第三节 切削层参数和残留面积
切削加工成形
1）切刀：包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等。
2）孔加工刀具：包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工 刀具(如钻一铰复合刀具)等。
3）拉刀：包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀) 等。
4）铣刀：包括加工平面的圆柱铣刀、端铣刀等；加工沟槽 的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等；加工特殊 形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。 5）螺纹刀具：包括螺纹车刀、丝锥、板牙、螺纹切刀、搓 丝板等。 6）齿轮刀具：包括齿轮滚刀、蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、 花键滚刀等。 7）磨具：包括砂轮、砂带、油石和抛光轮等。 8）其他刀具：包括数控机床专用刀具、自动线专用刀具等。
d)崩碎切屑：切屑的形状不规则，加工表面凸凹不平。
2.积屑瘤 在用中等或较低的切削速度切削塑性较大的金属材料时， 往往会在切削刃上粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。 积屑瘤的产生：切削过程中，刀 — 屑间的摩擦，使刀 具前刀面十分洁净，在一定温度和压力下，切屑底层金属 与前刀面接触处发生粘结，形成了积屑瘤，如图7-9所示。 随后，积屑瘤逐渐长大，直到该 处的温度和压力不足以产生粘结 为止。积屑瘤在形成过程中是一 层层增高的，到一定高度会脱落， 经历了一个生成、长大、脱落的 周期性过程。
图7-9 积屑瘤的形成
积屑瘤的作用和影响： 1）保护刀具。 积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分 前刀面，能代替切削刃和前刀面进行切削，从而减少了刀 具磨损，起到保护刀具的作用。 2）增大前角。 积屑瘤具有30°左右的前角，因而减少了 切削变形，降低了切削力。 3）增大切削厚度。 积屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切 削厚度增加了△hD值，且是变化的，因而影响了工件的尺 寸精度。 4）增大已加工表面粗糙度值。 积屑瘤高度的周期性变化， 使切削厚度不断变化，以及由此而引起振动，积屑瘤粘附 在切削刃上很不规则，导致在已加工表面上刻划出深浅和 宽窄不同的沟纹，脱落的积屑瘤碎片留在已加工表面上。
切削参数表
铣削用量的选择1铣削速度V指铣刀旋转时的圆周线速度，单位为m/min计算公式；V二兀DN/1000式中D——铣刀直径，mm;N ――主轴（铣刀）转速，r/min。
从上式可得到：主轴（铣刀）转速：N=1000V/兀D铣削速度V推荐值材工件料硬度/HB<220切削速度V/（m/min）高速刚铣刀21~40硬质合金铣刀60~150低冲碳钢225~290 15~36 54~115300~425 9~15 36~75<220 18~36 60~130 咼碳钢225~325 14~21 53~105325~375 8~12 36~48375~425 6~10 35~45<220 15~35 55~120 合金钢225~325 10~24 37~80325~425 5~9 30~60 工具钢200~250 12~23 45~83 灰铸铁110~140 24~36 110~1152进给量在铣削过程中，工件相对于铣刀的移动速度称为进给量•有三种表示方法：(1) 每齿进给量a f铣刀每转过一个齿，工件沿进•给方向移动的距离单位为mm/z。
(2) 每转进给量f铣刀每转过一转，工件沿进.给方向移动的位为距离，单位为mm/r.。
(3) 每分钟进给量V铣刀每旋转1min,工件沿进.给方向移动的位为距离，单位为mm/ min。
.三种进给量的关系为：V =a f zn式中 a --------- 每齿进给量，mm/z。
.z ---- 铣刀(主轴)转速,r/min。
n ---- 铣刀齿数.。
铣刀每齿进给量，a (mm/z.)推荐值3铣削层用量(1)铣削宽度a e铣刀在一次进给中所切掉工件表面的宽度，单位为mm。
.一般立铣刀和端铣刀的铣削宽度约为铣刀直径的50% ~60%左右。
