车削基本知识

车削基本知识
工件表面是工件与刀具在机床上通过相对运动而形成的。

4.1.1车削运动与工件上的加工表面
（1）车削运动
车削运动包括主运动与进给运动，如图1-10所示为外圆的车削运动和表面形成。

主运动：由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件，从工件上直接切除金属。

它具有切削速度高，消耗功率大的特点。

工件的旋转就是车削时的主运动。

进给运动：由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动，使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成所需几何特性的加工表面。

刀具的移动就是车削时的进给运动。

（2）加工表面
切削加工过程是一个动态的过程，在这一过程中，随着刀具与工件相对运动的进行，工件表层的被切削金属层被连续不断地切下来，变成切屑。

同时，在工件上有三个不断变化着的表面，它们是：
待加工表面：工件上有待加工的表面。

已加工表面：工件经切削后产生的表面。

过渡表面：工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里被切除，或由下一切削刃切除。

4.1.2切削用量三要素与切削用量选择
切削速度Ve、进给量f(或进给速度Vf)、背吃刀量ap称为切削用量的三要素。

确定切削用量时，应在保证加工质量（表面粗糙度和加工精度）要求下，在工艺系统刚性允许的情况下，在充分发挥机床功率和发挥刀具切削性能时的最大切削量。

在粗加工时，工件的加工精度和表面质量要求不高，毛坯的加工余量大，选择切削用量时，主要考虑提高切削加工的生产率和适当控制刀具的磨损，应选择较大的背吃刀量ap。

采用一次或二次走刀，就把本工序中的加工余量切除掉。

在精加工时，应重点保证工件的加工精度和表面质量，故应选较小进给量，并尽可能地选用较大的切削速度。

进给量和切削速度的选择应与所用机床的功率和刀具情况相适应。

具体可查手册。

4.1.3金属切削过程中的物理现象。

金属切削过程是指在机床上利用刀具，通过刀具与工件之间的相对运动．从工件上切下多余的金属，从而形成切屑和已加工表面的过程。

在这个过程中，会产生一系列象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。

（1）切屑的形成与积屑瘤
1）切屑的形成与切削变形区
塑性金属切削过程在本质上是被切削层金属在刀具的挤压作用下产生变形并与工件本体分离形成切屑的过程。

如图1-11所示，切削过程是伴随着切削运动进行的。

随着切削层金属以切削速度Vc向刀具前刀面接近，在前刀面的挤压作用下，被切金属产生弹性变形，并逐渐加大，其内应力也在增加。

当被切金属运动到图1-11的OA线时，其内应力达到屈服点，开始产生塑性变形，金属内部发生剪切滑移。

OA称为始滑移线（始剪切线）。

随着被切金属继续向前刀面逼近，塑性变形加剧，内应力进一步增加，到达OM线时，变形和应力达到最大。

OM称为终滑移线（终剪切线）。

切削刃附近金属内应力达到金属断裂极限而使被切金属与工件本体分离。

分离后的变形金属沿刀具的前刀面流出，成为切屑。

对照上述切削变形的分析，我们可按变形程度将切削变形划成三个变形区：
从OA线开始发生剪切滑移塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成，这一区域（I）称为第一变形区。

切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层靠近前刀面处的金属纤维化，其方向基本上和前刀面平行。

这一区域（II）称为第二变形区。

已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦和回弹作用，造成纤维化与加工硬化，这一区域（III）称为第三变形区。

三个变形区各具特点．又相互联系、相互影响。

切削过程中产生的许多现象均与金属层变形有关。

在切削过程中，变形程度越大，工件的表面质量越差，切削过程中所消耗的能量越多。

2）切屑的种类
切削加工中，当工件材料、切削条件不同时，会形成不同的切屑。

按其形态不同，可分为图1-12所示的四种类型。

图1-12 切屑类型
3）积屑瘤
在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位都附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，或称刀瘤，如图1-13所示。

在形成积屑瘤的过程中，金属材料因塑性变形而被强化。

因此，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。

积屑瘤的存在，增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，粗加工时希望产生积屑瘤。

但是积屑瘤会导致切削力的变化，引起振动，并会有一些积屑瘤碎片部附在工件己加工表面上，使表而变得粗糙，故精加工时应尽量避免积屑瘤产生。

因此，一般精车、精铣采用高速切削，而拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削，以避免形成积屑瘤。

