第三章、切削過(guò)程及其控制

1、第三章切削過(guò)程及控制 1 金屬切削過(guò)程的變形 2 切削力 3 切削熱與切削溫度 4 刀具磨損和耐用度 5 切削用量的合理選擇 6 切削液的合理選用 7 磨削過(guò)程及磨削特征 8 非金屬硬脆材料的切削 第三章 切削過(guò)程及控制 在金屬切削過(guò)程中，始終存在著刀具切在金屬切削過(guò)程中，始終存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產(chǎn)削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產(chǎn)生一系列物理現(xiàn)象，如切削變形、切削力、生一系列物理現(xiàn)象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫度以及有關(guān)刀具的磨損與刀切削熱與切削溫度以及有關(guān)刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等。具壽命、卷屑與斷屑等。 研究、掌握并能靈活應(yīng)用金屬切削基本理

2、研究、掌握并能靈活應(yīng)用金屬切削基本理論論, , 對(duì)有效控制切削過(guò)程、保證加工精度和表對(duì)有效控制切削過(guò)程、保證加工精度和表面質(zhì)量，提高切削效率、降低生產(chǎn)成本，合理面質(zhì)量，提高切削效率、降低生產(chǎn)成本，合理改進(jìn)、設(shè)計(jì)刀具幾何參數(shù)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)改進(jìn)、設(shè)計(jì)刀具幾何參數(shù)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等有重要的指導(dǎo)意義。度等有重要的指導(dǎo)意義。3-1 金屬切削過(guò)程的變形一、概述1、研究金屬切削變形的常用方法1）側(cè)面方格變形觀察法2）快速落刀法3）其他方法(高速攝影法、掃描電鏡顯微高速攝影法、掃描電鏡顯微觀察法、光塑性實(shí)驗(yàn)法等觀察法、光塑性實(shí)驗(yàn)法等)2、變形區(qū)的劃分、變形區(qū)的劃分 根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的切削層變形圖片可繪制如圖

3、所示的切根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的切削層變形圖片可繪制如圖所示的切削變形模型，削變形模型，其變形大致可分為三個(gè)變形區(qū)。其變形大致可分為三個(gè)變形區(qū)。1. 第一變形區(qū)第一變形區(qū) 塑性變形從始滑移面塑性變形從始滑移面OA開(kāi)始至終滑移面開(kāi)始至終滑移面OM終了，之終了，之間形成間形成AOM塑性變形區(qū)，由塑性變形區(qū)，由于塑性變形的主要特點(diǎn)是晶于塑性變形的主要特點(diǎn)是晶格間的剪切滑移，所以格間的剪切滑移，所以AOM叫剪切區(qū)，也稱(chēng)為叫剪切區(qū)，也稱(chēng)為第一變形第一變形區(qū)（區(qū)（）。）。 （剪切滑移區(qū)）（剪切滑移區(qū)） 切屑沿刀具前面排切屑沿刀具前面排出時(shí)會(huì)進(jìn)一步受到前刀出時(shí)會(huì)進(jìn)一步受到前刀面的阻礙，在刀具和切面的阻礙，在刀具和切屑界

4、面之間存在強(qiáng)烈的屑界面之間存在強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，使切屑底擠壓和摩擦，使切屑底部靠近前刀面處的金屬部靠近前刀面處的金屬發(fā)生發(fā)生“纖維化纖維化”的二次的二次變形。這部分區(qū)域稱(chēng)為變形。這部分區(qū)域稱(chēng)為第二變形區(qū)（第二變形區(qū)（）。2. 第二變形區(qū)第二變形區(qū) （擠壓摩擦區(qū)）（擠壓摩擦區(qū)） 在已加工表面在已加工表面上與刀具后面擠壓、上與刀具后面擠壓、摩擦形成的變形區(qū)摩擦形成的變形區(qū)域稱(chēng)為域稱(chēng)為第三變形第三變形（）。 3. 第三變形區(qū)第三變形區(qū) （擠壓摩擦回彈區(qū)）（擠壓摩擦回彈區(qū)）刃前區(qū)：刃前區(qū)：三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應(yīng)力集三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應(yīng)力集 中而復(fù)雜，被切削層在此與工件本體

5、材料分離中而復(fù)雜，被切削層在此與工件本體材料分離 實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)表明，切屑的形成過(guò)程是被切削切屑的形成過(guò)程是被切削層金屬受到刀具前面的擠壓作用，迫使層金屬受到刀具前面的擠壓作用，迫使其產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)剪切應(yīng)力達(dá)到金屬其產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)剪切應(yīng)力達(dá)到金屬材料屈服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性變形。切屑材料屈服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性變形。切屑的變形和形成過(guò)程如的變形和形成過(guò)程如圖圖圖圖圖圖3-33-33-3所示。所示。二、切削變形二、切削變形 圖圖33 第一變形區(qū)金屬的滑移第一變形區(qū)金屬的滑移OA始滑移線始滑移線OM終滑移線終滑移線變形的主要特變形的主要特征：征： 剪切滑移變剪切滑移變形形 加工硬化加工硬化圖圖36 切

6、屑形成過(guò)程模型切屑形成過(guò)程模型可可看看作作一一個(gè)個(gè)剪剪切切平平面面切屑厚度切屑厚度hch與切削層的厚度與切削層的厚度hD之比稱(chēng)為厚度變形系數(shù)，之比稱(chēng)為厚度變形系數(shù)，用用h 表示，表示，h = hch/ hD ；而切削層長(zhǎng)度而切削層長(zhǎng)度lc與切屑長(zhǎng)度與切屑長(zhǎng)度lch之比稱(chēng)為長(zhǎng)度變形系數(shù)，之比稱(chēng)為長(zhǎng)度變形系數(shù)，用用l表示，表示，l=lc/lch 。根據(jù)體積不變?cè)砀鶕?jù)體積不變?cè)? 則則 a l。變形系數(shù)越大變形系數(shù)越大,切屑越厚越短切屑越厚越短,切削變形越大。切削變形越大。1. 變形系數(shù)變形系數(shù)三、切削變形程度三、切削變形程度2. 剪切角剪切角 剪切角剪切角 剪切面剪切面積積變形程度變形程度切削

7、力切削力。 剪切面剪切面 p與切削速度與切削速度(主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng))方向之間的夾角稱(chēng)為方向之間的夾角稱(chēng)為剪切角，用剪切角，用表示表示 角與剪切面面積的關(guān)系 圖37 變形系數(shù)的求法四、前刀面與切屑間的四、前刀面與切屑間的摩擦摩擦1. 作用在切屑上的力作用在切屑上的力 在直角自由切削的前提下，作用在切屑上的力有：前面對(duì)在直角自由切削的前提下，作用在切屑上的力有：前面對(duì)其作用的法向力其作用的法向力Fn和摩擦力和摩擦力Ff，剪切面上的剪切力，剪切面上的剪切力Fs和法和法向力向力Fns,兩對(duì)力的合力分別為兩對(duì)力的合力分別為Fr 和和 Fr。假設(shè)這兩個(gè)合力相互平衡（嚴(yán)格地講，這兩個(gè)合力不共線，假設(shè)這兩個(gè)合力相

