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第一章 数控车床加工工艺¡复习 1 什么叫数字控制？数控系统？数控机床？ 2 数控车床的组成？工作原理？ 3 数控系统的功能？ 4 数控车床加工的特点？ 5 数控机床的分类？数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基础¡§1.1 切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡§1.2 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律¡§1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡§1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择¡§1.5 工件材料的切削加工性能工件材料的切削加工性能¡习习 题题 一一数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基础教学目标：1 掌握切削运动的概念及运动形式，加工中形成的工件表面2 掌握切削用量三要素及切削用量的选择原则3 掌握切削层的概念及主要参数4 了解切削液的相关知识重点：切削运动的概念及运动形式，切削用量三要素及切削用量的选择原则难点：切削用量三要素及切削用量的选择原则数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡1.1.1 切削运动和工件表面成形切削运动和工件表面成形¡1.切削运动切削运动 ¡ 切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上余量（预留的切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上余量（预留的金属材料）切除，获得图样所要求的零件。

在切削过程中，金属材料）切除，获得图样所要求的零件在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动切削运动是由金属切削机床通过两种运动单元组合而运动切削运动是由金属切削机床通过两种运动单元组合而成的，其成的，其—是产生切削力的运动，其二是保证了切削工作连是产生切削力的运动，其二是保证了切削工作连续进行的运动，按照它们在切削过程中所起的作用，通常分续进行的运动，按照它们在切削过程中所起的作用，通常分主运动和进给运动主运动和进给运动¡ 1）主运动）主运动 主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具接近工件并切除切削和工件之间产生相对运动，从而使刀具接近工件并切除切削 下一页下一页 返回返回 数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡速度（速度（vc）最高，消耗的机床功率也最大。

如）最高，消耗的机床功率也最大如图图1-1所示，所示，主运动必须有一个，可以是旋转运动，如车削时工件的旋转主运动必须有一个，可以是旋转运动，如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，磨削工件时砂轮的旋转运动，运动，铣削时铣刀的旋转运动，磨削工件时砂轮的旋转运动，钻孔时钻头的旋转运动等；也可以是直线运动，如刨削时刀钻孔时钻头的旋转运动等；也可以是直线运动，如刨削时刀具或工件的往复直线运动具或工件的往复直线运动¡ 2）进给运动）进给运动 进给运动又称走刀运动，是由机床提供进给运动又称走刀运动，是由机床提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除切削层，并得出具有所需几何特性的已不断地或连续地切除切削层，并得出具有所需几何特性的已加工表面其特点是消耗的功率比主运动小得多如加工表面其特点是消耗的功率比主运动小得多如图图1-1所示，进给运动可以有一个、两个或多个，甚至没有（如拉所示，进给运动可以有一个、两个或多个，甚至没有（如拉削）其形式可以是连续的运动，如车削外圆时车刀平行于削）其形式可以是连续的运动，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动；钻孔时钻头沿轴向的直线运动等；也工件轴线的纵向运动；钻孔时钻头沿轴向的直线运动等；也 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡可以是间断运动，如刨削平面时工件的横向移动；或是两者可以是间断运动，如刨削平面时工件的横向移动；或是两者的组合，如磨削工件外圆时砂轮横向间断的直线运动和工件的组合，如磨削工件外圆时砂轮横向间断的直线运动和工件的旋转运动及轴向（纵向）往复直线运动。

的旋转运动及轴向（纵向）往复直线运动¡ 3）合成切削运动）合成切削运动 当主运动和进给运动同时进行时，当主运动和进给运动同时进行时，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动，又叫表由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动，又叫表面成形运动刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动面成形运动刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度，该方向称为合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度，该速度方向与过渡表面相切，如图速度方向与过渡表面相切，如图1-1所示合成切削速度所示合成切削速度ve等于主运动速度等于主运动速度vc和进给运动速度和进给运动速度vf的矢量和，即：的矢量和，即：¡ ve=vc+vf （（1-1）） 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡2．辅助运动．辅助运动 除主运动、进给运动以外，机床在数控加工过程中，还除主运动、进给运动以外，机床在数控加工过程中，还需一系列的其他运动，即辅助运动。

辅助运动的种类很多，需一系列的其他运动，即辅助运动辅助运动的种类很多，主要包括：刀具接近工件、切人、切出工件、快速返回原点主要包括：刀具接近工件、切人、切出工件、快速返回原点的运动，机床对刀时的运动，多工位工作台和多工位刀架的的运动，机床对刀时的运动，多工位工作台和多工位刀架的分度运动等另外，机床的启动、停车、变速、换向以及工分度运动等另外，机床的启动、停车、变速、换向以及工件的夹紧、松开等操纵控制运动，也属于辅助运动辅助运件的夹紧、松开等操纵控制运动，也属于辅助运动辅助运动在整个加工过程中是必不可少的动在整个加工过程中是必不可少的¡3．加工中的工件表面．加工中的工件表面 在金属切削加工过程中，工件上多余的材料不断地被刀在金属切削加工过程中，工件上多余的材料不断地被刀具切除而转变为切屑，与此同时，工件在切削过程中形成了具切除而转变为切屑，与此同时，工件在切削过程中形成了三个不断变化着的表面（图三个不断变化着的表面（图1-1），分别如下），分别如下：： 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡ 1) 待加工表面待加工表面 工件上有待切除切削层的表面称为待加工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面。

工表面¡ ¡ 2) 过渡表面过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程（如刨削）、刀具或工件的下一转里（如单刃镗削切削行程（如刨削）、刀具或工件的下一转里（如单刃镗削或车削）将被切除，或者由下一切削刃（如铣削）切除的表或车削）将被切除，或者由下一切削刃（如铣削）切除的表面¡ 3) 已加工表面已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面称为已工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面加工表面图图 1－－2 切削用量的三要素切削用量的三要素 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡1.1.2 切削要素切削要素¡切削要素包括切削用量和切削层的几何参数如切削要素包括切削用量和切削层的几何参数如图图1-2所示¡切削用量三要素切削用量三要素 ¡切削用量是用来表示切削运动、调整机床加工参数的参量，切削用量是用来表示切削运动、调整机床加工参数的参量，用来定量表述主运动和进给运动。

切削用量包括切削速度、用来定量表述主运动和进给运动切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三个要素（进给量和背吃刀量三个要素（如图如图1-2））¡ 1）） 切削速度（切削速度（vc）） 切削刃上选定点相对于工件主运切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时线速度称为切削速度单位：动的瞬时线速度称为切削速度单位：m／／min当主运动当主运动是回转运动时，线速度是回转运动时，线速度vc的计算公式如下：的计算公式如下：¡ vc ＝＝πd n／／1000 （（1-2））¡需要注意的是：车削加工时，应计算待加工表面的切削速度需要注意的是：车削加工时，应计算待加工表面的切削速度 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡当主运动是往复直线运动时，则常以往复运动的平均速度作当主运动是往复直线运动时，则常以往复运动的平均速度作为切削速度，线速度为切削速度，线速度vc的计算公式如下：的计算公式如下： ¡ vc ＝＝2Ln/1000 (1-3)¡上两式中：上两式中：d——切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，单位为转直径，单位为mm；；¡ n——工件或刀具的转速，单位为工件或刀具的转速，单位为r／／min。

¡L——工件或刀具作往复运动的行程长度，单位为工件或刀具作往复运动的行程长度，单位为mm¡2）进给量（）进给量（ƒ）） 在主运动的一个循环内，刀具在进给运动在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，称为进给量可用刀具或工件方向上相对于工件的位移量，称为进给量可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达或度量（图每转或每行程的位移量来表达或度量（图1-2），其单位用），其单位用mm/r（如车削、镗削等）或（如车削、镗削等）或mm／行程（如刨削、磨削等）／行程（如刨削、磨削等）表示¡数控编程时，也可以用进给速度数控编程时，也可以用进给速度vf表示刀具与工件的相对运表示刀具与工件的相对运动速度，单位是动速度，单位是mm／／min车削时的进给速度车削时的进给速度vf为：为：¡ vf ＝＝n ƒ (1-4) 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡对于铰刀、铣刀等多齿刀具，对于铰刀、铣刀等多齿刀具， 通常规定每齿进给量通常规定每齿进给量ƒz（单（单位：位：mm/z），其含义是刀具每转过一个齿，刀具相对于工），其含义是刀具每转过一个齿，刀具相对于工件在进给运动方向上的位移量。

即件在进给运动方向上的位移量即¡ ƒz ＝＝ƒ/z (1-5)¡式中：式中：z——刀具齿数刀具齿数¡3）） 背吃刀量（背吃刀量（αp）） 也叫切深，是已加工表面与待加工表也叫切深，是已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，称为背吃刀量，其单位为面之间的垂直距离，称为背吃刀量，其单位为mm车削外圆时：圆时：¡αp＝（＝（dw—dm）／）／2 (1-6)¡式中：式中：dw——待加工表面直径，单位为待加工表面直径，单位为mm；；¡ dm——已加工表面直径，单位为已加工表面直径，单位为mm 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述切削用量的选择原则粗车: ap(大)---f(大)---vc(小)精车：ap(小)---f(小)---vc(大)数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡镗孔时式镗孔时式(1-6)中的中的d w与与d m的位置互换一下，钻孔加工的的位置互换一下，钻孔加工的背吃刀量为钻头的半径。

背吃刀量为钻头的半径¡2．切削层参数．切削层参数 ¡在金属切削过程中，刀具或工件沿进给运动方向每移动一个在金属切削过程中，刀具或工件沿进给运动方向每移动一个ƒ（车削）或（车削）或ƒz（多齿刀具切削）所切除的金属层，（多齿刀具切削）所切除的金属层，称为切称为切削层图图1-3所示为车削时的切削层，当工件旋转一转时，所示为车削时的切削层，当工件旋转一转时，车刀主切削刃由过渡表面车刀主切削刃由过渡表面I的位置移动到过渡表面的位置移动到过渡表面ⅡⅡ的位置，的位置，其间所切除的工件材料层即为车削时的切削层其间所切除的工件材料层即为车削时的切削层切削层的尺切削层的尺寸称为切削层参数，寸称为切削层参数，切削层参数通常在基面内测量切削层参数通常在基面内测量图图1-3 外圆纵车切削层的参数外圆纵车切削层的参数¡1）切削厚度（）切削厚度（hD）） 是指在垂直于切削刃方向度量的切削层是指在垂直于切削刃方向度量的切削层截面的尺寸，单位为截面的尺寸，单位为mm当主切削刃为直线时，各点的切当主切削刃为直线时，各点的切削厚度削厚度 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡相等（图相等（图1-3），并可近似按式（），并可近似按式（1－－6）计算。

在曲线切削）计算在曲线切削刃上，各点的切削厚度是变化的刃上，各点的切削厚度是变化的（如图（如图1-4））图1-4 曲线曲线切削刃工作时的切削厚度与宽度切削刃工作时的切削厚度与宽度¡ hD≈ƒsinκr (1-7)¡ 2）切削宽度（）切削宽度（bD）） 是指沿切削刃方向度量的切削层截面是指沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸，单位为的尺寸，单位为mm它大致反映了刀具主切削刃参与切削它大致反映了刀具主切削刃参与切削工作的长度工作的长度(图图1-3)对于直线刃的切削宽度可按式（对于直线刃的切削宽度可按式（1—8）估算：）估算：¡ bD＝＝αp／／sinκr (1-8)¡3）切削面积（）切削面积（AD）） 是指切削层的横截面积，单位为是指切削层的横截面积，单位为mm2车削时切削面积可按式（车削时切削面积可按式（1-9）计）计 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述¡算：算：¡AD＝＝bDhD (1-9)¡ ¡ 在实际切削时，由于刀具副偏角的存在，刀具常常会在已加在实际切削时，由于刀具副偏角的存在，刀具常常会在已加工表面上留下刀纹，这些刀纹的横截面积即为残留面积工表面上留下刀纹，这些刀纹的横截面积即为残留面积（（ΔAD）。

残留面积将直接影响已加工表面的粗糙度，同时）残留面积将直接影响已加工表面的粗糙度，同时也减小了切削层的切削面积也减小了切削层的切削面积 上一页上一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择¡1.4.2 切削液的选择切削液的选择¡在金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之在金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减轻刀具磨损，减间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减轻刀具磨损，减小工件的热变形，从而达到提高刀具的耐用度、加工效率和小工件的热变形，从而达到提高刀具的耐用度、加工效率和加工质量的目的加工质量的目的¡ 1．切削液的作用．切削液的作用¡ 1）冷却作用）冷却作用 切削液可迅速带走切削过程中产生的热量，切削液可迅速带走切削过程中产生的热量，降低切削区的温度。

