金属切削加工概述严选荟萃

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1、任务任务1.1 1.1 金属切削金属切削 加工概述加工概述1教学教资教学教资切削加工的概念：切削加工是利用刀具和工件的相对运动，刀具从毛坯或型材上切除多余的材料，以便获得精度和表面粗糙度均符合要求的零件的加工过程。1.1.1切削运动和切削用量切削运动和切削用量2教学教资教学教资切削加工分类：分为钳工和机械加工。钳工：通过工人手持工具进行切削加工。机械加工：采用不同的机床（如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等）对工件进行切削加工。机械加工利用刀具进行加工利用磨料进行加工车削铣削刨削钻削插削铰削镗削拉削锪削磨削研磨珩磨超精加工3教学教资教学教资机器零件的基本表面包括：外圆、内圆（孔）、平面和成形面，基

2、本表面主要由各种切削加工方法获得。要完成零件表面的切削加工，刀具和工件应具备形成表面的相对运动，即切削运动。4教学教资教学教资切削运动：是指刀具和工件的相对运动切削运动分为主运动和进给运动5教学教资教学教资（）主运动主运动是切削时的主要运动。主运动可以由刀具完成,也可以由工件完成，其运动形式通常为旋转运动或直线运动, 如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，钻削时钻头的旋转运动。主运动特点：速度最高，消耗的功率也最大，主运动只有一个。6教学教资教学教资（）进给运动进给运动是将被切削金属层不断地投入切削，以切除工件表面上全部余量的运动。进给运动由刀具或工件完成，如车削外圆时车刀平行于工件轴

3、线的纵向运动。进给运动特点：其运动形式一般有直线、旋转或两者的合成运动，它可以是连续的或断续的，消耗的功率也比主运动要小得多。进给运动可以有一个或几个。7教学教资教学教资8教学教资教学教资（）工件表面切削加工过程中，工件上有三个不断变化着的表面，如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工件的外圆表面。已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面。待加工表面：工件上有待切除切削层的表面。过渡表面：主切削刃正在加工的表面称为过渡表面，它是待加工表面与已加工表面的连接表面，如图。9教学教资教学教资试说明下列加工方法的主运动和进给运动：试说明下列加工方法的主运动和进给运动：1 1）车端面；

4、）车端面；2 2）在车床上钻孔；）在车床上钻孔；3 3）在钻床上）在钻床上钻孔；钻孔；10教学教资教学教资三、切削用量切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）三个要素。 11教学教资教学教资（1）切削速度切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时通常取最大值。切削速度的单位是米/秒当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度，由下式确定式中 v ：切削速度； d ：完成主运动的刀具或工件的最大直径；n ：主运动的转速。12教学教资教学教资（2）进给量进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具切削刃相对工件在进给运动方

5、向上的移动量。车削时的进给量是工件每转一转，切削刃沿进给方向的移动量。对于铣刀、铰刀等多齿刀具，还规定每齿进给量 ，即多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的相对位移。13教学教资教学教资（）背吃刀量: 已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。对于车削和刨削加工来说，背吃刀量对于车削和刨削加工来说，背吃刀量apap为工件上已加工表面为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为和待加工表面间的垂直距离，单位为mmmm。外圆柱表面车削的深度可用下式计算：外圆柱表面车削的深度可用下式计算：a ap=p=（d dw-w-d dm m）/2 mm/2 mm 对于钻孔工作：对于钻孔工作：

6、a ap=p=d dm/2 mmm/2 mm 上两式中：上两式中： d dm m已加工表面直径（已加工表面直径（mmmm） d dw w 待加工表面直径（待加工表面直径（mmmm）14教学教资教学教资15教学教资教学教资试说明车削的切削用量三要素。试说明车削的切削用量三要素。16教学教资教学教资车外圆时工件加工前直径为车外圆时工件加工前直径为62mm62mm，加工后直径，加工后直径为为56mm56mm，工件转速为，工件转速为4r/s4r/s，刀具每秒钟沿工件，刀具每秒钟沿工件轴向移动轴向移动2mm2mm，工件加工长度为，工件加工长度为110mm110mm，切入长，切入长度为度为3mm3mm，求

7、，求v v、f f、a ap p解：解：17教学教资教学教资1.1.2 加工刀具加工刀具1.刀具切削部分的几何形状刀具切削部分的几何形状18教学教资教学教资1.刀具切削部分的几何形状刀具切削部分的几何形状刀刀具具夹持部分夹持部分切削部分切削部分19教学教资教学教资前刀面（1 1）刀具切削部分的组成）刀具切削部分的组成20教学教资教学教资主后面21教学教资教学教资副后面22教学教资教学教资主切削刃23教学教资教学教资副切削刃24教学教资教学教资刀尖25教学教资教学教资1）基面Pr：过主切削刃选定点，并垂直于该点切削速度方向的平面。车刀的基面可理解为平行刀具底面的平面。2）切削平面Ps：过主切削刃

8、选定点，与主切削刃相切，并垂直于该点基面的平面。3）正交平面Po：过主切削刃选定点，同时垂直于基面与切削平面的2 2）参考系）参考系26教学教资教学教资（2 2）参考系）参考系27教学教资教学教资前角：前角：正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。后角：后角：正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角。正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角。主偏角：主偏角：基面中测量的主切削刃与假定进给运动方向之间的夹角。基面中测量的主切削刃与假定进给运动方向之间的夹角。余偏角：余偏角：和主偏角互余。和主偏角互余。副偏角：副偏角：基面中测量的副切削刃与假定进给运动方

