刀具寿命与切削三要素的关系
最新机械制造技术基础课后答案——第二章
机械制造技术基础(作业拟定答案)2-2 切削过程的三个变形区各有何特点？它们之间有什么关联？答：三个变形区的特点：第一变形区为塑性变形区，或称基本变形区，其变形量最大，常用它来说明切削过程的变形情况；第二变形区为摩擦变形区，切屑形成后与前面之间存在压力，所以沿前面流出时必然有很大摩擦，因而使切屑底层又产生一次塑性变形；第三变形区发生在工件已加工表面与后面接触的区域，已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦产生变形。
关联：这三个变形区汇集在切削刃附近，应力集中且复杂；它们实质上都是因为挤压和摩擦产生变形，第一变形区主要由挤压沿剪切线产生剪切变形，第二变形区主要由挤压和摩擦产生切屑的变形，第三变形区主要由挤压和摩擦产生加工表面变形。
2-3 分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响，生产中最有效的控制积屑瘤的手段是什么？答：积屑瘤产生的原因：在切削速度不高又能形成连续切削的情况下，加工塑性材料时，刀面和切屑表面由于挤压和摩擦使得接触表面成为新鲜表面，少量切屑金属粘结在前刀面上，产生了冷焊，并形成加工硬化和瘤核。
瘤核逐渐长大形成积屑瘤。
对加工的影响：积屑瘤粘结在前刀面上，减少了刀具的磨损；积屑瘤使刀具的实际工作角度增大，有利于减小切削力；积屑瘤伸出刀刃之外，使得切削厚度增加，降低了工件的加工表面精度并使加工表面粗糙度增加。
生产中控制积屑瘤的手段：在粗加工中，可以采用中低速切削加以利用，保护刀具。
在精加工中应避免采用中低速从而控制积屑瘤的产生，同时还可以增大刀具前角，降低切削力，或采用好的切削液。
2-7 车削时切削合力为什么常分解为三个互相垂直的分力来分析？试说明这三个分力的作用？答：分解成三个互相垂直力的原因：切削合力的方向在空间中是不固定的，与切削运动中的三个运动方向均不重合，而切削力又是设计和性能分析的一个重要参数。
为了便于分析和实际应用，将切削力沿车削时的三个运动方向分解成三个力。
三个切削运动分别为：主运动(切削速度)、进给运动(进给量)、切深运动(背吃刀量)。
刀具复习思考题答案
目录复习思考题 (2)复习思考题 (10)复习思考题 (18)复习思考题 (29)复习思考题 (34)复习思考题 (46)复习思考题 (55)复习思考题 (64)（二）复习思考题1、切削加工由哪些运动组成？它们是如何定义的？各起什么作用？ （1）切削运动（表面成形运动）刀具与工件间的相对运动。
分为主运动和进给运动。
（2）定义：①主运动：是使刀具和工件产生相对运动以进行切削的运动。
特点：速度最高，消耗机床功率最大，且仅有一个。
图2-2 车削外圆的切削运动与加工表面形式：⎩⎨⎧直线运动旋转运动（执行件）主体：⎩⎨⎧刀具转（铣削）工件转（车削）②进给运动：不断地把切削层（切削余量）投入切削的运动。
2、车削外圆柱表面时，工件上有哪些表面？如何定义这些表面？ 切削过程中，工件上有三个变化的表面。
（1）待加工表面：工件上即将被切除的表面（切削余量）。
（2）已加工表面：切削后形成的新表面（符合尺寸精度，表面质量要求）。
（3））下的金属。
被从工件上切削（剥离（切屑） 削的表面。
过渡表面：正被刀具切 （余量） ⇒⇑⇓3、切削用量三要素是指什么？它们是如何定义的？ （1）切削速度V C ：是指刀刃上选定点相对于工件的主运动线速度：）（＝Sm1000n d V w C π 式中： )sr ()m i n s 60()min r n(n ＝ d w =d max (mm) 2、进给量f （进给速度f V ）（1）f ：刀具在进给方向上相对于工件的位移量。
（车、钻、磨）r mm ⇒（2）f V （进给速度）：切削刃上，选定点相对于工件的进给运动的线速度（smm ）。
（3）每齿进给量)z mm (f zZ ：多齿刀具的齿数 三者相互关系)rmm )(s r ( )s mm (nZf nf V z f ==3、背吃刀量q a （切削深度）p a ：是工件上已加工表面（m d ）与待加工表面（w d ）间的垂直距离。
车外圆时：2d d a mw p －= （mm ） 钻孔时： 2da w p = （mm ）4、切削层参数是指什么？它们是如何定义的？图2-5 切削层参数（1）切削厚度：切削层两相邻过渡表面间的垂直距离。
机械制造技术基础(高教版,吉卫喜主编)复习题
第2章金属切削过程及其控制一、选择题1．车床上镗内孔时，刀尖安装高于工件回转中心，则刀具工作角度与标注角度相比，后角。
…………………………………………………………………（）（A）增大（B）减小（C）不变2．纵车外圆时，不消耗功率但影响工件精度的切削分力是（）（A）进给力（B）背向力（C）主切削力（D）总切削力4．在车削细长轴时，为了减小工件的变形和振动，故采用较大的车刀进行切削,以减小径向切削分力。
