切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
1.理解：进给运动对刀具 刀具角度参考系及刀具角度 的定义 工作角度的影响；常 用刀具材料的种类及 特点 2.掌握：切削运动、切削 层参数、切削用量等 基本概念；刀具切削 部分的构造和刀具角 度的定义
第二章 切削过程及其控制
刀具材料应具备的性能
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
• 耐磨性表示抵抗机械磨损、磨料磨损、粘
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
切削加工必须具备的三个条件：
• 1.刀具与工件之间要有相对运动 • 2.刀具具有适当的几何参数，即切削角度 • 3.刀具材料具有一定的切削性能
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
2.1
金属切削刀具基础
金属切削的基本知识
一、切削运动
二、工件加工表面
• 陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比，具有 下列优点： • 1）可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工 材料 • 2）可进行粗车及铣、刨等大冲击间断切削 • 3）耐用度可提高几倍至几十倍 • 4）切削效率提高3~10倍，可实现以车、铣 代磨
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
刀具材料的选择
2.1金属切削刀具基础
高速钢刀具
第二章 切削过程及其控制
硬质合金 例
钨钴类 （YG） 钨钛钴 类（YT）
2.1金属切削刀具基础
陶瓷材料
人造金刚石
YG3、 YT5、 YG6 YT15 硬度
第一章 金属切削过程及其控制(第一节)
轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
轨迹法形成发生线需要一个独立的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——轨迹法
轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
刀具切削刃与工件表面之间为点接触，通过刀具与工件之 间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。 被加工表面的形状精度主要取决于机床切削运动的精度。 刀尖轨迹法是利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖 轨迹获得零件所需表面的方法。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 切削层是指在切削过程中，刀具的切削刃一次走刀所切
除的工件材料层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。
切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具承 受的负荷以及刀具的磨损。
第一章 金属切削过程及其控制
为：简单成形运动和复合成形运动。
简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运
动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。
一般以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动的形式出现，
用A表示直线运动，用B表示旋转运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
的，也可以是断续进行的，可以由工件完成，也可以由刀具完成，可
以是简单运动，也可以是复合运动。
第一章 金属切削过程及其控制 （一）切削成形运动与加工表面 按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。 主运动：提供切削可能性的运 动。（速度最高，动力消耗最 大，有且只有一个） 进给运动：提供继续切削可能 性的运动。（速度低，有一个 或几个）
机械加工过程中的切削力预测与控制
机械加工过程中的切削力预测与控制机械加工是制造业中非常重要的一个环节，其中切削过程是加工的核心。
对于机械加工中的切削力预测与控制，这是一个至关重要的课题。
切削力的准确预测与控制，不仅可以提高机械加工的效率和质量，还可以延长刀具的使用寿命，降低加工成本。
1. 切削力的影响因素在机械加工过程中，切削力的大小受到多种因素的影响。
首先是材料的物理性质，比如硬度、塑性等。
