機(jī)械制造基礎(chǔ)第7章金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí)

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1、機(jī) 械 制 造 基 礎(chǔ) 第 7章 金 屬 切 削 加 工 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 金 屬 切 削 加 工 就 是 利 用 工 件 和 刀 具 之 間 的 相 對 （ 切削 ） 運(yùn) 動(dòng) ， 用 刀 具 上 的 切 削 刃 切 除 工 件 上 的 多 余 金 屬 層 ，從 而 獲 得 具 有 一 定 加 工 質(zhì) 量 零 件 的 過 程 。 由 此 可 見 ， 理解 零 件 加 工 質(zhì) 量 的 概 念 ； 掌 握 切 削 運(yùn) 動(dòng) 和 金 屬 切 削 刀 具的 基 本 知 識(shí) ； 認(rèn) 識(shí) 金 屬 切 削 過 程 的 基 本 規(guī) 律 是 學(xué) 習(xí) 金 屬切 削 加 工 的 基 本 內(nèi) 容 。 7.1 加 工 質(zhì)

2、量 為 了 保 證 機(jī) 電 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 ， 設(shè) 計(jì) 時(shí) 應(yīng) 對 零 件 提 出 加 工 質(zhì)量 的 要 求 ， 機(jī) 械 零 件 的 加 工 質(zhì) 量 包 括 加 工 精 度 和 表 面 質(zhì) 量 兩方 面 ， 它 們 的 好 壞 將 直 接 影 響 產(chǎn) 品 的 使 用 性 能 、 使 用 壽 命 、外 觀 質(zhì) 量 、 生 產(chǎn) 率 和 經(jīng) 濟(jì) 性 。 7.1.1加 工 精 度 經(jīng) 機(jī) 械 加 工 后 ， 零 件 的 尺 寸 、 形 狀 、 位 置 等 參 數(shù) 的 實(shí) 際 數(shù) 值 與 設(shè) 計(jì) 理想 值 的 符 合 程 度 稱 為 機(jī) 械 加 工 精 度 ， 簡 稱 加 工 精 度 。 實(shí) 際 值

3、 與 理 想 值 相 符 合 的 程 度 越 高 ， 即 偏 差 （ 加 工 誤 差 ） 越 小 ， 加 工 精度 越 高 。加 工 精 度 包 括 尺 寸 精 度 、 形 狀 精 度 和 位 置 精 度 。 零 件 圖 上 ， 對 被 加 工 件的 加 工 精 度 要 求 常 用 尺 寸 公 差 、 形 狀 公 差 和 位 置 公 差 來 表 示 。 （ 1） 尺 寸 精 度 是 指 加 工 表 面 本 身 的 尺 寸 (如 圓 柱 面 的 直 徑 )和 表 面 間 的 尺 寸 (如 孔 間距 離 等 )的 精 確 程 度 。尺 寸 精 度 的 高 低 ， 用 尺 寸 公 差 的 大 小 來

4、 表 示 。尺 寸 公 差 是 尺 寸 允 許 的 變 動(dòng) 量 ， 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T1800. 3-1998 極 限 與 配合 中 規(guī) 定 ， 尺 寸 公 差 分 20個(gè) 等 級(jí) ， 即 IT01、 IT0、 IT1、 IT2IT18。IT后 面 的 數(shù) 字 代 表 公 差 等 級(jí) ， 數(shù) 字 愈 大 ， 公 差 等 級(jí) 越 低 ， 公 差 值 越 大 ， 尺寸 精 度 越 低 。在 零 件 圖 上 ， 通 常 只 規(guī) 定 尺 寸 公 差 ， 對 要 求 較 高 的 零 件 ， 除 了 規(guī) 定 尺 寸公 差 外 ,還 要 規(guī) 定 形 狀 和 位 置 公 差 。 （ 2） 形 狀 精 度

5、 是 指 零 件 加 工 后 的 表 面 與 理 想 表 面 在 形 狀 上 相 接 近 的 程 度 。常 用 的 有 直 線 度 、 平 面 度 、 圓 度 、 圓 柱 度 、 線 輪 廓 度 和 面 輪 廓 度 等 。 （ 3） 位 置 精 度 是 指 零 件 加 工 后 的 表 面 、 軸 線 或 對 稱 平 面 之 間 的 實(shí) 際 位 置 與 理 想 位置 接 近 的 程 度 。常 用 的 有 平 行 度 、 垂 直 度 、 同 軸 度 、 對 稱 度 等 。 機(jī) 械 加 工 精 度 愈 高 ， 加 工 費(fèi) 用 也 愈 高 。 每 種 加 工 方 法 在 正常 條 件 下 所 能 達(dá)

6、到 的 加 工 精 度 范 圍 稱 為 經(jīng) 濟(jì) 精 度 。 7.1.2 表 面 質(zhì) 量 主 要 是 指 零 件 加 工 后 的 表 面 粗 糙 度 以 及 表 面 層 材 質(zhì) 的 變 化 。 主 要 包 括 ：表 面 粗 糙 度表 面 層 材 質(zhì) 的 變 化 （ 1） 表 面 粗 糙 度 表 面 粗 糙 度 是 指 在 切 削 加 工 中 ， 由 于 刀 痕 、 塑 性 變 形 、 振 動(dòng) 和 摩 擦等 原 因 ， 會(huì) 使 加 工 表 面 產(chǎn) 生 微 小 的 峰 谷 ， 這 些 微 小 峰 谷 的 高 低 程 度和 間 距 狀 況 稱 為 表 面 粗 糙 度 。表 面 粗 糙 度 對 零 件

7、的 耐 磨 性 、 抗 腐 蝕 性 和 配 合 性 質(zhì) 等 有 很 大 影 響 。 它直 接 影 響 機(jī) 器 的 使 用 性 能 和 壽 命 。國 家 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T1031-2009規(guī) 定 了 表 面 粗 糙 度 的 評(píng) 定 參 數(shù) 及 其 數(shù) 值 。 常 用的 評(píng) 定 表 面 粗 糙 度 的 參 數(shù) 是 輪 廓 算 術(shù) 平 均 偏 差 Ra值 。一 般 來 說 ， 零 件 的 表 面 粗 糙 度 越 小 ， 零 件 的 使 用 性 能 越 好 ， 壽 命 也 越長 ， 但 零 件 的 制 造 成 本 也 會(huì) 相 應(yīng) 增 加 。 （ 2） 表 面 層 材 質(zhì) 的 變 化 是 指 零 件 加

8、 工 后 在 表 面 層 內(nèi) 出 現(xiàn) 不 同 于 基 體 材 料 的 力 學(xué) 、 冶 金 、 物 理及 化 學(xué) 性 能 的 變 質(zhì) 層 。具 體 表 現(xiàn) 為 加 工 硬 化 、 金 相 組 織 變 化 、 殘 余 應(yīng) 力 產(chǎn) 生 、 熱 損 傷 、 疲 勞 強(qiáng) 度變 化 及 耐 腐 蝕 性 下 降 等 。 在 滿 足 零 件 使 用 性 能 要 求 和 后 續(xù) 工 序 要 求 的 前 提 下 ， 盡 可 能 選用 較 低 的 精 度 等 級(jí) 和 較 大 的 表 面 粗 糙 度 值 。在 確 定 零 件 加 工 精 度 和 表 面 粗 糙 度 時(shí) ， 總 的 原 則 是 ： 7.2 切 削 運(yùn)

