机械加工基础（全书）_72页.docx

第一章 绪 论
第一节 第一节           机械制造及其企业结构
一、机械制造业在国民经济中的地位与任务
机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称。机械制造技术是研究这些机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术。机械制造业是国民经济的基础和支柱，是向其它各部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。
机械制造业发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平重要标志之一。
我国机械工业的主要任务是为国民经济各个部门的发展提供所需的各类先进、高效、节能的新型机电装备；并努力提高质量，保证交货期，积极降低成本，将我国机械加工工业提高到新的水平。
二、机械制造企业的组成
1．机械加工工艺系统
机械加工工艺系统是制造企业中处于最底层的一个个加工单元，往往由机床、刀具、夹具和工件四要素组成。
机械加工工艺系统是各个生产车间生产过程中的一个主要组成部分，其整体目标是要求在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹机构、运动机构、控制装置以及能量供给等机构，按不同的工艺要求直接将毛坯或原材料加工成形，并保证质量、满足产量和低成本地完成机械加工任务。
现代加工工艺系统一般是由计算机控制的先进自动化加工系统，计算机已成为现代加工工艺系统中不可缺少的组成部分。
2．机械制造系统
机械制造系统是将毛坯、刀具夹具、量具和其它辅助物料作为原材料输入，经过存储、运输、加工、检验等环节，最后输出机械加工的成品或半成品的系统。
机械制造系统既可以是一台单独的加工设备，如各种机床、焊接机、数控线切割机，也可以是包括多台加工设备、工具和辅助系统（如搬运设备、工业机器人、自动检测机等）组成的工段或制造单元。一个传统的制造系统通常可以概括地分成三个组成部分：
（1） （1）    机床 （2）工具 （3）制造过程
机械加工工艺系统是机械制造系统的一部分。
3．生产系统
如果以整个机械制造企业为分析研究对象，要实现企业最有效地生产和经营，不仅要考虑原材料、毛坯制造、机械加工、试车、油漆、装配、包装、运输和保管等各种要素，而且还必须考虑技术情报、经营管理、劳动力调配、资源和能源的利用、环境保护、市场动态、经济政策、社会问题等要素，这就构成了一个企业的生产系统。生产系统是物质流、能量流和信息流的集合，可分为三个阶段，即决策控制阶段、研究开发阶段以及产品制造阶段。

第二节 第二节           机械制造技术的发展概况
一、机械制造技术的特点
1．机械制造是一个系统工程
2．设计与工艺一体化
3．精密加工是机械制造的前沿和关键
精密加工和超精密加工技术是衡量现代制造技术水平的重要指标之一，代表了机械制造技术在精度方面的极限。
二、机械制造技术的发展概况
机械制造业是一个历史悠久的产业，它自18世纪初工业革命形成以来，经历了一个漫长的发展过程。
随着现代科学技术的进步，特别是微电子技术和计算机技术的发展，使机械制造这个传统工业焕发了新的活力，增加了新的内涵，使机械制造业无论在加工自动化方面，还是在生产组织、制造精度、制造工艺方法方面都发生了令人瞩目的变化。这就是现代制造技术。
近几年来，数控机床和自动换刀各种加工中心机床已成为当今机床的发展趋势。
在机床数控化过程中，机械部件的成本在机床系统中所占的比重不断下降，模块化、通用化和标准化的数控软件，使用户可以很方便地达到加工目的。同时，机床结构也发生了根本变化。
随着加工设备的不断完善机械加工工艺也在不断地变革，从而导致机械制造精度不断提高。
近年来新材料不断出现，材料的品种猛增，其强度、硬度、耐热性等不断提高。新材料的迅猛发展对机械加工提出新的挑战。一方面迫使普通机械加工方法要改变刀具材料、改进所用设备；另一方面对于高强度材料、特硬、特脆和其它特殊性能材料的加工，要求应用更多的物理、化学、材料科学的现代知识来开发新的制造技术。
由此出现了很多特种加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工以及激光加工等。这些加工方法，突破了传统的金属切削方法，使机械制造工业出现了新的面貌。

第二章 金 属 切 削 原 理
第一节 金属切削加工基本知识
一、切削运动与切削要素
（一）切削运动