…………………………………………………………………（）（A）主偏角（B）副偏角（C）后角5．在车削加工铸铁工件外圆时，应选用的硬质合金刀具材料种类为……………（）（A）YT类（B）YT或YG类（C）YG类6．刃倾角的功用之一是控制切屑流向，若刃倾角为负，则切屑流向为……………（）（A）流向已加工面（B）流向待加工面（C）沿切削刃的法线方向流出7．粗加工时，前角应取（）；加工材料塑性越大，前角应取（）的值。
（A）相对较大（B）相对较小（C）任意取8．车45钢调质工件外圆时，产生表面粗糙度主要原因是残留面积、塑性变形和等因素引起的。
…………………………………………………（）（A）切屑崩碎（B）鳞刺（C）积屑瘤9．刀具磨损到一定的限度就不能再继续使用，这个磨损限度称为（）。
（A）磨钝标准（B）磨损极限（C）耐用度（D）刀具寿命10．在基面内测量的角度有（）（A）前角和后角（B）主偏角和副偏角（C）刃倾角11．前刀面与基面间的夹角是( )。
12．切削用量中对切削力影响最大的是（）。
（A）切削速度Vc （B）进给量f （C）切削深度a p（D）三者一样13．在切削平面内测量的角度有（）。
（A）前角（B）后角（C）主偏角（D）刃倾角14．下列哪种刀具不适宜进行沟槽的铣削（）。
(A) 立铣刀(B)圆柱形铣刀(C)锯片铣刀(D)三面刃铣刀15．YT 类硬质合金适用于加工钢材，其中（）适合于精加工。
（A）YT1 （B）YT5 （C）YT15 （D）YT3016．（）切削液主要起冷却作用。
什么是合理的切削用量
多次走刀时，应尽量将第一次走刀的切削深 度取大些，一般为总加工余量的2/3~3/4。 在中等功率的机床上、粗加工时的切削深 度可达8~10mm，半径加工（表面粗糙度为 Ra6.3~3.2μm）时，切削深度取为 0.5~2mm，精加工（表面粗糙度为 Ra1.6~0.8μm）时，切削深度取为 0.1~0.4mm。
• 半精加工和精加工的加工余量一般较小时，可 一次切除，但有时为了保证工件的加工精度和表 面质量，也可采用二次走刀。
进给量f的选择
• 切削深度选定后，接着就应尽可能选用较 大的进给量f。粗加工时，由于作用在工艺 系统上的切削力较大，进给量的选取受到 下列因素限制；机床—刀具—工件系统的 刚度，机床进给机构的强度，机床有效功 率与转矩，以及断续切削时刀片的强度。
• 切削用量 定义 ：是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称，这 三者又称切削用量三要素。 • 切削速度v： 在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度。 v = πdn / 1000 ( m / min ) 式中 d --- 完成主运动的刀具或工件的最大 直径（mm） n --- 主运动的转速（r / min） • 进给量f：工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进 给运动中的相对位移量。 vf = n * f （mm / min） • 切削深度ap：等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距。 对于 外圆车削 ap = （dw - dm) / 2 (mm) 对于钻孔 ap = dm / 2 (mm) 式 中 dw --- 工件加工前直径(mm)； dm --- 工件加工后直径(mm)。 • 影响数控加工切削用量主要有下列 • （1） 机床（2） 刀具（3） 工（4） 切削液
三要素对刀具寿命的影响如下
三要素对刀具寿命的影响如下可以看出，线速度对刀具寿命的影响＊大，进给其次，影响＊小的是切深。
由于线速度由于受被加工材料，刀片材质，刀片角度，刀片涂层等因素影响，实际应用中差别比较大。
所以放在＊后。
先来说说受刀片形状和角度限定的进给和切深。
刀片除了材质，涂层，还有形状、角度和尺寸限定。
材质和涂层以及角度影响线速度。
形状、角度和尺寸影响切深和进给。
因为这些决定了刀片的强度。
一）先说切深。
这是主偏角90度时各种刀片的推荐＊大切深。
*注：90度主偏角时，实际＊大切深可以达到整个刃长，但是此时进给很小，几乎没有实际意义。
所以还是推荐的＊大切深有应用的价值。
由于很多时候，主偏角未必是90度，所以可以参照下图换算：此表格是非90度主偏角时根据切深换算刀具刃长。
在大切深情况下需要换算，否则实际切深超过刀片刃长会导致蹭刀甚至撞刀。
＊大切深受刀片刃长的影响，但是由于刀片有R的存在，而R 角的大小又影响刀片的强度，进而又会影响＊大切深。
另外，切深一定的情况下，R角的大小还影响排屑。
所以，建议切深不小于R角的2/3、二）进给进给也和R角有关，同时，也和角度有关。
就推荐了正前角和负前角刀片各R角的推荐＊大进给。
进给不光和R角有关，更和断屑槽有关。
举例用CNMG 120408-PM试验切削钢件，在不同的切深和进给下，铁屑形状的变化：明显，只有红框内的铁屑形状是比较理想的。
