第一章 金屬切削的基礎(chǔ)知識

1、緒緒 論論n一、制造技術(shù)一、制造技術(shù) n 1. 1.制造業(yè)制造業(yè)n 制造業(yè)為人類的文明創(chuàng)造著輝煌的物質(zhì)文明。制造業(yè)為人類的文明創(chuàng)造著輝煌的物質(zhì)文明。n 據(jù)統(tǒng)計，據(jù)統(tǒng)計，19901990年年2020個工業(yè)化國家個工業(yè)化國家制造業(yè)制造業(yè)所創(chuàng)造所創(chuàng)造的財富占國民生產(chǎn)總值（的財富占國民生產(chǎn)總值（GDPGDP）的比例平均為）的比例平均為22.1522.15，其中，美國，其中，美國6868的財富來源于制造業(yè)，的財富來源于制造業(yè)，日本國民總產(chǎn)值的日本國民總產(chǎn)值的4949是由制造業(yè)提供的。中國是由制造業(yè)提供的。中國的制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中也占有的制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中也占有4040的比例。的比例。 n2.2.制造

2、技術(shù)制造技術(shù)n 制造技術(shù)是使原材料變成產(chǎn)品的技術(shù)總稱制造技術(shù)是使原材料變成產(chǎn)品的技術(shù)總稱, ,是是國民經(jīng)濟得以發(fā)展國民經(jīng)濟得以發(fā)展, ,也是制造業(yè)本身賴以生存的關(guān)也是制造業(yè)本身賴以生存的關(guān)鍵技術(shù)。先進的制造技術(shù)使一個國家的制造業(yè)乃鍵技術(shù)。先進的制造技術(shù)使一個國家的制造業(yè)乃至國民經(jīng)濟處于有競爭力的地位。至國民經(jīng)濟處于有競爭力的地位。n二、機械制造二、機械制造( (冷加工冷加工) )學(xué)科的范疇學(xué)科的范疇, ,研究內(nèi)容及特研究內(nèi)容及特點點n 機械工程學(xué)科是一門有著悠久歷史的學(xué)科機械工程學(xué)科是一門有著悠久歷史的學(xué)科, ,是是國家建設(shè)和社會發(fā)展的支柱學(xué)科之一國家建設(shè)和社會發(fā)展的支柱學(xué)科之一. .n 機械

3、制造機械制造( (冷加工冷加工) )是機械工程的一個分支學(xué)是機械工程的一個分支學(xué)科科, ,是一門研究各種機械制造過程和方法的科學(xué)是一門研究各種機械制造過程和方法的科學(xué). .n 機械的制造工藝過程機械的制造工藝過程: :改變生產(chǎn)對象的形狀改變生產(chǎn)對象的形狀, ,尺寸尺寸, ,相對位置和性質(zhì)等相對位置和性質(zhì)等, ,使之成為成品或半成品使之成為成品或半成品的過程的過程. .機械機械制造制造工藝工藝過程過程熱加工工熱加工工藝過程：藝過程：冷加工工冷加工工藝過程：藝過程：包括鑄造、塑性加工、焊接、熱處理、包括鑄造、塑性加工、焊接、熱處理、表面改性等。表面改性等。零件的機械加工工藝過程：零件的機械加工工藝

4、過程：研究如何利用切削的原理使工件成研究如何利用切削的原理使工件成型而達到預(yù)定的設(shè)計要求（尺寸精型而達到預(yù)定的設(shè)計要求（尺寸精度、形狀、位置精度和表面質(zhì)量）。度、形狀、位置精度和表面質(zhì)量）。機器的裝配工藝過程：機器的裝配工藝過程：研究如何將零件或部件進行配合研究如何將零件或部件進行配合和連接，使之成為半成品或成品，和連接，使之成為半成品或成品，并達到要求的裝配精度的工藝過并達到要求的裝配精度的工藝過程。程。1 1 切削運動及切削要素切削運動及切削要素 一、零件表面的形成一、零件表面的形成平面、外圓面、內(nèi)圓面（孔）、錐面、曲面（成形面）第一章 金屬切削的基礎(chǔ)知識 二、切削運動二、切削運動為了形成