(2)背吃刀量a p(切削深度)铣刀在一次进给中所切掉工件表面的厚度,即工件的已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。
一般立铣刀粗铣时的背吃刀量以不超过铣刀半径为原则，以防背吃刀量过大而造成刀具的损坏，精铣时约为0.05~0.30mm端铣刀粗铣时约为2~5mm,精铣时约为0.10~0.50mm.。
切削参数
工件在加工前，在机床或夹具上先占据一正确位置（定位），然后再夹紧的过程称为装夹
精密加工中的装夹技术生产实际提出装夹方式、夹紧力、夹紧部位三要素。
1、没有摆平，
2、夹紧时不稳定，
装夹不当会使加工的工件产生椭圆、变形，尺寸不稳定、达不到加工精度，导致工件报废。
更有甚者工件脱落、飞出，危险。
《破头》、
1．切削热是怎样产生和传散的？
2．影响切削温度的因素有哪些？
通过动画展示，提出金属切削中常出现刀具磨损对生产加工的影响，导入本节课的目标和任务
1．掌握刀具磨损原因。
2．掌握刀具磨损形式和磨损过程。
1．刀具的磨损形式
（1）后刀面磨损（图1a）
① 后刀面磨损的部位及评定值
后刀面磨损主要发生在与切削刃毗邻的后刀面上，后刀面磨损以后角被磨损至零度的棱面高度的平
均值VB表示。
② 后刀面磨损出现的场合
在切削脆性金属以及在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性金属时，主要发生后刀面磨损。
技术网址：
/view/8e80a26925c52cc58bd6bef8.html
报废。
机械制造基础-金属切削加工(本)
车刀结构
（1）焊接式车刀 （2）机夹重磨式车刀 （3）机夹可转位车刀
Page 41
车刀结构
可转位车刀特点： 避免焊接缺陷 减少调刀时间 刀具材料性能好 标准化程度高
Page 42
2.车刀切削部分的主要角度
(1).坐标平面参考系 ① 基面pr：通过主切削刃选 定点，与该点切削速度垂直 的平面 ②主切削平面ps：通过主切 削刃选定点，与主切削刃相 切并垂直于基面 ③正交平面po ：通过主切削 刃选定点，同时垂直于基面 和主切削平面 ④假定工作平面pf ：通过主 切削刃选定点，垂直于基面 并平行于假定进 给运动方向
• 目前还没有一种刀具材料能够全部满足上述要求。
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一、
• • • •
常用刀具材料及其选择
碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金
常 用 新 型 材 料
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• 陶瓷刀具 • 金刚石刀具 • 立方氮化硼
碳素工具钢
• 碳素工具钢（T10、T12等）——含碳量较高（0.71.3）的优质钢，杂质少（S、P），淬火后较硬
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立方氮化硼
• 立方氮化硼刀具的硬度、耐磨性、热稳定 性、化学稳定性、导热性都比较高； • 主要的两大类氮化硼刀具是： • 整体聚晶立方氮化硼 • 立方氮化硼复合片
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刀具构造
二、刀具的组成
n
夹持部分 切削部分
f
刀具的组成：
切削部分 夹持部分
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三、刀具的几何形状
• 直线度 • 平面度 • 圆度
圆柱度 线轮廓度 面轮廓度
形状公差的标注
在图纸上用两个框格标注，前一框格标注形 状公差符号，后一框格填写形状公差值
第2章 金属切削过程及切削参数的优化全文编辑修改
金属切削过程与上述挤压 相似，只是在切削加工时，受 切削层下方（BD线以下）材料 的阻碍，切削层材料不能沿CB 方向滑移，只能沿剪切面DA向 上滑移，于是，切削层材料就 转变为切屑。
切削过程的机理
① 刀具挤压工件，产生弹性变形
② 塑性变形
③ 挤裂
④ 切离
金属切削过程可以描述为：工件的被切削金属层在刀 具前刀面的推挤下，随着外力增加，金属先后产生弹性变形、 塑性变性，并使金属晶格产生滑移，而后断裂沿着剪切面 （滑移面）产生剪切变形并转变为切屑的过程。视频
（2）改变刀具角度
① 增大刀具主偏角κr ，切削厚度变大，有利于断屑； ② 减小刀具前角γo可使切屑变形加大，切屑易于折断； ③ 刃倾角λs可以控制切屑的流向，λs为正值时，切屑常卷曲
