1、數數控控切切削削原原理理與與刀刀具具基基礎礎1.1 1.1 如何選擇切削用量？如何選擇切削用量？ 本節課主要研究：本節課主要研究：切削運動與切削要素切削運動與切削要素，切削刀具切削刀具及其及其刀具刀具幾何參數幾何參數，切削過程的基本規律切削過程的基本規律，并運用規律控制切削過程、，并運用規律控制切削過程、改善切削性能、改善切削性能、合理選用切削液合理選用切削液。 切削過程中切削過程中:切削力切削力、切削變形切削變形、切削熱切削熱與與切削溫度切削溫度、刀具磨損刀具磨損等現等現象及其規律，有利于控制和改善金屬的切削過程。象及其規律，有利于控制和改善金屬的切削過程。 金屬切削的目的：金屬切削的目的：

2、 使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質量達到使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質量達到設計與使用要求設計與使用要求。 金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，必須具備兩個基本金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，必須具備兩個基本條件：條件：切削運動切削運動和和刀具刀具。金屬切削過程（車床）1.1.1 1.1.1 切削運動切削運動1. 切削運動切削運動 （1） 主運動主運動由機床或人力提供的刀具與由機床或人力提供的刀具與工件之間主要的相對運動工件之間主要的相對運動, , 它使刀具切削刃及其鄰近的它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料，使刀具表面切入工件材料，使被切削層轉變為切

3、屑被切削層轉變為切屑, , 從而從而形成工件的新表面形成工件的新表面。在切削在切削運動中，主運動速度最高、運動中，主運動速度最高、耗功最大，是切下切屑所必耗功最大，是切下切屑所必須的基本運動。須的基本運動。主運動方向主運動方向切削刃上選定切削刃上選定點相對于工件點相對于工件的瞬時主運動的瞬時主運動方向。方向。切削速度切削速度 vc切削刃上選定切削刃上選定點相對于工件點相對于工件的主運動的瞬的主運動的瞬時速度。時速度。 刀具與工件之間附加刀具與工件之間附加的相對運動的相對運動, 它配合主運動它配合主運動依次地或連續不斷地切除依次地或連續不斷地切除切屑切屑, 從而形成具有所需幾從而形成具有所需幾何

4、特性的已加工表面。何特性的已加工表面。 進給運動可由刀具完進給運動可由刀具完成成(如車削如車削)，也可由工件完，也可由工件完成成(如銑削如銑削)，可以是間歇的，可以是間歇的（如刨削）（如刨削）, 也可以是連續也可以是連續 的（如的（如車削車削）。（2）進給運動）進給運動進給運動方向進給運動方向切削刃上選定切削刃上選定點相對于工件點相對于工件的瞬時進給方的瞬時進給方向。向。進給速度進給速度 vf 切削刃上選定切削刃上選定點相對于工件點相對于工件的進給運動的的進給運動的瞬時速度。瞬時速度。主運動和進給運動主運動和進給運動合成的運動稱為合合成的運動稱為合成切削運動。成切削運動。（3）合成切削運動）合

5、成切削運動 ve各種切削加工的切削運動各種切削加工的切削運動1.1.2切削加工過程中的工件表面切削加工過程中的工件表面（1）已加工表面）已加工表面工件上待切除工件上待切除的表面。的表面。（2）待加工表面）待加工表面工件上經刀具工件上經刀具切削后產生的切削后產生的新表面。新表面。（3）過渡表面）過渡表面工件上切削刃正工件上切削刃正在切削的表面。在切削的表面。它是待加工表面它是待加工表面和已加工表面之和已加工表面之間的過渡表面。間的過渡表面。1.1.3切削用量切削用量切削要素主要指控制切削過切削要素主要指控制切削過程的程的切削用量切削用量要素和在切削要素和在切削過程中由余量變成切屑的過程中由余量變

6、成切屑的切切削層參數削層參數。（1）切削用量要素）切削用量要素切削速度切削速度Vc在進行切削加工時，刀具切削刃在進行切削加工時，刀具切削刃上選定點相對于工件的主運動瞬上選定點相對于工件的主運動瞬時線速度，用時線速度，用Vc表示，單位表示，單位m/min或或m/s。 外圓車削的切削速外圓車削的切削速度為度為v vc c =d=d n/1000 n/1000進給量進給量 f 是指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。是指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。 當主運動是回轉運動時，進給量指工件或刀具當主運動是回轉運動時，進給量指工件或刀具每回轉一周，兩者沿進給方向的相對位移量，單位每回轉一周，兩者