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和进给运动。
1．主运动
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。主运动只有且必须有一个。
主运动可以是旋转运动（如车削、镗削中主轴的运动），也可以是直线运动（如刨削、拉削中的刀具运动）。
2．进给运动
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。
进给运动可由刀具完成（如车削、钻削），也可由工件完成（如铣削）；进给运
动不限于一个（如滚齿），个别情况也可以没有进给运动（如拉削）。
３．工件上的表面
切削时工件上形成三个不断变化着的表面：
（１）已加工表面
（２）待加工表面
（３）过渡表面
（二）切削用量
切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。它是用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工序成本等所必需的参数。
1．切削速度
2．进给量
3．背吃刀量（切削深度）

　　 二、刀具切削部分基本定义
金属切削刀具的种类很多，结构、性能各不相同，但就其单个刀齿而言，可以看成是由外圆车刀的切削部分演变而来的，下面以外圆车刀为例，介绍刀具切削部分的基本定义。
　　（一）刀具切削部分的组成
刀具切削部分由刀面、切削刃构成。
1．前面（前刀面）Aγ　刀具上切屑流过的表面。
2．后面（后刀面）Aα　与工件上过渡表面相对的表面。
3．副后面（副后刀面）Aα′　与已加工表面相对的表面。
4．主切削刃S　前刀面与后刀面的交线。它承担主要切削任务。
5．副切削刃S　切削刃上除主切削刃以外刀刃，它承担部分切削任务。
6．刀尖 主、副切削刃汇交的一小段切削刃。

（二）刀具的标注角度参考系
标注角度参考系或静止参考系：在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系称为。
在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
建立刀具标注角度参考系时不考虑进给运动的影响，且假定车刀刀尖与工件中心等高，车刀刀杆中心线垂直于工件轴线。
刀具标注角度参考系由下列参考平面所构成：
1．基面pr　过切削刃选定点垂直于该点切削速度方向的平面，车刀的基面可理解为平行刀具底面的平面。
2．切削平面ps　过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。
3．正交平面po　与正交平面参考系　过切削刃选定点同时垂直于切削平面与基面的平面称为正交平面。
pr、ps、po组成一个正交的正交平面参考系。
4．法平面
5．假定工作平面pf 、背平面pp
　 二、刀具切削部分基本定义
（三）刀具的标注角度
在上述三种不同的刀具标注角度参考系内，均可定义相应的刀具角度，但一般以采用正交平面参考系兼用法平面参考系较多。
　　1、 正交平面参考系内的标注角度
　　（1）前角 γo　正交平面中测量的前面与基面间的夹角。
　　（2）后角 αo　正交平面中测量的后面与切削平面间的夹角。
　　（3）主偏角κr　基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角。
　　（4）刃倾角λs　切削平面中测量的切削刃与基面间的夹角。
上述四角就能确定车刀主切削刃及其前、后面的方位。
其中γo、λs两角可确定前面的方位，αo、κr两角确定后面的方位，κr 、λs两角可确定主切削刃的方位。
　　同时副切削刃及其相关的前、后面在空间的定向也需要4个角度，即副刃前角γｏˊ、副后角αoˊ副偏角κ′r 、副刃倾角λ′s ，它们的定义与主切削刃四角类似。
　　常用的刀具派生角度有：前刀面与后刀面之间的夹角称为楔角βo；主、副切削刃在基面上投影的夹角称为刀尖角εr。
刀具角度正负规定：　　前面与基面平行时前角为零；前面与切削平面间夹角小于90°时，前角为正；大于90时，前角为负。后面与基面夹角小于90°时，后角为正；大于90°时后角为负。
切削刃与基面（车刀底平面）平行时，刀倾角为零；刀尖相对车刀以底平面处于最高点时，刀倾角为正；处于最低点时，刀倾角为负。
　　主偏角、副偏角只有正值。派生角度只有正值。
2、其它参考坐标系内的标注角度
　　（四）刀具的工作角度
刀具标注角度都是在假定运动条件和假定安装条件下定义的，如果考虑合成运动和实际安装情况，则刀具的参考系将发生变化，刀具角度也发生了变化。