9、動(dòng)7.2.1 切 削 運(yùn) 動(dòng) 切 削 加 工 時(shí) ,為 了 獲 得 各 種 形 狀 的 零 件 ,刀 具 與 工 件 必 須 具 有 一 定 的相 對 運(yùn) 動(dòng) ,我 們 將 這 種 相 對 運(yùn) 動(dòng) 為 切 削 運(yùn) 動(dòng) 。 切 削 運(yùn) 動(dòng) 按 其 所 起 的 作 用 可 分 為 ：主 運(yùn) 動(dòng)進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) （ 1） 主 運(yùn) 動(dòng) 主 運(yùn) 動(dòng) 是 使 刀 具 和 工 件 之 間 產(chǎn) 生 相 對 運(yùn) 動(dòng) ， 從 而 使 刀 具 前 面 接 近 工 件實(shí) 現(xiàn) 切 削 的 運(yùn) 動(dòng) 。 主 運(yùn) 動(dòng) 的 特 點(diǎn) 速 度 最 高 ， 消 耗 的 功 率 最 大 。（ 2） 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 由 機(jī) 床 或 人 力

10、 提 供 的 運(yùn) 動(dòng) ， 它 使 刀 具 與 工 件 間 產(chǎn) 生 附 加 的 相 對 運(yùn) 動(dòng) ，進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 將 使 被 切 金 屬 層 不 斷 地 投 入 切 削 ， 以 加 工 出 具 有 所 需 幾 何特 性 的 已 加 工 表 面 。 主 運(yùn) 動(dòng) 的 運(yùn) 動(dòng) 形 式 可 以 是 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 也 可 以 是 直 線 運(yùn) 動(dòng) ；主 運(yùn) 動(dòng) 可 以 由 工 件 完 成 ， 也 可 以 由 刀 具 完 成 ；主 運(yùn) 動(dòng) 和 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 可 以 同 時(shí) 進(jìn) 行 ， 也 可 以 間 歇 進(jìn) 行 ； 主 運(yùn) 動(dòng) 通 常 只 有 一 個(gè) ， 而 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 的 數(shù) 目 可 以 有 一

11、 個(gè) 或 幾 個(gè) 。 （ 3） 主 運(yùn) 動(dòng) 和 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 的 合 成 當(dāng) 主 運(yùn) 動(dòng) 和 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 同時(shí) 進(jìn) 行 時(shí) ， 切 削 刃 上 某 一點(diǎn) 相 對 于 工 件 的 運(yùn) 動(dòng) 為 合成 運(yùn) 動(dòng) ， 常 用 合 成 速 度 向量 ve來 表 示 ， 如 圖 所 示 。 7.2.2 工 件 表 面 切 削 加 工 過 程 中 ， 在 切 削 運(yùn) 動(dòng) 的 作 用 下 ， 工 件 表 面 一層 金 屬 不 斷 地 被 切 下 來 變 為 切 屑 ， 從 而 加 工 出 所 需 要 的 新的 表 面 ， 在 新 表 面 形 成 的 過 程 中 ， 工 件 上 有 三 個(gè) 依 次 變 化著

12、 的 表 面 ， 它 們 分 別 是 ： 待 加 工 表 面 即 將 被 切 去 金 屬 層 的 表 面 ； 切 削 表 面 切 削 刃 正 在 切 削 而 形 成 的 表 面 , 切 削 表 面 又 稱 加 工 表 面 或 過渡 表 面 ； 已 加 工 表 面 已 經(jīng) 切 去 多 余 金 屬 層 而 形 成 的 新表 面 。 7.2.3 切 削 用 量 切 削 用 量 是 用 來 表 示 切 削 加 工 中 主 運(yùn) 動(dòng) 和 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) 的 數(shù) 量 。 切 削 用 量 包 括 ：切 削 速 度進(jìn) 給 量背 吃 刀 量 三 個(gè) 要 素 。 （ 1） 切 削 速 度 vc 在 切 削

13、加 工 時(shí) ， 切 削 刃 選 定 點(diǎn) 相 對 于 工 件 主 運(yùn) 動(dòng) 的 瞬 時(shí) 速 度 稱 為 切削 速 度 ， 它 表 示 在 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 工 件 和 刀 具 沿 主 運(yùn) 動(dòng) 方 向 相 對 移 動(dòng) 的距 離 ,單 位 為 m/min或 m/s。主 運(yùn) 動(dòng) 為 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ,切 削 速 度 vc計(jì) 算 公 式 為 : )/min/(1000 smmndv c 或式 中 d 工 件 直 徑 （ mm） n 工 件 或 刀 具 每 分 (秒 )鐘 轉(zhuǎn) 數(shù) (r/min或 r/s) 主 運(yùn) 動(dòng) 為 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ,平 均 切 削 速 度 為 ： )/min/(10002

14、smmnLv rc 或式 中 L一 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 行 程 長 度 (mm) nr一 主 運(yùn) 動(dòng) 每 分 鐘 的 往 復(fù) 次 數(shù) (往 復(fù) 次 數(shù) /min)。 （ 2） 進(jìn) 給 量 f 進(jìn) 給 量 是 刀 具 在 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 方 向 上 相 對 工 件 的 位 移 量 ， 可 用 刀 具 或工 件 每 轉(zhuǎn) 或 每 行 程 的 位 移 量 來 表 述 或 度 量 。 車 削 時(shí) 進(jìn) 給 量 的 單 位 是 mm/r， 即 工 件 每 轉(zhuǎn) 一 圈 ,刀 具 沿 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 方 向 移動(dòng) 的 距 離 。刨 削 等 主 運(yùn) 動(dòng) 為 往 復(fù) 直 線 運(yùn) 動(dòng) ,其 間 歇 進(jìn) 給 的 進(jìn) 給 量

15、 為 mm/雙 行 程 ， 即每 個(gè) 往 復(fù) 行 程 刀 具 與 工 件 之 間 的 相 對 橫 向 移 動(dòng) 距 離 。 單 位 時(shí) 間 的 進(jìn) 給 量 ， 稱 為 進(jìn) 給 速 度 ， 車 削 時(shí) 的 進(jìn) 給 速 度 vf 計(jì) 算 公 式 為 :銑 削 時(shí) ， 由 于 銑 刀 是 多 齒 刀 具 ， 進(jìn) 給 量 單 位 除 mm/r外 ， 還 規(guī) 定 了 每 齒 進(jìn) 給量 ， 用 az表 示 ， 單 位 是 (mm/z)， vf、 f、 az三 者 之 間 的 關(guān) 系 為 ：zanfnv ff )/min/( smmmmfnvf 或z為 多 齒 刀 具 的 齒 數(shù) （ 3） 背 吃 刀 量 （

16、 切 削 深 度 ） ap 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(jìn)給 運(yùn) 動(dòng) 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 ,單 位 為 mm 。 即 ： 2 mwp dda 式 中 dw 待 加 工 表 面 直 徑 dm 已 加 工 表 面 直 徑 7.3 刀 具 切 削 部 分 的 幾 何 角 度 切 削 刀 具 種 類 很 多 ,如車 刀 、 刨 刀 、 銑 刀 和 鉆 頭等 。 它 們 幾 何 形

