第二章 数控加工的切削基础1.3

三、主偏角和副偏角一）主偏角的功用和选择

1、主偏角的功用主偏角可影响刀具的耐用度、已加工表面粗糙度以及切削力的大小。主偏角小，则刀头强度高，散热条件好，以加工表面残留面积高度小，参加切削的主切削刃长度长，作用在主切削刃上面的平均负荷小。但是背向力大，切小厚度小，断屑效果差。主偏角较大时，所产生的影响与上述完全相反。2、合理主偏角的选择a.主偏角的选择与加工过程的关系在刚度好的机床上加工冷硬铸铁等高硬度高强度材料时，为减轻刀刃负荷，增加刀尖强度，提高刀具耐用度，一般取比较小的值，κr＝10°～30°反之，工艺系统的刚性差时取较大的主偏角，一般κr＝60°～75°，甚至主偏角κr可以大于90°，以避免加工时工艺系统的振动和弹性变形

二）副偏角的功用和选择1、副偏角的功用主要是减小副切削刃和已加工表面的摩擦。2、副偏角的选择1）一般刀具，在不引起振动的情况下，选较小的副偏角。车、刨刀5-10°2）精加工刀具应更小些，以减小残留面积和表面粗糙度。3)加工高强度、高硬度材料或断续切削，应取较小副偏角，以提高刀尖强度，改善散热条件。4）切断刀、锯片刀、曹铣刀，为保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，只能取很小的副偏角。即1-2°.副偏角的选择原则是，在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。四、刃倾角的选择一）刃倾角的功用

刃倾角主要是影响切屑流向和刀尖强度。当λs为负值时，切屑开始时刀尖与工件后接触，切屑流向已加工表面，并形成长螺卷屑，容易损害加工表面。但切屑流向机床尾座，不会对操作者产生大的影响。在粗加工开始，尤其在断续切削时，可避免冲击，起保护作用。并改善刀具散热条件。当λs为正值，切屑开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕机床的转动部件和划伤已加工表面，影响操作者工作，影响机床的正常运行，对半精、精加工有利。二）.刃倾角的选择原则1）粗加工刀具，可取λs<0°，已使刀具有较高的强度和散热条件，并使刀尖切入工件免受冲击。精加工，可取λs>0°，使切屑流向待加工表面，提高表面质量。2）断续切削、工件表面不规则、冲击大时，应取λs<0°，提高表面质量。3）切削硬度高材料，应取绝对值较大的负刀倾角，使刀具强度足够。4）工艺系统刚性差时，应取λs>0°，以减小背向力，避免切削振动。五、其它几何参数的选择一）负倒棱及其参数选择在粗加工钢和铸铁的硬质合金刀具上，常在主切削刃上刃磨出一个前角为负值的倒棱面，称负倒棱。作用是增加刀刃强度，改善刃部散热条件，避免崩刃并提高刀具耐用度。由于倒棱宽度很窄，它不改变刀具前角的作用。负倒棱参数选择时太小，起不到应有作用；太大会增大切削力和切削变形。一般工件材料强度、硬度高而刀具材料抗弯能力低进给量大时，倒棱宽度和倒棱角绝对值应较大。若ap<0.2mm，f<0.3mm/r，br1=(0.3-0.8)f,ro1=-5°-(-10°），ap>2mm，f<0.7mm/r而,br1=(0.3-0.8)f,ro1=-25°。二）过渡刃及参数选择连接刀具主、副切削刃的刀尖通常刃磨成一段圆弧或直线刃，它们统称过渡刃。在刀具上刃磨过渡刃有利于加强刀尖的强度，改善散热条件，提高刀具耐用度，减小已加工表面粗糙度和提高已加工表面质量。直线过渡刃多用在粗加工或强力切削车刀、切断刀及钻头等多刃刀具上。过渡刃偏角=Kr/2，过渡刃长度=（0.2-0.25）ap。圆弧过渡刃多用在精加工刀具上，减小已加工表面粗糙度，提高刀具耐用度。圆弧半径=0.5-5mm，硬质合金刀具可取0.2-2mm第三节金属切削过程基本规律及应用一、切屑的形成及种类一）切屑的形成过程切屑形成的过程是金属层变形的过程。为揭示金属切削的变形过程，把切削区域划分为三个变形区。1.第一变形区：又为剪切滑移区，其变形宽度很窄，只有0.02-0.2mm.2.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，使靠近前面处的金属再次产生剪切变形，使其切屑底层出现薄薄的一层滞留层，滞留层的变形程度较大。3.第三变形区：是刀具后刀面和工件的接触区。切屑底层和前刀面间的挤压摩擦，使切屑底层的金属晶粒纤维化而拉长在切削刃口处被分两部分：一部分随切屑沿前刀面流出，一部分沿后刀面流出形成已加工表面。此变形影响工件的表面质量及使用性能。切削形成的过程弹性变形—塑性变形---挤裂2.切屑的种类二、积屑瘤一）积屑瘤的现象

