《機械制造技術》切削過程及其控制

切削過程及其控制

切削過程是刀具和工件材料相互作用，刀具從工件表面上切去多余材料得到預期零件表面的過程。第一節(jié)

金屬切削刀具基礎第二節(jié)

金屬切削過程中的變形第三節(jié)

切屑的類型及控制第四節(jié)

切削力第五節(jié)

切削熱和切削溫度第六節(jié)

刀具磨損和刀具壽命第七節(jié)

刀具幾何參數(shù)和切削用量的合理選擇第八節(jié)

磨削原理一、金屬切削加工的基本概念二、刀具角度三、刀具材料第一節(jié)金屬切削刀具基礎

一、金屬切削加工的基本概念（一）切削運動與切削中的工件表面1、主運動和進給運動2、合成運動3、切削中的工件表面（二）切削用量1、切削速度2、進給量3、背吃刀量（三）切削層的參數(shù)1、切削層公稱厚度2、切削層公稱寬度3、切削層公稱橫截面積用刀具切除工件，刀具和工件間必須有一定的相對運動，該運動由主運動和進給運動組成；使刀具和工件產(chǎn)生相對運動以進行切削的運動，稱為主運動，主運動的速度稱為切削速度，用Vc表示；使切削能持續(xù)進行，以形成所需工件表面的運動，稱為進給運動，進給運動的速度稱為進給速度，用Vf表示。主運動和進給運動合成后的運動，稱為合成切削運動；外圓車削時，合成切削運動速度Ve的大小和方向由下式確定：

Ve=Vc+Vf。

在切削過程中，工件有三個變化著的表面：待加工表面，工件上即將被切除的表面；已加工表面，切去多余材料后形成的新的工作表面；過渡表面，加工時切削刃正在形成的表面，它處于已加工表面和待加工表面之間。

