第2章車削加工1

第2章車削加工主講徐偉讓我們共同度過四十五分鐘快樂的時光！金屬切削加工的實質(zhì)金屬切削加工就是利用工件和刀具之間的相對（切削）運動，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金屬層，從而獲得具有一定加工質(zhì)量零件的過程。由此可見，理解零件加工質(zhì)量的概念；掌握切削運動和金屬切削刀具的基本知識；認識金屬切削過程的基本規(guī)律是學(xué)習(xí)金屬切削加工的基本內(nèi)容。2.1車削原理切削加工時,為了獲得各種形狀的零件,刀具與工件必須具有一定的相對運動,即切削運動，切削運動按其所起的作用可分為主運動和進給運動。一、刀具和工件的運動（切削運動）（一）主運動

由機床或人力提供的主要運動。它使刀具與工件之間產(chǎn)生主要的相對運動。主運動的特點是速度最高，消耗功率最大。車削時，主運動是工件的回轉(zhuǎn)運動；牛頭刨床刨削時，主運動是刀具的往復(fù)直線運動。機床的主運動圖7.1.2刨削運動和工件上的表面圖7.1.1車削運動和工件上的表面（二）進給運動也是由機床或人力提供的運動。它使刀具與工件間產(chǎn)生附加的相對運動，進給運動將使被切金屬層不斷地投入切削，以加工出具有所需幾何特性的已加工表面。進給運動的特點：在切削過程中速度低，消耗動力少。其運動可以是間歇的，也可以是連續(xù)的；可以是直線運動，也可以是旋轉(zhuǎn)運動。車削外圓時，進給運動是刀具的縱向運動；車削端面時，進給運動是刀具的橫向運動。牛頭刨床刨削時，進給運動是工作臺的移動。主運動的運動形式可以是旋轉(zhuǎn)運動，也可以是直線運動；主運動可以由工件完成，也可以由刀具完成；主運動和進給運動可以同時進行，也可以間歇進行；主運動通常只有一個，而進給運動的數(shù)目可以有一個或幾個。（3）臺鉆（3）主運動和進給運動的合成

當主運動和進給運動同時進行時，切削刃上某一點相對于工件的運動為合成運動，常用合成速度向量ve來表示。回51常見的切削運動二、加工中的工件表面切削加工過程中，在切削運動的作用下，工件表面一層金屬不斷地被切下來變?yōu)榍行迹瑥亩庸こ鏊枰男碌谋砻?，在新表面形成的過程中，工件上有三個依次變化著的表面，它們分別是：

待加工表面

即將被切去金屬層的表面；過渡表面

切削刃正在切削而形成的表面,切削表面又稱加工表面或切削表面；已加工表面

已經(jīng)切去多余金屬層而形成的新表面。加工中的工件表面2.1.1切削用量和切削層參數(shù)1）切削速度vc

在切削加工時，切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度稱為切削速度，它表示在單位時間內(nèi)工件和刀具沿主運動方向相對移動的距離,單位為m/min或m/s。主運動為旋轉(zhuǎn)運動時,切削速度vc計算公式為:式中d－工件直徑（mm）

n－工件或刀具每分(秒)鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r/min或r/s)一、切削用量：用來表示切削加工中主運動和進給運動參數(shù)的數(shù)量。式中L一往復(fù)運動行程長度(mm)nr一主運動每分鐘的往復(fù)次數(shù)(往復(fù)次數(shù)/min)。主運動為往復(fù)運動時,平均切削速度為：2）進給量f

進給量f：刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述或度量。車削時進給量的單位是mm/r，即工件每轉(zhuǎn)一圈,刀具沿進給運動方向移動的距離。刨削、插削時主運動為往復(fù)直線運動,其間歇進給的進給量為mm/str(毫米/行程），即每個往復(fù)行程刀具與工件之間的相對橫向移動距離。單位時間的進給量，稱為進給速度，車削時的進給速度vf

計算公式為:銑削時，由于銑刀是多齒刀具，進給量單位除mm/r外，還規(guī)定了每齒進給量，用“fz”表示，單位是(mm/z)，vf、f、fz三者之間的關(guān)系為：z為多齒刀具的齒數(shù)3）背吃刀量（切削深度）ap

吃刀量a：兩個垂直于測量方向平面間的距離，該兩平面分別通過作用切削刃上兩個使上述平面間的距離為最大的點。對于外圓車削，背吃刀量ap等于工件已加工表面和待加工表面之間的垂直距離,單位為mm。即：式中dw－待加工表面直徑dm－已加工表面直徑吃刀量a又分為背吃刀量ap、側(cè)吃刀量ae和進給吃刀量af。二、切削層參數(shù)1）切削層公稱厚度（hD）在同一瞬間的切削層橫截面積與其公稱切削層寬度之比，（工件或刀具每移動一個進給量f，刀具主切削刃相鄰兩個位置之間的距離。）2）切削層公稱寬度（bD）在給定瞬間，作用主切削刃截形上兩個極限點間的距離，在切削層尺寸平面中測量。（刀具主切削刃與工件的接觸長度。）3）切削層公稱橫截面積（AD）在給定瞬間，切削層在切削尺寸平面里的實際橫截面積。如圖所示，車外圓時，當主、副切削刃為直線，且s=0，切削層就是車刀由位置Ⅰ移動到位置Ⅱ即一個f距離，刀具正在切削的那層金屬層，可見，切削層的形狀是平行四邊形。hDfapbDr切削層公稱厚度hD

簡稱切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削層尺寸。切削層公稱寬度bD

簡稱切削寬度，是沿切削表面度量的切削層尺寸。

切削層公稱橫截面積AD2.1.2刀具切削部分的幾何參數(shù)切削刀具種類很多,如車刀、刨刀、銑刀和鉆頭等。它們幾何形狀各異,復(fù)雜程度不等，但它們切削部分的結(jié)構(gòu)和幾何角度都具有許多共同的特征，其中車刀是最常用、最簡單和最基本的切削工具，因而最具有代表性。其他刀具都可以看作是車刀的組合或變形。如圖所示。nf切削部分夾持部分一、構(gòu)造要素刀具的組成：切削部分夾持部分(一)刀具切削部分的組成三面兩刃一刀尖車刀由切削部分、刀柄兩部分組成。切削部分承擔切削加工任務(wù)，刀柄用以裝夾在機床刀架上。切削部分是由一些面、切削刃組成。常用的外圓車刀是由一個刀尖、兩條切削刃、三個刀面組成的。三個刀面、兩個刀刃、一個尖nf前刀面1）前刀面前刀面Aγ

刀具上切屑流過的表面；三個刀面、兩個刀刃、一個尖nf前刀面主后面2）后刀面Aα

與工件上切削表面相對的刀面；三個刀面、兩個刀刃、一個尖nf前刀面主后面副后面3）副后刀面Aαˊ

與已加工表面相對的刀面。三個刀面、兩個刀刃、一個尖nf前刀面主切削刃4）主切削刃S

前刀面與后刀面的交線，承擔主要的切削工作；三個刀面、兩個刀刃、一個尖nf前刀面主切削刃副切削刃5）副切削刃Sˊ

前刀面與副后刀面的交線，承擔少量的切削工作。三個刀面、兩個刀刃、一個尖nf前刀面主切削刃副切削刃刀尖6）刀尖主、副切削刃相交的一點，實際上該點不可能磨得很尖，而是由一段折線或微小圓弧組成，微小圓弧的半徑稱為刀尖圓弧半徑,用rε表示。二、確定刀具幾何角度參考系為了便于確定車刀上的幾何角度，常選擇某一參考系作為基準，通過測量刀面或切削刃相對于參考系坐標平面的角度值來反映它們的空間方位。

刀具幾何角度參考系有兩類：刀具標注角度參考系刀具工作角度參考系。

1.刀具標注角度參考系

刀具標注角度參考系是刀具設(shè)計時標注、刃磨和測量角度的基準。為了使參考系中的坐標平面與刃磨、測量基準面一致，特別規(guī)定了如下假設(shè)條件。假設(shè)運動條件:

