金属切削的基础知识.pptx

第五篇 切削加工 切削加工是使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数（形状、尺寸、位置）和表面质量的加工办法。切削加工可分为机械加工机械加工和钳工钳工两部分。第一章 金属切削的基础知识第一节第一节 切削运动及切削要素切削运动及切削要素一、切削运动一、切削运动 在切削加工时，按工件与刀具相对运动在切削加工时，按工件与刀具相对运动所起的作用来分，切削运动可分为主运动所起的作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。和进给运动。主运动主运动：刀具与工件之间最主要的相对：刀具与工件之间最主要的相对运动，它消耗功率最多，速度最高。主运运动，它消耗功率最多，速度最高。主运动只有且必须有一个。动只有且必须有一个。进给运动进给运动进给运动进给运动 ：刀具与工件之间产生的附加相对运动，：刀具与工件之间产生的附加相对运动，：刀具与工件之间产生的附加相对运动，：刀具与工件之间产生的附加相对运动，配合主运动，不断将多余的金属投入切削以保持切削配合主运动，不断将多余的金属投入切削以保持切削配合主运动，不断将多余的金属投入切削以保持切削配合主运动，不断将多余的金属投入切削以保持切削连续进行或反复进行的运动。一般而言，进给运动速连续进行或反复进行的运动。一般而言，进给运动速连续进行或反复进行的运动。一般而言，进给运动速连续进行或反复进行的运动。一般而言，进给运动速度较低，消耗功率较少。度较低，消耗功率较少。度较低，消耗功率较少。度较低，消耗功率较少。(3)(3)(3)(3)合成切削运动：合成切削运动是由主运动和进给运合成切削运动：合成切削运动是由主运动和进给运合成切削运动：合成切削运动是由主运动和进给运合成切削运动：合成切削运动是由主运动和进给运动合成的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时动合成的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时动合成的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时动合成的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称合成切合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称合成切合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称合成切合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称合成切削速度。削速度。削速度。削速度。(4)(4)工件表面：在切削加工中，随着工件多余材料不断被工件表面：在切削加工中，随着工件多余材料不断被工件表面：在切削加工中，随着工件多余材料不断被工件表面：在切削加工中，随着工件多余材料不断被切除变成切屑，工件上形成三个不断变化着的表面：切除变成切屑，工件上形成三个不断变化着的表面：切除变成切屑，工件上形成三个不断变化着的表面：切除变成切屑，工件上形成三个不断变化着的表面：n1）已加工表面：已经切除切削层而形成的新表面；）已加工表面：已经切除切削层而形成的新表面；n2）待加工表面：加工时即将切除切削层的表面；）待加工表面：加工时即将切除切削层的表面；n n3 3）过渡表面：切削刃正在切削着的表面。）过渡表面：切削刃正在切削着的表面。）过渡表面：切削刃正在切削着的表面。）过渡表面：切削刃正在切削着的表面。a)车外圆车外圆)b)刨削平面刨削平面 切削运动和工件的加工表面示意图切削运动和工件的加工表面示意图二、切削要素二、切削要素二、切削要素二、切削要素 切削用量切削用量切削用量切削用量 ：是切削加工过程中切削速度、进给：是切削加工过程中切削速度、进给：是切削加工过程中切削速度、进给：是切削加工过程中切削速度、进给量或进给速度和切削深度（背吃刀量）的总称。量或进给速度和切削深度（背吃刀量）的总称。量或进给速度和切削深度（背吃刀量）的总称。量或进给速度和切削深度（背吃刀量）的总称。1 1）切削速度）切削速度）切削速度）切削速度 刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时线速度刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时线速度称为切削速度。