第2章 金屬切削基本原理機械制造技術基礎課件

2.1金屬切削過程2.2切削力2.3切削熱與切削溫度2.4磨削機理2.5刀具磨損與刀具耐用度2.6刀具幾何參數與切削用量的選擇2.7高速加工技術第2章金屬切削基本原理本章要點機械制造技術基礎

第2章金屬切削基本原理CuttingTheory2.1金屬切削過程ProcessofChipForming2.1金屬切削過程內容提要2.1.1切屑的形成與切削變形2.1.2切屑類型2.1.3影響切削變形的因素控制切削過程、保證加工精度和表面質量提高切削效率降低生產成本促進切削加工技術的發(fā)展等單因素試驗轉化為多因素綜合試驗從靜態(tài)轉向動態(tài)觀測從宏觀轉向微觀從定性分析轉向定量的數學建模分析1.金屬切削理論的發(fā)展2.重要意義2.1.1切屑的形成與切削變形

3.擠壓與切削切屑的形成與分離過程，是切削層受到刀具前刀面的擠壓而產生以滑移為主的塑性變形過程。正擠壓：金屬材料受擠壓時，最大剪應力方向與作用力方向約成45°FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓偏擠壓：金屬材料一部分受擠壓時，OB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形→剪切應力增大，達到屈服點→產生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應力與滑移量繼續(xù)增大，達到斷裂強度→切屑與母體脫離。OMFc）切削金屬擠壓與切削比較2.1.1切屑的形成與切削變形

2.1.1切屑的形成與切削變形

4.金屬切削變形過程切削變形實驗設備與錄像裝置切屑刀具OAM終滑移線Φ剪切角始滑移線：τ=τs2.1.1切屑的形成與切削變形

5.三個變形區(qū)分析

第Ⅰ變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。ⅠⅢⅡ

第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產生積屑瘤的主要原因。

第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應力的主要原因。切削部位三個變形區(qū)2.1.1切屑的形成與切削變形

6.變形系數切削層經塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變?？捎闷浔硎厩邢鲗幼兊淖冃纬潭?。

6.1厚度變形系數（長度變形系數）

LchLDhDhch切屑與切削層尺寸2.1.1切屑的形成與切削變形

變形系數＞1，其值越大，變形越大6.2相對滑移系數(剪應變)當γ0=0～30°，Λh

≥1.5時，Λh與ε相近

ε主要反映第Ⅰ變形區(qū)的變形，Λh還包含了第Ⅱ變形區(qū)的影響。剪切角越小、前角越小，剪切變形量越大φφ90-φΦ-0γ0ΔyΔsOMφγ0相對滑移系數HGPNK2.1.1切屑的形成與切削變形

7.特點在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生沾接，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內摩擦。

粘結區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間產生相對滑移，其間的摩擦屬于內摩擦。

滑動區(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點接觸，切屑與前刀面之間的摩擦屬于外摩擦。切屑與前刀面的摩擦

lfolfi2.1.1切屑的形成與切削變形

8.積屑瘤一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接粘接金屬嚴重塑性變形，產生加工硬化積屑瘤高度Hb.積屑瘤影響增大前角，保護刀刃影響加工精度和表面粗糙度切屑刀具積屑瘤積屑瘤2.1.1切屑的形成與切削變形

成因Hb2.1.1切屑的形成與切削變形

滯留—粘接—長大—脫落積屑瘤與切削溫度有關積屑瘤與切削速度有關P114圖2.7（中碳鋼）形成過程9.殘余應力未施加任何外力作用情況下，材料內部保持平衡而存在的應力。9.1殘余應力種類及影響◆

殘余張應力：易使加工表面產生裂紋，降低零件疲勞強度◆殘余壓應力：有利于提高零件疲勞強度◆殘余應力分布不均：會使工件發(fā)生變形，影響形狀和尺寸精度2.1.1切屑的形成與切削變形