5、零件表面形狀，刀具與工件之間的相對運動。1. 1. 主運動：主運動：切下切屑最主要的運動。特點：特點：在整個運動系統(tǒng)中 速度最高、消耗的功率最大。主運動只有一個。2. 2. 進給運動進給運動：使金屬層不斷投入切削，加工出完整表面所需的運動。特點：特點：速度低、消耗的功率小。有一個或多個。1. 1. 零件上的三個表面零件上的三個表面已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工表面nf f已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工表面三、切削用量三、切削用量2. 2. 切削用量三要素切削用量三要素d dw wd dm m切削速度（切削速度（v v）進給量（進給量（f f） （mm

6、mm）切削深度（切削深度（a ap p）（背吃刀量背吃刀量）601000ndvw6010002rLnv旋轉(zhuǎn)運動：旋轉(zhuǎn)運動：（m/s）往復(fù)直線運動往復(fù)直線運動：（m/s）2 2）進給量（）進給量（f f） （mmmm）在單位時間內(nèi)（主運動的一個循環(huán)內(nèi)），刀具或工件沿進給運動方向的相對位移。1 1）切削速度（）切削速度（v v）m/s在單位時間內(nèi)，工件或刀具沿主運動方向的相對位移。2. 2. 切削用量三要素切削用量三要素d dm md dw wf fn3 3）切削深度（）切削深度（a ap p）（背吃刀量背吃刀量）（mm）2mwpdda（mm）四、四、 切削層幾何參數(shù)切削層幾何參數(shù)切削層切削層 指

7、工件上正在被切削刃切削的那一層金屬。即兩個相鄰加工表面之間的那一層金屬。即兩個相鄰加工表面之間的那一層金屬。1 12 2f fa ap pKrKrf fa ap pKrKr1) 1)切削層公稱厚度（切削層公稱厚度（h hD D）（）（mmmm）兩相鄰加工表面之間的垂直距離。h hD Df fa ap pKrKrrDkfhsin （mm）2)2)切削層公稱寬度（切削層公稱寬度（b bD D) )（mmmm）沿主刀刃度量的切削層的長度。b bD DrkpaDbsin （mm）3)3)切削層公稱橫截面積（切削層公稱橫截面積（A AD D） （mmmm2 2）DDpDbhafA （mm2）一、刀具材料

8、一、刀具材料1. 1. 對刀具材料的基本要求對刀具材料的基本要求 較高的硬度。 一般要求在一般要求在 60 HRC HRC 以上。以上。 有足夠的強度和韌性。 有較好的耐磨性。 較高的耐熱性。 有較好的工藝性。2 刀具材料及刀具角度特點特點a. a. 淬火后硬度高；淬火后硬度高；HRC6165HRC6165b. b. 價格低；價格低；. .耐熱溫度低；耐熱溫度低；. .淬火后應(yīng)力、變形大。淬火后應(yīng)力、變形大。250300250300應(yīng)用：速度低、形狀簡單的手動工具。如銼刀、鋸條等。應(yīng)用：速度低、形狀簡單的手動工具。如銼刀、鋸條等。2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料 碳素工具鋼碳素工具鋼C=

9、0.71.3%C= 0.71.3%；T8T8、T10T10、T10AT10A、T12AT12A等等HRC6165HRC6165 合金工具鋼合金工具鋼Me5% Me11影響切屑變形的因素：影響切屑變形的因素： 刀具角度： 0 0 切削速度： v 材料塑性： 刀具與切屑之間的摩擦系數(shù) ， 。 切屑收縮現(xiàn)象 ，變形量 ，切削力 ，切削溫度 ，已加工表面粗糙。2. 2. 切屑的種類切屑的種類1) 1) 帶狀切屑帶狀切屑特征：連續(xù)帶狀，內(nèi)表面光滑，特征：連續(xù)帶狀，內(nèi)表面光滑， 外表面呈毛茸狀。外表面呈毛茸狀。形成條件：塑性材料、速度較高、較大的形成條件：塑性材料、速度較高、較大的 0 0 、較小的、較小

