精密切削加工

1、1第第2章章 精密切削加工精密切削加工2.1 概述2.1.1 概念2.1.2 精密切削加工分類2.2 精密切削加工機(jī)理2.2.1 切削變形和切削力2.2.2 切削熱和切削液2.2.3 刀具磨損、破損及耐用度2 2.3 切削加工機(jī)床及應(yīng)用2.3.1 精密機(jī)床發(fā)展概況2.3.2 精密機(jī)床的精度指標(biāo)2.3.3 精密主軸部件2.3.4 床身和精密導(dǎo)軌部件2.3.5 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)2.3.6 在線檢測與誤差補(bǔ)償技術(shù)3小結(jié)思考題2.4 功率超聲車削2.4.1 功率超聲車削裝置2.4.2 基本原理和特點42.1 概概 述述 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計算機(jī)、原子能、激光、宇航和國防等技術(shù)部門對零件的加工精度和表

2、面質(zhì)量要求越來越高。 精密加工技術(shù)的研究及應(yīng)用水平已成為衡量一個國家的機(jī)械制造業(yè)乃至整個制造業(yè)水平的重要依據(jù)。 各國特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家對精密加工技術(shù)極其重視，投入了大量的資金對其進(jìn)行研究，以保證其尖端技術(shù)產(chǎn)品處于國際領(lǐng)先地位，提高其產(chǎn)品在國際上的競爭力。 52.1.1 概概 念念 所謂精密加工：是指加工精度和表面質(zhì)量所謂精密加工：是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高程度的加工工藝。達(dá)到極高程度的加工工藝。 不同的發(fā)展時期，其技術(shù)指標(biāo)有所不同。不同的發(fā)展時期，其技術(shù)指標(biāo)有所不同。目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，一般目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，一般 工廠能穩(wěn)工廠能穩(wěn)定掌握的加工精度是定掌握的加工精度是1m，與之相對

3、應(yīng)，與之相對應(yīng)，將加工精度為將加工精度為 0.11m ，加工表面粗糙，加工表面粗糙度度 Ra在在 0.020.1 m內(nèi)的加工方法稱為內(nèi)的加工方法稱為精密加工。精密加工。 6 當(dāng)代多種加工方法所能達(dá)到的精度及其當(dāng)代多種加工方法所能達(dá)到的精度及其發(fā)展趨勢預(yù)測，如圖發(fā)展趨勢預(yù)測，如圖 2.1 所示。所示。 2000 年后，普通機(jī)械加工、精密加工年后，普通機(jī)械加工、精密加工與超精密加工的精度已經(jīng)分別達(dá)到與超精密加工的精度已經(jīng)分別達(dá)到 1m 、0.01 m及及 0.001m(1nm)。 由此可見，精密加工正在向其終極目標(biāo)由此可見，精密加工正在向其終極目標(biāo) -原子級精度逼近，也就是實現(xiàn)原子級精度逼近，也就

4、是實現(xiàn)“移動移動原子原子”。7現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)之所以致力于提高零件加工精度，現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)之所以致力于提高零件加工精度，其主要原因在于以下三個方面：其主要原因在于以下三個方面： (1) 提高零件的加工精度可提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)提高零件的加工精度可提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。量，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。 將飛機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的加工精度由將飛機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的加工精度由60 m提高提高到到12 m，加工表面粗糙度，加工表面粗糙度 Ra由由 0.5 m減少到減少到 0.3 m，則發(fā)動機(jī)的壓縮效率將從，則發(fā)動機(jī)的壓縮效率將從 89%提高到提高到 94%。 20 世紀(jì)世紀(jì) 80 年代初，蘇

5、聯(lián)從日本年代初，蘇聯(lián)從日本 4 臺精密數(shù)控臺精密數(shù)控銑床，用于加工螺旋槳曲面，使其潛艇的水下航銑床，用于加工螺旋槳曲面，使其潛艇的水下航行噪聲大幅度下降，即使使用精密的聲吶探測裝行噪聲大幅度下降，即使使用精密的聲吶探測裝置也很難發(fā)現(xiàn)潛艇的行蹤。置也很難發(fā)現(xiàn)潛艇的行蹤。8 (2) 提高零件的加工精度可促進(jìn)產(chǎn)品的提高零件的加工精度可促進(jìn)產(chǎn)品的小型化。小型化。 傳動齒輪的齒形及齒距誤差直接影響了傳動齒輪的齒形及齒距誤差直接影響了其傳遞扭矩的能力。若將該誤差從目前其傳遞扭矩的能力。若將該誤差從目前的的 36m 降低到降低到 1m ，則齒輪箱單，則齒輪箱單位質(zhì)量所能傳遞的扭矩將提高近位質(zhì)量所能傳遞的扭矩

6、將提高近 1 倍，倍，從而可使目前的齒輪箱尺寸大大縮小。從而可使目前的齒輪箱尺寸大大縮小。 IBM 公司開發(fā)的磁盤，其記憶密度由公司開發(fā)的磁盤，其記憶密度由 1957 年的年的300bit/m 提高到提高到 l982 年的年的 254 萬萬bit/cm ，提高了近，提高了近 1 萬倍，這在萬倍，這在很大程度上應(yīng)歸功于磁盤基片加工精度很大程度上應(yīng)歸功于磁盤基片加工精度的提高和表面粗糙度的減小。的提高和表面粗糙度的減小。 910提高零件的加工精度可增強(qiáng)零件的互提高零件的加工精度可增強(qiáng)零件的互換性，提高裝配生產(chǎn)率，促進(jìn)自動化換性，提高裝配生產(chǎn)率，促進(jìn)自動化裝配應(yīng)用，推進(jìn)自動化生產(chǎn)。裝配應(yīng)用，推進(jìn)自動

7、化生產(chǎn)。 自動化裝配是提高裝配生產(chǎn)率自動化裝配是提高裝配生產(chǎn)率和裝配質(zhì)量的重要手段。自動化裝配和裝配質(zhì)量的重要手段。自動化裝配的前提是零件必須完全互換，這就要的前提是零件必須完全互換，這就要求嚴(yán)格控制零件的加工公差，從而導(dǎo)求嚴(yán)格控制零件的加工公差，從而導(dǎo)致零件的加工精度要求極高。精密加致零件的加工精度要求極高。精密加工使之成為可能。工使之成為可能。 11 精密加工技術(shù)是一項涉及內(nèi)容廣泛的綜精密加工技術(shù)是一項涉及內(nèi)容廣泛的綜合性技術(shù)，實現(xiàn)精密加工，不僅需要精合性技術(shù)，實現(xiàn)精密加工，不僅需要精密的機(jī)械設(shè)備和工具，也需要穩(wěn)定的環(huán)密的機(jī)械設(shè)備和工具，也需要穩(wěn)定的環(huán)境條件，還需運(yùn)用計算技術(shù)進(jìn)行實時檢境條

