数控加工的切削基础.ppt

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1、第2章 数控加工的切削基础,21 切削运动与切削要素 22 金属切削刀具 23 金属切削过程 24 金属材料的切削加工性 25 切削用量及切削液的选择,2.1 切削运动与切削要素,211 切削运动和加工中的工件表面,金属切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上预留的金属材料(统称余量)切除，获得图样所要求的零件。在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动。,1 . 切削运动,（1）主运动 主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件并切除切削层 。(图21) （2）进给运动 进给运动又称走刀运动，是由机床提供的使刀具与工件之间

2、产生附加的相对运动，即进给运动是切削过程中使金属层不断地投入切削，加上主运动从而加工出完整表面所需的运动。 (图21) 总之，在各类切削加工中，主运动必须有一个，而进给运动可以有一个(如车削)、两个(如圆磨削)或多个，甚至没有(如拉削)。 由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动（图21）。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度。合成切削速度为同一选定点的主运动速度与进给运动速度的矢量和，即：,图21 几种常见加工方法的切削运动 a) 车外圆 b) 刨平面 c) 铣平面 d) 钻孔 e) 磨外圆 vc主运动 vf纵向进给运动 vn圆周进给运

3、动 vp径向进给运动,返回切削运动,返回加工表面,2. 加工中的工件表面,（1）已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。 （图21） （2）待加工表面 工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面。 （图21） （3）过渡表面 过渡表面就是工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程（如刨削）、刀具或工件的下一转里(如单刃镗削或车削)将被切除，或者由下一切削刃(如铣削)切除 。 （图21）,212 切削要素,切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。 1切削用量（图22）,（1）切削速度（ ） 在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。即在单位时间内，工件

4、和刀具沿主运动方向的相对位移，单位为 。主运动是回转运动时，其切削速度为加工表面最大线速度：,（2）进给量（f） 在主运动的一个循环内，刀具在进给方向上相对于工件的位移量称为进给量。其单位用mmr （如车削、镗削等）或mm行程(如刨削、磨削等)表示。 车削时的进给速度(单位为mmmin)是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度，它与进给量之间的关系为： （3） 背吃刀量( ) 背吃刀量是已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，其单位为mm。外圆车削时，为,图22 切削用量三要素,返回,2切削层参数,切削层是由切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的

5、动作）所切除的工件材料层。切削层的尺寸称为切削层参数。 （1）切削层公称厚度（ ） 是刀具或工件每移动一个进给量以后，主切削刃相邻两位置间的垂直距离，单位为mm。 （2）切削层公称宽度( ) 是沿刀具主切削刃量得的待加工表面至已加工表面之间的距离。它大致反映了工作主切削刃参加切削工作的长度，单位为mm。 （3）切削层公称横截面面积(AD) 它是指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mm2。,图23 外圆纵车时切削层的参数,22 金属切削刀具,221 常用刀具种类,1按加工方法分类 （1）切刀：车刀、刨刀、插刀、镗刀。 （2）孔加工刀具：钻头、扩孔钻、铰刀。 （3）拉刀:圆

6、孔拉刀、花键拉刀、平面拉刀、单键拉刀。 （4）铣刀：圆柱形铣刀、面铣刀、立铣刀、槽铣刀、锯片铣刀 。（5）螺纹刀具：丝锥、板牙、螺纹切刀。 （6）齿轮刀具：齿轮铣刀、齿轮滚刀、插齿刀 。（7）磨具：砂轮、砂带、油石。 2按切削刃特点分类 单刃刀具和多刃刀具。 3.工艺特点分类 （1）通用刀具：车刀、刨刀、铣刀等。 （2）定尺寸刀具：钻头、扩孔钻、铰刀、拉刀等。 （3)成形刀具：成形车刀、花键拉刀等。 4按装配结构分类 整体式、装配式和复合式等。 尽管各种刀具的结构和形状各不同，但有共同的组成部分，即是由工作部分和夹持部分组成的。工作部分俗称刀头，指担负切削加工部分，由刀面、切削刃组成；夹持部分

