天馬行空官方博客： ； QQ:1318241189； QQ群： 175569632 第 6章 金屬切削加工的基礎(chǔ)知識 主要內(nèi)容 1、 切削運動及切削要素 2、 刀具 3、 金屬的切削過程 4、 金屬切削過程的規(guī)律 本章重難點 1、 金屬切削過程中的各種物理現(xiàn)象 2、 刀具角度的標注 6.1 1.切削運動與工件上形成的表面 2.切削用量 3.切削層參數(shù) 6.2 1.刀具材料 2.刀具切削部分的幾何參數(shù) 3.刀具結(jié)構(gòu) 內(nèi)容介紹 天馬行空官方博客： ； QQ:1318241189； QQ群： 175569632 6.3 1.切削的形成過程及切削的種類 2.切削瘤 3.切削力及切削功率 6.4 2.已加工表面質(zhì)量 3.切削用量的合理選擇 1.金屬材料的切削加工性 4.切削熱和切削溫度 5.刀具的磨損與刀具的耐用度 金屬切削加工 是用切削工具將坯料或工件上的多 余材料切除，以獲得所要求的尺寸、形狀、位置 精度和表面質(zhì)量的加工方法。 金屬切 削加工 鉗工 機械加工 加工方法有劃線、 鏨、鋸、刮、研、 攻螺絲、套螺絲等 通過操作機床來完成 切削加工的，如車、 鉆、刨、磨、齒輪加 工等 6.1.1 切削運動與工件上形成的表面 機床為實現(xiàn)切削加工所必需具有的加工工件與 工件間的相對運動。它包括 主運動 和 進給運動 。 主運動 ：是指在切削加工中形成機床切削速度或消 耗主要動力的工作運動。 進給運動 ：是指在切削加工中，時工件的多余材料 不斷被去除的工作運動。 6.1 切削運動及切削要素 待加工表面 ：指加工時工件上有待切除的表面； 已加工表面 ：指工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面 ; 加工表面 ： 指工件上由刀具切削刃形成的表面。 6.1.2 切削用量 切削三要素 切削速度 進給量 切削深度 指在主運動一個循環(huán)內(nèi)，刀 具與工件在進給方向上的相 對位移 指在單位時間內(nèi)工件和刀具 沿主運動方向的相對位移 待加工表面到已加工表 面間的垂直距離 注釋 : 1、 主運動可以使旋轉(zhuǎn)運動，也可以是往復(fù)運動； 2、 主運動可以是工件來實現(xiàn)（車外圓） ,主運動 也可以是刀具來實現(xiàn) （切斷、刨、銑加工） ; 3、 主運動只有一個，進給運動可以一個以上。 天馬行空官方博客： ； QQ:1318241189； QQ群： 175569632 6.1.3 切削層參數(shù) 切削厚度 ：垂直于加工表面度量的切削層尺寸； 切削寬度 ：沿主切削刃度量的切削層尺寸； 切削面積 ：切削層在垂直于切削速度截面內(nèi)的面積。 不同 切削 工藝 的進 給量 和被 吃刀 量 6.2 刀具 6.2.1 刀具材料 1、 刀具材料應(yīng)具備的基本性能 高硬度、高耐磨性 良好的工藝性 一定的強度和韌性、 熱硬性 2、 常用刀具材料的種類與特性 其它刀具材料 硬質(zhì)合金 高速鋼 6.2.2 刀具切削部分的幾何參數(shù) 1.刀具切削部分的組成要素 刀桿：起夾持作用 刀頭 :(三面 ) 前刀面：切屑流過的表面 主后刀面：刀具上與加工表面相對的表面 副后刀面：刀具上與已加工表面相對的表面 (兩刃 ) 主切削刃：刀具上前刀面與主后刀面的交線 副切削刃：刀具上前刀面與副后刀面的交線 (一尖 ) 主切削刃與副切削刃的交點 車刀切削角度 的坐標平面 基 面 切削平面 正交平面 通過主切削刃上的某 一點，與主運動方向 相垂直的平面 通過主切削刃上的某一 點，于加工表面相切并 垂直于基面的平面 通過主切削刃上的某一點，并同時垂直于基 面和切削平面的平面 3. 