模塊三 切削加工質(zhì)量與效率

金屬切削原理與刀具（第二版）全國高等職業(yè)學(xué)校機械類專業(yè)教材中國勞動社會保障出版社金屬切削原理與刀具（第二版）目錄CONTENTS模塊一

金屬切削與刀具基本知識

模塊二

切削加工的主要規(guī)律

模塊三

切削加工質(zhì)量與效率

模塊四

車刀

模塊五

銑刀

模塊六

孔加工與螺紋刀具

模塊七

砂輪

模塊八

數(shù)控機床刀具與數(shù)控工具系統(tǒng)

金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)一

工件材料的切削加工性知識點：◎切削加工性?！蚯邢骷庸ば栽u定指標。◎切削加工性的影響因素。能力點：◎能進行材料切削加工性的評定。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出根據(jù)ISO標準，工件材料分為六種不同類型，即鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬、高溫合金、淬硬鋼。根據(jù)切削加工經(jīng)驗，在同樣的加工條件下加工不同材料的工件，其加工難易程度往往不同。為了有效地進行切削加工，必須對工件材料被切削難易程度進行評定。那么，該如何評定材料（如1Cr18Ni9Ti不銹鋼、正火45鋼）切削加工的難易程度呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析材料的切削加工難易程度即切削加工性，越是難以切削的材料，其加工性越差。切削加工性不僅是一項重要的工藝性能指標，而且是反映材料多種性能的綜合評價指標，受多種因素影響。確定工件材料的加工難易程度，可為合理選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量等提供重要依據(jù)，意義重大。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備良好的切削加工性一般包括：在相同切削條件下，刀具具有較高的壽命；在相同切削條件下，切削力、切削功率較小，切削溫度較低；加工時，容易獲得良好的表面質(zhì)量；容易控制切屑的形狀，容易斷屑。需注意，切削加工性的概念具有相對性，一般以45鋼的切削加工性為基準。（1）刀具壽命指標用刀具壽命來衡量工件材料被切削的難易程度。在切削普通金屬材料時，用v60的高低來評定材料切削加工性的好壞；在切削難加工材料時，則用v20來評定。1、切削加工性的評定指標金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備此外，也可用相對加工性指標Kr來衡量工件材料被切削的難易程度。Kr>1時，其切削加工性比45鋼好。當Kr<1時，其切削加工性比45鋼差；當Kr≤0.5時，可稱為難加工材料。（2）已加工表面質(zhì)量指標精加工時，常以已加工表面質(zhì)量作為切削加工性指標。表面質(zhì)量越好，切削加工性越好。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（3）切屑控制難易指標在自動機或自動線上常用該指標來判斷材料切削加工性的好壞。相同的切削條件下，越易斷屑，得到的切屑形狀越理想，切削加工性越好。（4）切削溫度、切削力和切削功率指標根據(jù)切削加工時產(chǎn)生的切削溫度的高低、切削力的大小和消耗功率的多少來判斷材料的切削加工性。這些數(shù)值越大，說明材料的切削加工性越差。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）工件材料物理、力學(xué)性能的影響1）塑性和韌性工件材料的塑性和韌性越好，切削變形和加工硬化越嚴重，切削加工性差。2）硬度和強度工件材料的硬度和強度越高，切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損越快，切削加工性越差，但也不是硬度越低切削加工性就越好。硬度適中（170～230HBW）的材料，有利于獲得較好的表面質(zhì)量，切削加工性好。2、切削加工性的影響因素金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備3）導(dǎo)熱系數(shù)工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，切削加工性好。