按照刀具工作中的实际情况，在刀具工作角度参考系中确定的角度称为刀具工作角度。
多数情况下，不必进行工作角度的计算，只有在进给运动和刀具安装对工作角度产生较大影响时，需考虑工作角度 。
　　1．进给运动对工作角度的影响
2．刀具安装高低对工作角度的影响
3．刀杆中心线与进给方向不垂直时对工作角度的影响
（五）切削层参数
切削层是由切削部分以一个单一动作所切除的工件材料层。
将通过切削刃基点并垂直于该点主运动方向的平面称为切削层尺寸平面，此平面是切削层参数的测量平面。
1． 1．        切削层公称横截面积D
2． 2．        切削层公称宽D
3． 3．        切削层公称厚度
若车刀刀尖为主，副切削刃的实际交点，且λs=0°，κ′r =0°，则切削层公称横截面积为平行四边形。
切削层各有关参数间的关系为
hD=fsinκr bD=αp／sinκr AD=hDbD=αpf
三、刀具材料
刀具材料一般是指刀具切削部分的材料。
它的性能是影响加工表面质量、切削效果、刀具寿命和加工成本的重要因素。
（一）刀具应具备的性能
金属切削过程中，刀具切削部分承受很大切削刀和剧烈摩擦，并产生很高的切削温度；在断续切削工作时，刀具将受到冲击和产生振动，引起切削温度的波动。为此，刀具材料应具各下列基本性能：
　　1．硬度和耐磨性
　　2．强度和韧性
　3．热硬性
　　4．工艺性与经济性
（二）常用刀具材料
　　常用刀具材料分为：工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢），硬质合金，超硬刀具材料（包括陶瓷，金刚石及立方氮化硼等）
1、 1、         高速钢
高速钢特别适用于制造结构复杂的成形刀具，孔加工刀具例如各类铣刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等；由于高速钢硬度，耐磨性，耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。
　　高速钢按其性能分成两大类：普通高速钢和高性能高速钢。
2、 2、         硬质合金
硬质合金大量应用在刚性好，刃形简单的高速切削刀具上，随着技术的进步，复杂刀具也在逐步扩大其应用。
常用硬质合金的牌号，成分及性能见表2—2。
钨钴类硬质合金是由WC和 Co烧结而成，代号为YG，一般适用于加工铸铁和有色金属等脆性材料。
钨钛钴类硬质合金是以WC为基体，添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成，代号为YT，一般适用于高速加工钢料。
添加钽（铌）类硬质合金是在以上两种硬度合金中添加少量其它碳化物（如TaC 或NbC）而派生出的一类硬质合金，代号为YW，既适用加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。常用牌号YW1、YW2。
3、涂层刀具材料
硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其上表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，而又不降低其韧性。
对刀具表面涂覆的方法有两种：
化学气相沉积法（ＣＶＤ法），适用于硬质合金刀具；
物理气相沉积法（ＰＶＤ法），适用于高速钢刀具。
涂层材料可分为ＴiC涂层、TiN涂层、ＴiC与TiN涂层、Al2O3涂层等。
　　４、其它刀具材料
　　（1）陶瓷刀具：是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体，再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。
一般适用于高速下精细加工硬材料。
一些新型复合陶瓷刀也可用于半精加工或粗加工难加工的材料或间断切削。陶瓷材料被认为是提高生产率的最有希望的刀具材料之一。
（2）人造金刚石：它是碳的同素异形体，是目前最硬的刀具材料，显微硬度达10000HV。
它有极高的硬度和耐磨性，与金属摩擦系数很小，切削刃极锋利，能切下极薄切屑，有很好的导热性，较低的热膨胀系数，但它的耐热温度较低，在700～800℃时易脱碳，失去硬度，抗弯强度低，对振动敏感，与铁有很强的化学亲合力，不宜加工钢材，主要用于有色金属及非金属的精加工，超精加工以及作磨具、磨料用。
