第3章 切削与磨削原理
机械制造中的磨削工艺工作原理
机械制造中的磨削工艺工作原理磨削工艺是机械制造领域中常用的一种加工方法，通过磨削可以改善工件表面的粗糙度和形状精度，提高工件的质量和表面光洁度。
磨削工艺的工作原理涉及到磨削机床、磨削磨具和工件之间的相互作用，下面将从这三个方面进行详细阐述。
1. 磨削机床磨削机床是磨削工艺中的重要设备，它提供了对磨削磨具和工件进行相对运动的基础。
磨削机床一般由主要部件和辅助部件组成，主要部件包括主轴、磨削头、工作台等。
主轴通过驱动磨削头产生旋转运动，磨削头带动磨削磨具对工件表面进行磨削。
2. 磨削磨具磨削磨具是磨削工艺中实际进行磨削的工具，它包括磨削粒子和磨具基体。
磨削粒子的选择和排列方式直接决定了磨削的效果。
常用的磨削粒子有氧化铝、碳化硅等，它们具有硬度高、耐磨性好等特点。
磨具基体起到支撑和固定磨削粒子的作用，常用的磨具基体有陶瓷、金属、树脂等材料制成。
在磨削工艺中，磨具与工件之间的相互作用是通过磨削粒子与工件表面的接触来实现的。
磨削粒子在磨削过程中对工件表面产生一定的切削力，切削力的大小与磨削粒子的硬度、粒度、磨削速度等因素相关。
磨削粒子与工件表面的接触越大，切削力越大，磨削效果越好。
3. 工作原理磨削工艺的工作原理可以概括为磨削磨具与工件表面的相互研磨作用。
当磨削工艺开始时，磨削磨具接触到工件表面，磨削粒子通过切削力对工件表面进行破坏和剥离，同时产生磨渣和切削热。
磨渣被磨削磨具和工作台带走，切削热则通过磨削磨具和冷却液排出。
磨削工艺的工作原理中还存在磨削力和磨削温度的问题。
在磨削过程中，磨削力对工件表面产生一定的切削和热变形，而磨削温度则会影响磨削粒子与工件表面的接触。
过高的磨削力和磨削温度会导致工件表面的质量下降和工具的损坏。
为了提高磨削工艺的效果，需要采取适当的磨削参数和技术手段。
磨削参数包括磨削速度、进给量等，它们的选择需要考虑到工件材料、磨削粒度和切削力等因素。
技术手段包括冷却液的使用、磨削液的选用等，它们可以有效降低磨削温度和防止损伤。
第三章切削与磨削原理
第三章切削与磨削原理3.1 切屑的形成过程学习目标：本节主要讨论金属材料的切削过程，并对硬脆非金属材料的切削过程进行简单介绍。
学习本节必须研究切屑形成过程的物理本质及其变形规律，熟悉不同切屑类型以及切屑控制方法。
3.1.1 切屑的形成过程切屑的形成工件上切屑层的金属材料,在刀具前刀面的推挤作用下发生了塑性变形，最后沿某一面剪切滑移形成了切屑。
切屑形成的过程切屑形成的过程实质是切削层受到前刀面的挤压后产生的以滑移为主的塑性变形过程。
切屑形成过程动态演示被切金属的受力变形分析由图3-2塑性金属(紧靠刀尖前面的被切金属层及切屑)的切屑根部金相照片可知，刀尖前面的金属晶粒变成为沿某一方向倾斜的纤维状结构，发生了极大的剪切变形，且剪切区内的剪切线与自由表面的交角约为45°(符合塑性力学理论)。
一般这一变形区的宽度仅为0.02～0.2mm。
切削速度愈高，宽度愈小。
因此可以将变形区视为一个剪切平面，称为剪切面，剪切面与切削速度夹角以φ表示，称为剪切角。
如图3-3所示。
金属除在剪切区发生显著变形外，还形成3个变形区，如图3-4所示。
图3-4说明：一般将剪切区称为第一变形区，其位置如图中Ⅰ所示，靠前刀面处称为第二变形区，如图中的Ⅱ。
由图3-2可看出，在已加工表面处也发生了显著的变形，方格已纤维化，这是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦造成的。
这一部分一般称为第三变形区，如图中的Ⅲ。
3.1.2 切屑变形程度的表示方法剪应变ε切削过程中金属的塑性变形主要集中于第一变形区，且主要形式是剪切滑移，因而其变形量可用剪应变ε来表示，如图3-5所示。
..........(3-1)根据图中所示的几何关系，可导出剪应变ε和剪切角φ的关系：.......................(3-2)按此式计算，剪切角愈小，剪切变形量愈大，即切屑变形愈大。
变形系数Λh由于切削时金属的塑性变形，使切下的切屑厚度h ch通常要大于切削层厚度h D，而切屑长度l ch却小于切削长度l c，如图3-6所示。
磨削原理
磨削原理讨论磨具与工件在磨削加工过程中的各种物理现象及其内在联系的一门学科。