7、俗称刀柄或刀体，横截面一般为矩形或圆形，指刀杆、刀柄和套装孔，是保证刀具有正确的安装工作位置，并传递切削运动和动力。图24为切削刀具的基本类型,图24 切削刀具的基本类型 a) 机夹式车刀 b)热管式车刀 c)麻花钻 d)扩孔钻 e)铰刀 f)圆孔拉刀 g)圆柱形铣刀 h)硬质合金面铣刀 i)成形铣刀 j)丝锥 k)板牙 l)齿轮滚刀 m)插齿刀 n)剃齿刀 o)平形砂轮,return,222 刀具材料 1. 刀具材料应具备的性能,表21 刀具材料的性能一览表,2刀具材料的种类,（1）高速钢 通用型高速钢 ：不适合高速切削和硬的材料切削。 高性能高速钢：加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高

8、强度钢等难加工材料。 （2）硬质合金 钨钴类硬质合金(YG)：适用于加工脆性材料(铸铁等)。 钨钛钴类硬质合金(YT)：适用于切屑呈带状的钢料等塑性材料。 钨钛钽(铌)类硬质合金(YW) ：既能加工钢、铸铁、有色金属，也能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。 钛基硬质合金（YN类） ：用于铸铁、碳素钢、合金钢的车削、铣削。 （3）其他刀具材料 涂层刀具材料：刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性 陶瓷材料：主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。 金刚石：一般不适宜加工黑色金属，主要用于有色金属以及非金属材料的高速精加工。 立方氮化硼(CNB) ：目前主要用于加

9、工淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。,223 刀具几何角度 1刀具切削部分组成要素,（1）前刀面(A) 刀具上切屑流过的表面。 （2）主后刀面(A) 刀具上与过渡表面相对的表面。 （3）副后刀面(A) 刀具上与已加工表面相对的表面。 （4）主切削刃(S) 前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的金属切除工作。 （5）副切削刃(S) 前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面。 （6）刀尖 主切削刃与副切削刃的连接处的一小部分切削刃。它分为修圆刀尖和倒角刀尖两类(图26),图25 车刀切削部分的组成,图26 刀尖的类型 a) 切削刃的实际交点 b)

10、修圆刀尖 c) 倒角刀尖,2刀具切削部分的几何角度 （1）正交平面参考系(图27), 基面(Pr) 通过切削刃选定点并垂直于主运动方向的平面。 切削平面(PS) 通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。 正交平面(Po) 正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,图27 刀具角度坐标系,（2）刀具的主要标注角度（图28）,在正交平面(Po)中测量的角度 前角(o) 前刀面与基面间的夹角。当前刀面与切削平面夹角小于90时，前角为正值；大于90时，前角为负值。它对刀具切削性能有很大的影响。 后角(o) 后刀面与切削平面间的夹角。当后刀面与基面夹角小于90时，后角为正值

11、；大于90时，后角为负值。它的主要作用是减小后刀面与工件之间的摩擦和减少后刀面的磨损。 楔角(o) 前刀面与后r刀面的夹角。 o = 90（o +o） 在基面(Pr)中测量的角度 主偏角（r） 主切削平面与假定进给运动方向之间的夹角，总为正值。主偏角的大小影响切削条件和刀具寿命。车刀常用的主偏角有45、60、75和90四种。 副偏角(r) 副切削平面与假定进给运动反方向间的夹角。其大小主要影响表面粗糙度。 刀尖角(r) 主切削平面与副切削平面间的夹角。r = 180（r +r） 在切削平面(PS)中测量的角度 刃倾角(S) 主切削刃与基面间的夹角。当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角