8、互平衡（嚴(yán)格地講，這兩個(gè)合力不共線，有一個(gè)使切屑彎曲的力矩），有一個(gè)使切屑彎曲的力矩），F(xiàn)r稱(chēng)為切屑形成力，稱(chēng)為切屑形成力，是剪切是剪切角；角；是是Fn與與Fr之間的夾角，稱(chēng)為摩擦角；之間的夾角，稱(chēng)為摩擦角；o是刀具前角。是刀具前角。2. 剪切角剪切角 與前刀面摩擦角與前刀面摩擦角 的關(guān)系的關(guān)系 0 /4 或 /4 ( 0 )0 對(duì)切削有利 3. 前刀面與切屑間的摩擦前刀面與切屑間的摩擦 在粘結(jié)區(qū)，切屑的底層與前面呈現(xiàn)冷焊狀態(tài)在粘結(jié)區(qū)，切屑的底層與前面呈現(xiàn)冷焊狀態(tài)，切屑與前面之間，切屑與前面之間不是一般的外摩擦，這時(shí)切屑底層的流速要比上層緩慢得多，從不是一般的外摩擦，這時(shí)切屑底層的流速要比上層

9、緩慢得多，從而在切屑底部形成一個(gè)滯流層而在切屑底部形成一個(gè)滯流層 。所謂所謂“內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦”就是指滯流層與上層流屑層內(nèi)部之間的摩擦，就是指滯流層與上層流屑層內(nèi)部之間的摩擦，這種內(nèi)摩擦也就是金屬內(nèi)部的剪切滑移這種內(nèi)摩擦也就是金屬內(nèi)部的剪切滑移。其摩擦力的大小與材料。其摩擦力的大小與材料的流動(dòng)應(yīng)力特性及粘結(jié)面積的大小有關(guān)。的流動(dòng)應(yīng)力特性及粘結(jié)面積的大小有關(guān)。所謂所謂外摩擦外摩擦就是指摩擦力的大小與法向力成正比而與接觸面積就是指摩擦力的大小與法向力成正比而與接觸面積無(wú)關(guān)，切屑離開(kāi)粘結(jié)區(qū)后進(jìn)入滑動(dòng)區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)刀屑間的摩擦無(wú)關(guān)，切屑離開(kāi)粘結(jié)區(qū)后進(jìn)入滑動(dòng)區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)刀屑間的摩擦僅為外摩擦僅為外摩擦。刀

10、屑接觸面間有二個(gè)摩擦區(qū)：刀屑接觸面間有二個(gè)摩擦區(qū)： 內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦區(qū)和區(qū)和外摩擦外摩擦區(qū)。區(qū)。金屬的內(nèi)摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，應(yīng)著重考慮內(nèi)摩金屬的內(nèi)摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，應(yīng)著重考慮內(nèi)摩擦。擦。 圖圖310 切屑和前面摩擦情況示意圖切屑和前面摩擦情況示意圖 前刀面上的平均摩擦系數(shù)為前刀面上的平均摩擦系數(shù)為： =Ff/Fn sAf1/( arAf1) = s/ ar Ff摩擦力摩擦力Fn 正壓力正壓力Af 摩擦接觸面積摩擦接觸面積 ar 切削刃上的切削刃上的平均平均正壓力正壓力影響平均摩擦系數(shù)的主要因素有：工件材料、刀具前角及影響平均摩擦系數(shù)的主要因素有：工件材料、刀具前角及切削層

11、參數(shù)等切削層參數(shù)等五、五、積屑瘤的形成及其對(duì)切削過(guò)程的影響積屑瘤的形成及其對(duì)切削過(guò)程的影響 在中低速切削塑性金屬材料時(shí)在中低速切削塑性金屬材料時(shí), 常在刀具前面刃口處粘常在刀具前面刃口處粘結(jié)一些工件材料結(jié)一些工件材料, 形成一塊硬度很高的楔塊，稱(chēng)之為形成一塊硬度很高的楔塊，稱(chēng)之為積屑瘤積屑瘤。 產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是滯流層金屬不斷堆積的結(jié)果。滯流層金屬不斷堆積的結(jié)果。 積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化程度積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化程度有關(guān)，也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力狀況有關(guān)。有關(guān)，也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力狀況有關(guān)。 3）影響積屑瘤的因素）影響積屑瘤的因素2

12、）積屑瘤的形成原因）積屑瘤的形成原因1）什么是積屑瘤）什么是積屑瘤圖312 積屑瘤高度與切削速度關(guān)系示意圖4）積屑瘤對(duì)起削過(guò)程的影響）積屑瘤對(duì)起削過(guò)程的影響 v實(shí)際前角增大（實(shí)際前角增大（圖圖圖圖圖圖3-133-133-13）；）；v增大切削厚度（增大切削厚度（圖圖圖圖圖圖3-3-3-131313） ；v使加工表面粗糙度增大；使加工表面粗糙度增大；v對(duì)刀具壽命的影響。對(duì)刀具壽命的影響。 一般積屑瘤對(duì)切削加工過(guò)程的影響是不利一般積屑瘤對(duì)切削加工過(guò)程的影響是不利的，的，在精加工時(shí)應(yīng)盡可能避免積屑瘤的產(chǎn)生，在精加工時(shí)應(yīng)盡可能避免積屑瘤的產(chǎn)生，但在粗加工時(shí)，有時(shí)可充分利用積屑瘤。但在粗加工時(shí)，有時(shí)可充

13、分利用積屑瘤。圖圖313 積屑瘤前角和伸出量積屑瘤前角和伸出量采用低速或高速切削，采用低速或高速切削，由于切削速度是通過(guò)切削溫度影響積屑瘤的，以切削45鋼為例，在低速vc3m/min和較高速度vc60m/min范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)都較小，故不易形成積屑瘤；采用高潤(rùn)滑性的切削液，采用高潤(rùn)滑性的切削液，使摩擦和粘結(jié)減少；適當(dāng)減少進(jìn)給量、增大刀具前角；適當(dāng)減少進(jìn)給量、增大刀具前角；適當(dāng)提高工件材料的硬度；適當(dāng)提高工件材料的硬度；提高刀具的刃磨質(zhì)量；提高刀具的刃磨質(zhì)量；合理調(diào)節(jié)各切削參數(shù)間關(guān)系，以防止形成中溫區(qū)域。合理調(diào)節(jié)各切削參數(shù)間關(guān)系，以防止形成中溫區(qū)域。5）抑制或消除積屑瘤的措施）抑制或消除積屑瘤的

14、措施六、影響切屑變形的主要因素六、影響切屑變形的主要因素1. 工件材料的力學(xué)性能工件材料的力學(xué)性能 材料強(qiáng)度越高，塑性越小，則變形系數(shù)越小，切削變形減小（圖圖圖圖圖圖）。2.切削用量切削用量（1 1）切削速度）切削速度 切削速度是通過(guò)積屑瘤的生長(zhǎng)消失過(guò)程影響切削變形大小的。切削速度是通過(guò)積屑瘤的生長(zhǎng)消失過(guò)程影響切削變形大小的。在積屑瘤增長(zhǎng)的速度范圍內(nèi)在積屑瘤增長(zhǎng)的速度范圍內(nèi) , , 因積屑瘤導(dǎo)致實(shí)際工作前角增因積屑瘤導(dǎo)致實(shí)際工作前角增加、剪切角加、剪切角增大、變形系數(shù)減小。增大、變形系數(shù)減小。在積屑瘤消失的速度范圍內(nèi)，實(shí)際工作前角不斷減小、變形系在積屑瘤消失的速度范圍內(nèi)，實(shí)際工作前角不斷減小、