8、件，還需運(yùn)用計算技術(shù)進(jìn)行實時檢測和反饋補(bǔ)償。測和反饋補(bǔ)償。 只有將各個領(lǐng)域的技術(shù)成果集成起來，只有將各個領(lǐng)域的技術(shù)成果集成起來，才有可能實現(xiàn)和發(fā)展精密加工。才有可能實現(xiàn)和發(fā)展精密加工。 下面對這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡要介紹。下面對這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡要介紹。 121精密加工機(jī)床精密加工機(jī)床 精密加工機(jī)床是實現(xiàn)精密加工的首要條件，精密加工機(jī)床是實現(xiàn)精密加工的首要條件，各國投入了大量的資金對它進(jìn)行研究。各國投入了大量的資金對它進(jìn)行研究。 目前的主要研究方向是提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)目前的主要研究方向是提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度，工作臺的直線運(yùn)動精度以及刀具的微量進(jìn)精度，工作臺的直線運(yùn)動精度以及刀具的微量進(jìn)給精度。給

9、精度。 精密機(jī)床主軸軸承要求具有很高的回轉(zhuǎn)精度，精密機(jī)床主軸軸承要求具有很高的回轉(zhuǎn)精度，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無振動，其關(guān)鍵在于主軸軸承。早期轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無振動，其關(guān)鍵在于主軸軸承。早期的精密主軸軸承采用超精密級的滾動軸承，而目的精密主軸軸承采用超精密級的滾動軸承，而目前使用的精密主軸軸承是靜、動態(tài)性能更加優(yōu)異前使用的精密主軸軸承是靜、動態(tài)性能更加優(yōu)異的液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承。的液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承。 工作臺的直線運(yùn)動精度是由導(dǎo)軌決定的。工作臺的直線運(yùn)動精度是由導(dǎo)軌決定的。 13 精密機(jī)床使用的導(dǎo)軌有滾動導(dǎo)軌、液精密機(jī)床使用的導(dǎo)軌有滾動導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和

10、空氣靜壓導(dǎo)軌。軌。 為了提高刀具的進(jìn)給精度，必須使用為了提高刀具的進(jìn)給精度，必須使用微量進(jìn)給裝置。微量進(jìn)給裝置。 微量進(jìn)給裝置有多種結(jié)構(gòu)形式、多種微量進(jìn)給裝置有多種結(jié)構(gòu)形式、多種工作原理。目前只有彈性變形式和電工作原理。目前只有彈性變形式和電致伸縮式微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)比較適用，尤致伸縮式微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)比較適用，尤其是電致伸縮微量進(jìn)給裝置，可以進(jìn)其是電致伸縮微量進(jìn)給裝置，可以進(jìn)行自動化控制，有較好的動態(tài)特性，行自動化控制，有較好的動態(tài)特性，在精密機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)在精密機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。用。142金剛石刀具金剛石刀具 精密切削加工必須能夠均勻地切除極薄的金精密切削加工必須能夠均勻地切

11、除極薄的金屬層屬層, 微量切除是精密加工的重要特征之一。微量切除是精密加工的重要特征之一。 金剛石刀具是精密切削的重要手段。金剛石金剛石刀具是精密切削的重要手段。金剛石刀具有兩個重要的問題要解決：刀具有兩個重要的問題要解決： 一是金剛石晶體的晶面選擇，這對刀具的使一是金剛石晶體的晶面選擇，這對刀具的使用性能有重要的影響；用性能有重要的影響； 二是金剛石刀具刃口的鋒利性，即刀具刃口二是金剛石刀具刃口的鋒利性，即刀具刃口的圓弧半徑，它直接影響到切削加工的最小切的圓弧半徑，它直接影響到切削加工的最小切削深度，影響到微量切除能力和加工質(zhì)量。削深度，影響到微量切除能力和加工質(zhì)量。 先進(jìn)國家刃磨金剛石刀具

12、的刃口半徑可以小先進(jìn)國家刃磨金剛石刀具的刃口半徑可以小到數(shù)納米的水平。我國在這方面的研究相對落到數(shù)納米的水平。我國在這方面的研究相對落后，目前刃磨的金剛石刀具的刃口半徑只能達(dá)后，目前刃磨的金剛石刀具的刃口半徑只能達(dá)到到 0.10.3 m。另外，當(dāng)刃口半徑小于。另外，當(dāng)刃口半徑小于 0.01 m時，必須解決測量上的難題。時，必須解決測量上的難題。 153精密切削機(jī)理精密切削機(jī)理 精密切削是微量切削，微量切削過程中許精密切削是微量切削，微量切削過程中許多機(jī)理方面的問題都有其特殊性，如積屑多機(jī)理方面的問題都有其特殊性，如積屑瘤的形成，鱗刺的產(chǎn)生，切削參數(shù)及加工瘤的形成，鱗刺的產(chǎn)生，切削參數(shù)及加工條件

13、對切削過程的影響，以及它們對加工條件對切削過程的影響，以及它們對加工精度和表面質(zhì)量的影響，都與常規(guī)切削有精度和表面質(zhì)量的影響，都與常規(guī)切削有很大的不同。很大的不同。 因此，必須對這些切削機(jī)理方面的問題進(jìn)因此，必須對這些切削機(jī)理方面的問題進(jìn)行深入研究，掌握其變化規(guī)律，以便更好行深入研究，掌握其變化規(guī)律，以便更好地利用精密加工技術(shù)提高零件的加工精度地利用精密加工技術(shù)提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。和表面質(zhì)量。 164穩(wěn)定的加工環(huán)境穩(wěn)定的加工環(huán)境 精密加工必須在穩(wěn)定的加工環(huán)境下進(jìn)行，主要包括恒溫、精密加工必須在穩(wěn)定的加工環(huán)境下進(jìn)行，主要包括恒溫、防振和空氣凈化三個方面的條件。防振和空氣凈化三個方面的條

14、件。 ）精密加工必須在嚴(yán)格的多層恒溫條件下進(jìn)行，即不）精密加工必須在嚴(yán)格的多層恒溫條件下進(jìn)行，即不僅工作間應(yīng)保持恒溫，還必須對機(jī)床穩(wěn)定性；僅工作間應(yīng)保持恒溫，還必須對機(jī)床穩(wěn)定性； ）除在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造上采取各種減振措施外，）除在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造上采取各種減振措施外，還必須用隔振系統(tǒng)來消除外界振動的影響。還必須用隔振系統(tǒng)來消除外界振動的影響。 ）由于精密加工的加工精度和表面粗糙度要求極高，）由于精密加工的加工精度和表面粗糙度要求極高，空氣中的塵埃將直接影響加工零件的精度和表面粗糙度，空氣中的塵埃將直接影響加工零件的精度和表面粗糙度，因此必須對加工環(huán)境的空氣進(jìn)行凈化，對大于某一尺寸因此必須對

15、加工環(huán)境的空氣進(jìn)行凈化，對大于某一尺寸的塵埃進(jìn)行過濾。的塵埃進(jìn)行過濾。 國外已研制成功了對國外已研制成功了對 0.1 m的塵埃有的塵埃有 99%凈化效率的凈化效率的高效過濾器。高效過濾器。 175誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償 當(dāng)加工精度高于一定程度后，若仍然采用當(dāng)加工精度高于一定程度后，若仍然采用提高機(jī)床的制造精度，保證加工環(huán)境的穩(wěn)提高機(jī)床的制造精度，保證加工環(huán)境的穩(wěn)定性等誤差預(yù)防措施提高加工精度，這將定性等誤差預(yù)防措施提高加工精度，這將會使所花費的成本大幅度增加。會使所花費的成本大幅度增加。 所謂的誤差補(bǔ)償措施，即是通過消除或抵所謂的誤差補(bǔ)償措施，即是通過消除或抵消誤差消誤差 國外的一些著名精密機(jī)床采用