所以针对该刀片大小角度和R角以及槽型，推荐的切深和进给如下：可以看到，推荐ap0.5～5.5mm（＊小0.4mm～＊大8.6mm），f0.15～0.5mm/r（＊小0.1mm/r～＊大0.65mm/r）。
淮阴工学院机械制造基础题库部分解答题答案
1 什么是切削用量三要素?在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系？切削用量是指切削速度 v c 、进给量 f （或进给速度 v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。
它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数.关系：切削层公称厚度h: r K f h sin = ; 切削层公称宽度b: r p K a b sin = ; 切削层公称横截面积A ：p fa hb A ==3 刀具标注角度参考系是由哪些参考平面构成的，如何定义?基面Pr ：通过切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面切削平面Ps ：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直与基面的平面正交平面0p ：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直与基面和切削平面的平面6 切断车削时，进给运动怎样影响刀具工作角度?横向进给车削：当进给量f 增大，则η值增大，当瞬时直径d 减小，η值也增大。
车削至接近工件中心时，η值增长很快，工作后角由正变负，使工件最后被挤断。
纵向进给车削：进给量f 越大，工件直径dw 越小，工作角速度值的变化就越大。
一般η值不超过30°到40° 7 镗内孔时，刀具安装高低怎样影响刀具工作角度?刀尖高于工件轴线时，工作前角oe γ减小，工作后角oe α增大；刀尖时情况相反。
8 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能？高的硬度；高的耐磨性；足够的强度和韧性；高的耐热性；良好的导热性和耐热冲击性能；经济性9 常用的硬质合金有哪几类？如何选用？P51K 类，M 类，P 类。
具体参见p5110 什么是积屑瘤？它对切削过程有什么影响？如何控制积屑瘤的产生？P17在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角形的硬块，这块冷焊在前刀面上的金属是积屑瘤。
影响：增大前角；切削厚度；增大已加工表面粗糙度；影响刀具使用寿命。
车削时切削用量的选择原则
三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。
◆ 2. 刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺 序为v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切
削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的
接近要求的形状和尺寸。
◆ 粗车以提高生产率为主，在生产中加大切削深度，对提
高生产率最有利，其次适当加大进给量，而采用中等或中
等偏低的切削速度。
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◆
粗车铸、锻件毛坯时，因工件表面有硬皮，为保护
刀尖，应先车端面或倒角，第一次切深应大于硬皮厚
度。若工件夹持的长度较短或表面凸凹不平，切削用 量则不宜过大。 粗车应留有精车余量。粗车后的精度
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二、 刀具寿命的选择原则
◆切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定 切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命， 而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而 定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成 本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少 的目标确定，后者根据工序成本最低的目 标确定。
