數(shù)控機床加工工藝

模塊一

數(shù)控加工的

切削基礎(chǔ)任務(wù)1認知切削三要素知識目標(biāo)：◆掌握切削運動◆掌握切削三要素◆了解切削層參數(shù)技能目標(biāo)：◆.能夠合理選擇切削三要素◆能夠區(qū)分切削運動情感目標(biāo)：◆培養(yǎng)學(xué)生嚴謹細實的工作態(tài)度◆培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)道德意識◆培養(yǎng)學(xué)生具有熱愛科學(xué)、實事求是的學(xué)風(fēng)和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神◆善于從不同的角度發(fā)現(xiàn)問題，積極探索解決問題的方法◆培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神下達任務(wù)：切削用量是切削加工過程中切削速度、進給量和背吃刀量的總稱。切削用量的選擇，對加工效率、加工成本和加工質(zhì)量都有重大的影響。如何選擇切削用量？一、切削運動和加工中的工件表面（一）切削運動金屬切削加工就是用金屬切削刀具把工件毛坯上預(yù)留的金屬材料切除，獲得圖樣要求的零件。切削過程中，刀具和工件之間必須有相對運動，這種相對運動就成為切削運動。可分為主運動和進給運動。相關(guān)知識：1、主運動主運動是由機床提供的主要運動，它使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，從而使刀具前刀面接近工件并切除切削層。可以是旋轉(zhuǎn)運動，也可以是直線運動。特點是切削速度最高，消耗機床功率也最大。2、進給運動進給運動是由機床提供的使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對運動，加上主運動即可不間斷的或者連續(xù)的切除切削層，并得出所需幾何特性的已加工表面?？梢允沁B續(xù)運動，也可以是間斷運動。特點：消耗功率小的多主運動只有一個，進給運動可以有一個或多個。（二）加工中的工件表面1、已加工表面2、待加工表面3、過度表面二、切削要素（一）切削用量切削用量是用來表示切削運動，調(diào)整機床用的參數(shù)，并且可用它對主運動和進給運動進行定量的表述。1、切削速度vc

切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度。車削或銑削：單位m/min其中：d—切削刃選定點處所對應(yīng)的工件或刀具的回轉(zhuǎn)直徑，單位mm；n—工件或刀具的轉(zhuǎn)速，單位r/min。2、進給量（f）刀具在進給方向上相對與工件的位移稱為進給量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移來表達或度量。車床——銑床——Z——刀齒數(shù)。Fz為每齒進給量，含義為多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對于工件在進給方向上的位移量。3、背吃刀量已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，單位是mm。車外圓時，其中，dw——待加工表面直徑，單位mm；dm——已加工表面直徑，單位mm。鏜孔時，dw與dm互換一下位置。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)率與低加工成本的切削用量。在切削生產(chǎn)率方面，在不考慮輔助工時情況下，生產(chǎn)率公式:P＝

Aoυf

ap，其中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。刀具壽命與切削用量三要素之間的關(guān)系式:T＝CT/υ1/mf1/nap1/p當(dāng)?shù)毒邏勖欢〞r，切削速度υ對生產(chǎn)率影響最大，進給量f次之，背吃刀量最小ap。在刀具耐用度一定，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，其次選擇最大的進給量，最后是切削速度。當(dāng)然，切削用量的選擇還要考慮各種因素，最后才能得出一種比較合理的最終方案。任務(wù)實施：（1）背吃刀量的選擇背吃刀量的選擇根據(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（表面粗糙度Ra50～12.5μm），在允許的條件下，盡量一次切除該工序的全部余量。中等功率機床，背吃刀量可達8～10㎜。但對于加工余量大，一次走刀會造成機床功率或刀具強度不夠；或加工余量不均勻，引起振動；或刀具受沖擊嚴重出現(xiàn)打刀這幾種情況，需要采用多次走刀。如分兩次走刀，則第一次背吃刀量盡量取大，一般為加工余量的2/3～3/4左右。第二次背吃刀量盡量取小些，第二次背吃刀量可取加工余量的1/3～1/4左右。半精加工時（表面粗糙度Ra6.3～3.2μm），背吃刀量一般為0.5～2㎜。精加工時（表面粗糙度Ra1.6～0.8μm），背吃刀量為0.1～0.4㎜。（2）進給量的選擇粗加工時，進給量主要考慮工藝系統(tǒng)所能承受的最大進給量，如機床進給機構(gòu)的強度，刀具強度與剛度，工件的裝夾剛度等。精加工和半精加工時，最大進給量主要考慮加工精度和表面粗糙度。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，可以選擇較大的進給量。在生產(chǎn)實際中，進給量常根據(jù)經(jīng)驗選取。粗加工時，根據(jù)工件材料、車刀導(dǎo)桿直徑、工件直徑和背吃刀量按表進行選取，表中數(shù)據(jù)是經(jīng)驗所得，其中包含了導(dǎo)桿的強度和剛度，工件的剛度等工藝系統(tǒng)因素。如從表可以看到，在背吃刀量一定時，進給量隨著導(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給量。精加工與半精加工時，可根據(jù)加工表面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。硬質(zhì)合金車刀粗車外圓及端面的進給量參考值工件材料車刀刀桿尺寸（mm）工件直徑（mm）背

吃

刀

量ap（mm）≤3>3～5>5～8>8～12>12進

給

量?（mm/r）碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼耐熱鋼16×252040601004000.3～0.40.4～0.50.5～0.70.6～0.90.8～1.2－0.3～0.40.4～0.60.5～0.70.7～1.0－－0.3～0.50.5～0.60.6～0.8－－－0.4～0.50.5～0.6－－－－－20×3025×252040601004000.3～0.40.4～0.50.6～0.70.8～1.01.2～1.4－0.3～0.40.5～0.70.7～0.91.0～1.2－－0.4～0.60.5～0.70.8～1.0－－－0.4～0.70.6～0.9－－－－0.4～0.6鑄鐵及合金鋼16×2540601004000.4～0.50.6～0.80.8～1.21.0～1.4－0.5～0.80.7～1.01.0～1.2－0.4～0.60.6～0.80.8～1.0－－0.5～0.70.6～0.8－－－－20×3025×2540601004000.4～0.50.6～0.90.9～1.31.2～1.8－0.5～0.80.8～1.21.2～1.6－0.4～0.70.7～1.01.0～1.3－－0.5～0.780.9～1.0－－－0.7～0.9按表面粗糙度選擇進給量的參考值工