15、變形系數(shù)數(shù)不斷上升至最大值，此時(shí)積屑瘤完全消失。不斷上升至最大值，此時(shí)積屑瘤完全消失。 （圖圖圖圖圖圖）在無(wú)積屑瘤的切削速度范圍，切削速度愈高，變形系數(shù)愈小。在無(wú)積屑瘤的切削速度范圍，切削速度愈高，變形系數(shù)愈小。切削鑄鐵等脆性金屬時(shí)切削鑄鐵等脆性金屬時(shí), , 一般不產(chǎn)生積屑瘤。隨著切削速度增一般不產(chǎn)生積屑瘤。隨著切削速度增大，變形系數(shù)逐漸地減小。大，變形系數(shù)逐漸地減小。圖圖 工件材料強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響工件材料強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響圖圖 切削速度對(duì)變形系數(shù)的影響切削速度對(duì)變形系數(shù)的影響（2）進(jìn)給量）進(jìn)給量 當(dāng)進(jìn)給量當(dāng)進(jìn)給量f增大時(shí)，切削層增大時(shí)，切削層厚度厚度hD增大，切屑的平均增大，切屑的平均

16、變形減小，變形系數(shù)變形減小，變形系數(shù)減小減小(圖圖圖圖圖圖)。3.刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)（1）前角）前角0前角增大，剪切角前角增大，剪切角增增大，而剪切角越大，則大，而剪切角越大，則變形系數(shù)變形系數(shù)減小。減小。變形系數(shù)與前角之間的變形系數(shù)與前角之間的關(guān)系如關(guān)系如圖圖圖圖圖圖所示。所示。(2)刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r刀尖圓弧半徑越大，刀尖圓弧半徑越大，變形系數(shù)變形系數(shù)越大，切削越大，切削變形越大。（變形越大。（圖圖圖圖圖圖）圖圖 切削厚度與變形系數(shù)的關(guān)系切削厚度與變形系數(shù)的關(guān)系圖圖 前角對(duì)變形系數(shù)的影響前角對(duì)變形系數(shù)的影響圖圖 刀尖圓弧半徑對(duì)變形系數(shù)的影響刀尖圓弧半徑對(duì)變形系數(shù)的影響帶狀切屑

17、帶狀切屑 最常見(jiàn)的屑型之一最常見(jiàn)的屑型之一外形特征：外形特征：它的內(nèi)表面是光滑的，外表面是它的內(nèi)表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。毛茸茸的。形成條件：形成條件： 一般加工塑性金屬材料，當(dāng)切削厚一般加工塑性金屬材料，當(dāng)切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，會(huì)度較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，會(huì)得到此類(lèi)切屑。得到此類(lèi)切屑。優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)：點(diǎn)：切削過(guò)程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，切削過(guò)程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，已加工表面粗糙已加工表面粗糙 度較小。度較小。缺缺 點(diǎn)：點(diǎn)：紊亂狀切屑纏繞在刀具或工件上影紊亂狀切屑纏繞在刀具或工件上影響加工過(guò)程。響加工過(guò)程。七、切屑的類(lèi)型七、切屑的類(lèi)型帶狀切屑刀具擠裂擠裂(節(jié)狀

18、節(jié)狀)切屑切屑 外形特征：外形特征：刀屑接觸面有裂紋，外表面是鋸齒形。刀屑接觸面有裂紋，外表面是鋸齒形。形成條件：形成條件：這類(lèi)切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變這類(lèi)切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變形區(qū)較寬，在剪切滑移過(guò)程中滑移量較大。大多在低速、形區(qū)較寬，在剪切滑移過(guò)程中滑移量較大。大多在低速、大進(jìn)給、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生大進(jìn)給、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生(圖圖圖圖圖圖3-15b3-15b3-15b)。單元單元(粒狀粒狀)切屑切屑 在擠裂在擠裂(節(jié)狀節(jié)狀)切屑產(chǎn)生的前提下切屑產(chǎn)生的前提下, 當(dāng)進(jìn)一當(dāng)進(jìn)一步降低切削速度，增大進(jìn)給量，減小前角時(shí)則出現(xiàn)單元步降低切削速度，增

19、大進(jìn)給量，減小前角時(shí)則出現(xiàn)單元(粒粒狀狀)切屑切屑(圖圖圖圖圖圖3-15c3-15c3-15c)。崩碎切屑崩碎切屑 切削脆性金屬切削脆性金屬(鑄鐵鑄鐵)時(shí)，常見(jiàn)的呈不規(guī)則細(xì)粒時(shí)，常見(jiàn)的呈不規(guī)則細(xì)粒狀的切屑。產(chǎn)生這種切屑會(huì)使切削過(guò)程不平穩(wěn)，易損壞刀狀的切屑。產(chǎn)生這種切屑會(huì)使切削過(guò)程不平穩(wěn)，易損壞刀具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、進(jìn)給量越大具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、進(jìn)給量越大則越容易產(chǎn)生這種切屑則越容易產(chǎn)生這種切屑(圖圖圖圖圖圖3-15d3-15d3-15d) 。 圖315 切屑類(lèi)型 a) 帶狀切屑 b) 擠裂切屑 圖315 切屑類(lèi)型 C）單元切屑 d ) 崩碎切屑已加工表面

20、的形成與第三變形區(qū)的關(guān)系密切；已加工表面的形成與第三變形區(qū)的關(guān)系密切； 刀具刃口鈍圓半徑及刃口磨損形成的磨損棱面，會(huì)使已加刀具刃口鈍圓半徑及刃口磨損形成的磨損棱面，會(huì)使已加工表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形工表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形(圖圖圖圖圖圖3-16a3-16a3-16a)。表層劇烈的塑性變形造成表層劇烈的塑性變形造成已加工表面已加工表面加工硬化及表面層加工硬化及表面層的殘余應(yīng)力。的殘余應(yīng)力。 加工硬化和殘余應(yīng)力的存在，會(huì)影響加工硬化和殘余應(yīng)力的存在，會(huì)影響已加工表面的質(zhì)量已加工表面的質(zhì)量和工件的疲勞強(qiáng)度，并增加了下道工序加工的困難及刀具和工件的疲勞強(qiáng)度，并增加了下道工序加工的困難及刀具磨損磨損。鈍圓

21、半徑的大小取決于刀具材料、楔角大小、刃磨質(zhì)量等鈍圓半徑的大小取決于刀具材料、楔角大小、刃磨質(zhì)量等因素。因素。八、已加工表面的形成過(guò)程八、已加工表面的形成過(guò)程圖圖316 已加工表面的形成過(guò)程已加工表面的形成過(guò)程第二節(jié)第二節(jié) 切削力切削力一、切削力的來(lái)源、切削合力及分力、切削功率一、切削力的來(lái)源、切削合力及分力、切削功率 切削過(guò)程中，刀具施切削過(guò)程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)樽冃?，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧ΓQ(chēng)為切削切屑所需的力，稱(chēng)為切削力。力。1. 切削力的來(lái)源切削力的來(lái)源切削力來(lái)自于金屬切削切削力來(lái)自于金屬切削過(guò)程中克服被加工材料過(guò)程中克服被加

