杨继荣荣 教授教授 、研、研讨员级高高级工程工程师机械制造技机械制造技术根底根底湖南文理学院机械工程学院湖南文理学院机械工程学院二零一三年八月二零一三年八月二零一三年八月二零一三年八月 湖南常德湖南常德湖南常德湖南常德第第2章章金属切削根本原理金属切削根本原理时间：4次课，8学时第第2章章金属切削根本原理金属切削根本原理n教学目的：n金属切削就是用刀具把工件外表上多余的金属切掉，以获得需求的工件外形和尺寸。切削过程的本质是工件切削层在刀具前刀面的挤压下产生塑性变形，变成切屑的复杂过程。在这个过程中的许多物理景象如：切削力、切削热和刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等，都与金属的变形有亲密的关系，都会影响加工质量、消费率和消费本钱。经过本章的学习，要了解金属切削根本原理，掌握金属切削变形过程的规律，从而自动地加以有效的控制，以便发明出更先进的加工方法和高效率的切削刀具，以顺应现代制造技术开展的需求。第第2章章金属切削根本原理金属切削根本原理n教学重点和难点：n切削变形n切削力n切削热n刀具磨损n刀具几何参数选择n切削用量选择第第2章章金属切削根本原理金属切削根本原理n案例导入：n要加工如图2.1所示短轴。怎样才干把多余的资料去掉？要多大的切削力？如何选择刀具的几何参数和切削用量？第第2章章金属切削根本原理金属切削根本原理n图2.1短轴第第2章章金属切削根本原理金属切削根本原理n2.1 金属切削过程金属切削过程n2.2 切削力切削力n2.3 切削热与切削温度切削热与切削温度n2.4 刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度n2.5 磨削机理磨削机理n2.6 刀具几何参数与切削用量的选择刀具几何参数与切削用量的选择n2.7 实训实训n2.8 习题习题 2.1 金属切削过程金属切削过程n2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n2.1.2 切屑的类型切屑的类型n2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n2.1.5已加工外表的构成过程已加工外表的构成过程n2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素2.1 金属切削过程金属切削过程n金属切削过程是指将工件上多余的金属层，经过切金属切削过程是指将工件上多余的金属层，经过切削加工被刀具切除而构成切屑的过程。研讨切削过削加工被刀具切除而构成切屑的过程。研讨切削过程的物理本质及其变化规律，对提高切削加工消费程的物理本质及其变化规律，对提高切削加工消费率，保证加工质量，降低加工本钱有着很重要的意率，保证加工质量，降低加工本钱有着很重要的意义。义。2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n1. 切削层与切削层参数n在切削过程中，主运动一个切削循环内，刀具从工件上所切除的金属层称为切削层。如图2.2所示，车削时工件旋转一周，刀具从位置II移到了I， I与II之间的资料层即为切削层。 2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n图2.2 切削用量和切削层参数2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n切削切削层的参数有：的参数有：n1切削切削层公称厚度公称厚度hDmm 指垂直于指垂直于过渡外表丈量的切削渡外表丈量的切削层尺寸，尺寸，即相即相邻两两过渡外表渡外表间的的间隔。隔。hD反映了切削刃反映了切削刃单位位长度上的切削度上的切削负荷。荷。由由图2.2可知可知nhD f sinr2-1)n2切削切削层公称公称宽度度bDmm 指沿指沿过渡外表丈量的切削渡外表丈量的切削层尺寸。尺寸。bD反映了切削刃参与切削的反映了切削刃参与切削的长度。由度。由图2.2可知可知nbD ap / sinr (2-2)n3切削切削层公称横截面公称横截面积ADmm2 指在切削指在切削层尺寸平面里丈量的横尺寸平面里丈量的横截面截面积。即。即为切削切削层公称厚度与切削公称厚度与切削层公称公称宽度的乘度的乘积。由。由图2.2可知可知nAD hD bD ap f (2-3)2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n2. 切削变形的本质n从资料力学中得知，金属资料受挤压时，其内部资料产生应力应变图2.3所示，在大约与受力方向成45图中和方向即剪切方向的斜截面内剪应力最大，开场是弹性变形，当剪应力到达资料的屈服极限时，剪切变形进入塑性流动阶段，资料内部沿着剪切面发生相对滑移，资料就被压扁塑性资料或剪断脆性资料。n切削加工与上述挤压类似，只是在切削加工时，受切削层下方线以下资料的妨碍，切削层资料不能沿方向滑移，只能沿剪切面向上滑移，于是，切削层资料就转变为切屑，见图2.4。2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n图2.3金属的挤压与切削2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n图2.4切削过程表示图2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n3. 切屑的构成过程与三个变形区n如图2.5所示，在刀具切入工件后，由于切削刃和前刀面的推挤，工件资料内部的每一点都要产生一定的内应力，离刀具愈近的地方，应力愈大。 n第一变形区是切屑构成的主要区域(图2.6中区)，在刀具前面推挤下，切削层金属发生塑性变形。 2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n图2.5 第一变形区金属的滑移2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n图2.6 金属切削过程中的滑移线和流线表示图2.1.1 切削变形与切屑的构成切削变形与切屑的构成n第二第二变形区：切屑沿前面流形区：切屑沿前面流动时，进一步遭到刀具前面的一步遭到刀具前面的挤压，在刀具，在刀具前面与切屑底前面与切屑底层之之间产生了猛烈摩擦，使切屑底生了猛烈摩擦，使切屑底层的金属晶粒的金属晶粒纤维化，化，其方向根本上和刀具前面平行。其方向根本上和刀具前面平行。这个个变形区域称形区域称为第二第二变形区形区(图2.6中中区区)。第二。第二变形区形区对切削切削过程也会程也会产生生较显著的影响。著的影响。n第三第三变形区：切削形区：切削层金属被刀具切削刃和前面从工件基体金属被刀具切削刃和前面从工件基体资料上剥离下料上剥离下来，来，进入第一和第二入第一和第二变形区；同形区；同时，工件基体上留下的，工件基体上留下的资料表料表层经过刀刀具具钝圆切削刃和刀具后面的切削刃和刀具后面的挤压、摩擦，使表、摩擦，使表层金属金属产生生纤维化和非晶化和非晶质化，并使其化，并使其显微硬度提高；并且在刀具后面分开后，已加工外表表微硬度提高；并且在刀具后面分开后，已加工外表表层和深和深层金属都要金属都要产生回生回弹，从而，从而产生外表残留生外表残留应力，力，这些些变形形过程都是程都是在第三在第三变形区形区(图2.6中中区区)内完成的，也是已加工外表构成的内完成的，也是已加工外表构成的过程。第程。第三三变形区内的摩擦与形区内的摩擦与变形情况，直接影响着已加工外表的形情况，直接影响着已加工外表的质量。量。n这三个三个变形区不是独立的，它形区不是独立的，它们有有严密的内在密的内在联络和相互影响。和相互影响。2.1.2 切屑的类型切屑的类型n由于工件资料以及切削条件不同，切削变形的程度由于工件资料以及切削条件不同，切削变形的程度也就不同，因此所产生的切屑形状也就多种多样。也就不同，因此所产生的切屑形状也就多种多样。其根本类型如图其根本类型如图2.7示，即带状切屑、节状切屑、示，即带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四类。粒状切屑和崩碎切屑四类。2.1.2 切屑的类型切屑的类型n图2.7 切屑类型2.1.2 切屑的类型切屑的类型n1. 带状切屑n带状切屑是最常见的一种切屑。它的外形像一条连绵不断的带子，底部光滑，背部呈毛茸状。普通加工塑性资料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，得到的切屑往往是带状切屑。出现带状切屑时，切削过程平稳，切削力动摇较小，已加工外表粗糙度值较小。2.1.2 切屑的类型切屑的类型n2. 挤裂切屑n挤裂切屑又称节状切屑。切屑上各滑移面大部分被剪断，尚有小部分连在一同，犹如节骨状。它的外弧面呈锯齿形，内弧面有时有裂纹。其缘由是由于它的第一变形区较宽，在剪切滑移过程中滑移量较大。由滑移变形所产生的加工硬化使剪切力添加，在部分地方到达资料的破裂强度。这种切屑在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小的情况下产生。出现节状切屑时，切削过程不平稳，切削力有动摇，已加工外表粗糙度值较大。2.1.2 切屑的类型切屑的类型n3. 单元切屑(粒状切屑)n切屑沿剪切面完全断开，因此切屑呈梯形的单元状(粒状)。当切削塑性资料，在切削速度极低时产生这种切屑。出现单元切屑时切削力动摇大，已加工外表粗糙度值大。n以上三种切屑只需在加工塑性资料时才能够得到。消费中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑那么很少见。切屑的形状是随切削条件的改动而转化的。