切削用量三要素是：切削速度Vc；進給量f；背吃刀量Ap。切削刃相對于工件的主運動速度為切削速度，計算時應選取刀刃上速度最高的點進行計算：

其中：d：完成主運動的工件（或刀具）的最

大直徑（mm）

n：工件（或刀具）的轉(zhuǎn)速工件或刀具每轉(zhuǎn)一周（或每往復一次）時，兩者在進給運動方向上的相對位移量為進給量，計算公式是：

：

進給速度：每齒進給量，單位是mm/z：刀齒數(shù)：進給量，單位是mm/r。刀具切削刃與與工件的接觸觸長度在同時時垂直于主運運動和進給運運動的方向上上的投影值稱稱為背吃刀量；外圓車削的背背吃刀量就是是工件已加工表面和和待加工表面面間的垂直距距離：：工件上待加加工表面直徑徑（mm）：工件上已加加工表面直徑徑（mm）切削刃在一次次走刀中從工工件上切下的的一層材料稱稱為切削層；切削層的截面面尺寸參數(shù)稱稱為切削層參數(shù)。切削層公稱厚厚度是指垂直于過過渡表面度量量的切削層尺尺寸：：切削層公稱稱厚度：主偏角：反映了切削削刃單位長度度上的切削負負荷切削層寬度是指沿過渡表表面度量的切切削層尺寸；；：反映了切削削刃參加切削削的工作長度度切削層公稱截截面面積是指切削層在在切削層尺寸寸度量平面內(nèi)內(nèi)的橫截面積積，對于車削削：切削刀具的種種類繁多，結(jié)結(jié)構(gòu)各異，但但是各種刀具具有有共同的特征征，外圓車刀刀是最基本、、最典型的刀刀具，其切切削削部部分分與與其其他他刀刀具具刀刀齒齒的的切切削削部部分分基基本本相相同同，，下下面面以以車車刀刀為為例例。。(一一)刀刀具具切切削削部部分分的的構(gòu)構(gòu)造造二、、刀刀具具角角度度刀具具上上承承擔擔切切削削工工作作的的部部分分稱稱為為切切削削部部分分，，它它由由六六個個基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)要要素素組組成成：：（（3刀刀面面2刃刃線線1尖尖點點））前刀刀面面，切屑屑沿沿其其流流出出的的刀刀具具表表面面；主后后刀刀面面，與與工工件件上上過過渡渡表表面面相相對對的的刀刀具具表表面面；；副后后刀刀面面，與與工工件件上上已已加加工工表表面面相相對對的的刀刀具具表表面面；；主切切削削刃刃，前前刀刀面面與與主主后后刀刀面面的的交交線線，，承擔擔主主要要切切削削工工作作；副切切削削刃刃，前前刀刀面面與與副副后后刀刀面面的的交交線線，，協(xié)協(xié)同同主主切切削削刃刃完完成成切切削削工工作作，，最最終終形形成成已已加加工工表表面面；；刀尖尖，連連接接主主切切削削刃刃和和副副切切削削刃刃的的一一段段刀刀刃刃，，是是一一段段小小圓圓弧弧或或一一段段直直線線。。二、、刀刀具具角角度度(二二)刀刀具具的的標標注注角角度度1、、刀具具標標注注角角度度的的參參考考系系2、、刀刀具具的的標標注注角角度度前角角后角角（副副后后角角））主偏偏角角副偏偏角角刃傾傾角角車刀刀的的標標注注角角度度圖圖3、、刀刀具具的的工工作作角角度度進給給運運動動對對工工作作角角度度的的影影響響刀具具安安裝裝位位置置對對工工作作角角度度的的影影響響刀具具要要實實現(xiàn)現(xiàn)從從工工件件上上切切除除材材料料，，就就必必須須有有一一定定的的切切削削角角度度。。切切削削角角度度決決定定了了刀刀具具切切削削部部分分各各表表面面之之間間的的相相對對位位置置。。為了確確定和和測量量刀具具的角角度，，必須須引入入一個個由三三個參參考平平面組組成的的空間間坐標標系。。組成刀刀具標注角角度參參考系系的參考考平面面：基面Pr，通過過主切切削刃刃上某某一指指定點點，并并與該該點切切削速速度方方向相相垂直直的平平面；；切削平平面Ps，通過過主切切削刃刃上某某一指指定點點，與與主切切削刃刃相切切并垂垂直于于該點點基面面的平平面；；正交平平面Po，通過過主切切削刃刃上某某一指指定點點，同同時垂垂直于于該點點基面面和切切削平平面的的平面面。前角：：在正交平平面內(nèi)測量量的前刀面面和基基面間間的夾夾角；前刀面面在基基面之之下時時前角角為正正值；；前刀刀面在在基面面之上上時前前角為為負值值。后角：：在正交平平面內(nèi)測量量的主后刀刀面與與切削削平面面的夾夾角；后角一一般為為正值值。副后角角'：在副正交交平面面內(nèi)測量量副后刀刀面與與切削削平面面的夾夾角；副正交交平面面為垂垂直于于副切切削刃刃在基基面上上投影影的平平面。。主偏角角：：在在基面內(nèi)測量量的主切削削刃在在基面面上的的投影影與進進給運運動方方向的的夾角角。副偏角角：：在基面內(nèi)測量量的副切削削刃在在基面面上的的投影影與進進給運運動反反方向向的夾夾角。刃傾角角：：在切削平平面內(nèi)測量量的主切削削刃與與基面面之間間的夾夾角；在主切切削刃刃上，，刀尖尖為最最高點點時刃刃傾角角為正正值，，刀尖尖為最最低點點時刃刃傾角角為負負值；；主切切削刃刃與基基面平平行時時，刃刃傾角角為零零。外圓車車刀的的上述述六個個標注注角度度是獨獨立的的，它它們的的大小小會之之間影影響切切削過過程。。Po-PoPoPoP′oP′oP′o-P′oPsPs向vf刀具角角度標標注圖圖橫向進進給運運動對對工作作角度度的影影響：：縱縱向向進給給運動動對工工作角角度的的影響響：刀具安安裝高高低對對工作作角度度的影影響；；刀桿中中心線線與進進給方方向不不垂直直對主主偏角角和副副偏角角的影影響：：三、刀刀具具材材料料（一））刀具材材料的的性能能要求求（二））常用用刀具具材料料1、高速鋼鋼2、硬質(zhì)合合金（三））其他他刀具具材料料1、陶瓷2、立方氮氮化硼硼3、人造金金剛石石較高的的硬度和和耐磨磨性；足夠的的強度和和韌性性；較高的的耐熱性性；良好的的導熱性性和耐耐熱沖沖擊性性能；良好的的工藝性性。