车削时切削温度的测量
金属切削原理与刀具 课题13 切削温度的分布
切削温度的测量方法
2、辐射测温法
辐射测温法是一种非接触式测量方法。它是利用高温辐射能 量来测量工件表面温度的。 作为测量用的传感器有光电传感器及热敏射测温法
光电传感器可以用锗光电二极 管或硫化铅光电池。在刀片上 打一个小的锥孔，一直通到刀 具的前面上，从切屑底面测定 辐射能，通过标定求得切屑底 面该点的温度。
(1)自然热电偶法
热电偶的热端
切削过程中，工件、刀具通常是由两种不同的金属材料组成的。 在刀具与切屑和刀具与工件接触区总存在着相当高的切削温度
热电偶的冷端 离接触区较远的工件与刀具处一般保持在室温状态
切削温度的测量方法
1、热电偶法 热电偶法包括自然热电偶法和人工热电偶法。
(1)自然热电偶法
可用导线将工件与刀具的冷端接到仪表上，即可将切削热电势显示和 记录下来。根据事先作出热电偶的标定曲线（温度与毫伏值的对应关 系曲线），即可求得刀具与切屑和刀具与工件接触面的平均温度，即 切削温度。
1—激光管； 2—光栅； 3、4—透镜； 5—光敏元件； 6—刀片； 7—刀体
用光电传感器测量刀具与切屑接触面 温度分布的示意图
切削温度的测量方法
用辐射测温法测量工件与刀具侧面的 温度分布的示意图
热敏电阻传感器
优点 测定区域的直径只有0.15 mm，因此， 可缩小不同测定点之间的距离。
缺点 只能测量刀具侧面的温度而不能测量垂 直切削刃工作部位中间剖面的温度。
切削温度
切削温度是指切削区域的平均温度。 切削温度的高低取决于产生热量的多少和热量传散的快慢。
切削温度
(1)切削温度计算
用实验方法得到的计算切削温度的指数公式为：
C
v z c
第三章切削力与切削温度
3.1.4 影响切削力因素
•刀具几何角度影响
•◆ 前角γ0 增大，切削力减小。 •◆主偏角κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和走 刀抗力影响显著（ κr ↑—— Fy↓，Fx↑）
•切削力F •切 削 力 / N
•γ0 - Fz
•γ0 – Fy •γ0 – Fx
•前角γ0
•图3-17 前角对γ0切削力的影响
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第三章切削力与切削温度
3.1.1 切削力及切削分力
•切削力分解(假设总切削力在主剖面P0内)
•F
z
•κr
•F
x
•F •Fxy
y
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•v •Fxy
•f •F
r
•吃刀抗力 •F
y •Fxy
•F •走刀抗力
x
•Fz•主切削力
•F •总切削力
r
•图3-1 切削力的分解
第三章切削力与切削温度
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第三章切削力与切削温度
•3.2.3 影响切削温度的主要因 素
•刀 具 几 何 参 数 的 影 响
➢ 前角o↑→切削温度↓
➢ 主偏角r↑→切削温度↑
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第三章切削力与切削温度
•3.2.3 影响切削温度的主要因 素
•其它因素的影响
• 1. 刀具磨损的影响 • 刀具后面磨损量增大，切削温度升高 •
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•220
•0180
•κr - Fz
•表3-6
•0140
•0100
•κr – Fx
0
•60
•κr – Fy
0 •20
0
•30 •45 •60 •75 •90
车刀的几何角度及其测量实验报告
实验一车刀的几何角度及其测量实验报告实验名称实验日期班级姓名同组人一、实验目的二、实验仪器设备三、实验数据四、按测得的数据绘制外圆车刀的工作图（按实验指导书要求进行绘制）五、讨论和分析实验二车削力的测量实验报告实验名称实验日期班级姓名同组人一、实验目的二、实验仪器设备三、实验原理四、实验数据记录与处理（1）数据记录ƒ = mm/转a p = mm（2）数据处理1）图解法将表二，表三数据画在双对数坐标中log F zlog a pC 1==z F XC 2==z F Y221C C C z F +== zF z F z Y Xp F z fa C F ==log ƒlog F z2）一元线性回归法表四一元线性回归用表= mm/表五一元线性回归用表p = mm 五、讨论分析实验三加工误差统计分析实验报告实验名称实验日期班级姓名同组人一﹑实验目的二﹑实验仪器设备三﹑实验原理四﹑实验数据记录与处理1. 实验原始数据表一测量数据表2. 绘制实际分布图（1）剔除异常数据==∑=ni i x n x 11=--=∑=ni i x x n 12)(11σ 若σ3>-x x k ，认为k x 为异常数据，应剔除。
