2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)1第1章金屬切削原理1.1金屬切削基礎(chǔ)目錄2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)21.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削層參數(shù)與切削方式1.1.4刀具材料及其選用本節(jié)小測(cè)1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)3（1）工件的表面形狀不論零件的形狀如何復(fù)雜，其表面都是由平面、圓柱面、圓錐面、螺旋面等基本表面組成的，這些表面都屬于“線性表面”。1.工件表面的形成方法構(gòu)成機(jī)械零件外形輪廓的常用表面1—平面2—圓錐面3—圓柱面4—螺旋面5—回轉(zhuǎn)體成型面6—漸開(kāi)線柱面2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)4（2）工件表面的形成方法“線性表面”是指該表面是由一條線（稱為母線）沿著另一條線（稱為導(dǎo)線）運(yùn)動(dòng)而形成的軌跡。平面可以由直線母線1沿直線導(dǎo)線2移動(dòng)而形成。圓柱面、圓錐面可以由直線母線1沿圓導(dǎo)線2旋轉(zhuǎn)而形成。螺紋面是由齒形母線1沿螺旋導(dǎo)線2運(yùn)動(dòng)而形成。直齒圓柱齒輪齒面是由漸開(kāi)線母線沿直線導(dǎo)線2移動(dòng)而形成。母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線。1.工件表面的形成方法

1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)5（2）工件表面的形成方法有些表面的兩條發(fā)生線完全相同，只因母線的原始位置不同，也可形成不同的表面。如圖1-3中，母線均為直線1，導(dǎo)線均為圓2，軸線均為O-O，所需的運(yùn)動(dòng)也相同，但因母線1相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線O-O的原始位置不同，因此，所產(chǎn)生的表面也就不同，分別為圓柱面、圓錐面和雙曲面。1.工件表面的形成方法圖1-3母線原始位置變化時(shí)形成的不同表面1—母線與軸線平行2—母線與軸線相交3—母線與軸線不平行、不相交1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)6在機(jī)床上加工零件時(shí)，所需形狀的表面是通過(guò)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由刀具的切削刃切成的。刀具切削刃以及切削刃與被加工表面之間按一定規(guī)律的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就形成了所需的發(fā)生線。由于使用的刀具切削刃形狀和采取的加工方法不同，形成發(fā)生線的方法可歸納為4種：軌跡法、成形法、相切法和展成法。（2）工件表面的形成方法a）軌跡法b）成形法c）相切法d）范成法圖1-4形成發(fā)生線的四種方法1—切削線（切削點(diǎn)）2—發(fā)生線1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)72、切削運(yùn)動(dòng)：在金屬切削機(jī)床上切削工件時(shí)，工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)即稱為切削運(yùn)動(dòng)。外圓車削：工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成母線（圓），車刀的縱向直線運(yùn)動(dòng)形成導(dǎo)線（直線），圓母線沿直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)時(shí)就形成了工件上的外圓表面，故工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和車刀的縱向直線運(yùn)動(dòng)就是外圓車削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)。牛頭刨床上刨平面：刨刀作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)形成母線（直線），工件作間歇直線運(yùn)動(dòng)形成導(dǎo)線，直母線沿直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)時(shí)就形成了工件上的平面，故在牛頭刨床上刨平面時(shí)，刨刀的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和工件的間歇直線運(yùn)動(dòng)就是切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)及加工表面：機(jī)械工業(yè)出版社()

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)8分類：1）主運(yùn)動(dòng)：切除切屑所需的基本運(yùn)動(dòng)。3個(gè)特點(diǎn)：速度最快；消耗功率最大；唯一性。概念：刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以切除多余的金屬2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：使金屬層不斷投入被切削的運(yùn)動(dòng)。3個(gè)特點(diǎn)：速度較慢；消耗功率較??；可以為一個(gè)或多個(gè)。3）其它運(yùn)動(dòng)：吃刀運(yùn)動(dòng)分度運(yùn)動(dòng)1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)91.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量常見(jiàn)機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)機(jī)床名稱主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)臥式車床工件旋轉(zhuǎn)車刀縱向、橫向移動(dòng)機(jī)床名稱主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鉆床鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆頭軸向移動(dòng)

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)101.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量常見(jiàn)機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)機(jī)床名稱主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)銑床銑刀旋轉(zhuǎn)工件縱向、橫向、垂直方向移動(dòng)機(jī)床名稱主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鏜床鏜刀旋轉(zhuǎn)鏜刀軸向移動(dòng)、工件軸向移動(dòng)2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)11（1）主運(yùn)動(dòng)使工件與刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最基本的運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)的速度最高，消耗的功率最大。主運(yùn)動(dòng)的形式可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)，但每種切削加工方法中主運(yùn)動(dòng)通常只有一個(gè)。（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使主運(yùn)動(dòng)能夠持續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表面所需的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可能不止一個(gè)，它的運(yùn)動(dòng)形式可以是直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或兩者的組合，但無(wú)論哪種形式的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度和消耗的功率都比主運(yùn)動(dòng)要小。

1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)12（3）合成切削運(yùn)動(dòng)由同時(shí)進(jìn)行的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。合成切削運(yùn)動(dòng)方向：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng)的方向。合成切削速度ve：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的合成切削運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。除表面成形運(yùn)動(dòng)外，還需要輔助運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種輔助動(dòng)作。輔助動(dòng)作的主要包括各種空行程運(yùn)動(dòng)、切入運(yùn)動(dòng)、分度運(yùn)動(dòng)和操縱及控制運(yùn)動(dòng)等。任何切削加工方法都必須有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)，可以有一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工件或刀具分別完成，也可以由刀具單獨(dú)完成（例如在鉆床上鉆孔或鉸孔）1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)13切削時(shí)，在主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的共同作用下，工件表面的一層金屬連續(xù)地被刀具切削下來(lái)并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而加工出所需要的工件新表面。在新表面的形成過(guò)程中，工件上有三個(gè)不斷變化著的表面：1）待加工表面。工件上多余金屬即將被切除的表面。該表面隨著切削的進(jìn)行逐漸減小，直至多余金屬被切完。2）已加工表面。工件上多余金屬被切除后形成的新表面。3）過(guò)渡表面（切削表面）。工件上多余金屬被切除過(guò)程中，待加工表面與已加工表面之間相連接表面，或刀刃正在切削著的表面。3.切削時(shí)工件上的表面

1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)141.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)15鉆孔擴(kuò)孔鉸孔锪孔1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)164.切削用量三要素1）切削速度vc。是指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)工件的主運(yùn)動(dòng)線速度。2）進(jìn)給量f。主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)時(shí)工件與刀具沿進(jìn)給方向的位移量，mm/r。進(jìn)給速度vf：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的進(jìn)給量，vf=fn（mm/s或mm/min）。3）切削深度（背吃刀量）asp。是待加工表面與己加工表面間的垂直距離。

fz=f/z（mm/齒）vf=fn=fzzn（mm/s或mm/min）車削時(shí)（d為工件最大直徑，mm；n為工件轉(zhuǎn)速，r/min）多齒刀具，每齒進(jìn)給量（z為刀具齒數(shù)）：關(guān)系式：補(bǔ)充定義：在垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上測(cè)量的主切削刃切入工件的深度。

