第1-金属切削加工的基础知识.pptx

本章内容本章内容切削运动和切削要素切削运动和切削要素1金属切削刀具金属切削刀具2金属的切削过程金属的切削过程3加工质量和生产率加工质量和生产率4材料的切削加工性材料的切削加工性5第第1 1页页/共共8888页页基本要求基本要求本章学习目的和要求：本章学习目的和要求：1、掌握切削加工的运动和切削要素、掌握切削加工的运动和切削要素2、了解常用刀具材料、了解常用刀具材料3、掌握刀具几何角度、掌握刀具几何角度4、了解切削过程的切削热、变形、刀具的耐用度、了解切削过程的切削热、变形、刀具的耐用度 重点内容：重点内容：1、掌握切削加工的运动和切削三要素、掌握切削加工的运动和切削三要素2、掌握刀具几何角度、掌握刀具几何角度 本章难点：本章难点：车刀几何角度车刀几何角度第第2 2页页/共共8888页页机械制造中的加工方法：机械制造中的加工方法：加加加加 工工工工 过过过过程程程程 中中中中 质质质质量量量量 的的的的 变变变变化（化（化（化（）0：材料去除加工：材料去除加工0：材材料料成成形形加加工工：如如铸铸造造、锻锻造造、挤挤压压、粉粉 末冶金等末冶金等0：材材料料累累积积：利利用用微微体体积积材材料料逐逐渐渐叠叠加加的的方方式式使使零零件件成成形形。传传统统方方法法有有焊焊接接、粘粘接接或或铆铆接接等等，近几年发展起来的近几年发展起来的快速成型快速成型技术技术切削加工：切削加工：指利用切削刀指利用切削刀 具从工件上切除多余材料具从工件上切除多余材料特种加工：特种加工：指利用机械能指利用机械能以外的其他能量直接去除以外的其他能量直接去除材料，如电火花加工、电材料，如电火花加工、电解加工等解加工等第第3 3页页/共共8888页页快速成型机床按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层快速成型机床按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。快速成型技术快速成型技术第第4 4页页/共共8888页页切削加工切削加工 钳工钳工（用手持工具）用手持工具）如划线、錾削、锯如划线、錾削、锯削、锉削、刮研、削、锉削、刮研、钻孔和铰孔、攻丝、钻孔和铰孔、攻丝、套扣等套扣等切削加工切削加工 机械加工机械加工 （用机床）（用机床）如车、铣、刨、如车、铣、刨、钻、磨及齿轮钻、磨及齿轮加工等加工等切削加工切削加工用切削刀具从毛坯上切除多余的材料，获得几用切削刀具从毛坯上切除多余的材料，获得几何形状、尺寸和表面粗糙度等方面符合图纸要求的零件的加何形状、尺寸和表面粗糙度等方面符合图纸要求的零件的加工过程。工过程。第第5 5页页/共共8888页页1.1 切削运动和切削要素切削运动和切削要素 1.1.1 零件的种类及其表面的形成零件的种类及其表面的形成零件主要有以下四种表面组成：零件主要有以下四种表面组成：（1）圆柱面：）圆柱面：（2）圆锥面：）圆锥面：（3）平面：）平面：（4）成形面：）成形面：第第6 6页页/共共8888页页加工方法加工方法上述表面，可以用以下相应加工方法获得：上述表面，可以用以下相应加工方法获得：（a）车外圆面）车外圆面（b）磨外圆面）磨外圆面（c）钻孔）钻孔（d）车床上镗孔）车床上镗孔（e）刨平面）刨平面（f）铣平面）铣平面（g）车成形面）车成形面（h）铣成形面）铣成形面第第7 7页页/共共8888页页1.1.2 机床的切削运动机床的切削运动 主运动主运动是切下切屑所需要是切下切屑所需要的最基本的运动，的最基本的运动，对切削起主要作用，对切削起主要作用，消耗机床的功率消耗机床的功率95%以上。机床以上。机床主运动只有主运动只有1个。个。主运动主运动 切削运动切削运动 进给运动进给运动使工件不断投入切使工件不断投入切削，从而加工出完削，从而加工出完整表面所需的运动。整表面所需的运动。消耗机床的功率消耗机床的功率5%以下。机床的以下。机床的进给运动可以有一进给运动可以有一个或几个。个或几个。进给运动进给运动 切削运动切削运动用刀具切除工件材料，刀具和工件之间必须要有用刀具切除工件材料，刀具和工件之间必须要有一定的相对运动，该相对运动由主运动和进给运动组成。一定的相对运动，该相对运动由主运动和进给运动组成。第第8 8页页/共共8888页页1.1.3 工件上的几个表面工件上的几个表面第第9 9页页/共共8888页页1切削速度切削速度 （ms或或mmin）切削刃相对于工件的主运动速度称为切切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。即在单位时间内，工件和刀具沿主削速度。即在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。运动方向的相对位移。1.1.4 切削用量切削用量 切削用量是指切削速度切削用量是指切削速度 、进给量、进给量f（或进给速度）和切削深度（或进给速度）和切削深度 。三者又称。三者又称为为切削用量三要素切削用量三要素。