金屬切削原理與刀具

34332數(shù)控加工是一般金屬加工技術(shù)的一種進(jìn)展，是一種自動化程度更高的一般加工，它同樣滿足一般的金屬切削加工規(guī)律。本章主要表達(dá)金屬切削原理和刀具的根底學(xué)問，目的是把握金屬加工中的一般規(guī)律。金屬切削過程切削層與切削參數(shù)金屬切削的過程是刀具與工件相互運動、相互作用的過程。刀具與工件的相對運動可以分解為兩個方面，一個是主運動，另一個是進(jìn)給運動。使工件與刀具產(chǎn)生相對運動而進(jìn)展切削的最主要的運動，稱為主運動。刀刃上選定點相對于工件的主運動速度稱為切削速度。主運動特點是運動速度最高，消耗功率最大。主運動一般只有一個。保證金屬的切削能連續(xù)進(jìn)行的運動，稱為進(jìn)給運動。工件或刀具每轉(zhuǎn)或每一行程時，工件和刀具在進(jìn)給運動方向的相對位移量，稱為進(jìn)給量。進(jìn)給運動的特點是運動速度低，消耗功率小。進(jìn)給運動可以有幾個，可以是連續(xù)運動，也可以是間歇運動。如圖2-1所示外圓的車削運動。υ

為切削刃某點切削cυ

為同一點的進(jìn)給運動速度，υf

為兩個運動的合成速度。e2-1外圓車削的切削運動與加工外表金屬切削過程是通過刀具切削工件切削層而進(jìn)展的。在切削過程中，刀具的刀刃在一次走刀中從工件待加工外表切下的金屬層，被稱為切削層。切削層的截面尺寸被稱為切削層參數(shù)。此外，在切削層中需介紹一重要概念－背吃刀量a，對于外圓車削，它指已加工外表與p待加工外表間的垂直距離。數(shù)控加工中最常用的是數(shù)控車與數(shù)控銑兩種加工方式。現(xiàn)以這兩種加工方式為例說明切削層參數(shù)的定義。車削切削層參數(shù)如圖2-2所示，刀具車削工件外圓時，切削刃上任一點走的是一條螺旋線運動軌跡，整個切削刃切削出一條螺旋面。工件旋轉(zhuǎn)一周，車刀由位置III，移動一個進(jìn)給量f，切下金屬切削層。此點的參數(shù)是在該點并與該點主運動方向垂直的平面內(nèi)度量。hD稱為切削層公稱厚度。圖2-2fh ＝sinκfD rκrf或刀具κ

hr

增大。切削層公稱寬度bD

在主切削刃選定點的基面內(nèi)，沿過渡層外表度量的切削層尺寸，稱為切削層公稱寬度。切削層截面的公稱切削寬度為ab＝/sinκaD p rDap增大或者主偏角κrbD

增大。切削層公稱橫截面積AD

在主切削刃選定點的基面內(nèi)，切削層的截面面積，稱為切削層公稱橫截面積。車削切削層公稱橫截面為p銑削切削層參數(shù)p

A ＝h bD D

＝fa銑削的方式主要有端銑與周銑，本文以周銑的銑削方式為例講解。銑削與車削不同，在金屬切削過程中，刀具旋轉(zhuǎn)，工件進(jìn)給移動，保持金屬的連續(xù)切削。銑刀上一般有多個刀刃，所以金屬的銑削是后一刀齒在前一刀齒加工后進(jìn)展切削的，因此銑削的切削層應(yīng)是兩把刀加工面之間的加工層，周銑的切削層參數(shù)定義如下。〔1〕切削層公稱厚度h 在基面內(nèi)度量的相鄰刀齒主切削刃運動軌跡間的距離。如圖D2-3所示，直齒圓柱銑刀刀齒在任意位置的切削厚度。圖示的虛線為前刀齒加工軌跡，當(dāng)現(xiàn)刀齒旋轉(zhuǎn)Φ角時，刀齒在加工軌跡上所在的位置為a點，前刀齒在同樣角度位置時加工軌跡上點為c點，它們之間距離為每齒進(jìn)給量fz，即銑刀每轉(zhuǎn)一齒工件相對銑刀在進(jìn)給方向上的移動距離。依據(jù)定義可知，此點切削層厚度為fh ＝ab=acsinΦ＝sinΦfD z可見，每齒進(jìn)給量或Φ角的增大都將增大切削層公稱厚度。而且，當(dāng)Φ＝0時，切削層厚0，當(dāng)Φ＝Φ

時，切削層厚度最大。1〔2〕b銑削的切削層公稱寬度是指主切削刃與工件切削面的接觸長D度〔近似值。直齒圓柱銑刀銑削的切削層寬度為bD＝ap即切削層寬度等于背吃刀量，值得留意的是，銑削的背吃刀量與一般車削所定義的不同，它是平行于銑刀軸線方向度量的被切削層尺寸，因此，對于圓周銑，背吃刀量為工件在銑刀軸線方向上被切削的尺寸。A直齒圓周銑削的公稱截面面積同樣為切削厚度與背吃刀量D的積，AD

＝h b。D DΦ＝00，Φ＝Φ

時，公稱橫截面面積最大。1圖2-2車削切削層參數(shù) 圖2-3銑削切削層參數(shù)切削過程通過了解金屬切削過程，我們可以懂得金屬是如何切削下來的，能夠理解切削力、刀具磨損與加工外表質(zhì)量等切削加工中的物理現(xiàn)象，為把握提高切削效率，降低本錢和保證加工質(zhì)量等一些加工方法打下根底。金屬切削過程實際是被切削金屬層在刀具的擠壓下產(chǎn)生剪切滑移的塑性變形過程，在切削過程中也有彈性變形，但與塑性變形相比可以無視。而且切削過程中，還會產(chǎn)生積屑瘤，它反過來又對切削產(chǎn)生影響，以下對這兩個方面分別說明。金屬切削過程的變形金屬在加工過程中會發(fā)生剪切和滑移，圖2-4表示了金屬的滑移線和流淌軌跡，其中橫向線是金屬流淌軌跡線，縱向線是金屬的剪切滑移線。圖2-5表示了金屬的滑移過程。由圖可知，金屬切削過程的塑性變形通常可以劃分三個變形區(qū)，各區(qū)特點如下：第一變形區(qū)切削層金屬從開頭塑性變形到剪切滑移根本完成，這一過程區(qū)域稱為第一變形區(qū)。切削層金屬在刀具的擠壓下首先將產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)最大剪切應(yīng)力超過材料的屈服極限時，發(fā)生塑性變形，如圖2-4所示，金屬會沿OA線剪切滑移，OA被稱為始滑移線。隨著刀具的移動，這種塑性變形將逐步增大，當(dāng)進(jìn)入OM線時，這種滑移變形停頓，OM被稱為終滑移線?，F(xiàn)以金屬切削層中某一點的變化過程來說明。由圖2-5所示，在金屬切削過程中，POAP2、3OM4點時這種滑移停頓，2’-2，3’-3，4’-4為各點相對前一點的滑移量。此區(qū)域的變形過程可以通過圖2-5形象表示，切削層在此區(qū)域如同一片片相疊的層片，在切削過程中層片之間發(fā)生了相對滑移。OA與OM之間的區(qū)域就是第一變形區(qū)Ⅰ。第一變形區(qū)是金屬切削變形過程中最大的變形區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)，金屬將產(chǎn)生大量的切0.02～0.2㎜。圖2-4金屬切削過程中滑移線與流線 圖2-5第一變形區(qū)金屬滑移其次變形區(qū) 產(chǎn)生塑性變形的金屬切削層材料經(jīng)過第一變形區(qū)后沿刀具前刀面流出，在靠近前刀面處形成其次變形區(qū)。如圖2-4所示Ⅱ變形區(qū)。在這個變形區(qū)域，由于切削層材料受到刀具前刀面的擠壓和摩擦，變形進(jìn)一步加劇，材料在此處纖維化，流淌速度減慢，甚至停滯在前刀面上。而且，切屑與前刀面的壓力很大，高達(dá)2～3GPa，由此摩擦產(chǎn)生的熱量也使切屑與刀具面溫度上升到幾百度的高溫，切屑底部與刀具前刀面發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象后，切屑與前刀面之間的摩擦就不是一般的外摩擦，而變成粘結(jié)層與其上層金屬的內(nèi)摩擦。這種內(nèi)摩擦與外摩擦不同，它與材料的流淌應(yīng)力特性和粘結(jié)面積有關(guān)，粘結(jié)面積越大，內(nèi)摩擦力也越大。圖2-6顯示了發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象時的摩擦狀況。由圖可知，依據(jù)摩擦狀況，切屑接觸面分為兩個局部：粘結(jié)局部為內(nèi)摩擦，這局部的單位切向應(yīng)力等于材料的屈服強(qiáng)度τ

s此局部的單位切向應(yīng)力由τsσγ的分布狀況，刀尖處，正應(yīng)力最大，逐步減小到零。第三變形區(qū)金屬切削層在已加工外表受刀具刀刃鈍圓局部的擠壓與摩擦而產(chǎn)生2-4所示Ⅲ局部。第三變形區(qū)的形成與刀刃鈍圓有關(guān)。由于刀刃不行能確定銳利，不管承受何種方式刃磨，刀刃總會有一鈍圓半徑γn。一般高速鋼刃磨后γn為3～10μm，硬質(zhì)合金刀具磨后約18～n32μm，如承受細(xì)粒金剛石砂輪磨削，γn損，增加刀刃鈍圓。

