1、機械制造技術基礎機械制造技術基礎第第一一章章 切削加工基礎切削加工基礎1.1 切削加工基本概念切削加工基本概念1.2 刀具幾何參數和刀具材料刀具幾何參數和刀具材料1.3 切切屑形成機理屑形成機理1.4 切削力與切削功率切削力與切削功率1.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度1.6 刀具磨損破損和使用壽命刀具磨損破損和使用壽命 1.1 1.1 切削加工基本概覽切削加工基本概覽 一、研究究金屬切削過程的意義和方法一、研究究金屬切削過程的意義和方法1.研究金屬切削過程的意義 金屬切削過程是指刀具從工件表面切除多余材料形成切屑的過程。切削加工過程中被切除的多余材料稱為切屑，切屑形成過程在不同的切削條件

2、下形成的機理不同，具有不同的切屑形態。 卡片模型 2.研究金屬切削過程的方法（1）側面方格變形觀察法 （2）高頻攝影法（3）快速落刀法（4）掃描電鏡和透視電鏡顯微觀察法（5）光彈性和光塑性實驗法二、切削運動和切削用量二、切削運動和切削用量 2 2 切削用量切削用量1000ndvwc 3）切削深度（背吃刀量）ap2mwpdda 刀具切削刃與工件的接觸長度在同時垂直于主運動和進給運動的方向上的投影值。示例分析：加工過程三表面、進給量f和背吃刀量ap三、切削三、切削層參數層參數 在各種切削加工中，刀具相對于工件每移動(mm/r)或z(mm/z) ，刀齒從工件上切下的一層材料。切削層參數圖 hDsin

3、r bDpsinrADhDbD= p (mm) 上面計算出的面積為名義切削面積(圖中的ABCD)。實際切削面積ADE等于名義切削面積AD減去殘留面積AD，即：ADEAD-AD殘留面積AD是指切削刃從位置I移至位置II后，殘留在已加工表面上的不平部分的剖面面積(圖中的ABE)。 ap 、一定：kr越大， hD也越大，但bD越??； kr越小時，切削厚度hD越小越大，切削寬度bD越大。hD= sinkr bD= ap /sinkr AD=hD bD = ap hD、 bD 均與主偏角kr有關； AD只與hD、 bD或ap 、有關。四、四、金屬金屬切除率切除率 金屬切除率是指刀具在單位時間內從工件上切

4、除的金屬的體積，衡量金屬切削加工效率的指標。Zw =1000 AD Vav （mm3/s）()10002000wmwpn ddZfa車削：()pmpfnada鉆削：24mwnfdZ擴孔：22()4mwwnf ddZ一、刀具結構和刀具角度一、刀具結構和刀具角度1 1 刀具的組成及切削部分的結構刀具的組成及切削部分的結構1.2 1.2 刀具幾何參數和刀具材料刀具幾何參數和刀具材料前提假設條件前提假設條件 對于車刀，為了便于測量，在建立刀具標注角度參考系時，特作如下兩點假設：a. 假設運動條件，不考慮進給運動的影響，即VC遠遠大于Vf ；b.假設安裝條件，安裝車刀時應使刀尖與工件中心等高，且車刀刀桿

5、中心線與工件軸心線垂直；主切削刃上選定點與工件中心等高。 （1 1）主剖面）主剖面參考系參考系(a)基面 pr 通過切削刃上選定點，垂直于該點切削速度方向的平面。(b)切削平面 ps 通過切削刃上選定點，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。(c)主剖面po 通過主切削刃上選定點，同時垂直于該點基面 和切削平面 的平面。（2 2）主）主剖面（正交平面）參考系的建立剖面（正交平面）參考系的建立(a) 確認刀具的主切削刃和副切削刃；(b) 在切削刃上確定選定點；(c) 確定選定點處主切削運動速度方向；(d) 建立正交平面參考系中的基面；(e) 建立正交平面參考系中的切削平面；(f) 建立正交平面參考系

6、中的主剖面（正交平面）。（3 3）法剖面參考系）法剖面參考系基面Pr和切削平面Ps與主剖面里Pr、Ps相同； 法剖面Pn：過切削刃上選定點垂直于切削刃S或其切線的平面； 基面Pr與主剖面里Pr相同； 進給剖面Pf：過切削刃上選定點，同時垂直于刀桿中心線與基面Pr的平面，平行于進給運動方向； 切深剖面Pp：過切削刃上選定點，同時平行于刀桿中心線并垂直于基面Pr的平面，垂直于進給運動方向。（4 4）進給剖面和切深剖面參考系）進給剖面和切深剖面參考系 我國過去多采用主剖面參考系，我國過去多采用主剖面參考系，與歐洲標準相同，近年來參照國際標準ISO的規定，逐漸兼用主剖面參考系和法剖面參考系。進給、切深

7、剖面參考系則常用于美、日標準中。（3 3）刀具工作角度參考系）刀具工作角度參考系3 3 刀具標注角度刀具標注角度 主剖面參考系內的標注角度（1）在主剖面Po內的標注角度 1）前角：在主剖面Po內測量，前刀面A和基面Pr間的夾角。 2）后角：在主剖面Po內測量，主后刀面A與切削平面Ps的夾角。（2）在基面Pr內的標注角度 1）主偏角：在基面Pr內測量，主切削刃S在基面Pr上的投影與進給運動方向的夾角。（3）在切削平面Ps內的標注角度 1）刃傾角：在切削平面Ps內測量，主切削刃S與基面Pr之間的夾角。 對單刃刀具，刃傾角和主偏角確定了主切削刃在空間的方位，而前角和后角分別確定了前刀面A和后刀面A在