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)171.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量目錄2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)181.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削層參數(shù)與切削方式1.1.4刀具材料及其選用本節(jié)小測(cè)1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)19切削刀具的種類很多，形狀各異，但其切削部分都有共同的特征。普通外圓車刀由刀頭和刀桿組成。刀桿用于裝夾，刀頭用于切削，刀頭由“一尖、二刃、三面”組成。1）前刀面。直接作用于切削層，控制切屑流向。2）主后面。與工件過(guò)渡表面相對(duì)并相互作用的刀面。3）副后面。與工件已加工表面相對(duì)并相互作用。4）主切削刃。前刀面與主后面的交線，在工件上切出過(guò)渡表面，承擔(dān)主要切削工作。5）副切削刃。前刀面與副后面的交線，配合主切削刃完成切削工作，形成已加工表面。6）刀尖。主、副切削刃交匯的一小段刀刃，可以是直線段或圓弧。常用的刀尖有交點(diǎn)刀尖、圓弧刀尖（圓弧形過(guò)渡刃）和倒角刀尖（直線形過(guò)渡刃）。車刀的結(jié)構(gòu)：機(jī)械工業(yè)出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)202025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)21用來(lái)確定刀具角度的投影體系，稱為刀具角度參考系，參考系中的投影面稱為刀具角度參考平面。用來(lái)確定刀具角度的參考系有兩類：刀具角度靜止參考系，是刀具設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)注、刃磨和測(cè)量的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱為刀具標(biāo)注角度；對(duì)于車刀，在建立刀具靜止參考系時(shí)，特作如下三點(diǎn)假設(shè)：①不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，即；②安裝車刀時(shí)應(yīng)使刀尖與工件中心等高，且車刀刀桿中心線與工件軸心線垂直；③主切削刃上選定點(diǎn)x與工件中心等高。刀具角度工作參考系，是確定刀具切削工作時(shí)角度的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱為刀具工作角度。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)22正交平面參考系(Pr—Ps—Po系)1）基面。過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。例如：普通車刀的基面，可理解為平行于刀具的底平面。2）切削平面。過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，與工件加工表面相切的平面。它也是切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面。3）正交平面。過(guò)切削刃選定點(diǎn)，與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度

2025/11/4231.1.2刀具角度和刀具的工作角度

2025/11/4241.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)252.刀具標(biāo)注角度（1）在正交平面參考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刃傾角λs：主切削刃與基面Pr的夾角，在切削平面PS中測(cè)量。當(dāng)?shù)都馓幱谇邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí)為正，反之為負(fù)，當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)為0°。前角γo：在主切削刃上選定點(diǎn)的正交平面P0內(nèi)，前面與基面之間的夾角。后角αo：在同一正交平面P0內(nèi)，后面與切削平面之間的夾角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刀具前角：機(jī)械工業(yè)出版社()主偏角：機(jī)械工業(yè)出版社()刃傾角：機(jī)械工業(yè)出版社()

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)262.刀具標(biāo)注角度（1）在正交平面參考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刃傾角λs：主切削刃與基面Pr的夾角，在切削平面PS中測(cè)量。當(dāng)?shù)都馓幱谇邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí)為正，反之為負(fù)，當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)為0°。前角γo：在主切削刃上選定點(diǎn)的正交平面P0內(nèi)，前面與基面之間的夾角。后角αo：在同一正交平面P0內(nèi)，后面與切削平面之間的夾角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刀具前角：機(jī)械工業(yè)出版社()主偏角：機(jī)械工業(yè)出版社()刃傾角：機(jī)械工業(yè)出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)272.刀具標(biāo)注角度（1）在正交平面參考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刃傾角λs：主切削刃與基面Pr的夾角，在切削平面PS中測(cè)量。當(dāng)?shù)都馓幱谇邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí)為正，反之為負(fù)，當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)為0°。前角γo：在主切削刃上選定點(diǎn)的正交平面P0內(nèi)，前面與基面之間的夾角。后角αo：在同一正交平面P0內(nèi)，后面與切削平面之間的夾角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刀具前角：機(jī)械工業(yè)出版社()主偏角：機(jī)械工業(yè)出版社()刃傾角：機(jī)械工業(yè)出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)282.刀具標(biāo)注角度（1）在正交平面參考系中的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刃傾角λs：主切削刃與基面Pr的夾角，在切削平面PS中測(cè)量。當(dāng)?shù)都馓幱谇邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí)為正，反之為負(fù)，當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)為0°。前角γo：在主切削刃上選定點(diǎn)的正交平面P0內(nèi)，前面與基面之間的夾角。后角αo：在同一正交平面P0內(nèi)，后面與切削平面之間的夾角。副偏角κ′r：副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。刀具前角：機(jī)械工業(yè)出版社()主偏角：機(jī)械工業(yè)出版社()刃傾角：機(jī)械工業(yè)出版社()1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)292.刀具標(biāo)注角度（1）在正交平面參考系中的角度副后角α’0：在副切削刃上選定的副正交平面P0’內(nèi)，后面與切削平面之間的夾角。楔角β0：在主切削刃上選定點(diǎn)的正交平面P0內(nèi)，前面與后面的夾角。刀尖角εr：主、副切削刃在基面上投影之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。余偏角ψr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向垂線之間的夾角，在基面Pr上測(cè)量。2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)302025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)311）基面。過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。例如：普通車刀的基面，可理解為平行于刀具的底平面。2）切削平面。過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，與工件加工表面相切的平面。它也是切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面。3）法平面。過(guò)切削刃上選定點(diǎn)垂直于切削刃或其切線的平面。法平面參考系1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)322.刀具標(biāo)注角度（2）刀具在法平面參考系中的角度刀具在法平面參考系中要標(biāo)出的角度基本和正交平面參考系中相類似。在基面Pr上表示的角度κr、κ′r、εr、ψr和在切削平面Ps內(nèi)表示的λs，二者參考系是相同的，不同的只是將正交平面P0內(nèi)的γ0、α0和β0，改為法平面Pn內(nèi)的法前角γn、法后角αn與法楔角βn。

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)331）基面。過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。例如：普通車刀的基面，可理解為平行于刀具的底平面。2）背平面。過(guò)切削上選定點(diǎn)，平行于刀桿中心線并垂直于基面的平面，它與進(jìn)給方向是垂直的。3）假定工作平面。過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于刀桿中心線與基面的平面，它與進(jìn)給方向平行。背平面和假定工作平面參考系1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)342.刀具標(biāo)注角度（3）刀具在背平面和假定工作平面參考系中的角度除基面上表示的角度和上面相同外，前角、后角和楔角分別在背平面Pp和假定工作平面Pf內(nèi)標(biāo)出的。因此有背前角、背后角、背楔角和側(cè)前角、側(cè)后角、側(cè)楔角等角度背平面和假定工作平面參考系中為什么沒(méi)有刃傾角？

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)35

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度例題：下圖為外圓車削示意圖，在圖上標(biāo)注：

（1）主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（過(guò)渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)36

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度例題：下圖為外圓車削示意圖，在圖上標(biāo)注：

（1）主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（過(guò)渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)37

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度例題：下圖為外圓車削示意圖，在圖上標(biāo)注：

（1）主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（過(guò)渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)383.刀具角度（工作參考系）刀具工作角度又稱刀具切削角度：刀具實(shí)際切削條件下的實(shí)際角度。工作參考系與靜止參考系的差別：工作條件下，合成切削速度為主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成速度；而靜止條件下合成速度與切削速度是一致的。（1）刀具工作參考系（Pre—Pse—Poe）通常情況下工作角與標(biāo)注角近似相等。如普通車削、鏜孔、銑削等。當(dāng)較大時(shí)或安裝誤差較大時(shí)必須考慮其影響。如：車螺紋、鉆孔等。刀具的安裝條件變化也會(huì)引起了參考系的變化。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)39（1）工作參考系及工作角度

