1.1金屬切削的基礎知識01切削運動及相關概念02切削用量與切削層參數03切屑的相關概念04切削過程中的相關概念1.1.1切削運動及相關概念1.零件的表面形狀圖1-1機械零件上常用的各種典型表面

1-平面2-圓柱面3-圓錐面4-螺旋面（成形面）5-回轉體成形面6-漸開線表面（直線成形面）2.零件表面的成形方法

各種典型表面都可以看成一條線（母線）沿著另一條線（導線）運動的軌跡。圖1-2零件表面的成形

1-母線2-導線3.發生線的形成

在機床加工零件表面過程中，需要工件、刀具之一或兩者同時按一定規律運動，形成兩條發生線，從而生成所需加工表面。圖1-3形成發生線所需的運動a）成形法b）軌跡法c）相切法d)展成法4.切削運動

在金屬切削加工中必須的相對運動稱為切削運動。圖1-4車削運動：vc主運動ap橫向進給運動f縱向進給運動切削層

：ABCD區域

工件上形成的表面：1待加工表面2過渡表面3

已加工表面

圖1-5切削過程中形成的表面1.1.2切削用量與切削層參數1.切削用量1）切削速度vc進給量f背吃刀量ap2.切削層參數切削面積

AD切削層公稱橫截面面積（切削面積，AD）。是指工件被切下的金屬層沿垂直于主運動方向所截取的橫截面積。切削寬度

bD切削層公稱寬度（切削寬度，bD）。是指平行于工件加工表面測量的切削層橫截面尺寸。切削厚度hD切削層公稱厚度（切削厚度，hD）。是指垂直于工件加工表面測量的切削層橫截面尺寸。1.1.3切屑的相關概念1.金屬切削變形當切削刃切入工件時，切削層材料會產生彈性變形和塑性變形，最后形成切屑從工件上分離出去。圖1-7

金屬切削過程的三變形區第I變形區。切削層材料在第I變形區內會產生強烈的剪切滑移變形，同時出現加工硬化現象。第I變形區的寬度僅為0.02～0.2mm，切削速度越高，寬度越窄。經過第I變形區的變形后，被切除材料層變成切屑，從刀具前面流出。第II變形區。切屑流經前刀面時，在刀、屑界面上又受到嚴重擠壓、摩擦和塑性變形。第II變形區內的擠壓、摩擦、變形及其溫升，對刀具磨損影響很大。第III變形區。已加工表面受到刀刃鈍圓部分和后刀面的擠壓、摩擦，也會產生顯著變形和纖維化，該變形區被稱為第III變形區，其直接影響加工表面質量和刀具磨損。2.切屑的類型圖1-8切屑的類型a)帶狀切屑b)節狀切屑c)單元切屑d)崩碎切屑

由于工件材料不同，切削過程中的變形程度也就不同，因而產生的切屑種類也就多種多樣，如圖1-8所示。圖a至圖c為切削塑性材料的切屑，圖d為切削脆性材料的切屑。

a)b)c)d)2.積屑瘤圖1-9積屑瘤

（1）積屑瘤的形成。如圖1-9所示，切削過程中，由于金屬的擠壓變形和強烈摩擦，使切屑與前刀面之間產生很大的壓力和很高的切削溫度。當壓力和溫度條件適當時，切屑底層與前刀面之間的摩擦阻力很大，使得切屑底層流出速度變得緩慢，形成很薄的一層“滯流層”。當“滯流層”與前刀面的摩擦阻力超過切屑內部的結合力時，滯流層的金屬與切屑分離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤。積屑瘤實質上是在切削過程中發生冷焊的結果。隨著切削過程的進行，積屑瘤不斷長大，當它達到一定高度后，又因受到切削沖擊和振動面會破裂和脫落，被切屑帶走或嵌附在工件表面上。這一過程基本上在重復進行。積屑瘤處于穩定狀態時，可代替切削刃進行切削。（2）影響積屑瘤的主要因素工件材料

當工件材料的硬度低、塑性大時，切削過程中的金屬變形大，切屑與前刀面間的摩擦系數和接觸區長度比較大。在這種條件下，易產生積屑瘤。當工件塑性小、硬度較高時，積屑瘤產生的可能性和積屑瘤的高度也減小，如淬火鋼。切削脆性材料時產生積屑瘤的可能更小。刀具前角