在构成挤裂切屑的情况下，假设减小刀具前角，降低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑；反之，那么可得到带状切屑。2.1.2 切屑的类型切屑的类型n4. 崩碎切屑n切削脆性资料时，由于资料的塑性很小且抗拉强度低，被切金属层在前刀面的推挤下未经塑性变形就在拉应力形状下脆断，构成不规那么的碎块状切屑。它与工件基体分别的外表很不规那么，切削力动摇很大，切削振动大，加工外表凹凸不平，外表粗糙度值很大。n在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使构成“可接受的良好屑形。从切屑控制的角度出发国际规范化组织ISO制定了切屑分类规范，如表2.1所示。2.1.2 2.1.2 切屑的类型切屑的类型切屑的类型切屑的类型2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n1. 相对滑移n如图2.8所示，当切削层单元平行四边形产生剪切变形为时，沿剪切面产生的滑移量为s。相对滑移的大小为：n或2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n图2.8 相对滑移2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n2. 变形系数切屑厚度紧缩比n在消费实际中,切屑厚度hch通常要大于切削厚度,而切屑长度lch那么小于切削长度lc,如图2.9所示。由于切削宽度与切屑宽度差别很小,根据体积不变的原那么,变形系数可由下式计算: n n2.1.32.1.3 切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n图2.9 切屑的变形2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n1. 前刀面上的摩擦n切削时，切削层经第一区变形后沿前刀面排出，遭到前刀面的挤压和摩擦变形加剧，进入第二变形区。切屑在流经前刀面时，在高温高压的作用下产生猛烈的摩擦，致使刀具前刀面与切屑底层产生粘结景象，也称冷焊这种摩擦与普通金属接触面间的摩擦不同。如图2.10所示，刀屑接触区分为粘结区和滑动区两部分。粘结区的摩擦为金属间的内摩擦，是金属内部的剪切滑移，这部分的切向应力等于被切资料的剪切屈服点 。滑动区的摩擦为外摩擦，即滑动摩擦，这部分的切向应力随着远离切削刃由 逐渐减小至零。而刀屑接触面上正应力分布是刃口处最大，远离刃口处变小，直至减小至零。所以前刀面上各点的摩擦是不同的。2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n图2.10 切屑和前刀面摩擦特性2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n2. 积屑瘤n1积屑瘤的构成n由于刀屑接触面很干净，切削塑性资料时，在粘结摩擦和滞留的作用下，当前刀面上的温度和压力适宜时，切屑底层金属粘结前刀面的刃口附近即所谓的“冷焊，构成硬度很高是工件资料的23倍)的一个楔块，称为积屑瘤，见图2.11。积屑瘤的大小常用积屑瘤的高度Hb表示。2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n图2.11 积屑瘤前角和伸出量2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n2积屑瘤屑瘤对切削切削过程的影响程的影响n增大前角，减小切削力增大前角，减小切削力积屑瘤在刀面上增大了刀具的屑瘤在刀面上增大了刀具的实践任践任务前角，可减小切屑前角，可减小切屑变形，减小切削力。形，减小切削力。n影响尺寸精度影响尺寸精度积屑瘤前端伸出刀刃外，使切削厚度添屑瘤前端伸出刀刃外，使切削厚度添加了，影响工件尺寸精度。加了，影响工件尺寸精度。n增大外表粗糙度增大外表粗糙度值高度不高度不稳定的定的积屑瘤会在工件外表屑瘤会在工件外表上划出沟痕和上划出沟痕和挤歪已有沟痕，零落后的歪已有沟痕，零落后的积屑瘤屑瘤颗粒会嵌在已粒会嵌在已加工外表上，增大外表粗糙度加工外表上，增大外表粗糙度值。n减小刀具磨减小刀具磨损积屑瘤象帽子屑瘤象帽子维护着切削刃，替代切削着切削刃，替代切削刃、前刀面和后刀面刃、前刀面和后刀面进展切削，减小刀具的磨展切削，减小刀具的磨损。2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n3影响影响积屑瘤的主要要素屑瘤的主要要素n主要取决于切削温度。此外，接触面主要取决于切削温度。此外，接触面间的的压力、粗糙程度、粘力、粗糙程度、粘结强度等度等要素都与构成要素都与构成积屑瘤的条件有关。屑瘤的条件有关。n工件工件资料塑性越大，切削温度越高，越容易构成料塑性越大，切削温度越高，越容易构成积屑瘤。可以采屑瘤。可以采用正火或用正火或调质处置防止置防止积屑瘤的生成。屑瘤的生成。n切削速度切削速度实验阐明，采用低速明，采用低速 3m/min或或较高速高速 40m/min切削切削时，不易，不易产生生积屑瘤，如屑瘤，如图2.12示。示。n刀具前角增大前角，可以减小切屑刀具前角增大前角，可以减小切屑变形、切削力和摩擦，降低切形、切削力和摩擦，降低切削温度，抑制削温度，抑制积屑瘤的生成。屑瘤的生成。n另外，运用切削液可有效降低切削温度和摩擦，抑制另外，运用切削液可有效降低切削温度和摩擦，抑制积屑瘤的屑瘤的产生。生。2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n图2.12 切削速度与积屑瘤高度的关系2.1.5已加工外表的构成过程已加工外表的构成过程n刀具切削刃的刃口实践上无法磨得绝对锋利，总存在刃口圆刀具切削刃的刃口实践上无法磨得绝对锋利，总存在刃口圆弧，如图弧，如图2.13所示，刃口圆弧半径为所示，刃口圆弧半径为 。切削时由于刃口。切削时由于刃口圆弧的切削和挤压摩擦作用，使刃口前区的金属内部产生复圆弧的切削和挤压摩擦作用，使刃口前区的金属内部产生复杂的塑性变形。通常以杂的塑性变形。通常以 O点为分界点，点为分界点，O点以上金属晶体向点以上金属晶体向上滑移构成切屑；上滑移构成切屑；O点以下厚度点以下厚度 的金属层晶体向下滑移的金属层晶体向下滑移绕过刃口构成已加工外表。这层金属被刃口圆弧挤压后，还绕过刃口构成已加工外表。这层金属被刃口圆弧挤压后，还继续遭到后刀面上小棱面继续遭到后刀面上小棱面CE的摩擦，以及由已加工外表弹性的摩擦，以及由已加工外表弹性恢复层与后刀面上恢复层与后刀面上ED部分接触产生挤压摩擦，使已加工外部分接触产生挤压摩擦，使已加工外表变形更猛烈。表变形更猛烈。2.1.5已加工外表的构成过程已加工外表的构成过程n图2.13 已加工外表变形2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n影响切屑变形的要素很多，主要有：工件资料、刀影响切屑变形的要素很多，主要有：工件资料、刀具前角、切削速度、切削厚度。具前角、切削速度、切削厚度。n1. 工件资料工件资料n工件资料的强度、硬度越大，切屑变形越小，图工件资料的强度、硬度越大，切屑变形越小，图2.14所示为工件资料的强度对变形系数的影响。所示为工件资料的强度对变形系数的影响。2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n图2.14 资料强度对变形系数的影响2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n2. 刀具前角n刀具的前角越大，切削刃就越锋利，对切削层金属的挤压也就越小，剪切角就越大，所以，切屑变形也就越小，如图2.15所示。2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n图2.15 前角对变形系数的影响2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n3. 切削速度n切削速度主要是经过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑变形的。如图2.16所示，在切削碳钢等塑性金属时，变形系数随切削速度增大呈波形变化，这是由于在较宽的切削速度范围内，中间有一部分区域会生成积屑瘤，而高速端和低速端却没有积屑瘤。 2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n图2.16 切削速度对变形系数的影响2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n4. 切削厚度n随着切削厚度的添加，摩擦系数减小， 增大，变形系数 减小。在无积屑瘤的情况下，越大， 越小，如图2.17所示。切屑底层的金属与前刀面产生猛烈的挤压和摩擦，离前刀面越远，切削层变形越小，因此，切削厚度的添加，使切屑的平均变形减小。2.1.6影响切屑变形的主要要素影响切屑变形的主要要素n图2.17 切削厚度对变形系数的影响2.2 切削力切削力n2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n2.2.2 切削力的丈量切削力的丈量n2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n2.2.4 影响切削力的要素影响切削力的要素2.2 切削力切削力n切削过程中，切削力直接影响着切削热、刀具磨损、切削过程中，切削力直接影响着切削热、刀具磨损、刀具耐用度、加工精度和已加工外表质量。在消费刀具耐用度、加工精度和已加工外表质量。