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)40（2）刀具工作角度（工作參考系）①進(jìn)給對(duì)工作角度的影響經(jīng)向進(jìn)給時(shí)工作角度的變化1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)41（2）刀具工作角度（工作參考系）①進(jìn)給對(duì)工作角度的影響經(jīng)向進(jìn)給時(shí)工作角度的變化式中μ角是主運(yùn)動(dòng)方向與合成切削速度方向間的夾角。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)42（2）刀具工作角度（工作參考系）①進(jìn)給對(duì)工作角度的影響縱向進(jìn)給時(shí)工作角度的變化在進(jìn)給剖面，有：在工作正交平面內(nèi)：1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)43（2）刀具工作角度（工作參考系）①進(jìn)給對(duì)工作角度的影響縱向進(jìn)給時(shí)工作角度的變化將其換算到主剖面內(nèi)得到：1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)44（2）刀具工作角度（工作參考系）②刀尖安裝對(duì)工作角度的影響車外圓刀尖安裝偏高（低）：工作前角增大（?。?，工作后角減?。ù螅?。在縱向剖面內(nèi)的工作角度為：1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)45（2）刀具工作角度（工作參考系）②刀尖安裝對(duì)工作角度的影響車外圓刀尖安裝偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角減?。ù螅?。γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)46（2）刀具工作角度（工作參考系）②刀尖安裝對(duì)工作角度的影響鏜內(nèi)孔刀尖安裝偏高（低）：工作前角減?。ù螅?，工作后角增大（?。?。1.1.2刀具角度和刀具的工作角度04-11月-25機(jī)械制造基礎(chǔ)47（2）刀具工作角度（工作參考系）③車刀刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)工作角度的變

1.1.2刀具角度和刀具的工作角度目錄2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)481.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削層參數(shù)與切削方式1.1.4刀具材料及其選用本節(jié)小測(cè)1.1.3切削層參數(shù)與切削方式2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)49切削層是指工件上正被切削刃切削的一層金屬，亦即相鄰兩個(gè)加工表面之間的一層金屬。1）切削層寬度bD。沿主切削刃測(cè)量的切削層尺寸，反映切削刃參加切削的工作長(zhǎng)度（mm）。2）切削層厚度hD。兩相鄰加工表面間的垂直距離（mm）。3）切削層橫截面積AD。在給定瞬間，切削層的實(shí)際斷面面積（mm2）。車削外圓，切削層是指工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀主切削刃移動(dòng)一段距離從工件上切下的那一層金屬。因AD不包括殘留面積，且在各種方法中AD與進(jìn)給量和切削深度的關(guān)系不同，所以不等于f和ap的積。只有在車削中，當(dāng)殘余面積很小時(shí)才近似，即AD=hD·bD=f·asp

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)501.1.3切削層參數(shù)與切削方式2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)511.1.3切削層參數(shù)與切削方式2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)521.1.3切削層參數(shù)與切削方式2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)53（1）自由切削和非自由切削自由切削：刀具在切削過(guò)程中，如果只有一條直線切削刃參加切削工作。非自由切削：刀具上的切削刃為曲線，或有幾條切削刃（包括副切削刃）都參加了切削，并且同時(shí)完成整個(gè)切削過(guò)程。（2）直角切削和斜角切削直角切削：刀具主切削刃的刃傾角為0的切削，此時(shí)，主切削刃與切削速度向量成直角，故又稱為正交切削。斜角切削：刀具主切削刃的刃傾角不為0的切削，此時(shí)主切削刃與切削速度向量不成直角。

1.1.3切削層參數(shù)與切削方式目錄2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)541.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.2刀具角度和刀具的工作角度1.1.3切削層參數(shù)與切削方式1.1.4刀具材料及其選用本節(jié)小測(cè)1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)551）高的硬度。刀具材料的常溫硬度，一般要求在60HRC以上。2）高的耐磨性。耐磨性是指刀具抵抗磨損的能力。材料中硬質(zhì)點(diǎn)的硬度越高、數(shù)量越多、顆粒越小、分布越均勻，則耐磨性越高。3）足夠的強(qiáng)度和韌性。4）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）。保證刀具在切削溫度很高時(shí)仍保持應(yīng)有的硬度、耐磨性和穩(wěn)定性，斷續(xù)切削時(shí)刀具材料還需具有耐受熱沖擊性能。5）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能。6）良好的工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。耐熱性是指刀具材料在高溫下保持高硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力。化學(xué)穩(wěn)定性是指刀具材料在高溫下不易和工件材料及周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。化學(xué)穩(wěn)定性越好，刀具的磨損越慢。刀具材料：機(jī)械工業(yè)出版社()刀具材料應(yīng)具備的性能常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)56常用刀具材料的種類及應(yīng)用類型硬度強(qiáng)度韌性耐熱耐磨工藝應(yīng)用工具鋼碳素工具鋼低高高低好差低高差好切削加工、熱處理、刃磨手動(dòng)工具合金工具鋼低速工具高速鋼復(fù)雜刀具硬質(zhì)合金鎢鈷類(YG)K粉末冶金燒結(jié)刃磨脆性金屬通用類(YW)M通用鎢鈦鈷(YT)P塑性金屬非金屬陶瓷燒結(jié)連續(xù)切塑性材料立方氮化硼結(jié)晶精密加工金剛石結(jié)晶精密加工1.1.4刀具材料及其選用1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)57碳素工具鋼和合金工具鋼常見(jiàn)牌號(hào)有T10A（碳十A）、T12A、CrWMn（鉻鎢錳鋼）等。這些材料相對(duì)硬度較低，耐熱性也差，但工藝性能相當(dāng)好。只用于手工鋸條、絲錐、板牙等手動(dòng)工具和切削速度較低的刀具

碳素工具鋼是含碳量在0.70﹪～1.35﹪的優(yōu)質(zhì)高碳鋼，常用用牌號(hào)T8A、T10A、T12A等。主要性能有：淬火后硬度為60～64HRC，與一般高速鋼相近；耐熱性很差，當(dāng)切削刃溫度超過(guò)200℃～250℃時(shí)，硬度將急劇下降，失去切削能力。因此碳素工具鋼只能在8m/min～10m/min的切削速度下工作。碳素工具鋼的淬透性差，淬火時(shí)在水中急劇冷卻，容易產(chǎn)生淬火變形和開(kāi)裂。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)58高速鋼是一種加入了較多鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼，又稱為“鋒鋼”“風(fēng)鋼”或“白鋼”。較高的硬度和耐熱性。允許的切削速度高（與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，高速鋼能提高切削速度2~3倍，提高刀具使用壽命10~40倍，甚至更多）。熱硬性高達(dá)600°C。較高的強(qiáng)度和韌性，抗彎強(qiáng)度為一般硬質(zhì)合金的2~3倍?？箾_擊振動(dòng)能力強(qiáng)。工藝性能較好，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃。（HSS，Highspeedsteel）廣泛用于制造結(jié)構(gòu)和刃形復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)59高速鋼高速鋼的分類

按其性能用途不同普通高速鋼（通用高速鋼）高性能高速鋼熔煉高速鋼粉末冶金高速鋼按其制造工藝方法的不同按其化學(xué)成分不同鎢系鎢鉬系鉬系鎢系高速鋼W18Cr4V(W18)有良好的綜合性能,在600℃時(shí)其高溫硬度為HRC48.5,淬火時(shí)過(guò)熱傾向小，碳化物含量較高，塑性變形抗力較大。可以制造各種復(fù)雜刀具。但碳化物分布不均勻，影響精加工刀具的壽命，且強(qiáng)度和韌度不夠。熱塑性差，不適于制造熱軋刀具。具有良好的機(jī)械性能,抗彎強(qiáng)度比W18高10％～30％,韌性高50％～70％,可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具,熱塑性特別好,適用于制造受沖擊力較大的刀具和熱軋刀具。磨加工性也好,目前廣泛應(yīng)用。有脫碳敏感性大、淬火溫度范圍窄等缺點(diǎn)。鎢鉬系高速鋼W6Mo5Cr4V2(M2)高碳高速鋼高釩高速鋼鈷高速鋼鋁高速鋼常用牌號(hào)：9W18Cr4V。含碳量提高到0.9％~1.05％，使鋼中合金元素全部形成碳化物，從而提高鋼的硬度、耐磨性與耐熱性。但其強(qiáng)度與韌性略有下降。常用牌號(hào)：W6Mo5Cr4V3。含釩量提高到3％~5％。碳化釩量增加提高了鋼的耐磨性。一般用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具等。耐磨性比普通高速鋼差。常用牌號(hào)：W6Mo5Cr4V2Co8。鈷的加入可提高鋼的高溫硬度、抗氧化能力、回火硬度和導(dǎo)熱系數(shù)，降低摩擦系數(shù)，有良好的綜合性能。允許有較高的切削速度，特別適用于加工高溫合金和不銹鋼等難加工材料。但含鈷量較高，故價(jià)格昂貴。常用牌號(hào)：W6Mo5Cr4V2Al。鋁的加入提高了耐磨性和耐熱性，具有良好的切削性能，耐用度比W18Cr4V大1~4倍，價(jià)格低。但是淬火溫度范圍窄，氧化脫碳傾向較大，磨削性能較差。

