精密特種加工第2講精密切削加工

1、Precision and ultraprecision machiningPrecision and ultraprecision machining（超超）精密加工精密加工（超超）精密切削精密切削加工加工（超超）精密磨精密磨料加工料加工（超超）精密特種加工精密特種加工復(fù)合加工復(fù)合加工微納加工微納加工第二講第二講 （超）精密切削加工（超）精密切削加工（超）精密切削加工學(xué)習(xí)提綱（超）精密切削加工學(xué)習(xí)提綱1、金剛石刀具超精密切削有哪些應(yīng)用范圍、金剛石刀具超精密切削有哪些應(yīng)用范圍?2、金剛石刀具超精密切削的切削速度應(yīng)如何選擇、金剛石刀具超精密切削的切削速度應(yīng)如何選擇?3、試述超精密切削時(shí)積屑瘤的生

2、成規(guī)律和它對(duì)切削過(guò)程和加工、試述超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律和它對(duì)切削過(guò)程和加工表面粗糙度的影響。表面粗糙度的影響。4、試述各工藝參數(shù)對(duì)超精密切削表面質(zhì)量的影響。、試述各工藝參數(shù)對(duì)超精密切削表面質(zhì)量的影響。5、超精密切削時(shí)如何才能使加工表面成為優(yōu)質(zhì)的鏡面、超精密切削時(shí)如何才能使加工表面成為優(yōu)質(zhì)的鏡面?6、超精密切削時(shí)，金剛石刀具切削刃鋒銳度對(duì)切削變形和加工、超精密切削時(shí)，金剛石刀具切削刃鋒銳度對(duì)切削變形和加工表面質(zhì)量的影響如何表面質(zhì)量的影響如何?7、超精密切削時(shí)極限最小切削厚度是多少、超精密切削時(shí)極限最小切削厚度是多少?8、試述超精密切削用金剛石刀具的磨損和破損特點(diǎn)。、試述超精密切削用金剛石刀

3、具的磨損和破損特點(diǎn)。9、金剛石刀具晶面選擇對(duì)切削變形和加工表面質(zhì)量的影響如何、金剛石刀具晶面選擇對(duì)切削變形和加工表面質(zhì)量的影響如何?（超）精密切削加工學(xué)習(xí)提綱（超）精密切削加工學(xué)習(xí)提綱10、工件材料的晶體方向?qū)η邢髯冃魏图庸け砻尜|(zhì)量的影響如何、工件材料的晶體方向?qū)η邢髯冃魏图庸け砻尜|(zhì)量的影響如何?11、脆性材料用超精密切削如何加工出優(yōu)質(zhì)表面、脆性材料用超精密切削如何加工出優(yōu)質(zhì)表面?12、超精密切削對(duì)刀具有哪些要求、超精密切削對(duì)刀具有哪些要求?為什么單晶金剛石是被公認(rèn)為理為什么單晶金剛石是被公認(rèn)為理想的不能代替的超精密切削的刀具材料想的不能代替的超精密切削的刀具材料?13、單晶金剛石有哪幾個(gè)主要

4、晶面、單晶金剛石有哪幾個(gè)主要晶面?14、比較直線修光刃和圓弧修光刃金剛石刀具的優(yōu)缺點(diǎn)。、比較直線修光刃和圓弧修光刃金剛石刀具的優(yōu)缺點(diǎn)。15、試述金剛石刀具的金剛石固定方法。、試述金剛石刀具的金剛石固定方法。16、試述單晶金剛石刀具的研磨加工方法。、試述單晶金剛石刀具的研磨加工方法。17、單晶金剛石刀具質(zhì)量的好壞如何評(píng)定、單晶金剛石刀具質(zhì)量的好壞如何評(píng)定?超精密切削加工概述超精密切削加工概述超精密切削加工機(jī)理超精密切削加工機(jī)理 金剛石刀具金剛石刀具超精密切削機(jī)床超精密切削機(jī)床超精密切削加工（金剛石車削加工）超精密切削加工（金剛石車削加工）（超）精密加工（超）精密加工 精密加工是指在精車、精鏜、精

5、鉸、精磨的基精密加工是指在精車、精鏜、精鉸、精磨的基礎(chǔ)上，旨在獲得比普通磨削更高精度礎(chǔ)上，旨在獲得比普通磨削更高精度（IT6IT5或更高）和更小的表面粗糙度或更高）和更小的表面粗糙度（Ra0.10.01m）的研磨、珩磨、超級(jí)光磨和）的研磨、珩磨、超級(jí)光磨和拋光等加工，從廣義上講，它還包括刮削、寬拋光等加工，從廣義上講，它還包括刮削、寬刀細(xì)刨和金剛石刀具切削等。刀細(xì)刨和金剛石刀具切削等。用刮刀刮除工件表面薄層的加工方法用刮刀刮除工件表面薄層的加工方法 在普通精刨和精銑基礎(chǔ)上由手工操作在普通精刨和精銑基礎(chǔ)上由手工操作 刮削余量為刮削余量為0.050.4mm 平面刮削平面刮削的直線度的直線度可達(dá)可達(dá)

6、0.0lmm/m 目前，大多數(shù)學(xué)者都將超精密加工技術(shù)分為兩大類：機(jī)械超目前，大多數(shù)學(xué)者都將超精密加工技術(shù)分為兩大類：機(jī)械超精密加工技術(shù)和非機(jī)械超精密加工技術(shù)。精密加工技術(shù)和非機(jī)械超精密加工技術(shù)。前者主要指金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密前者主要指金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密研磨和拋光等傳統(tǒng)加工方法的精密化、微型化磨削、精密研磨和拋光等傳統(tǒng)加工方法的精密化、微型化。后者主要指微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工、微細(xì)超聲加工、后者主要指微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工、微細(xì)超聲加工、電子束加工、離子束加工、激光束加工等非傳統(tǒng)加工的精密電子束加工、離子束加工、激光束加工等非傳

7、統(tǒng)加工的精密化、微型化。化、微型化。即即超精密特種加工技術(shù)，而且包含了集成電路超精密特種加工技術(shù)，而且包含了集成電路制作的一些微細(xì)加工技術(shù)。制作的一些微細(xì)加工技術(shù)。機(jī)械超精密加工技術(shù)機(jī)械超精密加工技術(shù)用刃口圓弧半徑很小的車刀進(jìn)行高速、微量切削而獲得用刃口圓弧半徑很小的車刀進(jìn)行高速、微量切削而獲得高精度的工藝方法稱為高精度的工藝方法稱為（超）精密車削（超）精密車削。當(dāng)代超精密加工技術(shù)（當(dāng)代超精密加工技術(shù)（SPDT）是美國(guó)在）是美國(guó)在20世紀(jì)世紀(jì)60年代初年代初用單刃金剛石車刀鏡面切削鋁合金和無(wú)氧銅開(kāi)始的。用單刃金剛石車刀鏡面切削鋁合金和無(wú)氧銅開(kāi)始的。用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，在符合要求的機(jī)床和

8、環(huán)用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，在符合要求的機(jī)床和環(huán)境條件下，可以得到超光滑表面，表面粗糙度境條件下，可以得到超光滑表面，表面粗糙度Ra0.020.05m，精度，精度0. 01 m 。使用精密的單晶天然金剛石刀具加工有色金屬和非金屬，使用精密的單晶天然金剛石刀具加工有色金屬和非金屬，可以直接切出超光滑的加工表面（鏡面）。可以直接切出超光滑的加工表面（鏡面）。金剛石刀具超精密切削金剛石刀具超精密切削金剛石超精密切削技術(shù)，包括金剛石超精密切削技術(shù)，包括金剛石超精密車削技術(shù)和金剛石超精密車削技術(shù)和金剛石超精密銑削金剛石超精密銑削（飛切）技術(shù)，是超精密加工的重要分（飛切）技術(shù)，是超精密加工的重要分支，也

