现代切削理论(技术)
现代加工技术复习题知识讲解
现代加工技术复习题简答题1、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些？答：1）特种加工是用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。
2）特种加工打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度。
3）特种加工过程中，工具与工件不受切削力的作用。
2、特种加工的本质特点是什么？答：1）特种加工所使用的工具硬度可以低于被加工材料的硬度；2）特种加工不依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除材料3）特种加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
3、电火花加工必须解决的问题有哪些？答：1、由于在电火花加工的不同阶段，金属蚀除的速度不同，因此必须具有工具电极的自动进给和调节装置，使工具和工件之间保持合适的放电间隙；2、火花放电必须是瞬时的、单极性、脉冲放电；3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行4、什么是电火花加工的机理？火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？答：电火花加工的机理是指电火花加工的物理本质，即火花放电时，电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的这一微观物理过程。
火花放电过程大致可分为如下四个阶段：1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2、介质热分解、电极材料融化、气化，热膨胀；3、电极材料的抛出；4、极间介质的消电离；5、电火花加工的优缺点有哪些？答：电火花加工的优点主要体现在以下四个方面：1、特别适合任何难以进行切削加工的材料；2、可以加工特殊或形状复杂的表面和零件；3、工具与工件不接触，作用力极小；4、脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小。
但存在以下缺陷：1、主要用于加工金属等导电材料；2、加工速度较慢（需进行预加工，去除大部分余量）且存在一定的电极损耗。
6、简要叙述电火花加工的应用场合答：1、可以使用硬度不高的紫铜或石墨作工具电极，去加工任何硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料；2、加工时工件与工具不接触，无切削力，因此适于加工薄壁、窄槽、低刚度及微细精密的零件。
超精密切削加工技术介绍
超精密切削加工技术介绍
超精密加工技术是适应现代高科技的需要而发展起来的先进制造技术, 是高科技尖端产品开发中不可或缺的关键技术, 是一个国家制造业水平重要标志, 是先进制造技术基础和关键, 也是装备现代化不可缺少的关键技术之一, 在军用和民用工业中有着十分广阔的应用前景。
金刚石超精密切削技术, 是超精密加工技术发展最早的、应用最为广泛的技术之一。
超精密切削加工技术
1、超精密切削的历史
60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、磁盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚变装置用的大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形状的红外光用的立体镜等等，各种反射镜和多面棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、抛光等方法进行加工，不但加工成本很高，而且很难满足精度和表面粗糙度的要求。
为此，研究、开发了使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切削加工的方法加工。
2、超精密切削加工的应用
（1）平面镜的切削
平面度
金刚石刀具
1、金刚石刀具特点
金刚石刀具拥有很高的高温强度和硬度，而且材质细密，经过精细研磨，切削刃可磨得极为锋利，表面粗糙度值很小，因此可进行镜面切削。
金刚石刀具超精密切削主要用于加工铜、铝等有色金属，如高密度硬磁盘的铝合金基片、激光器的反射镜、复印机的硒鼓、光学平面镜，凹凸镜、抛物面镜等。
超精切削刀具材料有天然金刚石，人造单晶金刚石。
金刚石刀具磨损的常见形式为机械磨损和破损。
机械磨损——机械摩擦、非常微小；破损。
现代加工工艺理论及技术考题及答案_08级_
说明：本资料由Coofish倾力制作，使用此资料时请心存感激！机械学子，心心相连！现代加工工艺理论及技术考题及答案(08级)考试题：80分 小论文：20分一、名词解释（10分）1、随机误差：没有掌握误差规律的加工误差(也有可能掌握了大小而未掌握方向，或者掌握了方向而未掌握大小)，它们不能用代数和进行综合，只能用数理统计方法来处理。
2、表面质量：零件表面质量的含义，概括来说就是零件的表面完整性。
具体地说：(1)表面纹理——加工表面的微观几何形状。
(2)表面冶金变化——表面层金属的力学物理性能和化学性能3、CIM：是指用计算机，通过信息集成、过程集成、企业集成，实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益的一种先进制造理念。
4、工艺系统刚度：工艺系统抵抗变形的能力,其基本概念是指垂直于待加工表面的切削分力Py与工件在Py方向的位移y之间的比值。
5、切削颤振：在切削过程中，当受到外界或系统本身的某些瞬时的、偶然的干挠力的触发，在系统中产生振动，由振动过程中本身所产生的周期性干挠力所引起的振动。
二、简答题（40分）1、什么叫主轴的回转运动误差？当滚动轴承滚道有形状误差时对车床车削（外圆面）和镗削（内圆面）表面的加工有何影响？答：（1）机床主轴工作时，除绕实际回转轴线转动外，还存在着实际回转轴线对于回转轴线的径向跳动、轴向跳动和摆动，后者统称为机床主轴的误差运动，这个误差运动使主轴产生回转误差。
（2）车削情况：因主轴带动工件回转，刀具无回转运动，切削力方向不变，即误差敏感方向不变，故主轴轴颈有椭圆度误差时，主轴产生径向跳动会直接将椭圆度误差反映在工件上。
而轴承内孔有椭圆度误差时，对工件的影响很小。
镗削情况：因主轴带动镗刀杆回转，工件无回转运动，切削力方向随主轴的回转而变化，误差敏感方向也随切削力方向变化而变化，故轴承内孔的形状精度对工件的形状有影响，而主轴颈有椭圆度误差却对工件的影响很小。
