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1、NJUSTNJUST2机机1第第1 1章章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识1.1切削加工的运动分析及切削要素切削加工的运动分析及切削要素1.2金属切削刀具金属切削刀具1.3切削过程中的物理现象切削过程中的物理现象1.4工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性1.5切削液切削液机机械械制制造造基基础础NJUSTNJUST2机机2本章的学习要求本章的学习要求(1)掌掌握握切切削削运运动动、加加工工表表面面、切切削削用用量量及及切切削层参数概念和分析方法；削层参数概念和分析方法；(2)掌掌握握刀刀具具刀刀具具角角度度和和工工作作角角度度的的概概念念、合合理理选选择择刀刀具具角角度度，常
2、常用用刀刀具具材材料料的的性性质质与与选选用；用；(3)掌掌握握切切削削过过程程中中的的物物理理现现象象及及其其对对加加工工过过程的影响；程的影响；(4)掌握切削液的作用，合理选用切削液。掌握切削液的作用，合理选用切削液。重点和难点重点和难点：刀具角度和切削过程中的物理现象刀具角度和切削过程中的物理现象切切削削加加工工基基础础知知识识NJUSTNJUST2机机3切切削削运运动动及及切切削削要要素素1.1 1.1 切削加工的运动分析及切削要素切削加工的运动分析及切削要素 回回回回转转转转体体体体表表表表面面面面：是是是是以以以以直直直直线线线线为为为为母母母母线线线线作作作作旋旋旋旋转转转转运运
3、运运动动动动所所所所形形形形成的表面；成的表面；成的表面；成的表面； 成成成成型型型型方方方方法法法法：车车车车削削削削、钻钻钻钻孔孔孔孔、扩扩扩扩孔孔孔孔、镗镗镗镗孔孔孔孔、铰铰铰铰孔孔孔孔、内外圆磨削等。内外圆磨削等。内外圆磨削等。内外圆磨削等。1.1.1零件表面的形成零件表面的形成平面平面：是以直线为母线作直线运动形成的表面是以直线为母线作直线运动形成的表面；成型方法：成型方法：铣削、刨削、平面磨削等。铣削、刨削、平面磨削等。曲面曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；表面；成型方法：成型方法：铣削、成形磨削、数控铣削、电火花铣削、成形磨削、数控铣
4、削、电火花加工、激光加工等。加工、激光加工等。NJUSTNJUST2机机41.1.2切削运动切削运动l分类分类：1）主运动）主运动：切除切屑所需的基本运动。：切除切屑所需的基本运动。3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。l概概念念：刀刀具具与与工工件件间间的的相相对对运运动动，以以切切除除多多余余的的金属金属2）进给运动进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。或多个。3）其它运动：）其它运动：吃刀运动吃刀运动分度运动分度运动切
5、切削削运运动动及及切切削削要要素素NJUSTNJUST2机机5常见机床的切削运动常见机床的切削运动机床名称机床名称机床名称机床名称主运动主运动主运动主运动进给运动进给运动进给运动进给运动卧式车床卧式车床卧式车床卧式车床工件旋转工件旋转工件旋转工件旋转车刀纵向、横向移动车刀纵向、横向移动车刀纵向、横向移动车刀纵向、横向移动切切削削运运动动及及切切削削要要素素钻床钻床钻床钻床钻头旋转钻头旋转钻头旋转钻头旋转钻头轴向移动钻头轴向移动钻头轴向移动钻头轴向移动铣床铣床铣床铣床铣刀旋转铣刀旋转铣刀旋转铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动工件纵向、横向、垂直方向移动工件纵向、横向、垂直方向移动工件纵向、横向
6、、垂直方向移动牛头刨床牛头刨床牛头刨床牛头刨床刨刀往复刨刀往复刨刀往复刨刀往复工件横向、垂直方向间隙移动工件横向、垂直方向间隙移动工件横向、垂直方向间隙移动工件横向、垂直方向间隙移动外圆磨床外圆磨床外圆磨床外圆磨床砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转 工件旋转、工件往复或砂轮横向移动工件旋转、工件往复或砂轮横向移动工件旋转、工件往复或砂轮横向移动工件旋转、工件往复或砂轮横向移动平面磨床平面磨床平面磨床平面磨床砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转 工件往复移动，砂轮横向、垂直移动工件往复移动，砂轮横向、垂直移动工件往复移动，砂轮横向、垂直移动工件往复移动，砂轮横向、垂直移动镗床镗床镗床镗床镗刀旋转镗刀旋
7、转镗刀旋转镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动镗刀轴向移动、工件轴向移动镗刀轴向移动、工件轴向移动镗刀轴向移动、工件轴向移动龙门刨床龙门刨床龙门刨床龙门刨床工件往复工件往复工件往复工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动刨刀横向、垂直方向间隙移动刨刀横向、垂直方向间隙移动刨刀横向、垂直方向间隙移动NJUSTNJUST2机机6正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：已加工表面已加工表面已加工表面已加工表面：已经加工完成的表面。：已经加工完成的表面。：已经加工完成的表面。：已经加