当工件旋转为主运动时，切削速度的计称为切削速度。当工件旋转为主运动时，切削速度的计算公式为：算公式为：式中式中d工件直径（工件直径（mm）n工件或刀具每分工件或刀具每分(秒秒)钟转数钟转数(r/min或或r/s)。若主运动为往复直线运动，则常以其平均若主运动为往复直线运动，则常以其平均速度为切削速度，按下式计算：速度为切削速度，按下式计算：L往复运动行程长度往复运动行程长度(mm)nr 主运动每秒或每分钟的往复次数主运动每秒或每分钟的往复次数(st/s或或st/min)2 2 2 2）进给量）进给量）进给量）进给量 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行程，刀具在进给运动方向上相用刀具或工件每转或每行程，刀具在进给运动方向上相用刀具或工件每转或每行程，刀具在进给运动方向上相用刀具或工件每转或每行程，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对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以表示，单位为量，以表示，单位为量，以表示，单位为量，以表示，单位为/或或或或/t t。对于多齿刀具（如钻头、铣刀等）每转或每行程中对于多齿刀具（如钻头、铣刀等）每转或每行程中对于多齿刀具（如钻头、铣刀等）每转或每行程中对于多齿刀具（如钻头、铣刀等）每转或每行程中每一单齿相对于工件在进给运动方向上的位移量，称为每一单齿相对于工件在进给运动方向上的位移量，称为每一单齿相对于工件在进给运动方向上的位移量，称为每一单齿相对于工件在进给运动方向上的位移量，称为每齿进给量，以每齿进给量，以每齿进给量，以每齿进给量，以 f fz z表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为mm/zmm/z。对于铣刀、铰刀、拉刀等多齿刀具对于铣刀、铰刀、拉刀等多齿刀具3 3 3 3）切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）a a a ap p p p 指工件上已加工表面与待加工表面间的垂直指工件上已加工表面与待加工表面间的垂直指工件上已加工表面与待加工表面间的垂直指工件上已加工表面与待加工表面间的垂直距离，单位为距离，单位为距离，单位为距离，单位为mmmm。车外圆、内孔等回转表面时，车外圆、内孔等回转表面时，车外圆、内孔等回转表面时，车外圆、内孔等回转表面时，a ap p可用下式计可用下式计可用下式计可用下式计算：算：算：算：式中式中 dw待加工表面直径，；待加工表面直径，；dm已加工表面直径，。已加工表面直径，。切削层参数切削层参数 1）切削刃基点：主切削刃上的特定选定点，一）切削刃基点：主切削刃上的特定选定点，一般选主切削刃工作长度的中点位置。如图所示。图中般选主切削刃工作长度的中点位置。如图所示。图中D点为切削刃基点。点为切削刃基点。车外圆时的切削层参数车外圆时的切削层参数 2）切削层尺寸平面）切削层尺寸平面：用来确定切削层参数所特定的用来确定切削层参数所特定的平面，是指通过切削刃基点平面，是指通过切削刃基点D并垂直于该点主运动方向的并垂直于该点主运动方向的平面。平面。切削层的尺寸可用公称宽度、公称厚度、公称横截面切削层的尺寸可用公称宽度、公称厚度、公称横截面积三个参数表示。积三个参数表示。3）切削层公称宽度）切削层公称宽度 在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极点间的距在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极点间的距离，在切削层离，在切削层尺寸平面内尺寸平面内测量，单位测量，单位mm。5）切削层公称厚度）切削层公称厚度 在同一瞬间的切削层公称横截面积与其在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度公称宽度之比，单位之比，单位mm。4）切削层公称横截面积）切削层公称横截面积 指同一切削瞬间实际切削层在切削层尺寸平面内指同一切削瞬间实际切削层在切削层尺寸平面内的投影，或指切削层横截面的面积，用的投影，或指切削层横截面的面积，用外圆车削时外圆车削时 表示，单位为表示，单位为mm2。