9、向之间的夹角。基面中测量的副切削刃与假定进给运动方向之间的夹角。（3 3）刀具切削部分的主要角度）刀具切削部分的主要角度28教学教资教学教资（4 4）刀具切削部分的主要角度的影响）刀具切削部分的主要角度的影响主偏角的影响：主偏角的影响：进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑接触的长度增加，切削厚度变薄，使切削接触的长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长的刀刃上，刀具耐用度得力分散作用在长的刀刃上，刀具耐用度得以提高。以提高。主偏角小，分力也随之增加，加工细长主偏角小，分力也随之增加，加工细长轴时，易发生挠曲。轴时，易发生挠曲。主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度

10、增主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使切屑难以碎断。加，将使切屑难以碎断。小主偏角用于小主偏角用于l工件硬度高，切削温度大工件硬度高，切削温度大时时l大直径零件的粗加工时大直径零件的粗加工时l机床刚性高时机床刚性高时大主偏角用于大主偏角用于切深小的精加工切深小的精加工切削细而长的工件切削细而长的工件机床刚性差时机床刚性差时29教学教资教学教资背吃刀量和进给量一定时，主偏角越小，切削层公称背吃刀量和进给量一定时，主偏角越小，切削层公称宽度越大而公称厚度越小，即切下宽而薄的切屑。宽度越大而公称厚度越小，即切下宽而薄的切屑。30教学教资教学教资副偏角的影响副偏角的影响副偏角小，切削刃强度增加，

11、但刀尖易发热副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易发热副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动粗加工时副偏角易小些；而精加工时副偏角则易大些粗加工时副偏角易小些；而精加工时副偏角则易大些副偏角具有减副偏角具有减少已加工表面少已加工表面与刀具摩擦的与刀具摩擦的功能。一般为功能。一般为5 5151531教学教资教学教资主、副偏角小时，已主、副偏角小时，已加工表面残留面积的加工表面残留面积的高度高度hchc亦小，因而可亦小，因而可减小表面粗糙度的值，减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提条件较好，有利于提高刀具寿命。高刀具寿命。32

12、教学教资教学教资前角的影响前角的影响正前角大，切削刃锋利正前角大，切削刃锋利前角每增加前角每增加1 1，切削功率减少，切削功率减少1%1%正前角大，刀刃强度下降；负正前角大，刀刃强度下降；负前角过大，切削力增加。前角过大，切削力增加。被切削对象塑性越大，前角越大。被切削对象塑性越大，前角越大。刀具切削部分的材料高速钢前角可大于硬质合金钢。刀具切削部分的材料高速钢前角可大于硬质合金钢。粗加工前角应取小些，精加工时前角应取大些。粗加工前角应取小些，精加工时前角应取大些。33教学教资教学教资后角的影响后角的影响后角大，后刀面磨损小后角大，后刀面磨损小后角大，刀尖强度下降后角大，刀尖强度下降后角选择原

13、则：后角选择原则：在粗加工时以确保刀具强在粗加工时以确保刀具强度为主；在精加工时以保度为主；在精加工时以保证加工表面质量为主。在证加工表面质量为主。在实际生产中有时在后面磨实际生产中有时在后面磨出倒棱面，负后角，目的出倒棱面，负后角，目的是为了在切削加工时产生是为了在切削加工时产生支承作用，增加系统刚性，支承作用，增加系统刚性，并起到消振阻尼作用。并起到消振阻尼作用。34教学教资教学教资35教学教资教学教资36教学教资教学教资2.刀具材料（1）刀具材料应具备的性能）刀具材料应具备的性能较高的硬度和耐磨性较高的硬度和耐磨性足够的强度和韧度足够的强度和韧度较高的耐热性较高的耐热性良好的工艺性和经济

14、性良好的工艺性和经济性37教学教资教学教资一般机加工使用最多的是高速钢和硬质合金。硬度高可允许的切削速度高，而韧性高可承受的切削力大。工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，故广泛用于中、低速切削的成型刀具，不宜高速切削。硬质合金耐热性好，切削效率高.但刀片强度、韧性不及工具钢，焊接刃磨工艺性差，多用于制作车刀、铣刀及各种高效切削刀具。38教学教资教学教资高速钢高速钢含含W W、CrCr、V V等合金元素较多的合金工等合金元素较多的合金工具钢具钢39教学教资教学教资硬质合金相比，其最大优点是可加工性好并具有良好的综合力学性能。其退火硬度为207HBS255HBS，与优质中、高碳钢的退火硬度相近

15、，能够用一般材料刀具顺利切削加工出各种复杂形状；在加热状态下(9001100)能反复锻打制成所需的毛坯；高速钢的抗弯强度是硬质合金的35倍，冲击韧性是硬质合金的610倍。优点2高速钢仍是世界各国制造复杂、精密和成形刀具的基本材料，是应用最广泛的刀具材料之一。40教学教资教学教资硬质合金硬质合金钨钴类钨钴类( (YGYG类类) )类硬质合金，适合加工形类硬质合金，适合加工形成短切屑的铸铁、有色金属及非金属等成短切屑的铸铁、有色金属及非金属等脆性材料。脆性材料。钨钴钛类钨钴钛类(YT(YT类类) )类硬质合金，适合加工类硬质合金，适合加工形成长屑的钢材等塑性材料形成长屑的钢材等塑性材料含添加剂含添