第第1010页页/共共8888页页当主运动为旋转运动时，切削速度为：当主运动为旋转运动时，切削速度为：式中：式中：dW待加工表面直径（待加工表面直径（mm）n工件或刀具的转速工件或刀具的转速(r/min)当主运动为往复直线运动（如刨削）时，切削速度为：当主运动为往复直线运动（如刨削）时，切削速度为：(m/s)(m/s)式中：式中：nr 主运动每分钟往复次数（次主运动每分钟往复次数（次/min）；）；L 往复直线运动行程长度（往复直线运动行程长度（mm）。）。切削用量切削用量第第1111页页/共共8888页页 工工件件或或刀刀具具转转一一周周（或或每每往往复复一一次次），两两者者在在进进给给运运动动方方向向上上的的相相对对位位移移量量称称为为进进给给量量，其其单单位位是是mmmmr r（或（或mmmm双行程）。双行程）。2进给量进给量f f进给速度进给速度 指单位时指单位时间的进给量。间的进给量。进给量与进给速度进给量与进给速度 之间的之间的关系为：关系为：(mm/s)切削用量切削用量第第1212页页/共共8888页页 3切削深度切削深度 （mm）式中式中:待加工表面直径（待加工表面直径（mm）已加工表面直径（已加工表面直径（mm）切削深度指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。切削深度指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。如车外圆时，如车外圆时，切削用量切削用量第第1313页页/共共8888页页 由切削刃正在切削的这一层金属叫作由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层切削层。切削层的截切削层的截面尺寸称为面尺寸称为切削层参数切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在垂直于切削速度的平面内度量。和切屑尺寸的大小，通常在垂直于切削速度的平面内度量。1.切削厚度切削厚度 ac(s=0)ac f sinr 2.切削宽度切削宽度 aw aw ap/sinr3.切削层面积切削层面积 A0 A0 ac aw f ap1.1.5 切削层的几何参数切削层的几何参数第第1414页页/共共8888页页1.2 金属切削刀具金属切削刀具 刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数。刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数。1.2.1 1.2.1 刀具材料刀具材料1.1.刀具材料必须具备的性能刀具材料必须具备的性能 （1）高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 常温硬度常温硬度HRC60以上，耐磨性是硬度、以上，耐磨性是硬度、组织结构及化学性能等的综组织结构及化学性能等的综合反映。合反映。（2）足够的强度和冲击韧性足够的强度和冲击韧性（3）高耐热性）高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等（4）良好的工艺性）良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等锻造性能、磨削性能、热处理性能等（5）经济性经济性第第1515页页/共共8888页页第第1616页页/共共8888页页 刀刀具具材材料料种种类类很很多多，常常用用的的有有工工具具钢钢（包包括括碳碳素素工工具具钢钢、合合金金工工具具钢钢和和高高速速钢钢）、硬硬质质合合金金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢碳素工具钢和合金工具钢碳素工具钢和合金工具钢碳素工具钢和合金工具钢 因因其其耐耐热热性性很很差差，目目前前仅仅用用于于手手工工工工具具如如锉锉刀、铰刀等。刀、铰刀等。高速钢高速钢高速钢高速钢 高高速速钢钢是是一一种种加加入入了了较较多多的的钨钨、钼钼、铬铬、钒钒等合金元素的高合金工具钢。等合金元素的高合金工具钢。2.2.常用刀具材料常用刀具材料 第第1717页页/共共8888页页高速钢特点：高速钢特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度较高，且有较好的耐热性）硬度较高，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。）可加工性好，热处理变形较小。应用：应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。