1、-第二章 金屬切削過程的根本規律及其應用本章主要介紹以下容：1、金屬切削過程根本規律2、金屬切削過程根本規律的應用課時分配：1，三個學時，2，三個學時重點：金屬切削過程的根本概念難點：金屬切削過程根本規律的應用金屬切削過程是機械制造過程的一個重要組成局部。金屬切削過程是指將工件上多余的金屬層，通過切削加工被刀具切除而形成切屑并獲得幾何形狀、尺寸精度和外表粗糙度都符合要求的零件的過程。在這一過程中，始終存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產生一系列現象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫度以及有關刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等。對這些現象進展研究，提醒其在的機理，探索和掌握金屬切

2、削過程的根本規律，從而主動地加以有效的控制，對保證加工精度和外表質量，提高切削效率，降低生產本錢和勞動強度具有十分重大的意義。總之，金屬切削過程的優劣，直接影響機械加工的質量、生產率與生產本錢。因此，必須進展深入的研究。2.1 金屬切削層的變形一、切屑形成過程及變形區的劃分 (見P19)1、切削變形 金屬的切削過程與金屬的擠壓過程很相似。金屬材料受到刀具的作用以后，開場產生彈性變形；雖著刀具繼續切入，金屬部的應力、應變繼續加大，當到達材料的屈服點時，開場產生塑性變形，并使金屬晶格產生滑移；刀具再繼續前進，應力進而到達材料的斷裂強度，便會產生擠裂。 2、變形區的劃分大量的實驗和理論分析證明，塑性

3、金屬切削過程中切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。切削層的金屬變形大致劃分為三個變形區：第一變形區剪切滑移、第二變形區纖維化、第三變形區纖維化與加工硬化。3、切屑的形成及變形特點(見P20)1 第一變形區近切削刃處切削層產生的塑性變形區金屬的剪切滑移變形切削層受刀具的作用，經過第一變形區的塑性變形后形成切屑。切削層受刀具前刀面與切削刃的擠壓作用，使近切削刃處的金屬先產生彈性變形，繼而塑性變形，并同時使金屬晶格產生滑移。在以下列圖中，切削層上各點移動至AC線均開場滑移、離開AE線終止滑移，在沿切削寬度圍，稱AC是始滑移面，AE是終滑移面。AC、AE之間為第變形區。由于切屑形成時應變速度很快、

4、時間極短，故AC、AE面相距很近，一般約為0.02一0.2mm，所以常用AB滑移面來表示第變形區，AB面亦稱為剪切面。剪切面AB與切削速度Vc之間的夾角稱為剪切角。作用力Fr與切削速度Vc之間的夾角稱為作用角。第一變形區就是形成切屑的變形區，其變形特點是切削層產生剪切滑移變形。2 第二變形區與前刀面接觸的切屑層產生的變形區金屬的擠壓磨擦變形 經過第一變形區后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，還必須抑制刀具前刀面對切屑擠壓而產生的摩擦力。此時將產生擠壓摩擦變形。 應該指出，第一變形區與第二變形區是相互關聯的。前刀面上的摩擦力大時，切屑排出不順，擠壓變形加劇，以致第一變形區的剪切滑移變形增大。3 第

5、三變形區近切削刃處已加工外表產生的變形區金屬的擠壓磨擦變形已加工外表受到切削刃鈍圓局部和后刀面的擠壓摩擦，造成纖維化和加工硬化。二、切削變形程度的度量方法1、相對滑移相對滑移是用來量度第1變形區滑移變形的程度。如右圖，設切削層中AB線沿剪切面滑移至AB時的距離為y，事實上y很小，故可認為滑移是在剪切面上進展，其滑移量為s。則相對滑移表示為：1、 變形系數h變形系數h是表示切屑的外形尺寸變化大小的一個參數。如右圖所示，切屑經過剪切變形、又受到前刀面摩擦后，與切削層比較，它的長度縮短、厚度增加，這種切屑外形尺寸變化的變形現象稱為切屑的收縮。變形系數h表示切屑收縮的程度，即從上圖可知，剪切角變化對切