16、加剂的的(YW(YW类类) )硬质合金，适合用于硬质合金，适合用于钢料和难加工材料的半精加工和精加工。钢料和难加工材料的半精加工和精加工。41教学教资教学教资(1)钨钴类硬质合金YG代表钨钴类硬质合金，后面数字表示Co的含量，细颗粒的硬质合金有较高的抗弯强度和耐磨性。如YG3、YG6和YG8等应用：加工形成短切屑的铸铁、有色金属及非金属等脆性材料。加工铸铁等脆性材料时，切屑呈崩碎状，对切削刃的冲击较大，切削力与切削热都集中在刀尖附近。而YG类硬质合金抗弯强度和韧性及导热性较高，故可满足要求。42教学教资教学教资(2)钨钴钛类硬质合金YT表示钨钴钛类硬质合金，数字表示TiC的含量。如YT5、YT

17、14、YT15、YT30等。与YG类硬质合金相比，YT类硬质合金中由于含有硬度较高的TiC，故该类硬质合金的硬度、耐磨性和抗氧化能力较高，但其导热性能、抗弯强度和韧性、可磨削性和可焊性却有所降低。应用：加工形成长屑的钢材等塑性材料。注意：当加工淬硬钢、高强度钢和奥氏体不锈钢等难加工材料时，由于切削力大，且集中在切削刃附近，如选用YT类硬质合金易造成崩刃，故选用YG类硬质合金更为合适。43教学教资教学教资(3)含添加剂的硬质合金含添加剂的硬质合金是在YG类、YT类硬质合金的基础上加入适当的添加剂(合金碳化物TaC、NbC)所形成的硬质合金新品种。如：YA6、YW1和YW2等几种，其中YW类又称为

18、通用硬质合金。特点：有更高的硬度、高温硬度、韧性和耐磨性。应用：用于钢料和难加工材料的半精加工和精加工。44教学教资教学教资陶瓷材料陶瓷材料是以氧化铝为主要成分在高温下烧结而成的。如：纯Al2O3陶瓷和TiC-Al2O3混合陶瓷两种。优点：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在1200高温下仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数，抗扩散和抗黏结能力强。缺点：强度低、韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的1/31/2；导热系数低，仅为硬质合金的1/51/2。应用：钢、铸铁及塑性大的材料(如紫铜)的半精加工和精加工，对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料加工特别有效；但不适于机械冲击和热冲击大的加工

19、场合。45教学教资教学教资新型刀具材料新型刀具材料通过气相沉积或其它技术方法，在硬质合金或高速钢的基体上涂覆一薄层高硬度、高耐磨性的难熔金属或非金属化合物而构成刀具材料涂层刀具材料包括天然金刚石和聚晶立方氮化硼种超硬刀具材料46教学教资教学教资涂层刀片是在韧性和强度较高的硬质合金或高速钢的基体上，采用化学气相沉积(CVD)、物理化学气相沉积(PVD)、真空溅射等方法，涂覆一薄层(512)颗粒极细的耐磨、难熔、耐氧化的硬化物(TiC、TiN、TiC-Al2O3)后获得的新型刀片。具有较高的综合切削性能，能够适应多种材料的加工。高速钢基体涂层刀具耐用度可提高210倍，硬质合金基体刀具提高13倍。加

20、工材料硬度愈高，涂层效果愈好。在刀具寿命相同的前提下，可提高切削速度25%30%。涂层刀片47教学教资教学教资有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具和金刚石复合刀具。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚度约0.5mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。金刚石特点：p很好的耐磨性，用于加工硬质合金、陶瓷和高铝硅合金等高硬度、高耐磨材料，刀具耐用度比硬质合金提高几倍甚至几百倍；p金刚石有非常锋利的切削刃，能切下极薄的切屑，加工冷硬现象较少；金刚石抗黏结能力强，不产生积屑瘤，很适于精密加工。但其耐热性差，切削温度不得超过700800；p强度低、脆性大，对振动很敏感，只宜微量切

21、削；与铁的亲合力很强，不适于加工黑色金属材料。应用：用于磨具及磨料，作为刀具多在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削。48教学教资教学教资立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成的，是20世纪70年代出现的新材料，硬度高达8000HV9000HV，仅次于金刚石，耐热性却比金刚石好得多，在高于1300时仍可切削，且立方氮化硼的化学惰性大，与铁系材料在12001300高温下也不易起化学作用。立方氮化硼(CBN)应用：立方氮化硼作为一种新型超硬磨料和刀具材料，用于加工钢铁等黑色金属，特别是加工高温合金、淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料，具有非常广阔得发展前途。49教学教资教学

22、教资上述五大类刀具材料，从总体上分析，材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。而材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。50教学教资教学教资4.常用刀具车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头铰刀铰刀拉刀拉刀51教学教资教学教资五、模块化刀具的特点定义：刀具可以由2 件或2 件以上的模块按一定的连接方式组合成一套能完成一定的切削功能的刀具, 刀具供应商已将模块标准化、系列化，用户可根据不同的要求在一定的范围内变换组合, 获得不同的尺寸与规格。52教学教资教学教资结构特点：结构特点：结构简单， 制造方便， 成本低， 定心精度优于圆柱芯轴定位+ 键传递扭矩模块系统。因为在拧紧力的作用下孔会微量变形， 这样