刀具的標注角度 正交平面內(nèi) 前角 后角 主偏角 副偏角 主切削刃與進給方向 間的夾角 前刀面與基面間的夾角 主后刀面與切削平面 間的夾角 負切削刃與進給方向 的夾角 切削平面內(nèi) 刃傾角 主切削刃與基面間的夾角 切削平面說明 刀具角度說明 前角 0 前刀面與基面間的 夾角 前角大，刃口鋒利，切屑變 小，切削力小，切削輕快。但 易產(chǎn)生崩刃。 后角 0 主后刀面與切削平 面間的夾角 增大后角可減少摩擦，提高工 件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并 使切削刃鋒利。 P o P r P s o 0 r 已加工面 加工面待加工面 r 主偏角 r 主切削刃與進給方向間的 夾角 影響切削層的形狀，切削刃的工作 長度和單位切削刃上的負荷。減少 r， 主切削刃單位長度上的負荷減少，刀具 磨損小，耐用。 副偏角 r 副切削刃與進給方向 間的夾角 影響已加工表面的粗糙度和刀尖 強度，減少 r，減少表面的粗糙度 的數(shù)值，還可提高刀具強度。過小， 會使副切削刃與已加工面的摩擦增加， 引起震動，降低表面質(zhì)量。 主偏角、 副偏角對 殘留面積 的影響 P o P r P s o 0 r 已加工面 加工面 待加工面 r f n P s P rP o 0 r 已加工面 r 注意：車外 圓與車端面 主、副偏角 的變化 刀具的工作角度 車外圓時車刀安 裝的 高低 ，對前 角、后角有影響 車外圓時車刀安 裝的 偏斜 ，對主 偏角、副偏角有 影響 6.2.3刀具結(jié)構(gòu) 刀具的 結(jié)構(gòu)形式 整體式 焊接式 機夾不 重磨式 多為高速鋼車刀， 其結(jié)構(gòu)簡單，制 造、使用都方便 不需焊接和刃磨，避 免了焊接和刃磨引起 的缺陷，保持了硬質(zhì) 合金的原有性能，提 高了刀具的耐用度 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、 剛性好，可磨出 各種所需角度， 應(yīng)用廣泛 常見刀具的結(jié)構(gòu)形式 6.3 金屬的切削過程 金屬在切削過程中，會出現(xiàn)一系列物理現(xiàn)象，如 金屬變形、切削力、切削熱、刀具磨損等，這些都是 以切屑形成過程為基礎(chǔ)而生產(chǎn)中出現(xiàn)的許多問題，如 積屑瘤、振動、卷屑、斷屑等，都與切削過程密切相 關(guān)。 6.3.1 切屑的形成過程及切屑種類 1. 切屑形成過程 切削層 的金屬 彈性變形 塑性變形 擠裂 切離 切 屑 切削層的金 屬受到刀具 前刀面的推 擠后產(chǎn)生彈 性變形 隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變 逐漸增大，達到其屈 服強度時，產(chǎn)生塑性 變形而滑移 刀具繼續(xù)切入時，材 料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變 繼續(xù)增大，當切應(yīng)力 達到其斷裂強度時， 金屬材料被擠裂 沿刀 具前 刀面 流出 2. 