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例1车削直径为¢

60mm的工件的外圆，选定车床主轴转速为600r/mim,问切削速度是多少？

Vc=（πdn）/1000

=3.14×

60×

600/1000

=113m/min

2．进给速度Vf；

进给量f和每齿进给量fz

进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mm／s（或mm／min）。

进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm／r（毫米／转）。

对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定进给速度，却需要规定间歇进给的进给量，其单位为mm／d·

str（毫米／双行程）。

在铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具进行切削时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm／z（毫米／齿）。

显而易见

Vf＝f•n=fz·

z·

n（mm／s或mm／min）（1—2）

对于车削和刨削加工来说，切削深度αp为工件上已加工表面和待加工表问的垂直距离，单位为mm。

外圆柱表面车削时的切削深度可用下式计算

αp=（dw-dm）/2（mm）（1-3）

对于钻削

αp＝dm/2（mm）（1-4）

上两式中dm——已加工表面直径，mm；

dw——待加工表面直径，mm。

二切削用量的选择

切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。

所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。

一、选择切削用量的原则

切削用量选择原则：

能达到零件的质量要求（主要指表面粗糙度和加工精度）并在工艺系统强度和刚性允许下及充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下选取一组最大的切削用量。

二、制订切削用量时考虑的因素

1、切削加工生产率

在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。

然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。

因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。

一般情况下尽量优先增大ap，以求一次进刀全部切除加工余量。

2、机床功率

背吃刀量ap和切削速度Vc增大时，均使对切削功率成正比增加。

进给量f对切削功率影响较小。

所以，粗加工时，应尽量增大进给量。

3、刀具寿命（刀具的耐用度T）

切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为Vc、f、ap。

因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量ap；

然后再选用大的进给量f；

最后求出切削速度Vc。

4、加工表面粗糙度

精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值（见第四章）。

因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。

在较理想的情况下，提高切削速度Vc，能降低表面粗糙度值；

背吃刀量ap对表面粗糙度的影响较小。

综上所述，合理选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量aP，其次选择一个大的进给量f。

最后根据已确定的aP和f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选挥一个合理的切削速度Vc。

三、切削用量选择的传统步骤

1.确定切削深度ap

尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分2次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的2/3～3/4。

2.确定进给量f

粗切时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表）

精切时根据加工表面粗糙度要求确定（计算或查表）

3.确定切削速度v

根据规定的刀具耐用度确定切削速度v

[小结

教学反思：

在经过学习讲解同学们对切削三要素的定义、选择有了一定的了解

在经后的学习当中还得认真学习和讲解，因为切削三要素在加工中是非常重要的。

作业

车削直径为¢

40mm的工件的外圆，选定车床主轴转速为600r/mim,问切削速度是多少？

教学课题切削过程与控制

教学目的学习、掌握切屑形成过程

学习、掌握切屑的形成和种类

教学难点切屑的形成和种类

教学重点切屑的形成和种类

切削力和切削功率

刀具磨损和刀具耐用度

1切屑形成过程

2积屑瘤

3切屑的形成和种类

4切削力和切削功率

5刀具磨损和刀具耐用度

[导入]

切屑过程就如切菜和削苹果的过程是一样的，是刀具从工件表面切除多余材料，从切削形成开始到已经工表面形成为止的完整过程。

[提问]从复习当有多少人可以回答出切屑有哪几种形状？

切屑形成过程

（1）刀具挤压工件，产生变形

（2）滑移

（3）挤裂

（4）切离

一积屑瘤现象

在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。

它的硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。

这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。

1.积屑瘤的形成过程

1）切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。

2）当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。

切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。

3）如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。

4）这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。

2.切屑瘤对切削过程的影响

1）实际前角增大

2）增大切削厚度，可能引起振动

3）是加工表面粗糙度增大

4）对刀具寿命有影响

3.积屑瘤产生原因分析

积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。

一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；

温度与压力太低，不会产生积屑瘤；

反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。

走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。

通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤的主要方法：

1）降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；

2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；

3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；

4）增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力；

5）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。

二．切屑的形成和种类

一、带状切屑

带状切屑是最常见的—种切屑。

它的内表面是光滑的，外表面是毛茸状的；

如用显微镜观察，在侧面上也可以看到剪切面的条纹，但每个层片薄，肉眼看起来大体是平整的。

一般加工塑性金属材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大，得到的往往是这类切屑。

它的切削过程比较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。

二、节状切屑

节状切屑，又称挤裂切屑，和带状切屑不同之处在于外弧表面成锯齿形，内弧表面有时有裂纹。

这种切屑大都在切削速度较低、切屑厚度较大的情况下产生。

三、粒状切屑（单元切削）

当切屑形成时，如果整个剪切面上剪应力超过了材料的破裂强度，则整个单元被切离，成为梯形的粒状切屑。

由于各粒形状相似，所以又叫单元切屑。

四、崩碎切屑

切削脆性金属时，由于材料的塑性很小、抗拉强度较低，刀具切入后，切削层内靠近切削刃和前刀面的局部金属末经明显的塑性变形就在张应力状态下脆断,形成不规则的碎块状切屑,同时使工件加工表面凹凸不平。