8、空間的方位。對于前后刀面為平面型的外圓車刀，副切削刃上獨立的角度是副偏角和副后角，其定義如下：1）副偏角：在基面Pr內測量，副切削刃S在基面Pr上的投影與進給運動反方向的夾角。2）副后角：在副切削刃S上選定點的副剖面Po 內測量，副后刀面Aa 與副切削平面Ps 之間的夾角。4 4 刀具角度換算刀具角度換算1）法剖面與主剖面內前、后角的關系 soncostantansoncostantan2）任意剖面與主剖面內角度的關系 任意剖面 內的前角 為：pocostansintantantantantantanSoSoSoABDFABAEABDFAEABDCEFABDCBDABBC5 5 刀具刀具工作角

9、度工作角度（1）橫向進給運動對工作前、后角的影響dfvvcfoeooe/arctan/arctan0 （2）縱向進給運動對工作前、后角的影響wcffffefffedfvvftan-tanooeooerfsintantan（a）刀尖高于工件軸線（不考慮進給運動）（3）刀具安裝位置對工作角度影響pppepppe（b）刀尖低于工件軸線（不考慮進給運動）（4）刀柄中心線與進給運動方向不垂直rerrerkkGkkG二、刀具二、刀具材料材料1 刀具切削部分材料應具備的性能刀具切削部分材料應具備的性能（1）高的硬度 常溫下，一般應該在 62HRC 以上。（2）高的耐磨性 材料硬度越高，耐磨性越好。（3）高的

10、耐熱性 刀具切削部分的材料是決定刀具切削性能優劣的關鍵因素之一。 材料、結構和幾何形狀是構成刀具切削性能評估的三要素。 年代刀具材料耐熱性/（）切削速度大致比值1850碳素工具鋼200-2500.32-0.401868合金工具鋼300-4000.48-0.601898高速鋼550-6001.00-1.201923-1925鎢鈷硬質合金8003.2-4.81929-1931鎢鈦鈷硬質合金9004.0-8.01938氧化鋁陶瓷12008.0-12.01968-1970TiC或TiN涂層WC硬質合金1957立方氮化硼1400-15001965人造金剛石700-80025（有色金屬）表 刀具材料發展概

11、況2 常用的刀具切削部分材料常用的刀具切削部分材料 選用刀具材料的注意點選用刀具材料的注意點 加工一般材料： 選用普通高速鋼及硬質合金； 加工難加工材料： 選用新牌號硬質合金或高性能高速鋼； 加工高硬度材料或精密加工： 選用超硬材料。3 3 刀具的分類刀具的分類 4 4 刀具切削部分材料與工件材料的性能匹配刀具切削部分材料與工件材料的性能匹配 刀具材料與加工工件材料存在一個合理匹配問題，它主要指兩者的力學性能、物理性能和化學性能相匹配，以獲得最長的刀具壽命和最大的切削加工效率。 （1）刀具材料與工件材料的力學性能匹配 （2）刀具材料與工件材料的物理性能匹配 （3）刀具材料與工件材料的化學性能匹

12、配表 各種刀具材料所適合加工的工件材料 FABOM45a）正擠壓正擠壓FABOM45b）偏擠壓偏擠壓OMFc）切削切削 金屬擠壓與切削比較一、金屬切削變形過程一、金屬切削變形過程1.3 1.3 切屑形成機理切屑形成機理1 切屑形成過程 三個變形區三個變形區 第一變形區第一變形區 第二變形區第二變形區 第三變形區第三變形區2 變形區的劃分 以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削區可大致劃分為：以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削區可大致劃分為：變形的主要特征：變形的主要特征： 剪切滑移變形剪切滑移變形 加工硬化加工硬化（1）第一變形區）第一變形區（剪切滑移剪切滑移區）區） （2）第二變形區）第二變形區

13、（擠壓摩擦區）（擠壓摩擦區）（3）第三變形區第三變形區刃前區：刃前區：三個變形區匯集在切削刃附近，此處的應力集中而復雜，被三個變形區匯集在切削刃附近，此處的應力集中而復雜，被切削層在此與工件本體材料分離切削層在此與工件本體材料分離（擠壓摩擦回彈區）（擠壓摩擦回彈區） 切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：=s剪切角3 3 切屑的受力分析切屑的受力分析sinDssAFAcos()soFFcos()cos()sincos()cDoooAFFsin()sin()sincos()pDoooAFFcos()sincos()sDooFAFtan()/opcFFtan 4 4 剪切角剪切角4o4o

14、 （1）根據材料力學平面應力狀態理論）根據材料力學平面應力狀態理論 （2）根據合力學最小理論：）根據合力學最小理論： cos()sincos()sDooFAF422o 分析上式可知：分析上式可知： 1）前角增大時，剪切角隨之增大，變形減小。這表明，在保證切前角增大時，剪切角隨之增大，變形減小。這表明，在保證切削刃強度的前提下，增大刀具前角可減少切削變形，對改善切削過程削刃強度的前提下，增大刀具前角可減少切削變形，對改善切削過程有利。有利。 2）摩擦角增大時，剪切角隨之減小，變形增大。提高刀具刃磨質量、摩擦角增大時，剪切角隨之減小，變形增大。提高刀具刃磨質量、采用潤滑性能好的切削液可以減小前刀面