7、沿進給方向的相對位移量，單位為為mm/rmm/r； 當主運動是直線運動時，進給量指刀具或工件當主運動是直線運動時，進給量指刀具或工件每往復直線運動一次，兩者沿進給方向的相對位移每往復直線運動一次，兩者沿進給方向的相對位移量，單位為量，單位為mm/strmm/str或或mm/mm/單行程；單行程； 背吃刀量背吃刀量ap(切削深度切削深度) 在基面上在基面上垂直于進給運垂直于進給運動方向測量的動方向測量的切削層最大尺切削層最大尺寸寸, ,外圓車削外圓車削: : a ap p( (d dw w- -d dm m)/2)/2 v vc c、f f、a ap p 構成了車削的切削用量三要素構成了車削的切

8、削用量三要素車削速度計算示例車削速度計算示例 將一直徑為將一直徑為50mm的軸切削至的軸切削至45mm， 已知車床轉速為已知車床轉速為600 r/min， 問切削速度問切削速度 vc=?車削速度計算示例 Vc = （x d x n）/1000 = （ x 50 x 600）/1000 = 30000 / 1000 = 30 （米/分） 近 100米/分1.1.5 切削用量的選擇切削用量的選擇 切削用量的選擇原則和方法切削用量的選擇原則和方法 背吃刀量的選擇背吃刀量的選擇 進給量的選擇進給量的選擇 切削速度的選擇切削速度的選擇 合理選擇切削用量的原則與方法合理選擇切削用量的原則與方法正確地選擇切

9、削用量，對于保證加工質量、降低加工成本正確地選擇切削用量，對于保證加工質量、降低加工成本和提高勞動生產率都具有重要意義。所謂合理的切削用量，和提高勞動生產率都具有重要意義。所謂合理的切削用量，是指充分利用刀具的切削性能和機床性能（功率、扭矩是指充分利用刀具的切削性能和機床性能（功率、扭矩等），在保證加工質量的前提下，獲得高的生產率和低的等），在保證加工質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量加工成本的切削用量。 對于對于來說，要盡可能保證較高的金屬切除率和必來說，要盡可能保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度。要的刀具耐用度。 提高切削速度，增大進給量和背吃刀量，都能提高金屬切除率

10、。但提高切削速度，增大進給量和背吃刀量，都能提高金屬切除率。但在這三個因素中，影響刀具在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是最大的是切削速度，其次是，其次是進給量，影響最小的是，影響最小的是背吃刀量。所以，在選擇粗加工切削用量時，應。所以，在選擇粗加工切削用量時，應優先考慮采用大的優先考慮采用大的背吃刀量背吃刀量，其次考慮采用大的，其次考慮采用大的進給量進給量，最后才能，最后才能根據刀具耐用度的要求，選定合理的根據刀具耐用度的要求，選定合理的切削速度切削速度。 切削用量三要素的確定切削用量三要素的確定 （1）背吃刀量的選擇）背吃刀量的選擇 背吃刀量根據加工余量確定背吃刀量根據加工余量確定。 1

11、)1) 在粗加工時，一次走刀應盡可能切去全部加工余量，在中等功率在粗加工時，一次走刀應盡可能切去全部加工余量，在中等功率 機床上，機床上，apap可達可達8 810mm10mm. 2）下列情況可分幾次走刀：）下列情況可分幾次走刀： 加工余量太大，一次走刀切削力太大，會產生機床功率不足或加工余量太大，一次走刀切削力太大，會產生機床功率不足或刀具刀具 強度不夠時；強度不夠時； 工藝系統剛性不足，或加工余量極不均勻，以致引起很大振動工藝系統剛性不足，或加工余量極不均勻，以致引起很大振動時，如加工細長軸或薄壁工件；時，如加工細長軸或薄壁工件； 斷續切削，刀具受到很大的沖擊而造成打刀時。斷續切削，刀具受

12、到很大的沖擊而造成打刀時。 在上述情況下，如分二次走刀，第一次的在上述情況下，如分二次走刀，第一次的ap也應比第二次大，也應比第二次大，第二次的第二次的ap可取加工余量的可取加工余量的1/31/4左右。左右。 3 ）切削表層有硬皮的鑄鍛件或切削不銹鋼等冷硬較嚴重的材料時，）切削表層有硬皮的鑄鍛件或切削不銹鋼等冷硬較嚴重的材料時，應盡量使背吃刀量超過硬皮或冷硬層厚度，以防刀刃過早磨損或破損。應盡量使背吃刀量超過硬皮或冷硬層厚度，以防刀刃過早磨損或破損。 4）在半精加工時，）在半精加工時，ap=0.52 mm 。 5）在精加工時，）在精加工時，ap=0.10.4 mm 。（2）進給量的選擇）進給量

13、的選擇粗加工時粗加工時，對工件表面質量沒有太高要求，這時切削力往往很大，合理的進給量應是工藝系統所能承受的最大進給量。這一進給量要受到下列一些因素的限制：機床進給機構的強度、車刀刀桿的強度和剛度、硬質合金或陶瓷刀片的強度及工件的裝夾剛度等。 精加工時，最大進給量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。 工廠生產中，進給量常常根據經驗選取。粗加工時，根據加工材料、工廠生產中，進給量常常根據經驗選取。粗加工時，根據加工材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量從車刀刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量從切削用量手冊切削用量手冊中中查取進給量。查取進給量。 在半精加工和精加工時，則按粗糙度要求，根據工