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)601.1.4刀具材料及其選用常用高速鋼牌號(hào)及其應(yīng)用范圍類別牌號(hào)主要用途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于制造對(duì)韌性要求不高，但對(duì)耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡(jiǎn)單，對(duì)耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡(jiǎn)單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價(jià)格昂貴1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)61高速鋼高性能高速鋼在普通高速鋼中加入碳、釩、鈷、鋁等合金元素，使耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高的新型高速鋼。高性能高速鋼在630～650℃時(shí)仍可保持HRC60的硬度,具有更好的切削性能，耐用度較普通高速鋼高1.3～3倍?？墒褂?0~100m/min的切削速度，同時(shí)能適用于加工不銹鋼、耐熱鋼、高強(qiáng)度鋼等難加工材料。

粉末冶金高速鋼在用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼水,直接得到細(xì)小的高速鋼粉末,高溫下壓制成致密的鋼坯,而后鍛壓成材或刀具形狀。其強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.5～3倍;可加工性能好;物理機(jī)械性能高度各向同性,淬火變形??；耐磨性能提高20％～30％，適合制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具(如滾刀、插齒刀)、精密刀具、磨加工量大的復(fù)雜刀具、高壓動(dòng)載荷下使用的刀具等。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)62硬質(zhì)合金由各種難熔金屬碳化物（TiC、WC、TaC、NbC等）和金屬黏結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）用粉末冶金的方法制成。硬度HRA89~93，耐高溫800~1000°C，具有良好的耐磨性，允許使用的切削速度可達(dá)100~300m/min。可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料。抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，較難加工，很少用于制造整體刀具，一般做成各種形狀的刀片，焊接或直接夾固在刀體上使用。常用的有鎢鈷類（YG類）、鎢鈦鈷類（YT類）和鎢鈦鉭（鈮）鈷類（YW類）。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)63硬質(zhì)合金（1）WC基硬質(zhì)合金牌號(hào)示例：YG6（牌號(hào)字母是YG，牌號(hào)數(shù)字是由平均含鈷量的百分?jǐn)?shù)組成，表示平均Co=6%，其余為WC）。WC基硬質(zhì)合金刀具材料特點(diǎn)及應(yīng)用類型特點(diǎn)常用牌號(hào)應(yīng)用范圍YG類硬質(zhì)合金（K類）由WC和Co組成，也稱鎢鈷類硬質(zhì)合金；隨著鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多，硬度和耐磨性下降，抗彎強(qiáng)度和韌性增高YG6（Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%）、YG8等主要加工鑄鐵、有色金屬及其合金、非金屬材料，低速時(shí)也可加工鈦合金等耐熱鋼YT類硬質(zhì)合金（P類）由WC、TiC和Co組成；隨著TiC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相應(yīng)減少，硬度及耐磨性增高，抗彎強(qiáng)度下降YT5（TiC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%）、YT15等主要用于加工鋼料YW類硬質(zhì)合金（M類）在WC、TiC、Co的基礎(chǔ)上再加入TaC（或NbC）而成；加入TaC（或NbC）后，改善了硬質(zhì)合金的綜合性能，其抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度增加，高溫性能和抗氧化能力提高YW1、YW2等可以加工鑄鐵、有色金屬、鋼料及高溫合金和不銹鋼等難加工材料，有通用硬質(zhì)合金之稱1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)64硬質(zhì)合金（2）YN類硬質(zhì)合金（TiC基硬質(zhì)合金）是TiC為主要硬質(zhì)相，以Ni或Mo為黏結(jié)相制成的合金，比WC基合金有高的耐磨性、耐熱性和高的硬度（近似陶瓷）?？箯潖?qiáng)度和沖擊韌性較差，一般用于精加工、半精加工鋼和鑄鐵。常用合金牌號(hào)有YN05、YN10等。（3）涂層硬質(zhì)合金無(wú)論是硬質(zhì)合金還是高速鋼，都可以在刀具制好之后采用化學(xué)氣相沉積法或者物理氣相沉積法再涂一層或數(shù)層硬質(zhì)材料（如TiC、TiN、TiCN、Al2O3），使其表層硬度高、耐磨性好和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，基體抗彎強(qiáng)度高、韌性好、導(dǎo)熱系數(shù)大。可用于半精加工、精加工、粗加工（小負(fù)荷）鋼料和鑄鐵。涂層刀具的應(yīng)用范圍正在進(jìn)一步擴(kuò)大。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)65硬質(zhì)合金表3-1各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌號(hào)應(yīng)用范圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金的精加工、半精加工、不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金的精加工、半精加工、不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及其合金、非金屬材料的粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15、YT14碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時(shí)的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時(shí)精加工YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量YT15是指碳化鈦平均含量為15%，其余為碳化鎢和鈷含量的硬質(zhì)合金。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)66陶瓷陶瓷刀具是以氧化鋁（A12O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而成的一種刀具材料。陶瓷刀具材料有更高的耐熱性和硬度，在1200°C時(shí)仍可保持HRA80的硬度，可承受更高的切削速度。化學(xué)穩(wěn)定性好，摩擦系數(shù)小，耐磨性好，加工鋼件時(shí)的壽命為硬質(zhì)合金的10~12倍。耐沖擊性低于硬質(zhì)合金。常用的陶瓷刀具材料有氧化鋁、復(fù)合氧化鋁及復(fù)合氮化硅陶瓷等。主要用于精加工和半精加工高硬度、高強(qiáng)度鋼和冷硬鑄鐵等。陶瓷原料在自然界中容易得到，且價(jià)格低，發(fā)展前途廣。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)67陶瓷常用陶瓷刀具材料特點(diǎn)及應(yīng)用類型特點(diǎn)應(yīng)用范圍氧化鋁陶瓷主要用A12O3加微量添加劑（如MgO），經(jīng)冷壓燒結(jié)而成，是一種廉價(jià)的非金屬刀具材料，抗彎強(qiáng)度400~500N/mm2，硬度91~92HRA由于抗彎強(qiáng)度太低，應(yīng)用較少?gòu)?fù)合氧化鋁陶瓷在A12O3基體中添加高硬度、難熔碳化物（如TiC），并加入其它金屬（如鎳、鉬）進(jìn)行熱壓而成，抗彎強(qiáng)度800N/mm2以上，硬度93~94HRA，1200°C時(shí)硬度尚能達(dá)到80HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，與被加工金屬親和作用小，但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差，對(duì)沖擊十分敏感。在A12O3基體中加入SiC和ZrO2晶須而形成晶須陶瓷，可提高韌性目前多用于各種金屬材料的半精加工和精加工，特別適合于淬硬鋼、冷硬鑄鐵的加工。復(fù)合氮化硅陶瓷在Si3N4基體中添加TiC等化合物和金屬Co等進(jìn)行熱壓制成，其機(jī)械性能與復(fù)合氧化鋁陶瓷相近特別適合于切削冷硬鑄鐵和淬硬鋼1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)68金剛石金剛石分天然和人造兩種（顯微硬度接近于10000HV），是自然界中最硬的材料，工業(yè)上常用的是人造金剛石。金剛石能切削陶瓷、高硅鋁合金、硬質(zhì)合金等難加工材料，還可以切削有色金屬及其合金。不能切削鐵族材料，因?yàn)樘荚睾丸F元素有很強(qiáng)的親和性，碳元素向工件擴(kuò)散，加快刀具磨損。當(dāng)溫度大于700°C時(shí)，金剛石轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)而喪失了強(qiáng)度。金剛石刀具除了設(shè)計(jì)刀具的幾何參數(shù)外，還要注意金剛石晶體的方向，不同晶面的耐磨性能是不一樣的。在高溫高壓條件下，借助于某些合金的觸媒作用，由石墨轉(zhuǎn)化而成1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)69立方氮化硼又稱CBN，是由六方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成的一種新型超硬刀具材料。包括整體聚晶CBN和復(fù)合聚晶PCBN兩種。硬度（顯微硬度可達(dá)8000~9000HV）僅次于金剛石。熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性穩(wěn)定，可耐1300~1400°C的高溫，在1200°C高溫時(shí)也不易與鐵族金屬發(fā)生反應(yīng)?？捎幂^高的速度切削淬硬鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料。常常在硬質(zhì)合金片上燒結(jié)一層0.5mm厚的立方氮化硼而形成復(fù)合刀具來(lái)使用。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)70涂層刀具在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼（HSS）基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物（也可涂覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上）而制備的。涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，從而減少了基體的磨損。具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦系數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性。切削時(shí)可比未涂層刀具壽命提高3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1級(jí)，降低刀具消耗費(fèi)用20%~50%。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)71常用刀具材料的特性及用途種類牌號(hào)工藝性能用途碳素工具鋼T8A、T10A、T12A可冷熱加工成形，工藝性能良好，磨削性好，須熱處理只用于手動(dòng)刀具，如手動(dòng)絲錐、板牙、鉸刀、鋸條、銼刀等合金工具鋼9CrSi、CrWMn等可冷熱加工成形，工藝性能良好，磨削性好，須熱處理只用于手動(dòng)或低速機(jī)動(dòng)刀具，如絲錐、板牙、拉刀等高速鋼W6Mo5Cr4V2（M2）、W18Cr4V（W18）、W2Mo9Cr4VCo8（M42）、W6Mo5Cr4V2Al（501）可冷熱加工成形，工藝性能好，須熱處理，磨削性好，但高釩類較差用于各種刀具，特別是形狀較復(fù)雜的刀具，如鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具、絲錐、板牙、刨刀等硬質(zhì)合金鎢鈷類：YG3、YC6、YC8鎢鈷鈦類：YT5、YT15、YT30壓制燒結(jié)后使用，不能冷熱加工，多鑲片使用，無(wú)須熱處理車刀刀頭大部分采用硬質(zhì)合金，銑刀、鉆頭、滾刀、絲錐等也可鑲刀片使用。鎢鈷類加工鑄鐵，有色金屬；鎢鉆鈦類加工碳素鋼、合金鋼、淬硬鋼等陶瓷

