第一章机械加工基础知识.pdf
机械加工工艺基础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机械制造的加工方法1.材料成形法材料成形法：铸造锻造注塑成形2.材料累积法材料累积法：焊接粘接快速原型铆接3.材料去除法材料去除法：机械力去除机械力去除热能去除化学能去除光能去除传统方法特种加工特种加工一、零件表面的形成一、零件表面的形成1.零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：（1）旋转表面（2）纵向表面（3）特形表面一、零件表面的形成一、零件表面的形成（1）旋转表面（2）纵向表面（3）特形表面一、零件表面的形成一、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：（a）轨迹法（b）成形法（c）相切法（d）展成法一、零件表面的形成一、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。复合成形运动复合成形运动成形运动的种类成形运动的种类 简单成形运动简单成形运动：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 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。特点特点三、切削用量三、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 =d 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。进给速度进给速度Vf =fn=fz zn三、切削用量三、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，2wmpdda四、切削层参数四、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、切削层参数四、切削层参数3）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，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 削层尺寸平面中测量，2）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，sinpDrabksinpDrabksinDrhfksinDrhfkDDDpAhbf a1.1切削运动及切削要素切削运动及切削要素cvf1.切削表面待加工表面已加工表面过渡表面2.切削运动主运动进给运动3.切削用量切削速度进给量背吃刀量4.切削要素切削用量 三要素切削层参数pa,DDDAbh1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料一、切削刀具一、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、刀具材料二、刀具材料一、切削刀具一、切削刀具夹持部分切削部分夹持部分夹持部分切削部分切削部分1.车刀的组成1.车刀的组成1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成1）前刀面1）前刀面切屑沿其流出的刀具表面切屑沿其流出的刀具表面2）主后刀面2）主后刀面与工件上过渡表面相对的刀具表面与工件上过渡表面相对的刀具表面3）副后刀面3）副后刀面与工件上已加工表面相对的刀具表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三面两刃一尖1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成4）主切削刃4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线前刀面与主后刀面的交线5）副切削刃5）副切削刃前刀面与副后刀面的交线前刀面与副后刀面的交线6）刀尖6）刀尖连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃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副后面刀尖三面两刃一尖三面两刃一尖2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度刀具刀具静止静止参考系参考系刀具刀具工作工作参考系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）刀具静止静止参考系参考系（刀具标注角度参考系） 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设计、制造、刃磨和测量几何参数时用；刀具静止参考系刀具静止参考系1）基面）基面rp过切削刃选定 点、垂直于该 点假定主运动 方向的平面。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2）切削平面sp过切削刃选定 点，与切削刃 相切并垂直于 基面的平面。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）正交平面oprsoppp组成一个正交平面参考系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）假定工作平面fp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。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）刀具的主要角度正交平面正交平面参考系内的标注角度参考系内的标注角度rsoppp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 内的标注角度前角前角o：在正交平面内度量的前刀面与基面的夹角。后角后角o ：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 的选用原则a)前角 的选用原则oa)前角 的选用原则a)前角 的选用原则选用选用o工件材料、刀具材料和加工性质工件材料、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；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。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。