《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》主教材第2章零件切削加工參數(shù)的確定(下)2

本節(jié)內(nèi)容提要金屬切削過程的變形切屑的形成切削力切削熱與切削溫度積屑瘤、殘余應(yīng)力與加工硬化2.3金屬切削加工的過程3

切屑的形成與切離過程，是切削層受到刀具前刀面的擠壓而產(chǎn)生以滑移為主的塑性變形過程。FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓OMFc）切削

正擠壓：金屬材料受擠壓時(shí)，最大剪應(yīng)力方向與作用力方向約成45°

偏擠壓：金屬材料一部分受擠壓時(shí)，OB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移

切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形→剪切應(yīng)力增大，達(dá)到屈服強(qiáng)度→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達(dá)到斷裂強(qiáng)度→切屑與母體脫離。圖1金屬擠壓與切削比較1.擠壓與切削§2.3.1金屬切削過程的變形4圖2切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角2.金屬切削變形過程5

第Ⅰ變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。圖3切削部位三個(gè)變形區(qū)ⅠⅢⅡ

第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因。3.三個(gè)變形區(qū)分析

第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時(shí)受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。61.切屑類型帶狀切屑節(jié)狀切屑單元切屑崩碎切屑圖4切屑形態(tài)照片§2.3.2金屬切屑的形成7形成條件影響名稱簡(jiǎn)圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(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)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動(dòng)較大，切削過程不平穩(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，易崩刀帶狀切屑節(jié)狀切屑單元切屑崩碎切屑表1切屑類型及形成條件8切脆性材料不平穩(wěn),表面粗糙帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑崩碎切屑

加工塑性材料切塑性材料：

帶狀切屑

節(jié)狀切屑

粒狀切屑↑γ0↑v↓hD↓f↓γ0↓v↑hD↑f不同類型的切屑如何相互轉(zhuǎn)化？↓γ0↓v↑hD↑f↑γ0↑v↓hD↓f92.切屑控制

為使切削過程正常進(jìn)行和保證已加工表面質(zhì)量，應(yīng)使切屑卷曲和折斷。切屑的卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果（圖5）圖5切屑的卷曲斷屑是對(duì)已變形的切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置）

10κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv圖6切削力的分解1.切削力來(lái)源3個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力

切屑、工件與刀具間摩擦力F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff進(jìn)給力2.切削力分解§2.3.3切削力113.切削力經(jīng)驗(yàn)公式

（1）切削力經(jīng)驗(yàn)公式（6）式中CFc,CFp,CFf

——與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)；

xFc,xFp,xFf

——背吃刀量ap對(duì)切削力影響指數(shù)；

yFc,yFp,yFf

——進(jìn)給量f

對(duì)切削力影響指數(shù)；

KFc,KFp,KFf

——考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素影響的修正系數(shù)。12式中

Fc

——主切削力（N）；

v

——切削速度（m/s）。（8）（2）切削功率機(jī)床電機(jī)功率

PE＝PC/η

式中

η

——機(jī)床傳動(dòng)效率，一般取η

＝0.75~0.85。134.影響切削力因素

工件材料◆切削深度與切削力近似成正比；◆進(jìn)給量增加，切削力增加，但不成正比◆切削速度對(duì)切削力影響復(fù)雜（圖7）。但是，加工脆性金屬材料時(shí)，切削速度對(duì)切削力影響較小。

強(qiáng)度高加工硬化傾向大切削力大519283555100130

切削速度

v（m/min）

981784588主切削力Fc（N）圖7切削速度對(duì)切削力的影響切削用量14影響切削力因素（2）

◆

前角γ0

增大，切削力減?。▓D17）◆

主偏角κr

對(duì)主切削力影響不大，對(duì)背向力和進(jìn)給力影響顯著（κr

↑——Fp↓，F(xiàn)f↑，圖18）圖17前角對(duì)γ0切削力的影響前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ff圖18主偏角κr對(duì)切削力的影響主偏角κr/°切削力/N3045607590κr