磨削原理的讨论内容重要包括磨屑形成过程、磨削力和磨削功率、磨削热和磨削温度、磨削精度和表面质量、磨削效率等，目的在于深入了解磨削的本质，并据以改进或制造磨削方法。
磨削原理的讨论始于1886年，美国的C.H.诺顿和C.艾伦合作讨论砂轮和磨削过程，20年之后订立出正确选择砂轮类别和砂轮速度的原则；同时发觉为了提高磨削效率和精度，必需对砂轮进行平衡，并在磨削过程中正确地修整砂轮（见砂轮修整）和使用切削液。
1914～1915年，英国的J.格斯特和美国的G.奥尔登对磨削用量、磨屑大小和选择砂轮等问题又作了进一步的讨论。
此后，磨削原理的讨论不断深入。
在磨屑形成方面，德国的K.克鲁格对砂轮上磨粒与工件的接触弧长和影响单颗磨粒的切深的因素进行了几何计算和讨论在1925年提出了讨论报告。
德国的M.库莱恩和G.施勒辛格尔以及日本的关口八重吉等人对磨削力作了讨论，在20时代末至30时代先后提出了磨削过程中影响磨削力的诸因素，并使磨削力的测量技术不断进展。
从30时代起，随着测量磨削表面温度试验技术的进展推动了有关磨削热的理论讨论。
对于砂轮磨削性能的理论讨论导致一系列新型高速砂轮的显现进展了砂带磨削。
由于金刚石和立方氮化硼磨料的应用，磨削原理又得到新的进展。
70时代以来，应用扫描电子显微镜对磨削的微观过程和超精密磨削的机理作了深入的分析。
磨屑形成过程磨粒在磨具上排列的间距和高处与低处都是随机分布的，磨粒是一个多面体，其每个棱角都可看作是一个切削刃，顶尖角大致为90～120，尖端是半径为几微米至几十微米的圆弧。
经精细修整的磨具其磨粒表面会形成一些微小的切削刃，称为微刃。
磨粒在磨削时有较大的负前角（见刀具），其平均值为—60左右。
磨粒的切削过程可分3个阶段。
①滑擦阶段：磨粒开始挤入工件，滑擦而过，工件表面产生弹性变形而无切屑。
②耕犁阶段：磨粒挤入深度加大，工件产生塑性变形，耕犁成沟槽，磨粒两侧和前端堆高隆起；③切削阶段：切入深度连续增大，温度达到或超过工件材料的临界温度，工件材料明显地沿剪切面滑移而形成磨屑。
机械制造技术基础部分复习题
机械制造技术基础部分复习题第二章:机械制造过程基础知识2.1单项选择题（将题下所列答案中正确的答案填在括号内）： 1.在外圆磨床上磨削工件外圆表面，其主运动是（）。
① 砂轮的回转运动；② 工件的回转运动；③ 砂轮的直线运动；④ 工件的直线运动。
2.在立式钻床上钻孔，其主运动和进给运动（）。
① 均由工件来完成；② 均由刀具来完成；③ 分别由工件和刀具来完成；④ 分别由刀具和工件来完成。
2.2多项选择1.实现切削加工的基本运动是（）。
①主运动；② 进给运动；③ 调整运动；④ 分度运动。
2.主运动和进给运动可以（）来完成。
① 单独由工件；② 单独由刀具；③ 分别由工件和刀具；④ 分别由刀具和工件。
2.3判断题（下列说法中，正确的记为“Ｔ”；错误的记为“Ｆ”）（）1.在加工工序中用作工件定位的基准称为工序基准。
（）2. 直接找正装夹可以获得较高的找正精度。
2.4问答题1切削加工由哪些运动组成？各成形运动的功用是什么？ 2.试说明MG1432和CK6132机床型号的含义。
2.5实作题1.试分析习图1.1所示各零件加工所必须限制的自由度。
图a）在球上打盲孔φB，保证尺寸H；图b）在套筒零件上加工φB孔，要求与φD孔垂直相交，且保证尺寸L；图c）在轴上铣横槽，保证槽宽B以及尺寸H和L；图d）在支座零件上铣槽，保证槽宽B和槽深H及与4分布孔的位置度。
第三章:切削与磨削原理2.1单项选择题：1. 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：①主偏角；②前角；③副偏角；④刃倾角；⑤后角。
2. 影响切削层参数、切削分力的分配、刀尖强度及散若情况的刀具角度是：①主偏角；②前角；③副偏角；④刃倾角；⑤后角。
2.2多项选择题：1.对刀具前角的作用和大小，正确的说法有：①控制切削流动方向；②使刀刃锋利，减少切屑变形；③影响刀尖强度及散热情况；④影响各切削分力的分配比例；⑤减小切屑变形，降低切削力；⑥受刀刃强度的制约，其数值不能过大。
磨削加工原理
磨削加工原理
磨削加工是一种常见的金属加工方法，通过磨削工具对工件进
行切削，以达到精密加工的目的。
磨削加工原理是在磨削过程中，
磨料颗粒不断接触工件表面，将工件表面的金属材料逐渐磨除，从
而形成所需的形状和尺寸。
磨削加工原理的关键在于磨料颗粒与工件表面的接触。
