第十讲切屑控制
切削过程及控制
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。
金属切削中的切屑控制技术与策略
金属切削中的切屑控制技术与策略金属切削是制造业中常见的一项工艺，通过切削金属材料来制造零部件和构件。
然而，在这个过程中常常会产生切屑，对于切削加工的稳定性和效率产生负面影响。
因此，切屑控制技术与策略成为了一项重要的研究和应用领域。
切屑是在金属切削过程中由于金属材料在刀具作用下被切割而形成的长薄片，通常以螺旋形或弧形堆积。
它们不仅影响了表面质量和加工精度，还可能引起设备故障、刀具损坏及操作人员伤害等问题。
因此，切屑控制对于提高加工质量、延长设备寿命和保障操作安全具有重要意义。
首先，合理选用刀具材料、形状和涂层是切屑控制的关键。
切削加工过程中，刀具与工件的相互作用会产生高温和高压，不合适的刀具材料和形状会导致切削力过大，从而加剧切屑产生。
合适的刀具涂层能降低摩擦和热量的产生，减少切削力，改善切削过程，避免切削过程中的问题。
其次，良好的切削参数设置也能有效控制切屑的产生。
切削速度、进给速度和切削深度都对切屑形状和数量产生影响。
如果切削速度过高、进给速度过慢或切削深度过大，都会导致切削时金属材料断裂过早，产生大量切屑。
因此，合理设定切削参数是实现切屑控制的重要策略之一。
另外，使用切屑控制装置也是一种有效的方式。
切屑控制装置可以帮助收集和控制切屑的产生，减少切削床上的切屑堆积。
例如，切屑槽、滚花刀具和专用切屑收集设备等，都能够有效收集切屑，并降低对加工过程的干扰。
这些装置可以根据金属切削的特性和需求进行选择和应用，从而实现切屑的有效控制。
此外，定期清理切屑也是重要的措施。
切削过程中产生的切屑若长时间堆积在设备和加工区域，会影响切削加工的稳定性和效率。
因此，操作人员应定期清理切屑，保持工作区域的清洁和整洁，以减少切屑带来的不利影响。
综上所述，金属切削中的切屑控制技术与策略对于提高加工质量、延长设备寿命和保障操作安全具有重要意义。
合理选用刀具材料、形状和涂层，设定合适的切削参数，使用切屑控制装置，以及定期清理切屑，都是实现切屑控制的有效手段。
铰孔加工中的切屑控制
铰孔加工中的切屑控制铰孔加工是机械加工中不可缺少的工序之一，而切屑控制是铰孔加工中一个至关重要的环节。
本文将从切屑控制的重要性、切屑产生的原因和切屑控制的方法三个方面来详细探讨。
一、切屑控制的重要性在铰孔加工中，切屑是非常常见的现象。
如果无法有效地控制切屑，就会给加工过程带来极大的影响，例如下列几点：1. 切屑可能会卡在切削刃里面，导致机械刀具的出现问题。
这种情况会影响到加工质量，减慢整个生产进程。
2. 切屑堆积会导致机器阻塞、机器卡住，从而使生产准备工作变得更加复杂和困难，间接影响产品的质量和生产效率。
3. 减少切削液降低切屑的变形能力，影响加工表面的光洁度和精度。
综上所述，切屑的控制对于铰孔加工质量的影响非常明显，因此要尽可能采取有效措施进行控制。
二、切屑产生的原因为什么切屑会产生呢？产生切屑的原因有很多，可以总结为如下几点：1. 切削过程中热流的存在，增加了切削力，导致切屑变形。
(切屑束在离开刀具之前的热变形)。
2. 材料的硬度过高，使得废屑形成较难。
3. 刀具形状不当，切入场合不合理，或者是刀具钝化等问题都会导致切屑过多积累。
4. 切削过程中的振动也会对切屑的产生起到举足轻重的作用。
5. 切削液对切削力的降低效果不理想。
如何控制切屑？从上面的分析我们可以看出，切屑的产生是由很多因素造成的。
因此，我们需要从下列几点入手来有效地控制切屑。
1. 优化刀具结构和刀具形状，减少切削力，从而减少切屑的产生。