第第1818页页/共共8888页页 硬质合金硬质合金硬质合金硬质合金 硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金是是是是用用用用高高高高硬硬硬硬度度度度、高高高高熔熔熔熔点点点点的的的的金金金金属属属属碳碳碳碳化化化化物物物物（如如如如WCWCWCWC、TiCTiCTiCTiC、TaCTaCTaCTaC、NbCNbCNbCNbC等等等等）粉粉粉粉末末末末和和和和金金金金属属属属粘粘粘粘结结结结剂剂剂剂（如如如如CoCoCoCo、NiNiNiNi、MoMoMoMo等等等等）经经经经高高高高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金的的的的硬硬硬硬度度度度、耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性、耐耐耐耐热热热热性性性性都都都都很很很很高高高高，允允允允许许许许的的的的切切切切削削削削速速速速度远高于高速钢，且能切削硬材料。度远高于高速钢，且能切削硬材料。度远高于高速钢，且能切削硬材料。度远高于高速钢，且能切削硬材料。硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金的的的的不不不不足足足足:抗抗抗抗弯弯弯弯强强强强度度度度较较较较低低低低、脆脆脆脆性性性性较较较较大大大大，抗抗抗抗振振振振动动动动和和和和冲冲冲冲击击击击性能也较差。性能也较差。性能也较差。性能也较差。硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金被被被被广广广广泛泛泛泛用用用用来来来来制制制制作作作作各各各各种种种种刀刀刀刀具具具具。在在在在我我我我国国国国，绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数车车车车刀刀刀刀、平平平平面面面面铣铣铣铣刀刀刀刀和和和和深深深深孔孔孔孔钻钻钻钻都都都都采采采采用用用用硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金制制制制造造造造，目目目目前前前前，在在在在一一一一些些些些较较较较复复复复杂杂杂杂的的的的刀刀刀刀具具具具上上上上，如如如如立立立立铣铣铣铣刀刀刀刀、孔孔孔孔加加加加工工工工刀刀刀刀具具具具等等等等也也也也开开开开始始始始应应应应用用用用硬硬硬硬质质质质合金制造。合金制造。合金制造。合金制造。常用刀具材料常用刀具材料 第第1919页页/共共8888页页 陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷材材材材料料料料比比比比硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金具具具具有有有有更更更更高高高高的的的的硬硬硬硬度度度度和和和和耐耐耐耐热热热热性性性性，在在在在1200120012001200的的的的温温温温度度度度下下下下仍仍仍仍能能能能切切切切削削削削，耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性和和和和化化化化学学学学惰惰惰惰性性性性好好好好，摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数小小小小，能能能能以以以以更更更更高高高高的的的的速速速速度度度度切切切切削削削削，并并并并可可可可切切切切削削削削难难难难加加加加工工工工的的的的高高高高硬硬硬硬度材料。度材料。度材料。度材料。主主主主要要要要缺缺缺缺点点点点是是是是性性性性脆脆脆脆、抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击韧性差，抗弯强度低。韧性差，抗弯强度低。韧性差，抗弯强度低。韧性差，抗弯强度低。新型刀具材料新型刀具材料 第第2020页页/共共8888页页 超硬刀具材料超硬刀具材料超硬刀具材料超硬刀具材料 天天然然金金刚刚石石是是自自然然界界最最硬硬的的材材料料，耐耐磨磨性性极极好好，刃刃口口锋锋利利，切切削削刃刃的的钝钝圆圆半半径径可可达达0.01m0.01m，刀刀具具寿寿命命可可达达数数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚聚晶晶金金刚刚石石（PCDPCD）由由金金刚刚石石微微粉粉在在高高温温高高压压下下聚聚合合而而成成，硬硬度度比比天天然然金金刚刚石石略略低低，价价格格便便宜宜，焊焊接接方方便便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚聚晶晶立立方方氮氮化化硼硼（PCBNPCBN）由由单单晶晶立立方方氮氮化化硼硼微微粉粉在在高高温温高高压压下下聚聚合合而而成成。硬硬度度很很高高，耐耐热热性性达达12001200，化化学学惰惰性性很很好好，在在10001000的的温温度度下下不不与与铁铁、镍镍和和钴钴等等金金属属发发生生化化学学反反应应。