在消费中，切削力又是计算切削功率，制定切削用量，设中，切削力又是计算切削功率，制定切削用量，设计机床、刀具、夹具的重要根据。因此，研讨和掌计机床、刀具、夹具的重要根据。因此，研讨和掌握切削力的规律和计算、实验方法，对消费实践有握切削力的规律和计算、实验方法，对消费实践有重要的实意图义。重要的实意图义。2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n1. 切削力的来源n加工时，使切削层产生弹性、塑性变形的切削抗力作用在刀具上；前刀面与切屑间、后刀面与已加工阐明间的摩擦力也作用在刀具上，这些力称为切削力。如图2.18所示。2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n图2.18 作用在刀具上的切削力2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n2. 切削力的分解n图2.19所示为车削外圆时的切削力。为了便于丈量、研讨和计算，常将切削合力F分解为三个相互垂直的分力： n1切削力 切向力切削合力在主运动方向的分力。n2背向力 径向力切削合力在加工外表法向方向上的分力。n3进给力 轴向力切削合力F在进给方向的分力。 2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n图2.19 切削力的分解2.2.2 切削力的丈量切削力的丈量n测力仪的丈量原理是丈量出变形或电荷，经转换后测力仪的丈量原理是丈量出变形或电荷，经转换后读出三个切削分力。目前运用最广的是电阻应变片读出三个切削分力。目前运用最广的是电阻应变片式测力仪。它的灵敏度高，精度高，量程范围大，式测力仪。它的灵敏度高，精度高，量程范围大，可用于动态丈量和静态丈量。可用于动态丈量和静态丈量。n电阻式测力仪的任务原理是将假设干电阻应变片贴电阻式测力仪的任务原理是将假设干电阻应变片贴在测力仪上弹性元件的不同部位，分别联成电桥，在测力仪上弹性元件的不同部位，分别联成电桥，如图如图2.20中的中的R1R4。 2.2.2 切削力的丈量切削力的丈量n图2.20 电阻应变片式测力仪2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n1. 切削力的计算n经过大量实验，用测力仪测得各向分力后，经过数据处置，可得切削力的阅历公式。消费中切削力的阅历公式分两类：一是指数公式；一是按单位切削力计算的公式。n1计算切削力的指数公式2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n2单位切削力的计算公式单位切削力的计算公式n用单位切削力用单位切削力p来计算主切削力是一种更简便的方来计算主切削力是一种更简便的方式。单位切削力是指切除单位切削层面积所产生的式。单位切削力是指切除单位切削层面积所产生的主切削力。用主切削力。用p表示为：表示为：2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n2. 切削功率的计算n切削功率Pc 指在切削过程中所耗费的功率，是各切削分力耗费功率的和。由于主运动方向上的功率耗费最大，通常用主运动耗费的功率表示切削功率PckW：n那么机床电动机所需功率PEKw为：2.2.4 影响切削力的要素影响切削力的要素n1. 工件资料的影响n工件资料的物理力学性能、加工硬化程度、热处置情况都影响切削力的大小，其中影响较大的主要要素是强度、硬度和塑性。工件资料的强度、硬度越高，那么屈服强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，资料的塑性伸长率、韧性越大，那么刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。另外，加工硬化程度大，切削力也增大。2.2.4 影响切削力的要素影响切削力的要素n2. 切削用量的影响n1进给量f和背吃刀量aPn进给量f和背吃刀量aP的添加，都使切削面积D增大，但进给量f的添加使变形程度减小，切削层单位面积切削力减小，故切削力有所添加；而背吃刀量aP添加时，切削层单位面积切削力不变，切削刃上的切削负荷也随之增大，即切削变形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的添加。 n2切削速度vC n积屑瘤的存在与否，决议着切削速度对切削力的影响情况：在积屑瘤生长阶段，vC添加，积屑瘤高度添加，变形程度减小，切削力减小；而积屑瘤的减小会使切削力增大。 2.2.4 影响切削力的要素影响切削力的要素n3. 刀具几何参数与刀具资料的影响n1前角 前角增大时，假设后角不变，刀具容易切入工件，有助于切削变形的减小，使变形抗力减小，所以切削力减小。 n2负倒棱 前刀面上的负倒棱能显著提高刀具的刃口强度，可以提高刀具寿命；但负倒棱使切削变形添加，所以切削力增大。n3主偏角 主偏角r对切削力的影响可以从图2.21的实验数据及式2.10 知，主偏角r变大时，会使 减小， 增大。 2.2.4 影响切削力的要素影响切削力的要素n图2.21 主偏角对切削力的影响2.2.4 影响切削力的要素影响切削力的要素n4刀尖刀尖圆弧半径弧半径 刀尖刀尖圆弧半径弧半径r增大，那么切削刃增大，那么切削刃圆弧部分的弧部分的长度增度增长，切削，切削变形增大，使切削力增大。形增大，使切削力增大。n4. 刀具磨刀具磨损及切削液的影响及切削液的影响n刀具后面磨刀具后面磨损后，后角后，后角为零，作用在后面上的法向力零，作用在后面上的法向力Fna和和摩擦力摩擦力Ffa都增大，故切削力都增大，故切削力Fc、背向力、背向力Fp增大。增大。n切削切削过程中采用切削液可减小刀具与工件程中采用切削液可减小刀具与工件间及刀、屑及刀、屑间的摩的摩擦，有利于减小切削力。擦，有利于减小切削力。 2.3 切削热与切削温度切削热与切削温度n2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n2.3.2 切削温度切削温度n2.3.3影响切削温度的要素影响切削温度的要素n2.3.4切削液切削液2.3 切削热与切削温度切削热与切削温度n切削热和由它产生的切削温度会使整个工艺系统的切削热和由它产生的切削温度会使整个工艺系统的温度升高，一方面会引起工艺系统的变形，另一方温度升高，一方面会引起工艺系统的变形，另一方面会加速刀具的磨损，从而影响工件的加工精度、面会加速刀具的磨损，从而影响工件的加工精度、外表质量及刀具的耐用度。因此，研讨切削热和切外表质量及刀具的耐用度。因此，研讨切削热和切削温度的产生及其变化规律有很重要的意义。削温度的产生及其变化规律有很重要的意义。2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n1. 切削热的产生n切削加工时，切削层金属发生弹性变形和塑性变形所耗费的能量98以上都转换成为热能，这是切削热的一个主要来源。另外，刀、屑面间的摩擦以及后刀面与工件间的摩擦，是切削热的又一个来源。在三个切削变形区都产生切削热，如图2.22所示。2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n图2.22 切削热的产生与传导2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n2. 切削热的传导n切削热由切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去。影响热传导的主要要素是工件和刀具资料的导热系数，以及周围介质的情况。工件的导热系数越大，那么经过工件和切屑传走的热量越多，切削区的温度降低，有利于提高刀具的运用寿命，但工件的温度升高了，就会降低工件加工精度。刀具的导热系数越大，那么经过刀具传走的热量越多，可降低切削区的温度。2.3.2 切削温度切削温度n切削温度普通指切屑与前刀面接触区域的平均温度，由于刀切削温度普通指切屑与前刀面接触区域的平均温度，由于刀具上各点与三个热源三个变形区的间隔不同，因此刀具具上各点与三个热源三个变形区的间隔不同，因此刀具上各点的温度分布不均匀，图上各点的温度分布不均匀，图2.23是切屑塑性资料时，刀具、是切屑塑性资料时，刀具、切屑和工件的温度分布表示图。切屑沿前刀面流出时，热量切屑和工件的温度分布表示图。切屑沿前刀面流出时，热量累积导致温度升高，而热传导又非常不利，在间隔刀尖一定累积导致温度升高，而热传导又非常不利，在间隔刀尖一定长度的地方温度最高，刀具磨损也是在此处开场。在切脆性长度的地方温度最高，刀具磨损也是在此处开场。在切脆性资料时，切屑呈崩碎状，第一区的塑性变形不严重，与前刀资料时，切屑呈崩碎状，第一区的塑性变形不严重，与前刀面的接触长度很短，使第二区的摩擦减小，因此，第一区和面的接触长度很短，使第二区的摩擦减小，因此，第一区和第二区的温度不高，只需第三区的工件与刀尖的摩擦热是主第二区的温度不高，只需第三区的工件与刀尖的摩擦热是主要热源，这时刀具上温度最高点是在刀尖且接近后刀面的地要热源，这时刀具上温度最高点是在刀尖且接近后刀面的地方，磨损也从此处开场。方，磨损也从此处开场。2.3.2 切削温度切削温度n图2.23 切屑、工件和刀具上的温度分布2.3.3影响切削温度的要素影响切削温度的要素n1. 切削用量的影响n1切削速度vc 随着切削速度的提高，切削温度将显著上升。这是由于，切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生剧烈摩擦从而产生大量切削热；由于切削速度很高，在一个很短时间内切屑底层的切削热来不及向切屑内部传导，而是大量积聚在切屑底层，从而使切屑温度显著升高。另外，随着切削速度的提高，金属切除量成正比例添加，耗费的机械功增大，使切削温度上升。