2. 选用合适的切削液，降低热力金属屑的变形率，从而减轻切削力，降低生产环境中的切屑产生。
3. 材料硬度较高的时候，可以采用预切削的方法，减少铰孔加工的难度，降低切削力。
4. 对于废料变形难的材料，可以采取切断点滑动的方式，使切削受力更加均匀，减轻切屑的压力。
5. 在加工中，适量增加切削液的润滑效果，有助于降低热力起伏，提高切屑的控制效率。
6. 铰孔加工时注意刀具与加工表面级别的统一，减少切削力，控制切屑产生。
CNC机床加工中的加工切屑控制技术
CNC机床加工中的加工切屑控制技术CNC机床作为一种高精度、高效率的数控设备，在工业生产中扮演着至关重要的角色。
在机床加工过程中，切屑（也称为切削屑）的控制是一个关键问题。
切屑的产生不仅会影响加工质量，还可能造成机床故障和安全隐患。
因此，加工切屑的控制技术是CNC机床加工中不可忽视的一环。
一、加工切屑的分类在CNC机床加工过程中，切屑可以分为连续切屑和离散切屑两种类型。
连续切屑是由于切削体在工件上连续切削产生的，形状较规则；离散切屑是由于断续切削或非均匀切削产生的，形状较不规则。
二、加工切屑的影响因素1. 切削速度：切削速度过高会导致切屑变长、易弯曲，增加切屑卡槽和切屑排出的难度。
2. 切削深度：切削深度过大会加大切屑产生的量，容易因切削压力过大而导致切屑卡槽。
3. 切削速率：切削速率过大会增加切屑厚度，影响切屑的排出。
4. 切削液：切削液对切屑排除有重要影响，良好的切削液可以减少切屑与刀具的摩擦力，便于切屑的排出。
5. 切削力：切削力过大会导致切屑倾斜较大，增加切屑卡槽的可能性。
三、加工切屑控制技术1. 优化刀具：合理选择刀具材料、刀具形状和刀具涂层等，以减少切削力和切削温度，提高切削质量。
2. 切削参数调整：对切削速度、切削深度和切削速率等参数进行调整，以适应不同工件材料和工件形状的加工需求。
3. 切削液的使用：选择合适的切削液，并及时更换、补充切削液，以保持切削液的良好润滑性和冷却性能。
4. 切削卡槽的设计：合理设计切削卡槽，以便快速排出切屑，防止切屑堆积和卡槽堵塞。
5. 切削过程监控：通过安装传感器和监测装置等，实时监测切削过程中切屑的状态，及时采取措施进行切屑控制。
四、加工切屑控制技术的应用CNC机床加工切屑控制技术在实际生产中得到广泛应用。
例如，在汽车零部件加工中，合理的加工切屑控制技术可以提高生产效率和产品质量，减少设备故障率。
在航空航天等行业中，严格的切屑控制可以确保零件的精度和安全性。
切屑控制与断屑措施
切屑形成的过程
切屑形成的过程包括工件材料的剪切、挤压、滑移等变形行为，以及切屑与刀具和工件之间的摩擦、散热等物理现象。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切屑控制与力学模型
通过对切屑形成的力学原理进行分析，可以建立切屑控制的力学模型。该模型可以描述切屑控制的力学行为，为设计和优化切屑控制措施提供理论支持。
总结词：智能加工中的切屑控制与断屑措施研究是未来发展的重要方向，旨在实现加工过程的自动化、智能化和精细化。详细描述：在智能加工中，切屑控制和断屑措施的研究是实现自动化、智能化和精细化加工的关键环节之一。通过引入传感器和人工智能等技术，可以实现对加工过程的实时监控和优化调整。例如，利用传感器检测切屑的状态和流向，结合人工智能技术对检测数据进行处理和分析，可以实现对刀具路径和切削参数的自动调整，实现更优化的切屑控制和断屑措施。此外，还可以利用智能加工中的自适应控制技术，根据加工过程中的实时反馈信息自动调整切削参数和刀具路径，以实现更高效、更可靠的加工过程。
切屑控制是指通过采取一定的措施，对切削过程中产生的切屑进行控制，以避免切屑对加工过程和工件产生不良影响。