2、纳米制造的实质是什么？主要工艺方法有哪些？答：（1）实质：由于原子间的距离为0.1~0.3nm，纳米级加工实际上已经到了加工精度的极限。
第一章切削加工基础知识
第⼀章切削加⼯基础知识第⼀章切削加⼯基础知识⼀、本章的教学⽬的与要求本章主要介绍了机械加⼯基础知识。
重点应掌握切削运动及切削⽤量概念；切削⼑具及其材料基本知识；切削过程的物理现象及控制；砂轮及磨削过程基本知识；材料切削加⼯性概念；机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量的概念等。
掌握本章内容为后续内容的学习打基础，为初步具备分析、解决⼯艺问题的能⼒打基础，为学⽣了解现代机械制造技术和模式及其发展打基础。
学⽣学习本章要注意理论联系⽣产实践，才能更好体会，加深理解。
可通过课堂讨论、作业练习、实验、校内外参观等及采⽤多媒体、⽹络等现代教学⼿段学习，以取得良好的教学效果。
为学好本章内容，可参阅邓⽂英主编《⾦属⼯艺学》第4版、傅⽔根主编《机械制造⼯艺基础》(⾦属⼯艺学冷加⼯部分)、李爱菊等主编《现代⼯程材料成形与制造⼯艺基础》下册及相关机械制造⽅⾯的教材和期刊。
⼆、授课主要内容1切削运动和切削要素主要学习零件表⾯的形成、切削运动、切削⽤量、切削层参数2切削⼑具和切削过程主要学习切削⼑具材料、车⼑、刨⼑、镗⼑、⿇花钻、铣⼑的结构及⼑具⼏何⾓度，切削的形成及形态、积屑瘤、切削⼒、切削热和切削温度、⼑具磨损和⼑具耐⽤度3磨具和磨料切削主要学习磨具和磨削原理4材料的切削加⼯性主要学习衡量材料切削加⼯性能的指标、常⽤材料的切削加⼯性、改善材料切削加⼯性的⽅法5机械加⼯⼯艺过程基本概念主要学习⼯艺过程的基本概念、⼯件的安装和夹具、基准及其选择原则、⼯件在夹具中的定位6机械加⼯质量的概念主要学习机械加⼯精度、机械加⼯表⾯质量三、重点、难点及对学⽣的要求（掌握、熟悉、了解、⾃学）让学⽣重点掌握切削运动及切削⽤量概念、切削⼑具及其材料基本知识、切削过程、砂轮及磨削过程、材料切削加⼯性、机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量等概念。
四、要外语词汇主运动：primary motion进给运动：feed movement车⼑：turning tools⼑具材料：cutting tools materials切削过程：cutting process磨具：abrasive grinding tools表⾯质量：machining quality of machined surfaces五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、⽰数等）主讲（板书）+课堂讨论+作题练习+实验+多媒体课件+实物六、复习思考题1.试说明下列加⼯⽅法的主运动和进给运动：a.车端⾯；b.在钻床上钻孔；c.在铣床上铣平⾯；d.在⽜头刨床上刨平⾯；e.在平⾯磨床上磨平⾯。
干式(绿色)切削技术
4.3.1 风冷却切削
冷却原理
（4）涡流管直接制冷
1—喷嘴，2—孔板，3—涡流室，4—控制阀 图4-8 涡流管直接制冷原理
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4.3.1 风冷却切削
冷却原理
制冷方法
低沸点液体制冷
压缩机循环制冷 空气绝热膨胀制
冷 涡流管制冷
表4-2 四种制冷方法性能的比较
装置复 杂程度
初始成本 运行成本
可控性
现代机械加工新技术
第4章干式（绿色）切削技术
4.1 概述
1
4.1 概述
概述
人们正试图少使用或不使用切削液，以适应21世纪清洁 生产和降低成本的要求。干式切削技术就是这样的实用绿色 切削技术，可以较好地解决当前的生态环境、技术与经济间 的协调与持续发展。
图4-1 干式切削
2
现代机械加工新技术
第4章干式（绿色）切削技术
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4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
uc = 230 m/min, ap = 1 mm, f = 0.15 mm/r
uc = 50 m/min, ap = 1 mm, f = 0.1 mm/r
1—干切，2—浇水，3—水蒸气
图4-10 用水蒸气作为冷却润滑剂的车刀磨损VB值
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4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
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4.2.2 实施干式切削的必要条件
干式切削的刀具技术
（3）减少对切削液排屑作用的依赖 对于干式切削，排屑则成了要解决的主要问题。 ① 重力排屑法。 ② 虹吸原理排屑法。 ③ 利用真空或喷气系统改善排屑条件，以实现干式切削。 ④ 用复杂的刀具几何结构解决封闭空间的排屑问题。
7
4.2.2 实施干式切削的必要条件
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现代切削技术的若干问题探讨
身也取得了不小 的进步 ，但是直至 ２ 世 纪 ７ 年代 ，总 Ｏ Ｏ 体上并没有超越传统切削技术 的范 畴，其最 突出的标志
维普资讯
隧盔 现 代 切 削 技 术 的 若 干 问题 探 讨
湖南省郴州职业技术学院 （２ ００ 张杨林 ４３０）
切削加工作为制造技术的主要基础工艺 ，是汽 车工 业 、航空航天工业 、能源工业 、军 事工业和新兴 的模 具 工业 、电子工业 等部 门主要的加工技术 ，也是这 些工业 部 门迅速发展的重要因素 。尽管近净成形技 术、堆积成 形技术是非常有前途 的新工艺 ，但切削加工作 为制造技 术主要基础工艺的地位没 有改 变 ，相反 ，切削技术 进入 了高速发展的新时期——现代切 削技术阶段 。因此 ，认 识和掌握现代切削技 术的发展 机制 、了解其 技术特征 和
参 加 磊 工冷工
维普资讯
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收到十分有限的效果 ，甚至可能适得其 反。提高切削技 术与为用户和社会创造可观效益 的内在联 系 ，已被越来 越多的刀具 制造商和刀具用户所认识 和接受 ，并转化 为 推动切削技术 进步 的强 大动力 ，在短短 ２ Ｏ年左 右的时 问里 ，将切削技术推上了现代切削技术 的新 阶段 。