切削温度与切削速度之间的阅历关系式为： 2.3.3影响切削温度的要素影响切削温度的要素n2进给量进给量f 随着进给量的增大，金属切除量增多，切削随着进给量的增大，金属切除量增多，切削热添加，使切削温度上升。但单位切削力和单位切削功率随热添加，使切削温度上升。但单位切削力和单位切削功率随f的增大而减小，切除单位体积金属产生的热量也减小；另的增大而减小，切除单位体积金属产生的热量也减小；另外，外，f增大使切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的增大使切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量添加，故切削区的温度上升得不显著。切削温度与进给热量添加，故切削区的温度上升得不显著。切削温度与进给量之间的阅历关系式为量之间的阅历关系式为2.3.3影响切削温度的要素影响切削温度的要素n3背吃刀量背吃刀量ap 背吃刀量背吃刀量ap对切削温度的影响对切削温度的影响很小。由于很小。由于ap增大以后，切削区产生的热量虽添加，增大以后，切削区产生的热量虽添加，但切削刃参与任务长度添加，散热条件改善，故切但切削刃参与任务长度添加，散热条件改善，故切削温度升高并不明显。切削温度与被吃刀量之间的削温度升高并不明显。切削温度与被吃刀量之间的阅历关系式为阅历关系式为2.3.3影响切削温度的要素影响切削温度的要素n2. 刀具几何参数的影响n1前角 前角的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦，对切削温度有明显影响。前角大，切削温度低；前角小，切削温度高；但前角达1820后，对切削温度影响减小，这是由于楔角变小使散热体积减小的缘故。n2主偏角r 主偏角r加大后，切削刃任务长度缩短，切削热相对地集中；同时刀尖角减小，使散热条件变差，切削温度将升高。假设减小主偏角，那么刀尖角和切削刃任务长度加大，散热条件改善，从而使切削温度降低。2.3.3影响切削温度的要素影响切削温度的要素n3. 刀具磨损的影响n刀具磨损后切削刃变钝，使金属变形添加；同时刀具后刀面与工件的摩擦加剧。所以，刀具磨损后切削温度上升。后刀面上的磨损量越大，切削温度的上升越迅速。n4. 工件资料的影响n工件资料的硬度和强度越高，切削时切削力大，所耗费的功越多，产生的切削热越多，切削温度就越高。n工件资料导热系数的大小，直接影响切削热的导出，如不锈钢1Crl8Ni9Ti和高温合金GHl31，不仅导热系数小，且在高温下仍有较高的强度和硬度，故切削温度高。n5. 切削液的影响n切削液对降低切削温度有明显的效果。2.3.4切削液切削液n在金属切削过程中，正确运用切削液，可以减少切在金属切削过程中，正确运用切削液，可以减少切屑、工件与刀具的摩擦，降低切削温度和切削力，屑、工件与刀具的摩擦，降低切削温度和切削力，减缓刀具磨损。切削液还可以减少刀具与切屑粘结，减缓刀具磨损。切削液还可以减少刀具与切屑粘结，抑制积屑瘤和鳞刺的生长；减小已加工外表粗糙度抑制积屑瘤和鳞刺的生长；减小已加工外表粗糙度值，减少工件热变形，保证加工精度和提高消费效值，减少工件热变形，保证加工精度和提高消费效率。率。2.3.4切削液切削液n1. 切削液的作用n1冷却作用 运用切削液能降低切削温度，从而提高刀具运用寿命和加工质量。在切削速度高，刀具、工件资料导热性差，热膨胀系数较大的情况下，切削液的冷却作用尤显重要。n2光滑作用 金属切削加工时，切屑、工件和刀具外表的摩擦可以分为干摩擦、流体光滑摩擦和边境光滑摩擦三类。不加切削液时，就是金属与金属接触的干摩擦，摩擦系数最大。 2.3.4切削液切削液n3清洗作用清洗作用 切削液能冲刷掉切削中产生的碎屑或磨粉，切削液能冲刷掉切削中产生的碎屑或磨粉，防止划伤已加工外表和机床导轨。清洗性能的好坏，与切削防止划伤已加工外表和机床导轨。清洗性能的好坏，与切削液的浸透性、流动性和运用的压力有关。切削液的清洗作用液的浸透性、流动性和运用的压力有关。切削液的清洗作用对于磨削精细加工和自动线加工非常重要，而深孔加工时，对于磨削精细加工和自动线加工非常重要，而深孔加工时，经常利用高压切削液来进展排屑。经常利用高压切削液来进展排屑。n4防锈作用防锈作用 为减少工件、机床、刀具的腐蚀，要求切为减少工件、机床、刀具的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。其防锈作用的好坏，取决于切削削液具有一定的防锈作用。其防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和参与的防锈添加剂的性质。液本身的性能和参与的防锈添加剂的性质。2.3.4切削液切削液n2. 切削液的种类及选用n1水溶液 主要成分为水并参与防锈剂和添加剂，使其既有良好的冷却、防锈性能，又有一定的光滑作用。适宜于磨削加工。n2乳化液 主要成分为水9598，参与适量的矿物油、乳化剂和其它添加剂配制而成的乳白色切削液。低浓度乳化液主要起冷却作用；高浓度乳化液主要起光滑作用。乳化液主要用于车削、钻削、攻螺纹。2.3.4切削液切削液n3切削油切削油 主要成分是矿物油主要成分是矿物油(机油、轻柴油、煤油机油、轻柴油、煤油)，少数采用动植物油少数采用动植物油(豆油、菜油、蓖麻油、棉子油、猪油、豆油、菜油、蓖麻油、棉子油、猪油、鲸油鲸油)等。切削油普通用于滚齿、插齿、铣削、车螺纹及普等。切削油普通用于滚齿、插齿、铣削、车螺纹及普通资料的精加工。通资料的精加工。n机油用于普通车削、攻螺纹；煤油或与矿物油的混合油用于机油用于普通车削、攻螺纹；煤油或与矿物油的混合油用于精加工有色金属和铸铁；煤油或与机油的混合油用于普通孔精加工有色金属和铸铁；煤油或与机油的混合油用于普通孔或深孔精加工；蓖麻油或豆油也用于螺纹加工；轻柴油用于或深孔精加工；蓖麻油或豆油也用于螺纹加工；轻柴油用于自动机床上，做本身光滑液和切削液用。自动机床上，做本身光滑液和切削液用。n表表2.2列出了针对不同工件资料、刀具资料及加工方法等情列出了针对不同工件资料、刀具资料及加工方法等情况下可供选择的切削液。况下可供选择的切削液。2.3.42.3.4 切削液切削液切削液切削液n表2.2 常用的切削液2.4 刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度n2.4.1 刀具磨损刀具磨损n2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度2.4 刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度n切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的方式主要有磨损和破损两类。前者是延续的逐渐磨损，属正刀具损坏的方式主要有磨损和破损两类。前者是延续的逐渐磨损，属正常磨损；后者包括脆性破损如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等和塑常磨损；后者包括脆性破损如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等和塑性破损两种，属非正常磨损。刀具磨损后，使工件加工精度降低，外表性破损两种，属非正常磨损。刀具磨损后，使工件加工精度降低，外表粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能继续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和本钱。继续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和本钱。n刀具耐用度是表征刀具资料切削性能优劣的综合性目的。在一样切削条刀具耐用度是表征刀具资料切削性能优劣的综合性目的。在一样切削条件下，耐用度越高，那么刀具资料的耐磨性越好。在比较不同的工件资件下，耐用度越高，那么刀具资料的耐磨性越好。在比较不同的工件资料切削加工性时，刀具耐用度也是一个重要的目的，刀具耐用度越高，料切削加工性时，刀具耐用度也是一个重要的目的，刀具耐用度越高，那么工件资料的切削加工性越好。那么工件资料的切削加工性越好。2.4.1 刀具磨损刀具磨损n1. 刀具磨损的形状n (1)前刀面磨损(月牙洼磨损)n加工塑性资料时，假设切削速度较高、切削厚度较大，会在前刀面上磨出一个月牙洼(图2.24)。 n (2)后刀面磨损n由于加工外表和后刀面间存在着剧烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快就磨出一个后角为零的小棱面，这就是后刀面磨损(图2.24)。 n(3)前刀面和后刀面同时磨损n这是一种兼有上述两种情况的磨损方式。在切削塑性金属时，假设切削厚度适中，经常会发生这种磨损。2.4.1 刀具磨损刀具磨损n图2.24 车刀典型磨损方式表示图2.4.1 刀具磨损刀具磨损n2. 刀具磨损缘由n为了减小和控制刀具磨损以及研制新型刀具资料，必需研讨刀具磨损的缘由和本质，即 从微观上讨论刀具在切削过程中是怎样磨损的。刀具经常任务在高温、高压下，在这样的条 件下任务，刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用的综合结果，实践情况很复杂，尚待进一步研讨。到目前为止，以为刀具磨损的机理主要有以下几个方面。n1磨料磨损硬质点磨损n切削时，工件或切屑中的微小硬质点(碳化物Fe3C，TiC等，氮化物AlN，Si3N4等，氧化物SiO2，Al2O3等)以及积屑瘤碎片，不断滑擦前后刀面，划出沟纹，这就是磨料磨损，很像砂轮磨削工件一样，刀具被一层层磨掉。这是一种纯机械作用。