高速鋼鋼是加入入較多多的鎢鎢（W）、、鉬（（MO）、鉻鉻（Cr）、釩釩（V）等等合金金元素素的高高合金金工具具鋼；；高速鋼鋼具有較較高的的硬度度（62～67HRC）和和耐熱熱性；；在高高溫(500～～600°°C)下仍仍能切切削；；強度度高、、韌性性好（（常用用材料料中最最好）），可可在有有沖擊擊、振振動的的場合合應用用；高速鋼鋼制造工工藝性性好，，適合合制造造各類類刀具具，尤尤其是是形狀狀復雜雜的刀刀具，，如鉆鉆頭、、拉刀刀、齒齒輪刀刀具等等，優(yōu)優(yōu)于其其它材材料；；高速鋼按性能分為為普通高速鋼鋼和高性能高速速鋼；普通高速鋼鋼的典型牌號號有：W18綜合合性能好，，M2抗彎彎性和韌性性高，可承承受較大沖沖擊；高性能高速速鋼的典型牌號號有：M42綜合合性能好，，501性性能相當，，成本較低低；加入鈷、鋁鋁等合金元元素后使耐耐熱性好，，高溫硬度度較高。硬質(zhì)合金是用高硬度度、難熔的的金屬化合合物和金屬屬粘結(jié)劑在在高溫條件件下燒結(jié)而而成的粉末冶金制制品；硬質(zhì)合金的常溫硬度度達89～93HRA，，在高溫800～1000°°Ｃ還能進行行切削，刀具壽命比比高速鋼高高幾倍至幾幾十倍；硬質(zhì)合金的強度和韌性性差，常溫溫下沖擊韌韌性是高速鋼1/8～1/30，承受切削振振動和沖擊擊的能力較較差；常用于制造造車刀和面面銑刀，以以及尺寸較較小的復雜雜刀具；可可采用整體體制造，但但其成本高，是是高速鋼的的8～10倍倍。ISO（（國際標準準化組織））把切削用用硬質(zhì)合金金分為三類類：P類、、K類和M類；Ｐ類（YT類）硬質(zhì)質(zhì)合金由W，TiC和Co組組成，也稱鎢鈦鈦鈷類硬質(zhì)質(zhì)合金；主主要加工鋼鋼料；常用用牌號有YT5，YT15等等；K類（YG類）硬質(zhì)質(zhì)合金由WC和Co組成，也稱鎢鈷鈷類硬質(zhì)合合金；主要要加工鑄鐵鐵、有色金金屬及合金金；常用牌牌號YG6，YG8等；M類（YW類）硬硬質(zhì)合金是是在WC，，TiC，，Co的基基礎上再加加入TaC而成，有通用硬硬質(zhì)合金之之稱，可加加工鑄鐵、、有色金屬屬、鋼料，，高溫合金金和不銹鋼鋼；常用牌牌號YW1，YW2等。用于制作刀刀具的陶瓷材料主要有兩類類：氧化鋁（））基陶陶瓷，硬度高達達91～95HRA，，耐磨性和耐耐熱性好，但抗彎性性和韌性差差；氮化硅（））基陶陶瓷，具有較高的抗彎性和韌韌性。立方氮化硼硼（CBN）是一種新型型刀具材料料；立方氮化硼硼是由六方氮化硼經(jīng)高溫高壓壓處理轉(zhuǎn)化化而成，硬硬度到達8000HV，僅次次于金剛石石；立方氮化硼硼的化學穩(wěn)定性性好，高溫下不不與鐵產(chǎn)生生化學反應應；耐高溫1300～1500°°Ｃ，熱穩(wěn)定性好好。金剛石可分分為：天然金剛石石和人造金剛石石，由于價格格昂貴，工業(yè)上多用用人造金剛剛石；人造金剛石石是借助某些些合金的觸觸媒作用，，在高溫高高壓條件下下由石墨轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化而成，，硬度高高達6000～10000HV，是目前已知知的最硬物物質(zhì)，可用于加加工硬質(zhì)合合金、陶瓷瓷、鋁合金金等高硬度度、高耐磨磨材料；金剛石刀具具不適于加加工鐵族元元素，它和鐵族族元素的親親和力大，，刀具壽命命低。第二節(jié)金金屬切削過過程中的變變形一、切屑的形成成過程二、切削變形程程度三、前刀面上的的摩擦四、積屑瘤的形形成及其對對切削過程程的影響五、影響切屑變變形的因素素一、切屑的的形成過程程1、變形區(qū)的劃劃分（三個變形形區(qū)）切削變形的的力學本質(zhì)質(zhì)，類似于工件件材料受擠擠壓而產(chǎn)生生剪切滑移移的塑性變變形；剪切角2、切屑的受力力分析在直角自由由切削下，，作用在切屑屑上的力有：前刀面上的的法向力Fn和摩擦力力Ff；剪切面上的的正壓力Fns和剪切切力Fs；這兩對力的的合力相互互平衡；Fn和Ff的合力是F，稱為切屑形成力力。實驗表明：：剪切角與切削力F有直接關關系，剪切角大，，剪切面積積變小，切切削省力；；剪切角小，，剪切面積積變大，切切削費力。。切削層金屬屬形成切屑屑的過程就就是在刀具具的作用下下發(fā)生變形形的過程，，切削過程程中，切削層金屬屬的變形大致分為三個區(qū)域；第一變形區(qū)區(qū)：OA到OM線，，產(chǎn)生塑性性變形———剪切滑移（近切削刃刃處切削層層內(nèi)形成的的變形區(qū)））；第二變形區(qū)區(qū)：與前刀面面接觸的切切削層內(nèi)的的變形區(qū)———擠壓摩擦，，金屬纖維維化（切屑流出出時，與前前刀面接觸觸的切屑底底層受摩擦擦作用后產(chǎn)產(chǎn)生的變形形區(qū)）；第三變形區(qū)區(qū)：近切削刃刃處，已加加工表面層層內(nèi)的變形形區(qū)——擠壓摩擦，，金屬纖維維化與加工工硬化（在已加工工表面上與與后刀面擠擠壓摩擦形形成的變形形區(qū)）。從OA線開開始發(fā)生塑塑性變形，，到OM線線金屬晶粒粒的剪切滑滑移基本完完成。剪切面與切切削速度方方向的夾角角。擠壓剪切應力剪切滑移塑塑性變形分離切屑。二、切削變變形程度切削變形程程度的三種種表示方法法：1、變形系數(shù)2、相對滑移3、剪切角即：分析上式可可知：前角增增大時，剪剪切角隨隨之增大，，變形減小小；摩擦角增增大時，剪剪切角隨隨之減小，，變形增大大。