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◆1. 根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来 选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比 单刃刀具高些。 ◆2. 对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短， 为了充分发挥其切削性能，提高生产效率， 刀具寿命可选得低些。
(1)几何因素 (2)物理因素 (3)工艺因素
从切削过程的物理实质考虑，刀具的刃口圆角及后面 的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形，严重恶化了表 从几何的角度考虑，刀具的形状和几何角度，特 面粗糙度。在加工塑性材料而形成带状切屑时，在前刀 从工艺的角度考虑其对工件表面粗糙度的影响，主要 别是刀尖圆弧半径、主偏角、副偏角和切削用量中的 面上容易形成硬度很高的积屑瘤。它可以代替前刀面和 有与切削刀具有关的因素、与工件材质有关的因素和与加 进给量等对表面粗糙度有较大的影响。 切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生变 工条件有关因素等。 化。积屑瘤的轮廓很不规则，因而使工件表面上出现深 浅和宽窄都不断变化的刀痕。有些积屑瘤嵌入工件表面， 更增加了表面粗糙度。切削加工时的振动，使工件表面 粗糙度参数值增大。
切削用量 切削用量三要素
切削用量切削用量三要素切削用量是指切削速度v c 、进给量f （或进给速度v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。
它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。
它们的定义如下：（一）切削速度v c切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。
计算公式如下v c=( π d w n )/1000 (1-1)式中v c ——切削速度(m/s) ；dw ——工件待加工表面直径（mm ）；n ——工件转速（r/s ）。
在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最高，刀具磨损最快。
（二）进给量f工件或刀具每转一周时，刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。
进给速度v f 是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。
v f=fn （1-2 ）式中v f ——进给速度（mm/s ）；n ——主轴转速（r/s ）；f ——进给量（mm ）。
（三）背吃刀量a p通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。
根据此定义，如在纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：a p = （d w — d m ）/2 （1-3 ）式中 d w ——工件待加工表面直径（mm ）；dm ——工件已加工表面直径（mm ）。
涂层刀片为了提高刀具（刀片）表面的硬度和改善其耐磨性、润滑性，通过化学气相沉积和真空溅射等方法，在硬质合金刀片表面喷涂一层厚度5～12μ m以下的TiC、TiN或Al 2O 3等化合物材料。
TiC 涂层刀片，硬度可达3200HV，呈银灰色，耐磨性好，容易扩散到基体内与基体粘结牢固，在低速切削温度下有较高的耐磨性。
TiN 涂层刀片TiN硬度为2000HV，呈金黄色，色泽美观，润滑性能好，有较高的抗月牙洼型的磨损能力，与基体粘结牢固程度较差。
Al 2O 3 涂层刀片硬度可达3000HV，有较高的高温硬度的化学稳定性，适用于高速切削。
除上述单层涂覆外，还可TiC-TiN, TiC+TiN+Al 2O 3等二层、三层的复合涂层，其性能优于单层。
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刀具寿命与切削三要素的关系
三个主要的加工参数：速度、进给和切削深度，都对刀具寿命有影响。
切削深度影响最小，进给率影响较切削深度大些。
切削速度对刀片的刀具寿命影响最大。
为获得最佳刀具寿命：最大化a p –以减少走刀次数；最大化f n –以缩短切削时间；降低v c –以获得最佳刀具寿命。
切削深度的影响
过小
•切屑失控
•振动
•过热
•不经济
过深
•高功率消耗
•刀片破裂
•切削力增大。
进给率的影响
极低
•狭长切屑
•后刀面磨损过快
•积屑瘤
•不经济
极高
•切屑失控
•表面质量差
•月牙洼磨损/塑性变形
•高功率消耗
•切屑熔结
•切屑冲击
切削速度的影响
过低
•积屑瘤
•切削刃变钝
•不经济
•表面质量差
过高
•后刀面磨损过快
•表面质量差
•快速月牙洼磨损
•塑性变形。