2.4.1 刀具磨损刀具磨损n2粘粘结磨磨损冷冷焊磨磨损n工件外表、切屑底面与前后刀面之工件外表、切屑底面与前后刀面之间存在着很大的存在着很大的压力和力和剧烈的摩擦，烈的摩擦，当它当它们到达原子到达原子间间隔隔时，就会，就会发生粘生粘结，也称冷，也称冷焊即即压力粘力粘结。由于摩擦副的相由于摩擦副的相对运运动，冷，冷焊结将被破坏而被一方将被破坏而被一方带走，从而呵斥粘走，从而呵斥粘结磨磨损。n3分散磨分散磨损n由于切屑温度很高，刀具与工件由于切屑温度很高，刀具与工件刚切出的新切出的新颖外表接触，化学活性很大，外表接触，化学活性很大，刀具与工件刀具与工件资料的化学元素有能料的化学元素有能够相互分散，使二者的化学成分相互分散，使二者的化学成分发生生变化，减弱了刀具化，减弱了刀具资料的切削性能，加速了刀具磨料的切削性能，加速了刀具磨损。当接触面温度。当接触面温度较高高时，例如硬，例如硬质合金刀片切合金刀片切钢，当温度到达，当温度到达800时，硬，硬质合金中的合金中的钴迅迅速地分散到切屑、工件中，速地分散到切屑、工件中，WC分解分解为钨和碳分散到和碳分散到钢中中(图2.25)。 2.4.1 刀具磨损刀具磨损n图2.25 分散磨损2.4.1 刀具磨损刀具磨损n4氧化磨氧化磨损n当切削温度到达当切削温度到达700C800C时，空气中的氧在切屑构成，空气中的氧在切屑构成的高温区中与刀具的高温区中与刀具资料中的某些成分料中的某些成分(Co，WC，TiC)发生生氧化反响，氧化反响，产生生较软的氧化物的氧化物(Co3O4，CoO，WO3，TiO2)，从而使刀具外表，从而使刀具外表层硬度下降，硬度下降，较软的氧化物被切屑的氧化物被切屑或工件擦掉而构成氧化磨或工件擦掉而构成氧化磨损。这是一种化学反响是一种化学反响过程。最容程。最容易在主副切削刃任易在主副切削刃任务的的边境境处(此此处易与空气接触易与空气接触)发生生这种种氧化反响。氧化反响。n总之，在不同的工件之，在不同的工件资料、刀具料、刀具资料和切削条件下，磨料和切削条件下，磨损的的缘由和由和强度是不同的。度是不同的。图2.26所示所示为不同切削温度不同切削温度对磨磨损的的影响。影响。 2.4.1 刀具磨损刀具磨损n图2.26 温度对磨损的影响n1粘结磨损 2磨粒磨损 3分散磨损 4相变磨损 5氧化磨损2.4.1 刀具磨损刀具磨损n3. 刀具磨损过程n用切削时间t和后刀面磨损量VB两个参数为坐标，那么磨损过程可以用图2.27 所示的一条磨损曲线来表示。磨损过程分为三个阶段。n (1)初期磨损阶段 其磨损的特点是：在极短的时间内，VB上升很快。由于新刃磨后的刀具，外表存在微观不平度，后刀面与工件之间为凸峰点接触，故磨损很快。 2.4.1 刀具磨损刀具磨损n图2.27 磨损曲线2.4.1 刀具磨损刀具磨损n(2)正常磨损阶段正常磨损阶段 其磨损的特点是：刀具在较长的时间内其磨损的特点是：刀具在较长的时间内缓慢地磨损，且缓慢地磨损，且VB-t根本呈线性关系。经过初期磨损后，后根本呈线性关系。经过初期磨损后，后刀面上的微观不平度被磨掉，后刀面与工件的接触面积增大，刀面上的微观不平度被磨掉，后刀面与工件的接触面积增大，压强减小，且分布均匀，所以磨损量缓慢且均匀地添加。压强减小，且分布均匀，所以磨损量缓慢且均匀地添加。 n(3)急剧磨损阶段急剧磨损阶段 其磨损的特点是：在相对很短的时间内，其磨损的特点是：在相对很短的时间内，VB猛增，刀具因此完全失效。刀具经过正常磨损阶段后，猛增，刀具因此完全失效。刀具经过正常磨损阶段后，切削刃变钝，切削力增大，切削温度升高，这时刀具的磨损切削刃变钝，切削力增大，切削温度升高，这时刀具的磨损情况发生了质的变化而进入急剧磨损阶段。情况发生了质的变化而进入急剧磨损阶段。 2.4.1 刀具磨损刀具磨损n4. 刀具的磨钝规范n刀具磨损到一定限制就不能继续运用。这个磨损限制称为磨钝规范。普通刀具的后刀面上都有磨损，它对加工质量和切削力，切削温度的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量易于丈量。因此，常用后刀面的磨损量来制定刀具磨钝规范。它是以后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许到达的最大值VB表示。国际规范ISO一致规定以1/2背吃刀量处后刀面上测定的磨损带高度VB作为刀具磨钝规范图2.28。2.4.1 刀具磨损刀具磨损n图2.28 车刀的磨损量2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度n1. 刀具的耐用度与刀具寿命n刃磨后的刀具自开场切削直到磨损量到达磨钝规范为止的切削时间称为刀具耐用度，以T表示。耐用度指净切削时间，不包括用于对刀、丈量、快进、回程等非切削时间。n刀具耐用度还可以用到达磨钝规范时所走过的切削路程Lm来定义。Lm等于切削速度vc和耐用度T的乘积，即LmvcTn刀具耐用度是一个重要参数。在一样切削条件下切削某种工件资料时，可以用耐用度来比较不同刀具资料的切削性能；同一刀具资料切削各种工件资料，可以用耐用度来比较资料的切削加工性；还可以用耐用度来判别刀具几何参数能否合理。 n刀具寿命是指一把新刀具从运用到报废为止的切削时间。它是刀具耐用度与刀具刃磨次数的乘积。2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度n2. 切削用量对刀具耐用度的影响n切削用量与刀具耐用度的关系是用实验方法求得的。经过单要素实验，先选定刀具后刀面的磨钝规范，固定其它切削条件，分别改动切削速度、进给量和背吃刀量，求出对应的T值，在双对数坐标纸上画出它们的图形，经过数据整理后可得出刀具耐用度实验公式。2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度n1切削速度与刀具耐用度的关系切削速度与刀具耐用度的关系n在常用的切削速度范在常用的切削速度范围内，用不同的切削速度内，用不同的切削速度1，2，3，实验，可以得到各种切削速度下的刀具磨，可以得到各种切削速度下的刀具磨损曲曲线见图2.29。根据。根据规定的磨定的磨钝规范范VB，求出各种曲，求出各种曲线速度下速度下对应刀刀具运用寿命具运用寿命T1，T2，T3，。再在双。再在双对数坐数坐标纸上上标出出T1，1，T2，2，T3，3各点各点见图2.30。可可见，在一定的切削速度范，在一定的切削速度范围内，内，这些点根本分布在一条直些点根本分布在一条直线上。上。这条直条直线的方程的方程为：2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度n图2.29 刀具磨损曲线2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度n图图2.30 在双对数坐标上的在双对数坐标上的T 曲线曲线2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度n2进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系n按照按照T-关系式的求法，同样可以得到关系式的求法，同样可以得到T-和和 T-的关系的关系式：式：n综合以上三式，可以得到切削用量三要素与刀具耐用度的关综合以上三式，可以得到切削用量三要素与刀具耐用度的关系式系式2.4.2 刀具耐用度刀具耐用度n3. 刀具耐用度的选择n在实践消费中，刀具耐用度同消费效率和加工本钱之间存在着较复杂的关系。 n在消费中选择刀具耐用度时，普通应思索以下原那么：n(1)刀具的复杂程度和制造、重磨的费用。 n(2)装卡、调整比较复杂的刀具。n(3)消费线上的刀具耐用度应规定为一个班或两个班，以便能在换班时间内换刀。 n(4)精加工尺寸很大的工件时，刀具耐用度应按零件精度和外表粗糙度要求决议。 2.5 磨削机理磨削机理n2.5.1 磨削过程磨削过程n2.5.2 磨削温度磨削温度n2.5.3砂轮的磨损与修整砂轮的磨损与修整n2.5.4磨削方法磨削方法2.5 磨削机理磨削机理n随着各种高随着各种高强度和度和难加工加工资料的广泛运用，料的广泛运用，对零件零件的精度要求也在不断提高，磨削加工在当前工的精度要求也在不断提高，磨削加工在当前工业消消费中已得到迅速的开展。磨削不中已得到迅速的开展。磨削不仅用于精加工，而用于精加工，而且用于粗加工毛坯去皮加工，能且用于粗加工毛坯去皮加工，能获得得较高的消高的消费率率和良好的和良好的经济性。磨削的加工余量可以很小，加工性。磨削的加工余量可以很小，加工精度可达精度可达IT5IT6级，加工外表粗糙度可小至，加工外表粗糙度可小至Ra1.250.01m，镜面磨削面磨削时可达可达Ra0.040.01m。磨削常用于淬硬。磨削常用于淬硬钢、耐、耐热钢及特殊合金及特殊合金资料等巩固料等巩固资料。料。2.5.1 磨削过程磨削过程n磨削是利用砂磨削是利用砂轮上无数个微小磨粒的微切削刃上无数个微小磨粒的微切削刃对工件外表工件外表进展的切削加工。与普通切削加工不同的是，磨粒切削刃的几展的切削加工。与普通切削加工不同的是，磨粒切削刃的几何外形不确定。由于磨粒是将磨料何外形不确定。由于磨粒是将磨料经机械方法破碎而得，因机械方法破碎而得，因此它的几何外形通常是：此它的几何外形通常是：负前角前角6085；顶角角多多为90120；刃口楔角；刃口楔角为80145，刃端，刃端钝圆半径半径为328，且磨粒的切削刃在砂，且磨粒的切削刃在砂轮上的上的陈列凹凸、刃列凹凸、刃距是随机分布的。磨削的厚度非常薄，通常距是随机分布的。磨削的厚度非常薄，通常为几个微米，几个微米，磨削速度很高磨削速度很高10007000mmin，磨削点的瞬，磨削点的瞬时温温度高度高1000，能耗大是，能耗大是车削的削的30倍，当去除同体倍，当去除同体积资料料时。