第四章 切削基本理論的應(yīng)用

第四章

切削基本理論的應(yīng)用

主要內(nèi)容一、切屑的控制

二、材料的切削加工性

三、切削液的選用

四、已加工表面質(zhì)量

五、刀具幾何參數(shù)的合理選擇六、切削用量的合理選用基本要求（1）掌握切削分類、流向、斷屑機理；（2）掌握幾種斷屑措施；（3）掌握切削加工性指標及改善措施；（4）了解常用材料的切削加工性；（5）掌握切削液的分類及應(yīng)用；（6）掌握已加工表面質(zhì)量因素及措施；（7）掌握刀具幾何參數(shù)合理選擇原則；（8）掌握切削用量選擇原則；（9）了解幾種現(xiàn)代切削新技術(shù)。4.1切屑控制

一、切屑形狀的分類帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑崩碎切屑形狀為帶狀，內(nèi)表面比較光滑，外表面可以看到剪切面的條紋，呈毛茸狀與帶狀切屑相似，不同的是外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面一些地方有裂紋達到材料的破壞極限，切下的切屑斷裂成均勻的顆粒狀，則成為梯形的切屑切屑為不連續(xù)的碎屑狀，形狀不規(guī)則，而且加工表面也凹凸不平●切屑與加工材料的關(guān)系

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。

帶狀切屑的切削過程最平穩(wěn)，粒狀切屑的切削力波動最大。在生產(chǎn)中最常見的是帶狀切屑，有時得到節(jié)狀切屑，粒狀切屑則很少見?！窦庸ね环N材料不同的切削條件將產(chǎn)生不同的切屑：切塑性材料：

帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑切削平穩(wěn)，力波動小滑移量較大，局部切削不平穩(wěn)，力波動大加工面光潔，斷屑難剪應(yīng)力達斷裂強度加工表面粗糙少見↑γ0↑v↓ac↓γ0↓v↑ac↓γ0↓v↑ac↑γ0↑v↓ac切脆性材料：崩碎切屑

不平穩(wěn),表面粗糙度↑γ0↑v↓ac

由于它的切削過程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于機床，已加工表面又粗糙，因此在生產(chǎn)中應(yīng)力求避免。方法：減小切削厚度，使切屑成針狀或片狀；同時適當提高切削速度，以增加工件材料的塑性。思考題1、切屑與加工材料的關(guān)系？2、加工塑性材料時，一般得到什么切屑？3、如果前角較小，速度較低，切削厚度較大時將產(chǎn)生什么切屑？4、如前角進一步減小，再降低切削速度，或加大切削厚度，則得到什么切屑？ISO切屑形狀的分類1.帶狀切屑

１—１長1—2短1—3纏亂2.管狀切屑

2—１長2—2短2—3纏亂3.盤旋狀切屑

3—１平3—2錐4.環(huán)形螺旋

切屑

4—１長4—2短4—3纏亂5.錐形螺旋切屑

5—１長5—2短5—3纏亂6.弧形切屑

6—１連接6—2松散7.單元切屑8.針形切屑(續(xù)）ISO切屑形狀的分類

二、切屑流向和折斷1、切屑流向A點：主刃參與切削終了點B點：副刃終了點Vch⊥AB流屑角ηc=VchVSP0影響流屑

方向參數(shù)：

λsκrγ0κr=90°時，切屑流向是偏向已加工表面-γo切屑易流向加工工件一側(cè)切削流向基本與主切削刃垂直切削流向已加工表面切削流向待加工表面2、切屑折斷◆厚度為hch的切屑受到斷屑臺推力FBn作用而產(chǎn)生彎曲，并產(chǎn)生卷曲應(yīng)變?！粼诶^續(xù)切削的過程中，切屑的卷曲半徑由ρ0逐漸增大到ρ，當切屑端部碰到后刀面時，切屑又產(chǎn)生反向彎曲應(yīng)變，相當于切屑反復彎折，最后彎曲應(yīng)變εmax大于材料極限應(yīng)變εb時折斷?！艨梢灾狼行嫉恼蹟嗍钦驈澢鷳?yīng)變和反向彎曲應(yīng)變的綜合結(jié)果。有利于斷屑的因素：切屑厚度hch↑,切屑卷曲半徑ρ↓及切屑材料的極限應(yīng)變值εb

↓，切屑易斷。如：斷屑槽寬度LBn↓，刀-屑接觸長度l↑和斷屑臺高度hBn↑都可ρ↓，并有利斷屑。L＝Kmachsin(φ+β-γo)/sinφcosβKm——切屑與前刀面接觸長度修正系數(shù)，一般取1.6左右ach——切屑厚度3、斷屑措施●作出斷屑槽