第二节第二节 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构 一、一、一、一、刀具材料刀具材料刀具材料刀具材料 刀具材料必须具备的性能刀具材料必须具备的性能刀具材料必须具备的性能刀具材料必须具备的性能 在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求：材料应具备以下基本要求：材料应具备以下基本要求：材料应具备以下基本要求：高硬度高硬度高硬度高硬度 较好的耐磨性较好的耐磨性较好的耐磨性较好的耐磨性 足够的强度和韧性足够的强度和韧性足够的强度和韧性足够的强度和韧性 高耐热性高耐热性高耐热性高耐热性 良好导热性和膨胀系数良好导热性和膨胀系数良好导热性和膨胀系数良好导热性和膨胀系数 良好的工艺性良好的工艺性良好的工艺性良好的工艺性 常用的刀具材料 常用的刀具材料分为：工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬材料等。它们的分类及主要物理、力学性能见表1-1。工具钢工具钢工具钢工具钢 ：常用的工具钢刀具材料分为碳素工具钢及合常用的工具钢刀具材料分为碳素工具钢及合金工具钢。常用来制造手动工具。金工具钢。常用来制造手动工具。高速钢高速钢高速钢高速钢 ：高速钢是高速工具钢的简称，又叫锋钢、白高速钢是高速工具钢的简称，又叫锋钢、白钢钢 。用于制造形状较复杂的各种刀具。用于制造形状较复杂的各种刀具。硬质合金硬质合金硬质合金硬质合金：硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物(主要主要是是WCWC、TiCTiC等，又称高温碳化物等，又称高温碳化物)微米级的粉末，微米级的粉末，用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。常制成各种形式的刀片，焊接或机械夹固在品。常制成各种形式的刀片，焊接或机械夹固在刀柄上使用。分为钨钴类（刀柄上使用。分为钨钴类（YGYG类）和钨钴钛类类）和钨钴钛类（YTYT类）类）YG YG类硬质合金塑性较好，但切削塑性材料时，类硬质合金塑性较好，但切削塑性材料时，耐磨性较差，适合加工铸铁、青铜等脆性材料。耐磨性较差，适合加工铸铁、青铜等脆性材料。YTYT类硬质合金比类硬质合金比YGYG类硬度高、耐热性好，但韧类硬度高、耐热性好，但韧性较小，适合加工钢件。性较小，适合加工钢件。陶瓷刀具陶瓷刀具陶瓷刀具陶瓷刀具 ：陶瓷材料具有高硬度、高温强度好的特性，化学陶瓷材料具有高硬度、高温强度好的特性，化学稳定性亦很好，但韧性很低。稳定性亦很好，但韧性很低。另外，涂层刀片是近年来迅速发展的刀具材料。另外，涂层刀片是近年来迅速发展的刀具材料。就是在韧性较好的硬质合金基体表面，涂敷约就是在韧性较好的硬质合金基体表面，涂敷约5um5um厚的一层厚的一层TiCTiC或或TiNTiN或二者的混合物，提高表层的耐或二者的混合物，提高表层的耐磨性。磨性。硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量牌号牌号应用范围应用范围YG3XYG3X铸铁铸铁,有色金属及其合金的精加工、半精有色金属及其合金的精加工、半精加工加工,不能承受冲击载荷不能承受冲击载荷YG3YG3铸铁、有色金属及其合金的精加工、半铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工精加工,不能承受冲击载荷不能承受冲击载荷YG6XYG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工工、半精加工YG6YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工粗加工YG8YG8铸铁、有色金属及其合金、非金属材料铸铁、有色金属及其合金、非金属材料的粗加工的粗加工,也可用于断续切削也可用于断续切削YG6AYG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工工,亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工和精加工YT30YT30碳素钢、合金钢的精加工碳素钢、合金钢的精加工YT15YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工半精加工,亦可用于断续切削时精加工亦可用于断续切削时精加工加工加工YT14YT14同同YT15YT15YT5YT5碳素钢、合金钢的粗加工碳素钢、合金钢的粗加工,可用于断续切可用于断续切削削YW1YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工金的半精加工和精加工YW2YW2高温合金、不锈钢、高锰钢等难加工材高温合金、不锈钢、高锰钢等难加工材料及普通钢料、铸棋、有色金属料及普通钢料、铸棋、有色金属的粗加工和半精加工的粗加工和半精加工二、刀具角度二、刀具角度二、刀具角度二、刀具角度1 1、车刀的组成、车刀的组成、车刀的组成、车刀的组成 普通车刀由刀头和刀柄两部分组成。