-Fcκr

–Ffκr

–Fp2006001000140018002200刀具幾何角度影響15影響切削力因素（3）

刀具幾何角度影響◆

與主偏角相似，刃傾角λs對(duì)主切削力影響不大，對(duì)背向力和進(jìn)給力影響顯著（λs

↑——Fp↓，F(xiàn)f↑）◆

刀尖圓弧半徑rε

對(duì)主切削力、背向力和進(jìn)給力的影響：rε

↑——Fc↑，

Fp↑，F(xiàn)f↓（切削刃圓弧部分長(zhǎng)度增加，同時(shí)主切削刃上各點(diǎn)主偏角的平均值減小）其他因素影響◆刀具材料：與工件材料之間的親和性影響其間的摩擦，從而影響切削力；◆切削液：有潤(rùn)滑作用，使切削力降低

10~15%；◆后刀面磨損：使切削力增大，對(duì)背向力Fp的影響最為顯著。161.切削熱來(lái)源★

切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠崆邢鳠嵊汕行?、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去工件切屑刀具圖19切削熱的來(lái)源與傳出2.切削熱傳出★

主要來(lái)源

QA=QD+QFF+QFR（12）（11）式中，QD

,QFF,QFR分別為切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量§2.3.4切削熱與切削溫度173.切削溫度分布

切削塑性材料——前刀面靠近刀尖處溫度最高。切削脆性材料——后刀面靠近刀尖處溫度最高。從切屑的顏色大致判斷切削溫度的高低300℃以下切屑呈銀白色400℃左右呈黃色；500℃左右呈深藍(lán)色；600℃左右呈紫黑色。750℃刀具圖20二維切削中的溫度分布工件材料：低碳易切鋼；刀具：

o=30

，

o=7

；切削用量：ap=0.6mm，

vc

=0.38m/s；切削條件：干切削，預(yù)熱611

C184.影響切削溫度的因素(選講)

切削用量的影響式中θ——用自然熱電偶法測(cè)出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度(

C)；

Cθ——與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù)；

Zθ、Yθ、Xθ——vc、f、ap

的指數(shù)。

經(jīng)驗(yàn)公式

（12）刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表2切削溫度的系數(shù)及指數(shù)由上式可看出:切削速度影響最大；進(jìn)給量次之；背吃刀量影響最小。19影響切削溫度的因素（2）

刀具幾何參數(shù)的影響前角

o↑→切削溫度↓主偏角

r↓→切削溫度↓負(fù)倒棱及刀尖圓弧半徑對(duì)切削溫度影響很小

工件材料的影響工件材料機(jī)械性能↑→切削溫度↑工件材料導(dǎo)熱性↑→切削溫度↓vc（m/min）圖21切削速度、工件材料對(duì)切削溫度的影響1—GH131（高溫合金）2—1Cr18Ni9Ti3—45鋼(正火)4—HT200刀具材料：YT15；YG8刀具幾何參數(shù)：

o=15

，

o=6~8

，

r=75

，

1=-10

，

s=0

，b

=0.1mm，r

=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/rθ（℃）10305070901101304006008001000124320影響切削溫度的因素（3）

刀具磨損的影響

冷卻液的影響后刀面的磨損對(duì)切削溫度有重要影響沒有磨損的新刀具，主后刀面與過渡表面的接觸長(zhǎng)度通常為刀-屑接觸長(zhǎng)度的1/10以下，其摩擦功在整個(gè)切削功中所占比例較小。當(dāng)磨損量達(dá)到一定值后，摩擦功增大較快，切削溫度迅速升高，且它的摩擦速度就是切削速度，是刀-屑界面摩擦速度的2～5倍。使用切削液可使切削溫度降低211.積屑瘤