16、了誤差補(bǔ)償國外的一些著名精密機(jī)床采用了誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，取得了很好的效果。的方法，取得了很好的效果?186精密測量技術(shù)精密測量技術(shù) 精密加工技術(shù)離不開精密測量技術(shù)，精密加工精密加工技術(shù)離不開精密測量技術(shù)，精密加工要求測量精度比加工精度高一個數(shù)量級。要求測量精度比加工精度高一個數(shù)量級。 目前，精密加工中所使用的測量儀器多以干涉目前，精密加工中所使用的測量儀器多以干涉法和高靈敏度電動測微技術(shù)為基礎(chǔ)，如激光干法和高靈敏度電動測微技術(shù)為基礎(chǔ)，如激光干涉儀、多次光波干涉顯微鏡及重復(fù)反射干涉儀涉儀、多次光波干涉顯微鏡及重復(fù)反射干涉儀等。等。 國外廣泛發(fā)展非接觸式測量方法并研究原子級國外廣泛發(fā)展非接觸式測量

17、方法并研究原子級精度的測量技術(shù)。精度的測量技術(shù)。Johaness公司生產(chǎn)的多次公司生產(chǎn)的多次光波干涉顯微鏡的分辨率為光波干涉顯微鏡的分辨率為 0.5nm，掃描隧，掃描隧道顯微鏡的分辨率為道顯微鏡的分辨率為 0.01nm，是目前世界上，是目前世界上精度最高的測量儀之一。精度最高的測量儀之一。 最新的研究結(jié)果證實，在掃描隧道顯微鏡下可最新的研究結(jié)果證實，在掃描隧道顯微鏡下可移動原子，實現(xiàn)精密工程的最終目標(biāo)移動原子，實現(xiàn)精密工程的最終目標(biāo) -原子原子級精密加工。級精密加工。192.1.2 精密切削加工分類精密切削加工分類 根據(jù)加工表面及加工刀具的特點，精密切削加工可分根據(jù)加工表面及加工刀具的特點，精

18、密切削加工可分為四類，見表為四類，見表 2-1。 精密切削研究是從金剛石車削開始的。應(yīng)用天然單晶精密切削研究是從金剛石車削開始的。應(yīng)用天然單晶金剛石車刀對鋁、銅和其他軟金屬及其合金進(jìn)行切削金剛石車刀對鋁、銅和其他軟金屬及其合金進(jìn)行切削加工，可以得到極高的加工精度和極低的表面粗糙度，加工，可以得到極高的加工精度和極低的表面粗糙度，從而產(chǎn)生了金剛石精密車削加工方法。從而產(chǎn)生了金剛石精密車削加工方法。 在此基礎(chǔ)上，又發(fā)展了金剛石精密銑削和鏜削的加工在此基礎(chǔ)上，又發(fā)展了金剛石精密銑削和鏜削的加工方法，它們分別用于加工平面、型面和內(nèi)孔，也可以方法，它們分別用于加工平面、型面和內(nèi)孔，也可以得到極高的加工精

19、度和表面質(zhì)量。得到極高的加工精度和表面質(zhì)量。 金剛石刀具精密切削是當(dāng)前加工軟金屬材料最主要的金剛石刀具精密切削是當(dāng)前加工軟金屬材料最主要的精密加工方法。精密加工方法。 除金剛石刀具材料外，還有立方氮化硼、復(fù)方氮化硅除金剛石刀具材料外，還有立方氮化硼、復(fù)方氮化硅和復(fù)合陶瓷等新型超硬刀具材料，它們主要用于黑色和復(fù)合陶瓷等新型超硬刀具材料，它們主要用于黑色金屬的精密加工。金屬的精密加工。 20212.2 精密切削加工機(jī)理精密切削加工機(jī)理 金屬切削過程，就是滑移變形的過程，精金屬切削過程，就是滑移變形的過程，精密切削過程也不例外。密切削過程也不例外。 但在精密切削中，由于采用的是微量切削但在精密切削中

20、，由于采用的是微量切削方法，一些對普通切削影響不顯著的因素方法，一些對普通切削影響不顯著的因素將成為影響精密切削過程的主要因素。因?qū)⒊蔀橛绊懢芮邢鬟^程的主要因素。因此，我們應(yīng)該對精密切削的特殊性進(jìn)行系此，我們應(yīng)該對精密切削的特殊性進(jìn)行系統(tǒng)的研究，掌握其變化規(guī)律，以便更好地統(tǒng)的研究，掌握其變化規(guī)律，以便更好地應(yīng)用這一新技術(shù)。應(yīng)用這一新技術(shù)。 222.2.1 切削變形和切削力切削變形和切削力 為了研究微量切削過程的切削機(jī)理，為了研究微量切削過程的切削機(jī)理，了解切削過程中的各種現(xiàn)象，首先分析了解切削過程中的各種現(xiàn)象，首先分析過渡切削過程。過渡切削過程。 以回轉(zhuǎn)刀具的切削情況為例，分析以回轉(zhuǎn)刀具的切

21、削情況為例，分析在過渡切削過程中刀具切削刃與工件表在過渡切削過程中刀具切削刃與工件表面的接觸情況及工件材料的變形情況。面的接觸情況及工件材料的變形情況。 1. 切削變形切削變形 1) 過渡切削過渡切削 23 圖圖 2.2 所示為單刃回轉(zhuǎn)刀具銑削平面的切削過所示為單刃回轉(zhuǎn)刀具銑削平面的切削過程，為了反映整個工藝系統(tǒng)的彈性特性，假設(shè)程，為了反映整個工藝系統(tǒng)的彈性特性，假設(shè)刀具支持在具有一定彈性模數(shù)的支撐中刃上。刀具支持在具有一定彈性模數(shù)的支撐中刃上。 圖圖 2.2(b)所示為切削剖面的情況，從刀具切削所示為切削剖面的情況，從刀具切削刃和工件接觸開始，刀具在工件上滑動一定的刃和工件接觸開始，刀具在工

22、件上滑動一定的距離，工件表面僅產(chǎn)生彈性變形，在切削刃移距離，工件表面僅產(chǎn)生彈性變形，在切削刃移開之后，工件表面仍能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。切開之后，工件表面仍能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。切削刃在工件表面上的這種滑動稱為彈性滑動。削刃在工件表面上的這種滑動稱為彈性滑動。隨著刀具的繼續(xù)回轉(zhuǎn)，切削刃上的切削深度不隨著刀具的繼續(xù)回轉(zhuǎn)，切削刃上的切削深度不斷增大，在工件表面上開始產(chǎn)生塑性變形，在斷增大，在工件表面上開始產(chǎn)生塑性變形，在此塑性變形區(qū)內(nèi)，切削刃的工件表面滑過之后，此塑性變形區(qū)內(nèi)，切削刃的工件表面滑過之后，工件表面被刺劃出溝痕，但此時并沒有真正切工件表面被刺劃出溝痕，但此時并沒有真正切除材料。除材料。24