刀头用来切削，普通车刀由刀头和刀柄两部分组成。刀头用来切削，普通车刀由刀头和刀柄两部分组成。刀头用来切削，普通车刀由刀头和刀柄两部分组成。刀头用来切削，即为切削部分；刀柄用来装夹在刀架上。切削部分是即为切削部分；刀柄用来装夹在刀架上。切削部分是即为切削部分；刀柄用来装夹在刀架上。切削部分是即为切削部分；刀柄用来装夹在刀架上。切削部分是一个几何体，由一些表面、切削刃、刀尖组成。一个几何体，由一些表面、切削刃、刀尖组成。一个几何体，由一些表面、切削刃、刀尖组成。一个几何体，由一些表面、切削刃、刀尖组成。1 1 前面前面 2 后面后面 3 切削刃切削刃 4 刀尖刀尖 2 2、车刀切削部分的主要角度、车刀切削部分的主要角度 为了确定刀具切削部分各表面和切削刃的空为了确定刀具切削部分各表面和切削刃的空间位置，需要建立平面参考系。间位置，需要建立平面参考系。按构成参考系时所依据的切削运动的差异，按构成参考系时所依据的切削运动的差异，参考系分成：刀具标注角度参考系和刀具工作角参考系分成：刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。前者由主运动方向确定，后者由合成度参考系。前者由主运动方向确定，后者由合成切削运动方向确定。切削运动方向确定。静止参考系：刀具静止参考系主要由静止参考系：刀具静止参考系主要由以下基准坐标平面组成，如图所示。以下基准坐标平面组成，如图所示。基面基面 切削平面切削平面正交平面正交平面 假定工作平面假定工作平面 3 3、车刀的主要角度、车刀的主要角度在基面内的角度在基面内的角度 1）主偏角）主偏角：主切削：主切削平面与假定工作平面平面与假定工作平面间的夹角。间的夹角。2）副偏角）副偏角 ：副：副切削平面与假定工作切削平面与假定工作平面间的夹角。平面间的夹角。主偏角越大，进给抗主偏角越大，进给抗力越大，切深抗力越力越大，切深抗力越小小n n在正交平面内的角度在正交平面内的角度n n 1）前角）前角 o：前刀面与基面间的夹角。：前刀面与基面间的夹角。n n 2）后角）后角 o：后刀面与切削平面间的夹角。：后刀面与切削平面间的夹角。前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热前角作用前角作用减小主后刀面与加工表面的减小主后刀面与加工表面的摩擦摩擦后角作用后角作用n n在切削平面内的角度在切削平面内的角度n n刃倾角刃倾角：主切削刃与基面间的夹角。：主切削刃与基面间的夹角。刃倾角的作用刃倾角的作用刃倾角对切屑排出方向的影响4 4、刀具的工作角度、刀具的工作角度 刀具工作时的实际切削角度称为刀具工作刀具工作时的实际切削角度称为刀具工作角度。角度。三、刀具结构三、刀具结构三、刀具结构三、刀具结构整体式整体式整体式整体式 （高速钢）高速钢）高速钢）高速钢）焊接式焊接式焊接式焊接式机夹重磨机夹重磨机夹重磨机夹重磨机夹可转位机夹可转位机夹可转位机夹可转位硬质合金硬质合金机夹可转位式车刀的主要优点如下：机夹可转位式车刀的主要优点如下：避免了因焊接而引起的缺陷，在相同的切削条件下刀具切削性避免了因焊接而引起的缺陷，在相同的切削条件下刀具切削性能大为提高。能大为提高。在一定条件下，卷屑、断屑稳定可靠。在一定条件下，卷屑、断屑稳定可靠。刀片转位后，仍可保证切削刃与工件的相对位置，减少了调刀刀片转位后，仍可保证切削刃与工件的相对位置，减少了调刀停机时间，提高了生产效率。停机时间，提高了生产效率。刀片一般不需重磨，得于涂层刀片的推广使用。刀片一般不需重磨，得于涂层刀片的推广使用。刀体使用寿命长，可节约刀体材料及其制造费用。刀体使用寿命长，可节约刀体材料及其制造费用。整体式高速钢车刀（用得较少）整体式高速钢车刀（用得较少）整体车刀耗用刀具材料较多，一般只用作切槽、切整体车刀耗用刀具材料较多，一般只用作切槽、切断刀使用。断刀使用。硬质合金焊接式车刀硬质合金焊接式车刀（1）特点）特点结构简单，刚性好，适应性强结构简单，刚性好，适应性强（2）缺点）缺点经过高温焊接和刃磨后，产生内应力和裂纹，使切削性能经过高温焊接和刃磨后，产生内应力和裂纹，使切削性能下降下降 硬质合金机夹重磨式车刀硬质合金机夹重磨式车刀特点是刀片与刀柄是两个可拆开的独立元件，工作时靠夹特点是刀片与刀柄是两个可拆开的独立元件，工作时靠夹紧元件把它们坚固在一起。