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1、第二章第二章 金属切削的基本知识金属切削的基本知识第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热及切削液第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素一、切削运动一、切削运动在切削过程中，为了切除多余的金属，必须使工件和刀具作在切削过程中，为了切除多余的金属，必须使工件和刀具作相对的工作运动。按其作用，切削运动可分为主运动和进给相对的工作运动。按其作用，切削运动可分为主运动和进给运动两种。运动两种。(1)主运动形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。通主运动形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。通常主运动的速度最快，消耗功率最多。
2、常主运动的速度最快，消耗功率最多。(2)进给运动使工件的多余材料不断地被去除的工作运动，进进给运动使工件的多余材料不断地被去除的工作运动，进给运动可以是连续运动，也可以是间歇运动，如车外圆时纵给运动可以是连续运动，也可以是间歇运动，如车外圆时纵向进给是连续运动，控制切削刃切入深度的横向进给是间歇向进给是连续运动，控制切削刃切入深度的横向进给是间歇运动。通常，进给运动的速度较慢，消耗功率较少。运动。通常，进给运动的速度较慢，消耗功率较少。下一页 返回第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素各种切削加工，都具有特定的切削运动。切削运动的形式有各种切削加工，都具有特定的切削运动。切削运动的
3、形式有旋转的、直线的、连续的、间歇的等。一般主运动只有一个，旋转的、直线的、连续的、间歇的等。一般主运动只有一个，进给运动可以有一个或几个。主运动和进给运动可由刀具和进给运动可以有一个或几个。主运动和进给运动可由刀具和工件分别完成，也可由刀具单独完成。工件分别完成，也可由刀具单独完成。二、切削用量的基本概念二、切削用量的基本概念切削用量是表示主运动及进给运动大小的参数，包括背吃刀切削用量是表示主运动及进给运动大小的参数，包括背吃刀量、进给量和切削速度。合理选择切削用量与提高生产效率量、进给量和切削速度。合理选择切削用量与提高生产效率有着密切的关系。有着密切的关系。1.背吃刀量背吃刀量ap背吃刀
4、量又称为切削深度，是指工件上已加工表面和待加工背吃刀量又称为切削深度，是指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，也就是每次进给时车刀切入工件的深度。表面间的垂直距离，也就是每次进给时车刀切入工件的深度。上一页 下一页 返回第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素车外圆时的切削深度车外圆时的切削深度(ap)可按下式计算可按下式计算:2.切削速度切削速度v在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，也可以理解为车刀在面在主运动方向上的瞬时速度，也可以理解为车刀在1 min内内车削工件表面的理论展开
5、直线的长度车削工件表面的理论展开直线的长度(但必须假定切削没有变但必须假定切削没有变形或收缩形或收缩)。它是衡量主运动大小的参数，切削速度。它是衡量主运动大小的参数，切削速度v的计算的计算公式为公式为上一页 下一页 返回第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素 3.进给量进给量f进给量是指刀具或工件在进给运动方向上相对于工件或刀具进给量是指刀具或工件在进给运动方向上相对于工件或刀具移动的距离，常用每转或每行程的位移量来表示。移动的距离，常用每转或每行程的位移量来表示。车削时，进给量车削时，进给量f为工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距为工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离。离。钻削