6、屑收縮的影響，增大剪切面AB減短，切屑厚度hch減小，故h變小。它們之間的關系如下： 從上面兩個公式可知，剪切角與前角0是影響切削變形的兩個主要因素。如果增大前角0和剪切角，使相對滑移、變形系數h減小，則切削變形減小。注意：由于切削過程是一個非常復雜的物理過程，切削變形除了產生滑移變形外，還有擠壓、摩擦等作用，而值主要從剪切變形考慮；而h主要從塑性壓縮方面分析。所以，與h都只能近似地表示切削變形程度。三、剪切角確實定剪切角是影響切削變形的一個重要因素。假設能預測剪切角的值，則對了解與控制切削變形具有重要意義。為此，許多學者進展了大量研究，并推薦了假設干剪切角的計算式。其中，按最少能量原則來確定

7、剪切角的計算式為：按最大剪應力的理論，求出剪切角計算式為：從上面公式可看出：與0、有關。增大前角0、減小摩擦角，使剪切角增大，切削變形減小，這一規律已被普遍用于生產實踐中。 從上面公式也可看出：第2變形區產生的摩擦對第1變形區剪切變形的影響規律。四、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響(見P24) 在切削速度不高而又能形成連續切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時呈三角狀的硬塊。這塊冷焊在前刀面上的金屬稱為積屑瘤或刀瘤。它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在處于比較穩定的狀態時，能夠代替刀刃進展切削。1、積屑瘤是如何形成的?1切屑對前刀面接觸處的摩擦，使前刀面

8、十分干凈。2當兩者的接觸面到達一定溫度同時壓力又較高時，會產生粘結現象，即一般所謂的“冷焊。切屑從粘在刀面的底層上流過，形成“摩擦。3如果溫度與壓力適當，底層上面的金屬因摩擦而變形，也會發生加工硬化，而被阻滯在底層，粘成一體。4這樣粘結層就逐步長大，直到該處的溫度與壓力缺乏以造成粘附為止。2、形成積屑瘤的條件：主要決定于切削溫度。此外，接觸面間的壓力、粗糙程度、粘結強度等因素都與形成積屑瘤的條件有關。1一般說來，塑性材料的加工硬化傾向愈強，愈易產生積屑瘤；2溫度與壓力太低，不會產生積屑瘤；反之，溫度太高，產生弱化作用，也不會產生積屑瘤。3走刀量保持一定時，積屑瘤高度與切削速度有密切關系。3、積

9、屑瘤對切削過程的影響1實際前角增大 它加大了刀具的實際前角，可使切削力減小，對切削過程起積極的作用。積屑瘤愈高，實際前角愈大。2使加工外表粗糙度增大 積屑瘤的底部則相對穩定一些，其頂部很不穩定，容易破裂，一局部連附于切屑底部而排出，一局部殘留在加工外表上，積屑瘤凸出刀刃局部使加工外表切得非常粗糙，因此在精加工時必須設法防止或減小積屑瘤。3對刀具壽命的影響 積屑瘤粘附在前刀面上，在相對穩定時，可代替刀刃切削，有減少刀具磨損、提高壽命的作用。但在積屑瘤比較不穩定的情況下使用硬質合金刀具時，積屑瘤的破裂有可能使硬質合金刀具顆粒剝落，反而使磨損加劇。4、防止積屑瘤的主要方法1降低切削速度，使溫度較低，

10、粘結現象不易發生；2采用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤消失的相應溫度；3采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦；4增加刀具前角，以減小切屑與前刀面接觸區的壓力；5適當提高工件材料硬度，減小加工硬化傾向。五、切削變形變化規律 從相對滑移、變形系數h計算式中可知，剪切角與前角0是影響切削變形的兩個主要因素。如果增大前角0和剪切角，使相對滑移、變形系數h減小，則切削變形減小。1、前角：增大前角0，使剪切角增大，變形系數h減小，因此，切削變形減小。生產實踐說明：采用大前角刀具切削，刀刃鋒利、切入金屬容易，切屑與前刀面接觸長度減短、流屑阻力小，因此，切削變形小、切削省力。2、切削速度：切削速度Vc是通過積屑瘤

