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1、第2章 刀具与切削参数选择2-1试说明外圆车削、端面车削、刨削、钻削、铣削的切削运动。在金属切削加工时，为了切除工件上多余的材料，形成工件要求的合格表面，刀具和工件间须完成一定的相对运动，即切削运动。切削运动按其所起的作用不同，可分为主运动和进给运动，如图所示。a） 车削b)铣削c)刨削d)钻削e)磨削主运动进给运动待加工表面加工表面已加工表面2-2什么是切削用量三要素？在切削加工中切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)称为切削用量三要素。2-3车刀切削部分由哪些面和刃组成？刀具切削部分主要由刀面和切削刃两部分构成。刀面用字母与下角标组成的符号标记，切削刃用字母标记，副切削刃及相关的刀面标记在
2、右上角加一撇以示区别。(1)前面(前刀面)r：刀具上切屑流出的表面；(2)后面(后刀面)A：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；(3)副后面(副后刀面)A：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；(4)主切削刃：前面与后面形成的交线，在切削中承担主要的切削任务；(5)副切削刃：前面与副后面形成的交线，它参与部分的切削任务；(6)刀尖：主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小段切削刃。2-4刀具正交平面参考系平面Pr、Ps、Po及其刀具角度o、o、r、s如何定义？用图表示。1 刀具角度参考平面用于构成刀具角度的参考平面主要有：基面、切削平面、正交平面、法平面、假定工作平面和背平面。2正交平面参考系
3、中的刀具标注角度在正交平面参考系中，刀具标注角度分别标注在构成参考系的三个切削平面上。2-5试画图表示：o=10、o=6、r=90、r=10、s=-5的外圆车刀。2-6试画图表示：o=15、o=8、r=90、r=2、s=0的切断车刀。2-7端面车削时，刀尖高(或低)于工件中心时工作角度(前、后角)有何变化？2-8试画图说明切削过程的三个变形区及各产生何种变形？切削过程的实际情况要比前述的情况复杂得多。在切削过程中，切削层金属要产生一系列变形，通常将其划分为三个变形区。图中(AOM)为第一变形区。“剪切滑移区”，宽度为0.02 mm0.2mm。图中为第二变形区。“摩擦区”，变形方向基本上与前刀面
4、平行。图中为第三变形区。此变形区位于后刀面与已加工表面之间，切削刃钝圆部分及后刀面对已加工表面进行挤压，使已加工表面产生变形，造成纤维化和加工硬化。2-9切屑有哪些种类？各种切屑在什么情况下形成？由于工件材料性质和切削条件不同，切削层变形程度也不同，因而产生的切屑形态也多种多样。主要有以下四种类型：带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑。(1)带状切屑它的内表面是光滑的，外表面呈毛茸状。加工塑性金属时，在切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的工况条件下常形成此类切屑。(2)节状切屑又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时常产生此类切屑
5、。(3)粒状切屑又称单元切屑。在切屑形成过程中，如剪切面上的剪切应力超过了材料的断裂强度，切屑单元从被切材料上脱落，形成粒状切屑。(4)崩碎切屑加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这类切屑。2-10切削变形表示方法有几种？如何表示？有何异同？切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。1变形系数在切削过程中，刀具切下的切屑厚度hch通常都大于工件切削层厚度hD，而切屑长度lch却小于切削层长度lc。切屑厚度hch与切削层厚度hD之比称为厚度变形系数；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系数。2相对滑移既然切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，当然就可以用相对滑移(剪应变)。来衡量切削过程的变
6、形程度。3剪切角在剪切面上，金属产生了滑移变形，最大剪应力就在剪切面上。图2-15为直角自由切削状态下的作用力分析，在垂直于切削合力F方向的平面内剪应力为零，切削合力F的方向就是主应力的方向。(1)前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。这表明增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。(2)摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性2-11分析积屑瘤产生的原因及其对生产的影响？在切削塑性材料时，如果前刀面上的摩擦系数较大，切削速度不高又能形成带状切屑的情况下，常常会在切削刃上粘附一个硬度很高的鼻型或楔型硬块，称为积屑瘤。积屑瘤包围着刃口，将前刀面与切屑隔开，其硬度
