机械制造技术基础 第1章 机械制造过程的基础知识.ppt

第第1 1章章 机械制造过程的基础知识机械制造过程的基础知识 机械制造工艺系统及组成机械制造工艺系统及组成1.11.1金属切削的基础知识金属切削的基础知识 1.21.2金属切削机床基础知识金属切削机床基础知识 1.31.31.1 1.1 机械制造工艺系统及组成机械制造工艺系统及组成 1.1.1 机械制造工艺过程及其组成机械制造工艺过程及其组成 1.1.2 机械制造工艺系统机械制造工艺系统 机械制造工艺机械制造工艺是指制造机械产品的技是指制造机械产品的技巧、方法和程序。机械制造过程中，凡是巧、方法和程序。机械制造过程中，凡是直接改变生产对象的形状、尺寸、表面质直接改变生产对象的形状、尺寸、表面质量、物理机械性质、以及决定零件相互位量、物理机械性质、以及决定零件相互位置关系等，使其成为成品或半成品的过程置关系等，使其成为成品或半成品的过程称为机械制造工艺过程。根据作用不同可称为机械制造工艺过程。根据作用不同可分为机械加工工艺过程与机器的装配工艺分为机械加工工艺过程与机器的装配工艺过程。过程。1.1.21.1.2机械制造工艺过程及其组成机械制造工艺过程及其组成 机械加工工艺过程机械加工工艺过程是通过采取合理有是通过采取合理有序的各种加工方法，逐步地改变毛坯的形序的各种加工方法，逐步地改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能使其成为合格状、尺寸、相对位置和性能使其成为合格零件的过程。而产品的装配则是采用按一零件的过程。而产品的装配则是采用按一定顺序布置的各种装配工艺方法，把组成定顺序布置的各种装配工艺方法，把组成产品的全部零件按设计要求正确结合在一产品的全部零件按设计要求正确结合在一起形成产品的过程，称之为起形成产品的过程，称之为装配工艺过程。装配工艺过程。其中其中机械加工工艺过程机械加工工艺过程是主要讲述内容。是主要讲述内容。机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程的组成 工序是指在一个工作地点，由一个或一组工序是指在一个工作地点，由一个或一组工人对一个或同时对数个工件所连续完成工人对一个或同时对数个工件所连续完成的那一部分工艺过程。零件的工艺过程的的那一部分工艺过程。零件的工艺过程的确定是一个复杂的过程，它取决于零件的确定是一个复杂的过程，它取决于零件的材料、结构特点、精度要求、技术条件、材料、结构特点、精度要求、技术条件、生产批量的大小，以及工厂的具体生产条生产批量的大小，以及工厂的具体生产条件。件。工序号工序名称和内容设备1车端面，钻中心孔，车外圆，切退刀槽和倒角车床2铣键槽铣床3磨外圆磨床4去毛刺钳工台单件生产阶梯轴的工艺过程单件生产阶梯轴的工艺过程工序号工序名称和内容设备1铣端面，钻中心孔钻铣床2车一端外圆，切退刀槽和倒角车床3车另一端外圆，切槽和倒角车床4铣键槽铣床5磨外圆磨床6去毛刺钳工台大批量生产阶梯轴的工艺过程大批量生产阶梯轴的工艺过程工件每经一次装夹后所完成的那部分工序工件每经一次装夹后所完成的那部分工序内容称为内容称为安装安装。在一次装夹中，工件在机床上所占据的每在一次装夹中，工件在机床上所占据的每一个位置，称为一个一个位置，称为一个工位。工位。工步工步是指在工件被加工表面（或装配时的是指在工件被加工表面（或装配时的连接表面）、加工（或装配）工具、切削连接表面）、加工（或装配）工具、切削用量中的进给量和切削速度都不变的情况用量中的进给量和切削速度都不变的情况下，所连续完成的那部分工序内容。它是下，所连续完成的那部分工序内容。它是加工工序中的主要组成部分。加工工序中的主要组成部分。根据设计信息将制造资源（原材料、根据设计信息将制造资源（原材料、劳动力、能源等）转化为有形产品或财富劳动力、能源等）转化为有形产品或财富的过程称为的过程称为生产过程生产过程。工厂逐步用系统的观点看待生产过程工厂逐步用系统的观点看待生产过程的各个环节及它们的关系。即将生产过程的各个环节及它们的关系。即将生产过程看成一个具有输入和输出的看成一个具有输入和输出的工艺系统工艺系统。1.1.2 1.1.2 机械制造工艺系统机械制造工艺系统转 变输入输出效益正负生产要素生产对象生产资料直接间接能源劳动力生产信息生产过程生产财富转变过程生产率（=输出/输入）有形（产品）无形（服务）生产类型生产纲领（台/年或件/年）工作地每月担负的工序数（工序数/月）小型机械或轻型零件中小型或中型零件重型机械或重型零件单件生产100105不作规定小批生产1005001015051002040中批生产50050001505001003001020大批生产50005000050050003001000110大量生产50000500010001工艺特征生 产 类 型单件小批中批大批大量零件的互换性用修配法，钳工修配，缺乏互换性大部分具有互换性。