9.2殘余應力產生原因◆熱塑變形效應：表層張應力，里層壓應力◆里層金屬彈性恢復：若里層金屬產生拉伸變形，則彈性恢復后表層得到壓應力，里層為張應力◆表層金屬相變：影響復雜，若切削區(qū)溫度超過相變溫度，則珠光體受熱轉變成奧氏體，冷卻后又轉變成馬氏體，體積膨脹，表層產生壓應力◆實際應力狀態(tài)是上述各因素影響的綜合結果9.3殘余應力的控制◆控制切削過程：盡可能減小殘余應力◆時效處理：最大限度減小殘余應力◆殘余壓應力的利用：采用滾壓、噴丸等方法2.1.1切屑的形成與切削變形

10.加工硬化概念已加工表面表層金屬硬度高于里層金屬硬度的現(xiàn)象10.1加工硬化產生原因加工表面嚴重變形層內金屬晶格拉長、擠緊、扭曲、碎裂，使表層組織硬化10.2加工硬化度量◆硬化程度式中H——硬化層顯微硬度（HV）；

H0——基體層顯微硬度（HV）?！粲不瘜由疃戎赣不瘜由钊牖w的距離Δhd（μm）2.1.1切屑的形成與切削變形

距表面深度HVH0hiH0加工硬化與表面深度的關系10.3加工硬化的控制◆減小切削變形：提高切速，加大前角，減小刃口半徑等◆減小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨質量等◆進行適當的熱處理2.1.1切屑的形成與切削變形

10.4鱗刺2.1.2切屑類型1.切屑類型帶狀切屑擠裂切屑節(jié)狀切屑崩碎切屑切屑形態(tài)照片形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應力達到斷裂強度剪切應力完全達到斷裂強度未經塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應設法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑切屑類型及形成條件2.1.2切屑類型2.切屑控制為使切削過程正常進行和保證已加工表面質量，應使切屑卷曲和折斷。切屑的卷曲是切屑基本變形或經過卷屑槽使之產生附加變形的結果斷屑是對已變形的切屑再附加一次變形，常需有斷屑裝置切屑的卷曲斷屑的產生國際標準化組織的切屑分類P117圖2.102.1.2切屑類型2.1.3影響切削變形的因素1.工件材料P118圖2.11材料塑性越大，強度硬度越低，切屑變形越大。2.刀具前角P118圖2.12刀具前角越大，剪切角越大，切屑變形越小。ΔyΔsOMφγ02.1.3影響切削變形的因素2.1.3影響切削變形的因素3.切削用量切削速度P118圖2.13進給量P119圖2.142.1.3影響切削變形的因素加工性等級材料相對加工性等級材料名稱及種類相對加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金屬＞3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自動機鋼，σb＝0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.6～2.5正火30鋼，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.0～1.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.02Crl3，調質σb＝0.834GPa85，鋼σb＝0.883GPa6難加工材料較難切削材料0.5～0.6545Cr，調質σb＝1.03GPa65Mn，調質σb＝0.932～0.9817難切削材料0.15～0.550CrV,調質；1Crl8Ni9Ti,鈦合金8很難切削材料＜0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫合金2.1.3影響切削變形的因素機械制造技術基礎

第2章金屬切削基本原理CuttingTheory2.2

切削力CuttingForce2.2

切削力內容提要2.2.1切削力的來源與分解2.2.2切削力測定和切削力經驗公式2.2.3單位切削力、切削功率2.2.4影響切削力因素2.2.1切削力的來源與分解

1.切削力來源★3個變形區(qū)產生的彈、塑性變形抗力★

切屑、工件與刀具間摩擦力2.2.1切削力的來源與分解

κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff進給抗力2.切削力分解引起工件變形及振動設計或校核進給機構的依據Fp設計機床的主要依據2.2.2切削力測定和切削力經驗公式