積屑瘤成因◆

一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接◆粘接金屬嚴(yán)重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化◆

增大前角，保護(hù)刀刃◆

影響加工精度和表面粗糙度積屑瘤影響切屑刀具圖23積屑瘤積屑瘤§2.3.5積屑瘤、殘余應(yīng)力與加工硬化

(簡(jiǎn)介)22v=10～50m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤，表面粗糙度最差圖24切削45鋼時(shí)切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度

h（μm）0200400600h切削速度對(duì)積屑瘤的影響232.殘余應(yīng)力

未施加任何外力作用情況下，材料內(nèi)部保持平衡而存在的應(yīng)力。殘余應(yīng)力種類◆

殘余張應(yīng)力：易使加工表面產(chǎn)生裂紋，降低零件疲勞強(qiáng)度◆殘余壓應(yīng)力：有利于提高零件疲勞強(qiáng)度殘余應(yīng)力概念◆控制切削過程：盡可能減小殘余應(yīng)力◆時(shí)效處理：最大限度減小殘余應(yīng)力◆殘余壓應(yīng)力的利用：采用滾壓、噴丸等方法殘余應(yīng)力的控制與利用243.加工硬化

加工硬化概念已加工表面表層金屬硬度高于里層金屬硬度的現(xiàn)象。加工表面嚴(yán)重變形層內(nèi)金屬晶格拉長(zhǎng)、擠緊、扭曲、碎裂，使表層組織硬化?！粲不蟮谋砻?，其硬度比原來(lái)高1.2—2倍，深度達(dá)0.07—0.5mm，表面粗糙度和疲勞強(qiáng)度下降，使下道工序的刀具極易磨損。加工硬化產(chǎn)生原因硬化層加工的特點(diǎn)25加工硬化（2）

◆減小切削變形：提高切速，加大前角，減小刃口半徑等◆減小摩擦：加大后角，提高刀具刃磨質(zhì)量等◆進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砑庸び不目刂凭啾砻嫔疃菻VH0hiH0圖24加工硬化與表面深度的關(guān)系262.4確定刀具幾何參數(shù)271.材料切削加工性概念和指標(biāo)

工件材料的切削加工性是指材料在一定條件下被切削加工成合格零件的難易程度。材料切削加工性的概念考慮生產(chǎn)率和耐用度的表示方法

1）一定生產(chǎn)率條件下，加工這種材料時(shí)刀具耐用度；

2）一定刀具耐用度前提下，加工這種材料所允許的切削速度；

3）相同的切削條件下，刀具達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所能切除工件材料的體積?？紤]已加工表面質(zhì)量的表示方法考慮切削力或切削功率的表示方法材料切削加工性的不同表示方法§2.4.1工件材料的切削加工性28材料切削加工性的概念

材料切削加工性指標(biāo)通常用vT表示，vT是指耐用度為T秒（或分）時(shí)，切削某種材料所允許的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。