装配精度要求高时，灵活运用分组装配法和调整法，同时还保留某些修配法具有广泛的互换性。少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法毛坯的制造方法与加工余量木模手工造型或自由锻造。毛坯精度低，加工余量大部分采用金属模铸造或模锻。毛坯精度和加工余量中等广泛采用金属模造型、模锻或其它高效方法。毛坯精度高，加工余量小机床设备及其布置形式通用机床。按机床类别采用机群式布置部分通用机床和通用机床。按工件类别分工段排列设备广泛采用高效专用机床及自动机床。按流水线和自动线排列设备工艺装备大多采用通用夹具、标准附件、通用刀具和万能量具。靠划线和试切法达到精度要求广泛采用夹具，部分靠找正装夹达到精度要求。较多采用专用刀具和量具广泛采用专用高效专用夹具、复合刀具、专用量具或自动检验装置。靠调整法达到精度要求对工人技术要求需技术水平较高的工人需一定技术水平的工人对调整工的技术水平要求高，对操作工人的技术水平要求较低工艺文件有工艺过程卡，关键工序要工序卡有工艺过程卡，关键零件要工序卡有工艺过程卡和工序卡，关键工序要调整卡和检验卡成本较高中等较低1.21.2金属切削的基础知识金属切削的基础知识 1.2.1切削运动、切削用量与切削层参数的基本切削运动、切削用量与切削层参数的基本概念概念1.2.2切屑的形成过程及变形程度的表示方法切屑的形成过程及变形程度的表示方法1.2.3工件材料的可切削性工件材料的可切削性1.2.4切削过程中的切削力、切削热及控制措施切削过程中的切削力、切削热及控制措施1.2.5金属切削刀具基础知识金属切削刀具基础知识1.2.6刀具的标注角度与刀具的工作角度刀具的标注角度与刀具的工作角度1.2.7常用刀具材料的分类、性能及应用范围常用刀具材料的分类、性能及应用范围1.2.8刀具的磨损和耐用度，切削用量的制订刀具的磨损和耐用度，切削用量的制订1.2.11.2.1切削运动、切削用量与切削层切削运动、切削用量与切削层参数的基本概念参数的基本概念 切削加工时，刀具与零件之间具有相切削加工时，刀具与零件之间具有相对运动，即切削运动对运动，即切削运动。待加工表面 加工时即将被切除的工件表面。已加工表面 工件上经刀具切削后产生的新表面。过渡表面 主切削刃正在切削的表面称为过渡表面，它是待加工表面与已加工表面的连接表面。切削用量是切削过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称切削速度切削速度是主运动的线速度。当主运动为是主运动的线速度。当主运动为旋转运动时，以做主运动的回转体的最大旋转运动时，以做主运动的回转体的最大直径的切削速度来计算直径的切削速度来计算进给量进给量是指刀具在进给运动方向上相对于是指刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。可用刀具或工件每转或每工件的位移量。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表示。行程的位移量来表示。背吃刀量背吃刀量是指在与主运动方向和进给运动是指在与主运动方向和进给运动方向所组成的平面的法线上测量的工件上方向所组成的平面的法线上测量的工件上已加工表面与待加工表面间的距离已加工表面与待加工表面间的距离 在主运动和进给运动作用下，工件将有一层在主运动和进给运动作用下，工件将有一层多余的材料被切除，这层多余的材料称为切削层多余的材料被切除，这层多余的材料称为切削层 纵车外圆时切削层尺寸可用以下三个纵车外圆时切削层尺寸可用以下三个参数表示：参数表示：切削公称厚度切削公称厚度是垂直于切削刃的方向上度是垂直于切削刃的方向上度量的切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离。量的切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离。=fsinkr切削层公称宽度切削层公称宽度是沿切削刃方向度量的切削层是沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸截面的尺寸。=切削层公称横截面面积是切削层横截面的面积=切削变形的形成塑性金属受压缩时，随着外力的增加，金属先后产生弹性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑移，而后断裂以直角自由切削为例，如果忽略了摩擦、温度、和应变速度的影响，金属切削过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后也产生塑性变形。