《機械制造基礎》——11車削運動和切削用量12切削變形、切削力與切削溫度

1、1 1、如果刀具的材料強度和韌性大，則刀具選擇大的還、如果刀具的材料強度和韌性大，則刀具選擇大的還是小的前角，而脆性大的刀具又如何選擇？是小的前角，而脆性大的刀具又如何選擇？ 強度和韌性大的刀具材料可以選擇大的前角，而強度和韌性大的刀具材料可以選擇大的前角，而脆性大的刀具甚至取負的前角。脆性大的刀具甚至取負的前角。2 2、加工塑性材料時，一般選擇大的還是小的前角？、加工塑性材料時，一般選擇大的還是小的前角？ 加工鋼件等塑性材料時，一般采用選擇大的前角。加工鋼件等塑性材料時，一般采用選擇大的前角。 3 3、加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料如何選、加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料如何選擇？

2、擇？ 加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料取得小加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料取得小些或取負值，以提高刀刃的強度。些或取負值，以提高刀刃的強度。4 4、粗加工和精加工時刀具的前角有何區(qū)別？、粗加工和精加工時刀具的前角有何區(qū)別？ 粗加工時，一般取較小的前角；精加工時，宜取粗加工時，一般取較小的前角；精加工時，宜取較大的前角，以減小工件變形與表面粗糙度。較大的前角，以減小工件變形與表面粗糙度。復習提問復習提問5 5、工件材料強度或硬度較高時，一般采用較小還是較、工件材料強度或硬度較高時，一般采用較小還是較大的后角？大的后角？ 工件材料強度或硬度較高時，為加強切削刃，一工件材料強度或硬度較高時

3、，為加強切削刃，一般采用較小后角。般采用較小后角。6 6、對于塑性較大材料，一般取較小還是較大的后角？、對于塑性較大材料，一般取較小還是較大的后角？ 對于塑性較大材料，已加工表面易產生加工硬化對于塑性較大材料，已加工表面易產生加工硬化時，后刀面摩擦對刀具磨損和加工表面質量影響較大時，后刀面摩擦對刀具磨損和加工表面質量影響較大時，一般取較大后角。時，一般取較大后角。7 7、切削時，刃傾角、切削時，刃傾角ss是如何影響切屑流向的？是如何影響切屑流向的？ s s為正值時，為正值時，切屑向床頭方向流出，影響工人操作；切屑向床頭方向流出，影響工人操作； s s為負值時，切屑向為負值時，切屑向尾座方向流出

4、，影響已加工面；尾座方向流出，影響已加工面； s s為零時，切屑為零時，切屑沿垂直切削刃的方向流出。沿垂直切削刃的方向流出。1.1 1.1 切削運動和切削用量切削運動和切削用量 金屬切削加工金屬切削加工：用金屬切削刀具從工件上切除：用金屬切削刀具從工件上切除多余的金屬，從而獲得形狀精度、尺寸精度、位置多余的金屬，從而獲得形狀精度、尺寸精度、位置精度及表面質量都符合技術要求的零件，這種加工精度及表面質量都符合技術要求的零件，這種加工方法就叫金屬切削加工。方法就叫金屬切削加工。一、切削運動一、切削運動在切削加工中刀具與工件的相對運動，稱為在切削加工中刀具與工件的相對運動，稱為切削運動。切削運動。觀

5、察外圓車削視頻，指出有哪些切削運動？觀察外圓車削視頻，指出有哪些切削運動？工件的旋轉運動工件的旋轉運動車刀沿工件軸線方向的直線移動車刀沿工件軸線方向的直線移動車刀垂直于工件軸線方的直線移動車刀垂直于工件軸線方的直線移動切削運動按其功用不同可分為切削運動按其功用不同可分為主運動主運動和和進給運動進給運動。觀察鉆孔視頻，指出有哪些切削運動？觀察鉆孔視頻，指出有哪些切削運動？麻花鉆的轉動麻花鉆的轉動麻花鉆沿軸線方向的直線移動麻花鉆沿軸線方向的直線移動 金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，形成已加工表面，必須具備兩個基本條件：形成已加工表面，必須具備兩個基本條件：