后 碰到后刀面折断形成C形屑或自然流出形成螺卷屑。λs 为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成C形屑或6 字形屑。
切削过程的剪应变ε： ctg tg( o )
切削过程的剪应变ε：
cos o
o
sin cos( o )
3. 剪应变ε与变形系数的关系
七、剪切角
hch OM cos( o ) cos( o )
hD
OM sin
sin
➢ 根据合力最小原理确定的剪切角：
4. 影响积屑瘤的主要因素
主要取决于切削温度。此外，接触面间的压力、粗糙 程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。
① 工件材料 塑性越大，切削温度越高，越容易形成积屑瘤。可以 采用正火或调质处理避免积屑瘤的生成。
②刀具前角 增大前角，可以减小切屑变形、切削力和摩擦，降低切 削温度，抑制积屑瘤的生成。
第2章 金属切削过程及切削参数优化选择
金属切削原理课后习题答案
金属切削原理课后习题答案【篇一：金属切削原理与刀具(第四版)习题册答案】 class=txt>中国劳动社会保障出版社目录第一章金属切削加工的基本知识 (1)第一节切削运动 (1)第二节切削要素 (1)第二章金属切削刀具的基本知识 (3)第一节刀具材料 (3)第二节切削刀具的分类及结构 (4)第三节刀具的几何角度 (4)第四节刀具的工作角度 (6)第三章切削加工的主要规律 (7)第一节切削变形 (7)第二节切屑的类型与控制 (7)第三节积屑瘤 ....................................................................................................... .. 9第四节切削力与切削功率 (10)第五节切削热和切削温度 (12)第六节刀具磨损与刀具耐用度 (12)第四章切削加工质量与效率 (14)第一节工件材料的切削加工性 (14)第二节已加工表面质量 (14)第三节切削用量的选择 (15)第四节切削液 (16)第五章车刀........................................................................................................ (18)第一节焊接式车刀 (18)第二节可转位车刀 (18)第三节成形车刀 (20)第六章孔加工刀具 (21)第一节麻花钻 (21)第二节深孔钻 (22)第三节铰刀 ....................................................................................................... . (23)第四节镗刀 ....................................................................................................... . (24)第五节其他孔加工刀具 (24)第七章铣刀........................................................................................................ (26)第一节铣刀的种类及用途 (26)第二节铣刀的几何参数及铣削要素 (27)第三节铣削方式 (28)第八章拉刀........................................................................................................ (30)第一节拉刀的种类 (30)第二节拉刀的结构组成及主要参数 (30)第三节拉削方式 (31)第四节拉刀的使用与刃磨 (32)第九章螺纹刀具 (34)第一节螺纹车刀 (34)第二节丝锥和板牙 (35)第三节螺纹铣刀 (35)第四节塑性变形法加工螺纹 (35)第十章齿轮加工刀具 (37)第一节齿轮刀具的种类 (37)第二节齿轮滚刀 (37)第三节蜗轮滚刀 (38)第四节插齿刀 (39)第五节剃齿刀 (40)第十一章数控机床用刀具 (41)第一节数控车床用刀具 (41)第二节数控铣床用刀具 (42)第三节数控加工中心用刀具 (43)第一章金属切削加工的基本知识第一节切削运动一、填空题1．刀具、工件、主、进给2．待加工、已加工、过渡二、判断题三、选择题*1．b *2．c 3．a *4．a *5．a *6．b *7．a四、简答题写出下表中各种切削加工方法具备的主运动。
金属工艺——切削加工