9、是超精密加工技術(shù)發(fā)展最早、應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)支，也是超精密加工技術(shù)發(fā)展最早、應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。之一。金剛石超精密切削技術(shù)是在超精密數(shù)控車床上，采用具金剛石超精密切削技術(shù)是在超精密數(shù)控車床上，采用具有納米級(jí)鋒利度的天然單晶金剛石刀具，在對(duì)機(jī)床加工環(huán)有納米級(jí)鋒利度的天然單晶金剛石刀具，在對(duì)機(jī)床加工環(huán)境進(jìn)行精確控制條件下，直接利用金剛石刀具單點(diǎn)切削加境進(jìn)行精確控制條件下，直接利用金剛石刀具單點(diǎn)切削加工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的光學(xué)零件。工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的光學(xué)零件。波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量機(jī)理、特點(diǎn)機(jī)理、特點(diǎn)金剛石精密切削是指用金剛石車刀加工工件表面，獲得尺寸精度為0.1m數(shù)量級(jí)和表

10、面粗糙度Ra值為0.01m數(shù)量的超精加工表面的一種精密切削方法。概念概念精密車削主要用于銅、鋁及其合金制件的最終加工，其它精密車削主要用于銅、鋁及其合金制件的最終加工，其它如純金屬、塑料、玻璃纖維、合成樹(shù)脂及石墨等不宜采用磨如純金屬、塑料、玻璃纖維、合成樹(shù)脂及石墨等不宜采用磨削而加工要求較高的零件，也常使用精密車削。削而加工要求較高的零件，也常使用精密車削。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。加工方法。l超精密加工脆性材料時(shí)，由于材料的脆性，切削加工表超精密加工脆性材料時(shí)，由于材料的脆性，切削加工表 層極易產(chǎn)生裂紋和崩碎

11、凹坑等脆性破壞。層極易產(chǎn)生裂紋和崩碎凹坑等脆性破壞。l隨著隨著l脆性材料要實(shí)現(xiàn)脆性材料要實(shí)現(xiàn)切屑類型切屑類型l陀螺儀、光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型陀螺儀、光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹(shù)脂隱形眼鏡投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹(shù)脂隱形眼鏡鏡片、雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔，計(jì)算機(jī)磁盤(pán)激光打鏡片、雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔，計(jì)算機(jī)磁盤(pán)激光打印機(jī)的多面棱鏡，錄像機(jī)的磁頭，復(fù)印機(jī)的硒鼓，印機(jī)的多面棱鏡，錄像機(jī)的磁頭，復(fù)印機(jī)的硒鼓，菲尼爾透鏡等菲尼爾透鏡等應(yīng)用應(yīng)用-典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品經(jīng)經(jīng)SPDT加工的光學(xué)元件成品示意圖加工的光學(xué)元件成品示意圖u圖中所示的各種形狀的零件是去氧銅或鋁合金材

12、料圖中所示的各種形狀的零件是去氧銅或鋁合金材料平面鏡的切削平面鏡的切削u平面度平面度0.06 mu表面粗糙度表面粗糙度Rmax0.02 m玻璃鏡的切削玻璃鏡的切削超精密切削研究是從金剛石車削開(kāi)始的。超精密切削研究是從金剛石車削開(kāi)始的。應(yīng)用天然金剛石應(yīng)用天然金剛石車刀對(duì)鋁、銅和其他軟金屬及其合金機(jī)械切削加工，可以車刀對(duì)鋁、銅和其他軟金屬及其合金機(jī)械切削加工，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。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加工方

13、法，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度和表面質(zhì)量。度和表面質(zhì)量。除金剛石刀具材料外，還有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)立方氮化硼、復(fù)方氮化硅和復(fù)方陶瓷方陶瓷等新型超硬刀具材料，它們主要用于等新型超硬刀具材料，它們主要用于黑色金屬的精黑色金屬的精密加工密加工。根據(jù)加工表面及加工刀具的特點(diǎn)，精密與超精密切削加工可分為四類：金屬切削過(guò)程，就其本質(zhì)而言，是材料在刀具的作用下，產(chǎn)金屬切削過(guò)程，就其本質(zhì)而言，是材料在刀具的作用下，產(chǎn)生剪切斷裂、摩擦擠壓和滑移變形的過(guò)程，超精密切削也是生剪切斷裂、摩擦擠壓和滑移變形的過(guò)程

14、，超精密切削也是金屬切削的一種，它當(dāng)然也服從金屬切削的普遍規(guī)律金屬切削的一種，它當(dāng)然也服從金屬切削的普遍規(guī)律 。但它。但它同時(shí)也有不少的特殊規(guī)律。在精密切削中，由于采用的是微同時(shí)也有不少的特殊規(guī)律。在精密切削中，由于采用的是微量切削方法，一些對(duì)普通切削影響不顯著的因素將成為影響量切削方法，一些對(duì)普通切削影響不顯著的因素將成為影響精密切削過(guò)程的主要因素。因此，應(yīng)對(duì)精密切削的特殊性精密切削過(guò)程的主要因素。因此，應(yīng)對(duì)精密切削的特殊性（加工機(jī)理）進(jìn)行系統(tǒng)研究，掌握其變化規(guī)律。（加工機(jī)理）進(jìn)行系統(tǒng)研究，掌握其變化規(guī)律。由于超精密切削的切削層極薄以及金剛石刀具的特殊物理化由于超精密切削的切削層極薄以及金剛

15、石刀具的特殊物理化學(xué)性能，使得超精密切削和普通切削在加工機(jī)理上并不相同。學(xué)性能，使得超精密切削和普通切削在加工機(jī)理上并不相同。實(shí)現(xiàn)金剛石精密切削關(guān)鍵問(wèn)題是如何均勻、穩(wěn)實(shí)現(xiàn)金剛石精密切削關(guān)鍵問(wèn)題是如何均勻、穩(wěn)定地切除如此微薄的金屬層。定地切除如此微薄的金屬層。研究這些問(wèn)題對(duì)提高切削加工表面質(zhì)量，減少變質(zhì)層研究這些問(wèn)題對(duì)提高切削加工表面質(zhì)量，減少變質(zhì)層和實(shí)現(xiàn)微應(yīng)力切削等有重要意義。和實(shí)現(xiàn)微應(yīng)力切削等有重要意義。一般的金屬材料是由直徑為數(shù)微米到數(shù)百微米的晶粒構(gòu)成。普一般的金屬材料是由直徑為數(shù)微米到數(shù)百微米的晶粒構(gòu)成。普通切削加工的加工精度在通切削加工的加工精度在10m級(jí)以上，其允許的切削深度和級(jí)以上

