機(jī)加工工藝第一章機(jī)械加工基礎(chǔ)知識

機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)第一章機(jī)械加工基礎(chǔ)知識1.1切削運(yùn)動及切削要素一、零件表面的形成二、切削表面與切削運(yùn)動三、切削用量四、切削層參數(shù)機(jī)械制造的加工方法1.材料成形法：鑄造鍛造注塑成形2.材料累積法：焊接粘接快速原型鉚接機(jī)械力去除熱能去除3.材料去除法：光能去除化學(xué)能去除傳統(tǒng)方法特種加工一、零件表面的形成零件表面的形狀零件表面可以看作是一條線（母線）沿另一條（導(dǎo)線）運(yùn)動的軌跡。母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線。常見的零件表面按其形狀可分為3類：旋轉(zhuǎn)表面縱向表面特形表面一、零件表面的形成旋轉(zhuǎn)表面縱向表面特形表面一、零件表面的形成2.零件表面成形方法表面發(fā)生線的形成方法：軌跡法成形法相切法展成法一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（a）軌跡法一個獨(dú)立的成形運(yùn)動一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（b）成形法不需要專門的成形運(yùn)動一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（c）相切法兩個獨(dú)立的成形運(yùn)動刀具的旋轉(zhuǎn)+刀具中心按一定規(guī)律運(yùn)動一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（d）展成法在形成發(fā)生線的過程中，

切削線1與發(fā)生線2作純滾動（展成運(yùn)動）切削線1與發(fā)生線2逐點(diǎn)相切，發(fā)生線2是切削線1的包絡(luò)線。復(fù)合成形運(yùn)動成形運(yùn)動的種類簡單成形運(yùn)動：如果一個獨(dú)立的成形運(yùn)動，是由單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動構(gòu)成的。復(fù)合成形運(yùn)動：如果一個獨(dú)立的成形運(yùn)動，是由兩個或連個以上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或（和）直線運(yùn)動按照某種確定的運(yùn)動關(guān)系組合而成。復(fù)合成形運(yùn)動各部分之間要求保持嚴(yán)格的相對運(yùn)動關(guān)系，各部分不是獨(dú)立的。復(fù)合成形運(yùn)動是一個運(yùn)動，而不是兩個或兩個以上獨(dú)立的簡單運(yùn)動。注意二、切削表面與切削運(yùn)動1.切削表面待加工表面工件上即將被切除的表面已加工表面切去材料后形成的新的工作表面過渡表面加工時主切削刃正在切削的表面，它處于已加工表面和待加工表面之間二、切削表面與切削運(yùn)動2.切削運(yùn)動主運(yùn)動：使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，促使刀具近工件而實(shí)現(xiàn)切削的運(yùn)動。其速度稱為切削速度Vc進(jìn)給運(yùn)動：使切削能持續(xù)進(jìn)行以形成所需工件表面的運(yùn)動。

其速度稱為進(jìn)給速度Vf主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動合成后的運(yùn)動，稱為合成切削運(yùn)動Ve=

Vc+

Vf特點(diǎn)

主運(yùn)動的速度高，消耗的功率大；進(jìn)給運(yùn)動的速度較低，消耗的功率較小。任何一種機(jī)床，必定有、且通常只有一個主運(yùn)動；而進(jìn)給運(yùn)動可能有一個或幾個。三、切削用量切削用量：衡量切削運(yùn)動量的大小。切削速度vc進(jìn)給量f背吃刀量ap切削用量三要素三、切削用量1）切削速度vc切削刃上選定點(diǎn)相對工件主運(yùn)動的瞬時速度。(m/s

或m/min)主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動vc=πd

n/1000d—工件（或刀具）的直徑，mm;n

—工件（或刀具）的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min主運(yùn)動為直線運(yùn)動vc

=

2Lnr

/1000L—往復(fù)行程長度，mm;nr—主運(yùn)動每秒或每分鐘的往復(fù)次數(shù)，str/s或str/min1）切削速度vc由于切削刃上個點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑不同(刀具運(yùn)動為主運(yùn)動)，或切削刃上各點(diǎn)對應(yīng)的工件直徑不同（工件運(yùn)動為主運(yùn)動），因而切削速度也就同。考慮到切削速度對刀具磨損和已加工表面質(zhì)量有影響，在計(jì)算切削速度時，應(yīng)取最大值三、切削用量2）進(jìn)給量刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量。單齒刀具（車刀、刨刀）用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每一往復(fù)行程刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量來度量，稱為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量或每行程進(jìn)給量f，單位mm/r或mm/str。多齒刀具（銑刀、鉆頭）刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對工件進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量稱每齒進(jìn)給量fz，單位

