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1、第一章 金属切削加工中的根本定义1. 金属切削加工金属切削刀具与工件按一定规律作相对运动，通过刀具上的切削刃切除工件上多余的(或预留的)金属，从而使工件的形状、尺寸精度及外表质量都符合预定要求，这样的加工称为金属切削加工。2. 金属切削加工过程中的两在要素：成形运动、刀具。3. 工件外表形状及成形方法：(1) 外表都可以看成是一根母线沿着导线运动而形成的，一般情况下母线与导线可以互换，特殊外表如圆锥外表不可互换。母线与导线统称为发生线。(2) 发生线的形成方法：轨迹法(切削刃及被加工外表为点接触，发生线为接触点的轨迹线)、成形法(曲线形的母线由切削刃直接形成，直线形的导线由轨迹法形成)、相切法
2、(刀具边旋转边作轨迹运动，需两个独立的成形运动)、展成法(需一个独立的成形运动)。(3) 成形运动是形成发生线所需成形运动的总与。4. 切削运动：(1) 主运动：刀具与工件之间产生的最主要的相对运动，它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料使切削层金属转变成切屑从而形成新鲜外表的运动。特点：速度高、消耗机床功率最大、唯一、可以由刀具或工件完成。方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。速度：v=dwn/1000(2) 进给运动：由机床或人力提供完成工件成形的运动。特点：速度低、消耗机床功率少、一般不唯一、可由刀具或工件完成。方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动方向。5. 切削深度
3、：指已加工外表与待加工外表之间的垂直距离。6. 切削用量三要素：主运动速度v、进给量f、切削深度ap。参照图1-1切削用量三要素直接影响切削力的大小、切削温度的上下、刀具磨损、刀具耐用度，同时还对生产率、加工本钱、加工质量都有很大的影响。7. 刀具几何角度：(1) 刀具切削局部组成：“一尖两刃三面。前刀面上有切屑流出，主后刀面及加工外表相对，副后刀面及已加工外表相对(2) 角度标注参考系的建立基于两点假设：i.假定进给运动速度为零；ii.假定刀具安装底面或轴线及基面或切削平面平行或垂直。(3) 标注角度参考系：主剖面参考系(Po、Pr、Ps)、法剖面参考系(Pn、Pr、Ps)、进给切深剖面参考
4、系(Pf、Pp、Pr)。注意：刀刃上同一点的法剖面及基面不垂直！(4) 刀具标注角度：主偏角r、刃倾角s、前角o、主后角o、副偏角r、副后角o。注意各角度的定义画法及对加工的影响！ 图1-78. 横向进给、纵向进给、刀具安装高度及刀杆中心线及进给方向不垂直对刀具工作角度的影响。9. 切削层是由刀具切削局部的一个单一动作所切除的工件材料。它的度量参数有切削层公称横切面积、切削层公称切削宽度、切削层公称切削厚度。第二章 切屑形成过程及加工外表质量1. 研究切屑形成过程的意义：切削过程中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损与加工质量都以切屑形成过程为根底，而生产中的许多问题如积屑瘤、鳞刺、振动
5、、卷屑及断屑也及切屑形成有关。2. 研究金属切削变形过程的实验方法：(1)侧面方格变形观察法；(2)高频摄影法；(3)快速落刀法手锤敲击式与爆炸式；(4) 扫描电镜与透视电镜显微观察法；(5) 光弹性与光塑性试验法。3. 金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面(滑移面)产生剪切变形并转变为切屑的过程。4. 金属切削变形的根本特征：金属材料受压其内部产生应力应变，大约及受力方向成45的斜平面内，剪应力随载荷增大而逐渐增大，并且有剪应变产生。开场是弹性变形，此时假设去掉载荷，那么材料将恢复原状；假设载荷增大到一定程度，剪切变形进入塑性流动阶段，金属材料内部沿着剪切面发生相