件

材

料表

面

粗

糙

度（μm

）切削速度范圍(m/min)刀

尖

圓

弧

半

徑

ｒε（㎜）0.51.02.0進

給

量

?（㎜/r）鑄鐵、青銅、鋁合金Ra10～5不限0.25～0.400.40～0.500.50～0.60Ra5～2.50.15～0.250.25～0.400.40～0.60Ra2.5～1.250.10～0.150.15～0.200.20～0.35碳鋼及合金鋼Ra10～5<500.30～0.500.45～0.600.55～0.70>500.40～0.550.55～0.650.65～0.70Ra5～2.5<500.18～0.250.25～0.300.30～0.40>500.25～0.300.30～0.350.35～0.50Ra2.5～1.25<500.100.11～0.150.15～0.2250～1000.11～0.160.16～0.250.25～0.35>1000.16～0.200.20～0.250.25～0.35（3）切削速度的選擇切削速度的選取原則是：粗車時，因背吃刀量和進給量都較大，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。（二）切削層參數(shù)在切削加工中，刀具或工件沿進給運動方向每移動f或fz后，由一個刀齒正在切除的金屬層成為切削層。1、切削厚度hD在垂直于切削刃的方向上度量的切削層界面的尺寸。2、切削寬度bD沿切削刃方向度量的界面尺寸。3、切削面積AD在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的橫截面積。車削時，實際切削面積殘留面積的高度成為輪廓最大高度，Ry若刀尖呈圓形，則其中re——刀尖圓弧半徑mm。知識目標(biāo)：

1.刀具組成

2.刀具幾何角度3.刀具的材料技能目標(biāo)：

1.能說出刀具幾何角度2.掌握刀具幾何角度作用情感目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生嚴謹細實的工作態(tài)度2.培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)道德意識3.培養(yǎng)學(xué)生具有熱愛科學(xué)、實事求是的學(xué)風(fēng)和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神4.善于從不同的角度發(fā)現(xiàn)問題，積極探索解決問題的方法5.培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神任務(wù)2認知金屬切削刀具下達任務(wù)：刀具幾何角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參數(shù)，它的變化直接影響金屬加工的質(zhì)量。（一）刀具切削部分組成要素普通外圓車刀切削部分組成為：1、前刀面Aγ

2、主后刀面Aα3、副后刀面Aα’

4、主切削刃S5、副切削刃S’

6、刀尖相關(guān)知識：數(shù)控車刀（二）刀具切削部分的幾何角度1、正交平面參考系（1）基面Pr：對于車刀、刨刀來說，Pr是過切削刃選定點和刀柄安裝面平行的平面；對于鉆頭、銑刀等旋轉(zhuǎn)刀具來說，Pr是過切削刃選定點并通過刀具軸線的平面。（2）切削平面Ps通過切削刃選定點與切削刃相切并垂直于Pr的平面。（3）正交平面Po通過切削刃選定點并垂直于Pr和Ps的平面。2.刀具的標(biāo)注角度①、車刀各標(biāo)注角度：

前角γo——在主切削刃選定點的正交平面po內(nèi)，前刀面與基面之間的夾角。后角αo——在正交平面po內(nèi)，主后刀面與切削平面之間的夾角。主偏角κr——主切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角。刃傾角λs——在切削平面ps內(nèi)，主切削刃與基面pr的夾角。車削刀具幾何角度3.刀具的工作角度概念:刀具在工作狀態(tài)下的切削角度稱為刀具的工作角度工作正交參考系下的參考平面

:工作基面pre——過切削刃選定點與合成切削速度ve垂直的平面。工作切削平面pse——過切削刃選定點與切削刃相切并垂直于工作基面的平面。工作正交平面poe——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。（1）刀具安裝位置對刀具工作角度影響①、刀刃安裝高低對工作前、后角的影響：圖中：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)的平面成θ角則：Sinθ＝2h/d刀尖低于工件中心，則工作角度變化與之相反。內(nèi)孔鏜削時與加工外表面情況相反。刀刃安裝高低的影響如果刀尖安裝低于工件中心，則工作角度的變化情況恰好相反。②、導(dǎo)桿中心與進給方向不垂直對工作主、副偏角的影響：刀桿中心與正常位置偏θ角時，刀具標(biāo)注工作角度的假定工作平面與現(xiàn)工作平面pfe成θ角則：κre

＝κr

±

θκreˊ＝κr-+θ

刀桿中心偏斜的影響（3）較強的耐磨性和耐熱性（2）高強度與強韌性刀具材料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1刀具材料的基本要求刀具材料需滿足一些基本要求：（1）高硬度（5）良好的工藝性與經(jīng)濟性（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。對于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC～70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89HRC～93HRC。（2）高強度與強韌性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㎜，進給量f＝0.5㎜/r的條件下，刀片所承受的切削力達到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強度和較強的韌性。一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。（3）較強的耐磨性和耐熱性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相組織中硬質(zhì)點（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。B、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。（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強。（5）良好的工藝性與經(jīng)濟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)濟效果，以降低生產(chǎn)成本。2普通刀具材料2.5.2普通刀具材料1．高速鋼（1）概念：高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的工具鋼（2）性質(zhì)：①、高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性②、高速鋼具有較高強度和韌性③、高速鋼具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性（3）高速鋼的分類

①、普通高速鋼

A、鎢系高速鋼（簡稱

W18）優(yōu)點：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強。缺點：碳化物分布常不均勻，強度與韌性不夠強，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。

B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼）優(yōu)點：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性

。缺點：高溫切削性能和W18相比稍差。②、高性能高速鋼優(yōu)點：具有較強的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍。

缺點：強度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料。

③、粉末冶金高速鋼優(yōu)點：無碳化物偏析，提高鋼的強度、韌性和硬度，硬度值達69～70HRC；保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形；磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高2～3倍；耐磨性好。適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。2．硬質(zhì)合金（1）硬質(zhì)合金組成硬質(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。（2）硬質(zhì)合金的性能特點硬質(zhì)合金優(yōu)點：硬質(zhì)合金中高熔點、高硬度碳化物含量高，熱熔性好,熱硬性好，切削速度高。硬質(zhì)合金缺點：脆性大，抗彎強度和抗沖擊韌性不強?？箯潖姸戎挥懈咚黉摰?/3～1/2，沖擊韌性只有高速鋼的1/4～1/35。硬質(zhì)合金力學(xué)性能：主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細和粘化劑的含量決定。

（2）普通硬質(zhì)合金的種類、牌號及適用范圍按其化學(xué)成分的不同可分為：①、鎢鈷類（WC+Co）（合金代號為YG，對應(yīng)于國標(biāo)K類）合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；鈷含量低，適于精加工。②、鎢鈦鈷類鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（合金代號為YT，對應(yīng)于國標(biāo)P類）此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強度降低→粗加工一般選擇TiC含量少的牌號，精加工選擇TiC含量多的牌號。③、鎢鈦鉭（鈮）鈷類鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代號為YW，對應(yīng)于國標(biāo)M類）適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。④、碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）合金代號YN，對應(yīng)于國標(biāo)P01類。用于精加工和半精加工，對于大長零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。（3）超細晶粒硬質(zhì)合金