（2）确定尺寸间距和分组数（3）制作频率分布表 表二 频数分布表（4）绘制实际分布图（5）加工误差统计分析（误差性质、改进措施、工序能力、合格品率等）ƒ 频数 x （直径）X 图3. 制作R（1）取小样本容量n（2）数据处理①计算各样组的平均值X和极差R，填入表三。
表三样组的均值X和方差R②计算X和R的平均值X和RX-图控制线。
③计算RX-控制图（3）绘制RX-控制图（工艺过程稳定性、误差性质、改进措施等）（1）分析R五﹑讨论分析实验四切削温度的测量实验报告实验名称实验日期班级姓名同组人一实验目的二实验仪器及设备三实验原理和方法四实验数据记录及处理1．进给量对切削温度的影响（1）填写数据记录：（2）在双对数坐标纸上绘出曲线（3）计算2．吃刀深度对切削温度的影响（1）填写数据记录：（2）在双对数坐标纸上绘出曲线（3）计算3．速度对切削温度的影响（1）填写数据记录（2）在双对数坐标纸上绘出曲线（3）计算4．求出经验公式5．分析各因素对切削温度的影响。
车削加工切削力测量实验报告书(附指导书)
车削加工切削力测量实验报告书学号姓名小组时间成绩上海大学生产工程实验中心2014-11一．实验概述切削过程中，会产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。
对切削加工过程中的切削力、切削温度进行实时测量，是研究切削机理的基本实验手段和主要研究方法。
通过对实测的切削力、进行分析处理，可以推断切削过程中的切削变形、刀具磨损、工件表面质量的变化机理。
在此基础上，可进一步为切削用量优化，提高零件加工精度等提供实验数据支持。
通过本实验可使同学熟悉制造技术工程中的基础实验技术和方法，理解设计手册中的设计参数的来由，在处理实际工程问题中能合理应用经验数据。
二．实验目的与要求1. 掌握车削用量υc 、f 、a p ，对切削力及变形的影响。
2. 了解刀具角度对切削力及变形的影响。
3. 理解切削力测量方法的基本原理、了解所使用的设备和仪器。
4. 理解切削力经验公式推导的基本方法，掌握实验数据处理方法。
三．实验系统组成实验系统由下列设备仪器组成 1、微型数控车床KC0628S 2、车床测力刀架系统（图1），包括 （1）车削测力刀架 （2）动态应变仪 （3）USB 数据采集卡 （4）台式计算机USB 线图1四、实验数据记录与数据处理1. 切削力测量记录表12. 请按指数规律拟合主切削力或背刀力和切削深度、进给量的关系，建立切削力的经验公式。
答：（请将数据处理过程写于此处）附录：车削加工切削力测量实验指导书一. 实验概述切削过程中，会产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。
对切削加工过程中的切削力、切削温度进行实时测量，是研究切削机理的基本实验手段和主要研究方法。
通过对实测的切削力、进行分析处理，可以推断切削过程中的切削变形、刀具磨损、工件表面质量的变化机理。
在此基础上，可进一步为切削用量优化，提高零件加工精度等提供实验数据支持。
通过本实验可使同学熟悉制造技术工程中的基础实验技术和方法，理解设计手册中的设计参数的来由，在处理实际工程问题中能合理应用经验数据。
切削温度测量方法
切削温度测量方法
嘿，你问切削温度咋测量啊？这事儿咱得好好聊聊。
先说说热电偶法吧。
这就像给切削过程装个小温度计。
找个合适的热电偶，把它放在切削的地方附近。
热电偶能感应温度变化，然后把温度信号传出来。
不过放的时候可得小心，不能影响切削过程，也不能被切坏喽。
而且还得选对热电偶的类型，不然测出来的温度可不准。
还有辐射测温法。
就像用个小望远镜看切削时发出的热辐射。
通过测量辐射的强度啥的，就能算出温度。
这方法不用直接接触切削的地方，挺方便的。
但是得注意周围环境的影响，不能有别的热源干扰。
另外呢，硬度法也可以试试。
切削后看看工件的硬度变化，因为温度会影响材料的硬度。
不过这方法不是特别直接，得通过一些经验公式来推算温度。
还有一种叫金相法。
切削完了看看材料的金相组织，不同温度下金相组织会不一样哦。
这就像给材料做个小体检，通过观察组织变化来判断温度。
但是这方法比较麻烦，需要专业的设备和知识。
我给你讲个事儿吧。
有一次我们车间要测切削温度，一开始大家都不知道咋弄。
后来找了个老师傅，他用热电偶法测了一下，发现温度有点高。
于是大家就想办法调整切削参数，降低温度。
后来再测的时候，温度就正常了。
从那以后，我们就知道了切削温度测量的重要性，也学会了用不同的方法来测量。
总之呢，切削温度测量有好几种方法，你可以根据实际情况选择合适的。
只要你用心去做，肯定能测出准确的温度。
加油吧！。
切削热和切削温度
切削热和切削温度切削过程中产生的切削热对刀具磨损和刀具寿命具有重要影响，切削热还会使工件和刀具产生变形、残余应力而影响加工精度和表面质量。
一、切削热的产生与传导切削热来源于两个方面，一是切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量转换为热能；二是切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。
切削过程中的三个变形区就是三个发热区域。
切削过程中所消耗能量的98%~99%都将转化为切削热。
