金属切削实验指导教程解析

第一编传统加工技术

传统加工技术是指用传统的通用加工机床进行加工的方法，如车、铣、鉋、磨等。传统加工技术适用于中、小规模生产，特别是小规模生产，其特点是设备投资少，生产成本低，对机床的操作掌握相对容易，但生产效率较低。目前，在工业生产中，应用最为广泛、使用最多的加工手段仍然是传统加工制造技术。

目前世界上有80％的产品零件是用传统加工方法完成的。传统加工的工艺装备主要有通用车床、通用铣床、通用鉋床、通用磨床和通用齿轮加工设备等。传统加工技术主要是研究金属切削原理、金属切削刀具、金属切削机床和机械制造工艺等内容，同时，金属切削原理、金属切削刀具和机械制造工艺学的研究内容也是现代加工技术的基础数据和资料，因此，即使目前现代加工技术方兴未艾，但传统加工技术的研究内容仍然是非常重要的。

本篇讲述的主要内容就是在概述基础理论的基础上，通过典型实验来介绍实验仪器和设备的原理、结构和使用；完成相应实验的步骤和方法；实验数据的处理以及实验图表的制作，同时明确实验的目的和意义。

第二章金属切削原理与刀具

2.1 切削概述

切削加工的方法很多，切削过程也不尽相同，但大多都有共同的规律，诸如切削刀具（或工具）与工件之间都所具有相对运动（即切削运动），切削过程都要产生一些物理现象等等。

金属切削原理与刀具是研究金属切削过程的变形规律、切削力的产生与计算、切削力的测量、切削刀具的几何参数与切削力和零件表面质量的关系、刀具材料与刀具的使用寿命以及生产率和生产成本等内容。研究和掌握这些基本规律，是学习和分析各种切削加工方法的基础，也是拟订各种技术规范的理论依据。

2.2 车削力

车削力是最具代表性的切削力，下面以车削力为代表，阐述一下车削力的产生和测量及计算方法，以达到举一反三的功效。

2.2.1车削力的产生及计算

一、车削力的产生

研究车削力的目的是为了生产上的需要，要正确的设计和使用机床、刀具和夹具，防止加工时工件变形过大和引起振动，就必须对车削力的大小和方向进行研究和掌握。

车削时，抵抗材料弹性---塑性变形所形成对前刀面的正压力N前和切削滑出时对前刀面的磨擦力F前，工件对后刀面的正压力N后和磨擦力F后，这些作用在刀具上的力的合力F被称为车削过程的切削力。

车削力F是一个受很多因素影响的空间力，它的大小和方向很难直接测出。车削时，一般把切削力F分解成空间直角坐标上的三个切削分力（F c、F p、F f）

如图2-2-1所示。其中F

c 为垂直切削分力，方向垂直水平方向，消耗机床绝大部分（95％以上）功率，故被称为主切削力，是计算机床动力、工艺装备强度和刚度时的必备数据；F f 为走刀抗力，是切削力F 在走刀方向上的分力，切削时，走刀速度比切削速度慢得多，所以消

耗功率很少（约占1—5％），F f 作用在走刀

机构上，是设计机床走刀机构的必要数据；F p 为吃刀抗力，这是切削力F 在吃刀方向上的分力，由于切削时这个方向的速度是零，所以F p 不作功，F p 作用在工件的径向上，会把工件在水平方向顶弯，并引起振动，F p 引起工件的变形，影响工件的加工精度和光洁度远较F c 为大。

由图2-2-1知，总切削力F 和切削分力之间有如下关系：

2

22f p c F F F F ++= （2—1）

一般情况下F c ：F p ：F f =1：（0.45—0.65）：（0.35—0.55），将这一数值代入公式（2—1）有

2

22f p c F F F F ++==c c F F 15.1)35.045.01(222=++

可见，主切削力F c 差不多等于合力F 。因此，在实际应用上计算切削力或功率以及研究切削力时，可以用主切削力代替合力。 二、车削力的计算

目前车削力的理论计算公式有很多种，但由于一方面精度不高，另一方面理论公式比较繁杂，应用价值不高，这里就不作介绍了。在实际工作中，特别是在工程实践中多使用经验公式，因此这里重点介绍车削力的经验公式。

车削力的经验公式是用试验方法求出各因素变化时的切削力的数据，然后将试验数据加以整理，将主要的因素列成经验公式、将次要的因素列成经验公式的修正系数，供实际工作中使用。这种车削力计算方法使用方便，精度较高，所以在实际工作中应用广泛。

在求车削力的经验公式时，先假定其它切削条件不变，只改变其中一个因素，求出每个单因素影响的公式，然后再综合起来求出总公式，即为车削力的经验公式。当工件材料、刀具几何形状、切削速度等条件不变时，则车削力仅与进给量f 和切削深度a p 有关。现以主车削力F c 为例，举例说明经验公式的求法。在确定

F c 和f 、a p 之间的关系时，为了简化问题，首先分别研究F c 和f 、a p 之间的关系，然后综合研究F c 和f —a p 之间的关系。 1、F c —a p 之间的关系

在切削某种给定的钢材时，其它因素不变，只改变切削深度a p 。根据测力仪所测的不同a p 时的F c ,将a p 的数值及F c 的数值都画在对数坐标内，此时在对数坐标的曲线必然接近直线。我们先假定F c —a p 曲线的方程为：

Fc

p x p

c C F αα= (2—2)

式中：p C α—系数；

Fc x —a p 的切削力指数； 将式(2—2)两边取对数，得

)lg(lg Fc p x

p c C F αα=

Fc

p x p

C ααlg lg +=

p Fc x C p ααlg lg += （2—3）

此式在双对数坐标内为一直线，p C αlg 为直线在双对数坐标内的纵截距，c

F x 为该直线的斜率，参见图2-2-2。 2、F c —f 之间的关系

同上理，其它因素不变，只改变进给量f 。我们先假定F c —f 曲线的方程为：

Fc Y f c f C F = （2—4）

式中：f C —系数；

Fc y —f 的切削力指数； 将式(2—4)两边取对数，得

)lg(lg Fc Y f c f C F =

Fc Y f f C lg lg +=

f

Y C Fc f lg lg += （2—5）