8、工完成的表面。加工表面（过渡表面）加工表面（过渡表面）加工表面（过渡表面）加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削：切削刀具正在进行切削：切削刀具正在进行切削：切削刀具正在进行切削加工的表面。加工的表面。加工的表面。加工的表面。待加工表面待加工表面待加工表面待加工表面：即将进入切削加工的表面。：即将进入切削加工的表面。：即将进入切削加工的表面。：即将进入切削加工的表面。l l加工表面加工表面切切削削运运动动及及切切削削要要素素NJUSTNJUST2机机7切切削削运运动动及及切切削削要要素素NJUSTNJUST2机机81.1.3切削要素切削要素l l切削用量三要素：切削用量三要素：切削速度切削
9、速度切削速度切削速度v v v vc c c c: : : :主运动的线速度主运动的线速度主运动的线速度主运动的线速度( (mm/min)mm/min)圆周运动：圆周运动：圆周运动：圆周运动：Vc=DnVc=Dnw w直线往复：直线往复：直线往复：直线往复：Vc=2LnVc=2Lnr r进给量：进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离。刀具相对工件沿进给方向移动的距离。1）（周期）进给量）（周期）进给量f(mm/r)f(mm/r)：主运动一个循环主运动一个循环2）进给速度）进给速度v vf f(mm/min)(mm/min)：单位时间内单位时间内3）每齿进给量）每齿进给量a af f(mm/z
10、)(mm/z)：刀具每个刀齿刀具每个刀齿切切削削运运动动及及切切削削要要素素背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）a ap p(mm):(mm):已加工表面与待加已加工表面与待加工表面间的距离。工表面间的距离。补充定义：补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。削刃切入工件的深度。NJUSTNJUST2机机9切削层：切削层：切削层：切削层：主运动一个周期，相邻两加工表面（切削主运动一个周期，相邻两加工表面（切削主运动一个周期，相邻两加工表面（切削主运动一个周期，相邻两加工表面（切削刃）之间的材料截面。刃）之间的材料截面。刃）之间的材料截面。
11、刃）之间的材料截面。l l切削层尺寸平面要素切削层尺寸平面要素l切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D（老标准老标准a ac c）：）： h hD D=f=f sinK sinKr rl切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D（老标准老标准a aw w）: b bD D=a=ap p/sinK/sinKr rl切削层公称截面积切削层公称截面积A AD D： A AD D=a=ap p f=bf=bD D h hD Dl残留面积残留面积A AD D残留面积高度残留面积高度： H=f/(ctgKr+ctgKr)r=0H=f2/8rr0切切削削运运动动及及切切削削要要素素NJUSTNJUST2机机
12、10切切削削运运动动及及切切削削要要素素r r =0=0时，在时，在时，在时，在ABDABD和和和和ACDACD中中中中BD=HctgKrDC=HctgKrBD=HctgKrDC=HctgKrBD+DC=fBD+DC=fH(ctgKr+ctgKr)=fH(ctgKr+ctgKr)=f残留面积高度残留面积高度残留面积高度残留面积高度：H=f/(ctgKr+ctgKr)H=f/(ctgKr+ctgKr)NJUSTNJUST2机机11切切削削运运动动及及切切削削要要素素r0时时 H=BD=BE-DEH=BD=BE-DE移项后两边平方移项后两边平方,并忽略并忽略H2(Hr)：残留面积高度残留面积高度：
13、H=f2/8rNJUSTNJUST2机机12金金属属切切削削刀刀具具l刀具结构及其几何形状刀具结构及其几何形状1.2金属切削刀具1.2.1刀具切削部分的基本定义刀具分类：刀具分类：刀具分类：刀具分类：按工种按工种按工种按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。 按按按按功功功功能能能能：车车车车刀刀刀刀、切切切切断断断断刀刀刀刀、螺螺螺螺纹纹纹纹刀刀刀刀、偏偏偏偏刀刀刀刀、尖刀、镗孔刀、成形刀等。尖刀、镗孔刀、成形刀等。尖刀、镗孔刀、成形刀等。尖刀、镗孔刀、成形刀等。 结结结结构构构构形形形形式式式式：整整整整体体体体
14、式式式式、焊焊焊焊接接接接式式式式、机机机机械械械械安安安安装装装装式（压板压紧）式（压板压紧）式（压板压紧）式（压板压紧）前刀面前刀面Ar主切削刃主切削刃S主后面主后面Aa刀尖刀尖副后面副后面Aa副切削刃副切削刃S l 切削部分组成切削部分组成NJUSTNJUST2机机13l l刀具的静止参考系（刀具的静止参考系（PrPsPo系系正交平面参照系）正交平面参照系）（1）静止参照系的假设条件：）静止参照系的假设条件：假定运动条件：进给量假定运动条件：进给量假定运动条件：进给量假定运动条件：进给量f=0f=0假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；假定安装条件：
