切屑控制理论
第二章第1节-金属切削过程及切屑类型分析
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
第一节 金属切削过程及切屑类型
积屑瘤
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢
料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角
状的硬块,称为积屑瘤。
它的硬度很高，通常是
工件材料的2—3倍，在
切屑
处于比较稳定的状态时，
能够代替刀刃进行切削。
积屑瘤
刀具
积屑瘤
切屑的种类
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
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
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
变形程度表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节 金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
h
lc lch
hch hDOMຫໍສະໝຸດ sin(90 OM sin
第二章 金属切削基本理论及应用
第一节 金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过 程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
切屑形成的基本理论与屑形控制
切屑形成的基本理论与屑形控制由于金属切削过程是在高温、高压、高速下进行，因此切屑的形成机理相当复杂。
为了在切削加工中有效控制屑形，提高加工效率，改善加工表面质量，有必要对金属切削过程的一些基本理论进行深入研究和探讨。
1 滑移与滑移线机械制造是利用金属塑性变形机理，采取滚压、轧制、冷拔或切削加工等方法，使零件达到要求的形状和尺寸。
根据金属塑性变形理论可知，金属产生塑性变形的基本机理是滑移，即清移是金属最主要的塑性变形方式。
金属的滑移仅在剪应力作用下才能发生，即当剪应力t达到金属材料的剪切强度极限ts时，便会产生塑性变形。
在平面变形条件下，多晶体金属中的滑移是沿最大剪应力方向发生的，即滑移带与最大剪应力迹线相重合。
假设在连续应力场(塑性区)内最大剪应力迹线是无限密集的，则沿最大剪应力方向不断由一点到与其无限接近的另一点，即可在变形平面上绘出两组相互正交的曲线(如图1所示)，从而形成由切屑形成过程中第一变形区内部分滑移线与流线(或相邻部分)组成的格子。
滑移线的微分方程为第一组滑移线：dy/dx=tanw第二组滑移线：dy/dx =-tanw图2 与滑移线相切的直角坐标系第一、第二滑移线的参变量分别用a和b代替。
选取滑移线oa、ob为两曲线坐标轴，用坐标轴的曲线坐标(a，b)表示平面上p点的位置(见图2)。
这样，在曲线坐标网的任一a线上坐标b等于常值；在任一b 线上坐标a等于常值。
因此，在无限接近p点处，坐标曲线a和b与选取的直角坐标轴相重合，因此可认为dx=dsa，dy=dsb式中，dsa和dsb分别为曲线a和b的弧长微分。
因此有由于直角坐标轴与滑移线相切，因此对于a而言，w=0。
由于沿曲线a和b的角度w是不断变化的，因此偏导数不等于零，从而使切屑在形成过程中产生变形和卷曲。
图3 两滑移线间的滑移线转角2 切屑的变形和卷曲根据滑移线性质的汉基定理可知，滑移线a1与a2、b1与b2是无限接近的。
b1线在 p点与f点的法线的交点O1 为b1线在p点的曲率中心；b2线在e点与 d点的法线的交点O2 为b2线在e点的曲率中心。
《金属切削原理与刀具》课程标准
《金属切削原理与刀具》课程标准一、课程概述1.课程性质《金属切削原理与刀具》是机械设计与制造专业针对通用装备制造行业的机械设计、机械制造、制图员、车工、铳工、装配工等职业群（或技术技能领域）的关键岗位，经过对企业岗位典型工作任务的调研和分析后，归纳总结出来的为适应机械装备制造企业金属切削刀具选用、金属切削机床使用、机械冷加工工艺编制、调试及维修维护等能力要求而设置的一门专业核心课程。
2.课程任务《金属切削刀具与机床》课程通过对金属切削刀具、金属切削机床基本原理和理论知识的学习，增强学生对金属切削刀具材料、几何形状、切削要素、金属切削机床结构及布局, 机床知识的运用，让他们熟练掌握金属切削刀具、金属切削机床运动、切削加工工艺范围等知识，从而满足企业对相应岗位的职业能力需求。
3.课程要求通过课程的学习培养学生机械加工方面的岗位职业能力，教学注重选用基础的、典型的实例，突出现代机械加工中各种典型的刀具,利用各种教学方法和手段达到注重能力的培养, 突出实际、实用、实践的原则，贯彻加强基础、重技术应用及前后课程衔接的指导思想，注重内容的典型性、针对性，加强理论联系实际，达到学以致用的目的。