15、和切屑之間的摩擦系數，有利采用潤滑性能好的切削液可以減小前刀面和切屑之間的摩擦系數，有利于改善切削過程。于改善切削過程。4o422o切削層經塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變。可用其表示切削層的變形程度。lchhDhchlC 切屑與切削層尺寸厚度變形系數Dchhhh長度變形系數CLchll 相對滑移模型：相對滑移模型： 平行四邊形平行四邊形OHNM發生剪切變形后，變發生剪切變形后，變為平行四邊形為平行四邊形OGPM，其相對滑移，其相對滑移cottan()osNPNKKPyMKMK相對相對滑移滑移00cossincos()或二、切屑種類和卷斷屑機理二、切屑種類和卷斷屑機理1 切切屑形態

16、（屑形態（從變形觀點出發）從變形觀點出發）1 帶狀切屑帶狀切屑2 擠裂擠裂(節狀節狀)切屑。切屑。產生條件：加工塑性金屬，且切削厚度較產生條件：加工塑性金屬，且切削厚度較小，切削速度較高、刀具前角較大。小，切削速度較高、刀具前角較大。優點：切削過程平穩，切削力波動范圍小，優點：切削過程平穩，切削力波動范圍小，已加工表面粗糙度較小。已加工表面粗糙度較小。缺點：容易纏繞刀具或工件，影響加工過程。缺點：容易纏繞刀具或工件，影響加工過程。產生條件：加工塑性金屬，在低速、切削產生條件：加工塑性金屬，在低速、切削厚度較大、刀具前角較小厚度較大、刀具前角較小特點：切削過程不平穩，切削力有波動，特點：切削過程

17、不平穩，切削力有波動，已加工表面粗糙度較大。已加工表面粗糙度較大。帶狀切屑Real擠裂切屑Real3 單元單元(粒狀粒狀)切屑切屑產生條件：加工塑性金屬，切削速度極產生條件：加工塑性金屬，切削速度極低時，增大進給量，減小前角。低時，增大進給量，減小前角。特點：切削過程不平穩，切削力波動大，特點：切削過程不平穩，切削力波動大，已加工表面粗糙度大。已加工表面粗糙度大。粒狀切屑Real切塑性材料切塑性材料 帶狀切屑帶狀切屑 擠裂切屑擠裂切屑 單元切屑單元切屑 4 崩碎切屑崩碎切屑 切脆性材料，工件材料越是脆硬、進切脆性材料，工件材料越是脆硬、進給量越大則越容易產生這種切屑。給量越大則越容易產生這種切

18、屑。 切削力的幅度小，但波動大，切削力的幅度小，但波動大，切削過切削過程不平穩，易損壞刀具，程不平穩，易損壞刀具，已加工表面粗已加工表面粗糙。糙。 應應0v hD崩碎切屑Real2.切屑的控制（1）切屑形狀的分類 切屑按照其形成機理可分為上述4種形態，但有時為了滿足切屑的處理及運輸要求，還需按照切屑形狀進行分類。切屑的形狀大體有帶狀切屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、長緊卷屑、發條狀卷屑、寶塔狀卷屑等，如圖所示：（2）卷屑機理自然卷屑。利用前刀面上形成的積屑瘤使切屑自然卷曲。如圖1-27所示。2）卷屑槽與卷屑臺。生產中常用的一種強迫卷屑方法，即在前刀面上磨出或在可轉位刀片上制出合適的卷屑槽或按照附加

19、的卷屑臺，切屑與卷屑槽或卷屑臺相互作用碰撞來達到卷曲的目的，如圖1-28、圖1-29所示。圖1-27自然卷屑機理 圖1-28卷屑槽卷屑機理 圖1-29卷屑臺的卷屑機理（3）斷屑機理加工過程中為了避免形成過長的切屑，最好是使切屑在一定的長度范圍內就發生折斷，從而來控制切屑的長度。常用的方法有：（1）使切屑卷曲后與工件表面相碰而折斷。這種斷屑方法可得到C形屑、發條狀卷屑或寶塔狀卷屑，如圖1-30、圖1-31所示。（2）使切屑卷曲后與刀具后刀面相碰而折斷，可形成C形屑，如圖1-32所示。圖1-30發條狀切屑碰到工件圖1-31 C形屑撞在工件圖1-32切屑碰到后刀面上折斷的機理上折斷的機理上折斷的機理

20、因此控制切屑的方法有因此控制切屑的方法有（1） 采用斷屑槽采用斷屑槽 對流動中的切屑施加一定的約束力，使切屑應變增大，切屑卷曲半徑減小。對流動中的切屑施加一定的約束力，使切屑應變增大，切屑卷曲半徑減小。增大刀具主偏角增大刀具主偏角 切削厚度變大，有利于斷屑。切削厚度變大，有利于斷屑。減小刀具前角減小刀具前角 可使切屑變形加大，切屑易于折斷?？墒骨行甲冃渭哟?，切屑易于折斷。 即據實際條件適當選擇切削用量。即據實際條件適當選擇切削用量。 刃傾角刃傾角 正值正值 切屑常卷曲后碰到后刀面折斷切屑常卷曲后碰到后刀面折斷 負值負值 切屑常卷曲后碰到已加工表面折斷切屑常卷曲后碰到已加工表面折斷 進給量進給量