通常把切削刃作用部分的金属层划分为三个变型区，如图所示：第变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区。第变形区 与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；三个变形区三个变形区三个变形区三个变形区（1）带状切屑：外形呈带状。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。通常将切屑分为四类：切屑的类型切屑的类型（2）挤裂（节状）切屑：切屑上与前刀面接触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。(3)单元切屑切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。（4）崩碎切屑 切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂，得到的切屑呈不规则的细粒状。切屑的类型是由材料的应力应变特性和塑性变形程度决定的。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变形程度的量度方法(1)相对滑移 相对滑移是用来量度第变形区滑移变形的程度。如图2.4，设切削层中AB线沿剪切面滑移至A”B”时的距离为y，事实上y很小，故可认为滑移是在剪切面上进行，其滑移量为S。相对滑移表示为：变形系数是衡量变形的另一个参数，用它来表示切屑的外形尺寸变化大小。如图2.5所示，切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较，它的长度缩短lchhD(宽度不变)，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。变形系数h表示切屑收缩的程度，即：(2.2)式中 lc、hD切削层长度和厚度；lch、hch 切屑长度和厚度。（2 2）变形系数）变形系数h h h h工件材料的可切削性工件材料的可切削性 工件材料的可切削性是指在一定的切削条件下，材料被切削加工成合格零件的难易程度。衡量材料切削加工性的指标：1）刀具耐用度指标在相同加工条件下，切削某种材料时，若刀具耐用度较长或在相同耐用度下的切削速度较大，则该材料的切削加工性较好；反之，其切削加工性较差。2）切削力、切削温度指标在相同切削条件下，凡切削力大、切削温度高的材料加工性差，反之，则加工性好。3）加工表面质量指标）加工表面质量指标 精加工时，常以精加工时，常以此为切削加工性指标。凡容易获得好的加此为切削加工性指标。凡容易获得好的加工表面质量（包括表面粗糙度，冷作硬化工表面质量（包括表面粗糙度，冷作硬化程度及残余应力等）的材料，其切削加工程度及残余应力等）的材料，其切削加工性好，反之较差。性好，反之较差。4）断屑难易程度指标）断屑难易程度指标 凡切屑容易控制或凡切屑容易控制或容易断屑的材料，其切削加工性好，反之容易断屑的材料，其切削加工性好，反之则较差。则较差。切削加工性易切削较易切削较难切削难切削等级代号01234567899a9b硬度HBS5050100100150150200200250250300300350350400400480380635635HRC1424.824.832.332.338.138.1434350506060抗拉强度b/GPa0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.981.1761.1761.3721.3721.5681.5681.7641.7641.961.961.752.45伸长率/(%)101015502020252530303535404050506060100100冲击韧度k(kJm-2)19619639239258858878478498098013721372176417641962196224502450294029403920热导率/(W.m-1.K-1)418.68293.08293.08167.47167.4783.7483.7462.8062.8041.8741.8733.533.525.1225.1216.7516.758.378.37相对切削加工性及其分级 影响工件材料切削加工性的因素影响工件材料切削加工性的因素 1 1）硬度）硬度 工件材料的硬度越高，切屑与前刀面接触长度减小，前刀工件材料的硬度越高，切屑与前刀面接触长度减小，前刀面上应力增加，摩擦集中，切削温度升高，刀具磨损加剧。高温硬面上应力增加，摩擦集中，切削温度升高，刀具磨损加剧。