数控加工工艺项目一课题二

（2）切削层的参数。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f（车削） 或fz（多齿刀具切削）所切除的金属层，称为 切削层。切削层的尺寸称为切削层参数。包括 切削厚度、切削宽度、切削面积等。 （3）正切屑和倒切屑。生产中一般由主切削刃 担负主要切削工作，在这种情况下切下来的切 屑称为正切屑。主要切削工作以由原来的副切 削刃承担，在这种情况下切下来的切屑称为副 切屑。 （4）材料切除率。材料切除率是指在特定瞬间 、单位时间里被刀具切除的工件材料的体积。
3．切削要素
（1）切削用量三要素。切削用量包括切削速度 、进给量和背吃刀量三个要素，如图1.11所示 。 ① 切削速度（vc）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。回转运动的 线速度vc（单位：m/min）的计算公式如下。 vc=dn/1 000 式中，d—切削刃上选定点处所对应的工件或刀 具的回转直径，mm； n—工件或刀具的转速，r/min。 需要注意的是，车削加工时，应计算待加工表面 的切削速度。
③ 背吃刀量（ap）。背吃刀量也叫切深， 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mm。车 削外圆时 ap ( d w d m ) / 2 式中，dw—待加工表面直径，mm； dm—已加工表面直径，mm。 镗孔时，式中dw与dm的位置互换一下，钻 孔加工的背吃刀量为钻头的半径。
③ 材料的金相组织。材料中不同的金相组织具 有不同的机械性能。因此，工件材料的金相组 织及其含量不同，则其加工性能也不同。 （a）低碳钢中含高塑性、高韧性、低硬度的铁 素体组织多，切削时，与刀具发生黏结现象严 重，且容易产生积屑瘤，影响已加工表面质量 ，故切削加工性能不好。 （b）中碳钢的金相组织主要是珠光体和铁素体 ，材料具有中等强度、硬度和中等塑性、韧性 ，切削时，刀具不易磨损，也容易获得高的表 面质量，故切削加工性能好。
表1.1 常用金属材料的相对切削加工性等级
相对切削加 工性等级 1 2 3 4 普通材料 名称及种类 很容易切削材料 一般有色金属 易削钢 较易削钢 一般钢及铸铁 相对切削加工 性Kr ＞3.0 2.5～3.0 1.6～2.5 1.0～1.6 代表性材料 铜铝合金，铜铝合金，铝镁合金 退火1.5Crb=0.372～0.441 GPa 自动机钢b=0.392～0.490 GPa 正火30钢b=0.441～0.549 GPa 45钢，灰铸铁，结构钢 2Cr13调质b=0.828 8 GPa 85钢轧制b=0.882 9 GPa 45Cr调质b=1.03 GPa 60Mn调质b=0.931 9～0.981 GPa 50CrV调质，1Cr18Ni9Ti未淬火 相钛合金
（2）辅助运动。
辅助运动的种类很多，主要包括：刀具接 近工件、切入、退离工件、快速返回原 点的运动、机床对刀时的运动、多工位 工作台、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 及工件的夹紧、松开等操纵控制运动， 也属于辅助运动。
2．金属切削加工中的工件表面
金属在切削过程中形成了三个不断变化着的表面 ，如图1.10所示，分别如下。 （1）待加工表面。工件上有待切除切削层的表 面称为待加工表面。 （2）已加工表面。工件上经刀具切削后产生的 表面称为已加工表面。 （3）过渡表面。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 工件的下一行程（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。
（c）淬火钢的金相组织主要是马氏体，材料的 强度、硬度都很高。马氏体在钢中呈针状分布 ，切削时使刀具受到剧烈磨损。 （d）灰铸铁中含有较多的片状石墨，硬度很低 ，切削时，石墨还能起到润滑作用，使切削力 减小。而冷硬铸铁表层材料的金相组织多为渗 碳体，具有很高的硬度，很难切削。
（3）改善工件材料切削加工性的途径。
（a）刨刀
（b）车刀
（c）钻头
（d）铣刀
图1.12 刀具切削部分的名称
（b）主后刀面。与加工表面相对并发生相互作用 的刀面。 （c）副后刀面。与已加工表面相对并发生相互作 用的刀面。 （d）主切削刃。起始于切削刃上主偏角为零的点 ，并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过 渡表面的那个整段切削刃（前刀面和主后刀面 的交线，担负主要切削的任务）。 （e）副切削刃。切削刃上除主切削刃以外的刃， 也起始于主偏角为零的点，但它向背离主切削 刃的方向延伸（是前刀面和副后刀面的交线， 也起切削作用）。 （f）刀尖。主切削刃与副切削刃的交点，它可以 是一个点、直线或圆弧。
60 Kr= ( 60 ) j
凡是Kr＞1的材料，比45钢容易切削；凡是Kr＜1 的材料，比45钢难切削。常用金属材料的相对 切削加工性等级如表1.1所示。
（2）影响材料切削加工性的主要因素。