　　（3）立方氮化硼：是由立方氮化硼（白石墨）在高温高压下转化而成的，其硬度仅次于金刚石，耐热温度可达1400℃，有很高的化学稳定性，较好的可磨性，抗弯强度与韧性略低于硬质合金。一般用于高硬度，难加工材料的半精加工和精加工。

第二节 金属切削原理及其应用
金属的切削过程是一个复杂的过程，在这一过程中形成切屑、产生切削力、切削热与切削温度，刀具磨损等许多现象，研究这些现象及变化规律，对于合理使用与设计刀具，夹具和机床，保证加工质量，减少能量消耗，提高生产率和促进生产技术发展都有很重要的意义。
　　一、切削变形
　　（一）切削变形特点和切屑的种类
如图所示，金属压缩实验，当金属试件受挤压时，在其内部产生主应力的同时，还将在与作用力大致成45°方向的斜截面产生最大切应力，在切应力达到屈服强度时将在此方向剪切滑移。
金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，使金属沿一个最大剪应力方向产生滑移。
如图所示当切屑层达到切削刃OA（OA代表始滑移面）处时，切应力达到材料屈服强度，产生剪切滑移，切削层移到OM面上，剪切滑移终止，并离开切削刃后形成了切屑，然后沿前面流出。
始滑移面OA与终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄(约0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面亦称滑移面来表示，它与切削速度的夹角称为剪切角φ。
当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底层金属再次产生剪切变形。使切屑底层薄的一层金属流动滞缓，流动滞缓的一层金属称为滞流层，这一区域又称为第二变形区。
工件已加工表面受到钝圆弧切削刃的挤压和后面的摩擦，使已加工表面内产生严重变形，已加工表面与后面的接触区称为第三变形区。
这三个变形区不是独立的，而是有着紧密的联系和相互影响。
根据被切的金属剪切滑移后形成切屑的外形不同，可将切屑分成以下四种类型。
1． 1．带状切屑
2． 2．节状切屑（挤裂切屑）
3． 3．粒状切屑（单元切屑）
4． 4．崩碎切屑
切屑的形态随切削条件的不同可互相转化。
　　（二）切削变形程度的表示方法
　　（三）刀具前面上的摩擦与积屑瘤
切屑流经刀具前面时，在高压力的作用下产生剧烈的摩擦并产生很高的温度，刀屑接触区可分成粘结区和滑动区两部分。
粘结区的摩擦为内摩擦，切削时由于高压和高温作用，切屑底部流速要比切屑的上层缓慢，从而在切屑底部形成了一个滞流层，内摩擦就是滞流层与其上层金属在切屑内部的摩擦，这部分的切向力等于被切材料的剪切屈服点，它不同于金属接触面滑动摩擦。
滑动区的摩擦为外摩擦，即滑动摩擦，摩擦力的大小与摩擦系数和法向正压力有关，而与接触面积大小无关。在粘结区内，切应力是常数，且等于材料的剪切屈服强度，在滑动区内则随着距离切削刃越远而逐渐减小，在整个接触区内平均正应力亦随着距切削刃越远而减小。在刀屑间的两种摩擦中,力的大小一般占总摩擦力的85%左右，所以研究前面摩擦中应以内摩擦为主。
由于刀屑接触面的粘结摩擦及滞流作用，在中速或较低的切削速度切削塑性金属材料时，经常在刀具前面粘结一些工件材料，形成一个硬度很高的楔块，这楔块称为积屑瘤。
从实验得知，积屑瘤的金相组织与工件母材料相比未发生相变，它是受了强烈塑性变形的被切材料的堆积物，剧烈的加工硬化使之硬度大幅提高。它是逐渐形成的，经过一个生成、长大、脱落的周期性过程。
　　积屑瘤的存在可代替刀刃切削，并对切削刃有一定的保护作用；同时增大了实际工作前角，减小了切削变形。但由它堆积的钝圆弧刃口造成挤压和过切现象，使加工精度降低，积屑瘤脱落后粘附在已加工表面上恶化表面粗糙度，所以，在精加工时应避免积屑瘤产生。
影响积屑瘤的主要因素有工件材料，切削层、刀具前角及切削液等，工件材料塑性越大，刀屑间摩擦系数和接触长度越大，容易生成积屑瘤。
切削速度对切屑瘤影响很大，切削速度很低时，由于摩擦系数较小，很少产生积屑瘤。在切削速度υc=20m/min左右，切削温度约为300℃时，最易产生积屑瘤，且高度最大。切削速度是通过平均温度和平均摩擦系数影响积屑瘤的。
减小进给量，增大刀具前角，提高刃磨质量，合理选用切削液，使摩擦和粘结减少，均可达到抑制积屑瘤的作用。
　　（四）已加工表面变形和加工硬化
任何刀具的切削刃都很难磨得绝对锋利，当在钝圆弧切削刃和其邻近的狭小后面的切削挤压摩擦下，切屑晶体向下滑动绕过刃口形成已加工表面。使已加工表面层的金属晶粒发生扭曲挤紧，破碎等，构成了已加工表面上的变形区。