2.5.1 磨削过程磨削过程n图2.31 磨粒的磨削过程2.5.1 磨削过程磨削过程n单个磨粒的磨削过程大致分为滑擦、刻划和切削三个阶段，如图单个磨粒的磨削过程大致分为滑擦、刻划和切削三个阶段，如图2.31所示。所示。n1滑擦阶段弹性变形阶段滑擦阶段弹性变形阶段 在滑擦阶段，由于磨粒切削刃刚在滑擦阶段，由于磨粒切削刃刚刚开场与工件接触，切削厚度由零逐渐增大，但切削厚度刚开场与工件接触，切削厚度由零逐渐增大，但切削厚度hD极小。极小。 n2刻划阶段塑性变形阶段刻划阶段塑性变形阶段 随着磨粒挤入深度的增大，磨粒随着磨粒挤入深度的增大，磨粒与工件外表的压力逐渐加大，外表层也由弹性变形过渡到塑性变形。与工件外表的压力逐渐加大，外表层也由弹性变形过渡到塑性变形。 n3切削阶段磨屑构成阶段切削阶段磨屑构成阶段 当挤入深度增大到临界值时，被当挤入深度增大到临界值时，被切削资料的切应力和温度都到达了一定数值，金属层在磨粒的挤压下切削资料的切应力和温度都到达了一定数值，金属层在磨粒的挤压下明显地沿剪切面滑移，构成切屑沿前明显地沿剪切面滑移，构成切屑沿前(刀刀)面流出。面流出。 n磨削塑性资料时，磨屑呈带状图磨削塑性资料时，磨屑呈带状图2.32；磨削脆性资料时，磨屑；磨削脆性资料时，磨屑呈挤裂状图呈挤裂状图2.32；当磨削温度很高时，切屑熔化呈球状或灰烬；当磨削温度很高时，切屑熔化呈球状或灰烬状图状图2.32、。、。2.5.1 磨削过程磨削过程n图2.32 磨屑形状2.5.1 磨削过程磨削过程n2. 磨削特点n磨粒的硬度很高，好像刀具，能象刀具起切削作用。而高速回转的砂轮，就相当于多刃刀具，能切下很薄的一层金属，得到加工精度和外表质量较高的工件加工外表。磨削加工的特点如下：n1能加工硬度很高的资料n2能获得较高的加工精度和较细的外表粗糙度n3磨削速度高n4磨削温度高n5磨削余量小n6磨削的工艺范围广 2.5.2 磨削温度磨削温度n1. 根本概念n由于磨削速度高，能耗大，因此磨削温度很高。通常磨削温度是指砂轮与工件接触区的平均温度，它包含三个区域的温度：n1工件平均温度指磨削热传入工件而引起的工件温升，它影响工件的尺寸精度和外形精度。2.5.2 磨削温度磨削温度n2磨粒磨削点的温度磨粒磨削点的温度dot见图2.33指磨粒切削刃与磨屑接触部分的温度，是磨削指磨粒切削刃与磨屑接触部分的温度，是磨削过程中温度最高的部位，瞬程中温度最高的部位，瞬时可达可达1000C左右。它左右。它不但影响加工外表不但影响加工外表质量，量，还与砂与砂轮的磨的磨损等关系等关系亲密。密。n3磨削区温度磨削区温度A是砂是砂轮与工件接触区的平与工件接触区的平均温度，普通有均温度，普通有500800，它将引起磨削外表，它将引起磨削外表的的烧伤和裂和裂纹的的产生。生。2.5.2 磨削温度磨削温度n图2.33 磨削温度2.5.2 磨削温度磨削温度n2. 影响磨削温度的主要要素n1砂轮速度v 砂轮速度增大，单位时间内的任务磨粒数将增多，单个磨粒的切削厚度变小，挤压和摩擦作用加剧，滑擦热显著增多。此外还会使磨粒在工件外表的滑擦次数增多。一切这些，都将促使磨削温度的升高。n2工件速度vw 工件速度增大就是热源挪动速度增大，工件外表温度能够有所降低，但不明显。这是由于工件速度增大后，增大了金属切除量，从而添加了发热量。 2.5.2 磨削温度磨削温度n3径向进给量径向进给量fp 径向进给量的增大，将导致径向进给量的增大，将导致磨削过程中磨削变形力和摩擦力的增大，从而引起磨削过程中磨削变形力和摩擦力的增大，从而引起发热量的增多和磨削温度的升高。发热量的增多和磨削温度的升高。n4工件资料工件资料 金属的导热性越差，那么磨削区金属的导热性越差，那么磨削区的温度越高。的温度越高。 n5砂轮硬度与粒度砂轮硬度与粒度 用软砂轮磨削时的磨削温用软砂轮磨削时的磨削温度低；反之那么磨削温度高。度低；反之那么磨削温度高。 2.5.3砂轮的磨损与修整砂轮的磨损与修整n1. 砂轮磨损的形状n砂轮磨损包含磨粒的磨耗磨损、磨粒破碎和零落磨损等三种形状(图2.34)。n磨耗磨损是由于磨粒与工件之间的摩擦、粘结和分散而引起的，普通发生在磨粒与工件的接触处(图2.34中的A处)。开场时，在磨粒刃尖上出现一磨损的微小平面，当微小平面逐渐增大时，磨刃就无法顺利切人工件，而只是在工件外表产生挤压作用，从而使磨削热添加，磨削过程恶化。磨粒破碎发生在一个磨粒的内部(图2.34中的B一B处)。磨粒在磨削过程中，在多次急热急冷作用下，外表构成极大的热应力，而导致部分破碎。磨粒的热传导系数越小，热膨胀系数越大，那么越容易破碎。零落磨损(图2.34中的CC处)的难易主要取决于结合剂的强度。 2.5.3砂轮的磨损与修整砂轮的磨损与修整n图2.34 砂轮磨损的三种形状n1-切屑 2结合剂 3磨粒A磨耗磨损 B磨粒破碎 C零落磨损2.5.3砂轮的磨损与修整砂轮的磨损与修整n2. 砂轮的修整n砂轮虽有一定的自砺性，例如粗磨时砂轮的磨削外表就是靠自砺更新的，但在普通条件下不能够完全自砺，因此磨损后必需及时修整，以获得良好的外表形貌，保证其磨削性能。n砂轮的修整应起到两个作用：一是去除外层已钝化的磨粒或去除已被磨屑堵塞了的一层磨粒，使新的磨粒显显露来；二是使砂轮修整后具有足够数量的有效切削刃，从而提高已加工外表质量。 2.5.3砂轮的磨损与修整砂轮的磨损与修整n砂砂轮修整的方法有修整的方法有单粒金粒金刚石修整、金石修整、金刚石粉末石粉末烧结型修整型修整器修整和金器修整和金刚石超声波修整等。修整石超声波修整等。修整时修整器修整器应安装在低于安装在低于砂砂轮中心中心0.51.5mm处图2.35，以防止振，以防止振动及金及金刚石石“啃入砂入砂轮而划而划伤砂砂轮外表。外表。n砂砂轮的修整用量有修整的修整用量有修整导程、修整深度、修整次数和光修次程、修整深度、修整次数和光修次数。修整数。修整导程越小，工件外表粗糙度程越小，工件外表粗糙度值越低。通常取修整越低。通常取修整导程程为1015mmmin，修整深度，修整深度为2.5单行程，普通修行程，普通修去去0.05mm就可恢复砂就可恢复砂轮的磨削性能。的磨削性能。2.5.3砂轮的磨损与修整砂轮的磨损与修整n图2.35修整砂轮时金刚石的安装位置2.5.4磨削方法磨削方法n磨削加工的运用范围很广，方法也很多，主要有以下方法：磨削加工的运用范围很广，方法也很多，主要有以下方法：n1按磨削的外表外形，有外圆面磨削、内圆面磨削、平面磨削和成按磨削的外表外形，有外圆面磨削、内圆面磨削、平面磨削和成形面磨削。形面磨削。n2按磨削时工件的装夹方式，有中心磨削、平面磨削、无心磨削。按磨削时工件的装夹方式，有中心磨削、平面磨削、无心磨削。n有中心磨削时，工件的装夹要以工件的轴心为定位基准，如在普通内圆有中心磨削时，工件的装夹要以工件的轴心为定位基准，如在普通内圆磨床、普通外圆磨床、万能外圆磨床等机床上磨削时，都是有中心磨削。磨床、普通外圆磨床、万能外圆磨床等机床上磨削时，都是有中心磨削。n无心外圆磨削时，工件放在砂轮与导轮之间，且工件中心高于砂轮和导无心外圆磨削时，工件放在砂轮与导轮之间，且工件中心高于砂轮和导轮的中心线轮的中心线0.150.25dd工件直径，不用顶尖支撑，以被磨工件直径，不用顶尖支撑，以被磨削外圆外表作定位基准，支撑在托板上见图削外圆外表作定位基准，支撑在托板上见图2.36a，砂轮和导轮的，砂轮和导轮的旋转方向一样，砂轮的旋转速度很大，而导轮那么依托摩擦力限制工件旋转方向一样，砂轮的旋转速度很大，而导轮那么依托摩擦力限制工件的旋转，使工件的圆周速度根本上等于导轮的线速度，使砂轮和导轮间的旋转，使工件的圆周速度根本上等于导轮的线速度，使砂轮和导轮间构成很大的速度差，产生磨削作用。构成很大的速度差，产生磨削作用。2.5.4磨削方法磨削方法n图2.36无心外圆磨床加工方法n1砂轮2工件3导轮 4托板5挡块2.5.4磨削方法磨削方法n3按磨削的送进方式，有纵磨贯穿磨和横磨切入磨。按磨削的送进方式，有纵磨贯穿磨和横磨切入磨。n当被磨削工件外表的轴向尺寸大于砂轮的宽度时，就必需有沿着工件轴当被磨削工件外表的轴向尺寸大于砂轮的宽度时，就必需有沿着工件轴线方向的送进运动见图线方向的送进运动见图2.36b及及1.16a、b、d、e，这种磨削称为纵，这种磨削称为纵磨或称贯穿磨。磨或称贯穿磨。n当被磨削工件外表的轴向尺寸小于砂轮的宽度时，可以采用横磨或称切当被磨削工件外表的轴向尺寸小于砂轮的宽度时，可以采用横磨或称切入磨见图入磨见图2.36c及及1.16c。 n4按磨削加工精度，有普通磨削和高精度磨削。按磨削加工精度，有普通磨削和高精度磨削。n普通磨削的加工精度可达普通磨削的加工精度可达IT8IT6，外表粗糙度值为，外表粗糙度值为1.250.63m。高精度磨削又可分为精细磨削值为。高精度磨削又可分为精细磨削值为0.160.06m、超精细磨削值为超精细磨削值为0.040.02m和镜面磨削值为和镜面磨削值为0.01m，磨削后工件的尺寸精度可达，磨削后工件的尺寸精度可达IT5。2.5.4磨削方法磨削方法n5按磨削的消按磨削的消费率，有普通磨削、高速磨削、率，有普通磨削、高速磨削、强力磨削力磨削和砂和砂带磨削。磨削。n普通磨削普通磨削时砂砂轮的的线速度速度3035ms，磨削深度，磨削深度0.02mm，0.055ms。高速磨削。高速磨削时，砂，砂轮的的线速度大于速度大于45ms，与普通磨削相比，消，与普通磨削相比，消费率可提高率可提高3040。强力磨削就是以大的磨削深度一次切深达力磨削就是以大的磨削深度一次切深达130mm和和较小的小的进给量量0.0020.005mm进展磨削，展磨削，可直接从毛坯或可直接从毛坯或实体上磨出加工面。体上磨出加工面。n砂砂带磨削是根据被加工外表的外形，磨削是根据被加工外表的外形，选择相相应的接触方式，的接触方式，在一定的在一定的压力作用下，使高速运力作用下，使高速运动的砂的砂带与工件接触与工件接触产生摩生摩擦，将加工外表的余量磨去的新工擦，将加工外表的余量磨去的新工艺图2.37。 