机械制造技术基础3-2金属切削过程的基本规律
金属切削加工的基本知识
进给速度vf是单位时间内刀具对工件沿进给方
向的相对位移，单位是mm/s或mm/min。
进给量f是工件或刀具每回转一周时两者沿进
给运动方向的相对位移，单位是mm/r。
二者关系：
vf=f×n
切 削 用 量 三 要 素
（3）背吃刀量 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距 离，单位为mm。 外圆柱表面车削的深度可用下式计算： ap=（dw-dm）/2 mm 对于钻孔工作 ap=dm/2 mm 上两式中 dm——已加工表面直径（mm） dw—— 待加工表面直径（mm）
（3）金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，分天然和人造两种。
特点：
耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、
高耐磨的材料；
其热稳定性差， 强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。
（4）立方氮化硼
由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。
切 削 层 横 截 面 要 素
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的 截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的 负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (λs= 0)
ac＝ f sinκr
2. 切削宽度 aw
aw＝ ap/sinκr
3. 切削层面积 Ac ( κr = 0)
特点：Leabharlann 有很高的硬度及耐磨性； 热稳定性好，可用来加工高温合金； 化学惰性大，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁； 有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第二节 金属切削过程中的基本规律
一、切削变形
1.变形区的划分
机械制造技术基础 第2章
MMT
2.2.3 刀具工作角度
• 在横向进给切削或切断 工件时，随着进给量f值的增 加和加工直径d的减小，工作 后角不断减小，刀尖接近工 件中心位置时，工作后角的 减小特别严重，很容易因后 面和工件过渡表面剧烈摩擦 使刀刃崩碎或工件被挤断， 切削中应引起充分重视。因 此，切断工件时不宜选用过 大的进给量f，或在切断接近 结束时，应适当减小进给量 或适当加大标注后角。
MMT
2.2.3 刀具工作角度
当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的 合理前角如表2-1所示。
表2-1 合理前角 粗 车 精 车 硬质合金车刀合理前角的参考值 合理前角 粗 车 精 车
工件材料 低碳钢 中碳钢 合金钢 淬火钢
工件材料 灰铸铁 铜及铜合金 铝及铝合金 钛合金 ≤1.177 GP a
MMT
2.1.1 切削运动
3、合成切削运动
刀具与工件间的相对切削运 动是主运动和进给运动的合成运 动。切削刃上选定点相对于工件 的主运动的瞬时速度，称为切削 速度，以vc表示。切削刃上选定点 相对于工件的进给运动的瞬时速 度，称为进给速度，以vf表示。合 成切削运动的瞬时速度用ve表示。 则ve＝vc＋vf 。
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具静止角度
2.
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具在正交平面参考系中定义的标注角度有： （1）前角 γo ：前刀面与基面间的夹角（正交平面中测量） 作用：影响切屑的变形程度； 影响刀刃强度
后角α0：后刀面与切削平面间的夹角（正交 平面中测量）
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
机械制造技术基础(第三版)课后习题答案
机械制造技术基础（第三版）课后习题答案第二章2-1。
金属切削过程有何特征？用什么参数来表示？答：2-2。
切削过程的三个变形区各有什么特点?它们之间有什么关联？答：第一变形区：变形量最大。
第二变形区：切屑形成后与前刀面之间存在压力,所以沿前刀面流出时有很大摩擦，所以切屑底层又一次塑性变形.第三变形区:已加工表面与后刀面的接触区域.这三个变形区汇集在切削刃附近，应力比较集中,而且复杂，金属的被切削层在此处于工件基体分离，变成切屑，一小部分留在加工表面上。
2—3.分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响，生产中最有效地控制它的手段是什么? 答：在中低速切削塑性金属材料时，刀—屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面，两接触表面的金属原子产生强大的吸引力,使少量切屑金属粘结在前刀面上，产生了冷焊,并加工硬化，形成瘤核。