有十分重要的意义。ＭＷ
（ 收稿 日期 ：２ ０ ０ ０ ） ０７ ８６
Ｒ ＝ ．５ｍ的镜面， ０Ｏ 用其他加工方法是不可能达到的。
（）排 屑 、断 屑 比较 困难 的切削 加 工 钻 孔 、铰 ４
囵 窒生 丝塑 丝
ＷＷＷ． ｍａ ｈｉ ｉ ． ｏ ｃ ｎ ｓｔ ｃ ｍ． ｎ ｃ
先进制造技术名词解释
先进制造技术名词解释：1、先进制造技术：制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的系统。
主要内容：现代设计技术，现代制造工艺技术，制造自动化技术，现代管理技术，现代生产制造系统。
2、现代设计技术：现代设计技术是根据产品功能要求和市场竞争的需要，应用现代技术和科学知识，经过设计人员创造性思维，规划和决策，制定可以用于制造的方案并使方案付诸实施的技术。
3、可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间区间内，完成规定功能的能力。
4、并行工程：并行工程是一种对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行的和集成设计的系统化工作模式。
5、高压水射流切割：利用水或水中加添加剂的液体，经水泵至增压器，再经贮液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由人造蓝宝石喷嘴形成300-900m/s的高速液体流速，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。
6、超高速加工技术：是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备。
以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术。
7、超高速切削理论（萨洛蒙曲线）：在常规切削速度范围内（A）切削温度随切削速度增加而提高，但是，当切削速度增大至某一数值Ve后，切削速度再增加切削温度反而降低, Ve值与工件材料有关，对每种工件材料，存在一个速度范围，在这个范围内，切削温度太高，任何刀具无法承受，称为“死谷”。
如果能够超过这个“死谷”而在超高速区进行工作，则有可能用现有的刀具进行超高速切削，从而大幅度地减少切削工时，成功地提高机床的生产率。
超精密加工：指加工精度和表面质量达到极高程度的精密加工工艺，从概念上讲具有相对性，随着加工技术的不断发展，超精密加工的技术指标也是不断变化的。
切削
课题一 切削加工基础曲轴锻造毛坯 曲轴成品零件任何一件粗糙的零件毛坯，只有通过各种方法将其表面多余的金属层切去，才能使它的尺寸、形状、位置、表面质量等参数的实际数值逐渐接近零件设计的理想数值，这个过程就是切削加工。
切削加工是利用刀具去除多余材料的加工方法。
在现代机械制造中（图4—1—1），除了少数零件外，绝大多数的零件都需通过切削加工来达到规定的尺寸、形状和位置精度，以满足产品的性能和使用要求。
因此，金属切削加工在机械制造业中占有极其重要的地位。
各种切削加工的分类如图4—1—2所示。
图4—1—1 切削加工大型船用曲轴图4—1—2 切削加工分类切削加工钳加工（切削）机械加工锯削錾削锉削刮削刮研配研钻孔铰孔攻螺纹套螺纹利用刀具进行加工利用磨料进行加工车削铣削刨削钻削铰削锪削镗削插削拉削磨削研磨珩磨超精加工一、切削运动2. 切削中的运动切削时，工件与刀具的相对运动称为切削运动。
切削运动包括主运动和进给运动。
（1）主运动是切除工件表面多余材料所需的最基本的运动。
（2）进给运动是使工件切削层材料相继投入切削从而加工出完整表面所需的运在切削运动中，通常主运动的运动速度（线速度）较高，所消耗的功率也较大。
刨平面钻孔磨外圆二、了解切削用量粗车图 精车图1．切削用量切削用量是在切削加工过程中的切削速度、进给量和切削深度的总称。
图4—1—3所示为车外圆时的切削用量示意图。
（1）切削速度v c在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度称为切削速度。
切削速度的单位为m/min或m/s。
通常，选定的某一点是瞬时速度（线速度）为最大的点。
如车外圆时的切削速度：v c =πdn /1000 m/min式中 d ——工件待加工表面直径，mm；n ——工件转速，r/min。
（2）进给量f工件或刀具每转或往复一次或刀具每转过一齿时，工件与刀具在进给运动方向上的相对位移称为进给量。
（3）切削深度a p切削深度一般指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离。
现代制造技术基础理论
现代制造技术基础理论
锯齿状切屑的形成机理
• R. Komanduri等人提出绝热剪切理论来解释高速切削时产生 锯齿形的原因。
• M.A.Davies也提出锯齿形切屑的成型模型来支持R. Komanduri 的理论。
• 锯齿形切屑产生的原因是当切削速度达到某一临界值时由切屑 内部局部应力的突变所造成的。
• 随着刀具的运动，沿着第一变形区的方向开始发生突变剪切， 应变能的释放和切削中的摩擦运动产生了大量的热量导致了热 软化作用，使得沿第一变形区继续变形所需要的应力降低，而 沿前刀面方向刀具所受载荷也会迅速降低。切削刃处工件材料 受到挤压和剪切，所受载荷会增加。当下一个锯齿形切屑单元 即将形成时，切削刃前面工件的热-力学状态和第一变形区及 前刀面上施加的应力将起决定性的作用。
• 绝热剪切理论（突发性热塑性剪切理论）
– Catastrophic thermo-plastic Shear or Adiabatic Shear Theory
• 周期脆性断裂理论
– Periodic Brittle fracture
现代制造技术基础理论
绝热剪切理论
• 绝热剪切(Adiabatic Shearing, AS)现象是材料在高应变速率形 变条件下塑性变形区域化的一种常见现象。
现代制造技术基础理论
3 高速切削的速度范围
• 切削速度划分
10 镍基合金
钛合金 钢
铸铁 铜合金 铝合金 碳纤维塑料
现代切削技术的发展机制及技术特征
了快速 发展 ，并进 入 了现 代切 削技 术 的新 阶段 。与传 统 的切 削技术 相