22、工材料的彈、塑性變形抗力和的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力（摩擦阻力（圖圖圖圖圖圖3-183-183-18） 。圖圖3-18 切削力的來(lái)源切削力的來(lái)源2.2.切削力的分解切削力的分解 通常將合力通常將合力F F分解分解為相互垂直的三個(gè)分為相互垂直的三個(gè)分力：力：切削力切削力 F Fc c 、進(jìn)進(jìn)給力給力 F Ff f 、背向力背向力 F Fp p ( (圖圖圖圖圖圖3-193-193-193-193-193-19) )。切削力切削力F Fz z( (F Fc c) )（舊稱(chēng)主切削力，用（舊稱(chēng)主切削力，用F Fz z表表示）示）總切削力在主運(yùn)動(dòng)總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向的分力，是計(jì)算機(jī)床方向的分力，是計(jì)算

23、機(jī)床切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、校核機(jī)床主軸、設(shè)計(jì)機(jī)床校核機(jī)床主軸、設(shè)計(jì)機(jī)床部件及計(jì)算刀具強(qiáng)度等必部件及計(jì)算刀具強(qiáng)度等必不可少的參數(shù)。不可少的參數(shù)。背向力背向力 Fy（Fp）進(jìn)給力進(jìn)給力Fx (Ff)舊稱(chēng)徑向分力，用舊稱(chēng)徑向分力，用Fy表表示示 總切削力在垂直總切削力在垂直于工作平面方向的分力于工作平面方向的分力，是進(jìn)行加工精度分析，是進(jìn)行加工精度分析、計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度以、計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度以及分析工藝系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)及分析工藝系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，所必須的參數(shù)。，所必須的參數(shù)。舊稱(chēng)軸向分力，用舊稱(chēng)軸向分力，用Fx表示表示總切削力在進(jìn)給方向的總切削力在進(jìn)給方向的分力，是設(shè)計(jì)、校核機(jī)床分力，是

24、設(shè)計(jì)、校核機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)床進(jìn)給進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)床進(jìn)給功率不可缺少的參數(shù)功率不可缺少的參數(shù)圖圖3-19 切削力的分解切削力的分解計(jì)算切削功率計(jì)算切削功率 Pc是用于核算加工成本和計(jì)算能量消是用于核算加工成本和計(jì)算能量消耗，并在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)根據(jù)它來(lái)選擇機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率。耗，并在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)根據(jù)它來(lái)選擇機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率。主運(yùn)動(dòng)消耗的切削功率主運(yùn)動(dòng)消耗的切削功率 PcFcc/6010-3 （kW）機(jī)床電機(jī)功率機(jī)床電機(jī)功率 PE =Pcm（m0.750. 85）。）。 3切削功率切削功率4、單位面積切削力切削層單位面積上的切削力 kc=Fc/AD (N/mm2)Fc：切削力AD：切削層公稱(chēng)橫截面積切削

25、力的大小計(jì)算有理論公式和實(shí)驗(yàn)公式。理論公式通常切削力的大小計(jì)算有理論公式和實(shí)驗(yàn)公式。理論公式通常供定性分析用，一般使用實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算切削力。供定性分析用，一般使用實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算切削力。常用的實(shí)驗(yàn)公式分為兩類(lèi)：一類(lèi)是用指數(shù)公式計(jì)算，另一常用的實(shí)驗(yàn)公式分為兩類(lèi)：一類(lèi)是用指數(shù)公式計(jì)算，另一類(lèi)是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算。類(lèi)是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算。在金屬切削中廣泛應(yīng)用指數(shù)公式計(jì)算切削力。不同的加工在金屬切削中廣泛應(yīng)用指數(shù)公式計(jì)算切削力。不同的加工方式和加工條件下，切削力計(jì)算的指數(shù)公式可在切削用量手冊(cè)方式和加工條件下，切削力計(jì)算的指數(shù)公式可在切削用量手冊(cè)中查得。車(chē)削時(shí)的切削分力及切削功率的指數(shù)公式見(jiàn)中查得。車(chē)削時(shí)

26、的切削分力及切削功率的指數(shù)公式見(jiàn)表表表表表表。若已知單位切削力若已知單位切削力k kc c ，即可求得單位切削功率，即可求得單位切削功率p ps s。表。表3-13-1為為硬質(zhì)合金外圓車(chē)刀切削常用金屬時(shí)的單位切削力和單位切削功硬質(zhì)合金外圓車(chē)刀切削常用金屬時(shí)的單位切削力和單位切削功率。實(shí)際切削條件與表中不符時(shí)率。實(shí)際切削條件與表中不符時(shí) , ,必須引入修正系數(shù)加以修正，必須引入修正系數(shù)加以修正，有關(guān)修正系數(shù)可參見(jiàn)相關(guān)手冊(cè)。有關(guān)修正系數(shù)可參見(jiàn)相關(guān)手冊(cè)。在實(shí)際應(yīng)用工作中，切削力的計(jì)算可查閱有關(guān)手冊(cè)。在實(shí)際應(yīng)用工作中，切削力的計(jì)算可查閱有關(guān)手冊(cè)。 二、切削力的計(jì)算二、切削力的計(jì)算三、影響切削力的因素三

27、、影響切削力的因素1. 工件材料工件材料影響較大的因素主要是工件材料影響較大的因素主要是工件材料的強(qiáng)度、硬度和塑性。的強(qiáng)度、硬度和塑性。材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。強(qiáng)度越高，切削力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性、韌性越大，則刀具前面料的塑性、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大。就越大。2. 切削用量切削用量進(jìn)給量進(jìn)給量f和背吃刀量和背吃刀量ap 進(jìn)給量進(jìn)給量f和背吃刀量和背吃刀量ap增加，使增加，使切削力切削力Fc增加，但影響程度不同。增加，但影響程度不

28、同。進(jìn)給量進(jìn)給量f 增大時(shí)，切削力有所增增大時(shí)，切削力有所增加；而背吃刀量加；而背吃刀量ap增大時(shí)，切削增大時(shí)，切削刃上的切削負(fù)荷也隨之增大，即刃上的切削負(fù)荷也隨之增大，即切削變形抗力和刀具前面上的摩切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。擦力均成正比的增加。切削速度在切削速度在520m/min區(qū)域內(nèi)增加時(shí)，積屑瘤高度逐區(qū)域內(nèi)增加時(shí)，積屑瘤高度逐漸增加，切削力減?。粷u增加，切削力減?。磺邢魉俣壤^續(xù)在切削速度繼續(xù)在2035m/min范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸消失，切削力增加；消失，切削力增加；在切削速度大于在切削速度大于35m/min時(shí)，由于切削溫度上升，摩擦?xí)r，由于切

29、削溫度上升，摩擦系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過(guò)系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過(guò)90m/min時(shí)，時(shí)，切削力無(wú)明顯變化。切削力無(wú)明顯變化。在切削脆性金屬工件材料時(shí)，因塑性變形很小，刀屑界在切削脆性金屬工件材料時(shí)，因塑性變形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度面上的摩擦也很小，所以切削速度c 對(duì)切削力對(duì)切削力Fc無(wú)明顯的無(wú)明顯的影響。影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減小切削力。速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減小切削力。 切削速度切削速度c 前角的影響前角的影響: o 切削變形切削

