第9章 金屬切削的基本知識9.1切削運動及切削要素9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料9.3金屬的切削過程9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.5金屬切削機床的基礎知識9.1切削運動及切削要素9.1.1零件表面的形成（1）工件的表面形狀（2）工件表面的形成方法9.1.2切削運動是切除工件上多余金屬，以獲得形狀精度、尺寸精度、位置精度和表面質量都符合要求的工件，刀具與工件之間必須進行相對運動。主運動 是切除工件多余金屬層，形成工件新表面必須的運進給運動 是把被切削金屬層間斷或連續(xù)投入切削的一種運動與主運動相配合即可不斷的切除金屬層，獲得所需表面。合成切削運動 是主運動和進給運動的合成。9.1切削運動及切削要素9.1.3切削要素（1）切削速度在切削加工時，切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度稱為切削速度，用vc表示，它表示在單位時間內(nèi)工件和刀具沿主運動方向相對移動的距離,單位為m/min或m/s。d

n工件或刀具的直徑工件或刀具的轉速9.1切削運動及切削要素（2）進給量是刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，可用刀具或工件每轉或每行程的位移量來表述或度量。車削時進給量的單位是mm/r，即工件每轉一圈,刀具沿進給運動方向移動的距離。9.1切削運動及切削要素（3）背吃刀量背吃刀量ap是指主刀刃工作長度（在基面上的投影）沿垂直于進給運動方向上的投影值。對于外圓車削，背吃刀量ap等于工件已加工表面和待加工表面之間的垂直距離。dw

dm工件待加工表面直徑工件已加工表面直徑9.1切削運動及切削要素9.1.3.2切削層參數(shù)切削層是刀具切削部分切過工件的一個單程所切除的工件材料層。切削層參數(shù)就是指這個切削層的截面尺寸。為了簡化計算，切削層形狀、尺寸規(guī)定在刀具的基面中度量，切削層的形狀和尺寸將直接影響刀具切

削部分所承受的負荷和切屑的尺寸大小。切削層公稱橫截面積AD＝

hD.

bD＝

f.

ap切削層公稱寬度bD＝

ap/sinκr切削層公稱厚度hD＝

f

sinκr9.1切削運動及切削要素9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料9.2.1刀具的結構幾何參數(shù)9.2.1.1刀具的基本結構（一尖、兩刃、三面）見下圖刀面（三面）前刀面：后刀面：副后刀面：刀具上切屑流過的表面；與工件上切削表面相對的刀面；與已加工表面相對的刀面。切削刃（兩刃）主切削刃副切削刃前刀面與后刀面的交線，承擔主要的切削工作；

前刀面與副后刀面的交線，承擔少量的切削工作。刀尖（一尖）刀尖是主、副切削刃相交的一點，實際上該點不可能磨得很尖，而是由一段折線或微小圓弧組成，微小圓弧的半徑稱為刀尖圓弧半徑。9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料9.2.1.2車刀切削部分的主要角度（1）刀具靜止參考系基面Pr通過切削刃上某選定點，與主運動假定方向垂直的平面。基面是刀具制造、刃磨、測量時的定位基準。切削平面P

′s通過切削刃上某選定點，與刀刃相切并垂直于基面Pr的平面

。正交平面Po通過切削刃上某選定點，同時垂直于基面與切削平面的平面。假定工作面Pf過切削刃選定點，垂直于基面并平行于假定進給運動方向的平面9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料（2）車刀的主要角度1前角 ：