速度更快 、 加工效率更高，而且形 费用 ，其 结果 只能 降低 零件 制造成 造业推广应 用性 能更 好 的刀具 ，使 成 了新的发展机 制 和模 式 ，显 现 出 本中很少的百分数 ，例如降低刀具 切削速度普遍提高 ２％，那么每年 ０ 新的技术特点 ，成 为推 动制造 业 和 可节省 加工 费 用 １０亿美 元 。美 国 ５ 现代 制 造 技 术 发 展 的重 要 技 术 因 每年 消 耗 刀 具 费 用 约 ３ ０亿 美 元 ， 素。 如果 为此而增加 三分 之 一的刀 具投 因此 ， 认识和掌握现代切削技 入 ，也 仅 多 花 费 ｌ 美 元 ，然 而 ０亿 术的 发 展 机 制 和 模 式 及 其 技 术 特 却可产 生 １０亿 美元 的 效益 。由此 ５ 点 ，有利 于加快我 国切 削技 术 的发 可见 ，切削刀 具 的创新 可起 到 “ 四
过程中 ，切削技 术本 身 也取得 了不 具 的更新 ，影响 了刀 具制 造商 开发 加％ ，可 以 降 低 制 造 成 本 １ ％ ～ ０ 小的进 步 ，但 是 直 至 加 世 纪 六 七 新刀具 的积极性 ，制 约着 切削效 率 １％。许 多 成 本 分 析 案 例 还 表 明 ， ５ 十年代 ， 总体上并没有超越传统切 的提 高和切 削技 术的进 步 。 尽管好的刀具 价格 较 贵 ，但 由于提 削技术的范畴 ，其 最 突 出的标 志是 个制 造 经济学 的成本模 型 高了加工效率 ，分摊 到每 一工 件上
展。
瑞典 山特 维克公 司根据类 似 的 根据这 一成本 比例 ，可 得 出以 制造成本分 析模 型及美 国制 造业 的 比，现 代切削技术 不仅 体 现为 切削 下结论 ：如果消极 地追 求 降低刀具 规模 作 出了以下 预测 ：如果 美 国制
机械加工中的切削原理
机械加工中的切削原理引言在现代工业生产中，机械加工是一项非常重要的工艺过程。
而在机械加工中，切削是最常用的方法之一。
切削原理是机械加工中的基础理论，对于加工质量和效率的提升起着至关重要的作用。
本文将从切削原理的基本概念、切削力的产生与分析、切削过程中的热变形等方面进行论述。
一、切削原理的基本概念切削是指通过切削工具对工件进行削除材料的过程。
切削原理是指切削过程中切削工具与工件之间的相互作用关系。
切削原理的核心是切削力的产生与传递。
切削力是指切削过程中切削工具对工件施加的力，它决定了切削过程中的加工质量和效率。
二、切削力的产生与分析切削力的产生与切削过程中的切削力分析是切削原理的重要内容。
切削力的产生主要受到切削力的三个基本因素影响：切削速度、进给量和切削深度。
切削速度是指单位时间内切削工具切削过工件的速度，进给量是指单位时间内切削工具在工件上的移动距离，切削深度是指切削工具在单位时间内对工件进行的削除材料的厚度。
切削力的分析可以通过力学原理进行计算和分析。
切削力的分析包括静态切削力分析和动态切削力分析。
静态切削力分析主要是通过切削力的平衡方程进行计算，动态切削力分析则需要考虑切削过程中的动态因素，如冲击力和振动力等。
三、切削过程中的热变形切削过程中的热变形是指切削过程中由于切削热的作用而引起的工件和切削工具的变形。
切削过程中会产生大量的热量，这些热量会导致工件和切削工具的温度升高，从而引起热膨胀和热变形。
热变形对于切削加工的影响是非常大的。
热变形会导致工件的尺寸和形状发生变化，从而影响加工质量。
同时，热变形还会引起工件表面的残余应力，进一步影响工件的机械性能和寿命。
为了减小切削过程中的热变形，可以采取一些措施。
例如，可以通过切削液的喷洒来降低切削过程中的温度，可以采用低切削速度和进给量来减小切削过程中的热量产生，还可以通过切削工具的涂层来提高切削工具的散热性能。
结论切削原理是机械加工中的基础理论，对于提高加工质量和效率起着至关重要的作用。
切削技术发展史
切削技术发展史1古代的切削加工切削加工是机械制造中最基本的加工方法之一,它在国民经济中占有重要地位.切削加工的任务是利用刀具切除被加工对象上的多余材料,从而得到形状、精度和表面质量都符合预定要求的表面.切削加工所用的工具叫刀具,刀具一般用坚硬的材料制成,并具有锋利的切削刃.现代的金属切削加工及其刀具,也是由当时具有世界领先地位的中国古代切削加工、原始带刃工具和兵器发展演变而来的.在切削加工和金属切削加工方面,我国有着悠久的历史.旧石器时代,距今约170万年的云南元谋猿人就使用过石砍砸器.距今约50～60万年的北京猿人,在与大自然搏斗的过程中,制造和使用了各种带刃的石器,如砍砸器、刮削器和尖状器。
砍砸器右部圆秃,可作砸用;左部有锋刃,可作砍用.刮削器和尖状器上则均具有明显的锋利刃部.这些古老的原始工具虽然十分粗糙,但它是一切人为加工的开始,也是研究切削加工起源和发展的宝贵历史资料.到了新石器时代,生产工具有了很大进步.石刀、石斧、石锛、石镰等都已制造得相当精致.刀体比较匀称,刃部锋利适用,有凸刃、凹刃、圆刃等.在石器上能打出圆度较高的孔,这是钻孔技术的开端.当时人类已能根据不同的加工对象和需要,制作形状和用途各异的切削工具.出土文物表明,新石器时代的人类会把坚硬的石片镶嵌在骨把上,制成了夹固式的石刃骨刀。
.石器时代的切削工具,多为石质和骨质,加工对象也多为非金属材料(如石头、木头、兽骨等).一个原始的切削加工过程,已经具备了3个基本要素:(1)刀具;(2)被加工对象;(3)切削运动.刀具的发现和切削加工的应用,在人类历史上具有十分重要的意义.历史学家认为,刀和火的发现和应用是两项伟大的发明,它是人类登上历史舞台的重要标志.春秋战国时期,我国发明了生铁冶铸造技术,比西欧要早1800年以上.渗碳、淬火和炼钢技术的发明,为制造坚硬锋利的工具提供了有利的条件.铁质工具的出现,使切削加工进入了一个新阶段.这一时期出土的切削工具,分工比较细致.许多青铜器上,出现了用金属刻镂的纹饰和钻孔的痕迹.春秋中晚期,有一部手工艺专著《考工记》,它是我国现存的一部最早的工程技术著作.其上面记载了各种兵器、生产工具和生活用品的制作规范,介绍了关于战车的制造工艺,简述了土木、金工等30个专业的技术知识.这本书指出“材美工巧”是制成良器的必要条件.所谓“材美”,是指采用优良的材质;“工巧”,是指采取合理、先进的加工工艺.由此可见,这一时期已能比较熟练地掌握各种加工方法,包括一部分切削加工。
现代切削加工技术常用的英文表达