型式：折線型、直線圓弧型、全圓弧型。

應(yīng)用:前兩種適用于切削碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼等，一般前角在γo＝5o～15o。后一種前角比較大γo＝25o～35o。用于切削紫銅、不銹鋼等高塑性材料。

影響斷屑的主要參數(shù)：槽寬Lbn，槽深hBn。槽寬Lbn應(yīng)保證切屑在流出槽時碰到斷屑臺，以使切屑卷曲折斷。進給量大，切削厚時，可以適當增加槽寬LBn。斷屑槽在前刀面的位置有三種型式：（a）外斜式；（b）平行式；（c）內(nèi)斜式。其中外斜式最常用，平行式次之。內(nèi)斜式主要用于背吃刀量ap較小的半精加工和精加工。●選擇合適切削用量切削用量的變化對斷屑產(chǎn)生影響，選擇合適的切削用量，能增強斷屑效果。

在切削用量參數(shù)中，進給量f對斷屑影響最大。進給量f增大，切削厚度也增大，碰撞時容易折斷。切削速度υc和背吃刀量ap對斷屑影響較小，不過，背吃刀量ap增加，切削層寬度增加，斷屑困難增大；切削速度提高，斷屑效果下降。

思考題切削用量的變化對斷屑產(chǎn)生怎樣的影響？●其它斷屑方法

◎固定附加斷屑擋塊◎采用間斷切削◎切削刃上開分屑槽工件材料切削加工性:是指在一定的加工條件下工件材料被切削的難易程度切削加工性的概念具有相對性。所謂某種材料切削加工性好壞，是相對于另一種材料而言的。一般在討論鋼料的切削加工性時，習慣地以碳素結(jié)構(gòu)鋼45為基準。如稱高強度鋼比較難加工，就是相對于45鋼而言的。

一、切削加工性指標1．加工材料的性能指標

材料加工性能難易程度主要決定于材料結(jié)構(gòu)和金相組織，及具有的物理和力學性能。4.2工件材料的切削加工性工件材料的物理力學性能對加工性的影響例45鋼

1Cr18Ni9Ti

工件材料的相對加工性

1.切削速度vT的含義：當?shù)毒呤褂脡勖鼮門(min)時切削某種材料所允許的切削速度。

vT越高，材料的切削加工性越好。通常取T

=

60

min，

vT寫作v060

；難加工材料，vT為v15或v30。2.相對加工性Kr：切削σb=0.637GPa的45鋼時，以刀具壽命T=60分鐘的切削速度的v060作為基準，寫作(v060)j，將某種材料的v60與其相比的比值，即

Kr

＝v60/(v060)j3．刀具壽命指標用刀具壽命高低來衡量被加工材料切削的難易程度。V60,V20來表示。Kr僅反映不同材料對刀具使用壽命的影響程度，并未反映表面粗糙度和斷屑問題，僅對選擇切削速度有指導意義。若以某材料的Kr乘以45鋼的切削速度即得該材料的許用切削速度。3.以切削力或切削溫度衡量加工性在相同切削條件下加工不同材料時，凡切削力大、切削溫度高的材料加工性差；反之加工性好。切削力大，則消耗功率多。在粗加工或機床剛性、動力不足時，可用切削力作為衡量加工性指標。4.以加工表面質(zhì)量衡量加工性切削加工時，凡容易獲得好的加工表面質(zhì)量(含表面粗糙度、加工硬化程度和表面殘余應(yīng)力等)的材料，其切削加工性較好，反之較差。精加工時，常以此作為衡量加工性的指標。5.以斷屑性能衡量加工性切削加工時，凡切屑易于控制或斷屑性能良好的材料加工性較好，反之則較差。在自動機床或自動線上，常以此為衡量加工性指標。工件材料的物理力學性能對加工性的影響例45鋼

1Cr18Ni9Ti

二、常用金屬材料的切削加工性有色金屬普通鋁及鋁合金、銅及銅合金，強度硬度低，導熱性好，易切削。（一）鑄鐵白口鑄鐵硬度高（HBS600)，難切削；灰口鑄鐵硬度適中，強度塑性小，切削力較小，但高硬度碳化物對刀具有擦傷，崩碎切屑，切削力熱集中刀刃上且有波動，刀具磨損率并不低，應(yīng)采用低于加工鋼的切削速度。球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的強度塑性比灰鐵高，切削加工性變差.