mm/z。進(jìn)給速度Vf=fn=fzzn三、切削用量3）背吃刀量在通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動方向的切削層尺寸平面中，垂直于進(jìn)給方向測量的切削層尺寸，以ap表示，

mm。車外圓時，2pa

dw

dm四、切削層參數(shù)切削層：切削刃在一次走刀上從工件上切下的一層材料。通常在與主運(yùn)動方向相垂直的平面內(nèi)度量。四、切削層參數(shù)1）切削層公稱寬度bD在給定瞬間，作用于主切削刃截形上兩個極限點(diǎn)件的距離，在切rbD

sin

kDrap削層尺寸平面中測量，bsin

khD

f

asipn

kr2）切削層公稱厚度hD同一瞬間切削層公稱橫截面積AD與其公稱寬度bD之比，hD

f

sin

kr3）切削層公稱橫截面積AD在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實(shí)際橫截面積，AD

hD

bD

f

ap1.1切削運(yùn)動及切削要素f已加工表面1.切削表面

2.切削運(yùn)動待加工表面 主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動3.切削用量過渡表面切削速度vc進(jìn)給量背吃刀量4.切削要素切削用量三要素切削層參數(shù)apAD

,

bD

,

hD1.2

切削刀具及其材料一、切削刀具車刀切削部分的組成車刀切削部分的主要角度刀具結(jié)構(gòu)多齒刀具非金屬材料切削刀具二、刀具材料一、切削刀具夾持部分切削部分夾持部分切削部分1.車刀的組成1.車刀切削部分的組成1）前刀面切屑沿其流出的刀具表面2）主后刀面與工件上過渡表面相對的刀具表面3）副后刀面與工件上已加工表面相對的刀具表面夾持部分切削部分前刀面主切削刃副切削刃主后面副后面刀尖三面兩刃一尖1.車刀切削部分的組成6）刀尖連接主切削刃和副切削刃的一段刀刃夾持部分切削部分前刀面主切削刃副切削刃主后面4）主切削刃前刀面與主后刀面的交線副后面5）副切削刃前刀面與副后刀面的交線刀尖三面兩刃一尖2.車刀切削部分的主要角度刀具靜止參考系刀具工作參考系考慮進(jìn)給運(yùn)動和刀具實(shí)際安裝情況的影響。（由主運(yùn)動方向確定）（由合成切削運(yùn)動方向確定）（1）刀具靜止參考系（刀具標(biāo)注角度參考系）刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量幾何參數(shù)時用；假定進(jìn)給速度為零（vf=0）規(guī)定車刀刀尖對準(zhǔn)工件的中心刀桿的軸心線垂直進(jìn)給方向刀具靜止參考系1）基面

pr過切削刃選定點(diǎn)、垂直于該點(diǎn)假定主運(yùn)動方向的平面。2）切削平面ps過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切并垂直于基面的平面。3）正交平面popr

ps

po組成一個正交平面參考系過切削刃選定點(diǎn)，并同時垂直于基面和切削平面的平面4）假定工作平面

p

f過切削刃選定點(diǎn)，垂直于基平面并平行于假定進(jìn)給運(yùn)動方向的平面。（2）刀具的主要角度正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度pr

ps

po參考系內(nèi)在正交平面Po內(nèi)的標(biāo)注角度在切削平面Ps內(nèi)的標(biāo)注角度在基面Pr內(nèi)的標(biāo)注角度在正交平面Po內(nèi)的標(biāo)注角度前角γo：在正交平面內(nèi)度量的前刀面與基面的夾角。后角аo：在正交平面內(nèi)度量的后刀面與切削面Ps的夾角功用刀刃鋒利，切削變形，切削力和切削功率刀刃和刀尖強(qiáng)度

，散熱體積刀具壽命

oa)前角

o

的選用原則選用a)前角

o

的選用原則工件材料、刀具材料和加工性質(zhì)工件材料塑性大、強(qiáng)度和硬度低或刀具材料韌性好（高速鋼）或精加工時，應(yīng)取較大前角；反之，加工脆性材料或刀具材料韌性差（硬質(zhì)合金）或粗加工時應(yīng)取較小的前角。取決于：加工要求、工件材料。?粗加工或工件材料較硬，后角取較小值；?工件材料越軟、塑性越大，后角越大；粗加工或工件材料較硬，后角取較小值；工件材料越軟、塑性越大，后角越大；b）后角o

的選用原則αo后刀面與工件的摩擦后刀面的磨損率功用選用在切削平面Ps內(nèi)的標(biāo)注角度刃傾角λs：在主切削平面中測量的主切削刃與基面Pr內(nèi)的夾角。影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和切屑的流動方向。?加工一般鋼料和鑄鐵，無沖擊時：粗車λs

