1、1第二章第二章 金屬切削的基本知識金屬切削的基本知識第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素第二節第二節 切削力、切削熱及切削液切削力、切削熱及切削液2第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素一、切削運動一、切削運動在切削過程中，為了切除多余的金屬，必須使工件和刀具作在切削過程中，為了切除多余的金屬，必須使工件和刀具作相對的工作運動。按其作用，切削運動可分為主運動和進給相對的工作運動。按其作用，切削運動可分為主運動和進給運動兩種。運動兩種。(1)主運動形成機床切削速度或消耗主要動力的工作運動。通主運動形成機床切削速度或消耗主要動力的工作運動。通常主運動的速度最快，消耗功率最

2、多。常主運動的速度最快，消耗功率最多。(2)進給運動使工件的多余材料不斷地被去除的工作運動，進進給運動使工件的多余材料不斷地被去除的工作運動，進給運動可以是連續運動，也可以是間歇運動，如車外圓時縱給運動可以是連續運動，也可以是間歇運動，如車外圓時縱向進給是連續運動，控制切削刃切入深度的橫向進給是間歇向進給是連續運動，控制切削刃切入深度的橫向進給是間歇運動。通常，進給運動的速度較慢，消耗功率較少。運動。通常，進給運動的速度較慢，消耗功率較少。下一頁 返回3第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素各種切削加工，都具有特定的切削運動。切削運動的形式有各種切削加工，都具有特定的切削運動。切削

3、運動的形式有旋轉的、直線的、連續的、間歇的等。一般主運動只有一個，旋轉的、直線的、連續的、間歇的等。一般主運動只有一個，進給運動可以有一個或幾個。主運動和進給運動可由刀具和進給運動可以有一個或幾個。主運動和進給運動可由刀具和工件分別完成，也可由刀具單獨完成。工件分別完成，也可由刀具單獨完成。二、切削用量的基本概念二、切削用量的基本概念切削用量是表示主運動及進給運動大小的參數，包括背吃刀切削用量是表示主運動及進給運動大小的參數，包括背吃刀量、進給量和切削速度。合理選擇切削用量與提高生產效率量、進給量和切削速度。合理選擇切削用量與提高生產效率有著密切的關系。有著密切的關系。1.背吃刀量背吃刀量ap

4、背吃刀量又稱為切削深度，是指工件上已加工表面和待加工背吃刀量又稱為切削深度，是指工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，也就是每次進給時車刀切入工件的深度。表面間的垂直距離，也就是每次進給時車刀切入工件的深度。上一頁 下一頁 返回4第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素車外圓時的切削深度車外圓時的切削深度(ap)可按下式計算可按下式計算:2.切削速度切削速度v在進行切削加工時，刀具切削刃上的某一點相對于待加工表在進行切削加工時，刀具切削刃上的某一點相對于待加工表面在主運動方向上的瞬時速度，也可以理解為車刀在面在主運動方向上的瞬時速度，也可以理解為車刀在1 min內內車削工件表面的

5、理論展開直線的長度車削工件表面的理論展開直線的長度(但必須假定切削沒有變但必須假定切削沒有變形或收縮形或收縮)。它是衡量主運動大小的參數，切削速度。它是衡量主運動大小的參數，切削速度v的計算的計算公式為公式為上一頁 下一頁 返回1000dnv2mwpdda5第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素 3.進給量進給量f進給量是指刀具或工件在進給運動方向上相對于工件或刀具進給量是指刀具或工件在進給運動方向上相對于工件或刀具移動的距離，常用每轉或每行程的位移量來表示。移動的距離，常用每轉或每行程的位移量來表示。車削時，進給量車削時，進給量f為工件每轉一周，車刀沿進給方向移動的距為工件每轉一

6、周，車刀沿進給方向移動的距離。離。鉆削時，進給量了為鉆頭每轉一轉，鉆頭沿進給方向鉆削時，進給量了為鉆頭每轉一轉，鉆頭沿進給方向(軸向軸向)移動的距離。移動的距離。銑削時，進給量用每齒進給量、每轉進給量、進給速度表示。銑削時，進給量用每齒進給量、每轉進給量、進給速度表示。進給量又分縱進給量和橫進給量兩種。進給量又分縱進給量和橫進給量兩種。縱進給量是指沿車床身導軌方向的進給量。縱進給量是指沿車床身導軌方向的進給量。橫進給量是指垂直于車床床身導軌方向的進給量。橫進給量是指垂直于車床床身導軌方向的進給量。上一頁 下一頁 返回6第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素 三、工件上形成的表面三、

