機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章 金屬切削原理

1、第第2章章 金屬切削原理金屬切削原理Chapter 2 The Principle in Metal Cutting Process2.1 概概 述述 Introduction2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool2.3 刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn) Measurement Experiment of Tool Geometric Angles2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process第第2章章 金屬切削原理金屬切削原理Chapter 2 The Princ

2、iple in Metal Cutting Process2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life 2.7 材料的切削加工性材料的切削加工性 Machinability of Workpiece Materials 2.8 磨削與砂輪磨削與砂輪 Grinding and Grinding Wheels2.1 概概 述述 Introduction2.1.1 工件加工表面工件加工表面2.1.1 Workpiece

3、 Processing Surfaces(1) 待加工表面待加工表面(surface to be cut)：工件上有待切削的表面。：工件上有待切削的表面。(2) 已加工表面已加工表面(Machined surface )：工件上經(jīng)刀具切削后形成：工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。的表面。(3) 過渡表面過渡表面/切削表面切削表面( Cutting surface )：工件上由切削刃正：工件上由切削刃正在切削的表面，它是待加工表面和已加工表面之間的過渡部在切削的表面，它是待加工表面和已加工表面之間的過渡部位位。2.1 概概 述述 Introduction圖圖2-1 車削外圓柱面的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面車

4、削外圓柱面的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面2.1 概概 述述 Introduction 圖圖2-2 刨削平面的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面刨削平面的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面2.1 概概 述述 Introduction2.1.2 切削運(yùn)動(dòng)與切削用量切削運(yùn)動(dòng)與切削用量 Cutting Movement and Cutting Dosages1主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)(Main movement) 主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床運(yùn)動(dòng)或手動(dòng)提供的刀具與工件之間主要的主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床運(yùn)動(dòng)或手動(dòng)提供的刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 主運(yùn)動(dòng)方向主運(yùn)動(dòng)方向(Direction of main movement)：在不考慮進(jìn)給：在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的條件下，切削

5、刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方運(yùn)動(dòng)的條件下，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向向(圖圖2-3、圖、圖2-4)。 切削速度切削速度(Cutting speed) vc：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件沿：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件沿主運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度主運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度(圖圖2-3、圖、圖2-4)。2.1 概概 述述 Introduction圖圖2-3 車刀相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)車刀相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)2.1 概概 述述 Introduction圖圖2-4 平面銑刀相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)平面銑刀相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)2.1 概概 述述 Introduction 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀具或工件最大直徑處的切削當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)

6、運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀具或工件最大直徑處的切削速度由下式確定：速度由下式確定： （m/s） 或或 （m/min） (2-1)式中式中 d完成主運(yùn)動(dòng)的刀具或工件的最大直徑，完成主運(yùn)動(dòng)的刀具或工件的最大直徑，mm； n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，r/s或或r/min。1000dnvc601000dnvc2.1 概概 述述 Introduction2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(Feed movement) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床運(yùn)動(dòng)或手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的刀具或工件的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床運(yùn)動(dòng)或手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的刀具或工件的運(yùn)動(dòng)。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向(Direction of feed movement)：在不考慮主運(yùn)：在不考慮主運(yùn)動(dòng)的條件

7、下，切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向動(dòng)的條件下，切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向(圖圖2-3、圖、圖2-4)。 進(jìn)給速度進(jìn)給速度(Feed speed) vf：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)工件沿進(jìn)給運(yùn)：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度動(dòng)方向的瞬時(shí)速度(圖圖2-3、圖、圖2-4)，單位是，單位是mm/s(或或mm/min)。若進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，則進(jìn)給速度在刀刃上各點(diǎn)都是相。若進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，則進(jìn)給速度在刀刃上各點(diǎn)都是相同的。同的。 2.1 概概 述述 Introduction 進(jìn)給量進(jìn)給量(Feeding) f：工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周或往返一個(gè)行：工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周或往返一個(gè)行程時(shí)

8、，兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位是程時(shí)，兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位是mm/r（或（或mm/雙行程）。它是衡量進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的常用度量單位。雙行程）。它是衡量進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的常用度量單位。 進(jìn)給速度可表示為：進(jìn)給速度可表示為： （mm/s） 或或 （mm/min） （2-2）式中式中 z切削工具的刀齒數(shù)。切削工具的刀齒數(shù)。nzfnfvzf6060nzfnfvzf2.1 概概 述述 Introduction 3合成切削運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng)(Synthesis cutting movement)合成切削運(yùn)動(dòng)是由同時(shí)存在的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。合成切削運(yùn)動(dòng)是由同時(shí)存在的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。合

