学习情景二：轴类零件的加工

学习情境二：轴类零件的加工机械工程系·机制教研室1学习目标任务一：金属切削加工知识的介绍任务二：金属切削机床的认识任务三：轴类零件的加工工艺分析及工艺实施学习情境二：轴类零件的加工2项目描述轴类零件是机械加工中经常遇到的典型零件之一，在机器中的功用主要是支承传动零件、传递运动和扭矩。学习情境二：轴类零件的加工3项目描述例如：学习情境二：轴类零件的加工4项目描述学习情境二：轴类零件的加工5任务一分解学习情境1：切削运动基本常识的认识学习情境2：金属切削刀具常识的认识学习情境3：金属切削过程中的物理现象及规律的了解学习情境二：轴类零件的加工6任务二分解学习情境二：轴类零件的加工学习情境1：机床的认识学习情境2：机床的运动学习情境3：机床的组成学习情境4：机床的传动学习情境5：车床的分析7任务三分解学习情境二：轴类零件的加工学习情境1：典型轴类零件认识学习情境2：传动轴的结构与工艺分析学习情境3：确定生产类型学习情境4：确定传动轴的毛坯类型及其制造方法学习情境5：选择定位基准和加工装备学习情境6：拟定传动轴机械加工工艺路线学习情境7：加工工序设计8任务一：金属切削加工知识的介绍学习情境1：切削运动基本常识的认识主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T表示），也可以是回转运动（用R表示）一、切削运动主运动

——切削速度最高，消耗功率最大，只有一个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度，用ν（m/s）表示。进给运动——速度较低，消耗功率较小，可有一个或多个，

也可不存在指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（ƒ—mm/r）或进给速度（νƒ—mm/min）表示。9外圆表面加工方法任务一：金属切削加工知识的介绍10二、工件加工表面任务一：金属切削加工知识的介绍11三、切削用量切削用量是指切削速度νc、进给量ƒ（或进给速度νƒ）和背吃刀量ap，三者又称为切削用量三要素。切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。切削速度vc式中n——主运动转速（r/s）；

d——刀具或工件的最大直径（mm）。若主运动为往复运动时，其平均速度为：式中nr——主运动每秒钟往复次数（str/s）；

l——往复运动行程长度（mm）。任务一：金属切削加工知识的介绍三、切削用量进给量ƒ(vƒ)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，单位为mm/r。对于多齿刀具还可用每齿进给量ƒz表示,单位为mm／min。若刀具齿数z为，则进给量与进给运动速度、每齿进给量的关系为：12任务一：金属切削加工知识的介绍13三、切削用量13主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。

单位为mm。背吃刀量ap式中：dw——工件待加工表面的直径；

dm——工件已加工表面的直径。任务一：金属切削加工知识的介绍14四、切削层参数任务一：金属切削加工知识的介绍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，通常在基面Pr内度量。切削厚度hD：指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比，单位：mm切削面积AD：指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位：mm2切削宽度bD：指在给定瞬间，在切削层尺寸平面中测量的作用主切削刃截形上两个极点间的距离，单位：mm15切削厚度

切削宽度

任务一：金属切削加工知识的介绍切削层面积16五、切削方式直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直任务一：金属切削加工知识的介绍17例题：车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求ν、ƒ、ap。解：ν=πdn/1000=π·62·4/1000=0.779m/sƒ=νƒ/n=2/4=0.5mm/rap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3mm任务一：金属切削加工知识的介绍18学习情境2：金属切削刀具常识的认识一、刀具结构任务一：金属切削加工知识的介绍刀具的组成刀具由切削部分和刀柄(或称刀杆)两部分组成，刀柄是刀具上用于夹持的部分；切削部分是由前刀面、后刀面和切削刃等组成的，起切削作用的部分。19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，即：前刀面、主后刀面和副后刀面，2个刀刃，即：主切削刃和副切削刃，1个刀尖组成。任务一：金属切削加工知识的介绍20a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀

车刀的结构图车刀任务一：金属切削加工知识的介绍22刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合各种刀具切削部分的形状图任务一：金属切削加工知识的介绍23实际切削中确定角度的基准任务一：金属切削加工知识的介绍二、刀具几何角度刀具角度参考系刀具标注角度参考系刀具工作角度参考系设计制造测量角度时的基准由主运动方向确定由合成切削运动方向确定241）假定刀刃上的选定点：位于假定工件的轴平面内，是刀具静止参考系的原点；2）假设运动条件：假设不考虑进给运动的大小，以切削刃选点位于工件中心高时的主运动方向作为假定主运动方向，以切削刃选定点的进给运动方向作为假定进给运动方向。3）假设安装条件：假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等高，刀杆与工件的轴线垂直。任务一：金属切削加工知识的介绍刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：25(1)正交平面参考系：pr、ps、po(2)法平面参考系：pr、ps、pn(3)背平面参考系：pr、ps、pp(4)进给平面参考系：pr、ps、pf刀具标注角度的参考系：任务一：金属切削加工知识的介绍26刀具标注角度参考系（正交平面参考系）1）基面Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。车刀主剖面参考系图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。任务一：金属切削加工知识的介绍主剖面Po切削平面Ps基面Pr法平面Pn法平面Pn:过切削刃上选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面图1-5刀具切削角度的示意图图1-6横车的基面和切削平面331）前角γo

在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γo定为正值；位于刀头实体之内时γo定为负值。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刀具几何角度标注

用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。任务一：金属切削加工知识的介绍34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。α0

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4°～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8°～12°。任务一：金属切削加工知识的介绍2）后角αo35

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。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f车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr任务一：金属切削加工知识的介绍3）主偏角κr