切削热由切屑、工件、刀具及四周的介质（空气，切削液）向外传导。
影响散热的主要因素是：（1）工件材料的导热系数工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热量增多，切削区温度就低。
工件材料导热系数低，切削热传导慢，切削区温度就高，刀具磨损就快。
（2）刀具材料的导热系数刀具材料的导热系数高，切削区的热量向刀具内部传导快，可以降低切削区的温度。
（3）四周介质采纳冷却性能好的切削液能有效地降低切削区的温度。
车削加工时产生的切削热多数被切屑带走，切削速度越高，切削厚度越大，切屑带走的热量越多；传给工件的热量次之，约为30%；传给刀具的热量更少，一般不超过5%。
钻削时，由于切屑不易从孔中排出，故被切屑带走的热量相对较少，只有30%左右，约有50%的热量被工件汲取。
二、切削温度的测量测量切削温度的方法许多，有热电偶法、辐射热计法、热敏电阻法等。
目前常用的是热电偶法，它简洁、牢靠、使用便利。
1. 自然热电偶法；2. 人工热电偶法。
三、影响切削温度的主要因素1．切削用量对切削温度的影响、、增大，单位时间内材料的切除量增加，切削热增多，切削温度将随之上升。
但、和对切削温度的影响程度不同，切削速度对切削温度的影响最为显著，次之，最小，缘由是：增大，前刀面的摩擦热来不及向切屑和刀具内部传导，所以对切削温度影响最大；增大，切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，所以对切削温度的影响不如显著；增大，刀刃工作长度增大，散热条件改善，故对切削温度的影响相对较小。
第三节__切削热和切削温度
三、影响切削温度的主要因素
切削温度高低取决于两个方面：产生的热量和散热速度。 产生的热量少，散热速度高，则切削温度低；或者上述之一起主导作 用，也会降低切削温度。 因而，凡是能影响产生的热量和散热速度的因素均会影响切削温度的高低
学习目的
通过对切削热的来源、切削温度的分布及影响因素进行
研究，以便控制切削热和切削温度对切削过程的影响。
学习内容
一、切削热的来源及传出 二、切削区的温度及其分布 三、影响切削温度的主要因素
一、切削热的来源及传出
1、切削热来源
1）被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功， 这是切削热的一个重要来源。 2）切屑与前刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 3）工件与后刀面之间的摩擦耗功产生出大量的热量。 因此，切削时共有三个发热区域 剪切面 切屑与前刀面接触区 后刀面与过渡表面接触区
所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。
根据切削理论，切削变形和摩擦而产生的热量.
在剪切面上的塑性变形产生的热量最多。 单位时间内产生的切削热的计算公式
Q —单位时间内产生的切削热（J/s）； Fc—主切削力（N）； Vc—切削速度（m/s）。
注：该公式中忽略了进给运动所消耗的功率，且假定主运动所消耗的功全部转化为热能。
3）实际意义： 从降低切削温度的角度出发，切削用量的选择原则：为提高切削效率， 应优先选用较大的背吃刀量，其次增加进给量，最后确定刀具和机床性 能允许的最大切削速度。
切削热和和切削温度(16页)
i s
• 5.X3工件材料
•工件材料的强度、硬度、塑性及热导率对切削温度有较 大的影响。
•工件强度、硬度高，切削时的切削力大，消耗功率大， 产生的切 削热多，故切削温度髙。
•工件的导热系数对切削温度也有很大的影响，不锈钢 （ lCrl8Ni9T0的强度、硬度虽然低于45钢，但它的导热系 数小于45钢 （约为45钢的1/3）切削温度比45钢髙40%. •切削脆性金属材料时， 塑性变形小，切屑呈崩碎状态， 与前刀面的摩擦小，故产生的切削 热少，切削实验结果 表明，切灰铸铁HT200时的切削温度比切45钢 大约低 25%。
• 传散到刀具上的切削热是引起刀具磨损和破损的 重要原因。 切削热还通过使刀具磨损对切削加工生产 率和成本发生影响。
• 切削热对切削加工的质量、生产率和成本都有直 接、间接 的影响，研究和掌握切削热产生和变化的一 般规律，把切削 热的不利影响限制在允许的范围之内， 对切削加工生产是有 重要意义的。
• 5.1切削热的产生与传出
第五章切削热与切削温度
切削热和切削温度是切削过程中产生的重要物理现象。 第一，用刀具切削工件而产生的热称为切削热。 第二：切削时消耗的能约97%到99%转化为热量，使得切削E域 温度升髙。
•切削热对切削过程影响有多方面影响：
• 切削热传散到工件上，会引起工件的热变形，因 而降低加 工精度，工件表面上的局部髙温则会恶化已 加工表面质量。
在亳伏表上，由于两金属丝组成的人工热电偶己事先经过 标定，所以在实际测 温时，根据毫伏表中的数值便可从标定曲线上査 得其对应的温度值，即工件或 刀具上被测点的温度值，改变测量小孔 的位置并利用传热学原理进行推算，可 得出刀具或工件上温度分布的 情况。
切削温度测量方法概述..