23、既消除配合间隙又实现自定心。由于此模块系统拉紧受锥面配合在扭矩作用下产生的两模块拉紧的附加轴向力， 同时此结构为前部安装， 拆装方便。但此结构拉紧调整的规律不易掌握， 平衡性稍差， 由于零件较多且两侧均为螺纹配合件， 松动倾向明显， 特别在断续切削情况下更是如此。滑动销与拧紧螺钉为易损零件， 应时常检查并对磨损或变形的零件及时更换， 当该零件出现问题时刀柄会丧失其应有的刚性和精度。若刀柄意外损伤可能出现不易拆卸的情况。53教学教资教学教资优点：优点：1、在库房刀具的管理中，由于模块化刀柄的标准化，系列化，使得刀具的存放及管理大大简化。刀具计算机管理方便易行，刀具便于查找，提高了配刀效率。 2、

24、由于模块刀柄的通用性强， 故可以按常用的规格范围提前储备或完善刀柄系列，使得新产品刀具准备周期大大缩短，新产品的生产周期得到提前，提前投放市场的效益是无法用金钱来衡量的。 3、模块刀柄性能稳定，工艺及操作人员易了解掌握其特点，避免了刀具调试周期长的弊端。 4、模块化刀柄给用户提供了一个扩展接口， 在现有刀具无法满足使用要求的情况下用户可以自行设计简易模块，来扩展其性能或范围。 5、刀具寿命长，有些刀柄已使用10 年左右，仍性能良好。54教学教资教学教资应用效果：应用效果：任意组合随着我们库存模块刀具品种的不断完善，很好的解决了新产品试制中的孔加工刀具短缺问题。既减少了刀具成本又缩短了产品生产周

25、期。对于超长的凸轮轴孔和曲轴孔( 长径比超过7 倍) ， 通常采用掉头镗削利用机床精度保证孔的同轴度控制在0.03mm以内。 以镗代铰有了模块式镗刀后， 我们在铰孔中以镗代铰， 特别是孔表面精度要求低于Ra0.8， 尺寸精度低于6 级的孔，完全达到精度要求， 又提高了孔的位置度与直线度， 还不牺牲加工效率，因为涂层刀片，其切削速度是铰削的3 倍以上。 代替复合刀具对于阶梯孔及倒角等需要复合刀具的场合如气门导管孔加工， 采用镗削加工分步进行， 虽然效率较低， 但避免了非标刀具制造周期长( 通常国内产品为46周， 国外产品为68 周) 而致使无法按时完成生产任务的情况， 为新产品投放市场赢得宝贵的

26、时间。55教学教资教学教资1.1.3金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律切屑的形成及类型切屑的形成及类型切削力切削力切削温度切削温度切削液切削液56教学教资教学教资金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工切除成为切削从而得到所得的零件几何形状的过程。金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：(a)压缩压缩（b）切削）切削 塑性金属受塑性金属受压缩时，随着外力的增加，金，随着外力的增加，金属先后属先后产生生弹性性变形、塑性形、塑性变形，并使金形，并使金属晶格属晶格产生滑移，而后断裂生滑移，而后断裂以直角自由切削以直角自由切削为例，如果忽

27、略了摩擦、例，如果忽略了摩擦、温度、和温度、和应变速度的影响，金属切削速度的影响，金属切削过程程如同如同压缩过程，切削程，切削层受刀具受刀具挤压后也后也产生塑性生塑性变形。形。图图1 金属的压缩与切削金属的压缩与切削一、切屑的形成及类型一、切屑的形成及类型57教学教资教学教资（1）带状切屑：外状切屑：外形呈形呈带状。状。 由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，所形成的切屑多种多样。通常将切屑分为四类：所形成的切屑多种多样。通常将切屑分为四类：切屑的类型（2）挤裂切屑：切屑上与前刀面接触的一裂切屑：切屑上与前刀面接触的一面面较

28、光光洁，其背面局部开裂成，其背面局部开裂成节状。状。(3)单元切屑切屑元切屑切屑沿厚度断裂成均匀沿厚度断裂成均匀的的颗粒状。粒状。（4）崩碎切屑崩碎切屑 切削切削层几乎不几乎不经过塑性塑性变形就形就产生脆性崩裂，得到的生脆性崩裂，得到的切屑呈不切屑呈不规则的的细粒状。粒状。切屑的类型是由材料的应力切屑的类型是由材料的应力应变特性和塑性变形程度决定的。应变特性和塑性变形程度决定的。一、切屑的形成及类型一、切屑的形成及类型58教学教资教学教资形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪

29、切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件一、切屑的形成及类型一、切屑的形成及类型59教学教资教学教资带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑一、切屑的形成及类型一、切屑的形成及类型60教学教资教学教资1、切

30、削力、切削力的的来源来源 来源：来源：切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：变形区内变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力切屑、工件与刀具间的摩擦力切屑、工件与刀具间的摩擦力。(a)直角自由切削直角自由切削图图2 合力及其分力合力及其分力 作用在前刀面的作用在前刀面的弹、塑性塑性变形抗力形抗力Fny作用在前刀面的作用在前刀面的摩擦力摩擦力Ffy合力合力Fr作用在后刀面的作用在后刀面的弹、塑性、塑性变形抗形抗力力Fna作用在后刀面的作用在后刀面的摩擦力摩擦力Ffa二、切削力二、切削力61教学教资教学教资图图3 3