金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)大小順序如下：純金屬、有色金屬、碳素結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、耐熱鋼、不銹鋼。4）線膨脹系數(shù)工件材料的線膨脹系數(shù)越大，切削加工性差。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（2）工件材料化學(xué)成分的影響1）碳對鋼的切削加工性的影響低碳鋼和高碳鋼的切削加工性都較差。碳的質(zhì)量分數(shù)為0.35%～0.45%的中碳鋼切削加工性好。2）合金元素對鋼和鑄鐵切削加工性的影響各元素對結(jié)構(gòu)鋼切削加工性的影響如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（3）鋼的金相組織的影響鋼的金相組織有鐵素體、滲碳體、珠光體、索氏體、托氏體、奧氏體等。其中珠光體的硬度、強度和塑性都比較適中，中碳鋼的金相組織是珠光體加鐵素體，故切削加工性好?；诣T鐵中游離石墨比冷硬鑄鐵多，所以加工性好。金相組織的形狀和大小對切削加工性也有直接影響。高碳鋼常通過球化退火來改善切削加工性。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備常用金屬材料包括有色金屬、鑄鐵、碳素鋼、合金工具鋼?？傮w來說，有色金屬通常屬于容易切削材料；鑄鐵的加工性一般比碳鋼好；普通碳素鋼的切削性能一般取決于碳的含量，相對而言，中碳鋼的切削加工性較好；合金工具鋼由于一定量合金元素的加入，使鋼的力學(xué)性能提高，切削加工性隨之變差。3、常用金屬材料的切削加工性金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施1、根據(jù)不同加工條件和要求進行評定實踐中往往根據(jù)具體的加工情況和要求，以其中某一兩項指標為主衡量工件材料的切削加工性。但不管哪種加工條件，都必須考慮刀具磨損，因此最常用的是刀具壽命指標。2、材料性能綜合評定法用工件材料的物理、力學(xué)性能高低來衡量材料的切削加工性。切削加工難易程度劃分成12等級，從易到難分別表示為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、9a、9b。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施從切削加工性分級表中查出材料性能的加工性等級，可較直觀、全面地了解材料切削加工難易程度的特點。例如，正火45鋼的性能指標為229HBW、Rm=0.598GPa、A=16%、αk=588kJ/m2、κ=50.24W/m·K，表中查出各項性能的切削加工性等級代號為“4、3、2、2、4”，綜合各項等級分析可知，正火45鋼是一種較易切削的金屬材料；再如，1Cr18Ni9Ti不銹鋼的性能指標為229HBW、Rm=0.642GPa、A=55%、αk=2.45MJ/m2、κ=16.3W/（m·K），表中查出相應(yīng)的切削加工性等級代號為“4、3、8、8、8”，加工性好壞不言而喻。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識鏈接改善材料切削加工性的途徑1．進行適當?shù)臒崽幚恚旱吞间摽蛇M行正火處理，高碳工具鋼可進行球化退火處理，從而改善其切削加工性。2．改善加工條件：合理選擇刀具幾何參數(shù)、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。3．合理選用刀具材料4．采用新技術(shù)：新加工技術(shù)包括加熱切削、低溫切削、振動切削等。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、了解材料切削加工性的目的是什么？2、影響工件材料切削加工性的因素有哪些？根據(jù)不銹鋼材料難加工的原因給出針對性措施。3、如何改善工具鋼的切削加工性？4、純銅在切削加工時易形成積屑瘤，試提出解決措施。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)二