同时为学习后续专业课程打下坚实的基础。
二.教学目标1.知识目标（1）掌握金属切削加工的基本理论；（2）掌握金属切削加工的基本规律；（3）掌握车、铳、包k键等通用刀具结构与型号制订方法；（4）掌握车、铳、包IJ、键等通用刀具应用范围；（5）掌握孔加工刀具等标准刀具结构与型号制订方法；（6）掌握难加工材料的加工特点；（7）掌握数控加工工具系统的应用特点。
2.能力目标（1）能够进行切削用量的计算与查表；（2）能够正确选用刀具的几何参数；（3）能够解决切削加工中产生的各种质量问题；（4）能够正确选用刀具类型与规格；（5）会阅读金属加工资料和查阅刀具设计手册；（6）会难加工材料的加工的切削参数选择；（7）会刃磨刀具；3.素质目标（1）养成谦虚、好学的能力；（2）养成学生勤于思考、做事认真的良好作风；（3）具备必要的政治素质和一定的法律意识；（4）养成良好的职业道德；（5）具备沟通能力及团队协作精神；（6）具备分析问题、解决问题的能力；（7）具备勇于创新、敬业乐业的工作作风；（8）具备的质量意识、安全意识。
第1篇切削加工的理论基础
第1章 切削加工的理论基础
机械制造技术基础
1.2.1 切屑的形成
挤压与切削 正挤压：
金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约 成45°
偏挤压：
金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻 碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移s
机械制造技术基础
刀具 O
切屑根部金相照片
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
变形区的划分
第一变形区
机械制造技术基础
第二变形区
第三变形区
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
第一变形区的变形特征：
切削层金属沿滑移线的剪切 滑移变形及随之产生的加工 硬化。
第一变形区的实际厚度为 0.02~0.2mm，切削速度越 大，厚度越小。故第一变形 区可看成是一个剪切面。
剪切面与切削速度之间的夹 角成为剪切角，体现变形的 难易程度。
机械制造技术基础
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
机械制造技术基础
第二变形区的变形特征：
切屑底层金属受摩擦挤压后的塑性变形及晶粒纤维化。
受力：
挤压
摩擦
滑移与晶粒的伸长
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
前刀面内的摩擦（内摩擦与外摩擦） 区域划分： 粘结区lf1: 剪切滑移，内摩擦 滑动区lf2: 滑动摩擦，外摩擦
切屑长度压缩比（Λl）
l
LD Lch
h
hch hD
OM
sin(90 OM sin
o)
cos( o ) sin
表示切屑变形程度的方法
机械制造技术基础
切屑控制-综述部分
切 屑 控 制 研 究 现 状
LOGO
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
Your site here
LOGO
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
Your site here
LOGO
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。
Your site here
LOGO
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
金属切削基本原理
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
变形程度表示式：
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
1.4 刀具前面上的摩擦特点
切屑在流经刀具 的前面时，由于 强烈的挤压和剧 烈的摩擦，会产 生高温和高压， 使切屑底面与前 面的接触面之间 形成粘结，亦称 冷焊。内摩擦区 内剪切应力 如图 a。
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
1.5 积屑瘤
用中、低切削速度切削塑性金属材料时，往往 会因冷焊现象而在刀具前面靠近切削刃处由切屑 堆积而粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。 在切削速度不高 而又能形成连续性切 屑的情况下，加工一 般钢料或其他塑性材 料时，常常在刀具前 面处粘着一块剖面常 呈三角状的硬块。它 的硬度很高，通常是 工件材料的2～3倍， 在处于比较稳定状态 时，能够代替刀刃进 行切削。
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部 时间：2014.9.22