9、成切削運(yùn)動(dòng)方向合成切削運(yùn)動(dòng)方向(Direction of synthesis cutting movement)：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件瞬時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng)的方向切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件瞬時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng)的方向(圖圖2-3、圖、圖2-4)。合成運(yùn)動(dòng)的速度合成運(yùn)動(dòng)的速度(Combined movement speed) ve：切削刃選定：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)工件沿合成切削運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度點(diǎn)相對(duì)工件沿合成切削運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度(圖圖2-3、圖、圖2-4)。2.1 概概 述述 Introduction4背吃刀量背吃刀量/切削深度切削深度(Cutting depth) ap背吃刀量背吃刀量ap等于工件已加工表面

10、與待加工表面的垂直距離。等于工件已加工表面與待加工表面的垂直距離。 （mm） （2-4）式中式中 dw工件待加工表面直徑，工件待加工表面直徑，mm； dm工件已加工表面的直徑，工件已加工表面的直徑，mm。通常將切削速度通常將切削速度vc、進(jìn)給量、進(jìn)給量f和背吃刀量和背吃刀量ap三者統(tǒng)稱為切削用三者統(tǒng)稱為切削用量三要素。量三要素。 2mwpdda2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool2.2.1 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)2.2.1 Geometrical Parameters of Tool1刀具切削部分的組成

11、要素刀具切削部分的組成要素 (1)前刀面前刀面(Rake face) A (2)主后刀面主后刀面(Major flank) A (3)副后刀面副后刀面(Minor flank) A (4)主切削刃主切削刃(Major cutting edge) S (5)副切削刃副切削刃(Minor cutting edge) S (6)過渡刃過渡刃/刀尖刀尖(Tool nose ) 2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-5 外圓車刀切削部分的組成要素外圓車刀切削部分的組成要素2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何

12、角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool2確定刀具切削角度的參考平面確定刀具切削角度的參考平面 (1)基面基面(Reference plane) pr(2)切削平面切削平面(Cutting edge plane) ps2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-6 寬刃刨刀的參考平面寬刃刨刀的參考平面 2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool3刀具標(biāo)注角度的參考系刀具標(biāo)注角

13、度的參考系(Reference system for tool marking Angles )如圖如圖2-7所示，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，并假定主切削刃選定所示，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，并假定主切削刃選定點(diǎn)點(diǎn)A位于工件中心高度上，刀桿中心線垂直于進(jìn)給方向。位于工件中心高度上，刀桿中心線垂直于進(jìn)給方向。(1)正交平面正交平面/主剖面主剖面(Main section) po 見圖見圖2-8(2)法平面法平面(Normal section) pn 見圖見圖2-9(3)背平面背平面(Longitudinal section) pp和假定工作平面和假定工作平面(Transverse section) pf

14、 見圖見圖2-10圖圖2-7 車刀標(biāo)注角度的參考系車刀標(biāo)注角度的參考系2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-8 正交平面參考系正交平面參考系2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-9 法平面參考系法平面參考系2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool 圖圖2-10 假定工作進(jìn)給平面、背平面參考系假定工作進(jìn)給平面、背平面參考系

15、2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool表表2-1 刀具標(biāo)注角度參考系及其參考平面刀具標(biāo)注角度參考系及其參考平面參考系參考系 參考平面參考平面 符號(hào)符號(hào) 正交平面參考系正交平面參考系 基面基面切削平面切削平面正交平面正交平面 prpspo 法平面參考系法平面參考系 基面基面切削平面切削平面法平面法平面 prpsp 假定工作平面、假定工作平面、背平面參考系背平面參考系 基面基面背平面背平面假定工作進(jìn)給平面假定工作進(jìn)給平面 prpppf 2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Ang

16、les and materials of Tool4刀具的標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度(Marked Angles of cutting tools )(1)刀具在正交平面參考系中的標(biāo)注角度刀具在正交平面參考系中的標(biāo)注角度 如圖如圖2-11和和2-12 1)主偏角主偏角(Cutting edge angle) r 2)刃傾角刃傾角(Tool cutting edge inclination) s 3)前角前角(Rake angle) o 4)后角后角(Clearance angle ) o 5)副偏角副偏角(Minor cutting edge angle) r 6)副后角副后角(Minor bac