高温硬度越高，刀具与工件硬度比小，切削加工性越差。度越高，刀具与工件硬度比小，切削加工性越差。2 2）强度）强度 工件材料的强度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具工件材料的强度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损加快，切削加工性越差。磨损加快，切削加工性越差。3 3）塑性和韧性）塑性和韧性 强度相同时，塑性和韧性越大的材料，变形越大，强度相同时，塑性和韧性越大的材料，变形越大，切削力增加，消耗功率越多，切削温度越高，刀具磨损越大，切削切削力增加，消耗功率越多，切削温度越高，刀具磨损越大，切削加工性越差。加工性越差。4 4）热导率）热导率 材料导热系数越大，切屑和工件导出的热量越多，越有材料导热系数越大，切屑和工件导出的热量越多，越有利于降低切削区温度，因此切削加工性越好。利于降低切削区温度，因此切削加工性越好。5 5）化学成分）化学成分 钢中含炭量越多，材料强度、硬度越高，切削力越大，钢中含炭量越多，材料强度、硬度越高，切削力越大，刀具越易磨损；含炭量太低，塑性和韧性较高，不易断屑，使加工刀具越易磨损；含炭量太低，塑性和韧性较高，不易断屑，使加工表面粗糙度大；表面粗糙度大；6 6）金相组织）金相组织 钢中铁素体塑性大，珠光体硬度较高，马氏体硬度更钢中铁素体塑性大，珠光体硬度较高，马氏体硬度更高，故珠光体的含量越少，允许的切削速度越高，刀具使用寿命越高，故珠光体的含量越少，允许的切削速度越高，刀具使用寿命越长，切削加工性越好；马氏体比珠光体更硬，因而马氏体含量高者，长，切削加工性越好；马氏体比珠光体更硬，因而马氏体含量高者，加工性差。另外，金相组织的形状和大小也影响加工性。加工性差。另外，金相组织的形状和大小也影响加工性。常用材料切削加工性及其改善措施常用材料切削加工性及其改善措施 1）普通金属材料）普通金属材料 硬度低、韧性高的材料，可采用增大硬度低、韧性高的材料，可采用增大刀具前角，降低切削速度，低速加切削液；在刀具上磨刀具前角，降低切削速度，低速加切削液；在刀具上磨制断屑槽控制断屑；对材料进行热处理；对于硬度高、制断屑槽控制断屑；对材料进行热处理；对于硬度高、韧性差的材料，可采用耐磨性高的刀具，减小刀具前角韧性差的材料，可采用耐磨性高的刀具，减小刀具前角和主偏角，降低切削速等措施；以及对材料进行热处理；和主偏角，降低切削速等措施；以及对材料进行热处理；2）难加工材料）难加工材料 对于硬度、强度和伸长率均很高的高合对于硬度、强度和伸长率均很高的高合金钢，加工使切削力大，消耗功率多，切削温度高，断金钢，加工使切削力大，消耗功率多，切削温度高，断屑困难，加工表面质量也差，刀具磨损剧烈。对此类综屑困难，加工表面质量也差，刀具磨损剧烈。对此类综合加工性指标很差的材料进行加工，最好用涂层硬质合合加工性指标很差的材料进行加工，最好用涂层硬质合金刀片刀具，采用大前角（金刀片刀具，采用大前角（1020）、大主偏角（）、大主偏角（4575）、负刃倾角（）、负刃倾角（-10-5）、大的刀尖圆弧半径，磨）、大的刀尖圆弧半径，磨制断屑槽，降低切削速度（制断屑槽，降低切削速度（100m/min）等措施来减小）等措施来减小切削力，提高刀具强度。也可通过退火、回火及正火来切削力，提高刀具强度。也可通过退火、回火及正火来改善其加工性。改善其加工性。对于硬度、强度不高，但塑性和韧性特别高的材料，应选用对于硬度、强度不高，但塑性和韧性特别高的材料，应选用硬度高、有一定韧性、导热系数较大、高温性能好的刀具材料。硬度高、有一定韧性、导热系数较大、高温性能好的刀具材料。对于以铬为主的不锈钢，调质或退火状态下加工，具有很好对于以铬为主的不锈钢，调质或退火状态下加工，具有很好的综合力学性能。一般用的综合力学性能。一般用YG类（最好添加钽、铌，如类（最好添加钽、铌，如YG6A）、）、YH类或类或YW类，以及采用特殊基体如陶瓷涂类，以及采用特殊基体如陶瓷涂TiN和和Al2O3的涂层的涂层刀片，采用较大前角、较大后角以减小切削变形；采用大主偏刀片，采用较大前角、较大后角以减小切削变形；采用大主偏角角kr、负刃倾角、负刃倾角s，以减小切削力，增大刀头强度；采用中等切，以减小切削力，增大刀头强度；采用中等切削速度等。削速度等。钛合金的加工性很差，刀具磨损快，刀具耐用度低。所以加钛合金的加工性很差，刀具磨损快，刀具耐用度低。所以加工钛合金使，应用工钛合金使，应用YG类、类、YH类刀具，采用较小的前角（类刀具，采用较小的前角（ro510），切削速度不易过高，被吃刀量和进给量要适当加大。），切削速度不易过高，被吃刀量和进给量要适当加大。