＝

0°?－5°，精車λs

＝

0°?+5°；有沖擊時：λs

＝－5°?－15°；特別大時：λs

＝－30°?－45°。?切削加工高強(qiáng)度鋼、冷硬鋼時：λs

＝－30°?－45°。c）刃傾角s

的選用原則功用選用加工一般鋼料和鑄鐵，無沖擊時：粗車λs

＝

0°?－5°，精車λs

＝

0°?+5°；有沖擊時：λs

＝－5°?－15°；特別大時：λs

＝－30°?－45°。切削加工高強(qiáng)度鋼、冷硬鋼時：λs

＝－30°?－45°。在基面Pr內(nèi)的標(biāo)注角度主偏角кr：在基面Pr內(nèi)度量的切削平面與假定工件平面Pf（進(jìn)給剖面）的夾角。主切削刃在基面內(nèi)的投影與進(jìn)給運(yùn)動方向之間的夾角。在基面Pr內(nèi)的標(biāo)注角度副切削刃在基面內(nèi)的投影與進(jìn)給運(yùn)動反方向之間的夾角。副偏角r：在基面Pr內(nèi)度量的副切削平面與假定工件平面Pf（進(jìn)給剖面）的夾角。討論:(1)主偏角對切削層的形狀和參數(shù)的影響當(dāng)背吃刀量和進(jìn)給量一定時，主偏角愈小，切削層公稱寬度愈大，而公稱厚度愈小，切下的切屑寬而?。髑邢魅袉挝婚L度上的負(fù)荷小，散熱條件好，刀具壽命高．(2)主偏角對殘留面積的影響主、副偏角小時，殘留面積小，表面粗糙度值小。d）主、副角r

、r的選用原則κr

和κr′表面粗糙度殘留面積高度刀刃強(qiáng)度，散熱條件刀具壽命背向力Fp

，工件易變形功用一般車刀常用的主偏角有45，60

，75,90度等幾種。副偏角大小取決于表面粗糙度（5°?15°)，粗加工時取大值，精加工取小值。選用一般車刀常用的主偏角有45，60

，75,90度等幾種。副偏角大小取決于表面粗糙度（5°?15°)，粗加工時取大值，精加工取小值。d）主、副角r

、r的選用原則（3）刀具的工作角度a)刀尖安裝高低對工作前、后角的影響偏高工作前角

oe

ooe

o工作后角等高偏低如果刀尖高于工件回轉(zhuǎn)軸線時，則工作前角，增大

而工作后角減小如果刀尖低于工件回轉(zhuǎn)軸線時，則工作前角，

oe

o減少

oe

o

而工作后角增大

oe

oooe

。ooeo。（3）刀具的工作角度b)刀尖安裝偏斜對工作主、副偏角的影響主偏角re

rre

r右偏斜副偏角（3）刀具的工作角度b)刀尖安裝偏斜對工作主、副偏角的影響主偏角副偏角re

r不偏斜re

r主偏角副偏角re

rre

r3.刀具結(jié)構(gòu)刀具種類按用途分車刀：用于軸類、盤類零件的外圓、端面、內(nèi)孔、槽等加工銑刀：用于平面、曲面、溝槽等加工孔加工刀具：用于通孔、盲孔、臺階孔等加工螺紋刀具：用于內(nèi)螺紋、外螺紋加工成型刀具：用于成型面的加工復(fù)雜刀具：齒輪刀具、拉刀等車刀種類按用途分車刀種類按結(jié)構(gòu)分整體式、焊接式、機(jī)夾重磨式、機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式整體式切削部分和夾持部分材料相同材料消耗大，應(yīng)用較少常用高速鋼制造焊接式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)具體的加工條件和要求刃磨出合理的幾何角度。缺點(diǎn)：經(jīng)過高溫焊接，硬質(zhì)合金刀片易產(chǎn)生熱應(yīng)力，嚴(yán)重時會出現(xiàn)裂紋，使硬質(zhì)合金的切削性能下降，對提高生產(chǎn)率不利。刀桿不能重復(fù)使用，當(dāng)?shù)镀猛昊虮缐暮?，刀桿也隨之報(bào)廢，造成很大浪費(fèi)。機(jī)夾重磨式用機(jī)械的方法將硬質(zhì)合金刀片夾固在刀桿上的車