23、切削刃在工件表面上的這種滑動稱為塑性切削刃在工件表面上的這種滑動稱為塑性滑動。在塑性滑動之后，隨著刀具切入深滑動。在塑性滑動之后，隨著刀具切入深度的增加，前刀面上產(chǎn)生了切屑，開始了度的增加，前刀面上產(chǎn)生了切屑，開始了切削過程。切削過程。 圖圖 2.2(b)中的點畫線為切削刃的運(yùn)動軌跡，中的點畫線為切削刃的運(yùn)動軌跡，實線為被加工表面上的輪廓線。由于工件實線為被加工表面上的輪廓線。由于工件表面上產(chǎn)生了彈塑性變形，所以切削刃的表面上產(chǎn)生了彈塑性變形，所以切削刃的運(yùn)動軌跡與被加工表面上形成的輪廓線不運(yùn)動軌跡與被加工表面上形成的輪廓線不重合。重合。 25 通過改變刀具的切入角通過改變刀具的切入角 g ，

24、可以依次改變，可以依次改變刀具與工件的最大干涉深度，從而可以得刀具與工件的最大干涉深度，從而可以得到如圖到如圖 2.2(a)所示的曲線。所示的曲線。 當(dāng)切削刃的最大干涉深度很小時，即切入當(dāng)切削刃的最大干涉深度很小時，即切入角角g 很小時，便是圖很小時，便是圖 2.2(a)中的中的(1)狀態(tài)。狀態(tài)。此時，刀具僅在工件表面滑過，工件表面此時，刀具僅在工件表面滑過，工件表面沒有刀具切入的痕跡，在刀具和被加工表沒有刀具切入的痕跡，在刀具和被加工表面的全部接觸長度上處于彈性變形區(qū)域。面的全部接觸長度上處于彈性變形區(qū)域。 當(dāng)?shù)毒吲c工件的最大干涉深度達(dá)到一定的當(dāng)?shù)毒吲c工件的最大干涉深度達(dá)到一定的數(shù)值時，形成

25、如圖數(shù)值時，形成如圖 2.2(a)中的中的(2)的切削狀的切削狀態(tài)。態(tài)。26 在切削開始的一段長度內(nèi)為彈性滑動區(qū)域，然后在切削開始的一段長度內(nèi)為彈性滑動區(qū)域，然后進(jìn)入塑性變形區(qū)，在切削刃滑動過去后，在塑性進(jìn)入塑性變形區(qū)，在切削刃滑動過去后，在塑性變形區(qū)域內(nèi)將留下溝痕，但并不產(chǎn)生切屑。變形區(qū)域內(nèi)將留下溝痕，但并不產(chǎn)生切屑。 繼續(xù)增大刀具與工件的最大干涉深度，便形成圖繼續(xù)增大刀具與工件的最大干涉深度，便形成圖 2.2 中的中的(3)的切削狀態(tài)。在切削刃和工件表面的的切削狀態(tài)。在切削刃和工件表面的接觸初期為彈性滑動區(qū)域，隨著切削深度的增大，接觸初期為彈性滑動區(qū)域，隨著切削深度的增大，之后為塑性滑動區(qū)

26、域，再之后為切削區(qū)域，在工之后為塑性滑動區(qū)域，再之后為切削區(qū)域，在工件表面上有塑性變形和去除切屑所形成的溝槽。件表面上有塑性變形和去除切屑所形成的溝槽。 隨著切入深度的減小，之后又過渡到塑性變形區(qū)隨著切入深度的減小，之后又過渡到塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)。和彈性變形區(qū)。 27必須指出，在塑性滑動區(qū)域內(nèi)也存在彈性變形必須指出，在塑性滑動區(qū)域內(nèi)也存在彈性變形區(qū)，而在切削區(qū)域內(nèi)既存在切屑去除區(qū)，也存區(qū)，而在切削區(qū)域內(nèi)既存在切屑去除區(qū)，也存在塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)。在塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)。 282) 最小切入深度最小切入深度 零件的最終工序的最小切入深度應(yīng)等于零件的最終工序的最小切入深度應(yīng)等于或小于零件

27、的加工精度或小于零件的加工精度(允許的加工誤允許的加工誤差差)。因此最小切入深度反映了它的精加。因此最小切入深度反映了它的精加工能力。工能力。 根據(jù)過渡切削過程的分析可知，當(dāng)切入根據(jù)過渡切削過程的分析可知，當(dāng)切入深度太小時，切削刃對工作表面的作用深度太小時，切削刃對工作表面的作用只是彈性滑動或塑性滑動，并沒有產(chǎn)生只是彈性滑動或塑性滑動，并沒有產(chǎn)生切屑，因此最小切入深度要受到一些因切屑，因此最小切入深度要受到一些因素的限制。素的限制。 29以車削過程為例，對最小切入深度問題進(jìn)以車削過程為例，對最小切入深度問題進(jìn)行分析。車削過程能夠成立，主要應(yīng)滿足行分析。車削過程能夠成立，主要應(yīng)滿足下列條件：下列

28、條件： (1) 切削過程應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的、穩(wěn)定的。切削過程應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的、穩(wěn)定的。 (2) 應(yīng)當(dāng)保持有較高的加工精度和表面應(yīng)當(dāng)保持有較高的加工精度和表面質(zhì)量。質(zhì)量。 (3) 刀具應(yīng)有較長的使用壽命。刀具應(yīng)有較長的使用壽命。 30 在精密切削中，采用的是微量切削方法，切在精密切削中，采用的是微量切削方法，切入深度較小，切削功能主要由刀具切削刃的刃口入深度較小，切削功能主要由刀具切削刃的刃口圓弧承擔(dān)，能否從被加工材料上切下切屑，主要圓弧承擔(dān)，能否從被加工材料上切下切屑，主要取決于刀具刃口圓弧處被加工材料質(zhì)點受力情況。取決于刀具刃口圓弧處被加工材料質(zhì)點受力情況。 如圖如圖 2.3所示，可分析在正交切削條件

29、下，所示，可分析在正交切削條件下，切削刃口圓弧處任一質(zhì)點切削刃口圓弧處任一質(zhì)點 i 的受力情況。由于是的受力情況。由于是正交切削，質(zhì)點正交切削，質(zhì)點 i 僅有兩個方向的切削力，即垂僅有兩個方向的切削力，即垂直力直力 PYi 和水平力和水平力 PZi，水平力，水平力 PZi 使被切削材料使被切削材料質(zhì)點向前移動，經(jīng)過擠壓形成切屑，而垂直力質(zhì)點向前移動，經(jīng)過擠壓形成切屑，而垂直力 PYi 則將被切削材料壓向被切削零件本體，不能則將被切削材料壓向被切削零件本體，不能構(gòu)成切屑形成條件。最終能否形成切屑，取決于構(gòu)成切屑形成條件。最終能否形成切屑，取決于作用在此質(zhì)點上的切削力作用在此質(zhì)點上的切削力 PYi