最小可到達(dá)3～6μm。另外，刀刃切削后就會產(chǎn)生磨圖2-7表示了考慮刀刃鈍圓狀況下已加工外表的形成過程。當(dāng)切削層以肯定的速度接近OMOaOM方向流出，被刀刃鈍圓擠壓過去，該局部經(jīng)過刀刃鈍圓B點后，受到后刀面BC段的擠壓和摩擦，經(jīng)過BC段后，這局部金屬開頭彈性恢復(fù)，恢復(fù)高度為△h，在恢復(fù)過程中又與后刀面CDOB，BC，CD段的擠壓和摩擦后，形成了已加工外表的加工質(zhì)量。所以說第三變形區(qū)對工件加工外表質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。以上對金屬切削層在切削過程中三個變形區(qū)域變形的特點進(jìn)展了介紹，假設(shè)將這三個區(qū)域綜合起來，可以看作如圖2-8所示過程。當(dāng)金屬切削層進(jìn)入第一變形區(qū)時，金屬發(fā)生剪切圖圖2-6切屑與前刀面的摩擦圖 2-7已加工外表形成過程滑移，并且金屬纖維化，該切削層接近刀刃時，金屬纖維更長并包裹在切削刃四周，最終在O點斷裂成兩局部，一局部沿前刀面流出成為切屑，另一局部受到刀刃鈍圓局部的擠壓和摩擦成為已加工外表，外表金屬纖維方向平行已加工外表，這層金屬具有與基體組織不同的性質(zhì)。積屑瘤的形成及對加工影響2-8刀具的切削完成過程在肯定的切削速度和保持連續(xù)切削的狀況下，2-8刀具的切削完成過程積屑瘤的形成可以依據(jù)其次變形區(qū)的特點來解釋。當(dāng)金屬切削層從終滑移面流出時，受到刀具度上升，擠壓力和溫度到達(dá)肯定的程度時，就產(chǎn)生具粘附的底層時，產(chǎn)生內(nèi)摩擦，這時底層上面金屬消滅加工硬化，并與底層粘附在一起，漸漸長大，2-9所示。積屑瘤的產(chǎn)生與不但與材料的加工硬化有關(guān)，加工硬化性越強(qiáng)，越簡潔產(chǎn)生積屑瘤；溫度與壓力太低不會產(chǎn)生積屑瘤，溫度太高也不會產(chǎn)生積屑瘤。與溫度相對應(yīng)，切削速度太低不會產(chǎn)生積屑瘤，切削速度太高，積屑瘤也不會發(fā)生，由于切削速度對切削溫度有較大的影響。2～3倍，能同刀具一樣對金屬進(jìn)展切削。它對金屬切削過程會產(chǎn)生如下影響。o實際刀具前角增大刀具前角γ 指刀面與基面之間的夾角，其概念將在后節(jié)具體obγ一局部的話，無疑實際刀具前角增大,現(xiàn)為γo＋γb。b

角度，如把切屑瘤看成是刀具刀具前角增大可減小切削力，對切削過程有樂觀的作用。而且，切削瘤的高度Hb

越大，實際刀具前角也越大，切削更簡潔。實際切削厚度增大 由圖2-9可以看出，當(dāng)切削瘤存在時，實際的金屬切削層厚度比無切削瘤時增加了一個△h，明顯，這對工件切削尺寸的掌握是不利的。值得留意的是，D這個厚度△h的增加并不是固定的，由于切D削瘤在不停變化，它是一個產(chǎn)生，長大，最終脫落的周期性變化過程，這樣可能在加工中產(chǎn)生振動。加工后外表粗糙度增大積屑瘤的變化不但是整體，而且積屑瘤本身也有一個變化過程。積屑瘤的底部一般比較穩(wěn)定，而它的頂部極不穩(wěn)定，常常會裂開，然后再形成。裂開的一局部隨切屑排解，另一局部留在加工外表上，使加工外表變得格外粗糙。可以看出，假設(shè)想提高外表加工質(zhì)量，必需掌握積屑瘤的發(fā)生。

2-9積屑瘤對加工影響切削刀具的耐用度降低從積屑瘤在刀具上的粘附來看，積屑瘤應(yīng)當(dāng)對刀具有保護(hù)作用，它代替刀具切削，削減了刀具磨損。但積屑瘤的粘附是不穩(wěn)定的，它會周期性的從刀具上脫落，當(dāng)他脫落時，可能使刀具外表金屬剝落，從而使刀具磨損加大。對于硬質(zhì)合金刀具這一點表現(xiàn)尤為明顯。2-1方法，而在精加工時，他又努力避開積屑瘤的產(chǎn)生，請問這是為什么？在防止積屑瘤方面，你認(rèn)為能用哪些方法。答：依據(jù)本節(jié)積屑瘤對加工的影響分析可知，積屑瘤能增大刀具實際前角，使切削更簡潔，所以這位師傅在粗加工時承受了利用積屑瘤的加工方法，但積屑瘤很不穩(wěn)定，它會周期性地脫落，這就造成了刀具實際切削厚度在變化，影響零件的加工尺寸精度，另外，積屑瘤的剝落和外形的不規(guī)章又使零件加工外表變得格外粗糙，影響零件外表光滑度。所以在精加工階段，這位師傅又努力避開積屑瘤的發(fā)生。依據(jù)積屑瘤產(chǎn)生的緣由可以知道，積屑瘤是切屑與刀具前刀面摩擦，摩擦溫度到達(dá)肯定程度，切屑與前刀面接觸層金屬發(fā)生加工硬化時產(chǎn)生的，因此可以實行以下幾個方面的措施來避開積屑瘤的發(fā)生。首先從加工前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。調(diào)整刀具角度，增大前角，從而減小切屑對刀具前刀面的壓力。調(diào)低切削速度，使切削層與刀具前刀面接觸面溫度降低，避開粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生?；虺惺茌^高的切削速度，增加切削溫度，由于溫度高到肯定程度，積屑瘤也不會發(fā)生。更換切削液，承受潤滑性能更好的切削液，削減切削摩擦。影響切削變形的因素上節(jié)對金屬切削變形的特點作了介紹，這節(jié)將對影響金屬切削變形的因素進(jìn)展分析。主要從工件材料、刀具幾何參數(shù)、切削厚度和切削速度四個方面進(jìn)展介紹。工件材料切屑變形有親熱的關(guān)系。圖2-10顯示了材料強(qiáng)度和切屑變形系數(shù)之間的關(guān)系曲σ標(biāo)ξ表示材料的變形系數(shù)，從圖可以看 ζ數(shù)形越來越小。刀具幾何參數(shù)

系形變材料強(qiáng)度σ2-10材料強(qiáng)度對變形系數(shù)的影響流出方向。由圖2-7可以看到，當(dāng)?shù)毒咔敖铅?增大時，沿刀面流出的金屬切削層將比較平緩O的流出，金屬切屑的變形也會變小。通過對高速鋼刀具所作的切削試驗也證明白這一點。在同樣的切削速度下，刀具前角γ 愈大，材料變形系數(shù)愈小。O此外刀尖圓弧半徑對切削變形也有影響，刀尖圓弧半徑越大，說明刀尖越鈍，對加工表面擠壓也越大，外表的切削變形也越大。切削速度2-11段有一個波峰，這實際是積屑瘤產(chǎn)生的影響。所以切削速度對材料變形的影響分為兩個段，一個是積屑瘤這一段，另一個是無積屑瘤段。2-11切削速度變化的材料變形系數(shù)曲線在積屑瘤增長階段，積屑瘤隨著切削速度的增大而增大，積屑瘤越大，實際刀具前角也越大，ξ也削減。隨著速度的增加，積屑瘤增大到肯定程度又會消退，在消退階段，積屑瘤隨著切削速度的增加而減小，2-12切削速度對剪切面影響2-12切削速度對剪切面影響避開這一積屑瘤段，材料變形系數(shù)是隨著切削速度的增加而減小。主要是由于塑性變形的傳播速度比彈性變形的慢，速度低時，金屬始剪切面為OA，當(dāng)速度增大到肯定值時，金屬流淌速度大于塑性變形速OA面金屬并未充分變形，相當(dāng)于始剪切面后移至O`〔見圖2-12終剪切面OM也后移至第一變形區(qū)后移，使得材料變形系數(shù)減小。另外，速度越大，摩擦系數(shù)減小，材料變形系數(shù)也會減小。切削厚度如圖2-11所示，顯示了進(jìn)給量〔即切削厚度〕對切屑變形的影響。在無積屑瘤段，進(jìn)給f越大，材料的變形系數(shù)ξ越小。切削過程的根本規(guī)律切削力了解切削力對于計算功率消耗，刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計，制定合理的切削用量，確定合理的刀具幾何參數(shù)都有重要的意義。在數(shù)控加工過程中，很多數(shù)控設(shè)備就是通過監(jiān)測切削力來監(jiān)控數(shù)控加工過程以及加工刀具所處的狀態(tài)。切削力分析及切削功率切削力的產(chǎn)生刀具在切削過程中抑制加工阻力所需的力，稱為切削力。從上節(jié)內(nèi)容可以知道，刀具在切削過程中，需抑制切屑的塑性變形，切屑和加工外表對2-13抑制被加工材料對彈性變形的抗力抑制被加工材料對塑性變形的抗力抑制切屑對刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡外表和已加工外表間的摩擦力。切削合力及分力2-14。對這合力F又可以分rF、F、F。車削時的分力如下：f P cFf

——也稱軸向力或走刀力。它是總合力在進(jìn)給方向的分力。它是設(shè)計走刀機(jī)構(gòu)，計算車刀進(jìn)給功率的依據(jù)。背向力FP——也稱徑向力或吃刀力。它是總合力在垂直工作平面方向的分力。此力的反力使工件發(fā)生彎曲變形，影響工件的加工精度，并在切削過程中產(chǎn)生振動。它是機(jī)床零件和車刀強(qiáng)度的依據(jù)。切削力F ——也稱切向力。是總合力在主運動方向上的分力。是計算車刀強(qiáng)度，設(shè)計c機(jī)床零件，確定機(jī)床功率的依據(jù)。圖2-13切削力的產(chǎn)生 圖2-14切削合力及分解2-14可知F2F2F2＝r c DFFD F2F2F2＝D

