机械制造课件

1.1金属切削基本知识

金属切削加工要切除工件上多余的金属，形成已加工表面，必须具备两个基本条件：切削运动(造型运动)和刀具(几何形态)。造型运动的复杂程度将影响机床的结构。刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度，同时也会促进刀具材料、刀具制造工艺的发展。

金属切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。成形车刀播放1.1切削运动与切削要素

1.切削运动播放切削运动和加工表面播放（1）主运动由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动，它使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切屑,从而形成工件的新表面。在切削运动中，主运动速度最高、耗功最大，是切下切屑所必须的基本运动。①主运动方向

切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。②切削速度vc

切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。

计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高的点进行计算。主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定式中：d-工件或刀具的最大直径（mm）

n-工件或刀具的转速(r/min)(m/min)

刀具与工件之间附加的相对运动,它配合主运动依次地或连续不断地切除切屑,从而形成具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可由刀具完成(如车削)，也可由工件完成（(如铣削），可以是间歇的（如刨削）,也可以是连续的（如车削）。

（2）进给运动①进给运动方向

切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。②进给速度vf

切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。

主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。（3）合成切削运动图2.1各种切削加工的切削运动切削刃相对于工件的运动过程,就是表面形成过程。在这个过程中,切削刃相对于工件的运动轨迹面就是工件上的加工表面和已加工表面。有两个要素，一是切削刃,二是切削运动。不同的切削运动的组合,即可形成各种工件表面。2．切削加工过程中的工件表面

车削加工是一种最常见的、典型的切削加工方法。车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面（图2-2）。（1）待加工表面工件上待切除的表面。（2）已加工表面工件上经刀具切削后产生的新表面。（3）过渡表面工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。3、切削要素切削要素主要指控制切削过程的切削用量要素和在切削过程中由余量变成切屑的切削层参数。（1）切削用量要素①切削速度对切削运动定量描述的重要指标之一。外圆车削的切削速度为vc

=πdwn/1000m/min

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）。式中：—为进给速度

—为每齿进给量②进给量

对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进给量fz，单位为mm/z或mm/齿。

车削时进给速度vf可由下式计算：vf=fn铣削时进给速度为：vf=fn=zfzn合成切削速度ve可表达为：ve=vc+vf它与进给量f

的关系为：

f=zfz

式中:-工件上待加工表面直径（mm）

-工件上已加工表面直径（mm）

③背吃刀量ap

(mm)vc、f、ap

构成了普通外圆车削的切削用量三要素。材料切除率，用Qz表示三要素的乘积作为衡量指标，单位为mm3/min，Qz=1000vcfap（2）切削层参数

切削层是指在切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层（图2－3）。①切削层公称厚度hD

垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。

hD＝fsinKr②切削层公称宽度bD

平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切层参数。bD＝ap／sinKr图2－3车削时的切削层尺寸

垂直于过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称厚度（以下简称为切削厚度）。切削层公称厚度

沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称宽度（以下简称为切削宽度）。切削层公称宽度

切削层在切削层尺寸度量平面内的横截面积称为切削层公称横截面积（以下简称为切削面积）。切削层公称横截面积1.2刀具切削部分几何参数（一）刀具结构

由工作部分和非工作部分构成。

不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参数。（1)前刀面Aγ

切屑流过的刀面。1.刀面（2)主后刀面Aα

与工件正在被切削加工的表面（过渡表面）相对的刀面。（3)副后刀面A’α

与工件已切削加工的表面相对的刀面。刀具切削部分的基本定义图2－4图2－4车刀的结构

2.刀刃（1）主切削刃S

前刀面与主后刀面在空间的交线。（2）副切削刃S’

前刀面与副后刀面在空间的交线。

3．刀尖

三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重要参数。用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参考系;参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作参考系两类。

（二）定义刀具角度的参考系

在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参考系称为刀具静止参考系或标注角度参考系。1．刀具静止参考系在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。

静止参考系中最常用的刀具标注角度参考系是正交平面参考系,其它参考系有法平面参考系、假定工作平面参考系等。

主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）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。切削平面Ps基面Pr图2-5车刀主剖面坐标系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。

2.正交平面参考系

图刀具角度动画演示播放

图正交平面参考系1）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。Aκr′A向f图车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr（1）基面中测量的刀具角度（三）刀具的标注角度κr′AA向f图车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）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。κr′3）主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀尖的几何形状,用刀尖圆弧半径rε描述，当rε=0时为尖角过渡，rε＞0时为圆角过渡，直线过渡时用κε