瘤核逐渐长大成为积屑瘤，且周期性地成长与脱落。
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前角大，有利于减小切削力；积屑瘤伸出刀刃之外,使切削厚度增加，降低了工件的加工精度；积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。
由此可见：积屑瘤对粗加工有利，生产中应加以利用;而对精加工不利，应以避免。
消除措施:采用高速切削或低速切削,避免中低速切削；增大刀具前角，降低切削力；采用切削液。
2—4切屑与前刀面之间的摩擦与一般刚体之间的滑动摩擦有无区别？若有区别，而这何处不同?答：切屑形成后与前刀面之间存在压力，所以流出时有很大的摩擦,因为使切屑底层又一次产生塑性变形，而且切屑与前刀面之间接触的是新鲜表面，化学性质很活跃。
而刚体之间的滑动摩擦只是接触表面之间的摩擦,并没有塑性变形和化学反应2—5车刀的角度是如何定义的？标注角度与工作角度有何不同？答:分别是前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角（P17）。
工作角度是以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面确定的刀具角度。
2-6金属切削过程为什么会产生切削力?答:因为刀具切入工具爱你，是被加工材料发生变形并成为切屑，所以（1）要克服被加工材料弹性变形的抗力，（2）要克服被加工材料塑性变形的抗力,（3）要克服切屑与前刀面的摩擦力和后刀面与过度表面和以加工表面之间的摩擦力。
机械制造技术基础教学大纲
机械制造技术基础教学大纲《机械制造技术基础》教学大纲一、课程简介课程类型：专业基础课学时：72h（其中实验8h）开课学期：第6学期学分：使用教材：《机械制造技术基础》，曾志新，吕明等编，武汉理工大学出版社，2001。
开课对象：机械设计及制造自动化专业本科学生，3年级先修课程：工程力学、互换性与技术测量、机械设计、机械原理、金工实习、测试技术、液压传动等。
二、课程性质、目的与任务本课程是现代机械制造专业高级专门技术人才和管理人才必修的主干专业技术基础课程，通过本课程的学习，应使学生了解和掌握机械制造技术的有关基本知识、基本理论、基本技能和科学思维方法，其目的在于培养学生获取和综合运用机械制造技术的能力，为达到能够独立分析和解决工程实践问题，开展新工艺、新技术创新的目的打下基础。
三、理论教学内容与基本要求1、金属切削过程的基本知识内容：金属切削过程的基本知识；刀具材料重点、难点：金属切削过程的基本知识要求：以金属切削理论为基础，要求掌握金属切削的基本原理和基本知识，并有根据具体情况合理选择加工方法（机床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力；2、金属切削过程的基本规律及应用内容：金属切削过程基本规律；金属切削过程基本规律的应用重点：金属切削过程的基本规律难点：金属切削过程基本规律的应用要求：理解金属切削过程的基本概念；通过研究切削过程中的切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等现象进行研究，揭示其内在的机理，探索和掌握金属切削过程的基本规律。
并具备将金属切削过程基本规律应用于实际的初步能力3、金属切削机床与刀具内容：金属切削机床的分类、型号和主要技术参数；工件表面成形方法与机床运动分析；．车床与刀具；孔加工机床与刀具；刨床与插床；铣床与铣刀；磨床与砂轮；齿轮加工机床与齿轮刀具重点：金属切削机床的分类、型号和主要技术参数；工件表面成形方法难点：工件表面成形方法与机床运动分析要求：掌握关键表面成形方法，能够合理选用加工机床4、机械加工工艺规程的制定内容：零件制造的工艺过程；工艺规程的作用及设计步骤；定位基准的选择；工艺路线的拟定；加工余量的确定；尺寸链和工序尺寸的确定；时间定额和经济分析重点、难点：定位基准的选择；尺寸链和工序尺寸的确定要求：掌握机械加工的基础理论和知识：如定位理论、工艺尺寸链理论、加工精度理论等。
机械制造技术考点汇总
第一章 金属切削基础1.基本知识：①工件上的加工表面：3个不断变化着的表面 (1) 待加工表面。
工件上行将被切除的表面。
(2) 已加工表面。
工件上经刀具切削后产生的新表面。
(3) 过渡表面。
工件上由切削刃正在切削着的表面，位于待加 工表面和已加工表面之间，也称作加工表面或切削表面。
②切削运动：直接完成切除加工余量任务，形成所需零件表面的运动包括主运动和进给运动（合成切削运动）主运动及进给运动：可能是连续，也可能是间歇的；可能是直线运动，也可能是回转运动；可由刀具和工件分别完成(如车削和刨削)，也可由刀具单独完成(如钻孔)，但很少由工件单独完成；可以同时进行(如车削、钻削)，也可以交替进行(如刨平面、插键槽)；③切削用量：切削用量用来定量描述主运动、进给运动和投入切削的加工余量（切削层）厚度。