切屑控制知識點：◎切屑形狀?！蚯行伎刂?。能力點：◎能根據(jù)加工實際進行斷屑處理。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出切屑控制又稱切屑處理或斷屑，是指在切削加工中采取適當?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?、流出和折斷，使之成為“可接受”的良好屑形，以確保切削加工正常進行和保護已加工表面。在實際加工中，往往會出現(xiàn)不易折斷的帶狀切屑。例如，在某數(shù)控車床上以0.20mm/r的進給量、100m/min的切削速度切削某中碳鋼工件時，出現(xiàn)了連綿不斷的帶狀切屑，嚴重影響加工的進行。針對這種情況，如何才能有效地控制切屑呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析衡量切屑可控性的標準包括：不妨礙正常加工，即不纏繞工件和刀具，不飛濺到機床的運動部件中，不影響操作者的安全；易于清理和運輸。切削過程中切屑不能折斷而引起切屑失控，會影響操作者安全及機床正常工作，導(dǎo)致刀具損壞，降低加工表面質(zhì)量。因此，在切屑流出時，應(yīng)根據(jù)加工要求可靠地控制其流向、卷曲和折斷。改變切削加工條件是控制切屑、實現(xiàn)斷屑的有效途徑。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備1、切屑流向與卷曲（1）切屑流向影響流屑方向的主要因素有刀具刃傾角、主偏角、前角等。如圖所示，負刃傾角將使切屑流向已加工表面，正刃傾角將使切屑流向待加工表面。采用90°主偏角車刀切削時，切屑流向偏向已加工表面。斜角刨削時，出屑角等于刃傾角。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（2）切屑卷曲切屑卷曲是由于切屑內(nèi)部變形，或碰到前面上磨出的斷屑槽、凸臺、附加擋塊以及其他障礙物后產(chǎn)生附加變形的結(jié)果，包括切屑的上向卷曲、切屑的側(cè)向卷曲及切屑的三維卷曲。切屑的上向卷曲如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備采用斷屑槽能可靠地促使切屑卷曲，如圖所示。當切屑卷曲半徑小到一定程度時，就可能使切屑折斷。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）斷屑原因切屑斷與不斷的根本原因在于切屑形成過程中的變形和應(yīng)力，當切屑處于不穩(wěn)定的變形狀態(tài)或切屑應(yīng)力達到其強度極限時，就會斷屑。切屑的折斷經(jīng)歷“卷—碰—斷”這三個過程。（2）屑形連續(xù)切屑的基本形式如圖所示。2、斷屑原因與屑形金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備切屑形狀的分類如下表所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備較為理想的切屑形狀是長度50mm以下的螺旋狀切屑和定向落下的弧形切屑，即“C”形或“6”字形切屑。一般來說，切屑與后面相碰后形成“C”形切屑或“6”字形切屑；切屑與待加工表面相碰后形成“C”形切屑；切屑與過渡表面相碰后斷成弧形切屑，或形成盤狀螺旋形切屑。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）切削用量切削用量中對屑形影響最大的是進給量，其次是背吃刀量，最后是切削速度。就進給量而言，進給量加大，切削層厚度按比例增大，切削變形增大，切屑易折斷。就背吃刀量而言，背吃刀量對屑形的影響與出屑角有關(guān)，如圖所示。η很小時，易產(chǎn)生盤狀螺旋屑；η較大時，易產(chǎn)生管狀螺旋屑或連續(xù)帶狀屑；η適中時，切屑碰到后面或工件而折斷。背吃刀量減小，出屑角η增大。3、影響屑形的因素金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備就切削速度而言，當進給量與背吃刀量較小時，中速時，易形成短螺旋的良好屑形；高速時，易形成卷狀紊亂屑。（2）刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中以主偏角、刃傾角、前角及刀尖圓弧半徑對屑形的影響最明顯。就主偏角而言，在背吃刀量和進給量已選定的條件下，主偏角越大，越易斷屑；就刃傾角而言，刃傾角的絕對值越大，切屑越易折斷；就前角而言，前角越大，排屑越順利，切屑變形小，不易斷屑；就刀尖圓弧半徑而言，一般適宜值為進給量的2～3倍。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（3）斷屑槽開設(shè)情況常用的斷屑槽有折線型、直線圓弧型和全圓弧型三種，它們的法剖面形狀如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備三種斷屑槽的槽形組成、對斷屑的影響及適用范圍見下表。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備需要說明的是，生產(chǎn)中為控制切屑，需要綜合考慮上述各因素間的主次關(guān)系。一般規(guī)律是：根據(jù)工件材料和已選定的刀具幾何參數(shù)和切削用量，確定斷屑槽的尺寸參數(shù)；只有當不受其他條件限制時，才輔以改變主偏角、刃傾角和進給量等參數(shù)。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施任務(wù)實例中，帶狀切屑不易折斷的原因在于其彎曲變形不足、應(yīng)力過小。為了有效斷屑，可以考慮采用以下方法。1、減小前角、增大主偏角同樣條件下90°刀就比45°刀容易斷屑。2、減小切削速度、增大進給量本例中當將進給量提高到0.4mm/r時，就實現(xiàn)了斷屑。3、開設(shè)斷屑槽粗車時，背吃刀量大，進給速度大，斷屑槽要磨得寬、淺一點；精車時，背吃刀量小，進給速度小，切削速度大，斷屑槽要磨得窄、深一點。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識鏈接斷屑槽斜角斷屑槽斜角τ是指在基面投影中斷屑槽側(cè)邊與主切削刃之間的夾角，一般在5°～15°范圍內(nèi)選取。斷屑槽斜角有外斜式、平行式、內(nèi)斜式三種形式，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識鏈接1、外斜式斷屑槽外斜式斷屑槽的結(jié)構(gòu)特點是斷屑槽前寬后窄、前深后淺，在靠近工件外圓表面處的切削速度最高而槽最窄，切屑最先卷曲，且卷曲半徑小、變形大，切屑容易翻到刀具后面上碰斷，形成“C”形或“6”字形屑。2．平行式斷屑槽平行式斷屑槽的結(jié)構(gòu)特點是斷屑槽前后等寬、等深。3．內(nèi)斜式斷屑槽內(nèi)斜式斷屑槽的結(jié)構(gòu)特點是斷屑槽在工件外圓表面處最寬，而在刀尖處最窄。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、為什么不可忽視塑性材料切削時的斷屑問題？2、減小刀具前角是合理的斷屑手段嗎？為什么？3、試判斷如圖所示90°外圓車刀斷屑槽斜角形式。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)三