已加工表面经过严重塑性变形而使表面原硬度增高，这种现象称为加工硬化（冷硬）。
金属材料经硬化后在表面上会出现细微裂纹和残余应力，从而降低了加工质量和材料的疲劳强度，增加下道工序加工困难，加速刀具磨损，所以在切削时应设法避免或减轻加工硬化现象。
　　（五）影响切削变形的因素
切削变形的程度主要决定于剪切角和摩擦系数大小。
影响切削变形的主要因素有工件材料，前角，切削用量。
　　工件材料的强度、硬度越高，刀屑间正压力则增大，平均正应力会增加，因此摩擦系数下降，剪切角增大，切削变形减小。而切削塑性较高的材料，则变形较大。
　　刀具前角越大，切削刃越锋利，使剪切角增大，变形系数减小，因此，切削变形减小。
　　切削速度对切削变形的影响，切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响切屑变形的。切削速度在3～20m/min范围内提高，积屑瘤高度随着增加，刀具实际前角增大，故变形系数减小。当20m/min 左右时，积屑瘤高度最高，ξ值最小。在20～40m/minn范围内提高，积屑瘤逐渐消失，刀具实际剪切角减小，ξ增大。当＞40m/min 时，由于切削温度逐渐升高，变形系数ξ减小。切削铸铁等脆性金属时，一般不产生积屑瘤，随着切削速度的增大，变形系数则缓慢地减小。
进给量增大，使切削厚度增加，正压力增大，平均正应力增大，因此，μ下降，剪切角φ增大，使ξ减小。同时，由于各切削层的变形和应力分布不均匀，近前发面处的金属变形和应力大，离前刀面越远的金属层变形和应力越小。切削厚度增加，近前刀面处发生剧烈变形层增加不多，切削平均变形减小，使变形系数变小。
　　二、切削力
（一）切削力的来源和分解
切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力称为切削力
而工件低抗变形施加于刀具称为切削抗力，在分析切削力以及切削机理时，切削力与切削抗力意义相同。
刀具切削工件时，由于切屑与工件内部产生弹性，塑性变形抗力，切屑与工件对刀具产生摩擦阻力，形成刀具对工件作用一个合力F，由于其大小，方向不易确定。
因此，为了便于测量、计算及研究，通常将合力F分解成三个分力。
（二）工作功率
（三）计算切削力的经验公式
（四）单位切削力和单位切削功率
（五）影响切削力的主要因素
　　1．工件材料的影响，工件材料的硬度和强度越高，虽然切削变形会减小，但由于剪切屈服强度增高，产生的切削力会越大；工件材料强度相同时，塑性和韧性越高，切削变形越大，切削与刀具间摩擦增加，切削力会越大。切削铸铁时变形小，摩擦小，故产生的切削力小。
　　2．切削用量的影响 进给量、背吃刀量增大，二者都会使切削力增大，而实际上背吃刀量对切削力的影响要比进给量大。其主要原因在于，αp增大一倍时，切削厚度hD 不变，而切削宽度bD 则增大一倍，切削刃上的切削负荷也随之增大一倍，即变形力和摩擦成倍增加，最终导致了切削力以成倍增加；f增大一倍时，切削宽度bD不变，只是切削厚度hD增大一倍，平均变形减小，故切削力增加不到一倍。
切削速度对切削力的影响：切削塑性金属时，在40m/min时，由于积屑瘤的产生与消失，使刀具前角增大或减小，引起变形系数的变化，导致了切削力的变化；当>40m/min，切削温度升高，使平均摩擦系数下降，切削力也随之下降。切削灰铸铁等脆性材料时，塑性变形很小，且刀屑间的摩擦也很小，因此，υc对影响不大。
　　3.刀具几何参数的影响 前角对Fc影响较大。前角增大，切削变形减小，故切削力减小。主偏角对进给力Ff和背向力Fp影响较大，当кr增大时Ff增大而Fp 则减小。刃倾角对背切削力FP影响较大，因为λs由正值向负值变化时，会使顶向工件轴线的背向力增大。
此外刀尖圆弧半径，刀具磨损程度等因素对切削力也有一定的影响。
　　三、切削温度与切削液
由它引起的切削温度的升高会影响刀具磨损和耐用度，同时抑制了切削速度的提高，还将导致工件、机床，刀具和夹具的热变形，降低零件的加工精度和表面质量。
　　（一）切削热的产生和传散
提高切削速度，由摩擦生成的热量增多，但切屑带走的热量也增加，在刀具中热量减少，在工件中热量更少，所以高速切削时，切屑温度很高，在工件和刀具中温度较低，这有利于加工顺利进行。
（二）切削区温度分布和切削温度的测量
切削区温度一般是指切屑，工件和刀具按触表面上的平均温度，在正交平面内刀具、工件和切屑中温度分布规律如图2—19所示。
刀具与切屑接触面摩擦大，不易散热，产生的温度值最高；切屑带走热量最多，它的平均温度高于刀具、工件上的平均温度。
　　切削温度测量方法很多，目前以利用物体的热电效应来进行温度测量的热电偶法应用较多，其测量简单方便。
