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1、第二章金属切削的基本知识一、切削运动一、切削运动 切削运动切削运动是指在切削过程中刀具与工件之间的相对运是指在切削过程中刀具与工件之间的相对运动，它包括主运动和进给运动。动，它包括主运动和进给运动。1.1.主运动主运动：是指机床或人力提供的主要运动，它是把工件上多余金属层切下来的基本运动，是切下切屑最基本的运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。2.2.进给运动进给运动：是指由机床或人力提供的运动，使金属层不断投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。由于金属切削加工方式的不同，这两种运动的表现形式也不相同。如下图所示为几种主要切削加工的运动形式。第一节第一节 切削运动与切削要素

2、切削运动与切削要素第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素切削运动实例第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素v几点说明：几点说明：v 1）主运动通常只有一个，进给运动可以是个；v 2）主运动和进给运动可有刀具单独实现，但工件单独实现很困难；v 3）切削运动一般都是简单的运动；v 4）主运动和进给运动可同时也可交替进行；v 5）一般主运动速度比较高，大部分切削功率消耗于主运动。第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素待加工表面待加工表面需要切去金属的表面。已加工表面已加工表面切削后得到的表面。过渡表面过渡表面正在被切削的表面。过渡表面亦称为切削表面或加工表面。二、

3、切削要素二、切削要素 切削要素包括切削要素包括切削用量切削用量和和切削层横截面切削层横截面要素。要素。1.1.切削用量切削用量 切削用量包括切削用量包括切削速度切削速度、进给量进给量、背吃刀量背吃刀量三个要素。三个要素。（1 1）切削速度切削速度v vc c：在单位时间内，刀具在单位时间内，刀具(或工件或工件)沿主运动方沿主运动方向的相对位移的瞬时速度向的相对位移的瞬时速度,单位是单位是 m/sm/s。旋转运动：旋转运动：往复运动往复运动：ccn （2 2）进给量进给量 f f：主运动在主运动在每行程每行程(或每转或每转)内内,工件与刀工件与刀具之间沿进给运动方向的相具之间沿进给运动方向的相对

4、位移量对位移量,单位单位mm/r mm/r。刀具移动的速度刀具移动的速度vfvf与与进给量进给量 f f 的关系的关系:v vf f =fn/60(mm/s)=fn/60(mm/s)其中其中 ：f mm/r f mm/r n r/min n r/min（3 3）背吃刀量背吃刀量(吃刀深度吃刀深度)a ap p ：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。加工表面与已加工表面的垂直距离。深度。加工表面与已加工表面的垂直距离。返回车削、镗孔、扩孔、车削、镗孔、扩孔、车削、镗孔、扩孔、车削、镗孔、扩孔、铰孔铰孔铰孔铰孔:a a a ap pp

5、p=(=(=(=(dwdwdwdw-dm)/2-dm)/2-dm)/2-dm)/2dwdwdwdw -待加工表面直径待加工表面直径待加工表面直径待加工表面直径dm dm dm dm-已加工表面直径已加工表面直径已加工表面直径已加工表面直径钻削：钻削：钻削：钻削：a a a ap pp p=dm/2=dm/2=dm/2=dm/2dm dm dm dm-已加工表面直径已加工表面直径已加工表面直径已加工表面直径 选择切削用量的选择切削用量的基本顺序基本顺序是：首先，尽量选择较大是：首先，尽量选择较大的的背吃刀量背吃刀量；其次，在工艺装备和技术条件允许的情；其次，在工艺装备和技术条件允许的情况下选择最

6、大的况下选择最大的进给量进给量；最后，再根据刀具耐用度确；最后，再根据刀具耐用度确定合理的定合理的切削速度切削速度。选择原则：选择原则：被吃刀量ap进给量f切削速度vc粗加工机床功率、系统刚度允许机床功率、系统刚度允许情况下尽可能大，最好一情况下尽可能大，最好一次走刀切去全部余量，如次走刀切去全部余量，如需多次走刀，第一次也要需多次走刀，第一次也要大些（大些（80%左右）左右）考虑机床功率考虑机床功率精加工考虑刀具耐用考虑刀具耐用度度,积屑瘤积屑瘤 机床进给系机床进给系统功率和刚统功率和刚度、刀具和度、刀具和工件所能承工件所能承受的切削力受的切削力的限制、表的限制、表面粗糙度面粗糙度 主要考虑