热工测量仪表作业切削温度测量方法概述Summary of Cutting Temperature MeasurementMethods作者姓名：王韬专业：冶金工程学号：20101360指导老师：张华东北大学Northeastern university2013年6月切削温度测量方法概述王韬东北大学摘要：高速切削加工现已成为当代先进制造技术的重要组成部分,切削热与切削温度是高速切削技术研究的重要内容。
本文根据国内外高速切削温度测量方法的研究现状，对目前常用的切削温度测量方法进行了分类和比较，主要包括接触式测温、非接触式测温和其他测量方法三种，详细介绍了热电偶法、光辐射法、热辐射法、金相结构法等几种常用切削测温方法的基本原理、优缺点、适用范围及发展状况；介绍了几种新型高速切削温度测量方法。
最后对各种测量方法作了比较，探讨了切削温度实验测量方法研究的发展方向。
关键词: 切削温度，测量方法，发展状况Summary of Cutting Temperature Measurement MethodsWang TaoNortheastern universityAbstract: High-speed machining has become an important part of the contemporary advanced manufacturing technology. Cutting heat and cutting temperature is the important content of high speed cutting technology research. This paper gives the background to the measurement of metal cutting temperatures and a review of the practicality of the various methods of measuring cutting temperature while machining metals. Classify the cutting temperature measurement methods, mainly including non-contact temperature measurement, non-contact temperature test of other three kinds of measurement methods; Introduced the thermocouple method, radiation method, radiation method and metallographic structure of the basic principle of several kinds of commonly used cutting temperature measurement method, the advantages and disadvantages, applicable scope and the status of the development; Several new high-speed cutting temperature measurement methods are introduced. Finally discusses the development direction of cutting temperature experiment measurement method research for a variety of measurement methods.Keywords:metal cutting, cutting temperature, measurement method目录摘要 (I)1引言 ................................................................................................................................. - 1 -2接触式测量方法 ................................................................................................................ - 1 -2.1 自然热电偶法 ............................................................................................................ - 1 -2.2 人工热电偶法 ............................................................................................................ - 2 -2.3 半人工热电偶法 ........................................................................................................ - 3 -3 非接触式测温 ................................................................................................................... -4 -3.1 红外辐射法红外 ........................................................................................................ - 4 -3.2 增强CCD 相机法 ..................................................................................................... -5 -3.3 红外—光学法 ............................................................................................................ - 5 -3.4金相结构法 .............................................................................................................. - 6 -4 其他切削温度测量方法 ................................................................................................... - 6 -5 切削测温技术发展方向 ................................................................................................... - 7 -6 总结................................................................................................................................... -7 -参考文献 ............................................................................................................................... -8 -1引言在机械制造业中,虽然已发展出各种不同的零件成型工艺,但目前仍有90%以上的机械零件是通过切削加工制成。
第五章切削热和切削温度
工件材料预热至500—800℃经常达到800～900℃，切削力下降却不多。 这也间接证明，切削温度对剪切区域内工 件 材料强度影响不大。
5. 利用切削温度自动控制切削速度或进给量
利用切削温度来控制机床的转速，保持切削温度在最佳 范围内，以提高生产率及工件表面质量。
切削热的传导
切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、刀 具和周围介质（如空气、切削液等），影响热传导的 主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质 的状况。
切削热的来源就是切屑变形热 Q 变 和前、后刀面的摩擦热 Q 摩
其产生与传出的关系为：
Q Q 变 Q 摩 Q 屑 Q 刀 Q 工 Q 介
由于后刀面上的摩擦通常远远小于前刀面上 的摩擦，同时进给运动所作的功也远远小于 主运动所作的功。因此，为了简化问题便于 分析，我们忽略后刀面上的摩擦功和进给运 动所作的功，并假定主运动所作的功全部转 化成了热量，则可以得到单位时间内产生的 切削热的公式：
Pm Fzv
式中：Pm——每秒钟产生的切削热，J/s； Fz——切削力，N； v——切削速度，m/s。
第一节、切削热的产生与传导
金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三个热 源(图)。在这三个变形区中，刀具克服金属弹、塑性变形抗 力所作的功和克服摩擦抗力所作的功，绝大部分转化为切削 热。
图5-1 切削热的产生与传导
切削热的来源主要有三个方面， （一）切屑与前刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功。 （二）工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功。 （三）切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形
高，超过了刀具的热硬性极限温度时，刀具的硬度 就会明显下降，产生剧烈的磨损，从而失去切削能 力，使切削工作无法完成。 • 当切削温度超过一定限度后，刀具材料的硬度会显 著下降，因而失去切削性能，刀具很快磨钝不能使 用。 • 高速钢刀具材料的耐热性为600℃左右，超过该温 度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温 800～1000℃时，强度反而更高，韧性更好。因此 适当提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，延 长刀具寿命。
数控机床切削温度的测量与控制
数控机床切削温度的测量与控制数控机床是一种高精密、高自动化的切削机床，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具加工等领域。
在数控机床的工作过程中，由于高速切削带来的摩擦和热量，容易导致工件和刀具过热，从而影响加工质量，甚至导致刀具破损。
因此，准确测量和控制数控机床的切削温度是非常重要的。
为了测量数控机床的切削温度，目前常用的方法有接触式测量和非接触式测量两种。
接触式测量方法是使用热电偶或红外测温仪等设备对切削区进行直接接触测量。
热电偶是一种基于材料热电效应的测温装置，通过将热电偶插入切削区并与工件接触，可以测量到切削区的温度。
但这种方法的测量精度受到热电偶固定的位置和切削过程中的振动影响较大。
红外测温仪则是利用红外线传感器对工件表面的红外辐射进行测量，具有无接触、快速、灵敏度高等特点，但对于不同材料的工件，精确校准红外测温仪的温度转换系数是非常重要的。
非接触式测量方法是使用红外热像仪对切削区或工件表面进行扫描，通过记录热像仪接收到的红外辐射图像，可以得到切削区的温度分布情况。
热像图像不仅可以显示出整个切削区的温度分布情况，还可以提供时间上的变化过程，从而判断切削过程中是否存在异常热源或热量积累等问题。