用主運動向量vc近似地代替相對運動合成速度向量ve(即vf=0)。假設(shè)安裝條件:規(guī)定刀桿中心線與進給運動方向垂直；刀尖與工件中心等高。(1）刀具標注角度參考系種類根據(jù)ISO3002/1-1997標準推薦，刀具標注角度參考系有：正交平面參考系法平面參考系假定工作平面參考系三種。(2）正交平面參考系（主要要求）正交平面參考系由以下三個平面組成：基面Pr：通過切削刃選定點，與主運動方向垂直的平面?；媾c刀具底面平行。切削平面Ps：通過切削刃選定點，與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。主剖面Po：通過切削刃選定點，垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。主切削刃主后刀面前刀面主剖面PoA切削平面Ps基面Pr刀具設(shè)計時標注、刃磨、測量角度最常用的是正交平面參考系。輔助平面①

基面pr

②主切削平面ps

③副切削平面ps′

④正交平面po⑤假定工作平面pfprpspo(3）法平面參考系

如圖所示，法平面參考系由基面pr、主切削平面ps和法平面pn組成。其中法平面pn是過切削刃某選定點垂直于切削刃的平面。法平面參考系及其角度如圖所示，法平面參考系：基面pr—主切削平面ps—法平面pn法平面pn是過切削刃某選定點垂直于切削刃的平面。法平面參考系及其角度在標注可轉(zhuǎn)位刀具或大刃傾角刀具時，常用法平面參考系（4）假定工作平面Pf和背平面Pp假定工作平面Pf是過切削刃某選定點平行于假定進給運動方向并垂直于基面的平面。背平面Pp是過切削刃某選定點既垂直于假定進給運動又垂直于基面的平面(4）假定工作平面參考系如圖所示，假定工作平面參考系由基面pr、假定工作平面pf和背平面pp組成。假定工作平面pf是過切削刃某選定點平行于假定進給運動并垂直于基面的平面。背平面pp是過切削刃某選定點既垂直于假定進給運動又垂直于基面的平面。刀具設(shè)計時標注、刃磨、測量角度最常用的是正交平面參考系?；仡櫍赫黄矫妗⒎ㄆ矫?、假定工作平面和背平面三個參考系正交平面法平面假定工作平面、背平面假定工作平面參考系、背平面及角度假定工作平面：γf——側(cè)前角αf——側(cè)后角背平面：γP——背前角αp——背后角2.刀具工作角度參考系刀具工作角度參考系：刀具切削工作時角度的基準（不考慮假設(shè)條件），在此基準下定義的刀具角度稱刀具工作角度。它同樣有正交平面參考系、法平面參考系和假定工作平面參考系。（1）在主切削刃正交平面內(nèi)(O-O)測量的角度1）前角o

前刀面與基面間的夾角。當前刀面與基面平行時，前角為零?；嬖谇暗睹嬉詢?nèi)，前角為負?；嬖谇暗睹嬉酝?，前角為正。2）后角o

后刀面與切削平面間的夾角。3）楔角o前刀面與后刀面間的夾角。楔角與前角o和后角o的關(guān)系如下：1、刀具標注角度定義（主要要求前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角）三、刀具切削部分的幾何角度前角的作用前角越大，刀越鋒利、切削輕快，強度下降、不利散熱后角的作用減小主后刀面與加工表面的摩擦1）主偏角r

主切削刃與進給運動方向之間的夾角。2）副偏角r’

副切削刃與進給運動反方向之間的夾角。

3）刀尖角r

主切削平面與副切削平面間的夾角。刀尖角與主偏角和副偏角的關(guān)系：（2）在基面內(nèi)測量的角度(主偏角、副偏角)主偏角kr、越大，進給抗力越大，切深抗力越小主偏角kr對切削加工的影響：（3）在切削平面內(nèi)(S向)測量的角度刃傾角s

主切削刃與基面間的夾角。刃傾角正負的規(guī)定如圖所示。刀尖處于最高點時，刃傾角為正；刀尖處于最低點時，刃傾角為負；切削刃平行于底面時，刃傾角為零。刃傾角的作用刃傾角控制切屑排出方向（4）在副切削刃正交平面內(nèi)（O′-O′）測量的角度副后角o’：副后刀面與副切削刃切削平面間的夾角。2、刀具工作角度

切削過程中，由于刀具的安裝位置、刀具于工件間相對運動情況的變化，實際起作用的角度與標注角度有所不同，我們稱這些角度為工作角度。1）進給運動的影響考慮進給運動時，主切削刃上選定點相對于工件的運動軌跡為一條阿基米德螺旋線，切削平面變?yōu)橥ㄟ^主切削刃上選定點，并切于螺旋面的平面，基面也相應(yīng)偏轉(zhuǎn)。2）刀柄中心線與進給方向不垂直時對主、副偏角的影響

當車刀刀柄與進給方向不垂直時，主偏角和副偏角將發(fā)生變化，如圖所示。3）切削刃安裝高于或低于工件中心時，對前角、后角的影響切削刃安裝高于或低于工件中心時，按輔助平面定義，通過切削刃作出的切削平面、基面將發(fā)生變化，所以使刀具角度也隨著發(fā)生變化，如圖所示。切削刃安裝高于工件中心時：切削刃安裝低于工件中心時：刀具裝夾位置對前角和后角的影響2.1.3金屬切削過程及其基本規(guī)律一、金屬切削變形過程（1）、切屑的形成過程和切削變形區(qū)實驗研究表明，金屬切削的特點是被切金屬層在刀具的擠壓、摩擦作用下產(chǎn)生變形以后轉(zhuǎn)變?yōu)榍行己托纬梢鸭庸け砻?。切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形→剪切應(yīng)力增大，達到屈服點→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達到斷裂強度→切屑與母體脫離。FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓OMFc）切削1、切屑的形成和變形系數(shù)變形區(qū)的劃分根據(jù)金屬切削實驗繪制的金屬切削過程中的變形滑移線和流線，通常把被切削刃作用的金屬層劃分為三個變形區(qū)：第I變形區(qū):位于切削刃和前刀面的前方，面積是三個變形區(qū)中最大的，為主變形區(qū)；第III變形區(qū)：已加工表面靠近切削刃處的區(qū)域，這一區(qū)域金屬受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓、摩擦與回彈，發(fā)生變形造成加工硬化。第II變形區(qū)；與前刀面相接觸的附近區(qū)域，切屑沿前刀面流出時，受到前刀面的擠壓和摩擦，靠近前刀面的切屑底層會進一步發(fā)生變形；①第I變形區(qū)

主要特征：剪切滑移變形,加工硬化、形成切屑終剪切面始剪切面②第II變形區(qū)此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。被切削層金屬經(jīng)過終滑移線OM形成切屑沿前刀面流出時，切屑底層仍受到刀具的擠壓和接觸面之間強烈的摩擦，繼續(xù)以剪切滑移為主的方式變形，其切屑底層的變形程度比切屑上層劇烈，從而使切屑底層晶粒彎曲拉長，在摩擦阻力的作用下，這部分切屑流動速度減慢，稱為滯流層。③第Ⅲ變形區(qū)在刀具后刀面和已加工表面接觸的區(qū)域上。是擠壓摩擦回彈區(qū)，直接影響已加工表面的質(zhì)量和刀具的磨損。

hDΔhD刀刃鈍圓半徑rn:前后刀面過渡圓弧半徑。后刀面磨損帶VB

:后刀面實際后角為零的棱帶。彈性恢復(fù)區(qū)CD：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦產(chǎn)生變形，是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因。（2）切削變形程度的衡量方法1）變形系數(shù)λ（點擊）切削金屬時，切屑的外形與切屑層尺寸相比，出現(xiàn)了長度縮短（LCh＜LC)、厚度增加（hDh＞hD）、切屑寬度近似不變的情況。變形系數(shù)λ表示切屑尺寸的相對變化量，若厚度變形系數(shù)為λh、長度變形系數(shù)為λL，則有式中LDh－切屑的長度