工件表面若有硬皮可進行退火處理。

在切削鑄鐵時，可適當減小刀具前角和降低切削速度。（二）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼切削加工性取決于含碳量。

低碳鋼硬度低，塑韌性高，變形大，斷屑難，粘屑，加工表面粗糙，加工性較差；

高碳鋼硬度高，塑性低及熱導率低，切削力大，溫度高，刀具耐用度低，加工性差；中碳鋼性能適中，加工性良好。

(三)合金結(jié)構(gòu)鋼

在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等，提高了結(jié)構(gòu)鋼的性能，其加工性也隨著變化。（四）難加工材料高強度、硬度，高塑性韌性或高脆性，耐高溫，導熱性差。切削力大，溫度高，刀具磨損快，斷屑難，加工性差。高強度合金鋼是含合金的結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)過熱處理均有較好綜合性能。金相組織多為馬氏體，通常應(yīng)在退火狀態(tài)下切削。切削高強度鋼應(yīng)選用高的耐熱性、耐磨性和耐沖擊的刀具材料。2．不銹鋼

切削時的塑性變形大，故切削力大，切削溫度高，加工硬化程度高，易與刀具中合金元素親合，產(chǎn)生粘屑并易形成積屑瘤。斷屑困難。刀具上溫度高、導熱差，使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損和擴散磨損。切削不銹鋼應(yīng)選用高的耐熱性、強度和耐磨的刀具材料。

1.高強度合金鋼3．高錳鋼

高錳鋼的錳質(zhì)量分數(shù)高達(11％～14％)強度和硬度均較高，在切削時晶格滑移和晶粒扭曲及伸長變形嚴重，故加工硬化很嚴重。韌性和伸長率均很高，故切削力大，切屑不易折斷，熱導率小，切削溫度高。切削高錳鋼可選用耐磨性和韌性較高的硬質(zhì)合金刀具。4．鈦合金

具有高的硬度和強度，導熱性差；是高度活潑的金屬

塑性變形小,屑與刀面間接觸長度短，刀尖處受力大、溫度集中；彈性復原大，后刀面上粘屑嚴重。刀具易產(chǎn)生粘結(jié)磨損和破損。刀具易產(chǎn)生粘結(jié)磨損和擴散磨損，刀尖又易破損。切削鈦合金刀具應(yīng)選用親合力小、導熱性好、強度高的含鈷量多、細晶粒和含稀有金屬的硬質(zhì)合金材料。

5．其它難加工材料加工性特點簡介

鎳基高溫合金----熱導率低，切削力大，切削溫度高，加工硬化嚴重，切削時刀具上粘屑嚴重。淬火鋼和硬質(zhì)合金----硬度高、塑性低、熱導率小，切削時沖擊力大，切削溫度集中刀尖區(qū)域，刀具磨損快、破損嚴重。冷硬鑄鐵和高硅鋁合金----硬度均很高、性脆，材料中分布著硬質(zhì)點，耐磨性高，切屑呈崩碎狀，刀刃刀尖處受沖擊力大，刀具產(chǎn)生磨粒磨損和破損。工程陶瓷----具有高的硬度2500～3000HV、很高耐磨性和耐熱性，性脆。三、改善切削加工性的途徑（一）改善材料切削加工性的途徑

1.調(diào)整材料的化學成分

鋼中加硫、鉛不銹鋼中加硒鑄鐵中增加Al、Cu等元素分解出石墨元素或加入石墨成分2.進行適當?shù)臒崽幚?/p>

低、中碳鋼宜選冷拔或正火處理，均勻組織，調(diào)整硬度塑性；

高碳鋼宜用球化退火,降低硬度,均勻組織,改善加工性；

中碳以上的合金鋼硬度較高，需退火以降低硬度；

不銹鋼常要進行調(diào)質(zhì)處理，降低塑性，以便加工；

鑄鐵需進行退火處理，降低表皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力(二)合理選用刀具材料高強度、超高強度鋼，益選用耐磨性強的刀具材料高錳鋼，應(yīng)選用硬度高、有一定韌性、導熱系數(shù)較大、高溫性能好的刀具材料冷硬鑄鐵，應(yīng)選用硬度、強度都好的刀具材料純金屬，可以用高速鋼刀具，也可以用硬質(zhì)合金刀具不銹鋼和高溫合金，一般宜采用YG類硬質(zhì)合金鈦合金，宜采用YG類合金（三）改善切削加工條件

1.選擇合適的刀具材料和切削用量

難加工材料，導熱性差，選YG、YW合金或涂層刀片；刀具合理幾何參數(shù)，斷屑槽、卷屑槽，控制排屑；選擇合理切削用量等。2.選用合適的設(shè)備和加工方法難加工材料加工，機床要有足夠的功率和剛性；選擇合適的切削液，供給充足；高硬度材料加工采用磨削加工更容易；3.選擇切削加工性好的材料狀態(tài)

低碳鋼選冷拔狀態(tài)；中碳鋼選熱軋狀態(tài)(四)其它措施

1．合理選擇刀具幾何參數(shù)