17、 狀 各 異 ,復(fù)雜 程 度 不 等 ， 但 它 們 切 削部 分 的 結(jié) 構(gòu) 和 幾 何 角 度 都具 有 許 多 共 同 的 特 征 ， 其中 車 刀 是 最 常 用 、 最 簡 單和 最 基 本 的 切 削 工 具 ， 因而 最 具 有 代 表 性 。 其 他 刀具 都 可 以 看 作 是 車 刀 的 組合 或 變 形 。 如 圖 所 示 。 7.3.1 車 刀 的 組 成 車 刀 由 切 削 部 分 、 刀 柄 兩部 分 組 成 。 切 削 部 分 承 擔(dān) 切 削加 工 任 務(wù) ， 刀 柄 用 以 裝 夾 在 機(jī)床 刀 架 上 。 切 削 部 分 是 由 一 些面 、 切 削 刃 組

18、成 。 我 們 常 用 的外 圓 車 刀 是 由 一 個(gè) 刀 尖 、 兩 條切 削 刃 、 三 個(gè) 刀 面 組 成 的 。 如圖 所 示 。 （ 1） 刀 面 前 刀 面 A 刀 具 上 切 屑 流 過 的 表 面 ； 后 刀 面 A 與 工 件 上 切 削 表 面 相 對 的刀 面 ； 副 后 刀 面 A 與 已 加 工 表 面 相 對 的 刀 面 。 （ 2） 切 削 刃 主 切 削 刃 S 前 刀 面 與 后 刀 面 的 交 線 ， 承 擔(dān) 主 要的 切 削 工 作 ； 副 切 削 刃 S 前 刀 面 與 副 后 刀 面 的 交 線 ， 承 擔(dān) 少量 的 切 削 工 作 。 刀 尖 是

19、主 、 副 切 削 刃 相 交 的 一 點(diǎn) ， 實(shí) 際上 該 點(diǎn) 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 ,用 r 表 示 ,如 圖 所 示 。 7.3.2 刀 具 幾 何 角 度 參 考 系 為 了 便 于 確 定 車 刀 上 的 幾 何 角 度 ， 常 選 擇 某 一 參 考 系 作為 基 準(zhǔn) ， 通 過 測 量 刀 面 或 切 削 刃 相 對 于 參 考 系 坐 標(biāo) 平 面 的角 度 值 來 反 映 它 們 的 空 間 方 位 。 刀 具 幾 何 角 度 參 考 系 有 兩 類 ：

20、 刀 具 標(biāo) 注 角 度 參 考 系 刀 具 工 作 角 度 參 考 系 。 （ 1） 刀 具 標(biāo) 注 角 度 參 考 系 刀 具 標(biāo) 注 角 度 參 考 系 是 刀 具 設(shè) 計(jì) 時(shí) 標(biāo) 注 、 刃 磨 和 測 量角 度 的 基 準(zhǔn) ， 在 此 基 準(zhǔn) 下 定 義 的 刀 具 角 度 稱 刀 具 標(biāo) 注 角 度 。為 了 使 參 考 系 中 的 坐 標(biāo) 平 面 與 刃 磨 、 測 量 基 準(zhǔn) 面 一 致 ， 特別 規(guī) 定 了 如 下 假 設(shè) 條 件 。 假 設(shè) 運(yùn) 動(dòng) 條 件 用 主 運(yùn) 動(dòng) 向 量 vc近 似 地 代 替 相 對 運(yùn) 動(dòng) 合 成 速 度 向 量 ve(即vf=0)。 假 設(shè)

21、安 裝 條 件 規(guī) 定 刀 桿 中 心 線 與 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 方 向 垂 直 ； 刀 尖 與 工 件 中 心 等高 。 1） 刀 具 標(biāo) 注 角 度 參 考 系 種 類 根 據(jù) ISO3002/1-1997標(biāo) 準(zhǔn) 推 薦 ， 刀 具 標(biāo) 注 角 度 參 考 系 有 ： 正 交 平 面 參 考 系 法 平 面 參 考 系 假 定 工 作 平 面 參 考 系 三 種 。 2） 正 交 平 面 參 考 系正 交 平 面 參 考 系 由 以 下 三 個(gè) 平 面組 成 ： 基 面 Pr ：通 過 切 削 刃 選 定 點(diǎn) 與 主 運(yùn) 動(dòng) 方 向垂 直 的 平 面 。 基 面 與 刀 具 底 面 平行 。

22、切 削 平 面 Ps：通 過 切 削 刃 選 定 點(diǎn) 與 主 切 削 刃 相切 且 垂 直 于 基 面 Pr的 平 面 。主 剖 面 Po：通 過 切 削 刃 選 定 點(diǎn) 垂 直 于 基 面 Pr 和 切 削 平 面 Ps的 平 面 。主切削刃主后刀面前刀面主剖面 Po A切削平面 Ps基面 Pr 3） 法 平 面 參 考 系 如 圖 所 示 ， 法 平面 參 考 系 由 pr、 ps和法 平 面 pn組 成 。 其 中法 平 面 pn是 過 切 削 刃某 選 定 點(diǎn) 垂 直 于 切 削刃 的 平 面 。 4） 假 定 工 作 平 面 參 考 系 如 圖 所 示 ， 假 定 工 作平 面 參

23、考 系 由 pr、 pf和 pp組 成 。 假 定 工 作 平 面 pf是過 切 削 刃 某 選 定 點(diǎn) 平 行 于假 定 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 并 垂 直 于 基面 的 平 面 。 背 平 面 pp是 過切 削 刃 某 選 定 點(diǎn) 既 垂 直 于假 定 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 又 垂 直 于 基面 的 平 面 。 刀 具 設(shè) 計(jì) 時(shí) 標(biāo)注 、 刃 磨 、 測 量 角 度 最 常用 的 是 正 交 平 面 參 考 系 。 （ 2） 刀 具 工 作 角 度 參 考 系 刀 具 工 作 角 度 參 考 系 是 刀 具 切 削 工 作 時(shí) 角 度 的 基 準(zhǔn)（ 不 考 慮 假 設(shè) 條 件 ） ， 在 此 基 準(zhǔn)

24、下 定 義 的 刀 具 角 度 稱 刀 具工 作 角 度 。 它 同 樣 有 正 交 平 面 參 考 系 、 法 平 面 參 考 系 和 假定 工 作 平 面 參 考 系 。 7.3.3 刀 具 標(biāo) 注 角 度 定 義（ 1） 在 基 面 內(nèi) 測 量 的 角 度主 偏 角 r 主 切 削 刃 與 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 方 向 之 間的 夾 角 。副 偏 角 r 副 切 削 刃 與 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 反 方 向 之間 的 夾 角 。 刀 尖 角 r 主 切 削 平 面 與 副 切 削 平 面 間 的夾 角 。 )(180 rrr 刀 尖 角 與 主 偏 角 和 副 偏 角 的 關(guān) 系 ： （ 2） 在