三、前刀面面上的摩擦擦刀屑界面上上正應力和和切應力的的分布粘結(jié)接觸區(qū)區(qū)上各點的的摩擦系數(shù)數(shù)粘結(jié)接觸區(qū)區(qū)平均摩擦擦系數(shù)粘結(jié)區(qū)：屬內(nèi)摩擦。。其內(nèi)摩擦擦力與接觸觸面積成正正比，而與與法向力無無關；滑動區(qū)：遵循庫侖定定律，第二二變形區(qū)通通常以內(nèi)摩摩擦為主。。粘結(jié)接觸區(qū)區(qū)上各點的的摩擦系數(shù)數(shù)：式中：：距切切削刃X點點處的正應應力。粘結(jié)接觸觸區(qū)平均均摩擦系系數(shù)：式中：：分別別為粘結(jié)結(jié)接觸區(qū)區(qū)的摩擦擦力和正正壓力；：切削層層公稱寬寬度；：粘結(jié)接接觸區(qū)平平均正壓壓力。四、積屑屑瘤的形形成及其其對切削削過程的的影響1、積屑瘤的的形成2、積屑屑瘤對切切削過程程的影響響積屑瘤對對切削過過程的影影響積屑瘤的的防止和和控制措措施刀屑面在在法向力力和切向向力的作作用下，，由于接觸峰點點發(fā)生了了強烈的的塑性變變形，破壞了了峰點表表面的氧氧化膜和和吸附膜膜，使峰峰點發(fā)生生了金屬屬對金屬屬的直接接接觸，，同時由由于峰點點上發(fā)生生了強烈烈的塑性性變形，，接觸峰峰點的溫溫度升高高，從而而使正在接接觸的峰峰點金屬屬發(fā)生了了焊接。高溫只只限于這這些正在在接觸的的峰點，，就整個個摩擦物物體溫度度并不高高，因此此，峰點的焊焊接稱之之為冷焊焊。冷焊在在前刀面面的金屬屬稱為積屑瘤；；在切削速度度不高而又能形成帶狀狀切屑的情況下下，加工一般般鋼料或或鋁合金金等塑性材材料時，，常在前前刀面切切削處粘著一塊塊剖面呈呈三角狀狀的硬塊塊，它的硬硬度很高高，通常常是工件件材料硬硬度的2~3倍，，這塊粘粘附在前前刀面上上的金屬屬即為積屑瘤；；位置：第二變變形區(qū)；；原因：摩擦＋＋塑性變變形、堆堆積、硬硬化；形成條件件：切削塑塑性材料料、中等等速度、、形成帶帶狀切屑屑。積屑瘤對對切削過過程的影影響：使刀具實實際前角角變大，，使切削力減減?。ㄓ欣?；使切削厚厚度變化化（先增增大后減減小），，使切削力產(chǎn)產(chǎn)生變化化（不利））；使加工表面粗糙糙度增大大（不利））；對刀具壽壽命的影影響，可可代替刀刀刃切削削，有利利于提高刀具具壽命（有利））；積屑屑瘤脫落落使刀刃刃表面顆顆粒脫落落，使刀具磨損損加?。ú焕环e屑瘤對對切削過過程的影影響有利利有弊。。1）正正確選用用切削速速度，使使切削速度度避開產(chǎn)產(chǎn)生積屑屑瘤的區(qū)區(qū)域；2）使使用潤滑滑性能好好的切削削液，目目的在于于減小切屑屑底層材材料與刀刀具前刀刀面間的的摩擦；；3）增增大刀具具前角，，減小刀具具前刀面面與切屑屑之間的的壓力；；4）適適當提高高工件材材料硬度度，減小加工工硬化傾傾向。五、影影響切屑屑變形的的因素1、工件材料料2、刀具前角角3、切削速度度4、切削層公公稱厚度度工件材料料強度越越高，切屑和和前刀面面的接觸觸長度越越短，使使切屑和和前刀面面的接觸觸面積減減小，變形系數(shù)數(shù)將將隨之之減?。籦、HBs變形刀具前角角增增大，，變形系數(shù)數(shù)隨隨的的增增大而減減小；0切屑流出出的阻力力hch變形；在無積屑屑瘤產(chǎn)生生的切削削速度范范圍內(nèi)，，切削速度度越越大，，變形系系數(shù)越越小小。在無積屑屑瘤的切切削速度度范圍內(nèi)內(nèi)，切削層公公稱厚度度越越大，變變形系數(shù)數(shù)越越小。第三節(jié)切切屑屑的類型型及控制制1、切屑屑的類型型帶狀切屑屑，最常見見的一種種切屑。。加工塑塑性材料料時，在在切削厚厚度較小小、切削速度度較高、、刀具前前角較大大的工況條條件下形形成；節(jié)狀切屑屑，又稱擠擠裂切屑屑。在切削速度度較低、、切削厚厚度較大大、刀具具前角較較小時形成；；粒狀切屑屑，又稱單單元切屑屑。在切切屑形成成過程中中，剪切切面上的的剪應力超超過了材材料的斷斷裂強度度，切屑屑脫落即即形成；；崩碎切屑屑，加工脆性性材料時，材料料抗拉強強度較低低，在刀刀具作用用下即脆脆斷，形形成形狀狀不規(guī)則則的切屑屑。2、切屑屑的控制制不良的切切屑形狀狀會影響響生產(chǎn)的的正常進進行，有的四四處飛濺濺，影響響安全；；有的纏纏繞在刀刀具和工工件上，，易造成成事故，，控制切切屑具有有重要意意義；切屑經(jīng)加加工變形形后，硬硬度增加加性能變變脆，碰碰到刀具具、工件件等物時時，容易易折斷；；研究表明明，工件件材料脆脆性越大大，切削削厚度越越大，切切削卷曲曲半徑越越小，切切削就越越容易折折斷?？刹扇∫砸韵麓胧┦η行紝崒嵤┛刂浦疲翰捎脭嘈夹疾郏瑢η行夹际┘右灰欢ǖ募s約束力；；改變刀具具角度：增大主主偏角，，加大切切削厚度度，有利利于斷屑屑；減小小前角，，切屑易易折斷；；刃傾角角控制切切屑的流流向；調(diào)整切削削用量，提高進進給量使使切削厚厚度增大大，對斷斷屑有利利，但會會增大加加工表面面粗糙度度。前角較大大時，采采用C））型斷屑屑槽刀具具的強度度較好。。b)外斜斜式能在在較寬的的切削用用量范圍圍內(nèi)實現(xiàn)現(xiàn)斷屑；；c)內(nèi)斜斜式斷屑屑范圍窄窄；a)平行行式介于于兩者之之間。一、切削削力、切切削合力力與分力力、切削削功率二二、切切削力的的測量及及切削力力經(jīng)驗公公式三三、影響響切削力力的因素素第四節(jié)切切削力力1、切削削力切削力的的來源2、切削合力力及分解解3、切削功率率4、單位切削削力的概概念二、切削力的的測量及及切削力力經(jīng)驗公公式三、影響切削削力的因因素一、切削力、切削合力與分力、切削功率