切屑控制的概念
切屑控制对于保证加工过程的稳定性和提高工件的加工质量具有重要意义。通过对切屑进行控制，可以减少切屑对机床、刀具和工件的损伤，同时提高加工效率和质量。
切屑控制的重要性
切屑形成的力学模型
THANKS
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04
CHAPTER
断屑措施
断屑概念
断屑是指金属切削过程中，切屑在切削力的作用下断裂成小块或小段，从而便于清除切屑，避免切屑堆积、缠绕刀具和工件，保证加工质量和安全。
切屑控制(理论+实例)
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
对螺旋形切屑产生影响的参数：
切屑上卷曲率1/ x 横卷曲率1/ r 流屑角h
影响这些参数的因素有很多： 被加工材料的性质，切削用量， 刀具几何参数，冷却液及加工方式等。
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
上向卷曲
引起原因：厚度方向上的流速差
侧向卷曲
切屑控制理论（理论+实例）
断屑预报试验
4.切屑折断曲线
断屑预报系统
对于数据库中没有的复杂断屑槽车刀片， 要预报其断屑范围时，系统将根据输入的槽 型参数分析该刀片的槽型组成，从而调用对 应的切屑折断界限数学模型，采用搜索-逐 点分析法计算、搜索出切屑的临界折断点， 最终绘制成切屑折断曲线显示给用户。
切屑的运动学
建立切屑形成直角坐标系O1-X1Y1Z1（如图）：X1轴为切 屑与刀具的分离线，Y1轴平行于前刀面且垂直于X1轴，Z1轴 分别与X1轴和Y1轴垂直，原点为切屑靠近刀尖一侧与前刀面 的分离点。在该坐标系中，用一向量ω表示切屑回转角速 度，向量的方向由右手规则确定。
求ω！
切屑控制理论（理论+实例）
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
刀具切入工件时，被切金属层经剪切面发生弹塑性滑移变形成 为切屑。前刀面的摩擦作用是切屑卷曲的主要原因，这是因为前 刀面的挤压作用使切屑厚度方向上存在不同的残余应变，使切屑 晶粒翻转，从而引起切屑的卷曲。同时刀具卷屑槽的存在在很大 程度上影响切屑的卷曲。 中山一雄指出:正常状态的切屑一般是螺旋形切屑,其形状可由 螺旋外径2ρ,螺距P，螺旋面与轴线的夹角θ确定。切屑流出后, 受到工件、刀具、机床等的阻碍引起变形或折断，从而形成各种 类型的切屑。因此，其它形状的切屑可以看成是螺旋切屑的演变 和组合。 切屑的卷曲可分解为Y-Z平面上的上向卷曲和X-Y平面上的侧向卷曲。 在一般情况下，它的合成是一条圆柱螺旋线，它的轴线平行于X-Z平面。
切屑控制与断屑措施
切削液使用中的问题
总结词
切削液在切削加工中起到冷却、润滑和清洗的作用，但在使用过程中也可能出 现泡沫、异味和腐蚀等问题。
详细描述
切削液在使用过程中可能会产生泡沫，影响冷却和润滑效果，同时也会带来异 味和腐蚀等问题。为解决这些问题，可以采取添加消泡剂、更换切削液或加强 切削液管理等措施。
05
未来研究方向与展望
THANKS
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选择合适的切削液对于切屑控 制至关重要，应根据加工材料 和刀具材料选择合适的决方案
切屑缠绕问题
总结词
切屑缠绕是切削加工中常见的问题，它可能导致设备损坏、生产效率降低和安全 隐患。
详细描述
切屑缠绕通常发生在铣削、车削和钻孔等加工过程中，当切屑不能及时排出或断 屑不彻底时，切屑会缠绕在刀具或工件上，影响加工质量和效率。为解决这一问 题，可以采取调整切削参数、更换刀具或优化切削液等方式。