30、變形切削力切削力。（塑性材料）。（塑性材料）負(fù)倒棱的影響：（負(fù)倒棱的影響：（圖圖321）負(fù)倒棱參數(shù)負(fù)倒棱參數(shù)大大提高了正前角大大提高了正前角刀具的刃口強(qiáng)度，但同時(shí)也增加了負(fù)倒棱前角刀具的刃口強(qiáng)度，但同時(shí)也增加了負(fù)倒棱前角(負(fù)前角負(fù)前角)參加切參加切削的比例，負(fù)前角的絕對(duì)值削的比例，負(fù)前角的絕對(duì)值切削變形程度切削變形程度切削力切削力；主偏角的影響：（主偏角的影響：（圖圖322） Fy=FxycosKr Fx=FxySinKr Kr Fy , Fx 刃傾角的影響刃傾角的影響：（：（圖圖323） s Fy , Fx ,Fz基本不變基本不變刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r 切削刃圓弧部分的長(zhǎng)度切削刃圓弧部分

31、的長(zhǎng)度切削變形切削變形切切削力削力。此外此外r增大，整個(gè)主切削刃上各點(diǎn)主偏角的平均值減小，增大，整個(gè)主切削刃上各點(diǎn)主偏角的平均值減小，從而使從而使Fp增大、增大、Ff 減小。減小。3. 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)圖321 負(fù)倒棱對(duì)切削力的影響圖322 主偏角不同時(shí)Fxy力的分解 （a）Kr小 （b） Kr大kr1Krkr2FpFf圖323 刃傾角對(duì)切削力的影響4. 刀具磨損刀具磨損5. 切削液切削液6. 刀具材料刀具材料 刀具材料與被加工材料刀具材料與被加工材料間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦力的變化，直接影響著切削力的變化，直接影響著切削力的變化。力的變化。第三節(jié)第三節(jié) 切削熱

32、和切削溫度切削熱和切削溫度一、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)一、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)金屬切削過(guò)程的三個(gè)變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱的三個(gè)熱源。在這三個(gè)變形區(qū)中，刀具克服金屬?gòu)棥⑺苄宰冃慰沽?、塑性變形抗力所作的功和克服摩擦抗力摩擦抗力所作的功，絕大部分轉(zhuǎn)化為切削熱。 切削熱向切屑、工件、刀具切屑、工件、刀具以及周?chē)慕橹車(chē)慕橘|(zhì)質(zhì)傳導(dǎo)，使它們的溫度上升，從而導(dǎo)致切削區(qū)內(nèi)的切削溫度上升。切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)二、切削溫度對(duì)切削加工過(guò)程的影二、切削溫度對(duì)切削加工過(guò)程的影響響1.對(duì)刀具材料的影響對(duì)刀具材料的影響 高速鋼刀具材料的耐熱性高速鋼刀具材料的耐熱性為為600左右，超過(guò)該溫度刀左右，超過(guò)該溫度刀具失效

33、。硬質(zhì)合金刀具材料耐具失效。硬質(zhì)合金刀具材料耐熱性好，在高溫?zé)嵝院?，在高?001000時(shí)，時(shí)，強(qiáng)度反而更高，韌性更好。因強(qiáng)度反而更高，韌性更好。因此適當(dāng)提高切削溫度，可防止此適當(dāng)提高切削溫度，可防止硬質(zhì)合金刀具崩刃，延長(zhǎng)刀具硬質(zhì)合金刀具崩刃，延長(zhǎng)刀具壽命。壽命。2.對(duì)工件尺寸精度的影響對(duì)工件尺寸精度的影響 車(chē)削工件外圓時(shí)，工件受熱車(chē)削工件外圓時(shí)，工件受熱膨脹，切削后冷卻至室溫，尺寸膨脹，切削后冷卻至室溫，尺寸變小，特別是在精加工和超精密變小，特別是在精加工和超精密加工時(shí)，切削溫度的變化對(duì)工件加工時(shí)，切削溫度的變化對(duì)工件尺寸精度的影響特別大，因此控尺寸精度的影響特別大，因此控制好切削溫度，是保

34、證加工精度制好切削溫度，是保證加工精度的有效措施。的有效措施。三、切削溫度的測(cè)定方法三、切削溫度的測(cè)定方法 1.自然熱電偶法自然熱電偶法 自然熱電偶法是利用工自然熱電偶法是利用工件材料和刀具材料化學(xué)成份件材料和刀具材料化學(xué)成份的不同而構(gòu)成熱電偶的兩極，的不同而構(gòu)成熱電偶的兩極，并分別連接測(cè)量?jī)x表，組成并分別連接測(cè)量?jī)x表，組成測(cè)量電路，刀具切削工件的測(cè)量電路，刀具切削工件的切削區(qū)域產(chǎn)生高溫形成熱端，切削區(qū)域產(chǎn)生高溫形成熱端，刀具與工件為熱電偶冷端，刀具與工件為熱電偶冷端，冷、熱端之間熱電勢(shì)由儀表冷、熱端之間熱電勢(shì)由儀表（毫伏計(jì)）測(cè)定。切削溫度（毫伏計(jì)）測(cè)定。切削溫度越高，測(cè)得熱電勢(shì)越大，它越高，

35、測(cè)得熱電勢(shì)越大，它們之間得對(duì)應(yīng)關(guān)系可利用專(zhuān)們之間得對(duì)應(yīng)關(guān)系可利用專(zhuān)用裝置經(jīng)標(biāo)定得到。用裝置經(jīng)標(biāo)定得到。2.人工熱電偶法人工熱電偶法 人工熱電偶法是將兩種預(yù)人工熱電偶法是將兩種預(yù)先經(jīng)過(guò)標(biāo)定的金屬絲組成熱電先經(jīng)過(guò)標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件需要測(cè)定溫度的指定點(diǎn)或工件需要測(cè)定溫度的指定點(diǎn)上，冷端通過(guò)導(dǎo)線串聯(lián)在電位上，冷端通過(guò)導(dǎo)線串聯(lián)在電位差計(jì)或毫伏表上。根據(jù)儀表上差計(jì)或毫伏表上。根據(jù)儀表上的指示值和熱電偶標(biāo)定曲線，的指示值和熱電偶標(biāo)定曲線，可測(cè)得指定點(diǎn)的溫度?？蓽y(cè)得指定點(diǎn)的溫度。四、影響切削溫度的因素四、影響切削溫度的因素 1.工件材料工件材料 材料

36、的強(qiáng)度、硬度越高，則切材料的強(qiáng)度、硬度越高，則切削抗力越大，消耗的功越多，產(chǎn)生削抗力越大，消耗的功越多，產(chǎn)生的熱就越多；的熱就越多； 導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳散的熱越少，導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳散的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越高。切削區(qū)的切削溫度就越高。 2.切削用量切削用量 切削溫度與切削用量的關(guān)系切削溫度與切削用量的關(guān)系式為：式為： CVc Zf yap x三個(gè)影響指數(shù)三個(gè)影響指數(shù) zyx，說(shuō)明，說(shuō)明切削速度對(duì)切削溫度的影響最大，切削速度對(duì)切削溫度的影響最大，背吃刀量對(duì)切削溫度的影響最小。背吃刀量對(duì)切削溫度的影響最小。（3）刀具幾何參數(shù)）刀具幾何參數(shù)（4）刀具磨損）刀具磨損 （5）切削液）切削液 1)前角