17、k angle) o以上是外圓車刀主、副切削刃上所必須標(biāo)注的六個(gè)基本角度以上是外圓車刀主、副切削刃上所必須標(biāo)注的六個(gè)基本角度 (2)刀具在法平面參考系中的標(biāo)注角度刀具在法平面參考系中的標(biāo)注角度 如圖如圖2-13所示。所示。 (3)刀具在假定工作平面和背平面參考系中的標(biāo)注角度刀具在假定工作平面和背平面參考系中的標(biāo)注角度 如圖如圖2-14所示。所示。2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-11 外圓車刀正交平面參考系的標(biāo)注角度外圓車刀正交平面參考系的標(biāo)注角度2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料

18、 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-12 直角切削與斜角切削直角切削與斜角切削2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-13 法平面參考系的標(biāo)注角度法平面參考系的標(biāo)注角度 2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-14 假定工作平面、背平面參考系的標(biāo)注角度假定工作平面、背平面參考系的標(biāo)注角度 2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric A

19、ngles and materials of Tool5刀具的工作角度刀具的工作角度( Work Angle for cutting tools) (1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響 1)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響 如圖如圖2-15 ， ， （2-5）式中式中 f刀具的橫向進(jìn)給量，刀具的橫向進(jìn)給量，mm/r。 d切削刃上選定點(diǎn)切削刃上選定點(diǎn)O在橫向進(jìn)給切削過程中相對(duì)于工在橫向進(jìn)給切削過程中相對(duì)于工件中心所處的直徑，件中心所處的直徑，mm。 ooeooedftan2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and ma

20、terials of Tool圖圖2-15 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool2)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響 （如圖（如圖2-16） ， ， （2-6）式中式中 f進(jìn)給量，進(jìn)給量，mm/r，或被切螺紋的導(dǎo)程，或被切螺紋的導(dǎo)程，mm； dw工件直徑，工件直徑，mm。在正交平面內(nèi)，刀具的工作角度為：在正交平面內(nèi)，刀具的工作角度為： ， ， （2-7）fffefffewftandfooeooewrrfsinsintantandf2.2 刀具的幾

21、何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-16 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool(2)刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響1)刀具安裝高低的影響刀具安裝高低的影響 ， ， （2-8）式中式中 h刀尖高于工件中心線的數(shù)值，刀尖高于工件中心線的數(shù)值，mm； dw工件直徑，工件直徑，mm。在正交平面在正交平面poe內(nèi)，刀具工作前角內(nèi)，刀具工作前角oe和工作后

22、角和工作后角oe的變化情況也的變化情況也與上面類似，即與上面類似，即 ， ， （2-9）pppepppe22wp2tanhdhooeooerpcostantan2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-17 刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-18 刀桿中心線不垂直于進(jìn)給方向時(shí)對(duì)刀桿中心線不垂直于進(jìn)給方向時(shí)對(duì)r，r的影響的影響2)刀桿中心線與進(jìn)給方向不

23、垂直時(shí)的影響刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)的影響2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool2.2.2 切削層參數(shù)切削層參數(shù) Parameters of the Cutting Layer (1)切削厚度切削厚度(Undeformed chip thickness) hD （單位為（單位為mm）如圖如圖2-19(2)切削寬度切削寬度(Width of uncut chip) bD (3)切削層面積切削層面積(Cross-sectional area of uncut chip) AD 2.2 刀具的幾何角度與材料刀

24、具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool圖圖2-19 切削層參數(shù)切削層參數(shù)2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool2.2.3 刀具材料刀具材料 Cutting Tool Materials1刀具材料必須具備的性能刀具材料必須具備的性能 (1)高硬度高硬度(High hardness)和高耐磨性和高耐磨性(High wear-resistance) (2)足夠的強(qiáng)度足夠的強(qiáng)度(Strength)和韌性和韌性(Toughness) (3)高耐熱性高耐熱性(H

25、igh heat resistance) (4)良好的工藝性良好的工藝性(Technological properties)2常用刀具材料的種類與特性常用刀具材料的種類與特性（1）高速鋼）高速鋼(High-speed steels)（2）硬質(zhì)合金）硬質(zhì)合金(Carbide alloys) 2.2 刀具的幾何角度與材料刀具的幾何角度與材料 Geometric Angles and materials of Tool 表表2-2 高速鋼的力學(xué)性能高速鋼的力學(xué)性能鋼號(hào)鋼號(hào)常溫硬常溫硬度度 HRC抗彎強(qiáng)抗彎強(qiáng)度度/GPa沖擊韌度沖擊韌度/(MJm-2)高溫硬度高溫硬度 HRC500600W18Cr4V