主要内容
一、切削变形与切屑的形成
二、切削力
三、切削热与切削温度
四、刀具磨损与刀具寿命 五、磨削
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
1.1 金属切削层的切削变形
1.1.1 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，产生塑性变形进而产 生剪切滑移的变形过程 （如 图3.1 ）
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
切削变形过程示意图
刀
具
工
件
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
第四节切屑的类型及控制
的运动部件中； 不影响操作者的安全； 易于清理、存放和搬运。 ③ 切屑控制的措施 在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器。 推广使用可转位刀具，有专业化的工具厂家和研究单位来集中解
决合理的槽形设计和精确的制造工艺问题带状切屑
小-大） （硬质合金材料中随钴含量的增大和碳化钛含
量的降低而增大）
5. 切削液对切削力的影响 6. 后刀具磨损对切削力的影响
第四节 切削力与切削功率
一． 研究切削力的意义 二． 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 三． 切削力的测量 四． 切削力的经验公式和切削力估算 五． 影响切削力的因素分析
二． 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率
1. 切削力 2. 切削力的来源
3. 切削合力及分解
Fr（F) ——切削合力 Fz（Fc）——切削力或切向力 Fx（Ff）——轴向力或进给力 Fy（Fp）—— 径向力或切深抗 力、背向力、吃刀力
4. 切削功率与电机功率
Pm
(Fzv
Fxnw f 1000
) 103
Pm Fzv 103
PE
Pm
m
三． 切削力的测量
1. 切削力的理论公式 2. 切削力的测量方法 测定切削功率，计算切削力 用测力仪测量切削力 ➢ 测力仪的测量原理 ➢ 常用的测力仪
四． 切削力的经验公式和切削力估算
3. 刀具角度的影响 前角的影响（对脆性材料影响不大） 负倒棱的影响 主偏角的影响（对三向力的影响有差别） 刀尖圆弧半径的影响 刃倾角的影响 车刀的其他几何参数如主后角、副后角、副偏角、副
切屑形成的基本理论与屑形控制
于 和 ｒ的夹 角 为 ７ ２ ＋ 和 一 形 成 一个 力矩 ， ｒ 。 ／ 使 切 屑 以 Ｐ 空 间坐 标 时 为 ｚ） 轴发 生 卷 曲 。 （ 为 此外 ， 随着 切 屑 在 前 刀 面上 流 动 ， 底层 受 到挤 其
压， 晶粒 被拉 长 ， 成 切 屑 底 部 膨 胀 ， 造 促使 切屑进 一
维普资讯
２０ 第 ３ ０２年 ６卷 Ｎ ｌ ｏ０ ｌ ３
切 屑 形 成 的 基 本 理 论 与 屑 形 控 制
常 兴 武文革 辛 志杰
华北 工 学 院 北 京理 工 大学
摘 要： 论述 了金属切削过程 中切屑变形 与卷曲 的基本 原理 ， 分析 了塑性 金属 与脆性 金 属切 屑 的不 同形成 机
量 ， 必要 对金 属 切 削 过 程 的一 些基 本 理论 进 行 深 有 入研究 和探 讨 。
第一 组 滑移 线 ： 第二 组 滑 移线 ：
Ｕ五
＝ａ ｔ ｎ
：一ａ ｔ ｎ
第一 、 第二 滑 移线 的参 变 量分 别 用 和 代 替 。 选取 滑移 线 ∞ 、 为 两 曲线 坐标 轴 ， 坐 标 轴 的 曲 用 线坐 标 （ ） 示 平 面 上 Ｐ点 的 位 置 （ 图 ２ 。这 ａ， 表 见 ） 样 ， 曲线 坐标 网 的任一 ａ线 上 坐标 等于 常值 ； 在 在
理， 提出 了控制 切屑形状 的基本原则 。
关键 词 ： 属 切 削 ， 切 屑 ， 塑 性 变 形 ， 滑 移 金
Ｅ ｓｎ ａ ｈ ｏ ｙ ｏ ｈ ｐ Ｆ ｒ ａ ｉｎ ａ ｄ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｆＣ ｉ ｈ ｐ ｓ ｓ ｅ ｔ ｌＴ ｅ ｒ ｆＣ ｉ ｏ ｍ ｔ ｎ ｏ ｔｏ ｈ ｐ Ｓ ａ ｅ ｉ ｏ ｏ
变形 平 面 上 绘 出 两 组 相 互 正 交 的 曲线 （ 图 １所 如 示 ）从 而形 成 由切屑 形成 过 程 中第 一 变形 区 内部 分 ．
切削参数对切屑变形的影响
切削用量对切屑变形的影响：切削速度：切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响呈波浪形；进给量：进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形因数减小；背吃刀量：对切屑变形的影响较小。