36常用车刀主偏角的形式任务一：金属切削加工知识的介绍37κr′AA向f车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

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′

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。任务一：金属切削加工知识的介绍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。38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；反之位负。

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。任务一：金属切削加工知识的介绍5）刃倾角λs刃倾角对排屑方向的影响39任务一：金属切削加工知识的介绍40任务一：金属切削加工知识的介绍41任务一：金属切削加工知识的介绍图1－14

45°弯头车刀a）车外圆b）车端面c）车内孔d）倒角四、切断刀一金属切削基础知识麻花钻的组成和切削部分

麻花钻的构造为了保证钻头必要的刚性和强度，工作部分的钻心直径向柄部方向递增。刀柄：钻头的夹持部分，用来传递扭矩颈部：磨柄部时退砂轮用，打标记一、钻孔2.高速钢麻花钻的结构钻头切削部分5个刀刃6个刀面两条主切削刃两条副切削刃一条横刃两个螺旋形前刀面两个经刃磨获得的后刀面两个圆弧段的副后刀面1、麻花钻结构特点1）横刃较长，横刃处前角为负值切削阻力大，据实验50%

的轴向力和15%的扭距。2）主切削刃上各点前角不同（靠近钻心处前角为负值），切削性能差。3）钻头的副后角为零，摩擦力大。4）主切削刃外缘处刀尖角小，刀齿薄弱。5）主切削刃长，且全刀宽切削，排屑困难。特点图示一、钻孔3.钻削用量1）背吃刀量asp

单位：mm一、钻孔3.钻削用量2）钻削速度vc

单位：m/min3.钻削用量3）钻削进给量与进给速度：

f单位：mm/rfz单位：mm/zVf单位：mm/min

一、钻孔62实际工作中，考虑合成运动和实际安装情况，则假定的工作条件发生了变化，使静止参考系中的各个坐标面和测量面的位置也随之变化。因此，刀具切削加工时的实际几何参数就要在工作参考系中测量。工作参考系中各坐标平面的定义与静止参考系相同，只需用合成切削运动方向取代主运动方向。它们是工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poa、工作法平面Pne（Pne=Pn）、工作平面Pfe、工作背平面Ppe等。刀具工作角度参考系及几何参数任务一：金属切削加工知识的介绍63刀具工作角度

式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。◆进给运动对工作角度的影响横切任务一：金属切削加工知识的介绍切断刀的工作角度①当进给量ƒ一定时，随d值↓—μ值↑，接近中心αoe为负值。②当ƒ↑—μ值↑横车时ƒ不宜过大，并应适当加大αo64

纵切

在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：在主剖面内：任务一：金属切削加工知识的介绍65刀具工作角度◆刀具安装对工作角度的影响

车刀安装高度对工作角度的影响任务一：金属切削加工知识的介绍刀具安装高低的影响67刀杆中心线与进给方向不垂直的影响任务一：金属切削加工知识的介绍68三、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）经济性任务一：金属切削加工知识的介绍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69

刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000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）任务一：金属切削加工知识的介绍刀具材料的发展70天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性

刀具材料的耐磨性与断裂韧性任务一：金属切削加工知识的介绍刀具材料的发展71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。◆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。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）。常用刀具材料任务一：金属切削加工知识的介绍

（二）高速钢的分类三、常用刀具材料73

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用于钻头、绞刀、铣刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2要求热塑性好和受冲击大的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe要求热塑性好和受冲击大的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18Cr4V用于韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al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用于形状简单刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）难加工材料刀具，磨削性好，价格昂贵任务一：金属切削加工知识的介绍YT(P)类加工长切屑的黑色金属WC+TiC+Co74◆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，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。YW(M)类钢材、铸铁等有色金属非金属WC+TiC+TaC+CoYG(K)类短切屑黑色金属、有色金属非金属WC+Co分类任务一：金属切削加工知识的介绍

1、钨钴钛类硬质合金YG：

WC+Co①常用牌号：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）②应用：

主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640℃时发生严重粘结，使刀具磨损，耐用度下降。三、常用刀具材料（二）分类

2、钨钴钛类硬质合金（YT）：硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co）①常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30（数字表示TiC的百分含量）②应用：

主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。三、常用刀具材料3、添加稀有金属硬质合金钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）和钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW），是在钨钴钛类硬质合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高和金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。这类合金可以用于加工铸铁及有色金属，也可用于加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要用于加工难加工材料。4、碳化钛基硬质合金（YN）这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。主要用于钢材、铸铁的精加工、半精加工和粗加工。三、常用刀具材料

（三）涂层硬质合金的选用涂层硬质合金是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片或高速钢等），通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对硬质合金表面涂层厚度为5～12μm的涂层材料以提高刀具的抗磨损能力。涂层材料为TiC、TiN、Al2O3等。适合于各种钢材、铸铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较小的精加工。三、常用刀具材料79

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、切削速度任务一：金属切削加工知识的介绍80◆

陶瓷刀具材料

陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA91～95）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，抗粘结和扩散磨损能力强，因而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。任务一：金属切削加工知识的介绍81◆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（HK6500～8000），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（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV3000～4500，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、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。任务一：金属切削加工知识的介绍82刀具材料种类