10、的f f 和和a ap p。2)2) 節(jié)狀切屑節(jié)狀切屑特征：內(nèi)表面有時有裂紋，特征：內(nèi)表面有時有裂紋，外表面呈鋸齒狀。外表面呈鋸齒狀。形成條件：中等硬度的塑性材料、速度形成條件：中等硬度的塑性材料、速度較低、較小的較低、較小的 0 0 、較大的、較大的f f 和和a ap p。3) 3) 崩碎狀切屑崩碎狀切屑特征：不規(guī)則的碎塊狀。特征：不規(guī)則的碎塊狀。形成條件：脆性材料。形成條件：脆性材料。3) 3) 粒狀切屑粒狀切屑形成條件：塑性材料，形成條件：塑性材料，切削速度較低，切削速度較低，較小的較小的 0 ，較大較大ap 。特征：梯形狀的粒狀切屑。特征：梯形狀的粒狀切屑。2) 2) 積屑瘤的形成條

11、件積屑瘤的形成條件 工件材料：塑性材料； 切削速度：中等（1050m/min）溫度約300； 刀具角度： 0 0 偏??； 冷卻條件：不加切削液。在一定的切削速度下切削塑性材料時，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬積屑瘤。1. 1. 積屑瘤的形成積屑瘤的形成oM滯留層滯留層1) 1) 積屑瘤的形成過程積屑瘤的形成過程二、積屑瘤二、積屑瘤3. 3. 積屑瘤的抑制積屑瘤的抑制不利不利 積屑瘤不穩(wěn)定，易引起振動，使積屑瘤不穩(wěn)定，易引起振動，使 Ra Ra 增大。增大。 會引起會引起a ap p的變化，使加工精度降低。的變化，使加工精度降低。所以：精加工時應(yīng)盡量避免。 利用利用切削

12、液切削液； 控制切削速度；控制切削速度； 加大刀具前度加大刀具前度 0 0 ； 對工件進行正火、調(diào)質(zhì)處理，降低對工件進行正火、調(diào)質(zhì)處理，降低 、a ak k。2. 2. 積屑瘤對加工過程的影響積屑瘤對加工過程的影響有利 使使 0 0 增大，使切削過程變得輕快。增大，使切削過程變得輕快。 可代替主刀刃和前刀面進行切削，保護刀具?？纱嬷鞯度泻颓暗睹孢M行切削，保護刀具。所以：粗加工時可以利用。三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率1. 1. 切削力切削力1) 1) 切削力的來源切削力的來源oM 材料的彈性變形和塑性變形抗力； 切屑、工件表面與刀具的摩擦力。2) 2) 切削力的分解切削力的分解刀具

13、切削工件時作用在刀具切削工件時作用在刀具或工件上的力。刀具或工件上的力。將將F F沿速度方向、軸向和徑向三個相互垂直的方向沿速度方向、軸向和徑向三個相互垂直的方向分解為分解為F Fc c、F Fp p、F Ff f。F彈、塑F摩1F摩2 主切削力（切向分力）FC是F在切削速度方向上的分力。主切削力占總切削力的主切削力占總切削力的80%90%80%90%，消耗的功率占總功率的消耗的功率占總功率的95%95%以上。以上。是計算機床動力及主要傳動零件強是計算機床動力及主要傳動零件強度和剛度的依據(jù)。度和剛度的依據(jù)。 走刀抗力（軸向分力）Ff是是F F在進給方向上的分力。在進給方向上的分力。消耗的功率僅

14、占總功率的消耗的功率僅占總功率的15%15%。是設(shè)計和計。是設(shè)計和計算進給機構(gòu)零件強度和剛度的依據(jù)。算進給機構(gòu)零件強度和剛度的依據(jù)。 吃刀抗力（徑向分力）吃刀抗力（徑向分力）FpFp是F在切削深度方向上的分力。 F=(F2c+F2f+F2p)1/2FpFp不做功，但影響加工精度三個分力與總切削力的關(guān)系3) 3) 影響切削力的因素影響切削力的因素工件材料：材料的強度、硬度越高，塑性韌性越好，F(xiàn)c越大。 切削用量：ap 、f 增大， Fc越大。 刀具角度： 增大 0 ，F(xiàn)c減??；增大kr ，F(xiàn)p減小、Ff增大。 冷卻條件：加切削液，F(xiàn) 減小。2. 2. 切削功率（切削功率（PmPm）ccffccv