與背向力Fp

的合力因此總合力為

p fF2F2F2F2＝r c p f

〔2-1〕在刀具主偏角κ

＝45o,刀具刃傾角λr

＝0，刀具前角γ ＝1o時〔這些刀具參數(shù)在后節(jié)O將進(jìn)展具體介紹，依據(jù)試驗FFFf P c

三力之間有如下關(guān)系：F ＝〔0.4～0.5〕FP cF ＝〔0.3～0.4〕Ff cF ＝〔1.12～1.18〕Fr c不過，依據(jù)車刀材料、車刀幾何參數(shù)、切削用量、工件材料和車刀磨損等狀況不同，F(xiàn)、fF、FP

三力之間比例有較大變化。切削功率切削過程中所消耗的功率稱為切削功率P

2-14Fc

在力的方fcFFfc

所做的功。依據(jù)功率公式：切削功率Pc

＝〔Fυc c

＋Fn/1000×10-3KW 〔2〕fff式中，F(xiàn)c〔㎜〕

切削力

切削速度〔m/mi，F(xiàn)c

進(jìn)給力〔，n工件轉(zhuǎn)速〔r/s，f進(jìn)給量Ff

消耗功率一般小于1％～2％，可以無視不計，因此功率公式可簡化為P ＝Fυc c

×10-3KWc切削力的計算在生產(chǎn)過程中，切削力的計算一般承受閱歷公式，主要有以下兩種。指數(shù)公式指數(shù)公式應(yīng)用較廣，它的形式如下：F ＝Cc Fc

aFCfxPx

Fcυycy

FcKnFncF ＝Cp Fp

aFPfxpx

nFpKc Fp

〔2-3〕F ＝Cf Ff

aFfxpx

yFfυc

FfKnFnf上式中，CFc

、C F Fp

為被加工金屬的切削條件系數(shù)，K F Fc p

、K 為當(dāng)加工Ff條件與閱歷公式條件不同時的修正系數(shù)。以上系數(shù)和指數(shù)都可以通過資料查表得到。單位切削力公式單位切削力指單位切削面積上的切削力。K= Fcc AD

= Fca p

〔N/㎜2〕 (2-4)cFc切削力AD切削面積〔㎜2ap背吃刀量(㎜)f進(jìn)給量〔/rc

可以查表。依據(jù)以上公式能求出切削力，然后依據(jù)背向力和進(jìn)給力與切削力的比例關(guān)系估出其余兩力。單位切削力可以通過資料查表得到。影響切削力的因素影響切削力的因素很多，主要有以下幾個方面。工件材料工件材料的強(qiáng)度，硬度，加工硬化力量以及塑性變形的程度都對切削力產(chǎn)生影響。一般材料的強(qiáng)度愈高，硬度越大，加工硬化性越強(qiáng)，塑性變形越大，加工此材料所需的切削力也越大。有多種因素影響時，綜合考慮。如奧氏體不銹鋼，雖然強(qiáng)度、硬度低，但加工硬化力量大，因此切削力也較大。銅、鋁塑性變形大，但加工硬化小，切削力較低。熱處理對切削力的影響是通過轉(zhuǎn)變材料的硬度來施加的。切削用量apf影響D p A＝afafD p 積的增大將使變形力和摩擦力增大，切削力也將增大，但兩者對切削力影響不同。雖然背吃刀量與進(jìn)給量對切削力的影響都成正比關(guān)系，但由于進(jìn)給量的增大會減小切削apf大。在生產(chǎn)中，如機(jī)床消耗功率相等，為提高生產(chǎn)效率，一般承受提高進(jìn)給量而不是背吃刀量的措施。切削速度切削速度對切削力的影響與對變形系數(shù)的影響一樣，都有馬鞍形變化，積屑瘤產(chǎn)生在積屑瘤消逝階段，切削力漸漸增大，積屑

325300Fc2-15。

到達(dá)最大，以后又開頭

8 275c9(cF刀具幾何參數(shù)刀具前角在刀具幾何參數(shù)中前角γ 對切削力影O響最大。切削力隨著前角的增大而減小。這切削力相應(yīng)減小。

力削250切

40 80 120 160 200切削速度υ(m/min)2-15切削速度對切削力影響刀具主偏角κ

和刀尖圓弧半徑r主偏角對切削力Fc的影響不大，κ ＝r60o～75o時，F(xiàn)c最小，因此，主偏角κr

＝7o的車刀在生產(chǎn)中應(yīng)用較多。主偏角

的變化rFp

Ff

影響較大。背向力隨主偏角的增大而減小，進(jìn)給力隨主偏角的增大而增大。刀尖圓弧半徑增大，切削變形增大，切削力也增大。相當(dāng)于κ

減小對切削力影響。r刀具刃傾角λ

〔其概念將在后節(jié)具體論述〕s試驗說明，刃傾角λ

Fs

影響不大，但對背向力FP

影響較大。當(dāng)刃傾角由正值向負(fù)值變化時，背向力FP刀具材料與切削液

漸漸增大，因此工件彎曲變形增大，機(jī)床振動也增大。刀具材料影響到它與被加工材料摩擦力的變化，因此影響切削力的變化。同樣的切削條件，陶瓷刀切削力最小，硬質(zhì)合金次之，高速鋼刀具切削力最大。切削液的正確應(yīng)用，可以降低摩擦力，減小切削力。切削熱與切削溫度金屬的切削加工中將會產(chǎn)生大量切削熱，切削熱又影響到刀具前刀面的摩擦系數(shù)，積屑瘤的形成與消退，加工精度與加工外表質(zhì)量、刀具壽命等。切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)在金屬切削過程中，切削層發(fā)生彈性與塑性變形，這是切削熱產(chǎn)生的一個重要緣由，另外，切屑、工件與刀具的摩擦也產(chǎn)生了大量的熱量。因此，切削過程中切削熱由以下三個區(qū)域產(chǎn)生：剪切面，切屑與刀具前刀面的接觸區(qū)，刀具后刀面與工件過渡外表接觸區(qū)。金屬切削層的塑性變形產(chǎn)生的熱量最大，即主要在剪切面區(qū)產(chǎn)生，可以通過下式近似計算出切削熱量：Q＝Fc

υ〔J/s〕 (2-5)c實際上是切削力所做的功。其中切削力Fc〔，切削主運動速度υc〔m/。切削產(chǎn)生的熱量主要由切屑、刀具、工件和四周介質(zhì)〔空氣或切削液〕傳出，如不考慮切削液，則各種介質(zhì)的比例參考如下：〔1〕車削加工切屑，50％～86％；刀具，10％～40％；工件，3％～9％；空氣，1％。切削速度越高，切削厚度越大，切屑傳出的熱量越多?！?〕鉆削加工切屑，28％；刀具，14.5％；工件，52.55％。切削溫度的分布圖2-16，圖2-17顯示了切削溫度的分布狀況，通過兩圖，可以了解切削溫度有以下分布特點：切削最高溫度并不在刀刃，而是離刀刃有肯定距離。對于451㎜處前刀面的溫度最高。后刀面溫度的分布與前刀面類似，最高溫度也在切削刃四周，不過比前刀面的溫度低。終剪切面后，沿切屑流出的垂直方向溫度變化較大，越靠近刀面，溫度越高，這說明切屑在刀面四周被摩擦升溫，而且切屑在前刀面的摩擦熱集中在切屑底層。圖2-16 切削溫度的分布 圖2-17 切削不同材料溫度分布工件材料：低碳易切鋼；刀具γ

＝30oO

，α ＝7oo

切削速度υ

＝30m/min，f＝0.2m/rch＝0.6mm，切削速度υD

＝22.86m/min，干切削， 1－45鋼-YT15；2－GCr15-YT14；3－鈦合金c預(yù)熱611o BT2-YG8；4－BT2—YT15影響切削溫度的因素切削用量c依據(jù)試驗得到車削時切削用量三要素υ 、a、f和切削溫度θc高速鋼刀具(45鋼)：θ＝〔140～170〕a0.080.1f0203v035045p硬質(zhì)合金刀具(45鋼)：θ＝320a005f015v026041p上式說明，切削用量三要素υ

、、中，切削速度υafc paf

對溫度的影響最顯著，由于指數(shù)c32f，進(jìn)給量增加一倍，溫度約升p18a7％。主要的緣由是速度增加，使摩擦熱增多；f增加，切削變數(shù)減小，切屑帶走的熱量也增多，所以熱量增加不多；背吃刀量的增加，使切削寬度增加，顯著增加熱量的散熱面積。p刀具的幾何參數(shù)影響切削溫度的主要幾何參數(shù)為前角γ 與主偏角κ 。前角γ 增大，切削溫度降低。因o r o前角增大時，單位切削力下降，切削熱削減。主偏角κ減小，因此切削溫度也下降。工件材料

減小，切削寬度b 增大，切削厚度D工件材料的強(qiáng)度、硬度和導(dǎo)熱系數(shù)對切削溫度影響比較大。材料的強(qiáng)度與硬度增大時，單位切削力增大，因此切削熱增多，切削溫度上升。導(dǎo)熱系數(shù)影響材料的傳熱，因此導(dǎo)熱系數(shù)大，產(chǎn)生的切削溫度高。例如，低碳鋼，強(qiáng)度與硬度較低，導(dǎo)熱系數(shù)大，產(chǎn)生的切削溫度4545鋼高。切削液切削液對切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度都有很大關(guān)系。切削液的導(dǎo)熱性越好，溫度越低，則切削溫度也越低。從導(dǎo)熱性能方面來看，水基切削液優(yōu)于乳化液，乳化液優(yōu)于油類切削液。刀具磨損與耐用度在金屬切削過程中，刀具總會發(fā)生磨損，刀具的磨損與刀具材料，工件材料性質(zhì)以及切削條件都有關(guān)系，通過把握刀具磨損的緣由及進(jìn)展規(guī)律，能懂得如何選擇刀具材料和切削條件，保證加工質(zhì)量。刀具的磨損形式前刀面磨損前刀面磨損的特點是在前刀面上離切削刃小段距離有一月牙洼，隨著磨損的加劇，主要是月牙洼漸漸加深，洼寬變化并不是很大。但當(dāng)洼寬進(jìn)展到棱邊較窄時，會發(fā)生崩刃。磨損KT表示。這種磨損一般不多。后刀面磨損后刀面磨損的特點是在刀具后刀面上消滅與加工外表根本平行的磨損帶。如圖2-18，它C、B、N三個區(qū)：C區(qū)是刀尖區(qū)，由于散熱差，強(qiáng)度低，磨損嚴(yán)峻，最大值VC；B區(qū)處于磨損帶中間，磨損均勻，最大磨損量