25、主 切 削 刃 正 交 平 面 內(nèi) (O-O)測 量 的 角 度 前 角 o 前 刀 面 與 基 面 間 的 夾 角 。 當(dāng) 前刀 面 與 基 面 平 行 時(shí) ， 前 角 為 零 。基 面 在 前 刀 面 以 內(nèi) ， 前 角 為 負(fù) ?；?面 在 前 刀 面 以 外 ， 前 角 為 正 。后 角 o 后 刀 面 與 切 削 平 面 間 的 夾 角 。楔 角 o 前 刀 面 與 后 刀 面 間 的 夾 角 。楔 角 與 前 角 o和 后 角 o的 關(guān) 系 如 下 ： )(90 ooo （ 3） 在 切 削 平 面 內(nèi) (S向 )測 量 的 角 度 刃 傾 角 s 主 切 削 刃 與 基 面 間

26、的 夾 角 。 刃 傾 角 正 負(fù) 的 規(guī) 定 如 圖 所 示 。 刀 尖 處 于 最 高 點(diǎn) 時(shí) ， 刃 傾 角 為 正 ； 刀 尖 處 于最 低 點(diǎn) 時(shí) ， 刃 傾 角 為 負(fù) ； 切 削 刃 平 行 于 底 面 時(shí) ， 刃 傾 角 為 零 。 s=0的 切 削 稱 為 直 角 切 削 ， 此 時(shí) 主 切 削 刃 與 切 削 速 度 方 向 垂 直 ， 切 屑 沿切 削 刃 法 向 流 出 。s 0的 切 削 稱 為 斜 角 切 削 ， 此 時(shí) 主 切 削 刃 與 切 削 速 度 方 向 不 垂 直 ， 切 屑的 流 向 與 切 削 刃 法 向 傾 斜 了 一 個(gè) 角 度 ， 如 下 圖

27、所 示 。 （ 4） 在 副 切 削 刃 正 交 平 面 內(nèi) （ O-O） 測 量 的 角 度 副 后 角 o ： 副 后 刀 面 與 副 切 削 刃 切 削 平 面 間 的 夾 角 。 7.3.4 刀 具 工 作 角 度 切 削 過 程 中 ， 由 于 刀 具 的 安 裝 位 置 、 刀 具 于 工 件 間 相 對 運(yùn) 動(dòng) 情 況 的變 化 ， 實(shí) 際 起 作 用 的 角 度 與 標(biāo) 注 角 度 有 所 不 同 ， 我 們 稱 這 些 角 度 為工 作 角 度 。 現(xiàn) 在 僅 就 刀 具 安 裝 位 置 對 角 度 的 影 響 敘 述 如 下 。 （ 1） 刀 柄 中 心 線 與 進(jìn) 給 方

28、 向 不 垂 直 時(shí) 對 主 、 副 偏 角 的 影 響 當(dāng) 車 刀 刀 柄 與 進(jìn) 給 方 向 不 垂 直 時(shí) ， 主 偏 角 和 副 偏 角 將 發(fā) 生 變 化 ， 如 圖 所 示 。 Grre G rre （ 2） 切 削 刃 安 裝 高 于 或 低 于 工 件 中 心 時(shí) ， 對 前 角 、 后 角 的 影 響 切 削 刃 安 裝 高 于 或 低 于 工 件 中 心 時(shí) ， 按 輔 助 平 面 定 義 ， 通 過 切 削 刃 作 出 的切 削 平 面 、 基 面 將 發(fā) 生 變 化 ， 所 以 使 刀 具 角 度 也 隨 著 發(fā) 生 變 化 ， 如 圖 所 示 。切 削 刃 安 裝 高

29、 于 工 件 中 心 時(shí) ：切 削 刃 安 裝 低 于 工 件 中 心 時(shí) ：Nooe N ooe Nooe Nooe 7.3.5 切 削 層 參 數(shù) 切 削 層 是 刀 具 切 削 部 分 切 過 工 件 的 一 個(gè) 單 程 所 切 除 的 工 件 材 料 層 。切 削 層 參 數(shù) 就 是 指 這 個(gè) 切 削 層 的 截 面 尺 寸 。 為 了 簡 化 計(jì) 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(fù) 荷 和 切 屑 的 尺寸 大 小 。 通 常 在 基

30、 面 Pr內(nèi) 度 量 。 如 所 示 ， 車 外 圓 時(shí) ， 當(dāng) 主 、 副 切 削 刃 為 直 線 ， 且 s =0， 切 削 層 就 是 車 刀 由 位置 移 動(dòng) 到 位 置 即 一 個(gè) f距 離 ， 刀 具 正 在 切 削 的 那 層 金 屬 層 ， 可 見 ， 切 削 層的 形 狀 是 平 行 四 邊 形 。 hD fap bDr 切 削 層 公 稱 厚 度 hD 簡 稱 切 削 厚 度 ， 是 垂 直 于 切 削 表 面度 量 的 切 削 層 尺 寸 。 hD f sin r 切 削 層 公 稱 寬 度 bD 簡 稱 切 削 寬 度 ， 是 沿 切 削 表 面 度 量的 切 削 層

31、尺 寸 。 bD ap/sin r切 削 層 公 稱 橫 截 面 積 A DDDpD bhafA 7.4 刀 具 材 料 切 削 過 程 中 ， 刀 具 的 切 削 性 能 取 決 于 刀 具 的 幾 何 形 狀 和 刀 具 切削 部 分 材 料 的 性 能 。 切 削 技 術(shù) 發(fā) 展 的 基 礎(chǔ) 是 刀 具 材 料 的 發(fā) 展 。 早期 使 用 的 碳 素 工 具 鋼 ， 切 削 速 度 只 有 10m/min左 右 ， 加 工 一 根 直 徑 100mm、 長 500mm的 碳 鋼 軸 件 ， 需 要 100min才 能 完 成 ； 20世 紀(jì) 出現(xiàn) 高 速 鋼 刀 具 ， 切 削 速 度

32、 提 高 到 每 分 鐘 幾 十 米 ； 20世 紀(jì) 30年 代 出現(xiàn) 了 硬 質(zhì) 合 金 刀 具 ， 切 削 速 度 提 高 到 每 分 鐘 100到 幾 百 米 ； 陶 瓷 刀具 和 超 硬 材 料 刀 具 的 出 現(xiàn) ， 使 切 削 速 度 提 高 到 每 分 鐘 1 000m以 上 ；如 今 加 工 一 根 2 105 kW的 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 軸 ， 僅 需 要 1min， 切 削 效 率 提高 100倍 。 7.4.1 刀 具 材 料 應(yīng) 當(dāng) 具 備 的 性 能 刀 具 切 削 部 分 的 材 料 應(yīng) 具 備 以 下 基 本 條 件 ： 高 硬 度 ： 常 溫 硬 度 應(yīng) 在 HRC

33、60以 上 。 耐 磨 性 ： 耐 磨 性 是 硬 度 、 組 織 及 化 學(xué) 性 能 等 的 綜 合 反 映 。 強(qiáng) 度 和 韌 性 ： 為 了 承 受 切 削 力 、 沖 擊 和 振 動(dòng) ， 刀 具 材 料 應(yīng) 具 有 足夠 的 強(qiáng) 度 和 韌 性 。 耐 熱 性 ： 高 溫 硬 度 、 強(qiáng) 度 、 耐 磨 性 ， 抗 氧 化 性 、 抗 擴(kuò) 散 粘 結(jié) 性 等 ，是 衡 量 刀 具 材 料 綜 合 切 削 性 能 的 主 要 指 標(biāo) 。 工 藝 性 ： 為 了 便 于 刀 具 制 造 ， 包 括 鍛 、 軋 、 焊 接 、 切 削 加 工 、 可磨 削 性 和 熱 處 理 特 性 等 。