和bε参数描述。1）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。Aκr′A向f图车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ0（2）正交平面中测量的刀具角度Aκr′A向f图车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）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。α01）刃倾角λs——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。（3）切削平面中测量的刀具角度

图2－6车刀的主要角度（四）刀具工作角度

刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。1．刀具工作参考系的建立

与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相似，不同点就在于它以合成切削运动υe或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面pre。由于工作基面的变化，将带来工作切削平面pse的变化，从而导致工作前角γoe、工作后角αoe

的变化。刀具工作参考系的组成（1）工作基面pre

通过切削刃上的考查点，垂直于合成切削运动速度方向的平面。（2）工作切削平面pse

通过切削刃上的考查点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。（3）工作正交平面poe

通过切削刃上的考查点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。2．刀具工作角度的分析

在工作正交平面参考系中，一般考核刀具工作角度(γoe

、αoe

、κre、κ’re、α’oe

、λse)的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况。

在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。1）横向进给运动对工作前、后角的影响（图）（1）进给运动对工作前、后角的影响2）轴向进给运动对工作前、后角的影响

轴向进给车外圆时，合成切削运动产生的加工轨迹是阿基米德螺旋线，从而使工作前角γoe增大、工作后角αoe减小(图2-10)

。

式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。横切（图）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPes图切断刀的工作角度fxα0（2-1）（2-3）（1）进给运动对工作前、后角的影响

纵切（图2-10）

在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：在主剖面内：（2-4）O—OμffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小。若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情况正好相反。加工内表面时，情况与加工外表面相反。（2）刀具安装位置对刀具工作角度的影响1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响图2－12◆刀具安装对工作角度的影响图2-12车刀安装高度对工作角度的影响γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr

当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小。如图所示。2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响1.3刀具材料

刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配的刀具材料。因此，金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。

金属切削过程中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切削性能评估的三要素。1.3.1刀具材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性；一般要求HRC60以上（2）足够的强度和韧性；（3）高的耐热性与化学稳定性；（4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性；（5）导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。第二章制造工艺装备

1.3.2常用刀具材料工具钢硬质合金高速钢超硬刀具材料图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）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图刀具材料的耐磨性与断裂韧性图刀具切削照片1)高速钢它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。热处理后硬度可达62～66HRC,抗弯强度约3.3GPa，有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在500～650℃时仍能进行切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。按用途可分为：通用高速钢和高性能高速钢。按制造工艺可分为:

熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为:

钨系和钼系。

（1）高速钢的分类

（2）常用高速钢的牌号与性能通用型高速钢

W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。高性能高速钢

高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达67～70HRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型牌号有M42、5O1。粉末冶金高速钢

粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸（滚刀、插齿刀）刀具、复杂成形刀具、拉刀等。高速钢的主要物理力学性能见表2-1(15页)。表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广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18Cr4V用于制造对韧性要求不高，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用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵

硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。硬质合金刀具常温硬度为89～93HRA，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～1000°C。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5～10倍。

2)硬质合金常用硬质合金的牌号及其性能

（1）钨钴类硬质合金代号为YG，属K类。合金中含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。YG（K）类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。

（2）钨钛钴类硬质合金代号为YT，属P类。它以WC为基体,添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于切削切屑一般呈带状的普通碳素钢及合金钢等塑性材料。

（3）钨钛钽（铌）类硬质合金代号为YW，属M类。它在YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等。它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。常用硬质合金的牌号与性能见表2-2(18页)。表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3)涂层刀具材料（1）TiC涂层

硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。（2）TiN涂层

在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。

在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al203及其复合材料等,涂层厚度随刀具材料不同而异。（3）TiC—TiN复合涂层

第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂TiN,减少表面层与工件间的摩擦。（4）TiC-Al203复合涂层

第一层涂TiC,与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。

目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。4)其它刀具材料（1）陶瓷刀具材料

以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。其优点是硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强；其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。（2）金刚石刀具材料碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。由于硬度极高，耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤，可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达65～70HRC的材料。也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。（3）立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一种人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转化而成。它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在1300℃时不易起化学反应，导热性好，摩擦系数低。因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。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表普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比2.1.1金属切削过程一、切屑的形成过程1．切削变形的力学本质

切削金属形成切屑的过程是一个类似于金属材料受挤压作用，产生塑性变形进而产生剪切滑移的变形过程。

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。FABOM45°a）正挤压FABOM45°b）偏挤压OMFc）切削