02
切削过程中，切削力、切削热和 切削振动等多种因素相互作用， 影响切屑的形成。
切屑的类型
根据切屑的形状和形成机理，切屑可分 为带状屑、节状屑、崩碎屑和锯齿状屑 等类型。
锯齿状屑是由于切削刃上的切削力周期 性变化而形成的，其断面呈锯齿状，容 易产生振动和噪音。
崩碎屑是由于切削刃上的切削力突然变 化而形成的，其断面呈崩碎状，容易飞 溅伤人。
新型切削液的开发与研究
总结词
随着工业技术的不断发展，对切削液的性能要求也越来越高。未来研究将更加注重切削液的环保性、高效性和低 成本化，开发出新型的切削液以满足不断变化的市场需求。
详细描述
新型切削液的开发与研究将注重提高切削液的润滑性、冷却性和防锈性，以减少切削过程中的摩擦和热量，提高 切削效率和刀具寿命。同时，研究将探索切削液的生物降解性和低毒性能，以降低对环境的污染和危害。
切屑控制-综述部分
切 屑 控 制 研 究 现 状
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2.5 专家系统与切屑形成动态仿真技术
切 屑 控 制 研 究 现 状
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2.6 激光辅助切屑控制技术
切 屑 控 制 研 究 现 状
切屑会挂在主轴、刀片、夹具和测量装置上，使自 动测量和装卸设备无法正常使用 缠绕在刀具和工件上的长切屑会在工件上形成擦伤 ，并会缩短刀具寿命 长切屑不能像细小切屑那样有制 研 究 现 状
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2.2 关于切屑卷曲的研究
切屑的上向卷曲
切 屑 控 制 研 究 现 状
切屑的三维卷曲 切屑产生二维卷曲(即上向卷曲和侧向卷曲)的同时 。还常常会产生第三个方向的卷曲。即产生三维卷 曲．第三向卷曲的转动速度同量，分别与上向卷曲 和侧向卷曲的转动角速度向量互相垂直。切屑的三 维卷曲的概念的提出是目前关于切屑卷曲研究的最 新成果。
切 屑 控 制 的 研 究 理 论 及 历 史
切屑的折断力学主要研究经过变形、卷曲和 空间运动的切屑是如何折断的。它包括切屑 碰到障碍物而被折断的机理和切屑被甩断的 机理。
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1.5 切屑研究历史成果
------障碍型断屑器 ------障碍型断屑器
切 屑 控 制 的 研 究 理 论 及 历 史
名称 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
控 制 的
简图
研 究
形态
理 论
变形
带状，底面光滑， 节状，底面光滑有裂 背面呈毛茸状 纹，背面呈锯齿状 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
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刃倾角对排屑方向的影响
正λ s切屑流向待加工表面，负λ s切屑流向已加工表面， λs =0，切屑沿垂直主切削刃的方向流出。因此精加工时， 刃倾角应取正值，防止缠绕和刺伤已加工表面。
切屑控制的方法
•增大进给量，切削厚度变大，有利于
断屑，但会增加表面粗糙度；
•适当降低切削速度使切削变形增大，
有利于断屑，但会降低材料切除效率。
切屑的形成
挤压剪切应力剪切滑移塑性变形分离切屑
主要内容：
什么是切屑，它是如何形成的？ 常见的切屑类型有哪些，各自有什么特点？