壓制燒結(jié)后使用，不能冷熱加工，多鑲片使用，無(wú)須熱處理多用于車刀，性脆，適于連續(xù)切削立方氮化硼

壓制燒結(jié)而成，可用金剛石砂輪磨削用于硬度、強(qiáng)度較高材料的精加工。在空氣中達(dá)1300°C時(shí)仍保持穩(wěn)定金剛石

用天然金剛石砂輪刃磨極困難用于有色金屬的高精度、低粗糙度切削，700~800°C時(shí)易碳化1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)72合理選擇刀具材料的基本原則根據(jù)工件材料、刀具結(jié)構(gòu)和加工要求，選擇合適的刀具材料與其相適應(yīng)，做到既充分發(fā)揮刀具特性，又能較經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求。通常加工一般材料，大量使用的仍是普通高速鋼和硬質(zhì)合金。加工難切削材料時(shí)才有必要選用新牌號(hào)高性能高速鋼或硬質(zhì)合金。加工高硬度材料或精密加工時(shí)才需選用超硬材料。切削刃形狀復(fù)雜的刀具，例如成形車刀拉刀、絲錐、板牙、齒輪刀具，以及容屑槽是螺旋形的刀具，例如麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、立銑刀、圓柱銑刀，目前大多用高速鋼（HSS）制造。硬質(zhì)合金，加工范圍廣，切削速度和刀具壽命也很高，為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡量選用。1.1.4刀具材料及其選用2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)73切削一般鋼與鑄鐵的常用刀具材料刀具類型工件材料——鋼工件材料——鑄鐵車刀、鏜刀WC-TC-Co，WC-TiC-TaC-Co，TiC（N）基硬質(zhì)合金，Al2O3WC-Co，WC-TaC-Co，TIC（N）基硬質(zhì)合金，Si3N4，Al2O3端銑刀WC-TiC-TaC-Co，TiC（N）基硬質(zhì)合金WC-TaC-Co，TiC（N）基硬質(zhì)合金，Si3N4，Al2O3鉆頭HSS，WC-TiC-Co，WC-TiC-TaC-CoHSS，WC-Co，WC-TaC-Co擴(kuò)孔鉆，鉸刀HSS，WC-TiC-Co，WC-TiC-TaC-CoHSS，WC-Co，WC-TaC-Co成形車刀HSSHSS立鐵刀，圓柱銑刀HSSHSS拉刀HSSHSS絲錐，板牙HSSHSS齒輪刀具HSSHSS2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)74第1.2節(jié)金屬切削理論2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)75引言與課前問(wèn)題切削過(guò)程的三個(gè)變形區(qū)各有何特點(diǎn)?切屑的種類有哪些?三個(gè)切削分力是如何定義的?切削熱是怎樣傳出的?本節(jié)要點(diǎn)2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)761.2.1金屬切削層的變形1.2.2切削力1.2.3切削熱及切削溫度1.2.4刀具磨損和刀具耐用度本節(jié)重點(diǎn)及難點(diǎn)2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)77重點(diǎn)：金屬切削層的變形影響切削變形的主要因素影響切削力的主要因素影響切削溫度的主要因素刀具磨損形式及磨損過(guò)程刀具耐用度與切削用量的關(guān)系難點(diǎn)：金屬切削層的變形;影響切屑變形切削力及切削溫度的主要因素學(xué)習(xí)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)金屬切削的現(xiàn)象理解金屬切削的本質(zhì)規(guī)律（切削區(qū)的變形和摩擦規(guī)律）掌握切削變形的影響因素知道切削力的來(lái)源、分解和合成方法、測(cè)量原理和方法、經(jīng)驗(yàn)分析法掌握切削力的因素分析法知道切削熱的來(lái)源、傳導(dǎo)和分布規(guī)律、測(cè)量原理和方法掌握切削溫度的因素分析法知道刀具磨損和破損的現(xiàn)象、形式了解刀具磨損的原因掌握刀具磨損規(guī)律和刀具耐用度經(jīng)驗(yàn)公式的建立方法切屑的形成2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)78右圖a)為塑性金屬受擠壓的示意圖。試件受壓時(shí)，隨著外力F的增加，金屬內(nèi)部應(yīng)力增加，先產(chǎn)生彈性變形繼而產(chǎn)生塑性變形，并使金屬的晶格沿晶面發(fā)生滑移，滑移面DA、CB與外力F的方向大致成45°，滑移到最后產(chǎn)生破裂。右圖b)為金屬切削過(guò)程示意圖。DB以上為切削層，與金屬擠壓試驗(yàn)相似，切削層受刀具擠壓后也產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，并欲往DA、CB方向滑移，因DB一下為工件母體，受它的阻礙，金屬只能沿DA滑移，當(dāng)其與母體金屬分離時(shí)，就形成了金屬切削過(guò)程中的切屑。金屬切削變形本質(zhì)就是切削層在受到刀具前刀面的擠壓而產(chǎn)生剪切滑移的塑性變形過(guò)程。a)塑性金屬擠壓示意圖b)切削示意圖金屬切削層的三個(gè)變形區(qū)2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)791.三個(gè)變形區(qū)1）第一變形區(qū)（Ⅰ）從OA線開(kāi)始發(fā)生塑性變形，到OM線晶粒的剪切滑移基本完成。2）第二變形區(qū)（Ⅱ）切屑沿刀具前面排出時(shí)，進(jìn)一步受到前面的擠壓和摩擦，使靠近前面處的金屬纖維化，其方向基本上和前面相平行。3）第三變形區(qū)（Ⅲ）工件已加工表面受到切削刃鈍圓部分與刀具后面的擠壓和摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化與加工硬化。第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)80當(dāng)切削層中金屬某點(diǎn)P向切削刃逼近，到達(dá)點(diǎn)1的位置時(shí)，若通過(guò)點(diǎn)1的等切應(yīng)力曲線OA，其切應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，則點(diǎn)1在向前移動(dòng)的同時(shí)，也沿OA滑移，其合成運(yùn)動(dòng)將使點(diǎn)1流動(dòng)到點(diǎn)2。2’-2就是它的滑移量。隨著滑移的產(chǎn)生，切應(yīng)力將逐漸增加，也就是當(dāng)P點(diǎn)向1、2、3……移動(dòng)時(shí)，它的切應(yīng)力不斷增加，直到點(diǎn)4位置，此時(shí)其流動(dòng)方向與刀具前面平行，不再沿OM線滑移。所以O(shè)M叫終滑移線，OA叫始滑移線。OA到OM之間整個(gè)第一變形區(qū)內(nèi)，其變形的主要特征就是沿滑移線的剪切變形，以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。