超細晶粒硬質(zhì)合金多用于YG類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。工件材料分類I

SO分類及Coromant分類3特殊刀具材料1．陶瓷刀具（1）材料組成：主要由硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。（2）常用種類：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）優(yōu)點：有很高的硬度和耐磨性，刀具壽命比硬質(zhì)合金高；具有很好的熱硬性，摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金小，用該類刀具加工時能提高表面光潔度。（4）缺點：強度和韌性差，熱導(dǎo)率低。陶瓷最大缺點是脆性大，抗沖擊性能很差。（5）適用范圍：高速精細加工硬材料。2．金剛石刀具（1）分類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金剛石刀具。（2）優(yōu)點：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的60～80倍；切削刃鋒利，能實現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導(dǎo)熱性。（3）缺點：耐熱性差，強度低，脆性大，對振動很敏感。（4）適用范圍：用于高速條件下精細加工有色金屬及其合金和非金屬材料。3．立方氮化硼刀具（1）概念：立方氮化硼（簡稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。（2）優(yōu)點：硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，較高的導(dǎo)熱性和較小的摩擦系數(shù)。（3）缺點：強度和韌性較差，抗彎強度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2。（4）適用范圍：適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負前角的高速切削。4涂層刀具（1）概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。（2）常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al2O3等（3）涂層形式：可以采用單涂層和復(fù)合涂層（4）優(yōu)點：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因此具有較高的耐磨性（5）適用范圍：主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進給量很小的精密切削。PVD涂層高速鋼齒輪滾刀、銑刀、鉆頭數(shù)控刀具材料

PCVD涂層刀片

MT-CVD金剛石硬質(zhì)合金高速鋼立方氮化陶瓷刀具幾何參數(shù)的合理選擇概念：刀具幾何參數(shù)的合理選擇：是指在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇能提高切削效率，降低生產(chǎn)成本，獲得最高刀具耐用度的刀具幾何參數(shù)。刀具幾何參數(shù)內(nèi)容：刀具幾何角度（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）切削刃形狀（直線形、圓弧形）刀尖形狀選擇刀具考慮的因素：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床功率等。

1．前角和前刀面形狀的選擇（1）前角的選擇：在選擇刀具前角時首先應(yīng)保證刀刃鋒利，同時也要兼顧刀刃的強度與耐用度。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)決定。（2）前刀面形狀、刃區(qū)形狀及其參數(shù)的選擇①、前刀面形狀A(yù)、正前角鋒刃平面型（右圖）

特點：刃口較鋒利，但強度差，

γo不能太大，不易折屑主要用于高速鋼刀具，精加工。B、帶倒棱的正前角平面型（右圖）

特點：切削刃強度及抗沖擊能力強，同樣條件下可以采用較大的前角，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。

C、負前角平面型（右圖）

特點：切削刃強度較好，但刀刃較鈍，切削變形大。主要用于硬脆刀具材料。加工高強度高硬度材料，如淬火鋼。圖示類型負前角后部加有正前角，有利于切屑流出。D、曲面型（右圖）特點：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。E、鈍圓切削刃型（右圖）特點：切削刃強度和抗沖擊能力增加具有一定的消振作用。適用于陶瓷等脆性材料。切削刃形狀鈍圓切削刃：是在負倒棱的基礎(chǔ)上進一步修磨而成，或直接鈍化處理成。鈍圓切削刃與負倒棱比較：A、切削刃鈍圓半徑比鋒刃增大了一定的值，在切削刃強度方面獲得與負倒棱一樣的效果；B、比負倒棱更有利于消除刃區(qū)微小裂紋，使刀具獲得較高耐用度。C、刃部鈍圓對加工表面有一定的整軋和消振作用，有利于提高加工表面質(zhì)量。鈍圓半徑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。需要根據(jù)刀具材料、工件材料和切削條件三方面選擇。

刀具材料強度和韌性影響鈍圓半徑選擇。高速鋼刀具一般采用正前角鋒刃或小型切削刃，陶瓷刀片一般要求負倒棱且?guī)Т笮外g圓切削刃。WC基硬質(zhì)合金刀具一般采用中型鈍圓刀刃。TiC基硬質(zhì)合金刀具在中型與大型鈍圓刀刃之間。

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，一般采用鋒刃或小型鈍圓半徑；切削灰鑄鐵和球墨鑄鐵等材質(zhì)分布不均而容易產(chǎn)生沖擊的加工材料，通常采用中型鈍圓半徑刀具加工；切削高硬度合金材料，一般采用中型或大型鈍圓半徑刀具加工。鈍圓半徑選擇倒棱參數(shù)的最佳值與進給量有密切關(guān)系

bγ1＝（0.3～0.8）f粗加工時取大值，精加工時取小值。加工低碳鋼、灰鑄鐵、不銹鋼時，

bγ1≤0.5f，γ01＝-5o～-10o。加工硬皮的鍛件或鑄鋼件，機床剛度與功率允許的情況下，倒棱負角可減小到-30o，高速鋼倒棱前角γ01

＝0o～5o，硬質(zhì)合金刀具γ01＝-5o～-10o

。沖擊比較大，負倒棱寬度可取bγ1

＝（1.5～2）f。對于進給量很?。╢≤0.2mm/r）的精加工刀具，為使切削刃鋒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。倒棱參數(shù)2．后角及形狀的選擇（1）后角的選擇①、后角的作用

：A、減小刀具后刀面與加工表面的摩擦；B、當(dāng)前角固定時，后角的增大與減小能增大和減小刀刃的鋒利程度，改變刀刃的散熱，從而影響刀具的耐用度。②、后角的選擇考慮因素：A、切削厚度當(dāng)切削厚度hD（和進給量f）較小時，切削刃要求鋒利，因而后角αo應(yīng)取大些。如高速鋼立銑刀，每齒進給量很小，后角取到16o。車刀后角的變化范圍比前角小；粗車時，切削厚度hD較大，為保證切削刃強度，取較小后角，αo

＝4o～8o；精車時，為保證加工表面質(zhì)量，αo

＝8o～12o。車刀合理后角在f≤0.25㎜/r時，可選αo＝10o～12o；在f>0.25㎜/r時，αo

＝5o～8o。B、工件材料工件材料強度或硬度較高時，為加強切削刃，一般采用較小后角。對于塑性較大材料，已加工表面易產(chǎn)生加工硬化時，后刀面摩擦對刀具磨損和加工表面質(zhì)量影響較大時，一般取較大后角。如加工高溫合金時，αo＝10o～15o。③、選擇后角的原則：在不產(chǎn)生摩擦的條件下，應(yīng)適當(dāng)減小后角。（2）后刀面形狀的選擇雙重后面：為減少刃磨后面的工作量，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；刃帶：沿主切削刃和副切削刃磨出的窄棱面被稱為刃帶。刃帶的作用：A、對定尺寸刀具磨出刃帶的作用是為制造、刃磨刀具時有利于控制和保持尺寸精度，B、在切削時提高切削的平穩(wěn)性和減小振動。刃帶寬度的選擇一般刃帶寬在ba1＝0.1～0.3㎜范圍，超過一定值將增大摩擦，降低表面加工質(zhì)量。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性較差，容易出現(xiàn)振動時，可以在車刀后面磨出ba1