16、，其允許的切削深度和進(jìn)給量均較大，切削深度一般遠(yuǎn)大于材料的晶粒尺寸，切削加進(jìn)給量均較大，切削深度一般遠(yuǎn)大于材料的晶粒尺寸，切削加工以數(shù)十計(jì)的晶工以數(shù)十計(jì)的晶 粒團(tuán)為加工單位，在切應(yīng)力的作用下從基體粒團(tuán)為加工單位，在切應(yīng)力的作用下從基體上去除金屬。上去除金屬。超精密切削的切削層很薄或尺寸微小，切削深度和進(jìn)給量必然超精密切削的切削層很薄或尺寸微小，切削深度和進(jìn)給量必然非常小，特別是亞微米和納米級(jí)的超精密切削，切削深度通常非常小，特別是亞微米和納米級(jí)的超精密切削，切削深度通常小于材料的晶粒直徑，使得切削只能在晶粒內(nèi)進(jìn)行小于材料的晶粒直徑，使得切削只能在晶粒內(nèi)進(jìn)行，由于切深由于切深一般小于材料晶格尺寸

17、，一般小于材料晶格尺寸，切削是將金屬晶體一部分一部分地去切削是將金屬晶體一部分一部分地去除除。刀具切削要克服的是晶粒內(nèi)部非常大的原子結(jié)合力，刀具刀具切削要克服的是晶粒內(nèi)部非常大的原子結(jié)合力，刀具上的切削力急劇增大（比普通切削大得多）；在晶粒內(nèi)部上的切削力急劇增大（比普通切削大得多）；在晶粒內(nèi)部大約大約l m左右的間隙內(nèi)就有一個(gè)位錯(cuò)缺陷，這時(shí)的切削左右的間隙內(nèi)就有一個(gè)位錯(cuò)缺陷，這時(shí)的切削相相當(dāng)于對(duì)一個(gè)個(gè)不連續(xù)體進(jìn)行切當(dāng)于對(duì)一個(gè)個(gè)不連續(xù)體進(jìn)行切 削，所以超精密切削是一種削，所以超精密切削是一種斷續(xù)切削。斷續(xù)切削。由于材料存在微觀缺陷以及材質(zhì)分布的不均勻由于材料存在微觀缺陷以及材質(zhì)分布的不均勻性，使

18、刀具在切削時(shí)的切削力變化較大，且切削刃將受到性，使刀具在切削時(shí)的切削力變化較大，且切削刃將受到較大的沖擊和振動(dòng)較大的沖擊和振動(dòng)。材料微觀缺陷分布類型或材質(zhì)分布的不均勻材料微觀缺陷分布類型或材質(zhì)分布的不均勻性分為：性分為：晶格原子、分子晶格原子、分子 它的破壞方式就是把原子、分子一個(gè)一個(gè)地去它的破壞方式就是把原子、分子一個(gè)一個(gè)地去除。除。點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 點(diǎn)缺陷就是在晶體中存在的空位和填隙原子以及雜質(zhì)原點(diǎn)缺陷就是在晶體中存在的空位和填隙原子以及雜質(zhì)原子。點(diǎn)缺陷的破壞是以原子缺陷為起點(diǎn)來(lái)增加晶格缺陷的破壞。子。點(diǎn)缺陷的破壞是以原子缺陷為起點(diǎn)來(lái)增加晶格缺陷的破壞。位錯(cuò)缺陷和微裂紋位錯(cuò)缺陷和微裂紋 位錯(cuò)缺

19、陷就是晶格位移，它在晶體中呈連續(xù)位錯(cuò)缺陷就是晶格位移，它在晶體中呈連續(xù)的線狀分布，又稱線缺陷，即有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的線狀分布，又稱線缺陷，即有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。這種破壞方式是通過(guò)位錯(cuò)線的滑移或微裂紋引起晶的錯(cuò)排現(xiàn)象。這種破壞方式是通過(guò)位錯(cuò)線的滑移或微裂紋引起晶體內(nèi)的滑移變形。體內(nèi)的滑移變形。晶界、空隙和裂紋晶界、空隙和裂紋 它們的破壞是以缺陷面為基礎(chǔ)的晶粒間破壞。它們的破壞是以缺陷面為基礎(chǔ)的晶粒間破壞。材料微觀缺陷分布模型材料微觀缺陷分布模型 在去除加工時(shí)，如加工應(yīng)力在去除加工時(shí)，如加工應(yīng)力僅僅限制在上述各種缺陷空僅僅限制在上述各種缺陷空間范圍內(nèi)，則只能獲得與

20、其間范圍內(nèi)，則只能獲得與其作用區(qū)域相對(duì)應(yīng)的破壞形式，作用區(qū)域相對(duì)應(yīng)的破壞形式，并且工件材料去除的難易程并且工件材料去除的難易程度與加工應(yīng)力作用范圍成正度與加工應(yīng)力作用范圍成正比比。隨著材料加工單位尺寸的不隨著材料加工單位尺寸的不同，其加工機(jī)理也會(huì)變化。同，其加工機(jī)理也會(huì)變化。 在精密切削中，采用的是微量切削法，切入深度在精密切削中，采用的是微量切削法，切入深度較小，切削功能主要由刀具切削刃刃口圓弧承擔(dān)，較小，切削功能主要由刀具切削刃刃口圓弧承擔(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(diǎn)受力情況。刃口圓弧處被加工材料質(zhì)點(diǎn)受力情況

21、。 正交切削條件下，質(zhì)點(diǎn)正交切削條件下，質(zhì)點(diǎn)i 僅有僅有兩個(gè)方向的切削力，即垂直力兩個(gè)方向的切削力，即垂直力PYi和水平力和水平力PZi，水平力使被切，水平力使被切削材料質(zhì)點(diǎn)向前移動(dòng)，經(jīng)過(guò)擠削材料質(zhì)點(diǎn)向前移動(dòng)，經(jīng)過(guò)擠壓形成切屑，而垂直力入則將壓形成切屑，而垂直力入則將被切削材料壓向被切削零件本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。體，不能構(gòu)成切屑形成條件。最終能否形成切屑，取決于作最終能否形成切屑，取決于作用在此質(zhì)點(diǎn)上的垂直力和水平用在此質(zhì)點(diǎn)上的垂直力和水平力的比值。力的比值。正交切削條件下，切削刀口圓正交切削條件下，切削刀口圓弧處任弧處任質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)i的受力情況的受力情況根據(jù)材料的

22、最大剪切應(yīng)力理論，根據(jù)材料的最大剪切應(yīng)力理論，最大剪切應(yīng)力應(yīng)發(fā)生在與切削最大剪切應(yīng)力應(yīng)發(fā)生在與切削合力合力Pi成成45 的方向上。此時(shí)，的方向上。此時(shí)，若切削合力的方向與切削運(yùn)動(dòng)若切削合力的方向與切削運(yùn)動(dòng)方向成方向成45 ，即，即Pyi=Pzi，則，則作用在材料質(zhì)點(diǎn)作用在材料質(zhì)點(diǎn)i上的最大剪應(yīng)上的最大剪應(yīng)力與切削運(yùn)動(dòng)方向一力與切削運(yùn)動(dòng)方向一 致，該質(zhì)致，該質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)i處材料被刀具推向前方，形處材料被刀具推向前方，形成切屑，而質(zhì)點(diǎn)成切屑，而質(zhì)點(diǎn)i處位置以下的處位置以下的材料不能形成切屑，只產(chǎn)生彈材料不能形成切屑，只產(chǎn)生彈性、塑性變形。性、塑性變形。因此，因此， Pzi Pyi 時(shí)，材料時(shí)，材料質(zhì)點(diǎn)被