15、vvFPmFFPm （W）（W）PE Pm /m 四、切削熱和切削溫度四、切削熱和切削溫度1. 1. 切削熱的來源與傳散切削熱的來源與傳散1) 1) 切削熱的來源切削熱的來源a . 切屑層變形所產(chǎn)生的熱；b . 切屑與前刀面之間的摩擦；c . 工件與后刀面之間的摩擦。切屑：介質(zhì)：工件：刀具：5080%1%4010%93%2) 2) 切削熱的傳散切削熱的傳散2. 2. 切削溫度及其影響因素切削溫度及其影響因素切削溫度切削溫度 切削區(qū)的平均溫度。切削區(qū)的平均溫度。切削區(qū) 切屑、工件、刀具相接觸的區(qū)域。切削溫度的高低取決于切削熱的產(chǎn)生和傳散情況影響切削溫度的因素： 切削用量：切削用量： 、 、 愈大

16、，愈大， 切削溫度愈高。但切削溫度愈高。但 的影響的影響最大最大 、 次之、次之、 最小。最小。cvfpacvfpa 刀具 冷卻條件：加切削液，切削溫度降低。刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 ，切削溫度降低；減小，切削溫度降低；減小kr kr ， 切削溫度降低。切削溫度降低。刀具材料：導(dǎo)熱性愈好，切削溫度愈低。刀具材料：導(dǎo)熱性愈好，切削溫度愈低。 工件材料：材料的強度、硬度越高，塑性、韌性越好，切削溫度越高；材料的導(dǎo)熱性愈好，切削溫度愈低。 五、刀具磨損和刀具耐用度五、刀具磨損和刀具耐用度1. 1. 刀具磨損刀具磨損1) 1) 刀具磨損形式刀具磨損形式 后刀面磨損：后刀面磨損：VB這種磨

17、損一般發(fā)生在切削脆性材料或以較小的切削厚度（hD0.5mm）切削塑性材料的條件下。 前后刀面同時磨損：KTVB這種磨損一般發(fā)生在以中等切削厚（hD=0.10.5mm）切削塑性材料的條件下。 由于多數(shù)情況下，后刀面都有磨損，它的磨損對加工質(zhì)量的影響較大，而且測量相對方便，所以一般都用后刀面的磨損高度VB來表示刀具的磨損程度。2) 2) 刀具的磨損過程刀具的磨損過程VBtOABC初期磨損階段初期磨損階段正常磨損階段正常磨損階段急劇磨急劇磨損階段損階段 初期磨損階段初期磨損階段(OA) :(OA) :磨合階段磨合階段 正常磨損階段正常磨損階段(AB) :(AB) : 急劇磨損階段急劇磨損階段(BC)

18、 :(BC) : 應(yīng)在刀具正常磨損階段后期，急劇磨損階段之前刃磨刀具。應(yīng)在刀具正常磨損階段后期，急劇磨損階段之前刃磨刀具。2. 2. 刀具耐用度（刀具耐用度（T T）指刀具由開始切削到磨鈍標準為止的實際切削總時間。刀具在兩次刃磨之間的實際切削總時間。如粗加工： 硬質(zhì)合金車刀：T = 60min高速鋼鉆頭：T = 80120min3. 3.影響影響刀具磨損與刀具耐用度的因素刀具磨損與刀具耐用度的因素75. 025. 25pTafvCT 切削用量：切削用量： 、 、 愈大，愈大， 刀具磨損加劇。刀具磨損加劇。 但但 的影的影 響最大響最大 、 次之、次之、 最小。最小。vvfpafpa 工件材料：

19、材料的強度、硬度越高，溫度越高；材料的 導(dǎo)熱性愈差，刀具磨損愈快，降低刀具耐用度。 刀具 冷卻條件：合理使用切削液，可降低切削溫度降低、減小 摩擦，提高刀具耐用度。刀具角度： 增大 0 、0，提高刀具耐用度。b.刀具材料：耐磨性、耐熱性愈好，刀具耐用度愈高。4 4 切削加工的技術(shù)經(jīng)濟分析切削加工的技術(shù)經(jīng)濟分析一、切削加工的主要技術(shù)經(jīng)濟指標一、切削加工的主要技術(shù)經(jīng)濟指標1 1、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量（1 1）加工精度）加工精度尺寸精度：尺寸精度：形狀精度：形狀精度：位置精度：位置精度：IT01IT01、IT0IT6IT0IT6、IT7IT18IT7IT18圓柱度、平面度、直線度等平行度、垂直度、同軸