31、 合力及其分力合力及其分力（b b）非自由切削）非自由切削 在铣削平面时，上述分力亦称为：在铣削平面时，上述分力亦称为：F Fz z切向力、切向力、F Fy y径向力、径向力、F Fx x轴向力。轴向力。 为了为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小, ,通常将合力通常将合力FrFr在按主运动速度方向、切深方向进给方向作的空间直角坐标轴在按主运动速度方向、切深方向进给方向作的空间直角坐标轴z z、y y、x x上分上分解成三个分力解成三个分力，它们是，它们是： 主切削力主切削力F Fz z 主运动切削速度方向的分力主运动切削速度方向的分力切深

32、抗力切深抗力Fy Fy 切深方向的分力切深方向的分力进给抗力进给抗力F Fx x 进给方向的分力进给方向的分力二、切削力二、切削力62教学教资教学教资主切削力主切削力FzFz是最大的一个分力，它消耗了切削总功率的是最大的一个分力，它消耗了切削总功率的95%95%左右，是设计与使用刀具的主要依据，并用于验算机床、左右，是设计与使用刀具的主要依据，并用于验算机床、夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率。切深抗力切深抗力FyFy不消耗功率，但在机床不消耗功率，但在机床工件工件夹具夹具刀具所刀具所组成的工艺系统刚性不足时，是造成振动的主要因素组成的工艺

33、系统刚性不足时，是造成振动的主要因素。进给抗力进给抗力FxFx消耗了总功率消耗了总功率5%5%左右，它是验算机床进给系统左右，它是验算机床进给系统主要零、部件强度和刚性的依据。主要零、部件强度和刚性的依据。二、切削力二、切削力63教学教资教学教资切削力切削力的变化规律的变化规律 影响切削力的因素主要有四个方面：影响切削力的因素主要有四个方面：工件材料、切削用量、刀具几工件材料、切削用量、刀具几工件材料、切削用量、刀具几工件材料、切削用量、刀具几何参数及其它方面的因素何参数及其它方面的因素何参数及其它方面的因素何参数及其它方面的因素。（1 1）工件材料的影响）工件材料的影响 工件材料是通过材料的

34、剪切屈极强度工件材料是通过材料的剪切屈极强度s s、塑性变形、切屑与刀、塑性变形、切屑与刀具间摩擦系数具间摩擦系数等条件影响切削力的。等条件影响切削力的。 从从表表1.11.1中可以反映出不同材料对切削力的影响程度。中可以反映出不同材料对切削力的影响程度。二、切削力二、切削力64教学教资教学教资表表1.1 硬质合金外圆车刀切削常用金属时单位切削力和单位切削功率（硬质合金外圆车刀切削常用金属时单位切削力和单位切削功率（f0.3mm/r）加工材料加工材料实验条件实验条件单位切削力单位切削力单位切削功率单位切削功率名称名称牌号牌号制造热处理状制造热处理状态态硬度硬度（HB）车刀几何参数车刀几何参数切

35、削用量范切削用量范围围P（N/ ）PkW/( )碳素结构碳素结构钢钢A3热轧或正火热轧或正火134137015kr75s0br10前刀面带卷屑前刀面带卷屑ap15mmf0.10.5mm/rvc90105m/min18841884x 4518719621962x 40Cr21219621962x 合金结构合金结构钢钢45调质调质22923052305x 40Cr28523052305x 不锈钢不锈钢1CR18Ni9Ti淬火回火淬火回火170179020其余同上其余同上24532453x 灰铸铁灰铸铁HT2040退火退火170前刀面无卷槽前刀面无卷槽其余同上其余同上ap210mmf0.10.5mm

36、/rvc7080m/min11181118x 可锻铸铁可锻铸铁KT306退火退火170前刀面无卷槽前刀面无卷槽其余同上其余同上13441344x 二、切削力二、切削力65教学教资教学教资背吃刀量和进给量背吃刀量和进给量 背吃刀量背吃刀量a ap p和进给量和进给量f f增大，分别使切削宽度增大，分别使切削宽度b bD D、切削厚度、切削厚度h hD D增增大因而切削层面积大因而切削层面积A AD D增大，故变形抗力和摩擦增加，而引起切削力增大，故变形抗力和摩擦增加，而引起切削力增大。但是增大。但是a ap p和和f f增大后，它们分别使变形和摩擦增加的程度不同。增大后，它们分别使变形和摩擦增加

37、的程度不同。(2)切削用量的影响切削用量的影响 切削速度切削速度 加工塑性金属时，切削速度加工塑性金属时，切削速度v vc c对切削力的影响规律如同对切削对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样，它们都是积屑瘤与摩擦的作用造成的。变形影响一样，它们都是积屑瘤与摩擦的作用造成的。二、切削力二、切削力66教学教资教学教资 在低速到中速范围内在低速到中速范围内(5(520m20mrain)rain)，随着速度，随着速度v vc c的提高，切削变的提高，切削变形减小，故主切削力形减小，故主切削力F Fz z逐渐减小；中速时逐渐减小；中速时(20m(20mminmin左右左右) )，变形值最小，变形值最