刀具前角增大，可以減小切屑的變形、切屑與前刀面的摩擦、切削力和切削熱，可以抑制積屑瘤的產生或減小積屑瘤的高度。切削速度

切削速度主要是通過切削溫度和摩擦系數來影響積屑瘤的。當刀具沒有負倒棱時，在極低的切削速度條件下，不產生積屑瘤。隨著切削速度增大，相應的切削溫度提高，積屑瘤的高度逐漸減小。

精加工時，為了達到較低的已加工表面粗糙度的辦法是采用在刀具耐熱性允許范圍內的高速切削，或采用低速切削，以防止積屑瘤的產生，提高已加工表面的質量。

切削厚度

切塑性材料時，切削力、切屑與前刀面接觸區長度都將隨切削厚度的增加而增大，將增加生成積屑瘤的可能性。所以，在精加工時除選取較大的刀具前角，在避免積屑瘤的產生切削速度范圍內切削外，應采用減小進給量或刀具主偏角來減小切削厚度。1.1.4切過程的相關概念1.切削力和切削分力的作用01在縱車外圓時，如果加工工藝系統剛性不足，Fp是影響加工工件精度、引起切削振動的主要原因，但Fp不消耗切削功率。切削分力Fp的作用03切削力Fc是作用在工件上，并通過卡盤傳遞到機床主軸箱，它是設計機床主軸、齒輪和計算主運動功率的主要依據；由于Fc的作用，使刀桿彎曲、刀片受壓，故用它決定刀桿、刀片尺寸；Fc也是設計夾具和選擇切削用量的重要依據。在縱車外圓時，如果加工工藝系統剛性不足，是影響加工工件精度、引起切削振動的主要原因，但不消耗切削功率。切削分力Fc的作用02合力在基面中的分力與各分力之間的關系：

Ff作用在機床進給機構上，是計算進給機構薄弱環節零件的強度和檢測進給機構強度的主要依據，Ff消耗總功率

的1%~5%。0304切削分力Ff的作用切削力是工件材料抵抗刀具切削產生的阻力。2）切削功率主運動消耗的切削功率Pc（單位為kW）應為：

式中

—主運動的切削速度。根據上式求出切削功率

后，再按下式計算主電動機的功率

（kW）：式中

——機床傳動功率，一般取=0.75~0.85。您的內容打在這里，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。標題內容您的內容打在這里，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。標題內容您的內容打在這里，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。標題內容您的內容打在這里，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。標題內容

1）切削熱的來源與傳導

在切削加工中，由于切削變形和摩擦而產生熱量。切削熱

Q向切屑、刀具、工件和周圍介質（空氣或切削液）中傳散。例如，在干車削鋼時，其傳熱比例為：2.切削熱與切削溫度

熱量傳散的比例與切削速度有關，切削速度增加時，由摩擦生成的熱量增多，但切削帶走的熱量也增加，在刀具中熱量減少，在工件中熱量更少。Vc、ap和f增加，由于切削變形功和摩擦功增大，故切削溫度升高切削用量通過硬度、強度和導熱系數影響切削溫度。工件材料在刀具幾何參數中，影響切削溫度最為明顯的因素是前角和主偏角，其次是刀尖圓弧半徑。刀具幾何參數澆注切削液是降低切削溫度的重要措施。切削液

切削溫度高低決定于：產生熱量多少和傳散熱量的快慢兩方面因素。如果生熱少、散熱快，則切削溫度低，或者上述之一占主導作用，也會降低切削溫度。2）影響切削溫度的因素

3.刀具磨損與刀具耐用度正常磨損

正常磨損是指隨著切削時間的增加，磨損逐漸擴大的磨損，它包括前刀面磨損、后刀面磨損和副后刀面磨損。非正常磨損

非正常磨損也稱破損，常見的有塑性變形、切削刃崩刃、剝落、熱裂等。

1）刀具磨損的形態

刀具磨損是指切削時刀具在高溫條件下，受到工件、切屑的摩擦作用，刀具材料逐漸被磨耗或出現其它形式的損壞。2）磨損過程和磨損標準圖1-11磨損過程（1）刀具的磨損過程