切削液的流动性越好，比热、导热系数降低切削区的温度切削液的流动性越好，比热、导热系数和汽化热等参数越高，则其冷却性能越好和汽化热等参数越高，则其冷却性能越好¡2）润滑作用）润滑作用 切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润滑薄膜，可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接一层润滑薄膜，可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接触，减轻摩擦和粘结程度，从而减轻刀具的磨损，提高工件触，减轻摩擦和粘结程度，从而减轻刀具的磨损，提高工件表面的加工质量表面的加工质量 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择¡为保证润滑作用的实现，要求切削液能够迅速渗入刀具与工为保证润滑作用的实现，要求切削液能够迅速渗入刀具与工件或切屑的接触界面，形成润滑薄膜，并且在高温、高压及件或切屑的接触界面，形成润滑薄膜，并且在高温、高压及剧烈摩擦的条件下不被破坏剧烈摩擦的条件下不被破坏¡ 3）清洗作用）清洗作用 使用切削液可以将切削过程中产生的大量切使用切削液可以将切削过程中产生的大量切屑、金属碎片和粉末，从刀具（或砂轮）、工件上及时冲洗屑、金属碎片和粉末，从刀具（或砂轮）、工件上及时冲洗掉，避免切屑粘附刀具、堵塞排屑和划伤已加工表面。

这一掉，避免切屑粘附刀具、堵塞排屑和划伤已加工表面这一作用对于磨削、螺纹加工和深孔加工等工序尤为重要为此，作用对于磨削、螺纹加工和深孔加工等工序尤为重要为此，要求切削液有良好的流动性，并且在使用时有足够大的压力要求切削液有良好的流动性，并且在使用时有足够大的压力和流量¡ 4）防锈作用）防锈作用 为减轻工件、刀具和机床受周围介质（如空为减轻工件、刀具和机床受周围介质（如空气、水分等）的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用防气、水分等）的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的品种和比例剂的品种和比例 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择¡2．切削液的种类．切削液的种类¡ 常用的切削液可分为水溶液、乳化液和切削油三大类。

常用的切削液可分为水溶液、乳化液和切削油三大类¡ 1）水溶液）水溶液 水溶液是以水为主要成份的切削液水的导热水溶液是以水为主要成份的切削液水的导热性能好，冷却效果好但单纯的水容易使金属生锈，并且润性能好，冷却效果好但单纯的水容易使金属生锈，并且润滑性能差因此，常在水中加入一定量的防锈添加剂、表面滑性能差因此，常在水中加入一定量的防锈添加剂、表面活性物质或油性添加剂等，使其既具有良好的防锈性能，又活性物质或油性添加剂等，使其既具有良好的防锈性能，又具有一定的润滑性能在配制水溶液时，要特别注意水质情具有一定的润滑性能在配制水溶液时，要特别注意水质情况，如果是硬水，必须先进行软化处理况，如果是硬水，必须先进行软化处理¡ 2）乳化液）乳化液 乳化液是将乳化油用乳化液是将乳化油用95％一％一98％的水稀释而％的水稀释而成，呈乳白色或半透明状乳化液具有良好的冷却作用，但成，呈乳白色或半透明状乳化液具有良好的冷却作用，但润滑、防锈性能较差常再加入一定量的油性、极压添加剂润滑、防锈性能较差常再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。

上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择¡ 3）切削油）切削油 切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油，纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜，油或复合油，纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜，润滑效果较差在实际使用中，常加入油性添加剂、极压添润滑效果较差在实际使用中，常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈作用加剂和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈作用¡3．切削液的选用．切削液的选用¡切削液的选用应根据不同的加工要求、刀具及工件材料等因切削液的选用应根据不同的加工要求、刀具及工件材料等因素进行选择，下面主要根据粗、精加工及不同类型材料选择素进行选择，下面主要根据粗、精加工及不同类型材料选择切削液¡ 1）粗加工时切削液的选用）粗加工时切削液的选用 粗加工时，因加工余量大，所粗加工时，因加工余量大，所用切削用量大，加工过程产生大量的切削热。

选用切削液根用切削用量大，加工过程产生大量的切削热选用切削液根据刀具材料的不同而有所区别，当采用高速钢刀具切削时，据刀具材料的不同而有所区别，当采用高速钢刀具切削时，使用切削液的主要目的是降低切削温度，减少刀具磨损硬使用切削液的主要目的是降低切削温度，减少刀具磨损硬质合金刀具耐热性好，一般可不用切削液，必要时可采用低质合金刀具耐热性好，一般可不用切削液，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液浓度乳化液或水溶液 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择¡2）精加工时切削液的选用）精加工时切削液的选用 精加工时，因工件表面粗糙度值精加工时，因工件表面粗糙度值要求较小，使用切削液的主要目的是提高切削的润滑性能，要求较小，使用切削液的主要目的是提高切削的润滑性能，从而达到降低表面粗糙度的要求所以一般应选用润滑性能从而达到降低表面粗糙度的要求所以一般应选用润滑性能较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。

¡3）根据工件材料的性质选用切削液）根据工件材料的性质选用切削液 切削塑性材料时需用切切削塑性材料时需用切削液切削铸铁、黄铜等脆性材料时，一般不用切削液，以削液切削铸铁、黄铜等脆性材料时，一般不用切削液，以免崩碎切屑粘附在机床的运动部件上免崩碎切屑粘附在机床的运动部件上¡加工高强度钢、高温合金等难加工材料时，由于切削加工处加工高强度钢、高温合金等难加工材料时，由于切削加工处于极压润滑摩擦状态，故应选用含极压添加剂的切削液于极压润滑摩擦状态，故应选用含极压添加剂的切削液¡切削有色金属和铜、铝合金时，为了得到较高的表面质量和切削有色金属和铜、铝合金时，为了得到较高的表面质量和精度，可采用精度，可采用10％％~20％的乳化液、煤油或煤油与矿物油的％的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物但不能用含硫的切削液，因为硫对有色金属有腐蚀混合物但不能用含硫的切削液，因为硫对有色金属有腐蚀作用切削镁合金时，不能用水溶液，以免燃烧切削镁合金时，不能用水溶液，以免燃烧 上一页上一页 返回返回数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基础复习1 切削运动的概念及运动形式，加工中形成的工件表面2 切削用量三要素及切削用量的选择原则3 切削层的概念及主要参数4 切削液的作用数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基础教学目标：1 掌握刀具切削部分的组成2 理解刀具静止参考系及其各参考平面。

3 掌握刀具切削部分的标注角度4 了解刀具几何角度功用及其选择重点：刀具静止参考系及其各参考平面，刀具切削部分的几何角度难点：刀具切削部分的几何角度数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡ 刀具切削部分的几何形状和角度刀具切削部分的几何形状和角度¡1. 刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成¡刀具种类繁多，结构各异，但仔细观察它的切削部分，其剖刀具种类繁多，结构各异，但仔细观察它的切削部分，其剖面的基本形状都是刀楔形，切削部分的几何形状和参数都有面的基本形状都是刀楔形，切削部分的几何形状和参数都有共性以外圆车刀为例（共性以外圆车刀为例（图图1-15），其组成包括刀柄部分和），其组成包括刀柄部分和切削部分刀柄是车刀在车床上定位和夹持的部分切削部切削部分刀柄是车刀在车床上定位和夹持的部分切削部分俗称刀头，由三个刀面组成主、副两切削刃及一个刀尖点，分俗称刀头，由三个刀面组成主、副两切削刃及一个刀尖点，切削部分的组成要素如下：切削部分的组成要素如下：¡1）前刀面）前刀面Aγ 　刀具上切屑流过的表面　刀具上切屑流过的表面¡2）后刀面）后刀面Aα 刀具上与过渡表面相对的表面，也称为主后刀具上与过渡表面相对的表面，也称为主后刀面。

刀面¡3）副后刀面）副后刀面Aα＇＇ 刀具上与已加工表面相对的表面刀具上与已加工表面相对的表面¡4）主切削刃）主切削刃S 前刀面与后刀面的交线，担负主要切削工作前刀面与后刀面的交线，担负主要切削工作 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡5）副切削刃）副切削刃S＇＇ 前刀面与副后刀面相交得到的刃边，配合前刀面与副后刀面相交得到的刃边，配合主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面¡6）刀尖）刀尖 主、副切削刃连接处的一小部分切削刃根据刀具主、副切削刃连接处的一小部分切削刃根据刀具使用的场合不同，刀尖有修圆刀尖和倒角刀尖两种类型，如使用的场合不同，刀尖有修圆刀尖和倒角刀尖两种类型，如图图1-16所示¡2．刀具切削部分的几何角度．刀具切削部分的几何角度 ¡ 刀具几何参数的确定需要以一定的参考坐标系和参考平面为刀具几何参数的确定需要以一定的参考坐标系和参考平面为基准。

为了确定刀具前面、后面及切削刃在空间的位置，首基准为了确定刀具前面、后面及切削刃在空间的位置，首先应建立参考系，它是一组用于定义和规定刀具角度的各基先应建立参考系，它是一组用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面用刀具前面、后面和切削刃相对各基准坐标平准坐标平面用刀具前面、后面和切削刃相对各基准坐标平面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切削面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切削部分的几何角度下面主要介绍刀具静止参考系中常用的正部分的几何角度下面主要介绍刀具静止参考系中常用的正交平面参考系交平面参考系 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础图图1-15车刀示意图车刀示意图¡ 返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡如图如图1-17¡1）正交平面参考系）正交平面参考系 ¡⑴⑴ 基面基面Pr 基面就是通过切削刃上一个选定点而垂直于主运基面就是通过切削刃上一个选定点而垂直于主运动方向的平面。

通常它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测动方向的平面通常它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线对于车刀，这个量时适合于安装或定位的一个平面或轴线对于车刀，这个选定点就是刀尖，而基面就是过刀尖而与刀柄安装平面平行选定点就是刀尖，而基面就是过刀尖而与刀柄安装平面平行的平面对钻头、铣刀等旋转刀具来说，即是过切削刃选定的平面对钻头、铣刀等旋转刀具来说，即是过切削刃选定点并通过刀具轴线的平面点并通过刀具轴线的平面¡⑵⑵ 切削平面切削平面Ps 切削平面就是通过切削刃选定点与切削刃相切削平面就是通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面当切削刃为直线刃时，过切削刃选切并垂直于基面的平面当切削刃为直线刃时，过切削刃选定点的切削平面，即是包含切削刃并垂直于基面的平面，对定点的切削平面，即是包含切削刃并垂直于基面的平面，对应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面Ps和副切削平面和副切削平面Ps‘ 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡⑶⑶ 正交平面正交平面Po 正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。

也可看成是通过切削刃选定点并于基面和切削平面的平面也可看成是通过切削刃选定点并垂直于切削刃在基面上投影的平面垂直于切削刃在基面上投影的平面 ¡2）刀具的主要标注角度）刀具的主要标注角度 ¡刀具的角度有一些是空间角，根据立体几何知识，空间角可刀具的角度有一些是空间角，根据立体几何知识，空间角可以用其在坐标系内某一个平面内的投影来度量因此，刀具以用其在坐标系内某一个平面内的投影来度量因此，刀具所有的几何参数都可以在这个坐标系内的某一个平面内进行所有的几何参数都可以在这个坐标系内的某一个平面内进行测量（测量（图图1-18）¡⑴⑴ 在正交平面（在正交平面（Po）中测量的角度有：）中测量的角度有：¡ ①① 前角前角γo 是前刀面是前刀面Aγ与基准面与基准面Pr间的夹角，其大小间的夹角，其大小对刀具的切削性能有很大影响当前刀面与切削平面夹角小对刀具的切削性能有很大影响当前刀面与切削平面夹角小于于90º时，前角为正值；大于时，前角为正值；大于90º时，前角为负值时，前角为负值 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础图图1-17正交平面参考系正交平面参考系¡ 返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡ ②② 后角后角αo 是后刀面是后刀面Aα与切削平面与切削平面Ps间的夹角，其主要作间的夹角，其主要作用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦和减少后刀面的磨损。

用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦和减少后刀面的磨损当后刀面与基面夹角小于当后刀面与基面夹角小于90º时，后角为正值；大于时，后角为正值；大于90º时，时，后角为负值后角为负值¡③③ 楔角楔角βo 是前刀面是前刀面Aγ与后刀面与后刀面Aα间的夹角，反映刀体强间的夹角，反映刀体强度和散热能力的大小它是由前角和后角得到的派生角度，度和散热能力的大小它是由前角和后角得到的派生角度，即：即：¡ βo ＝＝90º－（－（γo十十αo ）） （（1-20））¡ ⑵⑵ 在基面（在基面（Pr）中测量的角度有：）中测量的角度有：¡ ①① 主偏角主偏角κr 是主切削平面是主切削平面Ps与假定进给运动方向间的与假定进给运动方向间的夹角，夹角，κr总为正值主偏角的大小影响切削条件和刀具寿命总为正值主偏角的大小影响切削条件和刀具寿命 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡②② 副偏角副偏角κr＇＇ 是副切削平面是副切削平面Ps＇与假定进给运动反方向间＇与假定进给运动反方向间的夹角。