主主要要用用于于加加工工淬淬硬硬工工具具钢钢、冷冷硬硬铸铸铁铁、耐耐热合金等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。热合金等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。新型刀具材料新型刀具材料 第第2121页页/共共8888页页刀具材料对比刀具材料对比 第第2222页页/共共8888页页刀具材料对比刀具材料对比 第第2323页页/共共8888页页以外圆车刀为例，分析刀具几何形状。以外圆车刀为例，分析刀具几何形状。1.1.车刀切削部分的构造车刀切削部分的构造 切削部分由切削部分由3 3面面-2-2刃刃-1-1尖组成尖组成。1.2.2 刀具的几何形状刀具的几何形状（1 1）前刀面前刀面(前面前面 )：切屑流出所经过：切屑流出所经过的表面。的表面。（2 2）主后刀面主后刀面(主后面主后面)：与工件上过：与工件上过渡表面相对的表面。渡表面相对的表面。（3 3）副后刀面副后刀面(副后面副后面)：与工件上已：与工件上已加工表面相对的表面。加工表面相对的表面。（4 4）主切削刃主切削刃(主刀刃主刀刃)：前刀面与主后：前刀面与主后刀面的交线，承担主要切削工作。刀面的交线，承担主要切削工作。（5 5）副切削刃副切削刃(副刀刃副刀刃)：前刀面与副后：前刀面与副后刀面的交线，协同主切削刃完成切削刀面的交线，协同主切削刃完成切削工作，工作，（6 6）刀尖刀尖：主切削刃和副切削刀的交点，：主切削刃和副切削刀的交点，可以是一段小的圆弧，也可以是一段可以是一段小的圆弧，也可以是一段直线。直线。第第2424页页/共共8888页页第第2525页页/共共8888页页刀具的几何形状刀具的几何形状 2.2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度（1 1）辅辅助助平平面面：为为了了确确定定刀刀具具的的角角度度，必必须须引引入入一一个个由由三三个个辅辅助助平平面面组成的空间坐标参考系。以此为基准，反映刀面和切削刃的空间位置。组成的空间坐标参考系。以此为基准，反映刀面和切削刃的空间位置。基面基面：通过主切削刃上某一指定点，：通过主切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。并与该点切削速度方向相垂直的平面。切削平面切削平面：通过主切削刃上某一指：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点基定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。面的平面。主剖面主剖面：通过主切削刃上某一指定：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。平面。三个辅助平面是互相垂直的，由它三个辅助平面是互相垂直的，由它们组成的们组成的刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系称为正交称为正交平面参考系。平面参考系。辅助平面辅助平面第第2626页页/共共8888页页第第2727页页/共共8888页页前角前角 o o 在在在在主主主主剖剖剖剖面面面面内内内内测测测测量量量量，是是是是前前前前刀刀刀刀面面面面与与与与基基基基面面面面的的的的夹夹夹夹角角角角。前前前前刀刀刀刀面面面面在在在在基基基基面面面面之之之之下下下下时时时时前前前前角角角角为为为为正正正正值值值值，前前前前刀刀刀刀面面面面在在在在基基基基面面面面之之之之上上上上时时时时前前前前角角角角为为为为负负负负值。值。值。值。o o o o影影影影响响响响切切切切削削削削难难难难易易易易程程程程度度度度。增增增增大大大大前前前前角角角角可可可可使使使使刀刀刀刀具具具具锋锋锋锋利利利利，切切切切削削削削轻轻轻轻快快快快。但但但但前前前前角角角角过过过过大大大大，刀刀刀刀刃刃刃刃和和和和刀刀刀刀尖尖尖尖强强强强度度度度下下下下降降降降，刀刀刀刀具具具具导导导导热热热热体体体体积减小，影响刀具寿命。积减小，影响刀具寿命。积减小，影响刀具寿命。积减小，影响刀具寿命。ArA 向f车刀的主要角度0000rrs0刀具标注角度刀具标注角度 （2）车刀标注角度）车刀标注角度在刀具标注角度参考系中测得在刀具标注角度参考系中测得的角度称为刀具的标注角度，的角度称为刀具的标注角度，是刀具制造和刃磨的依据。是刀具制造和刃磨的依据。第第2828页页/共共8888页页 根根根根据据据据前前前前刀刀刀刀面面面面与与与与基基基基面面面面相相相相对对对对位位位位置置置置的的的的不不不不同同同同，前前前前角角角角可可可可分分分分为为为为正正正正前前前前角角角角、零前角和负前角。零前角和负前角。零前角和负前角。零前角和负前角。一一一一般般般般，加加加加工工工工塑塑塑塑性性性性较较较较大大大大的的的的材材材材料料料料时时时时，切切切切削削削削变变变变形形形形大大大大，应应应应取取取取较较较较大大大大的前角。