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

切削：与偏挤压情况类似。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。图2-20金属挤压与切削比较挤压与切削2．切屑形成过程模型图切屑形成过程模型动画3.切削变形区的划分

根据实验时的切削层变形图片可绘制如图2-21所示的切削变形模型，其变形大致可分为三个变形区。图2－21金属切削过程中的滑移线和流线示意图

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。图3-5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。

实验表明，切屑的形成过程是被切削层金属受到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力达到金属材料屈服强度时，产生塑性变形。切屑的变形和形成过程如图2-22所示。4.切屑的形成过程图2－22第一变形区金属的滑移图晶粒滑移示意图图2－23滑移与晶粒的伸长在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层金属沿滑移面的剪切变形，并伴有加工硬化现象。切削层金属沿滑移面的剪切变形，从金属晶体结构的角度来看，就是沿晶格中晶面所进行的滑移。金属材料的晶粒，可假定为圆形颗粒。晶粒在到达始滑移线OA之前，仅产生弹性变形，晶粒不呈方向性，仍为圆形（图）。晶粒进入第一变形区后，因受剪应力作用产生滑移，致使晶粒变为椭圆形。椭圆的长轴方向就是晶粒伸长的方向或金属纤维化的方向，它与剪切面的方向不重合，两者之间成一夹角Ψ（图2-23）。切屑形成本质切屑根部金相照片带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑四、切屑的类型带状切屑最常见的屑型之一（图）。外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。形成条件：一般加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，会得到此类切屑。优点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。缺点：紊乱状切屑缠绕在刀具或工件上影响加工过程。挤裂(节状)切屑

外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。

形成条件：这类切屑之所以呈锯齿形，是由于它的第一变形区较宽，在剪切滑移过程中滑移量较大。大多在低速、大进给、切削厚度较大、刀具前角较小时产生(图)。单元(粒状)切屑在挤裂(节状)切屑产生的前提下,当进一步降低切削速度，增大进给量，减小前角时则出现单元(粒状)切屑(图)。崩碎切屑切削脆性金属(铸铁)时，常见的呈不规则细粒状的切屑。产生这种切屑会使切削过程不平稳，易损坏刀具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、进给量越大则越容易产生这种切屑(图)。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，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑表2-1切屑类型及形成条件三、前面上的挤压与摩擦与积屑瘤1.作用在切屑上的力刀具与切屑之间的作用力分析如图2-24所示。在直角自由切削的前提下，作用在切屑上的力有：前面对其作用的法向力Fn和摩擦力Ff，剪切面上的剪切力Fs和法向力Fns,两对力的合力分别为Fr

和Fr′。假设这两个合力相互平衡（严格地讲，这两个合力不共线，有一个使切屑弯曲的力矩），Fr称为切屑形成力，φ是剪切角；β是Fn与Fr之间的夹角，称为摩擦角；γo是刀具前角。

图2－24作用在切屑上的力

a)

切屑受到来自工件和刀具的作用力

b)

切屑作为隔离体的受力分析

粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。

图切屑与前刀面的摩擦

在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。

滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。lfolfi两个摩擦区

2.前刀面上的摩擦刀屑接触面间有二个摩擦区域：粘结(内摩擦)区和滑动(外摩擦)区。在粘结区，切屑的底层与前刀面呈现冷焊状态，切屑与前面之间不是一般的外摩擦，而是内摩擦，这时切屑底层的流速要比上层缓慢得多，从而在切屑底部形成一个滞流层。所谓“内摩擦”就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩擦，这种内摩擦也就是金属内部的剪切滑移。其摩擦力的大小与材料的流动应力特性及粘结面积的大小有关。切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑间的摩擦仅为外摩擦。金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑内摩擦。

图2－25切屑和前面摩擦情况示意图平均摩擦系数3.积屑瘤的形成及其对切削过程的影响

在中低速切削塑性金属材料时,常在刀具前面刃口处粘结一些工件材料,形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。