38、小，F Fz z减至最小值；超过中速，随着速度减至最小值；超过中速，随着速度v vc c的提高，切削变形增大，故的提高，切削变形增大，故F Fz z逐逐渐增大。渐增大。 在更高速度范围内（在更高速度范围内（ v vc c 35m/min35m/min），切削变形随着速度增加而减），切削变形随着速度增加而减小，故切削力小，故切削力F Fz z逐渐减小而后达到稳定。逐渐减小而后达到稳定。 以车削以车削45钢为例，由图可知：钢为例，由图可知：图4 切削速度vc对切削力Fz影响二、切削力二、切削力67教学教资教学教资表表1.3 切削速度切削速度vc改变时切削力改变时切削力Fz影响的修正系数影响的修正系

39、数KvFz Vc（m/min）工件材料工件材料507510012515017520045钢钢40Cr钢钢1.051.021.000.980.960.950.94 前角前角 前角前角00增大，切削变形减小，切削力减小。但增大前增大，切削变形减小，切削力减小。但增大前角角00，使三个分力，使三个分力F Fz z、F Fy y和和F Fx x减小的程度不同。减小的程度不同。 表表1.41.4为用为用k kr r7575外外圆车刀车削圆车刀车削4545号钢和灰铸铁时前角号钢和灰铸铁时前角00对切削力的修正系数。对切削力的修正系数。表表1.3为车削钢时切削速度为车削钢时切削速度vc对切削力对切削力Fz影

40、响的修正系数。影响的修正系数。（3）刀具几何角度的影响）刀具几何角度的影响二、切削力二、切削力68教学教资教学教资工件材料工件材料 前角前角0修正系数修正系数1001015203045号钢号钢K0Fz1.281.181.051.000.890.85K0Fy1.411.231.081.000.790.73K0Fx2.151.701.241.000.500.30灰铸铁灰铸铁K0Fz1.371.211.051.000.950.84K0Fy1.471.301.091.000.950.85K0Fx2.441.831.221.000.730.37表表1.4 1.4 前角改变时切削力的修正系数前角改变时切削

41、力的修正系数K K0F0F二、切削力二、切削力69教学教资教学教资 主偏角主偏角k kr r改变使切削面积的形状和切削分力改变使切削面积的形状和切削分力F Fxyxy的作用方向改变，因而的作用方向改变，因而使切削力也随之变化。使切削力也随之变化。 由实验得到的图由实验得到的图1.221.22中表明：主偏角中表明：主偏角k kr r在在30306060范围内增大，由切削厚度范围内增大，由切削厚度h hD D的影响起主要作用，促使主切削的影响起主要作用，促使主切削F Fz z减小；主偏角约在减小；主偏角约在60609090范围内增大，刀尖处圆范围内增大，刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出，故主切削力

42、弧和副前角的影响更为突出，故主切削力F Fz z增大。增大。图图5 主偏角主偏角kr对切削力影响对切削力影响 主偏主偏角角 二、切削力二、切削力70教学教资教学教资表表1.5 主偏角主偏角kr对切削力的修正系数对切削力的修正系数KkrF工件材料工件材料 主偏角主偏角kr修正系数修正系数304560759045号钢号钢K0Fz1.101.051.001.001.05K0Fy2.001.601.251.000.85K0Fx0.650.800.901.001.15灰铸铁灰铸铁HT2040K0Fz1.101.001.001.001.00K0Fy2.801.801.171.000.70K0Fx2.801

43、.801.171.000.70表表1.5为主偏角为主偏角kr对切削力的修正系数对切削力的修正系数二、切削力二、切削力71教学教资教学教资切削切削热的来源与传导热的来源与传导 来源：来源：切削是由切削功转变而来切削是由切削功转变而来的。的。如图所示，其中包括：剪切区变如图所示，其中包括：剪切区变形功形成的热形功形成的热Q Qp p、切屑与前刀面摩擦、切屑与前刀面摩擦功形成的热功形成的热Q Qff、已加工表面与后刀、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热面摩擦功形成的热Q Qff。产生总的切。产生总的切削热削热Q Q，分别传人切屑，分别传人切屑Q Qchch、刀具、刀具Q Qc c、工件工件Q Qw w

44、和周围介质和周围介质Q Qf f。切削热的形成。切削热的形成及传导关系为：及传导关系为： Qp+Qf+QfQch+Qw+Qc+Qf 三、切削温度三、切削温度72教学教资教学教资 切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成； 切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。 切削热传至各部分比例：切

45、削热传至各部分比例：切削热传至各部分比例：切削热传至各部分比例： 一般情况是切屑带走的热量多。由于第一般情况是切屑带走的热量多。由于第一般情况是切屑带走的热量多。由于第一般情况是切屑带走的热量多。由于第、变形区塑性变形、摩擦产变形区塑性变形、摩擦产变形区塑性变形、摩擦产变形区塑性变形、摩擦产生热及其传导的影响，致使刀具中次之，工件中热量最少。生热及其传导的影响，致使刀具中次之，工件中热量最少。生热及其传导的影响，致使刀具中次之，工件中热量最少。生热及其传导的影响，致使刀具中次之，工件中热量最少。切削热由切削，切削热由切削，切削热由切削，切削热由切削，工件，刀具及周围的介质向外传导。影响散热的主