冷硬铸铁的硬度极高，塑性很低，切削力和切削热都集中在冷硬铸铁的硬度极高，塑性很低，切削力和切削热都集中在切削刃附近，因而刀刃很容易崩损。应选用硬度、强度都好的切削刃附近，因而刀刃很容易崩损。应选用硬度、强度都好的刀具材料，一般用细化晶粒或超细晶粒的刀具材料，一般用细化晶粒或超细晶粒的YG类和类和YH类硬质合类硬质合金、复合氧化铝或碳化硅陶瓷刀具对冷硬铸铁进行精加工、半金、复合氧化铝或碳化硅陶瓷刀具对冷硬铸铁进行精加工、半精加工。前角取小值，以提高切削刃和刀尖的强度，主偏角也精加工。前角取小值，以提高切削刃和刀尖的强度，主偏角也应适当减小。应适当减小。切削过程中的切削力、切削热及控制措施切削过程中的切削力、切削热及控制措施 金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力切屑、工件与刀具间的摩擦力。(a)直角自由切削 作用在前刀面的弹、塑性变形抗力Fny作用在前刀面的摩擦力Ffy合力Fr作用在后刀面的弹、塑性变形抗力Fna作用在后刀面的摩擦力Ffa（b）非自由切削 在铣削平面时，上述分力亦称为：Fz切向力、Fy径向力、Fx轴向力。为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小,通常将合力通常将合力通常将合力通常将合力FrFrFrFr在按主运动速度方向、切深方向进给方向作的在按主运动速度方向、切深方向进给方向作的在按主运动速度方向、切深方向进给方向作的在按主运动速度方向、切深方向进给方向作的空间直角坐标轴空间直角坐标轴空间直角坐标轴空间直角坐标轴z z z z、y y y y、x x x x上分解成三个分力，它们是：上分解成三个分力，它们是：上分解成三个分力，它们是：上分解成三个分力，它们是：主切削力Fz(FC)主运动切削速度方向的分力它切于加工表面，并与基面垂直。Fz用于计算刀具强度，设计机床零件，确定机床功率等。切深抗力Fy(FP)切深方向的分力它处于基面内并垂直于进给方向。Fp用于计算与加工精度有关的工件挠度和刀具、机床零件的强度等。它也是使工件在切削过程中产生振动的主要作用力。进给抗力Ff(FX)进给方向的分力它处于基面内与进给方向相同。Ff用于计算进给功率和设计机床进给机构等。切削力的计算 目前生产实际中采用的计算公式都是通过大量的试验和数据处理而得到的经验公式。这些经验公式主要有两种形式：指数切削力形式和切削层单位面积切削力形式。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。若已知单位切削力kc，即可求得单位切削功率ps。根据、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表查。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。影响切削力的因素影响切削力的因素 影响切削力的因素主要有四个方面：工件材料、切削用量、刀具几何参数及其它方面的因素。（1）工件材料的影响 工件材料是通过材料的剪切屈极强度s、塑性变形、切屑与刀具间摩擦系数等条件影响切削力的。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，切削力也就越大背吃刀量和进给量 背吃刀量ap和进给量f增大，分别使切削宽度bD、切削厚度hD增大因而切削层面积AD增大，故变形抗力和摩擦增加，而引起切削力增大。但是ap和f增大后，它们分别使变形和摩擦增加的程度不同。(2)(2)切削用量的影响切削用量的影响 切削速度 加工塑性金属时，切削速度vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样，它们都是积屑瘤与摩擦的作用造成的。前角 前角0增大，切削变形减小，切削力减小。但增大前角0，使三个分力Fz、Fy和Fx减小的程度不同；加工脆性材料时的影响较小。（3 3）刀具几何角度的影响）刀具几何角度的影响工件材工件材料料 前角前角0修正系数修正系数1001015203045号钢号钢K0Fz1.281.181.051.000.890.85K0Fy1.411.231.081.000.790.73K0Fx2.151.701.241.000.500.30灰铸铁灰铸铁K0Fz1.371.211.051.000.950.84K0Fy1.471.301.091.000.950.85K0Fx2.441.831.221.000.730.37前角改变时切削力的修正系数前角改变时切削力的修正系数前角改变时切削力的修正系数前角改变时切削力的修正系数K K K K0 0 0 0F F F F 主偏角kr改变使切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变，因而使切削力也随之变化。