切削过程及控制
切削过程
机械制造技术切削过程切削过程切削过程是刀具从工件表面上切除多余材料，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整过程。
一、切屑的形成过程在刀具的作用下，切削层金属经过一个复杂的过程变成切屑。
在这一过程中，切削层的形态发生了变化。
产生这一变化的根本原因是切削层金属在刀具的作用下产生老变形，这就是切削过程中的变形。
伴随切削过程的变形，出现一系列的物理现象，如切削力、切削热、切削温度、刀具磨损、积屑瘤等。
切削过程的变形是研究切削过程的基础。
图1 塑性金属材料的剪切破坏 削过程三个变形区图1所示模型说明了切削过程的变形。
塑性金属材料在刀具的作用下，沿与作用力成45o 的方向产生剪切滑移变形，当变形达到一定极限值时，就会沿着变形方向产生剪切滑移破坏。
若刀具连续运动，虚线以上的材料就会在刀具的作用下与下方材料分离。
金属切削过程与上述过程基本相似。
如图2所示，在刀具的作用下，切削层金属经过复杂的变形后与工件基体材料分离形成了切屑。
这一过程中产生的变形可以划分为三个区域，即三个变形区，它们是位于切削刃前OAM之间的第I变形区、靠近前刀面的第II变形区和位于后刀面附近的第III变形区。
图2 切削过程三个变形区（1） 第一(Ⅰ)变形区切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成的过程区，也就是图3所示OA与OM之间的区域就是第一(Ⅰ)变形区。
图3 金属切削过程的三个变形区金属材料在OA线以左发生弹性变形。
在OA线上，材料的剪应力达到屈服强度τs，开始塑性变形，产生滑移，OA称为始滑移线。
随着刀具的连续移动，原来处于滑移线上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也逐渐增大，达到OM线时，应力和变形达到最大值。
超过OM线，切削层金属将沿前刀面流出，形成切屑，完成切离。
OM线称为终滑移线。
OA线和OM线之间的区域是塑性变形区域。
第一变形区是金属切削变形过程中最大的变形区，在这个区域内，金属将产生大量的切削热，并消耗大部分功率。
此区域较窄，宽度仅0.02~0.2mm。
第一章 金属切削过程及其控制(第一节)
轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
轨迹法形成发生线需要一个独立的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——轨迹法
轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
刀具切削刃与工件表面之间为点接触，通过刀具与工件之 间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。 被加工表面的形状精度主要取决于机床切削运动的精度。 刀尖轨迹法是利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖 轨迹获得零件所需表面的方法。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 切削层是指在切削过程中，刀具的切削刃一次走刀所切
除的工件材料层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。
切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具承 受的负荷以及刀具的磨损。
第一章 金属切削过程及其控制
为：简单成形运动和复合成形运动。
简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运
动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。
一般以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动的形式出现，
用A表示直线运动，用B表示旋转运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
的，也可以是断续进行的，可以由工件完成，也可以由刀具完成，可
以是简单运动，也可以是复合运动。
第一章 金属切削过程及其控制 （一）切削成形运动与加工表面 按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。 主运动：提供切削可能性的运 动。（速度最高，动力消耗最 大，有且只有一个） 进给运动：提供继续切削可能 性的运动。（速度低，有一个 或几个）
切削过程及控制
塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了， 之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是 晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变 形区（Ⅰ）。
图3－2 金属切削过程中的滑移线和流线示意图
进一步受到 前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存 在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前 刀面处的金属发生“纤维化”的二次变形。 这部分区域称为第二变形区（Ⅱ）。