15、刀尖与工件回转中心等高；假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；刀杆方向与进给方向垂直。刀杆方向与进给方向垂直。刀杆方向与进给方向垂直。刀杆方向与进给方向垂直。（2）辅助平面：）辅助平面：切切削削平平面面Ps：过过切切削削刃刃上上一一点点，与与加加工工表表面面相相切切的平面。的平面。基基面面Pr：过过切切削削刃刃上上同同一一点点，与与切切削削速速度度相相垂垂直直的平面。的平面。正正交交平平面面Po（主主剖剖面面）：过过切切削削刃刃上上同同一一点点，与与切削平切削平和基面相垂直的平面。和基面相垂直的平面。金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机14前角的作用：前角的作用：前角前角切屑变形
16、切屑变形切削力切削力刃口强刃口强度度前刀面磨损前刀面磨损导热体积导热体积刀具前角的选用：刀具前角的选用：加工塑性材料选大前角加工塑性材料选大前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工硬材料选用负前角加工硬材料选用负前角刀刀刀刀具具具具的的的的标标标标注注注注角角角角度度度度是是是是指指指指静静静静止止止止状状状状态态态态下下下下，在在在在工工工工程程程程图图图图上上上上标标标标注注注注的的的的刀刀刀刀具具具具角角角角度度度度。（下下下下面面面面以以以以车车车车刀刀刀刀为为为为例例例例介介介介绍绍绍绍刀刀刀刀具具具具的的的的标标标标注注注注角度）角度）角度）角度）1.1
17、.刀刀刀刀具具具具标标标标注注注注前前前前角角角角 0 0：在在在在正正正正交交交交平平平平面面面面内内内内测测测测量量量量的的的的，前前前前刀刀刀刀面与基面的夹角。面与基面的夹角。面与基面的夹角。面与基面的夹角。前角的标注：前角的标注：前角的标注：前角的标注：l刀具标角度的定义刀具标角度的定义金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机15在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。后角的标注：后角的标注：后角的标注：后角的标注：后角的作用：后角的作用：后角后角后
18、刀面与加工表面间的摩擦后刀面与加工表面间的摩擦后刀面磨损后刀面磨损刃口强度刃口强度导热体积导热体积刀具后角的选用：刀具后角的选用：粗加工选小后角粗加工选小后角精加工选大后角精加工选大后角选大前角时选小后角以增大刃口选大前角时选小后角以增大刃口强度强度2.刀具标注注后角刀具标注注后角0：金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机16主偏角的作用：主偏角的作用：主偏角主偏角切削刃工作长度切削刃工作长度刀尖强刀尖强度度导热体积导热体积径向分力径向分力刀具主偏角的选用：刀具主偏角的选用：一般为一般为3075加工细长工件采用加工细长工件采用9093副偏角的作用：副偏角的作用：副偏角副偏角副后面与
19、工件已加工表面副后面与工件已加工表面摩擦摩擦刀尖强度刀尖强度表面粗糙度表面粗糙度刀具副偏角的选用：刀具副偏角的选用：一般为一般为520特殊要求可采用特殊要求可采用Kr=0的修光刃的修光刃在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。4.副副偏偏角角Kr：在在基基面面内内测测量量的的，副副切切削削刃刃与与进进给反方向的夹角。给反方向的夹角。主偏角和副偏角的标注：主偏角和副偏角的标注：主偏角和副偏角的标注：主偏角和副偏角的标注：3.主偏角主偏角Kr：金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机17刀具刃倾角的选用：刀具刃倾角的选用：精加工取精加工取S0粗
20、加工取粗加工取S0加工细长工件采用加工细长工件采用S0刃倾角的作用：刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：）影响排屑方向：S0排向待加工表面排向待加工表面；S0排向已加工表面；排向已加工表面；S=0前刀面上卷曲前刀面上卷曲在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。刃倾角的标注刃倾角的标注刃倾角的标注刃倾角的标注：5.刃倾角刃倾角S：（2）影响切入切出的稳定性）影响切入切出的稳定性（3）影响背向分力大小）影响背向分力大小金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机181 1）粗粗粗粗加加加加工工工工塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料时时时时，选选选选择择