7、是工件材料的23倍，可以代替刀刃进行切削，起到增大刀具前角和保护切削刃的作用。当积屑瘤层积到足够大时，受摩擦力的作用会产生脱落，因此，积屑瘤的产生与大小是周期性变化的。积屑瘤的周期性变化对工件的尺寸精度和表面质量影响较大，所以，在精加工时应避免积屑瘤的产生。2-12试述前角o和后角o的作用和选择方法。增大前角可使刀刃锋利，使切削变形减小，切削力和切削温度减小，可提高刀具寿命，并且，较大的前角还有利于排除切屑，使表面粗糙度减小。但是，增大前角会使刃口楔角减小，削弱刀刃的强度，同时，散热条件恶化，使切削区温度升高，导致刀具寿命降低，甚至造成崩刃。所以前角不能太小，也不能太大。后角增大，可减小后刀面
8、的摩擦与磨损，刀具楔角减小，刀具变得锋利，可切下很薄的切削层；在相同的磨损标准VB时，所磨去的金属体积减小，使刀具寿命提高；但是后角太大，楔角减小，刃口强度减小，散热体积减小，o将使刀具寿命减小，故后角不能太大。2-13 试述主偏角r和刃倾角s的作用和选择方法。主偏角减小，使单位长度上切削刃的负荷减小，刀具寿命增加；主偏角减小，刀尖角r 增大，使刀尖强度增加，散热体积增大，使刀具寿命提高；主偏角减小，可减少因切入冲击而造成的刀尖损坏；减小主偏角可使工件表面残留面积高度减小，使已加工表面粗糙度减小。但是，另一方面减小主偏角，将使径向分力Fp增大，引起振动及增加工件挠度，这会使刀具寿命下降，已加工
9、表面粗糙度增大及降低加工精度。主偏角可根据不同加工条件和要求选择使用，一般原则是：(1)粗加工，半精加工和工艺系统刚性较差时，为减小振动提高刀具寿命，选择较大的主偏角。(2)加工很硬的材料时，为提高刀具寿命，选择较小的主偏角。(3)据工件已加工表面形状选择主偏角。如加工阶梯轴时，选r 900；需450倒角时，选r 450等。(4)有时考虑一刀多用，常选通用性较好的车刀，如r450或r900等。刃倾角s的作用是控制切屑流出的方向、影响刀头强度和切削刃的锋利程度。当刃倾角s00时，切屑流向待加工表面；s00时，切屑沿主剖面方向流出；s00时，切屑流向已加工表面。刃倾角主要由切削刃强度与流屑方向而定
10、。一般加工钢材和铸铁时，粗车取s0050，精车取s0050，有冲击负荷时取s5050。2-14粗加工时切削用量的选择原则是什么？为什么？切削用量的选择会影响切削变形、切削力、切削温度和刀具寿命，从而会对加工质量产生影响。ap增大，切削力成比例增大，工艺系统变形大、振动大、工件加工精度下降，表面粗糙度增大。粗加工ap为全部余量(一般810mm)；如果余量太大或不均匀、工艺系统刚性不足、断续切削时，可分几次走刀。f增大，切削力也增大(但不成正比例)，使表面粗糙度的增大更为显著。粗加工合理的f应是工艺系统所能承受的最大进给量。生产中f常根据工件材料材质、形状尺寸、刀杆截面尺寸、已定的ap，从切削用量
11、手册中查得。v增大，切削变形、切削力、表面粗糙度等均有所减小。 式中 Cv、xv、yv根据工件、刀具不同材料及不同进给量时的系数。可在切削手册中查得； Kv切削速度修正系数。影响Kv的因素较多，如工件材料、毛坯表面形态、刀具材料、加工方法、主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径、刀杆尺寸等。因此，精加工应采用小的ap、f，为避免积屑瘤、鳞刺的影响，可用硬质合金刀具高速切削(v80m/min)，或用高速钢刀具低速切削(v38m/min)。2-15粗加工时进给量的选择受哪些因素的限制？粗加工f增大，切削力也增大(但不成正比例)，使表面粗糙度的增大更为显著。粗加工合理的f应是工艺系统所能承受的最大进给量。生产
12、中f常根据工件材料材质、形状尺寸、刀杆截面尺寸、已定的ap，从切削用量手册中查得。2-16切削力的产生原因是什么？车削时切削力如何分解？切削力是被加工材料抵抗刀具切入所产生的阻力。刀具在切削工件时，由于切屑与工件内部产生弹、塑性变形抗力，切屑与工件对刀具产生摩擦阻力，形成了作用在刀具上的合力F，在切削时合力F作用在近切削刃空间某方向，由于大小与方向都不易确定，因此，为便于测量、计算和反映实际作用的需要，常将合力F分解为三个分力。切削力Fc(主切削力Fz)在主运动方向上分力；背向力Fp(切深抗力Fy)在垂直于工作平面上分力；进给力Ff(进给抗力Fx)在进给运动方向上。背向力Fp与进给力Ff也是推
13、力FD的合力，推力FD是作用在切削层平面上且垂直于主切削刃。合力F、推力FD与各分力之间关系： 2-17切削用量如何影响切削力的？背吃刀量ap和进给量f影响较明显。若f不变，当ap增加一倍时，切削力增加约一倍；若ap不变，当f增加一倍时，切削力只增加68%86%。2-18背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样？如何影响？切削力：背吃刀量ap和进给量f影响较明显。若f不变，当ap增加一倍时，切削力增加约一倍；若ap不变，当f增加一倍时，切削力只增加68%86%。切削温度：切削用量增大切削用量时，切削功率增大，产生的切削热也多，切削温度就会升高。由于切削速度、进给量和背吃刀量的变化对切削热的产生与传导的影响不同，所以对切削温度的影响也不同。其中切削速度 对切削温度影响最大 ，进给量 f 次之 , 背吃刀量ap 最小。2-19刀具的磨损过程分几个阶段？各阶段的特点是什么？刀具的磨损过程一般分成三个阶段。(1) 初期磨损阶段 将新刃磨刀具表面存在的凸凹不平及残留砂轮痕迹很快磨去。(2) 正常磨损阶段 经初期磨损后，刀面上的粗糙表面已被