合金高速钢硬质合金陶瓷天然

聚晶金刚石聚晶立方氮工具钢W18Cr4VYG6Si3N4

金刚石

PCD

化硼

PCBN材料性能

硬度

HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500

HV4000抗弯强度

2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa导热系数

40-50

20-30

70-100

30-40

146.5

100-12040-100热稳定性

350℃620℃1000℃1400℃800℃

600-800℃＞1000℃化学惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低较高高最高最高很高

一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4-0.2加工质量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05IT5-6IT7-8IT5-6可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比任务一：金属切削加工知识的介绍83四、刀具的种类（1）直头外圆车刀；（2）弯头车刀；（3）偏刀；（4）切槽或切断刀；（5）镗孔刀；（6）螺纹车刀；（7）成形车刀；车刀任务一：金属切削加工知识的介绍84孔加工刀具任务一：金属切削加工知识的介绍85（1）圆柱平面铣刀（2）端铣刀（3）盘铣刀单面刃、双面刃、三面刃、错齿三面刃（4）锯片铣刀（5）立铣刀（6）键槽铣刀（7）角度铣刀（8）成形铣刀铣刀的种类任务一：金属切削加工知识的介绍86任务一：金属切削加工知识的介绍87磨削刀具——砂轮任务一：金属切削加工知识的介绍88任务一：金属切削加工知识的介绍拉刀种类按加工表面分为内拉刀和外拉刀；按拉削方式分普通式、轮切式、及综合式；按受力不同分拉刀和推刀。89任务一：金属切削加工知识的介绍先进刀具高精度高效率高可靠性专业化90任务一：金属切削加工知识的介绍整体式刀具完全用刀具材料制造，对贵重的刀具材料消耗较大，一般只用来制造小尺寸刀具或某些复杂刀具，如中心钻、整体式立铣刀等。焊接式刀具大部分用碳钢或低合金钢制造，形成切削刃的小部分用刀具材料，如高速钢和硬质合金等制造。它用焊料焊接于在刀体上预先加工出的刀槽中，再进行刀具的制造和刃磨。焊接式刀具结构简单、紧凑、刚性好，使用比较普遍。但硬质合金刀片经高温焊接后切削性能有所下降。机夹重磨式刀具系采用普通刀片，用机械夹固方法夹持在刀体上使用的刀具。刀具磨损后，将刀片卸下，经过刃磨又可装上继续使用。这类刀具有如下特点：刀片不经高温焊接，提高了刀具耐用度；刀体可以多次使用，刀片利用率高。机夹不重磨式刀具是采用标准的可转位不重磨刀片，用机械夹固方法夹持在刀体上使用的刀具。刀具磨损后，将刀片转过一个角度，使下一个切刃转到使用位置。根据刀具材料的使用来划分，刀具有以下几种结构：二、可转位车刀1.可转位车刀的结构图5-3

机夹刀具的结构形式a)上压式机夹车刀b)切削力自锁车刀c)弹性加紧式切刀d)侧压力装式车刀e)削扁销机夹螺纹车刀f)弹性夹紧式刨刀

五车刀及成形车刀三夹车刀与可转位车刀图5-3机夹刀具的结构形式a)上压式机夹车刀b)切削力自锁车刀c)弹性加紧式切刀d)侧压力装式车刀e)削扁销机夹螺纹车刀f)弹性夹紧式刨刀

五车刀及成形车刀三夹车刀与可转位车刀可转位车刀由刀片、刀垫、刀柄及紧元件等组成，如图5-4所示。1-刀片2-刀垫3-卡簧4-杠杆5-弹簧6-螺丝7-刀柄图5-4可转位车刀的组合五车刀及成形车刀三夹车刀与可转位车刀2.可转位车刀刀片（1）刀片形状、代号及其选择五车刀及成形车刀三夹车刀与可转位车刀（2）可转位车刀几何角度的计算图5-5可转位车刀几何角度的形成刀具角度的刀片装配到具有一定刀槽角度的刀杆上综合形成的。五车刀及成形车刀三夹车刀与可转位车刀在使用可转位车刀时，选定的刀片角度和刀槽角度后，必须对所选刀片安装在刀杆上所形成的综合刀具角度进行验算，确定其是否合理。验算的公式如下五车刀及成形车刀三夹车刀与可转位车刀3.可转位车刀类型及加紧结构的选择图5-6可转位刀片夹紧结构a)杠杆式b)杠销式三夹车刀与可转位车刀五车刀及成形车刀3.可转位车刀类型及夹紧结构的选择图5-6可转位刀片夹紧结构c)斜楔式d)上压式e)偏心式三夹车刀与可转位车刀五车刀及成形车刀99学习情境4：金属切削过程中物理现象及规律的了解任务一：金属切削加工知识的介绍切屑的形成与形状切削力、切削热、切削温度切削液积屑瘤、残余应力和加工硬化刀具磨损与刀具寿命刀具的几何角度、切削用量的选择切削过程中影响加工质量的因素：第三章金属切削过程

(TheCuttingProcess)一、金属切削方式和模型二、金属切削过程的理论分析三、切削力的产生与分析四、前刀面的摩擦与积屑瘤五、切屑形式及影响因素重点和难点：认识金属切削层的变形过程，了解积屑瘤对切削过程的影响。第一节切削模型1、正压力挤压破坏模型Fττ在正压力的作用下，金属先后产生弹性变形、塑性变形，沿滑移面产生剪切破坏。