产生这种现象，是切屑的底层与前刀面呈现冷焊状态，而使滞流层金属不断堆积的结果。

积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化程度有关，也与刀刃前区的温度和压力状况有关。

3）影响积屑瘤的因素2）积屑瘤的形成原因1）什么是积屑瘤图积屑瘤高度与切削速度关系示意图4）积屑瘤对切削过程的影响

实际前角增大（图2-27）；增大切削厚度（图2-27）；使加工表面粗糙度增大；对刀具寿命的影响。

一般积屑瘤对切削加工过程的影响是不利的，在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生，但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。图2－27积屑瘤前角和伸出量采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc＜3m/min和较高速度vc≥60m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤；采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少；适当减少进给量、增大刀具前角；适当提高工件材料的硬度；提高刀具的刃磨质量；合理调节各切削参数间关系，以防止形成中温区域。5）抑制或消除积屑瘤的措施切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变形系数，用ΛkD

表示，ΛkD=ach/ac

；而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变形系数，用Λkl表示，Λkl

=lc/lch。根据体积不变原理,则ΛkD＝Λkl＝Λk

。变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。1.变形系数Λk四、切削变形程度的表示方法图φ角与剪切面面积的关系图2-28变形系数ξ的求法2.剪切角φ图

剪切面pφ与切削速度(主运动)方向之间的夹角称为剪切角，用φ表示

剪切角φ↑→剪切面积↓→变形程度↓→切削力↓。

图2－24作用在切屑上的力

a)

切屑受到来自工件和刀具的作用力

b)

切屑作为隔离体的受力分析tgβ为刀面上的平均摩擦系数剪切角与摩擦角的关系刀具前角增大,剪切角增大,变形减小摩擦增大,剪切角减小,变形增大五、影响切削变形的主要因素1.工件材料的力学性能对切削变形的影响2.切削速度对切削变形的影响3.进给量对切屑变形的影响进给量f↑，切削层厚度hD↑，切屑的平均变形↓，变形系数Λh↓。4.刀具前角对切削变形的影响大前角的刀具切削，刀刃锋利，切屑流动阻力小，切屑变形小，切削省力。第四节

切削力一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率

切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力。1.切削力的来源切削力来自于金属切削过程中克服被加工材料的弹、塑性变形抗力和摩擦阻力（图2-32）。图2-32切削力的来源2.切削力的分解

通常将合力F分解为相互垂直的三个分力：切削力Fc

、进给力Ff

、背向力

Fp

(图2-33)。切削力Fc（旧称主切削力，用Fz表示）——总切削力在主运动方向的分力，是计算机床切削功率、选配机床电机、校核机床主轴、设计机床部件及计算刀具强度等必不可少的参数。背向力Fp进给力Ff旧称径向分力，用Fy表示——背向力在垂直于工作平面方向的分力，是进行加工精度分析、计算工艺系统刚度以及分析工艺系统振动时，所必须的参数。旧称轴向分力，用Fx表示——进给力在进给方向的分力，是设计、校核机床进给机构，计算机床进给功率不可缺少的参数图2-33切削力的分解计算切削功率Pc是用于核算加工成本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机床主电动机功率。主运动消耗的切削功率Pc＝Fcυc/60×10-3

（kW）机床电机功率PE=Pc／ηm（ηm＝0.75～0.85）。

3．切削功率切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算，另一类是按单位切削力进行计算。在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。不同的加工方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册中查得。车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表。若已知单位切削力kc

，即可求得单位切削功率ps。表3-1为硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功率。实际切削条件与表中不符时,必须引入修正系数加以修正，有关修正系数可参见相关手册。在实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。

二、切削力的实验公式切削力的指数公式(经验公式)：第三章切削过程及控制三、影响切削力的因素1.工件材料影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。2.切削用量进给量f和背吃刀量ap

进给量f和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加，但影响程度不同。进给量f

增大时，切削力有所增加；而背吃刀量ap增大时，切削刃上的切削负荷也随之增大，即切削变形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。切削速度在5～20m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小；切削速度继续在20～35m/min范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加；在切削速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时，切削力无明显变化。在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度υc

对切削力Fc无明显的影响。在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。

切削速度υc

前角的影响:γo↑→切削变形↓→切削力↓。（塑性材料）负倒棱的影响：（图）负倒棱参数大大提高了正前角刀具的刃口强度，但同时也增加了负倒棱前角(负前角)参加切削的比例，负前角的绝对值↑→切削变形程度↑→切削力↑；主偏角的影响：（图）

FP=FDcosKrFf=FDSinKrKr↑→FP↓,Ff↑刃倾角的影响：（图）

λs↓→FP↑,Ff↓,Fc基本不变刀尖圆弧半径rε↑→切削刃圆弧部分的长度↑→切削变形↑→切削力↑。此外rε增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小，从而使Fp增大、Ff