N區(qū)處于切削刃與待加工外表的相交處，磨損嚴(yán)峻，磨損量以VN表示，此區(qū)域的磨損也叫邊界磨損，加工鑄件、鍛件等外皮粗糙的工件時，這個區(qū)域簡潔磨損。破損刀具破損比例較高，硬質(zhì)合金刀具有50％～60％是破損。特別是用脆性大的刀具連續(xù)切削或加工高硬度材料時，破損較嚴(yán)峻。它又分為以下幾種形式：崩刃特點是在切削刃產(chǎn)生小的缺口，尺寸與進(jìn)給量相當(dāng)。硬質(zhì)合金刀具連續(xù)切削時簡潔產(chǎn)生。剝落特點是前后刀面上平行于切削刃剝落一層碎片，常與切削刃一起剝落。陶瓷刀具端銑常發(fā)生剝落，另外硬質(zhì)合金刀具連續(xù)切削也發(fā)生。裂紋特點是垂直或傾斜于切削刃有熱裂紋。由于長時間連續(xù)切削，刀具疲乏而引起。塑性破損特點是刀刃發(fā)生塌陷。是由于切削時高溫高壓作用引起的。圖2-18 車刀的磨損〔a〕刀具的磨損形態(tài)〔b〕月牙洼的位置〔c〕磨損的測量位置刀具的磨損緣由刀具的磨損緣由主要有以下幾種：硬質(zhì)點磨損由于工件材料中含有一些碳化物、氮化物、積屑瘤殘留物等硬質(zhì)點雜質(zhì)，在金屬加工過程中，會將刀具外表劃傷，造成機(jī)械磨損。低速刀具磨損的主要緣由是硬質(zhì)點磨損。粘結(jié)磨損加工過程中，切屑與刀具接觸面在肯定的溫度與壓力下，產(chǎn)生塑性變形而發(fā)生冷焊現(xiàn)象后，刀具外表粘結(jié)點被切屑帶走而發(fā)生的磨損。一般，具有較大的抗剪和抗拉強(qiáng)度的刀具抗粘結(jié)磨損力量強(qiáng)，如高速鋼刀具具有較強(qiáng)的抗粘結(jié)磨損力量。集中磨損由于切削時高溫作用，刀具與工件材料中的合金元素相互集中，而造成刀具磨損。硬質(zhì)合金刀具和金剛石刀具切削鋼件溫度較高時，常發(fā)生集中磨損。金剛石刀具不宜加工鋼鐵材TiC、TiN、AlO

等，能有效提高抗集中磨損力量。2 3氧化磨損O硬質(zhì)合金刀具切削溫度到達(dá)700o～800o時，刀具中一些C、C、TiC等被空氣氧化，在O刀具表層形成一層硬度較低的氧化膜，當(dāng)氧化膜磨損掉后在刀具外表形成氧化磨損。相變磨損在切削的高溫下，刀具金相組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，引起硬度降低造成的磨損?？偟膩碚f，刀具磨損可能是其中的一種或幾種。對肯定的刀具和工件材料，起主導(dǎo)作用的是切削溫度。在低溫區(qū)，一般以硬質(zhì)點磨損為主；在高溫區(qū)以粘結(jié)磨損、集中磨損、氧化磨損等為主。刀具破損緣由在斷續(xù)切削條件下，由于猛烈的機(jī)械與熱沖擊，超過刀具材料強(qiáng)度，引起刀具破損。一般，由于硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具由粉末燒結(jié)而成，簡潔產(chǎn)生破損。在自動化和數(shù)控機(jī)床上，這個問題尤為突出，需要實行一些措施，如提高韌性、使抗彎強(qiáng)度提高等，防止刀具破損。斷續(xù)切削時，在交變機(jī)械載荷作用下，降低了刀具材料的疲乏強(qiáng)度，簡潔引起機(jī)械裂紋而破損。此外，由于切削與空切的變化，刀具外表溫度發(fā)生周期性變化，簡潔產(chǎn)生熱裂紋，又在機(jī)械力的混和作用下，發(fā)生破損。刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到肯定程度，將不能使用，這個限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。一般以刀具外表的磨損量作為衡量刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。由于刀具后刀面的磨損簡潔測量，所1/2背吃刀量處后刀面上測量的磨損帶寬VB準(zhǔn)可參考相關(guān)手冊。實際生產(chǎn)中，考慮到不影響生產(chǎn)，一般依據(jù)切削中發(fā)生的一些現(xiàn)象來推斷刀具是否磨鈍。例如是否消滅振動與特別噪音等。刀具耐用度從刀具刃磨后開頭切削，始終到磨損量到達(dá)刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所用的總切削時間被稱為刀具耐用度，單位為分鐘。影響刀具耐用度的主要因素如下：切削用量切削速度對切削溫度的影響最大，因而對刀具磨損的影響也最大。通過耐用度試驗，可2-19所示的υ－T對數(shù)曲線，由圖看出，速度與耐用度的對數(shù)成正比關(guān)系，進(jìn)一步c通過直線方程求出切削速度與刀具耐用度之間有如下數(shù)學(xué)關(guān)系υ Tm=Cc o

(2-6)

切削速度m/miT刀具耐用度c〔mim指數(shù)表示υ －T之間影響指數(shù)；cCom2-19中直線斜率，從中可看出，m越大，速度對刀具耐用度影響也m＝0.1～0.125；硬質(zhì)合金刀具m＝0.2～0.3；陶瓷刀具m＝0.4。 圖2-19 υ －T曲線c增加進(jìn)給量f與背吃刀量ap，刀具耐用度都將下降。由前節(jié)，進(jìn)給量增大對溫升的影響比背吃刀量大，因而進(jìn)給量的增加對刀具耐用度影響相對大些。刀具幾何參數(shù)增大前角γ ，切削力減小，切削溫度降低，刀具耐用度提高。不過前角太大，刀具強(qiáng)度o變低，散熱變差，刀具壽命反而下降。減小主偏角κrrε，能增加刀具強(qiáng)度，降低切削溫度，從而提高刀具耐用度。工件材料工件材料的硬度、強(qiáng)度和韌性越高，刀具在切削過程中的產(chǎn)生的溫度也越高，刀具耐用度也越低。刀具材料一般狀況下，刀具材料紅硬性越高，則刀具耐用度就越高。刀具耐用度的凹凸在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。如加工合金鋼，在切削條件一樣時，陶瓷刀具耐用度比硬質(zhì)合金刀具高。承受涂層刀具材料和使用型刀具材料，能有效提高刀具耐用度。切削參數(shù)的選擇刀具幾何角度刀具幾何角度是確定刀具切削局部幾何外形的重要參數(shù)，它的變化直接影響金屬加工的質(zhì)量。本節(jié)主要介紹反映了各種刀具根本形態(tài)的車刀幾何角度，另外也對銑刀作了介紹。刀具根本概念2-20A——切屑沿其流出的外表。γA——與過渡外表相對的面。αAα

ˊ——與已加工外表相對的面。主切削刃——前刀面與主后刀面相交形成的刀刃。副切削刃——前刀面與副后刀面相交形成的刀刃。刀具的幾何角度是在肯定的平面參考系中確定的，一般有正交平面參考系、法平面參考2-21基面p——過切削刃選定點平行或垂直刀具安裝面〔或軸線〕的平面。r切削平面p——過切削刃選定點與切削刃相切并垂直于基面的平面。spo

——過切削刃選定點同時垂直于切削平面和基面的平面。p、p、pr s n

三平面組成，其中：pn

——過切削刃選定點并垂直于切削刃的平面。p、p、pr f p

三平面組成，其中：假定工作平面p——過切削刃選定點平行于假定進(jìn)給運動方向并垂直于基面的平面。f背平面p——過切削刃選定點和假定工作平面與基面都垂直的平面。圖圖2-21 正交平面參考系圖2-20 車刀的切削局部刀具的標(biāo)注角度這里所講刀具幾何角度是在正交平面參考系確定，是刀具工作圖上標(biāo)注的角度，亦稱標(biāo)2-22所示，車刀各標(biāo)注角度如下：前角γp

內(nèi)，前刀面與基面之間的夾角。o o后角α ——在正交平面p內(nèi)，主后刀面與基面之間的夾角。o o主偏角κ ——主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角。rλ

——在切削平面p

內(nèi)，主切削刃與基面pr

的夾角。以上四角中，前角γo

后角α

分別是確定前刀面與后刀面方位的角度，而主偏角κ 與o rλ

是確定主切削刃方位的角度。和以上四個角度相對應(yīng)，又可定義確定副后刀面和副s切削刃的如下四角：副前角γˊ、副后角αo

o

ˊ、副傾角λ r s銑刀的刀具標(biāo)注幾何角度有自己的特點。圖2-23顯示了圓柱形銑刀的標(biāo)注幾何角度。圖圖2-22 車削刀具幾何角度圖2-23 圓柱形銑刀幾何角度圖中可以看出，圓柱形銑刀基面pr

為過切削刃選定點和刀具軸線的平面，即與主切削速度垂直的平面。切削平面ps

同樣為過該切削刃選定點與切削刃相切并與基面垂直平面。刀具的工作角度刀具在工作狀態(tài)下的切削角度稱為刀具的工作角度。刀具的工作角度是在刀具工作參考系下確定的。如工作正交參考系下的參考平面為：pre

ve

垂直的平面。p——過切削刃選定點與切削刃相切并垂直于工作基面的平面。se工作正交平面p ——過切削刃選定點并與工作基面和工作正交面都垂直的平面。oe和標(biāo)注角度類似，在其它參考系下也定義了相應(yīng)的參考平面，如法平面參考系下的p、rep、pse