12、为正值；当刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为0 。,图28 车刀的角度,return,3刀具几何参数的选择 （1）前角的选择,前角主要影响切屑变形和切削力的大小以及刀具耐用度和加工表面质量的高低。前角增大，可以使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热低，加工表面质量高。但前角过大，刀具强度降低，耐用度下降。前角减小，刀具强度提高，切屑变形增大，易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增加，刀具耐用度也随之降低。 具体选择原则如下： 工件材料：塑性材料选用较大的前角；脆性材料选用较小的前角；工件的强度、硬度低应选较大的前角，反之取较小前角；加工特硬材料或高强度钢（

13、如淬火钢）应选很小前角甚至负前角。 刀具材料：刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较高时应选较大前角。如高速钢刀具比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的前角则应更小一些。 加工过程：粗加工、断续切削选用较小的前角；精加工选用较大的前角。 当工艺系统刚性差和机床功率小时选较大前角，以减小切削力和振动；数控机床和自动线用刀具，为了保证刀具稳定（不崩刃及破损）一般使用的刀具前角比较小或零度前角。,（2）后角的选择,后角的主要功用是减小主后刀面与过渡表面层之间的摩擦，减轻刀具磨损。后角减小，可以使主后刀面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差；尤其是切削厚度较小时，由于刃口钝圆半

14、径的影响，上述情况更为严重。后角增大，则摩擦减小，也减小了刃口钝圆半径，对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强度和散热情况变差。 后角主要取决于切削厚度。其选择原则如下： 工件材料：工件硬度、强度较高时选用较小的后角，以增加切削刃强度；加工脆性材料切削力集中在刀刃附近，为强化切削刃应选用较小的后角；工件塑性、韧性较大时选用较大的后角，减小刀具后刀面的摩擦。 加工过程：粗加工、断续切削时，为强化切削刃，应选用较小的后角；精加工、连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。 当工艺系统刚性差，易出现振动时选较小的后角。在一般条件下，为提高刀具耐用度可加大后角，但为降低重磨费用，对重

15、磨刀具可适当减小后角。 副后角可减少副后面与已加工表面间的摩擦。为了使制造、刃磨方便，一般车刀、刨刀等的副后角等于主后角；而切断刀、切槽刀及锯片铣刀等的副后角因受刀头强度限制，只能取得较小，通常0=12。,（3）主偏角的选择,主偏角可影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力的大小。主偏角较小，则刀头强度高，散热条件好，已加工表面残留面积高度小，参加切削的主切削刃长度长，作用在主切削刃上的平均切削负荷小。但背向力大，切削厚度小，断屑效果差。 主偏角的选择原则： ： 工件材料：加工很硬的材料如淬硬钢和冷硬铸铁时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取r=1030，工艺

16、系统刚性好的取小值，反之取大值。 加工过程：使用硬质合金刀具进行精加工时，应选用较大的主偏角。 当工艺系统刚性低（如车细长轴、薄壁筒）时，应取较大的主偏角，甚至取r90，以减小背向力Fp，从而降低工艺系统的弹性变形和振动。 单件小批生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有表面，则主偏角应选为r=45o或90o，提高刀具的通用性； 需要从工件中间切入的车刀，以及仿形加工的车刀，应适当增大主偏角；有时主偏角的大小取决于工件形状，例如加工阶梯轴的工件，则需根据工件形状选择主偏角r=90o的刀具。,（4）副偏角的选择,副偏角的功能在于减小副切削刃与已加工表面的摩擦。减小副偏角可以提高刀具强度，改善散热

17、条件，可减小残留面积高度，但可能增加副后刀面与已加工表面的摩擦，引起震动。 副偏角主要根据已加工表面的粗糙度要求和刀具强度来选择，其选择原则： 在不引起震动的情况下，一般刀具应尽量选用较小的副偏角，如车刀、刨刀均可取r=5o10o 工件材料：加工高强度、高硬度材料时应取较小的副偏角r=4o6o，以提高刀尖强度，改善散热条件。 加工过程：粗加工时，取副偏角r=10o15o，精加工刀具的副偏角应更小一些（r=5o10o），以减小残留面积，从而减小了表面粗糙度。 当工艺系统刚度较差或从工件中间切入时，可取副偏角r=30o45o。 切断刀、锯片刀和槽铣刀等，为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，只