　　（三）影响切削温度的因素
　　切削温度的高低决定于产生热量多少和传散热量快慢两方面因素。切削时影响产生热量和传散热量的因素有：切削用量、工件材料的性能，刀具几何参数和冷却条件等。
　　切削用量对切削温度的影响，当υc、αp和f增加时，由于切削变形功和摩擦功增大，所以切削温度升高。其中切削速度影响最大，当υc增加一倍时,由于摩擦生热增多，切削温度约增加32%，进给量f的影响次之，当f增加一倍，切削温度约增加18%，因为f增加切削变形增加较少，并且改善了散热条件，故热量增加不多。背吃刀量αp影响最小，αp增加一倍时，切削温度约增加7%，这是因为αp增加使切削宽度增加,增大了热量的传散面积。
　　工件材料主要是通过硬度、强度和导热系数影响切削温度。
　　刀具几何参数中影响切削温度最明显的因素是前角γo和主偏角κr，其次是刀尖圆弧半径rε。前角γo增大，切削变形和摩擦产生的热较少，故切削温度下降，但 γo 过大散热变差，使切削温度升高。主偏角κr减少，切削变形摩擦增加，但κr减小切削宽度增大，改善了散热条件，由于散热起主要作用，故切削温度下降。增大刀尖圆弧半径能增大散热面积，降低切削温度。
　　刀具磨损后，刀具后面与已加工表面摩擦加大，切削刃变钝，使刃区前方对切屑的挤压作用增大，切屑变形增大，会使切削温度升高。在加工时，使用切削液也是降低切削温度的重要措施。
　　（四）切削液的选用
　　在切削过程中，合理使用切削液能有效减少切削刃，降低切削温度，从而能延长刀具寿命，改善已加工表面质量和精度。
1．切削液的作用
　　冷却作用、润滑作用、清洗作用、防锈作用等。
　　2．切削液的种类及选用
　　（1）水溶液 一般常用于粗加工和普通磨削加工中。
　　（2）乳化液 一般材料的粗加工常用乳化液，难加工材料的切削，常使用极压乳化液。
（3）切削油 一般材料的精加工常使用切削油，如普通精车、螺纹精加工等。
四、刀具磨损与耐用度
（一）刀具磨损的形成
　　切削过程中，刀具在高温和高压条件下，受到工件、切屑的剧烈摩擦，，刀具在前、后面接触区域内产生磨损。这种现象称为刀具磨损。随切削时间增加磨损逐渐扩大。主要磨损形式有：前面磨损、后面磨损。
　　在高速和较大的切削厚度切削塑性金属时，易产生月牙洼磨损。在低速和较切削厚度切削塑性金属及切削脆性金属时，后刀面上的磨损明显痕迹。在中等切削用量切削塑性金属的情况下，易产生前面和后面的同时磨损。
（二）刀具磨损的原因
磨粒磨损（机械磨损、硬质点磨损）、相变磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损。
不同的刀具材料在不同的使用条件造成磨损的主要原因不同。
　　（三）刀具磨损过程和刀具磨钝标准
　　刀具磨损过程的三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。
　　（四）刀具耐用度定义
刀具耐用度系指刀具刃磨后开始切削，至磨损量达到磨钝标准的总切削时间。
刀具的耐用度高，说明切削性能好。
（五）影响刀具耐用度的因素
1．切削用量的影响 切削用量增加时，刀具磨损加剧，刀具耐用度降低。
切削速度对耐磨度的影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。这与三者对切削温度的影响规律是相同的，实质上切削用量对刀具磨损和刀具耐磨度的影响是通过切削温度起作用的。
2．工件材料的影响 工件材料的强度、硬度、塑性等指标数值越高，导热性越低，则加工时切削温度越高，刀具耐用度就会越低。
3．刀具材料的影响 刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，合理选择刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料是提高刀具寿命的有效途径。
4．刀具几何参数 对刀具耐用度影响较大的是前角和主偏角。增大前角，切削温度降低刀具耐用度提高，但前角太小，刀具强度则弱散热不好，导致刀具耐磨度降低。必须选择与最高刀具耐用度对应的前角角度。减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，可改善散热条件，提高刀具强度和降低切削温度，从而提高刀具的耐用度。
　　（六）刀具耐用度合理确定
刀具耐用度对切削加工的生产率和成本都有直接的影响，不能定的太高或太低，如果定的太高，势必要选择较小的切削用量，从而增加切削加工的时间，导致生产率的下降。如果定的太低，虽然可以采取较大的切削用量，但会使换刀、磨刀或调整机床所用时间增加过多，生产率也会下降。