切屑卷曲和折断机理：切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。
如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会卷得更紧。
切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极限，则切屑就会自行折断。
切屑卷曲与折断的机理解释①自由切屑的卷曲机理由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相反，但是不共线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。
（刘培德）②受控切屑的卷曲机理图1-12a为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图1-12b为直线形卷屑槽的卷屑机理。
都采用卷屑槽的方式实现切屑卷曲的控制。
③切屑折断的机理图1-13分别为螺卷屑、发条状屑和C形屑折断的机理，其主要原因是由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应力极限。
影响切屑卷曲和折断的主要因素：工件材料性能：工件材料的屈服极限、弹性模量越小，塑性越低，越易折断；切削用量：切削厚度小，背吃刀量大，切削速度高，断屑难；刀具前角：前角小，变形大，易折。
影响切削力的因素：工件材料的影响（系数CF 或单位切削力kc体现）工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。
（二）切削用量的影响背吃刀量ap↑→Ac成正比↑，kc不变，ap的指数约等于1，因而切削力成正比增加；进给量f↑→Ac成正比↑，但kc略减小，f 的指数小于1，因而切削力增加但与f 不成正比。
速度v 对F 的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况，在无积屑瘤阶段，v ↑→变形程度↓→切削力减小切削温度的分布规律：1.剪切面上各点的温度基本一致;2.前、后刀面上的最高温度都处于离刀刃一定距离的地方；后刀面的温度降低和升高在极短时间内完成；3.在剪切区域内，垂直于剪切方向上的温度梯度较大；垂直于前刀面的切屑底层的温度梯度较大；4.工件材料塑性越大，前刀面与切屑的接触长度越长，温度分布越均匀；工件材料脆性越大，最高温度所在的点离刀刃越近；工件材料导热系数越低，前、后刀面上的温度越高。
切屑控制理论
切屑控制理论专业：机械工程学号：2011201278 姓名：赵佳琪第一部分：综述一、切屑控制理论的简单介绍1．什么是切屑控制切屑控制（chip control）又称切屑处理，在工厂一般称之为“断屑”，指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出和折断，使之成为“可接受”的良好屑形。
图1.1 某塑性金属的切削根金相照片带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑图1.2 切屑的四种类型节状，底面光带状，图1.3 切屑的形态及形成条件C形屑宝塔状卷屑发条状卷屑带状屑崩碎屑长紧卷屑螺卷屑图1.4 各种常见的切屑形状2．为什么要切屑控制连续带状切屑在加工过程中越来越长，不断缠绕在工件或刀具之上，迫使停机中断操作，影响生产效率。
有可能损坏工件和刀具。
会对操作者造成危险。
衡量切屑可控性的主要标准：不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅）；不影响操作者的安全；易于存放、清理与运输。
影响切屑折断的主要因素：切屑材料的机械性能；切削用量；刀具几何参数；断屑槽的合理性。
3．如何切屑控制切屑控制的方法有：采用断屑槽；改变刀具角度；调整切削用量。
采用断屑槽：通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。
断屑槽的尺寸参数应与切削用量的大小相适应，否则会影响断屑效果。
常用的断屑槽截面形状有折线形、直线圆弧形和全圆弧形。
图1.5 常用的断屑槽截面形状改变刀具角度：增大刀具主偏角Kr，切削厚度变大,有利于断屑；减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断；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。
调整切削用量：提高进给量f使切削厚度增大，对断屑有利，但会增大加工表面粗糙度；适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。
需要根据实际条件适当选择切削用量。
金属切削过程的基本理论和规律
• 金属切削过程中的变形一、切屑的形成过程1．变形区的划分切削层金属形成切屑的过程就是在刀具的作用下发生变形的过程。