11、使剪切角改變和通過切削溫度使摩擦系數變化而影響切削變形的。3、進給量：進給量f增大，使變形系數h減小。4、工件材料：工件材料硬度、強度提高，切削變形減少。2.2 切屑的類型及控制一、切屑的類型及其分類(見P20)由于工件材料不同，切削過程中的變形程度也就不同，因而產生的切屑種類也就多種多樣，如以下列圖示。圖中從左至右前三者為切削塑性材料的切屑，最后一種為切削脆性材料的切屑。切屑的類型是由應力-應變特性和塑性變形程度決定的。1、 帶狀切屑它的外表光滑，外外表毛茸。加工塑性金屬材料如碳素鋼、合金鋼、銅和鋁合金，當切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時，一般常得到這類切屑。它的切削過程平衡，切削

12、力波動較小，已加工外表粗糙度較小。2、擠裂切屑 這類切屑與帶狀切屑不同之處在外外表呈鋸齒形，外表有時有裂紋。這種切屑大多在切削黃銅或切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時產生。2、 單元切屑如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴展到整個面上，則整個單元被切離，成為梯形的單元切屑，如圖c所示。切削鉛或用很低的速度切削鋼時可得到這類切屑。 以上三種切屑只有在加工塑性材料時才可能得到。其中，帶狀切屑的切削過程最平穩，單元切屑的切削力波動最大。在生產中最常見的是帶狀切屑，有時得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。 假設改變擠裂切屑的條件，如進一步減小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑。

13、反之，則可以得到帶狀切屑。這說明切屑的形態是可以隨切削條件而轉化的。掌握了它的變化規律，就可以控制切屑的變形、形態和尺寸，以到達卷屑和斷屑的目的。如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴展到整個面上，則整個單元被切離，成為梯形的單元切屑，如圖c所示。切削鉛或用很低的速度切削鋼時可得到這類切屑。 以上三種切屑只有在加工塑性材料時才可能得到。其中，帶狀切屑的切削過程最平穩，單元切屑的切削力波動最大。在生產中最常見的是帶狀切屑，有時得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。 假設改變擠裂切屑的條件，如進一步減小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑。反之，則可以得到帶狀切屑。這說明切屑的形態是可以

14、隨切削條件而轉化的。掌握了它的變化規律，就可以控制切屑的變形、形態和尺寸，以到達卷屑和斷屑的目的。4.崩碎切屑這是屬于脆性材料如鑄鐵、黃銅等的切屑。這種切屑的形狀是不規則的，加工外表是凸凹不平的。 從切削過程來看，切屑在破裂前變形很小，和塑性材料的切屑形成機理也不同。它的脆斷主要是由于材料所受應力超過了它的抗拉極限。加工脆硬材料，如高硅鑄鐵、白口鐵等，特別是當切削厚度較大時常得到這種切屑。 由于它的切削過程很不平穩，容易破壞刀具，也有損于機床，已加工外表又粗糙，因此在生產中應力求防止。其方法是減小切削厚度，使切屑成針狀或片狀；同時適當提高切削速度，以增加工件材料的塑性。 以上是四種典型的切屑，

15、但加工現場獲得的切屑，其形狀是多種多樣的。二、切屑控制的措施 在現行切削加工中，切削速度與金屬切除率到達了很高的水平，切削條件很惡劣，常常產生大量“不可承受的切屑。 所謂切屑控制又稱切屑處理，工廠中一般簡稱為“斷屑，是指在切削加工中采取適當的措施來控制切屑的卷曲、流出與折斷，使形成“可承受的良好屑形。 在實際加工中，應用最廣的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器。2.3 切削力一、切削力的來源，切削合力及其分解，切削功率(見P26(一切削力的來源 研究切削力，對進一步弄清切削機理，對計算功率消耗，對刀具、機床、夾具的設計，對制定合理的切削用量，優化刀具幾何參數等，都具有非常

16、重要的意義。金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。切削力來源于三個方面：1抑制被加工材料對彈性變形的抗力；2抑制被加工材料對塑性變形的抗力；3抑制切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡外表與已加工外表之間的摩擦力。二切削合力及其分解 上述各力的總和形成作用在刀具上的合力Fr國標為F。為了實際應用，Fr可分解為相互垂直的F*國標為Ff、Fy國標為Fp和Fz國標為Fc三個分力。在車削時： Fz主切削力或切向力。它切于過渡外表并與基面垂直。Fz是計算車刀強度，設計機床零件，確定機床功率所必需的。F*進給抗力、軸向力或走刀力。它是處于基面并與工件軸線平行與走刀方