选用适当的切削液，可有效地降低切削温度，减小摩擦，也是减少或避免积屑瘤的重要措施之一。

（2）切削力和切削功率
切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力。

切削力所作的功就是切削功。

1）切削力
切削力来源有两个方面：即切削层金属变形产生的变形抗力和切屑、工件与刀具间摩擦产生的摩擦抗力。

如图1-14为切削力的来源。

切削力是一个空间力，大小和方向都不易直接测定。

为了适应设计和工艺分析的需要，一般把切削力分解，研究它在一定方向上的分力。

图1-14 切削力的来源图1-15切削力分解
如图1-15所示，切削力 F可沿坐标轴分解为三个互相垂直的分力 Fc、Fp、Ff。

l）主切削力Fc：切削力在卞运动方向上的分力。

2）背向力Fp：切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力。

3）进给力Ff：切削力在进给运动方向上的分力。

它们的关系是：
车削时，主切削力是最大的一个分力，它消耗切削总功率的95％左右，背向力在车外圆时不消耗功率，进给力作用在机床的进给运动机构上，消耗总功率的5％左右。

切削力的大小是由很多因素决定的，如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀
具材料等。

在一般情况下，对切削力影响比较大的是工件材料和切削用量。

（3）切削热和切削温度
金属切削过程中消耗的能量除了极少部分以变形能留存于工件表面和切屑中，基本上转变为热能。

大量的切削热导致切削区域温度升高，直接影响刀具与工件材料的摩擦系数、积屑瘤的形成与消退、刀具的磨损、工件的加工精度和表面质量。

1）切削热
在切削过程中，由于绝大部分的切削功都转变成热量，所以有大量的热产生，这些热称为切削热。

切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围的介质（如空气）传出。

各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等。

实验结果表明，车削时的切削热主要是由切屑传出的。

切削热传出的比例是：切屑传出的热约为50％～86％；工件传出的热约为40％～10％；刀具传出的热约为9％～3％；周围介质传出的热约为1％。

传入切屑及介质中的热量越多，对加工越有利。

传入刀具的热量虽不是很多，但由于刀具切削部分体积很小，因此刀具的温度可达到很高（高速切削时可达到1000℃以上）。

温度升高以后，会加速刀具的磨损。

传入工件的热可能使工件变形，产生形状和尺寸误差。

在切削加工中要设法减少切削热的产生、改善散热条件以及减小高温对刀具和工件的不良影响。

2）切削温度
切削温度一般是指切屑与刀具前刀具面接触区的平均温度。

切削温度的高低，除了用仪器进行测定外，还可以通过观察切屑的颜色人致估计出来。

例如，切削碳钢时，随着切削温度的升高，切屑的颜色也发生相应的变化，淡黄色约200℃，蓝色约320℃。

切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何形状等因素的影响。

切削速度对切削温度影响最大，切削速度增大，切削温度随之升高：进给量影响较小；背吃刀量影响更小。

前角增大，切削温度下降，但前角不宜太大，前角太大，切削温度反而升高；主偏角增大，切削温度升高。

（4）刀具磨损和刀具耐用度
一把刀具使用一段时间以后，它的切削刃变钝，以致无法再使用。

对于可重磨刀具，经过重新刃磨以后，切削刃恢复锋利，仍可继续使用。

这样经过使用一磨钝一刃磨锋利若干个循环以后，刀具的切削部分便无法继续使用，而完全报废。

刀具从开始切削到完全报废，实际切削时问的总和称为刀具寿命。

1）刀具磨损的形式与过程
刀具正常磨损时，按其发生的部位不同可分为三种形式，即后刀面磨损、前刀面磨损、前刀面与后刀面同时磨损（图1-16中 VB代表后刀面磨损尺寸）。

随着切削时间的延长，刀具的磨损量不断增加。

但在不同的时间阶段，刀具的磨损速度与实际的磨损量是不同的。

图9-17反映了刀具的磨损和切削时间的关系，可以将刀具的磨损过程分为三个阶段，第一阶段（OA段）称为初期磨损阶段，第二阶段（AB段）称为正常磨损阶段，第三阶段（BC段）称为急剧磨损阶段。

经验表明，在刀具正常磨损阶段的后期、急刷磨损阶段之前，换刀重磨为最好。

这样既可保证加工质量又能充分利用刀具材料。

增大切削用量时切削温度随之增高，将加速刀具磨损。

在切削用量中，切削速度对刀具磨损的影响最大。

此外，刀具材料、刀具几何形状、工件材料以及是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损。

适当加人刀具前角，由于减小了切削力，可减少刀具的磨损。

2）刀具耐用度
刀具的磨损限度，通常用后刀面的磨损程度作为标准。

但是，生产中不可能用经常测量后刀面磨损的方法来判断刀具是否已经达到容许的磨损限度，而常规是按刀具进行切削的时间来判断。

刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间称为刀具耐用度，以T表示。

粗加工时，多以切削时间（min〕表示刀具耐用度。

例如，目前硬质合金焊接车刀的耐用度大致为60min，高速钢钻头的耐用度为80～120min，硬质合金端铣刀的耐用度为120～180min，齿轮刀具的耐用度为200～300min。

精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具的耐用度。