第一變形區(qū)金屬的滑移金屬切削過(guò)程示意圖第二變形區(qū)的變形和摩擦2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)81切削層金屬經(jīng)過(guò)終滑移線OM，變成切屑沿刀具前面流出時(shí)，切屑底層仍受到刀具前面的擠壓和摩擦，使切屑底層繼續(xù)發(fā)生變形，這種變形仍以剪切滑移為主，變形的結(jié)果使切屑底層的晶粒彎曲拉長(zhǎng)，并趨向于與前面平行而形成纖維層。在只考慮剪切面的滑移時(shí)，把各單元比喻為平行四邊形的薄片，由于第二變形區(qū)的擠壓和摩擦，這些單元的地面被擠壓伸長(zhǎng)，它的形狀不再如aAMm那樣達(dá)到平行四邊形，而是像bAMm的梯形，許多梯形疊加就造成了切屑的卷曲。金屬切削過(guò)程示意圖切屑的卷曲1.第二變形區(qū)的變形第二變形區(qū)的變形和摩擦2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)82在切屑沿前面流出的前期過(guò)程中，在高溫高壓作用下，切屑底層的金屬會(huì)粘結(jié)在前面上，形成粘結(jié)層，粘結(jié)層以上的金屬?gòu)恼辰Y(jié)層上流過(guò)時(shí)，它們之間的摩擦就與一般金屬的外摩擦不同，而形成粘結(jié)層與其上流動(dòng)金屬之間的內(nèi)摩擦，金屬金屬內(nèi)部的滑移剪切。在切屑沿前面流出的后期過(guò)程中，由于壓力和溫度降低，因此切屑底層與前面之間的摩擦就成了一般金屬間的外摩擦。外摩擦情況下，摩擦力僅與正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)；在內(nèi)摩擦情況下，摩擦力與材料的流動(dòng)應(yīng)力特性及粘結(jié)面積有關(guān)。刀-屑接觸區(qū)以內(nèi)摩擦為主。刀-屑接觸示意圖1.第二變形區(qū)的摩擦表示切屑變形程度的方法2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)83（1）剪切角?試驗(yàn)證明，對(duì)于同一工件材料，用同樣的刀具，切削同樣大小的切削層，當(dāng)切削速度高時(shí)，剪切角?較大，剪切面積變小，切削比較省力，說(shuō)明切屑變形較小。相反，當(dāng)剪切角?較小，則說(shuō)明切屑變形較大。（2）切屑厚度壓縮比Λh在切削過(guò)程中，刀具切削的切屑厚度hch通常大于工件上切削層的公稱厚度hD，而切屑長(zhǎng)度lch卻小于切削層公稱長(zhǎng)度lD。切屑厚度hch與切削層公稱厚度hD只比成為切屑厚度壓縮比Λh；而切削層公稱長(zhǎng)度lD與切屑長(zhǎng)度lch之比成為切屑長(zhǎng)度壓縮比ΛL，即

由于工件上切削層的寬度與切屑平均寬度的差異很小，切削前、后的體積可以看作不變，故

Λh是一個(gè)大于1的數(shù)，Λh值越大，表示切下的切屑厚度越大，長(zhǎng)度越短，其變形也越大。幾個(gè)主要因素對(duì)切屑變形的影響2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)841）工件材料。工件材料強(qiáng)度愈高，切削變形愈小，工件材料塑性愈大，切削變形就愈大。如不銹鋼1Cr18Ni9Ti伸長(zhǎng)率δ大，所以切削變形大，易黏刀不易斷屑。2）刀具前角。前角γo愈大，切屑順前刀面排出的方向與切削速度方向的差異愈小，切屑流動(dòng)阻力愈小，切削變形就愈小，還可使剪切角φ增大，使切削變形減小。(前角越大，切削過(guò)程不需要過(guò)大的擠壓變形就可以切削材料）影響切削變形的主要因素幾個(gè)主要因素對(duì)切屑變形的影響2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)853）切削速度。在無(wú)積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削速度愈高，切削變形就愈小。在有積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，在積屑瘤增長(zhǎng)階段，實(shí)際前角增大，故切削變形隨vc增加而減小。在積屑瘤消退階段，實(shí)際前角減小，切削變形隨之增大。4）切削層公稱厚度。在無(wú)積屑瘤情況下，切削層公稱厚度增加時(shí)，剪切角φ增大，切削變形減小。影響切削變形的主要因素在無(wú)積屑瘤產(chǎn)生的切削速度范圍內(nèi)，切削速度越大，變形系數(shù)越小。主要是因?yàn)樗苄宰冃蔚膫鞑ニ俣容^彈性變形慢，切削速度越高，切削變形越不充分，導(dǎo)致變形系數(shù)下降；此外，提高切削速度還會(huì)使切削溫度增高，切屑底層材料的剪切屈服強(qiáng)度因溫度的增高而略有下降，導(dǎo)致前刀面摩擦系數(shù)減小，使變形系數(shù)下降。刀屑接觸區(qū)摩擦變小切屑的類型、變化、形狀及控制2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)861）形態(tài)按照局部觀察切屑時(shí)的形狀來(lái)分，如切屑是連續(xù)的還是分離的。按照切屑形成機(jī)理的差異，切屑形態(tài)一般分為4種基本類型，即帶狀切屑、擠裂切屑（節(jié)狀切屑）、單元切屑（粒狀切屑）和崩碎切屑。2）形狀按照整體觀察切屑時(shí)的形狀來(lái)分，如切屑是筆直的還是向哪個(gè)方向有多大程度的卷曲。切屑的形狀有帶狀切屑、管狀切屑、盤旋形切屑、環(huán)形螺旋切屑、錐形螺旋切屑、弧形切屑、單元切屑、針形切屑等。1.切屑的種類名稱帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑崩碎切屑形態(tài)帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀切屑沿剪切面完全斷開(kāi)，切屑呈粒狀不規(guī)則，塊狀顆粒變形剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂形成條件切削塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大切削塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小切削塑性材料，工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低切削硬脆材料，刀具前角較小影響切削過(guò)程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過(guò)程欠平穩(wěn)，切削力有波動(dòng)，表面粗糙度欠佳切削力波動(dòng)較大，切削過(guò)程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動(dòng)大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)87不同進(jìn)給率下切屑形態(tài)的SEM圖像(a)f=1μm/r；(b)f=3μm/r；(c)f=5μm/r；(d)f=7μm/r切屑的類型、變化、形狀及控制切屑的類型、變化、形狀及控制2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)881.切屑的種類帶狀切屑管形切屑盤旋形切屑環(huán)形螺旋切屑錐形螺旋切屑弧形切屑單元切屑針形切屑1.1長(zhǎng)2.4長(zhǎng)3.1平4.1長(zhǎng)5.1長(zhǎng)6.1連接1.2短2.2短3.2錐4.2短5.2短6.2松散