；工作平面參考系下的pre

、p、pfe

。同樣也定義了與標(biāo)注角度相對應(yīng)的工作角度，γ、α 、κ oe oe re

等。se fe fe刀具的安裝位置與進(jìn)給運動都會影響刀具工作角度，以下分別說明?！?〕刀具安裝位置對刀具工作角度影響刀刃安裝凹凸對工作前、后角的影響如圖2-24所示，當(dāng)切削點高于工件中心時，此時工作基面與工作切削面與正常位置相應(yīng)θθθ角。Sinθ＝2h/d如刀尖低于工件中心，則工作角度變化與之相反。內(nèi)孔鏜削時與加工外外表狀況相反。導(dǎo)桿中心與進(jìn)給方向不垂直對工作主、副偏角的影響2-25θ角時，刀具標(biāo)注工作角度的假定工作平面與pfeθκθ角，有：

增〔或減小工作副偏角κ 減〔或增大，re re圖2-24 刀刃安裝凹凸的影響圖2-25 刀桿中心偏斜的影響κre圖2-24 刀刃安裝凹凸的影響圖2-25 刀桿中心偏斜的影響

reˊ＝κr θ〔2〕進(jìn)給運動對刀具工作角度的影響pp2-26所示，當(dāng)車螺紋s r時，工作切削平面pse

p成μs

角，因工作基面與切削面f垂直，因此工作基面也繞基面旋轉(zhuǎn)μf角。從圖可以看到，在正交平面內(nèi)，刀具的工作角度為：γ＝γ＋μoe o

α ＝α －μoe o otgμf＝f/πdwtgμo＝tgμfsinκr＝fsinκr/πdww式中，ff為螺距；d工件直徑即螺紋外徑。w由上式右螺紋的車削可看出，刀具工作前角增大，工作后角減??；如車左螺紋，則與之相反。同時，可知當(dāng)進(jìn)給量f較小時，縱向進(jìn)給對刀具工作角度的影響可無視，因此在一般的外圓車削中，因進(jìn)給量小，常不考慮其對工作角度的影響。刀具幾何參數(shù)的合理選擇圖圖2-26 進(jìn)給運動對刀具角度影響〔如前角、后角、主偏角等、刀面形式〔如平面前刀面、倒棱前刀面等〕和切削刃外形〔直線形、圓弧形〕等。選擇刀具考慮的因素很多，主要有工件材料、刀具材料、切削用量、工藝系統(tǒng)剛性等工藝條件以及機(jī)床功率等。以下所述是在肯定切削條件下的根本選擇方法，要選擇好刀具幾何參數(shù)，必需在生產(chǎn)實踐中不斷摸索、總結(jié)、提煉才能把握。前角和前刀面外形的選擇前角的選擇刀具前角是一個重要的刀具幾何參數(shù)。在選擇刀具前角時，首先應(yīng)保證刀刃銳利，同時也要兼顧刀刃的強(qiáng)度與耐用度。但兩者又是一對沖突，需要依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的條件，考慮各種因素，以到達(dá)一平衡點。刀具前角增大，刀刃變銳利，可以減小切削的變形，減小切屑流出刀前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削功率，切削時產(chǎn)生的熱量也減小，提高刀具耐用度。但由于刀刃銳利，楔角過小，刀刃的強(qiáng)度也自然會降低。而且，刀具前角增大到肯定程度時，刀頭散熱體積減小，這種因素變大時，又將使切削溫度上升，刀具耐用度降低。刀具前角的合理選擇，主要由刀具材料和工件材料的種類與性質(zhì)打算。①刀具材料由于刀具前角增大，將降低刀刃強(qiáng)度，因此在選擇刀具前角時，應(yīng)考慮刀具材料的性質(zhì)。刀具材料的不同，其強(qiáng)度和韌性也不同，強(qiáng)度和韌性大的刀具材料可以選擇大的前角，而脆5o～10o；陶瓷刀具，前角常0o～-15o2-27示出了不同刀具材料韌性的變化。立方氮化硼刀具 陶瓷刀具 硬質(zhì)合金刀具 高速鋼刀具刀具韌性增加，前角取大②工件材料

2-27不同刀具材料的韌性變化工件材料的性質(zhì)也是前角選擇考慮的因素之一。加工鋼件等塑性材料時，切屑沿前刀面流出時和前刀面接觸長度長，壓力與摩擦較大，為減小變形和摩擦，一般承受選擇大的前角。如加工鋁合金取γo＝25o～35oγo＝20o～25γo＝10o～1o，當(dāng)加工高強(qiáng)度鋼時，為增加切削刃，前角取負(fù)值。加工脆性材料時，切屑為碎狀，切屑與前刀面接觸短，切削力主要集中在切削刃四周，受沖擊時易產(chǎn)生崩刃，因此刀具前角相對塑性材料取得小些或取負(fù)值，以提高刀刃的強(qiáng)度。如加工灰鑄鐵，取較小的正前角。加工淬火鋼或冷硬鑄鐵等高硬度的難加工材料時，宜取負(fù)前角。一般用正前角的硬質(zhì)合金刀具加工淬火鋼時，剛開頭切削就會發(fā)生崩刃。③加工條件刀具前角選擇與加工條件也有關(guān)系。粗加工時，因加工余量大，切削力大，一般取較小的前角；精加工時，宜取較大的前角，以減小工件變形與外表粗糙度；帶有沖擊性的斷續(xù)切削比連續(xù)切削前角取得小。機(jī)床工藝系統(tǒng)好，功率大，可以取較大的前角。但用數(shù)控機(jī)床加工時，為使切削性能穩(wěn)定，宜取較小的前角。④其它刀具參數(shù)前角的選擇還與刀具其它參數(shù)和刀面外形有關(guān)系，特別是與刃傾角有關(guān)。如負(fù)倒棱〔如圖2-28(b)角度γo1〕的刀具可以取較大的前角。大前角的刀具常與負(fù)刃傾角相匹配以保證切削刃的強(qiáng)度與抗沖擊力量。一些先進(jìn)的刀具就是針對某種加工條件改進(jìn)而設(shè)計的?？傊?，前角選擇的原則是在滿足刀具耐用度的前提下，盡量選取較大前角。2-12-2所示。工件材料合理前角/〔O工件材料合理前角/〔O〕工件材料合理前角/〔O〕奧氏體15～30馬氏體15～－5≥HRC40－5～－10≥HRC50－10～－15高強(qiáng)度鋼8～－10灰鑄鐵≤0.44520～25碳鋼≤0.55815～20不銹鋼σ/GPab≤0.78412～15≤0.985～1040Cr正火13～18淬硬鋼調(diào)質(zhì)10～15≤220HBS10～15>200HBS5～10鈦及鈦合金5～15純銅25～35變形高溫合金5～15銅 黃銅15～35鑄造高溫合金0～10〔脆黃銅〕5～15高錳鋼8～－5鋁及鋁合金鋁及鋁合金25～3550～60鉻錳鋼－2～－5軟橡膠前刀面外形、刃區(qū)外形及其參數(shù)的選擇①前刀面外形前刀面外形的合理選擇，對防止刀具崩刃、提高刀具耐用度和切削效率、降低生產(chǎn)本錢2-28是幾種前刀面外形及刃區(qū)剖面形式：正前角鋒刃平面型〔圖2-28(a)〕特點是刃口較銳利，但強(qiáng)度差，γo不能太大，不易折屑。主要用于高速鋼刀具，精加工鑄鐵、青銅等脆性材料。刀具材料σb刀具材料σb(GPa)≤0.784高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷25o12o～15o10o>0.78420o10o5o(b)(c)(b)(c)(d)(e)2－28前刀面外形及刃區(qū)剖面形式正前角鋒刃平面型(b)帶倒棱的正前角平面型(c)負(fù)前角平面型(d)曲面型(e)鈍圓切削刃型帶倒棱的正前角平面型〔圖2-28(b)〕特點是切削刃強(qiáng)度及抗沖擊力量強(qiáng)，同樣條件下可以承受較大的前角，提高了刀具耐用度。主要用于硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具，加工鑄鐵等脆性材料。負(fù)前角平面型〔圖2-28(c)〕特點是切削刃強(qiáng)度較好，但刀刃較鈍，切削變形大。主要用于硬脆刀具材料。加工高強(qiáng)度高硬度材料，如淬火鋼。圖示類型負(fù)前角后部加有正前角，有利于切屑流出，很多刀具并無此角，只有負(fù)角。曲面型〔圖2-28(d)〕特點是有利于排屑、卷屑和斷屑，而且前角較大，切削變形小，所受切削力也較小。在鉆頭、銑刀、拉刀等刀具上都有曲面前面。鈍圓切削刃型〔圖2-28(e)〕特點是切削刃強(qiáng)度和抗沖擊力量增加，具有肯定的消振作用。適用于陶瓷等脆性材料。②刃區(qū)外形以上可以看出，為了提高刀具性能，一些前刀面與倒棱和刃部外形相結(jié)合。倒棱是提高刀刃強(qiáng)度的有效措施。由上圖看出，倒棱是沿切削刃研磨出很窄的負(fù)前角棱面。當(dāng)?shù)估膺x擇合理時，棱面將形成滯留金屬三角區(qū)。切屑仍沿正前角面流出，切削力增大不明顯，而切削刃加強(qiáng)并受到三角區(qū)滯留金屬的保護(hù)，同時散熱條件改善，刀具壽命明顯提高。特別對于硬質(zhì)合金和陶瓷等脆性刀具，粗加工時，效果更顯著，可提高刀具耐用度1～5倍。另外，倒棱也使切削力的方向發(fā)生變化，在肯定程度上改善刀片的受力狀況，減小對切削刃產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力重量，從而提高刀具耐用度。倒棱參數(shù)的最正確值與進(jìn)給量有親熱關(guān)系。通常取bγ1