23、推向切削運(yùn)動(dòng)方向，質(zhì)點(diǎn)被推向切削運(yùn)動(dòng)方向，形成切屑；形成切屑；當(dāng)當(dāng) Pzi Pyi 時(shí)，材料質(zhì)點(diǎn)時(shí)，材料質(zhì)點(diǎn)被壓向零件本體，被加工材被壓向零件本體，被加工材料表而形成擠壓過(guò)程，無(wú)切料表而形成擠壓過(guò)程，無(wú)切屑產(chǎn)生。屑產(chǎn)生。 Pyi=Pzi時(shí)所對(duì)應(yīng)的切入深度時(shí)所對(duì)應(yīng)的切入深度便是最小切入深度。便是最小切入深度。正交切削條件下，切削刀口圓正交切削條件下，切削刀口圓弧處任弧處任質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)i的受力情況的受力情況刀刃圓弧處的碾壓：刀刃圓弧處的碾壓：在刃口在刃口圓弧處，不同的切削深度，圓弧處，不同的切削深度，刀具的實(shí)際前角是變化的，刀具的實(shí)際前角是變化的，如果如果 ，則實(shí)際前角變，則實(shí)際前角變?yōu)樨?fù)前角。當(dāng)切削

24、深度很小為負(fù)前角。當(dāng)切削深度很小時(shí)，實(shí)際前角為較大的負(fù)值，時(shí)，實(shí)際前角為較大的負(fù)值，在刀具刃口圓弧處將產(chǎn)生很在刀具刃口圓弧處將產(chǎn)生很大的擠壓摩擦作用，稱之為大的擠壓摩擦作用，稱之為碾壓效應(yīng)碾壓效應(yīng)。這時(shí)，被加工表。這時(shí)，被加工表而通常將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。而通常將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。刀刃圓弧處的碾壓刀刃圓弧處的碾壓刀尖圓弧處的碾壓：刀尖圓弧處的碾壓：精密車削時(shí)，加工余量很小，切削精密車削時(shí)，加工余量很小，切削刃的直線部分可能不參加切削，而刃的直線部分可能不參加切削，而只是圓弧部分參加切削，這時(shí)，刀只是圓弧部分參加切削，這時(shí)，刀尖圓弧上各點(diǎn)的主偏角（副偏角）尖圓弧上各點(diǎn)的主偏角（副偏角）是變化的，且小于

25、名義值。是變化的，且小于名義值。在刀尖圓弧各點(diǎn)的切削厚度也是變?cè)诘都鈭A弧各點(diǎn)的切削厚度也是變化的，最小厚度為零。當(dāng)切削厚度化的，最小厚度為零。當(dāng)切削厚度逐漸變小，切削深度達(dá)到最小切削逐漸變小，切削深度達(dá)到最小切削深度時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生切削作用，僅深度時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生切削作用，僅有彈性變形和塑性變形，這時(shí)該處有彈性變形和塑性變形，這時(shí)該處僅有碾壓作用。僅有碾壓作用。刀尖圓弧處的碾壓刀尖圓弧處的碾壓在超精密切削過(guò)程中，在被加工表面形成過(guò)程中在超精密切削過(guò)程中，在被加工表面形成過(guò)程中伴隨的碾壓作用占很大的比例，故被加工表面的伴隨的碾壓作用占很大的比例，故被加工表面的質(zhì)量在很大程度上受碾壓效果的影響。質(zhì)量在

26、很大程度上受碾壓效果的影響。 在機(jī)床切削條件最佳時(shí)，采用極鋒利的金剛在機(jī)床切削條件最佳時(shí)，采用極鋒利的金剛石刀具可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的連續(xù)穩(wěn)定的切削。石刀具可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的連續(xù)穩(wěn)定的切削。 能穩(wěn)能穩(wěn)定切削的最小有效切削厚度（即能穩(wěn)定排出切屑定切削的最小有效切削厚度（即能穩(wěn)定排出切屑時(shí)的最小切削厚度）稱為時(shí)的最小切削厚度）稱為最小切削厚度最小切削厚度 。 最小切削厚度決定切削加工中加工準(zhǔn)確度的最小切削厚度決定切削加工中加工準(zhǔn)確度的控制極限，最小切削厚度是反映超精密切削加工控制極限，最小切削厚度是反映超精密切削加工水平的重要標(biāo)志。水平的重要標(biāo)志。帶狀切屑帶狀切屑tan超精密切削的最小切削厚度超精密切削的

27、最小切削厚度刀刃圓弧半徑刀刃圓弧半徑刀具與工件材料的摩擦角，刀具與工件材料的摩擦角，tan=(摩擦系數(shù)），摩擦系數(shù)），用金剛石刀具切削鋁合金時(shí)摩擦系數(shù)約為用金剛石刀具切削鋁合金時(shí)摩擦系數(shù)約為0.060.13 (隨金剛石晶面不同和摩擦方向不同而變化），在切隨金剛石晶面不同和摩擦方向不同而變化），在切削過(guò)程中摩擦系數(shù)可假設(shè)為上述數(shù)值的兩倍，即為削過(guò)程中摩擦系數(shù)可假設(shè)為上述數(shù)值的兩倍，即為0.12 0.26。正應(yīng)力方向與切削速度方向的夾角，正應(yīng)力方向與切削速度方向的夾角，值與工件值與工件材料的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、材料的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、 摩擦系數(shù)以及摩擦系數(shù)以及A點(diǎn)位置的高低點(diǎn)位置的高低有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，根

28、據(jù)經(jīng)驗(yàn) =3845。l超精密切削時(shí)能達(dá)到的極限最小切削厚度和金剛超精密切削時(shí)能達(dá)到的極限最小切削厚度和金剛石刀具刀刃鋒銳度石刀具刀刃鋒銳度 (刀具刃口的圓弧半徑刀具刃口的圓弧半徑)有關(guān)，和有關(guān)，和被切材料的物理力學(xué)性能有關(guān)。被切材料的物理力學(xué)性能有關(guān)。 l超精密切削實(shí)際能達(dá)到的最小切削厚度還與使用超精密切削實(shí)際能達(dá)到的最小切削厚度還與使用的超精密機(jī)床的性能狀態(tài)、切削時(shí)的環(huán)境條件等都的超精密機(jī)床的性能狀態(tài)、切削時(shí)的環(huán)境條件等都直接有關(guān)。直接有關(guān)。最小切削厚度與刀刃圓弧半徑最小切削厚度與刀刃圓弧半徑的關(guān)系的關(guān)系項(xiàng)目項(xiàng)目hDmin值值=36=40=42=45=0.120.2950.2710.2460

29、.214=0.260.2060.1580.1650.138可見(jiàn)，刀具切削刃鈍圓半徑越小，刀具越鋒利，極限最小切可見(jiàn)，刀具切削刃鈍圓半徑越小，刀具越鋒利，極限最小切削厚度越小，切薄能力越強(qiáng)。若要實(shí)現(xiàn)切削厚度為納米級(jí)的削厚度越小，切薄能力越強(qiáng)。若要實(shí)現(xiàn)切削厚度為納米級(jí)的超薄切削，此時(shí)所用金剛石刀具的刃口圓弧半徑應(yīng)刃磨為超薄切削，此時(shí)所用金剛石刀具的刃口圓弧半徑應(yīng)刃磨為46nm。國(guó)外報(bào)道研磨質(zhì)量最好的金剛石刀具，刃口半徑可。國(guó)外報(bào)道研磨質(zhì)量最好的金剛石刀具，刃口半徑可以小到以小到24 m的水平，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在磨的金剛石刀具，刃口半的水平，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在磨的金剛石刀具，刃口半徑也可達(dá)到徑也可達(dá)到0.10.08 m