2.切削运动（合成运动） 切削运动——为了切除工件上多余的金属，以获得 形状精度、尺寸精度和表面质量都符合要求的工 件，刀具与工件之间的相对运动。 1）主运动——促使刀具和工件之间产生相对运动从 而使刀具前面接近工件实现切削。通常用切削速度
vc (m/s) 表示。
特点:速度最高，消耗功率最大，只能有一个。 2）进给运动——使刀具与工件之间产生附加的相对 运动。通常用vf、f或 fz表示。 特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、可 以有多个。与主运动配合，连续切除切屑。
影响工件表 面粗造度 会形成硬点和毛刺，使工件表面粗 造度值增大
结论:粗加工时希望产生积屑瘤，精加工时尽量 避免产生积削瘤。
3.影响积屑瘤的因素及控制方法 主要的影响因素
工件材料 塑性越大， 越易产生 切削速度 （切中碳钢） <5m/min不产生 5~50m/min形成 >100 m/min不形成 冷却润滑条件
(2).标注角度
③在主切削平面ps标注的角度 刃倾角λ s:主切 削刃与基面间夹角 （-5⁰~+5⁰）。
刃倾角的作用
刃倾角对切屑排出方向的影响
(3).工作角度
① 刀具装夹位置的影响
车刀安装高度对前后角有影响
车刀安装偏斜对 主副偏角有影响
刀具的工作角度
车外圆时车刀安 装的高低，对前 角、后角有影响
二、积屑瘤
1. 积屑瘤的形成
切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦， 使切屑与前刀面之间产生很大的应力和很高 的切削温度。当应力和温度条件适当时，切 屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切 屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的 “滞流层”，当滞流层与前刀面的摩擦阻力 超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与 切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤.
金属切削加工基本知识
第一章金属切削及机床的基本知识
基本内容： 主要介绍刀具几何角度及工作角度、切削变形
与积屑瘤、切削力、切削热、切削温度、刀具磨 损与刀具耐用度、切削液及刀具几何参数的合理 选择、机床的基本知识等。 2.基本要求：
刀具几何角度和积屑瘤的成因、作用及控制措施 影响切削力、切削热、切削温度、刀具磨损的因 素； 合理选择刀具材料、几何参数、切削液等。
部分表面。
3.切削用量 切削用量是切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量 的总称。
1）切削速度（Vc）是指在切削加工时，切削刃上选定 点相对于工件的主运动瞬时线速度。
Vc=πDn/1000
2）进给量（f）是指工件（或刀具）每回转一周时，刀 具（或工件）在进给运动方向上的相对位移量。
3）背吃刀量（ap）指待加工表面和已加工表面之间的 垂直距离。
度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80 倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和 镜面加工；很高的导热性。 （3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动 很敏感。 （4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金 属及其合金和非金属材料。
3）立方氮化硼刀具
（1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化 硼为原料在高温、高压下合成。
A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，
颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。 B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，
通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性
γoe = γo + µ αoe = αo - µ
2)纵向进给运动对工作角度的影响
刀具角度知识
↓ Kr’
度 ↑ （优点） ； 副后面与已加工面之间摩擦↑ →振动↑ （缺