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；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； 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；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；工件材料越软、塑性越大，后角越大；b）后角 的选用原则b）后角 的选用原则oo后刀面与工件的摩擦后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率后刀面的磨损率功用选用选用在切削平面Ps 内的标注角度刃倾角刃倾角s：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。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：粗车加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车s s 05，精车 05，精车s s 0 +5； 有冲击时： 0 +5； 有冲击时：s s 515；特别大时： 515；特别大时：s s 3045。 3045。切削加工高强度钢、冷硬钢时：切削加工高强度钢、冷硬钢时：s s 3045。3045。加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车s s 05，精车 05，精车s s 0 +5；有冲击时： 0 +5；有冲击时：s s 515；特别大时： 515；特别大时：s s 3045。 3045。切削加工高强度钢、冷硬钢时：切削加工高强度钢、冷硬钢时：s s 3045。3045。c）刃倾角 的选用原则c）刃倾角 的选用原则s功用选用选用在基面Pr 内的标注角度主偏角主偏角r r ：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 内的标注角度副偏角 副偏角 ：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。副切削刃在基面内的投影与进给运动反方向之间的夹角。r讨论:(1)主偏角对切削层的形状和参数的影响讨论:(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，当背吃刀量和进给量一定时，主偏角主偏角愈小愈小，切削层公称，切削层公称宽度 愈大宽度 愈大，而公称厚度，而公称厚度愈小愈小，切下的切屑，切下的切屑宽而薄宽而薄主切削刃单位长度上的主切削刃单位长度上的负荷小负荷小，散热条件，散热条件好好，刀具寿命，刀具寿命高高(2)(2)主偏角对残留面积的影响主偏角对残留面积的影响主偏角对残留面积的影响主偏角对残留面积的影响主、副偏角主、副偏角小小时，残留面积时，残留面积小小，表面粗糙度值，表面粗糙度值小小。d）主、副角 、 的选用原则d）主、副角 、 的选用原则rrr r 和和r r 刀刃强度刀刃强度表面粗糙度表面粗糙度背向力F背向力Fp p残留面积高度残留面积高度，散热条件，散热条件刀具寿命刀具寿命，工件易变形，工件易变形功用选用选用一般车刀常用的主偏角有45，60 ，75,90 度等几种。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。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。一般车刀常用的主偏角有45，60 ，75,90 度等几种。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。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 、 的选用原则d）主、副角 、 的选用原则rr（3）刀具的工作角度）刀具的工作角度a)刀尖安装高低对工作前、后角的影响刀尖安装高低对工作前、后角的影响偏高偏高工作前角工作前角oeooeo工作后角工作后角等高等高偏低偏低 如果刀尖如果刀尖高于高于工件回转轴线时，则工作工件回转轴线时，则工作前角 增大 前角 增大 ，而工作，而工作后角减小 后角减小 。 如果刀尖如果刀尖低于低于工件回转轴线时，则工作工件回转轴线时，则工作前角 减少 前角 减少 ，而工作，而工作后角增大 后角增大 。oeooeooeooeooeooeo（3）刀具的工作角度）刀具的工作角度b)刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响主偏角主偏角rerrer右偏斜右偏斜副偏角副偏角（3）刀具的工作角度）刀具的工作角度b)刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响主偏角副偏角主偏角副偏角rer不偏斜不偏斜rer主偏角副偏角主偏角副偏角rerrer3.刀具结构刀具结构刀具种类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、拉刀等车刀种类车刀种类按用途分车刀种类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常用高速钢制造切削部分和夹持部分材料相同材料消耗大，应用较少焊接式结构简单、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。1）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。2）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。优点：优点：缺点缺点：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。可避免焊接引起的缺陷，刀杆可重复使用。缺点缺点： 结构较复杂，刀片重磨时仍有可能产生应力和裂纹。优点优点：机夹可转位式 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。优点优点： 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.多齿刀具多齿刀具(1)麻花钻(1)麻花钻(1)麻花钻(1)麻花钻 柄部 颈部 工作部分a.导向部分：导向、修光孔壁、排切屑和 输送切削冷却液b.切削部分：承担主要切削工作前刀面前刀面：螺旋槽的螺旋面。螺旋槽的螺旋面。主后刀面：主后刀面：与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面。