34、 （ 2） 常 用 刀 具 材 料 性 能 特 征刀 具 材 料 性 能 特 征 刀 具 種 類 適 用 工 件 材 料 適 用 加 工 條 件碳 素 工 具 鋼Tl0A、 T12A HRC61-65,高 溫 強(qiáng) 度 低 、淬 火 時(shí) 易 裂 、 變 形 。 絲 錐 、 銼 刀 、 鋸條 、 小 鉆 頭 低 強(qiáng) 度 、 軟 材 料 、 有色 金 屬 及 塑 性 材 料 簡 單 手 動(dòng) 工 具合 金 工 具 鋼9SiCr,CrWMn HRC 61-65,高 溫 強(qiáng) 度 度比 碳 素 鋼 稍 好 。 拉 刀 、 絞 刀 、 鉆頭 同 上 熱 處 理 變 形 小的 低 速 工 具高 速 鋼 HRC

35、61-65,能 耐 600 C高 溫 ， 熱 硬 性 尚 好 ,耐 磨性 稍 好 。 鉆 頭 、 銑 刀 、 齒輪 刀 具 （ 低 、 中速 ） 低 、 中 強(qiáng) 度 和 硬 度 的材 料 復(fù) 雜 刀 具 硬 質(zhì) 合 金 HRC 74-81,能 耐 1000 C高 溫 ， 熱 硬 性 好 ,耐磨 性 好 。 車 、 銑 、 拉 、 刨鉆 頭 、 絞 刀 （ 中高 速 ） 中 等 以 上 強(qiáng) 度 和 硬 度的 材 料 各 種 刀 具陶 瓷 材 料 HRA 91-95 ， 熱 硬 性 好 ，抗 彎 性 差 ， 易 碎 。 車 刀 （ 高 速 ） 各 種 材 料 不 可 斷 續(xù) 切 削立 方 氮 化

36、硼 HV 73-9000 ， 熱 硬 性 高 ，可 耐 1500 C， 與 鐵 素 的親 和 力 小 。 車 刀 、 銑 刀 （ 中高 速 ） 淬 硬 合 金 鋼 、 高 速 鋼 、淬 硬 、 冷 硬 鑄 鐵 、 純鎳 高 溫 合 金 用 于 連 續(xù) 切 削 、避 免 沖 擊 振 動(dòng)人 造 金 剛 石 1000HV， 熱 硬 性 好 。 車 刀 、 銑 刀 、 砂輪 等 硬 質(zhì) 合 金 、 陶 瓷 、 玻璃 、 有 色 金 屬 及 合 金 不 易 加 工 的 鐵 族金 屬 7.4.2 高 速 鋼 特 點(diǎn) ： 具 有 較 高 的 強(qiáng) 度 、 韌 性 和 耐 磨 性 耐 熱 性 為 540C 60

37、0C 工 藝 性 能 較 好 ， 容 易 磨 出 鋒 利 的 刃 口 硬 度 和 耐 熱 性 不 如 硬 質(zhì) 合 金 ， 但 刀 具 的 刃 口 強(qiáng) 度 和 韌 性 比 硬 質(zhì) 合 金 高 ， 能 承 受 較 大 的 沖 擊 載 荷 。適 用 范 圍 ： 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 的 刀 具 ， 如 成 形 車 刀 、 銑 刀 、 鉆 頭 、 鉸 刀 、 拉刀 、 齒 輪 刀 具 、 螺 紋 刀 具 等 。 牌 號(hào) ： 通 用 高 速 鋼 ： 鎢 系 W18Cr4V 鉬 系 W6Mo5Cr4V2 主 要 用 于 一 般 材 料 的 常 規(guī) 加 工 ， 速 度 不 高 于 50m/min. 高 性 能 高

38、 速 鋼 ： 高 釩 高 速 鋼 W12Cr4V4Mo 高 鈷 高 速 鋼 W2Mo9Cr4VCo8 高 鋁 高 速 鋼 W6Mo5Cr4V2Al 主 要 用 于 難 加 工 材 料 的 加 工 ， 加 工 普 通 材 料 可 達(dá) 90m/min. 7.4.3 硬 質(zhì) 合 金特 點(diǎn) ： 硬 度 較 高 ， 常 溫 下 可 達(dá) 74 81HRC， 它 的 耐 磨 性 較 好 耐 熱 性 較 高 ， 能 耐 800 1000C的 高 溫 抗 彎 強(qiáng) 度 和 沖 擊 韌 度 比 高 速 鋼 低 刃 口 不 能 磨 得 象 高 速 鋼 刀 具 那 樣 鋒 利 。 適 用 范 圍 ： 結(jié) 構(gòu) 簡 單 的

39、 刀 具 ， 如 車 刀 、 銑 刀 、 刨 刀 等 。 YG (K) 類 YT (P)類 YW (M)類 WC+ Co WC+ TiC+ CoWC+ TiC+ TaC+ Co 短 切 屑 黑 色 金 屬 （ 鑄 鐵 ） 有 色金 屬 非 金 屬 鋼 材 等加 工 長 切 屑 的 黑 色 金 屬 （ 鋼 材 ）鋼 材 、 鑄 鐵 有 色 金 屬 非 金 屬牌 號(hào) ： 7.5 金 屬 切 削 過 程 金 屬 切 削 過 程 是 指 工 件 上 一 層 多 余 的 金 屬 被 刀 具 切 除 的 過 程 和已 加 工 表 面 的 形 成 的 過 程 。 在 這 個(gè) 過 程 中 始 終 存 在 著

40、刀 具 與 工 件 （ 金 屬 材 料 ） 之 間 切 削 和 抗 切削 的 矛 盾 ， 并 產(chǎn) 生 一 系 列 重 要 現(xiàn) 象 。 如 形 成 切 屑 、 切 削 力 、 切 削 熱 與 切削 溫 度 及 刀 具 的 磨 損 等 。 在 對 金 屬 切 削 過 程 進(jìn)行 實(shí) 驗(yàn) 研 究 時(shí) ， 常 用 的 切削 模 型 是 直 角 自 由 切 削 ，所 謂 自 由 切 削 就 是 只 有 一個(gè) 直 線 切 削 刃 參 加 切 削 ， 如 圖 所 示 。 7.5.1 切 屑 的 形 成 過 程 實(shí) 驗(yàn) 研 究 表 明 ， 金 屬 切 削 與 非 金 屬 切 削 不 同 ， 金 屬 切 削的 特

41、 點(diǎn) 是 被 切 金 屬 層 在 刀 具 的 擠 壓 、 摩 擦 作 用 下 產(chǎn) 生 變形 以 后 轉(zhuǎn) 變 為 切 屑 和 形 成 已 加 工 表 面 。 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) ， 金 屬 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 點(diǎn) 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)