图2-10是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金属切削滑移线和流线示意图。
流线表明被切削金属中的某一点在切削过程中流动的轨迹。
切削过程中，切削层金属的变形大致可划分为三个区域：（1）第一变形区从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。
OA线和OM线之间的区域（图中Ⅰ区）称为第一变形区。
（2）第二变形区切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，基本上和前刀面平行。
这一区域（图中Ⅱ区）称为第二变形区。
（3）第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加工硬化。
这一区（图中Ⅲ区）称为第三变形区。
在第一变形区内，变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以与随之产生的加工硬化。
OA称作始滑移线，OM称作终滑移线。
当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长。
晶粒伸长的方向与滑移方向（即剪切面方向）是不重合的，它们成一夹角ψ。
在一般切削速度X围内，第一变形区的宽度仅为0．02－0．2mm，所以可以用一剪切面来表示（图2－12）。
剪切面与切削速度方向的夹角称作剪切角，以φ表示。
2．切屑的受力分析在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff；剪切面上的正压力Fns和剪切力Fs；这两对力的合力互相平衡，如图2－14所示。
如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力F c和F p，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可求得前刀面对切屑作用的摩擦角β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。
二、切削变形程度切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。
1．变形系数在切削过程中，刀具切下的切屑厚度h ch通常都大于工件切削层厚度h D，而切屑长度l ch却小于切削层长度l c。
切屑厚度h ch与切削层厚度h D之比称为厚度变形系数；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系数。
第二章切削原理
第二章切削原理、第三章刀具练习题一、填空题1、铣刀旋转方向与工件进给方向相同，称顺铣方式。
2、切削层面积平面与切削用量的关系是：切削层面积平面仅与背吃刀量a p和进给量f有关，f增加，切削厚度增加。
a p增加，切削层宽度增加。
3、刀具前角越_大_，切削刃越锋利，使剪切角增大，变形系数减小，因此，切削变形减小。
7、在刀具材料中，_硬质合金用于切削速度很高、难加工材料的场合，制造形状较简单的刀具。
12、切削用量的顺序是先选背吃刀量，后选进给量，最后选切削速度。
13、切削用量的三要素是切削速度v、进给量f、切削深度a p。
19、刀具材料分为工具钢、硬质合金、陶瓷刀具、超硬刀具四大类。
21、粗加工时选择较小前角，精加工时选择较大前角。
28、铣削过程中所选用的切削用量称为铣削用量，铣削用量包括铣削宽度、铣削深度、铣削速度、进给量。
33、在切削过程中，工件上形成三个表面：①已加工表面；②待加工表面；③加工表面。
36、一个机械加工工艺系统由机床、夹具、刀具和工件构成。
37、切削运动由主运动、进给运动及辅助运动组成。
39、切削合力可分解为_主切削力、_进给力和_背向力三个分力。
二、解释下列术语1.积屑瘤:以中速或较低的切削速度切削塑性金属时，常在刀具前面粘结一些工件材料，形成一个硬度很高的楔块，称为积屑瘤。
2.顺铣法:铣刀的旋转切入方向与工件的进给方向相同的铣削方式称顺铣法。
3.加工硬化:已加工表面经过严重塑性变形而使表面硬度增大，这种现象称为加工硬化。
4、刀具耐用度：刀具刃磨后开始切削至磨损量达到磨钝标准的总切削时间。
5、机夹车刀：采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。
6、逆铣法：铣刀的旋转切入方向与工件的进给方向相反的铣削方式称逆铣法。
三、判断题1.（×）高速钢是一种含合金元素较多的工具钢，由硬度和熔点很高的碳化物和金属粘结剂组成。
2．（√）刀具切削部位材料的硬度必须大于工件材料的硬度。
切削基本理论应用
在刀具、工件、切屑界面上形成吸附膜实现的。金属切削 时切屑、工件与刀具界面的摩擦可分为干摩擦、液体润滑 摩擦和边界润滑摩擦三类。