与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面。副后刀面：副后刀面：与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。主切削刃：主切削刃：螺旋槽与主后刀面的两条交线。螺旋槽与主后刀面的两条交线。副切削刃：副切削刃：棱边（刃带）与螺旋槽的两条交线棱边（刃带）与螺旋槽的两条交线横刃：横刃：两后刀面在钻心处的交线。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(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(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、刀具材料二、刀具材料1.刀具材料应具备的1.刀具材料应具备的性能性能：（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刀具材料的常温硬度一般在60HRC60HRC以上。以上。 一般刀具一般刀具硬度硬度越高，越高，耐磨性耐磨性越好。越好。 刀具金相组织中刀具金相组织中硬质点硬质点（如碳化物、氮化物等）越 多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具（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。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，在背吃刀量如车削45钢，在背吃刀量a ap p 4，进给量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的4，进给量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的切削力达到 4000N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。，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 称热硬性热硬性。 刀具材料刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，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工艺性，如锻 造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功 能。，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，要考虑经济效果考虑经济效果，以降低，以降低生产成本生产成本。（4）良好的工艺性和经济性2.常用的刀具材料2.常用的刀具材料（1）高速钢）高速钢高速钢是一种含有高速钢是一种含有W、Cr、VW、Cr、V等合金元素 较多的工具钢等合金元素 较多的工具钢性质：高速钢具有良好的热稳定性高速钢具有较高强度和韧性高速钢具有一定的硬度性质：高速钢具有良好的热稳定性高速钢具有较高强度和韧性高速钢具有一定的硬度(6370HRC) 和耐磨性和耐磨性a)普通高速钢（如：普通高速钢（如：W18Cr4V）优点优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。缺点缺点：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。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)高性能高速钢高性能高速钢在普通高速钢的基础上增加在普通高速钢的基础上增加Co、VCo、V等合金元素。等合金元素。优点优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速 钢的1.53倍 。：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速 钢的1.53倍 。缺点缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨 削加工性差。：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）硬质合金硬质合金是由难熔硬质合金是由难熔金属碳化物金属碳化物和和金属粘结剂 金属粘结剂 经粉末冶金方法制成。经粉末冶金方法制成。优点优点：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。：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。：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：性能特点：（2）硬质合金（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3. 新型刀具材料涂层刀具材料涂层刀具材料涂层刀具材料涂层刀具材料 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。 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陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 按化学成分可分为 Al2 O3 和Si3 N4 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 Al2 O3 和Si3 N4 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。超硬刀具材料超硬刀具材料超硬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一、切屑的形成及其类型切屑形成过程及三个变形区第一变形区：第一变形区：晶粒发生剪切滑移变形晶粒发生剪切滑移变形第二变形区第二变形区金属纤维化区域金属纤维化区域第三变形区第三变形区纤维化与加工硬化 区纤维化与加工硬化 区1.切削形成过程123OA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。第一变形区第一变形区切削力和切削热的主要来源切削力和切削热的主要来源第二变形区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 属纤维化金 属纤维化。