通常确定刀具耐用度的方法有两种。一是最高生产耐用度；二是最低生产成本耐用度。
确定各种刀具耐用度时，可以按下列准则考虑
（1） （1）    简单刀具的制造成本低，故它的耐用度较复杂刀具的低。
（2） （2）    可转位刀具切削刃转位迅速，更换简单，刀具耐用度可选低一些。
（3） （3）    精加工刀具切削负荷小耐用度选的可高一些。
（4） （4）    自动加工数控刀具应选较高耐用度。

　　五、刀具几何参数与切削用量的合理选择
　　（一）刀具几何参数的合理选择
刀具的几何参数包括刀具角度、刀面结构和形状、切削刃的形式等。
1．前角的选择
前角是刀具上最重要的角度之一，增大前角，切削刃锋利，切削变形小，切削力小，切削轻快，切削温度低，刀具磨损小和加工表面质量高，但过大前角刀头强度降低，切削温度高，刀具磨损加剧，刀具耐用度低。
从正反两方面考虑，前角有一个最佳数值。
选择前角的原则是保证加工质量和足够的刀具耐磨度的前提，应尽量选取大的前角，具体选择时要考虑的因素有：
　　（1）根据工件材料选择：加工塑性金属材料前角较大；加工脆性材料时前角较小。材料的强度、硬度越高，前角越小；材料的塑性越大，前角越大。
　　（2）根据刀具材料选择，高速钢刀具抗弯强度好，抗冲击韧性高，可选较大前角；硬度合金材料抗弯强度较高速钢低，故前角较小。陶瓷刀具材料前角应更小。
（3）根据加工要求选择。粗加工时选择较小前角，精加工时前角应大些，加工成型表面的刀具，前角应小些以减少刀具的刃形误差。
2．前刀面的选择
生产中常用的几种前刀面形状有：
（1）正前角平面型
　　（2）正前角平面带倒棱形型
（3）曲面型
　　（4）负前角型
　　3．后角的选择
　　增大后角，可减少后面与切削表面间摩擦，减小切削刃钝圆弧半径，可提高表面质量。但同时使刀具强度降低，散热条件变差。
　　选择后角的原则是在不产生较大摩擦的条件下，应适当减小后角。
　　（1）根据加工精度选择 精加工时为保证加工质量，后角取较大8～12°，粗加工时，要提高刀具强度，后角应取较小6～8°。
　　（2）根据加工材料 加工塑性材料，已加工表面的弹性恢复大，后角应取大值。加工脆性材料后角取小值。
　　4．主、副偏角的选择
减小主、副偏角，刀头强度增高，散热条件好，加工表面粗糙度小，但背向力增大，易使工件或刀杆发生变形，引起工艺系统振动。减小主偏角使得切削厚度和切屑厚度减小而导致断屑效果差。
因此，在加工工艺系统刚性满足的条件下，应选较小主偏角；加工高强度、高硬度材料时为提高刀具强度寿命，应选较小主偏角，在出现带状切屑时，应考虑加大主偏角。
　　副偏角大小主要影响已加工表面粗糙度，选择的原则是，在不影响摩擦和振动的条件下应选择较小副偏角。
　　5．刃倾角的选择
刃倾角可控制切屑流向：当＞0°时，切屑流向待加工表面；＜0°时切屑流向已加工表面；=0°切屑沿主剖面方向流出。
增大可增加实际工作前角和刃口锋利程度，可提高加工质量。选用负刃倾角，可提高刀具强度，改变刀刃受力方向，提高刀刃抗冲击能力，但过大负刃倾角会使背向力增大。
一般钢、铸铁精加工时选择0～+5°，粗加工时0～－5°。在加工高硬质、高强度金属，加工断续表面或有冲击载荷时取负刃倾角－5°～－15°。
（二）切削用量的合理选择
在确定了刀具几何参数后，还需选定切削用量参数才能进行切削加工。
目前许多工厂是通过切削用量手册，实践总结或工艺实验来选择切削用量。制定切削用量时应考虑加工余量，刀具耐用度、机床功率、表面粗糙度、刀具刀片的刚度和强度等因素。
１．粗车切削用量的选择
对于粗加工，在保证刀具一定耐用度前提下，要尽可能提高在单位时间内的金属切除量，提高切削用量都能提高金属切削量，但是考虑到切削用量对刀具耐用度的影响程度，所以，在选择粗加工切削用量时，应优先选用大的背吃刀，其次选较大的进给量，最后根据刀具耐用度选定一个合理的切削速度，这样选择可减少切削时间，提高生产率。背吃刀量应根据加工余量和加工系统的刚性确定。
２．精加工切削用量的选择
选择精加工或半精工切削用量的原则是在保证加工质量的前提下，兼顾必要的生产率。进给量根据工件表面粗糙度的要求来确定。精加工时切削速度的切削速度应避开积屑瘤区，一般硬质合车刀采用高速切削。
第三章 金属切削常用刀具
第三节 铣 刀
铣刀是多刃刀具,它的每一个刀齿相当于一把车刀,它的切削基本规律与车削相似,但铣削是断续切削,切削厚度和切削面积随时在变化,因此,铣削具有一些特殊性。铣刀在旋转表面上或端面上具有刀齿，铣削时，铣刀的旋转运动是主运动，工件的直线运动是进给运动。