刀。刀片磨損后，可卸下重磨，然后再安裝使用。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，刀片重磨時仍有可能產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋。優(yōu)點(diǎn)：可避免焊接引起的缺陷，刀桿可重復(fù)使用。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式優(yōu)點(diǎn)：不需要刃磨和焊接，刀片能較好的保持原有力學(xué)、切削性能，刀具切削性能提高。減少刃磨、換刀、調(diào)刀所需的輔助時間，提高生產(chǎn)率。可使用涂層刀片，提高了刀具耐用度。刀具使用壽命延長，可節(jié)約刀體材料及其制造費(fèi)用。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片已國家標(biāo)準(zhǔn)化，刀片的常用形狀為：機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片已國家標(biāo)準(zhǔn)化4.多齒刀具(1)麻花鉆(1)麻花鉆柄部頸部工作部分導(dǎo)向部分：導(dǎo)向、修光孔壁、排切屑和輸送切削冷卻液切削部分：承擔(dān)主要切削工作前刀面：螺旋槽的螺旋面。主后刀面：與工件過渡表面(孔底)相對的端部兩曲面。副后刀面：與工件已加工表面(孔壁)相對的兩條棱邊。主切削刃：螺旋槽與主后刀面的兩條交線。副切削刃：棱邊（刃帶）與螺旋槽的兩條交線橫刃：兩后刀面在鉆心處的交線。主后刀面前刀面副后刀面

主切削刃副切削刃橫刃群鉆：將標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆按特定方式刃磨(2)銑刀按用途分（1）加工平面的銑刀（2）加工溝槽及臺階面（3）加工成形表面(2)銑刀按結(jié)構(gòu)分整體式銑刀焊接式銑刀機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式銑刀5.非金屬材料切削刀具(1)塑料加工用刀具(2)橡膠加工用刀具

(3)玻璃加工用刀具

(4)復(fù)合材料加工用刀具(5)金剛石刀具二、刀具材料1.刀具材料應(yīng)具備的性能：（1）較高的硬度和較好的耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌度（3）較高的耐熱性（4）良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性（1）較高的硬度和較好的耐磨性刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。刀具材料的常溫硬度一般在60HRC以上。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。刀具材料在切削時受到很大的切削力與沖擊力。如車削45鋼，在背吃刀量ap＝4㎜，進(jìn)給量f

＝0.5㎜/r的條件下，刀片所承受的切削力達(dá)到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌性。（2）足夠的強(qiáng)度和韌度刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)

志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)（3）較高的耐熱性刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛

造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功

能。經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時，要考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)成本。（4）良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性2.常用的刀具材料（1）高速鋼高速鋼是一種含有W、Cr、V等合金元素較多的工具鋼性質(zhì)：①高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性②高速鋼具有較高強(qiáng)度和韌性③高速鋼具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性a)普通高速鋼（如：W18Cr4V）優(yōu)點(diǎn)：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強(qiáng)。缺點(diǎn)：碳化物分布常不均勻，強(qiáng)度與韌性不夠強(qiáng)，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。b)高性能高速鋼在普通高速鋼的基礎(chǔ)上增加Co、V等合金元素。優(yōu)點(diǎn)：具有較強(qiáng)的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍

。缺點(diǎn)：強(qiáng)度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。（2）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成。優(yōu)點(diǎn)：硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，熱熔性好 ,熱硬性好，切削速度高。缺點(diǎn)：脆性大，強(qiáng)度和韌性比高速鋼差，承受切削振動和沖擊的能力較差。性能特點(diǎn)：（2）硬質(zhì)合金P類硬質(zhì)合金（藍(lán)色）

適合加工長切屑的黑色金屬，如鋼、鑄鋼。M類硬質(zhì)合金（黃色）

適合加工長（短）切屑的金屬材料，如鋼、鑄鋼、不銹鋼等難加工材料。K類硬質(zhì)合金（紅色）

適合加工短切屑的金屬或非金屬材料，如淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁合金、塑料

等。3.新型刀具材料涂層刀具材

在硬質(zhì)合金或高速鋼的集體上涂覆一薄層高硬度、高耐磨性的難溶金屬或非金屬化合物而構(gòu)成的刀具材料。在硬質(zhì)合金或高速鋼的集體上涂覆一薄層高硬度、高耐磨性的難溶金屬或非金屬化合物而構(gòu)成的刀具材料。陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料

按化學(xué)成分可分為Al2O3和Si3N4基兩類。具有很高的硬度、耐熱和耐磨性，并可切削難加工的高硬度材料缺點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度低，性脆，抗沖擊韌度差。按化學(xué)成分可分為Al2O3和Si3N4基兩類。具有很高的硬度、耐熱和耐磨性，并可切削難加工的高硬度材料缺點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度低，性脆，抗沖擊韌度差。超硬刀具材涂層刀具材料

超硬刀具材料

包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方碳化硼3種。包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方碳化硼3種。1.3