26、W6Mo5Cr4V29W18Cr4VW6Mo5Cr4V3W6Mo5Cr4V2Co8W2Mo9Cr4VCo8W6Mo5Cr4V2AlW10Mo4Cr4V3Al6366636666686567666867696769676933.43.5433.43.23.02.73.82.93.93.13.50.180.320.30.40.170.220.250.30.230.30.230.30.20.2856555657606059.548.547485151.7545555542.3 刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn) Measurement Experiment of Tool Geometri

27、c2.3 刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn) Measurement Experiment of Tool Geometric Angles2.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?Experiment Purpose2.3.2 實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和要求 Experimental Contents and Requirements2.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器 Experiment Equipments and Instruments2.3.4 實(shí)驗(yàn)原理與方法實(shí)驗(yàn)原理與方法 Experiment Principle and Method2.3 刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)刀具的幾何角

28、度測(cè)量實(shí)驗(yàn) Measurement Experiment of Tool Geometric 圖圖2-20 車刀測(cè)角儀車刀測(cè)角儀2.3 刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)刀具的幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn) Measurement Experiment of Tool Geometric2.3.5 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 Experiment Steps1校準(zhǔn)車刀測(cè)角儀的原始位置校準(zhǔn)車刀測(cè)角儀的原始位置2主偏角主偏角r的測(cè)量的測(cè)量3刃傾角刃傾角s的測(cè)量的測(cè)量4副偏角副偏角r的測(cè)量的測(cè)量5前角前角o的測(cè)量的測(cè)量6后角后角o的測(cè)量的測(cè)量7法向前角法向前角n和法向后角和法向后角n的測(cè)量的測(cè)量8副后角副后角o的測(cè)量的測(cè)量9繪制外圓車

29、刀和切斷刀的工作圖繪制外圓車刀和切斷刀的工作圖2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process2.4.1 切削層的變形切削層的變形 Deformation of Cutting Layer 1第一變形區(qū)第一變形區(qū)(The first region of deformation) 2第二變形區(qū)第二變形區(qū)(The second region of deformation) 3第三變形區(qū)第三變形區(qū)(The third region of deformation)2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process圖圖2-21 金屬切削過程中的滑移線

30、和流線示意圖金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖 2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process圖圖2-22 第一變形區(qū)金屬的滑移第一變形區(qū)金屬的滑移 2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process圖圖2-23剪切變形示意圖剪切變形示意圖2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process2.4.2 切削變形的衡量方法切削變形的衡量方法 Measurement of Cutting Deformation1變形系數(shù)變形系數(shù)(Coefficient of deformation) （2-13） （2-14） （2-

31、15） 2剪應(yīng)變剪應(yīng)變(Shearing strain)DchhahhchchlllhhlhayS2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process圖圖2-24 -h關(guān)系關(guān)系2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process3剪切角剪切角(Shear angle) 從圖從圖2-23及式及式(2-18)得知，剪切角和切削變形有十分密切的關(guān)得知，剪切角和切削變形有十分密切的關(guān)系。若減小，切屑便變厚、變短，變形系數(shù)系。若減小，切屑便變厚、變短，變形系數(shù)h便增大。因此便增大。因此研究剪切角也是很必要的。研究剪切角也是很必要的。 (1)根據(jù)合力最小原理

32、確定的剪切角根據(jù)合力最小原理確定的剪切角(2)根據(jù)主應(yīng)力方向與最大剪應(yīng)力方向之間的夾角為根據(jù)主應(yīng)力方向與最大剪應(yīng)力方向之間的夾角為45的原理確的原理確定剪切角定剪切角 （2-26）o42.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process圖圖2-25 作用在切屑上的力作用在切屑上的力2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process圖圖2-26 直角自由切削時(shí)力與角度的關(guān)系直角自由切削時(shí)力與角度的關(guān)系 2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process2.4.3 切屑的種類切屑的種類 Types of Swarf 1帶狀

33、切屑帶狀切屑(Ribbon chips) 2擠裂切屑擠裂切屑/節(jié)狀切屑節(jié)狀切屑(Cracked chips /Section shape chips) 3單元切屑單元切屑/粒狀切屑粒狀切屑(Unit chips/Granular chips) 4崩碎切屑崩碎切屑(Splintering chips)2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process圖圖2-27 切屑類型切屑類型2.4 金屬切削過程金屬切削過程 Metal Cutting Process2.4.4 積屑瘤積屑瘤 Built-up Edge 圖圖2-28積削瘤積削瘤2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、