加工脆性材料时，应取较小的前角。的前角。加工脆性材料时，应取较小的前角。的前角。加工脆性材料时，应取较小的前角。的前角。加工脆性材料时，应取较小的前角。刀具标注角度刀具标注角度 第第2929页页/共共8888页页后角后角 o o 后后后后角角角角o o o o在在在在主主主主剖剖剖剖面面面面内内内内测测测测量量量量，是是是是主主主主后后后后刀刀刀刀面面面面与与与与切切切切削平面的夹角。削平面的夹角。削平面的夹角。削平面的夹角。后角的作用是为了减后角的作用是为了减后角的作用是为了减后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工小主后刀面与工件加工小主后刀面与工件加工小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主表面之间的摩擦以及主表面之间的摩擦以及主表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角后刀面的磨损。但后角后刀面的磨损。但后角后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，过大，刀刃强度下降，过大，刀刃强度下降，过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反刀具导热体积减小，反刀具导热体积减小，反刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨而会加快主后刀面的磨而会加快主后刀面的磨而会加快主后刀面的磨损。损。损。损。q 粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使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，一般为刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为36；精加工时切深较小，为保证加工的表；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，一般为面质量，后角可选大一些，一般为612。刀具标注角度刀具标注角度 第第3030页页/共共8888页页q 主偏角应根据加工对象正确选取，车主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有刀常用的主偏角有45、60、75、90几几种。种。主偏角主偏角 r r 在在在在基基基基面面面面内内内内测测测测量量量量，是是是是主主主主切切切切削削削削刃刃刃刃在在在在基基基基面面面面上上上上投投投投影影影影与与与与假假假假定定定定进给方向的夹角。进给方向的夹角。进给方向的夹角。进给方向的夹角。r r r r的的的的大大大大小小小小影影影影响响响响切切切切削削削削层层层层的的的的几几几几何何何何参参参参数数数数和和和和刀刀刀刀具具具具寿寿寿寿命命命命。减减减减小小小小主主主主偏偏偏偏角角角角，主主主主刃刃刃刃参参参参加加加加切切切切削削削削的的的的长长长长度度度度增增增增加加加加，负负负负荷荷荷荷减减减减轻轻轻轻，同同同同时时时时加加加加强强强强了了了了刀刀刀刀尖尖尖尖，增增增增大大大大了了了了散散散散热热热热面面面面积积积积，使刀具寿命提高。使刀具寿命提高。使刀具寿命提高。使刀具寿命提高。r r r r的的的的大大大大小小小小还还还还影影影影响响响响切切切切削削削削分分分分力力力力。减减减减小小小小主主主主偏偏偏偏角角角角使使使使吃吃吃吃刀刀刀刀抗抗抗抗力力力力增增增增大大大大，当当当当加加加加工工工工刚刚刚刚性性性性较较较较弱弱弱弱的的的的工工工工件件件件时时时时，易引起工件变形和振动易引起工件变形和振动易引起工件变形和振动易引起工件变形和振动ArA 向f0000rrsr刀具标注角度刀具标注角度 第第3131页页/共共8888页页主偏角对切削层和切削分力的影响主偏角对切削层和切削分力的影响第第3232页页/共共8888页页rAA 向f0000rrs副偏角副偏角 r r r r r r在在在在基基基基面面面面内内内内测测测测量量量量，是是是是副副副副切切切切削削削削刃刃刃刃在在在在基基基基面面面面上上上上的的的的投投投投影影影影与与与与假假假假定定定定进进进进给给给给反反反反方方方方向向向向的夹角。的夹角。的夹角。的夹角。副副副副偏偏偏偏角角角角的的的的作作作作用用用用是是是是为为为为了了了了减减减减小小小小副副副副切切切切削削削削刃刃刃刃与与与与工工工工件件件件已已已已加加加加工工工工表表表表面面面面之之之之间间间间的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦，以以以以防防防防止止止止切切切切削削削削时时时时产产产产生生生生振振振振动动动动。