切削力的的來源：：1）克服切削層材材料和工工件表面面層材料料對彈性性變形、、塑性變形的抗抗力；2）克服刀具與切切屑、刀刀具與工工件表面面間摩擦阻力力所需的力力。為了便于于測量和和應用，，將作用用在刀具具切削部部位上的的合力F分解為三三個互相相垂直的的分力；：切削力（也稱切切向力、、主切削削力），，垂直于于基面，，與vc方向一致致；是計算切切削功率率和設計計機床的的主要參參數(shù)；：背向力（也稱切切深抗力力、徑向向力），，平行于于基面，，與進給給方向垂垂直；使使加工系系統(tǒng)產(chǎn)生生變形，，對加工精精度影響響最大；；：進給力（也稱軸軸向力）），平行行于基面面，與進進給方向向平行；；是設計機機床進給給系統(tǒng)或或校核強強度的主主要參數(shù)數(shù)。三個分力力中，最最大；；約約0.15~0.7；；約0.1~0.6；；消耗在切切削過程程中的功功率為切切削功率率PC（kW)；因為在方方向上的的位移很很小，可可忽略，，近視認認為其不不作功，，切削功率率為、、所所消消耗功率率之和；計算公式式中第二二項與第第一項比比很小，，1%，，忽略。。單位切削削面積上上的切削削力稱為為單位切切削力，，用kc（N/mm2）表示。。1、切削削力的測測量目前日常常用的測測力儀有有電阻式式測力儀儀和壓電電式測力力儀；在自動化化生產(chǎn)中中，還可可以用測測力系統(tǒng)統(tǒng)測得的的切削力力信號實實時監(jiān)控控和優(yōu)化化切削過過程。2、切削削力經(jīng)驗驗公式生產(chǎn)實際際中應用用比較廣廣泛的切切削力經(jīng)經(jīng)驗公式式。3、計算例題題二、切削力的測量及切削力經(jīng)驗公式1、工件材料料的影響響2、切削削用量的的影響背吃刀量量和進給給量切削速度度3、刀具幾何何參數(shù)的的影響4、刀具磨損損5、切削液6、刀具材料料三、影響切削力的因素工件材料料的強度度、硬度度越高，，切削力力越大；切削脆性性材料時時，由于其塑塑性變形形和與前前刀面的的摩擦都都比較小小，切削力相相對較小小。背吃刀量量增增大大時，變形系系數(shù)不不變變，切削力成正比比增大；進給量f增大時，有有所下下降，故故切削力不不成正比比增大；加工塑性性材料時時，在無積屑屑瘤產(chǎn)生生的切削削速度范圍內(nèi)，，隨著vc的增大，，切削力減減?。辉诋a(chǎn)生積積屑瘤的的情況（5m/min<vc<27m/min)，當積屑瘤處處于生長長期時，，切削力力下降；當積屑瘤處處于消退退期，切切削力上上升；如圖是加加工塑性性金屬得得到的實實驗曲線線：加工塑性性材料時時，刀具具前角對對切削力力的影響響較大；加工脆脆性材料料時，其其影響不不明顯；；為了提高高刀尖部部位強度度，改善善散熱條條件，常常在主切切削刃上上磨出一一個帶有有負前角角的棱臺臺（負倒倒棱）；；負倒棱對對切削力力的影響響與其所所起的作作用有關關。后刀面磨磨損增大大時，后刀面面的法向向力和摩摩擦力都都增大，，切削力增增大。使用以冷冷卻作用用為主的的切削液液對切削削力影響響不大；；使用潤滑滑作用強強的切削削液（如如切削油油）可使使切削力力減小。。刀具材料料與工件件材料間間的摩擦系數(shù)數(shù)影響摩摩擦力的的大小，，使切削削力變化化；用陶瓷刀刀具比用用硬質(zhì)合合金刀具具的切削削力??；；用高速速鋼刀具具的切削削力大于于用陶瓷瓷刀具和和硬質(zhì)合合金刀具具的。第五節(jié)節(jié)切切削熱熱和切切削溫溫度一、切削熱熱的產(chǎn)產(chǎn)生與與傳導導二、切削溫溫度的的測量量三、影響切切削溫溫度的的主要要因素素切削熱熱與切切削溫溫度是是切削削過程程中產(chǎn)產(chǎn)生的的又一一物理理現(xiàn)象；；切削時時做的的功，，可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為等量量的熱熱。切削熱除少少量散散逸在在周圍圍介質(zhì)質(zhì)中，，均傳傳入刀刀具、、切屑屑和工件件中，，引起起工件件變形形，加加劇刀刀具磨磨損。。切削熱熱來源源于兩個個方面面：切削層層金屬屬發(fā)生塑塑性和和彈性性變形形所消耗耗的能能量；；切屑與與前刀刀面、、工件件與后后刀面面間的的摩擦熱熱；切削過過程中中的三個變變形區(qū)區(qū)就是是三個個發(fā)熱熱區(qū)；；切削熱熱公式式；影響散散熱的的主要要因素素。一、切削熱的產(chǎn)生與傳導切削熱熱是通通過切切削溫溫度對對工件件和刀刀具產(chǎn)產(chǎn)生作作用的。切削區(qū)區(qū)域溫溫度的的高低低，決決定于于該處處切削削熱的的多少和散散熱的的快慢慢。切削溫溫度是是由切切削時時消耗耗總功功形成成熱量量引起起的。。單位位時間間產(chǎn)生生的切切削熱熱：Qc=Fc*Vc(J/S)Qc：：單位位時間間產(chǎn)生生的切切削熱熱FC：主切切削力力（N）Vc：切切削速速度（（m/s））切削熱熱由切切屑、、工件件、刀刀具及及周圍圍的介介質(zhì)向向外傳傳導，，影響散散熱的的主要要因素素是：工件材材料的的導熱熱系數(shù)數(shù)，工件件材料料的導導熱系系數(shù)高高，由由切屑屑和工工件傳傳導出出去熱熱量多多，切切削區(qū)區(qū)的溫溫度低低；刀具材材料的的導熱熱系數(shù)數(shù)，熱量量向刀刀具內(nèi)內(nèi)部的的傳導導快，，切削削區(qū)的的溫度度低；；周圍介介質(zhì)，采用用切削削液能能有效效地降降低切切削區(qū)區(qū)溫度度。相關數(shù)數(shù)據(jù)表表明：：車削加加工時時，切切削熱熱中50％％~86%由切切屑帶帶走，，40%~10%傳傳入車車刀，，9％~3％％傳入入工件件，1％％左右右通過過輻射射傳入入空氣氣。切削速速度越越高，，切削削厚度度越大大，則則由切切屑帶帶走的的熱量量越多多。鉆削加加工時時，28％％的切切削熱熱由切切屑帶帶走，，14.5％傳傳入刀刀具，，52.5％傳傳入工工件，，5％％左右右傳入入周圍圍介質(zhì)質(zhì)。二、切切削溫溫度的的測量量測量切切削溫溫度的的方法法較多多，有有熱電電偶法法、熱熱輻射射法、、紅外外線法法等，，其中中熱電電偶法法屬近近似測測量，，但其其裝置置簡單單、測測量方方便，，是較較為常常用的的測溫溫方法法；自然熱熱電偶偶法，，用于于測定定切削削區(qū)域域的平平均溫溫度；人工熱熱電偶偶法，，用于于測量量刀具具、切切屑和和工件件上指指定點點的溫溫度，以求求得溫溫度分分布場場和最最高溫溫度的的位置置，刀刀具具、切切屑和和工件件的溫溫度分分布。。三、影影響切切削溫溫度的的主要要因素素1、切削用用量對對切削削溫度度的影影響2、刀刀具幾幾何參參數(shù)對對切削削溫度度的影影響3、工件材材料對對切削削溫度度的影影響4、刀具磨磨損對對切削削溫度度的影影響5、切削液液對切切削溫溫度的的影響響切削用量量是影響響切削溫溫度的主主要因素素，車削時：：Vc↑，前刀面面的摩擦擦熱來不不及傳導導，散熱熱條件較較差，對切削溫溫度影響響最大；；f↑，切屑變變厚，由由切屑帶帶走的熱熱量增多多，散熱熱條件有有所改善善，對切削溫溫度影響響不如Vc大；；ap↑，刀刃工工作長度度增大，，散熱條條件顯著著改善，，對切削溫溫度影響響較小。。