区域第三变形区纤维化与加工硬化区123第一变形区OA线和OM线之间的区域。从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的滑移基本完成。切削力和切削热的主要来源第二变形区切屑沿前刀面流出时受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化。第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化和加工硬化。切削收缩：hch

hDlch

lDhh

hchD切屑厚度压缩比2.切屑的种类带状节状粒状崩碎（1）带状切屑内侧表面光滑，外侧表面呈毛茸状。通常加工塑性材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时得到。切削力波动很小，切削过程平稳，已加工表面粗糙度较小。（2）节状切屑外侧面呈锯齿状，内侧面有时有裂纹。加工塑性金属材料，切削厚度较大，切削速度较低，刀具前角较小时得到。切削力波动较大，，已加工表面较粗糙。（3）粒状切屑在节状切屑的基础上切削厚度增大，切削速

度、前角减小，挤裂切屑的整个剪切面上的应力都超过了材料的破裂强度。使剪切裂纹进一步扩展而断裂成单元

体。可见：

从带状节状粒状切屑的变化：切削厚度由小到大，切削速度和刀具前角由大到小。表面粗糙度随切屑从带状向节状和粒状形态的转变而逐步降低。（4）崩碎切屑切削脆性金属材料（如铸铁和黄铜）时得到的。切削厚度大，刀具前角小时得到。切削力波动甚大，有冲击负荷，已加工表面凹凸不平。名称带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑简图形态带状，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变形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形成条件加工塑性材料，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，刀具前角较小影响切削过程平稳，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，易崩刀切屑类型及形成条件切屑类型切屑形态照片带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑二、积屑瘤在一定范围的切削速度下切削塑性金属形成带状切屑

时，常发现在刀具前面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属楔块。（1）积屑瘤的形成→加工塑性金属→温度→压力→摩擦阻力>内部结合力切削瘤高度与切削速度的关系切削速度例：中碳钢低速（

vc

5m

/min

）时，不形成积屑瘤（

）速度

时，易形成积屑瘤vc

5

~

50m

/

min高速（）时，不形成积屑瘤vc

100m

/

min思考：积屑瘤对切削过程有什么影响？是利是弊？如何控制？（2）积屑瘤对切削加工的影响有利：1）积屑瘤实际前角

切削轻快2）可代替刀刃切削，能提高刀具耐用度不利：1）切削层公称厚度不断变化，影响尺寸精度。切削力变化，引起振动。表面粗糙度增大，刀具磨损。3.积屑瘤的控制影响积屑瘤的形成的主要因素：工件材料的力学性能切削速度冷却润滑工件材料的力学性能塑性越大，越容易形成积屑瘤（低碳钢、中碳钢、铝合金等）通过正火或调质处理，降低塑性防止积屑瘤的主要方法a.采用低速或高速切削；

b.采用高润滑性的切削液；

c.减少进给量、增大刀具前角；d.适当提高工件材料的硬度，减少加工硬化倾向。三、切削力和切削功率切削力的来源：被切削材料的变形抗力刀具与工件表面、刀具与切屑之间的摩擦力切削力的来源1.切削力的构成与分解以车外圆为例,切削力分解为：Fc--主切削力Ff--进给力Fp—背向力合力:F

F

2

F

2

F

2C

f

p（1）切削力Fc总切削力F在主运动方向上的分力，占总功率的90%左右。（2）进给力Ff总切削力F在进给运动方向上的分力，占总功率的1%-5%左右。（3）背向力Fp切深方向上的力，不消耗功率。但它一般作用在工件刚度较弱的方向上，容易使工件变形，产生振动。2．切削力的估算（1）用经验公式估算经验公式中的系数和指数，可从“切削用量手册”中查出。FcF

C

•axFc

•

f

y

Fc

•v

nFc

•

Kc

Fc

p

c——与工件材料、刀具材料及切削条件有关的系数CFcK

Fc——切削条件与试验条件不同时的修正系数xFcy

FcxFc

y

Fc

nFc切削用量对切屑力的影响a

p

f

v

c（2）用单位切削P来估算Fc

pAD

pbD

hD

pap

f2．切削功率切削功率Pm（kW）P

103F

vm

c

c机床电动机的功率PE

（kW）PE

Pm

/机床传动效率，一般取0.75~0.85四、切削热和切削温度切削热的主要来源：切屑变形所产生的热量Q变形切屑与刀具前面之间摩擦产生的热量Q前摩工件与刀具后面之间摩擦所产生的热量Q后摩Q变形+Q前摩+Q后摩=Q屑+Q工+Q刀+Q介（1）通过工件传出Q工，使工件温度升高；通过切屑传出Q屑，使切屑温度升高

；通过刀具传出Q刀，使刀具温度升高；通过周围介质传出Q介。切削时所产生的热量由切屑、工件、刀具及周围介质传出，分别用Q屑、Q工 、Q刀

、Q介表示。平衡方程式：2.切削温度及其影响影响切削温度的主要因素：切削用量工件材料刀具角度切削夜（1）切削用量θ

—用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；Cθ

—与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数;Zθ、Yθ、Xθ

——vc、f、ap

的指数。经验公式pZ

f

y

ax

C

vc刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速钢车削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10铣削80钻削150硬质合金车削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削温度的系数及指数三个影响指数：Zθ