1.切削力的測定P121圖2.17R1R4R1R4R2R3FcR3R1R2R4電阻應變片式測力儀2.2.2切削力測定和切削力經驗公式

2.切削力經驗公式式中：

CFc,CFp,CFf

——與工件、刀具材料有關系數；xFc,xFp,xFf

——背吃刀量ap對各切削分力影響指數；yFc,yFp,yFf

——進給量f

對各切削分力影響指數；nFc,nFp,nFf

——切削速度vc

對各切削分力的影響指數KFc,KFp,KFf

——實驗條件與計算條件不同時的修正系數。切削力背向力進給力一般車削外圓鏜孔等xFc=1，yFc=0.75，nFc=02.2.3單位切削力、切削功率

1.單位切削力

切除單位切削層面積的主切削力（令修正系數KFc

=1）2.切削功率式中

Fc

——主切削力（N）；

v

——主運動速度（m/s）。2.2.3單位切削力、切削功率

3.機床電機功率式中η

——機床傳動效率，通常η=0.75～0.854.單位切削功率指單位時間切除單位體積V0材料所消耗的功率2.2.4影響切削力因素

1.工件材料強度高加工硬化傾向大切削力大2.切削用量◆ap增加，切削寬度增加，與切削力近似成正比；◆f增加，切削深度增加，切削變形減小，切削力有所增加，但不成正比；◆v對切削力影響復雜(塑性材料），對脆性材料切削速度不影響切削力519283555100130

切削速度

v（m/min）

981784588主切削力Fc（N）切削速度對切削力的影響(塑性材料）◆影響切削力的順序是f，ap，vc,問題：如何提高切削效率？3.刀具幾何角度影響前角增大，刀具容易切入工件，剪切角增大，切削力減小。加工塑性大的材料時，增大前角則總切削力明顯減??；而加工脆性材料時，增大前角對減小總切削力的作用不顯著。負倒棱提高了正前角刀具的刃口強度，但同時也增加了負倒棱前角(負前角)參加切削的比例，負前角的絕對值越大，切削變形程度越大，所以切削力越大。主偏角的大小會影響切削厚度，其次可改變FP、Ff的比值。主偏角增大，切削厚度增大，切削變形減小，切消力減??；當主偏角進一步增加時，切削力逐漸增大刃傾角λs對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（λs

↑——Fp↓，F(xiàn)f↑）刀尖圓弧半徑rε

對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（

rε↑——Fp↑，F(xiàn)f↓）；2.2.4影響切削力因素

4.其他因素影響◆

刀具材料：與工件材料之間的親和性影響其間的摩擦，而影響切削力；◆

切削液：有潤滑作用，使切削力降低；◆

后刀面磨損：使切削力增大，對吃刀抗力Fp的影響最為顯著；2.2.4影響切削力因素

機械制造技術基礎

第2章金屬切削基本原理CuttingTheory2.3

切削熱與切削溫度CuttingHeatandCuttingTemperature2.3

切削熱與切削溫度內容提要2.3.1切削熱的來源與傳導2.3.2切削溫度及分布2.3.3影響切削溫度的因素2.3.4切削液2.3.1切削熱的來源與傳導

1.切削熱來源★切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉變?yōu)榍邢鳠帷镏饕獊碓?/p>

QA=QD+QFF+QFR式中，QD

,QFF,QFR分別為切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產生的熱量2.切削熱傳出切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質（切削液、空氣)等傳散出去工件切屑刀具切削熱的來源與傳出加工方法切屑工件刀具車削50~80%10~40%<5%銑削70%<30%5%鉆、鏜削30%>50%15%磨削4%>80%12%2.3.1切削熱的來源與傳導

2.3.2切削溫度及分布

1.切削溫度分布★切削塑性材料——前刀面靠近刀尖處溫度最高?！?/p>

切削脆性材料——后刀面靠近刀尖處溫度最高。750℃刀具二維切削中的溫度分布工件材料：低碳易切鋼；刀具：o=30，o=7；

切削用量：ap=0.6mm，

vc

=0.38m/s；

切削條件：干切削，預熱611C2.自然熱電偶法工件和刀具材料不同，組成熱電偶兩極，切削時刀具與工件接觸處的高溫產生溫差電勢，通過電位差計測得切削區(qū)的平均溫度。3.人工熱電偶法★用不同材料、相互絕緣金屬絲作熱電偶兩極?！?/p>

可測量刀具或工件指定點溫度，可測最高溫度及溫度分布場。4.紅外測溫法利用紅外輻射原理，借助熱敏感元件，測量切削區(qū)溫度。可測量切削區(qū)側面溫度場。mV人工熱電偶工件刀具金屬絲小孔2.3.2切削溫度及分布

1.切削用量的影響經驗公式式中θ——用自然熱電偶法測出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度(C)；