6、切削運動和刀具。切削運動和刀具。 切削運動切削運動的復雜程度將影響機床的結構。的復雜程度將影響機床的結構。 刀具刀具的復雜程度將影響刀具刃磨制造的的復雜程度將影響刀具刃磨制造的難易程度，同時也會促進刀具材料、刀具制難易程度，同時也會促進刀具材料、刀具制造工藝的發(fā)展。造工藝的發(fā)展。 1 1、主運動、主運動 由機床或人力由機床或人力提供的刀具與工件提供的刀具與工件之間主要的相對運之間主要的相對運動動, , 它使刀具切削它使刀具切削刃及前刀面切入工刃及前刀面切入工件材料，使被切削件材料，使被切削層轉變?yōu)榍行紝愚D變?yōu)榍行? , 從從而形成工件的新表而形成工件的新表面。面。 在切削運動中，主運動速度最高

7、、耗功最大，是在切削運動中，主運動速度最高、耗功最大，是切下切屑所必須的基本運動。切下切屑所必須的基本運動。 在切削中必須有一個主運動，而且只能有一個在切削中必須有一個主運動，而且只能有一個主運動。主運動。車削時主運車削時主運動是動是工件的工件的旋轉運動旋轉運動。銑削時主運銑削時主運動是動是銑刀的銑刀的旋轉運動旋轉運動。刨削時主運刨削時主運動是動是工件或工件或刀具的往復刀具的往復運動運動。 2 2、進給運動、進給運動 進給運動進給運動是刀具與工件之間附加的相對運動是刀具與工件之間附加的相對運動, , 它它配合主運動依次地或連續(xù)不斷地切除工件上多余金配合主運動依次地或連續(xù)不斷地切除工件上多余金屬

8、屬, , 從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。 進給運動可由刀具完成進給運動可由刀具完成( (如車削如車削) )，也可由工件完，也可由工件完成成( (如銑削如銑削) )，可以是間歇的（如刨削），也可以是連，可以是間歇的（如刨削），也可以是連續(xù)的（如車削）。續(xù)的（如車削）。車削時進給車削時進給運動是運動是車刀車刀的直線移動的直線移動。銑削時進給銑削時進給運動是運動是工件工件的直線移動的直線移動。刨削時進給運刨削時進給運動是動是工件或刀工件或刀具的橫向移動具的橫向移動。12211122車削運動車削運動車削工件時，必須使車削工件時，必須使工件工件和和刀具刀具作

9、相對運動。根據運作相對運動。根據運動的性質和作用，車削運動可分為動的性質和作用，車削運動可分為工件工件的的旋轉運動旋轉運動，和和車刀車刀的的直線（或曲線）移動直線（或曲線）移動。主運動主運動進給運動進給運動車成型面車成型面車削運動車削運動主運動：主運動：直接切除工件上的切削層，并使之變成切屑形直接切除工件上的切削層，并使之變成切屑形成工件新表面的運動。成工件新表面的運動。進給運動：進給運動： 使工件上多余材料不斷被切除的使工件上多余材料不斷被切除的 運動運動. .進給運動進給運動又可分又可分橫向進給橫向進給運動和運動和縱向進給縱向進給運動運動. . 車端面車端面車外圓車外圓二、工件上的加工表面

10、二、工件上的加工表面1 1、待加工表面：待加工表面：工件上有待切除的表面。工件上有待切除的表面。 它可能是毛坯表面或加工過的表面。它可能是毛坯表面或加工過的表面。2 2、已加工表面已加工表面 ：工件上經刀具切削后產生的表面。工件上經刀具切削后產生的表面。3 3、過渡表面、過渡表面 ：工件上由刀具正在切削的那一部分表面。工件上由刀具正在切削的那一部分表面。 它將在下一轉被切除。它將在下一轉被切除。nf f過渡表面過渡表面待加工表面待加工表面主運動主運動進給運動進給運動已加工表面已加工表面312如何判斷？如何判斷？車削時工件上形成的表面？車削時工件上形成的表面？14切削用量三要素切削用量三要素:

11、:三、切削用量三、切削用量背吃刀量背吃刀量p進給量進給量 切削速度切削速度v vc c 車削工件上已加工表面和待加工表車削工件上已加工表面和待加工表面之間的垂直距離。面之間的垂直距離。 工件每轉一圈，車刀沿進給方向移工件每轉一圈，車刀沿進給方向移動的距離。它是衡量進給運動大小的動的距離。它是衡量進給運動大小的參數。參數。單位為單位為mm/rmm/r。 是切削刃上選定點相對工件的主是切削刃上選定點相對工件的主運動的瞬間速度。它是衡量主運動大運動的瞬間速度。它是衡量主運動大小的參數。小的參數。單位單位m/sm/s。 切削用量是衡量切削運動大小的參數。合理選擇切削用量是保切削用量是衡量切削運動大小的