切削過程及控制一、切屑的形成及其類型二、積屑瘤三、切削力和切削功率四、切削熱和切削溫度五、刀具磨損和刀具壽命六、切削用量一、切屑的形成及其類型切屑形成過程及三個變形區(qū)1.切削形成過程第一變形區(qū)：晶粒發(fā)生剪切滑移變形第二變形區(qū)金屬纖維化區(qū)域第三變形區(qū)纖維化與加工硬化區(qū)123第一變形區(qū)OA線和OM線之間的區(qū)域。從OA線開始發(fā)生塑性變形，到OM線金屬晶粒的滑移基本完成。切削力和切削熱的主要來源第二變形區(qū)切屑沿前刀面流出時受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面處的金屬纖維化。第三變形區(qū)已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，造成表層金屬纖維化和加工硬化。切削收縮：hch

hDlch

lDhh

hchD切屑厚度壓縮比2.切屑的種類帶狀節(jié)狀粒狀崩碎（1）帶狀切屑內(nèi)側(cè)表面光滑，外側(cè)表面呈毛茸狀。通常加工塑性材料，切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大時得到。切削力波動很小，切削過程平穩(wěn)，已加工表面粗糙度較小。（2）節(jié)狀切屑外側(cè)面呈鋸齒狀，內(nèi)側(cè)面有時有裂紋。加工塑性金屬材料，切削厚度較大，切削速度較低，刀具前角較小時得到。切削力波動較大，，已加工表面較粗糙。（3）粒狀切屑在節(jié)狀切屑的基礎(chǔ)上切削厚度增大，切削速

度、前角減小，擠裂切屑的整個剪切面上的應(yīng)力都超過了材料的破裂強(qiáng)度。使剪切裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展而斷裂成單元

體。可見：

從帶狀節(jié)狀粒狀切屑的變化：切削厚度由小到大，切削速度和刀具前角由大到小。表面粗糙度隨切屑從帶狀向節(jié)狀和粒狀形態(tài)的轉(zhuǎn)變而逐步降低。（4）崩碎切屑切削脆性金屬材料（如鑄鐵和黃銅）時得到的。切削厚度大，刀具前角小時得到。切削力波動甚大，有沖擊負(fù)荷，已加工表面凹凸不平。名稱帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑崩碎切屑簡圖形態(tài)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)則塊狀顆粒變形剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂形成條件加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，

刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)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，刀具前角較小影響切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)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，易崩刀切屑類型及形成條件切屑類型切屑形態(tài)照片帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑崩碎切屑二、積屑瘤在一定范圍的切削速度下切削塑性金屬形成帶狀切屑

時，常發(fā)現(xiàn)在刀具前面靠近切削刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬楔塊。（1）積屑瘤的形成→加工塑性金屬→溫度→壓力→摩擦阻力>內(nèi)部結(jié)合力切削瘤高度與切削速度的關(guān)系切削速度例：中碳鋼低速（

vc

5m

/min

）時，不形成積屑瘤（

）速度

時，易形成積屑瘤vc

5

~

50m

/

min高速（）時，不形成積屑瘤vc

100m

/

min思考：積屑瘤對切削過程有什么影響？是利是弊？如何控制？（2）積屑瘤對切削加工的影響有利：1）積屑瘤實(shí)際前角

切削輕快2）可代替刀刃切削，能提高刀具耐用度不利：1）切削層公稱厚度不斷變化，影響尺寸精度。切削力變化，引起振動。表面粗糙度增大，刀具磨損。3.積屑瘤的控制影響積屑瘤的形成的主要因素：工件材料的力學(xué)性能切削速度冷卻潤滑工件材料的力學(xué)性能塑性越大，越容易形成積屑瘤（低碳鋼、中碳鋼、鋁合金等）通過正火或調(diào)質(zhì)處理，降低塑性防止積屑瘤的主要方法a.采用低速或高速切削；

b.采用高潤滑性的切削液；

c.減少進(jìn)給量、增大刀具前角；d.適當(dāng)提高工件材料的硬度，減少加工硬化傾向。三、切削力和切削功率切削力的來源：被切削材料的變形抗力刀具與工件表面、刀具與切屑之間的摩擦力切削力的來源1.切削力的構(gòu)成與分解以車外圓為例,切削力分解為：Fc--主切削力Ff--進(jìn)給力Fp—背向力合力:F

F

2

F

2

F

2C

f

p（1）切削力Fc總切削力F在主運(yùn)動方向上的分力，占總功率的90%左右。（2）進(jìn)給力Ff總切削力F在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力，占總功率的1%-5%左右。（3）背向力Fp切深方向上的力，不消耗功率。但它一般作用在工件剛度較弱的方向上，容易使工件變形，產(chǎn)生振動。2．切削力的估算（1）用經(jīng)驗(yàn)公式估算經(jīng)驗(yàn)公式中的系數(shù)和指數(shù)，可從“切削用量手冊”中查出。FcF

C

?axFc

?

f

y

Fc

?v

nFc

?