42、度 切 屑與 母 體 脫 離 。 F AB OM45 a） 正 擠 壓 FAB OM45b） 偏 擠 壓 OMF c） 切 削 變 形 區(qū) 的 劃 分 ： 根 據(jù) 金 屬 切 削 實(shí) 驗(yàn) 繪 制 的 金 屬 切 削 過 程 中 的 變 形 滑 移 線 和 流 線 ， 通 常 把被 切 削 刃 作 用 的 金 屬 層 劃 分 為 三 個(gè) 變 形 區(qū) ： 第 I變 形 區(qū) 位 于 切 削 刃 和 前 刀 面 的 前方 ， 面 積 是 三 個(gè) 變 形 區(qū) 中 最 大 的 ， 為主 變 形 區(qū) ；第 II變 形 區(qū) 是 與 前 刀 面 相 接 觸 的 附近 區(qū) 域 ， 切 屑 沿 前 刀 面 流 出

43、時(shí) ， 受 到前 刀 面 的 擠 壓 和 摩 擦 ， 靠 近 前 刀 面 的切 屑 底 層 會(huì) 進(jìn) 一 步 發(fā) 生 變 形 ；第 III變 形 區(qū) 是 已 加 工 表 面 靠 近 切 削刃 處 的 區(qū) 域 ， 這 一 區(qū) 域 金 屬 受 到 切 削 刃 鈍 圓 部 分 和 后 刀 面 的 擠 壓 、 摩 擦 與回 彈 ， 發(fā) 生 變 形 造 成 加 工 硬 化 。 7.5.2 第 I變 形 區(qū) 主 要 特 征 ： 剪 切 滑 移 變 形 , 加 工 硬 化 、 形 成 切 屑終 剪切 面 始 剪切 面 1） 切 屑 類 型由 于 工 件 材 料 和 切 削 條 件 的 不 同 ， 切 屑 過

44、程 中 的 變 形 情 況 也 不 同 ， 因 而 產(chǎn) 生的 切 屑 形 狀 也 不 同 ， 從 變 形 的 觀 點(diǎn) 來 看 ， 可 將 切 屑 的 形 狀 分 為 四 種 類 型 。 節(jié) 狀 （ 擠 裂 ） 切 屑 ： 在 加 工 較 硬 的 塑 性 金 屬 材 料 且 所 用 的 切 削 速 度 較低 、 切 削 厚 度 較 大 、 刀 具 前 角 較 大 的 情 況 下 產(chǎn) 生 。 這 是 由 于 材 料 在 剪 切滑 移 過 程 中 滑 移 量 較 大 ， 由 滑 移 變 形 所 產(chǎn) 生 的 加 工 硬 化 使 剪 切 應(yīng) 力 增 大 ，在 局 部 地 方 達(dá) 到 了 材 料 的 斷

45、裂 強(qiáng) 度 所 引 起 的 。 因 此 切 削 力 波 動(dòng) 較 大 ， 已加 工 表 面 粗 糙 度 較 大 。帶 狀 切 屑 ： 通 常 在 加 工 塑 性 金 屬 材 料 、 切 削 厚 度 較 小 、 切 削 速 度 較 高 、刀 具 前 角 較 大 的 情 況 下 獲 得 。 形 成 帶 狀 切 屑 時(shí) ， 材 料 沒 有 充 分 變 形 。 因 此切 削 中 產(chǎn) 生 的 力 和 熱 均 較 小 ， 切 削 平 穩(wěn) ， 已 加 工 表 面 粗 糙 度 低 。 粒 狀 （ 單 元 ） 切 屑 ： 切 屑 沿 剪 切 面 完 全 斷 開 ， 因 而 呈 單 元 狀 。 當(dāng) 切削 塑 性 較

46、 差 的 材 料 ， 在 切 削 速 度 極 低 時(shí) ， 會(huì) 產(chǎn) 生 這 種 切 屑 。崩 碎 切 屑 ： 在 加 工 鑄 鐵 、 青 銅 等 脆 性 材 料 時(shí) ， 易 形 成 崩 碎 切 屑 。 產(chǎn) 生崩 碎 切 屑 時(shí) ， 切 削 熱 和 切 削 力 都 集 中 在 主 切 削 刃 和 刀 尖 附 近 ， 刀 尖 易 磨損 ， 容 易 產(chǎn) 生 振 動(dòng) ， 影 響 工 件 表 面 質(zhì) 量 。 工 件 材 料 愈 硬 脆 ， 刀 具 前 角 愈小 ， 切 削 厚 度 愈 大 ， 愈 易 形 成 這 類 切 屑 。 切 脆 性 材 料不 平 穩(wěn) ,表 面 粗 糙帶 狀 切 屑 擠 裂 切 屑

47、粒 (節(jié) )狀 切 屑 崩 碎 切 屑 加 工 塑 性 材 料切 塑 性 材 料 ： 帶 狀 切 屑 擠 裂 切 屑 粒 狀 切 屑0v hD0 v hD 0 v hD0v hD切 削 不 平 穩(wěn) ， 力 波 動(dòng) 大加 工 表 面 粗 糙切 削 平 穩(wěn) ， 力 波 動(dòng) 小加 工 面 光 潔 ， 斷 屑 難 滑 移 量 較 大 ， 局 部剪 應(yīng) 力 達(dá) 斷 裂 強(qiáng) 度 2） 變 形 系 數(shù)切 削 過 程 中 ， 切 削 層 經(jīng) 塑 性 變 形 后 ， 厚 度 增 加 ， 長 度 縮 小 ， 寬 度 基 本 不 變 。可 用 其 表 示 切 削 層 變 的 變 形 程 度 。 根 據(jù) 體 積 不

48、變 原 理 ， 變 形 系 數(shù) h可 用 下式 表 示 ： DDhDhDh hhLL 式 中 LD 切 削 層 的 長 度 LDh 切 屑 的 長 度 hDh 切 屑 的 厚 度 hD 切 削 層 的 厚 度 L Dhh D h Dh LD切 屑 與 切 削 層 尺 寸 在 一 定 條 件 下 ， 變 形 系 數(shù) h值 的 大 小 能 直 觀 地 反 映 切 屑 的 變 形 程 度 ， 且測 量 方 便 ， h值 越 大 ， 表 示 切 屑 越 厚 而 短 ， 切 屑 變 形 就 越 大 ， 否 則 反 之 。參 照 右 圖 ， 可 以 推 導(dǎo) 出 變 形 系 數(shù) 的計(jì) 算 公 式 ： sin

49、 )cos( oh 由 此 可 見 ， 影 響 切 削 變 形 的 主要 因 素 是 前 角 o和 剪 切 角 。剪 切 角 減 小 ， 切 屑 就 變 厚 、變 短 ， 變 形 系 數(shù) h增 大 。 剪切 角 增 大 ， 變 形 系 數(shù) h減 小 。 3） 剪 切 角 如 圖 所 示 ， 根 據(jù) 純 剪 切 理 論 ， 主 應(yīng) 力 方 向 與 最 大 剪 應(yīng) 力 方 向 之 間 的 夾 角 呈45 ， 且 主 應(yīng) 力 Fa與 作 用 合 力 Fr一 致 ， 可 得 到 剪 切 角 的 計(jì) 算 公 式 為 ：o 4當(dāng) 前 角 增 大 時(shí) ， 隨 之 增 大 ， 變形 減 小 。 可 見 在 保