影响切屑形成的因素、切屑控制的方法有哪些？ 一些典型情况下如何选择切屑的类型？
切屑的类型
形态：带状，底面光 滑，背面呈毛茸状； 变形：剪切滑移尚未 达到断裂程度； 形成条件：加工塑性 材料、切削速度较高、 进给量较小，刀具前 角较大。
问题：精车不希望形成C形屑，而是长螺旋卷？
3、重型车床上，用大切深、大走刀量车削钢件时，希望形成发 条状切屑，在加工表面上折断。 4、自动生产线上，希望形成宝塔状的切屑。 5、加工铸铁或黄铜等脆性材料时，保持切屑不断成为关键问题 之一。
槽形：a) 折线型 b) 直线圆弧型 c) 全圆弧型
折线型和直线圆弧型用于加工碳钢、合金钢等材料；全圆弧型
用于加工紫铜等高塑性材料。
断屑槽
槽向：a)平行式→粗加工 b)外斜式→C型屑，粗加工 c)内斜式→半精、精加工
断屑槽
槽向：a)平行式→粗加工 b)外斜式→C型屑，粗加工 c)内斜式→半精、精加工
对加工质量有影响；
对刀具寿命有影响；
对加工效率有影响；
对操作者安全有影响。
加工情况不同，切屑的类型也不同，孤立的评论那 种切屑好与坏是没有实际意义的。
主要内容：
什么是切屑，它是如何形成的？ 常见的切屑类型有哪些，各自有什么特点？
影响切屑形成的因素、切削控制的方法有哪些？
一些典型情况下如何选择切屑的类型？
主要内容：
什么是切屑，它是如何形成的？ 常见的切屑类型有哪些，各自有什么特点？
影响切屑形成的因素、切屑控制的方法有哪些？
一些典型情况下如何选择切屑的类型？
典型加工情况的切屑类型选择
1、高速切削塑性材料时，在不采用断屑措施的情况下，易形成 带状切屑；（镗削盲孔时，利用此将切屑排除孔外）
2、车削一般的碳钢、合金钢工件时，采用具有断屑槽的刀具易 形成C形屑；（不会缠绕工件或刀具，也不易伤人，C形屑较好）
切屑控制的方法
•增大主偏角可使切削厚度变大， 有利于断屑； •减小前角可使切屑变形增大，有 利于断屑； •刃倾角可以控制切屑流向，选择
合理的刃倾角有利于合理断屑；
流屑角
流屑角
由于切屑流向是垂直于各切削刃的方向，因此最终切屑的 流向是垂直于主副切削刃的终点连线方向，通常该流出方向与 正交平面夹角为ηc， ηc称为流屑角。
4.1 切屑控制
主要内容：
什么是切屑，它是如何形成的？ 常见的切屑类型有哪些，各自有什么特点？
影响切屑形成的因素、切屑控制的方法有哪些？ 一些典型情况下如何选择切屑的类型？
主要内容：
什么是切屑，它是如何形成的？ 常见的切屑类型有哪些，各自有什么特点？
影响切屑形成的因素、切屑控制的方法有哪些？ 一些典型情况下如何选择切屑的类型？
切பைடு நூலகம்的类型
形态：不规则块状颗粒； 变形：未经塑性变形即 被挤裂； 形成条件：加工硬脆材 料、刀具前角较小。
切屑形状的分类
根据ISO规定、并由我国生产工程学会 切削专业委员会推荐的国标
GB/T16461—1996的规定，切屑的形 状与名称分为以下类型。
切屑形状的分类
切屑形状的分类
切屑对加工过程的影响
影响切屑形成的因素
影响切屑形成的因素
工件材料 的物理性能
切削用量
刀具几何 参数
断屑槽
切屑控制
切屑控制：Chip control,指在切削加工中采取适当 的措施控制切屑的卷曲、流出和折断，使之称为“可接受” 的良好屑形。 切屑控制的方法：
切屑控制的方法
在刀具前刀面上磨断屑槽或安装断屑台。
断屑槽
切屑的类型
形态：节状，底面光 滑有裂纹，背面呈锯 齿状； 变形：局部剪切应力 达到断裂程度； 形成条件：加工塑性 材料、切削速度较低、 进给量较大，刀具前 角较小。
切屑的类型
形态：粒状；
变形：剪切应力完全达到 断裂程度； 形成条件：材料硬度较高、 韧性较低、切削速度较低。
单元切屑：又称为节状切屑