不同的材料在切削过程中会产生不同的切削力。
其次是刀具的材料和几何形状。
刀具的硬度、刃磨角度等参数都会对切削力产生影响。
此外，切削速度、进给速度、切削深度等操作参数也会对切削力造成影响。
2. 切削力预测的方法为了准确预测切削力的大小，研究者们提出了多种方法。
其中，理论模型是一种常用的方法。
通过对切削过程中材料去除的研究，可以建立数学模型来描述切削力的大小。
此外，实验方法也是一种常见的手段。
通过在机械加工过程中测量切削力的大小，并根据实验数据建立统计模型，可以预测切削力的大小。
最近，人工智能技术的发展也为切削力预测提供了新的思路。
通过机器学习算法，可以利用大量的数据进行训练，从而预测切削力的大小。
3. 切削力的控制策略切削力的控制是提高机械加工效率和质量的重要手段。
首先，合理选择切削参数是切削力控制的关键。
根据不同的材料和工件，在保证切削质量的前提下，选择适当的切削速度、进给速度和切削深度，可以减小切削力的大小。
其次，合理选择刀具也是切削力控制的重要手段。
选择具有合适的刀具材料和几何形状，可以降低切削力的大小。
此外，合理润滑也是切削力控制的一种方式。
通过合理选择润滑剂和调整润滑方式，可以减小切削力的大小。
4. 切削力预测与控制的挑战与前景虽然切削力预测与控制在理论和实践方面已经取得了一定的成果，但仍然存在一些挑战。
首先，切削力的预测和控制需要考虑材料、刀具和切削参数等多个因素的综合作用，这需要各个领域的专家和研究者共同合作。
其次，切削力的预测和控制需要大量的实验数据和计算资源支持，这对于一些中小型企业来说可能是一个困难。
切削过程及控制
塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了， 之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是 晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变 形区（Ⅰ）。
图3－2 金属切削过程中的滑移线和流线示意图
进一步受到 前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存 在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前 刀面处的金属发生“纤维化”的二次变形。 这部分区域称为第二变形区（Ⅱ）。
二、切削力的实验公式
➢切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常
供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。
➢常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算，另一
类是按单位切削力进行计算。
➢在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。不同的加工
方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册 中查得。车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表。
➢若已知单位切削力kc ，即可求得单位切削功率ps。表3-1为
硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功 率。实际切削条件与表中不符时 ,必须引入修正系数加以修正， 有关修正系数可参见相关手册。
➢在实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。
三、影响切削力的因素
1. 工件材料 2. 切削用量
图3－12 积屑瘤高度与切削速度关系示意图
4）积屑瘤对起削过程的影响
❖实际前角增大（图3-13）； ❖增大切削厚度（图3-13） ； ❖使加工表面粗糙度增大； ❖对刀具寿命的影响。
一般积屑瘤对切削加工过程的影响是不利 的，在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生， 但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。
➢单元(粒状)切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前提下, 当进一
步降低切削速度，增大进给量，减小前角时则出现单元(粒 状)切屑(图3-15c)。
3.1 切削过程及切削类型
2 、切屑控制
切屑控制：在切削加工中采取适当的措施来控制切屑 的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。