通常取T＝3600秒（60分），vT寫作v3600（v60）。

如果以45鋼的v3600（v60）作為基準(zhǔn)，寫作（v3600）j

；而把其它各種材料的v3600（v60）同它相比，這個(gè)比值Kr稱為材料的相對(duì)加工性。即：（2-10）29加工性等級(jí)表2-12材料相對(duì)加工性等級(jí)材料名稱及種類相對(duì)加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金屬＞3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自動(dòng)機(jī)鋼，σb＝0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.6～2.5正火30鋼，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.0～1.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.02Crl3，調(diào)質(zhì)σb＝0.834GPa85，鋼σb＝0.883GPa6難加工材料較難切削材料0.5～0.6545Cr，調(diào)質(zhì)σb＝1.03GPa65Mn，調(diào)質(zhì)σb＝0.932～0.9817難切削材料0.15～0.550CrV,調(diào)質(zhì)；1Crl8Ni9Ti,鈦合金8很難切削材料＜0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫合金30常用金屬材料的切削加工性◆有色金屬有色金屬（如鋁及鋁合金，銅及銅合金等）強(qiáng)度和硬度低，導(dǎo)熱性好，通常屬于易切削材料?！翳T鐵鑄鐵的加工性一般較碳鋼好。各種鑄鐵加工性的好壞，主要取決于石墨的存在形式、基體組織狀態(tài)、金屬組織成分和熱處理的影響。例如：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵中，石墨分別呈片狀、團(tuán)絮狀和球狀，因此它們的強(qiáng)度依次提高，加工性隨之變差。白口鑄鐵硬度高（600HBW)，難切削；灰鑄鐵硬度適中，強(qiáng)度塑性低，切削力較小。鑄鐵工件表面若有硬皮應(yīng)進(jìn)行退火處理。2.常用金屬材料的切削加工性31◆碳素鋼普通碳素鋼的切削加工性主要取決于鋼中碳的含量。低碳鋼硬度低，塑性和韌性高，切削變形大，切削溫度高，斷屑困難，故加工性較差。高碳鋼的硬度高，塑性低，導(dǎo)熱性差，故切削力大，切削溫度高，刀具耐用度低，加工性也差。相對(duì)而言，中碳鋼的切削加工性較好。在碳素鋼中加入一些合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等，使鋼的機(jī)械性能提高，但加工性也隨之變差?！艉辖痄?2（1）改善材料切削加工性的途徑

①調(diào)整材料的化學(xué)成分

鋼中加硫、鉛等元素；鑄鐵中增加石墨成分②進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚淼?、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(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，降低塑性，以便加工；鑄鐵需進(jìn)行退火處理，降低表皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力3.改善切削加工性的主要途徑33（2）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、導(dǎo)熱性差的材料，選YG、YW硬質(zhì)合金或涂層刀片選擇合理刀具幾何參數(shù)，通過斷屑槽、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(jī)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)34

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、前刀面的選擇

1.前角的作用

γ0↑→變形程度↓→F↓q↓→θ↓→T↑振動(dòng)↓質(zhì)量↑

刀刃和刀頭強(qiáng)度↓散熱面積和容熱體積↓斷屑困難在一定的條件下，存在一個(gè)合理值§2.4.2確定刀具幾何參數(shù)的方法35對(duì)于不同的刀具材料和工件材料，T隨γ0的變化趨勢(shì)為駝峰形。高速鋼的合理前角比硬質(zhì)合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大2.合理前角的選擇原則①粗加工、斷續(xù)切削、刀材強(qiáng)度韌性低，工材強(qiáng)度硬度高，選較小的前角；②工件材料塑韌性大、系統(tǒng)剛性差，易振動(dòng)或機(jī)床功率不足，選較大的前角；③成形刀具、自動(dòng)線刀具取小前角；前角的參考值見主教材P60表2-5。363.前刀面的類型及選擇①平面型前刀面制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。②曲面型前刀面起卷屑作用，并有助于斷屑和排屑。主要用于粗加工塑性金屬刀具和孔加工刀具，如絲錐、鉆頭等。③帶倒棱型前刀面是提高刀具強(qiáng)度和刀具耐用度的有效措施。前刀面型式37（二）后角、后刀面的選擇

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(qiáng)度↓散熱體積↓重磨體積↑

在一定的條件下，存在一個(gè)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(qiáng)度硬度高時(shí)選較小后角,已用大負(fù)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(fù)雜、大尺寸刀具取小后角；④系統(tǒng)剛性差，易振動(dòng)，取較小后角；⑤工材塑性大取較大后角，脆材↓α0