18、能取很小的副偏角r=1o2o。,（5）刃倾角的选择,刃倾角的作用是主要影响切屑流向（如图29所示）和刀尖强度（如图210所示）。刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对半精加工、精加工有利；刃倾角为负值，切削开始时刀尖后接触工件，切屑流向已加工表面，容易将已加工表面划伤；在粗加工开始，尤其是在断续切削时，可避免刀尖受冲击，起到保护刀尖的作用。 刃倾角的选择原则： 工件材料：加工高强度钢、淬硬钢时，应取绝对值较大的负刃倾角，以使刀具有足够的强度。 加工过程：粗加工时取S=-50，精车时取S=05；断续切削、工件表面不规则，有冲击负荷时取S=-1

19、5-5。强力切削时，为提高刀头强度可取S=-30-10。微量切削时，为增加切削刃的锋利程度和切薄能力，可取S=4575。 当工艺系统刚性差时，应取S0，以减小背向力，避免切削中的振动。,图29 刃倾角对切屑流出方向的影响,图210 刃倾角对刀尖强度的影响,return,（6）其它几何参数的选择的选择切削刃区的剖面形式,a) 锋刃:刃磨刀具时有前刀面和后刀面直接形成的切削刃称为锋刃。其特点是刃磨简便、切入阻力小，广泛应用于各种精加工刀具和复杂刀具，但其刃口强度较差。b) 倒棱:沿切削刃磨出负前角（或零度前角、小的正前角）的窄棱面称为倒棱。倒棱的作用可增强切削刃，避免崩刃并提高刀具耐用度。c) 刃

20、带:沿切削刃磨出后角为零度的窄棱面称为刃带。刃带有支承、导向、稳定和消振作用。对于铰刀、拉刀和铣刀等定尺寸刀具，刃带可使制造、测量方便。d) 消振棱:沿切削刃磨出负后角的窄棱面称为消振棱。消振棱可消除切削加工中的低频振动，强化切削刃，提高刀具耐用度。e) 倒圆刃:研磨切削刃，使它获得比锋刃的钝圆半径大一些的切削刃钝圆半径，这种刃区形式称为倒圆刃。倒圆刃可提高刀具耐用度，增强切削刃，广泛应用于硬质合金可转位刀片。,后刀面形式,a) 带刃带的后刀面 :平后刀面形状简单，制造刃磨方便，应用广泛。 b) 带消振棱的后刀面 :带消振棱的后刀面用于减小振动；带刃带的后刀面用于定尺寸刀具。 c) 双重后刀面

21、 :双重或三重后刀面主要能增强刀刃强度，减少后刀面的摩擦。刃磨时一般只磨第一后刀面。,几种常见的后刀面形式有平后刀面、带消振棱或刃带的后刀面、双重或三重后刀面。,图213 后刀面形式,过渡刃,a) 直线形过渡刃 :直线形过渡刃和圆弧形过渡刃。直线形过渡刃能提高刀尖强度，改善刀具散热条件，主要用在粗加工刀具上。 b) 圆弧形过渡刃 :圆弧形过渡刃不仅可以提高刀具耐用度，还能大大减小已加工表面粗糙度值，因而常用在精加工刀具上。,为增强刀尖强度和散热能力，通常在刀尖处磨出过渡刃。其形式主要有两种：直线形过渡刃和圆弧形过渡刃。,图214 刀具过渡刃形式,2.2.4 刀具磨损和刀具耐用度 1.刀具磨损,