6、对滑移，于是金属材料被压扁(对于塑性材料)或剪断(对于脆性材料)。5. 第一变形区的变形及其特征：(1) 始滑移面OA与终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，位于前刀面附近。第一变形区的厚度随切削速度的增大面变薄，故可近似用一个平面OM表不第一变形区，OM及切削速度方向的夹角称为剪切角。(2) 第一变形区的特征：a) 切削层金属产生沿滑移面的剪切变形，且变形会深入到切削层以下；b) 切削层金属经剪切滑移变成切屑后产生了加工硬化现象，即切屑的硬度大于工件材料基体的硬度；c) 切削层金属经剪切滑移后晶格扭曲，晶粒拉长，即金属组织纤维化。d) 切屑厚度变厚且大于切削层厚度，剪切变形越大，切屑厚度越
7、大；e) 切削塑性金属时，切屑反面呈锯齿形。(3) 切屑变形程度的表示方法：切屑厚度变形系数、切屑长度变形系数、剪切角、相对滑移。6. 第二变形区的变形及其特征(1) 切削塑性金属时，切屑从前刀面上流出时受前刀面的挤压与摩擦，在靠近前刀面处形成第二变形区。(2) 第二变形区的特征：a) 切屑底层靠近前刀面处流速减慢，甚至滞留在前刀面上，形成滞留层，使切屑产生内摩擦；b) 切屑底层流经前刀面时产生的摩擦热使切屑及前刀面的接触处温度进一点升高，到达几百度甚至上千度；c) 切屑底层因摩擦变形而纤维化，底层长度增加，切屑发生向上弯曲，及前刀面的接触面积减小；d) 切屑底层进一步产生加工硬化，硬度大于切
8、屑的上层硬度，底面因摩擦呈光滑面。(3) 剪切角及前刀面上摩擦角的关系：+-o=4。前角增大，那么剪切角增大，切屑变形减小；摩擦角增大，那么剪切角减小，切屑变形增大。(4) 前刀面上的摩擦：a) 在有粘结情况下，切屑及前刀面之间就不是一般的外摩擦，而是切屑底层金属与刀具上的粘结层及其上层金属之间的内摩擦。b) 影响前刀面摩擦系数的因素有四个：工件材料、切削厚度、切削速度、刀具前角。P15(5) 积屑瘤：a) 产生原因：切屑对前刀面接触处的摩擦使前刀面十分干净，当两者接触到达一定温度同时压力又较高时，就会产生粘结现象，即“冷焊。这时切屑从粘结在前刀面的底层上流过，形成内摩擦。如果温度、压力适当，
9、底面上的金属因内摩擦变形也会发生加工硬化而被阻滞在底层，粘结成一体，这样粘结层逐渐增大，直到该处的温度及压力缺乏以造成粘附为止。积屑瘤的产生以及它的积聚高度及金属材料的硬化性质有关，也及刃前区的压力与温度分布有关。b) 产生条件：塑性材料的加工硬化加工硬化倾赂愈强愈易产生积屑瘤；切削温度的影响实质反映切削速度对积屑瘤高度的影响。c) 对切削过程的影响：实际前角增大；增大了切削厚度；使加工外表粗糙度增大；对刀具耐用度的影响稳定时提高刀具耐用度，不稳定时可使刀具产生粘结磨损d) 防止积屑瘤的措施：降低切削速度；高速切削；采用润滑性能良好的切削液；增大刀具前角以减小刀屑接触区的压力；提高工件材料的硬
10、度，减小加工硬化，这可以通过对工件材料正火或调质来实现。7. 第三变形区的变形(1) 刀刃圆弧OB、后刀面磨损带宽度VB与CD三局部对工件已加工外表金属的挤压与摩擦便构成了第三变形区。(2) 加工变质层：已加工外表的金属受屡次挤压与摩擦，其组织及基体材料的性质不同，金属的晶粒被拉得更细更长，其纤维方向平行于已加工外表。8. 已加工外表质量(1) 已加工外表质量包括外表几何学方面与表层材质的变化两个方面的内容。(2) 外表粗糙度：已加工外表的微观不平度。对零件使用性能的影响：减小了连接外表的接触面积，接触外表有相对运动时，降低了连接外表的接触刚度；影响液压元件的密封性；受交变载荷的零件易产生应力