切屑的種類 切屑 帶狀切屑 擠裂切屑 單元切屑 崩碎切屑 呈連綿不斷的帶狀或螺旋 狀 ,與刀具接觸的底層光滑， 背面呈毛絨在狀 帶狀 切屑 切削過程平穩(wěn)， 切削力變化小， 工件表面光潔 ; 必 須采取斷屑措施 擠裂 切屑 切屑背面呈較大的鋸齒狀， 底面有不貫穿的裂紋 一般加工中等硬度 鋼材時，切削速度 較低，切削深度和 進給量較大時產(chǎn)生 單元 切屑 在節(jié)狀切屑的整個剪切面 上，切應(yīng)力超過了材料的 破裂強度時，整個單元被 切離形成粒狀切屑 在加工塑性較差 的材料時，采用 較小的前角或負 前角的刀具并以 極低的切削速度、 大的切削深度和 進給量進行切削 時形成的 崩碎 切屑 切削層金屬發(fā)生彈性變形 后，一般不經(jīng)過塑性變形 就突然崩裂而形成形狀不 規(guī)則的崩碎切屑 工件材料脆性越大， 刀具前角越小，切削 深度和進給量越大， 越易產(chǎn)生此類切削 (1)切屑的形態(tài)可隨切削條件不同而改變 (2)可控制切削條件，使切屑形態(tài)向有利于生產(chǎn)的 方面轉(zhuǎn)化，保證切削加工的順利進行和工件的加工 質(zhì)量 增大前角 提高切 削速度 減小進給量 有利于 使粒狀切屑、 節(jié)狀切屑向帶 狀切屑轉(zhuǎn)化 使切削過 程平穩(wěn) 降低加工表面 粗造度數(shù)值 6.3.2 積屑瘤 1. 積屑瘤的形成 切削過程中，由于金屬的擠壓和強烈摩擦，使切 屑與前刀面之間產(chǎn)生很大的應(yīng)力和很高的切削溫度。 當應(yīng)力和溫度條件適當時，切屑底層與前刀面之間的 摩擦力很大，使得切屑底層流出速度變得緩慢，形成 一層很薄的“滯流層”，當滯流層與前刀面的摩擦阻 力超過切屑內(nèi)部的結(jié)合力時，滯流層的金屬與切屑分 離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤 . 切削與積 屑 瘤 積屑瘤對切削加工的影響 有利方面 保護刀具 增加工 作前角 積屑瘤硬 度很高 可代替切削刃 進行切屑，減 少刀具的磨損 積屑瘤的存在， 使刀具的實際工 作前角增大 可減小切削變 形和切削力， 使切削輕快 不利方面 影響工件尺 寸精度 影響工件表 面粗造度 積屑瘤破裂后會劃傷表面，加 快刀具磨損 會形成硬點和毛刺，使工件表面粗 造度值增大 時大時小，時有時無，使切削 力產(chǎn)生波動而引起振動 積屑瘤的頂端突出于切削刃之外， 使實際的切削深度不斷變化 3. 積屑瘤的控制 影響積屑瘤 的因素 工件材料 切削用量 刀具角度 切削液等 控制措施 要避免在中溫、中速加工塑性材料 增大前角可減小切削變形，降低切削 溫度，減小積屑瘤的高度 采用潤滑性能優(yōu)良的切削液可減少 甚至消除積屑瘤 6.3.3 切削力及切削功率 切削合力的構(gòu)成與分解 切削合力 : 前刀面受到切屑的壓力和摩擦力 后刀面受到工件表面的壓力和摩擦力 主切削力 : 切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小約占總 的切削合力的 背向力 : 切削合力在切削深度方向上的分力 ;它在基面內(nèi)，與切深方向相反 進給力： 切削合力在進給方向上的分力 ; 它在基面內(nèi)，與進給方向平行， 但方向相反 2. 影響切削合力的因素 3. 切削功率 切削功率是各切削分力消耗功率的總和 工件材料 切削用量 刀具角度 強度、硬度高、塑性、韌性 大，合力大 切削深度、進給量、切削速度 前角越大，切屑變形越小， 切削合力越小 6.3.4 切削熱和切削溫度 1. 切削熱的產(chǎn)生傳 出及影響 切削熱的來源 切屑層的金屬發(fā)生彈性變形、 塑性變形而產(chǎn) 生大量的熱 切屑與刀具前刀面產(chǎn) 生的摩擦 工件與刀具后刀面產(chǎn)生的摩擦 切削熱與切削溫度 切削熱的傳導(dǎo) 傳入切屑 ，約占總熱量的 ，對切削加工無不利影響 傳入工件 ，約占總熱量的， 會使工件膨脹或伸長，產(chǎn)生尺寸和形狀誤 差，影響加工精度 傳入刀具 ，約占總熱量的，使刀具 溫度升高，硬度下降，磨損加快，耐用度降 傳入周圍介質(zhì) ，約占總熱量的，對切削 加工無不利影響 2. 