第2章-數(shù)控加工的切削基礎(chǔ)

第2章數(shù)控加工

的切削基礎(chǔ)內(nèi)容提要金屬切削過(guò)程是工件和刀具相互作用的過(guò)程。刀具要從工件上切去一部分金屬，并在保證高生產(chǎn)率和低成本的前提下，使工件得到符合技術(shù)要求的形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量。本章主要研究了數(shù)控加工的金屬切削原理與刀具。學(xué)習(xí)目標(biāo)和重點(diǎn)掌握切削運(yùn)動(dòng)、切削力與切削要素基本理論掌握常用刀具材料的種類(lèi)、性能及其應(yīng)用范圍，熟悉刀具磨損、破損的基本理論與規(guī)律了解積屑瘤的現(xiàn)象及防止方法，了解材料加工性及其影響因素和改善材料加工性的途徑掌握切削用量的選用原則；了解切削液的種類(lèi)、作用和選用；應(yīng)具有根據(jù)加工條件合理選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)的能力。

項(xiàng)目

2.1切削運(yùn)動(dòng)與切削要素

2.2金屬切削刀具2.3金屬切削過(guò)程2.4金屬材料的切削加工性2.5切削用量及切削液的選擇習(xí)題二2.1切削運(yùn)動(dòng)與切削要素2.1.1切削運(yùn)動(dòng)和加工中的工件表面2.1.2切削要素2.1.1切削運(yùn)動(dòng)和加工中的工件表面2.1.1.1切削運(yùn)動(dòng)2.1.1.2加工中的工件表面2.1.1.1切削運(yùn)動(dòng)金屬切削加工就是用金屬切削刀具把工件毛坯上預(yù)留的金屬材料（統(tǒng)稱(chēng)余量）切除，獲得圖樣所要求的零件。在切削過(guò)程中，刀具和工件之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)就稱(chēng)為切削運(yùn)動(dòng)。按切削運(yùn)動(dòng)在切削加工中的功用不同分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

1.主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床提供的主要運(yùn)動(dòng)，它使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是切削過(guò)程中切下切屑所需的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：切削速度最高，消耗的機(jī)床功率最大。形式：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)完成件：工件、刀具【幾種常見(jiàn)加工方法的切削運(yùn)動(dòng)】2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（走刀運(yùn)動(dòng)）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床提供的，使刀具和工件之間產(chǎn)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是切削過(guò)程中使金屬層不斷地投入切削，從而加工出完整表面所需的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：消耗的功率比主運(yùn)動(dòng)小得多。形式：連續(xù)運(yùn)動(dòng)、間斷運(yùn)動(dòng)、兩者組合完成件：工件、刀具【幾種常見(jiàn)加工方法的切削運(yùn)動(dòng)】總之，在各類(lèi)切削加工中，主運(yùn)動(dòng)必須有一個(gè)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)（如車(chē)削）、兩個(gè)（如圓磨削）或多個(gè)，甚至沒(méi)有（如拉削）。3.合成切削運(yùn)動(dòng)由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為合成切削運(yùn)動(dòng)。刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件的瞬時(shí)合成運(yùn)動(dòng)方向稱(chēng)為合成切削運(yùn)動(dòng)方向。合成切削速度為同一選定點(diǎn)的主運(yùn)動(dòng)速度與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的矢量和?！編追N常見(jiàn)加工方法的切削運(yùn)動(dòng)】VcVfVe

2.1.1.2加工中的工件表面

已加工表面：工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面。待加工表面：工件上有待切除切削層的表面過(guò)渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面。

【幾種常見(jiàn)加工方法的切削運(yùn)動(dòng)】2.1.2切削要素2.1.2.1切削用量2.1.2.2切削層的幾何參數(shù)2.1.2.1切削用量切削用量是用來(lái)表示切削運(yùn)動(dòng)，調(diào)整機(jī)床用的參量，并且可用它對(duì)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量的表述。它包括以下三個(gè)要素：切削速度進(jìn)給量f背吃刀量ap【切削用量三要素】1.切削速度切削速度：在切削加工時(shí)，切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。即在單位時(shí)間內(nèi)，工件和刀具沿主運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位為m/min。1.切削速度大多數(shù)切削加工的主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（車(chē)、鉆、鏜、銑、磨削加工）時(shí)，其切削速度為加工表面最大線速度，即式中：dw——切削刃選定點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的工件或刀具的最大回轉(zhuǎn)直徑（mm）；

n——主軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min1.切削速度若主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線時(shí)，則常以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平均速度作為切削速度，即式中：n——主運(yùn)動(dòng)每分鐘的往復(fù)次數(shù)，單位為dstr/minL——工件或刀具作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng)度，單位為mm。2．進(jìn)給量f

進(jìn)給量：在主運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)內(nèi)，刀具在進(jìn)給方向上相對(duì)于工件的位移量。可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來(lái)表達(dá)或度量。單為mm/r（如車(chē)削、鏜削等）或mm/行程（如刨削、磨削等）。2．進(jìn)給量f

車(chē)削時(shí)的進(jìn)給速度（單位為mm/min）是指切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。每轉(zhuǎn)進(jìn)給每分鐘進(jìn)給2．進(jìn)給量f