17、向相反的力。F*是設計進給走刀機構，計算車刀進給功率所必需的。Fy切深抗力、或背向力、徑向力 、吃刀力。它是處于基面并與工件軸線垂直的力。Fy用來確定與工件加工精度有關的工件撓度詳見第七章，計算機床零件和車刀強度。它與工件在切削過程中產生的振動有關。三切削功率 見P291、單位切削力 單位切削力p是指切除單位切削層面積所產生的主切削力，可用下式表示： 單位切削力p可查手冊，利用單位切削力P來計算主切削力Fz較為簡易直觀。2、切削功率Pm消耗在切削過程中的功率稱為切削功率Pm(國標為Po)。切削功率為力Fz和F*所消耗的功率之和，因Fy方向沒有位移，所以不消耗功率。于是 Pm=(Fz*Vc+F*

18、nw*f/1000)10-3其中：Pm切削功率KW； Fz切削力N； Vc切削速度m/s； F*進給力N； nw工件轉速r/s； f進給量mm/s。 式中等號右側的第二項是消耗在進給運動中的功率，它相對于F所消耗的功率來說，一般很小600的車刀切削。(3)刃傾角s：s對Fz影響較小，但對F*、Fy影響較大。 s 由正向負轉變，則F*減小、Fy增大。實踐應用，從切削力觀點分析，切削時不宜選用過大的負刃傾角s。特別是在工藝系統剛度較差的情況下，往往因負刃傾角s增大了切深抗力Fy的作用而產生振動。4、其它因素(見P341刀具棱面：應選較小寬度,使Fy減小。2刀具圓弧半徑：增大，切削變形、摩擦增大，切

19、削力增大。3刀具磨損：后刀面磨損增大，刀具變鈍，與工件擠壓、摩擦增大，切削力增大。2.4 切削熱和切削溫度切削熱與切削溫度是切削過程中產生的又一重要物理現象。切削時做的功，可轉化為等量的熱。功削熱除少量散逸在周圍介質中外，其余均傳入刀具、切屑和工件中，并使它們溫度升高，引起工件變形、加速刀具磨損。因此，研究切削熱與切削溫度具有重要的實用意義。一、切削熱的產生和傳導(見P35 切削熱是由切削功轉變而來的。如以下列圖所示，其中包括：剪切區變形功形成的熱QP、切屑與前刀面摩擦功形成的熱Qrf、已加工外表與后刀面摩擦功形成的熱Qf,因此，切削時共有三個發熱區域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區、后刀面與已

20、加工外表接觸區，如圖示，三個發熱區與三個變形區相對應。所以，切削熱的來源就是切屑變形功和前、后刀面的摩擦功。產生總的切削熱Q，分別傳入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周圍介質Qr。切削熱的形成及傳導關系為：切削塑性金屬時切削熱主要由剪切區變形熱和前刀面摩擦熱形成；切削脆性金屬時則后刀面摩擦熱占的比例較多。 二、切削溫度的計算與測量(見P36 盡管切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度，切削溫度一般指切削區域的平均溫度。通過切削區域產生的變形功、摩擦功和熱傳導，可以近似推算出切削溫區值。切削溫度是由切削時消耗總功形成的熱量引起的。單位時間產生的熱q等于消耗的切削功率Pm，即

21、 切削溫度的測量方法很多，見以下列圖。自然熱電偶法 自然熱電偶法主要是用于測定切削區域的平均溫度。人工熱電偶法 人工熱電偶法是用于測量刀具、切屑和工件上指定點的溫度，用它可求得溫度分布場和最高溫度的位置。三、影響切削溫度的主要因素(見P37 根據理論分析和大量的實驗研究知，切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數、工件材料、刀具磨損和切削液的影響，以下對這幾個主要因素加以分析。 分析各因素對切削溫度的影響，主要應從這些因素對單位時間產生的熱量和傳出的熱量的影響入手。如果產生的熱量大于傳出的熱量，則這些因素將使切削溫度增高；*些因素使傳出的熱量增大，則這些因素將使切削溫度降低。1、切削用量的影響 切