30、和和 PZi 的比值。的比值。 3132 根據(jù)材料的最大剪切應(yīng)力理論可知，根據(jù)材料的最大剪切應(yīng)力理論可知，最大剪切應(yīng)力應(yīng)發(fā)生在與切削合力最大剪切應(yīng)力應(yīng)發(fā)生在與切削合力 Pi 成成 45方向上。方向上。 此時，若切削合力此時，若切削合力 Pi 的方向與切削運(yùn)的方向與切削運(yùn)動方向成動方向成 45 即即 PYi=PZi 則作用在材則作用在材料質(zhì)點料質(zhì)點i 上的最大剪應(yīng)力與切削運(yùn)動方上的最大剪應(yīng)力與切削運(yùn)動方向一致，該質(zhì)點向一致，該質(zhì)點 i處材料被刀具推向前處材料被刀具推向前方，形成切屑，而質(zhì)點方，形成切屑，而質(zhì)點 i 處位置以下處位置以下的材料不能形成切屑，只產(chǎn)生彈性、的材料不能形成切屑，只產(chǎn)生彈性

31、、塑性變形。塑性變形。33 因此，當(dāng)因此，當(dāng) PZiPYi 時，材料質(zhì)點被推時，材料質(zhì)點被推向切削運(yùn)動方向，形成切屑；當(dāng)向切削運(yùn)動方向，形成切屑；當(dāng) PZiPYi 時，材料質(zhì)點被壓向零件本體，被時，材料質(zhì)點被壓向零件本體，被加工材料表面形成擠壓過程，無切屑加工材料表面形成擠壓過程，無切屑產(chǎn)生。產(chǎn)生。PZi=PYi 時所對應(yīng)的切入深度時所對應(yīng)的切入深度 便是最小切入深度。這時質(zhì)點便是最小切入深度。這時質(zhì)點 i 對應(yīng)對應(yīng)的角度的角度 34 對應(yīng)的最小切入深度對應(yīng)的最小切入深度 可表示為可表示為 由此可見，最小切入深度與刀具的由此可見，最小切入深度與刀具的 刃口半徑和刀具與工件材料之間的刃口半徑和刀

32、具與工件材料之間的摩擦因數(shù)有密切關(guān)系。摩擦因數(shù)有密切關(guān)系。 353) 毛刺與虧缺毛刺與虧缺 微量切削過程中，在刀具刃口圓弧附近的微量切削過程中，在刀具刃口圓弧附近的材料，一部分形成切屑被切除，另一部分材料，一部分形成切屑被切除，另一部分材料被擠壓而產(chǎn)生彈、塑性變形，并沿著材料被擠壓而產(chǎn)生彈、塑性變形，并沿著切削刃兩側(cè)方向塑性流動，形成兩側(cè)方向切削刃兩側(cè)方向塑性流動，形成兩側(cè)方向毛刺，如圖毛刺，如圖 2.4 所示。實驗研究表明，這所示。實驗研究表明，這種毛刺所造成的加工表面不平可占表面粗種毛刺所造成的加工表面不平可占表面粗糙度的糙度的 30%。 在刀具接近工件終端面時，由于終端部支在刀具接近工件

33、終端面時，由于終端部支撐剛度較小，在刀尖的斜下方將產(chǎn)生負(fù)剪撐剛度較小，在刀尖的斜下方將產(chǎn)生負(fù)剪切區(qū)域，稱之為第切區(qū)域，稱之為第 IV變形區(qū)變形區(qū),如圖如圖2.5所示。所示。 3637當(dāng)?shù)贗變形區(qū)占主導(dǎo)地位時，被切削層金屬將沿 OA 方向滑移，形成切削方向毛刺；當(dāng)?shù)贗V變形區(qū)占主導(dǎo)地位時，被切削層金屬將沿 OE 方向滑移，這將致使工件端部形成切削方向虧缺，如圖 2.6 所示。 384) 微量切削的碾壓過程微量切削的碾壓過程 微量切削采用了極小的切削深度，切削過程微量切削采用了極小的切削深度，切削過程中有其特殊的切削現(xiàn)象。中有其特殊的切削現(xiàn)象。 首先分析刃口圓弧處的碾壓現(xiàn)象，如圖首先分析刃口圓弧處

34、的碾壓現(xiàn)象，如圖 2.7 所示。在刃口圓弧處，不同的切削深度，刀所示。在刃口圓弧處，不同的切削深度，刀具的實際前角是變化的。如果具的實際前角是變化的。如果p ，則實際，則實際前角變?yōu)樨?fù)前角。當(dāng)切削深度很小時，實際前角變?yōu)樨?fù)前角。當(dāng)切削深度很小時，實際前角為較大的負(fù)前角，在刀具刃口圓弧處將前角為較大的負(fù)前角，在刀具刃口圓弧處將產(chǎn)生很大的擠壓摩擦作用，稱之為碾壓效應(yīng)。產(chǎn)生很大的擠壓摩擦作用，稱之為碾壓效應(yīng)。 這時，被加工表面通常將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。這時，被加工表面通常將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 3940 另外，再分析刀尖圓弧處的碾壓，如另外，再分析刀尖圓弧處的碾壓，如圖圖 2.8 所示。在精密車削加工中，加

35、所示。在精密車削加工中，加工余量很小，切削刃的直線部分可能工余量很小，切削刃的直線部分可能不參加切削，而只是部分圓弧刃參加不參加切削，而只是部分圓弧刃參加切削。這時，刀尖圓弧上各點上的主切削。這時，刀尖圓弧上各點上的主偏角偏角X 是變化的，且小于名義值。是變化的，且小于名義值。 41 刀尖圓弧處的副偏角也是如此。另刀尖圓弧處的副偏角也是如此。另外，在刀尖圓弧上各點的切削厚度外，在刀尖圓弧上各點的切削厚度也是變化值，最大厚度為也是變化值，最大厚度為a ，最小，最小厚度為零。厚度為零。 當(dāng)切削厚度逐漸變小，切削深度達(dá)當(dāng)切削厚度逐漸變小，切削深度達(dá)到最小切削深度時，將不會產(chǎn)生切到最小切削深度時，將不

36、會產(chǎn)生切削作用，僅有彈性變形和塑性變形，削作用，僅有彈性變形和塑性變形，這時該處僅有碾壓作用。這時該處僅有碾壓作用。42 由于圖由于圖 2.8 中有剖面線的部分作為切中有剖面線的部分作為切屑被除去之后，由刀尖圓弧在被加工屑被除去之后，由刀尖圓弧在被加工零件上留下的圓弧形表面并非全部留零件上留下的圓弧形表面并非全部留下形成加工表面，其中大部分將在后下形成加工表面，其中大部分將在后續(xù)的加工中被切除，僅在刀尖附近留續(xù)的加工中被切除，僅在刀尖附近留下的圓弧形輪廓才成為最終的加工表下的圓弧形輪廓才成為最終的加工表面，因此，在形成加工表面的刀尖處面，因此，在形成加工表面的刀尖處所對應(yīng)的切屑有極小的厚度，甚

37、至接所對應(yīng)的切屑有極小的厚度，甚至接近零。由此可知，在被加工表面形成近零。由此可知，在被加工表面形成過程中伴隨的碾壓作用占很大的比例，過程中伴隨的碾壓作用占很大的比例，即被加工表面的質(zhì)量在很大程度上受即被加工表面的質(zhì)量在很大程度上受碾壓效果的影響。碾壓效果的影響。 43442. 切削力切削力 1) 切削力的來源切削力的來源 在切削過程中，切削力在切削過程中，切削力的大小直接影響著切削的大小直接影響著切削熱的多少，并進(jìn)一步影熱的多少，并進(jìn)一步影響刀具的磨損與零件的響刀具的磨損與零件的精度。因此，研究切削精度。因此，研究切削力的規(guī)律，將有助于分力的規(guī)律，將有助于分析精密切削過程。析精密切削過程。