37、前角o塑性變形和摩擦塑性變形和摩擦切削溫度切削溫度。但前角不能太。但前角不能太大，否則刀具切削部分的鍥角大，否則刀具切削部分的鍥角過(guò)小，容熱、散熱體積減小，過(guò)小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。切削溫度反而上升。 2)主偏角主偏角r切削刃工作接觸切削刃工作接觸長(zhǎng)度長(zhǎng)度，切削寬度，切削寬度bD，散熱條，散熱條件變差，故切削溫度件變差，故切削溫度。 刀具主后面磨損時(shí)，刀具主后面磨損時(shí)，后角減小，后面與工件間后角減小，后面與工件間摩擦加劇。刃口磨損時(shí)，摩擦加劇。刃口磨損時(shí)，切屑形成過(guò)程的塑性變形切屑形成過(guò)程的塑性變形加劇，使切削溫度增大。加劇，使切削溫度增大。 利用切削液的潤(rùn)滑功能利用切削液的

38、潤(rùn)滑功能降低摩擦系數(shù)，減少切削熱降低摩擦系數(shù)，減少切削熱的產(chǎn)生，也可利用它的冷卻的產(chǎn)生，也可利用它的冷卻功用吸收大量的切削熱，所功用吸收大量的切削熱，所以采用切削液是降低切削溫以采用切削液是降低切削溫度的重要措施。度的重要措施。 前角與切削溫度的關(guān)系前角與切削溫度的關(guān)系第四節(jié)第四節(jié) 刀具磨損和耐用度刀具磨損和耐用度一、刀具磨損的形態(tài)一、刀具磨損的形態(tài)（1）正常磨損）正常磨損 切削塑性材料時(shí)，切削塑性材料時(shí)，如果切削速度和切削厚如果切削速度和切削厚度較大，在刀具前刀面度較大，在刀具前刀面上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙洼。洼。 正常磨損是指隨著切削時(shí)間增加，磨損逐漸正常磨損是指隨著切削時(shí)

39、間增加，磨損逐漸擴(kuò)大的磨損。擴(kuò)大的磨損。1）前面磨損）前面磨損 刀具的磨損形態(tài)刀具的磨損形態(tài)2）后面磨損）后面磨損 加工脆性材料或在切削速度加工脆性材料或在切削速度較低、切削厚度較小（較低、切削厚度較?。╤D01mm），由于前刀面上刀屑），由于前刀面上刀屑間的作用相對(duì)較弱，主要發(fā)生后間的作用相對(duì)較弱，主要發(fā)生后刀面磨損。刀面磨損。3）前面和后面同時(shí)磨損）前面和后面同時(shí)磨損 一般在以中等切削一般在以中等切削用量加工塑性金屬材料用量加工塑性金屬材料時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種形式磨損。時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種形式磨損。4）邊界磨損）邊界磨損 切削鋼料時(shí)，常在主切削刃靠近切削鋼料時(shí)，常在主切削刃靠近工件外皮處以及刀尖處的后刀面

40、上，工件外皮處以及刀尖處的后刀面上，磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損。磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損。加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容易發(fā)生邊界磨損。易發(fā)生邊界磨損。（2）非正常磨損）非正常磨損 刀具的非正常磨損是刀具的非正常磨損是指在切削過(guò)程中，刀具的指在切削過(guò)程中，刀具的磨損量尚未達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)磨損量尚未達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)值就突然無(wú)法正常使用，值就突然無(wú)法正常使用，即刀具發(fā)生破損。即刀具發(fā)生破損。1）脆性破損脆性破損2）塑塑性破損性破損 在振動(dòng)、沖擊切削條件的作在振動(dòng)、沖擊切削條件的作用下，刀具尚未發(fā)生明顯磨損用下，刀具尚未發(fā)生明顯磨損（VB0.1mm），但刀具切削部

41、），但刀具切削部分卻出現(xiàn)了刀刃微崩或刀尖崩碎、分卻出現(xiàn)了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折斷、表層剝落、熱刀片或刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現(xiàn)象，使刀具不能繼續(xù)工裂紋等現(xiàn)象，使刀具不能繼續(xù)工作，這種破損稱(chēng)為脆性破損。作，這種破損稱(chēng)為脆性破損。切削時(shí)，刀具由于高溫高切削時(shí)，刀具由于高溫高壓的作用，使刀具前、后壓的作用，使刀具前、后刀面的材料發(fā)生塑性變形，刀面的材料發(fā)生塑性變形，刀具喪失切削能力，這種刀具喪失切削能力，這種破損稱(chēng)為塑性破損。破損稱(chēng)為塑性破損。v針對(duì)被加工工件材料和零件的特點(diǎn)，合理選擇刀具材料的種類(lèi)和針對(duì)被加工工件材料和零件的特點(diǎn)，合理選擇刀具材料的種類(lèi)和牌號(hào)；牌號(hào)；v合理選擇刀具幾何

42、參數(shù)；合理選擇刀具幾何參數(shù)；v保證刀具焊接和刃磨質(zhì)量，避免因焊接、刃磨不善而帶來(lái)的各種保證刀具焊接和刃磨質(zhì)量，避免因焊接、刃磨不善而帶來(lái)的各種缺陷。盡量使用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位不重磨刀具；缺陷。盡量使用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位不重磨刀具；v合理選擇切削用量，避免過(guò)大的切削力和過(guò)高的切削溫度，避免合理選擇切削用量，避免過(guò)大的切削力和過(guò)高的切削溫度，避免產(chǎn)生積屑瘤；產(chǎn)生積屑瘤；v提高工藝系統(tǒng)的剛性，消除可能產(chǎn)生振動(dòng)的因素，如加工余量不提高工藝系統(tǒng)的剛性，消除可能產(chǎn)生振動(dòng)的因素，如加工余量不均勻，表面硬度不均勻，鉸刀、銑刀等回轉(zhuǎn)類(lèi)刀具各刀齒的刃尖不均勻，表面硬度不均勻，鉸刀、銑刀等回轉(zhuǎn)類(lèi)刀具各刀齒的刃尖不在同一圓周上等現(xiàn)象

43、；在同一圓周上等現(xiàn)象；v采用正確的操作方法，盡量使刀具不承受或少承受突變性的載荷，采用正確的操作方法，盡量使刀具不承受或少承受突變性的載荷，合理使用切削液，為防止熱裂效應(yīng)，不要斷續(xù)使用切削液冷卻硬質(zhì)合理使用切削液，為防止熱裂效應(yīng)，不要斷續(xù)使用切削液冷卻硬質(zhì)合金、陶瓷等脆性大的刀具材料。合金、陶瓷等脆性大的刀具材料。防止刀具破損的措施防止刀具破損的措施二、刀具磨損的原因二、刀具磨損的原因1.硬質(zhì)點(diǎn)磨損硬質(zhì)點(diǎn)磨損 2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損 3.擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損 切削時(shí)，切屑、工件材切削時(shí)，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)以化物和氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)以及積屑瘤碎片等