12、參數。合理選擇切削用量是保證加工零件的質量、提高生產效率、降低生產成本的有效方法之一。證加工零件的質量、提高生產效率、降低生產成本的有效方法之一。v vc dndn 10001 1、切削速度切削速度v vcd工件待加工表面最大直徑，工件待加工表面最大直徑，mmmm。 nn工件轉速（工件轉速（r/r/s s) ) 車削時車削時: : 是是切削刃上選定點切削刃上選定點相對工件的主運動的瞬時速度。衡量主相對工件的主運動的瞬時速度。衡量主運動大小的參數。運動大小的參數。v vc 切削速度，切削速度，m/sm/s。 在計算時應以最大的切削速度為準，如車削時以待在計算時應以最大的切削速度為準，如車削時以待

13、加工表面直徑的數值進行計算，因為此處速度最大，刀加工表面直徑的數值進行計算，因為此處速度最大，刀具磨損最快。具磨損最快。方向：方向：切削刃上選定點相對切削刃上選定點相對于工件的瞬時主運動方向。于工件的瞬時主運動方向。例題例題: :車削直徑為車削直徑為40mm40mm的工件外圓的工件外圓, , 選定的切削速度為選定的切削速度為1.4m/s, 1.4m/s, 試求車床主軸的轉速試求車床主軸的轉速n ?n ?cd n 1000如何計算？如何計算？解：解：s）（rdnc/15.114014. 34 . 110001000 d d D Dv vf fn1 12 2f f2 2、進給量、進給量 工件每轉一

14、圈，車刀沿工件每轉一圈，車刀沿進給方向移動的距離。單位進給方向移動的距離。單位為為mm/rmm/r。 進給速度進給速度v vf f是指切削刃上是指切削刃上選定點相對于工件進給運動的選定點相對于工件進給運動的瞬時速度。單位：瞬時速度。單位：mm/smm/s。v vf f= f n= f nv vf f 進給速度，進給速度，mm/smm/s；n n 主軸轉速，主軸轉速，r/sr/s；f f 進給量，進給量，mm/rmm/r。方向：方向：切削刃上選定點相對于工件的瞬時進給方向。切削刃上選定點相對于工件的瞬時進給方向。3 3、背吃刀量、背吃刀量p p dw dm 2 車削工件上已加工表車削工件上已加工

15、表面和待加工表面之間的垂面和待加工表面之間的垂直距離。直距離。單位為單位為mmmm。切削深度切削深度 (mm)(mm)； 待加工表面直徑待加工表面直徑 (mm)(mm)；已加工表面直徑已加工表面直徑 (mm)(mm)。dmdwpdmdw計算公式：計算公式：1 1、車削時，（、車削時，（ ）是主運動。）是主運動。 A、工件的旋轉、工件的旋轉 B、車刀的移動、車刀的移動 C、鉆頭鉆孔、鉆頭鉆孔 D、吃刀、吃刀2 2、切削用量三要素包括（、切削用量三要素包括（ ） A A、切削厚度、切削厚度、背吃刀量背吃刀量及進給量及進給量 B B、切削速度、背吃刀量及進給量、切削速度、背吃刀量及進給量 C C、切

16、削速度、切削寬度及進給量、切削速度、切削寬度及進給量 DD、切削速度、切削厚度及進給量、切削速度、切削厚度及進給量3 3、將直徑為、將直徑為60mm60mm工件一次車成為工件一次車成為52mm52mm，則背吃刀量（，則背吃刀量（ ） A A、8mm 8mm B B、 4mm C4mm C、 2mm D2mm D、5mm5mm4 4、（、（ ）是衡量主運動大小的參數。）是衡量主運動大小的參數。 A A、進給速度、進給速度 B B、 切削速度切削速度 C C、背吃刀量、背吃刀量 DD、切削厚度、切削厚度ABBB切削用量三要素切削用量三要素:背吃刀量背吃刀量 p進給量進給量切削速度切削速度ccd n

17、 1000 p dw dm 2d工件待加工表面最大直徑。工件待加工表面最大直徑。 n主運動每分鐘轉數（主運動每分鐘轉數（r/min) 背吃刀量背吃刀量 (mm) 待加工表面直徑待加工表面直徑 (mm)已加工表面直徑已加工表面直徑 (mm)dmdwp單位為單位為mm/r加工直徑為加工直徑為60mm60mm的工件外圓，一次加工車外圓至的工件外圓，一次加工車外圓至54mm54mm，長度至，長度至225mm225mm，進給量，進給量 采用采用0.1mm/r0.1mm/r，主軸轉速為主軸轉速為450r/min450r/min。1 1、背吃刀量、背吃刀量 p p是多少？是多少？2 2、加工一次所需的時間？