30、 。目前刀具刃口半徑測(cè)量用。目前刀具刃口半徑測(cè)量用SEM，但刃口半徑但刃口半徑0.01 m時(shí)，測(cè)量就是一個(gè)難題。時(shí)，測(cè)量就是一個(gè)難題?，F(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)中使用的金剛石刀具，切削刃鋒銳度約為現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)中使用的金剛石刀具，切削刃鋒銳度約為 =0.20.5m，特殊精心研磨可以達(dá)到，特殊精心研磨可以達(dá)到 =0.1 m 。 1986年開(kāi)始日本大阪大學(xué)和美國(guó)年開(kāi)始日本大阪大學(xué)和美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室合作進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室合作進(jìn)行了一項(xiàng)具有時(shí)代意義的實(shí)驗(yàn)研究一項(xiàng)具有時(shí)代意義的實(shí)驗(yàn)研究“超精密切削的極限超精密切削的極限”。這項(xiàng)。這項(xiàng)研究取得突破性的重大成果。研究取得突破性的重大成果。 這項(xiàng)研究結(jié)果之一證明，使用極鋒銳的刀具和

31、機(jī)床條件這項(xiàng)研究結(jié)果之一證明，使用極鋒銳的刀具和機(jī)床條件最佳的情況下，金剛石刀具的超精密切削，可以實(shí)現(xiàn)切削厚最佳的情況下，金剛石刀具的超精密切削，可以實(shí)現(xiàn)切削厚度為納米級(jí)的連續(xù)穩(wěn)定切削。度為納米級(jí)的連續(xù)穩(wěn)定切削。 實(shí)驗(yàn)使用的單晶金剛石刀具是日本大阪金剛石公司特制實(shí)驗(yàn)使用的單晶金剛石刀具是日本大阪金剛石公司特制的。切削試驗(yàn)的機(jī)床是的。切削試驗(yàn)的機(jī)床是LLL實(shí)驗(yàn)室的超精密金剛石車床。實(shí)驗(yàn)室的超精密金剛石車床。試試驗(yàn)中所用的刀具，其刃口半徑推算為驗(yàn)中所用的刀具，其刃口半徑推算為24nm(這是極為鋒銳的這是極為鋒銳的金剛石刀具，比現(xiàn)在生產(chǎn)中用的要小很多。金剛石刀具，比現(xiàn)在生產(chǎn)中用的要小很多。)，成功切

32、出了約，成功切出了約1nm厚度的切屑，被認(rèn)為達(dá)到了超精密切削的極限。厚度的切屑，被認(rèn)為達(dá)到了超精密切削的極限。日本大阪大學(xué)和美國(guó)日本大阪大學(xué)和美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室得實(shí)驗(yàn)室得到的切削厚度極小的切屑到的切削厚度極小的切屑(SEM照片照片)切削厚度分別為切削厚度分別為30nm、3nm和和1nm從從SEM照片中可以看到在切削厚度極小時(shí)照片中可以看到在切削厚度極小時(shí)(1nm)，仍能得到連續(xù)穩(wěn)定的切屑，說(shuō)明切削過(guò)程是連續(xù)、仍能得到連續(xù)穩(wěn)定的切屑，說(shuō)明切削過(guò)程是連續(xù)、穩(wěn)定和正常的。穩(wěn)定和正常的。用高速鋼和硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)研究能達(dá)到的最小切削厚用高速鋼和硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)研究能達(dá)到的最小切削厚度。得

33、到如下結(jié)果：度。得到如下結(jié)果： 用用W18Cr4V刀具切刀具切Q235鋼時(shí)，鋼時(shí)，hDmin=0.248 ； 用用W18Cr4V刀具切刀具切45鋼時(shí)，鋼時(shí)，hDmin=0.274 ； 用用K30刀具切刀具切Q235鋼時(shí)，鋼時(shí)，hDmin=0.350 ； 用用K30刀具切刀具切45鋼時(shí)，鋼時(shí)，hDmin=0.377 ；在對(duì)加工表面質(zhì)量有特殊高要求時(shí)，特別是在要求殘留應(yīng)力和變?cè)趯?duì)加工表面質(zhì)量有特殊高要求時(shí)，特別是在要求殘留應(yīng)力和變質(zhì)層很小時(shí)，需要進(jìn)一步提高切削刃的鋒銳度。質(zhì)層很小時(shí)，需要進(jìn)一步提高切削刃的鋒銳度。積屑瘤積屑瘤 積屑瘤的產(chǎn)生對(duì)加工表面質(zhì)量影響極大。因此積積屑瘤的產(chǎn)生對(duì)加工表面質(zhì)量影響

34、極大。因此積屑瘤的生成規(guī)律和減小積屑瘤的辦法是超精密切屑瘤的生成規(guī)律和減小積屑瘤的辦法是超精密切削中必須研究的重要問(wèn)題。削中必須研究的重要問(wèn)題。有人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，用金剛石刀具精密切削有色金屬，有人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，用金剛石刀具精密切削有色金屬，不用切削液，在所有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的切削參數(shù)下都產(chǎn)不用切削液，在所有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的切削參數(shù)下都產(chǎn)生積屑瘤。生積屑瘤。積屑瘤一般都很小，需用倍數(shù)較大的顯微鏡觀察。積屑瘤一般都很小，需用倍數(shù)較大的顯微鏡觀察。l例如金剛石刀具精切硬鋁例如金剛石刀具精切硬鋁2A12時(shí)，時(shí)，不同的切削速度都產(chǎn)生積屑瘤。不同的切削速度都產(chǎn)生積屑瘤。但但切削速度變化切削速度變化將影響積屑瘤的高度。將影響積屑

35、瘤的高度。當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度較高，當(dāng)切削速當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度較高，當(dāng)切削速度達(dá)到度達(dá)到 一定值時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不一定值時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不大。大。 1 1、切削速度對(duì)積屑瘤的影響、切削速度對(duì)積屑瘤的影響1 1、切削速度的影響、切削速度的影響從從圖圖可看到當(dāng)切削速度較低可看到當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度時(shí)，積屑瘤高度ho最高，而最高，而當(dāng)切削速度當(dāng)切削速度v大于大于314m/min 時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不大。這說(shuō)明變化不大。這說(shuō)明在低速切在低速切削時(shí)削時(shí),切切 削溫度比較低，較削溫度比較低，較適于積屑增生長(zhǎng)，且在低速適于積

36、屑增生長(zhǎng)，且在低速時(shí)時(shí)ho值比較穩(wěn)定值比較穩(wěn)定，在中速時(shí)，在中速時(shí)ho值不穩(wěn)定。值不穩(wěn)定。l切黃銅和純銅，積屑瘤不穩(wěn)定且比較小。高切黃銅和純銅，積屑瘤不穩(wěn)定且比較小。高度度h0在在0.10.75 m 。l刀刃的微觀缺陷直接影響積屑瘤的高度。刀刃的微觀缺陷直接影響積屑瘤的高度。在某相同的切削條件下，完整刃的積屑瘤高在某相同的切削條件下，完整刃的積屑瘤高度為度為5m ，而有微小崩刃的刀刃積屑瘤高度，而有微小崩刃的刀刃積屑瘤高度為為18m 。 1 1、切削速度的影響、切削速度的影響2 2、進(jìn)給量、進(jìn)給量f f和背吃刀量和背吃刀量apap的影響的影響在實(shí)驗(yàn)的切削參數(shù)范圍內(nèi)在實(shí)驗(yàn)的切削參數(shù)范圍內(nèi)都有積屑