特点：两侧是自由的，速度比较低。二、剪切过程的理论分析金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面（滑移面）产生剪切滑移变形并转变为切屑的过程。1、三个变形区第一变形区：剪切滑移区域第二变形区：切屑形成和流出区第三变形区：已加工表面形成区切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成的过程区。OA与OM之间的区域就是第一变形区Ⅰ物理现象：产生切屑切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。物理现象：产生积屑瘤已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。物理现象：产生加工硬化选定被切金属层中的一个晶粒P来观察其变形过程。OA—始剪切线OB—滑移线OC—滑移线OM—终剪切线OA—OM所形成的塑性变形区称为第一变形区特征：沿滑移线的剪切变形；随之产生的“加工硬化”现象。在一般切削速度下，OA与OM非常接近（0.02mm～0.2mm）。故用一个平面来表示这个变形区—剪切面。剪切面与切削速度方向的夹角—剪切角。在切削速度较高时，这一变形区较窄。三、表示变形程度的方法1、切屑变形系数ξ长度变形系数：切削层长度与切屑长度的比值。厚度变形系数：切屑厚度与切削层厚度的比值。变形系数ξ2、相对滑移量ε切削层滑移的距离与切削层距离的比值一、作用在切屑上的力Fr—切屑形成力第二节前刀面上的受力与摩擦摩擦角前角剪切角Ff－前刀面上的摩擦力Fn－前刀面上的正压力Fns

－剪切面上的正压力Fs

－剪切面上的剪切力因为所以切削运动方向的切削分力切削深度方向的切削分力Ac－切屑层的剖面积As－剪切面的剖面积τ－剪切面上的剪应力二、剪切角的计算（1）根据合力最小原理确定的剪切角令求得麦钱特公式（2）根据主应力方向与最大剪应力方向成45度原理确定的剪切角。即：李和谢弗公式前角增大时，剪切角随之增大，变形减小；摩擦角增大，剪切角随之减小，变形增大。因素切削层面积材料强度剪切角前角前刀面摩擦对切屑形成力的影响++--+各因素对切屑形成力的定性影响负号表示随该因素增加，被影响因素有减少的趋势（负相关）正号表示随该因素增加，被影响因素有增加的趋势（正相关）1、内摩擦与外摩擦冷焊—切屑与前刀面压力很大、高温，可粘结现象。刀屑接触面分两个区域：

内摩擦外摩擦前刀面平均摩擦系数：三、前刀面上的摩擦单位切向力分布曲线正应力分布曲线金属切削时，由于刀屑接触面之间存在这很大的压力，切削液不易流入接触界面。再加上几百度的高温，刀屑之间存在强烈的粘结现象。在粘结的情况下，相对滑移不是发生在接触面上，而是发生在剪切强度较低的金属内部，既靠强度较低的金属内部的剪切滑移来实现相对滑动的。第四节积屑瘤的形成及其对切削过程的影响当刀屑间的接触满足形成冷焊的条件时，切屑底面上的金属层就会冷焊粘结并层积在前刀面上，形成一个非常坚硬的金属堆积物，称为积屑瘤。一.积屑瘤现象及其产生条件二.切削速度不同，积屑瘤生长所能达到的高度不同Ⅰ区：切削速度低，形成粒状或带状切屑，没有积屑瘤生成；Ⅱ区：积屑瘤生长的基础比较稳定，可代替刀具；Ⅲ区：切削温度升高，切屑底部开始软化脱落；Ⅳ区：切削温度较高而冷焊消失，无积屑瘤。三.积屑瘤对切削过程的影响及其控制1.保护刀具2.增大前角3.增大切削厚度4.增大已加工表面粗糙度粗加工时，对精度和表面质量要求不高，利用其稳定生长代替刀具切削，保护了刀具，减小了切削变形。精加工，绝对不允许有积屑瘤。控制积屑瘤的形成，实质上就是控制刀屑界面处的摩擦系数。改善方法：改变切削速度；加注切削液，润滑；增大前角，以减小刀屑接触区压力。第六节切屑的类型及其变化（1）带状切屑由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，所形成的切屑多种多样（2）挤裂切屑(3)单元切屑（4）崩碎切屑由材料的应力—应变特性和塑性变形程度决定一.带状切屑

内表面光滑，外表面是毛茸状。当切削厚度小，切削速度较高，刀具前角较大时，易形成带状。其切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。二.节状切屑

外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。切屑上各滑移面大部分被剪断，尚有小部分相连。切削速度较低，切削厚度较大时，易形成节状。切削过程不平稳，切削力有波动，已加工表面粗糙度较大。三.单元切屑（粒状切屑）

切屑沿剪切面完全断开，因而切屑呈单元状。切削塑性较差的材料时，在切削速度极低时产生。四.崩碎切屑

切削脆性材料时，被切金属在前刀面的推挤下未经塑性变形就在张应力状态下脆断。切削力幅度小，但波动大，加工表面凹凸不平。2.1.3影响切削变形的因素1．工件材料2．刀具几何参数