18、、加工一次所需的時間？225mm54解：解：1 1、2 2、1.2 1.2 切削變形、切削力與切削溫度切削變形、切削力與切削溫度一、切削變形及其主要影響因素一、切削變形及其主要影響因素1 1、切屑的形成、切屑的形成 切削時，工件上的切削時，工件上的切削層受刀具的擠壓，切削層受刀具的擠壓，產生彈性變形而至塑性產生彈性變形而至塑性變形。由于受下部金屬變形。由于受下部金屬的阻礙，切削層只能沿的阻礙，切削層只能沿OMOM線（約與外力作用線（約與外力作用線成線成4545）產生剪切滑）產生剪切滑移。移。OMOM線稱為剪切線線稱為剪切線或滑移線?；蚧凭€。 將金屬材料將金屬材料的被切層看作一的被切層看作一疊

19、卡片，如疊卡片，如1 1、2 2、3 3、4 4、5 5當刀具當刀具切入時，卡片被切入時，卡片被推到了推到了1 1、2 2、3 3、4 4、55位置，位置，卡片之間產生了卡片之間產生了相對滑移，滑移相對滑移，滑移方向就是最大切方向就是最大切應力的剪切面。應力的剪切面。2 2、切屑的形態(tài)、切屑的形態(tài) 切削金屬時，由于工件材料不同，切削條件不同，切削過程中變形的程度也不一樣，所形成的切屑形態(tài)多種多樣。主要有以下幾種：（1 1）帶狀切屑）帶狀切屑 外形連綿不斷，與前刀面接觸的面很光滑，背面呈毛茸狀。用較大前角、較高的切削速度和較小的進給量切削塑性材料時，容易得到帶狀切屑。（2 2）節(jié)狀切屑）節(jié)狀切屑

20、 切屑的背面呈鋸齒形，底面有時出現(xiàn)裂紋。采用較低的切削速度和較大的進給量切削中等硬度的鋼件時，容易得到節(jié)狀切屑。（b b）節(jié)狀切屑）節(jié)狀切屑(3)(3)粒狀切屑粒狀切屑 這類切屑基本上是分離的梯形單元切屑。進一步減小切削速度和前角，增加切削厚度，使整個剪切面上的切應力超過材料的破裂強度時便可得到這種切屑。（4 4）崩碎切屑）崩碎切屑 切削鑄鐵等脆性材料時，切削層產生彈性變形后，一般不經過塑性變形就突然崩碎，形成不規(guī)則的碎塊狀屑片，稱為崩碎切屑。3 3、積屑瘤、積屑瘤（1 1）積屑瘤現(xiàn)象及產生的原因）積屑瘤現(xiàn)象及產生的原因 切削塑性材料時，由于切屑底面與前刀面的擠壓和劇烈摩擦，使切屑底層的流動速

21、度低于上層的流動速度，形成滯流層。當滯流層金屬與前刀面之間的摩擦力超過切屑本身分子間結合力時，滯流層的部分新鮮金屬就會粘附在刀刃附近，形成楔形的積屑瘤 。（2 2）積屑瘤影響）積屑瘤影響 有利的一面：有利的一面：包覆在切削刃上代替切削刃工作，起到保護切削刃的作用，提高刀具的壽命。 不利的一面：不利的一面：加工表面質量下降。 粗加工時允許有積屑瘤存在，但在精加工時，一定要設法避免。（3 3）控制積屑瘤措施）控制積屑瘤措施 a、提高工件材料的硬度，減少塑性和加工硬化傾向； b、控制切削速度，從而控制切削溫度。低速時低溫，高速時高溫都不產生積屑瘤。因此，可選擇低速或高速切削； c、采用潤滑性能良好的

22、切削液，減小摩擦； d、增大前角，減小進給量、背吃刀量。4 4、影響切削變形的主要因素、影響切削變形的主要因素（1 1）工件材料）工件材料 在切削條件相同的情況下，被切材料的強度越大，切削變形越??；被切材料的塑性越大，越容易產生塑性變形。所以切削低碳鋼等塑性材料時，塑性變形較嚴重。（2 2）切削用量）切削用量 切削速度對切削變形的影響呈波浪形變化。在低速和高速切削時都不易形成積屑瘤。增大進給量，切屑厚度增加，切削變形減小。（3 3）刀具幾何角度）刀具幾何角度 前角越大，切削變形越小。二、切削力及其主要影響因素二、切削力及其主要影響因素1 1、切削力的來源、切削力的來源 切削過程中，刀具施加于工