＝0.1～0.3㎜，αo1＝-5o～-10o的消振棱，如圖。3．主偏角、副偏角的選擇（1）主偏角的選擇A、主偏角κr的增大或減小對切削加工有利的一面在背吃刀量ap與進給量f不變時，主偏角κr減小將使切削厚度hD減小，切削寬度bD增加，參加切削的切削刃長度也相應(yīng)增加，切削刃單位長度上的受力減小，散熱條件也得到改善。主偏角κr減小時，刀尖角增大，刀尖強度提高，刀尖散熱體積增大。所以，主偏角κr減小，能提高刀具耐用度。B、主偏角κr的增大或減小對切削加工不利的一面主偏角的減小也會產(chǎn)生不良影響。因為根據(jù)切削力分析可以得知，主偏角κr減小，將使背向力Fp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。因此主偏角的減小對刀具耐用度和加工精度產(chǎn)生不利影響。

綜合考慮選擇原則：①、工藝系統(tǒng)剛性較好時（工件長徑比lw/dw<6），主偏角κr可以取小值。如當(dāng)在剛度好的機床上加工冷硬鑄鐵等高硬度高強度材料時，為減輕刀刃負荷，增加刀尖強度，提高刀具耐用度，一般取比較小的值，κr＝10o～30o。②、工藝系統(tǒng)剛性較差時（工件長徑比lw/dw=6-12），或帶有沖擊性的切削，主偏角κr可以取大值，一般κr＝60o～75o，甚至主偏角κr可以大于90o，以避免加工時振動。硬質(zhì)合金刀具車刀的主偏角多為60o～75o

。

③、根據(jù)工件加工要求選擇。當(dāng)車階梯軸時，κr

＝90o；同一把刀具加工外圓、端面和倒角時，κr

＝45o。（2）副偏角的選擇副偏角κrˊ的大小對刀具耐用度和加工表面粗糙度的影響：A、副偏角的減小，將可降低殘留物面積的高度，提高理論表面粗糙度值，B、副偏角減小刀尖強度增大，散熱面積增大，提高刀具耐用度。C、副偏角太小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。副偏角的選擇考慮的各種綜合因素：①、工藝系統(tǒng)剛性好時，加工高強度高硬度材料，一般κrˊ＝5o～10o；加工外圓及端面，能中間切入，κrˊ＝45o。②、工藝系統(tǒng)剛度較差時，粗加工、強力切削時，κrˊ＝10o～15o；車臺階軸、細長軸、薄壁件，κrˊ＝5o～10o。③、切斷切槽，κrˊ＝1o～2o。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。4．刀尖形狀的選擇刀尖概念：主切削刃與副切削刃連接的地方刀尖是刀具強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，非常容易磨損，因此增強刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖對已加工表面粗糙度有很大影響。(a)倒角刃(b)圓弧刃(c)修光刃倒角刀尖的優(yōu)點：主偏角κr和副偏角κrˊ的減小，都可以增強刀尖強度，但同時也增大了背向力Fp，使得工件變形增大并引起振動。但如在主、副切削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增加多少。如圖(a)所示。(a)倒角刃倒角刀尖的取值：倒角刀尖的偏角一般取κrε＝κr，bε＝（～）ap。(a)倒角刃圓弧狀刀尖的圓弧半徑取值：（如圖(b)所示）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，容易引起振動?？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?。挥操|(zhì)合金車刀和陶瓷車刀，一般ｒε＝0.5～1.5㎜，高速鋼刀具，ｒε

＝1～3㎜。精加工ｒε選取比粗加工小。

修光刃精加工時，還可修磨出

κr

‘

＝0寬度Bε‘＝（1.2～1.5）f與進給方向平行的修光刃，切除掉殘留面積，如圖(c)所示。這種修光刃能在進給量較大時，還能獲得較高的表面加工質(zhì)量。如用階梯端銑刀精銑平面時，采用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表面質(zhì)量。5．刃傾角的選擇刃傾角λs是在主切削平面ps內(nèi)，主切削刃與基面pr的夾角。當(dāng)λs為負值時，切屑將流向已加工表面，并形成長螺卷屑，容易損害加工表面。但切屑流向機床尾座，不會對操作者產(chǎn)生大的影響，如圖(a)所示。粗車時采用負值的λs

。當(dāng)λs為正值，切屑將流向機床床頭箱，影響操作者工作，并容易纏繞機床的轉(zhuǎn)動部件，影響機床的正常運行，如圖(b)所示。精車時采用正值的λs

。刃傾角對切屑流向的影響

刃傾角λs的變化能影響刀尖的強度和抗沖擊性能。當(dāng)λs取負值時，刀尖在切削刃最低點，切削刃切入工件時，切入點在切削刃或前刀面，保護刀尖免受沖擊，增強刀尖強度。一般大前角刀具通常選用負的刃傾角，既可以增強刀尖強度，又避免刀尖切入時產(chǎn)生的沖擊。刃傾角對刀尖的影響車削刃傾角主要根據(jù)刀尖強度和流屑方向來選擇，其合理數(shù)值如下表： 適用范圍精車細長軸精車有色金屬粗車一般鋼和鑄鐵粗車余量不均、淬硬鋼等沖擊較大的斷續(xù)車削大刃傾角薄切屑λs

值00～5050～10000～－50－50～－100－50～－150450～750

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，必須注意的是，刀具各個幾何角度之間是互相聯(lián)系互相影響的。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(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)。在加工硬度較高的工件材料時，為增加切削刃強度，一般取較小后角；加工淬硬鋼等特硬材料時，常常采用負前角，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。綜合考慮各種因素，合理選擇刀具幾何參數(shù)任務(wù)實施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。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）模塊一