由实验得到的图中表明：主偏角kr在3060范围内增大，由切削厚度hD的影响起主要作用，促使主切削Fz减小；主偏角约在6090范围内增大，刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出，故主切削力Fz增大。总之：主偏角kr对切削力FZ的影响较小，影响程度不超过10%;但是对背向力FY和进给力FX的影响较大。主偏角 Fy=FxycosKrFx=FxySinKr式中：FXY-切削合力F在基面内的分力。可见FY随kr的增大而减小，FX则随kr的增大而增大。刃倾角刃倾角ss 由实验可知，刃倾角s对主切削力Fz影响很小，但对切深抗力Fy、进给抗力Fx影响较显著。刃倾角s的绝对值增大时，使主切削刃参加工作长度增加，摩擦加剧；但在法剖面中刃口圆弧半径r减小，刀刃锋利，切削变形减小。上述作用的结果是使Fz变化很小。刃倾角s对Fy、Fx的作用如图所示，当刃倾角s由正值向负值变化时，使正压力Fn倾斜了刃倾角s，从而改变了合力Fr及其分力Fxy的作用方向，Fxy的切深分力Fy增大、进给分力Fx减小。通常刃倾角s每增减l，使切深分力Fy增减，23。其它的影响因素其它的影响因素（4）负倒棱对切削力的影响）负倒棱对切削力的影响在前刀面上磨出的负倒棱在前刀面上磨出的负倒棱br的宽度与进给量的宽度与进给量f之比增大，切削力随之之比增大，切削力随之增大。增大。（5）刀具材料的影响）刀具材料的影响因为刀具材料与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，所以直接因为刀具材料与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，所以直接影响到切削力的大小。一般按立方碳化硼（影响到切削力的大小。一般按立方碳化硼（CBN）刀具、陶瓷刀具、）刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、硬质合金刀具、高速钢刀具的顺序，切削力依次增大。涂层刀具、硬质合金刀具、高速钢刀具的顺序，切削力依次增大。（6）切削液的影响）切削液的影响切削液具有润滑作用，使切削力降低。切削液的润滑作用愈好，切切削液具有润滑作用，使切削力降低。切削液的润滑作用愈好，切削力的降低愈显著。在较低的切削速度下，切削液的润滑作用更为削力的降低愈显著。在较低的切削速度下，切削液的润滑作用更为突出。突出。（7）刀具后刀面磨损的影响）刀具后刀面磨损的影响刀具后刀面磨损带中间部分的平均宽度以刀具后刀面磨损带中间部分的平均宽度以VB表示。磨损面上后角为表示。磨损面上后角为0。VB愈大，磨擦愈强烈，因此切削力也愈大。愈大，磨擦愈强烈，因此切削力也愈大。VB对背向力对背向力Fp的影的影响最为显著。响最为显著。切削热切削热切削热的来源与传导切削热的来源与传导切削热的来源与传导切削热的来源与传导切削温度影响工件材料的性能、前刀面上的摩擦系数和切削力的大小；影响刀具磨损和刀具使用寿命；影响积屑瘤的产生和加工表面质量；也影响工艺系统的热变形和加工精度切削是由切削功转变而来的。如图所示，其中包括：剪切区变形功形成的热Qp、切屑与前刀面摩擦功形成的热Qf、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qf。产生总的切削热Q，分别传人切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周围介质Qf。切削热的形成及传导关系为：Qp+Qf+QfQch+Qw+Qc+Qf 切削温度分布750刀具图 二维切削中的温度分布 工件材料：低碳易切钢；刀具：o=30，o=7；切削用量：ap=0.6mm，vc=0.38m/s；切削条件：干切削，预热611C1）剪切区内，沿剪切面方向上各点温度几乎相同，而在垂直于剪切面方向上的温度梯度很大。2）前刀面和后刀面上的最高温度点都不在切削刃上，而是在离切削刃有一定距离的地方。这是摩擦热沿前、后刀面逐渐增加的缘故。3）在靠近前刀面的切屑底层上，温度梯度很大.4）刀面的接触长度较小，因此工件加工表面上温度的升降是在极短的时间内完成的。刀具通过时加工表面受到一次热冲击。影响切削温度的因素影响切削温度的因素 切削温度与变形功、摩擦功和热传导有关。也就是说，切削温度的高低是由产生的热和传走的热两方面综合影响的结果。做功越多、生热越多、散热越少时，切削温度越高。影响生热和散热的因素有：切削用量、刀具几何参数、工件材料和切削液等；（1）工件的材料工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。