2．保持切削系統(tǒng)的足夠剛性

3．選用高效切削液及有效澆注方式

4．采用新的切削加工技術(shù)思考題1、材料中加入____元素，減少組織的結(jié)合強度，便于切削；加入____，使材料組織結(jié)構(gòu)不連接，有利斷屑，減小摩擦系數(shù)。2、為改善材料的切削加工性能，對低、中碳鋼；高碳鋼；中碳以上的合金鋼；不銹鋼；鑄鐵應(yīng)采用什么熱處理方式？一、切削液作用1．冷卻作用↓熱的產(chǎn)生；將熱量帶走。冷卻性能的好壞取決于本身導熱系數(shù)、比熱、汽化熱及流量、流速、冷卻方式等。2．潤滑作用：切削液的潤滑作用是通過切削液的滲透作用到達切削區(qū)后，在刀具、工件、切屑界面上形成吸附膜實現(xiàn)的。摩擦干摩擦

流體潤滑摩擦

邊界潤滑摩擦

低溫低壓邊界潤滑

高溫邊界潤滑

高壓邊界潤滑

高溫高壓邊界潤滑即極壓潤滑

4.3切削液的選用4．防銹作用3．排屑和洗滌作用排屑和洗滌性能的好壞，與切削液的滲透性、流動性和使用的壓力有關(guān)。切削液中加入防銹添加劑，使與金屬表面起化學反應(yīng)形成保護膜，起到防銹、防蝕作用。防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì)。當金屬切削中產(chǎn)生碎屑(如切鑄鐵)或磨粉(如磨削)時，要求切削液具有良好的清洗作用及排屑和洗滌作用。加入切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤滑油膜，金屬直接接觸面積很小或近于零，形成液體潤滑。但很多情況下，由于切屑、工件與刀具界面承受很大載荷、較高的溫度，液體油膜大部分被破壞，造成部分金屬直接接觸，部分吸附膜仍存在潤滑作用，這種狀態(tài)稱之為邊界潤滑摩擦。邊界潤滑狀態(tài)下，切削液的潤滑性能與其滲透性、成膜能力以及形成吸附膜的強度有關(guān)。二、切削液種類及其應(yīng)用

以冷卻為主的水溶性切削液和以潤滑為主的油溶性切削液。(一)水溶性切削液

1．水溶液以軟水為主加入，各種添加劑，具有較好的冷卻效果。常用于粗加工和普通磨削加工中。2．乳化液

是水和乳化油混合后再經(jīng)攪拌，形成的乳白色液體。根據(jù)配制比的不同，可適合于各種加工方式。

3．合成切削液

是由水、各種表面活性劑和化學添加劑組成，它具有良好的冷卻、潤滑、清洗和防銹作用，熱穩(wěn)定性好，使用周期長等特點。(二)油溶性切削液1．切削油切削油中有礦物油、動植物油和復合油(礦物油和動植油的混合油)。2．極壓切削油是在礦物油中添加氯、硫、磷等極壓添加劑配制而成。氯化切削油

主要含氯化石臘、氯化脂肪酸等；適用于切削合金鋼、高錳鋼、不銹鋼和高溫合金等難加工材料的車、鉸、鉆、拉、攻螺紋和齒輪加工。是在礦物油中加入含硫添加劑(硫化鯨魚油、硫化棉籽油等)；能耐高溫硫化切削油磷化切削油(三)固體潤滑劑

二硫化鉬(MoS2)用的最多切削液的合理選用和使用方法1.切削液的合理選用（1）粗加工粗加工切削用量大，產(chǎn)生大量的切削熱。這時主要是降低切削溫度，應(yīng)選用冷卻為主的切削液，如3%～5%乳化液。硬質(zhì)合金刀具耐熱性較好，一般不用切削液。如要使用切削液，必需連續(xù)、充分地澆注，以免因冷熱不均產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，而導致熱裂，損壞刀具。低速切削宜選切削油，高速切削宜選乳化液或水溶液。（2）精加工精加工時，切削液主要作用是減小工件表面粗糙度值和提高加工精度，因此選用的切削液應(yīng)具有良好的潤滑性能。低速精加工鋼料時可選用極壓切削油或高濃度極壓乳化液。精加工銅、鋁及其合金或鑄鐵時，可選用高濃度乳化液。因硫酸能腐蝕銅，在切削銅料時不宜用含硫的切削液。（3）難加工材料的切削加工難加工材料時，接觸面均處于高溫高壓邊界摩擦狀態(tài)。因此，宜選用極壓切削油或極壓乳化液。（4）磨削加工其特點是溫度高同時產(chǎn)生大量的細屑、砂末。故應(yīng)選用有良好冷卻及清洗作用的切削液。常用有潤滑性能和防銹作用的乳化液和水溶液。2.切削液的使用方法常見的切削液使用方法有澆注法、高壓冷卻法和噴霧冷卻法：（1）澆注法澆注法，即直接將充足大流量的低壓切削液澆注在切削區(qū)。使用方便，應(yīng)用廣泛，但流量慢、壓力低，較難直接進入刀刃最高溫度處，故效果較差。使用時應(yīng)使切削液盡量接近切削區(qū)。（2）高壓冷卻法即將切削液通過刀體內(nèi)部以較高的壓力和較大流量噴向切削區(qū)，將切屑沖刷出來，同時帶走大量的熱量。深孔加工時，利用高壓的切削液，可以直接接近切削區(qū)起冷卻、潤滑作用，并將碎斷的切屑隨液流帶出孔外。高壓冷卻法還可用于高速鋼車刀進行難切削材料的車削，可顯著提高刀具耐用度。切削液可用一般乳化液也可用切削油。由于切削液的高速流動，改善了滲透性，易于達到切削區(qū)，提高了冷卻效果。缺點是飛濺嚴重，需加護罩。（3）噴霧冷卻法噴霧冷卻法是用壓縮空氣以0.3～0.6MPa的壓力通過噴霧裝置使切削液霧化，高速噴射到切削區(qū)。高速氣流帶著霧化成微小液滴的切削液，滲透到切削區(qū)，在高溫下迅速汽化，吸收大量熱，從而獲得良好的冷卻效果。標志表面粗糙度表層硬化程度表層微裂紋表層殘余應(yīng)力表層金相組織4.4已加工表面質(zhì)量一、已加工表面層質(zhì)量簡介金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時，強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象，稱為加工硬化，又稱冷作硬化。