避免高温焊接所带来的缺陷，紧元件把它们坚固在一起。避免高温焊接所带来的缺陷，提高刀具切削性能，要换刀，调刀。提高刀具切削性能，要换刀，调刀。机夹可转位式车刀（不重磨式）机夹可转位式车刀（不重磨式）第三节第三节 金属切削过程金属切削过程一切屑形成过程及切屑种类一切屑形成过程及切屑种类一切屑形成过程及切屑种类一切屑形成过程及切屑种类1 1、切屑的形成过程、切屑的形成过程、切屑的形成过程、切屑的形成过程 金属切削过程的实质是工件受到刀具的切割和推挤以后产生弹金属切削过程的实质是工件受到刀具的切割和推挤以后产生弹金属切削过程的实质是工件受到刀具的切割和推挤以后产生弹金属切削过程的实质是工件受到刀具的切割和推挤以后产生弹性和塑性变形，当应力达到材料的断裂强度，金属材料被挤裂，性和塑性变形，当应力达到材料的断裂强度，金属材料被挤裂，性和塑性变形，当应力达到材料的断裂强度，金属材料被挤裂，性和塑性变形，当应力达到材料的断裂强度，金属材料被挤裂，并沿着刀具的前刀面流出而成为切屑。并沿着刀具的前刀面流出而成为切屑。并沿着刀具的前刀面流出而成为切屑。并沿着刀具的前刀面流出而成为切屑。经过塑性变形的切屑，其厚度经过塑性变形的切屑，其厚度经过塑性变形的切屑，其厚度经过塑性变形的切屑，其厚度大于切屑层公称厚度大于切屑层公称厚度大于切屑层公称厚度大于切屑层公称厚度，而长度而长度而长度而长度小于切削层公称长度小于切削层公称长度小于切削层公称长度小于切削层公称长度，这种现象称为切屑收缩。，这种现象称为切屑收缩。，这种现象称为切屑收缩。，这种现象称为切屑收缩。切屑厚度与切削层公称厚度之比称为切屑厚度压缩比以切屑厚度与切削层公称厚度之比称为切屑厚度压缩比以切屑厚度与切削层公称厚度之比称为切屑厚度压缩比以切屑厚度与切削层公称厚度之比称为切屑厚度压缩比以 h h表示。表示。表示。表示。2 2、切屑的种类、切屑的种类 n n带状切屑带状切屑n n节状切屑节状切屑n n崩碎切屑崩碎切屑 二、二、积屑瘤积屑瘤 在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时，通常会在刀具切削刃及刀具前刀面上黏结堆积时，通常会在刀具切削刃及刀具前刀面上黏结堆积时，通常会在刀具切削刃及刀具前刀面上黏结堆积时，通常会在刀具切削刃及刀具前刀面上黏结堆积一些楔块或鼻状的高硬度金属块，称为积屑瘤，如一些楔块或鼻状的高硬度金属块，称为积屑瘤，如一些楔块或鼻状的高硬度金属块，称为积屑瘤，如一些楔块或鼻状的高硬度金属块，称为积屑瘤，如图所示。积屑瘤的硬度为金属母体的图所示。积屑瘤的硬度为金属母体的图所示。积屑瘤的硬度为金属母体的图所示。积屑瘤的硬度为金属母体的2 23 3倍。倍。倍。倍。积屑瘤的形成积屑瘤的形成积屑瘤的形成积屑瘤的形成 积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 积屑瘤a)积屑瘤金相照片 b)积屑瘤示意图 控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施工件材料：工件材料：工件材料：工件材料：降低塑性、提高硬度、减小切削变形。降低塑性、提高硬度、减小切削变形。降低塑性、提高硬度、减小切削变形。降低塑性、提高硬度、减小切削变形。切削速度：切削速度：切削速度：切削速度：避开中速区，采用很低或很高的速度。避开中速区，采用很低或很高的速度。避开中速区，采用很低或很高的速度。避开中速区，采用很低或很高的速度。前角：前角：前角：前角：增大刀具前角可减小切削变形和切削温度，增大刀具前角可减小切削变形和切削温度，增大刀具前角可减小切削变形和切削温度，增大刀具前角可减小切削变形和切削温度，抑制积屑瘤的生长。抑制积屑瘤的生长。抑制积屑瘤的生长。抑制积屑瘤的生长。切削液切削液切削液切削液 ：可有效地降低切削温度，减少磨擦可有效地降低切削温度，减少磨擦可有效地降低切削温度，减少磨擦可有效地降低切削温度，减少磨擦 。三、三、三、三、切削力和切削功率切削力和切削功率切削力和切削功率切削力和切削功率 在切削加工过程中，切削力大小相等，方向相在切削加工过程中，切削力大小相等，方向相反地作用在刀具、工件、夹具和机床上。切削力反地作用在刀具、工件、夹具和机床上。切削力直接影响着切削热的产生，并进一步影响刀具磨直接影响着切削热的产生，并进一步影响刀具磨损、刀具耐用度、加工精度和已加工表面质量。损、刀具耐用度、加工精度和已加工表面质量。切削力的构成与分解切削力的构成与分解切削力的构成与分解切削力的构成与分解 以车削外圆为例，总切削力以车削外圆为例，总切削力F F一般常分解为一般常分解为以下三个互相垂直的分力。