的夹角¡ ③③ 刀尖角刀尖角εr 是主切削平面是主切削平面Ps与副切削平面与副切削平面Ps＇间的＇间的夹角，它是由主偏角夹角，它是由主偏角κr和副偏角（和副偏角（κr΄）得到的派生角度，即：）得到的派生角度，即：¡ εr=180º一（一（κr＋＋κr＇）＇） （（1-21））¡ ⑶⑶ 在切削平面（在切削平面（Ps）中测量的角度有：）中测量的角度有：¡ 在切削平面中测量的角度有刃倾角在切削平面中测量的角度有刃倾角λs，它是主切削刃与，它是主切削刃与基面基面Pr间的夹角当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高点间的夹角当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；当刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；时，刃倾角为正值；当刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为0º，这时切削刃在，这时切削刃在基面内 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础（2）刀具标注角度（正交平面参考系）独立角度：主偏角κr刃倾角λs前角γo后角αo副偏角κr′副后角αo′派生角度：楔角βo刀尖角εr副刃前角γo′副刃刃倾角λs′刀具静止参考系及标注角度数控加工的切削基础外圆车刀在正交平面参考系中的标注角度独立角度：主偏角κr刃倾角λs前角γo后角αo副偏角κr′副后角αo′派生角度：楔角βo刀尖角εr副刃前角γo′副刃刃倾角λs′数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡在上述角度中，前角在上述角度中，前角γo和刃倾角和刃倾角λs确定前刀面的方位。

主偏确定前刀面的方位主偏角角κr和后角和后角αo确定主后刀面的方位根据主偏角确定主后刀面的方位根据主偏角κr和刃倾角和刃倾角λs，即可确定主切削刃的方位由此可见，主切削刃及其前，即可确定主切削刃的方位由此可见，主切削刃及其前刀面和主后刀面在空间的方位只用四个基本角度刀面和主后刀面在空间的方位只用四个基本角度γo、、αo、、κr和和λs就能完全确定同理，只用副前角就能完全确定同理，只用副前角γo ‘、副后角、副后角αo’、副、副偏角偏角κr ‘和副刃倾角和副刃倾角λs’，则副切削刃及其对应的前刀面和副，则副切削刃及其对应的前刀面和副后刀面在空间的方位也就完全确定当主切削刃和副切削刃后刀面在空间的方位也就完全确定当主切削刃和副切削刃共处在一个平面中时，因前刀面的方位只要共处在一个平面中时，因前刀面的方位只要γo和和λs两个角度两个角度就能完全确定，这时，副前角就能完全确定，这时，副前角γo ‘便是由前刀面方位确定之便是由前刀面方位确定之后而随之确定的派生角度同理，若副偏角后而随之确定的派生角度同理，若副偏角κr΄确定后，副刃确定后，副刃倾角倾角λs’也是随之确定的派生角度也是随之确定的派生角度。

上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡⑷⑷ 在假定工作平面和背平面参考系中测量的角度在假定工作平面和背平面参考系中测量的角度 ¡为了机械刃磨刀具或分析讨论问题的需要，常常要利用在假为了机械刃磨刀具或分析讨论问题的需要，常常要利用在假定工作平面和背平面中测量的角度在假定工作平面中测量定工作平面和背平面中测量的角度在假定工作平面中测量的前角和后角分别称侧前角的前角和后角分别称侧前角γf和侧后角和侧后角αf ；在背平面中测量；在背平面中测量的前角和后角分别称背前角的前角和后角分别称背前角γp和背后角和背后角αp¡3.典型车刀的刀具角度标注典型车刀的刀具角度标注¡⑴⑴ 90˚外圆车刀外圆车刀 该车刀刀具角度标注如该车刀刀具角度标注如图图1-19所示其特点在于主偏角特点在于主偏角κr＝＝90˚，过主切削刃选定点的正交平面和，过主切削刃选定点的正交平面和假定工作平面重合，侧向视图就是切削平面投影视图。

由于假定工作平面重合，侧向视图就是切削平面投影视图由于刀具的主、副切削刃共处在同一平面上，刀具的主、副切削刃共处在同一平面上，γo＇和＇和λs＇为派生＇为派生角度，不必标注角度，不必标注¡ ⑵⑵ 45˚端面车刀端面车刀 它和它和45˚外圆车刀的画法基本相同，区外圆车刀的画法基本相同，区别在于假定进给方向不同，主切削刃和副切削刃的位置不同，别在于假定进给方向不同，主切削刃和副切削刃的位置不同，如如图图1-20所示 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡ ⑶⑶ 切断刀切断刀 切断刀有一条公共的主切削刃、两条副切削刃和切断刀有一条公共的主切削刃、两条副切削刃和左右两个刀尖，可以看成是两把端面车刀的组合，同时车削左右两个刀尖，可以看成是两把端面车刀的组合，同时车削左右两个端面左右两个端面（图（图1-21））切断刀共有四个刀具表面，因主切断刀共有四个刀具表面，因主切削刃和副切削刃同处在一个前刀面上，副前角切削刃和副切削刃同处在一个前刀面上，副前角γo‘和副刃倾和副刃倾角角λs’为派生角度。

为派生角度 ¡ 当主偏角当主偏角κr＝＝90˚时，侧视图和正交平面剖视图重合；当时，侧视图和正交平面剖视图重合；当主偏角主偏角κr≠90˚时，左、右刀尖主偏角的关系为时，左、右刀尖主偏角的关系为κrL＝＝180˚-κrR；当刃倾角；当刃倾角λs≠0˚时，左、右刀尖刃倾角的关系时，左、右刀尖刃倾角的关系为为λSL=-λsR¡切断刀的主切削刃较窄，为使排屑畅通，主切削刃大多平行切断刀的主切削刃较窄，为使排屑畅通，主切削刃大多平行于工件轴线（于工件轴线（κr＝＝90˚，，λs≠0˚ ），为保持刀尖强度，应），为保持刀尖强度，应选择较小的副偏角和副后角选择较小的副偏角和副后角 （（1˚~2˚） 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡⑷⑷ 镗孔刀镗孔刀 图图1-22所示为镗孔刀车通孔时刀具角度，其切削所示为镗孔刀车通孔时刀具角度，其切削部分的几何形状基本与外圆车刀相似。

车盲孔或台阶孔时，部分的几何形状基本与外圆车刀相似车盲孔或台阶孔时，切削部分的几何形状基本与偏刀相似，取主偏角等于或大于切削部分的几何形状基本与偏刀相似，取主偏角等于或大于90˚¡4．工作角度．工作角度 ¡以上讨论的刀具角度是刀具在静止参考系中定义的角度，其以上讨论的刀具角度是刀具在静止参考系中定义的角度，其功用是在设计和制造时用以确定刀具切削部分的几何形状以功用是在设计和制造时用以确定刀具切削部分的几何形状以及切削刃和刀面相对于刀具安装基准的空间位置，故又称为及切削刃和刀面相对于刀具安装基准的空间位置，故又称为刀具的标注角度刀具的使用性能不仅与标注角度有关，还刀具的标注角度刀具的使用性能不仅与标注角度有关，还与刀具在机床上的安装位置和合成切削速度有关当刀具相与刀具在机床上的安装位置和合成切削速度有关当刀具相对于工件或机床的安装位置发生变化时，或受进给运动的影对于工件或机床的安装位置发生变化时，或受进给运动的影响，刀具实际切削的角度常常会发生变化，这种在实际切削响，刀具实际切削的角度常常会发生变化，这种在实际切削过程中起作用的刀具角度称之为工作角度工作角度是在刀过程中起作用的刀具角度称之为工作角度。

工作角度是在刀具工作参考系中定义的刀具角度具工作参考系中定义的刀具角度 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡ ⑴⑴ 刀具工作参考系及工作角度刀具工作参考系及工作角度¡ ①① 刀具工作参考系刀具工作参考系¡ a. 工作基面工作基面Pre 过切削刃上选定点并与合成切削速度垂直过切削刃上选定点并与合成切削速度垂直的平面称为工作基面的平面称为工作基面¡ b. 工作切削平面工作切削平面Pse 过切削刃上选定点过切削刃上选定点,与切削刃相切并垂与切削刃相切并垂直于工作基面的平面称为工作切削平面直于工作基面的平面称为工作切削平面¡ c. 工作正交平面工作正交平面Poe 过切削刃上选定点并同时与工作基面过切削刃上选定点并同时与工作基面和工作切削平面相垂直的平面叫做工作正交平面和工作切削平面相垂直的平面叫做工作正交平面¡ d. 工作平面工作平面Pfe 过切削刃上选定点且同时包含主运动速度过切削刃上选定点且同时包含主运动速度和进给运动速度方向的平面叫做工作平面。

和进给运动速度方向的平面叫做工作平面 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡②② 刀具工作角度刀具工作角度¡ a. 工作前角工作前角γoe 在工作正交平面在工作正交平面Poe内度量的工作基面内度量的工作基面Pre与前刀面与前刀面Aγ间的夹角间的夹角¡ b. 工作后角工作后角αoe 在工作正交平面在工作正交平面Poe内度量的工作切削平内度量的工作切削平面面Pse与后刀面与后刀面Aα间的夹角间的夹角¡ c. 工作侧前角工作侧前角γfe 在工作平面在工作平面Pfe内度量的工作基面内度量的工作基面Pre与与前面前面Aγ间的夹角图间的夹角图1-23 横向进给对工作角度的影响横向进给对工作角度的影响¡ d. 工作侧后角工作侧后角αfe 在工作平面在工作平面Pfe内度量的工作切削平面内度量的工作切削平面Pse与后刀面与后刀面Aα间的夹角间的夹角。

上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡1.3.3 刀具几何参数及其选择刀具几何参数及其选择¡1．刀具前角的选择．刀具前角的选择¡ 1）前角的功用）前角的功用 刀具的前角主要影响切屑变形和切削力的刀具的前角主要影响切屑变形和切削力的大小及刀具耐用度和加工表面质量的高低增大前角使切削大小及刀具耐用度和加工表面质量的高低增大前角使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热少，从而提高刀具寿变形和摩擦减小，故切削力小、切削热少，从而提高刀具寿命和已加工表面质量但前角过大，刀具强度降低，散热体命和已加工表面质量但前角过大，刀具强度降低，散热体积减小，从而降低刀具的耐用度。

减小前角，可提高刀具强积减小，从而降低刀具的耐用度减小前角，可提高刀具强度，增大切屑变形，易断屑但前角过小，会使切削力和切度，增大切屑变形，易断屑但前角过小，会使切削力和切削热增加，降低刀具的耐用度削热增加，降低刀具的耐用度¡2）合理前角的选择原则）合理前角的选择原则 在一定切削条件下，用某刀具加工在一定切削条件下，用某刀具加工某材料工件时，总有一个使刀具获得最高寿命的前角值，这某材料工件时，总有一个使刀具获得最高寿命的前角值，这个前角就称为合理前角在选择合理前角时，首先应保证个前角就称为合理前角在选择合理前角时，首先应保证 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡切削刃锋利，同时又要兼顾足够的切削刃强度在保证加工切削刃锋利，同时又要兼顾足够的切削刃强度在保证加工质量的前提下，一般以达到最高的刀具寿命为目的。

切削刃质量的前提下，一般以达到最高的刀具寿命为目的切削刃强度是否足够，与被加工材料和刀具材料的力学物理性能以强度是否足够，与被加工材料和刀具材料的力学物理性能以及加工性质有着密切关系前角的合理数值主要根据以下原及加工性质有着密切关系前角的合理数值主要根据以下原则选取¡ ⑴⑴ 加工材料加工材料 加工塑性材料时，为减小切屑变形和刀具磨损，加工塑性材料时，为减小切屑变形和刀具磨损，应选取较大前角；加工脆性材料时，为保证切削刃有足够的应选取较大前角；加工脆性材料时，为保证切削刃有足够的强度，应选取较小前角强度，应选取较小前角¡ 当工件材料的强度和硬度低时，因切削力较小，可选取较大当工件材料的强度和硬度低时，因切削力较小，可选取较大前角，以使切削刃保持锋利；当工件材料的强度和硬度高时，前角，以使切削刃保持锋利；当工件材料的强度和硬度高时，可取较小前角加工淬火钢等特硬材料时，应选取很小的前可取较小前角加工淬火钢等特硬材料时，应选取很小的前角，甚至负前角角，甚至负前角¡ ⑵⑵ 刀具材料刀具材料 当刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，取当刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，取较小较小 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡前角；高速钢刀具的合理前角比硬质合金刀具的合理前角大，前角；高速钢刀具的合理前角比硬质合金刀具的合理前角大，陶瓷刀具的合理前角比硬质合金刀具小。