在中速或者低速时，紧靠切削刃的前刀面上黏结一硬度很高的楔形金属块，并包围切削刃和部分前刀面，这块楔形金属就称为积屑瘤。

由于高温，晶格发生畸变，虽然化学成分和被切金属相同，但是硬度却高了2～4倍。

二）积屑瘤的形成过程积屑瘤的形成分为两步：瘤核形成—--瘤长大。在切积屑削过程中，由于刀和屑间摩擦使前刀面和切屑底层都是刚形成的新表面，它们之间的粘附能力较强。在一定的切削条件（压力和温度）下，前刀面和切屑底层发生粘结，在此基础上逐层积聚、粘合、最后长成积瘤。积屑瘤的产生、成长和脱落过程是在短时间完成的，并且周期性的不断出现。三）积屑瘤对切削过程的影响

（1）增大前角积瘤屑粘附在前刀面上，增大了刀具的实际前角，最高有30°左右前角，减小切削变形，减小切削力，对切削过程有积极的作用。切削瘤的高度Hb

越大，实际刀具前角也越大，切削更容易。

（2）实际切削厚度增大积瘤屑前端伸出切削刃外，影响加工尺寸。

（3）加工后的表面粗糙度增大积瘤屑一部分粘附切屑底部排出，一部分留在已加工表面粘附在切削刃上，使实际切削刃呈不规则曲线，导致在已加工表面沿主运动方向刻出不平整的纵向沟纹。

（4）切削刀具的耐用度降低积瘤屑包围切削刃，同时覆盖着一部分前刀面，切削刃和前刀面得到积瘤屑的保护，减小刀具磨损，但在积瘤屑不稳定下使用硬质合金刀具，积瘤屑的破裂能使刀具颗粒剥落，使刀具磨损加剧。四）积屑瘤的防止方法

（1）控制切削速度从而控制切削温度，温度控制在300°以下或380°以上，可减少积瘤屑的生成。

（2）适当降低进给量，减少刀与屑的接触长度。

（3）增大前角，减小前刀面上的摩擦，减小积瘤屑生成基础。前角增大35°，一般不产生积瘤屑。

（4）采用润滑性能良好的切削液。（5）提高工件材料的硬度、降低塑性。

三、切削力切削力-刀具在切削过程中克服加工阻力（金属的各种变形抗力和摩擦阻力）所需的力

。一）、切削力的来源切削力主要由以下几个方面产生：

①克服被加工材料对弹性变形的抗力

②克服被加工材料对塑性变形的抗力

③克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面和已加工表面间的摩擦力。二）影响切削力的主要因素1、工件材料的影响工件的硬度、强度越高，材料剪切屈服强度越高，切削力越大。在材料硬度、强度相近时，塑性、韧性越大，则切削力越大。2、切削用量的影响1）背吃刀量和进给量背吃刀量和进给量加大，切削面积增大，变形抗力和摩擦阻力增大，则切削力增大。2）切削速度切削脆性材料，切屑和前刀面摩擦小，对切削力无明显影响，对塑性材料，当切削速度低时，积瘤屑增高，切削力减小，随速度的增加，积瘤屑逐渐消失，前角减小而切削力逐渐增大，速度再增大，切削温度升高，切削变形减小，摩擦力减小，则切削力减小，当速度达定值后再增大，切削力变化减缓，逐渐稳定。二）影响切削力的主要因素3）刀具的几何角度的影响前角增大，被切金属变形减小，切削力减小。加工塑性材料，前角加大则切削力减小的多。主偏角对切削力影响较大；刃倾角对主切削力影响很小，对背向力、进给抗力影响显著。4）刀具磨损的影响刀具的后刀面磨损后，形成零后角，刀刃变钝，切削力增大。5）切削液的影响润滑切削液减小刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面摩擦，能显著降低切削热与切削温度1.切削热