第三变形区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：切削收缩：chDhhchDllchhDhh 切屑厚度 压缩比切屑厚度 压缩比2.切屑的种类切屑的种类带状 节状 粒状 崩碎带状 节状 粒状 崩碎（1）带状切屑（1）带状切屑 内侧表面光滑，外侧表面呈毛茸状。内侧表面光滑，外侧表面呈毛茸状。 通常加工塑性材料，通常加工塑性材料，切削厚度较小，切削速度较 高，刀具前角较大切削厚度较小，切削速度较 高，刀具前角较大时得到。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。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（2）节状切屑外侧面呈锯齿状，内侧面有时有裂纹。外侧面呈锯齿状，内侧面有时有裂纹。加工塑性金属材料，加工塑性金属材料，切削厚度较大，切削速 度较低，刀具前角较小切削厚度较大，切削速 度较低，刀具前角较小时得到。时得到。切削力波动较大，已加工表面较粗糙。切削力波动较大，已加工表面较粗糙。（3）粒状切屑（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。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：可见： 从带状节状粒状切屑的变化：切 削厚度从带状节状粒状切屑的变化：切 削厚度由小到大由小到大，切削速度和刀具前角 ，切削速度和刀具前角 由大到小由大到小。 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。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（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，刀具前角小切削厚度大，刀具前角小时得到。时得到。 切削力波动甚大，有冲击负荷，已加 工表面凹凸不平。切削力波动甚大，有冲击负荷，已加 工表面凹凸不平。形成 条件形成 条件影响影响名称名称简图简图形态形态变形变形带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状粒状粒状不规则块状颗粒不规则块状颗粒剪切滑移尚未达 到断裂程度剪切滑移尚未达 到断裂程度局部剪切应力达到断 裂强度局部剪切应力达到断 裂强度剪切应力完全达 到断裂强度剪切应力完全达 到断裂强度未经塑性变形即 被挤裂未经塑性变形即 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，易崩刀切削力波动大，有 冲击，表面粗糙度 恶劣，易崩刀带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑崩碎切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑类型及形成条件切屑类型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（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瘤高度与切削速度的关系切削速度切削速度例：中碳钢例：中碳钢 低速（ ）时，低速（ ）时，不形成不形成积屑瘤积屑瘤5/ mincvm 速度（ ）时，速度（ ）时，易形成易形成积屑瘤积屑瘤5 50/ mincvm 高速（ ）时，高速（ ）时，不形成不形成积屑瘤积屑瘤100/ mincvm思考：思考：积屑瘤对切削过程有什么影响？是利是弊？如何控制？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）积屑瘤对切削加工的影响有利：有利：1）积屑瘤）积屑瘤实际前角切削轻快实际前角切削轻快2）可代替刀刃切削，能提高刀具耐用度）可代替刀刃切削，能提高刀具耐用度不利：不利：1）切削层公称厚度不断变化，影响尺寸 精度。）切削层公称厚度不断变化，影响尺寸 精度。2）切削力变化，引起振动。）切削力变化，引起振动。3）表面粗糙度增大，刀具磨损。）表面粗糙度增大，刀具磨损。3.积屑瘤的控制积屑瘤的控制影响积屑瘤的形成的影响积屑瘤的形成的主要因素主要因素： 工件材料的力学性能工件材料的力学性能 切削速度切削速度 冷却润滑冷却润滑工件材料的力学性能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，降低塑性通过正火或调质处理，降低塑性防止积屑瘤的主要方法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。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、切削力和切削功率三、切削力和切削功率切削力的来源：切削力的来源： 被切削材料的变形 抗力被切削材料的变形 抗力 刀具与工件表面、 刀具与切屑之间的 摩擦力刀具与工件表面、 刀具与切屑之间的 摩擦力切削力的来源切削力的来源1.切削力的构成与分解切削力的构成与分解以车外圆为例,切削力分解为：以车外圆为例,切削力分解为：FcFc-主切削力-主切削力F Ff f - -进给力-进给力F Fp p 背向力背向力222pfCFFFF合力合力:（1）切削力）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。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）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。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）背向力Fp切深方向上的力， 不消耗功率切深方向上的力， 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。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切削力的估算切削力的估算（1）用经验公式估算）用经验公式估算经验公式中的系数和指数，可从经验公式中的系数和指数，可从“切削用量手册切削用量手册”中查出。中查出。