23、件使工件材料產生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧?，稱為切削力。 切削力來自于金屬切削過程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力（切屑、工件與刀具間的摩擦力）。FF總切削力總切削力F Fc c主切削力主切削力F Fp p背向力背向力F Ff f 進給力進給力F Fc cF Fp pF Ff f222pfcFFFF各切削分力對切削過程的影響各切削分力對切削過程的影響F Fc cF Fp pF Ff f 作用于機床進給系統(tǒng)，是設計機床所需重要參數作用于機床進給系統(tǒng)，是設計機床所需重要參數 消耗總功率的消耗總功率的1%5%1%5% 對刀具對刀具: :壓彎刀桿，影響刀具強度壓彎刀桿，影響刀具強度

24、 對工件對工件: :阻止工件旋轉，消耗機床動力阻止工件旋轉，消耗機床動力 頂彎工件，當工藝系統(tǒng)剛度不足時，易使工件頂彎工件，當工藝系統(tǒng)剛度不足時，易使工件 產生形狀誤差，并易引起振動；可增大產生形狀誤差，并易引起振動；可增大K Kr r解決解決 加工中加工中F Fp p不作功（不消耗功率）不作功（不消耗功率）F Fc cF Fp pF Ff f2 2、影響切削力的主要因素、影響切削力的主要因素（1 1）工件材料的影響）工件材料的影響 材料的強度、硬度越高，則屈服強度越高，切削力越大。 在強度、硬度相近的情況下，材料的塑性、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數越大，切削力也就越大。（2 2）切削

25、用量的影響）切削用量的影響 進給量f 和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加。切削速度切削速度 c c 切削速度在520m/min區(qū)域內增加時，積屑瘤高度逐漸增加，切削力減小；切削速度繼續(xù)在2035m/min范圍內增加，積屑瘤逐漸消失，切削力增加；在切削速度大于35m/min時，由于切削溫度上升，摩擦系數減小，切削力下降。一般切削速度超過90m/min時，切削力無明顯變化。在切削脆性金屬工件材料時，因塑性變形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度c 對切削力Fc無明顯的影響。在實際生產中，如果刀具材料和機床性能許可，采用高速切削，既能提高生產效率，又能減小切削力。（3 3）刀具幾何參數的影響

26、）刀具幾何參數的影響 a、前角大，切屑易于從前刀面流出，切削變形小，切削力下降。（塑性材料比脆性材料影響明顯） b、主偏角增大，進給力Ff增加，而背向力Fp減小，對主切削力Fc影響不大。剛性較差的細長軸選用較大的主偏角。 c、刃傾角由正值變?yōu)樨撝禃r，F(xiàn)p將增加，F(xiàn)f減小。所以車剛性較差的工件時，一般不取負的刃傾角。 d、刀尖圓弧半徑增大，背向力Fp明顯增加。三、切削溫度及其主要影響因素三、切削溫度及其主要影響因素1 1、切削熱和切削溫度、切削熱和切削溫度（1 1）切削熱的產生和傳出）切削熱的產生和傳出 在切削過程中所消耗的功，絕大部分轉變?yōu)闊幔辞邢鳠?。切削熱的主要來源是被切削層金屬的變形、?/p>

27、屑與前刀面的摩擦和工件與刀具后面的摩擦。切削熱的產生和傳散，影響切削區(qū)域的溫度。切削區(qū)域的平均溫度稱為切削溫度。（2 2）切削溫度及其分布）切削溫度及其分布 前刀面上的最高溫度不在切削刃上，而是距離切削刃有段距離。 溫度分布不均勻，溫度梯度大。工件材料脆性越大，分布越不均勻。3 3、切削溫度的主要影響因素、切削溫度的主要影響因素（1 1）工件材料的影響）工件材料的影響 材料的強度、硬度越高，則切削抗力越大，消耗的功越多，產生的熱就越多； 導熱系數越小，散熱越慢，切削區(qū)的切削溫度就越高； 切削脆性材料，因變形小，摩擦小，切削溫度較低。（2 2）切削用量的影響）切削用量的影響 背吃刀量對切削溫度的影響很小； 進給量增加，產生的熱量增加，切削溫度有所升高； 切削速度增加，變形功與摩擦轉變的熱量急劇增多，切削溫度顯著提高。（3 3）刀具幾何參數的影響）刀具幾何參數的影響1)前角o塑性變形和摩擦切削溫度。但前角不能太大，否則刀具切削部分的鍥角過小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。 2)主偏角r切削刃工作接觸長度，切削寬度bD，散熱條件變差，故切削溫度。1 1、常見的切屑類型有、常