6、时，进给量了为钻头每转一转，钻头沿进给方向钻削时，进给量了为钻头每转一转，钻头沿进给方向(轴向轴向)移动的距离。移动的距离。铣削时，进给量用每齿进给量、每转进给量、进给速度表示。铣削时，进给量用每齿进给量、每转进给量、进给速度表示。进给量又分纵进给量和横进给量两种。进给量又分纵进给量和横进给量两种。纵进给量是指沿车床身导轨方向的进给量。纵进给量是指沿车床身导轨方向的进给量。横进给量是指垂直于车床床身导轨方向的进给量。横进给量是指垂直于车床床身导轨方向的进给量。上一页 下一页 返回第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素 三、工件上形成的表面三、工件上形成的表面在切削运动的作用下，工件
7、上产生了在切削运动的作用下，工件上产生了3个不断变化的表面。个不断变化的表面。已加工表面已加工表面:已经切去多余金属而形成的表面。已经切去多余金属而形成的表面。过渡表面过渡表面:工件上切削刃正在切削的表面，并且是切削过程中工件上切削刃正在切削的表面，并且是切削过程中不断变化着的表面。不断变化着的表面。待加工表面待加工表面:加工时即将被切去金属层的表面。加工时即将被切去金属层的表面。应当指出，零件应当指出，零件3个表面的划分只是为了便于对切削过程的研个表面的划分只是为了便于对切削过程的研究。在切削加工过程中，零件的究。在切削加工过程中，零件的3个表面始终处于不断的变化个表面始终处于不断的变化之中
8、，这一次加工走刀的待加工表面，即为上一次加工走刀之中，这一次加工走刀的待加工表面，即为上一次加工走刀的已加工表面，过渡表面会随着每次切削加工的刀具进给不的已加工表面，过渡表面会随着每次切削加工的刀具进给不断地被切除，从而形成新的过渡表面。断地被切除，从而形成新的过渡表面。上一页 下一页 返回第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素四、切削对加工表面的影响四、切削对加工表面的影响在金属切削过程中会出现一系列物理现象，它们都是以切屑在金属切削过程中会出现一系列物理现象，它们都是以切屑形成过程为基础的，因此研究这些物理现象，对提高生产效形成过程为基础的，因此研究这些物理现象，对提高生产效率
9、和工件的加工质量，降低生产成本，都有重要意义。率和工件的加工质量，降低生产成本，都有重要意义。1.切屑的形成切屑的形成切削时，在刀具切削刃的切割和前刀面的推挤作用下，使被切削时，在刀具切削刃的切割和前刀面的推挤作用下，使被切削的金属层产生变形、剪切滑移而变成切屑的过程称为切切削的金属层产生变形、剪切滑移而变成切屑的过程称为切削过程。削过程。2.切屑的类型切屑的类型由于工件材料性质和切削条件的不同，切削过程中的滑移变由于工件材料性质和切削条件的不同，切削过程中的滑移变形程度也就不同，因此产生了以下形程度也就不同，因此产生了以下4种类型的切屑种类型的切屑(见见图图2 -3 ) 。上一页 下一页 返
10、回第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素(1)挤裂切屑挤裂切屑 它的内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿形。这它的内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿形。这类切屑大多是在切削速度较慢，切削厚度较大，刀具前角较类切屑大多是在切削速度较慢，切削厚度较大，刀具前角较小时，由于切屑剪切滑移量较大，在局部地方达到了破裂而小时，由于切屑剪切滑移量较大，在局部地方达到了破裂而形成的。形成的。 (2)带状切屑带状切屑 它的内表面光滑，外表面呈毛茸状，如用放大它的内表面光滑，外表面呈毛茸状，如用放大镜观察，在外表面上也可看到剪切面的条纹，但每个单元很镜观察，在外表面上也可看到剪切面的条纹，但每个单元很薄。一般在
11、加工塑性金属材料时，因切削厚度较小，切削速薄。一般在加工塑性金属材料时，因切削厚度较小，切削速度较快，刀具前角较大而形成这类切屑。度较快，刀具前角较大而形成这类切屑。形成带状切屑的切削过程较平稳，切削力变化小，因此工件形成带状切屑的切削过程较平稳，切削力变化小，因此工件表面粗糙度较小，但如果产生连绵不断的带状切屑，会妨碍表面粗糙度较小，但如果产生连绵不断的带状切屑，会妨碍工作，容易发生事故，所以必须采取断屑措施。工作，容易发生事故，所以必须采取断屑措施。上一页 下一页 返回第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素(3)崩碎切屑崩碎切屑 切削脆性金属材料时，由于材料的塑性很小，切削脆性