在磨削
过程中，磨料颗粒以一定的速度和压力接触工件表面，通过不断的
摩擦和冲击作用，磨削掉工件表面的金属材料。
这种磨削过程需要
一定的能量输入，通常是通过旋转的磨削工具或者工件本身的旋转
来提供。
磨削加工原理的另一个重要方面是磨削工具的选择和使用。
不
同的磨削工具适用于不同的工件材料和加工要求。
常见的磨削工具
包括砂轮、砂带、砂纸等，它们的磨料颗粒大小、形状和硬度都会
影响磨削加工的效果。
此外，磨削工具的转速、进给速度、磨削压
力等参数也会对磨削加工产生影响。
在磨削加工原理中，还需要考虑磨削过程中产生的热量和磨屑。
磨削过程中，由于摩擦和冲击作用，会产生大量的热量，如果不能
及时散去，会对工件和磨削工具造成损坏。
同时，磨削过程中产生的磨屑也需要及时清除，以免对加工质量产生影响。
总的来说，磨削加工原理是通过磨料颗粒不断接触工件表面，将工件表面的金属材料逐渐磨除，从而实现精密加工的目的。
在实际应用中，需要根据工件材料和加工要求选择合适的磨削工具和加工参数，同时要注意散热和清屑，以确保磨削加工的效果和质量。
《金属切削原理与刀具》知识点总结
I 切削原理部分第1章刀具几何角度及切削要素1、切削加工必备三个条件：刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能2、切削运动：刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。
分为主运动和进给运动。
1）主运动是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。
有且仅有一个。
运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动）直线运动（刨削、拉削的刀具运动）运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。
2）进给运动：使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去的运动。
进给运动的速度一般较低，功率也较少。
其数量可以是一个，也可以是多个。
可以是连续进行的，也可以是断续进行的。
可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。
运动形式：连续运动：如车削；间歇运动：如刨削。
一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；没有进给运动，如拉削。
运动主体：工件，如铣削、磨削；刀具，如车削、钻削。
3、切削用量切削用量是指切削速度c v 、进给量f （或进给速度）和背吃刀量p a 。
三者又称为切削用量三要素。
1）切削速度c v （m／s 或m／min）：切削刃选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。
主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定1000dn v c π=式中：d-工件或刀具的最大直（mm）n-工件或刀具的转速(r/s 或r/min)2）进给量f：工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mm／r（或mm／双行程）。
3）背吃刀量p a （切削深度mm）2m w p d d a -=式中:w d -工件上待加工表面直径（mm）；m d -工件上已加工表面直径（mm）。
4、工件表面：切削过程中，工件上有三个不断变化的表面待加工表面：工件上即将被切除的表面。
过渡表面：正被切削的表面。
下一切削行程将被切除。
己加工表面：切削后形成的新表面。
5、刀具上承担切削工作的部分称为刀具的削部分，刀具切削部分由一尖二刃三面组成。
磨削过程及磨削原理
六、砂轮的磨损与耐用度
形态：磨耗磨损(A)、磨粒破碎(B-B) 和脱落磨损(C-C)。 砂轮耐用度：砂轮钝化、变形后加工 质量和效率降低。~用砂轮在两次修 整之间的实际磨削时间度时，工件将发 生颤振，表面粗糙度突然增大，或出 现表面烧伤现象。
由图可知，缩 短初磨阶段和稳定 阶段可提高生产效 率，而保持适当清 磨进给次数和清磨 时间可提高表面质 量。