21、择择大大大大前前前前角角角角 0 0，小小小小后后后后角角角角 0 0，小小小小主主主主偏偏偏偏角角角角KrKr，较较较较小小小小或或或或负负负负的的的的刃刃刃刃倾倾倾倾角角角角 s s；加加加加工工工工脆脆脆脆性性性性材材材材料料料料时时时时可可可可适适适适当当当当减减减减小小小小前前前前角角角角 0 0；加加加加工工工工高高高高硬硬硬硬度度度度难难难难加加加加工工工工材材材材料料料料时，采用负前角时，采用负前角时，采用负前角时，采用负前角( ( 0 00)0)。2 2）精加工时，一般选择较大后角精加工时，一般选择较大后角精加工时，一般选择较大后角精加工时，一般选择较大后角 0 0，较小的前
22、角较小的前角较小的前角较小的前角 0 0，非负的刃倾角（非负的刃倾角（非负的刃倾角（非负的刃倾角（ s s00），），），），加工细长轴时选择大加工细长轴时选择大加工细长轴时选择大加工细长轴时选择大主偏角主偏角主偏角主偏角KrKr。 l刀具角度的选择原则：金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机19例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注：（1 1）主运动、进给运动和背吃刀量；）主运动、进给运动和背吃刀量；）主运动、进给运动和背吃刀量；）主运动、进给运动和背吃刀量；（2 2）已加工表面
23、、加工（过渡）表面和待加工表面；）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；（3 3）基面、主剖面和切削平面；）基面、主剖面和切削平面；）基面、主剖面和切削平面；）基面、主剖面和切削平面；（4 4）刀具角度）刀具角度）刀具角度）刀具角度 0 01515 、 0 06 6 、KKr r5555 、KKr r 4545 、 s s1010 。金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机20金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机21金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机22金金属属切
24、切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机23刀具工作角度通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下 工工工工作作作作角角角角与与与与标标标标注注注注角角角角近近近近似似似似相相相相等等等等。如普通车削、镗孔、铣削等。如普通车削、镗孔、铣削等。如普通车削、镗孔、铣削等。如普通车削、镗孔、铣削等。当当当当 较较较较大大大大时时时时或或或或安安安安装装装装误误误误差差差差较较较较大大大大时时时时必必必必须须须须考考考考虑虑虑虑其其其其影影影影响响响响。如：车螺纹、铲背、钻孔等。如：车螺纹、铲背、钻孔等。如：车螺纹、铲背、钻孔等。如：车螺纹、铲背、钻孔等。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。刀具的安
25、装条件变化也引起了参考系的变化。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。 1. 1. 刀具工作参考系（刀具工作参考系（PrePsePoe）刀刀具具工工作作角角度度又又称称刀刀具具切切削削角角度度：刀刀具具实实际际切切削削条条件下的实际角度。件下的实际角度。工作参考系与静止参考系的差别工作参考系与静止参考系的差别：工作条件下，合：工作条件下，合成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止条件下合成速度与切削速度是一致的。止条件下合成速度与切削速度是一致的。金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机24（
26、3）刀刀杆杆中中心心线线与与进进给给方方向向不不垂垂直直时时工工作作角角度变化度变化（2）刀尖安装高低对工作角度的影响）刀尖安装高低对工作角度的影响车车外外圆圆刀刀尖尖安安装装偏偏高高（低低）：工工作作前前角角增增大大（小小），工作后角减小（大）；工作后角减小（大）；镗镗内内孔孔刀刀尖尖安安装装偏偏高高（低低）：工工作作前前角角减减小小（大大） ，工作后角增大（小），工作后角增大（小） 。 对工作角度的影响对工作角度的影响（1 1）进给对工作角度的影响）进给对工作角度的影响）进给对工作角度的影响）进给对工作角度的影响横向进给：横向进给：横向进给：横向进给：纵向进给：纵向进给：纵向进给：纵向进给
27、： 0e0e0e0e=0 0 0 0+ 0e0e0e0e=0 0 0 0- - - - 工作前角增大，工作后角减小。工作前角增大，工作后角减小。工作前角增大，工作后角减小。工作前角增大，工作后角减小。金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机251.2.2刀具材料刀具材料l刀具材料的基本性能刀具材料的基本性能高硬度高硬度高硬度高硬度 高耐热性高耐热性高耐热性高耐热性 足够的强度和韧性足够的强度和韧性足够的强度和韧性足够的强度和韧性 高耐磨性高耐磨性高耐磨性高耐磨性 良好的工艺性良好的工艺性良好的工艺性良好的工艺性五五五五个个个个基基基基本本本本性性性性能能能能相相相相互互互互联联联联系