“不可接受”的切屑：切削条件恶劣导致。影响主要 有拉伤工件的已加工表面，使表面粗糙度恶化；划伤 机床；造成刀具的早期破损；影响操作者的安全。
❖ 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切 屑卷曲和折断。
(3).单元切屑
又名粒状切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前 提下, 当进一步降低切削速 度，增大进给量，减小前 角时则出现单元(粒状)切屑
单元切屑
☆ 、带状切屑、挤裂切屑、单元切屑的比较
➢这三种切屑只有在加工塑性材料时才有可能得到。 ➢带状的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动
最大。 ➢生产中最常见的是带状，有时得到挤裂切屑，单
元切屑则很少见。 ➢挤裂切屑如减小刀具前角，减低切削速度，或加
大切削厚度，则得到单元切屑，反之，可得到带 状切屑。
(4).崩碎切屑
➢切削脆性金属(铸铁)时，常见
的呈不规则细粒状的切屑，加
工表面凸凹不平。产生这种切
屑会使切削过程不平稳，易损
坏刀具，也有损于机床，使已
加工表面粗糙。工件材料越是
崩碎切 屑
❖ 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果（图3-7）
❖断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置， 图3-8）
图3-7 切屑的卷曲
图3-8 断屑的产生
“可接受”的切屑标准：不妨碍正常的加工，即不 缠绕在工件、刀具上，不飞溅到机床运动部件中； 不影响操作者的安全；易于清理、存放和搬运。
三个变形区
第一变形区 第二变形区 第三变形区
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
图 切削部位三个变形区
切削过程
图1-35 卷屑槽的卷屑机理
15
图1-36
卷屑槽的截面结构
16
图1-37 卷屑槽方向
图1-38 刃倾角对排屑方向的影响
17
图1-39
C形屑折断形式
18
图1-40 精车时的长螺卷屑
19
图1-41 发条状切屑碰到工件切削表面上折断
20
图1-42 C形切屑撞在工件上折断
21
图1-43 切屑碰在后刀面上折断
①脆性刀具材料破损 刀具破损前，刀具切削部分无明显的塑性变形，称为脆性破 损。硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具材料的硬度 高、脆性大常发生脆性破损，一般表现分为以下几种形式： 崩刃、 碎裂、 剥落、热裂。
②塑性刀具材料破损 由于高温高压的作用，刀具会因切削部分发生塑性流动而迅 速失效，称为塑性破损。形式：卷刃（塑性变形使刀具几何 角度）变化）、烧刃（刀具材料金相组织变化）。
22
1.2.3 切削力
（1）切削力的来源
图1-44 切削力的来源
23
（2）切削合力和分力
切削力分解为三个互相垂直的分力： 切削力Fcc——切削合力在主运动方向上的分力， 或称切向分力。 背向力Fp—— 切削合力在垂直于工作平面上的分力， 或称径向力。 进给力Ff—— 切削合力在进给方向上的分力， 或称轴向力。
6
（4）剪切滑移变形的度量 一般采用剪切角φ 、变形系数∧h和剪应变ε 三个参 数来衡量。
图1-22 金属切削层滑移过程示意图
7
变形系数定义为切屑厚度hch与切削层厚度hD之比， 或用切削层长度lc与切屑长度lch之比。
图1-23 变形系数Λ h的计算参数
8
剪应变也称相对滑移，ε =NP/MK 。
机械制造复习题 (2)
机械制造技术复习题第二章切削过程及其控制复习题答案一、填空题：1.切削加工是利用切削刀具从毛坯上切下多余的材料，所得到的形状、尺寸、精度和表面粗糙度的加工方法。
2.车削的主运动是工件的旋转运动，钻削的主运动是钻头的旋转运动，牛头刨床的主运动是刀具的往复运动。
3.切削用量包括切削速度、切削深度和进给量。
4.车刀切削部分包括：三面、两刃、一尖，三面是指：前刀面、主后刀面、副后刀面；两刃是指：主切削刃、副切削刃；一尖是指：刀尖。
5.在刀具结构中，切屑流过的刀面称为：前刀面。
6.前角是指前刀面与基面的夹角，前角越大，刀具越锋利。
7.后角是指主后刀面与切削平面间的夹角，后角的主要作用是减少刀具与加工表面的摩擦。
8.主偏角是指主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，它决定了主切削刃的工作长度、刀尖强度和径向力。
9.在切削平面中测量的主切削刃与基面的夹角是刃倾角。
10.影响刀头强度和切屑流出方向的刀具角度是刃倾角。
11.切断刀切断进给时其工作前角变大，工作后角变小。
12.刀具安装位置对刀具的氏作角度有影响，倾角为零时，切削刃高于工件中心，则工作前角变大，工作后角变小13.当刀杆中心线与进给予方向不垂直且逆时针方向转动时，工作主偏角变大，工作副偏角变小。