刀具的磨損一般分為三個階段，以后刀面磨損為例，它的磨損量VB和切削時間的關系可用圖4-11來表示。初期磨損階段（圖1-11中Ⅰ區）：由于刀面上表面粗糙度值大，表面組織不耐磨，磨損較快；正常磨損階段（圖1-11中Ⅱ區）：隨著切削時間增加，磨損量VB逐漸加大，這是刀具工作的有效時間；急劇磨損階段（圖1-11中Ⅲ區）：磨損量VB到了一定數值后，磨損急劇增大，引起切削力增大，切削溫度急劇升高，如果繼續使用，則刀具切削刃將產生破壞。（2）刀具的磨鈍標準

磨鈍標準亦稱磨損判據，是指刀具從開始切削到不能繼續使用為止，在刀面上的那段磨損量。這個磨損量也叫磨損極限，刀具磨損值達到了規定的標準應該重磨或更換切削刃。3）刀具使用耐用度（1）刀具耐用度的概念刀具耐用度

T

定義為刀具從開始切削至達到磨損極限為止的總切削時間（單位為min）。（2）影響刀具耐用度的因素①切削速度對刀具耐用度的影響提高切削速度，使切削溫度增高，磨損加劇，而使刀具耐用度T降低。②進給量與背吃刀量的影響進給量和背吃刀量增大，均使刀具耐用度T降低，但增大后，使切削溫度升高較多，故對T影響較大；而增大，使切削溫度升高較少，故對刀具耐用度影響較小。③刀具幾何參數的影響合理選擇刀具幾何參數能提高刀具耐用度。增大前角，切削溫度降低，刀具耐用度提高，但前角太大，強度低、散熱差，刀具耐用度反而會降低，因此，刀具前角有一個最佳值，該值可通過切削實驗求得。適當減小主偏角、副偏角和增大刀尖圓弧半徑，可提高刀具強度和降低切削溫度，均能提高刀具耐用度。④工件材料加工材料的強度、硬度越高和韌性越高、延伸率越小，切削時均能使切削溫度升高，刀具耐用度較低。⑤刀具材料刀具材料是影響刀具耐用度的重要因素，合理選用刀具材料、采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具耐用度的有效途徑。4.切削用量

合理的切削用量應該是在充分發揮機床效能、刀具切削性能和保證加工質量的前提下，能夠獲得高的生產率和低的加工成本。1)切削用量的選擇原則

選取切削用量的合理順序應是：首先選取盡可能大的吃刀量；其次根據機床動力與剛性限制條件或加工表面粗糙度的要求，選擇盡可能大的進給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，選取盡可能大的切削速度，以達到吃刀量、進給量、切削速度三者乘積值最大。2)切削用量的選擇方法

（1）背吃刀量的選擇。粗加工時，除留下精加工余量外，一次走刀盡可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般較小，可一次切除。在中等功率機床上，粗加工的背吃刀量可達8～10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～5mm；精加工的背吃刀量取0.2～1.5mm。

（2）進給速度（進給量）的確定。粗加工時，由于對工件的表面質量沒有太高的要求，這時主要根據機床進給機構的強度和剛性、刀桿的強度和剛性、刀具材料、刀桿和工件尺寸以及已選定的背吃刀量等因素來選取進給速度。精加工時，則按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素來選取進給速度。進給速度νf可以按公式νf=f×n計算，式中f表示每轉進給量，粗車時一般取0.3～0.8mm／r；精車時常取0.1～0.3mm/r；切斷時常取0.05～0.2mm/r。

（3）切削速度的確定。切削速度vc可根據己經選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度進行選取。實際加工過程中，也可根據生產實踐經驗和查表的方法來選取。粗加工或工件材料的加工性能較差時，宜選用較低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能較好時，宜選用較高的切削速度。切削速度vc確定后，可根據刀具或工件直徑（D）按公式n=l000vc/πD來確定主軸轉速n（r/min）。3.選擇切削用量時應注意的幾個問題

（1）主軸轉速。應根據零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計算和查表選取外，還可根據實踐經驗確定，需要注意的是交流變頻調速數控車床低速輸出力矩小，因而切削速度不能太低。根據切削速度可以計算出主軸轉速。（2）車螺紋時的主軸轉速。數控車床加工螺紋時，因其傳動鏈的改變，原則上