22、削用量是影響切削溫度的主要因素。通過測溫實驗可以找出切削用量對切削溫度的影響規律。通常在車床上利用測溫裝置求出切削用量對切削溫度的影響關系，并可整理成以下一般公式：切削速度對切削溫度影響最大，隨切削速度的提高，切削溫度迅速上升。進給量對切削溫度影響次之，而背吃力量ap變化時，散熱面積和產生的熱量亦作相應變化，故ap對切削溫度的影響很小。2、刀具幾何參數的影響 切削溫度隨前角o的增大而降低。這是因為前角增大時，單位切削力下降，使產生的切削熱減少的緣故。但前角大于1820后，對切削溫度的影響減小，這是因為楔角變小而使散熱體積減小的緣故。見P37圖2.28主偏角r減小時，使切削寬度hD增大，切削厚度

23、hD減小，因此，切削變形和摩擦增大，切削溫度升高。但當切削寬度hD增大后，散熱條件改善。由于散熱起主要作用，故隨著主偏角kr減少，切削溫度下降。負倒棱b1在(02)f 圍變化，刀尖圓弧半徑re在01.5mm圍變化，根本上不影響切削溫度。因為負倒棱寬度及刀尖圓弧半徑的增大，會使塑性變形區的塑性變形增大，但另一方面這兩者都能使刀具的散熱條件有所改善，傳出的熱量也有所增加，兩者趨于平衡，所以對切削溫度影響很小。3、工件材料的影響 工件材料的強度包括硬度和導熱系數對切削溫度的影響是很大的。由理論分析知，單位切削力是影響切削溫度的重要因素，而工件材料的強度包括硬度直接決定了單位切削力，所以工件材料強度包

24、括硬度增大時，產生的切削熱增多，切削溫度升高。工件材料的導熱系數則直接影響切削熱的導出。4、刀具磨損的影響 在后刀面的磨損值到達一定數值后，對切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。合金鋼的強度大，導熱系數小，所以切削合金鋼時刀具磨損對切削溫度的影響，就比切碳素鋼時大。5、切削液的影響 切削液對切削溫度的影響，與切削液的導熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關系。從導熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。四、切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響 切削溫度高是刀具磨損的主要原因，它將限制生產率的提高；切削溫度還會使加工精度降低，使已加工外表產生剩余應力以及

25、其它缺陷。1切削溫度對工件材料強度和切削力的影響切削時的溫度雖然很高，但是切削溫度對工件材料硬度及強度的影響并不很大；剪切區域的應力影響不很明顯。 2對刀具材料的影響 適當地提高切削溫度，對提高硬質合金的韌性是有利的。3對工件尺寸精度的影響4利用切削溫度自動控制切削速度或進給量5利用切削溫度與切削力控制刀具磨損2.5 刀具的磨損與破損、刀具壽命及刀具狀態監控一、刀具磨損的形態及其原因 切削金屬時，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要發生損壞。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類。前者是連續的逐漸磨損，屬正常磨損；后者包括脆性破損如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等和塑性破損兩種，屬非正常磨損。刀具

26、磨損后，使工件加工精度降低，外表粗糙度增大，并導致切削力加大、切削溫度升高，甚至產生振動，不能繼續正常切削。因此，刀具磨損直接影響加工效率、質量和本錢。刀具正常磨損的形式有以下幾種：1.前刀面磨損 2.后刀面磨損 3.邊界磨損(前、后刀面同時磨損) 從對溫度的依賴程度來看，刀具正常磨損的原因主要是機械磨損和熱、化學磨損。機械磨損是由工件材料中硬質點的刻劃作用引起的，熱、化學磨損則是由粘結刀具與工件材料接觸到原子間距離時產生的結合現象、擴散刀具與工件兩摩擦面的化學元素互相向對方擴散、腐蝕)等引起的。(1)磨粒磨損 在切削過程中，刀具上經常被一些硬質點刻出深淺不一的溝痕。磨粒磨損對高速鋼作用較明顯

27、。(2)粘結磨損 刀具與工件材料接觸到原子間距離時產生的結合現象，稱粘結。粘結磨損就是由于接觸面滑動在粘結處產生剪切破壞造成。低、中速切削時，粘結磨損是硬質合金刀具的主要磨損原因。(3)擴散磨損 切削時在高溫作用下，接觸面間分子活動能量大，造成了合金元素相互擴散置換，使刀具材料機械性能降低，假設再經摩擦作用，刀具容易被磨損。擴散磨損是一種化學性質的磨損。(4)相變磨損 當刀具上最高溫度超過材料相便溫度時，刀具外表金相組織發生變化。如馬氏體組織轉變為奧氏體，使硬度下降，磨損加劇。因此，工具鋼刀具在高溫時均用此類磨損。(5)氧化磨損 氧化磨損是一種化學性質的磨損。刀具磨損是由機械摩擦和熱效應兩方面