Kc

Fc

p

c——與工件材料、刀具材料及切削條件有關(guān)的系數(shù)CFcK

Fc——切削條件與試驗(yàn)條件不同時的修正系數(shù)xFcy

FcxFc

y

Fc

nFc切削用量對切屑力的影響a

p

f

v

c（2）用單位切削P來估算Fc

pAD

pbD

hD

pap

f2．切削功率切削功率Pm（kW）P

103F

vm

c

c機(jī)床電動機(jī)的功率PE

（kW）PE

Pm

/機(jī)床傳動效率，一般取0.75~0.85四、切削熱和切削溫度切削熱的主要來源：切屑變形所產(chǎn)生的熱量Q變形切屑與刀具前面之間摩擦產(chǎn)生的熱量Q前摩工件與刀具后面之間摩擦所產(chǎn)生的熱量Q后摩Q變形+Q前摩+Q后摩=Q屑+Q工+Q刀+Q介（1）通過工件傳出Q工，使工件溫度升高；通過切屑傳出Q屑，使切屑溫度升高

；通過刀具傳出Q刀，使刀具溫度升高；通過周圍介質(zhì)傳出Q介。切削時所產(chǎn)生的熱量由切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)傳出，分別用Q屑、Q工 、Q刀

、Q介表示。平衡方程式：2.切削溫度及其影響影響切削溫度的主要因素：切削用量工件材料刀具角度切削夜（1）切削用量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

—與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù);Zθ、Yθ、Xθ

——vc、f、ap

的指數(shù)。經(jīng)驗(yàn)公式pZ

f

y

ax

C

vc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(zhì)合金車削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削溫度的系數(shù)及指數(shù)三個影響指數(shù)：Zθ

＞yθ

＞xθ說明：切削速度對切削溫度的影響最大；進(jìn)給量對切削溫度的影響其次；背吃刀量對切削溫度的影響最小。cpfZ

y

a

x

C

v（2）工件材料強(qiáng)度和硬度↑→Fc和Pm

↑→切削溫度↑導(dǎo)熱系數(shù)↑→切削溫度↓脆性材料，塑性變形小→切削溫度↓（3）刀具角度κr

↑→切削刃的工作長度

↓、且刀尖角減小，使散熱面積↓→切削溫度↑γ0

↑→變形程度↓→F↓→切削溫度↓γ0

↑→因散熱面積↓，切削溫度↓1）

切削液的作用

a.冷卻作用

c.排屑和清洗作用b.潤滑作用d.防銹作用冷卻粗加工2）切削液的分類水溶液

水＋添加劑乳化液

乳化油＋水切削油

礦物油＋添加劑

潤滑精加工（4）切削液五、刀具磨損和刀具壽命刀具磨損磨損刀具破壞破損工件加工精度降低表面粗糙度升高切削力和切削溫度升高

產(chǎn)生振動，不能正常工作1.刀具磨損形態(tài)（1）后面磨損切削脆性材料或以較小的背吃刀量切削塑性材料。VB磨損量以磨損寬度值VB表示1.刀具磨損形態(tài)（2）前面磨損切削速度較高背吃刀量較大不用切削液切削塑性材料。磨損量以月牙洼的最大深度KT表示KT1.刀具磨損形態(tài)（3）前后面同時磨損常規(guī)條件下加工塑性金屬時。KTVB2.刀具磨損過程AB段——初期磨損階段BC段——正常磨損階段CD段——急劇磨損階段三個階段3.刀具壽命ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以1/2背吃刀量(ap)處的后刀面上測定的磨損帶寬度VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。刀具總壽命＝刀具壽命×刃磨次數(shù)1)刀具壽命和刀具總壽命的定義刀具壽命

T刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)歷的切削時間。刀具總壽命一把新刀從投入切削開始至報(bào)廢為止的總切削時間，其間包括多次重磨。gav

fC

T1hp11mcT

式中CT

、m、g、h

為與工件、刀具材料等有關(guān)的常數(shù)。令x

=1/m，y

=1/g，z

=1/h，則2)刀具壽命的經(jīng)驗(yàn)公式通過試驗(yàn)，可以得到切削用量與刀具壽命的關(guān)系：CTvx

f

yazc

pT

T

CTv5

f

2.25

a0.75用硬質(zhì)合金刀具切削碳鋼（σb=0.763GPa）時，有：p故對T的影響程度：V﹥f﹥ap應(yīng)先選ap，后選f，最后選V。選用切削用量時：刀具耐用度T定得過高，切削用量就要取得低，但切削效率下降，經(jīng)濟(jì)效益未必好；刀具耐用度T定得過低，切削用量可以取得高，但換刀次數(shù)多，刀具消耗變大，調(diào)整刀具位置費(fèi)工費(fèi)時，經(jīng)濟(jì)效益也未必好。①