• 加入切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜， 金属直接接触面积很小或近于零，形成液体润滑。但很多情 况下，由于切屑、工件与刀具界面承受很大载荷、较高的温 度，液体油膜大部分被破坏，造成部分金属直接接触，部分 吸附膜仍存在润滑作用，这种状态称之为边界润滑摩擦。金 属切削中的润滑大都属于边界润滑状态。
（3. 改变刀具角度 增大刀具主偏角 r，切削厚
度变大，有利于断屑。减小刀具前角 可使切屑 o
变屑形的加流大向，，切s 屑为易正于值折时断，。切刃屑倾常角卷曲s 后可碰以到控后制刀切 面折断形成C形屑或自然流出形成螺卷屑。 s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。）
4. 其它断屑方法
• 刃倾角大于0°时
刃倾角为正时，切 屑流向待加工表面
• 刃倾角等于0°时
2. 切屑的折断
• 三、断屑措施
• 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑 卷曲和折断。
• 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变 形的结果。
• 断屑是对已变形的切屑再附加一次变形，常需有断屑装置
• 2.不锈钢
不锈钢按金相组织分，有铁素体、马氏体、奥氏体三 种。铁素体、马氏体不锈钢的成分以铬为主，经常在 淬火—回火或退火状态下使用，综合机械性能适中， 切削加工一般不太难。奥氏体不锈钢的成分以铬、镍 等元素为主，淬火后呈奥氏体组织，切削加工性钢的典型牌号有Mnl3、40Mnl8Cr3、
•
• 2.乳化液 • 乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油是由矿物油、乳
切屑 螺旋半径
切屑螺旋半径
切屑螺旋半径是指在切削加工过程中产生的切屑在空间中形成的螺旋状曲线的半径。
在金属切削加工中，当刀具进行切削时，切屑会沿着刀具的前刀面流动，并形成螺旋状的曲线。
切屑螺旋半径的大小受到刀具几何形状、切削参数、工件材料等因素的影响。
较小的切屑螺旋半径有助于减小切削力、降低刀具磨损、改善加工表面质量，并有利于切屑的排出。
通过合理选择刀具几何参数和切削条件，可以控制切屑螺旋半径的大小，以获得理想的切削效果。
切屑螺旋半径的具体数值会根据不同的加工情况而变化，因此在实际应用中需要根据具体的工况进行分析和优化。
如果你需要更详细的信息或涉及特定的加工领域，请提供更多背景信息，我将尽力为你提供更准确的回答。
木材加工先进技术
木材加工先进技术温建民;刘逸群【摘要】分析了几项先进木材加工技术及其国内外研究现状,旨在通过对新技术的应用来提高生产效率和产品质量,降低生产成本,并推动相关行业的快速发展.【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷),期】2011(039)001【总页数】4页(P8-11)【关键词】敏捷制造;切屑流向控制;在线检测;仿生学自锐;绿色制造【作者】温建民;刘逸群【作者单位】哈尔滨工业大学(威海),山东,威海,264209;哈尔滨工业大学(威海),山东,威海,264209【正文语种】中文【中图分类】TS652木材具有质量轻、弹性好、耐冲击、强重比高、易于加工、纹理及色调丰富美观等优点，自古至今都是重要的原材料。
木材工业能源消耗低，污染少，资源可再生，在国民经济中占有重要地位。
我国是举世公认的木制品生产大国，但还不是生产强国，因此对我国木材加工技术的研究任重而道远。
1 先进涂层技术机械加工高效率、高精度、高可靠性等指标对加工刀具提出了更高的要求，刀具涂层技术应运而生。
自20世纪60年代以来，刀具涂层技术一直是世界范围内的热门研究课题。
刀具涂层技术可分为化学气相沉积（CVD）技术和物理气相沉积（PVD）技术两大类，其可以明显改善刀具的综合机械性能，有效提高刀具的使用寿命，大幅度提高加工效率。
英国学者采用CVD法在PCD和PCBN刀片外表面上沉积一层镍、铜、钛、钴、铬和钽等金属的混合物以及钛化合物保护层，使刀片耐磨性提高4倍以上。
美国万耐特（Valenite）公司采用中温化学气相沉积（MT-CVD）技术在超细晶粒硬质合金基体上沉积一层18μm厚的TiCN/Al2O3/TiC涂层，刀后面沉积一层TiC涂层，刀具加工效率比使用硬质合金材料提高50%以上。
德国蓝帜（Leitz）公司采用MT-CVD技术研制出黄色氧化铝复合涂层，使黄色氧化铝涂层与该公司新研发的齿状过渡层具有良好的粘合性和散热性，并推出了一系列刀具。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
某塑性金属的切削根金相照片
切屑
M
终滑移线
A
Φ剪切角
刀具
始滑移线
O
切屑的四种类型
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
切屑的形态及形成条件
名称 简图
带状， 节状，底面光 底面光滑， 滑有裂纹，背 背面呈毛茸状 面呈锯齿状
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
形态