1.3纏亂

2.3纏亂

4.3纏亂5.3纏亂

切屑形狀（GB/T16461-2016）切屑的類型、變化、形狀及控制2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)89原因切削加工中常產(chǎn)生大量“不可接受”的切屑?；蚶瓊ぜ囊鸭庸け砻?，使表面粗糙度惡化；或劃傷機(jī)床，卡在機(jī)床運(yùn)動(dòng)副之間；或造成刀具的早期破損；有時(shí)甚至影響操作者的安全。特別對(duì)于數(shù)控機(jī)床、生產(chǎn)自動(dòng)線及柔性制造系統(tǒng)，如不能進(jìn)行有效的切屑控制，輕則限制了機(jī)床能力的發(fā)揮，重則使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。切屑控制（又稱切屑處理，工廠中一般簡(jiǎn)稱為“斷屑”），指在切削過(guò)程中采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣?lái)控制切屑的流出方向、卷曲及有效折斷，以形成便于處理和控制的屑形和大小。2.切屑的控制卷屑槽與卷屑臺(tái)（1）屑形控制精車時(shí)：形成環(huán)形螺旋屑。在重型機(jī)床上用大切深、大進(jìn)給量車削鋼件時(shí)：形成錐形螺旋屑。在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上：盤旋形屑是一種比較好的屑形。車削鑄鐵、黃銅等脆性材料時(shí)：應(yīng)設(shè)法使切屑連成卷狀。（2）卷屑設(shè)法使切屑沿前刀面流出時(shí)，受到一個(gè)額外的作用力，在該力作用下，使切屑產(chǎn)生一個(gè)附加的變形而彎曲。1）自然卷屑：利用前刀面上形成的積屑瘤使切屑自然卷曲。2）卷屑槽與卷屑臺(tái)的卷屑：在生產(chǎn)上常用強(qiáng)迫卷屑法，即在前刀面上磨出適當(dāng)?shù)木硇疾刍虬惭b附加的卷屑臺(tái)，當(dāng)切屑流經(jīng)前刀面時(shí)，與卷屑槽或卷屑臺(tái)相碰而卷曲。切屑的類型、變化、形狀及控制2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)902.切屑的控制（3）斷屑避免過(guò)長(zhǎng)切屑，對(duì)卷曲了的切屑需進(jìn)一步施加力（變形）使之折斷。1）使卷曲后的切屑與工件相碰，使切屑根部的拉應(yīng)力越來(lái)越大，最終導(dǎo)致切屑完全折斷。這種斷屑方法一般得到弧形屑、平盤旋形屑或錐盤旋形屑。2）使卷曲后的切屑與后刀面相碰，使切屑根部的拉應(yīng)力越來(lái)越大，最終導(dǎo)致切屑完全斷裂，形成弧形屑。衡量切屑控制的主要標(biāo)準(zhǔn)：不妨礙正常加工，即不纏繞在工件、刀具上，不飛濺到機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件中；不影響操作者的安全；易于清理、存放和搬運(yùn)。切屑的類型、變化、形狀及控制2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)91當(dāng)在一定范圍的切削速度下切削塑性材料時(shí)，常發(fā)現(xiàn)在靠近切削刃的前刀面上黏附著一小塊很硬的金屬，這塊硬金屬即為積屑瘤（刀瘤）。（1）積屑瘤的形成切屑沿前刀面流出時(shí)，在溫度與壓力作用下，摩擦阻力超過(guò)切屑本身的分子結(jié)合力時(shí)，一部分金屬黏附在前刀面上，形成積屑瘤。積屑瘤不斷長(zhǎng)大，達(dá)到一定高度時(shí)破裂，被切屑帶走或嵌附在工件表面上。（2）積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響1）積屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃進(jìn)行切削，保護(hù)切削刃。2）增大了刀具實(shí)際工作前角，使切削輕快。粗加工時(shí)，積屑瘤是有益的。3）積屑瘤的頂端伸出刀刃之外，不斷地產(chǎn)生和脫落，使實(shí)際切削深度和切削厚度不斷變化，影響尺寸精度并會(huì)導(dǎo)致切削力的變化，引起振動(dòng)。4）積屑瘤碎片黏附在工件已加工表面上，使工件表面變得粗糙。精加工時(shí)，盡量避免。3.積屑瘤切屑的類型、變化、形狀及控制2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)92（3）積屑瘤控制1）工件材料。切削塑性大的材料時(shí)塑性變形較大，容易產(chǎn)生積屑瘤。切削脆性材料形成的崩碎切屑不流過(guò)前刀面，因此一般無(wú)積屑瘤。2）切削速度。切削速度很低（v<5m/min）時(shí)，切屑流動(dòng)較慢，切屑底面的新鮮金屬氧化充分，摩擦因數(shù)較小。切削溫度低，切屑分子的結(jié)合力大于切屑底面與前刀面之間的摩擦力，不出現(xiàn)積屑瘤。切削速度在5~50m/min范圍內(nèi)時(shí)，切屑底面的金屬與前刀面間的摩擦因數(shù)較大，切削溫度高，切屑分子的結(jié)合力降低，容易產(chǎn)生積屑瘤。切削速度很高（v>50m/min）時(shí)，切削溫度很高，切屑底面呈微熔狀態(tài)，摩擦因數(shù)明顯降低，積屑瘤不產(chǎn)生。3.積屑瘤工程上，控制積屑瘤的措施：1）調(diào)整切削速度，一般精車、精銑用高速切削；而當(dāng)用高速鋼刀具拉削、鉸削和寬刀精刨時(shí)，則采用低速切削。2）選用適當(dāng)?shù)那邢饕簩?duì)刀具進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑。3）增大刀具前角，減小刀-屑接觸壓力。4）對(duì)塑性較高的材料（如低碳鋼）進(jìn)行正火處理。2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)93簡(jiǎn)述金屬切削變形的本質(zhì)以及切削變形區(qū)的劃分方法。作答主觀題10分本節(jié)要點(diǎn)2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)941.2.1金屬切削層的變形1.2.2切削力1.2.3切削熱及切削溫度1.2.4刀具磨損和刀具耐用度切削合力的分解及切削功率2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)95切削各力的總和形成作用在刀具上的合力F。為了實(shí)際應(yīng)用，F(xiàn)可分解為相互垂直的Fc、Ff和Fp三個(gè)分力）。車削時(shí)：Fc為主切削力（切向力）。其方向與過(guò)渡表面相切并與基面垂直，是計(jì)算車刀強(qiáng)度、設(shè)計(jì)機(jī)床主軸系統(tǒng)、確定機(jī)床功率所必需的。Ff為進(jìn)給抗力（軸向力）。處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與進(jìn)給方向相反的力，是設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算車刀進(jìn)給功率所必需的。Fp為吃刀抗力（背向力、徑向力、切深抗力）。處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力，是計(jì)算工件撓度、機(jī)床零件和車刀強(qiáng)度的依據(jù)。工件在切削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)往往與Fp有關(guān)。1.切削合力