以下三个互相垂直的分力。切削力切削力切削力切削力F F F Fc c c c进给力进给力进给力进给力F F F Ff f f f背向力背向力背向力背向力F F F Fp p p p切削合力及其分力 总切削力：总切削力：2、切削力的估算：根据经验公式计算。3、切削功率：式中Fc切削力，N 切削速度，m/s四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度 在切削过程中，由于绝大部分的切削功都转变成热量，这些热称为切削热。切削热的主要来源有三：n n切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源；n n切屑与刀具前刀面之间的磨擦所产生的热量；n n工件与刀具后刀面之间的磨擦所产生的热量。n n传入切屑及介质中的热量传入切屑及介质中的热量越多，对加工越有利。越多，对加工越有利。n n传入刀具的热量虽不是很传入刀具的热量虽不是很多，但由于刀具切削部分多，但由于刀具切削部分体积很小，因此刀具的温体积很小，因此刀具的温度可达到很高。温度升高度可达到很高。温度升高以后，会加速刀具的磨损。以后，会加速刀具的磨损。n n传入工件的热，可能使工传入工件的热，可能使工件变形，产生形状和尺寸件变形，产生形状和尺寸误差。误差。切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素：切削温度一般是指切削区的平均温度。切削温度一般是指切削区的平均温度。可以通可以通过观察切屑的颜色可以大致估计出来。例如切削过观察切屑的颜色可以大致估计出来。例如切削碳钢时，切屑的颜色也发生相应的变化；淡黄色碳钢时，切屑的颜色也发生相应的变化；淡黄色约约200200，蓝色约为，蓝色约为320320。切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况，它况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何受切削用量、工件材料、刀具材料及几何受切削用量、工件材料、刀具材料及几何受切削用量、工件材料、刀具材料及几何形状等因素的影响。形状等因素的影响。形状等因素的影响。形状等因素的影响。五、五、刀具磨损和刀具耐用度刀具磨损和刀具耐用度 在切削过程中，刀具在高温高压下与切屑及工件在接触区里产生强烈的摩擦，使锋利的切削部分逐渐磨损而失去正常的切削能力，这中现象成为刀具的磨损。刀具从开始切削到完全报废，实际切削时间的总和称为刀具寿命。刀具磨损的方式与过程刀具磨损的方式与过程刀具磨损的方式与过程刀具磨损的方式与过程 刀具磨损有正常磨损和非正常磨损两种。刀具磨损有正常磨损和非正常磨损两种。正常磨损是指刀具在设计与使用合理、制造与正常磨损是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生磨损。刀具正常磨损有以下三种方式，逐渐产生磨损。刀具正常磨损有以下三种方式，如图所示。如图所示。刀具磨损过程和磨钝标准刀具磨损过程和磨钝标准 刀具磨损过程一般分为三个阶段，如图所示。刀具磨损过程曲线 磨钝标准 根据加工情况规定一个最大的允许磨损值称为磨钝标准。通常以测量后刀面的磨损量VB来规定刀具的磨损标准。硬质合金车刀的磨钝标准见下表。硬质合金车刀的磨钝标准硬质合金车刀的磨钝标准加工条件加工条件碳钢及合金钢碳钢及合金钢铸铸 铁铁粗粗 车车精精 车车粗粗 车车精精 车车VB/mmVB/mm1.01.01.41.40.40.40.60.60.80.81.01.00.60.60.80.82 2 2 2、影响刀具磨损的因素、影响刀具磨损的因素、影响刀具磨损的因素、影响刀具磨损的因素：增大切削用量时切削温度随之增高，将加速增大切削用量时切削温度随之增高，将加速刀具磨损。在切削用量中，切削速度对刀具磨损刀具磨损。在切削用量中，切削速度对刀具磨损的影响最大。的影响最大。此外，刀具材料、刀具几何形状、工件材料此外，刀具材料、刀具几何形状、工件材料以及是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损。以及是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损。3 3 3 3、刀具耐用度刀具耐用度刀具耐用度刀具耐用度：刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达到刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间称为刀具耐用度，用磨钝标准为止的总切削时间称为刀具耐用度，用T T表示。