Cθ——與實驗條件有關的系數；

Zθ、Yθ、Xθ——vc、f、ap

的指數。

Kθ——切削條件改變后的修正系數；刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10銑削80鉆削150硬質合金車削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削溫度的系數及指數

Kθ為了控制溫升，提高刀具壽命，如何選用切削用量？ap，f，vc2.3.3影響切削溫度的因素

2.3.3影響切削溫度的因素

2.刀具幾何參數的影響前角o↑→切削溫度↓主偏角r↓→切削溫度↓負倒棱及刀尖圓弧半徑對切削溫度影響很小3.工件材料的影響工件材料機械性能↑→切削溫度↑工件材料導熱性↑→切削溫度↓4.刀具磨損的影響

5.冷卻液的影響

vc（m/min）切削速度、工件材料對切削溫度的影響1—GH1312—1Cr18Ni9Ti3—45鋼(正火)4—HT200刀具材料：YT15；YG8刀具幾何參數：o=15，o=6~8，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/rθ（℃）1030507090110130400600800100012432.3.4切削液

1.切削液的作用★冷卻作用——靠熱傳導帶走大量的切削熱降低切削溫度，提高刀具耐用度；減少工件、刀具的熱變形，提高加工精度；降低斷續(xù)切削時的熱應力，防止刀具熱裂破損等。在切削速度高，刀具、工件材料導熱性差，熱膨脹系數較大的情況下，切削液的冷卻作用尤顯重要。★

潤滑作用——通過切削液滲透到刀具與切屑、工件表面之間形成潤滑油面達到的?！锴逑磁c防銹作用——切削液具有沖走切削中產生的碎屑或磨粉的作用，防止劃傷已加工表面和機床導軌。切削液還具有一定的防銹作用，可減少工件、機床、刀具的腐蝕。切削液還應當價廉，配制方便，穩(wěn)定性好，不污染環(huán)境，也不影響人體健康。2.切削液的選用水溶液——在水中加入防銹劑、油性添加劑制成。其冷卻、清洗作用較好，潤滑作用較差。廣泛用于磨削和粗加工。乳化液——在乳化油中加水稀釋而成的乳白色液體；按乳化油的含量可配制成不同濃度的乳化液。低濃度乳化液主要起冷卻作用；高濃度乳化液主要起潤滑作用。乳化液主要用于車削、鉆削、攻螺紋。切削油——有礦物油(機油、輕柴油、煤油)、動植物油(豆油、菜油、蓖麻油、棉子油、豬油、鯨油)等。切削油一般用于滾齒、插齒、車螺紋及一般材料的精加工。機油用于普通車削、攻螺紋；煤油或與礦物油的混合也用于精加工有色金屬和鑄鐵；煤油或與機油的混合油用于普通孔或深孔精加工；蓖麻油或豆油也用于螺紋加工；輕柴油用于自動機床，做自身潤滑液和切削液用。極壓切削油——切削油中加入硫、氯等極壓添加劑，形成非常結實的潤滑膜，能顯著提高潤滑效果和冷卻作用，常用于難加工材料(如高強度鋼、高溫合金等)的粗加工。2.3.4切削液

機械制造技術基礎

第2章金屬切削基本原理CuttingTheory2.4

磨削機理GrindingTheory2.4

磨削機理內容提要2.4.1磨削過程2.4.2磨削力2.4.3磨削熱與磨削溫度2.4.4磨削過程中的砂輪磨損2.4.5磨削過程中的砂輪修整2.4.1磨削過程★磨粒切削刃幾何形狀不確定（通常刃口前角為-60°～-80°）★磨粒及切削刃隨機分布★磨削厚度?。ǎ紟爪蘭），磨削速度高，磨削點瞬時溫度高（達1000℃以上）1.磨削特點2.磨屑形成過程★彈性變形：磨粒在工件表面滑擦而過，不能切入工件（滑擦階段-熱應力）★塑性變形：磨粒切入工件，材料向兩邊隆起，工件表面出現(xiàn)刻痕，但無磨屑產生（刻劃階段-彈塑性變形）★切削：磨削深度、磨削點溫度和應力達到一定數值，形成磨屑，沿磨粒前刀面流出（磨屑形成階段-熱、變形應力）磨屑形成過程a）平面示意圖b）截面示意圖2.4.1磨削過程2.4.1磨削過程每個磨粒不一定三個階段均有磨削過程實際生成曲線、理論干涉曲線、實際干涉曲線不重合磨削將產生殘留余量滑擦將引起表面燒傷、裂紋等表面缺陷刻劃影響表面粗糙度3.磨削過程現(xiàn)象4.磨屑形態(tài)1.磨削力的主要特征2.影響磨削力的因素★砂輪速度——速度增加，磨削力減小★工件速度——工件速度及軸向進給力增大，磨削力增大★徑向進給量——徑向進給量增大，磨削力增大★砂輪磨損——砂輪磨損將增加磨削力2.4.2磨削力★單位磨削力P很大，可達70000N／mm2。