《现代切削加工技术与刀具》常用的英文表达cutting speed 切削速度feed rate 进给量back engagment of cutting edge 背吃刀量cutting motion 切削运动cutting regime 切削用量cutting parameters 切削参数work piece surface to be cut 待加工表面machined surface 已加工表面cutting surface 过渡表面cutting tool angles 刀具角度rake face 前刀面major flank 主后刀面minor flank 副后刀面major cutting edge 主切削刃minor cutting edge 副切削刃tool nose （tool tip）刀尖tool arbor 刀柄tool reference plane 基面tool cutting edge plane 切削平面main section reference 正交平面normal section reference 法平面transverse section 背平面longitudinal section假定工作平面assumed working plane. 假定工作平面tool cutting edge angle 主偏角tool cutting edge inclination angle 刃倾角rake angle 前角clearance（relief）angle 后角tool minor cutting edge angle 副偏角minor clearance angle 副后角wedge angle 楔角tool included angle 刀尖角tool approach angle 余偏角cutting layer 切削层cutting mode 切削方式undeformed chip thickness 切削层公称厚度width of uncut chip 切削层公称宽度cross-sectional area of the cutting layer切削层公称宽面积free cutting 自由切削constrained cutting 非自由切削orthogonal cutting 直角切削oblique cutting 斜角切削cutting tool materials 刀具材料performances for cutting tool materials 刀具材料性能hardness and wear-resistance 硬度和耐磨性strength and toughness 强度和韧性forming properties and economy conditions 工艺性能和经济性heat resistance and thermal conductivity 耐热性和导热性tool steel 工具钢high speed steel（HSS）高速钢plain high-speed steels 普通高速钢Super high-speed steel 高速性能高速钢carbide alloy 硬质合金super-hard material 超硬材料ceramics 陶瓷diamond 金刚石cubic boron nitride（CBN）立方氮化硼coated tool materials 涂层刀具材料laws of variation for cutting deformation 切削变形规律metal cutting process 金属切削过程Cutting deformation 切削变形Chip-formation 切屑变形elastic deformation 弹性变形plastic deformation 塑形变形crystal lattice slide 晶格滑移deformed regions 变形区fiberize 纤维化deformation coefficient 变形系数Shearing slide 剪切滑移slippage 滑移量shear angle 剪切角cutting forces 切削力axial thrust force 轴向力radial thrust force 径向力main cutting force主切削力empirical formula 经验公式the principle of dynamometers 测力仪原理strain transducer- dynamometers 应力传感器piezo-electric transducer 压电式传感器unit cutting force 单位切削力cutting power 切削功率unit cutting power 单位切削功率correctional coefficients 修正系数cutting heat 切削热cutting temperature 切削温度natural thermoelectric couple 自然热电偶synthetic thermoelectric couple半人工热电偶laws of cutting temperature distribution 切削温度分布规律tool wear 刀具磨损tool life 刀具寿命normal wear 正常磨损non-normal wear 非正常磨损wear on the rake face 前刀面磨损flank wear 后刀面磨损cutting fluid 切削液crater 月牙洼simultaneous wear 便捷磨损abrasive wear 磨粒磨损adhensive 粘接磨损diffusion wear 扩散磨损oxidizing wear 氧化磨损phase change wear 相变磨损tool wear process 刀具磨损过程initial wear stage 初期磨损阶段normal wear stage 正常磨损阶段severe wear stage 急剧磨损阶段tool wear criteria 刀具磨钝标准tool life test 刀具耐用度实验tool wear curve 刀具磨损曲线tool life curve 刀具耐用度曲线tool life Tp of the maximum productive rate 最大生产率耐用度tool life Tc of the minimum productive cost最低成本耐用度Continuous（ribbon）chips 带状切屑Cracked（serrated）chips 挤裂切屑unit （splintering）chips 单元切屑discontinuous chips 崩碎切屑make the chip bending 卷屑make the chip discontinuous 断屑machinability 切削加工性Main indexes for judging machinability of workpiece materials 衡量切削加工性的指标tool life index v T刀具耐用度指标relative machinability Kv 相对加工性mechanical properties 机械力学性能hardness of material 工件材料硬度yield