后角的參考值見主教材P61表2-6。38后刀面型式①雙重后面為保證刃口強(qiáng)度，減少刃磨后面的工作量，常在車刀后面磨出雙重后角，如圖a所示。②消振棱為了增加后面與過渡表面之間的接觸面積，增加阻尼作用，消除振動(dòng)，可在后面上刃磨出一條有負(fù)后角的倒棱，稱為消振棱（圖b）。其參數(shù)為ba1=0.1～0.3mm，α01=－5°～－20°。③刃帶對(duì)一些定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀等），為便于控制刀具尺寸，避免重磨后尺寸精度的變化，常在后面上刃磨出后角為0°的小棱邊，稱為刃帶(圖c)。

3.后刀面的型式39（三）主偏角的選擇

1.主偏角的作用

κr↓→切削層公稱厚度hD↓切削層公稱寬度bD

↑→單位刃長(zhǎng)負(fù)荷↓→

T↑

刀尖強(qiáng)度↑散熱體積↑，Ra↓

Fp↑→變形↑加工精度↓，易振動(dòng)→Ra↑，T↓

在一定的條件下，存在一個(gè)合理值。2.合理主偏角的選擇原則①主要看系統(tǒng)剛性。若剛性好，不易變形和振動(dòng)，κr取較小值；若剛性差（細(xì)長(zhǎng)軸），κr取較大值（90°）；②考慮工件形狀、切屑控制、減小沖擊等，車臺(tái)階軸，取

90°；鏜盲孔＞90°；κr小切屑成長(zhǎng)螺旋屑不易斷；較小κr可改善刀具切入條件，不易造成刀尖沖擊。40（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(qiáng)度↑散熱體積↑

副刃工作長(zhǎng)度↑→

摩擦↑Fp↑易振動(dòng)→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。主偏角、副偏角的參考值見主教材P62表2-7、P63表2-8。41

1.刃傾角的作用①影響刀刃鋒利性.λs↑→γ0e↑、re↓→鋒利性↑

②負(fù)刃傾角→刀頭強(qiáng)度↑散熱體積↑

Fp↑→變形↑，易振動(dòng)→Ra↑

③正λs切屑流向待加工表面，負(fù)λs切屑流向已加工表面

在一定條件下，存在一合理值（五）刃傾角的選擇最主要的影響422.刃傾角的選擇原則①粗加工、有沖擊、刀材脆、工材強(qiáng)度硬度高，λs取負(fù)值；②精加工、系統(tǒng)剛性差（細(xì)長(zhǎng)軸），λs取正值；③微量極薄切削，取大正刃傾角。刃傾角的參考值見主教材P64表2-9。431.制造和刃磨較簡(jiǎn)單、成本不高的刀具，使用壽命選得低些，反之高些。硬合金車刀T為60～90min，鉆頭T為80～120min，硬質(zhì)合金端銑刀T為90～180min，齒輪刀具為200～300min2.裝卡調(diào)整復(fù)雜的刀具，使用壽命選得高些，仿形車床、組合鉆床上刀具為通用機(jī)床上的200～400%。3.切削大型工件為避免中途換刀，使用壽命選得高些，一般為中小件加工時(shí)的200～300%。刀具壽命選高時(shí)，對(duì)加工會(huì)有什么不良影響？§2.4.3確定刀具的使用壽命44

以加工圖2-1所示案例零件外圓表面用的外圓車刀為例。1．選擇刀具材料

工件材料為45鋼，因此采用焊接式硬質(zhì)合金車刀YT15（可用于粗車、半精車），刀桿截面尺寸為16mm×25mm。2．確定粗加工用外圓車刀的幾何參數(shù)

查表2-5，取o=18°；查表2-6，取

o=6°；查表2-7，車臺(tái)階軸時(shí)取r=90°；查表2-8，

=12°；查表2-9，取=0°；查表2-10，取

=0.6mm。為增強(qiáng)刃口強(qiáng)度，修磨出負(fù)倒棱，取=（0.5～0.8）f=0.3mm（按粗車f=0.4mm/r～0.5mm/r），o1=-10°。卷屑槽參數(shù)為：lBn=（6～8）f=4mm，rBn=（0.6～0.8）lBn=2.5mm，槽深為0.8mm?！?.4.4確定案例零件加工用刀具的材料及幾何參數(shù)a

g

k

ls

rε

g

bg

k′r

453．確定半精加工用外圓車刀的幾何參數(shù)