切削溫度及其影響因素 3. 降低切削溫度的措施 切削溫度：是指刀具、切屑、工件接觸面上的平均溫度。 (1) 選擇合理的幾何角度和切削用量 (2) 使用切削液 其高低取決于切削時產(chǎn)生熱量的多少和傳導(dǎo)條件的好 壞，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等對切削 溫度均有影響 6.3.5 刀具的磨損及刀具的耐用度 刀具的磨損形式及過程 刀具的磨損形式 : 前刀面磨損；后刀面磨損；前 、后刀面同時磨損 . 刀具的磨損過程 : 初期磨損階段 正常磨損階段 急劇磨損階段 刃磨后的刀具起前、后刀面 上的高低不平，受到切屑的 沖擊和摩擦時，將“凸峰” 很快磨去，時間很短 刀具上的高低不平已被磨去， 磨損量增加緩慢且比較穩(wěn)定 切削刃變鈍，刀具與工件之間 的摩擦變大，切削力增大，切 削溫度上升，磨損加劇，刀具 失去正常的切削能力 刀具耐用度 刀具允許的磨損限度通常用后刀面的磨損高度表 示。但這種磨損標準很難掌握 ,而引入 刀具耐用度 的概念。 指刀具刃磨后從開始切削直到磨損量達到磨損標準為止的 切削時間用表示。 6.4 金屬切削過程基本規(guī)律的應(yīng)用 6.4.1 金屬材料的切削加工性 切削加工性 (cutting behavior)是指材料加工 的難易程度。它主要取決于材料的力學性能且與 材料的熱處理狀態(tài)有關(guān)。 6.4.2 已加工表面質(zhì)量 加工精度 尺寸精度 形位精度 表面質(zhì)量 表面 質(zhì)量 表面粗 造度 加工 硬化 殘余 應(yīng)力 加工表面的微觀幾何誤差，一般是 由于切削過程中，刀具相當于零件 的運動軌跡、刀具和零件表面的摩 擦、切削層金屬的撕裂以及工業(yè)系 統(tǒng)的振動等原因所致 工件表層金屬在形成已加工表面的過 程中經(jīng)過強烈的塑性變形，使其晶粒 伸長、扭曲和破碎而被強化的現(xiàn)象 在沒有外力作用的情況下，零件內(nèi) 部殘存的應(yīng)力 ,可分為殘余拉應(yīng)力和 殘余壓應(yīng)力 ;前者降低零件的疲勞強 度，后者可提高零件的疲勞強度 6.4.3 切削用量的合理選擇 1、 切削用量同加工生產(chǎn)率的關(guān)系 2、 切削用量的選用原則 1) 切削用量 對加工質(zhì) 量的影響 當切削速度增大時， 切削力減小， 可減小或避免積 屑瘤，有利于提 高加工質(zhì)量 進給量增大使工 件殘留面積的高 度顯著增大 表面更粗糙 切削深度增大， 時切削力和工件 變形增大 可能引起振 動，使零件 的加工精度 和表面質(zhì)量 下降 2) 切削用量對刀具耐用度的影響 在切削用量中，切削速度對刀具耐用度的影響 最大，進給量次之，切削深度影響最小 3) 選擇切削用量的原則 粗加工 較大的切削深度和進給量，取盡可能大的的切削切削速度 精加工 一般取較大的切削速度，較小的切削深度和進給量以保證加工質(zhì)量 3. 切削用量的選定 切削深度的選擇 進給量的選擇 切削速度的選擇 粗加工時盡可能一次去除 加工余量；精加工時應(yīng)一 次切除精加工工序余量 粗加工時的進給量應(yīng) 根據(jù)機床系統(tǒng)的強度 和刀具強度選擇 精加工時，一般切削深 度不大，切削力較小 粗加工時切削速度受機床 功率限制；而精加工時， 主要受刀具耐用度的限制