21、 切削厚度切削厚度 對斷屑有利對斷屑有利 加工表面粗糙度加工表面粗糙度 切削速度切削速度 切削變形切削變形 利于斷屑利于斷屑 切除效率切除效率 nrsFArssrssrnnnsFAFCFFFrsasaFAPAsanAF 2. 積屑瘤的形成及其對切削過程的影響積屑瘤的形成及其對切削過程的影響 速度不高、切削塑性金屬、形成帶狀速度不高、切削塑性金屬、形成帶狀切屑，刀具和切屑間的壓力和摩擦，使得切屑，刀具和切屑間的壓力和摩擦，使得切屑冷焊并層積在前刀面上，形成硬度很切屑冷焊并層積在前刀面上，形成硬度很高的一塊剖面呈三角狀的硬塊，其硬度是高的一塊剖面呈三角狀的硬塊，其硬度是工件材料硬度的工件材料硬度的

22、23倍，能夠代替刀刃進倍，能夠代替刀刃進行切削，并以一定的頻率生長和脫落。這行切削，并以一定的頻率生長和脫落。這硬塊稱為硬塊稱為積屑瘤積屑瘤。（5） 切削速度切削速度 2 2積屑瘤對切削過程的影響及其控制積屑瘤對切削過程的影響及其控制（1）增大刀具前角增大刀具前角 減小了切屑變形，降低切削力，使切削減小了切屑變形，降低切削力，使切削過程容易進行。過程容易進行。（2）增大切削厚度增大切削厚度 h hD D的變化導致切削厚度的變化，從的變化導致切削厚度的變化，從而導致切削力的波動和影響加工質量。而導致切削力的波動和影響加工質量。（3）增大已加工表面粗糙度增大已加工表面粗糙度 積屑瘤伸出切削刃外的部

23、分高低不平，外形極不規則，增大了已加工表積屑瘤伸出切削刃外的部分高低不平，外形極不規則，增大了已加工表面的粗糙度，降低了表面加工質量。面的粗糙度，降低了表面加工質量。1）積屑瘤對切削過程的影響）積屑瘤對切削過程的影響（4）對刀具壽命的影響對刀具壽命的影響 積屑瘤積屑瘤 如生長穩定，起到了保護了刀具，提高了刀具的使用壽命的作如生長穩定，起到了保護了刀具，提高了刀具的使用壽命的作用；如頻繁脫落，則加劇了刀具的磨損，降低了刀具的使用壽命。用；如頻繁脫落，則加劇了刀具的磨損，降低了刀具的使用壽命。 積屑瘤對切削過程的影響有積極的一面，也有消極的一面。積屑瘤對切削過程的影響有積極的一面，也有消極的一面。

24、在粗加工在粗加工時，可充分利用積屑瘤時，可充分利用積屑瘤,精加工時必須防止積屑瘤的產生，可采取的控制精加工時必須防止積屑瘤的產生，可采取的控制措施有：措施有： （2）使用潤滑性能好的切削液使用潤滑性能好的切削液，目的在于減小切屑底層材料與刀具，目的在于減小切屑底層材料與刀具前刀面間的摩擦。前刀面間的摩擦。 （1）合理選用切削速度合理選用切削速度，使切削速度避開產生積屑瘤的區域。，使切削速度避開產生積屑瘤的區域。 （3）增大刀具前角增大刀具前角，減小刀具前刀面與切屑之間的壓力。，減小刀具前刀面與切屑之間的壓力。 （4）降低工材塑性，降低工材塑性，適當提高工件材料硬度，減小加工硬化傾向。適當提高工

25、件材料硬度，減小加工硬化傾向。（5）減小進給量。減小進給量。1 1工件材料的影響工件材料的影響2 刀具前角的影響刀具前角的影響A段：段： 積屑瘤隨著切削速度的增大逐漸積屑瘤隨著切削速度的增大逐漸形成，前角逐漸增大，所以變形形成，前角逐漸增大，所以變形系數減小。系數減小。B段：段： 積屑瘤隨著積屑瘤隨著vc的增大逐漸消失，前的增大逐漸消失，前角逐漸減小，所以變形系數增大。角逐漸減小，所以變形系數增大。 積屑瘤消失，隨著積屑瘤消失，隨著vc的增大，切削溫度增高，使切屑底層材料的剪的增大，切削溫度增高，使切屑底層材料的剪切屈服強度切屈服強度ss下降，導致前刀面摩擦系數下降，導致前刀面摩擦系數減小，摩

26、擦角隨之減小，減小，摩擦角隨之減小，剪切角增大，故變形系數減小。剪切角增大，故變形系數減小。C段：段： 切削塑性金屬時切削塑性金屬時vc是通過積屑瘤的生長消失過程影響切削變形大小的。是通過積屑瘤的生長消失過程影響切削變形大小的。切削鑄鐵等脆性金屬時，一般不產生積屑瘤。隨著切削速度增大，變切削鑄鐵等脆性金屬時，一般不產生積屑瘤。隨著切削速度增大，變形系數形系數 逐漸地減小。逐漸地減小。 l）克服切削層材料和工件表面）克服切削層材料和工件表面層材料對層材料對彈性變形、塑性變形的彈性變形、塑性變形的抗力抗力。 1.切削力的來源于：切削力的來源于： （一）切削力的來源、分力和作用（一）切削力的來源、分