12、金属材料时，由于材料的塑性很小，抗拉强度较低，刀具切入后，近切削刃和前刀面的局部金属抗拉强度较低，刀具切入后，近切削刃和前刀面的局部金属未经塑性变形就被挤裂或脆断，形成不规则的崩碎切屑。工未经塑性变形就被挤裂或脆断，形成不规则的崩碎切屑。工件材料越硬越脆，刀具前角越小，切削厚度越大，越容易产件材料越硬越脆，刀具前角越小，切削厚度越大，越容易产生这类切屑。生这类切屑。崩碎切屑与刀具前刀面的接触长度较短，切削力、切削热集崩碎切屑与刀具前刀面的接触长度较短，切削力、切削热集中在切削刃附近，容易使刀具磨损和崩刃。中在切削刃附近，容易使刀具磨损和崩刃。(4)单元切屑单元切屑 如果挤裂切屑的整个剪切面上的
13、剪应力超过了如果挤裂切屑的整个剪切面上的剪应力超过了材料的破裂强度，那么整个单元被切离，成为梯形的单元切材料的破裂强度，那么整个单元被切离，成为梯形的单元切屑。屑。上一页 返回第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热及切削液 切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。切削力是设计机床、夹具和刀具的重要依据之一。切削力。切削力是设计机床、夹具和刀具的重要依据之一。切削力增大，切削温度会升高，刀具就会磨损严重。力增大，切削温度会升高，刀具就会磨损严重。一、切削力的来源一、切削力的来源切屑力的来源主要有两个方面，一是切屑形成
14、过程中弹性变切屑力的来源主要有两个方面，一是切屑形成过程中弹性变形及塑性变形产生的变形抗力，二是刀具与切屑及工件表面形及塑性变形产生的变形抗力，二是刀具与切屑及工件表面间的摩擦阻力，这两方面的力构成了切削合力，作用于前刀间的摩擦阻力，这两方面的力构成了切削合力，作用于前刀面和后刀面上。切削力的形成，是切削加工中的基本物理现面和后刀面上。切削力的形成，是切削加工中的基本物理现象之一，切削合力的大小、方向和作用位置是零件工艺分析象之一，切削合力的大小、方向和作用位置是零件工艺分析和机床、夹具、刀具强度设计的主要参数依据。实际应用时，和机床、夹具、刀具强度设计的主要参数依据。实际应用时，常将切屑合力
15、常将切屑合力F分解到需要的方向上，如分解到需要的方向上，如图图2 -5所示。所示。下一页 返回第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热及切削液(1)主切削力主切削力Fc 切削合力沿主运动方向的分力，垂直于基面，切削合力沿主运动方向的分力，垂直于基面，又称切向力。其数值在一般情况下是分力中最大的，所做的又称切向力。其数值在一般情况下是分力中最大的，所做的功最大，占总功率的功最大，占总功率的95%99 %，是计算机床动力和主传动，是计算机床动力和主传动系统零件强度和刚度的主要依据。系统零件强度和刚度的主要依据。(2)进给力进给力Ff 切削合力沿进给运动方向上的分力，在基面内，切削合力沿进
16、给运动方向上的分力，在基面内，与进给方向即工件轴线方向平行，故又称进给抗力或轴向力。与进给方向即工件轴线方向平行，故又称进给抗力或轴向力。进给力一般只消耗总功率的进给力一般只消耗总功率的1%5%，也是计算进给系统零件，也是计算进给系统零件强度和刚度的依据。强度和刚度的依据。(3)背向力背向力Fp 切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面内，与进给方向垂直，即通过工件直径方向，故又称径向面内，与进给方向垂直，即通过工件直径方向，故又称径向力或吃刀抗力。因为切削在此方向上的运动速度为零，所以力或吃刀抗力。因为切削在此方向上的运动速度为零，所以Fp不做功，但
17、会使工件弯曲变形，还会引起振动，对表面粗不做功，但会使工件弯曲变形，还会引起振动，对表面粗糙度产生不利影响。糙度产生不利影响。上一页 下一页 返回第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热及切削液二、切削热的来源二、切削热的来源切削热来源于切削层金属发生弹性变形和塑性变形产生的热切削热来源于切削层金属发生弹性变形和塑性变形产生的热量以及切屑与前刀面、工件与后刀面摩擦产生的热量。切削量以及切屑与前刀面、工件与后刀面摩擦产生的热量。切削过程中上述变形与摩擦消耗的功的绝大部分将转化为热能。过程中上述变形与摩擦消耗的功的绝大部分将转化为热能。切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质传散。切削热通过