28、系系系，又又又又相相相相互互互互制制制制约约约约，应应应应根根根根据据据据具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机26l l常用刀具材料的种类及应常用刀具材料的种类及应用用类型类型类型类型硬硬硬硬度度度度强强强强度度度度韧韧韧韧性性性性耐耐耐耐热热热热耐耐耐耐磨磨磨磨工艺工艺工艺工艺应用应用应用应用工工工工具具具具钢钢钢钢碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢低低低低高高高高高高高高低低低低好好好好差差差差低低低低高高高高差差差差好好好好切
29、削加切削加切削加切削加工、热工、热工、热工、热处理、处理、处理、处理、刃磨刃磨刃磨刃磨手动工具手动工具手动工具手动工具合金工具钢合金工具钢合金工具钢合金工具钢低速工具低速工具低速工具低速工具高速钢高速钢高速钢高速钢复杂刀具复杂刀具复杂刀具复杂刀具硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金钨钴类钨钴类钨钴类钨钴类( (YG)KYG)K粉末冶粉末冶粉末冶粉末冶金烧结金烧结金烧结金烧结刃磨刃磨刃磨刃磨脆性金属脆性金属脆性金属脆性金属通用类通用类通用类通用类( (YW)MYW)M通用通用通用通用钨钛钴钨钛钴钨钛钴钨钛钴( (YT)PYT)P塑性金属塑性金属塑性金属塑性金属非非非非金金金金属属属属陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷
30、烧结烧结烧结烧结连续切塑连续切塑连续切塑连续切塑性材料性材料性材料性材料立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼结晶结晶结晶结晶精密加工精密加工精密加工精密加工金刚石金刚石金刚石金刚石结晶结晶结晶结晶精密加工精密加工精密加工精密加工金金属属切切削削刀刀具具NJUSTNJUST2机机271.3切削过程中的物理现象切削过程中的物理现象1.3.1切削过程切削过程l l l l 切屑的形成：切屑的形成：切屑的形成：切屑的形成：推挤作用推挤作用推挤作用推挤作用切割作用切割作用切割作用切割作用崩崩碎碎切切屑屑：不不规规则则屑屑片片，较较低低vc，较较大大ap，f加加工工脆脆性性金属时产生。金属时产生。l切
31、屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）切屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）带带状状切切屑屑：上上表表面面毛毛茸茸状状，下下表表面面光光滑滑的的连连续续切切屑屑，大大0，高高vc，小小ap，f加工塑性金属时产生。加工塑性金属时产生。节节状状（挤挤裂裂）切切屑屑：上上表表面面锯锯齿齿状状，下下表表面面光光滑滑的的连连续切屑，较低续切屑，较低vc，较大较大ap，f加工中等硬度塑性金属时产生。加工中等硬度塑性金属时产生。粒粒状状（单单元元）切切屑屑：菱菱形形单单元元分分离离体体，较较低低vc，较较大大ap，f加工硬度较高塑性较差金属时产生。加工硬度较高塑性较差金属时产生。金金属属切切削削过过程程N
32、JUSTNJUST2机机28l l切屑变形切屑变形（1）第第I变变形形区区（剪剪切切区区、塑塑性性变变形形区区）：从从开开始始发发生生塑塑性性变变形形到到晶晶粒粒剪剪切切滑滑移移基基本本完成。完成。切切屑屑收收缩缩现现象象：变变形形系系数数 越越大大，切切削削变变形形越越大大，切切削削力力越越大大，消消耗耗功功率率越越大大，切切削削温度越高，加工表面质量越差。温度越高，加工表面质量越差。金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机29滞滞滞滞流流流流现现现现象象象象: : 切切切切削削削削塑塑塑塑性性性性金金金金属属属属时时时时，由由由由于于于于切切切切屑屑屑屑底底底底层层层层与与与与刀
33、刀刀刀具具具具的挤压和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。的挤压和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。的挤压和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。的挤压和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。积积积积屑屑屑屑瘤瘤瘤瘤：在在在在一一一一定定定定温温温温度度度度、压压压压力力力力条条条条件件件件下下下下，滞滞滞滞流流流流层层层层与与与与前前前前刀刀刀刀面面面面之之之之间间间间的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力大大大大于于于于切切切切屑屑屑屑底底底底层层层层内内内内部部部部晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的间间间间的的的的亲亲亲亲和和和和力力力力，滞滞滞滞流流流流层层层层部部部部分分分分金金金金属属属属粘粘粘粘结结结结在