7、工件上形成的表面在切削運動的作用下，工件上產生了在切削運動的作用下，工件上產生了3個不斷變化的表面。個不斷變化的表面。已加工表面已加工表面:已經切去多余金屬而形成的表面。已經切去多余金屬而形成的表面。過渡表面過渡表面:工件上切削刃正在切削的表面，并且是切削過程中工件上切削刃正在切削的表面，并且是切削過程中不斷變化著的表面。不斷變化著的表面。待加工表面待加工表面:加工時即將被切去金屬層的表面。加工時即將被切去金屬層的表面。應當指出，零件應當指出，零件3個表面的劃分只是為了便于對切削過程的研個表面的劃分只是為了便于對切削過程的研究。在切削加工過程中，零件的究。在切削加工過程中，零件的3個表面始終處

8、于不斷的變化個表面始終處于不斷的變化之中，這一次加工走刀的待加工表面，即為上一次加工走刀之中，這一次加工走刀的待加工表面，即為上一次加工走刀的已加工表面，過渡表面會隨著每次切削加工的刀具進給不的已加工表面，過渡表面會隨著每次切削加工的刀具進給不斷地被切除，從而形成新的過渡表面。斷地被切除，從而形成新的過渡表面。上一頁 下一頁 返回7第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素四、切削對加工表面的影響四、切削對加工表面的影響在金屬切削過程中會出現一系列物理現象，它們都是以切屑在金屬切削過程中會出現一系列物理現象，它們都是以切屑形成過程為基礎的，因此研究這些物理現象，對提高生產效形成過程為基

9、礎的，因此研究這些物理現象，對提高生產效率和工件的加工質量，降低生產成本，都有重要意義。率和工件的加工質量，降低生產成本，都有重要意義。1.切屑的形成切屑的形成切削時，在刀具切削刃的切割和前刀面的推擠作用下，使被切削時，在刀具切削刃的切割和前刀面的推擠作用下，使被切削的金屬層產生變形、剪切滑移而變成切屑的過程稱為切切削的金屬層產生變形、剪切滑移而變成切屑的過程稱為切削過程。削過程。2.切屑的類型切屑的類型由于工件材料性質和切削條件的不同，切削過程中的滑移變由于工件材料性質和切削條件的不同，切削過程中的滑移變形程度也就不同，因此產生了以下形程度也就不同，因此產生了以下4種類型的切屑種類型的切屑(

10、見圖見圖2 -3 ) 。上一頁 下一頁 返回8第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素(1)擠裂切屑擠裂切屑 它的內表面有時有裂紋，外表面呈鋸齒形。這它的內表面有時有裂紋，外表面呈鋸齒形。這類切屑大多是在切削速度較慢，切削厚度較大，刀具前角較類切屑大多是在切削速度較慢，切削厚度較大，刀具前角較小時，由于切屑剪切滑移量較大，在局部地方達到了破裂而小時，由于切屑剪切滑移量較大，在局部地方達到了破裂而形成的。形成的。 (2)帶狀切屑帶狀切屑 它的內表面光滑，外表面呈毛茸狀，如用放大它的內表面光滑，外表面呈毛茸狀，如用放大鏡觀察，在外表面上也可看到剪切面的條紋，但每個單元很鏡觀察，在外表面上

11、也可看到剪切面的條紋，但每個單元很薄。一般在加工塑性金屬材料時，因切削厚度較小，切削速薄。一般在加工塑性金屬材料時，因切削厚度較小，切削速度較快，刀具前角較大而形成這類切屑。度較快，刀具前角較大而形成這類切屑。形成帶狀切屑的切削過程較平穩，切削力變化小，因此工件形成帶狀切屑的切削過程較平穩，切削力變化小，因此工件表面粗糙度較小，但如果產生連綿不斷的帶狀切屑，會妨礙表面粗糙度較小，但如果產生連綿不斷的帶狀切屑，會妨礙工作，容易發生事故，所以必須采取斷屑措施。工作，容易發生事故，所以必須采取斷屑措施。上一頁 下一頁 返回9第一節第一節 切削運動和切削要素切削運動和切削要素(3)崩碎切屑崩碎切屑 切