二、切削力的实验公式
➢切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常
供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。
➢常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算，另一
类是按单位切削力进行计算。
➢在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。不同的加工
方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册 中查得。车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表。
➢若已知单位切削力kc ，即可求得单位切削功率ps。表3-1为
硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功 率。实际切削条件与表中不符时 ,必须引入修正系数加以修正， 有关修正系数可参见相关手册。
➢在实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。
三、影响切削力的因素
1. 工件材料 2. 切削用量
图3－12 积屑瘤高度与切削速度关系示意图
4）积屑瘤对起削过程的影响
❖实际前角增大（图3-13）； ❖增大切削厚度（图3-13） ； ❖使加工表面粗糙度增大； ❖对刀具寿命的影响。
一般积屑瘤对切削加工过程的影响是不利 的，在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生， 但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。
➢单元(粒状)切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前提下, 当进一
步降低切削速度，增大进给量，减小前角时则出现单元(粒 状)切屑(图3-15c)。
钳工实训零件加工过程和质量控制过程
钳工实训零件加工过程和质量控制过程一、前期准备1.1 工具和材料准备钳工实训零件加工需要的工具主要有：卡盘、钳子、切削工具（铣刀、车刀、钻头等）、测量工具（千分尺、游标卡尺等）、磨料和液压油等。
材料主要有金属板材和金属棒材。
1.2 设计图纸阅读在进行加工前，需要阅读设计图纸，了解零件的形状和尺寸，以及所需加工方式和精度要求。
1.3 工作场所准备为保证加工过程的安全和顺利进行，需要对实训场所进行清洁整理，并保证通风良好。
二、加工过程2.1 零件定位根据设计图纸上给出的定位基准，在卡盘上夹紧金属板材或金属棒材，并用钳子固定好。
2.2 切削加工根据设计要求，在合适的位置上使用切削工具对零件进行铣削、车削或钻孔等操作。
在操作中要注意刀具的选择和切削速度，以及对切屑的处理。
2.3 磨削加工如果需要对零件进行磨削加工，可以使用砂轮机或手动磨削工具进行操作。
在操作中要注意砂轮的选择和转速，以及对磨屑的处理。
2.4 液压油添加在切削和磨削过程中，需要添加液压油来降低摩擦力和防止零件表面损伤。
添加液压油时要注意量的控制和安全操作。
2.5 检查质量加工完成后，需要使用测量工具对零件进行检查，确保其尺寸和形状符合设计要求，并满足精度要求。
三、质量控制过程3.1 设计图纸审核在加工前，需要对设计图纸进行审核，确保其符合标准规范，并能够实现加工要求。
如有问题需要及时与设计人员沟通解决。
3.2 工艺流程制定根据设计图纸和实际情况，制定详细的工艺流程，并确定每个环节的质量控制点和检查方法。
如有问题需要及时调整并记录下来。
3.3 加工过程监控在加工过程中，需要对每个环节进行监控，并记录下来。
如有问题需要及时处理，并记录下来。
3.4 检验过程在加工完成后，需要对零件进行检验，并记录下来。
如有问题需要及时处理，并记录下来。
3.5 质量反馈根据检验结果和实际情况，对加工过程进行总结和分析，并提出改进意见和建议。
同时，向设计人员和管理人员反馈质量情况，以便于后续工作的改进和优化。
单元综合复习(七)第三章
单元综合复习（七）第三章金属切削过程及控制一、单向选择题：1、机床电机功率是根据切削功率确定的，（C）机床电机功率。
A、所以切削功率就是；B、但工作功率才是；C、但切削功率和工作功率都不是。
2、车削时，切削热传出的途径中所占比例最大的是（C）。
A、刀具；B、工件；C、切屑；D、空气介质。
3、钻削时，切削热传出的途径中所占比例最大的是（B）A、刀具；B、工件；C、切屑；D、空气介质。
4、磨削一般采用低浓度的乳化液，这主要是因为它（B）。
A、润滑作用强；B、冷却、清洗作用强；C、防锈作用好；D、成本低。
5、用硬质合金刀具高速切削时，一般（C）。
A、用低浓度乳化液；B、用切削油；C、不用切削液；D、用少量切削液。
6、精车铸铁工件时，一般（A）A、不用切削液或用煤油；B、用切削液；C、用高浓度乳化液；D、用低浓度乳化液。
7、在钢件上攻螺纹或套螺纹时，一般（B）。
A、不用切削液；B、用机油；C、用高浓度乳化液；D、用低浓度乳化液。
8、当工件的强度、硬度、塑性较大时，刀具耐用度（D）。
A、不变；B、有时长有时短；C、愈长；D、愈短。
9、刀具磨钝的标准是规定控制（B）。