然而，由于红外热像仪的成本较高，使用非接触式测量方法也需要考虑经济成本。
除了测量切削温度外，对数控机床的切削温度进行控制也是至关重要的。
切削温度的控制可以通过以下几种方式实现：1. 刀具冷却系统：在数控机床的刀架上安装冷却系统，通过喷射冷却液体来降低刀具和工件的温度。
冷却液可以通过喷射装置直接喷射到刀具和工件的接触面，使切削过程中产生的热量迅速散失，从而降低切削区的温度。
2. 进给速度控制：增加进给速度可以减少切削区的停留时间，进而减少切削区的热积聚量。
通过调节数控机床的进给速度，可以控制切削过程中的温度变化，以避免过热导致的刀具破损或工件表面质量问题。
3. 切削参数优化：切削参数的选择对于控制切削温度也起着至关重要的作用。
切削热及切削温度
2、切削温度影响因素
（1）切削用量
的影响：通常在 车床上利用测温 装置求出切削用 量对切削温度的 影响关系，并可 整理成下列一般 公式：
2、切削温度影响因素
由上可知：切削速度对切削温度影响最大，随切 削速度的进步，切削温度迅速上升。进给量对切 削温度影响次之，而背吃刀量ap变化时，散热面 积和产生的热量亦作相应变化，故ap对切削温度 的影响很小。
切削热与切削温度
切削热与切削温度是切削过程中产生的又一 重要物理现象。切削时做的功，可转化为等量的 热。功削热除少量散逸在四周介质中外，其余均 传进刀具、切屑和工件中，并使它们温度升高， 引起工件变形、加速刀具磨损。因此，研究切削 热与切削温度具有重要的实用意义。
一、切削热的产生和传导
1、切削热的产生 切削热是由切削功转变而来的。如
力是影响切削温度的重要因素，而工件材料的强度（包括硬度）直接决定了单位切 削力，所以工件材料强度（包括硬度）增大时，产生的切削热增多，切削温度升高。 工件材料的导热系数则直接影响切削热的导出。 4、刀具磨损的影响
在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影 响就愈明显。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温 度的影响，就比切碳素钢时大。 5、切削液的影响
2、切削热的传导
Q传出=Q切屑+Q工件+Q刀具+Q介质 切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周期介质(如空气)传出。
各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及几何角度 等。车削时的切削热主要是由切屑传出的。用高速钢切削钢材时，约 有50%~80%的切削热由切屑带走，10%~40%的热传入工件， 3%~9%的热传给刀具，传给介质的热仅有1%左右。传入刀具的热最 虽不是很多，但由于刀具切削部分体积很小，因此，引起刀具温度升 高较快(高速切削时，刀头温度可达1000℃以上)，从而加速刀具的磨 损。 传入工件的热量可使工件的温度升高，引起工件材料膨胀变 形，从而产生形状和尺寸误差，降低加工精度。传入切屑和介质的热 量越多，对加工越有利，因此，在切削加工中应设法减小切削热，改 善散热条件，以减小高温对刀具和工件的不良影响。
认识切削热与切削温度
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三、影响切削温度的因素
机械制造基础
2．切削用量
切削用量中，切削速度 vc 对切削温度影响最大，进给量 f 次之，背吃刀量 ap 影响最小。
切削速度 vc 增大，切削变形和摩擦产生的热量急剧增多，尽管切屑带走的热量相应增多，但散热 条件并没有改善，因此切削温度显著升高。
进给量 f 增大，产生的热量增加，但同时切削厚度变大，切屑带走的热量增加，而散热条件并未 改善，因此最终切削温度有所升高。
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三、影响切削温度的因素
背吃刀量 ap 增大，产生的热量按比例增加，但同时刀具 的传热面积也按比例增加，显著改善散热条件，因此最终切削 温度仅略有升高。
为了控制切削温度，在需要增大切削用量时，应首先考虑 增大背吃刀量 ap ，其次是进给量 f ，最后是切削速度 vc 。
机械制造基础
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三、影响切削温度的因素
机械制造基础
切削热与切削温度是切削过程中的重要物理 现象之一。切削热与切削温度能改变刀具前刀面 的摩擦系数，从而影响刀具的磨损；同时还会引 起工件变形，影响工件的加工精度和表面质量。 因此，研究切削热与切削温度的产生及变化规律 具有很重要的意义。
`
机械制造基础
2
一、切削热
机械制造基础
切削热是指切削过程中切削区的变形和摩擦消耗能量所产生的热。切削热主要是由工件材料弹塑性
6
三、影响切削温度的因素
机械制造基础
影响切削温度的因素主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具磨损和切削
液等。
1．工件材料
工件材料的强度、硬度、热导率等对切削温度影响较大。工件材料的强度和硬度越高，需要的切削力就 越大，产生的热量就越多，因而切削温度就越高；工件材料的塑性大，切削力也大，切削温度也高。材料的 热导率越大，通过切屑和工件传出的热量就越多，切削温度下降就越快。
切削热与切削温度
⑶周围介质 采用冷却性能好的切削液及采 用高效冷却方式能传导出较多的切削热， 切削区温度就较低。采用喷雾冷却法使切 削液雾化后汽化，将能吸收更多的切削热， 使切削温度降低。 ⑷切屑与刀具的接触时间 外圆车削时，切 屑形成后迅速脱离车刀而落入机床的容屑 盘中，切屑传给刀具的热量相对较少；钻 削或其它半封闭式容屑的加工，切屑形成 后仍与刀具相接触，传导给刀具的热相对 较多。
砂轮切割机在切钢材，火星四射
车间里加工零件产生的铁屑的颜色
精工实习的锤子及其使用的割 据
切削热与切削温度