★背向力Fp值最大，在正常磨削條件下Fp／Fc約為2.0-2.5。2.4.3磨削熱與磨削溫度1.磨削熱磨削時去除單位體積材料所需能量為普通切削的10～30倍，砂輪線速度高，且為非良導熱體——磨削熱多，且大部分傳入工件，工件表面最高溫度可達1000℃以上。2.磨削溫度★磨削區(qū)溫度——砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度，它與磨削燒傷、磨削裂紋密切相關。★

磨粒磨削點溫度——磨粒切削刃與磨屑接觸點溫度，是磨削區(qū)中溫度最高的部位，與磨粒磨損有直接關系?！锕ぜ骄鶞囟取ハ鳠醾魅牍ぜ鸬臏厣?，影響工件的形狀與尺寸精度。2.4.3磨削熱與磨削溫度3.影響磨消溫度的主要因素磨削熱★砂輪速度——滑擦次數增加，磨削熱增加★

工件速度——金屬切除量增加，★徑向進給量——磨削變形和摩擦力增大★工件材料——導熱性有關★砂輪硬度——軟砂輪磨削熱量低★砂輪粒度——粒度大溫度低2.4.4磨削過程中的砂輪磨損及休整1.砂輪磨損2.砂輪休整磨耗磨損磨粒破損脫落磨損去除鈍化的和磨損的磨礪表層產生足夠數量的有效切削刃選用較小的修整導程選用適宜的修整深度2.4.5高效磨削方法1.高速磨削2.強力磨削3.砂帶磨削普通磨削線速度v=30-35m/s，高速磨削線速度v>45-50m/s，效率提高30-40%宜采用切削液大吃刀量（1-30mm）及緩慢進給磨削工件去除率高、砂輪磨損小、磨削質量好、采用順磨砂帶以一定的壓力與工件接觸，相對運動中磨削或拋光磨削表面質量好（彈性磨削）磨削性能強磨削效率高（切除工件重量與砂帶磨耗量之比大）經濟性好適用范圍廣機械制造技術基礎

第2章金屬切削基本原理CuttingTheory2.5

刀具磨損與刀具壽命CutterWearandIt’sLife2.5

刀具磨損與刀具壽命內容提要2.5.1刀具磨損2.5.2刀具壽命2.5.3刀具磨損、破損檢測與監(jiān)控2.5.1刀具磨損

1.刀具磨損形態(tài)◆正常磨損----熱、化學、機械前刀面磨損形式：月牙洼形成條件：加工塑性材料，v大，hD大影響：削弱刀刃強度，降低加工質量后刀面磨損形式：后角=0的磨損面（參數——VB，VBmax）形成條件：加工塑性材料,v

較小,hD

較??；加工脆性材料影響：切削力↑,切削溫度↑,產生振動，降低加工質量前、后刀面磨損VBVBmaxa)

KTKBb)刀具磨損形態(tài)◆非正常磨損破損（裂紋、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性變形）2.刀具磨損過程3個階段初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時間2.5.1刀具磨損