2.5.4磨削方法磨削方法n图2.37砂带磨削n1传送带2工件3砂带4涨紧轮 5压轮6支承板7导轮2.6 刀具几何参数与切削用量的选择刀具几何参数与切削用量的选择n2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n2.6.2 切削用量的选择切削用量的选择2.6 刀具几何参数与切削用量的选择刀具几何参数与切削用量的选择n刀具的几何参数与切削用量的合理选择，对保证刀具的几何参数与切削用量的合理选择，对保证质量，提高消费率，降低加工本钱有着非常重要质量，提高消费率，降低加工本钱有着非常重要的影响的影响2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n刀具几何参数可分为两类，一类是刀具角度参数，另一类是刀具几何参数可分为两类，一类是刀具角度参数，另一类是刀具刃型尺寸参数。各参数之间存在着相互依赖、相互制约刀具刃型尺寸参数。各参数之间存在着相互依赖、相互制约的作用，因此应综合思索各种参数，以便进展合理的选择。的作用，因此应综合思索各种参数，以便进展合理的选择。虽然刀具资料的优选对于切削过程的优化具有关键作用，但虽然刀具资料的优选对于切削过程的优化具有关键作用，但是，假设刀具几何参数的选择不合理也会使刀具资料的切削是，假设刀具几何参数的选择不合理也会使刀具资料的切削性能得不到充分的发扬。性能得不到充分的发扬。n在保证加工质量的前提下，可以满足刀具运用寿命长、消费在保证加工质量的前提下，可以满足刀具运用寿命长、消费效率高、加工本钱低的刀具几何参数，称为刀具的合理几何效率高、加工本钱低的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。参数。2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n1. 选择刀具几何参数应思索的要素n1工件资料 要思索工件资料的化学成分、制造方法、热处置形状、物理和机械性能(包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系数等)，还有毛坯表层情况、工件的外形、尺寸、精度和外表质量要求等。n2刀具资料和刀具构造 思索刀具资料的化学成分、物理和机械性能(包括硬度、抗弯强度、冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数)，还要思索刀具的构造方式，如整体式，还是焊接式或机夹式。n3详细的加工条件 思索机床、夹具的情况，工艺系统刚性及功率大小，切削用量和切削液性能等。 2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n2. 刀具角度的选择n1前角及前面的选择n1前刀面型式：有平面型、曲面型和带倒棱型三种(如图2.38)。n平面型前刀面：制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。n曲面型前刀面：起卷刃作用，并有助于断屑和排屑。故主要用于粗加工塑性金属刀具和孔加工刀具。如丝锥、钻头。n带倒棱型前刀面：是提高刀具强度和刀具耐用度的有效措施。n2前角的功用：前角影响切削过程中的变形和摩擦，同时还影响刀具的强度n3前角的选用原那么：在刀具强度答应条件下，尽能够选用大的前角。n表2.3为硬质合金车刀前角的合理值。 2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n图2.38前刀面型式2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n2后角副后角、后刀面的后角副后角、后刀面的选择n1后角的功用：后角后角的功用：后角o的主要功用是减小后刀面与工件的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后的摩擦和后刀面的磨刀面的磨损，其大小，其大小对刀具耐用度和加工外表刀具耐用度和加工外表质量都有很大影响。后角量都有很大影响。后角同同时还影响刀具的影响刀具的强度。度。n2后角的后角的选用原那么：增大后角用原那么：增大后角(副后角副后角)，可减，可减轻刀具后面与刀具后面与过渡外表渡外表之之间的摩擦，使刀具磨的摩擦，使刀具磨损减小，寿命提高。故后角不能取减小，寿命提高。故后角不能取负值。增大后。增大后角，角，还可使切削刃更可使切削刃更锋利，有利于改善加工外表利，有利于改善加工外表质量。但后角量。但后角过大，刀大，刀具的楔角会太小，刃区具的楔角会太小，刃区强度降低，散度降低，散热效果减小，刀具磨效果减小，刀具磨损加快，反而加快，反而会使刀具耐用度降低。因此，后角也存在一个合理会使刀具耐用度降低。因此，后角也存在一个合理值。粗加工以确保刀。粗加工以确保刀具具强度度为主，可在主，可在4o6o范范围内内选取；精加工以加工外表取；精加工以加工外表质量量为主，常主，常取取8o12o。n表表2.4为硬硬质合金合金车刀后角的合理刀后角的合理值。2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n3后面的型式后面的型式n双重后面双重后面 为保保证刃口刃口强度，减少刃磨后面的任度，减少刃磨后面的任务量，常量，常在在车刀后面磨出双重后角，如刀后面磨出双重后角，如图2.40a所示。所示。n消振棱消振棱 为了添加后面与了添加后面与过渡外表之渡外表之间的接触面的接触面积，添加，添加阻尼作用，消除振阻尼作用，消除振动，可在后面上刃磨出一条有，可在后面上刃磨出一条有负后角的倒后角的倒棱，称棱，称为消振棱消振棱图2.40b。其参数。其参数为=0.10.3mm，=520。n刃刃带 对一些定尺寸刀具如一些定尺寸刀具如钻头、绞刀等，刀等，为便于控便于控制刀具尺寸，防止重磨后尺寸精度的制刀具尺寸，防止重磨后尺寸精度的变化，常在后面上刃磨化，常在后面上刃磨出后角出后角为0的小棱的小棱边，称，称为刃刃带(图2.40c)。 2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n图2.40 后面型式2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n3主偏角、副偏角及主偏角、副偏角及过渡刃的渡刃的选择n1)主偏角和副偏角的功用主偏角和副偏角的功用 n影响已加工外表的残留面影响已加工外表的残留面积高度高度 减小主偏角和副偏角，可以减小已减小主偏角和副偏角，可以减小已加工外表粗糙度，特加工外表粗糙度，特别是副偏角是副偏角对已加工外表粗糙度影响更大。已加工外表粗糙度影响更大。n影响切削影响切削层外形外形 主偏角直接影响切削刃任主偏角直接影响切削刃任务长度和度和单位位长度切削刃度切削刃上的切削上的切削负荷。在切削深度和荷。在切削深度和进给量一定的情况下，增大主偏角，切削量一定的情况下，增大主偏角，切削宽度减小，切削厚度增大，切削刃度减小，切削厚度增大，切削刃单位位长度上的度上的负荷随之增大。荷随之增大。 n影响切削分力的大小和比例关系影响切削分力的大小和比例关系 增大主偏角可减小背向力增大主偏角可减小背向力Fp ，但，但增大了增大了进给力力Ff 。 n影响刀尖角的大小影响刀尖角的大小 主偏角和副偏角共同决主偏角和副偏角共同决议了刀尖角了刀尖角 r，故直接影，故直接影响刀尖响刀尖强度、度、导热面面积和容和容热体体积。n影响断屑效果和排屑方向影响断屑效果和排屑方向 增大主偏角，切屑增大主偏角，切屑变厚厚变窄，容易折断。窄，容易折断。2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n2)主偏角的主偏角的选择n在工在工艺系系统刚性很好性很好时，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工外，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工外表粗糙度，所以表粗糙度，所以r宜取小宜取小值；n在工件在工件刚性性较差差时，为防止工件的防止工件的变形和振形和振动，应选用用较大的主偏角。大的主偏角。n3副偏角的副偏角的选择 n普通情况下，普通情况下，选取取较小的副偏角，以减小副切削刃和副后刀面与工件已小的副偏角，以减小副切削刃和副后刀面与工件已加工外表之加工外表之间的摩擦和防止切削振的摩擦和防止切削振动。n4过渡刃的型式渡刃的型式n在主切削刃与副切削刃之在主切削刃与副切削刃之间有一条有一条过渡刃，如渡刃，如图2.41所示。所示。过渡刃有直渡刃有直线过渡刃和渡刃和圆弧弧过渡刃两种。渡刃两种。过渡刃的作用是提高刀具渡刃的作用是提高刀具强度、延伸刀具度、延伸刀具耐用度，降低外表粗糙度。耐用度，降低外表粗糙度。2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n4刃刃倾角的角的选择n1刃刃倾角的功用角的功用n刃刃倾角角s主要影响刀主要影响刀头的的强度和切屑流度和切屑流动的方向的方向见图2.42。n2刃刃倾角角s选用原那么：主要根据刀具用原那么：主要根据刀具强度、流屑方向和度、流屑方向和加工条件而定。加工条件而定。n粗加工粗加工时，为提高刀具提高刀具强度，度，s取取负值；精加工；精加工时，为不使不使切屑划切屑划伤已加工外表，已加工外表，s常取正常取正值或或0。2.6.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n图2.42 刃倾角对切屑流向的影响2.6.2 切削用量的选择切削用量的选择n切削用量不切削用量不仅是在机床是在机床调整前必需确定的重要参数，而且其整前必需确定的重要参数，而且其数数值合理与否合理与否对加工加工质量、加工效率、消量、加工效率、消费本本钱等有着非常等有着非常重要的影响。