1：什么是切削热与切削温度 2：切削热的产生和传出 3：切削温度的测量和分布 4：影响切热：在切削加工过程中，由于被切削材 料层的变形、分离及刀具和被切削材料间 的摩擦而产生的热量。 切削温度：切削过程中切削区域的温度（一 般指前刀面与切屑接触区域的平均温度）。 尽管切削热是切削温度上升的根源，但直 接影响切削过程的却是切削温度。
2：切削用量 （1）.切削速度 提高切削速度，切削温度将显著上升。
• 原因一：切削速度提高，单位时间 的金属切除率成正比增多，消耗的 功增大，切削热也会增大，由切屑，
工件与刀具间发生强烈摩擦而产生大量切削热；
故使切削温度上升。 • 原因二：由于切削速度很高，在很短的时间内切屑底层的热来不及向 切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，使切削温度显著升高。 • 注意：随着切削速度的提高到一定程度，切屑流加快，切削产生的热 量来不及传到刀具和工件上就被切屑带走，另外，随着切削速度提高， 切屑变形程度也相应减小，因此切削温度不会随切削速度成倍增长， 从实验结果来看，切削温度大约增加20%—30%
切削热的计算
如果忽略进给运动所消耗的功，并假定主运动所消耗的功全 部转化为热能，则单位时间内产生的切削热能，则单位时 间内产生的切削热可由下式计算
切削温度及其测量方法
三、 切屑变形
研究切削过程的目的在于找出切屑的变 形规律，要说明这些规律，就必须给些 切屑变形程度的表示方法。
切削层金属变形主要是剪切滑移变形， 应此我们用相对滑移来表示切削层变形 程度。
1、 相对滑移
由材料力学知，剪切变形可用相对滑移 来表示。假定平行四边形OHNM受到剪切 变形后成为OGPM,其相对滑移ε可写成 ε =△S/ △y
二、 第一变形区的变形
正如图3.4所示，图中OA、OB、OM均为等应力线， OA线上的应力达最דmax。
当切削层金属的某点P向切削刃逼近到达点1位置时， 由于OA线上的剪切应力ד
已达到材料屈服强度דs，故 点1流动到点2，2’2则为滑移 量。由于塑性变形过程中材料 的强化，不同等应力线上的应 力将依次逐渐增大。OM线上 的应力已达到最大值דmax。
在DA、CB线的两侧还会产生一系列滑移线，但都分别交于D、C处。
图3.2（b）所示情况与 图3.2 （a）的区别仅在于： 切削时，工件上DB线以下还 有基体材料的阻碍，故DB线 以下的材料将不发生剪切滑 移变形即剪切滑移只在DB线 以上沿DA方向进行，DA就 是切削过程的剪切滑移。
当然，由于刀具有前角 及工件间有摩擦作用，剪切 滑移变形会比较复杂罢了。
KC =
Fc AD
N
mm2
式中AD ----切削面积（mm2）
切削力的经验公式
用测力仪测出切削力，再将实验数据加以适当处理，
可以得到切削力的经验公式。切削力的经验公式通常是
以切削深度ap和进给量f为变量的幂函数，其形式如下：
Fc
9.81CFc ap xFc
f
v K yFc nFc
பைடு நூலகம்
车削加工温度检测系统研制
图 ３ 电偶嵌埋位置简 图 热 图４嵌埋 了热 电偶的刀片照片 ２２温度检测系统 的硬件连接 ＿ 首先将 Ｐ Ｉ １ １ 插 人工控机 的 Ｐ Ｉ 槽 内， Ｃ一 ７ ３ Ｃ插 安装 好板卡驱动程 序 及配置软件 。将 布置好热 电儡 的刀片 固定到 刀架 上 ， 将两对热 电偶 的 冷端分别接到两个变送器的输入端。运用研华提供的测试软件对整个 硬件系统进行检测。数据采集系统结构简图如图 ５ 所示。
２ ＶＤＣ ４
图 ２变送 器 接 线 图 ｌ３ ＿数据采集卡 系统使 用 的Ｐ Ｉ１ １ 是研 华公 司生产 的一款基 于 Ｐ Ｉ 线 的３ Ｃ一 ７ ３ Ｃ总 ２ 通道模拟量采集控制卡 ， 它采用 １ 位高速 Ａ Ｄ转换 ， ２ ／ 采样率可达 １０ ／， ０ ＫＳｓ 并 在输 入和 Ｐ Ｉ Ｃ 总线之 间提供 了 ２０ Ｖ的直 流光隔离 保护 ， 于保护 ５０ 用 Ｐ ｃ及外 设免受 输入线 上高压 电的损 害 。Ｐ Ｉ １ １ Ｃ一 ７ ３使用一个 Ｐ Ｉ Ｃ 控制 器作为采集卡与 Ｐ Ｉ Ｃ 总线 的接 口。由于它支持 Ｐ ＰＰｕ ｄＰａ）其基 ｎ （ｌｇａ ｌ ， ｎ ｙ 地址及 中断都 由系统 自动配置。 ２硬件设计 ２１ 测 点 的 布 置 ．检 对 于车削加 工 中切削 区温度 的测量一 直以来是一个 难点 ， 因为传 感 器靠近切削区布置会影响刀尖强度和影 响切削加工精度 ， 因此 ， 我们 避开切削区位置 ， 采用在后刀面嵌埋人 丁热 电偶 的方法 ， 二 在刀 片的后 刀 面开一个宽度 为２ ｍ深为 １ ｍ ｍｍ的矩形槽 ， 分别 在距离刀尖端 ３５ ｍ和 ．ｒ ａ ８ ｍｍ的位 置用 电容放 电的方法点焊在 开设的槽 内， 用导热绝缘硅胶将 热 电偶头部与 刀片预设槽壁绝缘 固牢 。图 ３ 所示为热 电偶嵌埋位置 简 图。图４为嵌埋 了热电偶 的刀片实物 照片。
切削力、切削温度实验1
正交实验法 经过9个点切削过 程后，获得相关 的数据，此时可 以得到最后的三 向切削力综合实 验公式
切削温度测量实验
了解车削时自然热电偶的构成以及采用自然热 电偶进行切削温度实验的原理和方法；
进行切削温度单因素实验或正交实验，了解切 削用量对切削温度的影响规律，获得切削温度 的实验公式； 认知计算机辅助实验硬、软件的系统构成，并 熟悉切削温度实验软件的具体操作。
xFC aSP xFf F f CFf aSP xFsp Fsp CFsp aSP
F Fc CFC
c
(1) ( 2) (3)
数据处理：
单因素实验数据处理 在改变背吃刀量单因素切削力实 验结束后将得到如下的公式：
Fc
同样在进行改变进给量单因素切削力实验和改变切削速 度单因素切削力实验完成后也将得到相类似的公式。
切削力、切削温度
测量实验
机械学院实验中心
切削力测量实验
一、实验目的要求
1.
了解切削测力仪的工作原理、测力方法和实验 系统；
掌握背吃刀量进给量和切削速度对切削力的影 响规律，通过实验求取切削力实验公式； 了解三向切削测力仪软、硬件系统构成，了解 现代化的计算机辅助的实验系统。
2.
3.