表示。n n粗加工时，多以切削时间表示刀具耐用度。粗加工时，多以切削时间表示刀具耐用度。n n精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具的耐用度。具的耐用度。刀具耐用度的合理选用刀具耐用度的合理选用刀具耐用度的合理选用刀具耐用度的合理选用：刀具耐用度直接影响生产率和加工成本。从生刀具耐用度直接影响生产率和加工成本。从生产效率，刀具耐用度规定过高，切削速度就会过产效率，刀具耐用度规定过高，切削速度就会过低，加工工时会增加，生产效率因而降低；刀具低，加工工时会增加，生产效率因而降低；刀具耐用度规定过低，这时切削速度虽然可以很高，耐用度规定过低，这时切削速度虽然可以很高，加工工时会降低，但换刀次数增多，所以总工时加工工时会降低，但换刀次数增多，所以总工时不但不会减少，反而会增加，即生产效率反而会不但不会减少，反而会增加，即生产效率反而会下降。选用一个生产效率最大时的刀具耐用度和下降。选用一个生产效率最大时的刀具耐用度和相应的切削速度是关键，如下图所示。相应的切削速度是关键，如下图所示。刀具耐用度对生产率和加工成本的影响曲线图1-耐用度-生产成本曲线 2-耐用度-生产效率曲线 第四节第四节 切削加工技术经济简析切削加工技术经济简析 评价不同方案的技术经济效果时，首先应确定评价依据和标准，也就是要利用一系列的技术经济指标。要尽量作到：使用价值一定，劳动耗费最小，或劳动耗费一定，使用价值最大。一、切削加工的主要经济指标一、切削加工的主要经济指标：产品质量、生产率、经济性。1 1、产品质量、产品质量、产品质量、产品质量：精度和表面质量：精度和表面质量精度精度精度精度：尺寸精度：尺寸精度 、形状精度、形状精度 、位置精度、位置精度 。A A、尺寸精度尺寸精度尺寸精度尺寸精度：指的是表面本身的尺寸精度（如圆指的是表面本身的尺寸精度（如圆柱面的直径）和表面间的尺寸精度（如孔间距柱面的直径）和表面间的尺寸精度（如孔间距离等）尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小来离等）尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小来表示。表示。B B、形状精度形状精度形状精度形状精度 ；指的是零件表面与理想表面之间在指的是零件表面与理想表面之间在形状上接近的程度，如圆柱面的圆柱度、圆度，形状上接近的程度，如圆柱面的圆柱度、圆度，平面的平面度等。平面的平面度等。C C、位置精度位置精度位置精度位置精度 ：指的是表面、轴线或对称平面之间指的是表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置接近的程度，如两圆柱的实际位置与理想位置接近的程度，如两圆柱面间的同轴度，二平面间的平等度或垂直度等。面间的同轴度，二平面间的平等度或垂直度等。形状和位置公差特征项目的名称及符号形状和位置公差特征项目的名称及符号n n通常所说的某加工方法所达到的精度，是指在正常操作通常所说的某加工方法所达到的精度，是指在正常操作情况下所达到的精度，称为经济精度。情况下所达到的精度，称为经济精度。n n选择精度的原则是在保证能达到技术要求的前提下，选选择精度的原则是在保证能达到技术要求的前提下，选用较低的精度等级。用较低的精度等级。n n在零件图上，通常只规定尺寸公差，对要求较高的零件，在零件图上，通常只规定尺寸公差，对要求较高的零件，除了规定尺寸公差外除了规定尺寸公差外,还要规定形状和位置公差。还要规定形状和位置公差。表面质量表面质量表面质量表面质量 ：表面粗糙度：表面粗糙度 、已加工表面的加工硬化和、已加工表面的加工硬化和 剩余应剩余应力力 。A A、表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度 ：已加工表面具有的较小间距和微小峰谷的已加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，称为表面粗糙度。不平度，称为表面粗糙度。表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质等有很大影响。它直接影响机器的使用性能和寿命。等有很大影响。它直接影响机器的使用性能和寿命。一般来说，零件的表面粗糙度越小，零件的使用性一般来说，零件的表面粗糙度越小，零件的使用性能越好，寿命也越长，但零件的制造成本也会相应增加。能越好，寿命也越长，但零件的制造成本也会相应增加。