對(duì)于鉸刀、銑刀等多齒刀具，常要規(guī)定出每齒進(jìn)給量（fz）（單位為mm/z），其含義為多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對(duì)于工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移量式中，z——多齒刀具的刀齒數(shù)。3．背吃刀量ap

背吃刀量是已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，其單位為mm。它直接影響主切削刃的工作長(zhǎng)度，反映了切削負(fù)荷的大小。?！厩邢饔昧咳亍客鈭A車(chē)削時(shí)式中：dw——待加工表面直徑（mm）；

dm——已加工表面直徑（mm）。3．背吃刀量ap鏜孔時(shí)背吃刀量？鉆孔時(shí)式中：dm——孔直徑（mm）。3．背吃刀量ap切削層是由切削部分的一個(gè)單一動(dòng)作（或指切削部分切過(guò)工件的一個(gè)單程，或指只產(chǎn)生一圈過(guò)渡表面的動(dòng)作）所切除的工件材料層。切削層的尺寸稱(chēng)為切削層參數(shù)。2.1.2.2切削層的幾何參數(shù)【切削層參數(shù)】切削面積切削層厚度——它表示單位長(zhǎng)度上主切削刃的負(fù)荷。

切削層寬度——它大致反映了刀具主切削刃參加切削工作的長(zhǎng)度

——主偏角。

【切削層的參數(shù)】bD、hD與ap和f的關(guān)系

正切屑：fsinkr＜ap/sinkr

——生產(chǎn)中多為此種情況，即主切削刃擔(dān)負(fù)主要切削工作。倒切屑：fsinkr>ap/sinkr

——當(dāng)采用大進(jìn)給切削時(shí)，主要切削負(fù)荷已由主切削刃轉(zhuǎn)移到副切削刃上，副前角γo′成為刀具的主要角度，應(yīng)該是設(shè)計(jì)、刃磨的重點(diǎn)2.1.2.2切削層的幾何參數(shù)實(shí)際切削面積ADe

殘留面積△AD的高度稱(chēng)輪廓最大高度Ry尖行刀：圓弧形刀尖：2.2金屬切削刀具2.2.1常用刀具種類(lèi)2.2.2刀具材料2.2.3刀具幾何角度2.2.4刀具失效和刀具耐用度2.2.1常用刀具種類(lèi)按加工方法分類(lèi)按切削刃特點(diǎn)分類(lèi)工藝特點(diǎn)分類(lèi)按裝配結(jié)構(gòu)分類(lèi)1.按加工方法分類(lèi)（1）切刀：車(chē)刀、刨刀、插刀、鏜刀。（2）孔加工刀具：鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀。（3）拉刀:圓孔拉刀、花鍵拉刀、平面拉刀、單鍵拉刀。

（4）銑刀：圓柱形銑刀、面銑刀、立銑刀、槽銑刀、鋸片銑刀。（5）螺紋刀具：絲錐、板牙、螺紋切刀。（6）齒輪刀具：齒輪銑刀、齒輪滾刀、插齒刀。（7）磨具：砂輪、砂帶、油石。

【切削刀具的基本類(lèi)型】

a)機(jī)夾式車(chē)刀

b)熱管式車(chē)刀

c)麻花鉆

d)擴(kuò)孔鉆e)鉸刀f)圓孔拉刀【切削刀具的基本類(lèi)型】

g)圓柱形銑刀h)面銑刀i)成形銑刀j)絲錐k)板牙

l)齒輪滾刀

m)插齒刀n)剃齒刀o)平形砂輪2、按切削刃特點(diǎn)分類(lèi)（1）單刃刀具（2）多刃刀具3.按工藝特點(diǎn)分類(lèi)（1）通用刀具：車(chē)刀、刨刀、銑刀等。（2）定尺寸刀具：鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、拉刀等。（3)成形刀具：成形車(chē)刀、花鍵拉刀等。

4.按裝配結(jié)構(gòu)分類(lèi)（1）整體式（2）焊接式（3）機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式。（4）涂層刀具式【整體式】【焊接式】【機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式】【涂層刀具式】【刀具的組成結(jié)構(gòu)】組成部分工作部分（刀頭）夾持部分（刀柄或刀體）指擔(dān)負(fù)切削加工部分，由刀面、切削刃組成。橫截面一般為矩形或圓形，指刀桿、刀柄和套裝孔，是保證刀具有正確的安裝工作位置，并傳遞切削運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。【刀具的組成結(jié)構(gòu)】【刀具的組成結(jié)構(gòu)】2.2.2刀具材料刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的優(yōu)劣，首先決定于切削部分的材料；其次取決于切削部分的幾何參數(shù)及刀具結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)是否合理。1.刀具材料應(yīng)具備的性能

洛氏硬度HRC20～67。相當(dāng)于布氏硬度HB225－－6501.刀具材料應(yīng)具備的性能2.刀具材料的種類(lèi)

硬質(zhì)合金工具鋼特種刀具材料碳素工具鋼合金工具鋼高速鋼陶瓷材料金剛石立方氮化硼數(shù)控加工中用得最普遍的刀具特殊場(chǎng)合使用【刀具材料的種類(lèi)成分和應(yīng)用】【刀具材料的種類(lèi)成分和應(yīng)用】Y表示硬質(zhì)合金；G表示鈷，其后數(shù)字表示含鈷量；