28、因素作用造成的。 1在低、中速圍磨粒磨損和粘結磨損是刀具磨損的主要原因。通常拉削、鉸孔和攻絲加工時的刀具磨損主要屬于這類磨損。 2在中等以上切削速度加工時，熱效應使高速鋼刀具產生相變磨損、使硬質合金刀具產生粘結、擴散和氧化磨損。二、刀具磨損過程、磨鈍標準及刀具壽命1、刀具磨損過程 隨著切削時間的延長，刀具磨損增加。根據切削實驗，可得圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線。該圖分別以切削時間和后刀面磨損量VB或前刀面月牙洼磨損深度KT為橫坐標與縱坐標。從圖可知，刀具磨損過程可分為三個階段：1.初期磨損階段 2.正常磨損階段 3.急劇磨損階段2、刀具磨鈍標準 刀具磨損到一定限度就不能繼續使用。這個磨

29、損限度稱為磨鈍標準。規定后刀面上均勻磨損區的高度VB值作為刀具的磨鈍標準。3、刀具的耐用度刀具壽命 一把新刀或重新刃磨過的刀具從開場切削至磨損量到達磨鈍標準為止所經歷的實際切削時間，稱為刀具的耐用度，用T分鐘表示。又稱為刀具壽命。三、刀具的破損 刀具破損和刀具磨損一樣，也是刀具失效的一種形式。刀具在一定的切削條件下使用時，如果它經受不住強大的應力切削力或熱應力，就可能發生突然損壞，使刀具提前失去切削能力，這種情況就稱為刀具破損。破損是相對于磨損而言的。從*種意義上講，破損可認為是一種非正常的磨損。刀具的破損有早期和后期加工到一定的時間后的破損兩種。刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損兩種。硬質合

30、金和瓷刀具在切削時，在機械和熱沖擊作用下，經常發生脆性破損。脆性破損又分為：1.崩刀 2.碎斷3.剝落 4.裂紋破損。四、刀具的狀態監控 如前所述，刀具損壞的形式主要是磨損和破損。在現代化的生產系統如FMS、CIMS等中，當刀具發生非正常的磨損或破損時，如不能及時發現并采取措施，將導致工件報廢，甚至機床損壞，造成很大的損失。因此，對刀具狀態進展監控非常重要。刀具破損監測可分為直接監測和間接監測兩種。所謂直接監測，即直接觀察刀具狀態，確認刀具是否破損。其中最典型的方法是ITVIndustrial Television， 工業電視攝像法。間接監測法即利用與刀具破損相關的其它物理量或物理現象，間接判

31、斷刀具是否已經破損或是否有即將破損的先兆。這樣的方法有測力法、測溫法、測振法、測主電機電流法和測聲發射法等。五、刀具壽命(刀具耐用度)的選擇原則 切削用量與刀具壽命有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據優化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低本錢刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目標確定，后者根據工序本錢最低的目標確定。比較最高生產率耐用度Tp與最低生產本錢耐用度Tc可知：TcTp。生產中常根據最低本錢來確定耐用度，但有時需完成緊急任務或提高生產率且對本錢影響不大的情況下，也選用最高生產率耐用度。刀具耐用度的具體數值，可參考有關資料或手冊選用。

32、選擇刀具壽命時可考慮如下幾點：1根據刀具復雜程度、制造和磨刀本錢來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。2對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選得低些，一般取1530min。3對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。4車間*一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些；當*工序單位時間所分擔到的全廠開支 M較大時，刀具壽命也應選得低些。5大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，防止切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和外表粗糙度來確定。六、影響

33、刀具耐用度因素(見P431、切削用量 切削用量對刀具耐用度的影響規律如同對切削溫度的影響。 切削速度vc、 背吃刀量切削深度ap、進給量增大，使切削溫度提高，刀具耐用度下降。 Vc影響最大、 進給量f其次，ap影響最小。(見P43 刀具耐用度計算公式2.28根據刀具耐用度合理數值T計算的切削速度稱為刀具耐用度允許的切削速度，用VT表示其計算式為： 顯然低本錢允許的切削速度低于高生產率允許的切削速度。2、工件材料 1硬度或強度提高，使切削溫度提高，刀具磨損加大，刀具耐用度下降。2工件材料的延伸率越大或導熱系數越小，切削溫度越高，刀具耐用度下降。3、刀具幾何角度1前角對刀具耐用度的影響呈“駝峰形。