strengthσb(Gpa) 屈服强度ductility 延展性impact toughnessαk(kJ/m2) 冲击韧性heat conductivity 导热系数white iron 白口铁grey cast iron 灰铸铁nodular cast iron 球墨铸铁improvement of workpiece materials machinability 改善工件材料切削加工性45 steel 45钢medium carbon steel 中碳钢stainless steel 不锈钢hadifield steel 高锰钢high-temperature alloys 高温合金titanium alloy 钛合金surface roughness 表面粗糙度machined surface quality 已加工表面质量surface roughness 表面粗糙度surface waviness 表面波纹度physical-mechanical properties物理力学性能work-hardening 加工硬化metallurgical structure 金相组织residual stress 残余应力scale 鳞刺built-up edge 积屑瘤turning Tool 车刀welding turning tools 焊接式车刀clamping turning tool 机夹式车刀indexable turning tool 可转位车刀formed Turning Tool 成形车刀cylindrical Turning Tool 外圆车刀facing turning tool 端面车刀boring bars 镗刀杆（车孔刀）cutting-off tool 切断刀design of profile 廓形设计cutting tools for making holes 孔加工刀具twist drill 麻花钻orthodox section 端剖面columnar section 柱剖面axial section 中剖面axial rake angle （helix angle）轴向前角（螺旋角）point angle 顶角reanmer 扩孔钻、铰刀borer 镗刀deep hole processing system 深孔加工系统gun drill 枪钻boring and trepanning association deep hole drilling system (BTA) BTA系统ejector drilling head system 喷吸钻系统double feed system DF系统inner-chip removal drill 内排屑钻outer-chip removal drill 外排屑钻milling cutter 铣刀slab milling cutters 圆柱铣刀face milling cutters 端铣刀side and face milling cutters 三面刃铣刀Slitting saws 锯片铣刀Angle milling cutter 角度铣刀Form relieved cutters 成形铣刀End-milling cutters 立铣刀Keyway milling cutters 键槽铣刀broacher 拉刀crowded highlight 挤亮点scratch 划伤annular corrugated 环状波纹scale 鱼鳞状groove mark 沟痕taping 攻丝screw tap 丝锥threading die 板牙thread rolling machine 搓丝机thread rolling wheel 搓丝滚轮high speed cutting 高速切削precision cutting 精密切削deep hole cutting 深孔钻削vibration cutting 振动切削green cutting 绿色切削grinding 磨削grinding wheel 砂轮equivalent diameter 等效直径length of cantact 接触弧长grinding burn 磨削烧伤high speed grinding 高速磨削creep feed grinding 缓进给磨削belt grinding 砂带磨削abrade 研磨honing 珩磨oilstone 油石。
现代切削技术的若干问题探讨
进 入 ２ ｆ 纪 后 半 叶 以来 ， ｏｔ ｌ 由于 计 算 机 、 电 子 等 新 微 兴 科 学 技 术 以 及 与 切 削 技 术 紧 密 相 关 的 材 料 科 学 的 高
速 发 展 ， 削 技 术 随 着 制 造 业 和 制 造 技 术 的 发 展 也 得 切
刀具 ， 高切 削效 率 ， 用 户 服务 ” 全新 经 营理 念 ， 提 为 的 为
发 展 做 出 了 重 要 贡 献 。 管 在 此 过 程 中 ， 削 技 术 本 身 尽 切 也 取得 了不 小 的进 步 ， 是 直 至２ 世 纪 ６ ７ 年代 ， 但 ０ ０、 ０ 总
切 削 这 门 传 统 制 造 工 艺 技 术 注 入 了 新 的 生 命 力 ， 刀 使 具 制 造 商 成 为 发 展 现代 切 削 技 术 的 主 力 军 ； 一 方 面 ， 另 这一 观念 也被 越来 越 多 的刀 具用 户所 接 受 ， 成 了“ 形 积
体 上 并 没 有 超 越 传 统 切 削 技 术 的 范 畴 ， 最 突 出 的 标 其
志是刀具 的开 发 、 产 与使 用 基本 上是 相互 分离 的 ， 生 没 有形 成相 互促进 、 同发展 的机 制 。 共
极 采 用 切 削 技术 新 成 果 ， 用 先 进 切 削 刀具 提 高 加工 应 效 率 ， 低 制 造 成 本 ， 高 企 业 竞 争 力 ” 新 思 维 ， 制 降 提 的 使 造 业 对 先进 刀具 的重 视 和需 求 达 到 了空 前 的程 度 ， 成 为拉 动 切 削技 术 快 速 发展 的强 大 力 量 。 种 “ 动” 这 拉 不 是 对 切 削 技 术 发 展 的 简 单 加 速 ， 是 赋 予 了 切 削 技 术 而
解析我国先进工艺切削技术的差距与基于可调模型的系统工程的技术对策
产品与技术解析我国先进工艺切削技术的差距与基于可调模型的系统工程的技术对策上海敖智信息有限公司南京能新电力实业有限公司兰州电务段范亚炯杨芸于帆我国制造业的规模与总量已进入世界前列，成为全球制造大国，但发展模式仍比较粗放，核心工艺技术创新能力薄弱，先进工艺切削技术相对制造强国仍有较大差距。