T表示碳化鈦，其后數(shù)字表示碳化鈦的含量；

W表示通用合金；

N表示以鎳、鉬作黏結(jié)劑的合金

；

【刀具材料的種類(lèi)成分和應(yīng)用】CVD化學(xué)氣相沉積法，沉積溫度在1000℃左右；PVD物理氣相沉積法，沉積溫度在500℃左右低速切削高速切削2.2.3刀具的幾何角度2.2.3.1刀具切削部分組成要素2.2.3.2刀具切削部分幾何角度2.2.3.3刀具幾何參數(shù)的選擇2.2.3.1刀具切削部分組成要素3面、2刃、1尖【三面】（1）前刀面(Aγ)

：刀具上切屑流過(guò)的表面。（2）主后刀面(Aα)

：刀具上與過(guò)渡表面相對(duì)的表面。（3）副后刀面(Aαˊ)：刀具上與已加工表面相對(duì)的表面。572.2.3.1刀具切削部分組成要素3面、2刃、1尖【二刃】（4）主切削刃(S)

：前刀面與主后刀面的交線，它完成主要的金屬切除工作。（5）副切削刃(Sˊ)

：前刀面與副后刀面的交線，它配合主切削刃完成金屬切除工作，負(fù)責(zé)最終形成工件已加工表面。2.2.3.1刀具切削部分組成要素3面、2刃、1尖【一尖】（6）刀尖：主切削刃與副切削刃的連接處的一小部分切削刃。它分為修圓刀尖和倒角刀尖兩類(lèi)a)切削刃的實(shí)際交點(diǎn)

b)修圓刀尖

c)倒角刀尖

2.2.3.2刀具切削部分的幾何角度1.正交平面參考系①基面(Pr)

通過(guò)切削刃選定點(diǎn)并垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的平面。

②切削平面(PS)

通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直于基面的平面。

③正交平面(Po)

正交平面是指通過(guò)切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。【刀具角度坐標(biāo)系】2.2.3.2刀具切削部分的幾何角度2.刀具的主要標(biāo)注角度（1）正交平面(Po)中測(cè)量的角度

①前角(γo)

前刀面與基面間的夾角。當(dāng)前刀面與切削平面夾角小于90°時(shí)，前角為正值；大于90°時(shí)，前角為負(fù)值。它對(duì)刀具切削性能有很大的影響。

②后角(αo)

后刀面與切削平面間的夾角。當(dāng)后刀面與基面夾角小于90°時(shí)，后角為正值；大于90°時(shí)，后角為負(fù)值。它的主要作用是減小后刀面與工件之間的摩擦和減少后刀面的磨損。

③楔角(βo)

前刀面與后εr刀面的夾角。

βo=90°－（γo+αo）【車(chē)刀角度】（2）在基面(Pr)中測(cè)量的角度①主偏角（κr）主切削平面與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角，總為正值。主偏角的大小影響切削條件和刀具壽命。車(chē)刀常用的主偏角有45°、60°、75°和90°四種。②副偏角(κrˊ)

副切削平面與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向間的夾角。其大小主要影響表面粗糙度。③刀尖角(εr)

主切削平面與副切削平面間的夾角。εr=180°－（κr+κrˊ）【車(chē)刀角度】（3）切削平面(PS)中測(cè)量的角度①刃傾角(λS)

主切削刃與基面間的夾角。當(dāng)?shù)都庀鄬?duì)于車(chē)刀刀柄安裝面處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正值；當(dāng)?shù)都馓幱谧畹忘c(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)值；當(dāng)切削刃平行于刀柄安裝面時(shí)，刃傾角為0°?！拒?chē)刀角度】2.2.3.3刀具幾何參數(shù)的選擇當(dāng)?shù)毒卟牧洗_定之后，刀具的切削性能便由其幾何參數(shù)來(lái)決定。刀具合理的幾何參數(shù)，是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠滿(mǎn)足較高生產(chǎn)率、較低加工成本的刀具幾何參數(shù)。1.刀具前角的選擇前角主要影響切屑變形和切削力的大小以及刀具耐用度和加工表面質(zhì)量的高低。前角增大，可以使切削變形和摩擦減小，故切削力小、切削熱低，加工表面質(zhì)量高。但前角過(guò)大，刀具強(qiáng)度降低，耐用度下降。前角減小，刀具強(qiáng)度提高，切屑變形增大，易斷屑。但前角過(guò)小，會(huì)使切削力和切削熱增加，刀具耐用度也隨之降低?！厩敖堑倪x擇原則】①工件材料：塑性材料選用較大的前角；脆性材料選用較小的前角；工件的強(qiáng)度、硬度低應(yīng)選較大的前角，反之取較小前角；加工特硬材料或高強(qiáng)度鋼（如淬火鋼）應(yīng)選很小前角甚至負(fù)前角。②刀具材料：刀具材料的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度較高時(shí)應(yīng)選較大前角。如高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的前角則應(yīng)更小一些。【前角的選擇原則】③加工過(guò)程：粗加工、斷續(xù)切削選用較小的前角；精加工選用較大的前角。④當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差和機(jī)床功率小時(shí)選較大前角，以減小切削力和振動(dòng)；數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)線用刀具，為了保證刀具穩(wěn)定（不崩刃及破損）一般使用的刀具前角比較小或零度前角。2.刀具后角的選擇后角的主要功用是減小主后刀面與過(guò)渡表面層之間的摩擦，減輕刀具磨損。后角減小，可以使主后刀面與工件表面間的摩擦加劇，刀具磨損加大，工件冷硬程度增加，加工表面質(zhì)量差；尤其是切削厚度較小時(shí)，由于刃口鈍圓半徑的影響，上述情況更為嚴(yán)重。后角增大，則摩擦減小，也減小了刃口鈍圓半徑，對(duì)切削厚度較小的情況有利，但使刀刃強(qiáng)度和散熱情況變差?！竞蠼堑倪x擇原則】①工件材料：工件硬度、強(qiáng)度較高時(shí)選用較小的后角，以增加切削刃強(qiáng)度；加工脆性材料切削力集中在刀刃附近，為強(qiáng)化切削刃應(yīng)選用較小的后角；工件塑性、韌性較大時(shí)選用較大的后角，減小刀具后刀面的摩擦。②加工過(guò)程：粗加工、斷續(xù)切削時(shí)，為強(qiáng)化切削刃，應(yīng)選用較小的后角；精加工、連續(xù)切削時(shí)，刀具的磨損主要發(fā)生在刀具后刀面，應(yīng)選用較大的后角?！竞蠼堑倪x擇原則】③當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差，易出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)選較小的后角。在一般條件下，為提高刀具耐用度可加大后角，但為降低重磨費(fèi)用，對(duì)重磨刀具可適當(dāng)減小后角。