A、刀尖磨损量；B、后刀面平均磨损高度VB；C、前刀面月牙洼的深度；D、后刀面磨损的厚度（即深度）。
10、切削铸铁工件时，刀具的磨损部位主要发生在（B）A、前刀面；B、后刀面；C、前、后刀面。
11、粗车碳钢工件时，刀具的磨损部位主要发生在（B）A、前刀面；B、后刀面；C、前、后刀面。
※12、高速钢车刀和普通硬质合金焊接车刀的刀具耐用度一般为（A）A、15～30min；B、30～60min；C、90～150min。
※13、齿轮滚刀的刀具耐用度一般为（B）A、15～30min；B、30～60min；C、90～150min。
※14、强力磨削的磨削深度可达（B）A、4mm以上；B、6mm以上；C、8mm以上；D、10mm以上。
二、多向选择题：1、在下述条件中，较易形成带状切屑的条件有（A、C、E、G）A、切削低碳钢时；B、切削中碳钢时；C、较小的进给量和背吃刀量；D、较大的进给量和背吃刀量；E、较高的切削速度；F、较低的切削速度；G、较大的前角。
机械制造复习题 (2)
机械制造技术复习题第二章切削过程及其控制复习题答案一、填空题：1.切削加工是利用切削刀具从毛坯上切下多余的材料，所得到的形状、尺寸、精度和表面粗糙度的加工方法。
2.车削的主运动是工件的旋转运动，钻削的主运动是钻头的旋转运动，牛头刨床的主运动是刀具的往复运动。
3.切削用量包括切削速度、切削深度和进给量。
4.车刀切削部分包括：三面、两刃、一尖，三面是指：前刀面、主后刀面、副后刀面；两刃是指：主切削刃、副切削刃；一尖是指：刀尖。
5.在刀具结构中，切屑流过的刀面称为：前刀面。
6.前角是指前刀面与基面的夹角，前角越大，刀具越锋利。
7.后角是指主后刀面与切削平面间的夹角，后角的主要作用是减少刀具与加工表面的摩擦。
8.主偏角是指主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，它决定了主切削刃的工作长度、刀尖强度和径向力。
9.在切削平面中测量的主切削刃与基面的夹角是刃倾角。
10.影响刀头强度和切屑流出方向的刀具角度是刃倾角。
11.切断刀切断进给时其工作前角变大，工作后角变小。
12.刀具安装位置对刀具的氏作角度有影响，倾角为零时，切削刃高于工件中心，则工作前角变大，工作后角变小13.当刀杆中心线与进给予方向不垂直且逆时针方向转动时，工作主偏角变大，工作副偏角变小。
14.从形态上看，切屑可分为带状切屑、挤裂切屑、单元切削和崩碎切屑四种类型。
15.在形成挤裂切屑的条件下，若减小刀具前角、降低切削速度、加大切削厚度，就可能变为单元切屑。
16.靠前刀面的变形区称为第二变形区，这个变形区主要集中在与前刀面接触的切屑底面一薄层金属。
17.在已加工表面处形成的显着变形层（晶格发生纤维化）是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦所造成的，这一变形层称为第三变形区。
18.经过塑性变形后形成的切屑，其厚度h ch通常都要大于工件上切削层的厚度hD，而切屑长度Lch通常小于切削层长度Lc。
19.切削过程中金属的变形主要是剪切滑移，所以用相对滑行移量的大小来衡量变形程度要比变形系数精确些。
金属切削过程及控制
第3章金属切削过程及其控制3.1 概述■金属切削过程通过刀具从被加工表面切除多余材料而获得预定的尺寸精度和形状、位置精度的过程。
■金属切削过程中所涉及的主要问题●工件材料及其切削加工性能●切削力、切削热●刀具材料、角度●刀具变形、磨损●积屑瘤、残余应力●切屑控制3.2 金属切削加工的基本概念Basic Concepts About Metal Cutting■主运动v c（T——直线运动R——回转运动）■进给运动v f■合成切削运动v e■定位调整运动3.2.2 加工表面■待加工表面■已加工表面■过渡表面3.2.3 切削用量切削用量——切削时各种参数的总称。
包括：切削三要素●切削速度●进给量●背吃刀量（切削深度）■切削速度v c单位时间内工件和刀具沿主运动方向的相对位移。
切削速度的单位为m/s，用v c 表示。
●主运动为回转运动（R）时Vc=πdn/1000*60n——主运动（工件或刀具）的转速（r/min）；d——工件或刀具接触部位的最大直径（mm）。
●主运动为往复直线运动（T）时，Vc=2Ln/1000*60L——每次往复运动的行程长度（mm）；nr——主运动每分钟的往复次数（str/min）。
■进给量 f主运动一个循环（回转一周或往复一次），工件与刀具沿进给方向上的相对位移。
进给量用 f 表示，单位是mm/r 或mm/str。
每齿进给量fz （对多点刀具）f=z*f z进给速度V f=n*f=n*z*f z■背吃刀量（切削深度）ap主切削刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值——已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。
3.2.4 切削层截面参数■切削层（公称）厚度■切削层（公称）宽度■切削层（公称）横截面积3.3 金属切削刀具Metal Cutting T ools3.3.1 刀具结构●外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成●车刀的切削部分由3个刀面、2个刀刃和1个刀尖组成刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合3.3.2 刀具标注角度参考系（刀具静止参考系）设计标注、刃磨、测量刀具角度的基准.⑴基面Pr ：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。