34、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature2.5.1 切削力切削力 Cutting Force1切削力分析切削力分析1）切向力）切向力(Tangential force) Fc2）進(jìn)給力）進(jìn)給力(Feeding force) Ff3）背向力）背向力(Back force) Fp2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature圖圖2-29 切削合力和分力切削合力和分力2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and

35、Temperature2切削力和切削功率的計(jì)算切削力和切削功率的計(jì)算（1）指數(shù)形式的切削力經(jīng)驗(yàn)公式）指數(shù)形式的切削力經(jīng)驗(yàn)公式 （2-28） （2-29） （2-30）ccFcFcFcFZcYXpFcKvfaCF ffFfFfFfFZcYXpFfKvfaCF ppFpFpFpFZcYXpFpKvfaCF 2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature（2）切削層單位面積切削力經(jīng)驗(yàn)公式）切削層單位面積切削力經(jīng)驗(yàn)公式 （2-31）（3）工作功率）工作功率(Work power) （2-33） 在計(jì)算機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率在計(jì)算

36、機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率Pm時(shí)，還應(yīng)考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率時(shí)，還應(yīng)考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率m，應(yīng)按下式計(jì)算，應(yīng)按下式計(jì)算 （2-34）wccpccccaaFfaFAFk310fnFvFPPPwfccfcemcmPP2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature2.5.2 切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度 Cutting Heat and Temperature1切削熱的產(chǎn)生和傳出切削熱的產(chǎn)生和傳出2影響切削溫度的主要因素影響切削溫度的主要因素（1）切削用量的影響）切削用量的影響 （2-37）式中式中 用自然熱電偶法測(cè)出的前刀面接觸區(qū)

37、的平均溫度用自然熱電偶法測(cè)出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度，； C與工件、刀具材料和其他切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度與工件、刀具材料和其他切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù)；系數(shù)； z，y，xvc，f，ap的指數(shù)。的指數(shù)。xpyzcafvC2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature圖圖2-30 切削熱的產(chǎn)生和傳出切削熱的產(chǎn)生和傳出2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature （2）刀具幾何參數(shù)的影響）刀具幾何參數(shù)的影響 （3）工件材料的影響）工件

38、材料的影響 （4）刀具磨損的影響）刀具磨損的影響 （5）切削液的影響）切削液的影響2.5 切削力、切削熱和切削溫度切削力、切削熱和切削溫度 Cutting force, Heat and Temperature表表2-4 切削溫度的系數(shù)及指數(shù)切削溫度的系數(shù)及指數(shù)刀具材刀具材料料加工方法加工方法Czyx高速鋼高速鋼車削車削1401700.350.450.20.30.080.10銑削銑削80鉆削鉆削150硬質(zhì)合硬質(zhì)合金金車削車削3200.41（f=0.1mm/r）0.150.050.31（f=0.2mm/r）0.26（f=0.3mm/r）2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Too

39、l Wear and Tool Life2.6.1 刀具的磨損形式刀具的磨損形式 Form of the Cutter Wear1前刀面磨損前刀面磨損(Wear on rake face )2后刀面磨損后刀面磨損(Flank wear)3邊界磨損邊界磨損(Boundary wear)2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life圖圖2-31 刀具的磨損形狀刀具的磨損形狀2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life圖圖2-32 刀具磨損的測(cè)量位置刀具磨損的測(cè)量位置2.6 刀具磨損和刀具使

40、用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life2.6.2 刀具磨損的原因刀具磨損的原因 Cause of Tool Wear1磨料磨損磨料磨損(Abrasive wear)2黏結(jié)磨損黏結(jié)磨損(Adhesive wear)3擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損(Diffusion wear)4化學(xué)磨損化學(xué)磨損(Chemical wear)2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life2.6.3 刀具磨損過程刀具磨損過程 Wear Process of Tool 1初期磨損階段初期磨損階段(Initial wear stage ) 2

41、正常磨損階段正常磨損階段(Normal wear stage) 3急劇磨損階段急劇磨損階段(Severe wear stage)2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life圖圖2-33 磨損的典型曲線磨損的典型曲線2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life2.6.4 磨鈍標(biāo)準(zhǔn)磨鈍標(biāo)準(zhǔn) Wear Criteria2.6.5 刀具耐用度刀具耐用度 Tool Life1刀具耐用度的概念刀具耐用度的概念2切削用量與刀具耐用度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式切削用量與刀具耐用度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式（1）切削速度與刀