副副副副偏偏偏偏角角角角的的的的大大大大小小小小影影影影响响响响刀刀刀刀尖尖尖尖强度和表面粗糙度。强度和表面粗糙度。强度和表面粗糙度。强度和表面粗糙度。r刀具标注角度刀具标注角度 第第3333页页/共共8888页页图图1-10 副偏角对残留面积的影响副偏角对残留面积的影响q 在在切切深深、进进给给量量和和主主偏偏角角相相同同的的情情况况下下，减减小小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。第第3434页页/共共8888页页刃倾角s在在切切削削平平面面内内测测量量，是是主主切切削削刃刃与与基基面面的的夹夹角。当刀尖是切削刃最高点时角。当刀尖是切削刃最高点时,s s定为正值；反之为负。定为正值；反之为负。q s影影响响刀刀尖尖强强度度和和切切屑屑流流动动方方向向。粗粗加加工工时时为为增增强强刀刀尖尖强强度度，s常常取取负负值值；精精加加工工时时为为防防止止切切屑屑划划伤伤已已加加工工表表面面，s常取正值或零。常取正值或零。刀具标注角度刀具标注角度 第第3535页页/共共8888页页（3）刀具工作角度）刀具工作角度 上面讨论的外圆车刀的标注角度，是在忽略进给上面讨论的外圆车刀的标注角度，是在忽略进给运动的影响，假定刀杆纵向轴线垂直于进给方向，切运动的影响，假定刀杆纵向轴线垂直于进给方向，切削刃上选定点与工件中心等高，车刀的底面与基面平削刃上选定点与工件中心等高，车刀的底面与基面平行等条件下确定的。这种假定状态称为行等条件下确定的。这种假定状态称为“静止状态静止状态”。如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，这时参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，这时的参考系称为的参考系称为刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系。在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具的的工作角度工作角度。工作角度反映了刀具的实际工作状态。工作角度反映了刀具的实际工作状态。刀具工作角度刀具工作角度 第第3636页页/共共8888页页 刀具工作角度刀具工作角度 车刀安装高度对工作角度的影响车刀安装高度对工作角度的影响安装刀具时，如果刀尖高于或低于工件中心，会引起刀具安装刀具时，如果刀尖高于或低于工件中心，会引起刀具工作角度的变化。以上图为例，如果刀尖安装得高于工件工作角度的变化。以上图为例，如果刀尖安装得高于工件中心，实际工作前角中心，实际工作前角 将大于标注前角将大于标注前角 ，而工作后角，而工作后角 将小于标注后角将小于标注后角 。第第3737页页/共共8888页页 当车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，会引当车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，会引起工作主偏角和工作副偏角的改变。起工作主偏角和工作副偏角的改变。刀具工作角度刀具工作角度 车刀安装偏斜对工作角度的影响车刀安装偏斜对工作角度的影响第第3838页页/共共8888页页1.2.3 车刀的几种结构形式车刀的几种结构形式 外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。常用的车刀结构形式有：整体式、焊接式、常用的车刀结构形式有：整体式、焊接式、机夹重磨式机夹重磨式和和机夹可转位式机夹可转位式a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹可转位式车刀第第3939页页/共共8888页页1.3 1.3 金属的切削过程金属的切削过程1.3.1 1.3.1 切削过程及切屑种类切削过程及切屑种类切削过程及切屑种类切削过程及切屑种类 1.1.切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程金金金金属属属属的的的的切切切切削削削削过过过过程程程程实实实实际际际际上上上上与与与与金金金金属属属属的的的的挤挤挤挤压压压压过过过过程程程程很很很很相相相相似似似似。切切切切屑屑屑屑的的的的形形形形成成成成与与与与切切切切离离离离过过过过程程程程，是是是是切切切切削削削削层层层层受受受受到到到到刀刀刀刀具具具具前前前前刀刀刀刀面面面面的的的的挤挤挤挤压压压压而而而而产产产产生生生生以以以以滑滑滑滑移移移移为主的塑性变形过程。为主的塑性变形过程。为主的塑性变形过程。为主的塑性变形过程。