粒状
不规则块状颗 粒
变形
剪切滑移尚未 局部剪切应力 剪切应力完全 未经塑性变形 达到断裂程度 达到断裂程度 达到断裂程度 即被挤裂 加工塑性材料 加工塑性材料 材料硬度较高 切削速度较高 切削速度较低 加工硬脆材料 韧性较低 进给量较小 进给量较大 刀具前角较小 切削速度较低 刀具前角较大 刀具前角较小
关于切屑 的研究
切屑
利用高压冷却液 优化切屑控制
切屑控制理论的研究现状 关于切屑流向的研究
主要集中在对流屑角的求解上，对切屑流向机理的研究不多。
第一种定义 前刀面上 切屑流出方向与 切削刃法线方向 所夹的角度
流屑角
第二种定义 前刀面上切 屑流出方向与刀 ----屑分离线的 法线方向所夹的 角度
刀----屑分离线的精确测定比 较困难，广泛采用第一种定义。
切屑控制理论的研究现状 激光辅助切屑控制技术
切屑控制理论的研究现状 利用高压冷却液优化切屑控制
在金属切削加工中，切削液具有双重作用：润滑和冲刷切屑。无论 加工要求使用油基切削液还是水基切削液，其在加工中的功能都是在切 削刃与工件之间形成一个液压层(它有助于将切削热从刀尖传导到切屑 中)，然后促使已被加热的切屑从切削区加速排出。 在以高速钢刀具为主导的年代，由于进给率和切削速度都比较低 ，因此只要浇注的冷却液能使温度降低到足以保持刀具切削刃完好就足 够了。但在如今，随着机床技术的进步和硬质合金刀具的使用，加工参 数有了大幅度提高，如果仍按传统方式对温度高达1000C的切削区浇注 切削液，切削液就会立即蒸发，从而形成一个高压蒸汽区，它会有效阻 止低压冷却液的流动，使其无法到达切削刃。为了解决这一问题，人们 为现代机床开发了高压冷却液系统。
切屑控制理论的研究现状 激光辅助切屑控制技术
AmeriChip公司的激光辅助切屑控制系统并不对外出售，但公司 可为用户提供3种可选方式： 1，AmeriChip公司在用户工厂里安装并操作使用该系统； 2，AmeriChip公司在用户工厂中安装系统，但由用户操作使用； 3，AmeriChip公司在自己的工厂里使用该系统为用户加工零件。 用户既可按每件零件支付基本加工费(取决于由谁操作系统和加 工零件的批量)，也可根据系统在用户工厂的使用情况和安装设备的数 量确定总的使用费。采用这种方式，用户不必一次性投入大量资金购 买设备，即可充分享受该系统带来的所有好处。
切屑控制理论的研究现状 关于切屑折断的研究
切屑控制理论的研究现状 切屑形式的监控
金属的切削加工是一个十分复杂的过程．常常由于各种内在以 及外在因素的影响，如切削温度的变化、作用在切屑上力的改 变、刀具几何参数的改变、工件材料特性的不均匀等造成一些 不可预见的结果。 因此，在自动化加工过程中需要引入针对切屑形式的监控系统。 一方面监控加工中产生的不期望的切屑形式，另一方面通过适 应性控制系统改变切削条件，获得满意的切屑形式。 目前对切屑形式的监控主要依靠声发射技术以及计算机视觉／ 加工视觉技术 。
改 变 刀 具 角 度
调 整 切 削 用 量
槽
切屑控制理论的简单介绍 如何切屑控制？
方法一
采 用
通过设置断屑槽对流动中的切屑 施加一定的约束力，使切屑应变增大， 切屑卷曲半径减小。 断屑槽的尺寸参数应与切削用量 的大小相适应，否则会影响断屑效果。 常用的断屑槽截面形状有折线形、直 线圆弧形和全圆弧形。
切屑控制理论的研究现状 关于切屑卷曲的研究
切屑控制理论的研究现状 关于切屑卷曲的研究
切屑控制理论的研究现状 关于切屑折断的研究
切屑折断的机理 按折断方式 碰断和甩断 碰断：碰后刀面、碰工件加工表面、碰工件待加工表面的折断。
甩断：并不撞击任何障碍物， 由于动力学的原因， 当螺旋形的切屑达到一定的临界长度时， 整个切屑突然开始旋转， 振幅快速增加， 最后由于弯曲应力使切屑折断。
——极限弯曲应变 ——切屑厚度 ——中性轴线到切屑表面最外点的距离 ——卷屑的固有曲率半径 ——卷屑碰到刀杆或其他障碍物时的极限半径
注：中山一雄，1923年生，1946年东京大学毕业，1951年调入横滨国立大学工学部 成立中山研究室，此后一直致力于“切削、磨削”的研究。
切屑控制理论的所得成果 有限接触刀具
形成 条件
各种常见的切屑形状
C形屑 宝塔状卷屑
发条状卷屑
螺 卷 屑
带状屑
崩碎屑
长紧卷屑
切屑控制理论的简单介绍 为什么要切屑控制？
连续带状切屑在加工过程中越来越长， 不断缠绕在工件或刀具之上， 迫使停机中断操作，影响生产效率。
有可能损坏工件和刀具。 会对操作者造成危险。
切屑控制理论的简单介绍
切屑控制理论的所得成果 带有切屑控制槽的有限接触刀具
提出者： I. s. Jawahir & Worthington
断屑槽：断屑器的一种类型，50年的发展历史，第四代产品。
提出原因：现有的各种商用刀片并没有足够地利用有限刀-屑接触可以增大 流屑角、减小卷屑半径以便于断屑的效果。
解决方案：采用后壁上升设计，施置障碍物凸起，曲线工削刃以及曲面型后 壁等。
切屑控制理论的简单介绍
切屑控制理论的所得成果
切屑控制理论的研究现状 切屑控制理论的未来展望
切屑控制理论的简单介绍
What?