11、集中，降低了抗疲劳强度的能力；在外表粗糙度的凹谷处容易储存有害介质，使零件易被腐蚀。(3) 外表粗糙度产生的原因：a) 残留面积：减小进给量可减小残留面积的最大高度，所以精加工时宜用很小的进给量。增大刀尖圆弧半径或减小主偏角同样能减小残留面积的最大高度，但会使径向分力增大，工艺系统刚性缺乏时易引起振动使已加工外表产生振纹。生产中多用减小副偏角的方法来减小残留面积的最大高度，甚至用副偏角为零的修光刃，此时修光刃长度必须大于进给量。b) 积屑瘤的影响：对外表粗糙度的影响公次于剩余面积高度所形成的已加工外表粗糙度。c) 鳞刺的影响：鳞刺是在较低及中等切削速度下切削塑性材料斗时在已加工外表出现的鳞片状
12、毛刺。其形成过程分为四个阶段：抹拭阶段、导裂阶段、层积阶段、切成阶段。抑制鳞刺的措施：减小切削厚度以减小切屑作用在前刀面上的压力；采用润滑性能良好的切削液；采用硬质合金刀具高速切削；当切削速度的提高受到限制时，可采用加热切削，以降低工件材料的硬度。d) 切削过程中的变形的影响：单元切屑周期性的断裂深入到切削外表以下，在外表留下波浪形纹路；由于刀刃两端没有来自侧面的约束力，工件材料被挤压而隆起。e) 刀具边界磨损的影响：副后刀面上的边界磨损。f) 切削过程中的振动的影响：*减小或消除振动的措施：提高工艺系统的刚度；对高速回转的零件进展动、静平衡，降低往复运动部件的速度；提高机床传动件的制造精度与
13、装配精度；合理选择切削用量，在允许的情况下适当增大进给量与切削速度；采用减振措施。(4) 加工硬化：a) 对零件使用性能的影响：有助于提高零件的耐磨性，但容易出现微裂纹，影响零件的疲劳强度；给后继工序加工带来困难，加剧刀具的磨损，降低刀具的耐用度。b) 产生的原因：第一变形区的变形深入到切削层以下；刀刃圆弧的挤压与摩擦产生附加塑性变形；里层金属的弹性恢复使已加工外表及后刀面继续产生挤压与摩擦，已加工外表经上述屡次挤压与摩擦后产生强烈的塑性变形，晶格扭曲，晶粒拉长，晶粒破碎而强化，硬度显著提高。(5) 剩余应力：a) 对零件使用性能的影响：使加工后的零件变形，影响其形状精度；容易产生微裂纹，影响
14、受交变载荷的零件的抗疲劳强度能力。b) 产生原因：机械应力引起的塑性变形、热应力引起的塑性变形、相变引起的体积变化。9. 切屑类型：带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑。注意各切屑类型的形成条件！10. 切屑形状及控制：(1) 切屑形状的形成过程：根本变形阶段；卷曲变形阶段；附加变形与折断阶段。(2) 控制切屑的方法：改变前角、切削速度及进给量以控制根本变形；用断屑槽控制切屑运动轨迹生卷曲半径及螺距。第三章 切削过程中的物理现象及影响因素1. 切削力：(1) 在切削过程中，切削力直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具磨损、刀具寿命、加工精度与已加工外表质量。(2) 来源：两个正压力，两个
15、摩擦力。弹性变形抗力、塑性变形抗力、前刀面与后刀面的摩擦力。(3) 切削力经历公式可分为指数公式与单位切削力两类。(4) 影响切削力的因素：a) 被加工工件材料的影响：注意：铜、铝等有色金属的强度低，虽然塑性较大，但加工硬化倾向小，故切削力小；加工铸铁等脆性材料时，因工件材料的塑性小，加工硬化小，形成的是崩碎切屑，切屑及前刀面的接触长度短，接触面积小，摩擦力小，所以加工铸铁的切削力比刚小。b) 切削用量的影响：c) 刀具几何角度的影响：前角：加工钢时，Fx、Fy、Fz都会随刀具前角的增大而减小且影响程度随切削速度的增大而减小，加工脆性金属时，前角对切削力的影响不明显；主偏角：r增大时，Fx增大，Fy减小；r6075时，Fz增大；刃倾角：s增大时，Fx增大，Fy减小，Fz没影响；负倒棱：在正前角一样时，有负倒棱的刀具切削力大；刀尖圆弧半径：半径增大，切削力增大，相当于主偏角减小的影响。d) 刀具材料的影响：通过刀具材料及工件材料之间的摩擦系数影响摩擦力，从而直接影响切削力的。e) 切削液的影响：减小摩擦，降低切削力。f) 刀具磨损的影响：前刀面月牙洼增大了前角，减小了切削力；后刀面磨损棱面宽度越大，切削力越大。2. 切削热与