22、刀具在使用过程中丧失切削能力的现象称为刀具失效。主要的失效形式包括刀具的破损和磨损两种。 (1)刀具的破损是由于刀具选择、使用不当及操作失误而造成的，俗称打刀。刀具的破损包括脆性破损和塑性破损两种形式。脆性破损是由于切削过程中的冲击振动而造成的刀具崩刃、碎断现象和由于刀具表面受交变力作用引起表面疲劳而造成的刀面裂纹、剥落现象；塑性破损是由于高温切削塑性材料或超负荷切削难切削材料时，因剧烈的摩擦及高温作用使得刀具产生固态相变和塑性变形。 (2)刀具的磨损属于正常失效形式，可以通过重磨修复，主要表现为刀具的前面磨损、后面磨损及边界磨损三种形式(图215) 。前面磨损和边界磨损常见于塑性材料加工中，

23、前面磨损出现在常说的“月牙洼”，边界磨损主要出现在主切削刃靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处。后面磨损常见于脆性材料加工中，因脆性材料加工时，易形成崩碎切屑，切屑与刀具前面摩擦不大，主要是刀具后面与已加工表面的摩擦。,图215 刀具的磨损,return,2.刀具磨损过程与磨钝标准,（1）刀具的磨损过程 初期磨损阶段（OA） 此阶段磨损较快。这是因为新磨好的刀具表面存在微观粗糙度，且刀刃比较锋利，刀具与工件实际接触面积较小，压应力较大，使后刀面很快出现磨损带。 正常磨损阶段（AB） 此阶段磨损速度减慢，磨损量随时间的增加均匀增加，切削稳定，是刀具的有效工作阶段。 急剧磨损阶段（BC） 刀具经过正

24、常磨损阶段后已经变钝，如继续切削，温度将剧增，切削力增大，刀具磨损急剧增加。一般应在此阶段之前及时换刀。 （2）刀具的磨钝标准 刀具磨损到一定程度后，切削力、切削温度显著增加，加工表面变得粗糙，工件尺寸可能会超出公差范围，切屑颜色、形状发生明显变化，甚至产生振动或出现不正常的噪声等。需要根据加工要求规定一个最大的允许磨损值，这就是刀具的磨钝标准。 通常以主后刀面中间部分平均磨损量VB作为磨钝标准。,图216 刀具磨损的典型曲线,3.刀具耐用度,（1）刀具耐用度的概念 所谓刀具耐用度，指的是从刀具刃磨后开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间。用符号T表示，单位为min。耐用度应

25、为切削时间，不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间。 （2）影响刀具耐用度的因素 切削用量 ：在保证一定刀具耐用度的条件下，为了提高生产率，应首先选取大的背吃刀量，然后选择较大的进给量，最后选择合理的切削速度。 刀具几何参数 ：刀具几何参数对刀具耐用度影响最大的是前角O和主偏角kr。 刀具材料 ：刀具材料的高温强度越高，耐磨性越好，刀具耐用度越高。 工件材料 ：工件材料的强度、硬度越高，产生的切削温度越高，故刀具耐用度越低。此外，工件材料的塑性、韧性越高，导热性越低，切削温度越高，刀具耐用度越低。,4.刀具耐用度的确定,合理选择刀具耐用度，可以提高生产率和降低加工成本。刀具耐用度定得过高，就

26、要选取较小的切削用量，从而降低了金属切除率，降低了生产率，提高了加工成本。反之耐用度定得过低，虽然可以采取较大的切削用量，但却因刀具磨损快，换刀、磨刀时间增加，刀具费用增大，同样会使生产率降低和成本提高。 选择刀具耐用度时，还应考虑以下几点： (1)复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应比简单的、低精度的、单刃刀具高； (2)可转位刀具换刃、换刀片快捷，为使切削刃始终处于锋利状态，刀具耐用度可选得低一些； (3)精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得高一些； (4)精加工大件时，为避免中途换刀，耐用度应选得高一些； (5)数控加工中，刀具耐用度应大于一个工作班，至少应大于一个零件的切