34、在在在前前前前刀刀刀刀面面面面切切切切屑屑屑屑刃刃刃刃附附附附近近近近，形形形形成成成成的的的的一一一一块块块块硬硬硬硬的的的的金金金金属属属属层层层层（由由由由于于于于塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形，硬硬硬硬比比比比度度度度比工件材料高比工件材料高比工件材料高比工件材料高2323倍）倍）倍）倍）（2）第第II变形区（摩擦区）变形区（摩擦区）金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机30n形成条件：形成条件：中低速切削塑性金属中低速切削塑性金属n冷冷焊焊现现象象：挤挤压压与与摩摩擦擦产产生生高高温温高高压压，同同时时摩摩擦擦带带走走杂杂质质，刀刀具具表表面面与与切切屑屑表表面面新新鲜
35、鲜金金属属粒粒子子间间的的亲亲合合力力和和摩摩擦擦力力之之和和大大于于切切屑屑材材料料内内部部粒粒子子间间的的亲亲合合力力，就就会会从从切切屑屑上上撕撕下下一一小小块块金金属属粘粘接接在在前前刀刀面面上，形成积屑瘤。上，形成积屑瘤。n特性：特性：无无有有小小大大脱落脱落周期性周期性n对对切切削削过过程程的的影影响响：保保护护刀刀刃刃；使使工工作作前前角角增增大大，切切削削刀刀减减小小；切切削削平平稳稳性性差差；影影响响加加工工精精度度和和表表面面粗糙度。粗糙度。（2）第第II变形区（摩擦区）变形区（摩擦区）金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机31变形强化（加工硬化）变形强化（加工
36、硬化）变形强化（加工硬化）变形强化（加工硬化）成因：成因：成因：成因：1 1）挤压塑性变形）挤压塑性变形）挤压塑性变形）挤压塑性变形22）表面相变）表面相变）表面相变）表面相变对加工过程的影响：对加工过程的影响：对加工过程的影响：对加工过程的影响：影响后续加工影响后续加工影响后续加工影响后续加工影响加工表面质量影响加工表面质量影响加工表面质量影响加工表面质量产生残余应力产生残余应力产生残余应力产生残余应力消除变形强化的措施消除变形强化的措施消除变形强化的措施消除变形强化的措施：通过热处理降低材料塑性；通过热处理降低材料塑性；通过热处理降低材料塑性；通过热处理降低材料塑性；采用切削液；采用切削液
37、；采用切削液；采用切削液；加工后通过热处理消除变形强化。加工后通过热处理消除变形强化。加工后通过热处理消除变形强化。加工后通过热处理消除变形强化。（3）第第III变形区（挤压区）变形区（挤压区）金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机321.3.2切削力和切削功率切削力和切削功率l l l l 切削力的来源与分解切削力的来源与分解切削力的来源与分解切削力的来源与分解 （1 1）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。切削
38、力是所有切削力的合力，为空间交变力。切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。 （2 2）切削力的几何分力（车削外圆为例）切削力的几何分力（车削外圆为例）切削力的几何分力（车削外圆为例）切削力的几何分力（车削外圆为例）主切削力主切削力主切削力主切削力F Fc c（主运动方向上的正投影（分力）主运动方向上的正投影（分力）主运动方向上的正投影（分力）主运动方向上的正投影（分力）进给力进给力进给力进给力F Ff f（进给方向上的正投影（分力）进给方向上的正投影（分力）进给方向上的正投影（分力）进给方向上的正投影（分力）背向力背向力背向力背向力F Fp p（垂直于工作平面上的分力）垂直于工作平面上的分力
39、）垂直于工作平面上的分力）垂直于工作平面上的分力）金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机331.3.2削力和切削功率削力和切削功率l l切削力估算与切削功率切削力估算与切削功率（1）Fc=kcAD=kcapf其其中中；kc为为单单位位切切削削力力，同同一一材材料料，在在一一定定切切削削条件下条件下kc是不变的，可测定是不变的，可测定（2）切削功率）切削功率Pc=FcVc金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机34l影响切削力的因素：（1）工工件件材材料料：材材料料成成分分、组组织织和和力力削削性性能能是是影影响响切切削削力力的的主主要要因因素素。强强度度、硬硬度度、塑塑性
40、性、韧韧性性越越大切削力越大；大切削力越大；（2）切切削削用用量量：影影响响最最大大的的是是ap，其其次次是是f，切切削削速速度度 c最最小小，Fc与与c是是1：1，f影影响响7080%， c影响积屑瘤的存在，有积屑瘤时影响积屑瘤的存在，有积屑瘤时F明显减小。明显减小。（3）刀刀具具几几何何角角度度： 0增增大大，刃刃口口锋锋利利、切切削削变变形形小小，摩摩擦擦小小，切切削削力力减减小小； o增增大大、摩摩擦擦减减小小，切削力减小；切削力减小；Kr增大增大Fp减小；正减小；正 s，Fp减小减小Ff增大。增大。（4）其其它它因因素素：切切削削液液使使用用润润滑滑条条件件好好，切切削削力力减小，刀