④注意：副后角可減少副后面與已加工表面間的摩擦。為了使制造、刃磨方便，一般車(chē)刀、刨刀等的副后角等于主后角；而切斷刀、切槽刀及鋸片銑刀等的副后角因受刀頭強(qiáng)度限制，只能取得較小，通常α0ˊ=1°～2°。3.主偏角的選擇主偏角可影響刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力（背向力大）的大小。主偏角較小，則刀頭強(qiáng)度高，散熱條件好，已加工表面殘留面積高度小，參加切削的主切削刃長(zhǎng)度長(zhǎng)，作用在主切削刃上的平均切削負(fù)荷小。但背向力大，切削厚度小，斷屑效果差?！局髌堑倪x擇原則】①工件材料：加工很硬的材料如淬硬鋼和冷硬鑄鐵時(shí)，為減少單位長(zhǎng)度切削刃上的負(fù)荷，改善刀刃散熱條件，提高刀具耐用度，應(yīng)取κr=10°～30°，工藝系統(tǒng)剛性好的取小值，反之取大值。②加工過(guò)程：使用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行精加工時(shí)，應(yīng)選用較大的主偏角?！局髌堑倪x擇原則】③當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性低（如車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁筒）時(shí)，應(yīng)取較大的主偏角，甚至取κr≥90°，以減小背向力Fp，從而降低工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動(dòng)④單件小批生產(chǎn)時(shí)，希望用一兩把車(chē)刀加工出工件上所有表面，則主偏角應(yīng)選為κr=45°或90°，提高刀具的通用性；【主偏角的選擇原則】⑤需要從工件中間切入的車(chē)刀，以及仿形加工的車(chē)刀，應(yīng)適當(dāng)增大主偏角；有時(shí)主偏角的大小取決于工件形狀，例如加工階梯軸的工件，則需根據(jù)工件形狀選擇主偏角κr=90°的刀具。4.副偏角的選擇副偏角的功能在于減小副切削刃與已加工表面的摩擦（加工表面的粗糙度要求和刀具強(qiáng)度）。減小副偏角可以提高刀具強(qiáng)度，改善散熱條件，可減小殘留面積高度，但可能增加副后刀面與已加工表面的摩擦，引起震動(dòng)。【副偏角的選擇原則】①在不引起震動(dòng)的情況下，一般刀具應(yīng)盡量選用較小的副偏角，如車(chē)刀、刨刀均可取κrˊ=5°～10°②工件材料：加工高強(qiáng)度、高硬度材料時(shí)應(yīng)取較小的副偏角κrˊ=4°～6°，以提高刀尖強(qiáng)度，改善散熱條件?！靖逼堑倪x擇原則】③加工過(guò)程：粗加工時(shí)，取副偏角κrˊ=10°～15°，精加工刀具的副偏角應(yīng)更小一些（κrˊ=5°～10°），以減小殘留面積，從而減小了表面粗糙度。④當(dāng)工藝系統(tǒng)剛度較差或從工件中間切入時(shí)，可取副偏角κrˊ=30°～45°?！靖逼堑倪x擇原則】⑤切斷刀、鋸片刀和槽銑刀等，為了保證刀頭強(qiáng)度和重磨后刀頭寬度變化較小，只能取很小的副偏角κrˊ=1°～2°。5.刃傾角的選擇刃傾角的作用是主要影響切屑流向和刀尖強(qiáng)度。刃傾角為正值，切削開(kāi)始時(shí)刀尖與工件先接觸，切屑流向待加工表面，可避免纏繞和劃傷已加工表面，對(duì)半精加工、精加工有利；刃傾角為負(fù)值，切削開(kāi)始時(shí)刀尖后接觸工件，切屑流向已加工表面，容易將已加工表面劃傷；在粗加工開(kāi)始，尤其是在斷續(xù)切削時(shí)，可避免刀尖受沖擊，起到保護(hù)刀尖的作用。刃傾角對(duì)切屑流出方向的影響刃傾角對(duì)刀尖強(qiáng)度的影響【刃傾角的影響】【刃傾角的選擇原則】①工件材料：加工高強(qiáng)度鋼、淬硬鋼時(shí)，應(yīng)取絕對(duì)值較大的負(fù)刃傾角，以使刀具有足夠的強(qiáng)度。②加工過(guò)程：粗加工時(shí)取λS=-5°～0°，精車(chē)時(shí)取λS=0°～5°；斷續(xù)切削、工件表面不規(guī)則，有沖擊負(fù)荷時(shí)取λS=-15°～-5°。強(qiáng)力切削時(shí)，為提高刀頭強(qiáng)度可取λS=-30°～-10°。微量切削時(shí)，為增加切削刃的鋒利程度和切薄能力，可取λS=45°～75°【刃傾角的選擇原則】③當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差時(shí)，應(yīng)取λS＞0°，以減小背向力，避免切削中的振動(dòng)。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇①切削刃區(qū)的剖面形式a)鋒刃:刃磨刀具時(shí)有前刀面和后刀面直接形成的切削刃稱(chēng)為鋒刃。其特點(diǎn)是刃磨簡(jiǎn)便、切入阻力小，廣泛應(yīng)用于各種精加工刀具和復(fù)雜刀具，但其刃口強(qiáng)度較差。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇①切削刃區(qū)的剖面形式b)倒棱:沿切削刃磨出負(fù)前角（或零度前角、小的正前角）的窄棱面稱(chēng)為倒棱。倒棱的作用可增強(qiáng)切削刃，避免崩刃并提高刀具耐用度。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇①切削刃區(qū)的剖面形式c)刃帶:沿切削刃磨出后角為零度的窄棱面稱(chēng)為刃帶。刃帶有支承、導(dǎo)向、穩(wěn)定和消振作用。對(duì)于鉸刀、拉刀和銑刀等定尺寸刀具，刃帶可使制造、測(cè)量方便。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇①切削刃區(qū)的剖面形式d)消振棱:沿切削刃磨出負(fù)后角的窄棱面稱(chēng)為消振棱。消振棱可消除切削加工中的低頻振動(dòng)，強(qiáng)化切削刃，提高刀具耐用度。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇①切削刃區(qū)的剖面形式e)倒圓刃:研磨切削刃，使它獲得比鋒刃的鈍圓半徑大一些的切削刃鈍圓半徑，這種刃區(qū)形式稱(chēng)為倒圓刃。倒圓刃可提高刀具耐用度，增強(qiáng)切削刃，廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇②前刀面形式。a)平前刀面的特點(diǎn)是形狀簡(jiǎn)單，制造、刃磨方便，但不能強(qiáng)制卷屑，多用于成型、復(fù)雜和多刃刀具以及精車(chē)、加工脆性材料用刀具。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇②前刀面形式。