查表2-5，取

=18°(調(diào)質(zhì))；查表2-6，取

=8°；查表2-7，車臺(tái)階軸時(shí)取r=90°；查表2-8，′r=6°；查表2-9，取s=5°；查表2-10，取

rε=0.6mm。

為增強(qiáng)刃口強(qiáng)度，修磨出負(fù)倒棱，取

=（0.5～0.8）f=0.2mm（按精車f=0.25mm/r～0.3mm/r），o1=-10°。

卷屑槽參數(shù)為：lBn=（6～8）f

=2.2mm，

rBn=（0.6～0.8）lBn=1.2mm，槽深為0.5mm。go

ao

k

k

lbg

g46

§2.5.1

切削用量的選擇原則粗加工時(shí)，應(yīng)在保證必要的刀具使用壽命的前提下，以盡可能提高生產(chǎn)率和降低成本為目的。根據(jù)刀具使用壽命與切削用量的關(guān)系式，切削用量↑，

T↓，其中速度v對(duì)T影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量ap影響最小。粗加工中選擇切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇盡可能大的背吃刀量ap，其次在工藝條件允許下選擇較大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)合理的刀具使用壽命，用計(jì)算法或查表法確定切削速度v。

這樣可使v、f、ap的乘積最大，從而獲得最大的生產(chǎn)率.精加工時(shí)則主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量

2.5確定切削用量（重點(diǎn)）47什么是粗加工、半精加工和精加工？粗加工

表面粗糙度Ra=50~12.5μm

尺寸精度IT11~13半精加工

表面粗糙度Ra=6.3~3.2μm

尺寸精度IT8~10精加工

表面粗糙度Ra=1.6~0.8μm

尺寸精度IT6~848（1）背吃刀量ap的選擇粗加工時(shí)，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。對(duì)于中等功率的車床，ap一般最大可取2～6mm。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。半精加工時(shí)，ap可取0.25～1.25mm。精加工時(shí)，ap取為0.05～0.25mm。切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，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。

§2.5.2確定切削用量的方法（以車削為例）49粗加工時(shí)，f的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。精加工時(shí)，f

的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。生產(chǎn)實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查表法確定f

。粗加工時(shí)根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量，按主教材附錄表C-1來(lái)選擇f

。在半精加工和精加工時(shí)，則按加工表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度按附錄表C-2來(lái)選擇f

。（2）進(jìn)給量f的選擇50

根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量ap

、進(jìn)給量f及刀具使用壽命T，切削速度v可按下式計(jì)算求得

(36)

式中各系數(shù)和指數(shù)可查閱切削用量手冊(cè)。切削速度值也可查表來(lái)選定（參考附錄表C-3、4、5、7）切削速度確定后，算出工件或刀具轉(zhuǎn)速，選取機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速（參考附錄表D-1），這樣才能得到實(shí)際的切削速度。v=

Cv

Tmapxvf

yvKv（3）切削速度的確定如何計(jì)算轉(zhuǎn)速？511）粗車時(shí)，ap和f均較大，故選擇較低的切削速度v；精車時(shí)，ap和f均較小，故選擇較高的切削速度v。2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度v；反之，選較高的切削速度v。3）刀具材料性能越好，切削速度v選得越高。4）精加工時(shí)應(yīng)盡量避免積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的速度區(qū)域；5）斷續(xù)切削時(shí)為減小沖擊和熱應(yīng)力，宜適當(dāng)降低v

；6）在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，v應(yīng)避開自激振動(dòng)的臨界速度；7）加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁件或加工帶外皮的工件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低v

