切削过程及控制

❖积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行
切削，起到保护切削刃的作用。
❖使实际前角增大，切削轻快。
因此，粗加工时可利用积屑瘤。
❖积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且在不断地产生
和脱落，使切削层公称厚度不断变化，影响尺寸精度。
❖此外，还会导致切削力的变化，引起振动， ❖并会有一些积屑瘤碎片粘附在工件已加工表面上，
增大表面粗糙度和导致刀具磨损。
在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生。
4）抑制或消除积屑瘤的措施
➢ 采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度
影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc＜3m/min 和较高速度vc≥60m/min范围内，摩擦系数都较小，故
不易形成积屑瘤；
➢ 采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少； ➢ 适当减少进给量、增大刀具前角、减小切削变形； ➢ 适当的热处理来提高工件材料的硬度、降低塑性、减
1. 工件材料
2. 切削用 量
•影响较大的因素主要是工件材料 的强度、硬度和塑性。
•材料的强度、硬度越高，则屈服 强度越高，切削力越大。
•在强度、硬度相近的情况下，材 料的塑性、韧性越大，则刀具前面
上的平均摩擦系数越大，切削力也
就越大。
进给量f和背吃刀量ap
进给量f和背吃刀量ap增加，使切 削力Fc增加。
通常将合力F分
2.切削力的分解
切削力Fz(Fc)
解为相互垂直的三个
分力：切削力 Fc 、 进给力 Ff 、背向力 Fp 。
总切削力在主运动方向的分力，
大小约占总切削力的80%～
背向力 Fy（Fp）
90% 。Fc消耗的功率最多，约 占总功率的90%左右，是计算
机床切削功率、选配机床电机、
校核机床主轴、设计机床部件
切削速度υc
➢切削速度在5～20m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐
增加，切削力减小；
➢切削速度继续在20～35m/min范围内增加，积屑瘤逐渐
消失，切削力增加；
➢在切削速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦
系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时， 切削力无明显变化。
➢在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界
形成条件：采用较低的切削速度和较大的进给量，
刀具前角较小,粗加工中等硬度的钢材料
特点：切削力波动较大，工件表面较粗糙
➢崩碎切屑：在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，
切削层金属发生弹性变形以后，一般不经 过
塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状屑
片，即为崩碎切屑。
➢当刀具前角小、进给量大时易产生这种切屑， ➢产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主
2）积屑瘤的形成原因
当切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作 用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使 这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流层”。 当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时， 就会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。
3）积屑瘤对起削过程的影响
切屑的变形和形成过程实际上经 历了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离 四个阶段。
2）. 变形系数ξ
➢切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变 ➢形系数，用ξh 表示，ξh = ach/ac ；
而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变
➢形系数，用ξl表示，ξl=lc/lch 。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
3．切削功率
➢计算切削功率(cutting power) Pc是用于核算加工成
本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机 床主电动机功率。
➢主运动消耗的切削功率 Pc＝Fcυc/60×10-3 （kW） ➢机床电机功率 PE =Pc／ηm（ηm＝0.75～0. 85）。
三、影响切削力的因素
总切削力在垂直于工 作平面方向的分力，
及计算刀具强度等必不可少的 参数。
Fp不消耗功率。但容 易使工件变形，甚至
进给力Fx (Ff)
可能产生振动，影响 工件的加工精度。是 进行加工精度分析、 计算工艺系统刚度以 及分析工艺系统振动
总切削力在进给方向的分力 ，进给力也作功，但只占总 功的1%～5%。是设计、校核 机床进给机构，计算机床进 给功率不可缺少的参数
小加工硬化倾向。
二、 切削力
切削过程中， 刀具施加于工件使工件 材料产生变形，并使多 余材料变为切屑所需的 力，称为切削力 (cutting force) 。
一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
1. 切削力的来源
切削力来自于金属切削过程中克服 被加工材料的弹、塑性变形抗力和 刀具与工件及刀具与切屑之间摩擦 阻力。
2、切屑的类型
➢带状切屑
外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。
形成条件：用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量
切削塑性材料
优
点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面
粗糙
度较小。
缺
点：切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表
面，因此要采取断屑措施。
➢挤裂(节状)切屑
外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。
面上的摩擦也很小，所以切削速度υc 对切削力Fc无明显 的影响。
➢在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高
速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。
来自百度文库
3. 刀具几何参数
➢前角的影响: γo↑ →切削变形↓→切削力
↓。（塑性材料）
➢主偏角的影响：Kr ↑ → Fp ↓, Ff ↑
一、 切屑的形成过程及切屑类型
1、切屑的形成过程
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 。
实验表明，切屑(chips)的形成过程 是被切削层金属受到刀具前面的挤压作 用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力 达到金属材料屈服强度时，产生塑性变 形。随着刀具前刀面相对工件的继续推 挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使 切削层材料变为切屑。
切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损，
并容易产生振动，影响表面质量。
2、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
1）什么是积屑瘤
在一定速度范围下，切削塑性金属材料形成带状切 屑时, 常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些工件材料, 形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤(the built-up edge) ，或称刀瘤。