（2）刀具磨损的影响刀具后刀面磨损量增大，切削温度升高；磨损量达到一定值后，对切削温度的影响加剧；切削速度愈高，刀具磨损对切削温度的影响就愈显著。（3）浇注切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果。切削液的热导率、比热容和流量愈大，切削温度愈低。切削液本身温度愈低，其冷却效果愈显著。（4）切削用量的影响1）切削速度vc对切削温度的影响最大，但随着进给量f的增大，切削速度vc对切削温度的影响程度减小。2）进给量f对切削温度的影响比切削速度vc小。3）背吃刀量ap对切削温度的影响很小。（5）刀具几何参数的影响1）前角的影响前角0增大，使切屑变形程度减小，产生的切削热减少，因而切削温度下降。但前角大于1820时，对切削温度的影响减小。2）主偏角的影响主偏角kr减小，使切削宽度bD增大，散热面积增加，切削温度下降。3）负倒棱及刀尖圆弧半径的影响负倒棱及刀尖圆弧半径的增大，使切屑变形程度增大产生的切削热增加，但同时也使散热条件改善，两者趋于平衡。因而负倒棱和刀尖圆弧半径对切削温度影响很小。金属切削刀具基础知识金属切削刀具基础知识 刀具的类型刀具的类型刀具的常用的种类很多，根据用途和加工方法的不同可分为如下：切刀:车、铣、刨、插、镗、拉、滚等孔加工用的刀：各种钻头、绞刀、丝锥等还有螺纹刀、齿轮刀、磨具刀等等1-端面车刀；2-仿形车刀；3-车槽刀；4-外圆车刀；5-螺纹车刀刀具切削部分的组成切削刀具的种类很多，形状各异，但它们切削部分的几何形状与几何参数具有共同的特征：切削部分的基本形状为楔形。车刀是最典型的代表，其它刀具可以视为由车刀演变或组合而成；多刃刀具的每个刀齿都相当于一把车刀，见图a。图a 各种刀具切削部分的形状车刀由刀体和刀柄两部分组成，刀体即为切削部分，具有下列各要素：如下图所示刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖三面两刃一尖三面两刃一尖（1)1)前刀面前刀面A A 切屑流过的刀面。切屑流过的刀面。（2)2)主后刀面主后刀面A A 与工件正在被切削加工的表面与工件正在被切削加工的表面 （过渡表面）相对的刀面。（过渡表面）相对的刀面。（3)3)副后刀面副后刀面A A 与工件已切削加工的表面相对与工件已切削加工的表面相对 的刀面。的刀面。（1 1）主切削刃）主切削刃S S 前面与主后面在空间的交线。前面与主后面在空间的交线。（2 2）副切削刃）副切削刃S S 前面与副后面在空间的交线。前面与副后面在空间的交线。三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃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。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，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。一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。不同类型的刀具，其刀面、切削刃的数量可能不同，不同类型的刀具，其刀面、切削刃的数量可能不同，但组成刀具切削部分最基本的结构是两个刀面和一但组成刀具切削部分最基本的结构是两个刀面和一条主切削刃。也可以认为它们是组成刀具切削部分条主切削刃。也可以认为它们是组成刀具切削部分的基本单元。的基本单元。刀具的几何参数假定运动条件：首先给出刀具的假定主运动方向和假定进给运动方向；其次假定进给速度值很小，可以用主运动向量近似代替合成速度向量；然后再用平行和垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀具便于制造、刃磨和测量时定位与调整的平面或轴线（如车刀底面、车刀刀杆轴线、铣刀、钻头的轴线等）。反之也可以说，假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。简单理解为1）主切削刃处在水平面上，刀尖恰在工件中心高度上；2）刀柄中心线垂直于工件轴线（假定进给方向）；3）主运动方向与刀具底面垂直（不考虑进给运动）；4）工件已加工表面的形状为圆柱面。车刀主剖面（正交平面）坐标系 在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。在切削刃是曲线或前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的角度时，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面。