27、削时间。,2.3 金属切削过程,2.3.1 切屑的形成及种类,1.切屑形成过程 切削层金属受到刀具的挤压开始产生弹性变形； 随着刀具的推进，应力、应变逐渐加大，当应力达到材料的屈服强度时产生塑性变形； 刀具再继续切入，当应力达到材料的抗拉强度时，金属层被挤裂而形成切屑。 2切屑的种类 （图217） （1）带状切屑：形成带状切屑时，切削过程较平稳，切削力波动较小，加工表面质量高。 （2）挤裂切屑：又称节状切屑。产生挤裂切屑时，切削过程不太稳定，切削力波动也较大，已加工表面质量较低。 （3）单元切屑：又称粒状切屑。产生单元切屑时，切削过程不平稳，切削力波动较大，已加工表面质量较差。 （4）崩碎切屑

28、：产生崩碎切削时，切削力波动大，加工表面凹凸不平，刀刃容易损坏。,图217 切屑种类 a) 带状切屑 b) 节状切屑 c) 单元切屑 d) 崩碎切屑,返回,232 积屑瘤,1.积屑瘤的现象 在中速或较低切削速度范围内，切削一般钢料或其它塑性金属材料，而又能形成带状切屑时，紧靠切削刃的前面上粘结一硬度很高的楔状金属块。它包围着切削刃且覆盖部分前刀面，这种楔状金属块称为积屑瘤，俗称刀瘤。 2.积屑瘤的形成过程 积屑瘤的形成一般可分为两个过程：形核和核长大。,图218 积屑瘤的形成,3.积屑瘤在切削过程中的作用 （1）增大前角 ；（2）增大切削厚度 ；（3）增大已加工表面粗糙度 ；（4）影响刀具耐用

29、度。 4.影响积屑瘤的主要因素及防止方法 （1）切削速度 ：控制切削速度使切削温度控制在300oC以下或380oC以上 ，就可以减少积屑瘤的生成。 （2）进给量：若适当降低进给量，则可削弱积屑瘤的生成基础。 （3) 前角 ：前角增大到35o时，一般不产生积屑瘤。 （4） 切削液 ：采用润滑性能良好的切削液可以减少或消除积屑瘤的产生。 （5) 工件材料硬度 ：提高硬度，降低塑性制积屑瘤的产生。,233 切削力 1.切削力的来源及分解,切削时作用在刀具上的力来自两个方面：一是切屑形成过程中弹性变形及塑性变形产生的变形抗力；二是刀具与切屑及工件表面间的摩擦阻力，这两方面的力所构成的切削合力，作用于前

30、刀面和后刀面上。,（1） 主切削力FC 是总切削合力沿主运动方向上的分力，垂直于基面，与切削速度方向一致。 （2)进给力Ff 是切削合力沿进给运动方向上的分力，在基面内，与进给方向即工件轴线方向平行，故又称进给抗力或轴向力。 （3）背向力FP 是切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面内，与进给方向垂直，即通过工件直径方向，故又称径向力或吃刀抗力。,图219 切削合力与分力,2.切削功率,消耗在切削过程中的总功率P(kw)为消耗在三个分力方向上功率之和，但由于进给运动速度比主运动速度小得多，在进给运动方向上消耗的功率只占总功率的15，可忽略不计，而径向分力几乎不消耗功率。故有：,3.切削热、

31、切削温度与切削液,切削过程中，切削力所做的功可转化为等量的热，除少量散逸在周围介质中外，其余均传散到刀具、切屑和工件中，并使其温度升高，引起工件热变形，加速刀具的磨损。 （1）切削热的形成及传散 切削热的形成主要是由于切削功耗产生，而切削中的功耗主要是被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦。可以近似认为，切削过程中的功耗都转化为切削热。 切削热通过切屑、刀具、工件和周围介质传散。各部分传热的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及其几何形状、加工方式以及是否使用切削液等。 切削速度越高，切削厚度越大，则由切削带走的热量越多。 （）切削温度及其影响因素 切削温度指切削区的