14.从形态上看，切屑可分为带状切屑、挤裂切屑、单元切削和崩碎切屑四种类型。
15.在形成挤裂切屑的条件下，若减小刀具前角、降低切削速度、加大切削厚度，就可能变为单元切屑。
16.靠前刀面的变形区称为第二变形区，这个变形区主要集中在与前刀面接触的切屑底面一薄层金属。
17.在已加工表面处形成的显着变形层（晶格发生纤维化）是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦所造成的，这一变形层称为第三变形区。
18.经过塑性变形后形成的切屑，其厚度h ch通常都要大于工件上切削层的厚度hD，而切屑长度Lch通常小于切削层长度Lc。
19.切削过程中金属的变形主要是剪切滑移，所以用相对滑行移量的大小来衡量变形程度要比变形系数精确些。
薄板件切削加工控制变形的工艺措施
薄板件切削加工控制变形的工艺措施薄板件切削加工中，由于切削力的作用和高温导致的热变形，往往会造成加工件的变形。
为了控制薄板件切削加工过程中产生的变形，可以采取以下几种工艺措施：1.选用合适的刀具材料和几何形状。
几何形状的选择应尽量减小切削力，减少切削热量，避免引起变形。
刀具材料应具有良好的刚性和热稳定性，能够在高温和高压力环境下保持初始形状。
还可以使用专门设计的刀具，如弯刀和弹簧刀具，来控制变形。
2.控制切削条件。
切削速度、进给量和切削深度等参数的选择对于控制变形非常重要。
通常情况下，选择较低的切削速度和较大的进给量可以降低切削力和热量，从而减少变形的发生。
采用多道次的切削加工方式，可以减小每次加工时的变形量。
3.采用适当的固定装夹方法。
薄板件在切削加工时很容易因为装夹不稳而产生变形。
为了确保薄板件在切削加工过程中保持稳定的形状，应选择合适的装夹方式，并采用足够的固定力。
可以考虑使用专门的夹具和支撑装置，以提高装夹的精度和稳定性。
4.采用适当的冷却方式。
薄板件在切削加工中由于高温容易产生变形，因此应采取有效的冷却措施来降低工件的温度。
常用的冷却方式包括切削液冷却和气体冷却等。
选择合适的冷却剂和冷却方式，可以有效地控制加工过程中的温度变化，减小变形的发生。
5.采用适当的工艺补偿。
在薄板件切削加工的过程中，可以通过工艺补偿来控制变形。
工艺补偿是指在加工过程中对薄板件进行适当的矫正，以消除或减小由于切削力和热变形引起的形状变化。
具体的工艺补偿方法包括后切削矫正、模具设计和热补偿等，可根据实际情况选择合适的补偿方法。
通过以上的工艺措施，可以有效地控制薄板件切削加工过程中产生的变形，保证加工件的质量和精度。
在具体应用中，需要结合具体的工件材料、切削条件和加工要求等因素来选择合适的方法和措施。
金属切削过程及控制
第3章金属切削过程及其控制3.1 概述■金属切削过程通过刀具从被加工表面切除多余材料而获得预定的尺寸精度和形状、位置精度的过程。
■金属切削过程中所涉及的主要问题●工件材料及其切削加工性能●切削力、切削热●刀具材料、角度●刀具变形、磨损●积屑瘤、残余应力●切屑控制3.2 金属切削加工的基本概念Basic Concepts About Metal Cutting■主运动v c（T——直线运动R——回转运动）■进给运动v f■合成切削运动v e■定位调整运动3.2.2 加工表面■待加工表面■已加工表面■过渡表面3.2.3 切削用量切削用量——切削时各种参数的总称。
包括：切削三要素●切削速度●进给量●背吃刀量（切削深度）■切削速度v c单位时间内工件和刀具沿主运动方向的相对位移。
切削速度的单位为m/s，用v c 表示。
●主运动为回转运动（R）时Vc=πdn/1000*60n——主运动（工件或刀具）的转速（r/min）；d——工件或刀具接触部位的最大直径（mm）。
●主运动为往复直线运动（T）时，Vc=2Ln/1000*60L——每次往复运动的行程长度（mm）；nr——主运动每分钟的往复次数（str/min）。
■进给量 f主运动一个循环（回转一周或往复一次），工件与刀具沿进给方向上的相对位移。
进给量用 f 表示，单位是mm/r 或mm/str。
每齿进给量fz （对多点刀具）f=z*f z进给速度V f=n*f=n*z*f z■背吃刀量（切削深度）ap主切削刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值——已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。
3.2.4 切削层截面参数■切削层（公称）厚度■切削层（公称）宽度■切削层（公称）横截面积3.3 金属切削刀具Metal Cutting T ools3.3.1 刀具结构●外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成●车刀的切削部分由3个刀面、2个刀刃和1个刀尖组成刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合3.3.2 刀具标注角度参考系（刀具静止参考系）设计标注、刃磨、测量刀具角度的基准.⑴基面Pr ：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。