27、力和作用 2）克服刀具與切屑、刀具與工）克服刀具與切屑、刀具與工件表面間件表面間摩擦阻力摩擦阻力所需的力。所需的力。rFcFFpFf pFfFf pFf pfv切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff進給力22222NCPfFcFFFFF切削力切削力F Fc c 最大，進給力最大，進給力F Ff f 次之，背向力次之，背向力F Fp p 最小最小 主偏角主偏角Kr的大小影響的大小影響 Fp 和和 Ff 的配置。的配置。當工藝系統剛性較差時，應盡可能使用當工藝系統剛性較差時，應盡可能使用大的主偏角刀具進行切削。大的主偏角刀具進行切削。目前常用的測力儀有電目前常用的測力儀有電阻式測力儀和

28、壓電式測阻式測力儀和壓電式測力儀。力儀。2切削力的經驗公式切削力的經驗公式1切削力的理論公式切削力的理論公式cos()cos()sincos()cDoooAFF1）切削力的測量）切削力的測量2）切削力的經驗公式的建立（參馮之敬書）切削力的經驗公式的建立（參馮之敬書）FcFcFpFpFfFfCFcPPFpPFFfPyxyxyxfC aFfC aFfC aF 測量儀測出切削力后，再將實驗數據用圖解法、線性回歸等進行處理，其實質就是測定 FC、 FP、 Ff后，如何確定3個系數和6個指數。FcpFcCaPCfxyC aFfCFloglogloglogloglogpCaPCfFcFcFCxaFCyfF

29、 cF cCF cPyxfCaFFeFeFeFpFpFpFfFfFfCFeFcPCPFpFpPCFFfFfPCyxnyxnyxnfC avFKfC avFKfC avFK3）切削力經驗公式應用）切削力經驗公式應用(指數公式) 與實驗條件不符的要考慮修正系數，切削力的獲得是通過查表所得，是建立與實驗條件不符的要考慮修正系數，切削力的獲得是通過查表所得，是建立在前人實驗的基礎之上。在前人實驗的基礎之上。式中式中 C CFc Fc , C, CFp Fp , C, CFfFf 與工件、刀具材料有關系數；與工件、刀具材料有關系數； x xFc Fc , x, xFp Fp , x, xFfFf 切削深

30、度對切削力影響指數；切削深度對切削力影響指數； y yFc Fc , y, yFp Fp , y, yFfFf 進給量對切削力影響指數；進給量對切削力影響指數； n nFc Fc , n, nFp Fp , n, nFfFf 切削速度切削速度對切削力影響指數；對切削力影響指數； K KFc Fc , K, KFp Fp , K, KFfFf 考慮刀具幾何參數、刀具磨損等因素影響考慮刀具幾何參數、刀具磨損等因素影響的修正系數。的修正系數。（3）單位切削力）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的大小cFCcFCcFcFCyFpypFpyxpFDcfCfafaCfafaCAF

31、p1上式表明，單位切削力p與進給量f 有關，它隨著進給量f 增大而減小。單位切削力不受切削深度 的影響，這是因為切削深度改變后，切削力 Fc與切削層面積AD以相同的比例隨著變化。而進給量f 增大，切削面積AD隨之增大，由于切削變形減小，而切削力Fc增大不多，利用單位切削力p來計算主切削力Fc較為簡易直觀。 強度、硬度越高，強度、硬度越高，塑性、韌性越大，切屑變形略小，總切削力越大。塑性、韌性越大，切屑變形略小，總切削力越大。 （三）（三） 影響切削力的因素影響切削力的因素1工件材料的影響工件材料的影響2切削用量的影響切削用量的影響1）背吃刀量和進給量）背吃刀量和進給量 反映在經驗公式中，反映在

32、經驗公式中，ap的指數近似為的指數近似為1，而，而f的指數為的指數為0.750.9，從切，從切削力和切削功率的角度考慮，切削面積相同，加大削力和切削功率的角度考慮，切削面積相同，加大f比加大比加大ap有利。有利。fAD成正比成正比，但，但 kc略略減小，減小， 變形系數減小，變形系數減小， 切削力增加但與切削力增加但與f 不成正比。不成正比。 apAD成正比成正比， kc不變，不變， 變形系數不變，變形系數不變， 切削力成正比增加；切削力成正比增加； （1）在積屑瘤增長階段）在積屑瘤增長階段 隨隨v 積屑瘤高度積屑瘤高度 變形程度變形程度，F （2） 在積屑瘤減小階段在積屑瘤減小階段 v 變形

33、程度變形程度，F （3） 在無積屑瘤階段在無積屑瘤階段 隨隨v ，溫度升高，摩擦系數，溫度升高，摩擦系數變形變形程度程度 F 2 2）切削速度）切削速度塑性材料塑性材料切削速度對切削力沒有顯著影響。切削速度對切削力沒有顯著影響。脆性材料：脆性材料： 在生產實踐中，盡可能采用高速切在生產實踐中，盡可能采用高速切削，既能提高生產效率，又能減小切削，既能提高生產效率，又能減小切削力。削力。3 3刀具幾何參數的影響刀具幾何參數的影響 1 1）前角）前角o2 2）主偏角）主偏角3 3）刃傾角）刃傾角s（1 1）r r對對F Fc c影響較小，影響較小， 影響程度不超過影響程度不超過10%;10%;r r