减小。3.刀具几何参数图负倒棱对切削力的影响kr2Kr’kr1FPFfFD主偏角对切削分力比例的影响图刃倾角对切削力的影响4.刀具磨损5.切削液6.刀具材料

刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着切削力的变化。第五节

切削热和切削温度一、切削热的产生与传导

金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三个热源(图2-35)。在这三个变形区中，刀具克服金属弹、塑性变形抗力所作的功和克服摩擦抗力所作的功，绝大部分转化为切削热。

切削热向切屑、工件、刀具以及周围的介质传导，使它们的温度上升，从而导致切削区内的切削温度上升。图2-35切削热的产生与传导二、切削温度对切削加工过程的影响1.对刀具材料的影响

高速钢刀具材料的耐热性为600℃左右，超过该温度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温800～1000℃时，强度反而更高，韧性更好。因此适当提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，延长刀具寿命。2.对工件尺寸精度的影响

车削工件外圆时，工件受热膨胀，切削后冷却至室温，尺寸变小，特别是在精加工和超精密加工时，切削温度的变化对工件尺寸精度的影响特别大，因此控制好切削温度，是保证加工精度的有效措施。三、切削温度的测定方法

1.自然热电偶法

自然热电偶法是利用工件材料和刀具材料化学成份的不同而构成热电偶的两极，并分别连接测量仪表，组成测量电路，刀具切削工件的切削区域产生高温形成热端，刀具与工件为热电偶冷端，冷、热端之间热电势由仪表（毫伏计）测定。切削温度越高，测得热电势越大，它们之间得对应关系可利用专用装置经标定得到。2.人工热电偶法

人工热电偶法是将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接在刀具或工件需要测定温度的指定点上，冷端通过导线串联在电位差计或毫伏表上。根据仪表上的指示值和热电偶标定曲线，可测得指定点的温度。用自然热电偶测量切削温度人工热电偶测量切削温度四、影响切削温度的因素1.工件材料

材料的强度、硬度越高，则切削抗力越大，消耗的功越多，产生的热就越多；导热系数越小，传散的热越少，切削区的切削温度就越高。2.切削用量

切削温度与切削用量的关系式为：θ＝CθVcZθfyθapxθ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，背吃刀量对切削温度的影响最小。（3）刀具几何参数（4）刀具磨损（5）切削液1)前角γo↑→塑性变形和摩擦↓→切削温度↓（图）。但前角不能太大，否则刀具切削部分的锲角过小，容热、散热体积减小，切削温度反而上升。

2)主偏角κr↑→切削刃工作接触长度↓，切削宽度bD↓，散热条件变差，故切削温度↑（图）。

刀具主后面磨损时，后角减小，后面与工件间摩擦加剧。刃口磨损时，切屑形成过程的塑性变形加剧，使切削温度增大。

利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，减少切削热的产生，也可利用它的冷却功用吸收大量的切削热，所以采用切削液是降低切削温度的重要措施。图前角与切削温度的关系主偏角对切削温度的影响五、切削温度的分布第六节

刀具磨损及刀具寿命一、刀具磨损的形式（1）正常磨损

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（图例）。正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大的磨损。1）前刀面磨损图2-39刀具的磨损形态2）后面磨损

加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（hD＜0．1mm），由于前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损（图例）。3）前面和后面同时磨损

一般在以中等切削用量加工塑性金属材料时会出现这种形式磨损（图例）。4）边界磨损

切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损（图例）。加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。（2）非正常磨损

刀具的非正常磨损是指在切削过程中，刀具的磨损量尚未达到磨钝标准值就突然无法正常使用，即刀具发生破损。1）脆性破损2）塑性破损

在振动、冲击切削条件的作用下，刀具尚未发生明显磨损（VB≤0.1mm），但刀具切削部分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折断、表层剥落、热裂纹等现象，使刀具不能继续工作，这种破损称为脆性破损。切削时，刀具由于高温高压的作用，使刀具前、后刀面的材料发生塑性变形，刀具丧失切削能力，这种破损称为塑性破损。播放播放播放播放播放播放播放针对被加工工件材料和零件的特点，合理选择刀具材料的种类和牌号；合理选择刀具几何参数；保证刀具焊接和刃磨质量，避免因焊接、刃磨不善而带来的各种缺陷。尽量使用机夹可转位不重磨刀具；合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度，避免产生积屑瘤；提高工艺系统的刚性，消除可能产生振动的因素，如加工余量不均匀，表面硬度不均匀，铰刀、铣刀等回转类刀具各刀齿的刃尖不在同一圆周上等现象；采用正确的操作方法，尽量使刀具不承受或少承受突变性的载荷，合理使用切削液，为防止热裂效应，不要断续使用切削液冷却硬质合金、陶瓷等脆性大的刀具材料。防止刀具破损的措施播放二、刀具磨损的原因1.硬质点磨损