＝0.2～1㎜或bγ1

＝〔0.3～0.8〕f。bγ1

≤0.5f，γ01＝-5o～-10o。加工硬皮的鍛件或鑄鋼件，機(jī)床剛度與功率允許的狀況下，倒棱負(fù)角可減小到-30o，高速鋼倒棱前角γ ＝0o～5o，硬質(zhì)合金刀具γ ＝-5o～-10o。沖擊比較大，負(fù)倒棱寬度可取b01 01 γ1＝〔1.5～2〕f。對于進(jìn)給量很小〔f≤0.2mm/r〕的精加工刀具，為使切削刃銳利和減小刀刃鈍圓半徑，一般不磨倒棱。加工鑄鐵、銅合金等脆性材料的刀具，一般也不磨倒棱。鈍圓切削刃是在負(fù)倒棱的根底上進(jìn)一步修磨而成，或直接鈍化處理成。切削刃鈍圓半徑比鋒刃增大了肯定的值，在切削刃強(qiáng)度方面獲得與負(fù)倒棱一樣的效果，但比負(fù)倒棱更有利于消退刃區(qū)微小裂紋，使刀具獲得較高耐用度。而且刃部鈍圓對加工外表有肯定的整軋和消振作用，有利于提高加工外表質(zhì)量。rn

有小型〔rn

＝0.025～0.05㎜，中型〔rn

＝0.05～0.1mm〕和大型〔rn

＝0.1～0.15㎜〕三種。需要依據(jù)刀具材料、工件材料和切削條件三方面選擇。i陶瓷刀片一般要求負(fù)倒棱且?guī)Т笮外g圓切削刃。WC基硬質(zhì)合金刀具一般承受中型鈍圓刀刃。TC基硬質(zhì)合金刀具在中型與大型之間。i工件材料的性質(zhì)也影響鈍圓半徑的選擇。易切削金屬的加工，一般承受鋒刃或小型鈍圓半徑；切削灰鑄鐵和球墨鑄鐵等材質(zhì)分布不均而簡潔產(chǎn)生沖擊的加工材料，通常承受中型鈍圓半徑刀具加工；切削高硬度合金材料，一般承受中型或大型鈍圓半徑刀具加工。后角及外形的選擇后角的選擇2.1.2然后又彈性回復(fù)的過程，使刀具與加工外表產(chǎn)生摩擦，刀具后角越小，則與加工外表接觸的擠壓和摩擦面越長，摩擦越大。因此，后角的主要作用是減小刀具后刀面與加工外表的摩擦，另外當(dāng)前角固定時，后角的增大與減小能增大和減小刀刃的銳利程度，轉(zhuǎn)變刀刃的散熱，從而影響刀具的耐用度。后角的選擇主要考慮因素是切削厚度和切削條件。切削厚度試驗說明，合理的后角值與切削厚度有親熱關(guān)系。當(dāng)切削厚度hD〔f〕較小時，切削刃要求銳利，因而后角αo

應(yīng)取大些。如高速鋼立銑刀，每齒進(jìn)給量很小，后角取到16o。DhD

α ＝4o～8o；精車時，為保證加工外表質(zhì)量，αo

＝8o～12o。車刀合理后角在≤0.25㎜/r時，fof

＝10o～12o；在>0.25㎜/r時，αfof

＝5o～8o。o工件材料工件材料強(qiáng)度或硬度較高時，為加強(qiáng)切削刃，一般承受較小后角。對于塑性較大材料，已加工外表易產(chǎn)生加工硬化時，后刀面摩擦對刀具磨損和加工外表質(zhì)量影響較大時，一般取較大后角。如加工高溫合金時，α ＝10o～15o。o選擇后角的原則是，在不產(chǎn)生摩擦的條件下，應(yīng)適當(dāng)減小后角。后面外形的選擇為削減刃磨后面的工作量，提高刃磨質(zhì)量，在硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具上通常把后面做成雙重后面，如圖2-29(a)所示。沿主切削刃和副切削刃磨出的窄棱面被稱為刃帶。對定尺寸刀具磨出刃帶的作用是為制造刃磨刀具時有利于掌握和保持尺寸精度，同時在切削時提高切削的平穩(wěn)性和減小振動。一般刃帶寬在ba1

＝0.1～0.3㎜范圍，超過肯定值將增大摩擦，降ba1

＝0.1～0.3㎜，α ＝-5o～-1o的消振棱，如圖2-29(b)。o(b)2-29后面外形主偏角、副偏角的選擇

雙重后角(b)負(fù)后角刃帶消振主偏角的選擇a主偏角的選擇對刀具耐用度影響很大。由于依據(jù)切削層參數(shù)內(nèi)容可知，在背吃刀量 與apf不變時，主偏角κ

減小將使切削厚度hr

減小，切削寬度bD

增加，參與切削的切削刃長度也相應(yīng)增加切削寬度b，切削刃單位長度上的受力減小，散熱條件也得到改善。而且，D主偏角κ 減小時，刀尖角增大，刀尖強(qiáng)度提高，刀尖散熱體積增大。所以，主偏角κ 減小，r r能提高刀具耐用度。但主偏角的減小也會產(chǎn)生不良影響。由于依據(jù)切削力分析可以得知，主

減小，將使背向力F

增大，從而使切削時產(chǎn)生的撓度增大，降低加工精度。同時背向力的增大將引起振動，因此對刀具耐用度和加工精度產(chǎn)生不利影響。由上述分析可知主偏角κ 的增大或減小對切削加工既有有利的一面也有不利的一面，r在選擇時應(yīng)綜合考慮。其主要選擇原則有以下幾點：工藝系統(tǒng)剛性較好時〔工件長徑比l/d<6，主偏角

可以取小值。如當(dāng)在剛度w w r好的機(jī)床上加工冷硬鑄鐵等高硬度高強(qiáng)度材料時，為減輕刀刃負(fù)荷，增加刀尖強(qiáng)度，提高刀具耐用度，一般取比較小的值，κ ＝10o～30o。r工藝系統(tǒng)剛性較差時〔工件長徑比l/d＝6～12，或帶有沖擊性的切削，主偏角w wκ 可以取大值，一般κ ＝60o～75o，甚至主偏角κ 可以大于90o，以避開加工時振r r r動。硬質(zhì)合金刀具車刀的主偏角多為60o～75o。依據(jù)工件加工要求選擇。當(dāng)車階梯軸時κ ＝90o；同一把刀具加工外圓、端面和倒r角時，κ ＝45o。r副偏角的選擇副偏角κ ˊ的大小將對刀具耐用度和加工外表粗糙度產(chǎn)生影響。副偏角的減小，將可降r低殘留物面積的高度，提高理論外表粗糙度值，同時刀尖強(qiáng)度增大，散熱面積增大，提高刀具耐用度。但副偏角太小又會使刀具副后刀面與工件的摩擦，使刀具耐用度降低，另外引起加工中振動。因此，副偏角的選擇也需綜合各種因素。工藝系統(tǒng)剛性好時加工高強(qiáng)度高硬度材料一κ ＝5o～10o加工外圓及端面，r能中間切入，κ

＝45o。r工藝系統(tǒng)剛度較差時，粗加工、強(qiáng)力切削時，κ薄壁件，κ ＝o～10o。r切斷切槽，κ ＝1o～o。r

＝10o～15o；車臺階軸、瘦長軸、r副偏角的選擇原則是，在不影響摩擦和振動的條件下，應(yīng)選取較小的副偏角。刀尖外形的選擇主切削刃與負(fù)切削刃連接的地方稱為刀尖。該處是刀具強(qiáng)度和散熱條件都很差的地方。切削過程中，刀尖切削溫度較高，格外簡潔磨損，因此增加刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖對已加工外表粗糙度有很大影響。κ

和副偏角κr

ˊr強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，但同時也增大了背向力F，使得工件變形增大并引起振動。但如在主、副切削p刃之間磨出倒角刀尖。則既可增大刀尖角，又不會使背向力Fp

2-30(a)所示。2-30刀具的過渡刃倒角刃(b)圓弧刃(c)修光刃倒角刀尖的偏角一般取κ

＝1κ b〔1～

a2-30(b)rε 2 r ε

5 4 pｒε

＝0.5～1.5ｒε

＝1～3增大ｒε

，刀具的磨損和破損都可減小，不過，此時背向力Fp

也會增大，簡潔引起振動?？紤]到脆性大的刀具對振動敏感因素，一般硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具的刀尖圓弧半徑ｒε

值較??；f精加工ｒ選取比粗加工小。精加工時，還可修磨出κ＝0ob”＝〔1.2～1.5〕與fε rε進(jìn)給方向平行的修光刃，切除掉殘留面積，如圖2-30(c)所示。這種修光刃能在進(jìn)給量較大時，還能獲得較高的外表加工質(zhì)量。如用階梯端銑刀精銑平面時，承受1～2個帶修光刃的刀齒，既簡化刀齒調(diào)整，又提高加工效率和加工外表質(zhì)量。刃傾角的選擇λ

p

pr

掌握切屑的流向。當(dāng)λ

為負(fù)值時，切屑將流向已加工外表，并形成長螺卷屑，簡潔損害加工s外表。但切屑流向機(jī)床尾座，不會對操作者產(chǎn)生大的影響，如圖2-31(a)所示。如當(dāng)λ 為正s值，切屑將流向機(jī)床床頭箱，影響操作者工作，并簡潔纏繞機(jī)床的轉(zhuǎn)動部件，影響機(jī)床的正常運行，如圖2-31(b)所示。但精車時，為避開切屑擦傷工件外表，λ 可承受正值。另外，s刃傾角λ 的變化能影響刀尖的強(qiáng)度和抗沖擊性能。當(dāng)λ 取負(fù)值時，刀尖在切削刃最低點，s s切削刃切入工件時，切入點在切削刃或前刀面，保護(hù)刀尖免受沖擊，增加刀尖強(qiáng)度。所以，一般大前角刀具通常選用負(fù)的刃傾角，既可以增加刀尖強(qiáng)度，又避開刀尖切入時產(chǎn)生的沖擊。2-3。適用范圍精車瘦長軸精車有色金屬粗車一般鋼和適用范圍精車瘦長軸精車有色金屬粗車一般鋼和粗車余量不均、淬 沖擊較大的斷續(xù)車大刃傾角薄鑄鐵硬鋼等削切屑λ 值s00～5050～10000～－50－50～－100－50～－150450～7502-31刃傾角對切屑流向的影響〔a〕-λ