3．切削速度4．切削厚度1．工件材料通过试验，可以发现工件材料强度和切屑变形有密切的关系。从图可以看出，随着工件材料强度的增大，切屑的变形越来越小。图2-10材料强度对变形系数的影响2．刀具几何参数由图2-7可以看到，当刀具前角γO增大时，沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流出，金属切屑的变形也会变小。通过对高速钢刀具所作的切削试验也证明了这一点。在同样的切削速度下，刀具前角γO愈大，材料变形系数愈小。刀尖圆弧半径对切削变形也有影响，刀尖圆弧半径越大，表明刀尖越钝，对加工表面挤压也越大，表面的切削变形也越大。3、切削速度由图2-11可以看出，随切削速度变化的材料变形系数曲线并不是一直递减，而是在某一段有一个波峰，这实际是积屑瘤产生的影响。所以切削速度对材料变形的影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个是无积屑瘤段。积屑瘤段情况切削速度对切屑变形的影响主要是通过积屑瘤对切屑变形的影响来实现的。在积屑瘤增长阶段，积屑瘤随着切削速度的增大而增大，积屑瘤越大，实际刀具前角也越大，切屑的变形相对减少，所以在此阶段，切削速度增加时，材料变形系数ξ也减少。随着速度的增加，积屑瘤增大到一定程度又会消退，在消退阶段，积屑瘤随着切削速度的增加而减小，同时，实际刀具前角也减小，材料的变形将增大，在积屑瘤完全消退时，材料变形将最大。在无积屑瘤段速度越大，摩擦系数减小，材料变形系数也会减小。4．切削厚度如图2-11所示，显示了进给量（即切削厚度）对切屑变形的影响。在无积屑瘤段，进给量f越大，材料的变形系数ξ越小。133切屑类型任务一：金属切削加工知识的介绍134任务一：金属切削加工知识的介绍135二、切削力Fc—主切削力，与切削速度方向一致Ff—进给力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力Fp—背向力(切深抗力)，与进给方向垂直，又称径向切削力的来源：被切削材料的弹性、塑性变形抗力；刀具与切屑、工件表面之间的摩擦力。将切削合力F分解为三个互相垂直的分力Fc、Ff、Fp任务一：金属切削加工知识的介绍137任务一：金属切削加工知识的介绍（3）切削功率概念：切削过程中所消耗的功率称为切削功率Pc。背向力FP在力的方向无位移，不做功，因此切削功率为进给力Ff与切削力Fc所做的功。根据功率公式切削功率：

Pc

＝（Fcυc

＋Ffnf/1000）×10-3KW式中，Fc切削力（N），υc切削速度（m/min），Ff进给力（N），n工件转速（r/s），f进给量（㎜）由于Ff消耗功率一般小于1％～2％，可以忽略不计，因此功率公式可简化为：

Pc

＝Fcυc×10-3KW（2）切削功率切削过程中消耗的总功率为各分力所消耗功率的总和，称为切削功率，用Pc表示。车削中，切深抗力Fy不消耗功率，Ff远小于Fz，υx远小于υz，故计算切削功率时常忽略Fx所消耗的功率，故有式中Fz——主切削力；υ——切削速度。由此，可计算出机床主电机所需功率PE。

式中η——机床传动效率，一般η=0.75~0.85。4.切削力理论公式２.切削力的计算：（1）指数公式指数公式应用较广，它的形式如下：上式中，C、C、C

为被加工金属的切削条件系数，

K、K、K

为当加工条件与经验公式条件不同时的修正系数。

144（1）工件材料的影响是系数CF

或单位切削力kc的体现，工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。（2）切削用量的影响

ap↑→Ac成正比↑，kc不变，ap的指数约等于1；

因而切削力成正比增加ƒ↑→Ac成正比↑，但kc略减小，ƒ的指数小于1，因而切削力增加但与ƒ不成正比。

速度ν对F的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况，在无积屑瘤阶段，ν↑→变形程度↓→切削力减小。影响切削力的因素任务一：金属切削加工知识的介绍145（3）刀具几何参数的影响

1、前角γ0

的影响加工塑性材料时，γ0↑→Φ↑→变形程度↓→F↓加工脆性材料时，切削变形很小，γ0对F影响不显著γ0

＞30°或高速切削时，γ0对F影响不显著

2、主偏角κr的影响1）κr对Fc影响较小，影响程度不超过10%

κr在60°～75°之间时，Fc最小。

2）κr对Fp、Fƒ影响较大

Fp＝FDcos

κrFƒ＝FDsinκr

Fp随κr

增大而减小，Fƒ随κr

增大而增大3、刃倾角λs的影响1）λs对Fc影响很小

2）λs对Fp、Fƒ影响较大，

Fp随λs增大而减小，Fƒ随λs增大而增大任务一：金属切削加工知识的介绍1464、刀尖圆弧半径rε的影响rε增大相当于κr减小的影响1）rε对Fc影响很小2）Fp随rε增大而增大，Fƒ随rε增大而减小任务一：金属切削加工知识的介绍147（4）刀具磨损的影响后刀面平均磨损带宽度VB越大，摩擦越强烈，切削力也越大。VB对背向力Fp影响最显著（5）切削液的影响切削液润滑作用越好，力减小越显著，低速时更突出。（6）刀具材料的影响按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。任务一：金属切削加工知识的介绍148三、切削热和切削温度切削热产生于三个变形区，切削过程中消耗的能量约98%转换为热能切削热来源切削热传出切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去任务一：金属切削加工知识的介绍149切削温度分布切削温度θ：一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度剪切变形是切削热的第一来源；摩擦是切削热的又一来源。★切削塑性材料

前刀面靠近刀尖处温度最高。★切削脆性材料

后刀面靠近刀尖处温度最高。任务一：金属切削加工知识的介绍二、切削温度

切削温度一般指切屑与前面接触区域的平均温度。

三、影响切削温度的主要因素工件材料对切削温度的影响

(1)工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功就越多，产生的切削热也多，切削温度就越高。(2)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度(3)不锈钢lCrl8Ni9Ti和高温合金GHl3l不但导热系数低，而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度。所以切削这种类型的材料时，切削温度比切削其他材料要高得多。(4)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑性变形很小，切屑呈崩碎状或脆性带状，与前刀面的摩擦也较小，所以产生的切削热较少，切削温度一般比切削钢料时低。

（1）切削速度对切削温度有显著的影响。实验证明，随着切削速度的提高，切削温度将明显上升。（2）进给量f对切削温度也有一定的影响。随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，切削过程产生的切削热也增多，使切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那样显著。（3）切削深度ap对切削温度的影响很小。因为切削深度ap增大以后，切削区产生的热量虽然成正比例地增多，但因改善了散热条件，所以切削温度的升高并不明显。切削用量对切削温度的影响刀具几何参数对切削温度的影响