37、瘤產(chǎn)生。都有積屑瘤產(chǎn)生。如圖如圖：在進(jìn)給量很小時(shí)，：在進(jìn)給量很小時(shí)，積屑瘤的高度積屑瘤的高度ho 較大，在較大，在f=5m/r時(shí)時(shí)ho值最小，值最小，f值值再增大時(shí)，再增大時(shí)，ho值稍有增加，值稍有增加， 這這是由于切削溫度變化所是由于切削溫度變化所引起的引起的。2 2、進(jìn)給量、進(jìn)給量f f和背吃刀量和背吃刀量apap的影響的影響在背吃刀量在背吃刀量ap25 m 后，積屑后，積屑瘤高度將隨瘤高度將隨ap值的增加而值的增加而增加，這增加，這是由于切削溫度是由于切削溫度變化和積屑瘤底部粘附面變化和積屑瘤底部粘附面積的變化所造成的。積的變化所造成的。3 3、積屑瘤對(duì)切削力的影響、積屑瘤對(duì)切削力的影響

38、l實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明超精切削時(shí)切削超精切削時(shí)切削力的變化規(guī)律和普通切削是力的變化規(guī)律和普通切削是有區(qū)別的。有區(qū)別的。如圖超精密切削鋁合金和如圖超精密切削鋁合金和紫銅時(shí)，紫銅時(shí)，低速時(shí)切削力大，低速時(shí)切削力大，隨切削速度增加，切削力急隨切削速度增加，切削力急劇下降。劇下降。到到200300mmin后，切削力基本保持不變。后，切削力基本保持不變。 l這規(guī)律和積屑瘤高度這規(guī)律和積屑瘤高度h0隨切削速度的變化規(guī)律一致。隨切削速度的變化規(guī)律一致。 即即積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也 小，小，和普通和普通切削切鋼時(shí)的規(guī)律正好相反。切削切鋼時(shí)的規(guī)律正好相反。 3

39、3、積屑瘤對(duì)切削力的影響、積屑瘤對(duì)切削力的影響3 3、積屑瘤對(duì)切削力的影響、積屑瘤對(duì)切削力的影響l普通切削切削鋼時(shí)，積屑瘤可增加刀具的實(shí)普通切削切削鋼時(shí)，積屑瘤可增加刀具的實(shí)際前角，故際前角，故積屑瘤增大可使切削力下降，積屑瘤增大可使切削力下降， l但超精密切削時(shí)卻使切削力增大。但超精密切削時(shí)卻使切削力增大。 積屑瘤使切削力增大的原因分析積屑瘤使切削力增大的原因分析 鼻形積屑瘤前端的圓弧鼻形積屑瘤前端的圓弧半徑半徑R大約為大約為23m，較原來(lái)金剛石車刀的刃較原來(lái)金剛石車刀的刃口口rn= 0.20.3大得多。大得多。由于超精切削切削層極由于超精切削切削層極薄，實(shí)際切削是由刃口薄，實(shí)際切削是由刃口

40、半徑半徑R起作用，這將導(dǎo)起作用，這將導(dǎo)致切削力明顯增加；致切削力明顯增加； 積屑瘤使切削力增大的原因分析積屑瘤使切削力增大的原因分析 積屑瘤存在時(shí)，它代替金積屑瘤存在時(shí)，它代替金剛石刀刃進(jìn)行切削，積屑剛石刀刃進(jìn)行切削，積屑瘤和切屑間的摩擦及積屑瘤和切屑間的摩擦及積屑瘤和已加工表面之間的摩瘤和已加工表面之間的摩擦都很嚴(yán)重，摩擦力很大，擦都很嚴(yán)重，摩擦力很大，大大超過(guò)金剛石和這些材大大超過(guò)金剛石和這些材料之間的摩擦力，這導(dǎo)致料之間的摩擦力，這導(dǎo)致切削力的增加；切削力的增加； 積屑瘤使切削力增大的原因分析積屑瘤使切削力增大的原因分析 積屑瘤呈鼻形并自刀積屑瘤呈鼻形并自刀刃前伸出，這導(dǎo)致實(shí)刃前伸出，這

41、導(dǎo)致實(shí)際切削厚度超過(guò)名義際切削厚度超過(guò)名義值。超精密切削的切值。超精密切削的切削厚度原來(lái)就甚小，削厚度原來(lái)就甚小，增加切削厚度將使切增加切削厚度將使切削力明顯增加。削力明顯增加。l超精切削的積屑瘤呈鼻形，代替刀刃進(jìn)行切削，積屑瘤超精切削的積屑瘤呈鼻形，代替刀刃進(jìn)行切削，積屑瘤 和己加工表面劇烈摩擦，使表面粗糙度加大。和己加工表面劇烈摩擦，使表面粗糙度加大。l加工表面粗糙度直接和積屑瘤的高度有關(guān)，即積屑瘤高加工表面粗糙度直接和積屑瘤的高度有關(guān)，即積屑瘤高 度大，表面粗糙度大；積屑瘤小時(shí)加工表面粗糙度亦小。度大，表面粗糙度大；積屑瘤小時(shí)加工表面粗糙度亦小。4 4、積屑瘤對(duì)表面粗糙度的影響、積屑瘤對(duì)

42、表面粗糙度的影響如圖如圖可看到加工硬鋁時(shí)，如加航可看到加工硬鋁時(shí)，如加航 空汽油為切削液，可明顯減小加空汽油為切削液，可明顯減小加 工表面粗糙度，并且在低速時(shí)表工表面粗糙度，并且在低速時(shí)表 面粗糙度亦很小。面粗糙度亦很小。 這說(shuō)明使用切削液后，已消除了這說(shuō)明使用切削液后，已消除了 積屑瘤對(duì)加工表面粗糙度的影響。積屑瘤對(duì)加工表面粗糙度的影響。 這時(shí)切削速度已和加工表面粗糙這時(shí)切削速度已和加工表面粗糙 度無(wú)關(guān)，度無(wú)關(guān)，這情況是和普通切削時(shí)這情況是和普通切削時(shí)切鋼的規(guī)律不同。切鋼的規(guī)律不同。 加工黃銅時(shí)，切削液無(wú)加工黃銅時(shí)，切削液無(wú) 明顯效果，低速時(shí)加工明顯效果，低速時(shí)加工 表而粗糙度不大，故加表而

43、粗糙度不大，故加工黃銅可使用也可不使工黃銅可使用也可不使用切削液。用切削液。 5 5、切削力的來(lái)源切削力的來(lái)源1 1、切削力來(lái)源、切削力來(lái)源a.a.是克服切屑形成過(guò)程中金屬產(chǎn)生彈、塑性是克服切屑形成過(guò)程中金屬產(chǎn)生彈、塑性 變形的變形的變形變形抗力所需要的力；抗力所需要的力；b.b.是克服切屑與刀具前刀面、刀具后刀面與是克服切屑與刀具前刀面、刀具后刀面與 工件表面之間的工件表面之間的摩擦摩擦阻力所需要的力。阻力所需要的力。1 1、切削力來(lái)源、切削力來(lái)源 作用在刀具上的力作用在刀具上的力 切削合力和分力切削合力和分力 u切削力能清晰地反映切屑去除過(guò)程，因此對(duì)于切削特性的切削力能清晰地反映切屑去除過(guò)