34、在在60607575之間時，之間時，F Fc c最小。最小。（2）r r對對F Fp p、 F Ff f影響較大影響較大 F Fp p F FD D coscosr r F Ff f F FD D sinsinr r F Fp p隨隨r r 增大而減小，增大而減小， F Ff f隨隨r r 增大而增大增大而增大（1 1）s s對對F Fc c影響很小影響很?。?） s s對對F Fp p、 F Ff f影響較大影響較大 F Fp p隨隨s s增大而減小，增大而減小， F Ff f隨隨s s增大而增大增大而增大4 4）負倒棱）負倒棱1rb5 5）過渡圓弧刃半徑）過渡圓弧刃半徑b b1 1 與與f

35、 f 之比增大之比增大, ,切削力隨之增大。切削力隨之增大。 當切鋼當切鋼b b11/ /f f 55或或 切鑄鐵切鑄鐵b b11/ /f f 33時，時， 切削力趨于穩定，接近于負前角的狀態。切削力趨于穩定，接近于負前角的狀態。r r增大相當于增大相當于r r減小的影響減小的影響（1 1）r r對對F Fc c影響很小影響很小（2 2）F Fp p隨隨 r r增大而增大；增大而增大；F Ff f隨隨 r r增大而減增大而減小?。?r Fp，Ff） 4 4刀具磨損刀具磨損 5 5切削液切削液 6刀具材料刀具材料 后刀面平均磨損帶寬度后刀面平均磨損帶寬度VB 越大，摩擦越大，摩擦越強烈，切削力也

36、越大。越強烈，切削力也越大。 VB對背向力對背向力Fp影響最顯著影響最顯著二、切削功率切削功率是各切削分力消耗功率的總和。在車外圓時，Fp不做工，只有Fc和Ff做功（KW）式中Fc為主切削力，N； 為切削速度，m/s；Ff為進給抗力，N；nw為工件轉速，r/s；f為進給量，mm/r由于車外圓時，Ff消耗的功率，與Fc相比很?。ㄒ话阈∮?），可忽略不計。因此上式可改寫為：根據切削功率選擇機床主電動機時，還要考慮機床的傳動效率。機床電機的功率PE應為：式中為機床傳動效率，通常= 0.750.851.51.5 切削切削熱與切削熱與切削溫度溫度一、一、 切削熱的產生與傳導切削熱的產生與傳導1 切削熱的

37、來源切削熱的來源1)1)切削層金屬發生切削層金屬發生彈性變形和塑性彈性變形和塑性變形變形所消耗的能量（三個區）；所消耗的能量（三個區）；2)2)切屑與前刀面、工件與后刀面間產切屑與前刀面、工件與后刀面間產生的生的摩擦熱摩擦熱。單位時間產生的切削熱：單位時間產生的切削熱： Q= =Fcvc工件切屑刀具 切削熱的來源與傳出2 熱的傳導及其影響因素熱的傳導及其影響因素1）工件材料的導熱系數）工件材料的導熱系數2）刀具材料的導熱系數）刀具材料的導熱系數3）周圍介質）周圍介質 不同的加工方法其切削熱由切屑、工件、刀不同的加工方法其切削熱由切屑、工件、刀具和介質傳出的比例不同。具和介質傳出的比例不同。加工

38、方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具銑削銑削70%50%15%磨削磨削4%80%12%切削切削溫度的測量溫度的測量1 測量方法測量方法 2 切削溫度分布切削溫度分布 剪切面上各點溫度幾乎剪切面上各點溫度幾乎相相等，各點的應變規律基本相等，各點的應變規律基本相同；同； 前后刀面最高溫度點不在刀前后刀面最高溫度點不在刀刃上刃上 ；切屑上最高溫度比剪切；切屑上最高溫度比剪切區溫度高；切屑底層溫度比上區溫度高；切屑底層溫度比上層溫度高。層溫度高。 切削塑性材料 前刀面靠近刀尖處溫度最高。 切削脆性材料 后刀面靠近刀尖處溫度最高。 刀具與切屑接觸區平均溫度，單位為刀具與切屑接觸區平均溫度，單位為； C切

39、削溫度系數，主要取決于加工方法和刀具材料；切削溫度系數，主要取決于加工方法和刀具材料； z、y、x切削速度、進給量、背吃刀量的影響指數。切削速度、進給量、背吃刀量的影響指數。xpyzcafvC1 切削用量切削用量 經驗公式經驗公式 三個影響指數三個影響指數 zyx，說明，說明vc 影響最大，進給量影響最大，進給量 f 的影響次之，背吃刀的影響次之，背吃刀量量ap的影響最小的影響最小。 ap、f 和和vc增大增大，單位時間內材料的切除量增大，切削熱增多，單位時間內材料的切除量增大，切削熱增多，切削溫度隨之切削溫度隨之上升上升。 在提高金屬切除率的同時，為了有效控制切削溫度以延長刀具壽命，優先增大

40、在提高金屬切除率的同時，為了有效控制切削溫度以延長刀具壽命，優先增大ap ，其次是增大，其次是增大f ，嚴格控制嚴格控制vc；在刀具材料與機床性能允許條件下，應盡可在刀具材料與機床性能允許條件下，應盡可能提高能提高vc ，以進行高效率、高質量切削。，以進行高效率、高質量切削。2 刀具幾何參數刀具幾何參數2)主偏角主偏角kr3）負倒棱對切削溫度的影響）負倒棱對切削溫度的影響3 3 工件材料的影響工件材料的影響 - - 強度、硬度高，則加工硬化能強度、硬度高，則加工硬化能力強，切削抗力越大，消耗的力強，切削抗力越大，消耗的功多，產生的熱就越多。功多，產生的熱就越多。 - - 熱導率越小，傳散的熱越