在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面之間的夾角，前角表示前刀面的傾斜程度。前角越大刀具越鋒利，根據(jù)前刀面與基面相對位置的不同，又分別規(guī)定：前刀面與切削平面之間的夾角小于90°時為正前角、前刀面與基面平行時為零度前角和大于90°時為副前角。2主后角： 在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削平面之間的夾角。主后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。3副后角：在副切削刃的正交平面內(nèi)測量的副后刀面與切削平面之間的夾角。副后角表示副后刀面的傾斜程度，一般為正值。4主偏角：在基面內(nèi)測量的主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角。主偏角一般為正值。5副偏角：在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角。副偏角一般為正值。6刃傾角λs：在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。當?shù)都馐乔邢魅猩献罡唿c時，刃傾角為正；當?shù)都馐乔邢魅猩系淖畹忘c時，刃傾角為負。9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料（3）刀具的工作角度9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料刀具材料碳素工具鋼含碳量較高的優(yōu)質鋼(含碳量為0.7%～1.2%，如T10A等)，淬火后硬度較高、價廉，但耐熱性較差。9.2.2.2合金工具鋼在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成(如9SiCr等)，可適當減少熱處理變形和提高耐熱性。9.2.2.3高速鋼它是含W、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼。9.2.2.4硬質合金它是以高硬度、高熔點的金屬碳化物(WC、TiC等)作基體，以金屬Co等作粘結劑，用粉末冶金的方法制成的一種合金9.2.2.5其他刀具材料金剛石 陶瓷材料 立方氮化硼（CBN）9.2刀具幾何參數(shù)及刀具材料9.3金屬的切削過程9.3.1切屑的形成與積屑瘤9.3.1.1切屑的形成塑性金屬切削過程在本質上是被切削層金屬在刀具的擠壓作用下發(fā)生變形并與工件本體分離形成切削的過程。9.3.1.2切屑的種類（1）帶狀切屑（2）擠裂切屑（3）單元切屑（4）崩碎切屑9.3金屬的切削過程9.3.1.3積屑瘤在一定范圍的切削速度下切削塑料金屬時，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面靠近切削刃的部位黏附著一小塊很硬的金屬，這就是積瘤屑。9.3金屬的切削過程9.3.2切削力和切削功率切削過程中作用在刀具與工件上的力稱為切削力，切削力所作的功就是切削功。9.3金屬的切削過程（1）主切削力Fc：切削力在主運動方向上的分力。（2）背向力Fp：切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力。（3）進給力Ff：切削力在進給方向上的分力。9.3金屬的切削過程9.3.3切削熱和切削溫度（1）切削熱切削熱是切削過程的重要物理現(xiàn)象之一。切削溫度影響工件材料的性

能、前刀面上的摩擦系數(shù)和切削力的大?。挥绊懙毒吣p和刀具壽命；影響積屑瘤的產(chǎn)生和加工表面質量；也影響工藝系統(tǒng)的熱變形和加工

精度。因此,研究切削熱和切削溫度具有重要的實際意義。9.3金屬的切削過程（2）切削溫度切削溫度是指前刀面與切屑接觸區(qū)內(nèi)的平均溫度，它是由切削熱的產(chǎn)生與傳出的平衡條件所決定的。產(chǎn)生的切削熱愈多,傳出的愈慢,切削溫度愈高。反之,切削溫度就愈低。凡是增大切削力和切削功率的因素都會使切削溫度上升。而有利于切削熱傳出的因素都會降低切削溫度。在切削過程中，切屑、刀具和工件上不同部位的切削溫度分布是不均勻的，在前刀面和后刀面上，最高溫度點都不在切削刃上，而是在離切削刃有一定距離的地方。這是摩擦熱沿前刀面不斷增加的緣故。在靠近前刀面的切屑底層上，溫度變化很大，說明前刀面上的摩擦熱集中在切屑底層。在已加工表面上，較高溫度僅存在切削刃附近的一個很小的范圍，說明溫度的升降是在極短的時間內(nèi)完成的。9.3金屬的切削過程9.3.4刀具磨損和刀具耐用度（1）刀具磨損的形式與過程進行金屬切削加工時，刀具一方面將切屑切離工件，另一方面自身也要發(fā)生磨損或破損。具磨損是指切削時刀具在高溫條件下，受到工件、切屑的摩擦作用，刀具材料逐漸被磨耗或出現(xiàn)其它形式的損壞。刀具磨損的形式可分為正常磨損和非正常磨損兩類：（1）正常磨損 正常磨損是指隨著切削時間的增加，磨損逐漸擴大的磨損，它包括前刀面磨損、后刀面磨損和副后刀面磨損。（2）非正常磨損 非正常磨損也稱破損，常見的有塑性變形、切削刃崩刃、剝落、熱裂等。刀具的磨損形式有以下三種，后刀面磨損 前刀面磨損前后刀面同時磨損9.3金屬的切削過程刀具的磨損一般分為三個階段，以后刀面磨損為例，它的磨損量VB和切削時間的關系可用右圖來表示。初期磨損階段（圖7-10中Ⅰ區(qū)）：由于刀面上表面粗糙度值大，表面組織不耐磨，磨損較快；正常磨損階段（圖7-10中Ⅱ區(qū)）：隨著切削時間增加，磨損量