前角增大大，切削變形形和摩擦擦減小，，切削力力減小，，切削溫度度下降。。主偏角減減小，切削刃工工作長度度增大，，散熱條條件變好好，切削溫度度下降。。工件材料料的強度度和硬度度高，產(chǎn)產(chǎn)生的切切削熱多多，切削削溫度高高。工件材材料的導導熱系數(shù)數(shù)小時，，熱量散散逸慢，，切削溫溫度相對對較高；；合金鋼導熱系數(shù)數(shù)較小，，產(chǎn)生的的切削溫溫度可高高于45鋼30%；不銹鋼的強度、、硬度較較低，但但導熱系系數(shù)較45鋼低低3倍，，則切削削溫度可可高于45鋼40%；；切削削灰鑄鐵等脆性性材料時，由于切削削變形小，摩摩擦小，切削削溫度一般較較切削鋼時低低，比45鋼鋼約低25%。刀具磨損使切削刃變鈍鈍，切削變形形增大，摩擦擦加劇，切削溫度上升升。使用切削液可可以從切削區(qū)區(qū)帶走大量熱熱量，可以明顯降低切削溫度度，提高刀具壽壽命。第六節(jié)刀刀具磨損和刀刀具壽命一、刀具磨損損形態(tài)和磨損損機制1、刀具磨損的形形態(tài)2、刀具磨損機制制二、刀具磨損損過程及磨鈍鈍標準1、刀具磨損過程程2、刀具的磨鈍標標準三、刀具壽命命1、刀具壽命的定定義2、刀具壽命的經(jīng)經(jīng)驗公式刀具壽命的選選用制定刀具壽命命的注意事項項四、刀具的破損刀具磨損形式式分為正常磨損和非正常磨損兩大類；正常磨損指在在刀具設計與與使用合理、、制造與刃磨磨質(zhì)量符合要要求的情況下下，刀具在切切削過程中逐逐漸產(chǎn)生的磨磨損；非正常磨損指指刀具在切削削過程中突然然或過早產(chǎn)生生破壞現(xiàn)象，，主要有破損損（刀面或刀刀刃產(chǎn)生裂紋紋、碎裂）和和卷刃（刀面面或刀刃產(chǎn)生生塌陷、隆起起等塑性變形形）；刀具正常磨損損形態(tài)：前刀刀面磨損（月月牙洼磨損））、后刀面磨磨損、邊界磨磨損。后刀面磨損：由于后刀面面和加工表面面的強烈摩擦擦，靠近切削削刃部位會磨磨出小棱面，，分為三個區(qū)區(qū)域，刀尖附附近——磨損損大，中間———磨損均勻勻；遠離刀尖尖處——邊界界磨損。前刀面磨損：切屑在前刀刀面上流出，，由于摩擦的的作用，在前前刀面上近切切削刃切削溫溫度最高處，，會有月牙洼洼磨損，使切切削刃強度降降低，易導致致崩刃；在生產(chǎn)中，較較常見到的是是后刀面磨損損，尤其是在在切削脆性材材料和切削厚厚度較小的情情況下；前刀面磨損（（月牙洼磨損損）通常是在在高速、大進進給量（f>0.5mm/r)切削塑性材材料時產(chǎn)生的的。切削時刀具的磨損是是在高溫高壓壓條件下產(chǎn)生生的，因此，形成成刀具磨損機機制非常復雜雜，涉及到機機械、物理、、化學和相變變等的作用；；刀具磨損機制制：硬質(zhì)點劃劃痕、冷焊粘粘結(jié)、擴散磨磨損、化學磨磨損。硬質(zhì)點劃痕：由工件材料料中所含的碳碳化物、氮化化物、氧化物物等硬顆粒以以及積屑瘤碎碎片等在刀具具表面上劃出出溝紋形成，，在各種切削削速度下都存存在硬質(zhì)點劃劃痕，是低速刀具產(chǎn)產(chǎn)生磨損的主主要原因；冷焊粘結(jié)：切屑與前刀刀面由于高溫溫高壓的作用用，切屑底層層材料與前刀刀面發(fā)生冷焊焊粘結(jié)，刀具具表面微粒被被切屑粘走造造成刀具粘結(jié)結(jié)磨損，是中等偏低速速度產(chǎn)生磨損損的主要原因因；擴散磨損：刀具后刀面面與工件已加加工面、切屑屑底層與前刀刀面在高溫高高壓的作用下下，刀具材料料和工件材料料中化學元素素相互擴散，，削弱了刀具具材料的性能能，加快了刀刀具的磨損。。在高溫下產(chǎn)產(chǎn)生擴散磨損損，隨溫度升高而而加劇；化學磨損：在一定溫度度下，刀具材材料與周圍介介質(zhì)起化學作作用，使刀具具表面形成硬硬度較低的化化合物，造成成刀具材料磨磨損，主要發(fā)生在較較高切削速度度條件下。正常磨損情況況下，刀具磨磨損量隨著時時間增加而逐逐漸擴大；刀具磨損過程程分為三階段段：初期磨損損階段、正常常磨損階段、、急劇磨損階階段；初期磨損階段段，新刀刃投入入使用，刀具具后刀面承受受的正壓力較較大，加上后后刀面微觀凹凹凸不平，刀刀具磨損速度度很快；正常磨損階段段，經(jīng)初期磨損損，刀具后刀刀面與工件接接觸面積增大大，后刀面微微觀凹凸不平平被磨平，刀刀具磨損速度度變慢，是刀刀具的有效工工作階段；急劇磨損階段段，刀具磨損量量增加到一定定程度，切削削力、切削溫溫度急劇加大大，刀具磨損損速度加快，，直到喪失切切削能力。應應在此之前應應更換刀具。。刀具磨損到一一定限度就不不能繼續(xù)使用用了,這個磨磨損限度稱為為刀具的磨鈍鈍標準；由于通常刀具具的后刀面都都會發(fā)生磨損損，ISO規(guī)規(guī)定了刀具的的磨鈍標準：：以1/2背吃刀刀量處后刀面面上測量的磨磨損帶寬度VB作為刀具的磨磨鈍標準；精加工時磨鈍鈍標準取較小小值，粗加工工時取較大值值；工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛性差時，，磨鈍標準取取較小值；切切削難加工材材料時，磨鈍鈍標準也要取取較小值。自動化生產(chǎn)中中的精加工刀刀具，為保證證工件的尺寸寸精度，常以以刀具徑向尺尺寸磨損量NB作為標準準。刃磨后的刀具具自開始切削削直到磨損量量達到磨鈍標標準為止，所所經(jīng)歷的總切切削時間，稱稱為刀具壽命，用T表示；一把新刀往往往要經(jīng)過多次次重磨才會報報廢，刀具壽壽命是指兩次次刃磨之間所所經(jīng)歷的時間間；用刀具壽命乘乘以刃磨次數(shù)數(shù)，得到的就就是刀具總壽命。試驗結(jié)果表明明：切削速度是影影響刀具磨損損的主要因素素。切削用量對刀刀具壽命的影影響順序（vc→f→ap)與對切削溫溫度的影響完完全一致；切削用量與刀具壽命密切切相關，刀具壽命T選選得高，切削削用量就要取取得小，使切切削效率降低低；反之，使使換刀次數(shù)增增多，刀具消消耗變大；確定刀具壽命命的原則：按單件工序時時間最少的原原則確定的刀刀具壽命叫最高生產(chǎn)率刀刀具壽命；按單件工藝成成本最低的原原則確定的刀刀具壽命叫最小成本刀具具壽命。比較最高生產(chǎn)率刀刀具壽命和最最小成本刀具具壽命的計算算式可以得出出：后者大于于前者，顯然然低成本允許許的切削速度度低于高生產(chǎn)產(chǎn)率允許的切切削速度。刀具壽命的選選用：一般情況下，，應采用最小小成本刀具壽壽命；在生產(chǎn)任務緊緊迫或生產(chǎn)中中出現(xiàn)節(jié)拍不不平衡時，可可選用最高生生產(chǎn)率刀具壽壽命。制定刀具壽命命時，還應具具體考慮以下下幾點：1）刀具構(gòu)造復雜雜、制造和磨磨刀費用高時，刀具壽命命應規(guī)定得高些；