b)由于倒棱可增加刀刃強(qiáng)度，提高刀具耐用度，粗加工刀具常用帶倒棱的前刀面。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇②前刀面形式。

c)帶斷屑槽的前刀面是在前刀面上磨有直線或弧形的斷屑槽，切屑從前刀面流出時(shí)受斷屑槽的強(qiáng)制附加變形，能使切屑按要求卷曲折斷。主要用于塑性材料的粗加工及半精加工刀具。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇②前刀面形式。

(d)負(fù)前角平面型、雙平面型切削刃強(qiáng)度較好，但刀刃較鈍，多用于硬脆刀具材料、加工高強(qiáng)度高硬度（如淬火鋼）的車(chē)刀、銑刀、面銑刀等。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇③后刀面形式。有平后刀面、帶消振棱或刃帶的后刀面、雙重或三重后刀面。平后刀面形狀簡(jiǎn)單，制造刃磨方便，應(yīng)用廣泛。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇③后刀面形式。帶消振棱的后刀面用于減小振動(dòng)。帶刃帶的后刀面用于定尺寸刀具。雙重或三重后刀面主要能增強(qiáng)刀刃強(qiáng)度，減少后刀面的摩擦。刃磨時(shí)一般只磨第一后刀面。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇④過(guò)渡刃。為增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度和散熱能力，通常在刀尖處磨出過(guò)渡刃。其形式主要有兩種。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇④過(guò)渡刃。直線形過(guò)渡刃能提高刀尖強(qiáng)度，改善刀具散熱條件，主要用在粗加工刀具上。6.其它幾何參數(shù)的選擇的選擇④過(guò)渡刃。圓弧形過(guò)渡刃不僅可以提高刀具耐用度，還能大大減小已加工表面粗糙度值，因而常用在精加工刀具上。2.2.4刀具失效和耐用度2.2.4.1刀具失效2.2.4.2刀具磨損過(guò)程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)2.2.4.3刀具耐用度2.2.4.1刀具失效刀具失效：指刀具在使用過(guò)程中喪失切削能力的現(xiàn)象刀具破損刀具失效刀具磨損1.刀具磨損（打刀）刀具破損：是由于刀具選擇、使用不當(dāng)及操作失誤而造成的?！毒邎?bào)廢，屬非正常失效。脆性破損塑性破損沖擊振動(dòng)→刀具崩刃、碎斷現(xiàn)象高溫切削超負(fù)荷切削