已加工表面質(zhì)量知識點：◎表面質(zhì)量及其影響。◎表面粗糙度及其影響因素?！蚣庸び不捌溆绊懸蛩??！驓堄鄳?yīng)力及其影響因素。能力點：◎能提出改進表面質(zhì)量的措施。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出工件的切削加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。表面質(zhì)量是指工件加工后的表面層狀態(tài)。機械切削方法所獲得的加工表面都不可能是絕對理想的表面，它們總存在著微觀幾何形狀誤差和物理力學(xué)性能的變化，在某些情況下還發(fā)生化學(xué)性質(zhì)的變化。這些變化直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的使用性能，必須給予足夠的重視。那么，實際加工中，可采取哪些措施來改善已加工表面質(zhì)量呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析衡量已加工表面質(zhì)量的指標，主要包括表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面加工硬化、表面金相顯微組織和表面微觀裂紋等項目。以擠壓和摩擦為特征的第二、第三變形區(qū)，決定著工件已加工表面質(zhì)量的好壞。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）表面粗糙度的影響表面粗糙度的影響主要表現(xiàn)在對零件的耐磨性、對裝配零件的配合性質(zhì)、對零件的疲勞強度、對零件的耐腐蝕性等方面的影響。（2）加工硬化的影響加工硬化可提高零件的耐腐蝕性及疲勞強度，但過度的加工硬化則會引起金屬組織表層變脆、易剝落，產(chǎn)生疲勞裂紋，降低耐磨性。（3）殘余應(yīng)力的影響表面層殘余應(yīng)力會引起零件變形，使零件喪失形狀精度和尺寸精度。殘余壓應(yīng)力有助于提高零件的疲勞強度。1、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備表面粗糙度是指已加工表面微觀不平程度的平均值，是一種微觀幾何形狀誤差。國家標準規(guī)定，表面粗糙度等級用輪廓算術(shù)平均偏差Ra或輪廓最大高度Rz的數(shù)值大小表示，并要求優(yōu)先采用輪廓算術(shù)平均偏差Ra。（1）理論粗糙度理論粗糙度是指由刀具幾何形狀和切削運動引起的表面不平度，主要取決于已加工表面殘留層高度。2、表面粗糙度金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備如圖所示，用尖頭刀加工時，殘留層的最大高度Rmax為：用圓頭刀加工時，Rmax為：相應(yīng)的輪廓算術(shù)平均偏差Ra為：金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（2）不穩(wěn)定因素產(chǎn)生的粗糙度不穩(wěn)定因素產(chǎn)生的粗糙度是指切削過程中出現(xiàn)的非正常因素產(chǎn)生的表面不平度。1）積屑瘤積屑瘤是堆積在前面上近切削刃處的一個楔塊，其硬度為金屬母體的2～3倍，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備形成積屑瘤的條件主要取決于切削溫度。在中溫區(qū)，易產(chǎn)生積屑瘤。以切削45鋼為例，切削速度對積屑瘤的影響如圖所示。圖中可看出，中速（vc為20m/min左右）切削時，積屑瘤高度達最大值。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備2）鱗刺鱗刺是指切削加工后殘留在已加工表面上的鱗片狀毛刺，在垂直于切削速度方向呈鱗片狀分布。通常采用較低速度對塑性材料進行車削、刨削、拉削、攻螺紋和滾齒加工時均可能出現(xiàn)。研究表明，鱗刺的形成過程大致經(jīng)歷抹拭、導(dǎo)裂、層積、刮成四個階段，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備3）振動振動有強迫振動和自激振動兩大類。強迫振動是由外界周期性作用力所引起，其特點是工藝系統(tǒng)的振動頻率與外界激振力的頻率相一致。造成強迫振動的原因有機械運動不平穩(wěn)、液壓傳動的壓力脈動與沖擊、傳動帶接頭不平、工件材質(zhì)不均勻、斷續(xù)切削、加工余量不均勻、附近其他設(shè)備振動傳入等。自激振動又稱顫振，是由于切削過程中切削力的變動而引起的，當工藝系統(tǒng)剛度不足時，往往容易引起自激振動，在細長軸車削或深孔鏜削時要特別注意。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）已加工表面變形工件已加工表面，是由一定形狀切削部分的刀具與被加工工件，通過一定形式的切削運動而形成，是工藝系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。已加工表面變形如圖所示。3、表面加工硬化金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（2）加工硬化加工硬化是由于上述刀具擠壓、摩擦造成的已加工表面組織硬度增高的現(xiàn)象。加工硬化的程度通常用加工后與加工前表面層顯微硬度的比值N和硬化層深度hy來表示。在硬化層的表面上通常會出現(xiàn)細微裂紋，切削加工時，一般應(yīng)設(shè)法避免或減輕加工硬化現(xiàn)象。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備當切削力的作用取消后，工件表面保持平衡而存在的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力有壓應(yīng)力和拉應(yīng)力之分。產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力的主要原因有冷塑性變形效應(yīng)、熱塑性變形效應(yīng)和金相組織變化。為提高零件的疲勞強度，有時采用表面強化工藝，如滾壓、擠壓、噴丸等，使零件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。4、表面殘余應(yīng)力金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施產(chǎn)品的工作性能，尤其是可靠性、耐久性等，在很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量，提高表面質(zhì)量是生產(chǎn)中的重要問題，通?？刹扇∫韵麓胧?、合理選擇刀具幾何參數(shù)2、合理選擇刀具材料3、改善工件材料的切削加工性4、合理選擇切削用量5、其他方面:選擇合適的加工方法、正確選用切削液、提高設(shè)備的運動精度及剛度、提高刀具刃磨質(zhì)量等，均可提高表面質(zhì)量。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識鏈接減小表面粗糙度值實例為解決已加工表面粗糙度不能達到預(yù)定要求的問題，首先應(yīng)仔細分析產(chǎn)生已加工表面粗糙現(xiàn)象的原因，找出影響表面粗糙度的主要因素，進而提出改善表面粗糙度的途徑，最后經(jīng)切削實踐逐步解決。從切削原理與刀具方面減小表面粗糙度值的一般規(guī)律為：變化前角、副偏角、刀尖圓弧半徑，調(diào)整切削速度、進給量，提高刀具刃磨質(zhì)量，選用效果良好的切削液等，以降低殘留層高度、防止振動、消除積屑瘤和鱗刺。另外，應(yīng)保證刀具刃磨質(zhì)量及安裝精度，并采用具有較高精度和剛度、運動平穩(wěn)的機床。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、用一把尖頭車刀（κr=75°，κr′=10°）和一把圓頭車刀（rε=1mm），以同樣的進給量