數(shù)控加工的

切削基礎(chǔ)任務(wù)3金屬切削過程

基本規(guī)律及其應(yīng)用下達任務(wù)：如何選擇切削力？知識目標(biāo)：◆掌握切削力◆了解切屑類型技能目標(biāo)：◆能夠合理選擇切削力情感目標(biāo)：◆培養(yǎng)學(xué)生嚴謹細實的工作態(tài)度◆培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)道德意識◆培養(yǎng)學(xué)生具有熱愛科學(xué)、實事求是的學(xué)風(fēng)和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神◆善于從不同的角度發(fā)現(xiàn)問題，積極探索解決問題的方法◆培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神一、切屑的形成及種類（一）切屑的形成過程從實踐中可知，切屑的形成過程就是切削層變形的過程，把切削區(qū)域劃分為三個變形區(qū)：相關(guān)知識1、第I變形區(qū)即剪切滑移區(qū)。2、第II變形區(qū)切屑沿前刀面流出時，受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前面處的金屬再次產(chǎn)生剪切變形，使其切屑底層薄薄的一層金屬流動滯緩。3、第III變形區(qū)是刀具后刀面和工件的接觸區(qū)。（二）切屑的種類由于工件材料不同，切削條件不同，切削過程中的變形程度也就不同。根據(jù)切削過程中變形程度的不同，可把切屑分為四種不同的形態(tài)。1、帶狀切屑，這種切屑的底層（與前刀面接觸的面）光滑，而外表面呈毛茸狀，無明顯裂紋。一般加工塑性金屬材料（如軟鋼、銅、鋁等），在切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時，容易得到這種切屑。形成帶狀切屑時，切削過程較平穩(wěn)，切削力波動較小，加工表面質(zhì)量高。2、擠裂切屑，又稱節(jié)狀切屑。這種切屑的底面有時出現(xiàn)裂紋，而外表面呈明顯的鋸齒狀。擠裂切屑大多在加工塑性較低的金屬材料（如黃銅），切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生；特別當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性不足、加工碳素鋼材料時，也容易得到這種切屑。產(chǎn)生擠裂切屑時，切削過程不太穩(wěn)定，切削力波動也較大，巳加工表面質(zhì)量較低。3、單元切屑，又稱粒狀切屑。采用小前角或負前角，以極低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金屬（延伸率較低的結(jié)構(gòu)鋼）時，會產(chǎn)生這種切屑。產(chǎn)生單元切屑時，切削過程不平穩(wěn)，切削力波動較大，已加工表面質(zhì)量較差。4、崩碎切屑，切削脆性金屬（鑄鐵、青銅等）時，由于材料的塑性很小，抗拉強度很低，在切削時切削層內(nèi)靠近切削刃和前刀面的局部金屬未經(jīng)明顯的塑性變形就被擠裂，形成不規(guī)則狀的碎塊切屑。工件材料越硬脆、刀具前角越小、切削厚度越大時，越容易產(chǎn)生崩碎切屑。產(chǎn)生崩碎切削時，切削力波動大，加工表面凹凸不平，刀刃容易損壞。二、積屑瘤（一）積屑瘤的現(xiàn)象在中速或較低切削速度范圍內(nèi)，切削一般鋼料或其它塑性金屬材料，而又能形成帶狀切屑時，常在切削刃口附近粘結(jié)一硬度很高（通常為工件材料硬度的2~3.5倍）的楔狀金屬塊，它包圍著切削刃且覆蓋部分前刀面，這種楔狀金屬塊稱為積屑瘤。（二）積屑瘤的形成過程在切削過程中，由于刀—屑間的摩擦，使前刀面和切屑底層一樣都是剛形成的新鮮表面，它們之間的粘附能力較強。因此在一定的切削條件（壓力和溫度）下，切屑底層與前刀面接觸處發(fā)生粘結(jié)，使與前刀面接觸的切屑底層金屬流動較慢，而上層金屬流動較快。流動較慢的切屑底層，稱為滯流層。如果溫度與壓力適當(dāng)，滯流層金屬就與前刀面粘結(jié)成一體。隨后，新的滯流層在此基礎(chǔ)上逐層積聚、枯合，最后長成積屑瘤。長大后的積屑瘤受外力作用或振動影響會發(fā)生局部斷裂或脫落。積屑瘤的產(chǎn)生、成長扮脫落過程是在短時間內(nèi)進行的，并在切削過程中周期性地不斷出現(xiàn)。（三）積屑瘤在切削過程中的作用1、增大前角：積屑瘤粘附在前刀面上，它增大了刀具的實際前角，當(dāng)積屑瘤最高時，刀具有30°左右的前角，因而可減少切屑變形，降低切削力。2、增大切削厚度：積屑瘤前端伸出于切削刃外，伸出量為△hD

，使切削厚度增大了△hD，因而影響了加工尺寸。3、增大已加工表面粗糙度：積屑瘤的產(chǎn)生、成長與脫落是一個帶有一定周期性的動態(tài)過程（每秒鐘幾十至幾百次）,使切削厚度不斷變化，以及有可能由此而引起振動。4．影響刀具耐用度：積屑瘤一旦形成，它便代替切能刃和前刀面進行切削，從而減少了刀具磨損。但在積屑瘤不穩(wěn)定的情況下使用硬質(zhì)合金刀具時，積屑瘤的破裂可能使硬質(zhì)合金刀具顆粒剝落，使刀具磨損加劇。（四）影響積屑瘤的主要因素及防止方法1、切削速度：通過切削溫度對前刀面的最大摩擦系數(shù)和工件材料性質(zhì)的影響而影響積屑瘤的。所以控制切削速度使切削溫度控制在300℃以下或380℃以上，就可以減少積屑瘤的生成。2、進給量：進給量增大，則切削厚度增大。切削厚度越大，刀－屑的接觸長度越長，從而形成積屑瘤的生成基礎(chǔ)。若適當(dāng)降低進給量，則可削弱積屑瘤的生成基礎(chǔ)。3、前角若增大刀具前角，切屑變形減小，則切削力減小，從而使前刀面上的摩擦減小，減小了積屑瘤的生成基礎(chǔ)。實踐證明，前角增大到35°時，一般不產(chǎn)生積屑瘤。4、切削液采用潤滑性能良好的切削液可以減少或消除積屑瘤的產(chǎn)生。三、切削力這些分別作用于刀具和工件上的大小相等、方向相反的力的總和稱為切削力。（一）切削力的來源及分解切削時作用在刀具上的力來自兩個方面，即三個變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的彈性變形抗力和塑性變形抗力；切屬、工件與刀具間的摩擦力。

通常將合力Fr分解成如圖所示的三個互相垂直的分力。1、主切削力Fc2、背向力Fp3、進給抗力Ff（二）計算切削力的經(jīng)臉公式在生產(chǎn)中計算切削力的經(jīng)驗公式可分為兩類：一類是指數(shù)公式；一類是按單位切削力計算的公式。

1、計算切削力的指數(shù)公式計算切削力Fc的指數(shù)公式為；與工件材料有關(guān)的系數(shù)背吃刀量對切削力的影響指數(shù)進給量對切削力的影響指數(shù)切削速度對切削力的影響指數(shù)修正系數(shù)2、用單位切削力計算切削力的公式單位切削力是指單位切削面積上的主切削力，用p（單位為N／mm2）表示。（三）切削功率切削功率是切削過程消耗的功率，它等于總切削力Fr的三個分力消耗功率的總和。外圓車削時，由于Ff消耗的功率所占比例很小，約1％~5%，通常略去不計；Fp

方向的運動速度為零，不消耗功率，所以切削功率（用Pc表示，單位為kW）為：Fc——主切削力，單位為N;Vc——切削速度，單位為m/min。算出切削功率后，可以進一步計算出機床電動機消耗的功率PE：（單位為kW）

機床的傳動功率，一般為0.75~0.85。（四）影響切削力的主要因素1、工件材料的影響工件材料的強度、硬度越高，材料的剪切越屈服強度越高，切削力大。在強度、硬度相近的情況下，材料的塑性、韌性越大，則切削力越大。2、切削用量的影響（1）背吃刀量和進給量當(dāng)ap或f加大時，切削面積加大，變形抗力和摩擦阻力增加，從而引起切削力增大。實驗證明，當(dāng)其他切削條件一定時，ap加大1倍，切削力增加一倍；f加大一倍，切削力增加68%~86%；（2）切削速度：切削塑性金屬時，在形成積屑瘤范圍內(nèi)，Vc較低時，隨著Vc的增加，積屑瘤增高，前角增大，切削力減小。Vc較高時，隨著Vc的增加，積屑瘤逐漸消失，y。減小，切削力又逐漸增大。在積屑瘤消失后Vc再增大，使切削溫度升高，切削層金懇的強度和硬度降低，切屑變形減小，摩擦力減小，因此切削力減小。Vc達到一定值后再增大時，切削力變化減緩，漸趨穩(wěn)定。3、刀具幾何角度的影響