刀具構(gòu)造復(fù)雜、制造和磨刀費(fèi)用高時，刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得高些。②

多刀車床上的車刀，組合機(jī)床上的鉆頭、絲錐和銑刀，自動機(jī)床及自動線上的刀具，因?yàn)檎{(diào)整復(fù)雜，刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得高些。③

某工序的生產(chǎn)成為生產(chǎn)線上的瓶頸時，刀具耐用度應(yīng)定得低些。某工序單位時間的生產(chǎn)成本較高時刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得低些。④

精加工大型工件時，刀具耐用度應(yīng)規(guī)定得高些，至少保證在一次走刀中不換刀。3）制訂刀具耐用度時，應(yīng)具體考慮的問題：六、切削用量的合理選擇合理的切削用量：在保證加工質(zhì)量的前提下，能取得較高的生產(chǎn)效率和較低成本的切削用量。切削用量與生產(chǎn)率、刀具壽命的關(guān)系機(jī)床切削效率可以用單位時間內(nèi)切除的材料的體積Q(mm3/min)Q

ap

.

f

.vc六、切削用量的合理選擇(1)背吃刀量的選擇粗加工：一般取

8-10mm，一次走刀盡可能切除全部粗加工余量加工余量太大，加工余量分為多次切完；切削表面上有硬皮或切削不銹鋼等冷硬材料，

應(yīng)使背吃刀量超過硬皮。精加工：逐步減少背吃刀量，提高加工精度。(2)進(jìn)給量的選擇粗加工：按工藝系統(tǒng)所能承受的最大進(jìn)給量選；考慮因素：機(jī)床、刀具、工件所承受的切削力半精加工、精加工時：進(jìn)給量由加工精度和表面粗糙度決定。生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定進(jìn)給量。在ap、f值選定后，根據(jù)公式或查表來選定車削速度。(3)切削速度的確定v

=CvpTm

a

xv

f

yvKv1）公式計(jì)算法2）查表法切削用量選擇的基本原則粗加工時→獲得最大的生產(chǎn)率首先選取盡可能大的背吃刀量ap；其次根據(jù)機(jī)床動力和剛性限制條件及加工表面粗糙度的要求，選取盡可能大的進(jìn)給量f；最后利用切削用量手冊選取或者用公式計(jì)算確定適當(dāng)切削速度v。精加工時→獲得好加工質(zhì)量較小的背吃刀量和進(jìn)給量、較高的切削速度1.4磨具與磨削過程一、磨具二、磨削過程中磨粒的作用三、磨削過程的特點(diǎn)一、磨具磨削是用帶有磨粒的工具（砂輪、砂帶、油石等）等，對工件進(jìn)行加工的方法。砂輪是由細(xì)小而堅(jiān)硬的磨料加結(jié)合劑用燒結(jié)的方法制成的疏松的多孔體。一、磨具砂輪的特性：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織、形狀1.

磨料砂輪的磨料磨料碳化物取決于工件材料的硬度棕剛玉剛玉類白剛玉黑色碳化硅綠色碳化硅人造金剛石超硬磨料立方氮化硼類別磨料名稱代號磨料性能應(yīng)用范圍剛玉類棕剛玉A棕褐色。硬度低，韌性好，價廉加工硬度較低的塑形材料，如低、中碳

鋼，低合金鋼白剛玉WA白色。硬度較棕剛玉高，韌性差，自銳性好加工硬度較高的塑形材料，如高碳鋼、高速鋼、淬硬鋼類別磨料名稱代號磨料性能應(yīng)用范圍碳化物類黑碳化硅C黑色，帶光

澤。硬度比剛玉高，導(dǎo)熱性好，韌性差加工硬度較低的脆性材料，如鑄鐵、鑄

銅、黃銅等綠碳化硅GC綠色，帶光

澤。硬度較黑碳化硅高，導(dǎo)熱性好，韌性較差加工高硬度的脆性材料，如硬質(zhì)合金、寶石、玉石、陶瓷、玻璃等類別磨料名稱代號磨料性能應(yīng)用范圍高硬磨料類人造金剛石SD無聲透明或淡黃色、黃綠

色、黑色，硬度高，比天然金剛石脆磨削硬質(zhì)合

金、寶石、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體等材料立方氮化硼CBN黑色或淡白

色。立方晶

體，硬度僅次于金剛石，耐磨性高磨削各種高溫合金，高鉬、不銹鋼等材料2.