f（0.2mm/r）車削外圓，分別求出工件上殘留層的高度，并比較Ra值。2、積屑瘤能否有效利用？為什么？試舉例說明。3、加工硬化是否存在有利面？為什么？試舉例說明。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)四

刀具幾何參數(shù)的合理選擇知識點：◎刀具幾何角度的功用。◎刀具幾何角度的選擇原則。能力點：◎能根據(jù)需要合理選擇刀具幾何角度。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出刀具幾何參數(shù)主要包括刀具角度、刀面型式、切削刃及刃口形狀等。合理幾何參數(shù)是指在達到加工質(zhì)量和刀具壽命的前提下，能使生產(chǎn)率提高、生產(chǎn)成本降低的幾何參數(shù)。強力車削是適合于粗加工和半精加工的高效車削方法。它的主要特點是在加工過程中采用較大的背吃刀量和進給量，從而達到高的金屬切除率。那么，強力車刀（見圖）是怎樣通過參數(shù)的合理選擇來勝任強力車削任務(wù)的呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析在切削加工中，不僅可以通過客觀條件（環(huán)境、選材等）解決切削問題，也可以通過主觀因素來控制切削質(zhì)量。強力車刀就是這樣一個例子，即通過選擇合適的前角、刃傾角、主偏角、副偏角，以及適當修磨修光刃來滿足加工的需要。本任務(wù)涉及對刀具幾何參數(shù)的功用及選擇原則的靈活運用，要求從實際出發(fā)，綜合分析加工要求以及在加工過程中可能出現(xiàn)的問題，通過合理選擇和搭配刀具幾何參數(shù)，使切削加工變得更加輕松有效，使切出的工件質(zhì)量更高。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）前角的功用前角的大小影響切削過程中的變形和摩擦，影響刀頭和切削刃的強度。增大前角，可使刀具鋒利、切削變形和切削力減小，提高加工表面質(zhì)量。（2）前角的選擇原則“銳字當頭，銳中求固”是選擇前角的總原則。前角的數(shù)值往往由工件材料、刀具材料和加工工藝要求決定。1、前角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備1）根據(jù)被加工材料選擇工件材料的強度和硬度低時，可取較大的前角；反之，應(yīng)取較小的前角。加工塑性材料，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料，應(yīng)取較小的前角。2）根據(jù)加工要求選擇粗加工，特別是斷續(xù)切削時，應(yīng)選用較小的前角；精加工時，前角可選大些；對于成形刀具，前角應(yīng)小些，甚至為0°。3）根據(jù)刀具材料選擇高速鋼刀具材料可選取較大的前角；硬質(zhì)合金刀具材料可選取較小的前角（小5°～10°）；陶瓷刀具的前角應(yīng)更?。ū扔操|(zhì)合金刀具前角小5°左右）。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）后角的功用后角的大小影響后面與加工表面間的摩擦和刀具強度及刀具的鋒利性。（2）后角的選擇原則選擇后角的總原則是，在摩擦不嚴重的情況下，選取較小值。1）粗加工時，后角取較小值（4°～8°）；精加工時，后角取較大值（8°～12°）。2、后角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備2）加工塑性較大或加工硬化傾向嚴重的材料時，應(yīng)選大后角；加工脆性材料或硬度、強度較大的材料時，應(yīng)減小刀具后角。3）工藝系統(tǒng)剛度不高，如切斷、高速車削螺紋和車削細長軸時，容易出現(xiàn)振動，應(yīng)選取較小的后角，甚至磨制消振倒棱。副后角的選擇與后角類似。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）功用主偏角影響切削層寬度、切削層厚度的大小，影響背向力、進給力的大小，影響刀具強度，影響斷屑等。增大主偏角，有利于減小加工振動，有利于斷屑，但刀具強度下降、散熱性能變差。