陶瓷刀具的合理前角比硬质合金刀具小¡ ⑶⑶ 加工性质加工性质 粗加工时，特别是断续切削，切削力大，切削粗加工时，特别是断续切削，切削力大，切削热多，且承受冲击载荷，为保证刀具强度和散热面积，应选热多，且承受冲击载荷，为保证刀具强度和散热面积，应选取较小前角；精加工时，为保证刀具锋利，并获得较高的表取较小前角；精加工时，为保证刀具锋利，并获得较高的表面质量，应选取较大的刀具前角面质量，应选取较大的刀具前角¡ 另外，工艺系统刚性差和机床功率小时，宜选较大前角，以另外，工艺系统刚性差和机床功率小时，宜选较大前角，以减小切削力和振动数控机床为保证刀具工作的稳定性（不减小切削力和振动数控机床为保证刀具工作的稳定性（不发生崩刃及破损），一般选用较小的前角硬质合金车刀合发生崩刃及破损），一般选用较小的前角硬质合金车刀合理前角的参考值见理前角的参考值见表表1-1¡2．刀具后角及后刀面形状的选择．刀具后角及后刀面形状的选择¡1）后角的功用）后角的功用 后角的主要功用是减小刀具后刀面与过渡表后角的主要功用是减小刀具后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦；后角减小，后面与工件表面间面和已加工表面之间的摩擦；后角减小，后面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡面质量差；后角增大，摩擦减小，但刀刃强度和散热情况变面质量差；后角增大，摩擦减小，但刀刃强度和散热情况变差。

所以，在一定切削条件下，后角也有一个对应于最高刀差所以，在一定切削条件下，后角也有一个对应于最高刀具寿命的合理数值后角还影响楔角具寿命的合理数值后角还影响楔角β0的大小，可以配合前的大小，可以配合前角调整切削刃的锋利程度和强度角调整切削刃的锋利程度和强度¡2）合理后角的选择原则）合理后角的选择原则¡⑴⑴ 粗加工时，因切削厚度大，切削力大，切削温度也高，为粗加工时，因切削厚度大，切削力大，切削温度也高，为保证刀具强度，改善散热条件，所以应选择较小的刀具后角；保证刀具强度，改善散热条件，所以应选择较小的刀具后角；精加工时，为保证工件表面质量，应取较大的刀具后角，减精加工时，为保证工件表面质量，应取较大的刀具后角，减小刃口钝圆半径，使刃口锋利，便于切下薄切屑小刃口钝圆半径，使刃口锋利，便于切下薄切屑¡⑵⑵ 工件材料的强度、硬度较高时，应取较小的刀具后角，以工件材料的强度、硬度较高时，应取较小的刀具后角，以保证切削刃的强度；工件材料硬度低、塑性较大及易产生加保证切削刃的强度；工件材料硬度低、塑性较大及易产生加工硬化工硬化 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此时应取较大的刀具后角；加工脆性材料时，切削力主要集中时应取较大的刀具后角；加工脆性材料时，切削力主要集中在切削刃附近，为强化切削刃，宜选取较小的后角。

在切削刃附近，为强化切削刃，宜选取较小的后角¡⑶⑶ 对于尺寸精度要求较高的精加工刀具（如铰刀等），为减对于尺寸精度要求较高的精加工刀具（如铰刀等），为减少重磨后刀具尺寸的变化，保证刀具的耐用度，应选取较小少重磨后刀具尺寸的变化，保证刀具的耐用度，应选取较小的刀具后角的刀具后角¡⑷⑷ 工艺系统刚性差，容易产生振动时，为增强刀具对振动的工艺系统刚性差，容易产生振动时，为增强刀具对振动的阻尼作用，应取较小的刀具后角阻尼作用，应取较小的刀具后角¡表表1-2为硬质合金车刀合理后角的参考值为硬质合金车刀合理后角的参考值¡副后角可减少副后刀面与已加工表面间的摩擦一般车刀、副后角可减少副后刀面与已加工表面间的摩擦一般车刀、刨刀等的副后角与主后角相等；而切断刀、切槽刀及锯片铣刨刀等的副后角与主后角相等；而切断刀、切槽刀及锯片铣刀等的副后角因受刀头强度限制，只能取得较小，通常刀等的副后角因受刀头强度限制，只能取得较小，通常 α0′=1°~ 2°¡ 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡3．． 刀具主偏角及副偏角的选择刀具主偏角及副偏角的选择¡1）主偏角的功用及其选择原则）主偏角的功用及其选择原则¡⑴⑴ 主偏角的功用主偏角的功用 主偏角主要影响刀具耐用度、已加工表面主偏角主要影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力的大小。

主偏角粗糙度及切削力的大小主偏角κr较小，则刀头强度高，散较小，则刀头强度高，散热条件好，已加工表面残留面积高度小，主切削刃的工作长热条件好，已加工表面残留面积高度小，主切削刃的工作长度长，单位长度上的切削负荷小；其负面效应为背向力大，度长，单位长度上的切削负荷小；其负面效应为背向力大，切削厚度小，断屑效果差主偏角较大时，所产生的影响与切削厚度小，断屑效果差主偏角较大时，所产生的影响与上述情况正好相反上述情况正好相反¡⑵⑵ 合理主偏角的选择原则合理主偏角的选择原则 ¡①① 粗加工和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，粗加工和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，以利于减少振动，提高刀具耐用度和断屑例如在生产中，以利于减少振动，提高刀具耐用度和断屑例如在生产中，效果显著的强力切削车刀的效果显著的强力切削车刀的κr就取为就取为75° 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡②② 加工很硬的材料，如淬硬钢和冷硬铸铁时，为减少单位长加工很硬的材料，如淬硬钢和冷硬铸铁时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取应取κr＝＝10°~ 30°。

¡③③ 工艺系统刚性高时，取较小主偏角；工艺系统刚性低（如工艺系统刚性高时，取较小主偏角；工艺系统刚性低（如车细长轴、薄壁筒）时，应取较大主偏角，甚至取车细长轴、薄壁筒）时，应取较大主偏角，甚至取κr≥90°，以减小背向力，降低工艺系统的弹性变形和振动以减小背向力，降低工艺系统的弹性变形和振动¡④④ 单件小批量生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有单件小批量生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有表面，则应选用通用性较好的表面，则应选用通用性较好的κr为为45°或或90°的车刀¡⑤⑤ 需要从工件中间切人的车刀，以及仿形加工的车刀，应适需要从工件中间切人的车刀，以及仿形加工的车刀，应适当增大主偏角和副偏角；有时主偏角的大小取决于工件形状，当增大主偏角和副偏角；有时主偏角的大小取决于工件形状，例如车阶梯轴时，则需用例如车阶梯轴时，则需用κr＝＝90°的刀具¡2）副偏角的功用及其选择原则）副偏角的功用及其选择原则 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡⑵⑵ 合理副偏角的选择原则合理副偏角的选择原则¡①① 一般在不引起振动的情况下，可选取较小的副偏角，如车一般在不引起振动的情况下，可选取较小的副偏角，如车刀、刨刀等均可取刀、刨刀等均可取¡κr′＝＝5°~ 10°。

¡②② 精加工刀具的副偏角应取得更小一些，以减小残留面积，精加工刀具的副偏角应取得更小一些，以减小残留面积，从而减小表面粗糙度从而减小表面粗糙度¡③③ 加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应选取较小的副加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应选取较小的副偏角（偏角（κr′＝＝4°~ 6°），以提高刀尖强度，改善散热条件以提高刀尖强度，改善散热条件¡④④ 为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度不发生较大变化，切为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度不发生较大变化，切断刀、锯片刀和槽铣刀等刀具，只能选取很小的副偏角，一断刀、锯片刀和槽铣刀等刀具，只能选取很小的副偏角，一般取般取κr′=1°~ 2°¡表表1-3为硬质合金车刀合理主偏角、副偏角的参考值为硬质合金车刀合理主偏角、副偏角的参考值 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡4．刃倾角的功用及其选择．刃倾角的功用及其选择¡1）刃倾角的功用）刃倾角的功用 刃倾角主要影响切屑的流向和刀尖的强度。

刃倾角主要影响切屑的流向和刀尖的强度如如图图1-27所示，刃倾角为正时，刀尖先接触工件，切屑流向所示，刃倾角为正时，刀尖先接触工件，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面刃倾角为负时，待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面刃倾角为负时，刀尖后接触工件，切屑流向已加工表面，容易将已加工表面刀尖后接触工件，切屑流向已加工表面，容易将已加工表面划伤，但可避免刀尖受冲击，起保护刀尖的作用，并可改善划伤，但可避免刀尖受冲击，起保护刀尖的作用，并可改善散热条件散热条件¡2）合理刃倾角的选择原则）合理刃倾角的选择原则¡⑴⑴ 粗加工时，粗加工时，λs取负值，以使刀具具有较高的强度和散热条取负值，以使刀具具有较高的强度和散热条件，并使切入工件时，刀尖免受冲击；精加工时，件，并使切入工件时，刀尖免受冲击；精加工时，λs取正值，取正值，使切屑流向待加工表面，以提高工件表面质量使切屑流向待加工表面，以提高工件表面质量 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 § 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡1.2.1 金属切削过程中的变形区概述金属切削过程中的变形区概述¡研究证明：金属的切削过程实质上是被切削金属层在刀具挤研究证明：金属的切削过程实质上是被切削金属层在刀具挤压作用下产生剪切滑移的塑性变形直到剪切断裂的过程。

在压作用下产生剪切滑移的塑性变形直到剪切断裂的过程在这个过程中切削力、切削热、加工硬化和刀具磨损等都对加这个过程中切削力、切削热、加工硬化和刀具磨损等都对加工质量和生产率有很大的关系工质量和生产率有很大的关系¡为了研究方便，通常把切削过程中的塑性变形区域划分为三为了研究方便，通常把切削过程中的塑性变形区域划分为三个变形区（个变形区（如图如图1-5））：：¡1．第一变形区．第一变形区 被切削金属层在刀具前面的挤压力作用下，被切削金属层在刀具前面的挤压力作用下，首先产生弹性变形，当最大切应力达到材料的屈服极限时，首先产生弹性变形，当最大切应力达到材料的屈服极限时，即沿即沿图图1-6中的中的OA-OM曲线发生剪切滑移，并依次由位置曲线发生剪切滑移，并依次由位置1移至位置移至位置2，，2-2‘之间的距离就是它的滑移量随着刀具前之间的距离就是它的滑移量随着刀具前刀面的逐渐趋近，塑性变形也逐渐增大，滑移依次为刀面的逐渐趋近，塑性变形也逐渐增大，滑移依次为3-3’、、4-4‘，直至，直至OM曲线，滑移终止，被切削金属层与母体脱离曲线，滑移终止，被切削金属层与母体脱离成为切屑沿刀具前面流出曲线成为切屑沿刀具前面流出。

曲线OAMO所包围的区域所包围的区域 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡就是剪切滑移区，又称第一变形区，也是金属切削过程中的就是剪切滑移区，又称第一变形区，也是金属切削过程中的主要变形区，其宽度很窄，约为主要变形区，其宽度很窄，约为0.02~0.2mm，且切削速，且切削速度越高，宽度越窄第一变形区消耗大部分功率并产生大量度越高，宽度越窄第一变形区消耗大部分功率并产生大量的切削热的切削热¡为使问题简化，设想用一个平面为使问题简化，设想用一个平面OM代替剪切滑移区，则平代替剪切滑移区，则平面面OM就称为剪切平面剪切平面与切削速度之间的夹角称就称为剪切平面剪切平面与切削速度之间的夹角称为剪切角，以为剪切角，以φ表示（如图表示（如图1－－5所示） ¡ⅠⅠ-第一变形区第一变形区 ⅡⅡ-第二变形区第二变形区 ⅢⅢ-第三变形区图第三变形区图1-6 第一变第一变形区的剪切滑移形区的剪切滑移¡2．第二变形区．第二变形区 经第一变形区剪切滑移而形成的切屑，在经第一变形区剪切滑移而形成的切屑，在沿刀具前刀面流出时，又受到前刀面的挤压而产生摩擦，靠沿刀具前刀面流出时，又受到前刀面的挤压而产生摩擦，靠近前刀面处的金属再次产生剪切变形，使切屑底层薄薄的一近前刀面处的金属再次产生剪切变形，使切屑底层薄薄的一 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡层金属流动滞缓，这一层滞缓流动的金属层称为滞流层。