点）。
选择原则：
– 主偏角在5～20 ゜之间选择；
– 在保证不振动的情况下，尽量取小值；如精加工或刚性好的工件 ，取小值，反之取大。
2020/8/2
5-3 刀具角度及其选择
刃倾角λs
作用：控制切屑的流动方向；
刀头强度↓ （缺点）；
刀具标注角度应满足的理想条件
1. 装刀时，A点的主运动方向与车刀底面 垂直；
2. 进给方向与刀杆中心线垂直（刀具轴线 垂直于工件轴线）；
3. A点与工件轴线等高。
2020/8/2
5-3 刀具角度及其选择
车刀的标注角度
标注角度：刀具图纸上的标注角度，是在 没有考虑进给运动及刀尖高低的影响下的 角度；
λs ↑
切屑流向待加工表面 →无划伤 →已加工表面质量↑ （ Ra↓ ）（优点）；
刀具锋利↑ →切削力↓ （优点）。
选择原则：
– 刃倾角在-5～+5 ゜之间选择，
– 粗加工时， λs值↓ ，可为负，以提高刀尖强度；
– 但精加工时， λs值↑ ，可为正值或零，使刀具锋利↑，并保证已 加工表面无划伤。
主偏角Kr
作用：主要影响切削层截面形状和几何参数；影响切削力分布；影响已 加工表面粗糙度（即残留面积）。
↓ Kr
aw ↑、 ac ↓ →参加切削刃长度↑ →刀刃单位长度受切 削力↓ →刀具强度↑、且散热面积↑ →刀具寿命↑ （ 优点） ；
径向力 Py→工件变形↑ →实际金属切除量↓ →振动↑ （缺点）；
基面Pr
参考坐标系（主剖面坐标系）
2020/8/2
5-3 刀具角度及其选择
3、切削过程基本规律及应用
(4)积屑瘤 如图2.8所示，积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块， 图2．8为积屑瘤替代切削刃参加切削情况。当积屑瘤的顶部具有大的刃 口圆弧半径时(图中R0．134mm)，会产生较大的挤压作用。此外，由于 积屑瘤顶部凹凸不平和脱落后粘附在已加工表面上，促使加工表面粗糙 度增加。所以在精加工时应尽量避免或抑制积屑瘤的产生。
(3)第三变形区内金属的挤压摩擦变形 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤 维化与加工硬化。
2.2.1.2 切屑的类型
由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同， 所形成的切屑多种多样。通常将切屑分为四类：
(3)单元切屑切屑 沿厚度断裂成均匀 的颗粒状。
（1）带状切屑：外 形呈带状。
第Ⅱ变形区 与前刀面接触的切屑层 内产生的变形区；
（c）三个变形区
第Ⅲ变形区 近切削刃处已加工表层 内产生的变形区。
图2.2 金属的压缩与切削
2.2.1 切削变形
2.2.1.1 切屑的形成及变形特点 2.2.1.2 切屑的类型
2.2.1.3 变形程度的量度方法 2.2.1.4 前刀面的挤压摩擦与积屑瘤
剪切面上产生的剪应力η应为： (2.4)
Fz cos Fy sin Fs sin sin AD hD .bD
上两式中 β——摩擦角； AD——切削层面积。
(2.5)
前刀面上摩擦力Ff与正压力Fn之比，即为前刀面与切屑接触面间摩擦 系数μ： μ＝tanβ＝Ff/Fn （2.6） 摩擦系数μ或摩擦角β亦可根据已测得的分力Fz、Fy值求得： tan（β－γ0）＝ Fy/Fz （2.7） (2)剪切角θ确定 下面简要介绍M.E.Merchant提出的按最少能量原则来确定剪切角 θ的原理。 由图2.6可知，切削力Fz为：
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作业： P252 20－2,
20－3,
20－6,
20－11
二、残留面积
由于车刀结构关系，切削时在已加工表面上 留有未切除掉的切削层
残留面积ΔAD: 残留面积高度 ： 对于直线刃尖角车刀，rε=0 H=f/( ctgKr+ctgKr’) 对于圆弧刃车刀，rε≠0 ： H=f 2 / 8rε
小结：切削层参数影响切屑变形和切削力。 残留面积影响加工表面的粗糙度。进给量越小， 主偏角和副偏角越小，则残留面积高度越小，表 面粗糙度小； 车刀主、副切削刃间磨有圆角，可以减小残留面 积高度，提高工件表面质量。
第四节 切削层参数和残留面积
切削层：主运动一个周期，从工件表面切下的金属层。规 定 在刀具的基面中测量。
一. 切削层参数 切削层厚度hD：指相邻两个加工 表面之间的垂直距离。 直线刃车外圆：hD=f· sinΚr 切削宽度bD：切削宽度是指沿加 工表面度量的切削层尺寸。 bD=ap/sinΚr 切削面积AD：指切削层在基面中 的截面积。AD=hD·D=f.ap b