xynFcFcFccFpcFccFCafvKFcC与工件材料、刀具材料及切削条件有关的系数FcK切削条件与试验条件不同时的修正系数xFcxFcyFcyFcnFc切削用量对切屑力的影响切削用量对切屑力的影响pcafv（2（2）用单位切削P来估算）用单位切削P来估算cDDDpFpApb hpa f2切削功率切削功率切削功率切削功率Pm（kW）机床电动机的功率P）机床电动机的功率PE E （kW）310mccPF v/EmPP机床传动效率，一般取机床传动效率，一般取0.750.85四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度切削热的主要来源：切削热的主要来源： 切屑变形所产生的热量切屑变形所产生的热量Q变形变形 切屑与刀具前面之间摩擦产 生的热量切屑与刀具前面之间摩擦产 生的热量Q前摩前摩 工件与刀具后面之间摩擦所 产生的热量工件与刀具后面之间摩擦所 产生的热量Q后摩后摩平衡方程式：平衡方程式：切削时所产生的热量由切削时所产生的热量由切屑、工件、刀具及周围介质切屑、工件、刀具及周围介质传出，分别用传出，分别用Q屑、Q工 、Q刀 、Q介Q屑、Q工 、Q刀 、Q介表示。表示。Q变形变形+Q前摩前摩+Q后摩后摩=Q屑屑+Q工工+Q刀 刀 +Q介介（2）通过切屑传出（2）通过切屑传出Q屑 屑 ，使切屑温度升高 ；（1）通过工件传出，使切屑温度升高 ；（1）通过工件传出Q工 工 ，使工件温度升高；（3）通过刀具传出，使工件温度升高；（3）通过刀具传出Q刀 刀 ，使刀具温度升高；（，使刀具温度升高；（4）通过周围介质传出）通过周围介质传出Q介 介 。2.切削温度及其影响切削温度及其影响影响切削温度的主要因素：（影响切削温度的主要因素：（1）切削用量（）切削用量（2）工件材料（）工件材料（3）刀具角度（）刀具角度（4）切削夜）切削夜（1）切削用量）切削用量用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度( C)；C 与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数;Z 、Y 、X vc 、f、ap 的指数。的指数。经验公式经验公式ZyxcpC vfa刀具材料刀具材料加工方法加工方法高速钢高速钢车削车削1401700.350.450.20.30.080.10铣削铣削80钻削钻削150硬质合金硬质合金车削车削320f (mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削温度的系数及指数切削速度切削速度对切削温度的影响对切削温度的影响最大最大；进给量进给量对切削温度的影响对切削温度的影响其次其次；背吃刀量背吃刀量对切削温度的影响对切削温度的影响最小最小。三个影响指数：三个影响指数：Z y x说明：说明：ZyxcpC vfa（2）工件材料）工件材料强度和硬度强度和硬度Fc 和Pm 切削温度切削温度导热系数导热系数切削温度切削温度脆性材料，塑性变形小脆性材料，塑性变形小切削温度切削温度（3）刀具角度）刀具角度0 变形程度变形程度F切削温度r 切削刃的工作长度切削刃的工作长度 、且刀尖角 且刀尖角 减小减小，使散热面积，使散热面积切削温度切削温度0 因散热面积因散热面积，切削温度切削温度1） 切削液的作用1） 切削液的作用a.冷却作用b.润滑作用c.排屑和清洗作用d.防锈作用a.冷却作用b.润滑作用c.排屑和清洗作用d.防锈作用2）切削液的分类水溶液 水添加剂 冷却 粗加工乳化液 乳化油水切削油 矿物油添加剂 润滑 精加工2）切削液的分类水溶液 水添加剂 冷却 粗加工乳化液 乳化油水切削油 矿物油添加剂 润滑 精加工（4）切削液）切削液五、刀具磨损和刀具寿命五、刀具磨损和刀具寿命刀具破坏刀具破坏磨损磨损破损刀具磨损破损刀具磨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.刀具磨损形态刀具磨损形态（1）后面磨损）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。切削脆性材料或以 较小的背吃刀量切 削塑性材料。VB磨损量以磨损量以磨损宽度值磨损宽度值VB表示表示1.刀具磨损形态刀具磨损形态（2）前面磨损）前面磨损 切削速度较高切削速度较高 背吃刀量较大背吃刀量较大 不用切削液不用切削液 切削塑性材料。切削塑性材料。磨损量以月牙洼的磨损量以月牙洼的最大深度最大深度KT表示表示KT1.刀具磨损形态刀具磨损形态（3）前后面同时磨损）前后面同时磨损常规条件下加工塑 性金属时。常规条件下加工塑 性金属时。KTVB2.刀具磨损过程刀具磨损过程 AB段段初期磨损阶段初期磨损阶段 BC段段正常磨损阶段正常磨损阶段 CD段段急剧磨损阶段急剧磨损阶段三个阶段三个阶段3.刀具寿命刀具寿命规定以规定以1/2背吃刀量背吃刀量 (ap )处的后刀面上测定的磨损带宽度处的后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。作为刀具的磨钝标准。ISO标准标准一把新刀从投入切削开始至报废为止的一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间总切削时间， 其间包括多次重磨。， 其间包括多次重磨。刀具总寿命刀具总寿命刀具总寿命刀具寿命刃磨次数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1) 刀具寿命和刀具总寿命的定义刀具寿命 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切削时间。hgmTafvCT1p11c通过试验，可以得到切削用量与刀具寿命的关系：通过试验，可以得到切削用量与刀具寿命的关系：式中式中CT 、m、g、h 为与工件、刀具材料等有关的常数 。为与工件、刀具材料等有关的常数 。令令x =1/m，y =1/g，z =1/h，则则2) 刀具寿命的经验公式2) 刀具寿命的经验公式cpTxyzCTv f a52.250.75TpCTvfa用硬质合金刀具切削碳钢（用硬质合金刀具切削碳钢（b = 0.763GP a）时，有：）时，有：故对故对T的影响程度：的影响程度：Vfap应先选应先选ap，后选，后选 f，最后选，最后选V。选用切削用量时：选用切削用量时：刀具耐用度刀具耐用度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；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。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。 刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时， 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