44、程，因此對(duì)于切削特性的理解，它是一個(gè)很重要的物理參數(shù)。理解，它是一個(gè)很重要的物理參數(shù)。u超精密切削加工是一種超微量分離技術(shù)，切削時(shí)金剛石刀超精密切削加工是一種超微量分離技術(shù)，切削時(shí)金剛石刀具刃口附近的切削力為亞牛頓級(jí)甚至更小，因此切削力很難具刃口附近的切削力為亞牛頓級(jí)甚至更小，因此切削力很難被精確地測(cè)量。被精確地測(cè)量。u國(guó)內(nèi)外一些關(guān)于微切削中切削力特征的研究成果表明，力國(guó)內(nèi)外一些關(guān)于微切削中切削力特征的研究成果表明，力非常之小而且被尺寸效應(yīng)、法線方向相對(duì)于切線方向的力的非常之小而且被尺寸效應(yīng)、法線方向相對(duì)于切線方向的力的高比率（尤其是在極薄切削中）所表征。高比率（尤其是在極薄切削中）所表征。u

45、超精密切削時(shí)的切削力特征為：切削力微小，單位切削力超精密切削時(shí)的切削力特征為：切削力微小，單位切削力大；切削力隨切削深度的減小而增大，而在切深很小時(shí)切削大；切削力隨切削深度的減小而增大，而在切深很小時(shí)切削力卻急速上升。這就是切削力的尺寸效應(yīng)。力卻急速上升。這就是切削力的尺寸效應(yīng)。2 2、切削力特性、切削力特性u(píng)超精密切削時(shí)切削力的物理模型超精密切削時(shí)切削力的物理模型與刀具刃口的亞微米結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。與刀具刃口的亞微米結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。由于由于刃口圓弧半徑的存在刃口圓弧半徑的存在，切削刃，切削刃在納米量級(jí)切削時(shí)刀具實(shí)際工作前在納米量級(jí)切削時(shí)刀具實(shí)際工作前角為負(fù)值，切削過(guò)程伴隨著強(qiáng)烈的角為負(fù)值，切削過(guò)程

46、伴隨著強(qiáng)烈的擠壓摩擦，使切削變形增大，故切擠壓摩擦，使切削變形增大，故切削時(shí)的單位切削力大；同時(shí)，由于削時(shí)的單位切削力大；同時(shí)，由于超精密切削往往在晶粒內(nèi)部進(jìn)行，超精密切削往往在晶粒內(nèi)部進(jìn)行，切削力必須大于晶體內(nèi)部的分子、切削力必須大于晶體內(nèi)部的分子、原子結(jié)合力，原子結(jié)合力，因而使單位切削面積因而使單位切削面積上的切削力急劇增大。上的切削力急劇增大。超精密切削時(shí)切削刃鈍圓的作用超精密切削時(shí)切削刃鈍圓的作用2 2、切削力特性、切削力特性u(píng)與普通切削時(shí)切削力隨切削深度與普通切削時(shí)切削力隨切削深度的增大而增大不同，超精密切削時(shí)的增大而增大不同，超精密切削時(shí)的切削深度和進(jìn)給量都很小。切削的切削深度和進(jìn)

47、給量都很小。切削深度很小時(shí)，刀深度很小時(shí)，刀刃刃圓弧半徑造成的圓弧半徑造成的附加變形占總切削變形的比例很大，附加變形占總切削變形的比例很大，刀刀刃刃圓弧半徑圓弧半徑值的微小變化都將值的微小變化都將使切削變形變化，進(jìn)而使切削力和使切削變形變化，進(jìn)而使切削力和已加工表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的變化。已加工表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的變化。由于切削力的尺寸效應(yīng)，切削深度由于切削力的尺寸效應(yīng)，切削深度越小，切削力越大。越小，切削力越大。超精密切削時(shí)切削刃鈍圓的作用超精密切削時(shí)切削刃鈍圓的作用切削深度切削深度對(duì)切削力的影響對(duì)切削力的影響2 2、切削力特性、切削力特性u(píng)(1)切削速度。切削速度。實(shí)際生產(chǎn)中一般都要采用切削液來(lái)

48、消除積屑瘤實(shí)際生產(chǎn)中一般都要采用切削液來(lái)消除積屑瘤對(duì)加工的影響。不考慮積屑瘤的存在，采用硬質(zhì)合金車刀和采對(duì)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)行精密切削，切削速度對(duì)切削力的影響規(guī)用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削，切削速度對(duì)切削力的影響規(guī)律是不一樣的。律是不一樣的。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素u(1)切削速度。切削速度。u用硬質(zhì)合金車刀進(jìn)行精密切削時(shí)，切削速度對(duì)切削力的用硬質(zhì)合金車刀進(jìn)行精密切削時(shí)，切削速度對(duì)切削力的影響不明顯。影響不明顯。這是因?yàn)樵谖⒘壳邢鲿r(shí)，前刀面前的切削區(qū)這是因?yàn)樵谖⒘壳邢鲿r(shí)，前刀面前的切削區(qū)的變形及摩擦在整個(gè)切削中所占比例較小，

49、因此當(dāng)?shù)淖冃渭澳Σ猎谡麄€(gè)切削中所占比例較小，因此當(dāng)v增加增加時(shí)，這部分變形及摩擦減小很不明顯；同時(shí)由于硬質(zhì)合金時(shí)，這部分變形及摩擦減小很不明顯；同時(shí)由于硬質(zhì)合金車刀切削刃刃口半徑較大，刃口圓弧部分對(duì)加工面所產(chǎn)生車刀切削刃刃口半徑較大，刃口圓弧部分對(duì)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(duì)其影響很小，的擠壓所占的比例較大，切削速度的增加，對(duì)其影響很小，因此用硬質(zhì)合金車刀精密切削時(shí)，切削速度對(duì)切削力的影因此用硬質(zhì)合金車刀精密切削時(shí)，切削速度對(duì)切削力的影響不明顯。響不明顯。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素u(1)切削速度。切削速度。u用天然金剛石車刀時(shí)，情況就不一樣，它的刃口圓

50、弧半徑比用天然金剛石車刀時(shí)，情況就不一樣，它的刃口圓弧半徑比硬質(zhì)合金小很多，雖然切削用量相同，切下的切屑要從前刀面硬質(zhì)合金小很多，雖然切削用量相同，切下的切屑要從前刀面流出。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)流出。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)切削速度增加時(shí)，這部分變形及摩擦要減少，所以用天然金剛切削速度增加時(shí)，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(shí)，切削力隨切削速度的增加而下降。石車刀精密切削時(shí)，切削力隨切削速度的增加而下降。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素u(1)切削速度切削速度3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素(a)硬質(zhì)合

51、金車刀精密車削硬質(zhì)合金車刀精密車削(b)天然金剛石車刀精密車削天然金剛石車刀精密車削u(1)切削速度。切削速度。u若考慮積屑瘤的影響，若考慮積屑瘤的影響，情況有所不同情況有所不同u低速時(shí)切削力隨切削速低速時(shí)切削力隨切削速度增加，切削力急劇下降。度增加，切削力急劇下降。到到200300m/min后，切后，切削力基本保持不變削力基本保持不變，規(guī)律，規(guī)律和積屑瘤高度隨切削速度和積屑瘤高度隨切削速度的變化規(guī)律一致，即積屑的變化規(guī)律一致，即積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也小，這和普小時(shí)切削力也小，這和普通切削時(shí)規(guī)律正好相反。通切削時(shí)規(guī)律正好相反。3 3、影響切削力的因素、影響