2.粘结磨损

3.扩散磨损

切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化物、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，这就是磨料磨损。

切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中产生剪切破坏，带走刀具材料，从而造成粘结磨损。

在切削高温下，使工件与刀具材料中的合金元素在固态下相互扩散置换造成的刀具磨损，称为扩散磨损（5）相变磨损（4）化学磨损

在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨损，称为化学磨损。

当切削温度达到或超过刀具材料的相变温度时，刀具材料中的金相组织将发生变化，硬度显著下降，引起的刀具磨损称为相变磨损。

图切削速度对刀具磨损强度的影响1-硬质点磨损；2-粘结磨损；3-扩散磨损；4-化学磨损三、刀具磨损过程及磨钝标准1.刀具磨损过程初期磨损阶段（Ⅰ）正常磨损阶段（Ⅱ）剧烈磨损阶段（Ⅲ）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。磨钝标准的具体数值可从切削用量手册中查得。图1-43图1-43刀具的磨损过程刀具的磨损量VB和NB

国际标准ISO推荐硬质合金外圆车刀的磨钝标准，可以是以下任何一种：（1）

VB=0.3mm；（2）如果主后刀面为无规则磨损，取VBmax=0.6mm；（3）前面磨损量KT=0.06+0.3f（f为进给量）

在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度VB来制定磨钝标准。规定磨钝标准的两点考虑：①充分利用正常磨损阶段的磨损量，适用于粗加工和半精加工。②根据加工精度和表面质量要求规定磨钝标准。四、刀具寿命及其经验公式1.刀具寿命的定义刀具耐用度（现称刀具寿命）是指一把刃磨好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。2.刀具寿命与切削用量的关系（1）切削速度与刀具寿命的关系各种切削速度下的刀具磨损曲线（图）刀具T—v关系曲线（图1-45），该直线方程为：Lgv=-mlgT+lgA式中，m=tgφ，即该直线的斜率；A—

当T＝1s（或1min）时直线在纵坐标上的截距。V=A/Tm图各种切削速度下的刀具磨损曲线图2－42在双对数坐标上的T—v曲线2）进给量、被吃刀量与刀具寿命的关系f=B/Tnap=C/Tp综合以上三式，可以得到切削用量三要素与寿命的关系：

T-V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。高速钢：m=0.1～0.125；硬质合金：m=0.2～0.3;陶瓷刀具：m=0.4。

用YT15硬质合金车刀切削σb＝0.63GPa的碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系式为：3.刀具寿命的选择原则确定合理刀具寿命的两种方法：最大生产率寿命最低成本寿命

一般情况下，应采用最低成本寿命，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，可采用最大生产率寿命。图图刀具寿命对生产率和加工成本的影响复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、低精度的、单刃的刀具高。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为使切削刃始终处于锋利状态，刀具耐用度可选得低些。对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多刀加工时，刀具耐用度应选得高些，以减少换刀次数，保证整机和整线的可靠工作。精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得高些。大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度应选得高些。刀具几何参数合理选择刀具几何参数能提高刀具寿命。刀具材料刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，合理选用刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具寿命和提高切削速度的重要途径之一。工件材料工件材料的物理力学性能也是影响刀具寿命的重要因素，工件材料的强度、硬度和韧性越高，延伸率越小，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。切削用量4.影响刀具寿命的因素一、工件材料的切削加工性

工件材料的可切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。1.工件材料切削加工性的评定指标1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性；2）以切削力或切削温度衡量加工性；3）以加工表面质量衡量加工性；4）以切屑控制或断屑的难易衡量加工性第七节切削加工条件的合理选择

一般用相对加工性Kv来衡量工件材料的可切削加工性。通常以σb=0.637GPa的45钢的υ60（刀具寿命为60min时所允许的切削速度，用υ60表示）为基准，写作(υ60)j。将其它工件材料的υ60与之相比，其比值即为相对加工性Kv，即Kv=υ60/(υ60)j