44、，可在刀及積屑瘤碎片等，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。是磨料磨損。 切削時(shí)，切屑、工件與前、切削時(shí)，切屑、工件與前、后刀面之間存在很大的壓力和強(qiáng)后刀面之間存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，形成新鮮表面接觸而烈的摩擦，形成新鮮表面接觸而發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑在滑移發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑在滑移過(guò)程中產(chǎn)生剪切破壞，帶走刀具過(guò)程中產(chǎn)生剪切破壞，帶走刀具材料，從而造成粘結(jié)磨損。材料，從而造成粘結(jié)磨損。 在切削高溫下，使在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合工件與刀具材料中的合金元素在固態(tài)下相互擴(kuò)金元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散置換造成的刀具磨損，散置換造成的刀具磨損，稱(chēng)為擴(kuò)散磨損稱(chēng)為擴(kuò)散磨

45、損（5）相變磨損）相變磨損 （4）氧化磨損）氧化磨損 在一定溫度下，刀具在一定溫度下，刀具材料與某些周?chē)橘|(zhì)起化材料與某些周?chē)橘|(zhì)起化學(xué)作用，在刀具表面形成學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，一層硬度較低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成被切屑或工件擦掉而形成磨損，稱(chēng)為氧化磨損。磨損，稱(chēng)為氧化磨損。 當(dāng)切削溫度達(dá)到或超當(dāng)切削溫度達(dá)到或超過(guò)刀具材料的相變溫度時(shí)，過(guò)刀具材料的相變溫度時(shí)，刀具材料中的金相組織將刀具材料中的金相組織將發(fā)生變化，硬度顯著下降，發(fā)生變化，硬度顯著下降，引起的刀具磨損稱(chēng)為相變引起的刀具磨損稱(chēng)為相變磨損。磨損。 切削速度對(duì)刀具磨損強(qiáng)度的影響切削速度對(duì)刀具磨損強(qiáng)度的影響1

46、-硬質(zhì)點(diǎn)磨損；硬質(zhì)點(diǎn)磨損； 2-粘結(jié)磨損；粘結(jié)磨損；3-擴(kuò)散磨損；擴(kuò)散磨損；4-化學(xué)磨損化學(xué)磨損三、刀具磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)三、刀具磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.刀具磨損過(guò)程刀具磨損過(guò)程初期磨損階段（初期磨損階段（）正常磨損階段（正常磨損階段（）劇烈磨損階段（劇烈磨損階段（）2.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具磨損到一定限刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這度就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱(chēng)為磨鈍標(biāo)個(gè)磨損限度稱(chēng)為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)準(zhǔn)。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值可從切削用量手冊(cè)中值可從切削用量手冊(cè)中查得。查得。 刀具的磨損過(guò)程刀具的磨損過(guò)程 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦硬質(zhì)合金外圓車(chē)刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，可以推薦硬

47、質(zhì)合金外圓車(chē)刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，可以是以下任何一種：是以下任何一種：（1） VB=0.3mm；（2）如果主后刀面為無(wú)規(guī)則磨損，取）如果主后刀面為無(wú)規(guī)則磨損，取VB max=0.6mm；（3）前面磨損量）前面磨損量KT=0.06+0.3f（f為進(jìn)給量）為進(jìn)給量） 在金屬切削的科學(xué)研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度在金屬切削的科學(xué)研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度VB來(lái)來(lái)制定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的兩點(diǎn)考慮：制定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的兩點(diǎn)考慮： 充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和半精加工。半精加工。 根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要

48、求規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。四、刀具耐用度及其經(jīng)驗(yàn)公式四、刀具耐用度及其經(jīng)驗(yàn)公式1. 刀具耐用度的定義刀具耐用度的定義刀具耐用度（現(xiàn)稱(chēng)刀具壽命）是指一把刃磨刀具耐用度（現(xiàn)稱(chēng)刀具壽命）是指一把刃磨好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間。歷的實(shí)際切削時(shí)間。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的重要參數(shù)。的重要參數(shù)。2.切削用量對(duì)刀具耐用度的影響切削用量對(duì)刀具耐用度的影響（1）切削速度與刀具壽命的關(guān)系）切削速度與刀具壽命的關(guān)系各種切削速度下的刀

49、具磨損曲線各種切削速度下的刀具磨損曲線刀具刀具Tv關(guān)系曲線，該直線方程為：關(guān)系曲線，該直線方程為：Lgv=-mlgT+lgA式中，式中， m=tg，即該直線的斜率；，即該直線的斜率；A 當(dāng)當(dāng)T1s（或（或1min）時(shí)直線在縱坐標(biāo)上的截距。）時(shí)直線在縱坐標(biāo)上的截距。V = A / T m 各種切削速度下的刀具磨損曲線各種切削速度下的刀具磨損曲線 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的Tv曲線曲線2）進(jìn)給量、背吃刀量與刀具壽命的關(guān)系）進(jìn)給量、背吃刀量與刀具壽命的關(guān)系f= B / Tnap= C/Tp綜合以上三式，可以得到切削用量三要素與壽命的關(guān)系：綜合以上三式，可以得到切削用量三要素與壽命的關(guān)系：T=

50、CT/vcx f yapx 用用YT15硬質(zhì)合金車(chē)刀切削硬質(zhì)合金車(chē)刀切削b0.63GPa的碳鋼時(shí)，的碳鋼時(shí)，切削用量與刀具壽命的關(guān)系式為：切削用量與刀具壽命的關(guān)系式為：T= CT/vc5 f2.25ap0.75 T -V關(guān)系式反映了切削速度與刀具耐用度之間的關(guān)系，關(guān)系式反映了切削速度與刀具耐用度之間的關(guān)系，是選擇切削速度的重要依據(jù)。指數(shù)是選擇切削速度的重要依據(jù)。指數(shù)m表示切削速度對(duì)刀具表示切削速度對(duì)刀具耐用度的影響程度。高速鋼：耐用度的影響程度。高速鋼：m=0.10.125； 硬質(zhì)合金：硬質(zhì)合金：m=0.20.3;陶瓷刀具：陶瓷刀具：m=0.4。五、刀具壽命的選擇原則五、刀具壽命的選擇原則確定

51、合理刀具壽命的兩種方法：確定合理刀具壽命的兩種方法：最大生產(chǎn)率壽命最大生產(chǎn)率壽命最低成本壽命最低成本壽命 一般情況下，應(yīng)采用最低成本壽命，當(dāng)任務(wù)緊迫或一般情況下，應(yīng)采用最低成本壽命，當(dāng)任務(wù)緊迫或生產(chǎn)中出現(xiàn)不平衡環(huán)節(jié)時(shí)，可采用最大生產(chǎn)率壽命。生產(chǎn)中出現(xiàn)不平衡環(huán)節(jié)時(shí)，可采用最大生產(chǎn)率壽命。 刀具壽命對(duì)生產(chǎn)率和加工成本的影響刀具壽命對(duì)生產(chǎn)率和加工成本的影響復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡(jiǎn)單的、復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡(jiǎn)單的、低精度的、單刃的刀具高。低精度的、單刃的刀具高。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為使切削刃始對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為使切削刃始終處