14、件材料、刀尖圓弧在半精加工和精加工時，則按粗糙度要求，根據工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度從半徑、切削速度從切削用量手冊切削用量手冊中查得進給量。中查得進給量。然而，按經驗確定的粗車進給量在一些特殊情況下，如切削力很大、然而，按經驗確定的粗車進給量在一些特殊情況下，如切削力很大、工件長徑比很大、刀桿伸出長度很大時，有時還需對選定的進給量校工件長徑比很大、刀桿伸出長度很大時，有時還需對選定的進給量校驗。驗。 （3）切削速度的確定）切削速度的確定 根據已選定的背吃刀量根據已選定的背吃刀量apap、進給量進給量f f及刀具耐用度及刀具耐用度T T，就可按公式計，就可按公式計算切削速度算切削速度VcV

15、c和機床轉速和機床轉速n n。 粗車時，粗車時，ap 、f 均較大，所以均較大，所以Vc較低，精加工時，較低，精加工時，ap 、f 均較小，均較小，所以所以Vc較高。較高。 工件材料強度、硬度較高時，應選較低的工件材料強度、硬度較高時，應選較低的Vc；反之，；反之，Vc較高。較高。 材料加工性越差，材料加工性越差，Vc較低。較低。 刀具材料的切削性能愈好，刀具材料的切削性能愈好，Vc也選得愈高。也選得愈高。 此外，在選擇此外，在選擇Vc時，還應考慮以下幾點：時，還應考慮以下幾點： 精加工時，應盡量避免積屑瘤和鱗刺產生的區域。精加工時，應盡量避免積屑瘤和鱗刺產生的區域。 斷續切削時，為減小沖擊和

16、熱應力，宜適當降低斷續切削時，為減小沖擊和熱應力，宜適當降低Vc。 在易發生振動情況下，在易發生振動情況下，Vc應避開自激振動的臨界速度。應避開自激振動的臨界速度。 加工大件、細長件、薄壁件以及帶外皮的工件時，應選用較低的加工大件、細長件、薄壁件以及帶外皮的工件時，應選用較低的Vc。表表1-2 1-2 硬質合金刀具切削用量推薦表硬質合金刀具切削用量推薦表刀具刀具材料材料工件材工件材料料粗粗 加加 工工精精 加加 工工切削速度切削速度（mmin）進給量進給量（mmr）背吃刀背吃刀量量mm切削速度切削速度（mmin）進給量進給量（mmr）背吃刀背吃刀量量mm硬硬質合質合金或金或涂層涂層硬質硬質合金

17、合金碳鋼碳鋼2200.232600.l0.4低合金剛低合金剛1800.20.2332202200.l0.10.4高合金鋼高合金鋼1200.231600.l0.4鑄鐵鑄鐵800.20.2331401400.l0.10.4不銹鋼不銹鋼800.221200.l0.4鈦合金鈦合金400.30.21.51.560600.l0.10.4灰鑄鐵灰鑄鐵1200.30.3221501500.150.150.5球墨鑄鐵球墨鑄鐵1000.20.321201200.150.150.5鋁合金鋁合金16000.21.516000.l0.5表表1-2 1-2 常用切削用量推薦表常用切削用量推薦表工件材料工件材料加工內容加工

18、內容背吃刀量背吃刀量apmm切削速度切削速度vcmmin-1進給量進給量f/mmr-l刀具材料刀具材料碳素鋼碳素鋼b600MPa粗加工粗加工5-760800.20.4YT類類粗加工粗加工2-3801200.20.4精加工精加工2-61201500.10.2碳素鋼碳素鋼b600MPa鉆中心孔鉆中心孔500800rmin-1W18Cr4V鉆孔鉆孔25300.10.2切斷（寬度切斷（寬度5mm）701100.10.2YT類類鑄鐵鑄鐵HBS200粗加工粗加工50700.20.4YG類類精加工精加工701000.10.2切斷（寬度切斷（寬度5mm）50700.10.2訓練題：訓練題：P121.2 1.2

19、 如何選用刀具幾何角度如何選用刀具幾何角度1.2.11.2.1車刀幾何角度車刀幾何角度各種刀具都是由各種刀具都是由切削部分切削部分（刀頭）和被夾持部分（刀頭）和被夾持部分（刀刀體體或或刀柄）刀柄）兩部分組成，二者既可以是一體的，也可兩部分組成，二者既可以是一體的，也可以是由不同材料連接起來。以是由不同材料連接起來。 1.刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 刀桿：起夾持作用刀桿：起夾持作用 刀頭刀頭:(三面三面) 前刀面：刀具上切屑流過的表面前刀面：刀具上切屑流過的表面 主后刀面：刀具上與過渡表面相主后刀面：刀具上與過渡表面相對的表面對的表面 副后刀面：刀具上與已加工表面副后刀面：刀具上與已加