41、具磨损后切削力剧增。减小，刀具磨损后切削力剧增。金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机351.3.3切削热和切削温度l l l l 切削热的来源与传散切削热的来源与传散切削热的来源与传散切削热的来源与传散（1 1）切切切切削削削削热热热热来来来来源源源源于于于于：切切切切削削削削层层层层材材材材料料料料弹弹弹弹、塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形变变变变形形形形热热热热刀刀刀刀具前、后刀面的摩擦具前、后刀面的摩擦具前、后刀面的摩擦具前、后刀面的摩擦摩擦热摩擦热摩擦热摩擦热三个切削变形区是三个主要热源区三个切削变形区是三个主要热源区三个切削变形区是三个主要热源区三个切削变形区是三个主要
42、热源区（2 2）切切切切削削削削热热热热的的的的传传传传散散散散：通通通通过过过过刀刀刀刀具具具具、切切切切屑屑屑屑、工工工工件件件件和和和和周周周周围围围围介介介介质质质质（如：空气、切削液等）散热。（如：空气、切削液等）散热。（如：空气、切削液等）散热。（如：空气、切削液等）散热。l切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素切切削削温温度度取取决决于于切切削削热热的的产产生生与与传传热热的的综综合合因因素素，切切削削温温度度太太高高，工工件件产产生生热热变变形形，加加工工精精度度下下降降，刀刀具具寿寿命命降低。降低。影影响响切切削削温温度度的的因因素素：切切削削用用量量、工工件件材材料料、刀
43、刀具具几几何角度、其它条件何角度、其它条件切切削削量量中中影影响响最最大大的的是是切切削削速速度度 c，其其次次是是f，ap影影响响最小最小金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机361.3.4刀具磨损与刀具寿命l l l l 刀具磨损过程刀具磨损过程刀具磨损过程刀具磨损过程初初初初期期期期磨磨磨磨损损损损阶阶阶阶段段段段：刀刀刀刀具具具具表表表表面面面面粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度大大大大、单单单单位位位位面面面面积积积积压压压压力高，磨损快。力高，磨损快。力高，磨损快。力高，磨损快。正常磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急急急急剧剧剧剧磨磨磨磨损损损损阶阶阶阶段段段段：磨磨
44、磨磨损损损损后后后后切切切切削削削削温温温温度度度度升升升升高高高高，磨磨磨磨损损损损量量量量急急急急剧增加。剧增加。剧增加。剧增加。金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机371.3.4刀具磨损与刀具寿命l刀具磨损形式刀具磨损形式（1）后后面面磨磨损损：切切削削脆脆性性材材料料，切切削削塑塑性性材材料料hD0.5mm用用月牙洼最大深度月牙洼最大深度KT表示。表示。（3）前前后后面面同同时时磨磨损损：切切削削塑塑性性材材料料hD在在0.10.5mm之之间间大大多多数数情情况况下下前前、后后刀刀具具都都有有磨磨损损，后后刀刀面面磨磨损损对对加加工工质质量影响最大，测量方便，通常以量影响
45、最大，测量方便，通常以VB来表示刀具磨损程度。来表示刀具磨损程度。金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机38l l刀具磨损的原因：刀具磨损的原因：1.1.机械摩擦磨损：机械摩擦磨损：机械摩擦磨损：机械摩擦磨损：磨粒磨损、粘结磨损磨粒磨损、粘结磨损磨粒磨损、粘结磨损磨粒磨损、粘结磨损2.2.热效应磨损：热效应磨损：热效应磨损：热效应磨损：相变磨损相变磨损相变磨损相变磨损-高速钢刀具高速钢刀具高速钢刀具高速钢刀具氧化磨损、扩散磨损氧化磨损、扩散磨损氧化磨损、扩散磨损氧化磨损、扩散磨损-硬质合金刀硬质合金刀硬质合金刀硬质合金刀具具具具l刀具寿命及其影响因素刀具寿命及其影响因素磨钝标准：磨
46、钝标准：通常指刀具后刀面允许的最大磨损量。通常指刀具后刀面允许的最大磨损量。刀刀具具寿寿命命T：刀刀具具开开始始切切削削到到达达到到磨磨钝钝标标准准中中切切削时间。削时间。影影响响刀刀具具寿寿命命的的因因素素：切切削削用用量量；工工件件材材料料；刀刀具材料及几何角度；其它因素。具材料及几何角度；其它因素。切切削削量量中中影影响响最最大大的的是是切切削削速速度度 c，其其次次是是f，ap影响最小。影响最小。金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机39l l切削用量的选择原则：切削用量的选择原则：1）粗粗加加工工时时，为为提提高高机机械械加加工工效效率率，首首先先选选择择较较大大的的切切