。

切削用量三要素選定之后，還應(yīng)校核機(jī)床功率。生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則52§2.5.3確定案例零件的切削用量工藝分析

以傳動(dòng)軸右邊三段外圓面為例：（1）Φ40外圓尺寸精度為未注公差要求，表面粗糙度Ra值為12.5μm，因此只需粗車即可。（2）Φ

35和Φ

25±0.007兩段的尺寸精度、表面粗糙度要求較高，需要粗車、半精車、粗磨、精磨才能達(dá)到要求。53

因此該軸右邊三段外圓的加工工藝過程如下：（1）粗車三段外圓：Φ

42（毛坯）→Φ

40（達(dá)Φ

40段要求尺寸）→Φ

36.8→Φ

26.5（2）半精車Φ

35段外圓：Φ36.8→Φ

35.3（留粗磨、精磨余量0.3mm）（3）半精車Φ25±0.007段外圓：Φ26.5→Φ25.2（留粗磨、精磨余量0.2mm）541．確定背吃刀量

通常根據(jù)工件表面加工時(shí)的工序余量和加工要求來(lái)確定工序余量可根據(jù)加工余量法算出各道工序的工序尺寸后得到（1）計(jì)算工序余量以粗車工步①為例，其工序余量為Φ

42-Φ

40=2（mm）按此方法將各工序余量算出，其值見表2-11。（2）確定背吃刀量工序余量小時(shí)，通常一次走刀切除余量，對(duì)于軸類零件，此時(shí)背吃刀量為工序余量的一半；工序余量大時(shí)，則可多次進(jìn)給。各工步背吃刀量值見表2-11。552．確定進(jìn)給量（1）粗車以粗車工步①為例，根據(jù)工件材料為45鋼、車刀刀桿尺寸為16mm×25mm、工件尺寸為Φ42mm、背吃刀量為1mm，查附錄C表C-1，可得f=（0.4～0.5）mm/r。查附錄D表D-1，按CA6140車床進(jìn)給量數(shù)列，取f=0.41mm/r。

（2）半精車以半精車工步①為例，根據(jù)半精車時(shí)表面粗糙度值Ra為6.3～3.2μm、工件材料為45鋼、預(yù)先估計(jì)的切削速度＞50m/min、刀尖圓弧半徑rε為0.6，查附錄C表C-2，可得進(jìn)給量為（0.25～0.30）mm/r，按CA6140車床進(jìn)給量數(shù)列，取f=0.28mm/r。各工步的進(jìn)給量值見表2-11。563．確定切削速度（1）粗車以粗車工步①為例，根據(jù)其ap=1mm，f=0.41mm/r，工件材料為45鋼，熱軋狀態(tài)時(shí)其Rm約為637MPa，查附錄C表C-3，得切削速度為150m/min。

通常粗車時(shí)背吃刀量會(huì)較大，所選的切削速度就會(huì)相應(yīng)減小，為避免頻繁改變車床主軸轉(zhuǎn)速，可適當(dāng)降低切削速度，使之能適用各粗車工步的加工，此處取vc=100m/min，相應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速為：（r/min）查附錄D表D-1，按照CA6140車床轉(zhuǎn)速數(shù)列，取n=710r/min57（2）半精車

以半精車工步①為例，根據(jù)其ap=0.75mm，f=0.28mm/r，工件材料45鋼調(diào)質(zhì)后其Rm約為810MPa，查附錄C表C-3，可知vc=138m/min，相應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速為：（r/min）查附錄D表D-1，按照CA6140車床轉(zhuǎn)速數(shù)列，取n=1120r/min注：對(duì)于數(shù)控車床，由于其主軸轉(zhuǎn)速是無(wú)級(jí)變速，且轉(zhuǎn)速可通過程序自動(dòng)改變，因此各工步轉(zhuǎn)速可按查出的線速度算出即可。58工