以精密、高效、低成本、绿色为特征的现代现代先进切削技术，在发达国家已成为先进制造业主体技术群的关键技术，综合效应得到空前提高。
相比我国引进的许多高档数控机床和先进刀具却未充分发挥效益。
如何抓住机遇，迎接挑战，以更快的速度、更高的质量、更低的成本、更少的消耗实现刀具核心工艺切削技术的全面突破与飞跃，需要我们尽快熟悉正向设计全面创新的过程要求，并建立、健全相应的机制与对策。
我国制造业的规模与总量已进入世界前列，成为全球制造大国，但发展模式仍比较粗放。
核心工艺技术创新能力薄弱，先进工艺切削技术相对制造强国仍有较大差距。
以精密、高效、低成本、绿色为特征的现代现代先进切削技术，在发达国家已成为先进制造业主体技术群的关键技术，综合效应得到空前提高，相比我国引进的许多高档数控机床和先进刀具却未充分发挥效益。
可能侧重于逆向工程的跟踪研仿，未注重于正向设计可调式刀具的自主创新是其原因之一。
如何抓住机遇，迎接挑战，以更快的速度、更高的质量、更低的成本、更少的消耗实现刀具核心工艺切削技术的全面突破与飞跃，需要我们尽快熟悉正向设计全面创新的过程要求，并建立、健全相应机制与对策。
一、可调式刀具正向设计1．功能分解与系统综合的创新特征相对不可调刀具，可调式刀具技术的含量与复杂程度将越来越高，为缩短研发周期、降低成本，工艺切削设计需在早期综合考虑刀具的一维模型、三维模型、控制模型等，并在概念阶段对产品的架构进行验证和优化，以在研发早期发现和解决工艺切削系统高层设计中适应现代制造业的新要求与新问题。
基于可调模型的现代刀具应用系统工程（MBSE）的解决方案，为刀具的研制与应用提供了一个模型驱动的系统工程工作环境，即从现代工艺切削系统的需求阶段开始即通过模型（而非文档）的不断演化、迭代，实现刀具全生命周期的系统设计，为各节点提供一个公共、通用、无二义性的信息交流平台。
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现代切削理论（技术）授课内容第一章概论1、切削技术的发展史2、切削刀具基本知识3、现代切削应用领域第二章现代切削基础理论1、金属切削原理2、切削力—热耦合3、断屑机理与切屑形态的三维描述第三章现代刀具设计原理1、主切削刃形成原理2、三维槽型的建模3、HSK刀柄工作原理4、刀具结构有限元分析第四章现代刀具材料应用基础1、硬质合金2、超硬材料3、表面涂层（PVD/CVD）第五章高速切削技术1、高速切削概述2、高速切削基础理论3、高速切削相关技术第六章先进切削工艺技术1、最小容量润滑（MQL）2、低温切削3、干式切削第七章难加工材料的可切削性1、工件材料的可切削性2、工件材料分类及影响可切削性因素3、几种难加工材料的可切削性分析第一章概论1、切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。
2、任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。
3、现代刀具3个关键技术：1、几何结构2、基体材质3、表面涂层4、现代切削刀具（数控刀具）的应用及组成：现代切削刀具主要应用于机械制造业中的数控机床（NC）、加工中心（MC）、柔性制造系统（FMS），它由硬质合金可转位刀片（carbide inserts,或其他超硬刀片）与刀盘(body)、刀柄（holder) 组成一个刀具系统单元，实现对金属的切削加工。
5、刀片槽型的作用：刀片上的断屑槽使切屑能按预先设定的方式，进行卷曲、流动和折断，实现对切屑的有效控制。
第二章现代切削基础理论1、金属切削的变形过程金属切削层的变形可用金属切削过程中的滑移线和流线示意图来表示。
流线表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹，可大致划分为三个变形区：（1）、第一变形区金属的剪切变形从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成（剪切滑移面）。
这个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力比较集中而复杂，金属的被切削层就在此处与工件本体材料与离，是切的过程，使被切削工件的切削层转变成切屑。
（2）、第二变形区切屑的变形切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的切屑底层金属纤维化，基本上和前刀面相平行，这个区域的切屑与前刀面的接触状况，对摩擦力、切削力有较大的影响，同时也决定切屑卷曲，流向、折断方式，是削的过程，也是设计三维槽型的核心部分。
（3）、第三变形区刀具的磨损已加工表面受到切削刃钝化圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形回弹，造成纤维与加工硬化，决定了刀具的磨损。
2、硬质合金可转位刀片断屑槽的作用机理及发展趋势：作用机理：①控制切屑的形状，使之形成且有一定曲率半径的切屑。
切屑沿断屑槽流出，受到槽的后边缘（反屑面）或槽的弯曲部分的作用，这些反力作用的结果将引起切屑根部应力分布的变化和切屑形状的改变，有切屑根部对外力的适应情况可知，并不需要很大的外力就可以使切屑卷曲。
②引导切屑的流动，它可以把形成卷曲的切屑导向某些预定的障碍物，使切屑承受反力而折断。
发展趋势：硬质合金可转位刀片断屑槽发展趋势是由简单的二维到复杂的三维，这种结构变化能达到下面几个效果：（1）、使得刀片具有更宽的断屑范围，能适用多种金属材料的加工。
（2）、使得刀片具有更小的切削阻力，能实现大吃刀、大进给和高速切削。
（3）、在同样的切削参数下，获得更高的表面加工质量。
3、复合卷曲的切屑易于折断的理论分析：通过力学分析，得出这样的结论：由于切屑卷曲时横截面最大应力δc1、δc2和δs均大于切屑材料的屈服极限δ，而小于其破断应力，对于弹塑性线性强化材料，应力越大其应变就越大，强化程度就越高，硬化程度也就越大，碰到障碍后就越容易折断。
所以，复合卷曲的切屑比向上卷曲的切屑及侧向卷曲的切屑都容易折断。
第三章现代刀具设计原理1、主刃是参与金属切削最核心的部分，它是由前刀面与后刀面相交而成的空间曲线。
2、刀—屑分离线的概念：前刀面与切屑发生分离有两种情况。
一种情况，自然分离，由于切屑底层流动速度高于切屑顶层的流动速度，因而使切屑发生向上卷曲，切屑与前刀面发生分离；另外一种情况，在这个过程中，切屑也可以受到槽型障碍的作用，与前刀面产生分离，这样在前刀面上，存在一条刀一屑分离线该线可以用刀一屑接触长度Lf 定量描述。
3、对可转位刀片断屑槽进行有限元分析的目的：一是计算出所设计的断屑槽结构在某一切削力下的最大应力值，以便对槽型结构进行优化；二是计算出在刀片的破损应力下的最大主切削力和切削用量，用于分析和判定刀片材质质量状况。