46、要因素：工件，刀具及周围的介质向外传导。影响散热的主要因素：工件，刀具及周围的介质向外传导。影响散热的主要因素：工件，刀具及周围的介质向外传导。影响散热的主要因素：1 1 1 1）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数2 2 2 2）刀具材料的导热系数）刀具材料的导热系数）刀具材料的导热系数）刀具材料的导热系数3 3 3 3）周围介质）周围介质）周围介质）周围介质三、切削温度三、切削温度73教学教资教学教资 测量切削温度的方法有：热电偶法、热辐射法、涂色法和红外测量切削温度的方法有：热电偶法、热辐射法、涂色法和红外线法等。其中热电偶法测温虽较近似，但装置

47、简单、测量方便，是线法等。其中热电偶法测温虽较近似，但装置简单、测量方便，是较为常用的测温方法。较为常用的测温方法。 自然热电偶法自然热电偶法 人工热电偶法人工热电偶法(2)切削温度的测定切削温度的测定三、切削温度三、切削温度74教学教资教学教资影响切削温度的因素 切削切削温度与变形功、摩擦功和热传导有关。也就是说，切削温度与变形功、摩擦功和热传导有关。也就是说，切削温度的高低是由产生的热和传走的热两方面综合影响的结果。做温度的高低是由产生的热和传走的热两方面综合影响的结果。做功越多、生热越多、散热越少时，切削温度越高。功越多、生热越多、散热越少时，切削温度越高。影响生热和散影响生热和散热的因

48、素有：切削用量、刀具几何参数、工件材料和切削液等；热的因素有：切削用量、刀具几何参数、工件材料和切削液等；三、切削温度三、切削温度75教学教资教学教资（1 1）切削用量的影响）切削用量的影响 切削用量是影响切削温度的主要因素。通过测温实验可能找出切削用量切削用量是影响切削温度的主要因素。通过测温实验可能找出切削用量对切削温度的影响规律。通常在车床上利用测温装置求出切削用量对切削温度的影响规律。通常在车床上利用测温装置求出切削用量a ap p、f f 和和v vc c对切削温度的影响关系，并可整理成下列一般公式。对切削温度的影响关系，并可整理成下列一般公式。= C= Ca ap pxxf f y

49、 yvvv vc czzk k （） 式中式中 x x、y y、z z 分别表示切削用量分别表示切削用量apap、f f 和和v vc c对对 切削温度的影响程度的指数；切削温度的影响程度的指数； C C与实验条件有关的影响系数；与实验条件有关的影响系数； K K切削条件改变后的修正系数。切削条件改变后的修正系数。 当用高速钢和硬质合金刀具车削中碳钢时，公式中系数、指数为：当用高速钢和硬质合金刀具车削中碳钢时，公式中系数、指数为： zz C C xx yy 高速钢刀具高速钢刀具 140140170 0.08170 0.080.1 0.20.1 0.20.3 0.350.3 0.350.450.

50、45硬质合金钢硬质合金钢 320 0.05 0.15 0.26320 0.05 0.15 0.260.410.41三、切削温度三、切削温度76教学教资教学教资 切削切削用量用量a ap p、f f 和和v vc c增大，切削温度增加，其中切削速度增大，切削温度增加，其中切削速度v vc c对切削温度影对切削温度影响最大，进给量响最大，进给量f f 次之，切削深度次之，切削深度a ap p影响最小，从影响指数影响最小，从影响指数 z zy yx x中中也可以反映出该规律。也可以反映出该规律。 当切削用量当切削用量a ap p、f f和和v vc c增大时，变形和摩擦加剧，切削功增大，故切削温度增

51、大时，变形和摩擦加剧，切削功增大，故切削温度升高。但背吃刀量升高。但背吃刀量a ap p增大后，切屑与刀具接触面积以相同比例增大，散热条件增大后，切屑与刀具接触面积以相同比例增大，散热条件显著改善；进给量显著改善；进给量f f 增大，切屑与前刀面接触长度增加，散热条件有所改善；增大，切屑与前刀面接触长度增加，散热条件有所改善；切削速度增高，虽切削力减少，但切屑与前刀面接触长度减短，故散热较差。切削速度增高，虽切削力减少，但切屑与前刀面接触长度减短，故散热较差。 切削用量对切削温度的影响，就是由生热与散热两方面作用的结果。由此切削用量对切削温度的影响，就是由生热与散热两方面作用的结果。由此可见，

52、在金属切除率相同的条件下，为了减少切削温度影响，防止刀具迅速磨可见，在金属切除率相同的条件下，为了减少切削温度影响，防止刀具迅速磨损，保持刀具耐用度，增大切削深度损，保持刀具耐用度，增大切削深度a ap p或给进量或给进量f f 比增大切削速度比增大切削速度v vc c更有利。更有利。三、切削温度三、切削温度77教学教资教学教资（2 2）刀具几何参数影响）刀具几何参数影响 前角前角 前角前角o o增大，切削变形和摩擦减少，因此产生的热量少，增大，切削变形和摩擦减少，因此产生的热量少，切削温度下降。但前角切削温度下降。但前角o o继续增大至继续增大至1515左右，由于楔角减左右，由于楔角减少使刀

53、具散热变差，切削温度略上升。少使刀具散热变差，切削温度略上升。 从前角从前角o o对切削温度对切削温度的的影响曲线影响曲线可知，在一定的加工可知，在一定的加工条件下，能够找出对切削温度影响最少的合理前角条件下，能够找出对切削温度影响最少的合理前角o o 。三、切削温度三、切削温度78教学教资教学教资主偏角主偏角 主偏角主偏角k kr r减少，使切削宽度减少，使切削宽度b bD D增大，切削厚度增大，切削厚度h hD D减少，因此，切削变形和摩擦增大减少，因此，切削变形和摩擦增大, ,切削温度升切削温度升高。但当切削宽度高。但当切削宽度b bD D增大后增大后, ,散热条件改善。由于散热条件改善