12、削脆性金屬材料時，由于材料的塑性很小，切削脆性金屬材料時，由于材料的塑性很小，抗拉強度較低，刀具切入后，近切削刃和前刀面的局部金屬抗拉強度較低，刀具切入后，近切削刃和前刀面的局部金屬未經塑性變形就被擠裂或脆斷，形成不規則的崩碎切屑。工未經塑性變形就被擠裂或脆斷，形成不規則的崩碎切屑。工件材料越硬越脆，刀具前角越小，切削厚度越大，越容易產件材料越硬越脆，刀具前角越小，切削厚度越大，越容易產生這類切屑。生這類切屑。崩碎切屑與刀具前刀面的接觸長度較短，切削力、切削熱集崩碎切屑與刀具前刀面的接觸長度較短，切削力、切削熱集中在切削刃附近，容易使刀具磨損和崩刃。中在切削刃附近，容易使刀具磨損和崩刃。(4)

13、單元切屑單元切屑 如果擠裂切屑的整個剪切面上的剪應力超過了如果擠裂切屑的整個剪切面上的剪應力超過了材料的破裂強度，那么整個單元被切離，成為梯形的單元切材料的破裂強度，那么整個單元被切離，成為梯形的單元切屑。屑。上一頁 返回10第二節第二節 切削力、切削熱及切削液切削力、切削熱及切削液 切削加工時，工件材料抵抗刀具切削所產生的阻力稱為切削切削加工時，工件材料抵抗刀具切削所產生的阻力稱為切削力。切削力是設計機床、夾具和刀具的重要依據之一。切削力。切削力是設計機床、夾具和刀具的重要依據之一。切削力增大，切削溫度會升高，刀具就會磨損嚴重。力增大，切削溫度會升高，刀具就會磨損嚴重。一、切削力的來源一、切

14、削力的來源切屑力的來源主要有兩個方面，一是切屑形成過程中彈性變切屑力的來源主要有兩個方面，一是切屑形成過程中彈性變形及塑性變形產生的變形抗力，二是刀具與切屑及工件表面形及塑性變形產生的變形抗力，二是刀具與切屑及工件表面間的摩擦阻力，這兩方面的力構成了切削合力，作用于前刀間的摩擦阻力，這兩方面的力構成了切削合力，作用于前刀面和后刀面上。切削力的形成，是切削加工中的基本物理現面和后刀面上。切削力的形成，是切削加工中的基本物理現象之一，切削合力的大小、方向和作用位置是零件工藝分析象之一，切削合力的大小、方向和作用位置是零件工藝分析和機床、夾具、刀具強度設計的主要參數依據。實際應用時，和機床、夾具、刀

15、具強度設計的主要參數依據。實際應用時，常將切屑合力常將切屑合力F分解到需要的方向上，如圖分解到需要的方向上，如圖2 -5所示。所示。下一頁 返回11第二節第二節 切削力、切削熱及切削液切削力、切削熱及切削液(1)主切削力主切削力Fc 切削合力沿主運動方向的分力，垂直于基面，切削合力沿主運動方向的分力，垂直于基面，又稱切向力。其數值在一般情況下是分力中最大的，所做的又稱切向力。其數值在一般情況下是分力中最大的，所做的功最大，占總功率的功最大，占總功率的95%99 %，是計算機床動力和主傳動，是計算機床動力和主傳動系統零件強度和剛度的主要依據。系統零件強度和剛度的主要依據。(2)進給力進給力Ff

16、切削合力沿進給運動方向上的分力，在基面內，切削合力沿進給運動方向上的分力，在基面內，與進給方向即工件軸線方向平行，故又稱進給抗力或軸向力。與進給方向即工件軸線方向平行，故又稱進給抗力或軸向力。進給力一般只消耗總功率的進給力一般只消耗總功率的1%5%，也是計算進給系統零件，也是計算進給系統零件強度和剛度的依據。強度和剛度的依據。(3)背向力背向力Fp 切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面內，與進給方向垂直，即通過工件直徑方向，故又稱徑向面內，與進給方向垂直，即通過工件直徑方向，故又稱徑向力或吃刀抗力。因為切削在此方向上的運動速度為零，所以力或吃刀抗力