切削过程及断屑
衡量切屑可控性的主要标准
• 切屑不得缠绕在刀具、工件及其相邻的工具、装 备上；
• 切屑不得飞溅，以保证操作者与观察者的安全； • 精加工时，切屑不可划伤工件的已加工表面，影
响已加工表面的质量； • 保证刀具预定的耐用度，不能过早磨损并竭力防
止其破损； • 切屑流出时，不妨碍切削液的喷注； • 切屑不会划伤机床导轨或其他部件等。
剪切滑移示意图
◇第一变形区：是形成切屑的变形区，其变形特点是切削 层产生剪切滑移变形。金属切削过程的塑性变形主要集 中于此区域。
◇第二变形区：与前刀面接触的切削层产生的挤压摩擦变 形。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主 要原因。
◇第三变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
1—挡屑板 3—螺钉
2 —压板
4—弹簧
（三）利用断屑装置
• 断屑装置类型：机械式，液压式和电气式等 • 断屑装置成本高 • 断屑装置断屑，稳定可靠 • 一般只用于自动线上
1--车刀 2--导屑通道 3--盘形切断器 4--传动轴 6--排屑道
切屑的控制与利用
◇切屑控制不佳可能带来的问题： □崩碎切屑会飞溅伤人，并易研损机床； □长条带状切屑会缠绕在工件或刀具上，易刮 伤工件，引发刀具破损，甚至影响工人安全。 □ 对于数控机床(加工中心)等自动化加工机 床，断屑问题就显得更为重要。
• 所谓切屑控制:又称切屑处理，工厂中一般 简称为“断屑”，是指在切削加工中采取 适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折 断，使形成“可接受”的良好屑形。
变形区的影响。
◆一般 Φ≈π/4 – β＋γ0
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1、切屑的形成过程
1）切削变形的力学本质
切削金属形 成切屑的过程是一个 类似于金属材料受挤 压作用，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生塑性变 形进而产生剪切滑移 的变形过程 。
实验表明，切屑(chips)的形成过程 是被切削层金属受到刀具前面的挤压作 用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力 达到金属材料屈服强度时，产生塑性变 形。随着刀具前刀面相对工件的继续推 挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使 切削层材料变为切屑。
2）积屑瘤的形成原因
当切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作 用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使 这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流层”。 当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时， 就会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。
3）积屑瘤对起削过程的影响
总切削力在垂直于工 作平面方向的分力，
及计算刀具强度等必不可少的 参数。
Fp不消耗功率。但容 易使工件变形，甚至
进给力Fx (Ff)
可能产生振动，影响 工件的加工精度。是 进行加工精度分析、 计算工艺系统刚度以 及分析工艺系统振动
总切削力在进给方向的分力 ，进给力也作功，但只占总 功的1%～5%。是设计、校核 机床进给机构，计算机床进 给功率不可缺少的参数
切屑的变形和形成过程实际上经 历了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离 四个阶段。
2）. 变形系数ξ
➢切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变 ➢形系数，用ξh 表示，ξh = ach/ac ；
而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变
➢形系数，用ξl表示，ξl=lc/lch 。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损，
并容易产生振动，影响表面质量。
2、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
1）什么是积屑瘤
在一定速度范围下，切削塑性金属材料形成带状切 屑时, 常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些工件材料, 形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤(the built-up edge) ，或称刀瘤。
通常将合力F分
2.切削力的分解
切削力Fz(Fc)
解为相互垂直的三个
分力：切削力 Fc 、 进给力 Ff 、背向力 Fp 。
总切削力在主运动方向的分力，