47、削削深深度度，其其次次是是较较大大的的进进给给量量，最最后后选选择择中中低切削速度，以保证刀具寿命。低切削速度，以保证刀具寿命。2）精精加加工工时时，为为保保证证加加工工质质量量，首首先先选选择择较较小小的的切切削削深深度度（保保证证加加工工尺尺寸寸精精度度），其其次次选选择择较较小小的的进进给给量量（保保证证表表面面粗粗糙糙度度要要求求），最最后后选选择择低低速速（高高速速钢钢刀刀具具）或或高高速速（硬硬质质合合金金刀刀具具）切切削削，以以保证刀具寿命。保证刀具寿命。金金属属切切削削过过程程NJUSTNJUST2机机401.4工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性1.4.1切削加工性的概念
48、和标志方法切削加工性的概念和标志方法加工性等级加工性等级加工性等级加工性等级名称及种类名称及种类名称及种类名称及种类相对加工性相对加工性相对加工性相对加工性KrKr1 1很易切削材料很易切削材料很易切削材料很易切削材料一般有色金属一般有色金属一般有色金属一般有色金属3.03.02 2容易切削材料容易切削材料容易切削材料容易切削材料易切钢易切钢易切钢易切钢2.53.02.53.03 3较易切削钢较易切削钢较易切削钢较易切削钢1.62.51.62.54 4普通材料普通材料普通材料普通材料一般钢与铸铁一般钢与铸铁一般钢与铸铁一般钢与铸铁1.01.61.01.65 5稍难切削材料稍难切削材料稍难切削材
49、料稍难切削材料0.651.00.651.06 6难切削材料难切削材料难切削材料难切削材料较难切削材料较难切削材料较难切削材料较难切削材料0.50.650.50.657 7难切削材料难切削材料难切削材料难切削材料0.150.50.150.58 8很难切削材料很难切削材料很难切削材料很难切削材料0.150.15材材料料切切削削加加工工性性NJUSTNJUST2机机41l l 影响因素影响因素影响因素影响因素 材材材材料料料料硬硬硬硬度度度度；材材材材料料料料塑塑塑塑性性性性和和和和韧韧韧韧性性性性；材材材材料料料料强强强强度度度度；弹弹弹弹性性性性模量模量模量模量E E；导热系数；其它因素。导热系
50、数；其它因素。导热系数；其它因素。导热系数；其它因素。l l l l 改善措施改善措施改善措施改善措施（1 1）选用切削性好材料及表面状态好的材料）选用切削性好材料及表面状态好的材料）选用切削性好材料及表面状态好的材料）选用切削性好材料及表面状态好的材料（2 2）热热热热处处处处理理理理改改改改善善善善切切切切削削削削加加加加工工工工性性性性，中中中中、低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢正正正正火火火火处处处处理理理理；高高高高碳碳碳碳钢钢钢钢球球球球化化化化退退退退火火火火；（中中中中碳碳碳碳及及及及中中中中碳碳碳碳合合合合金金金金钢钢钢钢）调调调调质质质质钢调质处理。钢调质处理。钢调质处理。钢调质处
51、理。（3 3）选用合理的刀具材料及刀具角度）选用合理的刀具材料及刀具角度）选用合理的刀具材料及刀具角度）选用合理的刀具材料及刀具角度（4 4）特特特特种种种种切切切切削削削削加加加加工工工工：振振振振动动动动切切切切削削削削；加加加加热热热热切切切切削削削削；低低低低温温温温切削。切削。切削。切削。1.4.2影响切削加工性的因素及其改善措施影响切削加工性的因素及其改善措施材材料料切切削削加加工工性性NJUSTNJUST2机机421.5切削液切削液合理地选用冷却润滑液切削速度可提高合理地选用冷却润滑液切削速度可提高合理地选用冷却润滑液切削速度可提高合理地选用冷却润滑液切削速度可提高5%5%20%
52、20%，刀具寿命明显提高，加工表面粗糙度值减小，刀具寿命明显提高，加工表面粗糙度值减小，刀具寿命明显提高，加工表面粗糙度值减小，刀具寿命明显提高，加工表面粗糙度值减小，节能节能节能节能5%20%5%20%，生产效率提高。，生产效率提高。，生产效率提高。，生产效率提高。1.5.1切削液的作用切削液的作用 冷却作用；冷却作用；冷却作用；冷却作用； 润滑作用；润滑作用；润滑作用；润滑作用； 清洗作用；清洗作用；清洗作用；清洗作用；防锈作用防锈作用防锈作用防锈作用1.5.2切削液的种类切削液的种类vv 水溶液水溶液水溶液水溶液冷却为主冷却为主冷却为主冷却为主vv 切削油切削油切削油切削油润滑为主润滑为
53、主润滑为主润滑为主vv 乳化液乳化液乳化液乳化液兼顾冷却与润滑兼顾冷却与润滑兼顾冷却与润滑兼顾冷却与润滑切切削削液液NJUSTNJUST2机机431.5切削液切削液1.5.3切削液的选用切削液的选用粗加工：主要以降低切削温度、冷却为主。粗加工：主要以降低切削温度、冷却为主。粗加工：主要以降低切削温度、冷却为主。粗加工：主要以降低切削温度、冷却为主。精精精精加加加加工工工工：主主主主要要要要是是是是改改改改善善善善表表表表面面面面质质质质量量量量，提提提提高高高高刀刀刀刀具具具具耐耐耐耐用用用用度度度度，稳定精度，以润滑为主。稳定精度，以润滑为主。稳定精度，以润滑为主。稳定精度，以润滑为主。切切切切削削削削高高高高强强强强度度度度钢钢钢钢、高高高高温温温温合合合合金金金金钢钢钢钢等等等等难难难难加加加加工工工工材材材材料料料料，应应应应选选选选用极压切削油或极压乳化液。用极压切削油或极压乳化液。用极压切削油或极压乳化液。用极压切削油或极压乳化液。切切削削液液