LD－切削層的長度

hDh－切屑的厚度

hD

－切削層的厚度從切屑形成前后的體積不變原則出發(fā)，則（點擊）由圖可知，可見增加前角γ0及剪切角φ

，可使變形系數(shù)減小，即切削變形減小。2）相對滑移ε是衡量切削變形的又一指標。（點擊）由γ0、增大時，相對滑移ε減小，切削變形變小。式中φ－剪切角

γ0－前角2、切屑的類型和控制（點擊）由于工件材料和切削條件的不同，切屑過程中的變形情況也不同，因而產(chǎn)生的切屑形狀也不同，從變形的觀點來看，可將切屑的形狀分為四種類型。1）帶狀切屑：（1）切屑的類型通常在加工塑性金屬材料、切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大的情況下獲得。形成帶狀切屑時，材料沒有充分變形。因此切削中產(chǎn)生的力和熱均較小，切削平穩(wěn)，已加工表面粗糙度?。ü鉂崳?。但切屑連綿不斷，容易纏繞在工件或刀具上，影響操作并損傷工件表面，甚至傷人。開斷屑槽。2）節(jié)狀（擠裂）切屑：在加工較硬（中等硬度）的塑性金屬材料且所用的切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較大的情況下產(chǎn)生。這是由于材料在剪切滑移過程中滑移量較大，由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使剪切應(yīng)力增大，在局部地方達到了材料的斷裂強度所引起的。因此切削力波動較大，已加工表面粗糙度較大。底面有裂紋，背面有明顯擠裂紋，呈鋸齒狀。3）粒狀（單元）切屑：切屑沿剪切面完全斷開，因而呈單元狀。當切削塑性較差的材料，在切削速度極低時，會產(chǎn)生這種切屑。表面粗糙度大，切削不穩(wěn)定。4）崩碎切屑：在加工鑄鐵、青銅等脆性材料時，易形成崩碎切屑。產(chǎn)生崩碎切屑時，切削熱和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖易磨損，容易產(chǎn)生振動，影響工件表面質(zhì)量。工件材料愈硬脆，刀具前角愈小，切削厚度愈大，愈易形成這類切屑。切脆性材料不平穩(wěn),表面粗糙帶狀切屑節(jié)狀(擠裂)切屑粒狀切屑崩碎切屑

加工塑性材料切塑性材料：

帶狀切屑

節(jié)狀切屑

粒狀切屑↑γ0↑v↓hD↓γ0↓v↑hD↓γ0↓v↑hD↑γ0↑v↓hD切削不平穩(wěn)，力波動大加工表面粗糙切削平穩(wěn)，力波動小加工面光潔，斷屑難

滑移量較大，局部剪應(yīng)力達斷裂強度（2）切屑方向的控制合理選擇刀具刃傾角λS和前刀面的形式，可以控制切屑的排出方向。（2）切屑方向的控制控制切屑的流向是為了使切屑不損傷加工表面，便于處理，使切削順利進行。A、B——車刀主、副切削刃上參與切削的終了點。vch——切屑流速。ηc——vch

與正交平面夾角，流屑角。κr=90°，切屑流向已加工表面。-γo，使切屑流向加工工件。+λS使切屑流向待加工表面，-λS使切屑已加工表面；當切屑厚度hch增加，切屑卷曲半徑ρ減小，切屑材料的極限應(yīng)變值εh值減小，切屑容易折斷。切屑在頂力FBn作用下彎曲，當其與后刀面接觸又受到反力Fαn作用而斷裂。（3）卷屑和斷屑1）強迫卷屑斷屑法1、斷屑槽斷屑槽的型式：折線型、直線圓弧型、全圓型。折線型、直線圓弧型適用于碳鋼、合金鋼、工具鋼和不銹鋼。全圓弧型適用于塑性高的金屬材料和大型刀具影響斷屑效果的主要因素槽寬LBn和槽深hBn。槽寬LBn的大小，應(yīng)確保一定厚度的切屑在流出時碰到斷屑臺，并在斷屑臺反屑角δBn的作用下能使切屑卷曲半徑ρ減小而斷屑。對于進給量f大（切屑厚度hCh大）不易卷屑的切屑，應(yīng)使槽寬LBn相應(yīng)增大。2）利用刀具的特殊幾何形狀斷屑當車刀的γ=-3°～-5°，κr=90°,λS=-15°時，可中較寬范圍內(nèi)斷屑。但缺點時切削力大，易振動。3）調(diào)節(jié)切削用量斷屑在切削用量中，對斷屑影響最大的是進給量f，其次是背吃刀量aP。f增大，使切屑厚度hch增大，在切屑受卷曲或碰撞時較易折斷。背吃刀量aP對斷屑作用不大，只有當同時增大進給量時才能有效地斷屑。切削速度vc對斷屑影響較小，但在低速切削時較易使切屑折斷。在加大進給量、降低切削速度時，會增大切削變形，形成擠裂切屑，促使切屑斷裂。3、積屑瘤在切削速度不高而又能形成連續(xù)性切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時，常常在刀具前刀面切削處粘著一塊剖面呈三角狀的硬塊如圖所示，這塊冷焊在前刀面上的金屬就稱為積屑瘤。積屑瘤的硬度很高，通常是工件材料的2～3倍，當它處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時，能夠代替切削刃進行切削起到了保護刀具的作用，而且增大了實際前角，可減少切屑變形和切削力，但是會引起過量切削，降低了加工精度，當積屑瘤脫落時，其殘片會粘附在已加工表面上惡化表面粗糙度，如果殘片粘附在切屑底層會劃傷刀具表面，因此在粗加工時可以利用積屑瘤的有利之處，精加工時應(yīng)避免產(chǎn)生積屑瘤。（1）積屑瘤對切削過程的影響1）保護刀具積屑瘤包圍著切削刃，同時覆蓋著一部分前刀面，能代替切削刃和前刀面進行切削，從而減少了刀具磨損，起到保護刀具的作用。2）增大前角積屑瘤具有30°左右的前角，因而減少了切削變形，降低了切削力。3）增大切削厚度積屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切削厚度增加了△hD值，且是變化的，因而影響了工件的尺寸精度。4）增大已加工表面粗糙度值積屑瘤高度的周期性變化，使切削厚度不斷變化，以及由此而引起振動，積屑瘤粘附在切削刃上很不規(guī)則，導(dǎo)致在已加工表面上刻劃出深淺和寬窄不同的溝紋，脫落的積屑瘤碎片留在已加工表面上。

（2）抑制積屑瘤的措施1）采用低速或高速切削切削速度是通過切削溫度影響積屑瘤的。切削45鋼，當Vc<3m/min和Vc>60m/min時，摩擦系數(shù)很小，不易產(chǎn)生積屑瘤。Vc=20m/min左右，積屑瘤最高。2）增大刀具前角、提高刀具刃磨質(zhì)量和合理選用切削液，使摩擦和粘結(jié)減少。加工合金鋼、刀具材料為P10（YT15）、γ0=0°，rε=0.5mm，aP=2mm。選用進給量f=0.2mm/r、前角γ0=0°，消失積屑瘤的切削速度為22m/min；選用進給量f=0.2mm/r、前角γ0=10°，消失積屑瘤的切削速度為32m/min