一、铣刀的类型和用途
铣刀的类型很多，按铣刀齿背形状可分为尖齿铣刀和铲齿铣刀。
常用的有圆柱铣刀、端铣刀、三面刃铣刀、立铣刀、键槽铣刀、半圆键槽铣刀、锯片、角度铣刀和球头铣刀等：
（一）圆柱铣刀
（二）立铣刀
（三）硬质合金面铣刀
（四）键槽铣刀
（五）三面刃铣刀
（六）锯片铣刀
（七）角度铣刀
（八）球头铣刀
二、铣刀的几何参数
（一）圆柱铣刀的几何角度 （二）面铣刀的几何角度
三、铣削特点
（一）铣削用量要素
（二）铣削用量选择
（三）顺铣与逆铣
用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件的平面，叫做周铣法。
它有两种铣削方式：
(1) 逆铣法：铣刀的旋转切入方向和工件的进给方向相反(逆向)。
(2) 顺铣法：铣刀的旋转切入方向和工件的进给方向相同(顺向)。
顺铣法切入时的切削厚度最大，然后逐渐减小到零 ，因而避免了在已加工表面的冷硬层上滑走过程。实践表明，顺铣法可以提高铣刀耐用度2～3倍，工件的表面粗糙度值可以降低些，尤其在铣削难加工材料时，效果更为显著。
逆铣时，每齿所产生的水平分力均与进给方向相反，使铣刀工作台的丝杠与螺母在左侧始终接触。而顺铣时，水平分力与进给方向相同，铣削过程中切削面积也是变化的，因此，水平分力也是忽大忽小的，由于进给丝杆和螺母之间不可避免地有一定间隙，故当水平分力超过铣床工作台摩擦力时，使工作台带动丝杆向左窜动，丝杆与螺母传动右侧出现间隙，造成工作台颤动和进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。
此外，在进行顺铣时，遇到加工表面有硬皮，也会加速刀齿磨损。在逆铣时工作台不会发生窜动现象，铣削较平稳，但在逆铣时，刀齿在加工表面上挤压、滑行，切不下切屑，使已加工表面产生严重冷硬层。
一般情况下，尤其是粗加工或是加工有硬皮的毛坯时，多采用逆铣。精加工时，加工余量小，铣削力小，不易引起工作台窜动，可采用顺铣。
第四节 第四节       其它刀具
一、螺纹刀具
在各种传动机构、紧固件和测量工具等很多方面，都广泛应用螺纹。根据螺纹的形状、表面粗糙度、公差等级和生产批量的不同，其加工方法及所采用的刀具也各不相同。
按加工螺纹的方法，螺纹刀具可分为以下几类。
（一）螺纹车刀
它的结构简单，通用性好，可以用来加工各种尺寸、形状的内、外螺纹。螺纹车刀生产效率低，加工质量主要决定于工人技术水平、机床精度和刀具本身的制造精度，适用于单件小批生产。
（二）螺纹梳刀
用这种刀具加工多头螺纹时，一次走刀便能成形，生产率高，但制造较为困难。螺纹梳刀实质上是多齿的螺纹车刀，一般有6～8个齿，分为切削与校准两部分。
（三）丝锥和板牙
丝锥和板牙主要用于加工直径1～52mm的圆柱形及圆锥形内、外螺纹，可以手工操作或在车床和钻床上使用。丝锥用于加工内螺纹，板牙只能用来加工低精度的外螺纹。因结构简单、制造使用方便，故中小批生产中应用甚广。
（四）螺纹铣刀
用于加工圆柱形及圆锥形内、外螺纹，生产率高，特别适合于加工直径较大的螺纹。常见的螺纹铣刀有盘形铣刀和梳形铣刀。多用于螺纹的粗加工，有较高的生产率。
（五）螺纹砂轮
用砂轮磨削螺纹，公差等级达IT5～IT6，表面粗糙度达6.3～Ra0.8。
（六）螺纹滚压工具
这是利用金属塑性变形的方法来加工螺纹的。滚压螺纹的生产率极高，公差等级达IT5～IT6，1.6～Ra0.25。
二、拉刀
拉刀是一种高生产率、高精度度多刃刀具，拉削时，拉刀作等直线运动，由于拉刀的后一个刀齿高出前一个刀齿（简称：齿升量），因此能够依次从工件表面上切下很薄的金属层，经一次行程后，切除全部余量，并能达到IT8～IT７公差等级，粗糙度可达0.5～0.8μm。
拉刀的使用寿命长，但结构复杂，制造成本高。
主要在成批、大量生产中用它对各种形状的通孔、通槽和外表面加工。
（一）拉刀的类型
1．按加工表面不同，可分为内拉刀和外拉刀。前者用于加工如圆孔、方孔、花键孔等内表面，后者用于加工平面、成形面等外表面。
2．按拉刀工作时受力方向的不同，可分为拉刀和推刀。
3．按拉刀的结构可分为整体式和组合式。整体式主要用于中、小型尺寸的高速钢拉刀；组合式主要用于大尺寸拉刀和硬质合金组合拉刀。
（二）拉刀的结构
各种拉刀的外形和构造虽然有所不同，但其组成部分和基本结构是相似的。
（三）刀齿几何参数

三、齿轮刀具
（一）齿轮刀具类型
齿轮刀具是用于切削齿轮齿形的刀具，此类刀具结构复杂，种类繁多。按其工作原理，可分为成形法刀具和展成法刀具两大类。
１．成形法齿轮刀具
成形法齿轮刀具的切削刃的轮廓与被加工齿轮槽廓形相同或相似，通