3.刀具磨損原因◆磨粒磨損——各種切速下均存在——低速情況下刀具磨損的主要原因◆

粘結磨損（冷焊）——刀具材料與工件材料親和力大——刀具材料與工件材料硬度比小——中等偏低切速粘結磨損加劇◆

擴散磨損——高溫下發(fā)生◆

氧化磨損——高溫情況下，在切削刃工作邊界發(fā)生◆

相變磨損——高溫情況下(>550?C)，發(fā)生金相組織轉變使材料硬度降低2.5.1刀具磨損

4.磨鈍標準VBNB刀具前刀面刀具后刀面刀具磨到一定限度不能再使用，該限度為磨鈍標準。常取1/2背吃刀量處后刀面上測的磨損帶高度為最大允許磨損量VB（ISO推薦的硬質合金外圓車刀磨鈍標準P140-141）柔性設備采用切削力數值作為刀具磨鈍標準自動化生產中精加工刀具采用工件的徑向磨損量NB作為刀具磨鈍標準工藝系統(tǒng)剛性差時取較小的磨鈍標準切削難加工材料時取較小的磨鈍標準ISO推薦的硬質合金外圓車刀耐用度磨鈍標準：VB=0.3mmVBmax=0.6mm（后刀面無規(guī)則磨損）KT=0.06+0.3f（前刀面磨損量）KTKB刀具磨損形態(tài)2.5.1刀具磨損

2.5.2刀具壽命

1.刀具壽命（耐用度）概念◆刀具從切削開始至磨鈍標準的切削時間，用T

表示?！舻毒呖倝勖话研碌稄耐度肭邢鏖_始至報廢為止的總切削時間，其間包括多次重磨。2.刀具壽命（耐用度）經驗公式式中Cv------與耐用度實驗條件有關的常數

m、

xv、yv-----指數

Kr----修正系數用YT5硬質合金刀具切削碳鋼（σb=0.763GPa）時，有：刀具壽命影響順序：v

＞f＞ap

，與切削溫度影響順序一致m值較小，表示切削速度對刀具耐用度影響大，m值較大，表明切削速度對耐用度的影響小，即刀具材料的切削性能較好。2.5.2刀具壽命

3.不同刀具材料壽命（耐用度）比較不同刀具材料的耐用度比較硬質合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速鋼刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）刀具耐用度允許的切削速度高速鋼刀具m=0.1-0.125硬質合金刀具m=0.2-0.3陶瓷刀具m=0.4m大，v對T影響小，刀具材料好4.最大生產率壽命使工序時間最短的刀具壽命Tp。5.經濟壽命使工序成本最小的刀具壽命Tc。6.常用刀具耐用度參考值硬質合金焊接車刀耐用度60min；高速鋼鉆頭耐用度80-120min硬質合金端銑刀耐用度120-180min；齒輪刀具耐用度200-300min2.5.2刀具壽命

同一類刀具，尺寸大的，制造和刃磨成本均較高，耐用度規(guī)定得高些。裝卡、調整比較復雜的刀具，如多刀車床上的車刀、組合機床上的鉆頭、絲錐、銑刀以及自動機和自動線上的刀具，耐用度應選得高一些，一般為通用機床上同類刀具的2-4倍。生產線上的刀具耐用度應規(guī)定為一個班或兩個班，以便能在換班時間內換刀。有特殊快速換刀裝置時，可將刀具耐用度減少到正常數值。精加工尺寸很大的工件時，刀具耐用度應按零件精度和表面租糙度要求決定。為避免在加工同一表面時中途換刀，耐用度應規(guī)定得至少能完成一次走刀。7.刀具耐用度的確定一般情況下多采用經濟耐用度。只有當生產任務急迫或生產中出現(xiàn)不平衡的薄弱環(huán)節(jié)時，才選用最大生產率耐用度。簡單的刀具如車刀、鉆頭等，耐用度選得低些；結構復雜和精度高的刀具，如拉刀、齒輪刀具等，耐用度選得高些。2.5.2刀具壽命

2.5.3刀具磨損、破損檢測與監(jiān)控

1.常規(guī)方法規(guī)定刀具切削時間，離線檢測2.切削力與切削功率檢測方法通過切削力（切削功率）變化幅值，判斷刀具的磨損程度；當切削力突然增大或突然下降很大幅值時，則表明刀具發(fā)生了破損通過實驗確定刀具磨損與破損的“閾值”