切削力的來(lái)源與分解：機(jī)械工業(yè)出版社()切削合力的分解及切削功率2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)96消耗在切削過(guò)程中的功率稱為切削功率Pc。切削功率為力Fc和Ff所消耗的功率之和。第二項(xiàng)是消耗在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的功率，它相對(duì)于Fc所消耗的功率很小，一般僅為其1%~2%，因此可以略去不計(jì)，則在求得切削功率后，還可以計(jì)算出主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率PE，但需要考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率ηc，即2.切削功率

Pc為切削功率（kW）；Fc為切削力（N）；vc為切削速度（m/s）；Ff為進(jìn)給力（N）；nw為工件轉(zhuǎn)速（r/s）；f為進(jìn)給量（mm/r）。一般η取0.75~0.85，大值適用于新機(jī)床，小值適用于舊機(jī)床。切削力的測(cè)量及指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)97（1）功率反求法用功率表測(cè)出機(jī)床電動(dòng)機(jī)在切削過(guò)程中所消耗的功率PE后，計(jì)算出切削功率Pm。這種方法只能粗略估算切削力的大小，不夠精確。（2）測(cè)力儀測(cè)量法測(cè)量原理：利用切削力作用在測(cè)力儀的彈性元件上所產(chǎn)生的變形，或作用在壓電晶體上產(chǎn)生的電荷經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換處理后，讀出力值。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，利用測(cè)力傳感裝置產(chǎn)生信號(hào)優(yōu)化和監(jiān)控切削過(guò)程。1.切削力的測(cè)量研究切削力，對(duì)進(jìn)一步弄清切削機(jī)理，對(duì)計(jì)算功率消耗，對(duì)刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計(jì)，對(duì)制訂合理的切削用量，優(yōu)化刀具幾何參數(shù)等，都具有非常重要的意義。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)的切削力進(jìn)行分析處理，可以推斷切削過(guò)程中的切削變形、刀具磨損工件表面質(zhì)量的變化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步為切削前用量?jī)?yōu)化，提高零件加工精度等提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。切削力的測(cè)量及指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)98對(duì)于一般加工方法，如車削、孔加工和銑削等已建立起了可直接利用的經(jīng)驗(yàn)公式。切削力的計(jì)算常采用：指數(shù)公式、單位切削力法、解析計(jì)算、有限元計(jì)算。另一類是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算的公式。單位切削力：?jiǎn)挝磺邢髅娣e上的切削力。2.切削力的計(jì)算

CFc、CFp、CFf為系數(shù)，由被加工的材料性質(zhì)和切削條件所決定；xFc、xFp、xFf、yFc、yFp、yFf、nFc、nFp、nFf為三個(gè)分力公式中，切削深度ap、進(jìn)給量f和切削速度v對(duì)切削力影響指數(shù)；KFc、KFp、KFf分別為三個(gè)分力公式中，當(dāng)實(shí)際加工條件與求得經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)的條件不符時(shí)，各種因素對(duì)切削力的修正系數(shù)的積。

2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)992025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)100切削力的測(cè)量及指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)1012.切削力的計(jì)算

[例]用某硬質(zhì)合金車刀外圓縱車Rm=0.637GPa的結(jié)構(gòu)鋼，車刀幾何參數(shù)為：κr=45°，γo=10°，λs=0°，切削用量為：ap=4mm，f=0.4mm/r，v=1.7m/s。

被加工材料刀具材料加工形式公式中的系數(shù)及指數(shù)切削力Fz（或Fc）吃刀抗力Fy（或Fp）進(jìn)給力Fx（或Ff）CFzxFzyFznFzCFyxFyyFynFyCFfxFfyFfnFf結(jié)構(gòu)鋼及鑄鋼Rm=0.637GPa硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔14331.00.75-0.155720.90.6-0.35611.00.5-0.4切槽及切斷36000.720.8013930.730.670————切螺紋23879—1.70.71————————高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔17661.00.7509220.90.7505301.20.650切槽及切斷21781.01.00————————成形車削18741.00.750————————影響切削力的因素2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)102（1）工件材料1）工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，材料的剪切屈服強(qiáng)度就越高，則切削力愈大。2）工件材料沖擊韌性和塑性愈大，則強(qiáng)化系數(shù)較大，與刀具間的摩擦因數(shù)也較大，切削力大。3）灰鑄鐵及其他脆性材料，切削時(shí)一般形成崩碎切屑，刀屑間摩擦小，切削力較小。（2）切削用量1）背吃刀量和進(jìn)給量。背吃刀量asp加大時(shí)，變形系數(shù)ξ不變，切削力成正比例增大。進(jìn)給量f加大時(shí)，變形系數(shù)ξ和摩擦因數(shù)μ降低，切削力不成正比例增大。2）切削速度。加工塑性金屬時(shí)，在積屑瘤增長(zhǎng)階段，隨著vc增大積屑瘤高度增加，切削變形程度減小，切削力減??；在積屑瘤減小階段，切削力則逐漸增大。無(wú)積屑瘤階段，隨著vc的提高，切削溫度增高，前刀面摩擦系數(shù)減小，剪切角增大，變形程度減小，切削力減小。加工脆性材料（如灰鑄鐵）時(shí)，形成崩碎切屑，塑性變形小，切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度短，刀-屑間摩擦力小，切削速度對(duì)切削力的影響不大。影響切削力的因素2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)103（3）刀具幾何參數(shù)1）前角切削塑性材料時(shí)，前角增大，剪切角增加，切削變形系數(shù)減小，沿前刀面的摩擦力也減小，切削力降低。切削脆性材料時(shí)，由于變形小，加工硬化小，前角對(duì)切削力的影響不顯著。2）主偏角對(duì)主切削力Fc影響不大（幅度不超過(guò)10%），當(dāng)加工塑性金屬時(shí)，隨著κr增大，F(xiàn)c減小，到60°~75°時(shí)，F(xiàn)c出現(xiàn)轉(zhuǎn)折而逐漸增大。κr影響Fp和Ff的比值，F(xiàn)p=FDcosκr，F(xiàn)f=FDsinκr，隨著主偏角增大，F(xiàn)p減小，F(xiàn)f增大。車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，系統(tǒng)剛度小，常用κr=90°~93°的車刀。3）刃傾角刃傾角λs對(duì)Fc的影響不大，對(duì)Fp和Ff的影響較大。λs增大（或由負(fù)變正），F(xiàn)p減小，F(xiàn)f增大。刃傾角改變時(shí)將改變切削合力的方向，因而影響各分力。4）刀尖圓弧半徑在一般的切削加工中，刀尖圓弧半徑rε對(duì)Fp和Ff的影響較大，對(duì)Fc的影響較小。隨著rε的增大，切削刃曲線部分的長(zhǎng)度和切削層公稱寬度也隨之增大，曲線刃上各點(diǎn)的主偏角κr減小，切削變形增大，切削力增大，F(xiàn)p增大，F(xiàn)f減小，F(xiàn)c略有增大。為防止振動(dòng)，應(yīng)減小rε。影響切削力的因素2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)104（4）其他因素1）刀具材料。與工件材料之間的親和性影響切削時(shí)產(chǎn)生的摩擦力大小，而影響切削力。在同樣切削條件下，陶瓷刀具切削力最小，硬質(zhì)合金次之，高速鋼刀具的切削力最大。2）切削液。以冷卻作用為主的水溶液對(duì)切削力影響很小。潤(rùn)滑作用強(qiáng)的切削油由于其潤(rùn)滑作用，不僅能減小刀具與切屑、工件表面間的摩擦，而且能減小加工中的塑性變形，故能顯著降低切削力。3）刀具磨損。當(dāng)?shù)毒咧骱蟮睹婺p后形成后角αo等于0、寬度為VB的窄小棱面時(shí)，主后刀面與工件過(guò)渡表面接觸面增大，作用于主后刀面的正壓力和摩擦力增大，導(dǎo)致Fc、Ff、Fp都增大。2025/11/4機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)1052.實(shí)際生產(chǎn)中常用哪幾種方法計(jì)算切削力