17、。因為切削在此方向上的運動速度為零，所以Fp不做功，但會使工件彎曲變形，還會引起振動，對表面粗不做功，但會使工件彎曲變形，還會引起振動，對表面粗糙度產生不利影響。糙度產生不利影響。上一頁 下一頁 返回12第二節第二節 切削力、切削熱及切削液切削力、切削熱及切削液二、切削熱的來源二、切削熱的來源切削熱來源于切削層金屬發生彈性變形和塑性變形產生的熱切削熱來源于切削層金屬發生彈性變形和塑性變形產生的熱量以及切屑與前刀面、工件與后刀面摩擦產生的熱量。切削量以及切屑與前刀面、工件與后刀面摩擦產生的熱量。切削過程中上述變形與摩擦消耗的功的絕大部分將轉化為熱能。過程中上述變形與摩擦消耗的功的絕大部分將轉化為

18、熱能。切削熱通過切屑、工件、刀具和周圍介質傳散。切削熱通過切屑、工件、刀具和周圍介質傳散。切削熱傳至各部分的比例，一般情況下切屑帶走的熱量最多，切削熱傳至各部分的比例，一般情況下切屑帶走的熱量最多，如不用切削液，以中等切削速度切鋼時，切削熱的如不用切削液，以中等切削速度切鋼時，切削熱的50%86%由切屑帶走由切屑帶走;40%10%傳入工件傳入工件;9%3%傳入車刀傳入車刀;1%左右傳左右傳入周圍空氣。入周圍空氣。切削溫度一般是指切削區域的平均溫度。它的高低是產生熱切削溫度一般是指切削區域的平均溫度。它的高低是產生熱和傳散熱兩方面因素綜合影響的結果。和傳散熱兩方面因素綜合影響的結果。上一頁 下一

19、頁 返回13第二節第二節 切削力、切削熱及切削液切削力、切削熱及切削液三、切削液的作用三、切削液的作用1.清洗作用清洗作用切削過程中產生的細小的切屑容易鉆附在工件和刀具上，尤切削過程中產生的細小的切屑容易鉆附在工件和刀具上，尤其是鉆深孔和鉸孔時，切屑容易堵塞孔洞，影響工件的表面其是鉆深孔和鉸孔時，切屑容易堵塞孔洞，影響工件的表面粗糙度和刀具壽命。如果加注有一定壓力、足夠流量的切削粗糙度和刀具壽命。如果加注有一定壓力、足夠流量的切削液，則可將切屑迅速沖走，使切削順利進行。液，則可將切屑迅速沖走，使切削順利進行。2.潤滑作用潤滑作用切削液能滲透到工件與刀具之間，在切屑與刀具的微小間隙切削液能滲透到

20、工件與刀具之間，在切屑與刀具的微小間隙中形成一層很薄的吸附膜，減小了摩擦系數，因此可減小刀中形成一層很薄的吸附膜，減小了摩擦系數，因此可減小刀具、切屑、工件間的摩擦，使切削力和切削熱降低，減少刀具、切屑、工件間的摩擦，使切削力和切削熱降低，減少刀具的磨損，使排屑容易，提高工件的表面質量。對于精加工，具的磨損，使排屑容易，提高工件的表面質量。對于精加工，潤滑作用就顯得更為重要了。潤滑作用就顯得更為重要了。上一頁 下一頁 返回14第二節第二節 切削力、切削熱及切削液切削力、切削熱及切削液3.冷卻作用冷卻作用切削液又叫冷卻潤滑液，它能吸收并帶走切削區的大量熱量，切削液又叫冷卻潤滑液，它能吸收并帶走切削區的大量熱量，改善散熱條件，降低刀具和工件的溫度，從而延長刀具的使改善散熱條件，降低刀具和工件的溫度，從而延長刀具的使用壽命，它還能防止工件因熱變形而產生的尺寸誤差，也為用壽命，它還能防止工件因熱變形而產生的尺寸誤差，也為提高生產率創造了有利條件。提高生產率創