50、 證 切 削 刃 強(qiáng) 度的 前 提 下 增 大 刀 具 前 角 對 改 善 切削 過 程 有 利 。當(dāng) 摩 擦 角 增 加 時(shí) ， 隨 之 減 小 ，變 形 增 大 。 所 以 采 用 優(yōu) 質(zhì) 切 削 液 減 小 前 刀 面 上 的 摩 擦 系 數(shù) 是 很 重要 的 。 7.5.3 第 II變 形 區(qū) 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 。 被 切 削 層 金 屬 經(jīng) 過 終 滑 移 線 OM形成 切 屑 沿 前 刀 面 流 出 時(shí) ， 切 屑 底 層 仍受 到 刀 具 的 擠 壓 和 接 觸 面 之 間 強(qiáng) 烈 的摩 擦 ，

51、 繼 續(xù) 以 剪 切 滑 移 為 主 的 方 式 變形 ， 其 切 屑 底 層 的 變 形 程 度 比 切 屑 上層 劇 烈 ， 從 而 使 切 屑 底 層 晶 粒 彎 曲 拉長 ， 在 摩 擦 阻 力 的 作 用 下 ， 這 部 分 切屑 流 動(dòng) 速 度 減 慢 ， 稱 為 滯 流 層 。 積 屑 瘤 在 切 削 速 度 不 高 而 又 能 形 成 連 續(xù) 性 切 屑 的 情 況 下 ， 加 工 一 般 鋼 料 或 其 它 塑性 材 料 時(shí) ， 常 常 在 刀 具 前 刀 面 切 削 處 粘 著 一 塊 剖 面 呈 三 角 狀 的 硬 塊 如 圖 所 示 ，這 塊 冷 焊 在 前 刀 面 上

52、 的 金 屬 就 稱 為 積 屑 瘤 。 積 屑 瘤 的 硬 度 很 高 ， 通 常 是 工 件 材 料的 2 3倍 ， 當(dāng) 它 處 于 比 較 穩(wěn) 定 的 狀 態(tài) 時(shí) ，能 夠 代 替 切 削 刃 進(jìn) 行 切 削 起 到 了 保 護(hù) 刀 具的 作 用 ， 而 且 增 大 了 實(shí) 際 前 角 ， 可 減 少 切屑 變 形 和 切 削 力 ， 但 是 會(huì) 引 起 過 量 切 削 ，降 低 了 加 工 精 度 ， 當(dāng) 積 屑 瘤 脫 落 時(shí) ， 其 殘片 會(huì) 粘 附 在 已 加 工 表 面 上 惡 化 表 面 粗 糙 度 ，如 果 殘 片 粘 附 在 切 屑 底 層 會(huì) 劃 傷 刀 具 表 面 ，

53、因 此 在 粗 加 工 時(shí) 可 以 利 用 積 屑 瘤 的 有 利 之 處 ， 精 加 工 時(shí) 應(yīng) 避 免 產(chǎn) 生 積 屑 瘤 。 hDhDoe Hb 影 響 積 屑 瘤 產(chǎn) 生 的 主 要 因 素 是工 件 材 料 和 切 削 速 度 。 工 件 材 料塑 性 越 好 ， 越 易 生 成 積 屑 瘤 ； 實(shí)踐 證 明 ， 切 削 速 度 很 高 或 很 低 時(shí) ，很 少 生 成 積 屑 瘤 ， 在 某 一 速 度 范圍 內(nèi) ， 積 屑 瘤 容 易 生 成 ， 右 圖 是切 削 速 度 與 積 屑 瘤 高 度 Hb的 關(guān) 系曲 線 。 此 外 增 大 刀 具 前 角 、 改 善前 刀 面 的

54、表 面 粗 糙 度 、 使 用 合 適的 切 削 液 ， 都 可 減 少 或 避 免 積 屑瘤 生 成 。 切 削 速 度 v與 積 屑 瘤 高 度 Hb的 關(guān) 系 7.5.4 第 變 形 區(qū) 第 變 形 區(qū) 在 刀 具 后 刀 面 和 已 加 工 表 面 接 觸 的 區(qū) 域 上 。 是 擠 壓 摩 擦 回 彈 區(qū) ，直 接 影 響 已 加 工 表 面 的 質(zhì) 量 和 刀 具 的 磨 損 。 h D hD刀 刃 鈍 圓 半 徑 rn :前 后 刀 面 過 渡 圓 弧 半 徑 。后 刀 面 磨 損 帶 VB :后 刀 面 實(shí) 際 后 角 為 零 的 棱 帶 。彈 性 恢 復(fù) 區(qū) CD：已 加 工

55、 面 受 到 后 刀 面 擠 壓與 摩 擦 產(chǎn) 生 變 形 ， 是 造 成已 加 工 面 加 工 硬 化 和 殘 余應(yīng) 力 的 主 要 原 因 。 7.6 切 削 力 金 屬 切 削 時(shí) ， 刀 具 切 入 工 件 使 被 切 金 屬 層 發(fā) 生 變 形 成 為 切 屑 所 需 要的 力 稱 為 切 削 力 。 金 屬 切 削 時(shí) ， 力 來 源 于 兩 個(gè) 方 面 ：其 一 是 克 服 在 切 屑 形 成 過 程 中 工 件 材料 對 彈 性 變 形 和 塑 性 變 形 的 變 形 抗 力 ；其 二 是 克 服 切 屑 與 前 刀 面 和 后 刀 面 的摩 擦 阻 力 。 7.6.1 切 削

56、 力 的 來 源 、 合 力 及 其 分 力 變 形 力 和 摩 擦 力 形 成 了 作 用 在 刀 具 上 的 合 力 F。 為 了 便 于 測 量 、 計(jì) 算 和 反 映實(shí) 際 作 用 的 需 要 ， 常 將 合 力 F分 解 為 互 相 垂 直 的 Fc、 Ff和 Fp三 個(gè) 分 力 ， 如 圖 所示 。 切 削 力 Fc（ 主 切 削 力 Fz） ： 在 主 運(yùn) 動(dòng) 方向 上 的 分 力 ， 它 切 于 加 工 表 面 ,并 與 基 面垂 直 。 Fc用 于 計(jì) 算 刀 具 強(qiáng) 度 ， 設(shè) 計(jì) 機(jī) 床 零件 ,確 定 機(jī) 床 功 率 等 。進(jìn) 給 力 Ff（ 進(jìn) 給 抗 力 Fx） ：

57、 在 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng)方 向 上 的 分 力 ， 它 處 于 基 面 內(nèi) 與 進(jìn) 給 方 向相 反 。 Ff用 于 設(shè) 計(jì) 機(jī) 床 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 和 確 定 進(jìn)給 功 率 等 。背 向 力 Fp（ 切 深 抗 力 Fy） ： 在 垂 直 于 工作 平 面 上 分 力 ， 它 處 于 基 面 內(nèi) 并 垂 直 于 進(jìn) 給 方 向 。 Fp用 來 計(jì) 算 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 等 。 它也 是 使 工 件 在 切 削 過 程 中 產(chǎn) 生 振 動(dòng) 的 力 。 F、 FD、 Ff、 Fp之 間 的 關(guān) 系 ： 22222 pfcpc FFFFFF rDf FF sin rDp FF cos r Fc