1．前角：前角γ。的数值直接影响切削过程中的变形和摩擦，所以它对切削温度有明显的影响。前角大，产生的切削热少，切削温度低；前角小，切削温度高。

2．主偏角：随着主偏角的增大，切削温度将逐渐升高。

3．负倒棱：负倒棱宽度bγ1在(0—2)f范围内变化，基本上不影响切削温度。4．刀尖圆弧半径：刀尖圆弧半径rε在0—1.5mm范围内变化，基本上不影响平均切削温度。

刀具磨损后切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切削区金属的塑性变形增加；同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件与后刀面的摩擦加大，两者均使产生的切削热增多。所以，刀具的磨损是影响切削温度的重要因素。

刀具磨损对切削温度的影响

四、切削温度对切削变形的影响

对工件尺寸精度的影响：由于工件受热膨胀，冷却后尺寸变小，切削时产生的热直接影响加工精度。对刀具材料的影响：对于硬质合金，适当提高温度可提高韧性，提高刀具耐用度。156切削温度的产生有两方面，即切削热的产生与传出，影响切削温度的主要因素有以下几方面。影响切削温度的主要因素切削速度越高，切削温度升高，切削速度对切削温度影响最大。切削速度增加1倍时，切削温度增高30％一40％。进给量增加时，切削温度也增加，但对切削温度的影响比切削速度的小。进给量增加l倍时，切削温度增高15％一20％。背吃刀量增加时，虽然切削力增大，但参加切削工作的切削刃成正比增加，散热体积增大，故对切削温度影响最小。背吃刀量增加1倍时，切削温度只增加5％一8％。（1）切削用量的影响任务一：金属切削加工知识的介绍157（2）刀具几何参数的影响1、

前角γ0

的影响γ0

↑→变形程度↓→F↓q↓→θ↓但γ0

＞20°时，因散热面积↓，对θ的影响减小。2、主偏角κr的影响κr

↑，切削宽度aw

↓，散热面积↓→θ↑3、负倒棱和刀尖圆弧半径的影响（对θ影响很小）bγ1

、rε↑，切屑变形程度↑→q↑同时散热条件改善，两者趋于平衡。任务一：金属切削加工知识的介绍158后刀面磨损增大，切削温度升高；VB达一定值影响加剧；

ν越高刀磨损对θ影响越显著。（3）工件材料的影响（4）刀具磨损的影响浇切削液对↓切削温度↓刀具磨损↑加工质量有明显效果；热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著。（5）切削液的影响强度硬度、塑性和韧性越大，切削力越大，切削温度升高；导热率大，散热快，温度下降。任务一：金属切削加工知识的介绍刀具在切削过程中将逐渐产生磨损。当刀具磨损量达到一定程度时，可以明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，甚至产生振动。同时，工件尺寸可能会超出公差范围，已加工表面质量也明显恶化。此时，必须对刀具进行重磨或更换新刀。3-4刀具磨损与刀具耐用度

第三节刀具的磨损和耐用度一、刀具磨损的形态切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面和工件接触，产生剧烈摩擦，同时在接触区内有很高的温度和压力。因此，前刀面和后刀面都会发生磨损。切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼。1．前刀面磨损(月牙洼磨损)

月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最高的地方。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其最大深度KT表示。由于加工表面和刀具后刀面间存在着强烈的摩擦，后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，即为后刀面磨损。2．后刀面磨损加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性材料时，主要发生后刀面磨损。后刀面磨损带往往是不均匀的。在后刀面磨损带中间部位(B区)上，磨损比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨损带宽度以VBmax表示。刀尖部分(C区)强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为VC。主切削刃靠近工件外表面处(N区)，由于上道工序的加工硬化层或毛坯表面硬层的影响，被磨成较严重的深沟，以VN表示。切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损。加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。3．边界磨损二、刀具磨损的原因

切削过程中刀具的磨损与一般机械零件的磨损有显著的不同：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；前、后刀面上的接触压力很大，有时超过被切材料的屈服强度；接触面的温度也很高，如硬质合金加工钢料时可达800～l00O℃。因此，刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果。切削时，切屑、工件材料中含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是硬质点磨损。硬质点磨损在各种切削速度下都存在，但它是低速刀具(如拉刀、板牙等)磨损的主要原因。因为此时切削温度较低，其他形式的磨损还不显著。高速钢及工具钢刀具的硬质点磨损比较显著；硬质合金刀具硬度高，发生这种磨损较少。1．硬质点磨损粘结磨损：当刀具和工件材料粘结在一起有相对运动时，刀具材料的整个晶粒、晶粒的一部分或晶粒群因受剪或受拉而被工件材料一点一点逐渐带走的过程。一般发生在中等偏低的速度下。高速钢的粘结比硬质合金的要小。低温下叫压力粘结，高温下叫温度粘结。2．粘结磨损

高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具都可能因粘结而发生磨损。硬质合金刀具虽有较高的硬度，但在中等偏低的切削速度下切削塑性金属时，粘结磨损比较严重。硬质合金刀具在产生积屑瘤的情况下，很容易产生粘结现象。高速钢刀具有较高的抗剪和抗拉强度，抗粘结磨损能力强，粘结磨损较慢。在切削高温下，刀具表面与切出的工件、切屑新鲜表面接触，刀具和工件、切屑双方的化学元素互相扩散到对方去，改变了原来材料的成分与结构，削弱了刀具材料的性能，加速磨损过程。3．扩散磨损