20、工表面相對的表面相對的表面 (兩刃兩刃) 主切削刃：刀具上前刀面與主后主切削刃：刀具上前刀面與主后刀面的交線刀面的交線 副切削刃：刀具上前刀面與副后副切削刃：刀具上前刀面與副后刀面的交線刀面的交線 (一尖一尖) 主切削刃與副切削刃的交點主切削刃與副切削刃的交點 ,通通常磨成圓角常磨成圓角(修圓刀尖修圓刀尖)或短平刃或短平刃(倒角刀尖倒角刀尖) （修光刃修光刃）：）：P14，圖，圖1-7。刀尖形狀的選擇刀尖形狀的選擇 普通車刀切削部分的組成普通車刀切削部分的組成2.刀具角度參考系及其坐標平面刀具角度參考系及其坐標平面 基面基面 pr切削平面切削平面 ps正交平面正交平面 po通過主切削刃上的某通

21、過主切削刃上的某一點，與主運動方向一點，與主運動方向相垂直的平面相垂直的平面通過主切削刃上的某一通過主切削刃上的某一點，與加工表面相切并點，與加工表面相切并垂直于基面的平面垂直于基面的平面通過主切削刃上的某一點，并通過主切削刃上的某一點，并同時垂直于基面和切削平面的同時垂直于基面和切削平面的平面平面作用：用于定義和規定刀具角度的各基準坐標平面，只是假定參考，事實作用：用于定義和規定刀具角度的各基準坐標平面，只是假定參考，事實看不見，摸不著。看不見，摸不著。2.刀具角度參考系及其坐標平面刀具角度參考系及其坐標平面(1)(1)正交平面正交平面PoPo中測量的刀具角度中測量的刀具角度1）前角前角o前

22、刀面與基面之間的夾角。前刀面與基面之間的夾角。2） 后角后角o后刀面與切削平面之間的夾角。后刀面與切削平面之間的夾角。3）楔角楔角o 前刀面與后刀面之間的夾角，它是個派生前刀面與后刀面之間的夾角，它是個派生角。它與前角、后角有如下的關系：角。它與前角、后角有如下的關系：o90(oo); o也是判斷標注是否正確的驗證式之一。也是判斷標注是否正確的驗證式之一。2.刀具角度參考系及其坐標平面刀具角度參考系及其坐標平面 a）前、后角為正值 b）前、后角為負 c）前、后角為零圖1-11 車刀前、后角正負規定2.刀具角度參考系及其坐標平面刀具角度參考系及其坐標平面(2)(2)基面基面PrPr中測量的刀具角

23、度中測量的刀具角度1）主偏角主偏角r 主切削刃在基面上的投影與進給運動主切削刃在基面上的投影與進給運動速度速度vf 方向之間的夾角。方向之間的夾角。2）副偏角副偏角r 副切削刃在基面上的投影與進運動速度副切削刃在基面上的投影與進運動速度vf反方向之間的夾角。反方向之間的夾角。3）刀尖角刀尖角r 主、副切削刃在基面上的投影之主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，它是派生角度。間的夾角，它是派生角度。r=180- (r r)r是標注角度是否正確的驗證公式之一。是標注角度是否正確的驗證公式之一。4）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數將改變刀）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數將改變刀尖的幾何形狀尖的

24、幾何形狀,用刀尖圓弧半徑用刀尖圓弧半徑r描述，當描述，當r=0時為時為尖角過渡，尖角過渡，r0時為圓角過渡，直線過渡時用時為圓角過渡，直線過渡時用 和和 b參數描述。參數描述。(3)(3)切削平面切削平面PsPs中測量的刀具角度中測量的刀具角度1）刃傾角刃傾角s 主切削刃與基面之間的夾角。主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內標注或測量，但有正負之分。它在切削平面內標注或測量，但有正負之分。當主切削刃與基面平行時當主切削刃與基面平行時s=0；當刀尖點相對基面處；當刀尖點相對基面處于主切削刃上的最高點時于主切削刃上的最高點時s 0；反之；反之s 0。 2.刀具角度參考系及其坐標平面刀具角度參考

25、系及其坐標平面正交平面內正交平面內前角前角o后角后角o主偏角主偏角r副偏角副偏角r主切削刃與進給方向間的夾角主切削刃與進給方向間的夾角前刀面與基面間的夾角前刀面與基面間的夾角主后刀面與切削平面間的夾角主后刀面與切削平面間的夾角負切削刃與進給方向反向的夾負切削刃與進給方向反向的夾角角切削平面內切削平面內刃傾角刃傾角s主切削刃與基面間的夾角主切削刃與基面間的夾角基面內基面內2.刀具角度參考系及其坐標平面刀具角度參考系及其坐標平面1.2.2 車刀圖示及角度標注方法 繪制刀具圖時，一般取基面投影為主視圖，切削平面投影為向視圖。同時做出主、副切削刃上的正交平面作為對應的剖視圖，標注必要的刀具幾何角度。