副偏角影響表面粗糙度和刀具強度，通常在工藝系統(tǒng)剛度許可時選擇較小的角度。（2）選擇原則主偏角的選擇原則如下：3、主偏角、副偏角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備1）在加工高硬度、高強度工件材料時，應(yīng)選取較小的主偏角。2）當工藝系統(tǒng)剛度不足時（如車削細長軸），應(yīng)選取較大的主偏角。3）應(yīng)根據(jù)工件的形狀選取。如車削階梯軸時取90°，鏜通孔時選銳角，鏜盲孔時取鈍角。副偏角主要影響表面粗糙度和刀具強度，通常在不影響摩擦和振動的前提下，應(yīng)選擇較小值。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）刃傾角的功用刃傾角影響切屑流出方向，影響切削刃鋒利程度，影響切削部分強度和散熱，影響切削力大小和方向。刃傾角為正值時切屑流向待加工表面，刃傾角為負值時切屑流向已加工表面，可增強刀尖強度及斷續(xù)切削時的抗沖擊能力。刃傾角絕對值越大，刀具越鋒利。（2）刃傾角的選擇原則刃傾角的選擇原則是，主要根據(jù)刀具強度、流屑方向和加工條件而定。4、刃傾角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）過渡刃如圖所示，過渡刃有直線和圓弧兩種形式，它是調(diào)節(jié)主偏角、副偏角作用的一個結(jié)構(gòu)參數(shù)。如果選擇合適的過渡刃尺寸參數(shù)，可起到粗加工時提高刀具強度、精加工時降低表面粗糙度值的作用。5、過渡刃和修光刃金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（2）修光刃當過渡刃與進給方向平行，即偏角κrε=0°時，該過渡刃稱為修光刃，修光刃的長度一般取bε′=（1.2～1.5）f。具有修光刃的刀具，如果切削刃平直，安裝精確，工藝系統(tǒng)剛度足夠，即便在大進給量切削條件下，仍能獲得很低的加工表面粗糙度值。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施1、強力車削帶來的問題：切削力大、易振動，工件表面粗糙度值增大。2、解決問題的措施（1）減小切削力的措施任務(wù)中的強力車刀采用20°～25°大前角，切削力明顯下降?？紤]到大前角會削弱刀具強度，又采取了如下強化措施：1）選取較小的后角（6°）。2）選取負的刃傾角（-6°～-4°）。3）在前面上修磨出負倒棱（寬度0.5f，角度-25°～-20°）。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施（2）減小振動的措施通過大前角和75°主偏角的搭配，使背向力減小，不易產(chǎn)生振動，并使刀具有較高的壽命。（3）降低表面粗糙度值的措施采用小的副偏角，磨出1.5f長的修光刃，大大降低殘留層高度。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識鏈接前?面?型?式正前角平面型主要用于精加工用車刀及形狀復(fù)雜的成形刀具。硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具在粗加工或半精加工及制有斷屑槽的車刀上，常采用正前角帶倒棱型。負前角型常用于受沖擊載荷刀具和加工高強度材料刀具。曲面型適用于加工韌性大、不易斷屑的材料。切削刀具前面往往采用不同型式，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、75°強力車刀有什么特點？2、加工細長軸（長徑比大于25）鋼件時，工件幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度不易達到較高的要求，試分析原因并提出相應(yīng)的措施。3、試分析在相同磨鈍標準VB條件下，不同大小后角重磨后對加工精度的影響。4、試完成圖、所示強力車刀主要角度及結(jié)構(gòu)尺寸（參數(shù)）的標注。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)五