切削速度：刀刃上选定点的主运动的线速度 单位：m/s 或m/min当主运动为旋转运动时，可按右式计算 切削刃上各点的切削速度是不同的进给量：主运动的每一转或每一行程，刀具和工件沿进给运动方向的相对位移量称。
znf fn v Z f ==背吃刀量：工件上已加工表面和待加工表面间的距离切削用量三要素：切削速度；进给量；背吃刀量2.金属切削刀具的几何参数①刀具切削部分的结构要素：刀具组成：夹持部分（刀柄）；切削部分（刀头） 切削部分组成：三面、两刃、一尖②切削平面切削角度分析：参考PPT1000dnv π=第二章金属切削的基本规律及其应用1.切屑的种类及其变化①分类：带状切屑；底面光滑，背面呈毛茸状挤裂切屑；底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状节状切屑；底面已不光滑，呈粒状金属块的堆砌崩碎切屑：不规则块状颗粒②影响切屑形状的因素：工件材料、切削速度、进给量、刀具角度③切屑形状对加工过程的影响：切削过程平稳性、表面质量④切屑控制：卷曲和折断2.切削层金属的变形①三个变形区②变形程度的表示：变形系数；剪切角；剪应变变形系数PS：能表示变形程度的参数：切屑形态（方便、定性）；剪切角（定量）；变形系数（纯挤压，易测）；剪应变（纯剪切，较合理，忽略挤压）③刀—屑接触区的变形与摩擦第二变形区特征:切屑底层晶粒纤维化,流速减慢,甚至滞留。
金属切削过程的基础规律
切 削 变 形
（2）第二变形区内金属的挤压摩擦变形 经过第一变形区后,形成的切屑要沿前刀面方向排出,还 必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。切屑在受 前刀面挤压摩擦过程中进一步发生变形(第二变形区的变形) 这个变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属里, 表现为该处晶粒纤维化的方向和前刀面平行。这种作用离前 刀面愈远影响愈小。 切屑形成模型只考虑剪切面的滑移,实际上由于第二变形 区的挤压,这些单元底面被挤压伸长,从平行四边形变成梯形， 造成了切屑的弯曲。应指出,第一变形区与第二变形区是相互 关联的。前刀面上的摩擦力大时,切屑排出不顺,挤压变形加 剧,以致第一变形区的剪切滑移变形增大。
取
Fz 0
，然后求解出φ为：
45 2 2
此外，也可按最大剪应力的理论，求出剪切角φ为：
剪 切 角 φ 确 定
4
通常剪切角φ 计算与实验结果并不一致。就以上式 为例，它是忽略了剪切面上正应力、温度、应变速度及材 质不均匀等因素的影响所致。 上式或其它剪切角φ 计算式表明,φ 与γο、β有 关。增大前角γο、减小摩擦角β，使剪切角φ 增大， 切削变形减小，这一规律已被普遍用于生产实践中。也可 看出第Ⅱ变形区产生的摩擦对第Ⅰ变形区的影响规律。
切 削 变 形
如图（b）所示，对于切削层mn来说，mn线移至剪切面 AB时，产生滑移后形成切屑上m′n′线，这个过程连续地进 行，切削层便连续地通过前刀面转变为切屑。此图与形成切 屑时的实际变形较接近，故称之为切屑形成模型。 剪切角： 剪切面AB与切削速度vc之间的夹角称为剪切角。 作用角： 作用力Fr与切削速度vc之间的夹角ω称为作用角。 由此可知，第Ⅰ变形区就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。
机械制造技术基础-第二版---吕明主编---习题答案
机械制造技术基础-第—版--- 吕明主编---习题答案第一章金属切削过程的基础知识一.单项选择1.进给运动通常是机床中（）Oa）切削运动中消耗功率最多的：b）切削运动中速度最高的运动；c）不断地把切削层投入切削的运动；d）使工件或刀具进入1E确加工位置的运动。
2•在外圆磨床上磨削工件外圆表面，其上运动是（）o a）砂轮的回转运动，b）工件的回转运动，c）砂轮的H线运动，d）工件的直线运动。
3.在立式钻床上钻孔，其上运动和进给运动（）o町均山工件来完成：b）均由刀具来完成：c）分别由T•件和刀具來完成；d）分别由刀具和工件來完成。
4.背吃刀量作是指上刀刃与工件切削表面接触长度（）。
a）在切削平面的法线方向上测届的值；b）止交平面的法线方向上测量的值；c）在基而上的投影值:d）在上运动及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测届的值。
5.在背吃刀暈作和进给屋f 一定的条件卜，切削厚度与切削宽度的比值取决于（）oa）刀具询角；b）刀具后角；c）刀具上偏角；d）刀具副偏角。
6.垂直于过渡表面度鼠的切削层尺寸称为（）。
a）切削深度，b）切削氏度，c）切削厚度，d）切削宽度。
7.通过切削刃选定点，垂直于上运动方向的平而称为（九a）切削半面，b）进给平面，c）基面，d）主剖面。
&在正交平面内度量的基而与前刀而的夹角为（）oa）前角，b）后角，c）主偏角，d）刃倾角.9.刃倾角是上切削刃与（）之间的夹角。
a）切削平而，b）基面，c）上运动方向，d）进给方向11.用硬质合金刀具对碳素钢工件进行精加匸时，应选择刀具材料的牌号为（）oa） YT30. b） YT5, c） YG3, d） YG8.三.分析1.图1所示为在车床上车孔示意图，试在图中标岀刀具前角、后角、上角、副偏角和刃倾角。