42、具耐用度的關(guān)系）切削速度與刀具耐用度的關(guān)系 （2-38）式中式中 T刀具耐用度，刀具耐用度，min； m指數(shù)，表示指數(shù)，表示vc對(duì)對(duì)T的影響程度；的影響程度； C0系數(shù)，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。系數(shù)，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。0CTvmc2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life（2）進(jìn)給量和背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系）進(jìn)給量和背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系 （2-39） 綜合式綜合式(2-38)和和(2-39)，可得到切削用量與刀具耐用度的一，可得到切削用量與刀具耐用度的一般關(guān)系式，為：般關(guān)系式，為：2121CTaCTfmp

43、m21111mmmcrafvCT 2.6 刀具磨損和刀具使用壽命刀具磨損和刀具使用壽命 Tool Wear and Tool Life令令x1/m，y1/m1，z1/m2，則，則 （2-40）式中式中 Cr耐用度系數(shù)，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)；耐用度系數(shù)，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)； x，y，z指數(shù)，分別表示各切削用量對(duì)刀具耐用度的影響程指數(shù)，分別表示各切削用量對(duì)刀具耐用度的影響程度。度。 用用YT5硬質(zhì)合金車刀，切削硬質(zhì)合金車刀，切削b=0.637GPa的碳鋼時(shí)，且的碳鋼時(shí)，且f0.7mm/r，切削用量與刀具耐用度的關(guān)系為：，切削用量與刀具耐用度的關(guān)系為： （2-41）zpyxcr

44、afvCT 75.025.25pcrafvCT 2.7 材料的切削加工性材料的切削加工性 Machinability of Workpiece Materials2.7.1 材料切削加工性的概念材料切削加工性的概念 Concepts of Machinability of Workpiece Materials2.7.2 評(píng)定材料切削加工性的指標(biāo)評(píng)定材料切削加工性的指標(biāo) Indexes for Judging Machinability of Workpiece Materials (1)用刀具耐用度來衡量用刀具耐用度來衡量 (2)用已加工表面質(zhì)量來衡量用已加工表面質(zhì)量來衡量 (3)用切削層單

45、位面積切削力來衡量用切削層單位面積切削力來衡量 (4)用斷屑性能來衡量用斷屑性能來衡量2.7 材料的切削加工性材料的切削加工性 Machinability of Workpiece Materials2.7.3 材料的相對(duì)切削加工性材料的相對(duì)切削加工性Relative Machinability of Workpiece Materials 如果以如果以b0.637GPa的的45鋼的鋼的v60作為基準(zhǔn)，寫作作為基準(zhǔn)，寫作(v60)j，將某種被切削材料將某種被切削材料v60與其相比，則此比值與其相比，則此比值Kr 稱為此種材稱為此種材料的相對(duì)加工性，即料的相對(duì)加工性，即 （2-42）jrK)(6

46、060表表2-5 常用工件材料的切削加工性等級(jí)常用工件材料的切削加工性等級(jí)加工性加工性等級(jí)等級(jí)名稱及種類名稱及種類相對(duì)加工相對(duì)加工性性KT代表性材料代表性材料1很容易切很容易切削的材料削的材料一般有色金屬一般有色金屬3.05-5-5鋼鉛合金，鋼鉛合金，9-4鋁銅合金，鋁銅合金，鋁鎂合金鋁鎂合金2容易切削容易切削的材料的材料易切削鋼易切削鋼2.53.0退火退火15Cr，b=0.380.45GPa自動(dòng)機(jī)鋼自動(dòng)機(jī)鋼b=0.40.5GPa3較易切削鋼較易切削鋼1.62.5正火正火30鋼鋼b=0.450.56GPa4普通材料普通材料一般鋼及鑄鐵一般鋼及鑄鐵1.01.6正火正火45鋼，灰鑄鐵鋼，灰鑄鐵5稍難切削的材料稍難切削的材料0.651.02Cr13調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)b=0.85GPa85鋼鋼b=0.85GPa6難切削材難切削材料料較難切削的材較難切削的材料料0.50.6545Cr調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)b=1.05GPa65Mn調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)b=0.951.0GPa7難切削的材料難切削的材料0.150.550CrV調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì),1Cr18Ni9TY，某些鈦合金某些鈦合金8很難切削的材很難切削的材料料0.15某些鈦合金