例如用硬质合金刀具切钢时，从800C开始，硬质合金中的钴便迅速地扩散到切屑、工件中去，碳化钨分解为钨和碳后扩散到钢中；而切屑中的铁会向硬质合金中扩散，形成低硬度、高脆性的复合碳化物。由于钴的扩散，降低了硬质相碳化钨、碳化钛的粘结强度。所有这些，都使刀具磨损加剧。此外，随着切削速度(温度)的提高，元素的扩散速率增加，扩散磨损程度加剧。扩散磨损的快慢和程度与刀具材料中化学元素的扩散速率关系密切。如硬质合金中，钛元素的扩散速率远低于钴、钨，故YT类合金的抗扩散磨损能力优于YG类合金；YN类合金和涂层合金则更佳，硬质合金中添加钽、铌后形成固溶体，更不易扩散，故具有良好的抗扩散磨损性能。在一定温度下，刀具材料与某些周围介质(如空气中的氧、切削液中的极压添加剂硫、氯等)起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，如四氧化三钴、一氧化钴、三氧化钨和二氧化钛等，被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为化学磨损。一般，空气不易进入刀屑接触区，化学磨损中因氧化而引起的磨损最容易在主、副切削刃的工作边界处形成，从而产生较深的磨损沟纹。4．化学磨损

由图可见：在低速(低温)区以硬质点磨损和粘结磨损为主；在高速(高温)区以扩散和化学磨损为主。此外，在某一切削速度下，刀具的磨损强度最低。总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损原因和磨损强度是不同的。如图所示为硬质合金刀具加工钢料时，在不同的切削速度(切削温度)下各类磨损所占的比重。三、刀具磨损过程及磨钝标准1．刀具磨损过程

随着切削时间的延长，刀具的后刀面磨损量VB(或前刀面月牙洼磨损深度KT)随之增加。如图为典型的刀具磨损曲线。其磨损过程可分为三个阶段：因为新刃磨的刀具切削刃较锋利，其后刀面与加工表面接触面积很小，压应力较大，加之新刃磨的刀具的后刀面存在着微观不平等缺陷，所以，这一阶段的磨损很快。初期磨损阶段一般初期磨损量为0.05～0.10mm，其大小与刀面刃磨质量有很大关系。经仔细研磨过的刀具，其初期磨损量较小。经初期磨损后，刀具的粗糙表面已经磨平，承压面积增大，压应力减小，从而使磨损速率明显减小，刀具进入正常磨损阶段。正常磨损阶段这个阶段的磨损比较缓慢均匀。后刀面磨损量随切削时间延长而近似地成比例增加。这是刀具工作的有效阶段。刀具经过正常磨损阶段后，切削刃变钝，切削力、切削温度迅速升高，磨损速度急剧增加，以致刀具损坏而失去切削能力。急剧磨损阶段生产中应当避免达到这个磨损阶段。要在这个阶段到来之前，及时更换刀具。2．刀具的磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工质量和切削力、切削温度的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量易于测量，因此在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度来制定磨钝标准。规定磨钝标准有两种考虑：一种是充分利用正常磨损阶段的磨损量，来充分利用刀具材料，减少换刀次数，它适用于粗加工和半精加工；另一种是根据加工精度和表面质量要求确定磨钝标准，此时，VB值应取较小值，称为工艺磨钝标准。当主后面磨损很不均匀时，以VBmax或VC值作磨钝标准比较合理。国际标准ISO推荐硬质合金外圆车刀耐用度的磨钝标准，可以是下列任何一种：

VB＝0.3mm；如果主后面为无规则磨损，取VBmax＝0.6mm；前面磨损量KT=0.06+0.3f。自动化生产中用的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺寸做为衡量刀具的磨钝标准，称为刀具径向磨损量，以NB表示；在柔性加工设备上，经常用切削力的数值作为刀具的磨钝标准，从而实现对刀具磨损状态的自动监控。工艺系统刚性较差时应规定较小的磨钝标准。因为当后刀面磨损后，切削力将增大，尤以径向切削力Fy增大最为显著。切削难加工材料时，切削温度较高，一般应选用较小的磨钝标准。四、刀具耐用度及其经验公式1．刀具耐用度的定义刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间称为刀具耐用度，以T表示。耐用度指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。也可以用达到磨钝标准时所走过的切削路程Lm来定义耐用度。Lm等于切削速度v和耐用度T的乘积，即在相同切削条件下切削某种工件材料时，可以用耐用度来比较不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各种工件材料，可以用耐用度来比较材料的切削加工性；还可以用耐用度来判断刀具几何参数是否合理。对于某一切削加工，当工件、刀具材料和刀具几何形状选定之后，切削用量是影响刀具耐用度的主要因素。刀具耐用度是一个重要参数。2．切削用量对刀具耐用度的影响切削速度与刀具耐用度的关系切削速度与刀具耐用度的关系是用实验方法求得刀具T-v关系曲线。该直线的方程为关系式反映了切削速度与刀具耐用度之间的关系，是选择切削速度的重要依据。指数m表示切削速度对刀具耐用度的影响程度。对于高速钢刀具，一般m＝0.1～0.125；硬质合金刀具，m＝0.2～0.3，陶瓷刀具m值约为0.4。m值较小，表示切削速度对刀具耐用度影响大；m值较大，表明切削速度对耐用度的影响小，即刀具材料的切削性能较好。进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系

按照求T-V关系式的方法，同样可以求得T-f和T-ap关系式：

综合得到切削用量三要素与耐用度的关系：一般，切削速度v对刀具耐用度的影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap最小。这与三者对切削温度的影响顺序完全一致。这也反映出切削温度对刀具磨损、耐用度有着最重要的影响。五、刀具耐用度的选择