切削用量的合理選擇知識點：◎合理的切削用量?！蚯邢饔昧窟x擇原則。◎粗加工切削用量選擇方法?！蚓庸で邢饔昧窟x擇方法。能力點：◎能進行生產(chǎn)效率高低的衡量。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出當采用刀柄尺寸16mm×25mm、刀片厚度4mm的焊接式硬質(zhì)合金車刀，在CA6140型車床上，采用一頂一夾方式，批量車削如圖所示調(diào)質(zhì)45鋼（0.735GPa）工件時，該如何進行粗車切削用量的合理選擇呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析所謂合理的切削用量，是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能（功率、扭矩），在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。根據(jù)不同的加工條件和加工要求，考慮到切削用量各參數(shù)對切削過程的不同影響，切削用量參數(shù)增大的次序和程度應(yīng)有所區(qū)別。為此，可以從切削加工生產(chǎn)效率、刀具壽命、機床功率、表面質(zhì)量等方面考慮，并根據(jù)粗、精加工的具體要求對切削用量進行合理選擇。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）生產(chǎn)效率原則

從生產(chǎn)效率的角度考慮，一般情況下應(yīng)該優(yōu)先選擇大的背吃刀量，以求一次走刀全部切除加工余量。（2）刀具壽命原則從刀具壽命角度考慮，優(yōu)先增大背吃刀量不僅能達到高的生產(chǎn)效率，相對于增大切削速度和進給量來說，對發(fā)揮刀具切削性能、降低加工成本也更有利。1、切削用量選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（3）機床功率原則在粗加工時，從機床功率考慮，盡量選用大進給量f相對比較合理。（4）表面質(zhì)量原則提高切削速度vc

能使切削變形和切削力有所減小，并可減小或避免積屑瘤，有利于提高加工精度和表面質(zhì)量。合理選擇切削用量的指導(dǎo)性原則：先選背吃刀量ap，再選進給量f，最后選擇切削速度vc。但隨著數(shù)控機床廣泛使用，促進了高性能刀具材料和數(shù)控刀具的發(fā)展，切削用量的選擇原則改變?yōu)橄冗x高的切削速度vc

及進給量f，然后選用較小的背吃刀量ap。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（1）粗車切削用量選擇1）背吃刀量ap背吃刀量ap