18、切屑、工件、刀具和周围介质传散。切削热传至各部分的比例，一般情况下切屑带走的热量最多，切削热传至各部分的比例，一般情况下切屑带走的热量最多，如不用切削液，以中等切削速度切钢时，切削热的如不用切削液，以中等切削速度切钢时，切削热的50%86%由切屑带走由切屑带走;40%10%传入工件传入工件;9%3%传入车刀传入车刀;1%左右传入周左右传入周围空气。围空气。切削温度一般是指切削区域的平均温度。它的高低是产生热切削温度一般是指切削区域的平均温度。它的高低是产生热和传散热两方面因素综合影响的结果。和传散热两方面因素综合影响的结果。上一页 下一页 返回第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热
19、及切削液三、切削液的作用三、切削液的作用1.清洗作用清洗作用切削过程中产生的细小的切屑容易钻附在工件和刀具上，尤切削过程中产生的细小的切屑容易钻附在工件和刀具上，尤其是钻深孔和铰孔时，切屑容易堵塞孔洞，影响工件的表面其是钻深孔和铰孔时，切屑容易堵塞孔洞，影响工件的表面粗糙度和刀具寿命。如果加注有一定压力、足够流量的切削粗糙度和刀具寿命。如果加注有一定压力、足够流量的切削液，则可将切屑迅速冲走，使切削顺利进行。液，则可将切屑迅速冲走，使切削顺利进行。2.润滑作用润滑作用切削液能渗透到工件与刀具之间，在切屑与刀具的微小间隙切削液能渗透到工件与刀具之间，在切屑与刀具的微小间隙中形成一层很薄的吸附膜，
20、减小了摩擦系数，因此可减小刀中形成一层很薄的吸附膜，减小了摩擦系数，因此可减小刀具、切屑、工件间的摩擦，使切削力和切削热降低，减少刀具、切屑、工件间的摩擦，使切削力和切削热降低，减少刀具的磨损，使排屑容易，提高工件的表面质量。对于精加工，具的磨损，使排屑容易，提高工件的表面质量。对于精加工，润滑作用就显得更为重要了。润滑作用就显得更为重要了。上一页 下一页 返回第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热及切削液3.冷却作用冷却作用切削液又叫冷却润滑液，它能吸收并带走切削区的大量热量，切削液又叫冷却润滑液，它能吸收并带走切削区的大量热量，改善散热条件，降低刀具和工件的温度，从而延长刀具的
21、使改善散热条件，降低刀具和工件的温度，从而延长刀具的使用寿命，它还能防止工件因热变形而产生的尺寸误差，也为用寿命，它还能防止工件因热变形而产生的尺寸误差，也为提高生产率创造了有利条件。提高生产率创造了有利条件。 四、切削液的分类和用途四、切削液的分类和用途水溶液水溶液:以峭酸钠、碳酸钠等溶于水的溶液，用以峭酸钠、碳酸钠等溶于水的溶液，用100 200倍的倍的水稀释而成。水稀释而成。主要用途主要用途:磨削。磨削。上一页 下一页 返回第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热及切削液乳化液乳化液:以少量矿物油，主要为表面活性剂的乳化油，用以少量矿物油，主要为表面活性剂的乳化油，用40 80
22、倍的水稀释而成倍的水稀释而成;以矿物油为主，以少量表面活性剂的以矿物油为主，以少量表面活性剂的乳化油为辅，用乳化油为辅，用10 20倍的水稀释而成倍的水稀释而成;乳化液中加入极压乳化液中加入极压添加剂。添加剂。主要用途主要用途:车削、钻孔车削、钻孔;车削、攻螺纹车削、攻螺纹;高速车削、钻削。高速车削、钻削。切削油切削油:矿物油矿物油;矿物油加植物油矿物油加植物油(或动物油或动物油);矿物油矿物油(或混合油或混合油)中加入极压添加剂形成极压油。中加入极压添加剂形成极压油。主要用途主要用途:滚齿、插齿滚齿、插齿;精密螺纹车削精密螺纹车削;高速滚齿、插齿、高速滚齿、插齿、车螺纹。车螺纹。上一页 下一页 返回第二节第二节 切削力、切削热及切削液切削力、切削热及切削液其他其他:液态二氧化碳液态二氧化碳;二硫化铂二硫化铂+硬脂酸硬脂酸+石蜡做成蜡笔，石蜡做成蜡笔，涂于刀具表面。涂于刀具表面。主要用途主要用途:主要用于冷却主要用于冷却;攻螺纹。攻螺纹。上一页 返回图图2-3切屑的类型切屑的类型返回图图2-5切削力的来源切削力的来源返回返回