在实际生产中，刀具耐用度同生产效率和加工成本之间存在着较复杂的关系。刀具耐用度并不是越高越好，如果把刀具耐用度选得过高，则切削用量势必被限制在很低的水平，虽然此时刀具的消耗及其费用较少，但过低的加工效率也会使经济效果变得很差。

若刀具耐用度选得过低，虽可采用较高的切削用量使金属切除量增多，但由于刀具磨损加快而使换刀、刃磨的工时和费用显著增加，同样达不到高效率、低成本的要求。因此，住生产实际中就存在着最大生产率耐用度和最低成本耐用度，以及与它们相适应的切削速度。常用刀具耐用度的参考值如下：硬质合金焊接车刀的耐用度为3600s(60min)；高速钢钻头的耐用度为4800～7200s(80～120min)；硬质合金端铣刀的耐用度为7200～10800s(120～180min)；齿轮刀具的耐用度为1200O～18000s(200～300min)。在选择刀具耐用度时，还应考虑以下几点:

刀具的复杂程度和制造、重磨的费用。简单的刀具如车刀、钻头等，耐用度选得低些；结构复杂和精度高的刀具，如拉刀、齿轮刀具等，耐用度选得高些。同一类刀具，尺寸大的，制造和刃磨成本均较高，耐用度规定得高些。高速钢钻头的耐用度为4800～7200s(80～120min)。装卡、调整比较复杂的刀具，如多刀车床上的车刀，组合机床上的钻头、丝锥、铣刀以及自动机及自动线上的刀具，耐用度应选得高一些，一般为通用机床上同类刀具的2～4倍。生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或两个班，以便能在换班时间内换刀。如有特殊快速换刀装置时，可将刀具耐用度减少到正常数值。精加工尺寸很大的工件时，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度要求决定。为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得至少能完成一次走刀。六、刀具的破损

刀具破损和磨损一样，也是刀具主要失效形式之一。特别是用陶瓷、超硬刀具材料制成的刀具进行断续切削，或者加工高硬度材料时，刀具的脆性破损就更加严重。刀具破损的形式很多，主要分为脆性破损和塑性破损两类。1．刀具的脆性破损崩刃指在切削刃上产生小的缺口。一般缺口尺寸与进给量相当或稍大一点时，刀刃还能继续切削。但在继续切削过程中，刃区崩损部分会迅速扩大，可能使刀具完全失效。用陶瓷刀具切削时，最常发生这种崩刃；用硬质合金刀具断续切削时，也常出现这种崩刃。碎断指在切削刃上发生小块碎裂或大块断裂，不能继续正常切削。硬质合金和陶瓷刀具断续切削时常出现这种碎断。剥落指在前、后刀面上几乎平行于切削刃而剥下一层碎片，经常连切削刃一起剥落，有时也在离切削刃一小段距离处剥落。用陶瓷刀具端铣时常见到这种破损。裂纹破损指在较长时间连续切削后，由于疲劳而引起裂纹的一种破损。有因热冲击引起的热裂纹；也有因机械冲击而发生的机械疲劳裂纹。当这些裂纹不断扩展合并，就会引起切削刃的碎裂或断裂。2．刀具的塑性破损切削时，由于高温和高压的作用，有时在前、后刀面和切屑、工件的接触层上，刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削能力。这就是刀具的塑性破损。刀具塑性破损直接与刀具材料和工件材料的硬度比有关。硬度比越高，越不容易发生塑性破损。硬质合金、陶瓷刀具的高温硬度高，一般不容易发生这种破损，高速钢刀具因其耐热性较差，就易出现塑性破损。3．防止刀具破损的措施

为了防止或减少刀具破损，在提高刀具材料的强度和抗热震性能的基础上，可以采取以下的措施：合理选择刀具材料的牌号。如断续切削刀具，必须具有较高的冲击韧度、疲劳强度和热疲劳抗力。如铣削专用的硬质合金刀片YTM30，就具有较好的抗破损能力。选择合理的刀具角度。通过调整前角、后角、刃倾角和主、副偏角，增加切削刃和刀尖的强度；在主切削刃上磨出倒棱，可以有效地防止崩刃。选择合适的切削用量。硬质合金较脆，耍避免切削速度过低时切削力过大而崩刃；也要防止切削速度过高，因温度太高而产生热裂纹。尽量采用可转位刀具；采用焊接刀具时，要避免焊接、刃磨不当所产生的各种弊病。要尽可能地保证工艺系统有较好的刚性，以减小切削时的振动。199四、切削磨损切铸铁或v和ac较小切塑性材料时，主要发生这种磨损刀具失效形式：

磨损（正常工作时逐渐产生的损耗）破损（突发的破坏，随机的）刀具磨损形式（1）前刀面磨损切塑性材料，v和ac较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，以最大深度KT表示。（2）后刀面磨损任务一：金属切削加工知识的介绍200切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。刀具磨损的原因（1）磨料磨损低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。（2）粘结磨损中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。（3）扩散磨损切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。（4）化学磨损化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削条件下。（5）热电磨损任务一：金属切削加工知识的介绍201A.小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；B.ISO标准规定以1/2ap处的VB值作为刀具的磨钝标准；在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。粗车碳素钢0.6～0.8粗车铸铁0.8～1.2粗车合金钢0.4～0.5精车碳钢0.1～0.3系统刚性大、HSS，VB值较大；系统刚性小、Y合金，VB值较小C.自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准（2）刀具磨钝标准刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。任务一：金属切削加工知识的介绍202工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，ν对T影响最大。