工件材料的物理机械性能、化学成分和金 相组织是影响其加工性能的主要因素。 ① 材料的物理机械性能。材料的物理机 械性能中，对加工性能影响较大的是硬 度、强度、塑性和热导率。
（3）刀具切削部分的角度。
刀具主要标注的角度如图1.15所示，刀具切削角 度名称、代号及其所处的位置如表1.2所示。
图1.15 刀具主要标注的角度
表1.2 刀具切削角度名称、代号及其所处的位置
名 称 代
o
o
o
号
位
置
前角
后角 副前角 副后角 主偏角 副偏角 刃倾角 楔角 刀尖角 余偏角 切削角
改善材料切削加工性能的主要途径包括调整 材料的化学成分和通过适当的热处理来改变材 料的金相组织。
对于低碳钢，进行正火处理，可适当提高硬度 ，降低塑性；对于高碳钢，进行退火处理，可 降低其硬度、强度；对于有白口组织的铸铁件 ，常采用退火的方法来降低硬度等。这些方法 都能改善材料的切削加工性能。有的工件材料 则可通过调质处理，提高硬度、强度，降低塑 性来改善切削加工性能。 此外，毛坯精度、硬度、组织均匀，都有利于 降低切削力的波动，减小加工时的振动和刀具 的磨损，从而有利于加工质量特别是表面质量 的提高。
位于主切削刃上选定点的主剖面内，是前刀面与基面之间的夹角
与前角o位于同一主剖面内，是主后刀面与切削平面之间的夹角 位于副切削刃上选定的副剖面内，是前刀面与基面之间的夹角 位于副剖面内，是副后刀面与副切削平面之间的夹角 位于基面上，是主切削刃的投影与背进给方向的夹角 位于基面上，是副切削刃的投影与进给方向的夹角 位于切削平面内，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最低点时，s为负
容易切削易削钢
5
稍难切削材料
0.65～1.0
6 难切削材料
较难切削材料
0.5～0.65
7 8
难切削材料 很难切削材料
0.15～0.5 ＜0.15
相铁合金，镍基高温合金
（a）材料的硬度高，切削时刀与屑接触长度小 ，切削力和切削热集中在刀刃附近，刀具易磨 损且耐用度低，因此加工性不好。有些材料如 高温合金、耐热钢，由于高温硬度高，高温下 切削时，刀具材料与工件材料的硬度比降低， 使刀具磨损加快，加工性能也不好。另外，硬 质点多和加工硬化严重的材料，加工性能也都 较差。 （b）强度高的材料，切削时，切削力大、切削 温度高、刀具易磨损、加工性不好。
（c）塑性。一方面，塑性太小的材料，切削时 切削力、切削热集中在刀刃附近，刀具易产生 崩刃，加工性也较差；另一方面在碳素钢中， 低碳钢的塑性过大，高碳钢的塑性太小且硬度 高，故它们的加工性都不如硬度和塑性都适中 的中碳钢好。 （d）热导率通过对切削温度的影响而影响材料 的加工性能。热导率大的材料，由切屑带走和 工件传散出的热量多，有利于降低切削温度， 使刀具磨损速率减小，故加工性能好。
① 主运动。直接切除工件上的切削层，使之转 变为切屑，以形成工件新表面的主要运动。 ② 进给运动。使新的切削层不断投入切削的运 动称进给运动。进给运动可分为横向进给运动和 纵向进给运动。进给运动是由机床提供的使刀具 与工件之间产生的相对运动，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 特性的已加工表面。 ③ 合成切削运动。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。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 为合成速度，该速度方向与过渡表面相切，如图 1.9所示。
图1.10 工件上的表面
图1.11 切削用量的三要素
② 进给量（f）。刀具在进给运动方向上相对于工件的位 移量，称为进给量。可用刀具或工件每转或每行程的 位移量来表示或度量（见图1.11），其单位用mm/r或 mm/行程（如刨削等）表示。数控编程时，也可以用 进给速度表示刀具与工件的相对运动速度，单位是 mm/min。 车削时的进给速度vf为 vf=nf 对于铣刀、铰刀等多齿刀具，通常规定每齿进给量fz（ 单位：mm），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。进给速度vf与 每齿进给量的关系为 vf=nzfz 式中，z—刀具齿数。
任务2 刀具
1．刀具角度
（a）刨刀 （b）车刀 （c）钻头 （d）铣刀 图1.12 刀具切削部分的名称
（1）刀具切削部分的名称及定义。
① 刀具部分切削刃和表面。刀具切削部分的名 称，如图1.12所示。 ② 刀具各部分名称及定义。 （a）前刀面。刀具上切屑流过的表面，切削由 其流出，并与切屑相互作用的刀面。
4．金属材料的切削加工性
（1）金属材料的切削加工性。
金属材料的切削加工性是指将其加工成合格零 件的难易程度。其直接影响到加工质量和刀具 的耐用度。目前多采用一定耐用度下所允许的 切削速度这个指标来衡量。 一般用相对切削加工性Kr来对各种材料的切削加 工性进行比较。材料的切削加工性概念具有相 对性，所以经常以抗拉强度b=0.637MPa的正 火状态45钢的60作为基准，写作(60)j，而把 其他被切削材料的60与之相比，可得到该材 料的相对切削加工性Kr，即
（2）刀具角度的辅助平面。