。3）合理調(diào)整各切削參數(shù)值，防止形成中溫區(qū)域。4、加工硬化和殘余應(yīng)力加工硬化：在切削塑性材料時，工件已加工表面表層的硬度明顯提高而塑性下降的現(xiàn)象。這是因為表層金屬經(jīng)過反復(fù)多次變形和摩擦的結(jié)果。殘余應(yīng)力：外力消失以后，殘存在物體而總體又保持平衡的內(nèi)應(yīng)力。在切削過程中，由于金屬的塑性變形以及切削力、切削熱等因素的作用，在已加工表面的表層內(nèi)會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。表面殘余應(yīng)力往往與加工硬化同時出現(xiàn)。切削加工所造成的工件表面硬化層以及伴隨產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會加劇刀具的磨損，給某些后續(xù)工序的加工（如刮削）帶來不便；引起工件變形，影響加工精度的穩(wěn)定性；影響塑性材料的屈服點，致使脆性材料產(chǎn)生裂紋，降低工件的靜態(tài)強度，殘余拉應(yīng)力使疲勞強度和抗化學(xué)腐蝕性下降。生產(chǎn)中常采用的減輕硬化層的措施1）磨出鋒利的切削刃2）增大前角或后角3）減小背吃刀量4）合理選用切削液5、影響切削變形的主要因素1）工件材料σ↑、HB↑，使刀-屑之間的正壓力增大。平均正壓力增大，摩擦系數(shù)減小，使剪切角φ增大，切削變形減小。2）刀具前角γ0↑、切屑流出的阻力減小，是摩擦系數(shù)減小，剪切角φ增大，切削變形減小。3）主運動速度是通過對切削溫度及積屑瘤影響切削變形的。在形成積屑瘤的速度范圍內(nèi)，速度較低時，切削變形隨速度增加而減??；速度較高時，則反之。因為，速度較低時，積屑瘤高度隨速度的提高而增大，致使刀具實際工作前角增大，切削變形減?。凰俣容^高時，隨著速度的提高，積屑瘤高度、刀具前角隨之減小，切削變形增大。當速度更高時，積屑瘤消失，由于溫度隨速度的提高而升高，使摩擦系數(shù)減小，剪切角增大，切削變形減小。4）切削厚度，進給量切削厚度增加，使切削阻力增大，作用刀具前面上的正壓力增大，平均正壓力增大，故摩擦系數(shù)減小，切削變形減小。一般，隨進給量的增加，摩擦系數(shù)減小，切削變形也減小。二、切削力和切削功率金屬切削時，刀具切入工件使被切金屬層發(fā)生變形成為切屑所需要的力稱為切削力。金屬切削時，力來源于兩個方面：變形，克服在切屑形成過程中工件材料對彈性變形和塑性變形的變形抗力；摩擦，克服切屑與前刀面和后刀面的摩擦阻力。(一)切削力1、切削力Fc（主切削力Fz）：在主運動方向上的分力，它切于加工表面,并與基面垂直。Fc為計算刀具強度，設(shè)計機床零件,確定機床功率等的主要依據(jù)。變形力和摩擦力形成了作用在刀具上的合力F。為了便于測量、計算和反映實際作用的需要，常將合力F分解為互相垂直的Fc、Ff和Fp三個分力。大小約占總切削力的80％～90％。2.進給力Ff總切削力在進給運動方向上的分力。設(shè)計和驗算機床進給機構(gòu)強度所必需的數(shù)據(jù)3.背向力Fp總切削力在垂直于工作平面方向上的分力。工作平面：通過切削刃選定點并同時包括主運動方向和進給運動方向的平面。背向力對加工精度影響較大。車細長軸的徑向受力，會使軸呈現(xiàn)鼓形。F、FD、Ff、Fp之間的關(guān)系：(二）切削力的計算目前生產(chǎn)實際中采用的計算公式都是通過大量的試驗經(jīng)數(shù)據(jù)處理后而得到的經(jīng)驗公式。如指數(shù)形式公式：式中——切削深度ap

對切削力影響指數(shù)；——進給量f

對切削力影響指數(shù)；——與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)——切削速度vC對切削各分力的影響指數(shù)——實驗條件與技術(shù)條件不同時的修正系數(shù)P35例題看看表中的數(shù)值，對照公式，想想，哪個切削用量對切削力影響最大？查P34表2-2，得：CFz=1433,CFy=572，CFx=561;xFz=1.0;yFz=0.75;nFz=-0.15;xFY=0.9;yFY=0.6;nFY=-0.3;xFX=1.0;yFX=0.5;nFX=-0.4;KFZ=KFY=KFX=1(由于所給條件與表2-2條件相同);看看表中的數(shù)值，對照公式，想想，哪個切削用量對切削力影響最大？2、按單位切削力計算切削力單位切削力kc

是指單位切削面積上的切削力：單位切削力kC：可通過實驗得到，也可以查取有關(guān)手冊得到。則可由式2-2求出FZ即FC

。問題：若需準確得出某切削條件下的切削力，應(yīng)采用理論公式進行計算。對嗎？理論公式只能用于近似計算切削力，若需準確得出某切削條件下的切削力，應(yīng)進行實際測量。（三）、影響切削力的主要因素（1）工件材料的影響

工件材料的強度、硬度越高，剪切屈服強度τs越高，切削時產(chǎn)生的切削力越大。工件材料的塑性、沖擊韌度越高，切削變形越大，切屑與刀具間摩擦增加，則切削力越大。加工脆性材料時，因塑性變形小，切屑與刀具間摩擦小，切削力較小。例如：加工60鋼的切削力FC比45鋼增大4%，加工35鋼的切削力FC比45鋼減小13%。單項選擇題：被加工工件材料的塑性、韌性越好，切削力越小。被加工工件材料的強度、硬度越大，切削力越大。由于脆性材料硬度大，加工HT200、QT800-02材料制成的毛坯時，切削力大Q235鋼比45鋼容易加工。（2）切削用量的影響切削用量中影響切削力的主要因素是背吃刀量（ap）和進給量（f）。當(ap)或(f)加大時，被切削的金屬增多，因而切削力增大。但實驗表明，當ap加大一倍而f不變時，切削力增大一倍；而f加大一倍ap不變時，切削力只增加68％～86％。為此，從減少切削力而不降低生產(chǎn)率考慮，取大的進給量和小的背吃刀量是適宜的。討論題今有兩種切削情況，其他條件相同，切削層公稱橫截面積近似相等，試問，哪種切削情況下切削力較??？哪種切削情況下刀具磨損較慢？b）圖背吃刀量大，切削力大；a）圖進給量大，切削熱大，刀具容易磨損。(3)刀具角度對切削力的影響刀具角度中影響切削力的主要因素是前角和主偏角。①前角γ的影響前角γ增大，切削刃鋒利，切削變形減小，因此切削力將下降，即前角對切削力的影響甚大。但受刀刃強度的制約，前角不能太大。②主偏角的影響當切削面積不變時，主偏角增大，切削層公稱厚度也隨之增大，切屑變厚，切削層的平均變形將減小，因而主切削力也隨主偏角的增大而減小。主偏角加大時，背向力Fp與進給力Ff的比例關(guān)系改變，F(xiàn)p減小。所以，車細長軸時，應(yīng)使用主偏角κτ＝93°的偏刀，使之盡量減小加工時的形狀誤差。主偏角對Ff

和Fp

的影響問題：車削細長軸時，為何要選用93°主偏角的車刀？前角的大小如何影響切削力的？（二）切削功率的計算在切削加工過程中，所需的切削功率Pc可以按下式計算：式中FC

——主切削力（N）；

vc

——主運動速度（m/s）根據(jù)上式求出切削功率，可按下式計算機床電動機功率PE：η－機床傳動效率，一般取η=0.75～0.85三、切削熱和切削溫度1、切削熱的產(chǎn)生和傳出

切削熱的產(chǎn)生：切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠?。切削區(qū)域產(chǎn)生的切削熱，在切削過程中分別由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)向外傳導(dǎo)出去，例如在空氣冷卻條件下車削時，切削熱50%～86%由切屑帶走，40%～10%傳入工件，9%～3%傳入刀具，1%左右通過輻射傳入空氣。2、切削溫度的分布在切削過程中，切屑、刀具和工件上不同部位的切削溫度分布是不均勻的，如圖所示。在前刀面和后刀面上，最高溫度點都不在切削刃上，而是在離切削刃有一定距離的地方。這是摩擦熱沿前刀面不斷增加的緣故。在靠近前刀面的切屑底層上，溫度變化很大，說明前刀面上的摩擦熱集中在切屑底層。在已加工表面上，較高溫度僅存在切削刃附近的一個很小的范圍，說明溫度的升降是在極短的時間內(nèi)完成的。（1）工件材料工件材料的強度、硬度越高，切削時消耗的功就越多，產(chǎn)生的切削熱越多,切削溫度就越高。工件材料的熱導(dǎo)率愈大，通過切屑和工件傳出的熱量越多，切削溫度下降越快。（2）刀具幾何參數(shù)

前角增大，切削層變形小，產(chǎn)生的熱量少，切削溫度降低；但過大的前角會減少散熱體積，當前角大于20～25時，前角對切削溫度的影響減少。主偏角減小，使切削寬度增大，散熱面積增加，切削溫度下降。3、影響切削溫度的主要因素