五 磨削热和磨削温度
1. 磨削温度的基本概念 2. 影响磨削温度的主要因素
砂轮速度V： V ↑→θ↑ 工件速度Vw ： Vw ↑→θ↓ 径向进给量fr： fr↑→θ↑ 工件材料: 导热性↓→θ↑ 砂轮硬度与粒度：硬度↓→θ↓ 磨粒大小↑→θ↓
二 磨屑的形成过程
滑擦阶段：磨粒切削厚度非常小，在 工件表面上滑擦而过，工件仅产生弹 性变形。
刻划阶段：工件材料开始产生塑性变 形，磨粒切入金属表面，磨粒的前方 及两侧出现表面隆起现象，在工件表 面刻划成沟纹。磨粒与工件间挤压摩 擦加剧，磨削热显著增加。
切削阶段：随着切削厚度的增加，在 达到临界值时，被磨粒推挤的金属明 显的滑移而形成切屑。
磨削过程及磨削原理
1 磨料特征 2 磨屑的形成过程 3 磨削力 4 磨削阶段 5 磨削热和磨削温度 6 砂轮磨损与耐用度
一 磨料特征
很不规则，大多数呈菱形八面体； 顶尖角大多数为90度～120度，以很大的负前角进行切 削； 磨粒切削刃几乎都存在切削刃钝圆半径； 在砂轮表面分布不均匀，高低也不同。
磨粒常见形状
三 磨削力
➢磨削力的的来源：工件材料产生变形时的抗力和 磨粒与工件间的摩擦力。
➢磨削力的特征： (1) 单位磨削力很大 (2) 径向分力很大---径向力虽不做工，但会使
工件产生水平方向的弯曲，直接影响加工精度。
磨削原理的说明
磨削原理的说明磨削是一种常见的机械加工工艺，用于去除工件中的金属材料，使其达到所需的精度和表面质量。
它通过将硬度较高的磨粒与工件表面相互作用，通过切割和破碎的方式来去除金属材料。
在磨削过程中，磨粒与工件之间产生的磨削力和热量是主要影响磨削效果的因素之一。
下面将从磨削原理的角度对其进行详细说明。
磨削原理的核心在于磨粒与工件之间的相互作用。
磨削时，磨料在磨具表面产生的磨削力将磨粒推向工件表面，磨粒与工件表面相互摩擦，同时切削进入工件中。
由于磨粒硬度高于工件材料，磨粒可以切入和切削工件材料，将其去除。
同时，磨削力也会产生剪切和破碎作用，进一步破碎和去除工件材料。
磨削力不仅包括切削力，还包括辊压力和摩擦力，这些力的作用使磨削过程更加复杂。
磨削过程中产生的热量也是一个重要的因素。
磨削时，磨削力和磨粒与工件间的摩擦产生热量，这些热量通过工件和磨具的传导和对流传递到周围。
热量的积累会使工件表面温度升高，如果温度过高，可能导致工件变形或热裂纹的产生。
为了控制温度，常常使用冷却液或润滑剂来降低磨削过程中的摩擦和热量。
磨削原理中还有一些影响磨削效果的因素需要考虑。
首先是磨削速度和进给速度。
磨削速度是指磨具与工件的相对线速度，进给速度是指磨具与工件之间的相对位移速度。
适当的磨削速度和进给速度可以提高磨削效率和表面质量，但速度过高或过低都会影响加工效果。
其次是磨具的选择。
不同的工件材料和要求需要使用不同的磨具，例如砂轮、磨料带和研磨头等。
磨具的选择应考虑硬度、颗粒度、结构和绑定剂等因素。
最后是刀具与工件的角度和相对位置。
不同的磨削角度会对磨削效果产生影响，需要根据工件材料的特性来选择合适的角度。
总之，磨削是一种通过磨粒与工件表面的相互作用来去除金属材料的机械加工过程。
通过切削和破碎的方式来进行磨削，同时磨削力和热量的作用对磨削效果起到重要影响。
磨削过程中的磨削速度、进给速度、磨具选择和刀具角度等因素也需要合理调整和控制，以达到所需的加工精度和表面质量。
刀具切削原理
刀具切削原理
刀具切削原理是指在切削加工过程中，刀具通过相对于工件的相对运动，将工件上的材料逐渐剥离和去除，以达到加工工件的目的。
刀具切削原理与刀具的几何形状、材料、尺寸、刃口状况等因素密切相关。
下面将介绍几种常见的刀具切削原理。
1. 削剪切削原理：在削剪切削中，刀具的切削边缘相对于工件的方向进行快速切割。
切削力集中在刀具的刃口附近，通过工件上的剪切应力使材料断裂并剥离。
这种切削原理常用于剪切、切割等工艺中。
2. 磨削切削原理：磨削切削是通过刀具上的磨削颗粒与工件接触，通过摩擦磨削去除工件上的材料。
刀具通常是磨石、磨轮等，利用磨粒与工件的相对运动，在磨削过程中剥离材料。
这种切削原理适用于对工件进行精密、表面光滑的加工。
3. 钻削切削原理：在钻削切削中，刀具通常是钻头，通过旋转运动与工件相互作用。
刀具在工件上产生切削力，通过刀具的刃口将材料剥离和去除。
这种切削原理适用于钻孔。