VB逐漸加大，這是刀具工作的有效時間；急劇磨損階段（圖7-10中Ⅲ區(qū)）：磨損量VB到了一定數(shù)值后，磨損急劇增大，引起切削力增大，切削溫度急劇升高，如果繼續(xù)使用，則刀具切削刃將產(chǎn)生破壞。9.3金屬的切削過程（2）刀具耐用度在生產(chǎn)實際中，為了更加方便、快速、準確地判斷刀具的磨損情況，一般以刀具壽命來間接地反映刀具的磨鈍標準。刀具耐用度T定義為刀具從開始切削至達到磨損極限為止的總切削時間（單位為min）。刀具壽命T的定義為：刀具由刃磨后開始切削，一直到磨損量達到刀具的磨鈍標準所經(jīng)過的總切削時間（單位min）。刀具壽命反映了刀具磨損的快慢程度。刀具壽命長表明刀具磨損速度慢；反之表明刀具磨損速度快。影響切削溫度和刀具磨損的因素都同樣影響刀具壽命。切削用量對刀具壽命的影響較為明顯，通過切削實驗，我們可以得出vc、f、ap對刀具壽命T的影響關系式9.3金屬的切削過程用YT5硬質合金車刀切削σb=0.637GPa（f

>0.7mm/r）的碳鋼時，切削用量與刀具壽命的關系為：由上式可以看出，切削速度對刀具壽命影響最大，進給量次之，背吃刀量最小。這與三者對切削溫度的影響順序完全一致。反映出切削溫度對刀具壽命有重要的影響。刀具壽命是一個具有多種用途的重要參數(shù)，如用來確定換刀時間；衡量工件材料切削加工性和刀具材料切削性能優(yōu)劣；判定刀具幾何參數(shù)及切削用量的選擇是否合理等，都可用它來表示和說明。9.3金屬的切削過程影響刀具耐用度的因素a、切削速度對刀具耐用度的影響提高切削速度，使切削溫度增高，磨損加劇，而使刀具耐用度T降低。b、進給量與背吃刀量的影響進給量和背吃刀量增大，均使刀具耐用度T降低，但增大后，使切削溫度升高較多，故對T影響較大；而增大，使切削溫度升高較少，故對刀具耐用度影響較小。9.3金屬的切削過程c、刀具幾何參數(shù)合理選擇刀具幾何參數(shù)能提高刀具耐用度。增大前角 ，切削溫度降低，刀具耐用度提高，但前角太大，強度低、散熱差，刀具耐用度反而會降低，因此，刀具前角有一個最佳值，該值可通過切削實驗求得。適當減小主偏角 、副偏角 和增大刀尖圓弧半徑 ，可提高刀具強度和降低切削溫度，均能提高刀具耐用度。d、工件材料加工材料的強度、硬度越高和韌性越高、延伸率越小，切削時均能使切削溫度升高，刀具耐用度較低。e、刀具材料刀具材料是影響刀具耐用度的重要因素，合理選用刀具材料、采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具耐用度的有效途徑。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.1工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性是指將其加工成合格零件的難易程度。某種材料切削加工的難易，不僅取決于材料本身，還取決于具體的加工要求及切削條件。工件材料的切削加工性衡量指標（1）一定刀具耐用度下的切削速度（VT）即刀具耐用度為T（min）的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。若取T=60min，則VT可寫作V60。（2）相對加工性（Kr）即各種材料的V60與45鋼（正火）的V60之比值。由于把后者的V60作為比較的基準，故寫作（V60

）j，于是有：Kr=

V60

／

（

V60

）j常用材料的相對加工性可分為8級。凡Kr＞1的材料，其切削加工性比45（正火）鋼好，反之較差。9.4切削過程基本規(guī)律的應用（3）已加工表面質量凡較容易獲得好的表面質量的材料，其切削加工性較好；反之則較差。（4）切屑控制或切屑的難易凡切削較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好；反之較差。（5）切削力在相同的切削條件下，切削力較小的材料，其切削加工性較好；反之較差。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.1.2改善材料的切削加工性的主要途徑通過適當?shù)臒崽幚?，可以改變材料的力學性能，從而達到改善其切削加工性的目的。對高碳鋼進行球化退火可以降低硬度，對低碳鋼進行正火可以降低塑性，都能夠改善切削加工性。通過適當調整材料的化學成分來改善其切削加工性。在鋼中適當添加某些元素，如硫、鉛等，可使其切削加工性得到顯著改善。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.2合理選擇切削液9.4.2.1切削液的作用冷卻作用作用 切削液能從切削區(qū)域帶走大量切削熱，從而降低切削溫度。切削液的冷卻性能的好壞，取決于它的導熱系數(shù)、比熱、汽化熱、汽化速度、流量和流速等。潤滑作用切削液能滲入到刀具與切屑和加工表面之間，形成一層潤滑膜或化學吸附膜，以減小它們之間的摩擦。切削液潤滑的效果主要取決于切削液的滲透能力、吸附成膜的能力和潤滑膜的強度等。9.4切削過程基本規(guī)律的應用（3）清洗與防銹作用切削液大量的流動，可以沖走切削區(qū)域和機床上的細碎切屑和脫落的