正正正正挤挤挤挤压压压压：金金金金属属属属材材材材料料料料受受受受挤挤挤挤压压压压时时时时，最最最最大大大大剪剪剪剪应应应应力方向与作用力方向约成力方向与作用力方向约成力方向与作用力方向约成力方向与作用力方向约成4545偏偏偏偏挤挤挤挤压压压压：金金金金属属属属材材材材料料料料一一一一部部部部分分分分受受受受挤挤挤挤压压压压时时时时，OBOB线线线线以以以以下下下下金金金金属属属属由由由由于于于于母母母母体体体体阻阻阻阻碍碍碍碍，不不不不能能能能沿沿沿沿ABAB线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿OMOM线滑移线滑移线滑移线滑移FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压第第4040页页/共共8888页页切削：切削：切削：切削：与与与与偏偏偏偏挤挤挤挤压压压压情情情情况况况况类类类类似似似似。切切切切削削削削塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料时时时时，材材材材料料料料受受受受到到到到刀刀刀刀具具具具作作作作用用用用，开开开开始始始始发发发发生生生生弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形剪剪剪剪切切切切应应应应力力力力增增增增大大大大，达达达达到到到到屈屈屈屈服服服服点点点点产产产产生生生生塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形，沿沿沿沿OMOM线线线线滑滑滑滑移移移移剪剪剪剪切切切切应应应应力力力力与与与与滑滑滑滑移移移移量量量量继继继继续续续续增增增增大大大大，达达达达到到到到断断断断裂裂裂裂强强强强度度度度切屑与母体脱离。切屑与母体脱离。切屑与母体脱离。切屑与母体脱离。OMFc）切削）切削第第4141页页/共共8888页页切屑根部金相照片切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角切屑形成过程切屑形成过程第第4242页页/共共8888页页 第变形区：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。切削部位三个变形区 第变形区：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。三个变形区分析三个变形区分析 第变形区：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。切屑形成过程切屑形成过程第第4343页页/共共8888页页 在切削过程中，刀具切下的切屑厚度ch通常都大于工件切削层厚度c，而切屑长度Lch却小于切削层长度Lc。这种现象称为切屑收缩，可用变形因数表示切削层的变形程度。变形因数（收缩因数）变形因数（收缩因数）切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程 变变形形因因数数是是切削层长度Lc与切屑长度Lch之比，即：在切削加工中，应根据情况，采取相应措施，减小切削变形因数，改善切削过程。第第4444页页/共共8888页页影响切屑变形因数的因素影响切屑变形因数的因素影响切屑变形因数的因素影响切屑变形因数的因素 1工件材料工件材料 工件材料强度越高，塑性越小，变形因数工件材料强度越高，塑性越小，变形因数将越小，切削变形越小。将越小，切削变形越小。2刀具前角刀具前角 增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。3切削速度切削速度 在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形因数在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形因数越小。越小。4切削层厚度切削层厚度c c 在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层厚度在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层厚度c c越大，变形因数越大，变形因数越小。越小。5 摩擦系数摩擦系数 提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。切屑形成过程切屑形成过程第第4545页页/共共8888页页2.切屑类型切屑类型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，刀具前角较大加工中等硬度材料，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，应设断屑槽切削过程欠平稳，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，易崩刀带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑类型及形成条件第第4646页页/共共8888页页带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑形态照片切屑类型切屑类型第第4747页页/共共8888页页 在速度不高、切削塑性金属形成在速度不高、切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块，在前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为称为积屑瘤积屑瘤。