產(chǎn)生的原因：金屬在塑性變形時，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)，使晶粒拉長，破碎和纖維化，阻礙金屬進一步塑性變形，而使金屬強化。1、加工硬化

經(jīng)切削過的表面，其硬度往往高出基體硬度1-2倍，深度從幾十個微米到幾百個微米，這種不經(jīng)熱處理而由切削加工造成的硬化現(xiàn)象叫加工硬化。表示方法：1、硬化程度N或2、硬化深度Δhd加工方法平均硬化深度Δhd/μm平均硬化程度N/%高速車削30～50120～150精車20～60140～180鉆孔180～200160～170拉削20～75150～200滾(插)齒120～150160～200外圓磨削(淬火)30～60140～160研磨3～7110～117由于受到工藝過程的影響，在沒有外力作用的情況下，在零件內(nèi)部所殘存的應(yīng)力叫做殘余應(yīng)力。殘余拉應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，疲勞強度；殘余壓應(yīng)力疲勞強度產(chǎn)生的原因:

1．熱塑變形效應(yīng)（切削溫度降低）切削后，表層收縮受到里層的阻礙，因而表層存在拉應(yīng)力，里層存在壓應(yīng)力。2．里層金屬彈性的恢復切削后，里層彈性變形便趨向復原，但受到表層金屬的牽制，因而在表層造成應(yīng)力狀態(tài)。3．表層金屬在切削熱的作用下發(fā)生相變（表層溫度升高）表層出現(xiàn)壓應(yīng)力，而里層存在拉應(yīng)力2、殘余應(yīng)力切削過程中切削表面在外界摩擦、積屑瘤和鱗刺等因素作用以及在表面層內(nèi)受應(yīng)力集中或拉應(yīng)力等影響下，造成已加工表層產(chǎn)生微裂紋。切削時由于切削參數(shù)選用不當或切削液澆注不充分，會造成加工表面層的金相組織變化，影響被加工材料原有性能。3、表層微裂紋4．表層金相組織二、表面粗糙度的形成

1．理論粗糙度

當rε=0時，粗糙度值為Rmax

當rε>0時，粗糙度值為Rmax

(4-2)(4-3)2．實際粗糙度實際粗糙度是在理論粗糙度上疊加著非正常因素，例如：積屑瘤、鱗刺、刀具磨痕和切削振紋等附著物和痕跡，因此，增大了殘留面積的高度值。

(1)積屑瘤和鱗刺影響積屑瘤：不存在積屑瘤積屑瘤切入加工表面積屑瘤對粗糙度的影響鱗刺：在已加工表面上垂直于切削速度方向會產(chǎn)生突出的鱗片狀毛刺，通常稱作鱗刺。

NN鱗刺分布鱗刺突出形態(tài)