工件材料越是硬脆，切削厚度越大时，越容易产生这类切屑。

前三种切屑是切削塑性金属时得到的。

形成带状切屑时切削过程最平稳，切削力的波动最小，形成粒状切屑时切削力波动最大。

在生产中—般最常见到的是带状切屑；

当切削厚度大时，则得到节状切屑，单元切屑比较少见。

在形成节状切屑的情况下，改变切削条件：

进一步减小前角，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑；

反之，如加大前角，提高切削速度，减小切削厚度，则可得到带状切屑。

这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。

三切削力和切削功率

1.切削力

金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。

a.切削力的来源

（1）克服被加工材料对弹性变形的抗力；

（2）克服被加工材料对塑性变形的抗力；

（3）克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。

b.切削合力

（1）Fz——主切削力或切向力。

它的方向与过渡表面相切并与基面垂直。

Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。

（2）Fx——进给力、轴向力或走刀力。

它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。

Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。

　（3）Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。

它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。

Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。

工件在切削过程中产生的振动往往与Fy有关。

四.切削热和切削温度

1.切削热的产生和传导

研究切削热和切削温度也是分析工件加工质量和刀具寿命的重要内容。

切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。

切削用量对切削热的影响

背吃刀量ap>

切削速度v>

进给量f

　　切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。

切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生热量的百分比增高。

切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。

切削过程示意

影响切削热的因素：

a.工件材料的导热性能是影响热量传导的重要因素。

　工件材料的导热系数越低，通过工件和切屑传导出去的切削热量越少，这就必然会使通过刀具传导出去的热量增加。

切削产生的热量不易传出，切削温度因而随之增高，刀具就容易磨损。

刀具材料的导热系数较高时，切削热易从刀具方面导出，切削区域温度随之降低，这有利于刀具寿命的提高。

b.切屑与刀具接触时间的长短，也影响刀具的切削温度。

外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落人机床的容屑盘中，故切屑的热量传给刀具不多。

五.刀具磨损和刀具耐用度

1.刀具磨损的形态及其原因

磨损是连续的、逐渐的。

　刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。

低温区以机械磨损为主，高温区以热、化学磨损为主。

磨损的形态：

1）前刀面磨损

2）后刀面磨损

3）边界磨损

刀具磨损

a.前刀面磨损

　月牙洼磨损的形成过程：

　　切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，由于切屑与前刀面完全是新鲜表面相互接触和摩擦，化学活性很高，反应很强烈，接触面又有很高的压力和温度，接触面积中有80%以上是实际接触，空气或切削液渗入比较困难，因此在前刀面上形成月牙洼磨损。

使刀刃强度降低，易导致刀刃破损。

b.后刀面磨损

　　切削时，工件的新鲜加工表面与刀具后刀面接触，相互摩擦，引起后刀面磨损。

后刀面虽然有后角，但由于切削刃不是理想的锋利，而有一定的钝圆，后刀面与工件表面的接触压力很大，存在着弹性和塑性变形;

因此，后刀面与工件实际上是小面积接触，磨损就发生在这个接触面上。

切削铸铁和以较小的切削厚度切削塑性材料时，主要发生这种磨损，后刀面磨损带往往不均匀。

c.边界磨损

　　切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹。

此两处分别是在主、副切削刃与工件待加工或已加工表面接触的地方。

2.刀具磨损过程及磨钝标准

刀具磨损过程可分为三个阶段:

1）初期磨损阶段这一阶段的磨损较快；

2）正常磨损阶段磨损量随切削时间延长而近似地成比例增加；

3）急剧磨损阶段为保证加工质量，应当避免达到这个磨损阶段。

　磨钝标准：

刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。

为避免直接检测给生产带来的不便，常根据切削中的一些现象来判断是否达到磨钝标准。

3.刀具寿命的经验公式

刀具寿命：

一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命。

刀具总寿命：

对于可重磨刀具，刀具寿命指的是刀具两次刃磨之间所经历的实际切削时间;

而对其从第一次投入使用直至完全报废（经刃磨后亦不可再用）时所经历的实际切削时间，叫做刀具总寿命。

切削用量对刀具寿命的影响：

v>

f>

ap

　刀具的破损：

刀具在一定的切削条件下使用时，如果它经受不住强大的应力，就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。