26、以普通外圓車刀為例，刀具角度的標注步驟如下。 （1）首先畫出基面上的主視圖，標出主偏角、副偏角和刀尖角。 （2）畫出切削平面，標出刃傾角。 （3）在主切削刃剖面內標注出前角、后角、楔角。 （4）對于副切削刃角度，同樣可在副切削刃剖面中標注出。2）典型車刀設計 （1）90偏刀 設車刀以縱向進給車外圓，Kr=90。刀具有一條主切削刃，一個刀尖，一條副切削刃。需要標注的獨立角度共有6個，即前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角、副后角。（2）切斷刀如圖1-13所示，設車刀以橫向進給車槽或切斷。切斷刀可以看做是兩把端面車刀的組合，刀具有一條主切削刃，兩個刀尖，兩條副切削刃，可同時車出左、右兩個端面。圖中兩

27、條副切削刃與主切削刃同處在一個前刀面上，因此這把切斷刀共有4個刀面，需要標注的獨立角度共有8個。前角前角0前刀面與基面間的前刀面與基面間的夾角夾角前角大，刃口鋒利，切屑變小，前角大，刃口鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。但易產切削力小，切削輕快。但易產生崩刃。生崩刃。后角后角0主后刀面與切削平主后刀面與切削平面間的夾角面間的夾角增大后角可減少摩擦，提高工增大后角可減少摩擦，提高工件加工質量和刀具耐用度，并件加工質量和刀具耐用度，并使切削刃鋒利。使切削刃鋒利。1.2.3 刀具幾何角度選擇原則PoPrPso0 r已 加 工 面加 工 面待 加 工 面r主偏角主偏角r主切削刃與進給方向間的主切削刃

28、與進給方向間的夾角夾角影響切削層的形狀，切削刃的工作長度影響切削層的形狀，切削刃的工作長度和單位切削刃上的負荷。減少和單位切削刃上的負荷。減少r，主切，主切削刃單位長度上的負荷減少，刀具磨損削刃單位長度上的負荷減少，刀具磨損小，耐用。小，耐用。副偏角副偏角r 副切削刃與進給反方副切削刃與進給反方向間方向的夾角向間方向的夾角影響已加工表面的粗糙度和刀尖強度，影響已加工表面的粗糙度和刀尖強度，減少減少r ，減少表面的粗糙度的數值，減少表面的粗糙度的數值，還可提高刀具強度。過小，會使副切還可提高刀具強度。過小，會使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動，降低表面質量。

29、動，降低表面質量。1.2.3 刀具幾何角度選擇原則PoPrPso0 r已加工面加工面待加工面rfnPsPrPo0 r已加工面 r注意：車外注意：車外圓與車端面圓與車端面主、副偏角主、副偏角的變化的變化1.2.3 刀具幾何角度選擇原則1.前角前角（1 1）功用）功用刀刃鋒利刀刃鋒利，切屑變形，切屑變形切削力和切削功率切削力和切削功率刀刃和刀尖強度刀刃和刀尖強度，散熱體積，散熱體積刀具壽命刀具壽命OOo1Pro21.2.3 1.2.3 刀具幾何角度的選擇原則刀具幾何角度的選擇原則（2）選擇）選擇前角大小取決于：前角大小取決于：工件材料、刀具材工件材料、刀具材料及加工要求。料及加工要求。工件材料強度

30、、硬度較低時，應取較大前角，反之應取較小的前角。工件材料強度、硬度較低時，應取較大前角，反之應取較小的前角。加工塑性材料時，應取較大前角，加工脆性材料時，應取較小的前角。加工塑性材料時，應取較大前角，加工脆性材料時，應取較小的前角。刀具材料韌性好（高速鋼），取較大前角，反之（硬質合金）取較小刀具材料韌性好（高速鋼），取較大前角，反之（硬質合金）取較小前角。前角。粗加工時，取較小前角，精加工時，取較大前角。粗加工時，取較小前角，精加工時，取較大前角。 2.后角后角o （1）功用）功用o o 后刀面與工件的摩擦后刀面與工件的摩擦后刀面的磨損率后刀面的磨損率（2）選擇）選擇后角大小取決于：切削厚度、

31、后角大小取決于：切削厚度、工件材料及工藝系統剛度。工件材料及工藝系統剛度。切削厚度越大，后角越小；切削厚度越大，后角越小；工件材料越軟、塑性越大，后角越大；工件材料越軟、塑性越大，后角越大；工藝系統剛度較差時，適當減小后角；工藝系統剛度較差時，適當減小后角； 3.主偏角主偏角r 和副偏角和副偏角r（1）功用）功用r 和和r 刀刃強度刀刃強度表面粗糙度表面粗糙度徑向力徑向力FY殘留面積高度殘留面積高度，散熱條件，散熱條件刀具壽命刀具壽命，軸向進給力，軸向進給力FXkr1Krkr2FpFf1.2.3 1.2.3 刀具幾何角度的選擇原則刀具幾何角度的選擇原則（2）選擇）選擇工藝系統剛性較好時，主偏角