当Kv

＞1时，该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv

＞3；当Kv

＜1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金Kv≤0.5，均属难加工材料。2.改善工件材料切削加工性的途径

要改善工件材料的切削加工性，可通过热处理方法，改变材料的金相组织和物理力学性能，也可通过调整材料的化学成分等途径。生产实际中，热处理是常用的处理方法。二、刀具材料的选择

选择合理的刀具材料对切削加工过程极为关键。刀具材料不同，刀具寿命就不同，允许的切削速度也不同。在同一寿命的前提下，所允许的切削速度就不同。或者在同一切削速度下，其各自的寿命不同。切削难加工材料时，不得不降低切削速度。三、刀具几何参数的合理选择1.前角γO

（1）功用γO

刀刃锋利，切屑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γo1Prγo2图前角对切削变形的影响（2）选择

前角大小取决于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。

用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝合金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。

用高速钢刀具则比硬质合金刀具大5～10°；

陶瓷刀具的前角一般取-5～-15°。2.后角αo

（1）功用αo

后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率（2）选择

后角大小取决于：切削厚度、工件材料及工艺系统刚度。切削厚度越大，后角越小；工件材料越软、塑性越大，后角越大；工艺系统刚度较差时，适当减小后角；

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°。3.主偏角κr

和副偏角κr′

（1）功用κr和κr′

刀刃单位负荷表面粗糙度背向力Fp残留面积高度，散热条件刀具寿命，进给力Ffkr1Kr’kr2Κr对刀具散热条件的影响kr1Kr’kr2FpFf主偏角对切削分力的影响（2）选择工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值，有利于降低表面粗糙度；反之取较大值。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。4.刃倾角λs

（1）功用（2）选择

主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。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°。刃倾角影响刀削流动方向刀具几何参数选择举例已知：工件材料为中碳钢的细长轴，加工设备为卧式车床加工要求：粗车外圆。（1)根据工件材料选配硬质合金刀具材料。（2)刀具几何参数选择(图)。四、切削用量的选择1.切削用量的合理选择

合理切削用量是指在保证加工质量的前提下，使刀具的切削性能和机床的动力性能得到充分发挥，并获得高生产率和低加工成本的切削用量。P＝1/tm式中，dw

—

车削前的毛坯直径（mm）；

Lw

—

工件切削部分长度（mm）；

Δ—

加工余量（mm）；

nw

—

工件转速（r/min）。P=A0vfap

（1）切削用量同加工生产率的关系（公式）

利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到如下的结果：1）

f保持不变，ap增至3ap，如仍保持刀具合理的耐用度，则vc必须降低15％，此时生产率P3ap≈2.6P，即生产率提高至2.6倍。2）ap保持不变，f

增至3f，如仍保持刀具合理的耐用度，则vc必须降低32％，此时生产率P3ap≈2P，即生产率提高至2倍。3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。由此可见，增大ap比增大f更有利于提高生产率。（2）选择切削用量的步骤

首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动力和刚性限制条件（粗加工）或加工表面粗糙度的要求（精加工），选取尽可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量。半精加工时，被吃刀量取为0.5～2mm。精加工时，被吃刀量取为0.1～0.4mm1）被吃刀量的选定2）进给量的选定生产实际中多采用查表法确定进给量。粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与刚性、工件的装夹刚度决定。精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。3)切削速度的选定

在ap、f

值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表来选定车削速度。（公式）在生产中选择切削速度的一般原则是：

（1）粗车时，

ap、f

较大，故选择较低的v；精车时，

ap

、f

均较小，故选择较高的v。（2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～30％；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要降低20％～30％；切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高100％～300％；（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。（5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。（6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应适当降低切削速度。（7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。4．切削用量选择举例例：已知工件材料为45钢(热轧)，σb＝0.637GPa。毛坯尺寸φ50mm×350mm，装夹如图所示。加工要求为外圆车削至φ44mm，表面粗糙度Ra3.2μm，加工长度300mm。机床采用CA6140卧式车床。刀具为焊接式硬质合金外圆车刀，刀片材料为Pl0，刀杆截面尺寸为16mm×25mm；几何参数为γo＝15°，αo＝8°，κr＝75°，κr’

=10°，λs=6°，rε=lmm，bγ1＝O.3mm，γ01=-10°。试确定车削外圆的切削用量。（1）粗车工步1）确定背吃刀量ap。因单边加工余量为3mm，所以粗车取ap=2.5mm。2）确定进给量f