58、FFp FDFf FDFD f v 7.6.2 切 削 力 的 計(jì) 算 目 前 生 產(chǎn) 實(shí) 際 中 采 用 的 計(jì) 算 公 式 都 是 通 過 大 量 的 試 驗(yàn) 經(jīng) 數(shù) 據(jù) 處 理 后 而 得 到的 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 。 如 指 數(shù) 形 式 公 式 ： F Fc cc c F Fp pp pF Ff ff fx yc F p Fx yp F p Fx yf F p FF C a f KF C a f KF C a f K 式 中 CFc , CFp , CFf 與 工 件 、 刀 具 材 料 有 關(guān) 系 數(shù) ； xFc , xFp , xFf 切 削 深 度 ap 對 切 削 力 影 響 指

59、數(shù) ； yFc , yFp , yFf 進(jìn) 給 量 f 對 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) 。 7.6.3 切 削 功 率 的 計(jì) 算在 切 削 加 工 過 程 中 ， 所 需 的 切 削 功 率 Pc可 以 按 下 式 計(jì) 算 ：式 中 Fc 主 切 削 力 （ N） ； vc 主 運(yùn) 動(dòng) 速 度 （ m/s）根 據(jù) 上 式 求 出 切 削 功 率 ， 可 按 下 式 計(jì) 算 機(jī) 床 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 PE：)(103 KwvFP ccc cE P

60、P c 機(jī) 床 傳 動(dòng) 效 率 ， 一 般 取 c=0.75 0.85 7.6.4 影 響 切 削 力 的 主 要 因 素（ 1） 工 件 材 料 工 件 材 料 的 強(qiáng) 度 、 硬 度 越 高 ， 剪 切 屈 服 強(qiáng) 度 s越 高 ， 切 削 時(shí) 產(chǎn) 生 的 切 削 力越 大 。工 件 材 料 的 塑 性 、 沖 擊 韌 度 越 高 ， 切 削 變 形 越 大 ， 切 屑 與 刀 具 間 摩 擦 增 加 ，則 切 削 力 越 大 。 加 工 脆 性 材 料 時(shí) ， 因 塑 性 變 形 小 ， 切 屑 與 刀 具 間 摩 擦 小 ， 切 削 力 較 小 。 例 如 ： 加 工 60鋼 的 切

61、削 力 Fc比 45鋼 增 大 4%， 加 工 35鋼 的 切 削 力 Fc比 45鋼減 小 13%。 （ 2） 刀 具 幾 何 參 數(shù) 前 角 。 增 大 ， 切 削 變 形 減 小 ， 故切 削 力 減 小 。主 偏 角 對 切 削 力 Fc的 影 響 較 小 ， 而對 進(jìn) 給 力 Ff和 背 向 力 Fp影 響 較 大 ， 由右 圖 可 知 當(dāng) 主 偏 角 增 大 時(shí) ， Ff增 大 ，F(xiàn)p減 小 。刃 傾 角 s在 很 大 范 圍 (-40 +40)內(nèi) 變 化 時(shí) ， 對 Fc沒 有 什 么 影 響 ， 但 s增 大 時(shí) ， Ff增 大 ， Fp減 小 。 主 偏 角 對 Ff和 Fp

62、的 影 響 （ 3） 切 削 用 量 切 削 用 量 對 切 削 力 的 影 響 較 大 ， 背 吃 刀 量 和 進(jìn) 給 量 增 加 時(shí) ， 使 切 削 面積 AD成 正 比 增 加 ， 變 形 抗 力 和 摩 擦 力 加 大 ， 因 而 切 削 力 隨 之 增 大 ， 當(dāng) 背 吃 刀量 增 大 一 倍 時(shí) ， 切 削 力 近 似 成 正 比 增 加 ； 切 削 塑 性 材 料 時(shí) ， 切 削 速 度 對 切 削 力 的 影 響 分 為 有 積 屑 瘤 階 段 和 無 積 屑瘤 階 段 兩 種 情 況 ：在 低 速 范 圍 內(nèi) ， 隨 著 切 削 速 度 的 增 加 ， 積 屑 瘤 逐 漸 長

63、 大 ， 刀 具 實(shí) 際 前 角 增大 ， 使 切 削 力 逐 漸 減 小 。在 中 速 范 圍 內(nèi) ， 積 屑 瘤 逐 漸 減 小 并 消 失 ， 使 切 削 力 逐 漸 增 至 最 大 。在 高 速 階 段 ， 由 于 切 削 溫 度 升 高 ， 摩 擦 力 逐 漸 減 小 ， 使 切 削 力 得 到 穩(wěn) 定 的降 低 。 （ 4） 其 它 因 素 刀 具 材 料 與 工 件 材 料 之 間 的 摩 擦 系 數(shù) 會(huì) 直 接 影 響 到 切 削 力 的 大 小 。 一般 按 立 方 碳 化 棚 刀 具 、 陶 瓷 刀 具 、 涂 層 刀 具 、 硬 質(zhì) 合 金 刀 具 、 高 速 鋼 刀 具

64、的 順 序 ， 切 削 力 依 次 增 大 。切 削 液 有 潤 滑 作 用 ， 使 切 削 力 降 低 。 切 削 液 的 潤 滑 作 用 愈 好 ,切 削 力 的 降低 愈 顯 著 。 在 較 低 的 切 削 速 度 下 ， 切 削 液 的 潤 滑 作 用 更 為 突 出 。刀 具 后 刀 面 磨 損 帶 VB愈 大 ， 摩 擦 越 強(qiáng) 烈 ， 切 削 力 也 越 大 。 VB對 背 向 力 的 影響 最 為 顯 著 。 7.7 切 削 熱 和 切 削 溫 度7.7.1 切 削 熱 的 產(chǎn) 生 和 傳 出 切 削 熱 的 產(chǎn) 生 ： 切 削 過 程 變 形 和 摩 擦 所 消 耗 功 ，

65、絕 大 部 分 轉(zhuǎn) 變 為 切 削 熱 。)/( sJvFQ cc 切 削 區(qū) 域 產(chǎn) 生 的 切 削 熱 ， 在 切 削 過 程 中 分 別 由 切 屑 、 工 件 、 刀 具 和 周圍 介 質(zhì) 向 外 傳 導(dǎo) 出 去 ，例 如 在 空 氣 冷 卻 條 件 下 車 削 時(shí) ， 切 削 熱 50% 86%由 切 屑 帶 走 ， 40%10%傳 人 工 件 ， 9% 3%傳 人 刀 具 ， 1%左 右 通 過 輻 射 傳 人 空 氣 。 7.7.2 切 削 溫 度 的 分 布 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

66、的 ， 如 圖 所 示 。 在 前 刀 面 和 后刀 面 上 ， 最 高 溫 度 點(diǎn) 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(gè) 很 小 的 范 圍 ， 說 明 溫 度 的 升 降 是 在 極 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 完 成 的 。 7.7.3 影 響 切 削 溫 度 的 主 要 因 素 （ 1） 工 件 材 料 工 件 材 料 的 強(qiáng) 度 、 硬 度 越 高 ， 切 削 時(shí) 消 耗 的 功 就 越 多 ， 產(chǎn) 生 的 切 削 熱越 多 ,切 削 溫 度 就 越 高 。工 件 材 料 的 熱 導(dǎo) 率 愈 大 ， 通 過 切 屑 和 工 件 傳 出 的 熱 量 越 多 ， 切 削 溫 度下 降 越 快 。 （ 2） 刀 具 幾 何 參 數(shù) 前 角