32、取較小值；反之取較大值。工藝系統剛性較好時，主偏角取較小值；反之取較大值。副偏角大小取決于表面粗糙度（副偏角大小取決于表面粗糙度（5 51515) )，粗加工時，粗加工時 取大值，精加工取小值。取大值，精加工取小值。殘留高度殘留高度殘留高度1.2.3 1.2.3 刀具幾何角度的選擇原則刀具幾何角度的選擇原則1.2.3 1.2.3 刀具幾何角度的選擇原則刀具幾何角度的選擇原則1.2.3 1.2.3 刀具幾何角度的選擇原則刀具幾何角度的選擇原則4.刃傾角刃傾角s （1）功用）功用（2）選擇）選擇 主要影響刀頭的強度和主要影響刀頭的強度和切屑的流動方向。切屑的流動方向。加工一般鋼料和鑄鐵加工一般鋼料

33、和鑄鐵粗車粗車ss 0 0 5 5，精車，精車ss 0 0 +5+5；有沖擊時：有沖擊時：ss 5 5 1515；特別大時：特別大時：ss 3030 4545。切削加工高強度鋼、冷硬鋼時：切削加工高強度鋼、冷硬鋼時：ss 3030 4545。 用刃傾角用刃傾角s=0車刀車削外圓時，安裝時若車刀的車刀車削外圓時，安裝時若車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發生變刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發生變化，化，前角前角o增大增大，而，而后角后角o減小減小。 若切削刃低于工件中心，則工作角度的若切削刃低于工件中心，則工作角度的變化情況正變化情況正好相反好相反。 加工內表面時，加工

34、內表面時，情況與加工外表面相反情況與加工外表面相反。1）刀尖安裝高低對工作前、后角的影響）刀尖安裝高低對工作前、后角的影響問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響刀尖安裝高低對工作角度的影響刀尖安裝高低對工作角度的影響問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響刀具與工件相對位置關系刀具與工件相對位置關系問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響問題：刀具安裝位置對刀具工作角度的影響

35、P21 訓練題1.3 1.3 如何控制金屬切削過程如何控制金屬切削過程1. 3.1 切削過程變形規律切削過程變形規律以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削區可大致劃分為：區可大致劃分為：三個變形區三個變形區第一變形區 從OA線開始發生塑性變形，到OM線金屬晶粒的剪切滑移基本完成。OA線和OM線之間的區域。第二變形區 切屑沿前刀面排出時進一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面處的金屬纖維化，基本上和前刀面平行。第三變形區 已加工表面受到切削刃鈍圓部分及后刀面的擠壓和摩擦，造成表層金屬纖維化與加工硬化。1.第一變形區第一變形區OA始滑移線始滑移線OM終滑移線終滑移線

36、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 加工硬化加工硬化一般速度范圍內一區一般速度范圍內一區寬度為寬度為0.020.2mm，速度越高，寬度越小，速度越高，寬度越小，可看作一個剪切平面可看作一個剪切平面（剪切滑移區）（剪切滑移區）2.第二變形區第二變形區 切屑沿前刀面排出時進一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前切屑沿前刀面排出時進一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面的金屬纖維化，基本與前刀面平行。刀面的金屬纖維化，基本與前刀面平行。（擠壓摩擦區（擠壓摩擦區切屑形成）切屑形成）滯流層：接近前刀面的切屑底層晶粒拉滯流層：接近前刀面的切屑底層晶粒拉長，形成與前刀面平行的纖維層，

37、流速長，形成與前刀面平行的纖維層，流速很慢，變形程度非常劇烈。很慢，變形程度非常劇烈。切塑性金屬時前刀面上應力切塑性金屬時前刀面上應力分布情況分布情況刀刀-屑接觸區可分屑接觸區可分兩部分：兩部分：粘接區粘接區lf1: 剪切滑移，內摩擦剪切滑移，內摩擦滑動區滑動區lf2: 滑動摩擦，外摩擦滑動摩擦，外摩擦一般內摩擦力約占總摩擦力一般內摩擦力約占總摩擦力的的85%3.第三變形區第三變形區 已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，產生已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，產生變形與回彈，造成纖維化和加工硬化。變形與回彈，造成纖維化和加工硬化。刃前區：三個變形區匯集在切削刃附近，