32、平均温度，即切屑、工件和刀具接触区的平均温度。 切削用量： 切削用量越大，切削热越大，切削温度越高。刀具几何角度： 刀具角度中以前角和主偏角对切削温度的影响最大。工件材料 ：工件材料的硬度、强度越高，切削时消耗的功越大，切削温度就越高；工件材料的导热性能越好，切削热传散越快，切削温度则越低。切削液 ：使用切削液可以有效地降低温度，同时还可以起润滑、清洗和防锈的作用。,2.4 金属材料的切削加工性,2.4.1 切削加工工艺性的概念和指标,工件材料的切削加工工艺性是指工件材料进行切削加工的难易程度，也称可加工性。常用的标志方式有以下几种： (1)刀具耐用度或一定耐用度下所允许的切削速度用T表示，这

33、是切削加工中最常用的方式，也是确定切削用量的主要依据。 (2)表面质量或表面粗糙度 在精加工中，常用正常切削加工条件下能够形成的工件表面质量或表面粗糙度来衡量工件材料的加工难易。 (3)切削力或切削功率 当机床动力不足或工艺系统刚度不够时，为保证正常的切削加工质量，工件材料切削时所需的最小切削力或切削功摩。 (4)断屑性能 在自动生产线、自动机床、数控机床上，或深孔钻床上，为避免切屑对已加工工件表面的划伤，对切屑的断屑要求较高，常用材料的断屑性能来衡量材料的加工性。 最常用的衡量指标是 ，即：当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度(mmmin)。 越高，则材料的可切削性越好。一般刀具

34、耐用度取为T=60min，对一些难切材料，可取T=30min 或T=15 min。如果取T=60min，则 写成 。,即,2.4.2 影响切削加工性的因素,（1)工件材料的硬度 材料的硬度越高，切屑与刀具前面的接触长度辖小，切削力与切削热集中于切削刃附近，使得切削温度增高，磨损加剧；工件材料的高温硬度高时，刀具材料与工件材料的硬度比下降，可切削性降低，材料加工硬化倾向大，可加工性也差；工件材料中含硬质点(如Si02、A1203等)时，对刀具的擦伤性大，材料的可加工性降低。 （2)工件材料的强度 工件材料的强度越高，切削力与切削功率越大，切削温度也增加，刀具磨损增大，可加工性降低。一般说来，材料

35、的硬度高，强度也高。 （3)工件材料的塑性与韧性 工件材料的塑性大，则切削变形增大，切削温度升高，切屑易与刀具粘结，会加剧刀具磨损，且加工表面质量差，可切削性降低。但塑性过低，刀一屑接触长度变小，切削力与切削热集中于刀尖附近，刀具磨损加剧，可切削性也差。韧性的影响与塑性相似，并且对断屑影响大。韧性越大，断屑越困难。 （4)工件材料的导热性 材料的热导率越小，切削热越不易传出，切削温度增高，刀具磨损加剧，可切削性越差。,2.4.3 改善金属材料切削加工性的途径,材料的切削加工性对生产率和表面质量有很大影响，因此在满足零件使用要求前提下，应尽量选用加工性较好的材料。 材料的切削加工性还可通过一些措

36、施予以改善。采用适当的热处理工艺，来改变材料的金相组织和物理力学性能，从而改善金属材料的切削加工性是重要途径之一。例如高碳钢和工具钢经球化退火，可降低硬度；中碳钢通过退火处理（得到部分球化的珠光体组织）后切削加工性最好；低碳钢竟正火处理或冷拔加工，可降低塑性，提高硬度；马氏体不锈钢经调质处理，可降低塑性；铸铁件切削前进行退火，可降低表面层的硬度。 另外，选择合适的毛坯成形方式，合适的刀具材料，确定合理的刀具角度和切削用量，安排适当的加工工艺过程等，也可改善材料的切削加工条件。,2.5 切削用量及切削液的选择,2.5.1 切削用量的选择 1.切削用量选择原则,（1）粗加工时切削用量的选择原则 首