　破损可认为是一种非正常的磨损，磨损是一个比较缓慢的逐渐发展的刀具表面损伤过程，而破损则是一个突发过程，刹那间使刀具失效。

　刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。

硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。

脆性破损又分为崩刃、碎断、剥落和裂纹破损。

通过学习同学们对这节内容接受和掌握比较快。

复习1-5切削液

教学课题切削液

教学目的切削液分类

切削液的作用

教学难点切削液的作用

教学重点切削液的作用

切削液分类

1切削液分类

2切削液的作用

3使用切削液时的注意事项

[导入]

在切削加工中，合理使用切削液，可以改善切屑、工件与刀具间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，延长刀具使用寿命，并能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高加工精度和减小已加工表面粗糙度。

所以，对切削液的研究和应用应当予以重视。

[提问]洗衣服用的肥皂水能否当切削液？

一切削液分类

金属切削加工中常用的切削液可分为三大类：

水溶液、乳化液、切削油。

1.水溶液

水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。

但是单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。

因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。

2.乳化液

乳化液是将乳化油用水稀释而成。

乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用95—98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。

它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。

为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。

3.切削油

切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。

纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。

在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。

动植物油有良好的“油性”，适于低速精加工，但是它们容易变质，因此最好不用或少用，而应尽量采用其他代用品，如含硫、氯等极压添加剂的矿物油。

二切削液的作用

切削液的冷却作用

切削液能够降低切削温度，从而可以提高刀具使用寿命和加工质量。

在刀具材料的耐热性较差、工件材料的热膨胀系数较大以及两者的导热性较差的情况下，切削液的冷却作用显得更为重要。

切削液冷却性能的好坏，取决于它的导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等。

一般地说，水溶液的冷却性能最好，油类最差，乳化液介于两者之间而接近于水

切削液润滑作用

金属切削时切屑、工件与刀具间的摩擦可分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。

真正的干摩擦只发生在绝对清洁的摩擦表面间，这时摩擦系数很大。

如在真空中两金属表面间的摩擦系数可达10—100，而摩擦力的大小取决于金属的抗剪强度。

在大气中进行金属切削（即干切削）时，虽然刚刚产生的刀—屑摩擦表面是十分清洁的，但是和空气接触后迅速氧化（时间约为百分之一秒到几千分之一秒）[4]，形成氧化膜而降低了磨擦系数（一般在l以下）。

采用切削液以后，其润滑作用又有所提高，可进一步降低摩擦系数，使切削过程进行得更顺利。

在金属切削加工中，大多属于边界润滑。

边界润滑一般分为低温低压边界润滑、高温边界润滑、高压边界润滑和高温高压边界润滑四种。

切削液清洗作用

当金属切削中产生碎屑（如切铸铁）或粉屑（如磨削）时，要求切削液具有良好的清洗作用。

清洗性能的好坏，与切削浓的渗透性、流动性和使用的压力有关。

为了增强切削液的渗透性、流动性，往往加入剂量较大的表面活性剂和少量矿物油，用大的稀释比（水占95％—98％左右）制成乳化液或水溶液；

可以大大提高其清洗效果。

为了提高其冲刷能力，及时冲走碎屑及粉屑，在使用中往往给予一定的压力，并保持足够的流量。

切削液防锈作用

为了减小工件、机床、刀具受周围介质（空气、水分等）的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。

防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的作用。

在气候潮湿地区，对防锈作用的要求显得更为突出。

除以上四个方面以外，对切削液还有价廉、配制方便、性能稳定、不污染环境和对人体无害等要求。

任何一种切削液，都难以全面满足各项要求，只能根据具体条件适当选定品种，发挥其某些主要方面的作用。

三使用切削液时的注意事项

应当根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求，选用不同的切削液。

如选择不当，就得不到应有效果。

常用切削液的配方及其选用可参考附录8。

高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度；

硬质合金刀具粗加工时可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。

精加工切削时（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。

硬质合金刀具精加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当注意提高其润滑性能。

切削高强度钢和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作用都有较高的要求，此时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。

加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。

切削时切削液的施加方法，以浇注法用得最多使用此法时，切削液流量应充足，浇注位置应尽量接近切削区。

深孔加工时，应使用大流量（0.83—2.5L／s）、高压力（1—10MPa）的切削液，以达到有效地冷却、润滑和排屑的目的。

喷离喷嘴的雾状液滴因压力减小，体积骤然膨胀，温度有所下降，从而进一步提高了它的冷却作用。

这种方法叫喷雾冷却法。

这一小节的内容比较简单学生容易接受，上课也比较轻松。

复习23页先进制造技术