2）多多刀車床的車車刀，組合機機床床上的鉆鉆頭、絲錐和和銑刀，自動動機及自動線線上的刀具，，刀具壽命應應規(guī)定的高些；

3）某工序的生產(chǎn)產(chǎn)成為生產(chǎn)線線上的瓶頸時，刀具壽命命應定得低些，以提高該該工序的生產(chǎn)產(chǎn)節(jié)拍；某工序單位時時間的生產(chǎn)成成本較高時，刀具壽命命應規(guī)定得低一些，以選用用較大的切削削用量；4）精加工大大型工件時，，刀具壽命應應規(guī)定的高些，以保證在在一次走刀中中不換刀。刀具的破損是是相對于磨損損而言的，兩兩者都是在切切削力和切削削熱的作用下下發(fā)生的；磨損是逐漸發(fā)發(fā)展的過程，，破損是突發(fā)發(fā)的。刀具的破損形形式有脆性破損和塑性破損：硬質(zhì)合金刀具具和陶瓷刀具具在切削時，，由于機械應應力和熱應力力沖擊作用下下，常發(fā)生的的損壞形態(tài)為為脆性破損，，有：崩刃、、碎斷、剝落落、裂紋破損損等；塑性破損發(fā)生生在刀具前刀刀面與切屑、、后刀面與工工件接觸面上上，由于過高高的溫度和壓壓力的作用，，刀具表層材材料發(fā)生塑性性流動而喪失失切削能力。?？顾苄云茡p損取決于刀具具材料的硬度度和耐磨性，，高速鋼耐熱熱性較差，易易發(fā)生這種破破損；硬質(zhì)合金刀具具和陶瓷刀具具則不易發(fā)生生。第七節(jié)刀刀具幾何參數(shù)數(shù)和切削用量量的合理選擇擇一、刀具幾何參數(shù)數(shù)的選擇二、切削用量的選選擇原則一、刀具幾何何參數(shù)的選擇擇刀具的切削性性能主要由刀刀具材料的性性能和刀具幾幾何參數(shù)兩方面決定。。當?shù)毒卟牧虾秃偷毒呓Y(jié)構(gòu)確確定后，合理理選擇和改進進刀具幾何參數(shù)是保證證加工質(zhì)量、、提高效率、、降低成本的的有效途徑。。1、前角選擇原則2、后角選擇原則3、主偏角、、副偏角選擇原則4、刃傾角選擇原則前角影影響切削過程程中的變形和和摩擦，同時時又影響刀具具的強度；增大前角可以以減小切削變變形，降低切切削力和切削削溫度，但過過大的前角會會使刀刃強度度下降，刀頭頭散熱體積減減小而溫度上上升，刀具壽壽命下降；前角選擇原則則：在刀具強度許許可條件下，，盡量選用大大的前角；對于成型刀刀具（車刀、、銑刀、齒輪輪刀具），減減小前角可以以減少刀具截截形誤差，提提高零件加工工精度；前角的大小應應由工件材料料、刀具材料料和加工工藝藝要求決定；；工件材料的強強度、硬度較較低時，前角角應取得大些些，反之應取較小小的前角；加工塑性材料料宜取較大的的前角，加工脆性材料料宜取較小的的；刀具材料韌性性好時宜取較較大前角，反之取較小前前角；粗加工時，應應取小前角；；精加工時，，取較大前角角；工藝系統(tǒng)剛性性差時，應取取較大前角；；用硬質(zhì)合金刀刀具加工一般般鋼時，=10o~20o；加工鑄鑄鐵時，=8o~12o；前角范圍為為-10o~30o。后角影影響切切削中的摩擦擦和刀具強度度，較大的后角可可以減小刀具具后刀面與工工件之間的摩摩擦，提高已已加工表面質(zhì)質(zhì)量；過大的的后角會削弱弱切削刃強度度，減小刀頭頭散熱體積，，使刀具壽命命降低；后角選擇原則則是：在粗加工以確保刀具強強度為主，在在4o~6o范圍內(nèi)選取取；精加工時以保證加工工表面質(zhì)量為為主，一般取取6o~8o；普通車刀的副副后角做成成與主后角相相等；后角范范圍4o~12o。切削厚度較小小時，宜取較較大的后角；；粗加工、強力力切削及承受受沖擊載荷的的刀具，宜取較小后角角；工件材料硬度度、強度較高高時，宜取較小小的后角；工件材料較軟軟、塑性較大大時，宜取較大大后角；切削脆性材料料，宜取較小后后角；對尺寸精度要要求高的刀具具，宜取較小的的后角；車削一般鋼和和鑄鐵時，車車刀后角通常常取為6o~8°。主偏角主主要影響切切削寬度和切切削厚度的比比例，影響加加工表面粗糙糙度，并影響響刀具強度；；副偏角主主要影響響加工表面的的粗糙度和刀刀具強度；減小主偏角和和副偏角，可可以使已加工工表面殘留面面積的高度減減小，加工粗粗糙度減?。?；同時又可以以提高刀尖強強度，改善散散熱條件，提提高刀具壽命命；增大主偏角是是控制斷屑的的一個重要措措施；主偏角選擇原原則是：工藝系統(tǒng)剛剛性較差時，，為減小切削削力，宜取較較大的主偏角角；工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛性較好時時，則宜取較較小主偏角；；工件材料硬硬度、強度較較高時，為提提高刀具壽命命，宜取較小小主偏角。副偏角選擇原原則是：在不不產(chǎn)生摩擦和和振動的條件件下，應取較較小的副偏角角；工件強度、硬硬度高或刀具具作斷續(xù)切削削時，宜取較較小副偏角；；精加工時，，宜取較小副副偏角；工件件強度、硬度度高或刀具作作斷續(xù)切削時時，宜取較小小副偏角；車削階梯軸取取<=90o；車削外圓圓又車削端面面時取=45o；一般刀具的主主偏角取15o~95o；副偏角取15o~25o。