38、此處的應力刃前區：三個變形區匯集在切削刃附近，此處的應力集中而復雜，切屑在此與工件本體材料分離。集中而復雜，切屑在此與工件本體材料分離。（擠壓摩擦回彈區（擠壓摩擦回彈區已加工表面形成區）已加工表面形成區）變形特征：變形特征：擠壓、摩擦與回彈擠壓、摩擦與回彈刀刃鈍圓半徑刀刃鈍圓半徑 rn后刀面磨損帶后刀面磨損帶VB彈性恢復區彈性恢復區CD經過第二變形區的變形金屬沿終滑移層OM方向流出，由于刀刃鈍圓的存在，少部分厚a的金屬切削層不能沿OM方向流出，被刀刃鈍圓擠壓過去，該部分經過刀刃鈍圓B點后，受到后刀面BC段的擠壓和摩擦，經過BC段后，這部分金屬開始彈性恢復，恢復高度為h，在恢復過程中又與后刀面C

39、D部分產生摩擦，形成了已加工表面的加工質量。3.第三變形區第三變形區1.3.2 積屑瘤和鱗次積屑瘤和鱗次中等切削速度（中等切削速度（550m/min，切削溫度約為，切削溫度約為300380C ），），加工塑性材料最容易產生。加工塑性材料最容易產生。切削速度控制在小于切削速度控制在小于5m/min或大于或大于50m/min的范圍內的范圍內是減少積屑瘤重要措施。是減少積屑瘤重要措施。對加工的影響：對加工的影響：（1）保護刀具）保護刀具（2）增大實際前角增大實際前角，大至，大至3035 （3）影響工件表面質量和尺寸精度影響工件表面質量和尺寸精度，粗加工可以，精加工不允許。粗加工可以，精加工不允許。防

40、止措施防止措施切削速度、切削液、增大前角、提高工件硬度切削速度、切削液、增大前角、提高工件硬度積屑瘤的形成過程積屑瘤的形成過程1.3.2 積屑瘤和鱗次積屑瘤和鱗次a）鱗刺的生成；b）鱗刺的表面形態圖1-25 鱗刺 在已加工表面上產生近似與切削速度方向垂直的橫向裂紋和呈鱗片狀的毛刺簡稱鱗刺，如圖1-25所示。鱗刺是很嚴重的表面缺陷，當鱗刺出現時，表面粗糙度值增大24級。 1. 帶狀切屑帶狀切屑-外形連續不斷呈帶狀，外形連續不斷呈帶狀，它的底層表面是光滑的、上表面是毛茸狀的。當加它的底層表面是光滑的、上表面是毛茸狀的。當加工塑性材料，進給量較小，切削速度較高，刀具前角較大時，往往會得此類切屑。形成

41、工塑性材料，進給量較小，切削速度較高，刀具前角較大時，往往會得此類切屑。形成帶狀切屑的切削過程比較平穩，切削力波動較小，已加工表面粗糙度值較小。帶狀切屑的切削過程比較平穩，切削力波動較小，已加工表面粗糙度值較小。2. 節狀切屑節狀切屑-又稱又稱擠裂切屑擠裂切屑，其外弧表面呈鋸齒狀，內弧表面有時有裂紋。節狀切屑多，其外弧表面呈鋸齒狀，內弧表面有時有裂紋。節狀切屑多在切削速度較低、進給量（切削厚度）較大、加工塑性材料時產生。在切削速度較低、進給量（切削厚度）較大、加工塑性材料時產生。3. 粒狀切屑粒狀切屑-又稱又稱單元切屑單元切屑。當切削過程中剪切面上的應力超過工件材料破裂強度時，。當切削過程中剪

42、切面上的應力超過工件材料破裂強度時，則整個單元被切離成梯形單元，得到單元切屑。當切削塑性材料，前角較小（或為負前則整個單元被切離成梯形單元，得到單元切屑。當切削塑性材料，前角較小（或為負前角）、切削速度較低、進給量較大時易產生單元切屑。角）、切削速度較低、進給量較大時易產生單元切屑。 4. 崩碎切屑崩碎切屑-切削脆性材料時，因工件材料的塑性很小，抗拉強度也很低，切屑是未經切削脆性材料時，因工件材料的塑性很小，抗拉強度也很低，切屑是未經塑性變形就在拉應力作用下脆斷，形成不規則的碎塊狀切屑，此種切屑稱為崩碎切屑。塑性變形就在拉應力作用下脆斷，形成不規則的碎塊狀切屑，此種切屑稱為崩碎切屑。工件材料越

43、硬、越脆，進給量越大，越易產生此類切屑。工件材料越硬、越脆，進給量越大，越易產生此類切屑。1.3.3 切屑的種類及其控制切屑的種類及其控制圖1-26 切屑形態a）帶狀切屑 b）節狀切屑 a）粒狀切屑 b）崩碎切屑1.3.3 切屑的種類及其控制切屑的種類及其控制帶狀、節狀、粒狀切屑是可以相互轉化的：前角 切削速度進給量 2）按切屑的形狀（根據整體外觀觀察切屑形狀）大體可分為帶狀屑、C型屑、崩碎屑、螺旋卷屑、長緊卷屑、發條狀屑、寶塔狀屑等，如圖1-27所示。總結各種屑形的優缺點。1.3.3 切屑的種類及其控制切屑的種類及其控制 2切屑的控制工件材料脆性越大（斷裂應變值小）、切屑厚度越大、切屑卷曲半