前角增大，被切金屬變形減小，切削力減小。切削塑性大的材料，加大前角，可使塑性變形顯著減小，故切削力減小得多一些。主偏角對進給抗力，背向力影響較大，增大主偏角時，背向抗力Fp減小，近給抗力Ff增大。刃傾角對主切削力Fc影響很小，但對背向力Fp、進給抗力Ff影響顯著。刃傾角減小時，背向抗力Fp增大，F(xiàn)f減小。4、刀具磨損的影響當(dāng)?shù)毒吆蟮睹婺p后，形成零后角，且刀刃變鈍，后刀面與加工表面間擠壓和摩擦加劇，使切削力增大。5、切削液的影響以冷卻作用為主的水溶液對切削力影響很小。以潤滑作用為主的切削油熊顯著地降低切削力。由于潤滑作用，減小了刀具前刀面與切屑、后刀面與工件表面間的摩擦。四、切削熱與切削溫度（一）切削熱的產(chǎn)生與傳散

1、切削熱的產(chǎn)生切削熱是由切削功轉(zhuǎn)變而來的，一是切削層發(fā)生的彈、塑性變形功；二是切屑與前刀面、工件與后刀面間消耗的摩擦功。1）剪切區(qū)的變形功轉(zhuǎn)變的熱Qp;2）切屑與前刀面的摩擦功轉(zhuǎn)變的熱Qrf

3）已加工表面與后刀面的摩擦功轉(zhuǎn)變的熱Qaf產(chǎn)生的總熱量口為：2、切削熱的傳散切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出。1）車削加工時：切屑50%~86%，刀具40~10%，工件9%~3%，周圍介質(zhì)1%。2）鉆削加工時：切屑28%，刀具14.5%，工件52.5%，周圍介質(zhì)5%。切削速度越高，切削厚度越大，則由切屑帶走的熱量越多。影響切削熱傳出的主要因素是工件和刀具材料的熱導(dǎo)率以及周圍介質(zhì)的狀況。（二）切削溫度及其影響因素通常所說的切削溫度，都是指切屑、工件和刀具接觸區(qū)的平均溫度。1、切削用力對切削溫度的影響切削速度對切削溫度形響顯著。實驗證明，隨著切削速度的提高，切削溫度明顯上升。因為當(dāng)切屑沿前刀面流出時，切屑底層與前刀面發(fā)生強烈摩擦，因而產(chǎn)生大量的熱量。

進給量對切削溫度有一定的影響。隨著進給f的增大，單位時間內(nèi)的金屬切除量增多，切削過程產(chǎn)生的切削熱也增多，切削溫度上升。

背吃刀量對切削溫度影響很小。隨著背吃刀量的增大，切削層金屬的變形與摩擦成正比增加，切削熱也成正比增加。但由于切削刃參加工作的長度也成正比地增長，改善了散熱條件，所以切削溫度的升高并不明顯。2、刀具幾何參數(shù)對切削溫度的影響

前角的數(shù)值直接影響到第I變形區(qū)的變形大小和第II變形區(qū)摩擦的大小及散熱條件的好壞，所以對切削溫度有明顯的影響。前角大，產(chǎn)生的切削熱少，切削溫度低；前角小，切削溫度高。主偏角增大，切削溫度將升高。因為主偏角加大后，切削刃工作長度縮短，切削熱相對地集中，刀尖角減小，散熱條件變差，切削溫度升高。3、工件材料對切削溫度的影響工件材料影響切削溫度的因素主要有強度、硬度、塑性及傳熱系數(shù)。工件材料的強度與硬度越高，切削時消耗的功率越大，產(chǎn)生的切削熱也越多，切削溫度越高；工件材料塑性主要影響到第I變形區(qū)的變形和第II變形區(qū)的摩擦，從而影響切削溫度；工件材料傳熱系數(shù)大，從工件傳出去的熱量大、切削溫度低。4、刀具磨損對切削溫度的影響刀具磨損后切削刃變鈍，刃區(qū)前方的擠壓作用增大，切削區(qū)金屬的塑性變形增加；同時，磨損后的刀具后角基本為零，使工件與刀具的摩擦加大，兩者均使切削熱增多。5、切削液對切削溫度的影響切削液能降低切削區(qū)的溫度，改善切削過程中的摩擦狀況，減少刀具和切屑的粘結(jié)，減少工件熱變形，保證加工精度，減小切削力，提高刀具耐用度和生產(chǎn)效率。五、刀具磨損與刀具耐用度（一）刀具磨損形式刀具失效的形式分為正常磨損和破損兩大類。1、前刀面磨損在切削速度較高、切削厚度較大的情況下，加工鋼料等高熔點塑性金屬時，前刀面在強烈的摩擦下，經(jīng)常會磨出一個月牙形的洼坑。在切削過程中，月牙洼的寬度與深度逐漸擴展，使棱邊逐漸變窄，最后導(dǎo)致崩刃。2、后刀面磨損

刀具主后刀面與工件過渡表面接觸，產(chǎn)生強烈摩擦，在毗鄰主切削刃的部位很快磨出后角等于零的小棱面，此種磨損形式稱為后刀面磨損。在切削速度較低、切削厚度較小的情況下，不管是切削脆性金屬（如鑄鐵等）還是切削塑性金屬，刀具都會產(chǎn)生主后刀面磨損。3．前刀面和主后刀面同時磨損