机械切削加工过程的应力分析与控制
机械切削加工过程的应力分析与控制机械切削加工是一种常见的金属加工方法，旨在通过机械力将材料从工件中剥离，以达到通过去除材料的方法来加工出所需的形状和尺寸。
然而，在这个过程中，会产生大量的应力，可能会对工件和刀具产生一系列不利影响。
因此，对机械切削加工过程的应力进行分析和控制，对于提高加工质量和效率具有重要意义。
首先，机械切削加工过程会导致工件表面的剪切应力和剪切应变。
剪切应力和剪切应变是由于切削刃尖端对工件进行切削时所产生的力和力矩引起的。
这些应力和应变可能导致工件表面的塑性变形或破坏，从而影响到工件的表面质量和尺寸精度。
因此，在机械切削加工过程中需要对切削参数进行优化，以减小剪切应力和剪切应变的大小，从而提高加工质量。
其次，机械切削加工过程还会引起刀具和工件的热应力。
在切削加工时，由于切削刃尖端与工件之间的摩擦和变形，会产生大量的热量。
这些热量会使刀具和工件局部温度升高，从而导致热膨胀和热收缩，产生热应力。
热应力会对刀具和工件的寿命和加工精度产生不利影响，因此需要通过选择合适的冷却液和优化切削参数来控制热应力的大小，以提高切削加工的效率和效果。
此外，机械切削加工过程还会引起工件材料的残余应力。
残余应力是指在切削加工过程中，由于材料的去除和形变所导致的应力，这些应力会在加工完成后留存在工件中。
残余应力的存在可能导致工件的变形和破坏，影响到工件的装配和使用性能。
因此，在机械切削加工过程中，需要通过选择合适的切削参数和工艺，以减小残余应力的大小，从而提高工件的加工质量。
最后，机械切削加工过程的应力分析和控制还需要考虑切削液的选择和使用。
切削液的主要功能是冷却、润滑和去除切屑。
通过选择合适的切削液，可以有效降低切削温度，减小摩擦和磨损，从而降低了切削过程中产生的应力和能量消耗。
切削液的选择还应考虑材料性质、加工条件和环保要求等因素，并采取相应的控制措施，以保证切削加工过程的顺利进行。
综上所述，机械切削加工过程的应力分析和控制对于提高加工质量和效率具有重要意义。
金属切削过程及其控制
分类 ①钨钴类硬质合金 K（ YG ）类（WC＋Co） 牌号：YG8、YG6、YG6X 、YG3、YG3X 特点： 强度、韧性好，耐磨性、耐热性稍差。
Co含量↑→抗弯强度↑、韧性↑、耐磨性↓。
用途：加工铸铁和有色金属等脆性材料。
14
常用硬质合金的牌号及其应用范围
牌号
应用范围
YG3X 硬度 、
4）高的耐热性（热稳定性）
在高温下保持： 硬度、耐磨性、强度、韧性、化学稳定性。
5）良好的热物理性能和耐热冲击性能
刀具材料的导热性要好，不会因受到大的热冲击，产 生刀具内部裂纹而导致刀具断裂。
6）良好的工艺性和经济性
刀具材料应具有好的锻造性能、热处理性能、焊接性 能、磨削加工性能等。而且要追求高的性能价格比。
26
（3）金刚石烧结体 在硬质合金基体上烧结一层约0.5mm厚的聚晶金刚
石。 特点：强度较好，能进行断续切削，可多次刃磨。 主要用于有色金属的高速精细切削。 金刚石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化， 用金刚石刀具进行切削时须对切削区进行强制冷却。 金刚石刀具不宜加工铁族元素，因为金刚石中的碳 原子和铁族元素的亲和力强，刀具寿命低。
铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削
②钨钛钴类硬质合金 P（ YT ）类（WC＋TiC
＋Co）
牌号： YT5、YT14、YT15、YT30 特点：耐磨性、耐热性好，强度、韧性较差。
TiC含量↑→耐磨性↑ 抗弯强度↓ 、韧性↓。
用途：高速切削结构钢和合金钢等塑性材料。
常用硬质合金的牌号及其应用范围
２）高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其它难加工
材料的高速切削。
23
聚晶立方氮化硼 (PCBN)
切削过程及控制
（3）刀具几何参数 （4）刀具磨损
1)前角γo↑→塑性变形和摩擦 ↓→切削温度↓（图）。但前角 不能太大，不然刀具切削部分 旳锲角过小，容热、散热体积 减小，切削温度反而上升。 2)主偏角κr↑→切削刃工作接触 长度↓，切削宽度bD↓，散热条 件变差，故切削温度↑（图）。
（5）切削液
利用切削液旳润滑功能 降低摩擦系数，降低切削热 旳产生，也可利用它旳冷却 功用吸收大量旳切削热，所 以采用切削液是降低切削温 度旳主要措施。
1-硬质点磨损； 2-粘结磨损；3-扩散磨损；4-化学磨损
三、刀具磨损过程及磨钝原则