54、。由于散热起主要作用，故随着主偏角散热起主要作用，故随着主偏角k kr r减少，切削温减少，切削温度下降。度下降。三、切削温度三、切削温度79教学教资教学教资三、切削温度三、切削温度80教学教资教学教资（3 3）工件材料影响）工件材料影响 工件材料是通过强度、硬度和导热系数等性工件材料是通过强度、硬度和导热系数等性能不同对切削温度产生影响的。能不同对切削温度产生影响的。（4 4）切削）切削液的液的影响影响 切削液对切削温度的影响，与切削液的导热切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大关系。从导热性能来看，油类

55、切削液不如乳很大关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。化液，乳化液不如水基切削液。三、切削温度三、切削温度81教学教资教学教资 切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。质量、加工精度起重要的作用。1.1.切削液的作用切削液的作用 (1)(1)冷却作用冷却作用 (2)(2)润滑作用润滑作用边界润滑原理边界润滑原理 (3)(3)洗涤与防锈作用洗涤与防锈作用四、切削液四、切削液82教学教资教学教资2.2

56、.切削液的种类切削液的种类 水溶液水溶液 水添加剂水添加剂 冷却冷却 粗加工粗加工 乳化液乳化液 乳化油水乳化油水 切削油切削油 矿物油添加剂矿物油添加剂 润滑润滑 精加工精加工四、切削液四、切削液83教学教资教学教资（1 1）从加工要求考虑）从加工要求考虑 粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液； 精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液。精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液。（2 2）从刀具材料考虑）从刀具材料考虑 高速钢，需用切削液；硬质合金等高速钢，需用切削液；硬质合金等, ,可不用或充分连续用。可不用或充分连续用。（3 3）从工件材料考虑）从工件材料考虑 钢等

57、塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用； 高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液。高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液。（4 4）从加工方法考虑）从加工方法考虑 钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油； 成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。3.3.切削液的合理选用切削液的合理选用四、切削液四、切削液切切削削液液84教学教资教学教资4.切削液的加注方法浇注法浇注法：使用方便、广泛，但冷却效果较差，切削液消：使用方便、

58、广泛，但冷却效果较差，切削液消耗量较大。耗量较大。喷雾喷雾法法：冷却效果显著，切削液消耗量较少。：冷却效果显著，切削液消耗量较少。高压高压法法：当加工深孔或较难加工材料时，用此法较好。：当加工深孔或较难加工材料时，用此法较好。85教学教资教学教资一方面，切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源，一方面，切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源，增加加工成本。据德国许多公司统计计算的资料表明，增加加工成本。据德国许多公司统计计算的资料表明，使用冷却液费用占总制造成本的使用冷却液费用占总制造成本的16 % 16 % ，而切削刀具消，而切削刀具消耗的费用只占成本的耗的费用只占成本的3 34%4%。另一方

59、面，切削液对环境。另一方面，切削液对环境的污染较为严重，甚至危害工人健康。为使金属切削的污染较为严重，甚至危害工人健康。为使金属切削加工尽可能少地产生污染，人们提出了加工尽可能少地产生污染，人们提出了“清洁化生产清洁化生产”这一概念。干切削是消除切削液污染，降低产品成这一概念。干切削是消除切削液污染，降低产品成本，实现清洁化生产的最有效的途径。要实现干式切本，实现清洁化生产的最有效的途径。要实现干式切削，必须合理选择刀具材料，设计合理的刀具几何参削，必须合理选择刀具材料，设计合理的刀具几何参数。干式切削技术已成为金属切削加工发展的趋势之数。干式切削技术已成为金属切削加工发展的趋势之一。一。 8

60、6教学教资教学教资采用最少量润滑采用最少量润滑(MQL)(MQL)的准干式切削方式和冷风切削。的准干式切削方式和冷风切削。 最少量最少量润滑，也称喷雾润滑，它是用压缩空气使微量的植物油雾化，润滑，也称喷雾润滑，它是用压缩空气使微量的植物油雾化，并以很高的速度喷向高温的切削区，可以起到冷却、润滑和排并以很高的速度喷向高温的切削区，可以起到冷却、润滑和排屑的作用。植物油的用量是湿式切削的万分之一。同等用量所屑的作用。植物油的用量是湿式切削的万分之一。同等用量所吸收的热量是浇注法的吸收的热量是浇注法的10001000倍，因而大大减低了切削液成本。倍，因而大大减低了切削液成本。冷风切削是利用压缩空气进行冷却和排屑，部分代替了切削液冷风切削是利用压缩空气进行冷却和排屑，部分代替了切削液的功能，但一般与的功能，但一般与MQLMQL并用，以提高润滑效果。并用，以提高润滑效果。 87教学教资教学教资88教学教资教学教资89教学教资教学教资90教学教资教学教资91教学教资教学教资92教学教资教学教资93教学教资教学教资94教学教资教学教资95教学教资教学教资96教学教资教学教资97教学教资教学教资98教学教资教学教资99教学教资教学教资100教学教资教学教资101教学教资教学教资