所重要的影响。所谓“合理的切削用量是指充分利用刀具切合理的切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床削性能和机床动力性能功率、扭矩，在保力性能功率、扭矩，在保证质量的前提量的前提下，下，获得高的消得高的消费率和低的加工本率和低的加工本钱的切削用量。的切削用量。n切削用量切削用量选择原那么：能到达零件的原那么：能到达零件的质量要求主要指外表量要求主要指外表粗糙度和加工精度并在工粗糙度和加工精度并在工艺系系统强度和度和刚性允性允许下及充分下及充分利用机床功率和利用机床功率和发扬刀具切削性能的前提下刀具切削性能的前提下选取一取一组最大的最大的切削用量。切削用量。2.6.2 切削用量的选择切削用量的选择n1确定切削用量时思索的要素确定切削用量时思索的要素n1消费率消费率 n2机床功率机床功率 n3刀具寿命刀具的耐用度刀具寿命刀具的耐用度T n4 加工外表粗糙度加工外表粗糙度 n2制定切削用量的原那么制定切削用量的原那么n粗加工时，普通以提高消费效率为主，但也应思索经济性和粗加工时，普通以提高消费效率为主，但也应思索经济性和加工本钱；半精加工和精加工时，那么以保证加工质量为前加工本钱；半精加工和精加工时，那么以保证加工质量为前提，并兼顾切削效率、经济性和加工本钱。提，并兼顾切削效率、经济性和加工本钱。n表表2.5为在上述限制条件下制定的粗车进给量。为在上述限制条件下制定的粗车进给量。 2.6.2 2.6.2 切削用量的选择切削用量的选择切削用量的选择切削用量的选择2.6.2 切削用量的选择切削用量的选择n在半精加工和精加工时，进给量主要遭到外表粗糙度的限在半精加工和精加工时，进给量主要遭到外表粗糙度的限制，表制，表2.6为按照外表粗糙度制定的进给量。为按照外表粗糙度制定的进给量。n3提高切削用量的途径提高切削用量的途径 n1采用切削性能更好的新型刀具资料；采用切削性能更好的新型刀具资料；n2在保证工件机械性能的前提下，改善工件资料的加工在保证工件机械性能的前提下，改善工件资料的加工性；性；n3改善冷却光滑条件；改善冷却光滑条件；n4改良刀具构造，提高刀具制造质量。改良刀具构造，提高刀具制造质量。2.6.2 切削用量的选择切削用量的选择2.7 实实 训训n2.7.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算2.7.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n1. 实训标题n在普通卧式车床上用反向进给法车削45钢细长轴，刀具牌号为YT15，加工时运用跟刀架和弹性顶尖，试确定刀具的几何参数。n2. 实训目的n刀具几何参数的合理选择。n3. 实训过程n分析加工特点，根据加工特点选择合理的刀具几何参数。n工件资料为45钢，加工性能好，细长轴的加工特点是刚性差，加工过程易产生弯曲和振动，因此要尽量减小背向力。 2.7.1 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择n详细分析和分析和选择如下：如下：n取取o=2830，r75减小背向力；减小背向力；n由于前角由于前角较大，大，为添加刃口的添加刃口的强度，度，应修磨出修磨出负倒棱，取倒棱，取br1=0.51.0mm, o1=-10。后角和刃。后角和刃倾角不能太大取角不能太大取o6、s=3。n由于主偏角由于主偏角较大，大，为加加强刀尖的刀尖的强度，采用修度，采用修圆刀尖，取刀尖，取1.52mm。n为保保证断屑可靠，前刀面断屑可靠，前刀面应磨出磨出宽LBn=46mm，圆弧半径弧半径rBn=2.5mm的卷屑槽。的卷屑槽。n4. 实训总结n选择刀具的几何参数要根据工件的加工特点。刀具的几何参数要根据工件的加工特点。2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算n1. 实训标题n有一轴，加工精度要求为9级；外表粗糙度为Ra3.2um，资料为45号热轧钢，b0.637GPa,毛坯尺寸为50mm350mm, 加工尺寸为44mm300mm。在普通卧式车床CA6140上加工，运用焊接式硬质合金YT15车刀，刀杆截面尺寸为1625mm；几何参数：o=15, o8, r75, r10, s=6, 1mm, br1=0.3mm, o1=-10。其加工方案为：粗车半精车。试确定1.粗车和半精车时合理的切削用量；2.假设要磨削外圆，试确定磨削加工时的砂轮和切削液。n2. 实训目的n切削用量、砂轮及切削液的合理选择。 2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算n3. 实训过程n根据加工要求，选择切削用量参考有关工艺手册。n解：1n粗车n(1) 确定背吃刀量毛坯余量单边为3mm，粗车取2.5mm。n(2) 确定进给量f 根据工件资料、刀杆截面尺寸、工件直径及背吃刀量，从表2.5中查得f0.40.5mm/r。按机床阐明书中实有的进给量，取f0.51mm/r。2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算n(3) 校校验进给机构机构强度度查有关工有关工艺手册得手册得单位切削力位切削力kc=1962N/mm2,进给量量对单位切削力的影响修正系数位切削力的影响修正系数kfkc=0.925,求得切削力求得切削力为nFc=kcfkfkcn=19622.50.510.925Nn=2314Nn查有关手册得，当有关手册得，当1mm时,krFf=0.81；当；当r75时，Ff/Fc=0.5，故，故进给力力为n Ff=(Ff/Fc)FckrFfn =0.523410.81Nn =948.1Nn 从机床从机床阐明明书中中查得机床得机床进给机构允机构允许的的进给抗力抗力为FfMmax=3528N。故。故机床机床进给机构机构强度足度足够，所，所选进给量量f0.51mm/r可以运用。可以运用。2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算n(4) 确定切削速度查表确定切削速度查表2.7得得vc=90m/min。计算机床主轴的转速为：。计算机床主轴的转速为：n按机床阐明书选取实践的机床转速为按机床阐明书选取实践的机床转速为560r/min，此时的实践切削速度为，此时的实践切削速度为2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算n(5) 校验机床功率校验机床功率 从阐明书上可知从阐明书上可知,该机该机床电机的功率为床电机的功率为7.8kW，取机床效率，取机床效率0.8，那么此时该机床允许的最大切削速度，那么此时该机床允许的最大切削速度(按按式式2-25)为：为：2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算n3) 半精车半精车n(1) 确定背吃刀量确定背吃刀量ap=0.5mm。n(2) 确定进给量精加工和半精加工应根据外表粗糙度值确定进给量精加工和半精加工应根据外表粗糙度值来选，由于要求的外表粗糙度为来选，由于要求的外表粗糙度为Ra3.2um，1mm，查，查表表2.6预估切削速度预估切削速度vc50m/min得得f0.30.35mm/r。按机床阐明书中实有的进给量，取。按机床阐明书中实有的进给量，取f0.3mm/r。n(3) 确定切削速度根据知条件和已确定的确定切削速度根据知条件和已确定的ap和和f值，查表值，查表2.7得得vc=130m/min。算出机床转速：。算出机床转速：2.7.2 切削用量的选择和计算切削用量的选择和计算n按机床按机床阐明明书选取机床取机床实践践转速速为900r/min，此，此时的的实践切削速度践切削速度为：n此此题的的结果果为：n粗粗车切削用量切削用量ap=2.5mm，f0.51mm/r，vc=87.9m/minn半精半精车切削用量切削用量ap=0.5mm，f0.3mm/r，vc=127.2m/minn解解2n假假设要磨削外要磨削外圆，砂，砂轮可用可用40010012760J5V35；切削液可；切削液可选普通乳化液。普通乳化液。n4. 实训总结n确定切削用量确定切削用量时，首先要确定机床，根据机床，首先要确定机床，根据机床实有的有的转速，最后得出速，最后得出实践的切削速度。践的切削速度。2.8 习习 题题n2.1单项选择题：n1. 影响刀具的锋利程度、减小切削变形、减小切削力的刀具角度是：n主偏角；前角；副偏角；刃倾角；后角。n2. 影响切削层参数、切削分力的分配、刀尖强度及散假设情况的刀具角度是：n主偏角；前角；副偏角；刃倾角；后角。n2.2多项选择题：n1.对刀具前角的作用和大小，正确的说法有：n控制切削流动方向；使刀刃锋利，减少切屑变形；影响刀尖强度及散热情况；影响各切削分力的分配比例；减小切屑变形，降低切削力；受刀刃强度的制约，其数值不能过大。n2.对于刀具主偏角的作用，正确的说法有：n影响刀尖强度及散热情况； 减小刀具与加工外表的摩擦； 控制切屑的流动方向；使切削刃锋利，减小切削变形； 影响切削层参数及切削分力的分配；影响主切削刃的平均负荷与散热情况。2.8 习习 题题n2.3判别题：n ( )1.刀具主偏角具有影响背向力切深抗力、刀尖强度、刀具散热情况及主切削刃平均负荷大小的作用。n( )2.加工塑性资料与加工脆性资料相比，应选用较小的前角和后角。n2.4问答题：n1切屑变形程度是怎样表示的？ n2影响切削变形的要素有哪些，分别是怎样影响切削变形的？ n2.5实作题：n在6140车床上车削不断径为d1030mm的细长轴长径比大于10，资料为经调质处置的45钢，硬度为229HBS。试确定刀具资料及刀具几何参数。Q & A?Thanks!