滞流层的层金属流动滞缓，这一层滞缓流动的金属层称为滞流层滞流层的变形程度比切屑上层大几倍到几十倍变形程度比切屑上层大几倍到几十倍¡3．第三变形区．第三变形区 第三变形区是刀具后刀面和工件的接触区，第三变形区是刀具后刀面和工件的接触区，是指工件过渡表面和已加工表面金属层受到切削刃钝圆部分是指工件过渡表面和已加工表面金属层受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹而产生塑性变形的区域和后刀面的挤压、摩擦与回弹而产生塑性变形的区域¡第三变形区的金属变形，造成已加工表层金属的纤维化和加第三变形区的金属变形，造成已加工表层金属的纤维化和加工硬化，并产生一定的残余应力将影响到工件的表面质量工硬化，并产生一定的残余应力将影响到工件的表面质量和使用性能和使用性能¡以上分别讨论了三个变形区的特征，三个变形区是相互联系以上分别讨论了三个变形区的特征，三个变形区是相互联系而又相互影响的金属切削过程中的许多物理现象都和三个而又相互影响的金属切削过程中的许多物理现象都和三个变形区的变形密切相关，研究切削过程中的变形，是掌握金变形区的变形密切相关，研究切削过程中的变形，是掌握金属切削加工技术的基础属切削加工技术的基础。

上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡切削变形的大小，主要取决于第一变形区及第二变形区的挤切削变形的大小，主要取决于第一变形区及第二变形区的挤压和摩擦情况，其主要影响因素及规律如下：压和摩擦情况，其主要影响因素及规律如下：¡1) 工件材料工件材料 实验证明，工件材料强度和硬度越高，变形系实验证明，工件材料强度和硬度越高，变形系数越小；而塑性大的金属材料变形大，塑性小的金属材料变数越小；而塑性大的金属材料变形大，塑性小的金属材料变形小¡2) 刀具前角刀具前角 刀具前角越大，变形系数越小这是因为增大刀具前角越大，变形系数越小这是因为增大刀具前角，可使剪切角增大，从而使切削变形减小刀具前角，可使剪切角增大，从而使切削变形减小¡3) 切削速度切削速度 切削速度切削速度vc与切削变形系数与切削变形系数ξ的实验曲线的实验曲线如图如图1-7所示，当中低速切削所示，当中低速切削30钢时，首先，切削变形系数钢时，首先，切削变形系数ξ随随切削速度的增加而减小，它对应于积屑瘤的成长阶段，由于切削速度的增加而减小，它对应于积屑瘤的成长阶段，由于实际前角的增大而使实际前角的增大而使ξ减小。

而后，随着速度的提高，减小而后，随着速度的提高，ξ又逐又逐渐增大，它对应于积屑瘤减小和消失的阶段最后，在渐增大，它对应于积屑瘤减小和消失的阶段最后，在 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡高速范围内，高速范围内，ξ又随着切削速度的继续增高而减小这是因为又随着切削速度的继续增高而减小这是因为切削温度随切削温度随vc的增大而升高，使切削底层金属被软化，剪切的增大而升高，使切削底层金属被软化，剪切强度下降，降低了刀具和切屑之间的摩擦系数，从而使变形强度下降，降低了刀具和切屑之间的摩擦系数，从而使变形系数减小此外，当切削速度系数减小此外，当切削速度vc很高时，切削层有可能末充很高时，切削层有可能末充分滑移变形就成为切屑流出，这也是变形系数减小的原因之分滑移变形就成为切屑流出，这也是变形系数减小的原因之一。

一¡4) 切削厚度切削厚度 由图由图1-7可知，当进给量增加（切削厚度增加）可知，当进给量增加（切削厚度增加）时，切削变形系数减小时，切削变形系数减小 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 § 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡1.2.2 切屑的形成及种类切屑的形成及种类¡1．切屑的形成．切屑的形成¡ 金属的切削过程是被切削金属层在刀具切削刃和前面的金属的切削过程是被切削金属层在刀具切削刃和前面的挤压作用下而产生剪切，滑移变形的过程切削金属时：切挤压作用下而产生剪切，滑移变形的过程切削金属时：切削层金属受到刀具的挤压开始产生弹性变形；随着刀具的推削层金属受到刀具的挤压开始产生弹性变形；随着刀具的推进，应力、应变逐渐加大，当应力达到材料的屈服强度时产进，应力、应变逐渐加大，当应力达到材料的屈服强度时产生塑性变形；当刀具继续切入，当应力达到材料的抗拉强度生塑性变形；当刀具继续切入，当应力达到材料的抗拉强度时，金属层被挤裂而形成切屑。

实际上，由于加工材料性能时，金属层被挤裂而形成切屑实际上，由于加工材料性能与切削条件等不同，上述过程的三个阶段不一定能完全显示与切削条件等不同，上述过程的三个阶段不一定能完全显示出来¡2．切削的种类．切削的种类 ¡ 如前所述，金属切削层变形的过程即为切屑的形成过程如前所述，金属切削层变形的过程即为切屑的形成过程由于工件材料不同，切削加工条件不同，所以金属切削过程由于工件材料不同，切削加工条件不同，所以金属切削过程中的变形程度也就不同，从而形成不同的切屑中的变形程度也就不同，从而形成不同的切屑 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡根据切削过程中变形程度的不同，切屑可分为四种不同的形根据切削过程中变形程度的不同，切屑可分为四种不同的形态，如态，如图图1-8所示¡(a).带状切屑带状切屑¡(b).节状切屑节状切屑¡(c).粒状切屑粒状切屑¡(d).崩碎切屑图崩碎切屑图1-8 切屑的种类切屑的种类 1）带状切屑（图）带状切屑（图1-8(a)）） 这种切屑的底层（与前刀面接这种切屑的底层（与前刀面接触的面）光滑，外表面呈毛茸状，无明显裂纹。

在加工塑性触的面）光滑，外表面呈毛茸状，无明显裂纹在加工塑性金属材料（如软钢、铜、铝等），当切削厚度较小、切削速金属材料（如软钢、铜、铝等），当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，容易产生这种切屑形成带状切度较高、刀具前角较大时，容易产生这种切屑形成带状切屑时，切削过程较平稳，切削力波动较小，己加工表面质量屑时，切削过程较平稳，切削力波动较小，己加工表面质量较高但切削连续不断，会缠绕在工件或刀具上，影响工件较高但切削连续不断，会缠绕在工件或刀具上，影响工件质量且不安全生产中通常使用在车刀上磨断屑槽等方法断质量且不安全生产中通常使用在车刀上磨断屑槽等方法断屑 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡2）节状切屑（图）节状切屑（图1-8(b)）） 又称挤裂切屑这种切屑的底又称挤裂切屑这种切屑的底面有时出现裂纹，上表面呈明显的锯齿状在加工塑性较低面有时出现裂纹，上表面呈明显的锯齿状在加工塑性较低的金属材料（如黄铜），当切削速度较低、切削厚度较大、的金属材料（如黄铜），当切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时，容易产生节状切屑；特别当工艺系统刚性刀具前角较小时，容易产生节状切屑；特别当工艺系统刚性不足、加工碳素钢材料时，也容易得到这种切屑。

产生节状不足、加工碳素钢材料时，也容易得到这种切屑产生节状切屑时，切削过程不太稳定，切削力波动也较大，已加工表切屑时，切削过程不太稳定，切削力波动也较大，已加工表面质量较低面质量较低¡ 3）粒状切屑（图）粒状切屑（图1-8(c)）） 又称单元切屑当采用小前角又称单元切屑当采用小前角或负前角，以极低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金属或负前角，以极低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金属（延伸率较低的结构钢）时，会产生这种切屑产生粒状切（延伸率较低的结构钢）时，会产生这种切屑产生粒状切屑时，切削过程不平稳，切削力波动较大，已加工表面质量屑时，切削过程不平稳，切削力波动较大，已加工表面质量较差 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡ 4）崩碎切屑（图）崩碎切屑（图1-8(d）））） 在切削脆性金属（铸铁、青在切削脆性金属（铸铁、青铜等）时，由于材料的塑性很小，抗拉强度很低，在切削时铜等）时，由于材料的塑性很小，抗拉强度很低，在切削时切削层内靠近切削刃和前刀面的局部金属未经明显的塑性变切削层内靠近切削刃和前刀面的局部金属未经明显的塑性变形就被挤裂，形成不规则状的碎块切屑，这就是崩碎切屑。

形就被挤裂，形成不规则状的碎块切屑，这就是崩碎切屑当工件材料越硬脆、刀具前角越小、切削厚度越大时，越容当工件材料越硬脆、刀具前角越小、切削厚度越大时，越容易产生崩碎切屑产生崩碎切屑时，切削力波动大，加工表易产生崩碎切屑产生崩碎切屑时，切削力波动大，加工表面凹凸不平，刀屑接触长度较短，切削力和切削热量集中作面凹凸不平，刀屑接触长度较短，切削力和切削热量集中作用在刀刃处，刀刃容易损坏用在刀刃处，刀刃容易损坏¡ 从加工过程的平稳性、保证加工精度和加工表面质量考虑，从加工过程的平稳性、保证加工精度和加工表面质量考虑，带状切屑是较好的切屑类型需要说明的是，切屑的形态是带状切屑是较好的切屑类型需要说明的是，切屑的形态是可以随切削条件的改变而相互转化的可以随切削条件的改变而相互转化的 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡1.2.3 积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺¡1)　积屑瘤及其特征　积屑瘤及其特征 在切削塑性金属材料时，常在切削刃在切削塑性金属材料时，常在切削刃口附近粘结一硬度很高（通常为工件材料硬度的口附近粘结一硬度很高（通常为工件材料硬度的2～～3.5倍）倍）的楔状金属块，它包围着切削刃且覆盖部分前刀面，这种楔的楔状金属块，它包围着切削刃且覆盖部分前刀面，这种楔状金属块称为积屑瘤，状金属块称为积屑瘤，如图如图1-9所示。

所示¡由于积屑瘤覆盖在刀具的前刀面上，因此，积屑瘤便代替刀由于积屑瘤覆盖在刀具的前刀面上，因此，积屑瘤便代替刀具切削刃担负实际切削工作，使刀具切削刃和前刀面得到保具切削刃担负实际切削工作，使刀具切削刃和前刀面得到保护，从而可减轻刀具磨损同时积屑瘤使刀具实际前角增大护，从而可减轻刀具磨损同时积屑瘤使刀具实际前角增大（最大可达（最大可达35˚），刀和切屑的接触面积减小，而使切屑变），刀和切屑的接触面积减小，而使切屑变形减小，降低切削力另一方面，由于积屑瘤不断发生着长形减小，降低切削力另一方面，由于积屑瘤不断发生着长大和破裂脱离的过程，积屑瘤顶部和被切削金属界限不清，大和破裂脱离的过程，积屑瘤顶部和被切削金属界限不清，脱落的碎片会损伤刀具表面，或嵌入已加工工件表面而造成脱落的碎片会损伤刀具表面，或嵌入已加工工件表面而造成刀具磨损和已加工表面的表面粗糙度值增大积屑瘤的不稳刀具磨损和已加工表面的表面粗糙度值增大积屑瘤的不稳定性常会引起切削过程的不稳定（切削力变动），同定性常会引起切削过程的不稳定（切削力变动），同时时 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡积屑瘤还会形成积屑瘤还会形成“切削刃切削刃”的不规则和不光滑，使已加工表的不规则和不光滑，使已加工表面粗糙度增大、尺寸精度降低，因此精加工时必须设法抑制面粗糙度增大、尺寸精度降低，因此精加工时必须设法抑制积屑瘤的形成。

积屑瘤的形成¡2)　积屑瘤的形成及抑制措施　积屑瘤的形成及抑制措施 在切削过程中，由于刀与屑在切削过程中，由于刀与屑的摩擦而导致的冷焊是积屑瘤的成因切削时切屑和前刀面的摩擦而导致的冷焊是积屑瘤的成因切削时切屑和前刀面之间存在着很大的压力，当切屑从前刀面滑出时，便发生强之间存在着很大的压力，当切屑从前刀面滑出时，便发生强烈的滑动摩擦，切削温度升高，加速了刀具与切屑之间相互烈的滑动摩擦，切削温度升高，加速了刀具与切屑之间相互的元素扩散，在刀与屑之间形成一层很薄的（厚度约为的元素扩散，在刀与屑之间形成一层很薄的（厚度约为0.6μm）新合金层，随后新的合金层在此基础上逐层粘结和）新合金层，随后新的合金层在此基础上逐层粘结和堆积，最后长成积屑瘤堆积，最后长成积屑瘤¡ 影响积屑瘤的因素很多，主要有工件材料、切削速度、切削影响积屑瘤的因素很多，主要有工件材料、切削速度、切削液、刀具表面质量和前角以及刀具材料等在工件材料塑性液、刀具表面质量和前角以及刀具材料等在工件材料塑性高、强度低时，切屑与刀具前面摩擦大，切屑变形大，容易高、强度低时，切屑与刀具前面摩擦大，切屑变形大，容易粘刀而产生积屑瘤，而且积屑瘤尺寸也较大。