切屑流向已加工外表方向〔b〕+λs

切屑流向待加工外表方向s以上各種刀具參數(shù)的選擇原則只是單獨針對該參數(shù)而言，必需留意的是，刀具各個幾何角度之間是相互聯(lián)系相互影響的。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)依據(jù)加工條件和加工要求，綜合考慮各種因素，合理選擇刀具幾何參數(shù)。如在加工硬度較高的工件材料時，為增加切削刃強(qiáng)度，一般取較小后角，但加工淬硬鋼等特硬材料時，常常承受負(fù)前角，但楔角較大，如適當(dāng)增加后角，則既有利于切削刃切入工件，又提高刀具耐用度。以下一例具體講解了某刀具各種刀具參數(shù)的選用。p2-2】如圖2-32所示大切深強(qiáng)力車刀，刀具材料YT15，一般用于中等剛性車床上，a＝15～20f＝0.25～0.4mm/r。試對該刀具的刀具幾何參數(shù)進(jìn)展分析。p答：此刀具主要幾何參數(shù)及作用如下：取較大前角，γ ＝200～250，能減小切O削變形，減小切削力和切削溫度。主切削刃承受負(fù)倒棱，br1

＝0.5f，γ

＝－200～－250，提高切削O1刃強(qiáng)度，改善散熱條件。后角值較小，α ＝4o～6o，而且磨制成o雙重后角，主要是為提高刀具強(qiáng)度，提高刀具的刃磨效率和允許刃磨次數(shù)。主偏角較大，κ ＝70o，副偏角也較大，rκ ＝15o，以降低切削力F和背向力F，避開產(chǎn)r c p生振動。刀尖外形承受倒角刀尖加修光刃，倒角

＝45o，bε

＝1～2mm，修光刃b”＝1.5f，主要是提高刀尖強(qiáng)度，增大散熱體積。修光刃目的是修光加工外表殘留面積，提高加工外表的質(zhì)量。

圖2-32 75o大切深強(qiáng)力車刀λ

＝－40～－60，提高s刀具強(qiáng)度，避開刀尖受沖擊。切削用量的選擇切削用量是切削加工過程中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量的總稱。切削用量的選擇，對加工效率、加工本錢和加工質(zhì)量都有重大的影響。切削用量的選擇需要考慮機(jī)床、刀具、工件材料和工藝等多種因素。切削用量的選擇原則和方法所謂合理的切削用量是指充分利用機(jī)床和刀具的性能，并在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率與低加工本錢的切削用量。在切削生產(chǎn)率方面，在不考慮關(guān)心工時狀況下，有P＝Ao

υfap

Ao

為與工件尺寸有關(guān)的系數(shù)，從中可以看出，切削用量三要素υ ，f，ap任何一個參數(shù)增加一倍，生產(chǎn)率相應(yīng)提高一倍。但從刀具壽命與切削用量三要pT＝CpT

p〕υ對生產(chǎn)率影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量最小ap。因此，在刀具耐用度肯定，從提高生產(chǎn)率角度考慮，對于切削用量的選擇有一個總的原則：首先選擇盡量大的背吃刀量，其次選擇最大的進(jìn)給量，最終是切削速度。固然，切削用量的選擇還要考慮各種因素，最終才能得出一種比較合理的最終方案。自動換刀數(shù)控機(jī)床主軸或裝刀所費時間較多，所以選擇切削用量要保證刀具加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于半個工作班。以下對切削用量三要素選擇方法分別論述。背吃刀量的選擇背吃刀量的選擇依據(jù)加工余量確定。切削加工一般分為粗加工、半精加工和精加工幾道工序，各工序有不同的選擇方法。粗加工時〔外表粗糙度R50～12.5μm，在允許的條件下，盡量一次切除該工序的全部a余量。中等功率機(jī)床，背吃刀量可達(dá)8～10㎜。但對于加工余量大，一次走刀會造成機(jī)床功率或刀具強(qiáng)度不夠；或加工余量不均勻，引起振動；或刀具受沖擊嚴(yán)峻消滅打刀這幾種狀況，需2/3～3/4左1/3～1/4左右。半精加工時〔外表粗糙度R6.3～3.2μm，背吃刀量一般為0.5～2㎜。精加工時〔外表a粗糙度R1.6～0.8m，背吃刀量為0.～0.4㎜。a進(jìn)給量的選擇粗加工時，進(jìn)給量主要考慮工藝系統(tǒng)所能承受的最大進(jìn)給量，如機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，刀具強(qiáng)度與剛度，工件的裝夾剛度等。精加工和半精加工時，最大進(jìn)給量主要考慮加工精度和外表粗糙度。另外還要考慮工件材料，刀尖圓弧半徑、切削速度等。如當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑增大，切削速度提高時，可以選擇較大的進(jìn)給量。在生產(chǎn)實際中，進(jìn)給量常依據(jù)閱歷選取。粗加工時，依據(jù)工件材料、車刀導(dǎo)桿直徑、工件直徑和背吃刀量按表2-4進(jìn)展選取，表中數(shù)據(jù)是閱歷所得，其中包含了導(dǎo)桿的強(qiáng)度和剛度，背吃刀量a〔mm背吃刀量a〔mm〕工件車刀刀桿尺寸工件直徑≤3>3～5p>5～8>8～12>12材料〔mm〕〔mm〕進(jìn)給量?〔mm/r〕碳素構(gòu)造鋼、合金構(gòu)造鋼耐熱鋼200.3～0.4－－－－400.4～0.50.3～0.4－－－16×25600.5～0.70.4～0.60.3～0.5－－1000.6～0.90.5～0.70.5～0.60.4～0.5－4000.8～1.20.7～1.00.6～0.80.5～0.6－200.3～0.4－－－－20×30400.4～0.50.3～0.4－－－600.6～0.70.5～0.70.4～0.6－－25×251000.8～1.00.7～0.90.5～0.70.4～0.7－4001.2～1.41.0～1.20.8～1.00.6～0.90.4～0.6400.4～0.5－－－－16×25601000.6～0.80.8～1.20.5～0.80.7～1.00.4～0.60.6～0.8－0.5～0.7－－4001.0～1.41.0～1.20.8～1.00.6～0.8－20×3040600.4～0.50.6～0.9－0.5～0.8－0.4～0.7－－－－1000.9～1.30.8～1.20.7～1.00.5～0.78－25×254001.2～1.81.2～1.61.0～1.30.9～1.00.7～0.9鑄鐵及合金鋼工件的剛度等工藝系統(tǒng)因素。如從表可以看到，在背吃刀量肯定時，進(jìn)給量隨著導(dǎo)桿尺寸和工件尺寸的增大而增大。加工鑄鐵時，切削力比加工鋼件時小，所以鑄鐵可以選取較大的進(jìn)給量。精加工與半精加工時，可依據(jù)加工外表粗糙度要求按表選取，同時考慮切削速度和刀尖圓弧半徑因素。如表2-5所示。有必要的話，還要對所選進(jìn)給量參數(shù)進(jìn)展強(qiáng)度校核，最終要依據(jù)機(jī)床說明書確定。鑄鐵及合金鋼表面粗糙度切削速度范圍工表面粗糙度切削速度范圍工件材料 0.5刀尖圓弧半徑ｒ〔㎜〕1.0 2.0〔m〕 (m/min)進(jìn)給量?〔㎜/r〕鑄鐵、青銅、鋁合金Ra10～5>500.40～0.550.55～0.650.65～0.70<500.18～0.250.25～0.300.30～0.40碳鋼及合金鋼Ra5～2.5Ra10～50.25～0.400.40～0.500.50～0.60Ra5～2.5Ra2.5～1.25不限0.15～0.250.10～0.150.25～0.400.15～0.200.40～0.600.20～0.35<500.30～0.500.45～0.600.55～0.70>500.25～0.300.30～0.350.35～0.50<500.100.11～0.150.15～0.22Ra2.5～1.2550～100>1000.11～0.160.16～0.200.16～0.250.20～0.250.25～0.350.25～0.35在數(shù)控加工中最大進(jìn)給量受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。選擇進(jìn)給量時，還應(yīng)留意零件加工中的某些特別因素。比方在輪廓加工中，選擇進(jìn)給量時，應(yīng)考慮輪廓拐角處的超程問題。特別是在拐角較大、進(jìn)給速度較高時，應(yīng)在接近拐角處適當(dāng)降低進(jìn)給速度，在拐角后漸漸升速，以保證加工精度。加工過程中，由于切削力的作用，機(jī)床、工件、刀具系統(tǒng)產(chǎn)生變形，可能使刀具運動滯此外，還應(yīng)充分考慮切削的自然斷屑問題，通過選擇刀具幾何外形和對切削用量的調(diào)整，使排屑處于最順暢狀態(tài)，嚴(yán)格避開長屑纏繞刀具而引起故障。切削速度的選擇a確定了背吃刀量ap

，進(jìn)給量fT，則可以按下面公式計算或由表確定切削速度υn。cυ ＝ CV k

〔2-4〕cmx y v60T avfvp公式中各指數(shù)和系數(shù)可以由表2-6k為一系列修正系數(shù)乘積，各修正系數(shù)可v2-72-8得出。半精加工和精加工時，切削速度υ