主剖面参考系里的标注角度的名称、符号与定义如图：前角0：前刀面与基面间的夹角（在主剖面中测量）。前角的作用：影响刃口的锋利程度、切削力的大小与切屑变形的大小及刀头强度等。后角0：后刀面与切削平面间的夹角（在主剖面中测量）。减少后刀面与工件表面之间的摩擦，也影响车刀强度和锋利程度等。kr主偏角r：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角。主要影响车刀的散热条件、切削分力的大小和方向的变化等。刃倾角 s：切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。同理，副切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定位也需要四个角度：即副偏角 r，副刃倾角s，副前角0，副后角0。它们的定义与主切削刃上的四种角度类似。主要是控制排屑方向和影响刀头的强度。由于正交平面图所示车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上，因此，当0、s两者确定后，前刀面的方位已经确定，0、s两个角度可由0、s、r、r 等角度换算出来，称为派生角度。由上分析可知，外圆车刀有三个刀面，两个切削刃，所需标注的独立角度只有六个。此外，根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，它们的名称与定义如下：楔角0 ：主剖面中测量的前、后刀面间夹角。090（0 0）刀尖角r ：基面中测量的主、副切削刃间夹角。r180 （r r）1）工作切削平面Pse-通过切削刃某选定点，与工件加工表面相切的平面。2）工作基面Pre-通过切削刃某选定点，垂直于合成切削速度向量Ve的平面3）工作正交平面Poe-垂直于工作基面与工作切削平面。刀具工作角度参考系与刀具标注角度参考系的唯一区别是刀具工作角度参考系与刀具标注角度参考系的唯一区别是：用合成切削方向ve取代主运动切削方向vc，用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。(1)横车 以切断车刀为例，在不考虑进给运动时，车刀主切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一圆周，切削平面Ps为通过切削刃上该点切于圆周的平面，基面Pr的平面，0、0为标注前角和后角。当考虑横向进给运动之后，切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线，切削平面变为通过切削刃切于螺旋面的平面Pse，基面也相应倾斜为Pre，角度变化值为。工作主剖面P0e仍为平面。此时在工作参考系（Pre、Pse、P0e）内的工作角度0 e和0e为：0e 0+;0e=0。角称为合成切削速度角，它是主运动方向与合成运动切削速度方向之间的夹角。由角定义可知：tan =(1)(1)(1)(1)横车横车横车横车式中d为随着车刀进给而不断变化着的切削刃选定点处工件的旋转直径，值是随着切削刃趋近工件中心而增大的；再靠近中心，值急剧增大，工作后角变为负值。（2 2 2 2）纵车）纵车）纵车）纵车 同理，也是由于工作中基面和切削平面发生了变化，形成了一个合成切削速度角，引起了工作角度的变化。如图1.16所示，假定车刀s0，在不考虑进给运动时，切削平面Ps垂直于刀杆底面，基面Pr平行于刀杆底面，正交平面Po中标注角度有o及o，在进给剖面中分别为f及f。考虑进给运动进给运动后，工作切削平面P Pse为切于螺旋面的平面，刀具工作角度的参考系（P Pse、P Pre）倾斜一个角，则工作进给剖面（仍为原进给剖面）内的工作角度为：fef+；fef 由合成切削速度角的定义可知：tan=式中 f进给量 dw切削刃选定在A点时的工件待加工表面直径。上述角度变化可以换算至主剖面内：tan0tan.sinkr；0e00由上式可知：值不仅与进给量f有关，也同工件直径dw有关；dw越小，角度变化值越大。（1）刀尖安装对工作角度的影响 当刀尖安装得高于工件中心线时，工作切削平面将变为Pse，工作基面变为Pre，工作角度pe增大，pe减小。在背平面（PP）仍为标注背平面）内角度变化值为p：tanp 式中h刀尖高于工件中心线 的数值（mm）；dw工件直径则工作角度为：pepp 或 pepp 上述都是在刀具的背平面（PpPp）内的角度变化，还需要换算到工作主剖面内：tan0 或 ；（2 2 2 2）刀杆安装倾斜对工作角度的影响）刀杆安装倾斜对工作角度的影响）刀杆安装倾斜对工作角度的影响）刀杆安装倾斜对工作角度的影响 车刀刀杆与进给