在切削脆性金粘刀而产生积屑瘤，而且积屑瘤尺寸也较大在切削脆性金属材料时，切屑呈崩碎状，刀和屑接触长度较短，摩擦较小，属材料时，切屑呈崩碎状，刀和屑接触长度较短，摩擦较小，切削温度较低，一般不易产生积屑瘤实际生产中、可采取切削温度较低，一般不易产生积屑瘤实际生产中、可采取下列措施抑制积屑瘤的生成下列措施抑制积屑瘤的生成 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡①①控制切削速度控制切削速度 实践证明，切削速度是通过切削温度对前实践证明，切削速度是通过切削温度对前刀面的最大摩擦系数和工件材料性质的影响而影响积屑瘤的，刀面的最大摩擦系数和工件材料性质的影响而影响积屑瘤的，控制切削速度使切削温度控制在控制切削速度使切削温度控制在300℃℃以下或以下或380℃℃以上，以上，就可以减少积屑瘤的生成，所以实际加工中采用低速或高速就可以减少积屑瘤的生成，所以实际加工中采用低速或高速切削是抑制积屑瘤的基本措施切削是抑制积屑瘤的基本措施¡ ②②降低进给量降低进给量 进给量增大，则切削厚度增大。

切削厚度越进给量增大，则切削厚度增大切削厚度越大，刀大，刀—屑的接触长度越长，从而形成积屑瘤的生成基础屑的接触长度越长，从而形成积屑瘤的生成基础若适当降低进给量，则可削弱积屑瘤的生成基础若适当降低进给量，则可削弱积屑瘤的生成基础¡ ③③ 增大刀具前角增大刀具前角 若增大刀具前角，则切屑变形减小，切若增大刀具前角，则切屑变形减小，切削力减小，从而使前刀面上的摩擦减小，积屑瘤的生成基础削力减小，从而使前刀面上的摩擦减小，积屑瘤的生成基础就小实践证明，当刀具前角增大到就小实践证明，当刀具前角增大到35˚时，一般不产生积时，一般不产生积屑瘤¡④④ 使用切削液使用切削液 采用润滑性能较好的切削液可以减少或消除采用润滑性能较好的切削液可以减少或消除积屑瘤的产生积屑瘤的产生 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡⑤⑤前刀面的粗糙度前刀面的粗糙度 前刀面粗糙，摩擦较大，这给积屑瘤的前刀面粗糙，摩擦较大，这给积屑瘤的形成创造了条件。

若前刀面光滑，则积屑瘤也就不易形成形成创造了条件若前刀面光滑，则积屑瘤也就不易形成¡⑥⑥工件材料的塑性工件材料的塑性 影响积屑瘤形成的主要因素是工件材料影响积屑瘤形成的主要因素是工件材料的塑性¡2. 鳞刺鳞刺 ¡鳞刺是在已加工表面上出现的鳞片状反刺，鳞刺是在已加工表面上出现的鳞片状反刺，如图如图1-10（（a））所示它是用较低的速度切削塑性金属材料时常出现的一种所示它是用较低的速度切削塑性金属材料时常出现的一种现象，使工件已加工表面质量恶化，表面粗糙度值增大现象，使工件已加工表面质量恶化，表面粗糙度值增大¡鳞刺生成的原因是由于部分金属材料的黏结层积，而导致即鳞刺生成的原因是由于部分金属材料的黏结层积，而导致即将切离的切屑根部发生断裂，在已加工表面层留下金属被撕将切离的切屑根部发生断裂，在已加工表面层留下金属被撕裂的痕迹裂的痕迹 （图（图1-10（（b））））与积屑瘤相比，鳞刺产生的频与积屑瘤相比，鳞刺产生的频率较高避免产生鳞刺的措施与积屑瘤类似避免产生鳞刺的措施与积屑瘤类似 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡1.2.4 切削力切削力¡1. 切削力的产生及分解切削力的产生及分解¡ 切削力来源于三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形切削力来源于三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力，以及切屑、工件与刀具间的摩擦力。

如图抗力，以及切屑、工件与刀具间的摩擦力如图1—11所示，所示，作用在前刀面上的变形抗力作用在前刀面上的变形抗力Fnγ和摩擦力和摩擦力Ffγ；作用在后刀面；作用在后刀面上的变形抗力上的变形抗力Fnα和摩擦力和摩擦力Ffα它们的合力它们的合力Fr作用在前刀面作用在前刀面上近切削刃处，其反作用力上近切削刃处，其反作用力Fr΄作用在工件上作用在工件上¡ 为便于计算切削力的大小，分析切削力的作用和测量，通常为便于计算切削力的大小，分析切削力的作用和测量，通常将切削力分解成如将切削力分解成如图图1-12所示的三个互相垂直的分力图所示的三个互相垂直的分力图1-12 外圆车削时的切削分力与合力外圆车削时的切削分力与合力¡ 1）主切削力）主切削力Fc 是总切削力是总切削力Fr在主运动方向上的分力，垂在主运动方向上的分力，垂直于基面，与切削速度方向一致是计算刀具强度、机床切直于基面，与切削速度方向一致是计算刀具强度、机床切削功率的主要依据其特征是在切削过程中消耗的功率最大削功率的主要依据其特征是在切削过程中消耗的功率最大（占机床功率的（占机床功率的90％） 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡2）背向力）背向力Fp 又称为径向力，是总切削力又称为径向力，是总切削力Fr在切深方向（在切深方向（x方向）的分力，是验算工艺系统刚度的主要依据。

其特征是方向）的分力，是验算工艺系统刚度的主要依据其特征是在切削过程中不消耗功率，但会使工件弯曲变形和振动，影在切削过程中不消耗功率，但会使工件弯曲变形和振动，影响工件加工质量响工件加工质量¡ 3）进给抗力）进给抗力Ff 是总切削力是总切削力Fr在进给方向（在进给方向（Z方向）的分方向）的分力，是机床进给机构强度和刚度设计、校验的主要依据其力，是机床进给机构强度和刚度设计、校验的主要依据其只消耗机床很少的功率（约只消耗机床很少的功率（约1％～％～3％）¡各分力各分力Fc、、Fp、、Ff与合力与合力Fr的关系为：的关系为：¡ (1-10)¡ Fp＝＝Fpfcosκr (1-11)¡ Ff＝＝Fpfsinκr (1-12) 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡在生产中，切削力可根据公式计算，在生产中，切削力可根据公式计算， Fp和和Ff可根据可根据Fc进行估算，一进行估算，一般刀具几何参数、磨损情况、切削用量的不同，般刀具几何参数、磨损情况、切削用量的不同，Fp和和Ff相对于相对于Fc的的比值在很大范围内变化，当比值在很大范围内变化，当κr=45˚、、λs=0˚、、γo=15˚时，有以时，有以下近似关系：下近似关系：¡ Fp＝（＝（0.4—0.5）） Fc (1-13)¡ Ff＝（＝（0.3—0.4）） Fc (1-14) ¡切削力切削力Fc可通过可通过《《切削用量手册切削用量手册》》查出单位切削力查出单位切削力p，再根据下列，再根据下列公式进行计算：公式进行计算：¡ Fc=pαp ƒ KfpKvcFcKFc (1-15)¡式中：式中：Kfp—进给量对单位切削力的修正系数；进给量对单位切削力的修正系数；¡ KvcFc—切削速度改变时对主切削力的修正系数；切削速度改变时对主切削力的修正系数； 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡KFc—刀具几何角度不同时对主切削力的修正系数。

刀具几何角度不同时对主切削力的修正系数¡式中系数可在式中系数可在《《切削用量手册切削用量手册》》中查中¡切削力切削力Fc还可通过计算切削力的指数公式进行计算还可通过计算切削力的指数公式进行计算¡2. 切削功率切削功率¡ 在切削过程中，三个分力消耗的功率之和，通常用主切削力在切削过程中，三个分力消耗的功率之和，通常用主切削力Fc消耗的功率消耗的功率Pc（单位：（单位：kw）来表示¡ Pc＝＝Fcvc×10-3／／60 （（1-16））¡ 机床电动机消耗功率机床电动机消耗功率PE（单位为：（单位为：kw）按下式计算：）按下式计算：¡ PE≥PC/η （（1-17））¡式中：式中：η——机床传动效率，一般取机床传动效率，一般取0.75~0.85 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡3. 影响切削力的主要因素影响切削力的主要因素¡ 1）工件材料的影响）工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高，材料的工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切屈服强度越高，切削力就越大。

强度、硬度相近的材料，剪切屈服强度越高，切削力就越大强度、硬度相近的材料，塑性、韧性越大，则切削力越大塑性、韧性越大，则切削力越大¡2）切削用量的影响）切削用量的影响¡ ①① 背吃刀量和进给量背吃刀量和进给量 背吃刀量背吃刀量αp或进给量或进给量ƒ加大，则加大，则切削力增大当切削力增大当αp加大一倍，切削力增大一倍；加大一倍，切削力增大一倍；ƒ加大一倍，加大一倍，切削力增大切削力增大68％％~86％根据这一规律可知，在切削面积不％根据这一规律可知，在切削面积不变的情况下，采用较大的进给量和较小的背吃刀量，可使切变的情况下，采用较大的进给量和较小的背吃刀量，可使切削力较小削力较小 ②② 切削速度切削速度 切削速度切削速度vc对切削力的影响对切削力的影响如图如图1-13所示切削塑性金属时，在形成积屑瘤范围内，削塑性金属时，在形成积屑瘤范围内，vc较低时，随着较低时，随着vc的的增加，积屑瘤增高，增加，积屑瘤增高，γo增大，切削力减小；增大，切削力减小；vc 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡较高时，随着较高时，随着vc的增加，积屑瘤逐渐消失，的增加，积屑瘤逐渐消失，γo减小，切削力减小，切削力又逐渐增大；在积屑瘤消失后，又逐渐增大；在积屑瘤消失后， vc再增大，使切削温度升高，再增大，使切削温度升高，切削层金属的强度和硬度降低，切削变形减小，因此切削力切削层金属的强度和硬度降低，切削变形减小，因此切削力减小。

减小 vc达到一定值后再增大时，切削力变化减缓，渐趋稳达到一定值后再增大时，切削力变化减缓，渐趋稳定¡切削脆性金属材料（如铸铁、黄铜）时，切屑和前刀面的摩切削脆性金属材料（如铸铁、黄铜）时，切屑和前刀面的摩擦小，擦小， vc对切削力无显著影响对切削力无显著影响 vc /m﹒min-1¡3) 刀具几何角度的影响刀具几何角度的影响 ¡①①前角前角γo 　前角　前角γo增大，切屑变形减小，切削力减小切削增大，切屑变形减小，切削力减小切削各种材料时，增大各种材料时，增大γo能减小切削力，对于塑性材料，加大前能减小切削力，对于塑性材料，加大前角角γo ，切削力的减小则更为明显切削力的减小则更为明显 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡②②主偏角主偏角κr 　　主偏角　　主偏角κr对主切削力对主切削力Fc的影响不大。

的影响不大 κr ＝＝60°～～75°时，时， Fc最小；　　　最小；　　　 κr <60°时，时， Fc随随κr的的增大而减小；增大而减小； κr >75°时，时， Fc随随κr的增大而增大，不过的增大而增大，不过Fc增大或减小的幅度均在增大或减小的幅度均在10％以内主偏角％以内主偏角κr主要影响主要影响Fp和和Ff的比值 κr增大时，背向力增大时，背向力Fp减小，进给抗力减小，进给抗力Ff增大因此，增大因此，当切削细长轴时应采用较大当切削细长轴时应采用较大κr(90°)¡③③刃倾角刃倾角λs　　刃倾角　　刃倾角λs对主切削力对主切削力Fc的影响很小，但对背的影响很小，但对背向力向力Fp 、进给抗力、进给抗力Ff的影响显著的影响显著 λs减小时，减小时， Fp增大，增大， Ff减小　¡4) 刀具磨损的影响刀具磨损的影响 刀具磨损后，刀刃变钝会使刀面与加工刀具磨损后，刀刃变钝会使刀面与加工表面间的挤压和摩擦加剧，使切削力增大刀具磨损达到一表面间的挤压和摩擦加剧，使切削力增大刀具磨损达到一定程度后，切削力会急剧增加定程度后，切削力会急剧增加 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡5) 切削液和刀具材料切削液和刀具材料 以冷却作用为主的水溶液对切削力的以冷却作用为主的水溶液对切削力的影响很小。

以润滑作用影响很小以润滑作用¡为主的切削液能显著地降低切削力，因为润滑作用减少了刀为主的切削液能显著地降低切削力，因为润滑作用减少了刀具前刀面与切屑、后刀面与工具前刀面与切屑、后刀面与工¡件表面的摩擦刀具材料对切削力也有一定的影响，选择与件表面的摩擦刀具材料对切削力也有一定的影响，选择与工件材料摩擦系数小的刀具材工件材料摩擦系数小的刀具材¡料，切削力会不同程度地减小实验结果表明，用料，切削力会不同程度地减小实验结果表明，用YT类硬质类硬质合金刀具切钢时的切削力比合金刀具切钢时的切削力比¡用高速钢刀具约降低用高速钢刀具约降低5％～％～10％ 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡1.2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度¡1. 切削热的产生与传散切削热的产生与传散 ¡ 1）切削热的产生）切削热的产生 切削层发生的弹、塑性变形和刀具与切切削层发生的弹、塑性变形和刀具与切屑、工件之间的摩擦所消耗的功，均可转变为切削热。