38、切削力的來源有兩個方切削力的來源有兩個方面：一是切削層金屬、面：一是切削層金屬、切屑和工件表面層金屬切屑和工件表面層金屬的彈性變形、塑性變形的彈性變形、塑性變形所產(chǎn)生的抗力；二是刀所產(chǎn)生的抗力；二是刀具與切屑同工件表面間具與切屑同工件表面間的摩擦阻力的摩擦阻力(見圖見圖 2.9)。 45 圖圖 2.10 為車削外圓時的切削力。為車削外圓時的切削力。作用在車刀前刀面上的正壓力作用在車刀前刀面上的正壓力 N1 和摩擦力和摩擦力 F1可以合成為可以合成為 Q1；作用作用在車刀后刀面上的正壓力在車刀后刀面上的正壓力 N2 和摩和摩擦力擦力 F2 可以合成為可以合成為 Q2。Q1 和和 Q 2再合成為作

39、用在車刀上的總切削力再合成為作用在車刀上的總切削力 f。為了便于測量和研究切削力，。為了便于測量和研究切削力，切削力可分解為以下三個分力。切削力可分解為以下三個分力。 46 主切削力主切削力 FZ-它垂直于水平面，通常它垂直于水平面，通常與切削速度方向一致，在一般切削情與切削速度方向一致，在一般切削情況下，該分力最大。況下，該分力最大。 徑向切削力徑向切削力 FY-它在基面內(nèi)，它在基面內(nèi)， 并與進(jìn)并與進(jìn)給方向相垂直。給方向相垂直。FY 是沿切削深度方向是沿切削深度方向上的分力，它不做功，但能使工件變上的分力，它不做功，但能使工件變形或造成振動，對工件加工精度和表形或造成振動，對工件加工精度和表

40、面粗糙度影響較大。面粗糙度影響較大。 軸向切削力軸向切削力 FX -它在基面內(nèi)，并與進(jìn)它在基面內(nèi)，并與進(jìn)給方向相平行。給方向相平行。47482) 影響切削力的因素影響切削力的因素 精密切削時，采用微量切削。各種因素對切削力精密切削時，采用微量切削。各種因素對切削力的影響與普通切削有所不同。的影響與普通切削有所不同。 (1) 切削速度。切削速度。 實際生產(chǎn)中一般都要采用切削液來消除積實際生產(chǎn)中一般都要采用切削液來消除積削瘤對加工的影響。不考慮積屑瘤的存在，采用削瘤對加工的影響。不考慮積屑瘤的存在，采用硬質(zhì)合金車刀和采用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切硬質(zhì)合金車刀和采用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削，切削速度

41、對切削力的影響規(guī)律是不一樣的。削，切削速度對切削力的影響規(guī)律是不一樣的。用硬質(zhì)合金車刀進(jìn)行精密切削時，切削速度對切用硬質(zhì)合金車刀進(jìn)行精密切削時，切削速度對切削力的影響不明顯。這是因為在微量切削時，前削力的影響不明顯。這是因為在微量切削時，前刀面前的切削區(qū)的變形及摩擦在整個切削中所占刀面前的切削區(qū)的變形及摩擦在整個切削中所占比例較小，如圖比例較小，如圖 2.11(a)所示。所示。49 因此當(dāng)因此當(dāng) v 增加時，這部分變形及摩擦減小很不明增加時，這部分變形及摩擦減小很不明顯；同時由于硬質(zhì)合金車刀切削刃刃口半徑顯；同時由于硬質(zhì)合金車刀切削刃刃口半徑 較較大，刃口圓弧部分對加工面所產(chǎn)生的擠壓所占的大，

42、刃口圓弧部分對加工面所產(chǎn)生的擠壓所占的比例較大，切削速度的增加，對其影響很小，因比例較大，切削速度的增加，對其影響很小，因此用硬質(zhì)合金車刀精密切削時，切削速度對切削此用硬質(zhì)合金車刀精密切削時，切削速度對切削力的影響不明顯。力的影響不明顯。 可是用天然金剛石車刀時，情況就不一樣，它的可是用天然金剛石車刀時，情況就不一樣，它的刃口圓弧半徑比硬質(zhì)合金小很多，雖然切削量相刃口圓弧半徑比硬質(zhì)合金小很多，雖然切削量相同，切下的切屑要從前刀面流出，如圖同，切下的切屑要從前刀面流出，如圖 2.11(b)所示。但因前刀面的切削區(qū)的變形及摩擦所占的所示。但因前刀面的切削區(qū)的變形及摩擦所占的比例加大，當(dāng)切削速度增加

43、時，這部分變形及摩比例加大，當(dāng)切削速度增加時，這部分變形及摩擦要減少，所以用天然金剛石車刀精密切削時，擦要減少，所以用天然金剛石車刀精密切削時，切削力隨切削速度的增加而下降。切削力隨切削速度的增加而下降。 5051若考慮積屑瘤的影響，情況有所不同，如圖若考慮積屑瘤的影響，情況有所不同，如圖2.12 所示所示52 低速時切削力隨切削速度增加，切削力急低速時切削力隨切削速度增加，切削力急劇下降。到劇下降。到 200300m/min 后，切削力基后，切削力基本保持不變，積屑瘤高時切削力大，積屑本保持不變，積屑瘤高時切削力大，積屑瘤小時切削力也小，這和普通切削時規(guī)律瘤小時切削力也小，這和普通切削時規(guī)律

44、正好相反。原因是積屑瘤的存在，使刀具正好相反。原因是積屑瘤的存在，使刀具的刃口半徑增大；積屑瘤呈鼻形并自切削的刃口半徑增大；積屑瘤呈鼻形并自切削刃前伸出，這導(dǎo)致實際切削厚度超過名義刃前伸出，這導(dǎo)致實際切削厚度超過名義值許多；積屑瘤代替刀具進(jìn)行切削，積屑值許多；積屑瘤代替刀具進(jìn)行切削，積屑瘤和切屑及已加工表面之間的摩擦比刀具瘤和切屑及已加工表面之間的摩擦比刀具和它們之間的摩擦要嚴(yán)重許多。這些因素和它們之間的摩擦要嚴(yán)重許多。這些因素都將使切削力增加都將使切削力增加(見圖見圖 2.13)。 53、54進(jìn)給量和切削深度決定著切削面積的大小，進(jìn)給量和切削深度決定著切削面積的大小，因而是影響切削力的重要因

45、素。進(jìn)給量對切因而是影響切削力的重要因素。進(jìn)給量對切削力的影響的試驗結(jié)果見表削力的影響的試驗結(jié)果見表 2-2。 (2) 進(jìn)給量進(jìn)給量55從表從表 2-2 可以清楚地看出：進(jìn)給量對切可以清楚地看出：進(jìn)給量對切削力有明顯的影響，進(jìn)給量對削力有明顯的影響，進(jìn)給量對Fx 的影響的影響比對比對F y及及Fz 的影響大。的影響大。 另外，當(dāng)進(jìn)給量小于一定值時，另外，當(dāng)進(jìn)給量小于一定值時，F(xiàn) yFz ，這是精密切削時切削力變化的特殊，這是精密切削時切削力變化的特殊規(guī)律，掌握這一規(guī)律，有利于合理設(shè)計規(guī)律，掌握這一規(guī)律，有利于合理設(shè)計刀具。刀具。用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削試驗，用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削試驗