第二章金属切削过程的基本规律及其应用3.靠询刀面处的变形区域称为_______ 变形区，这个变形区上要集中在和前刀面接触的切M底面一薄层金属内。
机械制造基础知识
一、金属切削过程方面的一些基本概念 1、金属切削过程是用刀具从金属材料（毛坯)上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的过程。
2、金属切削机床的运动分为基本运动和辅助运动。
(1）基本运动按切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分，金属切削机床的基本运动可分为主运动和进给运动。
1)主运动是刀具与工件之间的相对运动。
它使刀具的前刀面能够接近工件,切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。
一般，主运动速度最高，消耗功率最大,机床通常只有一个主运动。
例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。
2）进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。
进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个,也可以是一个;可以是连续的，也可以是间歇的。
（2）辅助运动是除主运动和进给运动之外，为完成工件的加工全过程所需的其它运动。
它包括以下几类：空行程运动、切入运动、分度运动、操纵及控制运动。
3、工件表面 (1）待加工表面——是工件上有待切除的表面。
（2）已加工表面——是工件上经刀具切削后产生的新表面。
（3）过渡表面（加工表面）-—过渡表面是工件上由切削刃形成的那部分表面.4、切削用量三要素：切削速度vc、进给速度vf（进给量f）、切削深度ap（背吃刀量）5、金属切削过程中发生的现象金属切削过程中,始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。
6、金属切削过程四大规律:金属切削变形、切削力变化、切削热与切削温度、刀具磨损与耐用度变化四大规律.7、四大规律在生产实际中的应用：改善工件材料的切削加工性、合理选择切削液、刀具几何参数合理选择、切削用量合理选择等。
二、机械加工工艺系统的组成机械加工工艺系统由机床、刀具、夹具和工件组成. (一)机床 1、金属切削机床是一种用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是制造机器的机器，因比又称为“工作母机"或“工具机”,习惯上简称为机床. 2、机床的分类:以机床的加工方法和所用刀具的特征来分，根据我国制定的金属切削机床型号编制方法(GB/T15975—1994）,目前将机床分为12类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其他机床。
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2. 切削力的经验公式
[解]： kFc k k k mFc krFc g Fc klsFc
当 b = 630MPa时
k mFc
( σb )nFc 650
( 630)0.75 650
0.98
2. 切削力的经验公式
续： 按r =75°查表3-4，得 kkrFc 0.92 按go =10°查表3-4，得 kg Fc 1.0
2. 切削力的经验公式
v 切削力
FC
CFC
a X FC SP
f n FC
n FC
C
K FC
2. 切削力的经验公式
切削力 背向力
v FC
CFC
a X FC SP
f n FC
n FC
C
K FC
v Fp CFP aSPXFP f n FP C nFP K Fp
v 进给力 Ff CFf aSPXFf f n Ff C n Ff KFf
按ls =-5°查表3-4，得 klsFc 1.0
k Fc k mFc k krFc k gFc k lsFf 0.98 0.921.0 1.0 0.90
2. 切削力的经验公式
续： kFc kmFc kkrFc kg Fc klsFc 0.98 0.92 1.0 1.0 0.90
Fc 1135.7k Fc 1135.7 0.90 1022 (N)
2. 积屑瘤
二、切削力
1.总切削力的分解和切削功率 （1）总切削力的分解
1）切削力Fc 2）背向力Fp 3）进给力Ff
1.总切削力的分解和切削功率
（1）总切削力的分解
F FC2 FD2 FC2 FP2 Ff2
FP FD cos r
Ff FD sinr
Fp (0.15 ~ 0.7) Fc Ff (0.10 ~ 0.6) Fc
切削时消耗的功率
Pc
Fc vc
6 104
2. 切削力的经验公式
[计算举例]：
用YT5硬质合金车刀外圆纵车σb = 630 MPa的热轧45钢，
车刀几何参数为go =10°、r = 75°、ls = –5°，切削 用量为asp = 2mm、f = 0.3mm/r、vc = 100 m / min。