，主要受刀具耐用度和已加工外表質(zhì)量限制，在選取c切削速度υ

時，要盡可能避開積屑瘤的速度范圍。c進(jìn)給量系數(shù)與指數(shù)值工件材料進(jìn)給量系數(shù)與指數(shù)值工件材料刀具材料f(mm/r)Cvxvyvm外圓縱車碳素構(gòu)造YT15鋼〔干切〕W18Cr4V〔加切削液〕YG6〔干切〕外圓縱車灰鑄鐵W18Cr4V〔干切〕f≤0.32910.150.200.2f≤0.72420.150.350.2f>0.72350.150.450.2f≤0.2567.20.250.330.125f>0.25430.250.660.125f≤0.4189.80.150.200.2f>0.41580.150.400.2f≤0.25240.150.300.1f>0.2522.70.150.400.1工件材料加工鋼：硬質(zhì)合金KMV工件材料加工鋼：硬質(zhì)合金KMVC=0.637/σb高速鋼 KMVC=C(0.637/σMb)nvcKMVCC=1.0;nMvc=vc=-1.0加工灰鑄鐵:硬質(zhì)合金KMV=(190/HBS)1.25高速鋼CKMVC=(190/HBS)1.7毛坯狀況鑄鋼、鑄鐵無外皮 棒料 鍛件 Cu－Al合金K一般帶砂皮SVcKTVYG8YG6YG3灰鑄鐵0.831.01.15主偏角κr鋼KkrV灰鑄鐵K/krvcκ”r1.00.90.80.8－0.850.5－0.60.9刀具材料 鋼YT50.65YT140.8YT151YT301.4YG80.430o45o60o75o90o1.1310.920.860.811.210.880.830.7330o30o30o30o30oKK/krvc10.970.940.910.87刀尖半徑ｒ1mm234Kr vKrcεvc0.941.01.031.13B×H刀桿尺寸K12×2016×1616×2520×2020×3025×2525×4030×3030×4540×4040×60BVCKBVC0.930.9711.041.081.12高速鋼刀具硬質(zhì)合金刀具加工高速鋼刀具硬質(zhì)合金刀具加工硬度量未 涂 層涂層材料HBS(mm)υ?υ〔m/min〕?材料υ?易切碳鋼低碳中碳低碳碳 中鋼 碳高碳低碳合金鋼中碳高碳高強(qiáng)度鋼〔m/min〕(mm/r)焊接式可轉(zhuǎn)位〔mm/r〕(m/min)(mm/r)155~900.18~0.2185~240220~2750.18TY15320~4100.18100~200441~700.40135~185160~2150.50TY14215~2750.40834~550.50110~145130~1700.75TY5170~2200.501520.21652000.18TY153050.18175~2254400.401251500.50TY142000.408300.501001200.75TY51600.50125~225143~460.18140~150170~1950.18TY15260~2900.18434~330.40115~125135~1500.50TY14170~1900.40827~300.5088~100105~1200.75TY5135~1500.50134~400.18115~130150~1600.18TY15220~2400.18175~275423~300.4090~100115~1250.50TY14145~1600.40820~260.5070~7890~1000.75TY5115~1250.50130~370.18115~130140~1550.18TY15215~2300.18175~275424~270.4088~95105~1200.50TY14145~1500.40818~210.5069~7684~950.75TY5115~1200.50141~460.18135~150170~1850.18TY15220~2350.18125~225432~370.40105~120135~1450.50TY14175~1900.40824~270.5084~95105~1150.75TY5135~1450.50134~410.18105~115130~1500.18TY15175~2000.18175~275426~320.4085~90105~1200.40~0.50TY14135~1600.40820~240.5067~7382~950.50~0.75TY5105~1200.50130~370.18105~115135~1450.18TY15175~1900.18175~275424~270.4084~90105~1150.50TY14135~1500.40818~210.5066~7282~900.75TY5105~1200.50120~260.1890~105115~1350.18TY15150~1850.18225~350415~200.4069~8490~1050.40TY14120~1350.40812~150.5053~6669~840.50TY590~1050.50646665切削速度的選取原則是：粗車時，因背吃刀量和進(jìn)給量都較大，應(yīng)選較低的切削速度，精加工時選擇較高的切削速度；加工材料強(qiáng)度硬度較高時，選較低的切削速度，反之取較高切削速度；刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。高速切削技術(shù)超高速切削技術(shù)的技術(shù)思想和內(nèi)涵二十世紀(jì)三十年月，薩爾蒙〔C.Salomon〕經(jīng)過爭論推測出，當(dāng)高速加工金屬時，切削速度與切削溫度有如下關(guān)系：當(dāng)切削速度大于肯定值后，切削速度增加越快，其切削溫度愈降低，可以實現(xiàn)改善材料的切削性、降低切削阻力和提高加工精度的目的，而且刀具不簡潔產(chǎn)高速切削技術(shù)目前還沒統(tǒng)一的定義，一般指承受超硬材料的刀具，通過極大地提高切削速度和進(jìn)給速度，來提高材料切除率、加工精度和加工外表質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。以主軸轉(zhuǎn)速界定：高速加工的主軸轉(zhuǎn)速≥10000r/min。高速切削技術(shù)的切削速度范圍高速切削技術(shù)涉及到多種切削方法：車、銑、磨等。一般切削速度范圍因不同的加工方法和不同的工件材料而異，通常高速車削切削速度的范圍為700～7000m/min，高速銑削的范圍為300～6000m/min，高速磨削50～300m/s。一些定義了切削速度的下限，如德國schulz1200m/min900m/min500m/min。高速切削技術(shù)的特點5～103～6倍。切削力小。較常規(guī)切削降低至少30％，徑向力降低更明顯。這有利于減小工件受力變形，適合加工薄壁件和瘦長件。切削熱少。加工過程快速，95％以上的切削熱被切屑帶走，工件集聚熱量少，溫升低，適于加工易氧化和易產(chǎn)生熱變形的零件。加工精度高。刀具激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)固有頻率，不易產(chǎn)生振動；又因切削力小，熱變形小，剩余應(yīng)力小，易于保證加工精度和外表質(zhì)量。工序集約化。可獲得高的加工精度和低的外表粗糙度，在肯定的條件下，可對硬表面加工，從而使工序集約化。這對模具加工有特別意義。高速切削技術(shù)的應(yīng)用高速切削技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，現(xiàn)主要用于以下幾個領(lǐng)域：在航空工業(yè)輕合金的加工。飛機(jī)制造業(yè)是最早承受高速銑削的行業(yè)。飛機(jī)上的零件通常承受“整體制造法”，即在整體上“掏空”加工以形成多筋薄壁構(gòu)件，其金屬切除量相當(dāng)大，這正是高速切削的用武之地。鋁合金的切削速度已達(dá)1500m/min～5500m/min7500m/min(美國)。60HRC的模具鋼，加工外表粗糙度值又很小，淺腔大曲率半徑的模具完全可用高速銑削來代替電加工；對深腔小曲率的，可用高速銑削加工作為粗加工和半精加工，電加工只作為精加工。這樣可使600m/min～800m/min。汽車工業(yè)是高速切削的又一應(yīng)用領(lǐng)域。汽車發(fā)動機(jī)的箱體、氣缸蓋多用組合機(jī)床加工。國外汽車工業(yè)及上海群眾、上海通用公司，凡技術(shù)變化較快的汽車零件，如：氣缸蓋的氣門數(shù)目及參數(shù)常常變化，現(xiàn)一律用高速加工中心來加工。鑄鐵的切削速750m/min～4500m/min。2.4切屑的掌握切屑的類型由于工件材料不同，工件在加工過程中的切削變形也不同，因此所產(chǎn)生的切屑類型也多2-33所示。圖〔〔b〔c〔〕四種切屑中，其中前三種屬于加工塑性材料所產(chǎn)生的切屑，第四種為加工脆性材料的切屑?，F(xiàn)對這四種類型切屑特點分別介紹。帶狀切屑此類切屑的特點是外形為帶狀，內(nèi)外表比較光滑，外外表可以看到剪切面的條紋，呈毛2-33〔a〕所示。這是加工塑性金屬時最常見的一種切屑。一般切削厚度較小，切削速度高，刀具前角大時，簡潔產(chǎn)生這類切屑。此時切削力波動小，已加工表面質(zhì)量好。擠裂切屑擠裂切屑外形與帶狀切屑差不多，不過它的外外表呈鋸齒形，內(nèi)外表一些地方有裂紋。如圖2-33〔b〕所示。此類切屑一般在切削速度較低，切削厚度較大，刀具前角較小時產(chǎn)生。切削過程不太穩(wěn)定，切削力波動較大，已加工外表粗糙值較大。單元切屑在切削速度很低，切削厚度很大狀況下，切削鋼以及鉛等材料時，由于剪切變形完全達(dá)2-33〔c〕所示。這種切屑類型較少。此時切削力波動最大，已加工外表粗糙值較大。崩碎切屑如圖2-33〔d〕所示，此類切屑為不連續(xù)的碎屑狀，外形不規(guī)章，而且加工外表也凹凸不平。主要在加工白口鐵、高硅鑄鐵等脆硬材料時產(chǎn)生。不過對于灰鑄鐵和脆銅等脆性材料，產(chǎn)生的切屑也不連續(xù)，由于灰鑄鐵硬度不大，通常得到片狀和粉狀切屑，高速切削甚至為松散帶狀，這種脆性材料產(chǎn)生切屑可以算中間類型切屑。這時已加工工件外表質(zhì)量較差，切削過程不平穩(wěn)。以上切屑雖然與加工不同材料有關(guān)，但加工同一種材料承受不同的切削條件也將產(chǎn)生不同的切屑。如加工塑性材料時，一般得到帶狀切屑，但假設(shè)前角較小，速度較低，切削厚度較大時將產(chǎn)生擠裂切屑；如前角進(jìn)一步減小，再降低切削速度，或加大切削厚度，則得到單元切屑。把握這些規(guī)律，可以掌握切屑外形和尺寸，到達(dá)斷屑和卷屑目的。2-33切屑類型帶狀切屑(b)擠裂切屑(c)單元切屑〔d〕崩碎切屑切屑的折斷當(dāng)對切屑不進(jìn)展掌握時，產(chǎn)生的切屑一般到肯定長度自行折斷。如不對切屑進(jìn)展人為的折斷，往往對操作者和設(shè)備造成影響。ch圖2-34顯示了切屑的折斷過程。在圖2-34〔a〕中，厚度為h 的切屑受到斷屑臺推力chρF 作用而產(chǎn)生彎曲，并產(chǎn)生卷曲應(yīng)變。在連續(xù)切削的過程中，切屑的卷曲半