切削与切削用量基础讲解

切削与切削用量的基础概论及车削技术1切削运动和工件加工表面Ø 为了切除工件上多余的金属，以获得形状、尺寸、位置精度和表面质量都符合要求的工件，除必须使用切削刀具外，刀具与工件间必须作相对运动切削运动。Ø 根据切削过程中所起的作用，分为主运动和进给运动。l 主运动切除工件多余金属、形成工件新表面所必不可少的基本运动l 主运动的特征：速度最高；消耗功率最大；必有且只有一个；形式为旋转或直线往复切削刃上各点的主运动速度的大小和方向都不一定相同。为了分析运动，必须确定一个选定点。l 切削速度切削刃上选取点相对于工件的主运动的瞬时速度。用矢量vc表示l 车削主运动是工件的旋转运动。l 进给运动使新的切削层金属间断或连续投入切削的运动l 进给运动的特征： 速度较低 耗功较少 有0 n 个 可以连续，也可以步进 形式为旋转或直线往复 进给速度切削刃上选取点相对于工件的进给运动的瞬时速度。用矢量vf 表示 车削进给运动是刀具的移动。工件上的加工表面Ø 切削加工过程中，工件上形成三个不断变化的表面l 待加工表面工件有待切除金属层的表面l 过渡表面主切削刃正在切削着的表面l 已加工表面工件经刀具切除多余金属层后形成的新表面2、切削要素切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。与某一工序的切削用量有密切关系的刀具寿命（见金属切削原理），一般分为该工序单件成本最低的经济寿命和最大生产率寿命两类。按前者选择的切削用量称为最低成本切削用量，这是通常使用的；按后者选择的切削用量称为最大生产率切削用量，一般在生产任务紧迫时使用。 切削三要素 1）切削深度（p） 工件上已加工表面与待加工表面的垂直距离，也就是车刀进给时切入工件的深度（单位：mm）公式： ap=dw-dm/2 dw待加工表面直径 dm已加工表面直径2）进给量（）工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离。他是衡量进给运动大小的参数。（单位：mm/r） 纵向进给沿车床床身导轨方向 横向进给垂直于车床床身导轨方向3）切削速度（Vc）在进行切削加工时，刀具切削刃上某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，（车刀在一分钟内车削工件表面的理论展开直线长度。）假设切屑没变形或收缩 公式： vc= dn/1000 或vc=dn/318d工件直径,mmn主轴转速，r/mm vc切削速度，m/min切削用量的选用原则所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。不同的加工性质，对切削加制订切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定切削深度ap、进给量f和切削速度c。所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也应有所区别。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的切削深度ap，其次选择较大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量f和切削深度ap，而尽可能选用较高的切削速度c。切削深度ap的选择切削深度应根据工件的加工余量来确定。粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀应尽可能切除全部余量。当加工余量过大，工艺系统刚度较低，机床功率不足，刀具强度不够 或断续切削的冲击振动较大时，可分多次走刀。切削表面层有硬皮的铸锻件时，应尽量使ap大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。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。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2/33/4。在中等功率的机床上、粗加工时的切削深度可达810mm，半径加工（表面粗糙度为Ra6.33.2m）时，切削深度取为0.52mm，精加工（表面粗糙度为Ra1.60.8m）时，切削深度取为0.10.4mm。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。半精加工和精加工时，最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。工厂中，进给量一般多根据经验按一定表格选取（详见车、钻、铣等各章有关表格），在有条件的情况下，可通过对切削数据库进行检索和优化。切削速度Vc的选择在ap和f选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，用计算的方法或用查表法确定切削速度Vc的值。在具体确定Vc值时，一般应遵循下述原则：1）粗车时，切削深度和进给量均较大，故选择较低的切削速度；精车时，则选择较高的切削速度。2）工件材料的加工性较差时，应选较低的切削速度。故加工灰铸铁的切削速度应较加工中碳钢低，而加工铝合金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。3）刀具材料的切削性能越好时，切削速度也可选得越高。