→固態(tài)相變、塑性變形交變力下表面疲勞→刀面裂紋、剝落現(xiàn)象刀具破損2.刀具磨損刀具磨損：屬正常失效。前面磨損刀具磨損后面磨損邊界磨損塑性材料→月牙洼→主切削刃近外皮處→副切削刃刀尖脆性材料加工【刀具的磨損】2.2.4.2刀具磨損過(guò)程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)正常磨損階段：曲線為直線，其斜率大小表示刀具的磨損強(qiáng)度：斜率越小，耐磨性越好。1.刀具磨損磨損過(guò)程（分三階段）

1）初期磨損階段：此階段磨損較快。使后刀面很快出現(xiàn)磨損帶。初期磨損量一般在0.05～0.1mm。2）正常磨損階段：此階段磨損減慢。是刀具的有效工作階段。磨損量隨時(shí)間的增加均勻增加。3）急劇磨損階段：此階段磨損急劇增加。不能保證加工質(zhì)量，一般應(yīng)在此階段之前及時(shí)換刀。2.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)→最大的允許磨損量

→主后刀面中間部分的平均磨損量VB值【硬質(zhì)合金車(chē)刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)】加工條件主后面VB值精車(chē)0.1～0.3合金鋼粗車(chē)、粗車(chē)剛性較差工件0.4～0.5碳素鋼粗車(chē)0.6～0.8鑄鐵件粗車(chē)0.8～1.2鋼及鑄鐵大件低速粗車(chē)1.0～1.52.2.4.3刀具耐用度

VB的大小不是很容易測(cè)定的，不過(guò)因?yàn)閂B值是時(shí)間t的函數(shù)，故在生產(chǎn)實(shí)踐中，可用t表示VB。1.刀具耐用度的概念

刀具耐用度：是指從刀具刃磨后開(kāi)始切削，一直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)過(guò)的總切削時(shí)間，用符號(hào)T表示，單位為min。刀具壽命：表示一把新刀從投入切削起到報(bào)廢為止總的切削時(shí)間。即：刀具壽命等于該刀具的重磨次數(shù)（包括新開(kāi)刀刃）乘以刀具耐用度。耐用度應(yīng)為切削時(shí)間，不包括對(duì)刀、測(cè)量、快進(jìn)、回程等非切削時(shí)間。通常，刀具耐用度高表示刀具磨損得慢。2.影響刀具耐用度的因素

①切削用量：vc、f、ap增大，刀具耐用度T減小，且vc影響最大，f次之，ap最小。②刀具幾何參數(shù)：對(duì)刀具耐用度影響最大的是前角

o和主偏角kr。③刀具材料

：高溫強(qiáng)度越高，耐磨性越好，刀具耐用度越高；沖擊韌性越好，抗彎強(qiáng)度越高，刀具耐用度越高

。

④工件材料

：強(qiáng)度、硬度越高，故刀具耐用度越低。此外，塑性、韌性越高，導(dǎo)熱性越低，切削溫度越高，刀具耐用度越低。1.刀具耐用度的概念

刀具耐用度：是指從刀具刃磨后開(kāi)始切削，一直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)過(guò)的總切削時(shí)間，用符號(hào)T表示，單位為min。刀具壽命：表示一把新刀從投入切削起到報(bào)廢為止總的切削時(shí)間。即：刀具壽命等于該刀具的重磨次數(shù)（包括新開(kāi)刀刃）乘以刀具耐用度。耐用度應(yīng)為切削時(shí)間，不包括對(duì)刀、測(cè)量、快進(jìn)、回程等非切削時(shí)間。通常，刀具耐用度高表示刀具磨損得慢。3.刀具耐用度的確定