52、切削力的因素u原因是積屑瘤的存在，使原因是積屑瘤的存在，使刀具的刃口半徑增大；積屑刀具的刃口半徑增大；積屑瘤呈鼻形并自切削刃前伸出，瘤呈鼻形并自切削刃前伸出，這導(dǎo)致實(shí)際切削厚度超過(guò)名這導(dǎo)致實(shí)際切削厚度超過(guò)名義值許多；積屑瘤代替刀具義值許多；積屑瘤代替刀具進(jìn)行切削，積屑瘤和切屑及進(jìn)行切削，積屑瘤和切屑及已加工表面之間的摩擦比刀已加工表面之間的摩擦比刀具和它們之間的摩擦要嚴(yán)重具和它們之間的摩擦要嚴(yán)重許多。許多。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素(1)切削速度切削速度u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素。進(jìn)給量

53、對(duì)切削力的影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。力的重要因素。進(jìn)給量對(duì)切削力的影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素(2)進(jìn)給量進(jìn)給量從表中可以清楚地看出：進(jìn)給量對(duì)切削力有明顯的影響，且當(dāng)從表中可以清楚地看出：進(jìn)給量對(duì)切削力有明顯的影響，且當(dāng)進(jìn)給量小于一定值時(shí)，進(jìn)給量小于一定值時(shí)， FY FZ，這是精密切削時(shí)切削力變化的，這是精密切削時(shí)切削力變化的特殊規(guī)律。特殊規(guī)律。u用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素(2)進(jìn)給量進(jìn)給量從表中可以清楚地看出：從表中可以清楚地看出： 用天然金剛石車刀

54、進(jìn)行精密切用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削時(shí)，削時(shí)， FZ FY 。u背吃刀量對(duì)切削力的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。背吃刀量對(duì)切削力的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素(3)背吃刀量背吃刀量u從表中可知，使用硬質(zhì)合金車刀時(shí)，背吃刀量對(duì)切削力有明從表中可知，使用硬質(zhì)合金車刀時(shí)，背吃刀量對(duì)切削力有明顯的影響，對(duì)顯的影響，對(duì)FZ的影響大于對(duì)的影響大于對(duì)FY的影響。的影響。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素從表中可知，使用天然金剛石車刀時(shí)，從表中可知，使用天然金剛石車刀時(shí)，F(xiàn)Z仍然大于仍然大于FY。原因是。原因是切削用量直接影響切削用量直接影響FZ的大小。切削刃口半徑的大小決定后刀

55、面的大小。切削刃口半徑的大小決定后刀面上正壓力大小，直接影響著上正壓力大小，直接影響著FY的大小。當(dāng)切削用量減小時(shí)，的大小。當(dāng)切削用量減小時(shí)， FZ隨之減小。由于切削刃口半徑是固定值，所以當(dāng)切削用量減小隨之減小。由于切削刃口半徑是固定值，所以當(dāng)切削用量減小到一定值之后，到一定值之后， FY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)合金的小許多倍，因此磨得很鋒利，切削刃口半徑可以比硬質(zhì)合金的小許多倍，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FY小，雖然是微量切

56、削，小，雖然是微量切削， FZ仍然大于仍然大于FY(3)背吃刀量背吃刀量3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素u一般切削時(shí)，一般切削時(shí)， FZ與與FY的比值總是大于的比值總是大于1，而精密切削時(shí)情況，而精密切削時(shí)情況不一定是這樣的，它取決于切削用量不一定是這樣的，它取決于切削用量(f、ap)與刀具刃口半徑的與刀具刃口半徑的比值。當(dāng)切削用量與刃口半徑之比值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，比值。當(dāng)切削用量與刃口半徑之比值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)， FZ與與FY的比值可以小于的比值可以小于1。u另外，在一般切削時(shí)，另外，在一般切削時(shí)， 背吃刀量背吃刀量ap對(duì)切削力的影響大于進(jìn)給對(duì)切削力的影響大于進(jìn)給量量f對(duì)切削力的影響。

57、對(duì)切削力的影響。在精密切削時(shí)則恰恰相反，進(jìn)給量對(duì)切削在精密切削時(shí)則恰恰相反，進(jìn)給量對(duì)切削力的影響大于切削深度的影響。力的影響大于切削深度的影響。這與精密切削時(shí)通常采用進(jìn)給這與精密切削時(shí)通常采用進(jìn)給量大于背吃刀量的切削方式有關(guān)。量大于背吃刀量的切削方式有關(guān)。3 3、影響切削力的因素、影響切削力的因素(4)刀具材料刀具材料天然金剛石對(duì)切屑的摩擦因數(shù)比其他刀具材料要小很多，天然金剛石對(duì)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極小的刃口半徑，所以在精密切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(shí)，采用天然金剛石刀具所產(chǎn)生的切削要比其他材料刀削時(shí)，采用天然金剛石刀具所產(chǎn)生

58、的切削要比其他材料刀具小。具小。其他有關(guān)刀具幾何角度、切削液等對(duì)切削力的影響同一般其他有關(guān)刀具幾何角度、切削液等對(duì)切削力的影響同一般切削相似。切削相似。1 1、切削熱、切削熱切削中所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠?。切削熱?lái)自三切削中所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠?。切削熱?lái)自三個(gè)切削變形區(qū)的金屬?gòu)椥宰冃?、塑性變形和摩擦。個(gè)切削變形區(qū)的金屬?gòu)椥宰冃巍⑺苄宰冃魏湍Σ痢?(1)變形所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。變形所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊帷Ｗ冃嗡牡墓Π▋刹糠郑鹤冃嗡牡墓Π▋刹糠郑簭椥宰冃嗡牡墓退苄宰冃嗡牡墓?。前者占的比例彈性變形所消耗的功和塑性變形所消耗的功。前者占的比例很小，而后者較大。很小

59、，而后者較大。 (2)摩擦所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮Σ了牡墓D(zhuǎn)變?yōu)闊?。摩擦所消耗的功也包括兩部。摩擦所消耗的功也包括兩部分：前刀面與切屑摩擦所產(chǎn)生的熱和后刀面與工件加工表面分：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。摩擦所產(chǎn)生的熱。1 1、切削熱、切削熱QQQQQQ介刀工屑總傳u切削熱的來(lái)源切削熱的來(lái)源QQQQ后摩前摩變形總切削時(shí)大量的切削熱是由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳切削時(shí)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，隨工件材料、切削用量、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角度、加工情況等的變化而有所不

60、同。刀具材料及刀具幾何角度、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，其余依次為刀具、工通常情況下，切屑傳出的熱量最多，其余依次為刀具、工件及周圍介質(zhì)。件及周圍介質(zhì)。1 1、切削熱、切削熱(1)車削加工：車削加工：50%86%由切屑帶走由切屑帶走，10%40%傳入車刀，傳入車刀，3%9%傳入工件，傳入工件，1%左右通過(guò)左右通過(guò)輻射傳入空氣。輻射傳入空氣。(2)鉆削加工：鉆削加工：28%由切屑帶走，由切屑帶走，14.5%傳入刀具傳入刀具，52.5%傳入工件傳入工件，5%左右傳入周圍介質(zhì)。左右傳入周圍介質(zhì)。(3)磨削加工：磨削加工：4%由磨屑帶走，由磨屑帶走，12%傳給砂輪，傳給