因此，硬质合金刀具的切削速度可选得比高速钢高度好几倍，而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石个立方氧化硼刀具的切削速度又可选得比硬质合金刀具高许多。此外，在确定精加工、半精加工的切削速度时，应注意避开积屑瘤和鳞刺产生的区域；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激震动的临界速度，在加工带硬皮的铸锻件时，加工大件、细长件和薄壁件时，以及断续切削时，应选用较低的切削速度。 切削层横截面三要素切削层指刀具与工件相对移动一个进给量时，相邻两个加工表面之间的金属层切削层横截面要素切削层横截面尺寸Ø 切削层公称宽度bD：刀具主切削刃与工件的接触长度（切削刃上两个极限点间的距离）Ø 切削层公称厚度hD：刀具或工件每移动一个进给量 ¦ 时，刀具主切削刃相邻的两个位置之间的垂直距离Ø 切削层公称横截面积AD：切削层横截面的面积3、刀具切削部分基本定义刀具切削部分的结构要素l 任何刀具都由切削部分和夹持部分组成 刀具切削部分的结构要素有三面二刃一尖l 前面（A）：切屑流经的刀面l 主后面（A）：和工件过渡表面相对的刀面l 副后面（A）：和工件已加工表面相对的刀面l 主切削刃（S）：前面与主后面的交线l 副切削刃（S）：前面与副后面的交线l 刀尖：主切削刃和副切削刃的交点或连接部位 刀尖的形状建立车刀静止参考系的假设l 不考虑进给运动的影响l 车刀安装绝对正确l 刀刃选定点的切削速度方向与刀刃各处的平行l 切削平面（ps）：过刀刃上选定点，包含该点假定主运动方向和刀刃的平面l 基面（pr）：过刀刃上选定点，垂直该点假定主运动方向的平面l po-po截面（又称正交平面）：过刀刃上选定点，既垂直于切削平面，又垂直于基面的平面刀具的标注角度（静态角度） 刀具在设计、制造、刃磨和测量时，都是用刀具静止参考系中的几何角度来标明切削刃和刀面的空间位置的，故这些角度称为刀具的标注角度（静态角度）。车床的标注角度主偏角kr：主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角副偏角kr：副切削刃在基面上投影与进给运动反方向之间的夹角（也有的定义为副切削刃在基面上投影与已加工表面之间的夹角）刀尖角r：主切削刃、副切削刃在基面上投影的夹角 由上可知：kr+ kr+r = 180°前角o：基面与前面之间的夹角 规定： 前面低于基面时，o > 0； 前面高于基面时，o < 0。主后角o：后面与切削平面之间的夹角。加工过程中，一般不允许o < 0楔角o：后面与前面之间的夹角。 由上可知：o = 90 - (o +o ) （影响强度）刃倾角s：主切削刃与基面之间的夹角规定： 刀尖为最高点时，s > 0；刀尖为最低点时，s < 0。副前角o：副基面与副前面间的夹角副后角o：副后面与副切削平面间的夹角。影响表面粗糙度及振动。加工过程中，一般不允许o < 0副刃倾角s：副切削刃与副基面之间的夹角车刀常用材料1.必须具备的基本性能：（1） 硬度（2） 耐磨性（3） 强度和韧性（4） 耐热性（5） 工艺性2.常用材料（1） 高速钢 w18cr4v(18-4-1) w6mo5cr4v2(6-5-4-2)（2） 硬质合金： K类（钨钴类） 碳化钨（wc）和钴 YG3，YG8，YG6 P类（钨钛钴类） 碳化钨（wc）、碳化钛（TiC）和钴 YT5，YT15，YT30 M类 钨钛钽（铌）钴类 P类加TaC或NbC而成。切削液一、作用1. 冷却2. 润滑3. 清洗二、分类1. 乳化液 乳化油加15-20倍水稀释而成2. 切削油 矿物油，少数采用植物油和动物油三、选用1. 根据加工性质（1） 粗加工，乳化液。（2） 精加工，极压切削油或高浓度的极压乳化液。（3） 孔加工，黏度小的极压乳化液和极压切削油。2. 根据工件材料（1） 钢件粗加工，乳化液。精加工，极压切削油。（2） 脆性金属，可用黏度小的煤油7%10%的乳化液，一般不加。（3） 有色金属，煤油和黏度小的切削油，镁合金用压缩空气3. 根据刀具材料（1） 高速钢 粗加工，极压乳化液。精加工，极压乳化液和极压切削油。（2） 硬质合金 一般不加，也可用切削液（乳化液）注意点：（1） 油状乳化油必须稀释后才能使用（2） 必须浇注在切削区域（3） 硬质合金必须一开始就连续充分地浇注，否则刀头要产生裂纹。3、金属切削过程了解金属切削过程，有助于正确刃磨车刀和合理使用车刀（物理现象）一、 切削的形成（1） 切削过程： 切削时，在刀具的切削刃的切割和前刀角的推挤作用下，使被切削的金属层产生变形，剪切滑移而变成切屑。（2） 切屑的类型 带状切屑：车削加工塑性金属时因切屑厚度太小、切屑速度高、前角大（不利于加工、容易发生事故）。 挤裂切屑：切削速度低、切削厚度大、前角小（粗车）。 崩碎切屑：切削脆性金属时，材料塑性小。二、 切屑收缩在切削过程中，被切金属层经过滑移变形出现的长度缩短、厚度增加的现象。=LC/LCh=ach/ac>1LC ac切削层LCh ach切屑三、 积屑瘤用中等切削速度切削钢料或其他塑性金属，有时在车刀前刀面上近切削刃处牢固地粘着一小块金属。1、形成由于摩擦，切削和前刀面之间产生很大的压力和很高的温度；当温度和压力条件适当时，产生大的摩擦力。当摩擦力大于切削内部的结合力时，切屑底层的一部分金属就“冷焊”在前刀面上近切削刃处。2、对加工的影响 保护刀具：硬度为工件材料的23倍，代替切削刃（刀尖）切削，保护切削刃和前刀面，减少了刀具的磨损。 增大实际前角：增大至30°35°，因而减少切削的变形。降低了切削力、