磨粒。清洗性能的好壞，主要取決于切削液的流動性、使用壓力和切

削液的油性。在切削液中加入防銹劑，可在金屬表面形成一層保護膜，對工件、機床、刀具和夾具等都能起到防銹作用。防銹作用的強弱，

取決于切削液本身的成分和添加劑的作用。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.2.2切削液的種類（1）水溶性切削液水溶液、乳化液、化學合成液（2）油溶性切削液切削油、極壓切削液（3）固體潤滑劑常用的固體潤滑劑是二硫化鉬，其形成的潤滑膜摩擦系數(shù)極小，耐高溫，耐高壓，切削時可涂抹在刀面上，也可添加在切削液中。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.2.3切削液的合理選用切削液應根據(jù)工件材料、刀具材料、加工方法和技術要求等具體情況進行選用。高速鋼刀具耐熱性差，需采用切削液。硬質合金刀具耐熱性好，一般不用切削液。切削鑄鐵一般不用切削液。切削銅合金等有色金屬時，一般不用含硫的切削液。9.4切削過程基本規(guī)律的應用序號名稱組成主要用途1水溶液以硝酸鈉，碳酸鈉等溶于水的溶液，用100～200倍的水稀釋而成。磨削2乳化液礦物油很少。主要為表面活性劑的乳化油，用40～80倍的水稀釋而成，冷卻和清洗性能好。車削、鉆孔以礦物油為主。少量表面活性劑的乳化油，用10～20倍的水稀釋而成，冷卻和潤滑性能好。車削、攻螺紋在乳化液中加入添加劑。高速車削、鉆削3切削液礦物油單獨使用。滾齒、插齒礦物油加植物油或動物油形成混合油，潤滑性能好精密螺紋車削礦物油或混合油中加入添加劑形成極壓軸高速滾齒、插齒、車螺紋等4其他液態(tài)的二氧化碳主要用于冷卻二硫化鉬+硬脂酸+石蠟做成蠟筆，涂于刀具表面攻螺紋9.4.2.4切削液的使用方法切削液的組成和用途9.4切削過程基本規(guī)律的應用切削用具的合理選擇選擇切削用量的一般原則根據(jù)工件加工余量和粗、精加工要求，選定背吃刀量。根據(jù)加工工藝系統(tǒng)允許的切削力，其中包括機床進給系統(tǒng)、工件剛度及精加工時表面粗糙度要求，確定進給量。根據(jù)刀具耐用度，確定切削速度。所選定的切削量應該是機床功率允許的。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.3.2切削用量的選擇（1）確定背吃刀量根據(jù)加工性質與加工余量確定。在下列情況下，粗刀要分多次走刀：工藝系統(tǒng)剛度低加工余量太大斷續(xù)切削9.4切削過程基本規(guī)律的應用（2）確定進給量

粗加工時，對加工表面質量要求不高，這時切削力較大，進給量的選擇主要受切削力的限制。半精加工和精加工時，因背吃刀量較小，產(chǎn)生的切削力不大，進給量的選擇主要是受加工表面質量要求的限制。（3）確定切削速度當?shù)毒吣陀枚取⒈吵缘读颗c進給量選定后，可按有關公式計算切削速度。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.4刀具幾何參數(shù)的合理選擇9.4.4.1前角的選擇原則前角的選擇原則根據(jù)工件材料的性質選擇前角。加工材料的塑性愈好，前角的數(shù)值應選得愈大。工件材料的強度、硬度愈高時，為使刀刃具有足夠的強度和散熱面積，防止崩刃和刀具磨損過快，前角應小些。根據(jù)刀具材料的性質選擇前角。使用強度和韌性較好的刀具材料，可

采用較大的前角；使用強度和韌性差的刀具材料，應采用較小的前角。根據(jù)加工性質選擇前角。粗加工時，應選擇較大的前角，但由于毛坯不規(guī)則和表皮很硬等情況，為增加刀刃的強度，應選擇較小的前角；精加工時，選擇的背吃刀量和進給量較小，切削力較小，為了使刃口