刃傾角主主要要影響切屑的的流向和刀具具強度；副刃傾角的車車刀刀頭強度度好，散熱條件也也好；絕對值較大的的刃傾角可使使切削刃實際鈍圓半徑徑較小，使切切削刃鋒利；；切削刃不為零零時，刀刃是逐漸漸切入切出的的，可減小對對刀具的沖擊擊，提高加工工平穩(wěn)性；刃傾角的選擇擇原則是：根據(jù)刀具強強度、切屑流流向和加工條條件而定，通通常范圍-30o~5o；二、切削用量量的選擇原則則合理切削用量量1、切削用量與生生產(chǎn)效率、刀刀具壽命的關關系結(jié)論2、切削用量的選選擇原則3、切削用量量三要素的選選擇背吃刀量進給量切削速度確定切削速度度的注意事項項例2-2切削用量的選選擇對生產(chǎn)率率、加工成本本和加工質(zhì)量量均有重要作作用；合理的切削用用量是指在保證加加工質(zhì)量的前前提下，能取取得較高的生生產(chǎn)效率和較較低成本的切切削用量；約束切削用量量選擇的主要要條件有：工工件的加工要要求；刀具材材料的切削性性能；機床性性能；刀具壽壽命。切削用量三要要素均與Q保保持線性關系系，即三者對對機床切削效效率影響的權權重是完全相相同的；從提高生產(chǎn)率率考慮，切削削用量三要素素中任一要素素提高一倍，，機床效率均均提高一倍；；三者對刀具壽壽命的影響卻卻是完全不同同的，對刀具具壽命影響大大小的順序依依次是：vc→f→ap。在保持刀具壽壽命一定的條條件下，提高背吃刀量量比提高進給給量的生產(chǎn)效效率高，比提提高切削速度度的生產(chǎn)效率率更高。選擇切削用量量的基本原則則：首先選取盡可能大大的背吃刀量量ap；其次根據(jù)機床床進給機構(gòu)強強度，刀桿剛剛度等限制條條件（粗加工工時）或已加加工表面粗糙糙度要求（精精加工時），，選取盡可能大大的進給量f；最后根據(jù)“切切削用量手冊冊“查取或根根據(jù)公式計算確定切削削速度Vc。背吃刀量根據(jù)據(jù)加工余量確確定；粗加工時，除除了留給下一一道工序的余余量外，一次次走刀盡可能能切除掉全部部余量，有時時ap可達8~10mm；有時需要分幾幾刀切，加工工余量太大；；工藝系統(tǒng)剛剛性不足；斷斷續(xù)切削；切切削層表層有有硬皮等；半精加工時，，ap可取為0.5~2mm；精加工時時，ap可取為0.1~0.5mm。進給量f的的選取要分分粗加工和精精加工兩種情情況，粗加工工時，合理的的進給量應是是工藝系統(tǒng)所所能承受的最最大進給量；；半精加工和和精加工時，，主要根據(jù)表表面粗糙度要要求選擇進給給量；限制制粗粗加加工工進進給給量量的的因因素素有：：機機床床進進給給機機構(gòu)構(gòu)的的強強度度、、刀刀桿桿的的強強度度和和剛剛度度、、硬硬質(zhì)質(zhì)合合金金或或陶陶瓷瓷刀刀片片的的強強度度等等；；限制制精精加加工工進進給給量量的的主主要要因因素素是：：表表面面粗粗糙糙度度和和加加工工精精度度要要求求。。1））精加加工工時時，，應應盡盡量量避避開開產(chǎn)產(chǎn)生生積積屑屑瘤瘤的的速速度度區(qū)區(qū)；；2））作斷斷續(xù)續(xù)切切削削，，應應適適當當降降低低切切削削速速度度；；3））在易易產(chǎn)產(chǎn)生生振振動動的的情情況況下下，，機機床床主主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速應應選選擇擇能能進進行行穩(wěn)穩(wěn)定定切切削削的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速區(qū)區(qū)進進行行；；4））加工工大大件件、、細細長長件件、、薄薄壁壁件件以以及及帶帶鑄鑄、、鍛鍛外外皮皮的的工工件件時時，，應應選選較較低低的的切切削削速速度度。。根據(jù)據(jù)CA6140型車車床床主主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速數(shù)數(shù)列列，，取取n=710r/min；；故實實際際切切削削速速度度為為：：Vc=3.14*（（68-6））*710/1000=138m/min；；因半半精精車車中中ap和f均不不大大，，在在通通常常條條件件下下，，可可不不校校核核機機床床功功率率和和機機床床進進給給機機構(gòu)構(gòu)強強度度。。第八八節(jié)節(jié)磨磨削削原原理理一、、砂輪輪的特特性性和和選選擇擇1、、磨磨料料2、、粒粒度度3、、結(jié)結(jié)合合劑劑4、、硬硬度度5、、組組織織6、、砂砂輪輪形形狀狀砂輪輪特特性性的的表表示示二、、磨削削過過程程三、、單單顆顆磨磨粒粒的的切切削削厚厚度度單顆顆磨磨粒粒的的最最大大切切削削厚厚度度單顆顆磨磨粒粒的的切切削削厚厚度度變變化化對對磨磨削削過過程程的的影影響響四、、磨削削溫溫度度砂輪輪是是用用結(jié)結(jié)合合劑劑把把磨磨粒粒粘粘結(jié)結(jié)起起來來，，經(jīng)經(jīng)壓壓坯坯、、干干燥燥、、焙焙燒燒及及修修整整而而成成，，它的特性性決定于于磨料、、粒度、、結(jié)合劑劑、硬度度、組織織及形狀狀尺寸等等；砂輪的特特性主要要由磨料料、粒度度、結(jié)