序工

步工序余量（mm）背吃刀量ap（mm）進(jìn)給量f（mm/r）切削速度vc（m/min）主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）粗車①Φ

40等三段由毛坯粗車至Φ

40210.4193.6710②Φ

35

0-0.016等兩段粗車至Φ36.83.21.60.4189.2710③Φ25±0.007段粗車至Φ

26.510.3走刀1：3.65走刀2：1.50.4182.0710半精車①

Φ35

0-0.016段半精車至Φ35.31.50.750.28129.41120②Φ25±0.007段半精車至Φ

25.21.30.650.2893.21120傳動(dòng)軸車削加工切削用量表59

1.切削液的起源和發(fā)展切削液在金屬切削加工中廣泛使用人類使用切削液的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代，人們?cè)谀ブ剖?、銅器和鐵器時(shí)，就知道澆水可以提高效率和質(zhì)量。在古羅馬時(shí)代，車削活塞泵的鑄件時(shí)就使用橄欖油16世紀(jì)使用牛脂和水溶劑來(lái)拋光金屬盔甲2.6選擇切削液從1775年英國(guó)的約翰·威爾金森（J．wilkinson）為了加工蒸汽機(jī)的汽缸而研制成功鏜床起，水和油開始應(yīng)用于金屬切削加工中。60到1860年，車、銑、刨、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機(jī)床相繼出現(xiàn)，切削液開始有較大規(guī)模的應(yīng)用。隨著對(duì)切削液認(rèn)識(shí)水平的不斷提高以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，人們發(fā)現(xiàn)在切削區(qū)域中注入油劑能獲得良好的加工表面。最早，人們采用動(dòng)植物油來(lái)作為切削液，但動(dòng)植物油易變質(zhì)，使用周期短。20世紀(jì)初，人們開始從原油中提煉潤(rùn)滑油，并發(fā)明了各種性能優(yōu)異的潤(rùn)滑添加劑。在第一次世界大戰(zhàn)之后，開始研究和使用礦物油和動(dòng)植物油合成的復(fù)合油。1924年，含硫、氯的切削油獲得專利并應(yīng)用于重切削、拉削、螺紋和齒輪加工。61刀具材料的發(fā)展推動(dòng)了切削液的發(fā)展隨著切削速度和切削溫度的不斷提高，油基切削液的冷卻性能已不能完全滿足切削要求，這時(shí)人們又開始重新重視水基切削液。1915年生產(chǎn)出水包油型乳化液，并于1920年成為優(yōu)先選用的切削液用于重切削。1948年在美國(guó)研制出第一種無(wú)油合成切削液，并在20世紀(jì)70年代由于油價(jià)沖擊而使其應(yīng)用提高。近年隨著人類環(huán)保意識(shí)的提高，綠色環(huán)保型的切削液產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，例如無(wú)菌切削液、微乳化液、酯類切削油、液氮冷卻技術(shù)。62冷卻↓摩擦↓熱的產(chǎn)生；將熱量帶走。冷卻性能取決于其本身導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、汽化熱及流量、流速、冷卻方式等。②潤(rùn)滑在刀具與切屑、工件表面之間形成潤(rùn)滑膜起到潤(rùn)滑作用。潤(rùn)滑性能取決于切削液的滲透性、形成潤(rùn)滑膜能力、潤(rùn)滑膜強(qiáng)度。③排屑、清洗④防銹防銹添加劑2.切削液的作用63

①水溶液水＋添加劑冷卻粗加工

②乳化液乳化油＋水③合成切削液（全、半）

水+表面活性劑+添加劑

④切削油礦物油＋添加劑潤(rùn)滑精加工極壓切削油

3.切削液的分類64在選擇切削液時(shí)應(yīng)首先從二個(gè)方面進(jìn)行考慮一是考慮切削液的切削性能（一次性能）

一次性能主要與刀具壽命、加工表面質(zhì)量有關(guān)二是考慮其使用性能（二次