车削实验报告
车削实验报告车削实验报告引言：车削是一种常见的金属加工方法，通过旋转工件，利用切削刀具对工件进行切削，从而得到所需形状和尺寸的零件。
本实验旨在探究车削工艺对工件表面质量和尺寸精度的影响，并分析车削过程中的切削力和切削温度变化。
实验设备和方法：实验中使用的设备包括车床、切削刀具、工件和测量仪器。
首先，选择适当的切削刀具，并将其装夹在车床上。
然后，将工件固定在车床上，并根据需要调整车床的进给速度和主轴转速。
在实验过程中，记录下切削力和切削温度的变化，并使用测量仪器对车削后的工件进行表面粗糙度和尺寸的测量。
实验结果与分析：在实验中，我们分别采用不同的切削条件进行车削，包括不同的切削速度、进给速度和切削深度。
通过对实验结果的观察和分析，我们得出以下结论：1. 切削速度对表面质量的影响：随着切削速度的增加，工件表面的质量有所下降。
这是因为较高的切削速度会导致切削刀具与工件之间的摩擦增加，从而引起刀具磨损和工件表面的划痕。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择适当的切削速度，以保证工件表面的质量。
2. 进给速度对尺寸精度的影响：进给速度是指切削刀具在单位时间内对工件的移动距离。
实验结果表明，较高的进给速度会导致工件尺寸的偏差增大。
这是因为较高的进给速度会增加切削刀具与工件之间的摩擦，从而引起切削力的增加和切削过程中的振动。
因此，在车削过程中，需要根据工件的要求和机床的性能选择适当的进给速度，以确保工件的尺寸精度。
3. 切削深度对切削力和切削温度的影响：切削深度是指切削刀具在一次车削中对工件的切削量。
实验结果显示，较大的切削深度会导致切削力的增加和切削温度的升高。
这是因为较大的切削深度会增加切削刀具与工件之间的接触面积，从而增加切削力的大小。
同时，切削过程中产生的摩擦也会导致切削温度的升高。
因此，在车削过程中，需要根据工件的材料和切削刀具的耐磨性选择适当的切削深度，以避免切削力和切削温度过高。
结论：通过本次实验，我们深入了解了车削工艺对工件表面质量和尺寸精度的影响。
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车削时切削温度的测量
一、实验目的及要求
1、掌握用自然热电偶法测量切削区平均温度的方法。
2、研究车削时，切削热和切削温度的变化规律及切削用理（包括切削速度、走刀量f、切削深度ap）对切削θ的影响。
3、用正交试验设计，确定在切削用量的三个因素中，影响切削温度的主次因素。
二、实验内容
用高速钢车刀和45#钢工件组成的热电偶，以正交试验计法实验切削温度的变化规律。
三、实验设备及用具
1、设备：CA6140型变通车床。
2、仪器：VJ37型直流电位差计（或毫伏表）。
3、刀具：高速钢外圆车刀。
4、工件：45#钢。
四、自然热电偶法测量温度的基本原理和方法
用热电偶测量温度的基本原理是：当两种化学成份不同的金属材料，组成闭合同路时，如果在这两种金属的两个接点上存在温度差（通常温度高的一端称为热端，温度低的一端称为冷端）。
在电路上就产生热电势，实验证明，在一定的温度范围内，该热电热与温度具有某种线性关系。
热电偶的特性是：
（1）任何两种不同金属都可配制成热电偶。
（2）任何两种均质导体组成的热电偶，其电动热的大小仅与热电极的材料和两接点的温度T、To有关，而与热电偶的几何形状及尺寸无关。
（3）当热电偶冷端温度保持一定，即To=C时，热电势仅是热端温度T的单值数，E= （t），这样，热电偶测量端的温度与热电势建立了——对应关系。
用自然热电偶法测量切削温度时，是利用刀具与工件化学成份的不同而组成热电偶的两级，如图（一）所示。
（刀具和工件均与机床绝缘，以消除寄生热电偶的两极的影响），切削时，工件与刀具接触区的温度升后，就形成了热电偶的热端，而工件通过同材料的细棒或切屑再与导体连接形成一冷端，刀具由导线引出形成另一冷端，如在冷端处接入电位差计，即可测得热电势的大小，通过热电热——温度的换算从而反映出刀具与工件接触处的平均温度。
为了将测得的切削温度毫伏值换算成温度值，必须事先对实验用的自然热电
偶进行标定热出“毫伏值——温度”的关系曲线，标定装置如图（二）所示，标定时取两根与刀具及工件材料完全相同的金属丝，在其一端进行焊接后，使其组成一对被校热电偶，然后将被校热电偶与标准热电偶放入加热炉内同一位置处，以保证两个热电偶的热端温度相同，与此同时将两个热电偶的冷端，插入有冰块的容器中，以保持冷端恒温0℃，冷端的引出导线分别接入标准电位差计及被校毫伏计上，当炉温升高时，标准热电偶的热电势，通过电位差计，读出它的标准温度值，而自然热电偶的热电势则通过被校毫伏计读出毫伏值。
炉温从室温升至350℃，每间隔50℃读出对应的毫伏值，画成关系曲线就是所求的热电势——温度的标定曲线，如图（三）所示。
标定曲线是换算温度的依据，它的准确程度成热电偶的材质，引出导线的材质、直径、联接形式，炉温控制，冷端的温度以及测试仪表的校正有很大关系。
五、实验步骤
1、安装试件、刀具、接好线路（按图一接）。
2、进行切削用量各要素对切削温度的影响实验。
（1）确定试验指标和试验因素。
a、试验指标：切削温度。
b、试验因素：切削速度V、切削深度ap、进给量f。
（2）确定各因素水平，列出因素水平表。
因素水平表
注：工件直径D为定值。
（3）选用L（3）正交表，进行试验。
切削温度试验结果表
注：（1）I（或II、或III）为各因素在1（或2、或3）水平下所得切削温度θ的数据和。
（2）R为I、II、III之间的极差。
（2）根据极差R的厌上，确定影响切削温度的主、次因素。