應(yīng)根據(jù)加工余量來確定，除留出半精車、精車余量外，其余的粗車余量應(yīng)盡可能一次切除，以使走刀次數(shù)最少。2）進給量f選用大的進給量可以明顯提高生產(chǎn)效率，但進給量的提高受到切削力的限制。工藝系統(tǒng)剛度較高時，可選用較大的進給量，一般取f=0.3～0.9mm/r。2、切削用量選擇方法金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備3）切削速度vc在背吃刀量ap和進給量f確定后，再根據(jù)合理規(guī)定的刀具壽命值，結(jié)合刀具壽命公式，就可確定切削速度vc。4）校驗機床功率在粗車時，切削用量還受到機床功率的限制。因此，在確定了切削用量后，還應(yīng)檢驗機床功率是否滿足要求。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識準備（2）半精車、精車切削用量選擇1）背吃刀量半精加工、精加工的背吃刀量，因為是預(yù)留余量，原則上應(yīng)一次切除。當使用硬質(zhì)合金車刀精車時，一般應(yīng)取0.3～0.5mm。2）進給量增大進給量主要受到表面粗糙度的限制。通常切削速度高時的進給量較切削速度低時的進給量更大些。3）切削速度切削速度主要受刀具壽命的限制。切削速度不能過大。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施1、相關(guān)說明該工件車削后尺寸為φ60mm×350mm，表面粗糙度值Ra為5～2.5μm。毛坯尺寸為φ68mm×350mm。根據(jù)工序安排，該工件粗加工車刀采用帶倒棱曲面型前面，并磨制寬度5mm、圓弧半徑3.5mm、斜角6°的外斜式直線圓弧斷屑槽。根據(jù)加工材料，刀具前角10°、后角和副后角均為6°、主偏角75°、副偏角10°、刃傾角0°。為提高刀具強度，取0.5～1mm的刀尖圓弧半徑。另外，刀具壽命確定為60min。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施2、粗車切削用量選擇（1）背吃刀量該工件總加工余量為（68-60）mm/2=4mm，根據(jù)工序安排，粗車后留1mm余量，故取粗車背吃刀量ap=3mm，且一次走刀切除。（2）進給量由《硬質(zhì)合金及高速鋼車刀粗車外圓和端面時的進給量參考值表》查得進給量f為0.5～0.7mm/r。根據(jù)機床說明書，取f=0.51mm/r。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施1）檢驗刀片強度由硬質(zhì)合金刀片強度允許的進給量可知，當背吃刀量ap=3mm、刀片厚度C=4mm時，刀片強度允許進給量為1.3mm/r×0.5=0.65mm/r>0.51mm/r，刀片強度足夠。2）檢驗機床進給機構(gòu)強度由機床說明書查得機床進給機構(gòu)允許抗力為3528N。經(jīng)查閱手冊資料，調(diào)質(zhì)45鋼單位切削力為2305N/mm2，故粗車時主切削力為（2305×3×0.51）N≈3527N?？紤]到走刀抗力遠小于主切削力，所以，機床進給機構(gòu)強度足夠。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實施（3）切削速度根據(jù)工件材料抗拉強度0.735GPa、背吃刀量3mm、進給量0.51mm/r、刀具壽命60min，查閱手冊資料并經(jīng)修正得切削速度為83m/min。經(jīng)計算得車床主軸轉(zhuǎn)速n=（318×83/68）r/min≈388r/min。根據(jù)機床說明書選定轉(zhuǎn)速為400r/min，此時實際切削速度vc=（68×400/318）m/min≈86m/min。（4）檢驗機床功率粗車加工時，切削用量為ap=3mm、f=0.51mm/r、vc=86m/min，切削功率約為（2305×3×0.51×86×10-3/60）kW≈5kW。車床輸出功率為7.5kW×0.75≈5.6kW，故機床功率允許。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識鏈接切削用量的優(yōu)化1、直覺優(yōu)化法工藝人員根據(jù)加工條件的具體要求和生產(chǎn)條件，憑借生產(chǎn)經(jīng)驗和直覺知識，提出有限的幾組切削用量方案進行比較，從中選出最佳的一種方案。2、試驗優(yōu)化法通過試驗，找出切削用量與其各種指標間的關(guān)系，從而找出最優(yōu)的切削用量方案。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識鏈接3、數(shù)學(xué)模型優(yōu)化法采用該方法時，首先確定切削用量最優(yōu)的目標，并找出達到該目標的數(shù)學(xué)模型，再考慮生產(chǎn)中各項約束條件，通過計算機找出滿足約束條件和達到目標函數(shù)的優(yōu)化方案，并進行切削用量的優(yōu)化運算。在確定切削用量最優(yōu)目標時，可以采用以下幾種評定標準。（1）最高生產(chǎn)率標準評定（2）最低成本標準評定（3）最大利潤率標準評定金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、為什么選擇切削用量的次序是先選背吃刀量，再選進給量，最后才選切削速度？2、鉆削時材料切除率如何確定？金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)六

切削液的選用知識點：◎切削液的作用。◎切削液添加劑及切削液種類?！蚯邢饕旱倪x用原則。能力點：◎能合理選用切削液。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出切削液是大部分切削加工下必須采用的輔助材料，它不僅能冷卻及潤滑工件和刀具，而且還能起清洗、排屑和防銹作用。那么，實際加工中該如何合理選擇切削液呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析合理選用切削液能有效地減小切削力，降低切削溫度，從而提高刀具壽命，防止工件熱變形和改善已加工表面質(zhì)量。此外，選用高性能切削液還有利于改善難加工材料的切削加工性。金屬切削原理與刀具（第