B B、已加工表面的加工硬化和剩余应力已加工表面的加工硬化和剩余应力已加工表面的加工硬化和剩余应力已加工表面的加工硬化和剩余应力：对于重要的零件，除限制表面粗糙度外，还对于重要的零件，除限制表面粗糙度外，还要控制其表层加工硬化的程度和深度，以及表层要控制其表层加工硬化的程度和深度，以及表层剩余应力的性质（拉应力还是压应力）和大小。剩余应力的性质（拉应力还是压应力）和大小。而对于一般的零件，则主要规定其表面粗糙度的而对于一般的零件，则主要规定其表面粗糙度的数值范围。数值范围。零件加工质量与加工成本有着密切的关系。零件加工质量与加工成本有着密切的关系。加工精度要求高，将会使加工过程复杂化，导致加工精度要求高，将会使加工过程复杂化，导致成本上升，所以在确定零件加工精度和表面粗糙成本上升，所以在确定零件加工精度和表面粗糙度时，总的原则是，在满足零件使用性能要求和度时，总的原则是，在满足零件使用性能要求和后续工序要求的前提下，尽可能选用较低的精度后续工序要求的前提下，尽可能选用较低的精度等级和较大的表面粗糙度值。等级和较大的表面粗糙度值。2 2、生产率、生产率、生产率、生产率：单位时间内生产零件的数量。：单位时间内生产零件的数量。R ROO=1/t=1/tw w式中式中:R:ROO-生产率；生产率；t tw w-生产生产1 1个零件所需的总时间。个零件所需的总时间。在机床上加工在机床上加工1 1个零件，所用的总时间包括三个零件，所用的总时间包括三个部分，即个部分，即t tw w=t=tmm+t+tc c+t+to o式中：式中：t tmm-基本工艺时间基本工艺时间 t tc c-辅助时间辅助时间 t to o-其他时间其他时间 提高切削加工的生产率，实际就是设法减少零件提高切削加工的生产率，实际就是设法减少零件加工的基本工艺时间、辅助时间和其他时间。加工的基本工艺时间、辅助时间和其他时间。n n提高生产率的主要途径如下提高生产率的主要途径如下提高生产率的主要途径如下提高生产率的主要途径如下：A A、在可能的条件下，采用先进的毛坯制造工艺和、在可能的条件下，采用先进的毛坯制造工艺和方法，减小加工余量。方法，减小加工余量。B B、合理地选择切削用量，粗加工时可采用强力切削，、合理地选择切削用量，粗加工时可采用强力切削，精加工时可采用高速切削。精加工时可采用高速切削。C C、在可能的条件下，采用先进的和自动化程度较高、在可能的条件下，采用先进的和自动化程度较高的工、夹、量具。的工、夹、量具。DD、在可能的条件下，采用先进的机床设备及自动、在可能的条件下，采用先进的机床设备及自动化控制系统，例如在大批大量生产中采用自动化控制系统，例如在大批大量生产中采用自动机床，多品种、小批量生产中采用数控机床、机床，多品种、小批量生产中采用数控机床、计算机辅助制造等。计算机辅助制造等。3 3、经济性、经济性、经济性、经济性：在制订切削加工方案时，应使产品在保证其使在制订切削加工方案时，应使产品在保证其使用要求的前提下制造成本最低。产品的制造成用要求的前提下制造成本最低。产品的制造成本是指费用消耗的总和，它包括毛坯或原材料本是指费用消耗的总和，它包括毛坯或原材料费用、生产工人工资、机床设备的折旧和调整费用、生产工人工资、机床设备的折旧和调整费用、工夹量具的折旧和修理费用、车间经费费用、工夹量具的折旧和修理费用、车间经费和企业管理费用等。和企业管理费用等。二、切削用量的合理选择二、切削用量的合理选择二、切削用量的合理选择二、切削用量的合理选择 为了取得更大的经济效益，应当根据具体的为了取得更大的经济效益，应当根据具体的加工条件确定切削用量三要素合理的组合。加工条件确定切削用量三要素合理的组合。l l粗加工时，从提高生产率的角度出发，一般取较粗加工时，从提高生产率的角度出发，一般取较大的背吃刀量和进给量，切削速度并不太高。精大的背吃刀量和进给量，切削速度并不太高。精加工时，主要考虑加工质量，常选用较小的背吃加工时，主要考虑加工质量，常选用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度，只有在受到刀刀量和进给量，较高的切削速度，只有在受到刀具等工艺条件限制不宜采用高速切削时才选用较具等工艺条件限制不宜采用高速切削时才选用较低的切削速度。低的切削速度。l l综合切削用量三要素对刀具耐用度、生产率和加综合切削用量三要素对刀具耐用度、生产率和加工质量的影响，工质量的影响，选择切削用量的顺序应为：首先选择切削用量的顺序应为：首先选择切削用量的顺序应为：首先选择切削用量的顺序应为：首先选尽可能大的背吃刀量选尽可能大的背吃刀量选尽可能大的背吃刀量选尽可能大的背吃刀量a ap p ，