＞yθ

＞xθ说明：切削速度对切削温度的影响最大；进给量对切削温度的影响其次；背吃刀量对切削温度的影响最小。cpfZ

y

a

x

C

v（2）工件材料强度和硬度↑→Fc和Pm

↑→切削温度↑导热系数↑→切削温度↓脆性材料，塑性变形小→切削温度↓（3）刀具角度κr

↑→切削刃的工作长度

↓、且刀尖角减小，使散热面积↓→切削温度↑γ0

↑→变形程度↓→F↓→切削温度↓γ0

↑→因散热面积↓，切削温度↓1）

切削液的作用

a.冷却作用

c.排屑和清洗作用b.润滑作用d.防锈作用冷却粗加工2）切削液的分类水溶液

水＋添加剂乳化液

乳化油＋水切削油

矿物油＋添加剂

润滑精加工（4）切削液五、刀具磨损和刀具寿命刀具磨损磨损刀具破坏破损工件加工精度降低表面粗糙度升高切削力和切削温度升高

产生振动，不能正常工作1.刀具磨损形态（1）后面磨损切削脆性材料或以较小的背吃刀量切削塑性材料。VB磨损量以磨损宽度值VB表示1.刀具磨损形态（2）前面磨损切削速度较高背吃刀量较大不用切削液切削塑性材料。磨损量以月牙洼的最大深度KT表示KT1.刀具磨损形态（3）前后面同时磨损常规条件下加工塑性金属时。KTVB2.刀具磨损过程AB段——初期磨损阶段BC段——正常磨损阶段CD段——急剧磨损阶段三个阶段3.刀具寿命ISO标准规定以1/2背吃刀量(ap)处的后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。刀具总寿命＝刀具寿命×刃磨次数1)刀具寿命和刀具总寿命的定义刀具寿命

T刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的切削时间。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。gav

fC

T1hp11mcT

式中CT

、m、g、h

为与工件、刀具材料等有关的常数。令x

=1/m，y

=1/g，z

=1/h，则2)刀具寿命的经验公式通过试验，可以得到切削用量与刀具寿命的关系：CTvx

f

yazc

pT

T

CTv5

f

2.25

a0.75用硬质合金刀具切削碳钢（σb=0.763GPa）时，有：p故对T的影响程度：V﹥f﹥ap应先选ap，后选f，最后选V。选用切削用量时：刀具耐用度T定得过高，切削用量就要取得低，但切削效率下降，经济效益未必好；刀具耐用度T定得过低，切削用量可以取得高，但换刀次数多，刀具消耗变大，调整刀具位置费工费时，经济效益也未必好。①

刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时，刀具耐用度应规定得高些。②

多刀车床上的车刀，组合机床上的钻头、丝锥和铣刀，自动机床及自动线上的刀具，因为调整复杂，刀具耐用度应规定得高些。③

某工序的生产成为生产线上的瓶颈时，刀具耐用度应定得低些。某工序单位时间的生产成本较高时刀具耐用度应规定得低些。④

精加工大型工件时，刀具耐用度应规定得高些，至少保证在一次走刀中不换刀。3）制订刀具耐用度时，应具体考虑的问题：六、切削用量的合理选择合理的切削用量：在保证加工质量的前提下，能取得较高的生产效率和较低成本的切削用量。切削用量与生产率、刀具寿命的关系机床切削效率可以用单位时间内切除的材料的体积Q(mm3/min)Q

ap

.

f

.vc六、切削用量的合理选择(1)背吃刀量的选择粗加工：一般取

8-10mm，一次走刀尽可能切除全部粗加工余量加工余量太大，加工余量分为多次切完；切削表面上有硬皮或切削不锈钢等冷硬材料，

应使背吃刀量超过硬皮。精加工：逐步减少背吃刀量，提高加工精度。(2)进给量的选择粗加工：按工艺系统所能承受的最大进给量选；考虑因素：机床、刀具、工件所承受的切削力半精加工、精加工时：进给量由加工精度和表面粗糙度决定。生产实际中多采用查表法确定进给量。在ap、f值选定后，根据公式或查表来选定车削速度。(3)切削速度的确定v

=CvpTm

a

xv

f

yvKv1）公式计算法2）查表法切削用量选择的基本原则粗加工时→获得最大的生产率首先选取尽可能大的背吃刀量ap；其次根据机床动力和刚性限制条件及加工表面粗糙度的要求，选取尽可能大的进给量f；最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定适当切削速度v。精加工时→获得好加工质量较小的背吃刀量和进给量、较高的切削速度1.4磨具与磨削过程一、磨具二、磨削过程中磨粒的作用三、磨削过程的特点一、磨具磨削是用带有磨粒的工具（砂轮、砂带、油石等）等，对工件进行加工的方法。砂轮是由细小而坚硬的磨料加结合剂用烧结的方法制成的疏松的多孔体。一、磨具砂轮的特性：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状1.