34、2主偏角r減小時，使切削寬度bD增大，散熱條件改善，故切削溫度下降，刀具耐用度提高。 4、刀具材料刀具材料的高溫硬度越高、越耐磨，刀具耐用度越高。 加工材料的延伸率越大或導熱系數越小，均能使切削溫度升高因而使刀具耐用度T降低。2.6 金屬切削過程根本規律的應用學習了金屬切削過程根本規律的應用以后，就要學會運用規律，用于指導生產實踐。本節主要從控制切屑、改善材料的切削加工性、合理選擇切削液、合理選擇刀具幾何參數和切削用量等五個方面問題，來到達保證加工質量、降低生產本錢和提高生產效率的目的。(見P44一、工件材料的切削加工性(見P44工件材料的切削加工性：是指工件材料被切削成合格零件的難易程度。其

35、研究的目的是為了尋找改善材料切削加工性的途徑。1、評定工件材料的切削加工性的主要指標1刀具耐用度指標： 切削普通金屬材料：用刀具耐用度到達60min時允許的切削速度V60的上下來評定材料的加工性。切削難加工金屬材料：用刀具耐用度到達20min時允許的切削速度V20的上下來評定材料的加工性。同樣條件下，V60或V20大，加工性越好。相對加工性：KV=V60/V060 ,(以45鋼的V60為基準，記為V0602加工外表粗糙度指標：粗糙度值越小，加工性越好。 另外，還用切屑形狀是否容易控制、切削溫度上下和切削力大小或消耗功率多少來評定材料加工性的好壞。 其中，粗加工時用刀具耐用度指標、切削力指標，精

36、加工時用加工外表粗糙度指標，自動生產線時常用切屑形狀指標。此外，材料加工的難易程度主要決定于材料的物理、力學和機械性能，其中包括材料的硬度HB、抗拉強度b、延伸率、沖擊值k和導熱系數k，故通常還可按它們數值的大小來劃分加工性等級，見表2.9。2、改善材料切削加工性的措施1調整化學成分 如在不影響工件材料性能的條件下，適當調整化學成分，以改善其加工性。如在鋼中參加少量的硫、硒、鉛、鎖、磷等，雖略降低鋼的強度，但也同時降低鋼的塑性，對加工性有利。2材料加工前進展適宜的熱處理 低碳鋼通過正火處理后，細化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于減小刀具的粘結磨損，減小積屑瘤，改善工件外表粗糙度； 高碳鋼球化退

37、火后，硬度下降，可減小刀具磨損； 不銹鋼以調質到HRC28為宜，硬度過低，塑性大，工件外表粗糙度差，硬度高則刀具易磨損； 白口鑄鐵可在9501000 C圍長時間退火而成可鍛鑄鐵，切削就較容易。 3選加工性好的材料狀態 低碳鋼經冷拉后，塑性大為下降，加工性好； 鍛造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改為熱軋后加工性得以改善。 4其它 采用適宜的刀具材料，選擇合理的刀具幾何參數，合理地制訂切削用量與選用切削液等。二、切削液P451、切削液的作用冷卻作用：使切削熱傳導、對流和汽化，從而降低切削區溫度。 潤滑作用邊界潤滑原理：切削液滲透到刀具與切屑、工件外表之間形成潤滑膜，它具有物理吸附和化學吸附

38、作用。 洗滌和防銹作用：沖走細屑或磨粒；在切削液中添加防銹劑，起防銹作用。 2、常用切削液及其選用p47)1） 水溶液：水溶液就是以水為主要成分并參加防銹添加劑的切削液。主要起冷卻作用。常用的有電解水溶液和外表活性水溶液。電解水溶液：在水中參加各種電解質如Na2CO3、亞硝酸鈉，能滲透到外表油膜部起冷卻作用。主要用于磨削、鉆孔和粗車等。 外表活性水溶液:在水中參加皂類、硫化蓖麻油等外表活性物質，用以提高水溶液的潤滑作用。常用于精車、精銑和鉸孔等。 2切削油:主要起潤滑作用。 10號、20號機油：用于普通車削、攻絲 輕柴油：用于自動機上。 煤油：用于精加工有色金屬、普通孔或深孔精加工。 豆油、菜