在中等切削速度和進給級的情況下，切削高熔點塑性金屬時，經(jīng)常發(fā)生前刀面月牙洼磨損和主后刀面磨損兼有的磨損形式。（二）刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準1、刀具磨損過程在一定切削條件下，不論何種磨損形態(tài)，其磨損量都將隨切削時間的增長而增長。刀具的磨損過程可分為三個階段。（1）初期磨損階段這一階段磨損速率大，是因為新刃磨的刀具主后刀面存在粗糙不平、顯微裂紋、氧化或脫碳層等缺陷，而且切削刃較鋒利，主后刀面與過度表面接觸面積較小，壓應(yīng)力和切削溫度集中于刃口所致。（2）正常磨損階段經(jīng)過初期磨損后，刀具主后刀面粗糙表面已經(jīng)磨平，承壓面積增大，壓應(yīng)力減小，從而使磨損速率明顯減小，且比較穩(wěn)定，即刀具進人正常磨損階段。（3）急劇磨損階段當(dāng)磨損帶寬度VB增大到一定限度后，摩擦力增大，切削力和切削溫度急劇上升，刀具磨損速率增大，以致刀具迅速損壞而失去切削能力。2、刀具的磨鈍標(biāo)準刀具磨損到一定程度后，切削力、切削溫度顯著增加，加工表面變得粗糙，工件尺寸可能會超出公差范圍，切屑顏色、形狀發(fā)生明顯變化，甚至產(chǎn)生振動或出現(xiàn)不正常的噪聲等。這些現(xiàn)象都可說明刀具已經(jīng)磨鈍，因此需要根據(jù)加工要求規(guī)定一個最大的允許磨損值，這就是刀具的磨鈍標(biāo)準。由于后刀面磨損最常見，且易于控制和測量，通常以主后刀面中間部分平均磨損量作為磨鈍標(biāo)準。（三）刀具耐用度1、刀具耐用度的概念所謂刀具耐用度，指的是從刀具刃磨后開始切削，一直到磨損量達到磨鈍標(biāo)準為止所經(jīng)過的總切削時間，用符號T表示，單位為min。耐用度應(yīng)為切削時間，不包括對刀、測量、快進、回程等非切削時間。2、影響刀具耐用度的因素（1）切削用量切削用量是影響刀具耐用度的一個重要因素。用硬質(zhì)合金車刀切削碳鋼時，切削用量與刀具耐用度的關(guān)系為：所以在保證一定刀具耐用度的條件下，為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)首先選取大的背吃刀量，然后選擇較大的進給量f，最后選擇合理的切削速度。（2）刀具幾何參數(shù)刀具集合參數(shù)對刀具耐用度影響最大的是前角和主偏角。前角增大，可使切削力減小，切削溫度降低，耐用度提高；但前角太小，刀具強度削弱，散熱差，且易于破損，刀具耐用度反而下降了。由此可見，對于每一種具體加工條件，都有一個使刀具耐用度T最高的合理數(shù)值。

主偏角減小，可使刀尖強度提高，改善散熱條件，提高刀具耐用度；但主偏角過小，則背向力增大，對剛性差的工藝系統(tǒng)，切削時易引起振動。此外，如減小副偏角，增大刀尖圓弧半徑，其對刀具耐用度的影響與主偏角減小時相同。（3）刀具材料刀具材料的高溫強度越高，耐磨性越好，刀具耐用度越高。但在有沖擊切削、重型切削和難加工材料切削時，影響刀具耐用度的主要因素是沖擊韌性和抗彎強度。韌性越好，抗彎強度越高，刀具耐用度越高，越不易產(chǎn)生破損。（4）工件材料工件材料的強度、硬度越高，產(chǎn)生的切削溫度越高，故刀具耐用度越低。此外，工件材料的塑性、韌性越高，導(dǎo)熱性越低，切削溫度越高，刀具耐用度越低。3、刀具耐用度的確定合理選擇刀具耐用度，可以提高生產(chǎn)率和降低加工成本。刀具耐用度定得過高，就要選取較小的切削用量，從而降低了金屬切除率，降低了生產(chǎn)率，提高了加工成本。反之耐用度定得過低，雖然可以采取較大的切削用量，但卻因刀具磨損快，換刀、磨刀時間增加，刀具費用增大，同樣會使生產(chǎn)率降低和成本提高。選擇刀具耐用度時，還應(yīng)考慮以下幾點：1）復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)比簡單的、低精度的、單刃刀具高；2）可轉(zhuǎn)位刀具換刃、換刀片快捷，為使切削刃始終處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低一些；3）精加工刀具切削負荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得高一些；4）精加工大件時，為避免中途換刀，耐用度應(yīng)選得高一些；5）數(shù)控加工中，刀具耐用度應(yīng)大于一個工作班，至少應(yīng)大于一個零件的切削時間。工件材料的切削加工性切削液

工件材料的切削加工性1.1工件材料切削加工性的概念

材料的切削加工性籠統(tǒng)地說是指對某種材料進行切削加工的難易程度。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(xí)慣地以45碳素結(jié)構(gòu)鋼作為比較的基準。如高強度鋼比較難加工，就是相對于45鋼而言的。1.2衡量切削加工性的指標(biāo)根據(jù)不同的加工要求，衡量切削加工性的指標(biāo)有以下幾種。1.相對加工性2.以切削力或切削溫度衡量切削加工性3.以已加工表面質(zhì)量衡量切削加工性4.斷屑的難易衡量切削加工性1.相對加工性生產(chǎn)中通常采用相對加工性來衡量工件材料的切削加工性，即以強度σb=0.637GPa的處于正火狀態(tài)下45鋼的

V60為基準，寫作(V60)j，其他被切削的工件材料的V60與之相比的數(shù)值，記作Kν

，這個比值Kν

稱為相對加工性，即

VT的含義是：當(dāng)?shù)毒吣陀枚葹門(min

或s)時，切削該種工件材料所允許的切削速度值

Kν

＞1的材料，比45鋼容易切削；Kν

＜1的材料，比45鋼難切削。在實際生產(chǎn)中，一定耐用度下所允許的切削速度是最常用的指標(biāo)之一。目前常用的工件材料，按相對加工性Kν

可分為8級，見表。由表

可知：Kν

越大，切削加工性越好；Kν

越小，切削加工性越差。2.以切削力或切削溫度衡量切削加工性在粗加工或機床動力不足時，常用切削力或切削溫度指標(biāo)來評定材料的切削加工性。即相同的切削條件下，切削力大、切削溫度高的材料，其切削加工性就差；反之，其切削加工性就好。對于某些導(dǎo)熱性差的難加工材料，也常以切削溫度來衡量。3.以已加工表面質(zhì)量衡量切削加工性精加工時，用被加工表面粗糙度值來評定材料的切削加工性。對有特殊要求的零件，則以已加工表面變質(zhì)層深度、殘余應(yīng)力和加工硬化等指標(biāo)來衡量材料的切削加工性。凡是容易獲得好的已加工表面質(zhì)量的材料，其切削加工性較好，反之則切削加工性較差。4.斷屑的難易衡量切削加工性在自動機床、組合機床及自動線上進行切削加工時，或者對如深孔鉆削、盲孔鉆削等斷屑性能要求很高的工序，采用這種衡量指標(biāo)。凡是切屑容易折斷的材料，其切削加工性就好；反之，則切削加工性較差。1.3影響工件材料切削加工性的因素及改善切削加工性的途徑1.工件材料物理力學(xué)性能對切削加工性的影響工件材料的切削加工性能主要受其本身的物理力學(xué)性能的影響，材料的物理力學(xué)性能主要是指材料的強度、硬度、塑性、韌性和熱導(dǎo)率等。(1)材料的硬度和強度一般情況下，材料中硬度較高的，切削加工性能較差。材料的硬度高時，切屑與刀具前刀面的接觸長度減小，摩擦熱集中在較小的刀-屑接觸面上，促使切削溫度增高，刀具的磨損加劇。工件材料硬度過高時，甚至引起刀尖的燒損及崩刃。工件材料的強度包括常溫強度和高溫強度。工件材料的強度愈高，切削力就愈大，切削功率隨之增大，切削溫度因之增高，刀具磨損增大。所以在一般情況下，切削加工性隨工件材料強度的提高而降低。(2)材料的韌性工件材料的韌性用沖擊韌度ak