縫里，保證加工質量，可選取較大的前角。9.4切削過程基本規(guī)律的應用（2）前刀面形式用于精加工刀具、成形工具、銑刀和加工脆性材料的正前角平面型。用于粗加工或精加工塑性材料的正前角曲面帶倒棱型。用于切削高硬度材料和淬火鋼材料的負前角單面型。負前角雙面型以保證切屑沿該棱面流出。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.4.2后角、副后角及后刀面的選擇（1）后角的選擇原則后角主要根據(jù)切削厚度選擇。粗加工時，進給量較大、切削厚度較大，后角應取小值；精加工時，進給量較小、切削厚度較小，后角應取大值。工件材料強度、硬度較高時，為提高刃口強度，后角應取小值。工藝系統(tǒng)剛性差，容易產(chǎn)生振動時，應適當減小后角。定尺寸刀具應選較小的后角，以增加重莫次數(shù)，延長刀具壽命。9.4切削過程基本規(guī)律的應用（2）副后角的選擇副后角通常等于后角的值。但一些特殊刀具，如切斷刀，為了保證刀具的強度，可選α0ˊ＝1°～2°。（3）后刀面的形式后刀面的形式有雙重后角，可在后刀面上刃磨出一條有負后角的棱面，稱為消振棱。刀具上的刃帶起著使刀具穩(wěn)定、導向和消振的作用。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.4.3主、副偏角的選擇主偏角的選擇原則是，在工藝系統(tǒng)剛度允許的情況下，選擇較小的主偏角，這樣有利于提高刀具耐用度。在生產(chǎn)中，主要按工藝系統(tǒng)剛性選取。車刀常用的主偏角有45°、60°、75°和90°共四種。副偏角Kr

ˊ主要是根據(jù)加工性質選取，一般情況下選取Kr

ˊ=10°～15°，精加工時取小值。特殊情況，如切斷刀，為了保證刀頭強度，可選Kr

ˊ＝1°

～2°。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.4.4刃傾角的選擇選擇刃傾角時，應按照刀具的具體工作條件進行具體分析，一般情況下可按加工性質選取。精車λs=0°～5°；粗車λs=0°～-5°；繼續(xù)車削，λs=-30°

～-45°；大刃傾角精刨刀，λs=75°

～80°。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.4.4.5刀尖形式的選擇?直線過渡刃，多用于粗加工或強力切削的車刀上；圓弧過渡刃可以減少加工表面粗糙度數(shù)值，且能提高刀具耐用度，但會增大背向力和容易產(chǎn)生振動；水平修光刃是在副切削刃靠近刀尖處磨出一小段；大圓弧刃是把過渡刃磨成非常大的圓弧形，它的作用相當于水平修光刃。9.4切削過程基本規(guī)律的應用9.5金屬切削機床的基礎知識9.5.1金屬切削機床的分類及型號9.5.1.1機床的分類專門用于加工某一種（或幾種）零件根據(jù)國家標準GB/T15375-94，按

加工性質和所用刀具的不同，機床可分為12大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加

工機床、鋸床(切斷機床)和其它機床。按機床通用性程度，可分為：通用機床（或稱萬能機床）、專門化機床和專用機床三類。按加工精度的不同，可分為：普通精度級、精密級和高精度級機床。按機床的質量和尺寸不同，可分為：儀表機床、中型（一般）機床、大型機床（質量達10t）、重型機床（質量30t以上）、超重型機床（質量在100t以上）。按機床自動化程度，可分為：手動、機動、半自動和自動機床。機床還可以按主要工作器官的數(shù)目進行分類，如：單刀機床、多刀機床、單軸機床、多軸機床等。9.5金屬切削機床的基礎知識精密高精密自動半自動輕型萬能仿型簡氏或經(jīng)濟型數(shù)控柔性加工單元數(shù)顯高速加工中心加重型代號MGZBQWFJKRXSH重9.5.5.2機床的型號（1）機床的類型代號 通用機床的型號由基本部分和輔助部分組成,中間用“/”隔開,讀作“之”?；静糠中杞y(tǒng)一管理,輔助部分納入型號與否由生產(chǎn)廠家自定。（2）機床的特性代號類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機床螺紋加工機床銑床刨床刨插床鋸床其他機床代號CZTM2M3MYSXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲銑刨拉割其