37、先优先选取尽可能大的背吃刀量，以尽量保证较高的金属切除率；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。 （2）精加工时切削用量的选择原则 由于要保证工件的加工质量，首先应根据粗加工后的余量选用较小背吃刀量；其次根据已加工表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下尽可能选用较高的切削速度。,2.切削用量选择方法,（1）背吃刀量的选择 根据加工余量确定。粗加工(Ra1080m)时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率机床上，背吃刀量可达810mm。半精加工(Ra 1.2510m)时，背吃刀量取为0.52mm。精加工(Ra

38、0.321.25m)时，背吃刀量取为0.10.4mm。 在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大，或余量不均匀时，粗加工要分几次进给，一般第一次走刀为总加工余量的2/33/4。 （2）进给量的选择 粗加工时，进给量的选择主要受切削力的限制。根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选取较大的进给量。 在半精加工和精加工时，则按表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择合理的进给量。当切削速度提高，刀尖圆弧半径增大，或刀具磨有修光刃时，可以选择较大的进给量以提高生产率。 （3）切削速度的选择 根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。粗加工时，背吃刀量和进给量都较

39、大，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，一般较低。精加工时，背吃刀量和进给量都较小，切削速度主要受工件加工质量和刀具耐用度的限制，一般较高。,3. 机床功率的校核,切削功率PC可用式(2-16)计算。机床有效功率PE为 PE= PE 如PC PE，则选择的切前用量不能在指定的机床上使用，这时可调换功率较大的机床，或根据所限定的机床功率降低切削用量(主要是降低切削速度)。这时虽然机床功率得到充分利用，但刀具的性能却未能充分发挥。,2.5.2 切削液的选择 1.切削液的作用,（1）冷却作用 切削液的流动性越好，比热、导热系数和汽化热等参数越高，则其冷却性能好。 （2）润滑作用 其润滑性能取决于切

40、削液的渗透能力、形成润滑膜的能力和强度。 （3）清洗作用 取决于切削液有良好的流动性，并且在使用时有足够大的压力和流量。 （4）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品种和比例。,2.切削液的种类,（1）水溶液 是以水为主要成分的切削液。水的导热性能好，冷却效果好。但单纯的水容易使金属生锈，润滑性能差。因此，常在水溶液中加入一定量的添加剂。 （2）乳化液 是将乳化油（由矿物油和表面活性剂配成）用9598的水稀释而成，呈乳白色或半透明状的液体，具有良好的冷却作用。但润滑、防锈性能较差。常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）

41、切削油 主要成分是矿物油（如机械油、轻柴油、煤油等），少数采用动植物油或复合油。纯矿物油润滑效果较差，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作用。,3.切削液的选用,（1）粗加工时切削液的选用 一般不用，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液。 （2）精加工时切削液的选用 一般选用润滑性能较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。 （3）根据工件材料的性质选用切削液 切削塑性材料时需用切削液。切削铸铁、黄铜等脆性材料时，一般不用，以免崩碎切屑粘附在机床的运动部件上。加工高强度钢、高温合金等难加工材料时，由于切削加工处于极压润滑摩擦状态，应选用含极压添加剂的切削液。切

42、削有色金属和铜、铝合金时，为得到较高的表面质量和精度，可采用1020的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物。但不能用含硫的切削液，因硫对有色金属有腐蚀作用。切削镁合金时，不能用水溶液，以免燃烧。,小结与复习思考题,小结 本章主要研究了数控加工的切削基础，包括：切削运动与切削要素、金属切削刀具的分类、刀具的几何角度及对加工的影响、刀具材料的性能、刀具磨损和刀具耐用度、金属切削过程中切屑的形成及种类、积屑瘤的现象、切削力的来源及分解、切削热、切削温度与切削液 、切削加工工艺性的概念和指标 、切削用量及切削液的选择。 重点要求掌握切削运动、切削力与切削要素的概念、刀具材料的种类、刀具的几何角度的概念及刀具几何参数的选择、切削用量的选择。熟悉常用金属切削刀具的分类、刀具材料的性能、刀具磨损和刀具耐用度及切削液的选择等。了解积屑瘤的现象及防止方法。 复习思考题 重点讲解：2-2、2-3、2-9、2-15,