刀具類(lèi)型耐用度T值（min）高速鋼車(chē)刀60～90高速鋼鉆頭80～120硬質(zhì)合金焊接車(chē)刀60硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車(chē)刀15～30硬質(zhì)合金面銑刀120～180齒輪刀具200～300自動(dòng)機(jī)用高速鋼車(chē)刀180～200刀具耐用度確定時(shí)考慮因素(1)復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)比簡(jiǎn)單的、低精度的、單刃刀具高。(2)可轉(zhuǎn)位刀具換刃、換刀片快捷，為使切削刃始終處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低一些。(3)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一些。(4)精加工大件時(shí)，為避免中途換刀，耐用度應(yīng)選得高一些。(5)數(shù)控加工中，刀具耐用度應(yīng)大于一個(gè)工作班，至少應(yīng)大于一個(gè)零件的切削時(shí)間。2.3金屬切削過(guò)程2.3.1切屑的形成及種類(lèi)2.3.2積屑瘤2.3.3切削力2.3.1切屑的形成及種類(lèi)切屑形成過(guò)程切屑的種類(lèi)切屑的折斷1.切屑的形成過(guò)程切削時(shí)的三個(gè)變形區(qū)第Ⅰ變形區(qū)：它由靠近切削刃的位置開(kāi)始發(fā)生塑性變形，直到剪切滑移基本完成。1.切屑的形成過(guò)程切削時(shí)的三個(gè)變形區(qū)第Ⅱ變形區(qū)：切屑沿前刀面排出時(shí)，切削層與前刀面相接觸的附近區(qū)域進(jìn)一步受到前刀面的擠壓和摩擦。1.切屑的形成過(guò)程切削時(shí)的三個(gè)變形區(qū)第Ⅲ變形區(qū)：是已加工表面靠近切削刃處的區(qū)域。在這一區(qū)域，金屬受到切削刃和后刀面的擠壓與摩擦。造成加工硬化。2.切屑的種類(lèi)一般加工塑性金屬材料（如軟鋼、銅、鋁等），在切削厚度較小、速度較高、刀具前角較大時(shí)，容易得到這種切屑。形成帶狀切屑時(shí)，切削過(guò)程較平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，加工表面質(zhì)量高。2.切屑的種類(lèi)節(jié)狀切屑又稱(chēng)擠裂切屑。擠裂切屑大多在加工塑性較低的金屬材料（如黃銅），切削速度較低、厚度較大、刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生；特別當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性不足、加工碳素鋼材料時(shí)，也容易得到這種切屑。產(chǎn)生擠裂切屑時(shí)，切削過(guò)程不太穩(wěn)定，切削力波動(dòng)也較大，已加工表面質(zhì)量較低。2.切屑的種類(lèi)單元切屑又稱(chēng)粒狀切屑。采用小前角或負(fù)前角，以極低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金屬（延伸率較低的結(jié)構(gòu)鋼）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種切屑。產(chǎn)生單元切屑時(shí)，切削過(guò)程不平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較大，已加工表面質(zhì)量較差。2.切屑的種類(lèi)切削脆性金屬（鑄鐵、青銅等）時(shí)，由于材料的塑性很小，抗拉強(qiáng)度很低，在切削時(shí)切削層內(nèi)靠近切削刃和前刀面的局部金屬未經(jīng)明顯的塑性變形就被擠裂，形成不規(guī)則狀的碎塊切屑。工件材料越硬脆、刀具前角越小、切削厚度越大時(shí)，越易產(chǎn)生崩碎切屑。產(chǎn)生崩碎切削時(shí)，切削力波動(dòng)大，加工表面凹凸不平，刀刃容易損壞。3.切屑的折斷在前刀面上磨出或壓制出斷屑槽，迫使切屑流入槽內(nèi)經(jīng)受卷曲變形進(jìn)一步硬化和脆化，當(dāng)它碰撞到工件或刀具的刀面時(shí)，就很容易被折斷。1）

斷屑槽的形式寬度減小和反屑角增大，都能使切屑卷曲半徑減小，卷曲變形增大，切屑易折斷。但lBn太小或δBn太大，切屑易堵塞，排屑不暢，會(huì)使切削力增大、切削溫度升高。2）

斷屑槽槽形斜角

2.3.2積屑瘤積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤的形成過(guò)程積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響積屑瘤的防止方法1.積屑瘤現(xiàn)象在中速或較低切削速度范圍內(nèi)，切削一般鋼料或其他塑性金屬材料，而又能形成帶狀切屑時(shí)，緊靠切削刃的前面上黏結(jié)一硬度很高的楔狀金屬塊，它包圍著切削刃且覆蓋部分前刀面，俗稱(chēng)刀瘤。2.積屑瘤的形成過(guò)程形核和核長(zhǎng)大積屑瘤的產(chǎn)生、成長(zhǎng)、脫落過(guò)程是在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，并在切削過(guò)程中周期性地不斷出現(xiàn)。3.積屑瘤對(duì)切削過(guò)程影響（1）增大前角。當(dāng)積屑瘤最高時(shí)，刀具有30°左右的前角

o，因而可減少切屑變形，降低了切削力。（2）增大切削厚度。積屑瘤前端伸出于切削刃外，伸出量為hD，使切削厚度增大了hD，因而影響了加工尺寸。（3）增大已加工件的表面粗糙度。（4）影響刀具耐用度。切削刃和前刀面都得到積屑瘤的保護(hù)，從而減少了刀具磨損。但在積屑瘤不穩(wěn)定的情況下使用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，積屑瘤的破裂可能使硬質(zhì)合金刀具顆粒剝落，使刀具磨損加劇。4.積屑瘤的防止方法（1）切削速度的影響?？刂魄邢魉俣仁骨邢鳒囟瓤刂圃?00℃以下或380℃以上，就可以減少積屑瘤的生成。（2）進(jìn)給量的影響。若適當(dāng)降低進(jìn)給量，則可削弱積屑瘤的生成基礎(chǔ)。（3）前角的影響。前角增大到35°時(shí)，一般不產(chǎn)生積屑瘤。（4）切削液的影響。采用潤(rùn)滑性能良好的切削液可以減少或消除積屑瘤的產(chǎn)生。（5）工件材料硬度的影響。以提高硬度，降低塑性抑制積屑瘤的產(chǎn)生。2.3.3切削力切削力的來(lái)源及分解切削功率1.切削力的來(lái)源及分解切削合力切屑形成過(guò)程中彈性變形及塑性變形產(chǎn)生的變形抗力；刀具與切屑及工件表面間的摩擦阻力，來(lái)源：1.切削力的來(lái)源及分解切削合力與分力：主切削力Fc