磨料砂轮的磨料磨料碳化物取决于工件材料的硬度棕刚玉刚玉类白刚玉黑色碳化硅绿色碳化硅人造金刚石超硬磨料立方氮化硼类别磨料名称代号磨料性能应用范围刚玉类棕刚玉A棕褐色。硬度低，韧性好，价廉加工硬度较低的塑形材料，如低、中碳

钢，低合金钢白刚玉WA白色。硬度较棕刚玉高，韧性差，自锐性好加工硬度较高的塑形材料，如高碳钢、高速钢、淬硬钢类别磨料名称代号磨料性能应用范围碳化物类黑碳化硅C黑色，带光

泽。硬度比刚玉高，导热性好，韧性差加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸

铜、黄铜等绿碳化硅GC绿色，带光

泽。硬度较黑碳化硅高，导热性好，韧性较差加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、玉石、陶瓷、玻璃等类别磨料名称代号磨料性能应用范围高硬磨料类人造金刚石SD无声透明或淡黄色、黄绿

色、黑色，硬度高，比天然金刚石脆磨削硬质合

金、宝石、光学玻璃、半导体等材料立方氮化硼CBN黑色或淡白

色。立方晶

体，硬度仅次于金刚石，耐磨性高磨削各种高温合金，高钼、不锈钢等材料2.

粒度表示磨料颗粒的尺寸大小。3.

结合剂陶瓷结合剂(V)：外圆、内圆、平面、无心磨削和成形磨削的砂轮等；树脂结合剂(B)：切断和开槽的薄片砂轮及高速磨削砂轮；橡胶结合剂(R)：无心磨削导轮、抛光砂轮；金属结合剂(M)：金刚石砂轮等。4.

硬度（结合度）磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度5.

组织磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系0～3号组织紧密；4～7号组织中等，8～12号组织疏松；13～14号大气孔。6.

砂轮形状7.

磨具标记平行砂轮外径x厚度x孔径磨料粒度硬度组织号P

400×40×127

WA

60

L

5

V

35最高工作线速度（m/s）结合剂形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的最高线速度砂轮选择原则磨削钢时选用刚玉类，磨削硬铸铁、硬质合金和非铁金属时选用碳化硅砂轮。磨削软材料时选用硬砂轮，磨削硬砂轮时选用软砂轮。磨削软而韧的材料选用粗磨料，磨削硬而脆的材料选用细磨料。磨削表面的粗糙度要求较低时选粗磨粒，金属磨除率高时选用粗磨料。要求加工表面质量好时选用树脂或橡胶结合剂的砂轮，要求最大金属磨除率选用陶瓷结合剂砂轮。二、磨削过程（1）比较凸出的和比较锋利的磨粒起切削作用凸出高度较小或较钝的磨粒起刻划作用磨钝的或比较凹下的磨粒的抛光作用二、磨削过程（1）滑擦阶段弹性变形（2）刻划阶段塑形变形（3）形成切削三、磨削过程的特点1.背向力大2.磨削温度高3.表面变形强化和残留应力严重3.表面变形强化和残留应力严重冷作硬化机械机加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变和晶粒被拉长，使表面层金属的硬度增加，塑性减少。3.表面变形强化和残留应力严重残余应力在没有外力或去除外力作用后残留在工件内部的应力。机械力引起的塑性变形热应力引起的塑性变形金相组织变化1.5材料的切削加工性一、衡量材料切削加工性的指标二、常用材料的切削加工性三、难加工材料的切削加工性一、切削加工性的概念和衡量指标在一定切削条件下，对材料被切削加工的难易程度。1.概念2.衡量指标（1）一定刀具寿命下允许的切削速度VT当刀具寿命为T分钟时，切削某种材料所允许的切削速度。一般情况下，T=60min；V60难切削材料，T=30或15min,V30V15(2)材料的相对切削加工性常以σb＝0.637GPa的45钢的V60作为基准，写作

(V60)j，其它被切材料的V60与之相比，则得相对加工性Kr为j60rV60(V

)K

已加工表面质量切屑控制或断屑的难易切削力二、常用材料的切削加工性1）碳素钢低碳钢wc<0.25%硬度140HBS性软而韧已加工表面会产生鳞刺，粗加工时，断屑困难，所以低碳钢的切削加工性较差。2）中碳钢wc=0.3%～0.6%硬度180HBS有较好的综合性能，所以中碳钢的切削加工性较好。3）高碳钢wc=0.6%～0.8%硬度230～280HBS所以高碳钢的切削加工性次于中碳钢。2）普通铸铁金属基体加游离态石墨润滑作用易脱落，表面粗糙崩碎切屑，切屑力、切屑热集中在刃区较好的切削加工性改善材料的切削加工性1）采用热处理改善切削加工性低碳钢：正火→塑性减小，硬度略有提高高碳钢：球化退火→硬度降低铸铁件：退火→降低表层硬度，消除内应力2）调整化学成分在钢中添加S、Pb、Ca、P等元素，获得易切削钢铸铁硅、铝、镍、铜