大小约占总切削力的80%～
背向力 Fy（Fp）
90% 。Fc消耗的功率最多，约 占总功率的90%左右，是计算
机床切削功率、选配机床电机、
校核机床主轴、设计机床部件
1. 工件材料
2. 切削用 量
•影响较大的因素主要是工件材料 的强度、硬度和塑性。
•材料的强度、硬度越高，则屈服 强度越高，切削力越大。
•在强度、硬度相近的情况下，材 料的塑性、韧性越大，则刀具前面
上的平均摩擦系数越大，切削力也
就越大。
进给量f和背吃刀量ap
进给量f和背吃刀量ap增加，使切 削力Fc增加。
2、切屑的类型
➢带状切屑
外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。
形成条件：用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量
切削塑性材料
优
点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面
粗糙
度较小。
缺
点：切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表
面，因此要采取断屑措施。
➢挤裂(节状)切屑
外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。
3．切削功率
➢计算切削功率(cutting power) Pc是用于核算加工成
本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机 床主电动机功率。
➢主运动消耗的切削功率 Pc＝Fcυc/60×10-3 （kW） ➢机床电机功率 PE =Pc／ηm（ηm＝0.75～0. 85）。
三、影响切削力的因素
面上的摩擦也很小，所以切削速度υc 对切削力Fc无明显 的影响。
➢在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高
速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。
3. 刀具几何参数
➢前角的影响: γo↑ →切削变形↓→切削力
↓。（塑性材料）
➢主偏角的影响：Kr ↑ → Fp ↓, Ff ↑
增大表面粗糙度和导致刀具磨损。
在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生。
4）抑制或消除积屑瘤的措施
➢ 采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度
影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc＜3m/min 和较高速度vc≥60m/min范围内，摩擦系数都较小，故
不易形成积屑瘤；
➢ 采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少； ➢ 适当减少进给量、增大刀具前角、减小切削变形； ➢ 适当的热处理来提高工件材料的硬度、降低塑性、减
切削速度υc
➢切削速度在5～20m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐
增加，切削力减小；
➢切削速度继续在20～35m/min范围内增加，积屑瘤逐渐
消失，切削力增加；
➢在切削速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦
系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时， 切削力无明显变化。
➢在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界
小加工硬化倾向。
二、 切削力
切削过程中， 刀具施加于工件使工件 材料产生变形，并使多 余材料变为切屑所需的 力，称为切削力 (cutting force) 。
一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
1. 切削力的来源
切削力来自于金属切削过程中克服 被加工材料的弹、塑性变形抗力和 刀具与工件及刀具与切屑之间摩擦 阻力。
形成条件：采用较低的切削速度和较大的进给量，
刀具前角较小,粗加工中等硬度的钢材料
特点：切削力波动较大，工件表面较粗糙
➢崩碎切屑：在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，
切削层金属发生弹性变形以后，一般不经 过
塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状屑
片，即为崩碎切屑。
➢当刀具前角小、进给量大时易产生这种切屑， ➢产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主
❖积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行
切削，起到保护切削刃的作用。
❖使实际前角增大，切削轻快。
因此，粗加工时可利用积屑瘤。
❖积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且在不断地产生
和脱落，使切削层公称厚度不断变化，影响尺寸精度。
❖此外，还会导致切削力的变化，引起振动， ❖并会有一些积屑瘤碎片粘附在工件已加工表面上，