切削过程中的功耗都转化为切削热，金属的切削加工中将会产生大量切削热，切削热又影响到刀具前刀面的摩擦系数，积屑瘤的形成与消退，加工精度与加工表面质量、刀具寿命等

切削热通过切屑、刀具、工件和周围的介质传散。

切削速度越高、切削厚度越大，则切削带走的热量热多。2.切削温度切削温度是指切削区的平均温度，即切屑、工件和刀具接触区的平均温度。切削温度的影响因素：

a.切削用量切削速度高，切屑底面与前刀面摩擦加剧，切削温度明显提升。进给量大单位时间金属切削量大，切削温度上升；背吃刀量对温度影响很小。b.刀具几何角度（前角γo与主偏角κr）前角大，产生切削热少，切削温度低。c.工件材料（强度、硬度和导热系数）工件材料硬，产生切削热大，切削温度高，工件材料导热系数大，传热量多，温度低。d.切削液（导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度）

e.刀具的磨损刀具磨损的后角基本为零，使工件与刀具摩擦加大，切削热增多。

刀具磨损和刀具耐用度1.刀具失效-刀具在使用过程中丧失切削能力的现象。失效分正常磨损和破损两类。

a.刀具破损（刀具选择使用不当及操作失误造成）脆性破损（由冲击振动造成的刀具崩刃、粹断和由变力疲劳而造成的刀面裂纹、剥落现象）塑性破损（高温切削塑性材料或超负荷切削时，因摩擦及高温作用产生固态相变和塑性变形）b.刀具磨损（正常失效形式，可以通过重磨修复）前面磨损（塑性材料加工）后面磨损（脆性材料加工）边界磨损（塑性材料加工中）刀具实效和刀具耐用度1.刀具的磨损过程a.初期磨损阶段（磨损较快，磨损量与刀具刃磨质量磨损速度有关）

b.正常磨损阶段（磨损速度较慢，磨损量随时间的增加均匀增加，切削稳定，是刀具的有效工作阶段）

c.急剧磨损阶段（刀具变钝后继续切削则温度剧增，切削力也增大，故刀具磨损加剧）刀具失效和刀具耐用度2.刀具的磨钝标准刀具磨损到一定程度，将不能使用，这个限度称为磨钝标准。

一般以刀具表面的磨损量作为衡量刀具磨钝标准。因为刀具后刀面的磨损容易测量，所以国际标准中规定以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准。

刀具失效和刀具耐用度3.刀具的耐用度1）刀具的耐用度指从刀具刃磨后开始切削，一直刀磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间，用T表示。单位秒。2）影响因素

a.切削用量（速度、进给量、背吃刀量）速度、进给量、背吃刀量增大，刀具耐用度减小，且速度影响最大，进给量次之，背吃刀量最小。

b.刀具几何参数（前角，主偏角）前角增大，切削力减小，切削温度降低，耐用度提高；但前角太大会使楔角太小，刀具强度减弱，散热差且易磨损，刀具耐用度下降。主偏角减小，刀尖强度提高，改善散热条件，提高刀具耐用度，但主偏角过大，则背向力增大，对刚性差的工艺系统，切削时易引起振动。减小副偏角其耐用度影响与主偏角同。

c.刀具材料刀具材料高温强度越高，耐磨性越好，刀具耐用度越高。但在有冲击切削、重型切削和难加工材料切削时，冲击韧性和抗弯强度时影响刀具耐用度的主