20、度等（2 2）表面質(zhì)量）表面質(zhì)量表面粗糙度：表面粗糙度：表面加工硬化的程度和深度表面加工硬化的程度和深度表面殘余應(yīng)力的大小和性質(zhì)表面殘余應(yīng)力的大小和性質(zhì)Ra2 2、生產(chǎn)率、生產(chǎn)率以單位時間內(nèi)生產(chǎn)的零件數(shù)量來表示生產(chǎn)率 ow1Rtt w=t m+t c+ t o wmpcp1000d lhlhtnf av fa以車削為例提高生產(chǎn)率的主要途徑如下提高生產(chǎn)率的主要途徑如下 (1) (1) 采用高速切削采用高速切削( (即增大零件或刀具轉(zhuǎn)速即增大零件或刀具轉(zhuǎn)速) )或強力切削，或強力切削， (2) (2) 采用多刀多刃加工、多件加工、多工位加工等采用多刀多刃加工、多件加工、多工位加工等 (3) (3)

21、 采用先進的毛坯制造工藝和方法，減少加工余量。采用先進的毛坯制造工藝和方法，減少加工余量。(4) (4) 采用先進的機床設(shè)備及自動化控制系統(tǒng)，采用先進的機床設(shè)備及自動化控制系統(tǒng)， 3. 3. 經(jīng)濟性經(jīng)濟性產(chǎn)品的制造成本包括毛坯或原材料費用、生產(chǎn)工人工資、機床設(shè)備的折舊和管理費用、工夾量具的折舊和修理費用、車間經(jīng)費和企業(yè)管理費用等。 mmwwtmcot()ttCt MCtttMCTT二、切削用量的合理選擇二、切削用量的合理選擇1.選擇切削用量的一般原則選擇切削用量的一般原則切削速度增大時，切削力減小，并可減小或避免積屑瘤，有利于加工質(zhì)量的提高。 。一般原則就是在保證加工質(zhì)量、降低成本和提高生產(chǎn)率

22、的前提下，使ap、f、vc的乘積最大。 （1）對加工質(zhì)量的影響 背吃刀量和進給量增大，都會使切削力增大，導(dǎo)致零件變形增大，并可能引起振動，從而降低加工精度和增大表面粗糙度值。 （2）對生產(chǎn)率的影響75. 025. 25pTafvCT vpaf 的影響最大的影響最大 、 次之、次之、 最小。最小。vfpa粗加工時，優(yōu)先采用大的 ，其次采用較大的 最后根據(jù)刀具壽命的要求選合理的半精加工和精加工一般選用較小的 和 fpav兼顧刀具的壽命選擇 n(1) 背吃刀量ap的選擇。背吃刀量要盡可能取得大些，或?qū)⒓庸び嗔糠譃閮纱位蚨啻瓮瓿伞 (2) 進給量f的選擇。粗加工時，進給量主要受機床、刀具和零件所能承

23、受切削力的限制，精加工時，限制進給量的因素主要是零件表面粗糙度。 n(3) 切削速度vc的選擇。在背吃刀量和進給量選定后，可根據(jù)合理的刀具耐用度，用計算法或查表法選擇切削速度。精加工時，切削力較小，切削速度主要受刀具耐用度的限制。而粗加工時，由于切削力一般較大，切削速度主要受機床功率的限制。 2、切削用量的合理選擇、切削用量的合理選擇三、切削液三、切削液1) 1) 切削液的作用切削液的作用a . a . 冷卻作用：冷卻作用：b . b . 潤滑作用：潤滑作用：c . c . 洗滌與排屑作用：洗滌與排屑作用：d . d . 防銹作用：防銹作用：2) 2) 切削液的種類切削液的種類 乳化液：乳化油+水；呈乳白色。應(yīng)用最廣泛。 切削油：礦物油；潤滑作用。 水溶液：水+防銹劑等；呈透明狀。3) 3) 切削液的選用切削液的選用粗加工：以冷卻為主。如水溶液、低濃度的乳化液等。精加工：以潤滑為主。高濃度的乳化液、切削油等。切削脆性材料時，加工有色金屬，使用硬質(zhì)合金刀具磨削時，一般不用切削液。不易采用含硫化油的切削液。一般不用切削液。一般采用乳化液。60cvTcv材料的切削加工性是指材料被切削加工的難易程度材料的切削加工性是指材料被切削加工的難易程度。四、材料的切削加工性四、材料的切削加工性1.