鱗刺形成的原因：在較低的切削速度下形成擠裂切屑或單元切屑時，刀~屑間的摩擦力發(fā)生周期性的變化，促使切屑在前刀面上周期性地停留，代替刀具推擠切削層，這時，切屑以圓鈍的外形代替前刀面進行擠壓，使切削刃前下方，屑~工之間產(chǎn)生裂口（稱為導裂）。繼續(xù)切削時，使受到擠壓的金屬不斷地層積在切屑單元下面，一起參加切削，使裂口擴大，切削厚度與切削力隨之增大。當層積到某一高度后，增大了切削力，克服了刀~屑間的粘結(jié)和摩擦，推動切屑單元重新沿前刀面滑動，這時切削刃過去便形成一個鱗刺。接著又開始另一個新鱗刺的形成過程。如此周而復始，在已加工表面上不斷生成一系列的鱗刺。鱗刺是切削過程中變形與摩擦的產(chǎn)物，產(chǎn)生于刀~工接觸區(qū)，與刀~屑接觸區(qū)的摩擦密切有關(guān)?？蓮臏p小刀~屑，刀~工間的摩擦入手，使擠裂切屑轉(zhuǎn)化為帶狀切屑。抑制鱗刺：適當?shù)靥岣吖ぜ牧系挠捕龋龃蟮毒叩暮蠼?，減小切削厚度，采用潤滑性能較好的切削液，采用人工加熱切削；在較低切削速度下適當增大前角，在較高切削速度下適當減小前角等，均有利于抑制鱗刺的產(chǎn)生，提高加工表面的光潔度。(2)刀具磨損影響缺陷均會復映在已加工表面上形成較均勻溝痕。

后面磨損崩刃復映

(3)振動影響

切削時工藝系統(tǒng)的振動，不僅明顯加大工件表面粗糙度，嚴重時會影響機床精度和損壞刀具。切削力波動圖縱向振紋控制振動產(chǎn)生金屬切削過程中，工件和刀具之間常常發(fā)生強烈的振動，這是一種破壞正常切削過程的極其有害的現(xiàn)象。當切削振動發(fā)生時，工件表面質(zhì)量嚴重惡化，粗糙度增大，產(chǎn)生明顯的表面振痕，這時不得不降低切削用量，使生產(chǎn)率的提高受到限制。振動嚴重時，會產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，使加工過程無法進行下去。此外，振動將加速刀具和機床的磨損，從而縮短刀具和機床的使用壽命；振動噪音也危害工人的健康。機械加工過程中產(chǎn)生的振動，也和其它的機械振動一樣，按其產(chǎn)生的原因可分為自由振動、強迫振動和自激振動三大類。⑴自由振動

自由振動是指由于切削力突然變化或其它外界偶然原因引起的振動。自由振動的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率，由于工藝系統(tǒng)的阻尼作用，這類振動會在外界干擾力去除后迅速自行衰減，對加工過程影響較小。⑵強迫振動

強迫振動是指在外界周期性變化的干擾力作用下產(chǎn)生的振動。磨削加工中主要會產(chǎn)生強迫振動。⑶自激振動自激振動是指切削過程本身引起切削力周期性變化而產(chǎn)生的振動。切削加工中主要會產(chǎn)生自激振動。

消除振動的途徑：提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性；合理選擇切削用量；合理選擇刀具的幾何參數(shù)；使用消振減振裝置；抑制積屑瘤、鱗刺。三、影響表面粗糙度因素

(一)切削用量影響

1．切削速度vc低速，易形成積屑瘤和鱗刺；中速，積屑瘤最大；高速，可獲得較小表面粗糙度。2．進給量f

進給量越小，殘留面積高度Rmax越小，鱗刺與積屑瘤等就不容易產(chǎn)生，表面質(zhì)量就越高，但進給量不能太小，太小能造成嚴重的加工硬化，不能獲得該精度表面。同時進給量小生產(chǎn)率就比較低，因而一般不采用減小進給量的方法來獲得表面加工質(zhì)量，而是通過提高切削速度和選用較小的副偏角和磨出倒角刀尖或者修正刀尖來獲得。(二)刀具幾何參數(shù)影響1．前角γo

前角γo↑，表面粗糙度↓，但γo太大，會削弱刀具強度和減小散熱體積，加速刀具磨損。應(yīng)在刀具強度和刀具壽命許可條件下，盡量選用大的前角γo。2．后角αo

αo↑，硬化和鱗刺↓，切削刃鈍圓半徑↓，表面粗糙度↓。3．主偏角κr、副偏角κr′和刀尖圓弧半徑rεκr↓、κr′↓和rε↑，表面粗糙度↓。前角，主偏角，副偏角不同組合對表面粗糙度波形的影響(三)刀具材料影響刀具材料對加工表面質(zhì)量的影響，主要決定于它們與加工材料間摩擦系數(shù)、親合程度、材料的耐磨性和可刃磨性。(四)切削液影響低速切削時影響顯著，高速時影響較小。4.5刀具幾何參數(shù)的合理選擇