44、徑越小，切屑就越容易折斷。 （1）采用斷屑槽通過設置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。 （2）改變刀具角度增大刀具主偏角，切削厚度變大，有利于斷屑。減小刀具前角可使切屑變形加大，切屑易于折斷。刃傾角可以控制切屑的流向，為正值時，切屑常卷曲后碰到后刀面折斷形成C形屑或自然流出形成螺卷屑。為負值時，切屑常卷曲后碰到已加工表面折斷成C形屑或6字形屑。 （3）調整切削用量提高進給量 f使切削厚度增大，對斷屑有利；但增大 f會增大加工表面粗糙度。適當地降低切削速度使切削變形增大，也有利于斷屑，但這會降低材料切除效率。須根據實際條件適當選擇切削用量。1.3.4切削力切

45、削力 圖圖1-28 切削力的來源切削力的來源 圖圖1-29 切削力的分解切削力的分解 工件材料抵抗刀具所產生的阻力稱為切削力工件材料抵抗刀具所產生的阻力稱為切削力 2）總切削力）總切削力 的分解的分解 （1）主切削力 （或稱切向力） 主切削力是總切削力在主運動方向上的分力，垂直于基面，與切削速度方向一致。在切削加工中，它所消耗的功最多，是計算刀具強度、設計機床零部件、確定機床功率的主要依據；也是計算刀具強度、設計夾具、選擇用量的重要依據。 （2）徑向力 （或稱背向力、切深抗力） 徑向力是總切削力在垂直于進給運動方向上的分力，是驗算工藝系統剛度得主要依據。此力的反力使工件發生彎曲變形，影響工件的

46、加工精度，并在切削過程中產生振動的主要原因。 （3）軸向力 （或稱進給抗力、進給力）cFpFfF2c2f2prFFFF2f2ppfFFFrpfpcoskFFrpffsinkFFrF2影響切削力的因素 影響切削力的因素很多，凡是影響變形與摩擦的因素都會影響切削力。 1）工件材料：工件材料的硬度或強度越高，變形抗力越大，切削力就越大。 2）切削用量：背吃刀量對切削力的影響最大，其次是進給量。當背吃刀量增大一倍時，主切削力也增大一倍；但當進給量增大一倍時，只增加0.750.9倍。 3）刀具幾何角度： 4）刀具磨損 5）刀具材料及切削液 1.3.5 切削溫度切削溫度 （1 1）切削最高溫度并不在刀）切

47、削最高溫度并不在刀刃，而是刃，而是離刀刃有一定距離離刀刃有一定距離。對于。對于4545鋼，約在離刀刃鋼，約在離刀刃1 1處前刀面的溫度最高。處前刀面的溫度最高。（2 2）后刀面溫度的分布與前）后刀面溫度的分布與前刀面類似，刀面類似，最高溫度也在切最高溫度也在切削刃附近，削刃附近，不過不過比前刀面的比前刀面的溫度低。溫度低。（3 3）終剪切面后，沿切屑流）終剪切面后，沿切屑流出的垂直方向溫度變化較大出的垂直方向溫度變化較大，越靠近刀面，溫度越高，越靠近刀面，溫度越高，這說明切屑在刀面附近被這說明切屑在刀面附近被摩摩擦升溫擦升溫，而且切屑在前刀面，而且切屑在前刀面的摩擦熱集中在切屑底層。的摩擦熱集

48、中在切屑底層。 （1）切削用量：切削速度、背吃刀量、進給量。 （2）刀具的幾何參數 （3）工件材料 （4）切削液 （5）刀具磨損3 影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 1.3.6 1.3.6 刀具磨損和耐用度刀具磨損和耐用度1.刀具失效刀具失效（1）后刀面磨損：）后刀面磨損：VB（2）前刀面磨損）前刀面磨損:KT（3）邊界磨損（崩刃、）邊界磨損（崩刃、剝落、裂紋、塑性破損）剝落、裂紋、塑性破損）這是一種連續、逐漸的破壞形式2.刀具磨損的原因刀具磨損的原因（1）磨粒磨損：硬質點磨損）磨粒磨損：硬質點磨損（2）粘結磨損）粘結磨損（3）擴散磨損）擴散磨損（4）相變磨損）相變磨損（5）氧化磨損）氧化磨損v在低、中速切削時，主要是磨粒磨損和在低、中速切削時，主要是磨粒磨損和粘結磨損；中等以上切削時，相變磨損、粘結磨損；中等以上切削時，相變磨損、粘結、擴散、氧化磨損。粘結、擴散、氧化磨損。1.3.61.3.6刀具磨損和耐用度刀具磨損和