52、于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低些終處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低些。對(duì)于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具、自動(dòng)線刀具以及對(duì)于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具、自動(dòng)線刀具以及多刀加工時(shí)，刀具耐用度應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，多刀加工時(shí)，刀具耐用度應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證整機(jī)和整線的可靠工作。保證整機(jī)和整線的可靠工作。精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得高些。得高些。大件加工時(shí)，為避免一次進(jìn)給中中途換刀，刀具耐用度大件加工時(shí)，為避免一次進(jìn)給中中途換刀，刀具耐用度應(yīng)選得高些。應(yīng)選得高些。刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù) 合理選擇刀具幾何參數(shù)能提

53、高刀具壽命。合理選擇刀具幾何參數(shù)能提高刀具壽命。刀刀 具具 材材 料料 刀具材料是影響刀具壽命的重要因素，刀具材料是影響刀具壽命的重要因素，合理選用刀具材料，采用涂層刀具材料和使用新型刀具材合理選用刀具材料，采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具壽命和提高料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具壽命和提高切削速度的重要途徑之一。切削速度的重要途徑之一。工工 件件 材材 料料 工件材料的物理力學(xué)性能也是影響刀具工件材料的物理力學(xué)性能也是影響刀具壽命的重要因素，工件材料的強(qiáng)度、硬度和韌性越高，延壽命的重要因素，工件材料的強(qiáng)度、硬度和韌性越高，延伸率越小，切削時(shí)均能

54、使切削溫度升高，刀具壽命降低。伸率越小，切削時(shí)均能使切削溫度升高，刀具壽命降低。切切 削削 用用 量量六、影響刀具壽命的因素六、影響刀具壽命的因素切削用量切削用量指的是：指的是：背吃刀量背吃刀量a ap p，進(jìn)給量進(jìn)給量f f和和切削速度切削速度v v。 合理的切削用量合理的切削用量是指充分利用是指充分利用刀具刀具的切削性能和的切削性能和機(jī)床機(jī)床性能，性能，在保證質(zhì)量的前提下，獲得在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率高的生產(chǎn)率和和低的生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)成本的切削的切削用量。用量。 5.1 5.1 制定切削用量的原則制定切削用量的原則第五節(jié)第五節(jié) 切削用量的選擇切削用量的選擇切削用量對(duì)加工生產(chǎn)率的影

55、響切削用量對(duì)加工生產(chǎn)率的影響 生產(chǎn)率生產(chǎn)率 P PA A0 0vfavfap p， 切削用量參數(shù)增大切削用量參數(shù)增大 ，生產(chǎn)率增加。，生產(chǎn)率增加。切削用量對(duì)刀具耐用度的影響切削用量對(duì)刀具耐用度的影響v v、f f、apap增大增大 ，刀具耐用度下降刀具耐用度下降。影響程度由大到小分別為。影響程度由大到小分別為v v，f f和和a ap p。切削用量對(duì)加工質(zhì)量的影響切削用量對(duì)加工質(zhì)量的影響 a ap p、f f增大，增大，表面粗糙度增大；表面粗糙度增大；v v增大增大，表面粗糙度有所減小。，表面粗糙度有所減小。 切削用量的選擇原則切削用量的選擇原則 粗加工時(shí)，應(yīng)在保證必要的刀具使用壽命的前提下，

56、以粗加工時(shí)，應(yīng)在保證必要的刀具使用壽命的前提下，以 盡盡可能提高生產(chǎn)率和降低成本為目的。根據(jù)刀具使用壽命與切削可能提高生產(chǎn)率和降低成本為目的。根據(jù)刀具使用壽命與切削用量的關(guān)系式，用量的關(guān)系式，切削用量切削用量， T T ，其中速度，其中速度 v v 對(duì)對(duì)T T 影響影響最大，進(jìn)給量最大，進(jìn)給量f f 次之，背吃刀量次之，背吃刀量a ap p影響最小。影響最小。 粗加工粗加工中選擇切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇中選擇切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇盡可能大盡可能大的背吃刀的背吃刀 量量a ap p，其次在工藝條件允許下選擇，其次在工藝條件允許下選擇較大的較大的進(jìn)給量進(jìn)給量f f ，最后，最后 根根據(jù)合理的刀具使用

57、壽命，用計(jì)算法或查表法確定切削速據(jù)合理的刀具使用壽命，用計(jì)算法或查表法確定切削速 度度v v 。這樣使這樣使v v、f f 、a ap p 的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)率。的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)率。 精加工精加工時(shí)則主要按時(shí)則主要按表面粗糙度表面粗糙度和和加工精度加工精度要求確定切削用要求確定切削用量。量。 一、切削用量合理選擇的方法一、切削用量合理選擇的方法1 1、計(jì)算法：、計(jì)算法：根據(jù)基本公式（切削力和切削速度公式）和輔根據(jù)基本公式（切削力和切削速度公式）和輔助公式（切削功率和切削扭矩公式），求出或查出相應(yīng)的助公式（切削功率和切削扭矩公式），求出或查出相應(yīng)的系數(shù)和指數(shù)后，計(jì)算所需的切

58、削用量。系數(shù)和指數(shù)后，計(jì)算所需的切削用量。2 2、查表法：、查表法：根據(jù)手冊(cè)選擇切削用量。根據(jù)手冊(cè)選擇切削用量。3 3、圖解法：、圖解法：把各公式制成各種圖表，直接從其上選擇切削把各公式制成各種圖表，直接從其上選擇切削用量。用量。 5.2 5.2 切削用量三要素的確定切削用量三要素的確定二、切削用量制訂的步驟（二、切削用量制訂的步驟（以車(chē)削為例）以車(chē)削為例）1 1、背吃刀量、背吃刀量a ap p的選擇的選擇粗加工時(shí)，粗加工時(shí)， a ap p由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可能一次走刀切除全部加工余量能一次走刀切除全部加工余量。半精加工時(shí)，半精加工時(shí)， a

59、ap p可取可取0.50.52 mm2 mm。精加工時(shí)，精加工時(shí)， a ap p取為取為0.10.10.4 mm0.4 mm。在加工余量過(guò)大或系統(tǒng)剛性不足情況下，粗加工可分幾次在加工余量過(guò)大或系統(tǒng)剛性不足情況下，粗加工可分幾次走刀。若分兩次走刀，第一次走刀的走刀。若分兩次走刀，第一次走刀的a ap p取大些，可占全部取大些，可占全部余量的余量的2/32/33/43/4，而第二次走刀的，而第二次走刀的a ap p取小些，以使精加工取小些，以使精加工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等

60、加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)盡量使應(yīng)盡量使a ap p超過(guò)硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過(guò)早磨損。超過(guò)硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過(guò)早磨損。 2 2、進(jìn)給量、進(jìn)給量f f 的選擇的選擇 粗加工時(shí)，粗加工時(shí)，f f 的大小主要受的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具的強(qiáng)度機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制等因素的限制。精加工時(shí)，精加工時(shí)，f f 的大小主要受的大小主要受加工精度加工精度和和表面粗糙度表面粗糙度的限制的限制。生產(chǎn)實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查表法確定生產(chǎn)實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查表法確定f f 。粗加工時(shí)根據(jù)工件材料、車(chē)刀刀桿尺寸、工件直徑及以確定粗加工時(shí)根