7、工件表主要考虑工件表面粗糙度面粗糙度2.2.切削层横截面要素切削层横截面要素 切削层切削层是指刀具与工件相对移动一个进给量时，相邻两个过渡表面之间的部分。切削层横截面要素包括切削宽度、切削厚度和切削面积三个要素。(1)切削宽度（aw）：指刀具切削刃与工件的接触长度，单位是mm。若车刀主偏角kr,则 （2）切削厚度（ac）:指刀具或工件每移动一个进给量时，刀具切削刃相邻的两个位置之间的距离，单位是mm。车外圆：（3）切削面积（Ac）:指切削层横截面的面积，单位是 。第二节 切削对加工表面的影响切削形成：切削形成：弹性变形塑性变形挤裂切离切屑制造技术切削过程：切削过程：三个变形区（1）第一变形区（

8、2）第二变形区：（3）第三变形区：制造技术切屑种类：切屑种类：1 1）带状切屑带状切屑外形连绵不断，与前刀面接触的面很光滑，背面呈毛茸状。用较大前角、较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料时，容易得到带状切屑。制造技术 2）崩碎切屑崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料时，切削层产生弹性变后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块状屑片，称为崩碎切屑。切屑形状随着切削条件不同而变化。例如，加大前角、提高切削速度或减小进给量可将节状切屑变成带状切屑。因此，生产上常根据具体情况采取不同措施得到所需的切屑，以保证切削顺利进行。3）节状切屑节状切屑切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹。采用较低的切削速

9、度和较大的进给量切削中等硬度的钢件时，容易得到节状切屑。制造技术(1)带状切屑带状切屑(2)节状切屑节状切屑(3)粒状切屑粒状切屑(4)崩碎切屑崩碎切屑切屑的种类制造技术粗糙较粗糙较光洁表面质量表面质量Ra波动大、振动波动更大有波动平稳波动小切削力切削力脆性材料脆性材料铸铁、黄铜同同中等硬度中等硬度(中碳钢)塑性好塑性好工件材料工件材料再大较大小f、ap再减小小大o再降低较低高Vc崩碎切屑崩碎切屑粒状切屑粒状切屑节状切屑节状切屑带状切屑带状切屑金属切削过程及伴生的物理现象金属切削过程及伴生的物理现象一、切削对表面轮廓及表面粗糙度值得影响一、切削对表面轮廓及表面粗糙度值得影响 切削对表面轮廓及表

10、面粗糙度值得影响主要有以下几个方面：1.残余面积残余面积 2.积屑瘤积屑瘤 （1）积屑瘤的形成 切削塑性材料时，由于切屑底面与前刀面的挤压和剧烈摩擦，使切屑底层的流动速度低于上层的流动速度，形成滞流层。当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑本身分子间结合力时，滞流层的部分新鲜金属就会粘附在刀刃附近，形成楔形的积屑瘤（2）对加工的影响 1）积屑瘤影响积屑瘤影响：保护刀具，提高刀具的寿命；加工表面质量下降。2）控制积屑瘤措施控制积屑瘤措施：控制高或低的切削速度；减小进给量、背吃刀量；使用高效切削液研磨刀具前面；增大刀具前角；加工前对工件采取适当热处理。制造技术3.振动波纹振动波纹 产生的原因：产

11、生的原因：工艺系统刚性不足、切削力不稳定 产生的后果：产生的后果：加工表面出现周期性的纵横向波纹，增大表面粗糙度；严重时，会引起崩刀打刀，加速刀具的磨损。二、表层材质变化 1.加工硬化加工硬化 加工硬化加工硬化是指在切削过程中，工件已加工表面受刀刃和后面的挤压和摩擦而产生塑性变形，使表层组织发生变化，硬度显著提高的现象。硬化层深度可达到0.020.03mm,表层硬度约为工件材料的1.22倍。制造技术 对加工硬化的影响因素：对加工硬化的影响因素：刀具几何参数、切削条件、工件材料。2.残余应力残余应力残余应力残余应力是指在没有外力作用的条件下，物体内部保持平衡而存留的应力。产生表层残余应力的原因原