4. 滚削切削原理：滚削切削是通过滚轮等刀具与工件表面接触，通过相对轴向运动将工件上的材料压缩、变形或剥离。
这种切削原理适用于滚压、滚花等工艺。
总而言之，不同的刀具切削原理适用于不同的工艺需求，根据工件的具体加工要求选择合适的切削原理和刀具是提高加工效率和质量的重要因素。
第三章磨床基础知识
2020年4月23日星期四
适用于：那些不宜用卡盘夹紧的薄壁，而其内外同心 度要求较高的且外圆表面已经精加工工件。如轴承环 类型的零件。
特点：加工精度高、自动化程度高，适用于大批量生产
（4）平面磨削
对于精度要求高的平面以及淬火零件的平面加工， 需要采用平面磨削方法。
分类：
● 按照砂轮的工作面不同
圆周（即砂轮轮缘）磨削
包括内圆磨床、行星式内圆磨床、无心内 圆磨床等。
主要用于轴套类零件和盘套类零件内孔表 面及端面的磨削。
（3）平面磨床 包括卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床
、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等。 主要用于各种零件的平面及端面的磨削。
（4）工具磨床 包括工具曲线磨床、钻头沟槽磨床、丝锥沟槽
磨床等。
（7）其它磨床 包括珩磨机、研磨机、砂带磨床、超精加工机
床、砂轮机等
在生产中应用最多的是外圆磨床，内圆磨床、 平面磨床、无心磨床四种。
万能外圆磨床
无心外圆磨床
普通外圆磨床
头架
往复工 作台
砂轮架
内圆磨床 无心内圆磨床
平面磨床
工具磨床
曲轴磨床
螺纹磨床
研磨机
抛光机
砂轮机
5、磨床的主要加工范围及方法
工作原理：砂轮和导轮的旋转方向相同，但由 于砂轮的圆周速度大（约为导轮的70～80倍）， 通过切向切削力带动工件旋转，但导轮（用摩 擦系数较大的树脂或橡胶作粘接剂制成的刚玉 砂轮）则依靠摩擦力限制工件旋转，使工件的 圆周线速度基本上等于导轮的线速度，从而在 砂轮和工件间形 成很大速度差产 生磨削作用。改 变导轮的转速， 便可以调节工件 的圆周进给速度。
第三章磨床基础知识
2020年4月23日星期四
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●自由切削与非自由切削
只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削刃不参加 切削工作，称为自由切削。曲线主切削刃或主、副切削刃都 参加切削者，称为非自由切削。
3.1.1 切屑的形成过程
直角自由切削
斜角自由切削
c)不自由切削
图3-1 直角、斜角自由切削与不自由切削
3.1.1 切屑的形成过程
挤压与切削
切屑的形成与切离过程，是切削层 受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移 为主的塑性变形过程。 正挤压：金属材料受挤压时，最大 剪应力方向与作用力方向约成45° 偏挤压：金属材料一部分受挤压时， OB 线以下金属由于母体阻碍，不能沿 AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F A
C
D
F F af hb
C C P D
D
KFc为切削条件修正系数
3 P F v 10 c c
( KW )
式中
Fc —— 主切削力（N）； v —— 主运动速度（m/s）。
3.2.2 切削力与切削功率的计算
工作功率
3 P P P F v F n f 10 e c f c c f w
第3章 切削原理
本章要点
切屑的形成过程 积屑瘤 切削力及其影响因素 切削热与切削温度 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择 磨削原理
高速加工技术
机械制造技术基础
第3章 切削与磨削原理 Cutting and Grinding Theory
3.1 切削过程 Process of Cutting
3.1.1 切屑的形成过程
切削过程就是刀具从工件表面上切除多余的材 料，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整 过程。 实验表明：切屑是在切削过程中工件材料受到 刀具前刀面的推挤后发生塑性变形，最后沿某一斜 面剪切滑移形成的。
3.1.1 切屑的形成过程