（3）切削用量

對切削溫度影響最大的切削用量是切削速度，其次是進給量，而背吃刀量的影響最小。當切削速度vc增加時，單位時間內(nèi)參與變形的金屬量增加而使消耗的功率增大，提高了切削溫度；當f增加時，切屑變厚，由切屑帶走的熱量增多，故切削溫度上升不甚明顯；當ap增加時，產(chǎn)生的熱量和散熱面積同時增大，故對切削溫度的影響也小。（4）其它因素刀具后刀面磨損量增大時，加劇了刀具與工件間的摩擦，使切削溫度升高，切削速度越高，刀具磨損對切削溫度的影響就越顯著。澆注切削液對降低切削溫度、減少刀具磨損和提高已加工表面質(zhì)量有明顯的效果。切削液的潤滑作用可以減少摩擦，減小切削熱的產(chǎn)生。刃傾角λs在很大范圍(-40～+40)內(nèi)變化時，對Fc沒有什么影響，但λs增大時，F(xiàn)f增大，F(xiàn)p減小。1、正常磨損（隨著切削時間增加磨損逐漸擴大）（一）、刀具的磨損形式前刀面磨損后刀面磨損前后刀面都磨損前刀面磨損

切削塑性材料時，如果切削速度和切削厚度較大，刀具前刀面上會形成月牙洼磨損。前后刀面同時磨損在常規(guī)條件下，加工塑性金屬常常出現(xiàn)前后刀面同時的磨損情況。主后刀面磨損在切鑄鐵和以較小的切削厚度切削塑性材料時，主要發(fā)生后刀面磨損。四、刀具磨損和刀具壽命前刀面磨損寬度KB前刀面磨損深度KT主后刀面，C區(qū)，磨損量VC是因近刀尖處強度低、溫度集中造成。B區(qū)，除均已被磨損量VB外，在其磨損嚴重處的最大磨損量為VBmax，因摩擦和散熱差所致。N區(qū)，邊界磨損，切削刃與待加工表面交界處磨損量VN，由于高溫氧化和表面硬化層作用引起。副后刀面的磨損：在切削過程中因副后角及副偏角過小，致使副后面受到嚴重摩擦而產(chǎn)生磨損。（1）溝槽磨損

在刀具后面上刻劃出深淺不同的溝槽。因刀具材料耐磨性不夠，或加工材料表面有硬質(zhì)點摩擦等所致。2、非正常磨損（2）切削刃細小缺口

在切削刃上出現(xiàn)微粒脫落形成不規(guī)則細小缺口。因刀片硬度高，脆性大，切削刃鋒利，使強度變差，斷續(xù)切削或切屑碰壞造成。（3）塑性變形

刀具切削區(qū)域因嚴重塑性變形使刀面和切削刃周圍產(chǎn)生塌陷。因切削溫度過高和切削壓力過大，刀頭強度和硬度降低。溝槽磨損細小裂紋塑性變形（4）切削刃崩裂

在切削刃和前刀面上受較大沖擊力作用、背吃刀量aP和進給量f過大，使切削力增大，中間切入使主、副切削刃均受切削力作用，刀具前角大和強度低等情況造成切削刃和前刀面大面積崩裂。（5）切削刃剝落

在前后刀面或切削刃周圍出現(xiàn)表層脫落而損壞刀具。這類損壞常發(fā)生在硬度高、脆性大的陶瓷刀具上。并在壓力和摩擦力較大情況下易產(chǎn)生。切削刃崩裂切削刃剝落（6）熱裂

在垂直于切削刃方向上因受熱而產(chǎn)生裂紋。由熱循環(huán)使材料疲勞，或因間斷切削和切削液澆注不均勻使切削溫度驟變，易引起前后刀面上出現(xiàn)細小微裂紋。熱裂（二）、刀具的磨損過程及磨鈍標準刀具的磨損過程的三個階段：1、刀具的磨損過程初期磨損階段（Ⅰ）：開始磨損時，將刀面上的不平度很快磨去。一般磨損量為0.005～0.1mm。急劇磨損階段（Ⅲ）：溫度升高，使刀具切削性能下降，磨損量VB急劇增大，若再繼續(xù)切削，引起切削刃損壞。正常磨損階段（Ⅱ）：隨著切削時間增長，磨損量VB逐漸增大。為合理使用刀具，保證加工質(zhì)量，應(yīng)當避免達到急劇磨損階段。到來之前就要及時換刀或更換新切削刃。2、刀具的磨鈍標準刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用。這個磨損限度稱為磨鈍標準。國標規(guī)定的磨損標準：對于正常磨損形式，規(guī)定在后刀面B區(qū)內(nèi)的磨損帶寬度VB=0.3mm；對于非正常磨損，取磨損帶最大寬度VBmax=0.6mm。若在硬質(zhì)合金刀具的前刀面上產(chǎn)生月牙洼磨損，則規(guī)定它的深度KT=（0.06+0.3f）mm為前刀面磨損標準。在生產(chǎn)實踐中，刀具磨損標準常根據(jù)具體條件，如下表：（三）刀具磨損的原因刀具磨損不同于一般的機械零件的磨損，刀具磨損存在著機械的、熱的和化學(xué)的作用，既有工件材料硬質(zhì)點的刻劃作用而引起的磨損，也有粘接、擴散、腐蝕等引起的磨損。主要有：磨料磨損：在工件材料中存在氧化物、碳化物和氮化物等硬質(zhì)點，或在鑄、鍛工件表面存在硬的夾雜物，在切屑、加工表面上粘附著硬的積屑瘤殘片。是刀具磨損的主要原因。

粘結(jié)磨損（冷焊）：當?shù)毒卟牧吓c工件材料產(chǎn)生粘結(jié)時，兩者產(chǎn)生相對運動對粘結(jié)點產(chǎn)生剪切破壞，將刀具材料粘結(jié)顆粒帶走。由于刀面上存在微觀不平度，并在一定溫度條件下，刀具前面上黏附著積屑瘤，刀面硬度降低與工件材料粘結(jié)以及工件與刀具元素親和力造成。是硬質(zhì)合金刀具在中等偏低切削速度時磨損的主要原因。前刀面上的磨粒磨損后刀面的磨粒磨損相變磨損：用高速鋼刀具切削時，當切削溫度超過其相變溫度（500～600℃）時，刀具材料的金相組織會發(fā)生變化，使刀具材料硬度降低，將引起前刀面塌陷和切削刃卷曲。硬質(zhì)合金刀具在大于900℃、高壓下切削也會因產(chǎn)生塑性變形而失去切削性能。

擴散磨損：在高溫作用下，使工件與刀具材料中合金元素互相擴散置換造成。是硬質(zhì)合金刀具在高溫（800～900℃）下切削產(chǎn)生磨損的主要原因之一。

碳化鎢類硬質(zhì)合金在900

℃左右切削時，W和C原子向切屑中擴散，工件中的Fe、C原子向刀具表面中擴散，原子置換。碳化鈦類硬質(zhì)合金，因鎢原子擴散速度快，而留著的TiC、TaC等仍較耐磨，所以擴散溫度高約900～1000℃。較不易形成擴散磨損。氧化磨損：當硬質(zhì)合金刀具的切削溫度達到700～800℃時，WC、TiC和Co與空氣中的氧起化合作用，形成了硬度較低的氧化膜。易在近工件待加工表面的刀具后刀面位置處形成氧化膜。（四）、刀具耐用度在生產(chǎn)實際中，為了更加方便、快速、準確地判斷刀具的磨損情況，一般以刀具壽命來間接地反映刀具的磨鈍標準。1、刀具耐用度T的定義為：刀具由刃磨后開始切削，一直到磨損量達到刀具的磨鈍標準所經(jīng)過的總切削時間（單位min）。刀具耐用度反映了刀具磨損的快慢程度。刀具耐用度是一個具有多種用途的重要參數(shù)，如用來確定換刀時間；衡量工件材料切削加工性和刀具材料切削性能優(yōu)劣；判定刀具幾何參數(shù)及切削用量的選擇是否合理等，都可用它來表示和說明。生產(chǎn)中常采用達到正常磨損VB=0.3mm時的刀具壽命。有時也采用在規(guī)定加工條件下，按質(zhì)完成額定工作數(shù)量的可靠性壽命。在自動化生產(chǎn)中為保持工件尺寸精度的壽命，通常用達到該尺寸精度的工件數(shù)量表示；刀具達到規(guī)定承受沖擊次數(shù)的疲勞壽命。2、影響刀具使用壽命的因素1）切削用量①切削速度vC提高vC