12、因：机械应力引起的塑性变形、热应力引起的塑性变形和相变引起的体积变化。三者综合决定残余应力的性质、大小和分布。综上所述，要解决此类问题可以从刀具材料、刀具角度、切削用量、工件材料、切削液等多方面着手。制造技术第三节 切 削 力切削时将刀具切入工件，使工件发生变形而成为切屑所需要的力，成为切削力切削力。一、总切削力的来源总切削力的来源 1、克服被加工材料对弹性弹性变形变形的抗力；2、克服被加工材料对塑性塑性变形变形的抗力；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。制造技术 1.在切削过程中，被切削金属产生弹性变形和塑性变形，作用在前、后刀面上的变形抗变形抗力力

13、Fnr 和 Fna；2.切屑与前刀面相摩擦产生的摩擦力摩擦力Ffr 和已加工表面与后刀面产生的摩擦力摩擦力Ffa。综上所述的变形抗变形抗力力和摩擦阻力摩擦阻力就是总切削力的来源。制造技术二、总切削力的分解总切削力的分解v切削力的分解v三个分力：v切削力切削力 Fz:总切削力作用于主运动方向，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。v进给力进给力Fx:总切削力作用在进给方向，是设计和校验进给机构强度的主要依据。v背向力背向力Fy:纵车外圆时，总切削力在垂直进给方向上的分力；背向力Fy不消耗功率，但它作用在工艺系统刚性最差的方向上

14、，易使工件在水平面内变形，影响工件精度，并易引起振动。Fy是校验机床刚度和精度的必要依据。v总切削力：Fr制造技术 三、影响总切削力的因素在切削过程中，凡对切削过程中的变形和摩擦有影响的因素，都将对总切削力产生影响，其中主要因素是以下四种：1、工件材料工件材料工件材料的强度、硬度越高，切削时变形抗力越大，总切削力也越大；如材料强度、硬度一致时，塑性、韧性较大，其总切削力较大。2、刀具角度刀具角度刀具角度中，对总切削力影响较大的是前角（）和主偏角（）。3、切削用量切削用量切削用量中的进给量进给量和背吃刀量背吃刀量越大，切削又宽又厚，切削力亦随之增大。4、切削液切削液合理使用切削液可以减小材料的变

15、形抗力和摩擦阻力。制造技术第四节第四节 切切 削削 热热切削热是指在切削过程中，由变形抗力和摩擦阻力所消耗的能量而转变成的热量。一、切削热的产生切削热的产生 切削热主要产生的变形区（如右图），切削热的主要来源是被切削层金属的弹性变形与塑性变形、切屑底层与前刀面的摩擦和工件已加工表面与刀具后面的挤压和摩擦。切削塑性金属时，切削热主要来源于剪切滑移变形区和塑性滑动变形区；切削脆性金属时，切削热主要来源于剪切滑移变形区和弹性挤压变形区。制造技术二、切削热的传散切削热的传散 在一般干切削的情况下，大部分的切削热由切屑切屑传散出去，其次由工件和刀具工件和刀具传散，而周围介质传散出去的热量很少。但各种传散

16、热量的比例，随着工件材料、刀具材料、切削用量、刀具角度及切削方式等切削条件的不同而异。切削热传散给切削及周围介质，对切削加工没有影响，且传散得越多越好。切削热传散给刀具切削部分刀具切削部分，使刀具磨损加快，缩短刀具的使用寿命；切削热传散给工件工件，影响工件的加工精度和表面质量。为了减小切削热对工件加工质量的不良影响，可采取的两方面工艺措施工艺措施：一是减小工件材料的变形抗力和摩擦阻力，降低功率消耗和减少切削热；二是要加速切削热的传散，以降低切削温度。制造技术 三、切削温度1.切削温度的概念概念 切削温度是指刀具表面与切屑及工件接触处的平均温度。切削温度的高低，取决于产生热量的多少和传散热量的快慢。由于切削热分布不均匀，所以切削区各个部位的实际温度也不相同。切削塑性塑性金属时，刀具前面靠近刀尖和主切削刃处温度最高；切削脆性脆性金属时，靠近刀尖的后面上温度最高。切削温度可以测量得到，实际生产中可以凭经验目测切切屑颜色屑颜色来判断。如：银白色银白色切屑温度最低，约为200；深深蓝色蓝色切屑温度为600左右。切屑颜色越深，切削温度就越切屑颜色越深，切削温度就越高。高。制造技术 2.影响切削温度