●正切削与斜切削
切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式称为正切削或 直角切削。如果切削刃不垂直于切削速度方向则称为斜切削或 斜角切削 直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直 斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直
积屑瘤
刀具
图3-10 积屑瘤
3.1.4 影响切削变形的因素
加工材料 切削用量
材料强度越高，塑性越小，则变形系 数越小，切削变形减小。 图 （1）切削速度
切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。 在积屑瘤增长的速度范围内 , 因积屑瘤导致实际工作前角
增加、剪切角φ 增大、变形系数减小。 在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形 系数ξ 不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。 在无积屑 瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。 图 切削铸铁等脆性金属时, 一般不产生积屑瘤。随着切削速度 增大，变形系数逐渐地减小。
式中
Fc 、Ff ——切削力和进给力（N）； vc ——运动速度（m/s）； nw —— 工件转速（r/s）； f —— 进给量（mm）；
机床电机功率
Pm
m
Pc
式中 ηm —— 机床传动效率，通常ηm= 0.75～0.85
3.2.3 影响切削力因素
工件材料
强度高 加工硬化倾向大 切削力大
切削用量
特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑 与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
两个摩擦区
粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不 平的凹坑中，形成长度为 lfi 的 粘接区。切屑的粘接层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。 滑动区：切屑在脱离前刀面 之前，与前刀面只在一些突出 点接触，切屑与前刀面之间的 摩擦属于外摩擦。
3.1.4 影响切削变形的因素
（2）进给量
刀具几何参数
（1）前角γ0
当进给量 f 增大时，切削层厚度hD 增大，切屑的平均变形减小，变形 图 系数ξ减小
前角增大，剪切角φ 增大，而剪切 图 角越大，则变形系数ξ 减小。
(2)刀尖圆弧半径rε
刀尖圆弧半径越大，变形系数ξ越大，切 削变形越大。 图
工件材料强度对变形系数的影响
◆ 前角γ0 增大，切削力减小（左图） ◆ 主偏角κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗 力影响显著（ κr ↑—— Fp↓，Ff↑，右图）
切削力/ N 切削力F
2200 1800 1400 1000
γ0 - Fc
κr - Fc
κr – Ff
κr – Fp
30 45 60 75 90
γ0 – Fp γ0 – Ff 前角γ0
不规则块状颗粒
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀 具前角较大 切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
局部剪切应力达到断 裂强度
加工塑性材料， 切削速度较低， 进给量较大， 刀 具前角较小 切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳
剪切应力完全达到 未经塑性变形即被 挤裂 断裂强度 工件材料硬度较 高，韧性较低， 切削速度较低 加工硬脆材料， 刀具前角较小
a)大规模挤裂 图3-19 陶瓷材料的去除过程与切屑形态
b)小规模挤裂
flash
3.1.6 硬脆非金属材料切屑形成机理
脆性材料切削过程
◆ 大规模挤裂与小规模挤裂交替进行（图3-13）
a）
b）