39、油、蓖麻油等：用于螺紋加工。 2） 乳化液：由水和油混合而成的液體。生產中的乳化液是由乳化劑蓖麻油、油酸或松脂加水配置而成。 濃度低的乳化液含水多，主要起冷卻作用，適于粗加工和磨削；濃度高的乳化液含水少，主要起潤滑作用，適于精加工。4極壓切削油和極壓乳化液：在切削液中添加了硫、氯、磷極壓添加劑后，能在高溫下顯著提高冷卻和潤滑效果。 三、刀具幾何參數的合理選擇P47刀具幾何參數主要包括：刀具角度、刀刃的刃形、刃口形狀、前刀面與后刀面型式等。1、 前角、前刀面的功用與選擇P47 前刀面：有平面型、曲面型和帶倒棱型三種。平面型前刀面：制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。曲面型前刀面：起卷刃作用，并有

40、助于斷屑和排屑。故主要用于粗加工塑性金屬刀具和孔加工刀具。如絲錐、鉆頭。帶倒棱型前刀面：是提高刀具強度和刀具耐用度的有效措施。前角的功用：前角影響切削過程中的變形和摩擦，同時又影響刀具的強度。 前角o對切削的難易程度有很大影響。增大前角能使刀刃變得鋒利，使切削更為輕快，并減小切削力和切削熱。 但前角過大，刀刃和刀尖的強度下降，刀具導熱體積減少，影響刀具使用壽命。 前角的大小對外表粗糙度、排屑和斷屑等也有一定影響。前角的選用原則：在刀具強度許可條件下，盡可能選用大的前角。 工件材料的強度、硬度低，前角應選得大些，反之小些如有色金屬加工時，選前角較大； 刀具材料韌性好如高速鋼，前角可選得大些，反之

41、應選得小些如硬質合金； 精加工時，前角可選得大些。粗加工時應選得小些。2、后角、后刀面的功用與選擇P49 后角的功用：后角o的主要功用是減小后刀面與工件間的摩擦和后刀面的磨損，其大小對刀具耐用度和加工外表質量都有很大影響。后角同時又影響刀具的強度。后角的選用原則：粗加工以確保刀具強度為主，可在4o-6o圍選取； 精加工以加工外表質量為主，可在o=8o-12o一般，切削厚度越大，刀具后角越小；工件材料越軟，塑性越大，后角越大。工藝系統剛性較差時，應適當減小后角切削時起支承作用，增加系統剛性并起消振作用；尺寸精度要求較高的刀具，后角宜取小值。3、主偏角、副偏角的功用與選擇P49 主偏角r：的大小影

42、響切削條件切削寬度和切削厚度的比例和刀具壽命。 在工藝系統剛性很好時，減小主偏角可提高刀具耐用度、減小已加工外表粗糙度，所以r宜取小值； 在工件剛性較差時，為防止工件的變形和振動，應選用較大的主偏角。副偏角r：影響加工外表粗糙度和刀具強度。其作用是可減小副切削刃和副后刀面與工件已加工外表之間的摩擦，防止切削振動。r的大小主要根據外表粗糙度的要求選取。通常在不產生摩擦和振動條件下，應選較小的r。 4、刃傾角的功用與選擇P50 刃傾角s主要影響刀頭的強度和切屑流動的方向。刃傾角s選用原則：主要根據刀具強度、流屑方向和加工條件而定。 粗加工時，為提高刀具強度，s取負值；精加工時，為不使切屑劃傷已加工外表，s常取正值或0。2.7切削用量的合理選擇及提高切削用量的途徑切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數，而且其數值合理與否對加工質量、加工效率、生產本錢等有著非常重要的影響。所謂“合理的切削用量是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能功率、扭矩，在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工本錢的切削用量。切削用量選擇原則：能到達零件的質量要求主要指外表粗糙度和加工精度并在工藝系統強度和剛性允許下及充分利用機床功率和發揮刀具切削性能的前提下選取一組最大的切削用量。(見P51一、制訂切削用量時考慮的因素(見P511、切削加工生產率在切削加工中，金屬切除率與切