3.聲發(fā)射檢測方法切削加工時，切屑剝離，工件塑性變形，刀具與工件之間摩擦以及刀具破損等，都會產生聲發(fā)射。正常切削時，聲發(fā)射信號小而連續(xù)，刀具嚴重磨損后聲發(fā)射信號會增大，而當刀具破損時聲發(fā)射信號會突然增大許多，達到正常切削時的幾倍機械制造技術基礎

第2章金屬切削基本原理CuttingTheory2.6刀具幾何參數及切削用量的選擇DeterminetheCuttingToolandCuttingParameters2.6刀具幾何參數及切削用量的選擇內容提要2.6.1刀具幾何參數的選擇2.6.2切削用量的選擇2.6.3切削用量的優(yōu)化保證加工質量的前提下，滿足刀具使用壽命長、生產效率高、加工成本低的刀具幾何參數。刀具角度刀面形式及參數切削刃的剖面形式及其參數刃形1.刀具的合理幾何參數2.刀具的合理幾何參數的基本內容2.6.1刀具幾何參數的選擇

工件材料刀具材料和刀具結構具體的加工條件各幾何參數間的聯(lián)系3.刀具的合理幾何參數選擇應考慮的因素2.6.1刀具幾何參數的選擇

前角及前面后角及副后角主偏角及副偏角的選擇刃傾角的選擇4.刀具角度選擇2.6.1刀具幾何參數的選擇

工件材料的性質加工塑性材料，大前角加工脆性材料，小前角工件強度或硬度小，大前角材料硬度或強度高，小前角材料的強度或硬度特別大，負前角表2.1硬質合金車刀前角的合理值4.1前角的選擇（影響切削變形、摩擦、楔角）工件切屑刀具γ0α0刀具材料

高速鋼刀具的前角可比硬質合金刀具選得大一些。加工性質

粗加工時，選用較小前角；精加工時，選用較大前角。2.6.1刀具幾何參數的選擇

切削層厚度小，大后角切削層厚度大，小后角工件材料強度或硬度較高，小后角工件塑性較大時，大后角表2.2硬質合金車刀后角的合理值4.2后角的選擇（影響后刀面磨損、楔角）工件切屑刀具γ0α0工藝系統(tǒng)剛性差，減小后角尺寸精度要求高的刀具，小后角車刀、刨刀及端銑刀的副后角通常等于后角；切斷刀、切槽刀、鋸片銑刀，角度很小。2.6.1刀具幾何參數的選擇

粗加工和半精加工，主偏角大，材料硬度大，主偏角小。工藝系統(tǒng)剛性好，主偏角小剛性不足，主偏角大，大于90度4.3主偏角的選擇（影響殘留高度、切削層形狀、切削力分配）dwdmkrkr′振動小，副偏角小精加工，副偏角小，零度修光刃，圖2.36材料強度和硬度高、斷削，副偏角小切斷刀、鋸片銑刀和槽銑刀等，副偏角小4.4副偏角的選擇2.6.1刀具幾何參數的選擇

粗車鋼料和灰鑄鐵取λs=0~-5；精車時取λs=0~+5

；有沖擊載荷時λs=-5~-15

；沖擊特別大時λs=-30~-45

強力刨削時，取λs=-10~-25

車削淬硬鋼時，取λs=-5~-12

工藝系統(tǒng)剛性不足時，盡量不用負刃傾角。微量精車、精鏜、精刨時，取45-75。金剛石和立方氮化硼車刀，取0°-5°4.5刃傾角的選擇（切屑流出、切削平穩(wěn)性）Aκr′A向fγ0γ′0α′0α0κrεrλs2.6.1刀具幾何參數的選擇

正前角平面型用于精加工、成形車刀、銑刀和加工脆性材料的刀具。正前角平面帶倒棱型用于粗切削鑄、鍛件或斷續(xù)表面的加工。正前角曲面帶倒棱型常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具上。負前角單面型用于切削高硬度(強度)材料和淬火鋼材料，但是負前角會增大切削力和增大功力消耗。負前角雙面型當磨損同時發(fā)生在前、后面上時，制成雙面型負前角，可使刀片的重磨次數增多。4.6前刀面的選擇P145圖2.342.6.1刀具幾何參數的選擇

雙重后面

保證刃口強度，減少刃磨后面的工作量，圖2.35a消振棱

增加接觸面積，增加阻尼，消除振