图3-20
c）
硬脆材料切削过程
d）
e）
a）大规模挤裂（大块破碎切除） b）空切 c）小规模挤裂（小块破碎切除） d）小规模挤裂（次小块破碎切除） e）重复大规模挤裂（大块破碎切除）
粘 结 滑 动
图3-9 切屑与前刀面的摩擦
3.1.3 前刀面上刀－屑的摩擦与积屑瘤
积屑瘤成因
◆ 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接 ◆ 粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化
积屑瘤形成过程
滞留—粘接—长大
切屑
积屑瘤影响
◆ 增大前角，保护刀刃 ◆ 影响加工精度和表面 粗糙度
积屑瘤
积屑瘤切 削现象
flash
机械制造技术基础
第3章 切削原理 Cutting and Grinding Theory
3.2 切削力
Cutting Force
3.2.1 切削力的产生和分解
切削力来源
★ 3个变形区产生的弹、 塑性变形抗力 ★ 切屑、工件与刀具间 摩擦力
3.2.1 切削力的产生和分解
切削力分解
Ff · p f 吃刀抗力 Fp v
Fc
κr
Ff Fp Ff · p
F
Ff 进给抗力
Ff · p
Fc 主切削力 F 切削合力
图3-21 切削力的分解
3.2.1 切削力的产生和分解
Fc —切削力，与切削速度方向一致。用于计算刀具 强度，设计机床零件，确定机床功率等。 Ff — 进给力，与进给方向相同。消耗机床的功率 较少，用于计算进给功率和设计机床进给机构等。
形成 条件
影响
糙度 恶劣，易崩刀 表面粗糙度不佳
3.1.5 切屑类型与切屑控制
切屑类型
带状切屑
real
节状切屑
real
粒状切屑
real
崩碎切屑
切屑形态照片
real
3.1.5 切屑类型与切屑控制
切屑控制
为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切 屑卷曲和折断。 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果。
Ff C Ff a
X Fc p X Ff p
X Fp
f
f
f
YFc
YFf
YFp
v K Fc
v K Ff
vc K Fp
z Fp
z Fc c z Ff c
Fp CFp a p
式中
CFc , CFp , CFf —— 与工件、刀具材料有关系数；
xFc , xFp , xFf —— 切削深度ap 对切削力影响指数；
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
相对滑移系数
cos 0 S y sin cos( 0 )
（3-1）
γ0
剪切角越小，前角越小， 剪切变形量越大。
M
φ
O
图3-7 相对滑移系数
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度 基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。 ◆ 厚度变形系数
( 3－5 )
变形系数Λh越大，剪切角φ越小。
2h 2 h sin o 1 h cos o
当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5 时， Λh与ε相近 ε 主要反映第 Ⅰ 变形区的 变形 ， Λh 还包含了第 Ⅱ 变 形区的影响。
3.1.3 前刀面上刀－屑的摩擦与积屑瘤
Ⅱ
Ⅰ
Ⅲ
图3-6 切削部位三个变形区 第Ⅱ变形区：靠近前刀面处, 切屑排出时受前刀面挤压与 摩擦。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Ⅲ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。
3.1.1 切屑的形成过程
切削变形实验设备与录像装置
Fp— 背向力，与进给方向垂直。用于计算与加工 精度有关的工件挠度和刀具、机床零件的强度等。也 是使工件在切削过程中产生振动的主要作用力。
F Fc FN D
2 2
FCFPF
Ff＝FDsinκr
2
2
2 f
Fp＝FDcosκr
3.2.2 切削力与切削功率的计算
指数形式的切削力经验公式
Fc C Fc a