Why?
How?
什么是切屑控制？
为什么要切屑控制？
如何切屑控制？
切屑控制理论的简单介绍 什么是切屑控制？
切屑控制（chip control）
又称切屑处理 在工厂一般称之为“断屑” 指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑 的卷曲、流出和折断，使之成为“可接受” 的良好屑形。
LOGO
切屑控制理论
(The Theory of Chip Control)
指导教师： 林滨
天津大学机械工程学院
LOGO
第一部分： 综述
切屑控制理论（综述）
1 2 3 4
切屑控制理论的简单介绍
切屑控制理论的所得成果
切屑控制理论的研究现状 切屑控制理论的未来展望
切屑控制理论（综述）
1 2 3 4
衡量切屑可控性的主要标准
1 2 3
不妨碍正常的加工 （不缠绕工件、 刀具，不飞溅）
不影响操作者的 安全
易于存放、清理与 运输
切屑控制理论的简单介绍
影响切屑折断的主要因素
切屑材料的 机械性能
切削用量
刀具几何 参数
断屑槽的 合理性
切屑控制理论的简单介绍 如何切屑控制？
方法一 方法二 方法三
采 用 断 屑
切屑控制理论的研究现状 关于切屑卷曲的研究
切屑的上向卷曲 由于切屑厚度方向上的流速差所引起的切屑卷曲， 被称为上向卷曲。 切屑的侧向卷曲 由于切屑宽度方向上的流速差所引起的切屑卷曲， 被称为侧向卷曲。 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向量，分别与上向卷曲和侧向 卷曲的转动角速度向量互相垂直。
断
屑 槽
切屑控制理论的简单介绍 如何切屑控制？
方法二
改 变 刀 具 角
度
增大刀具主偏角Kr，切削厚度变大, 有利于断屑； 减小刀具前角可使切屑变形加大， 切屑易于折断; 刃倾角λ s可以控制切屑的流向， λ s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； λ s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。
前刀面上的断屑槽形状
切屑控制理论的所得成果 螺旋前刀面刀具
提出：华中科技大学机械工程系
应用范围：车削用可转位硬质合金刀片
特点：前刀面是前角自刀尖处按一定的下降梯 度逐渐减小，使切屑最大限度产生侧向卷曲。
小切深：短螺管状屑，增至一定长度发生振动 而甩断 ( 动力断屑 )； 大切深：受流屑角增大的影响，强烈侧向卷曲 的切屑碰制理论的简单介绍 如何切屑控制？
方法三
调 整 切 削 用
提高进给量f使切削厚度增大， 对断屑有利， 但会增大加工表面粗糙度; 适当地降低切削速度使切削变形增大， 也有利于断屑， 但这会降低材料切除效率。
量
需要根据实际条件适当选择切削用量
切屑控制理论（综述）
1 2 3 4
切屑控制理论的简单介绍
这两种切屑均十分便于清理。
精加工用螺旋前刀面 刀片的断屑范围
切屑控制理论（综述）
1 2 3 4
切屑控制理论的简单介绍
切屑控制理论的所得成果
切屑控制理论的研究现状 切屑控制理论的未来展望
切屑控制理论（综述） 切屑控制理论的研究现状
激光辅助切屑 切屑形式 控制技术 的监控
专家系统与 切屑形成 动态仿真技术
切屑控制理论的所得成果
切屑控制理论的研究现状 切屑控制理论的未来展望
切屑控制理论的所得成果
First
Second
Third
Fourth
切屑控制理论的所得成果 障碍型断屑器
50年代早期， 在利用平前刀面刀具进行连续切削时 人们注意到切屑的形成受前刀面月牙洼 的磨损影响较大，月牙洼的深度、宽度 及空间位置不同，切屑的形状也不同。 由此人们受到启发，便在刀具前刀面 上预先磨出类似月牙洼状的槽形，或者 在前刀面上施加一额外断屑装置，后者 即我们所称的障碍型断屑器。