2.2.积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1.3.2 积屑瘤积屑瘤1.1.积屑瘤成因积屑瘤成因 高温、高压作用下，切屑底层与高温、高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接前刀面发生粘接 积屑瘤硬度比刀具高，可代替刀具切削，保护刀具积屑瘤硬度比刀具高，可代替刀具切削，保护刀具 增大实际工作前角，减小变形和切削力，使切削轻快增大实际工作前角，减小变形和切削力，使切削轻快 产生过切及犁沟，尺寸精度下降产生过切及犁沟，尺寸精度下降 增大已加工面的表面粗糙度增大已加工面的表面粗糙度切屑刀具积屑瘤滞留 粘接 长大 破裂第第4848页页/共共8888页页积屑瘤积屑瘤 4.积屑瘤对精加工是不利的，应避免产生：积屑瘤对精加工是不利的，应避免产生：（1）降低工件材料塑性，对塑性较高的材料（如低碳钢），进行正火）降低工件材料塑性，对塑性较高的材料（如低碳钢），进行正火处理；处理；（2）一般精车、精铣时，提高切削速度，而用高速钢刀具拉削、铰削一般精车、精铣时，提高切削速度，而用高速钢刀具拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削；和宽刀精刨时，则采用低速切削；（3）增大前角；增大前角；（4）减小进给量；减小进给量；（5）采用润滑液等。采用润滑液等。3.影响积屑瘤的因素影响积屑瘤的因素（1）工件材料）工件材料 塑性大的材料，切削变形大，容易产生积屑瘤；切削脆性材料时，塑性大的材料，切削变形大，容易产生积屑瘤；切削脆性材料时，一般不会产生积屑瘤。一般不会产生积屑瘤。（2）切削速度）切削速度 切削速度很低时（小于切削速度很低时（小于5m/min），不会产生积屑瘤；切削速度在），不会产生积屑瘤；切削速度在550m/min范围时，容易产生积屑瘤；当切削速度高于范围时，容易产生积屑瘤；当切削速度高于50m/min范围时，范围时，由于切削温度很高，切削底面呈微熔状态，也不会产生积屑瘤。由于切削温度很高，切削底面呈微熔状态，也不会产生积屑瘤。第第4949页页/共共8888页页rFzFFyFf pFxFf pFf pfv切削力的分解切削力来源切削力来源 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力F 切削合力Fz主切削力Fy切深抗力Fx进给抗力切削力分解切削力分解1.3.3 切削力切削力1.切削力第第5050页页/共共8888页页切削力切削力切削力分解：切削力分解：切削力分解：切削力分解：（1 1）主切削力）主切削力）主切削力）主切削力FzFz （切向力）（切向力）（切向力）（切向力）是是总总切切削削力力F F在在切切削削速速度度方方向向上上的的分分力力，占占总总切切削削力力的的80%90%80%90%，它它消消耗耗的的功功率率最最大大。此此力力是是计计算算机机床床动动力力，以以及及主主传传动动系系统统零零件件强强度度和和刚刚度度的主要依据。的主要依据。（2 2）进给抗力）进给抗力）进给抗力）进给抗力F FX X（轴向力）（轴向力）（轴向力）（轴向力）是是总总切切削削力力F F在在进进给给方方向向上上的的分分力力，它它消消耗耗的的功功率率仅仅为为1%5%1%5%。此此力力是设计和计算进给机构零件强度和刚度的主要依据。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的主要依据。（3 3）切深抗力）切深抗力）切深抗力）切深抗力F Fy y（径向力）（径向力）（径向力）（径向力）是是总总切切削削力力F F在在切切削削深深度度方方向向上上的的分分力力，它它不不做做功功，但但其其反反作作用用力力作作用用在在工工件件上上，易易使使工工件件弯弯曲曲变变形形，尤尤其其是是细细长长轴轴。在在车车削削刚刚性性较较差差的的零零件件时时，应应设设法法减减小小或或消消除除径径向向力力的的影影响响，如如车车削削细细长长轴轴时时，常常采采用用主主偏偏角角为为9090的偏刀。的偏刀。三个切削分力互相垂直，并与总切削力三个切削分力互相垂直，并与总切削力F F有如下关系：有如下关系：第第5151页页/共共8888页页第第5252页页/共共8888页页切削力经验公式 切削力经验公式：切削力经验公式：切削力经验公式：切削力经验公式：式中 CFx,CFy,CFz 与工件、刀具