值來表示，ak

值越大的材料，表明它在切削變形時吸收的能量越多。因此在切削時，切削力和切削溫度越高，并且越不容易斷屑，其切削加工性能就越差。(3)材料的塑性工件材料的塑性以伸長率δ來表示。δ越大，則材料的塑性越大，其切削加工性能越差。這是因為塑性大的材料，切削時的塑性變形就越大，切削力就較大，切削溫度也較高，并且刀具容易產(chǎn)生黏結(jié)磨損和擴散磨損，已加工表面的粗糙度值較大。但材料的塑性太低時，切屑與前刀面的接觸長度縮短較多，切削力和切削熱集中在切削刃附近，加劇刀具的磨損，也會使切削加工性變差。由此可知，工件材料的塑性過大或過小都會使切削加工性下降。(4)材料的導(dǎo)熱系數(shù)在一般情況下，導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，切削熱越容易傳出，越有利于降低切削區(qū)的溫度，減小刀具的磨損，切削加工性也越好。但工件材料的溫升容易引起工件變形，這對控制加工尺寸造成一定的困難，應(yīng)特別引起注意。2.常用金屬材料的切削加工性（1）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，切削性良好工件表面若有硬皮應(yīng)進行退火處理。（2）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，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。合金結(jié)構(gòu)鋼強度硬度提高，切削加工性變差。（3）有色金屬

普通鋁及鋁合金、銅及銅合金，強度硬度低，導(dǎo)熱性好，易切削。3.改善工件材料切削加工性的途徑（1）調(diào)整材料的化學(xué)成分

在鋼中適當(dāng)添加一些元素，如硫、鈣、鉛等，使鋼的切削加工性得到顯著改善，這樣的鋼叫“易切鋼”。（2）進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?/p>

低、中碳鋼宜選正火處理，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

(3)選擇合適的毛坯成形方式和刀具材料，確定合理的刀具角度和切削用量，安排適當(dāng)?shù)募庸すに囘^程等，也可以改善材料的切削加工性能。4.幾種難加工材料的切削功工性

難加工金屬材料主要有：高強度鋼，超高強度鋼，泠硬鑄鐵，不銹鋼，鈦合金等。（1）高強度鋼，超高強度鋼的切削加工性高強度鋼，超高強度鋼的半精加工，精加工和部分粗加工常在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進行。調(diào)質(zhì)后它們的金相組織，一般為索化體或和托氏體，硬度35～50HRC，抗拉強度=0.981Gpa左右，與切削正火狀態(tài)下的45鋼相比，其切削力仍高出20～30％，切削溫度高，故刀具磨損快，耐用度低。（2）高錳鋼的切削加工性

Mn12,40Mn18Cr4等為高錳鋼常用碑號。經(jīng)過水韌處理，硬度不高，便塑性特別高，加工硬化特別嚴重，導(dǎo)熱系數(shù)很小，因此切削溫度很高，切削力約比切削45鋼時增大60％，高錳鋼比高強度鋼更難加工。（3）冷硬鑄鐵的切削加工性：冷硬鑄鐵硬度較高，是其難加工的主要原因。它的塑性很低，刀與屑接觸長度很小，切削力和切削熱都集中在切低削的附近，因而切削刃極易崩刃。（4）鈦合金的切削加工性加工鈦合金時，刀具磨損快，耐用度低，其原因如下：①因鈦的化學(xué)性能活潑，在高溫時易與空氣中的氧，氮等元素化合，使材料變脆，因此刀---屑接觸很短（只為鋼的1/3～1/4）；②導(dǎo)熱系數(shù)極小，僅為45鋼的1/5---1/7，切削熱集中在切削刃的附近，故切削溫度很高，比加工45鋼高出一倍；③加工表面常出現(xiàn)硬而脆的外皮，給后一道工序加工帶來困難。1.4非金屬材料的切削加工性簡介1.陶瓷材料的切削加工性陶瓷材料是用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)過成型和高溫?zé)Y(jié)制成的，由無機化合物構(gòu)成的多相固體材料。按性能和用途可分為：普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷又叫傳統(tǒng)陶瓷，是指在日用、建筑、藝術(shù)、衛(wèi)生、電工和化工等方面使用的陶瓷。特種陶瓷又叫精細陶瓷，可又分為結(jié)構(gòu)陶瓷(高強度陶瓷和高溫陶瓷)和功能陶瓷(磁性、介電、半導(dǎo)體、光學(xué)和生物陶瓷等)兩類。機械工程中應(yīng)用較多的主要是精細陶瓷。由于精細陶瓷材料的硬度和強度均較高，一般采用磨削，如果切削加工，必須選用金剛石或立方氮化硼刀具。2.石材的切削加工性石材種類繁多，就其生成和來源分類，有天然和人造兩大類。用于建筑裝修和機械平臺而又必須經(jīng)過機械加工的天然石材有：大理石、花崗石等，此外還有人造大理石以及水磨石等人造石材。石材的加工主要是鋸、切、磨、拋。石材的可加工性是指鋸、切、磨、拋加工的難易程度。一般情況下，石材硬度越大，則加工越困難，對工具的磨損也越大。

切削液

在切削加工中，合理地使用金屬切削液可以降低切削時的切削力以及刀具與工件之間的摩擦，及時帶走切削區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的熱量以降低切削溫度，減少刀具磨損，提高刀具耐用度，同時能減小工件熱變形，抑制積屑瘤和鱗刺的生長，從而提高生產(chǎn)效率，改善工件表面粗糙度，保證工件加工精度，達到最佳經(jīng)濟效果。因此，了解切削液的功用，合理地選用切削液對實際生產(chǎn)具有重要的意義。1切削液的分類

切削加工中最常用的切削液可分為水溶性、非水溶性和固體潤滑劑三大類，下面列出常用切削液的種類。

(1)水溶性切削液。主要有水溶液和乳化液。水溶液是由基礎(chǔ)油(或不含基礎(chǔ)油)、防銹添加劑、表面活性劑、水以及其他添加劑復(fù)配而成，使用時根據(jù)加工情況用水配成一定濃度的稀釋液進行使用。

乳化液是由礦物油、乳化劑及其他添加劑配制而成，用95%～98%的水稀釋后即成為乳白色或半透明狀的乳化液，為了提高其防銹和潤滑性能，再加入一定的添加劑。水溶性切削液有良好的冷卻性能和清洗作用，還有一定的防銹與潤滑作用。

離子型切削液是水溶性切削液中的一種新型切削液，其母液是由陰離子型、非離子型表面活性劑和無機鹽配制而成。它在水溶液中能離解成各種強度的離子。切削時，由于強烈摩擦所產(chǎn)生的靜電荷，可由這些離子反應(yīng)迅速消除，降低切削溫度，提高刀