刀具幾何參數(shù)包含四方面內(nèi)容：幾何角度、刃形、刃面、刃口型式及參數(shù)。

一、前角的選擇

1.前角的作用

γ0↑→變形程度↓→F↓Q↓→θ↓→T↑振動↓→質(zhì)量↑

刀刃和刀頭強度↓散熱面積容熱體積↓斷屑困難

在一定的條件下，存在一個合理值2.合理前角的選擇原則(1)．根據(jù)被加工材料選擇

加工塑性材料、軟材料時前角大些；加工脆性材料、硬材料時前角小些。①粗加工、斷續(xù)切削、刀材強度韌性低，工材強度硬度高，選較小的前角；②工材塑韌性大、系統(tǒng)剛性差，易振動，或機床功率不足，選較大的前角；③成形刀具（加工成形面）、自動線刀具取小前角；④Aγ磨損增大前角，Aα磨損減小前角。(2)．根據(jù)加工要求選擇（3）根據(jù)刀具材料選擇高速鋼刀具的抗彎強度和抗沖擊韌性高，可選取較大前角；硬質(zhì)合金刀具的抗彎強度較低，前角較??；陶瓷刀具的抗彎強度是高速鋼的1/2～1/3，故前角應(yīng)更小些。T隨γ0的變化趨勢為駝峰形。高速鋼的合理前角比Y合金的大。二、后角的選擇

1.后角的作用

α0↑→rn↓鋒利、

lα↓摩擦F↓→

質(zhì)量↑

VB一定，磨損體積↑→T↑但NB↑

刀頭強度↓散熱體積↓重磨體積↑

在一定的條件下，存在一個合理值。2.合理后角的選擇原則①粗加工、斷續(xù)切削、工材強度硬度高，選較小后角,已用大負前角應(yīng)↑α0

；②精加工取較大后角，保證表面質(zhì)量；③成形、復雜、尺寸刀具取小后角；④系統(tǒng)剛性差，易振動，取較小后角；⑤工材塑性大取較大后角，脆材↓α0

三、主偏角的選擇

κr↑→hD↑bD↓→單位刃長負荷↑→

T↓

刀尖強度↓散熱體積↓

，Ra↑

Fp↓→變形↓加工精度↑，不易振動→Ra↓

在一定的條件下，存在一個合理值。1.主偏角的作用hD=f*sinκrbD=ap/sinκr2.合理主偏角的選擇原則1)根據(jù)加工材料選擇

加工高強度、高硬度、熱導率小和表面有硬化層的材料，應(yīng)選取較小主偏角。2）根據(jù)加工工藝系統(tǒng)剛性選擇在加工工藝系統(tǒng)剛性不足的情況下，為減小背向力Fp，減少振動，應(yīng)選用較大主偏角，一般取κr=60°～75°。3）根據(jù)加工表面形狀要求選擇

在車細長軸、階梯軸時，選κr=90°；用于車外圓、車端面和倒角時，κr=45°。四、副偏角的選擇副偏角的主要作用是形成已加工表面。

副偏角↓→Ra↓刀尖強度↑散熱體積↑

副刃工作長度↑→

摩擦↑→易振動→Ra↑，T↓

在一定條件下，存在一合理值。系統(tǒng)剛性好，取較小值；剛性差，取較大值,參考表4--7。2.合理副偏角的選擇原則(1)一般刀具的副偏角，在不引起振動的情況下，可選取較小的數(shù)值，如車刀、端銑刀、刨刀，均可取κr'=5°～10°。(2)精加工刀具的副偏角應(yīng)取得更小一些，必要時，可磨出一段κr‘=0的修光刃，修光刃長度bε’應(yīng)略大于進給量。(3)加工高強度高硬度材料或斷續(xù)切削時，應(yīng)取較小的副偏角(κr‘=4°～6°)，以提高刀尖強度。

(4)切斷刀、鋸片銑刀和槽銑刀等，為了保證刀頭強度和重磨后刀頭寬度變化較小，只能取很小的副偏角，即κr'=1°～2°

五、刃傾角的選擇

1.刃傾角的作用

(1)影響切屑流出方向

-λs切屑流向已加工表面，+λs切屑流向待加工表面(2)影響刀尖強度和刀尖導熱和容熱條件

負刃傾角→刀頭強度↑散熱體積↑負刃傾角→Fp↑→變形↑，易振動→Ra↑

(3)影響切入切出的平穩(wěn)性

當刃傾角λs=0°時，切削刃同時切入和切出，沖擊力大。(4)影響切削刃的工作長度λs的絕對值越大，工作長度值越大，切削刃單位長度上的負荷越小，有利于提高刀具耐用度。