46、，其試驗結(jié)果見表其試驗結(jié)果見表 2-3。 56從表從表 2-3 可以清楚地看到，用天然金剛石車可以清楚地看到，用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削時，刀進(jìn)行精密切削時，F(xiàn)z Fy 。57切削深度對切削力影響的試驗結(jié)果切削深度對切削力影響的試驗結(jié)果見表見表 2-4 和表和表2-5。 (3)切削深度切削深度58 從表從表 2-4 中可知，使用硬質(zhì)合金車刀時，中可知，使用硬質(zhì)合金車刀時，切削深度對切削力有明顯的影響，對切削深度對切削力有明顯的影響，對F z的影的影響大于對響大于對Fy的影響。切削深度小于一定值時，的影響。切削深度小于一定值時，則則Fy Fz 。59 從表從表 2-5 中可知，使用天然金剛石車

47、刀時，中可知，使用天然金剛石車刀時，F(xiàn)z仍然大于仍然大于Fy 。原因是切削用量直接影響。原因是切削用量直接影響F z 的的大小。切削刃口半徑的大小決定后刀面上正壓大小。切削刃口半徑的大小決定后刀面上正壓力大小，直接影響著力大小，直接影響著Fy的大小。當(dāng)切削用量減的大小。當(dāng)切削用量減小時，小時，F(xiàn)z隨之減小。由于切削刃口半徑是一固隨之減小。由于切削刃口半徑是一固定值，所以當(dāng)切削用量減小到一定值之后，定值，所以當(dāng)切削用量減小到一定值之后，F(xiàn)y才能大于才能大于Fz ，但是由于天然金剛石車刀可以，但是由于天然金剛石車刀可以磨得很鋒利，切削刃口半徑可以比硬質(zhì)合金的磨得很鋒利，切削刃口半徑可以比硬質(zhì)合金的

48、小許多倍，因此由刃口圓弧部分產(chǎn)生的擠壓小，小許多倍，因此由刃口圓弧部分產(chǎn)生的擠壓小，后刀面上的正壓力小，從而后刀面上的正壓力小，從而Fy小，雖然是微量小，雖然是微量切削，切削，F(xiàn)z 仍然大于仍然大于Fy 。 60 由上可知：一般切削時，由上可知：一般切削時，F(xiàn)z 與與Fy 的比值總是的比值總是大于大于 1，而精密切削時情況不一定是這樣的，而精密切削時情況不一定是這樣的，它取決于切削用量它取決于切削用量( f 、ap )同刀具刃口半徑同刀具刃口半徑的比值。當(dāng)切削用量同刃口半徑之比值達(dá)到的比值。當(dāng)切削用量同刃口半徑之比值達(dá)到一定數(shù)值時，一定數(shù)值時，F(xiàn)z與與Fy的比值可以小于的比值可以小于 1。 另

49、外，在另外，在 一般切削時一般切削時ap對切削力的影響大于對切削力的影響大于進(jìn)給量進(jìn)給量 f 對切削力的影響。在精密切削時則對切削力的影響。在精密切削時則恰恰相反，進(jìn)給量對切削力的影響大于切削恰恰相反，進(jìn)給量對切削力的影響大于切削深度的影響。這與精密切削時通常采用進(jìn)給深度的影響。這與精密切削時通常采用進(jìn)給量量 f 大于切削深度大于切削深度ap的切削方式有關(guān)。的切削方式有關(guān)。61(4) 刀具材料刀具材料 天然金剛石對切屑的摩擦因數(shù)比其他刀具天然金剛石對切屑的摩擦因數(shù)比其他刀具材料要小很多，而且天然金剛石能刃磨出材料要小很多，而且天然金剛石能刃磨出極小的刃口半徑，所以在精密切削時，采極小的刃口半徑

50、，所以在精密切削時，采用天然金剛石刀具所產(chǎn)生的切削要比其他用天然金剛石刀具所產(chǎn)生的切削要比其他材料刀具小。材料刀具小。 其他有關(guān)刀具幾何角度、切其他有關(guān)刀具幾何角度、切削液等對切削力的影響同一般切削相似，削液等對切削力的影響同一般切削相似，故不再闡述。故不再闡述。622.2.2 切削熱和切削液切削熱和切削液 切削熱是金屬切削過程中產(chǎn)生切削熱是金屬切削過程中產(chǎn)生的重要現(xiàn)象之一。它直接影響的重要現(xiàn)象之一。它直接影響刀具磨損和刀具耐用度，因而刀具磨損和刀具耐用度，因而限制了切削速度的提高。在精限制了切削速度的提高。在精密切削中，切削溫度還會影響密切削中，切削溫度還會影響工件的加工精度和表面質(zhì)量。工件

51、的加工精度和表面質(zhì)量。 631. 切削熱切削熱 1) 切削熱的來源及切削溫度切削熱的來源及切削溫度 切削中所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠?。切切削中所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠帷Ｇ邢鳠醽碜匀齻€切削變形區(qū)的金屬彈性變形、塑性削熱來自三個切削變形區(qū)的金屬彈性變形、塑性變形和摩擦。變形和摩擦。 (1) 變形所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。變形所消耗的功變形所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊帷Ｗ冃嗡牡墓Π▋刹糠郑簭椥宰冃嗡牡墓退苄宰冃嗡▋刹糠郑簭椥宰冃嗡牡墓退苄宰冃嗡牡墓?。前者占的比例很小，而后者較大。消耗的功。前者占的比例很小，而后者較大。 (2) 摩擦所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。摩擦所消耗的功摩擦所消?/p>

52、的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。摩擦所消耗的功也包括兩部分：前刀面與切屑摩擦所產(chǎn)生的熱和也包括兩部分：前刀面與切屑摩擦所產(chǎn)生的熱和后刀面與工件加工表面摩擦所產(chǎn)生的熱。后刀面與工件加工表面摩擦所產(chǎn)生的熱。 隨著工件材料、切削用量、刀具幾何角度等具體隨著工件材料、切削用量、刀具幾何角度等具體條件的不同，各個熱源產(chǎn)生的熱量比例地有所不條件的不同，各個熱源產(chǎn)生的熱量比例地有所不同。同。 64 切削熱通過改變切削溫度來影響切削過程。切切削熱通過改變切削溫度來影響切削過程。切削溫度一般是指切屑、工件和刀具接觸表面上削溫度一般是指切屑、工件和刀具接觸表面上的平均溫度。刀具刀尖附近的溫度最高，對切的平均溫度。刀具刀尖附近的溫度