，使切削溫度增高，磨損加劇，而使刀具壽命T降低，切削速度對刀具壽命的影響程度可通過切削實驗求得。②進給量f與背吃刀量aPf和aP增大，均使刀具壽命降低，但f增大后切削溫度升高較多，故對T影響較大；aP增大，改善了散熱條件，故使切削溫度上升少，因此對T影響較小。由上式可知，vC對TC影響最大，其次是f，aP的影響最小。為提高生產(chǎn)率合理選擇切削用量，首先選用盡量大的aP

，然后根據(jù)加工取選取允許的最大的f

，最后是vC

。切削用量對刀具耐用度的影響CT——與工件材料、刀具材料和其他切削條件有關(guān)的常數(shù)。m——反映vC對刀具耐用度影響程度的指數(shù)。n——反映f對刀具耐用度影響程度的指數(shù)。p——反映aP對刀具耐用度影響程度的指數(shù)。切削用量對刀具耐用度的影響由上式可知，vC

對T的影響最大，其次是進給量f，aP的影響最小。當用硬質(zhì)合金車刀切削σb=0.736GPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼時，在合理選擇切削用量以提高生產(chǎn)率時，其選擇順序應(yīng)為：首先應(yīng)選用盡量大的aP，然后根據(jù)加工條件選取允許的最大f，最后才在刀具耐用度或機床功率所允許的情況下選取最大的vC。2）刀具幾何參數(shù)的影響γO增大，切削溫度降低，刀具壽命提高，但前角太大，強度低，散熱差，道具壽命反會降低，在實踐中要求得最佳前角值。κr和κr′減小和增大刀尖圓弧半徑，刀具強度提高，切削溫度降低，刀具壽命提高。3）工件材料工件材料的強度、硬度和韌性越高，切削時刀具溫度越高，刀具壽命越低。4）刀具材料刀具材料的導(dǎo)熱率、耐磨性越高，刀具壽命越長。所以選用涂層刀具和高性能刀具是提高刀具壽命的有效途徑。3、刀具耐用度的選用原則實際工作中，根據(jù)不同的生產(chǎn)目的與要求，可求得不同的刀具合理耐用度。1）根據(jù)單件工時最短要求確定最大生產(chǎn)率刀具耐用度TP。（2.18）tct——一次換刀時間2）根據(jù)工序成本最低的要求確定刀具的耐用度TC（2.19）Ct為磨刀成本（包括刀具成本）；M為該工序內(nèi)，單位時間分擔的全廠開支。一般情況下，只有在趕工時等特殊情況下才選用TP。在合理選用刀具耐用度時，下列原則可供參考1）成本較低，刃磨簡便的刀具（車刀、刨刀、鉆頭等），T可取低些；2）成本較高、刃磨復(fù)雜的刀具（如銑刀、拉刀、齒輪刀具等），T可取高些；3）裝刀、調(diào)整復(fù)雜，換刀時間長的多刀機床刀具，T可取高些；4）為避免中途換刀，精加工大型工件的刀具，T可取高些；5）為平衡生產(chǎn)需要，對薄弱的關(guān)鍵工序的刀具，T可取低些。2.1.4刀具幾何參數(shù)的選擇一、前角的選擇前角的大小將影響切削過程中的切削變形和切削力，同時也影響工件表面粗糙度和刀具的強度與壽命。增大刀具前角,可以減小前刀面擠壓被切削層的塑性變形，減小了切削力和表面粗糙度，但刀具前角增大，會降低切削刃和刀頭的強度，刀頭散熱條件變差，切削時刀頭容易崩刃，因此合理前角的選擇既要切削刃銳利，又要有一定的強度和一定的散熱體積。對不同材料的工件，在切削時用的前角不同，切削鋼的合理前角比切削鑄鐵大，切削中硬鋼的合理前角比切削軟鋼小。對于不同的刀具材料，由于硬質(zhì)合金的抗彎強度較低，抗沖擊韌度差，所以合理前角應(yīng)小于高速鋼刀具的合理前角。粗加工，斷續(xù)切削或切削特硬材料時，為保證切削刃強度，應(yīng)取較小的前角，甚至負前角。硬質(zhì)合金車刀合理前角參考值

高速鋼車刀的前角一般比表中大5°-10°。二、后角、副后角的選擇后角的大小將影響刀具后刀面與已加工表面之間的摩擦。后角增大可減小后刀面與加工表面之間的摩擦，后角越大，切削刃越鋒利，但是切削刃和刀頭的強度削弱，散熱體積減小。粗加工、強力切削及承受沖擊載荷的刀具，為增加刀具強度，后角應(yīng)取小些；精加工時，增大后角可提高刀具壽命和加工表面的質(zhì)量。工件材料的硬度與強度高，取較小的后角，以保證刀頭強度；工件材料的硬度與強度低，后角應(yīng)適當加大。加工脆性材料時，宜取較小的后角。若采用負前角時，應(yīng)取較大的后角，以保證切削刃鋒利。尺寸刀具精度高，取較小的后角，以防止重磨后刀具尺寸的變化。為了制造、刃磨的方便，一般刀具的副后角等于后角。但切斷刀、車槽刀、鋸片銑刀的副后角，受刀頭強度的限制，只能取很小的數(shù)值，通常取130左右。硬質(zhì)合金車刀合理后角的參考值

三、主偏角、副偏角的選擇主偏角和副偏角越小，刀頭的強度高，散熱面積大，刀具壽命長。主偏角和副偏角小時，工件加工后的表面粗糙度??；但主偏角和副偏角減小時，會加大切削過程中的背向力，容易引起工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動。主偏角的選擇原則與參考值:工藝系統(tǒng)的剛度較好時，主偏角可取小值,如，κr=30°～45°，在加工高強度、高硬度的工件材料時，可取κr=10°～30°，以增加刀頭的強度。當工藝系統(tǒng)的剛度較差或強力切削時，一般取κr=60°～75°。車削細長軸時，為減小背向力，取κr=90°～93°。在選擇主偏角時，還要視工件形狀及加工條件而定，如車削階梯軸時，可取κr=90°，用一把車刀車削外圓、端面和倒角時，可取κr=45°～60°。副偏角的選擇原則與參考值:主要根據(jù)工件已加工表面的粗糙度要求和刀具強度來選擇，在不引起振動的情況下，盡量取小值。精加工時，取κr‘=5°-10°；粗加工時,取κr’=10°～15°。當工藝系統(tǒng)剛度較差或從工件中間切入時，可取κr‘=30°～45°。在精車時，可在副切削刃上磨出一段κr‘=0°，長度為(1.2～1.5)f的修光刃，以減小己加工表面的粗糙度值。切斷刀，鋸片銑刀和槽銑刀等，為了保持刀具強度和重磨后寬度變化較小，副偏角宜取130。四、刃傾角的選擇

刃傾角的正負會影響切屑的排出方向。如右圖所示精車和半精車時刃傾角宜選用正值，使切屑流向待加工表面，防止劃傷已加工表面。加工鋼和鑄鐵，粗車時取負刃傾角0～-5；車削淬硬鋼時，取-5～-15，使刀頭強固，切削時刀尖可避免受到?jīng)_擊，散熱條件好，提高了刀具壽命。增大刃傾角的絕對值，使切削刃變得鋒利，可以切下很薄的金屬層。大刃傾角刀具，使切削刃加長，切削平穩(wěn)，排屑順利，生產(chǎn)效率高，加工表面質(zhì)量好。但工藝系統(tǒng)剛性差，切削時不宜選用負刃傾角。刀具角度的選擇前角：影響切削的難易程度。精加工選大些，粗加工選小些。工件材料強度、硬度低，韌性好，選大，后角：較小后刀面與工件間的摩擦，減小后刀面的磨損。加工塑性材料和精加工時，后角選大。粗加工選小。主偏角：影響切削條件和刀具壽命。當加工細長軸時，選大；加工硬材料選小。副偏角：主要影響表面粗糙度。粗加工選大，精加工取小值。刃傾角：主要影響刀頭的強度和切屑的流向。粗加工取負值，精加工取正值。2.1.5切削用量的合理選擇合理的選擇切削用量，能夠保證工件加工質(zhì)量，提高切削效率，延長刀具使用壽命，降低加工成本。切削用量包括哪幾方面指標？能舉例說明嗎？1）切削用量對加工質(zhì)量的影響切削用量三要素中:背吃刀量aP↑（增大)和進給量f↑（增大），都會使切削力F↑（增大)，工件變形↑（增大)，并可能引起振動，從而會降低加工精度和增大表面粗糙度值。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)量和表面質(zhì)量的提高。進給量f直接影響已加工表面的殘留高度，因而對加工表面粗糙度影響最大。背吃刀量aP對切削變形、摩擦及積屑瘤等無明顯影響，但aP增大后，切削力增大，易引起振動，會降低加工精度，增大表面粗糙度值。切削速度增大至一定值時，切削力減小，并可減小或避免積屑瘤，有利于加工質(zhì)量和表面質(zhì)量的提高。2）切削時間tm(機動時間)