屑、工件之间的摩擦所消耗的功，均可转变为切削热¡切削热的来源与传散切削热的来源与传散如图如图1-14所示切削过程中产生的总切所示切削过程中产生的总切削热削热Q为：为：¡Q＝＝QP十十Qγf十十Qαf （（1-18））¡式中：式中： QP——剪切区金属变形功转变的热；剪切区金属变形功转变的热；¡ Qγf——切屑与前刀面的摩擦功转变的热；切屑与前刀面的摩擦功转变的热；¡ Qαf——已加工表面与后刀面的摩擦功转变的热已加工表面与后刀面的摩擦功转变的热 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡2）切削热的传散）切削热的传散 通过切屑、工件、刀具和周围介质传出的通过切屑、工件、刀具和周围介质传出的热量分别用热量分别用Qch、、Qw、、Qc和和Qf表示切削热的产生与传出的表示。

切削热的产生与传出的关系为：关系为：¡ QP十十Qγf十十Qαf ＝＝Qch十十Qw十十Qc十十Qf ＝＝Q （（1—19））¡切削热传出的大致比例如下：切削热传出的大致比例如下：¡⑴⑴ 车削加工时车削加工时 Qch （（50％％~86％）、％）、Qc（（40％％~10％）、％）、Qw（（9％％~3％）、％）、Qf（（1%））¡⑵⑵ 钻削加工时钻削加工时 Qch （（28％）、％）、Qc（（14.5％）、％）、Qw （（52.5％）、％）、Of （（5％）¡影响切削热传散的主要因素是工件和刀具材料的热导率及周影响切削热传散的主要因素是工件和刀具材料的热导率及周围介质的状况围介质的状况¡2. 切削温度的分布切削温度的分布 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡1) 刀刀—屑界面温度比切屑的平均温度高得多，一般约为屑界面温度比切屑的平均温度高得多，一般约为2~2.5倍，且最高温度不在切削刃上，而在前刀面上离刀刃倍，且最高温度不在切削刃上，而在前刀面上离刀刃一定距离的地方；一定距离的地方；¡2) 沿剪切平面各点温度几乎相同，由此可知，剪切平面上各沿剪切平面各点温度几乎相同，由此可知，剪切平面上各点的应力应变规律基本相同；点的应力应变规律基本相同；¡3) 切屑沿前刀面流出时，在垂直前刀面方向上温度变化较大，切屑沿前刀面流出时，在垂直前刀面方向上温度变化较大，说明切屑在沿前刀面流出时被摩擦发热。

后刀面上温度分布说明切屑在沿前刀面流出时被摩擦发热后刀面上温度分布也与前刀面类似，即最高温度在刚离开切削刃的地方，但较也与前刀面类似，即最高温度在刚离开切削刃的地方，但较前刀面上最高温度抵；前刀面上最高温度抵；¡4) 工件材料的热导率越低（如钛合金比碳钢热导率低），刀工件材料的热导率越低（如钛合金比碳钢热导率低），刀具前、后刀面的温度越高；具前、后刀面的温度越高；¡5) 工件材料的塑性越低，脆性越大，前刀面上最高温度处越工件材料的塑性越低，脆性越大，前刀面上最高温度处越靠近切削刃，同时沿切屑流出方向的温度变化越大切削脆靠近切削刃，同时沿切屑流出方向的温度变化越大切削脆性材料时最高温度在靠近刀刃的后刀面上性材料时最高温度在靠近刀刃的后刀面上 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡3. 影响切削温度的因素及变化规律影响切削温度的因素及变化规律¡ 1) 切削用量对切削温度的影响切削用量对切削温度的影响 ¡①①切削速度对切削温度的影响最明显，随着切削速度的提高，切削速度对切削温度的影响最明显，随着切削速度的提高，切削底层与前刀面发生强力摩擦，产生大量的热量，切削温切削底层与前刀面发生强力摩擦，产生大量的热量，切削温度明显上升；度明显上升；¡②②进给量对切削温度的影响次之，进给量增大，单位时间内进给量对切削温度的影响次之，进给量增大，单位时间内的金属切除量相应增大，产生的热量也增多，切削温度上升；的金属切除量相应增大，产生的热量也增多，切削温度上升；¡③③背吃刀量对切削温度的影响很小，背吃刀量增大，切削热背吃刀量对切削温度的影响很小，背吃刀量增大，切削热同比增加，但由于参加切削的切削刃长度也同比增加，散热同比增加，但由于参加切削的切削刃长度也同比增加，散热条件得到改善，温度上升不明显。

条件得到改善，温度上升不明显¡ 2) 刀具几何参数对切削温度的影响刀具几何参数对切削温度的影响 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡当刀具前角增大，切削变形减小，产生的切削热少，切削温当刀具前角增大，切削变形减小，产生的切削热少，切削温度降低但前角太大，刀具散热体积变小，温度反会上升；度降低但前角太大，刀具散热体积变小，温度反会上升；当增大刀具主偏角，因切削刃工作长度缩短，刀尖角减小，当增大刀具主偏角，因切削刃工作长度缩短，刀尖角减小，散热条件变差，切削温度将升高散热条件变差，切削温度将升高¡ 3) 工件材料对切削温度的影响工件材料对切削温度的影响 ¡工件材料强度和硬度越高，切削时消耗的功率越大，切削温工件材料强度和硬度越高，切削时消耗的功率越大，切削温度越高工件材料的热导率大，则散热性好，切削温度低工件材料的热导率大，则散热性好，切削温度低。

工件材料的塑性变形不同，产生的摩擦也不同，从而影响切工件材料的塑性变形不同，产生的摩擦也不同，从而影响切削温度的变化削温度的变化¡ 4) 刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损对切削温度的影响 ¡刀具磨钝后，一方面，刃区前方挤压作用增大，切削区的金刀具磨钝后，一方面，刃区前方挤压作用增大，切削区的金属塑性变形增加；另一方面，刀具后角基本为零，使工件和属塑性变形增加；另一方面，刀具后角基本为零，使工件和刀具的摩擦加大，两者均使切削温度升高刀具的摩擦加大，两者均使切削温度升高 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.2 金属切削的基本规律金属切削的基本规律¡5) 切削液对切削温度的影响切削液对切削温度的影响 ¡切削液能降低切削区的温度，改善切削过程中的摩擦状况，切削液能降低切削区的温度，改善切削过程中的摩擦状况，提高刀具耐用度提高刀具耐用度¡ 综上所述，为减小切削力，增大综上所述，为减小切削力，增大f比增大比增大αp有利但从降有利但从降低切削温度来考虑，增大低切削温度来考虑，增大αp，，¡又比增大又比增大f有利。

由于有利由于f的增大使切削力和切削温度的增加都的增大使切削力和切削温度的增加都较小，但却使材料切除率成较小，但却使材料切除率成¡正比提高，因而采用大进给量切削具有较好的综合效果，特正比提高，因而采用大进给量切削具有较好的综合效果，特别是在粗加工、半精加工中得别是在粗加工、半精加工中得¡到广泛应用到广泛应用 上一页上一页 返回返回数控加工的切削基础图图1-1几种常见加工方法的切削运动几种常见加工方法的切削运动¡ 返回数控加工的切削基础图图1-2切削用量的三要素切削用量的三要素¡ 返回数控加工的切削基础图图1-3外圆纵车切削层的参数外圆纵车切削层的参数¡ 返回数控加工的切削基础图图1-4曲线切削刃工作时的切削厚度与曲线切削刃工作时的切削厚度与宽度宽度¡ 返回数控加工的切削基础图图1-5三个变形区的划分三个变形区的划分 图图1-6 第一变形区的剪切滑移第一变形区的剪切滑移¡ 图图1-5 三个变形区的三个变形区的划分划分Ⅰ-Ⅰ-第一变形区第一变形区 Ⅱ-Ⅱ-第第二变形区二变形区 Ⅲ-Ⅲ-第三变第三变形区形区 图图1-6 第第一一变变形形区区的剪切滑移的剪切滑移返回数控加工的切削基础图图1-8 切屑的种类切屑的种类¡ 返回数控加工的切削基础图图1-9 积屑瘤积屑瘤¡ 返回数控加工的切削基础图图1-10 鳞刺现象鳞刺现象¡ 返回数控加工的切削基础图图1-16刀尖的类型刀尖的类型¡ a.实际交点实际交点 b.修圆刀尖修圆刀尖 c.倒角刀尖倒角刀尖返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡1.3.1 刀具材料及合理选择刀具材料及合理选择¡1）刀具材料应具备的性能）刀具材料应具备的性能 刀具材料主要指刀具切削部分的刀具材料主要指刀具切削部分的材料。

金属切削时，刀具切削部分不仅要承受着很大的切削材料金属切削时，刀具切削部分不仅要承受着很大的切削力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件温度刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的，因此，刀具材料必须具备以下性能下工作的，因此，刀具材料必须具备以下性能¡ ⑴⑴ 高的硬度高的硬度 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，以便在高温状态下依然可以保持其锋利，这是刀具材料应具以便在高温状态下依然可以保持其锋利，这是刀具材料应具备的最基本特征目前，切削性能最差的刀具材料一碳素工备的最基本特征目前，切削性能最差的刀具材料一碳素工具钢，其硬度在室温条件下也应在具钢，其硬度在室温条件下也应在62HRC以上；高速钢的以上；高速钢的硬度为硬度为63～～70HRC；硬质合金的硬度为；硬质合金的硬度为89～～93HRC 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡⑵⑵ 高的耐磨性高的耐磨性 刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力。

在刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力在通常情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好刀具材料通常情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好刀具材料组织中碳化物越多，颗粒越细，分布越均匀，其耐磨性就越组织中碳化物越多，颗粒越细，分布越均匀，其耐磨性就越高¡⑶⑶ 足够的强度与韧性足够的强度与韧性 在工艺上，一般用刀具材料的抗弯强在工艺上，一般用刀具材料的抗弯强度表示刀具强度的大小；用冲击韧度表示其韧性的大小，它度表示刀具强度的大小；用冲击韧度表示其韧性的大小，它反映刀具材料抗脆性断裂和崩刃的能力刀具材料必须要有反映刀具材料抗脆性断裂和崩刃的能力刀具材料必须要有足够的强度和韧性，以保证切削时能承受很大的切削力和冲足够的强度和韧性，以保证切削时能承受很大的切削力和冲击力¡ ⑷⑷ 高的耐热性高的耐热性 刀具材料的耐热性是指刀具材料在高温下保刀具材料的耐热性是指刀具材料在高温下保持其切削性能的能力耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑持其切削性能的能力耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强性变形的能力、抗磨损的能力也越强 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡⑸⑸ 良好的导热性良好的导热性 刀具材料的导热性用热导率来表示。

热导刀具材料的导热性用热导率来表示热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量容易传导出去，从率大，表示导热性好，切削时产生的热量容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损此外，导热性好的而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损此外，导热性好的刀具材料其耐热冲击和抗热龟裂的性能增强，这种性能对采刀具材料其耐热冲击和抗热龟裂的性能增强，这种性能对采用脆性刀具材料进行断续切削，特别是在加工导热性能差的用脆性刀具材料进行断续切削，特别是在加工导热性能差的工件时尤为重要工件时尤为重要¡⑹⑹ 良好的工艺性和经济性良好的工艺性和经济性 为便于制造，要求刀具材料有较为便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻压、焊接、切削加工、热处理、可磨好的可加工性，包括锻压、焊接、切削加工、热处理、可磨性等¡经济性是评价新型刀具材料的重要指标之一，刀具材料的选经济性是评价新型刀具材料的重要指标之一，刀具材料的选用应注意经济效益，力求价格低廉用应注意经济效益，力求价格低廉2）刀具材料的种类及其选用）刀具材料的种类及其选用 在金属切削领域，金属切削机床在金属切削领域，金属切削机床 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡发是相辅相成的。

刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金发是相辅相成的刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金和超硬材料（陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石等）的出现，和超硬材料（陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石等）的出现，都是随着机床主轴转速提高，功率增大，主轴精度的提高，都是随着机床主轴转速提高，功率增大，主轴精度的提高，机床刚性的增加而逐步发展的同时由于新的工程材料不断机床刚性的增加而逐步发展的同时由于新的工程材料不断出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进作用目前金属出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进作用目前金属切削工艺中应用的刀具材料，主要分为以下几类：切削工艺中应用的刀具材料，主要分为以下几类：¡ ⑴⑴ 高速钢（高速钢（High Speed Steel，，HSS）） 高速钢是一种高速钢是一种含钨（含钨（W）、钼（）、钼（Mo）、铬（）、铬（Cr）、钒（）、钒（V）等合金元素较）等合金元素较多的工具钢，它具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以多的工具钢，它具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以承受较大的切削力和冲击随着材料学科的发展，高速钢刀承受较大的切削力和冲击随着材料学科的发展，高速钢刀具材料的品种已从单纯型的具材料的品种已从单纯型的W系列发展到系列发展到WMo系、系、WMoAl系、系、WMoCo系等，其中系等，其中WMoAl系是我国特有的品种。

同时，系是我国特有的品种同时，由于高由于高 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡速钢刀具热处理技术的进步以及成形金属切削工艺（全磨制速钢刀具热处理技术的进步以及成形金属切削工艺（全磨制钻头、丝锥等）的更新，使得高速钢刀具的红硬性、耐磨性钻头、丝锥等）的更新，使得高速钢刀具的红硬性、耐磨性和表面层质量都得到了很大的提高和改善因此，高速钢刀和表面层质量都得到了很大的提高和改善因此，高速钢刀具仍是数控机床用刀具的选择对象之一具仍是数控机床用刀具的选择对象之一¡ 高速钢的品种繁多，按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢的品种繁多，按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢；按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按高速钢；按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按制造工艺不同可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢制造工艺不同可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

¡ ①① 普通高速钢普通高速钢 国内外使用最多的普通高速钢是国内外使用最多的普通高速钢是W6Mo5Cr4V2（（M2钼系）及钼系）及W18Cr4v（（W18钨系）钨系）钢，含碳量为钢，含碳量为0.7％％~ 0.9％，硬度为％，硬度为63~66HRC，有一，有一定的耐磨性、高的强度和韧性，切削速度一般不高于定的耐磨性、高的强度和韧性，切削速度一般不高于50~60m/min，不适合高速和硬材料切削加工不适合高速和硬材料切削加工 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡新牌号的普通高速钢新牌号的普通高速钢W9Mo3Cr4V（（W9）是根据我国资源）是根据我国资源情况研制的含钨量较多、含钼量较少的钨钼钢其硬度为情况研制的含钨量较多、含钼量较少的钨钼钢其硬度为65~66.5HRC，有较好硬度和韧性的配合，热塑性、热稳，有较好硬度和韧性的配合，热塑性、热稳定性较好，焊接性能、磨削加工性能都较高，磨削效率比定性较好，焊接性能、磨削加工性能都较高，磨削效率比M2高高20%，表面租糙度值也小。

表面租糙度值也小¡ ②② 高性能高速钢高性能高速钢 指在普通高速钢中加入一些合金，如指在普通高速钢中加入一些合金，如Co、、A1等，使其耐热性、耐磨性进一步提高，热稳定性高但综等，使其耐热性、耐磨性进一步提高，热稳定性高但综合性能不如普通高速钢，不同牌号的高速钢只有在各自规定合性能不如普通高速钢，不同牌号的高速钢只有在各自规定的切削条件下，才能达到良好的加工效果我国正努力提高的切削条件下，才能达到良好的加工效果我国正努力提高高性能高速钢的应用水平，如发展低钴高碳钢高性能高速钢的应用水平，如发展低钴高碳钢W12Mo3Cr4V3Co5Si、含铝的超硬高速钢、含铝的超硬高速钢 W6Mo5Cr4V2A1、、W10Mo4Cr4V3Al等，提高其韧性、等，提高其韧性、热塑性、导热性，其硬度可达热塑性、导热性，其硬度可达67~69HRC，可用于制造出，可用于制造出口钻头、铰刀、铣刀等口钻头、铰刀、铣刀等 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡③③ 粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢的强度、韧性比熔炼钢粉末冶金高速钢的强度、韧性比熔炼钢有很大提高。

可用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难有很大提高可用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难加工材料常用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别是切削时加工材料常用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别是切削时受冲击载荷的刀具效果更好受冲击载荷的刀具效果更好¡ ⑵⑵ 硬质合金（硬质合金（Cemented Carbide）） 它是用高硬度、它是用高硬度、难熔的金属化合物（难熔的金属化合物（Wc、、Tic等）微米数量级的粉末与等）微米数量级的粉末与Co、、Mo、、Ni等金属粘接剂烧结而成的粉末冶金制品其高温碳等金属粘接剂烧结而成的粉末冶金制品其高温碳化物含量超过高速钢，具有硬度高（大于化物含量超过高速钢，具有硬度高（大于HRC89）、熔点）、熔点高、化学稳定性好、热稳定性好等特点，但其韧性差，脆性高、化学稳定性好、热稳定性好等特点，但其韧性差，脆性大．承受冲击和振动能力低其切削效率是高速钢刀具的大．承受冲击和振动能力低其切削效率是高速钢刀具的5~10倍，因此，硬质合金刀具是现在主要的刀具材料倍，因此，硬质合金刀具是现在主要的刀具材料 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡①① 普通硬质合金普通硬质合金 常用的有常用的有WC+Co类和类和TiC十十WC十十Co类类两类。

两类¡ 钨钴（钨钴（WC+Co）类（）类（YG）：常用牌号有）：常用牌号有YG3、、YG3X、、YG6、、YG6X、、YG8等此类硬质合金韧性好，但硬度和耐等此类硬质合金韧性好，但硬度和耐磨性较差，主要用于加工铸铁及有色金属磨性较差，主要用于加工铸铁及有色金属Co含量越高，韧含量越高，韧性越好，适合粗加工；含性越好，适合粗加工；含Co量少者用于精加工量少者用于精加工¡ 钨钴钛（钨钴钛（Tic十十WC十十Co）类（）类（YT）：常用牌号有）：常用牌号有YT5、、YT14、、YT15、、YT30等此类硬质合金硬度、耐磨性、耐等此类硬质合金硬度、耐磨性、耐热性都明显提高，但韧性、抗冲击振动性差，主要用于加工热性都明显提高，但韧性、抗冲击振动性差，主要用于加工钢料含TiC量多、量多、Co量少，耐磨性好，适合精加工；含量少，耐磨性好，适合精加工；含TiC量少、量少、Co量多，承受冲击性能好，适合粗加工量多，承受冲击性能好，适合粗加工 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡ ②② 新型硬质合金新型硬质合金 在上述两类硬质合金的基础上，添加某些在上述两类硬质合金的基础上，添加某些碳化物可以使其性能提高。

如在碳化物可以使其性能提高如在YG类中添加类中添加TaC（或（或NbC），可细化晶粒，提高硬度和耐磨性，还可提高合金的），可细化晶粒，提高硬度和耐磨性，还可提高合金的高温硬度、高温强度和抗氧化能力，而韧性不变如高温硬度、高温强度和抗氧化能力，而韧性不变如YG6A、、YG8N、、YG8P3等在YT类中添加合金，可提高抗弯强度、类中添加合金，可提高抗弯强度、冲击韧性、耐热性、耐磨性及高温强度、抗氧化能力等既冲击韧性、耐热性、耐磨性及高温强度、抗氧化能力等既可用于加工钢料，又可加工铸铁和有色金属，被称为通用合可用于加工钢料，又可加工铸铁和有色金属，被称为通用合金（代号金（代号YW）此外，还有）此外，还有TiC（或（或TiN）基硬质合金（又）基硬质合金（又称金属陶瓷）、超细晶粒硬质合金（如称金属陶瓷）、超细晶粒硬质合金（如YS2、、YM051、、YG610、、YG643）等¡ ⑶⑶ 其它刀具材料其它刀具材料¡①①涂层刀具材料涂层刀具材料 这种材料是在硬质合金或其他材料刀具这种材料是在硬质合金或其他材料刀具 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡基体上，采用化学气相沉积（基体上，采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积）或物理气相沉积（（PVD）法涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属（或非金属）化）法涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属（或非金属）化合物而得到的刀具材料。

这种材料刀具既有基体材料的强度合物而得到的刀具材料这种材料刀具既有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性和韧性，又具有很高的耐磨性¡ 涂层刀具的镀膜可以防止切屑和刀具直接接触，减小摩擦，涂层刀具的镀膜可以防止切屑和刀具直接接触，减小摩擦，降低各种机械热应力使用涂层刀具，可延长刀具寿命，减降低各种机械热应力使用涂层刀具，可延长刀具寿命，减少换刀次数，提高加工精度；可缩短切削时间，降低加工成少换刀次数，提高加工精度；可缩短切削时间，降低加工成本涂层刀具还可减少或取消切削液的使用涂层刀具还可减少或取消切削液的使用¡ 常用的涂层材料有常用的涂层材料有TiC、、TiN、、A12O3等在切削加工中，等在切削加工中，常见的涂层均以常见的涂层均以TiN为主，但其在切削高硬材料时，存在着为主，但其在切削高硬材料时，存在着耐磨性高、但强度差的问题，涂层易剥落采用特殊性能基耐磨性高、但强度差的问题，涂层易剥落采用特殊性能基体，涂以体，涂以TiN、、TiC和和A12O3复合涂层，可使基体和涂层得复合涂层，可使基体和涂层得到理想匹配，具有高抗热振性和到理想匹配，具有高抗热振性和 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡韧性，且表层高耐磨。

由于涂层与基体间有一富钴层，可有韧性，且表层高耐磨由于涂层与基体间有一富钴层，可有效提高抗崩损破坏能力可加工各种结构钢、合金钢、不锈效提高抗崩损破坏能力可加工各种结构钢、合金钢、不锈钢和铸铁，干切或湿切均可正常使用超硬材料涂层刀片，钢和铸铁，干切或湿切均可正常使用超硬材料涂层刀片，可加工硅铝合金、铜合金、石墨、非铁金属及非金属，其应可加工硅铝合金、铜合金、石墨、非铁金属及非金属，其应用范围从粗加工到精加工，寿命比硬质合金提高用范围从粗加工到精加工，寿命比硬质合金提高10~100倍¡ ②② 陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 常用的陶瓷刀具材料是以常用的陶瓷刀具材料是以A12O3或或Si3N4为基体成分，在高温下烧结而成的其硬度可达为基体成分，在高温下烧结而成的其硬度可达91～～95HRA，耐磨性比硬质合金高十几倍，适于加工冷硬铸，耐磨性比硬质合金高十几倍，适于加工冷硬铸铁和淬硬钢；在铁和淬硬钢；在1200~1450℃℃高温下仍能承受较高的切削高温下仍能承受较高的切削速度，高温硬度可达速度，高温硬度可达80HRA，在，在540℃℃时为时为90HRA，切削，切削速度比硬质合金高速度比硬质合金高2～～10倍；具有良好的抗粘性能，因为它倍；具有良好的抗粘性能，因为它与多种金属的亲和力小；化学稳定性好，即使在熔化时，与与多种金属的亲和力小；化学稳定性好，即使在熔化时，与钢也不起相互作用；抗氧化能力强。

钢也不起相互作用；抗氧化能力强 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础§ 1.3 金属切削刀具金属切削刀具¡③③ 超硬刀具材料超硬刀具材料 它是有特殊功能的材料，是金刚石和立方它是有特殊功能的材料，是金刚石和立方氮化硼的统称，用于超精加工及硬脆材料加工它们可用来氮化硼的统称，用于超精加工及硬脆材料加工它们可用来加工任何硬度的工件材料，包括淬火硬度达加工任何硬度的工件材料，包括淬火硬度达65—67HRC的的工具钢超硬刀具有很高的切削性能，切削速度比硬质合金工具钢超硬刀具有很高的切削性能，切削速度比硬质合金刀具提高刀具提高10~20倍，且切削时温度低，超硬材料加工的表面倍，且切削时温度低，超硬材料加工的表面粗糙度值很小，切削加工可部分代替磨削加工，经济效益显粗糙度值很小，切削加工可部分代替磨削加工，经济效益显著提高¡ 金刚石主要用于加工各种有色金属及非金属材料的高速精加金刚石主要用于加工各种有色金属及非金属材料的高速精加工，如铝合金、铜合金、镁合金、石墨、橡胶、塑料、玻璃工，如铝合金、铜合金、镁合金、石墨、橡胶、塑料、玻璃及义聚合材料等，也用于加工钛合金、金、银、铂、各种陶及义聚合材料等，也用于加工钛合金、金、银、铂、各种陶瓷和水泥制品。

金刚石刀具超精密加工广泛应用于加工激光瓷和水泥制品金刚石刀具超精密加工广泛应用于加工激光扫描器和高速摄影机的扫描棱镜、特形光学零件、电视、录扫描器和高速摄影机的扫描棱镜、特形光学零件、电视、录像机、照相机零件、计算机磁盘等像机、照相机零件、计算机磁盘等 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础。