。根据工件材料、直径大小，刀杆截面尺寸及已定的粗车背吃刀量ap：从表1-8中查得f＝0.4～0.5mm/r。按机床操作说明书中实有的进给量，取f＝0.51mm/r。3）确定切削速度。切削速度可由式(1-40)计算，也可根据已知条件和已确定的ap、f，值从表1-11中查得vc=90m/min。然后由式(1-41)计算机床主轴转速为按机床说明书选取实际的切削速度为：n=560r/min,实际切削速度为：1）确定背吃刀量ap，取ap＝0.5mm。2）确定进给量f。根据表面粗糙度Ra=3.2μm，刀尖圆弧半径rε=lmm,从表1-9查得(预设vc＞50m／min)，f＝0.30～0.35mm/r，按机床说明书上实有的进给量，确定f=0.30mm/r。3）确定切削速度。根据已知条件和已确定的ap、f值从表1-11中查得vc=130m/min。然后计算出机床主轴转速为(2)半精车工步按说明书选取机床主轴实际转速为900r/min，故实际切削速度为

vc=π(50-5)×900m／min=127.2m／min最终选配的半精车切削用量为：vc＝127.2m/min，f＝0.3mm/r，ap＝0.5mm。采用切削性能更好的新型刀具材料；改善工件材料的切削加工性；改进刀具结构和选配合理刀具几何参数提高刀具的制造和刃磨质量；采用新型的、性能好的切削液和高效的冷却方法。5.提高切削用量的途径五、切削液1.切削液的作用机理

切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀具寿命；减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。（1）切削液的冷却作用（2）切削液的润滑作用

使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，但小于干摩擦。图

图金属间边界润滑摩擦

Ff－摩擦力（3）切削液的清洗作用（4）防锈作用清洗工件、刀具和机床表面的切屑。加入防锈添加剂，工件表面生成氧化膜，起到防锈、防蚀的作用。切削液的添加剂

用以改善在较低温度下切削液的润滑性能。(1)油性添加剂(2)极压添加剂

比油性添加剂能耐较高的温度。

为改善切削液性能所加入的化学物质，称为添加剂。

（3）表面活性剂

由于表面活性剂分子的极性基团和非极性基团可分别溶于水和油，从而把水和油连接起来，即起到乳化作用；此外还能吸附在金属表面上形成润滑膜起润滑作用。2.切削液的分类水溶液乳化液水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。（2）水溶性切削液

切削油固体润滑剂非溶性切削液主要起润滑作用。（1）非水溶性切削液3.切削液的选用按工件材料选用加工钢等塑性材料时，需要切削液；加工铸铁等脆性材料时，不用切削液。按刀具材料选用

高速钢刀具耐热性差，粗加工时应选用以冷却作用为主的切削液，以降低切削温度；在精加工时应使用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，以提高加工表面质量。硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削液；按加工方法选用

对半封闭、封闭加工，选用极压乳化液或极压切削油，以对切削区进行冷却、润滑和对切屑冲洗。磨削加工时，由于磨削区温度很高，磨屑会破坏已磨削表面质量,要求切削液具有良好的冷却、清洗、排屑和防锈性能，一般选用乳化液。磨削是机械加工中使用最广泛的精加工方法加工精度：IT6-IT4,Ra1.25-0.01μm，甚至可达0.008μm磨削对各种工件材料和多种几何表面具有广泛的适应性各种表面：内孔，外圆，平面，螺纹，齿轮，花键，导轨，成形面，等一般金属材料：钢材、铸铁等难切削超硬材料:淬火钢、硬质合金等非金属材料：木材、橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、石材等现代加工中，开始把磨削扩大到粗加工领域，极大地提高了产品质量砂轮是磨削加工中使用最广泛的磨具第八节

砂轮砂轮是一种用结合剂把磨料颗粒粘结在一起后经过焙烧、车整而成，具有很多气孔，用磨料进行切削的刀具。由六大要素组成磨料粒度硬度结合剂组织形状1.磨料磨料是砂轮的主要成分天然磨料：金刚砂，天然刚玉，金刚石（性质因产地不同而变化）人造磨料（主要使用）常用磨料分五类刚玉系Al2O3棕刚玉A(棕褐色）白刚玉WA(白色)铬刚玉PA（玫瑰红色）碳化硅系SiC黑色碳化硅C(黑色）绿色碳化硅GC(绿色)碳化硼系金刚石系CBN系直接担负切削工作。2.粒度