试计算切削力Fc、Fp、Ff 及切削功率Pc 。
图3-25 前角对切削力的影响 asp = 4 mm f = 0.25 mm / r
2. 积屑瘤
图3-15 积屑瘤与切削刃 的金相显微照片
2. 积屑瘤
图3-16 积屑瘤高度及其实际工作前角
2. 积屑瘤
（1）积屑瘤对切削过程的影响： 1) 积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切
削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨 损。 2) 积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑 瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。 3) 积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精 度。 4) 积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面 粗糙度。
剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的 抗力也愈大，故切削力也愈大。
3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。
a）背吃刀量asp 和进给量f对切削力的影响;
↑ 背吃刀量asp↑
进给量f↑
AD ↑
变形抗力 摩擦力
切削力↑
二、切削力
标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢
σb = 650 Mpa，车刀几何参数为go =10°、 r = 45°、ls =0°。
v PcFc c 6 104源自1022100 6 104
1.7
(kw)
二、切削力
3. 影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑
性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力
和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
3. 影响切削力的因素
1）工件材料的性能对切削力有显著的影响。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的
切削塑性材料时
3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
a） 前角go对切削力的影响;
前角go↑ 刀刃锋利↑ 变形抗力↓ 切削力↓
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
a） 前角go对切削力的影响;
第二节 金属切削过程基本规律
一、金属切削过程
1. 切屑的形成
图3-10 金属切削过程中的滑移线和流线
1. 切屑的形成
图3-12 切屑类型
1. 切屑的形成
图3-10 金属切削过程中的滑移线和流线
1. 切屑的形成
衡量切屑变形程度的方法 ：切屑厚度压缩比Λh
Λh hch lD
hD lch
图3-13 切屑厚度压缩比Λh的计算
[解]：
2. 切削力的经验公式
Fc CFc asxp Fc f yFc vcnFc k Fc
查表3-2得： CFC=2795 xFC =1.0 yFC =0.75 zFC =-0.15
2. 切削力的经验公式
[解]：
Fc CFc asxp Fc f yFc vcnFc kFc 2795 21.0 0.30.75 1000.15 k Fc 1135.7 kFc
FC CFC aSP1.0 f 0.75 vC-0.15 KFC
即，asp增大一倍，FC也增大一倍；而f 增大一倍， FC只能增大68%～80％。
二、切削力
由此可见，从减小切削力和节省动力消 耗的观点出发，在切除相同余量的条件
下，增大 f 比增大asp 更为有利。
3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性；
2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度；
2. 积屑瘤
图3-17 切削速度对积屑瘤的影响
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角；
2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷却润滑条件。
1.总切削力的分解和切削功率
（2）切削功率
Pc
Fc vc
6 104
单位：kw
Fc——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/min。
1.总切削力的分解和切削功率
（2）切削功率
Pc
Fc vc
6 104
单位：kw
PE
Pc
c
c ——机床传动效率，一般，取c = 0.75～0.85。
二、切削力