粒度表示磨料顆粒的尺寸大小。3.

結(jié)合劑陶瓷結(jié)合劑(V)：外圓、內(nèi)圓、平面、無心磨削和成形磨削的砂輪等；樹脂結(jié)合劑(B)：切斷和開槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪；橡膠結(jié)合劑(R)：無心磨削導(dǎo)輪、拋光砂輪；金屬結(jié)合劑(M)：金剛石砂輪等。4.

硬度（結(jié)合度）磨具在外力作用下磨粒脫落的難易程度5.

組織磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比例關(guān)系0～3號組織緊密；4～7號組織中等，8～12號組織疏松；13～14號大氣孔。6.

砂輪形狀7.

磨具標(biāo)記平行砂輪外徑x厚度x孔徑磨料粒度硬度組織號P

400×40×127

WA

60

L

5

V

35最高工作線速度（m/s）結(jié)合劑形狀代號、尺寸、磨料、粒度號、硬度、組織號、結(jié)合劑、允許的最高線速度砂輪選擇原則磨削鋼時選用剛玉類，磨削硬鑄鐵、硬質(zhì)合金和非鐵金屬時選用碳化硅砂輪。磨削軟材料時選用硬砂輪，磨削硬砂輪時選用軟砂輪。磨削軟而韌的材料選用粗磨料，磨削硬而脆的材料選用細(xì)磨料。磨削表面的粗糙度要求較低時選粗磨粒，金屬磨除率高時選用粗磨料。要求加工表面質(zhì)量好時選用樹脂或橡膠結(jié)合劑的砂輪，要求最大金屬磨除率選用陶瓷結(jié)合劑砂輪。二、磨削過程（1）比較凸出的和比較鋒利的磨粒起切削作用凸出高度較小或較鈍的磨粒起刻劃作用磨鈍的或比較凹下的磨粒的拋光作用二、磨削過程（1）滑擦階段彈性變形（2）刻劃階段塑形變形（3）形成切削三、磨削過程的特點(diǎn)1.背向力大2.磨削溫度高3.表面變形強(qiáng)化和殘留應(yīng)力嚴(yán)重3.表面變形強(qiáng)化和殘留應(yīng)力嚴(yán)重冷作硬化機(jī)械機(jī)加工過程中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變和晶粒被拉長，使表面層金屬的硬度增加，塑性減少。3.表面變形強(qiáng)化和殘留應(yīng)力嚴(yán)重殘余應(yīng)力在沒有外力或去除外力作用后殘留在工件內(nèi)部的應(yīng)力。機(jī)械力引起的塑性變形熱應(yīng)力引起的塑性變形金相組織變化1.5材料的切削加工性一、衡量材料切削加工性的指標(biāo)二、常用材料的切削加工性三、難加工材料的切削加工性一、切削加工性的概念和衡量指標(biāo)在一定切削條件下，對材料被切削加工的難易程度。1.概念2.衡量指標(biāo)（1）一定刀具壽命下允許的切削速度VT當(dāng)?shù)毒邏勖鼮門分鐘時，切削某種材料所允許的切削速度。一般情況下，T=60min；V60難切削材料，T=30或15min,V30V15(2)材料的相對切削加工性常以σb＝0.637GPa的45鋼的V60作為基準(zhǔn)，寫作

(V60)j，其它被切材料的V60與之相比，則得相對加工性Kr為j60rV60(V

)K

已加工表面質(zhì)量切屑控制或斷屑的難易切削力二、常用材料的切削加工性1）碳素鋼低碳鋼wc<0.25%硬度140HBS性軟而韌已加工表面會產(chǎn)生鱗刺，粗加工時，斷屑困難，所以低碳鋼的切削加工性較差。2）中碳鋼wc=0.3%～0.6%硬度180HBS有較好的綜合性能，所以中碳鋼的切削加工性較好。3）高碳鋼wc=0.6%～0.8%硬度230～280HBS所以高碳鋼的切削加工性次于中碳鋼。2）普通鑄鐵金屬基體加游離態(tài)石墨潤滑作用易脫落，表面粗糙崩碎切屑，切屑力、切屑熱集中在刃區(qū)較好的切削加工性改善材料的切削加工性1）采用熱處理改善切削加工性低碳鋼：正火→塑性減小，硬度略有提高高碳鋼：球化退火→硬度降低鑄鐵件：退火→降低表層硬度，消除內(nèi)應(yīng)力2）調(diào)整化學(xué)成分在鋼中添加S、Pb、Ca、P等元素，獲得易切削鋼鑄鐵硅、鋁、鎳、銅