對基本時間的影響指切削時直接改變工件尺寸、形狀等工藝過程所需的時間，單位為min。它是反映切削效率高低的一個指標。以車削外圓為例，切削加工基本時間：所以：dw——毛坯直徑L——車刀行程長度i——進給次數(shù)h——毛坯的加工余量則有：可見，切削用量三要素與生產(chǎn)率呈線性關(guān)系即提高任一要素都能以相同的比例提高生產(chǎn)率。在常用切削用量范圍內(nèi)，當?shù)毒邏勖欢〞r，切削用量之間的關(guān)系如下：硬質(zhì)合金車刀在不使用切削液切削碳素鋼時，xv=0.15，yv=0.35，代入上式得：分析B）當aP不變，f增至3f，若仍保持刀具合理的壽命，則vc必須降低32%，此時生產(chǎn)率A）當f不變，aP增至3aP

，若仍保持刀具合理的壽命，則vc需降低15%，此時生產(chǎn)率生產(chǎn)率提高2.6倍生產(chǎn)率提高2倍結(jié)論增大背吃刀量比增大進給量更有利于提高生產(chǎn)率。根據(jù)不同加工性質(zhì)對切削加工的要求，切削用量會選得不一樣。粗加工，應(yīng)盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具壽命，一般優(yōu)先選擇大的背吃刀量，其次選擇較大的進給量，最后根據(jù)刀具壽命，確定合適的切削速度。精加工，應(yīng)保證工件的加工質(zhì)量，一般選用較小的進給量和背吃刀量，盡可能選用較高的切削速度。1.背吃刀量的選擇粗加工：背吃刀量應(yīng)根據(jù)工件的加工余量確定。盡量用一次走刀就切除全部加工余量。當加工余量過大、機床功率不足、工藝系統(tǒng)剛度較低、刀具強度不夠以及斷續(xù)切削或沖擊振動較大時，可分幾次走刀。對切削表面層有硬皮的鑄、鍛件，應(yīng)盡量使背吃刀量大于硬皮層的厚度，以保護刀尖。半精加工和精加工：的加工余量一般較小，可一次切除。有時為了保證工件的加工質(zhì)量，也可二次走刀。多次走刀時，第一次走刀的背吃刀量取得比較大，一般為總加工余量的2/3~3/4。粗加工和精加工各應(yīng)如何選擇背吃刀量？2.進給量的選擇粗加工時，進給量的選擇主要受切削力的限制。在工藝系統(tǒng)的剛度和強度良好的情況下，可選用較大的進給量值。半精加工和精加工時，由于進給量對工件的已加工表面粗糙度值影響很大，進給量一般取得較小。通常按照工件加工表面粗糙度值的要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度等條件來選擇合理的進給量。當切削速度提高，刀尖圓弧半徑增大，或刀具磨有修光刃時，可以選擇較大的進給量，以提高生產(chǎn)率。粗車時進給量的參考值和精車時進給量的參考值都可以在切削用量手冊中查到。粗加工和精加工各應(yīng)如何選擇進給量？3.切削速度的選擇在背吃刀量和進給量選定以后,可在保證刀具合理壽命的條件下，確定合適的切削速度。粗加工時，背吃刀量和進給量都較大，切削速度受刀具壽命和機床功率的限制，一般較低。精加工時，背吃刀量和進給量都取得較小，切削速度主要受工件加工質(zhì)量和刀具壽命的限制，一般取得較高。選擇切削速度時，還應(yīng)考慮工件材料的切削加工性等因素。粗加工和精加工各應(yīng)如何選擇切削速度？例如，加工合金鋼、高錳鋼、不銹鋼、鑄鐵等的切削速度應(yīng)比加工普通中碳鋼的切削速度低20%～30%，加工有色金屬時，則應(yīng)提高1～3倍。在斷續(xù)切削和加工大件、細長件、薄壁件時，應(yīng)選用較低的切削速度。切削速度的參考值可以在切削用量手冊中查到。2.1.6切削液的選擇

1.切削液的作用切削液進入切削區(qū)，可改善切削條件，提高工件加工質(zhì)量和切削效率。與切削液有相似功效的還有某些氣體和固體，如壓縮空氣、二硫化鉬和石墨等。切削液的主要作用如下：(1)冷卻作用

切削液能從切削區(qū)域帶走大量切削熱，從而降低切削溫度。切削液的冷卻性能的好壞，取決于它的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、汽化熱、汽化速度、流量和流速等。(2)潤滑作用

切削液能滲入到刀具與切屑和加工表面之間，形成一層潤滑膜或化學(xué)吸附膜，以減小它們之間的摩擦。切削液潤滑的效果主要取決于切削液的滲透能力、吸附成膜的能力和潤滑膜的強度等。(3)清洗作用

切削液大量的流動，可以沖走切削區(qū)域和機床上的細碎切屑和脫落的磨粒。清洗性能的好壞，主要取決于切削液的流動性、使用壓力和切削液的油性。(4)防銹作用

在切削液中加入防銹劑，可在金屬表面形成一層保護膜，對工件、機床、刀具和夾具等都能起到防銹作用。防銹作用的強弱，取決于切削液本身的成分和添加劑的作用。2.切削液添加劑為改善切削液的各種性能常在其中加入添加劑。常用的添加劑有以下幾種。(1)油性添加劑

它含有極性分子，能在金屬表面形成牢固的吸附膜，在較低的切削速度下起到較好的潤滑作用。常用的油性添加劑有動物油、植物油、脂肪酸、膠類、醇類和脂類等。(2)極壓添加劑

它是含有硫、磷、氯、腆等元素的有機化合物，在高溫下與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成耐較高溫度和壓力的化學(xué)吸附膜，能防止金屬界面直接接觸，從而減小摩擦。(3)表面活性劑

它是使礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。表面活性劑是一種有機化合物，由可溶于水的極性基團和可溶于油的非極性基團組成，可定向地排列并吸附在油水兩相界面上，極性端向水，非極性端向油，將水和油連接起來，使油以微小的顆粒穩(wěn)定地分散在水中，形成乳化液。表面活性劑還能吸附在金屬表面上，形成潤滑膜，起油性添加劑的潤滑作用。常用的表面活性劑有石油磺酸鈉、油酸鈉皂等。(4)防銹添加劑

它是一種極性很強的化合物，與金屬表面有很強的附著力，吸附在金屬表面上形成保護膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，起到防銹作用。常用的防銹添加劑有碳酸鈉、三乙醇胺、石油磺酸鋇等。3.常用切削液的種類與選用(1)水溶液它的主要成分是水，其中加入了少量的有防銹和潤滑作用的添加劑。水溶液的冷卻效果良好，多用于普通磨削和其它精加工。(2)乳化液它是將乳化油(由礦物油、表面活性劑和其它添加劑配成)用水稀釋而成，用途廣泛。低濃度的乳化液冷卻效果較好，主要用于磨削、粗車、鉆孔加工等。高濃度的乳化液潤滑效果較好，主要用于精車、攻絲、餃孔、插齒加工等。(3)切削油