4、HSK刀柄结构的优点有：1）采用锥面、端面过定位的结合形式，能有效地提高结合刚度；2）因锥部长度短和采用空心结构后质量较轻，故自动换刀动作快，可以缩短移动时间，加快刀具移动速度，有利于实现ATC的高速化；3）采用1：10的锥度，与7：24锥度相比锥部较短，楔形效果较好，故有较强的抗扭能力，且能抑制因振动产生的微量位移，HSK-A在无键的情况下可传递转矩；4）有比较高的重复安装精度；5）刀柄与主轴间由扩张锁紧，转速越高，离心力（扩张力）越大，锁紧力越大，故这种刀柄具有良好的高速性能，即在高速转动产生的离心力作用下，刀柄能牢固锁紧。
5、HSK刀柄结构也有弊端1）它与现在的主轴端面结构和刀柄不兼容；2）由于过定位安装，必须严格控制锥面基准线与法兰端面的轴向位置精度，与之相应的主轴也必须控制这一轴向精度，使其制造工艺难度较大；3）柄部为空心状态，装夹刀具的结构必须设置在外部，增加了整个刀具的悬伸长度，影响刀具的刚性；4）从保养的角度来看，HSK刀柄锥度较小，锥柄近于直柄，加之锥面、法兰端面要求同时接触，使刀柄的修复重磨很困难，经济性欠佳；5）成本较高，刀柄的价格是普通标准7：24刀柄的1.5~2倍；6）锥度配合过盈量较小（是KM结构的1/5~1/2），数据分析表明，按DIN公差制造的HSK 刀柄在8000~20000r/min运转时，由于主轴锥孔的离心扩张，会出现径向间隙；7）极限转速比KM刀柄低，且由于HSK的法兰也是定位面，一旦污染，会影响定位精度，所以采用HSK刀柄必须有附加清洁措施。
第四章现代刀具材料应用基础1、现代切削刀具材料主要有三类：——各种涂层硬质合金刀具；——陶瓷刀具，包括普通陶瓷刀具、金属陶瓷刀具、涂层金属陶瓷刀具、强化陶瓷刀具等；——超硬材料刀具，包括CBN刀具和金刚石刀具。
2、硬质合金是由难熔金属碳化物（硬质相）和粘结相（Fe族金属）通过粉末冶金工艺制备的金属陶瓷。
3、难熔金属碳化物，如WC、TiC、NbC、TaC、VC等，具有高硬度、高熔点的性质，以Co或Ni（主要是Co）为粘结相，用粉末冶金的方法生产的多相组合材料。
4、硬质合金特点如下：(1)极高的抗压强度，一般约为钢的2～3倍。
(2)很高的硬度，一般模具钢的淬火硬度在HRC65以下(相当于HRA<85)，而硬质合金～般硬度为HRA83～93。
（3）良好的热强性能，与模具钢相比，硬质合金有更好的高温硬度和强度，两者之间的差异，在一定范围内随温度升高而增大。
（4）极高的弹性模量．一般约为钢的2.5～3.5倍。
（5）极好的导热性能，一般约为钢的3倍。
（6）较低的热膨胀系数，一般约为钢的一半。
（7）良好的耐蚀性能，硬质合金比钢具有更好的抗氧化以及抗其它腐蚀介质的能力。
5、硬质合金的分类：普通硬质合金，细晶粒、超细晶粒合金，钢结硬质合金6、硬质合金刀具表面涂层的作用：1)由于表层的涂层材料具有极高的硬度和耐磨性，故与末涂层硬质合金相比，涂层硬质合金允许采用较高的切削速度，从而提高了加工效率；或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。
2)由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故与未涂层刀片相比，涂层刀片的切削力和切削刃温度有一定降低。
3)涂层刀片加工时，已加工表面质量较好。
4)由于综合性能好，涂层刀片有较好的通用性。
涂层牌号的刀片有较宽的适用范围。
7、刀具涂层技术目前可划分为两大类，即CVD（化学气相沉积）和PVD（物理气相沉积）技术。
8、CVD工艺缺陷：一是工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降；二是薄膜内部处于拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生；三是CVD工艺所排放的废气、废液会造成环境污染，与目前所提倡的绿色制造相抵触。
9、高性能AlTiN涂层特点：高性能的AlTiN涂层针对不锈钢、高温合金等难加工材料领域进行了优化，在保证纳米结构TiAlN涂层高韧性和光滑表面的同时，提高了涂层的Al含量，具有比TiAlN涂层更高的高温硬度、抗氧化性和热稳定性，体现了优异的抗磨粒磨损和粘着磨损性能。
10、硬质合金刀片的CVD涂层大致可分为四大系列：TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN、TiC/Al2O3、TiC/Al2O3/TiN 。
11、PVD涂层优势：1）PVD工艺温度低，不会降低硬质合金刀片自身的强度；一般PVD涂层的沉积温度300～500℃，CVD沉积温度800 ～1200℃。
2）PVD涂层刀片刃部可磨得十分锋利；3）PVD涂层硬度高；一般PVD涂层硬度为HV2200 ～HV3500,CVD涂层硬度为HV1800 ～HV2800。
4）PVD涂层的通用性广，可应用于硬制合金、金属陶瓷和CBN刀片,整体刀具等各种切削领域。
12、PVD涂层离子镀膜原理及特点：离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质离子化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基体上。
离子镀把辉光放电、等离子体技术与真空蒸发镀膜技术结合在一起，不仅明显地提高了被层各种性能，而是大大地扩展了镀膜技术的应用范围。
离子镀除兼有真空溅射优点外，还具有涂层的附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等优点。
而且沉积速度高，镀前清洗工序简单，对环境无污染，因此、近年来在国内外都得到迅速发展。
不足之处在于它无法避免液滴现象的产生，因而涂层表面光洁度相对较差。
现在发展的磁过滤离子镀技术能够有效的过滤沉积过程中形成的粗大液滴，表面质量明显改善，但这样会牺牲一定的沉积速度。
13、PVD涂层溅射镀膜原理及特点：当高能粒子(通常是由电场加速的正离了)冲击固体表面时，固体表面的原子、分子与这些高能离子交换动能，从而由固体表面飞溅出来，这种现象称为溅射。
飞溅出来的原子及其它离子在随后过程中沉积凝聚在基体表面形成薄膜，称为溅射镀膜。
溅射镀膜可根据产生溅射离子的方法分为直流溅射镀膜、射频溅射镀膜及离子束溅射镀膜等。
溅射镀膜具有许多优点：如可实现大面积沉积；几乎所有金属、化合物、介质均可作成靶，在不同材料衬底上得到相应材料薄膜；可以大规模连续生产。
不足之处是离化率低，沉积速度较慢。
现在发展的等离子辅助沉积技术能够提高离化率。