53、最高，對切削過程的影響最大。切削溫度的高低決定于切削過程的影響最大。切削溫度的高低決定于切削時切削熱產(chǎn)生的多少和散熱條件。削時切削熱產(chǎn)生的多少和散熱條件。 切削時大量的切削熱是由切屑、工件、刀具和切削時大量的切削熱是由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳導(dǎo)的。各部分所傳出熱量的比例，周圍介質(zhì)傳導(dǎo)的。各部分所傳出熱量的比例，隨工件材料、切削用量、刀具材料及刀具幾何隨工件材料、切削用量、刀具材料及刀具幾何角度、加工情況等的變化而有所不同。角度、加工情況等的變化而有所不同。 通常情況下，切屑傳出的熱量最多，其余依次通常情況下，切屑傳出的熱量最多，其余依次為刀具、工件及周圍介質(zhì)。為刀具、工件及周圍介質(zhì)。 65

54、 就精密切削而言，當(dāng)切削單位從數(shù)微米縮就精密切削而言，當(dāng)切削單位從數(shù)微米縮小到小于小到小于 lm 以下時，刀具的刀尖部分會以下時，刀具的刀尖部分會受到很大的應(yīng)力作用，在單位面積上會產(chǎn)受到很大的應(yīng)力作用，在單位面積上會產(chǎn)生很大的熱量，使刀尖局部區(qū)域產(chǎn)生極高生很大的熱量，使刀尖局部區(qū)域產(chǎn)生極高的溫度。的溫度。 通常情況下，金屬材料是由數(shù)微米到數(shù)百通常情況下，金屬材料是由數(shù)微米到數(shù)百微米的微細(xì)晶粒組成，在晶粒內(nèi)部，一般微米的微細(xì)晶粒組成，在晶粒內(nèi)部，一般情況下情況下lm 左右的間隔內(nèi)就有一個位錯缺左右的間隔內(nèi)就有一個位錯缺陷。陷。66 當(dāng)切削單位較大時，在切削力作用下，工件當(dāng)切削單位較大時，在切削力

55、作用下，工件材料不是整個晶體的滑移面上的原子一起產(chǎn)材料不是整個晶體的滑移面上的原子一起產(chǎn)生位移，而是通過位錯運(yùn)動形成滑移，所以生位移，而是通過位錯運(yùn)動形成滑移，所以實際剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論剪切強(qiáng)度，刀具實際剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論剪切強(qiáng)度，刀具刀尖部分受到的平均應(yīng)力并不很大。刀尖部分受到的平均應(yīng)力并不很大。 當(dāng)切削單位小于位錯缺陷平均間隔當(dāng)切削單位小于位錯缺陷平均間隔 lm 時，時，在這狹窄區(qū)域內(nèi)是不會發(fā)生由于位錯線移動在這狹窄區(qū)域內(nèi)是不會發(fā)生由于位錯線移動而產(chǎn)生的材料滑移變形的，因此也就使其剪而產(chǎn)生的材料滑移變形的，因此也就使其剪切強(qiáng)度接近理論剪切強(qiáng)度，這時，刀具刀尖切強(qiáng)度接近理論剪切強(qiáng)度，這時

56、，刀具刀尖部分受到的平均應(yīng)力將很大，從而導(dǎo)致前面部分受到的平均應(yīng)力將很大，從而導(dǎo)致前面指出的現(xiàn)象。指出的現(xiàn)象。 因此，采用微量切削方法進(jìn)行精密切削時，因此，采用微量切削方法進(jìn)行精密切削時，需要采用耐熱性高、耐磨性強(qiáng)，有較好的高需要采用耐熱性高、耐磨性強(qiáng)，有較好的高溫硬度和高溫強(qiáng)度的刀具材料。溫硬度和高溫強(qiáng)度的刀具材料。 672) 切削熱的影響及控制切削熱的影響及控制 在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差占在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差占總誤差的總誤差的 40%70%。因此，在精密加工中必。因此，在精密加工中必須嚴(yán)格控制工件的溫度和環(huán)境溫度的變化，否須嚴(yán)格控制工件的溫度和環(huán)境溫度的變化

57、，否則無法達(dá)到精密加工所要求的高精度。則無法達(dá)到精密加工所要求的高精度。 例如，精密加工例如，精密加工 100 mm 長的鋁合金長的鋁合金零零件，溫件，溫度每變化度每變化 1，將產(chǎn)生，將產(chǎn)生 2.25 um的誤差。若要的誤差。若要求確保求確保 0.1 um的加工精度，則工件及環(huán)境溫度的加工精度，則工件及環(huán)境溫度就必須控制在就必須控制在0.05的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)。切削熱對精切削熱對精密加工影響很大。切削熱不但直接傳到工件上，密加工影響很大。切削熱不但直接傳到工件上，使工件的溫度升高，而且還傳到切削液中，使使工件的溫度升高，而且還傳到切削液中，使切削液溫度上升，高溫切削液反過來也會使工切削液溫度上升

58、，高溫切削液反過來也會使工件的溫度升高。件的溫度升高。 68 目前減小切削熱對精密加工影響的主要措目前減小切削熱對精密加工影響的主要措施是采用切削液澆注工件的方法。為了使施是采用切削液澆注工件的方法。為了使工件充分冷卻、切削液的澆注方式可以采工件充分冷卻、切削液的澆注方式可以采用澆注加淋浴式，若將大量的這種切削液用澆注加淋浴式，若將大量的這種切削液噴射到工件上，使整個工件被包圍在恒溫噴射到工件上，使整個工件被包圍在恒溫油內(nèi)，工件溫度便可控制在油內(nèi)，工件溫度便可控制在(200.5)的的范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。69 切削液的冷卻方式可通過在切削液箱內(nèi)設(shè)切削液的冷卻方式可通過在切削液箱內(nèi)設(shè)置螺旋形銅管，管內(nèi)

59、通以自來水，使切削置螺旋形銅管，管內(nèi)通以自來水，使切削液冷卻，通過控制水的流量來達(dá)到控制切液冷卻，通過控制水的流量來達(dá)到控制切削液溫度的目的。削液溫度的目的。 必要時還可以在冷卻水箱中放入冰塊，通必要時還可以在冷卻水箱中放入冰塊，通過冰水混合液能可靠地把切削溫度控制在過冰水混合液能可靠地把切削溫度控制在所要求的范圍內(nèi)。所要求的范圍內(nèi)。 另外，通過優(yōu)化刀具幾何角度，切削用量另外，通過優(yōu)化刀具幾何角度，切削用量也可以達(dá)到減小切削熱的目的。也可以達(dá)到減小切削熱的目的。 702. 切削液切削液 切削液對精密加工影響很大。切削液對精密加工影響很大。 圖圖 2.14 的曲線是在的曲線是在 SI-l25 精

60、密車床上用金精密車床上用金剛石刀具切削鋁合金時，干切削與使用切剛石刀具切削鋁合金時，干切削與使用切削液的切削對比。削液的切削對比。 從圖從圖 2.14 中可知，干切削后的粗糙度比用中可知，干切削后的粗糙度比用切削液時的粗糙度差切削液時的粗糙度差 11.5 個小級，甚至個小級，甚至差差 1 個大級。圖個大級。圖2.15所示是我國研究人員所示是我國研究人員使用不同配方的切削液做的試驗對比圖。使用不同配方的切削液做的試驗對比圖。從圖從圖2.15中可知，中可知，30%的豆油加的豆油加 70%的混的混合油效果最好。合油效果最好。20%的氯化石蠟加的氯化石蠟加 1%的二的二烷基二硫化磷酸鋅和烷基二硫化磷酸