41、少，熱導率越小，傳散的熱越少，切削區的切切削區的切削溫度就越高。削溫度就越高。b b1 1 、r r，切屑變形程度，切屑變形程度q 同時散熱條件改善，兩者趨于平衡同時散熱條件改善，兩者趨于平衡4 刀具磨損的影響刀具磨損的影響 后刀面磨損增大，塑性變形增大，后刀面磨損增大，塑性變形增大，摩擦加劇，切削溫度升高摩擦加劇，切削溫度升高 。 VB達一定值達一定值 ， v越越 高刀磨損高刀磨損對對影響越顯著影響越顯著 刀具磨損是影響切削溫度的主要刀具磨損是影響切削溫度的主要因素。因素。5 5 切削液的影響切削液的影響澆切削液對澆切削液對切削溫度切削溫度刀具磨損刀具磨損加工質量有明顯效果。加工質量有明顯效

42、果。 熱導率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著熱導率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著三、切削液1.切削液的作用1）冷卻作用2）潤滑作用3）洗滌作用4）防銹作用2.切削液的種類及選用種類：1）水溶液2）切削油3）乳化液4）極壓切削油和極壓乳化液選用選用（1 1）從加工要求考慮）從加工要求考慮 粗加工，選用水溶液或低濃度乳化液；粗加工，選用水溶液或低濃度乳化液； 精加工，選用極壓切削油或高濃度乳化液；精加工，選用極壓切削油或高濃度乳化液；（2 2）從刀具材料考慮）從刀具材料考慮 高速鋼，需用切削液；高速鋼，需用切削液；Y Y合金等合金等, ,可不用或充分連續用；可不用或充分連

43、續用；（3 3）從工件材料考慮）從工件材料考慮 鋼等塑性材料，需用切削液；鑄鐵等脆材，可不用；鋼等塑性材料，需用切削液；鑄鐵等脆材，可不用； 高強度鋼等難加工材料，宜用極壓切削油或乳化液高強度鋼等難加工材料，宜用極壓切削油或乳化液（4 4）從加工方法考慮）從加工方法考慮 鉆孔鉸孔、攻螺紋和拉削等，宜用極壓乳化液或切削油；鉆孔鉸孔、攻螺紋和拉削等，宜用極壓乳化液或切削油； 成形刀具齒輪刀具等用極壓切削油；磨削宜用乳化液。成形刀具齒輪刀具等用極壓切削油；磨削宜用乳化液。一、刀具一、刀具磨損的形態磨損的形態1）前刀面磨損前刀面磨損形成條件：加工塑性材料，v高，hD大；刀具的耐熱性和耐磨性刀具的耐熱性

44、和耐磨性不足不足 磨損值以其最大深度磨損值以其最大深度 KT 表示表示 。形式：月牙洼 影響：削弱刀刃強度，降低加工質量AA2） 后刀面磨損后刀面磨損影響：切削力, 切削溫度, 產生振動，降低加工質量刀尖部分磨損嚴重刀尖部分磨損嚴重,以以VC表示；中間表示；中間部位磨損較均勻部位磨損較均勻,以以VB表示表示,以以VBmax表示最大磨損值表示最大磨損值 。 形成條件：加工塑性材料, v 較小, hD 較??；加工脆性材料 形式：后角=0的磨損面（參數VB，VBmax） 3）邊界磨損）邊界磨損形式： 溝紋溝紋 磨損量用磨損量用VN表示。表示。 形成條件：切鋼料，邊界處的加工切鋼料，邊界處的加工硬化層

45、、硬質點、毛坯表面硬層。硬化層、硬質點、毛坯表面硬層。較大的應力梯度和溫度梯度。較大的應力梯度和溫度梯度。二、刀具磨原因二、刀具磨原因硬質硬質點劃痕點劃痕 硬質點（碳化物、氮化物、氧化物等）硬質點（碳化物、氮化物、氧化物等） 各種切削速度下均存在 積屑瘤碎片積屑瘤碎片 磨削磨削 低速情況下刀具磨損的主要原因 取決于硬度和耐磨性取決于硬度和耐磨性1）磨料磨損）磨料磨損2）冷焊粘結）冷焊粘結 高溫高壓高溫高壓 刀具材料與工件材料親和力大 粘結磨損加劇強烈摩擦強烈摩擦 冷焊冷焊 刀具材料與工件材料硬度比小 中等偏低切速4）化學磨損）化學磨損3）擴散磨損）擴散磨損 高溫作用高溫作用 擴散磨損常與冷焊磨

46、損、磨料磨損同時產生。前刀面上溫度最高處擴散作用最強烈（月牙洼）。 化學作用化學作用 邊界磨損原因之一；邊界磨損原因之一； 取決于刀具的耐熱性氧化鋁陶瓷和立方氯化硼刀具抗擴散磨損能力較強。 主要發生在較高速切削條件下。主要發生在較高速切削條件下。 對于一定的刀具和工件材料，切削溫度對刀具磨損具有決定性的影對于一定的刀具和工件材料，切削溫度對刀具磨損具有決定性的影響。高溫時擴散磨損和化學磨損強度較高；在中低溫時，冷焊磨損占響。高溫時擴散磨損和化學磨損強度較高；在中低溫時，冷焊磨損占主導地位；磨料磨損則在不同切削溫度下都存在。主導地位；磨料磨損則在不同切削溫度下都存在。硬質點劃痕硬質點劃痕 冷焊粘