：是總切削合力沿主運(yùn)動(dòng)方向上的分力，垂直于基面，與切削速度方向一致，在切削過(guò)程中消耗的功率最大（占總數(shù)95%以上）。1.切削力的來(lái)源及分解切削合力與分力：進(jìn)給力Ff

：切削合力沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力，在基面內(nèi)，與進(jìn)給方向即工件軸線方向平行，故又稱(chēng)進(jìn)給抗力或軸向力。1.切削力的來(lái)源及分解切削合力與分力：背向力Fp

：切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面內(nèi)，與進(jìn)給方向垂直，即通過(guò)工件直徑方向，故又稱(chēng)徑向力或吃刀抗力。背向力Fp

作用于機(jī)床→夾具→工件→刀具系統(tǒng)剛度最弱的方向上，容易引起振動(dòng)及加工誤差，是影響工件加工質(zhì)量的主要分力。1.切削力的來(lái)源及分解切削合力與分力：推力FD2.切削功率P主切削力Fc

：最大，95%以上P進(jìn)給力Ff：1%～5%，忽略不計(jì)背向力Fp

：幾乎不消耗功率

3.切削熱、切削溫度切屑形成過(guò)程中彈性變形及塑性變形產(chǎn)生的變形抗力；刀具與切屑及工件表面間的摩擦阻力切削合力：變形功耗摩擦功耗切削熱傳散切屑刀具工件介質(zhì)50%～80%4%～10%9%～30%1%無(wú)切削液車(chē)鋼件外圓50%鉆削鋼件3.切削熱、切削溫度切削溫度是指切削區(qū)（切屑、工件和刀具接觸區(qū)）的平均溫度。其影響因素：切削用量的影響。vc、f、ap越大，切削溫度越高，且vc影響最大，f次之，ap最小。（2）刀具幾何角度的影響。對(duì)溫度影響最大的是前角

o和主偏角kr。（3）工件材料的影響。材料硬度、強(qiáng)度越高，切削時(shí)消耗的功越大，切削溫度就越高；工件材料的導(dǎo)熱性能越好，切削熱傳散越快，切削溫度則越低。（4）切削液的影響。切削加工時(shí)，使用切削液可以有效地降低溫度，同時(shí)還可以起潤(rùn)滑、清洗和防銹的作用。2.4金屬材料的切削加工性2.4.1切削加工工藝性的概念和指標(biāo)2.4.2影響切削加工性的因素2.4.3改善金屬材料切削加工性的途徑2.4.1切削加工工藝性概念和指標(biāo)工件材料的切削加工工藝性即工件材料進(jìn)行切削加工的難易程度常用衡量指標(biāo)：刀具耐用度或一定耐用度下所允許的切削速度νΤ表面質(zhì)量或表面粗糙度最小切削力或切削功率斷屑性能2.4.2影響切削加工性的因素工件材料的切削加工性能主要受其本身的物理力學(xué)性能的影響工件材料的硬度·材料的硬度高；·

高溫硬度高；·材料中含硬質(zhì)點(diǎn)工件材料的強(qiáng)度工件材料的塑性與韌性工件材料的導(dǎo)熱性切削變形磨損切削力和切削功率SiO2、Al2O3等斷屑加工硬化擦傷2.4.3改善金屬材料切削加工性的途徑熱處理工藝選擇合適的毛坯成形方式合適的刀具材料合理的刀具角度和切削用量適當(dāng)?shù)募庸すに?.5切削用量及切削液選擇2.5.1切削用量的選擇2.5.2切削液的選擇2.5.1切削用量的選擇切削用量選擇原則切削用量選擇方法（機(jī)床功率的）校核*1.切削用量的選擇原則粗加工切削用量的選擇原則盡可能大的ap盡量保證較高的金屬切除率根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性的限制條件根據(jù)刀具耐用度盡可能大的f最佳的υc提高效率1.切削用量的選擇原則精加工切削用量的選擇原則保證質(zhì)量較小的ap根據(jù)粗加工后的余量根據(jù)已加工件表面粗糙度要求保證刀具耐用度的前提下選取較小的f盡可能選擇較高的υc2.切削用量的選擇方法1）背吃刀量的選擇——根據(jù)加工余量在工藝系統(tǒng)剛性不足或毛坯余量很大，或余量不均勻時(shí)，應(yīng)當(dāng)把第一、二次進(jìn)給的背吃刀量盡量取得大一些，一般第一次走刀為總加工余量的2/3～3/4。粗加工（Ra10～80μm）時(shí)，一次進(jìn)給應(yīng)盡可能切除全部余量中等功率機(jī)床上，ap可達(dá)8～10mm。在加工鑄、鍛件時(shí)應(yīng)盡量使背吃刀量大于硬皮層的厚度，以保護(hù)刀尖。半精加工（Ra1.25～10μm）時(shí)，ap=0.5～2mm精加工（Ra0.32～1.25μm）時(shí)，ap=0.1～0.4mm2.切削用量的選擇方法2）進(jìn)給量的選擇粗加工在機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性及刀桿的強(qiáng)度和剛性等良好的情況下，選取較大的進(jìn)給速度，一般100～200mm/min范圍內(nèi)選取。