它主要是礦物油(如機械油、輕柴油、煤油等)，少數(shù)采用動植物油或復(fù)合油。普通車削、攻絲時，可選用機油。精加工有色金屬或鑄鐵時，可選用煤油。加工螺紋時，可選用植物油。在礦物油中加入一定量的油性添加劑和極壓添加劑，能提高其高溫、高壓下的潤滑性能，可用于精銑、鉸孔、攻絲及齒輪加工。2.1.7工件材料的切削加工性

工件材料的切削加工性是指將其加工成合格零件的難易程度。某種材料切削加工的難易，不僅取決于材料本身，還取決于具體的加工要求及切削條件。在相同的切削條件下，使刀具壽命高的工件材料，其切削加工性好。或者在一定刀具壽命（T）下，所允許的最大切削速度（VT）高的工件材料，其切削加工性就好。由于材料的切削加工性概念具有相對性，所以我們經(jīng)常以抗拉強度σb=637MPa的45鋼的V60作為基準，寫作（V60)j，而把其他被切削材料的V60與之相比，可得到該材料的相對切削加工性Kr，即：凡是Kr>1的材料，比45鋼容易切削；凡是Kr<1的材料，比45鋼難切削。工件材料的相對切削加工性及分級常用材料的切削加工性（1）結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼（wc<0.25%），硬度140HBW，塑性和韌性大，故切削變形大，已加工表面會產(chǎn)生鱗刺，而且低碳鋼容易產(chǎn)生積屑瘤，這兩個因素會嚴重影響精加工表面質(zhì)量。粗加工時，斷屑困難，所以低碳鋼的切削加工性較差。中碳鋼（wc=0.3%～0.6%），硬度為180HBW，有較好的綜合性能，切削加工性好，根據(jù)需要還可通過正火或調(diào)質(zhì)處理，改善加工過程或加工質(zhì)量。高碳鋼（wc=0.6%～0.8%），正火后的硬度230～280HBW，其切削加工性不如中碳鋼。通常，碳素鋼的硬度在170～230HBW范圍內(nèi)切削加工性較好。過硬，刀具磨損加?。贿^軟，則不易斷屑而影響切削過程，同時也影響工件的加工質(zhì)量。合金結(jié)構(gòu)鋼的切削加工性一般低于含碳量相近的碳素結(jié)構(gòu)鋼。（2）鑄鐵

普通鑄鐵的塑性和硬度都較低，切屑易斷，切削時摩擦系數(shù)小，切削力小，功率消耗少。但是由于切屑是從石墨處開始不規(guī)則的斷裂往往深入到已加工表面以下，使已加工表面粗糙。另外，切削鑄鐵時，形成的是崩碎切屑，它與前刀面接觸長度短，切削力、切削溫度集中的刃區(qū)，最高溫度在靠近切削刃的后刀面上?？傊胀ㄨT鐵的切削加工性較好。（3）有色金屬普通鋁及鋁合金的硬度和強度都低，且導(dǎo)熱性能好，屬于易切削材料。切削時應(yīng)選用大的刀具前角(γ。>20°)和高的切削速度，所用刀具應(yīng)鋒利、光滑，以減少積屑瘤和加工硬化對表面質(zhì)量的影響。銅及銅合金的硬度和強度都較低，導(dǎo)熱性能也好，屬于易切削材料。純銅和普通黃銅由于塑性和韌性較大，斷屑性差，易粘屑，切削時應(yīng)采用大的前角和可靠的斷屑措施。鉛黃銅和錫青銅的強度和硬度較高，但由于鉛的存在，使其脆性增加，伸長率降低，故切削變形小，形成崩碎切屑，切削時可選用較高的切削速度，加工后能獲得較低的表面粗糙度值。4）難加工材料①高強鋼的切削加工性室溫強度較高，σb＞1.2～1.5GPa，高硬度和強度使其切削加工性變差。在切削加工高強鋼時，刀具的應(yīng)力增大，切削溫度增高，刀具磨損加劇。切削高強度鋼的切削速度，反比于其強度的平方。應(yīng)在退火狀態(tài)下切削加工。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，諸如高錳鋼、高強度鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、難熔金屬及其合金等難加工金屬材料的應(yīng)用越來越多。應(yīng)考慮以下幾點：A.切削速度應(yīng)是普通結(jié)構(gòu)鋼的1/8～1/2，當材料的強度σb=1.47GPa～1.666GPa，切削速度vc=40m/min～65m/min。進給量一般大于0.05mm/r。B.應(yīng)充分冷卻，使用硬質(zhì)合金刀具時不宜用水溶性切削液，以免切削刃承受較大的熱沖擊，引起崩刃。半精加工和精加工可選用Al2O3陶瓷和CBN刀具。選用較小或負值的前角，磨出負倒棱和刀尖圓弧半徑。切削速度可低于45鋼40%左右。C.為避免引起振動，要求工藝系統(tǒng)有足夠的剛性，刀具的懸伸量應(yīng)盡量小。D.要選用耐磨、強度高、耐熱沖擊的刀具材料，如選用硬質(zhì)合金，可用YW類，細晶粒涂層硬質(zhì)合金。②不銹鋼的切削加工性不銹鋼分為鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼、析出硬化不銹鋼等。前兩種為導(dǎo)磁材料，后兩種為非磁性材料。鐵素體型不銹鋼含碳量低于0.15%、含Cr量高于15%，為單相鐵素體組織，塑性好，抗氧化性和耐腐蝕性均較好但切削加工工藝性較差，一般適用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)和抗氧化性鋼。奧氏體型不銹鋼的含碳量較低，但Cr、Ni含量較高。Cr能提高鋼的強度和韌性，加工時會有粘刀傾向。Ni能穩(wěn)定奧氏體組織，增大塑性，易產(chǎn)生加工硬化。導(dǎo)熱性能也很低（約為45鋼的1/3）。奧氏體型不銹鋼較難切削。主要用于耐酸耐堿設(shè)備及抗磁儀表、醫(yī)療器械。馬氏體型不銹鋼的含碳量在0.1%～0.5%之間，淬火后的硬度和強度都比較高，切削加工比較困難。未經(jīng)調(diào)制的馬氏體型不銹鋼，雖可用較高的切削速度，但表面質(zhì)量較差。析出（沉淀）硬化型不銹鋼是經(jīng)過熱處理后，從晶粒中析出顆粒狀極小的碳化物等細微雜質(zhì)的不銹鋼。對晶界腐蝕不敏感。因析出硬化后，機械強度和韌性提高，難以塑性變形，硬化后難以加工。必須在硬化之前進行加工。共同特點A.因切削力大、切削溫度高，刀具材料應(yīng)選用強度高、導(dǎo)熱性好的硬質(zhì)合金；B.為使切削輕快，應(yīng)選用較大的前角，較小的主偏角；C.為避免粘結(jié)現(xiàn)象，前刀面和后刀面應(yīng)仔細研磨，以保證較小的表面粗糙度，也可采用較高的切削速度或較低的切削速度。D.不銹鋼的切屑強韌，應(yīng)對斷屑、卷屑和排屑有相應(yīng)可靠的措施。E.不銹鋼的導(dǎo)熱性能低，切削區(qū)的溫度高，線膨脹系數(shù)較大，容易產(chǎn)生熱變形。精加工時易影響尺寸精度。

F.工藝系統(tǒng)的剛度應(yīng)盡可能高。改善不銹鋼的車削加工的技術(shù)措施A.選用硬度高、抗粘附性好、韌性好的刀具材料。（硬質(zhì)合金，牌號有YT798、YT712、YA6、YW1、YW2、YW3、YG8、YG8N等）也可用高性能高速鋼，常用牌號有:W6Mo5Cr4V2Al、W12Cr4V4Mo、W10Mo4Cr4V3AlB.合理選取刀具幾何角度前角：一般可為15°～30°。若前角太小，會增大切削力，也會使振動加劇，導(dǎo)致工件表面產(chǎn)生振紋，還會影響切屑的順利排除，在切削溫度較高的情況下，容易產(chǎn)生積屑瘤。因此車刀前角要取大些，這樣也有利于減小工件材料的塑性變形，減低切削力和減輕加工硬化程度。后角：一般為8°～12°。不應(yīng)過小。不但可使刀具鋒利，還可以減少