(5)影響切削分力之間的比值

2.刃傾角的選擇原則1）根據(jù)加工要求選擇

精加工、λs取正值；粗加工、刀材脆、工材強度硬度高，λs取負值；2）根據(jù)加工條件選擇

加工斷續(xù)表面、加工余量不均勻表面，或在其它產(chǎn)生沖擊振動的切削條件下，通常選取-λs

。六、刀尖修磨形式

修圓刀尖、倒角刀尖和倒角帶修光刃。

1．修圓刀尖

1）作用：修圓刀尖rε

↑

，Ra↓，刀頭強度↑和改善散熱條件。rε過大，F(xiàn)y↑,影響斷屑。由公式：2）選用原則：半精加工和精加工時，rε約取f的2～3倍；在加工工藝系統(tǒng)剛性足夠條件下切削難加工材料和斷續(xù)切削時，可適當加大rε值。2.倒角刀尖適用場合：車刀、可轉(zhuǎn)位面銑刀和鉆頭的粗加工、半精加工和有間斷的切削。3.倒角帶修光刃適用場合：工藝系統(tǒng)剛性足夠的車刀、刨刀和面銑刀的較大進給量半精加工。八、刃口修磨形式

鋒刃,刃口修圓,刃口負倒棱,刃口平棱,負后角倒棱。鋒刃能得很高的加工表面質(zhì)量，其余的都可提高刃口強度、抗沖擊能力和改善散熱條件，負后角倒棱在切削時增加阻尼作用，起到抑制振動效果。鋒刃（未磨）修圓負倒棱平棱負后角倒棱如右圖所示大切深強力車刀，刀具材料YT15，一般用于中等剛性車床上，加工熱軋和鍛制的中碳鋼。切削用量為：背吃刀量ap＝15～20㎜，進給量f＝0.25～0.4mm/r。試對該刀具的刀具幾何參數(shù)進行分析。測試題答：此刀具主要幾何參數(shù)及作用如下：（1）取較大前角，γO＝200～250，能減小切削變形，減小切削力和切削溫度。主切削刃采用負倒棱，br1＝0.5f，γO1＝－200～－250，提高切削刃強度，改善散熱條件。（2）后角值較小，αo＝4o～6o，而且磨制成雙重后角，主要是為提高刀具強度，提高刀具的刃磨效率和允許刃磨次數(shù)。（3）主偏角較大，κr＝70o，副偏角也較大，κrˊ＝15o，以降低切削力Fc和背向力Fp，避免產(chǎn)生振動。（4）刀尖形狀采用倒角刀尖加修光刃，倒角κrε＝45o，bε＝1～2mm，修光刃b＝1.5f，主要是提高刀尖強度，增大散熱體積。修光刃目的是修光加工表面殘留面積，提高加工表面的質(zhì)量。（5）刃傾角取負值，λs＝－40～－60，提高刀具強度，避免刀尖受沖擊。

（一般大前角刀具通常選用負的刃傾角）4.6切削用量的合理選擇選擇合理的切削用量是切削加工中十分重要的環(huán)節(jié)，切削用量不僅是在機床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。選擇合理切削用量時，必須考慮加工性質(zhì)。合理的切削用量是指在保證加工質(zhì)量的前提下，充分利用刀具切削性能和機床性能，獲得高生產(chǎn)率和低加工成本的切削用量。生產(chǎn)率公式:刀具壽命公式：

ap↑三倍，f不變，則vc須↓15％。Q只↑2.6倍。f↑三倍，ap不變，則vc須↓32％。Q只↑2倍。vc

↑三倍，ap不變，則f須↓。Q為原來的13%。提高vc、增大f和ap，都能提高生產(chǎn)率。1.切削用量的選擇原則

粗加工中選擇切削用量時，應(yīng)首先選擇盡可能大的背吃刀量ap，其次要根據(jù)機床動力和剛性限制條件或已加工表面粗糙度的規(guī)定等，選取盡可能大的f，最后根據(jù)合理的刀具使用壽命，用計算法或查表法確定切削速度vc。這樣使vc、f、ap的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)率。精加工時則主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量。

2.切削用量制訂的步驟（以車削為例）

（1）背吃刀量ap的選擇粗加工時，ap由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可能一次走刀切除全部加工余量，ap可達8～10mm。半精加工時，ap可取0.5～2mm。精加工時，ap取為0.1～0.4mm，半精加工、精加工時一般應(yīng)一次切除全部余量。在加工余量過大或系統(tǒng)剛性不足情況下，粗加工可分幾次走刀。若分兩次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余量的2/3～3/4，而第二次走刀的ap取小些，以使精加工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴重的材料時，應(yīng)盡量使ap超過硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過早磨損。

（2）進給量f的選擇粗加工時，f

的大小主要受機床進給機構(gòu)強度、刀具的強度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。精加工時，f的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。生產(chǎn)實際中常根據(jù)經(jīng)驗或查表法確定f。粗加工時根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及以確定的背吃刀量按表4-8，9，10來選擇f

。在半精加工和精加工時，則按加工表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度按表4-10，11來選擇f

。（3）切削速度的確定根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量ap

、進給量f及刀具使用壽命T，切削速度vT可按下式計算求得