47、結冷焊粘結 擴散磨損擴散磨損 化學磨損化學磨損切削速度（切削溫度）切削速度（切削溫度）三三 刀具磨損過程及磨鈍標準刀具磨損過程及磨鈍標準與刀具刃磨質量直接相關。與刀具刃磨質量直接相關。 切削力、溫度急升，切削力、溫度急升，磨損量急劇增加磨損量急劇增加，之前，之前需重新刃磨或換刀。需重新刃磨或換刀。 刀具磨損過程初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時間 磨損緩慢，磨損量均勻增加磨損緩慢，磨損量均勻增加;VB與與t近似正比近似正比,斜率表示磨損強度斜率表示磨損強度,性能性能指標之一。指標之一。度量：度量： 后刀面后刀面ap/2處的磨損寬度處的磨損寬度VB；徑向尺寸；徑向尺寸磨損量磨損量NB

48、（精加工）；（精加工）； 硬質合金車刀刀具壽命試驗的磨鈍標準，硬質合金車刀刀具壽命試驗的磨鈍標準，有下列三種可供選擇：有下列三種可供選擇： （1）VB0.3mm； （2）如果主后刀面為無規則磨損，取如果主后刀面為無規則磨損，取 VBmax=0.6mm； （3）前刀面磨損量前刀面磨損量 KT（0.060.3f）mm。（1）工藝系統剛性）工藝系統剛性工藝系統的剛性差，工藝系統的剛性差，VB應取小值。如車剛性差的細軸。應取小值。如車剛性差的細軸。（2）工件材料）工件材料 切削難加工材料如高溫合金、不銹鋼、鈦合金等，切削難加工材料如高溫合金、不銹鋼、鈦合金等，VB一般應取小值；加工一一般應取小值；加工

49、一般材料，般材料，VB值可取大一些。加工大型工件，為了避免頻繁換刀，值可取大一些。加工大型工件，為了避免頻繁換刀，VB應取大值。應取大值。（3）加工精度和表面質量）加工精度和表面質量加工精度和表面質量要求高時，加工精度和表面質量要求高時，VB應取小值。應取小值。 刀具壽命乘以刃磨次數，得到的就是。刀具壽命乘以刃磨次數，得到的就是。刀具總壽命：刀具總壽命： 刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準為止所經歷的總切削時間磨鈍標準為止所經歷的總切削時間;兩次刃磨兩次刃磨之間所經歷的切削時間之間所經歷的切削時間T。單因素法：單因素法：(, )cVBv Tlglg

50、lgcvmTA 0mccvTv TC與的 關 系 式 ： 泰 勒 公 式Vc1Vc2Vc3Vc4111TgmhcpTCfva1gfTfTC與 的關系式：2hppaTa TC與 的關系式：切削用量與刀具壽命的一般關系切削用量與刀具壽命的一般關系(廣義泰勒公式）：廣義泰勒公式）： m表示表示vC對對T的影響程度，反映了刀具材料的切削性能，的影響程度，反映了刀具材料的切削性能，m值越大，切削速度對刀值越大，切削速度對刀具壽命的影響越小，刀具的耐熱性越好。具壽命的影響越小，刀具的耐熱性越好。 52.250.75TpCTvfa可見v 的影響最顯著；f 次之；ap 影響最小 。用硬質合金刀具切削碳鋼（b=

51、 0.763GP a）時，有： 與對切削溫度的影響順序一致。與對切削溫度的影響順序一致。 不同刀具材料的耐用度比較硬質合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速鋼刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）3.3.影響刀具壽命的其他因素影響刀具壽命的其他因素(1)(1)刀具幾何參數刀具幾何參數 合理選擇刀具幾何參數能提高刀具壽命。刀具幾何參數中對合理選擇刀具幾何參數能提高刀具壽命。刀具幾何參數中對刀具壽命影響較大的是前角和主偏角。刀具壽命影響較大的是前角和主偏角。 (2)(

52、2)刀具材料刀具材料 采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，可提高刀具壽命。采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，可提高刀具壽命。 (3)(3)工件材料工件材料 工件材料的強度、硬度和韌性越高，伸長率越小，切削時均能使工件材料的強度、硬度和韌性越高，伸長率越小，切削時均能使切削溫度升高，刀切削溫度升高，刀具壽命降低。具壽命降低。 刀具刀具合理使用壽命選擇合理使用壽命選擇 令f，ap為常數， 代入：10001000mmwwwwmppLdLdtTkTvfaAfa 使工序時間最短的刀具壽命。以車削為例，工序時間：mv TA對T求導，并令其為0，可得到最高生產率刀具壽命為：1opcmTtm1）最高生產率刀具壽命）最高生產率刀具壽命t tw wt tm mt totott tc ctm切削時間； tc 工序的換刀時間； tot除換刀外的輔助時間。令：1mctctkt T2） 最低生產成本刀具壽命最低生產成本刀具壽命每個零件平均加工成本每個零件平均加工成本C C