1.刀具磨损过程 2.刀具旳磨钝原则
图3-30
•早期磨损阶段（Ⅰ） •正常磨损阶段（Ⅱ） •剧烈磨损阶段（Ⅲ）
刀具磨损到一定程 度就不能继续使用，这 个磨损程度称为磨钝原 则。磨钝原则旳详细数 值可从切削用量手册中 查得。
第三章 切削过程及控制
在金属切削过程中，一直存在着刀具切 削工件和工件材料抵抗切削旳矛盾，从而产 生一系列物理现象，如切削变形、切削力、 切削热与切削温度以及有关刀具旳磨损与刀 具寿命、卷屑与断屑等。
研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理 论, 对有效控制切削过程、确保加工精度和表 面质量，提升切削效率、降低生产成本，合理 改善、设计刀具几何参数，减轻工人旳劳动强 度等有主要旳指导意义。
图 切削厚度与变形系数旳关系
图 前角对变形系数旳影响
图 刀尖圆弧半径对变形系数旳影响
八、切屑旳类型
图3－15 切屑类型
a) 带状切屑 b) 挤裂切屑
图3－15 切屑类型
C）单元切屑 d ) 崩碎切屑
九、已加工表面旳形成过程
图3－16 已加工表面旳形成过程
第二节 切削力
《机械制造技术基础》切削过程及其控制教案
《机械制造技术基础》切削过程及其控制教案教案标题：《机械制造技术基础》切削过程及其控制教案内容：一、教学目标：1.了解切削过程的基本概念和原理；2.掌握切削过程的分类及其特点；3.熟悉切削力的计算方法；4.了解切削热和其对切削过程的影响；5.掌握切削过程的控制方法。
二、教学重点：1.切削过程的基本概念和原理；2.切削过程的分类及其特点；3.切削力的计算方法。
三、教学难点：1.切削热对切削过程的影响；2.切削过程的控制方法。
四、教学方法：1.讲授法：通过讲解切削过程的原理和分类，引导学生理解切削过程的基本概念；2.实例法：通过实际的切削过程案例，让学生了解不同类型的切削过程特点；3.探究法：通过课堂讨论和实验，让学生参与切削力的计算和切削热的影响分析；4.案例分析法：通过分析典型的切削过程，让学生掌握切削过程的控制方法。
五、教学过程：1.引入（5分钟）通过引入一段关于切削过程的实际案例，激发学生对切削过程的兴趣。
2.理论讲解（30分钟）（1）切削过程的基本概念和原理a.切削过程的定义和目的；b.切削过程涉及的基本概念：主切削速度、进给量、切削深度等；c.切削过程的原理：切削削屑的形成、切削力的产生；（2）切削过程的分类及其特点a.按切削物料划分：金属切削、非金属切削；b.按切削速度划分：高速切削、低速切削；c.按刀具类型划分：刀具式切削、砂轮切削等。
（3）切削力的计算方法a.切削力的计算公式；b.切削力的影响因素；c.应用实例分析切削力的计算方法。
3.实例分析（20分钟）通过展示实际切削过程的视频和案例，让学生了解不同类型的切削过程特点，并分析产生的切削力。
4.切削热的影响（15分钟）（1）切削热的产生原因；（2）切削热对切削过程的影响；（3）切削热的控制方法。
5.切削过程的控制方法（20分钟）（1）机械控制方法：选择合适的刀具和加工参数，提高切削效率；（2）刀具设计与选择；（3）切削液的应用；（4）切削过程的监测和反馈控制。
金属切削过程
- 22 -
3.2 切削过程基本规律
5. 刀具寿命 刃磨后的刀具，自开始切削到磨损量达磨钝标准为止的总切削工作时间，称为刀具寿命，以T 表示。这是确定换刀时间
的重要依据。 刀具总寿命表示一把新刀用到报废之前总的切削时间，其中包括多次重磨。因此，刀具总寿命等于刀具寿命乘以重磨次
切削厚度是指过切削刃上选定点，在基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。
ac ＝ f sin κr
2. 切削宽度aw 切削宽度是指过切削刃上选定点，在基面内测量的平行于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。
aw ＝ ap sin κr
3. 切削面积Ac 切削面积是指过切削刃上选定点，在基面内测量的切削层的横截面面积，单位为mm2。
- 17 -
3.2 切削过程基本规律
三、刀具磨损和刀具寿命
1. 刀具的磨损 刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损。正常磨损是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，在切
削过程中逐渐产生的磨损。非正常磨损是切削过程中突然或过早产生的损坏现象，如脆性破损（崩刃、碎裂、剥落等）、卷 刃等。
正常磨损
金属切削过程
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01 金属切削过程 02 切削过程基本规律 03 切削过程基本规律应用
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01 金属切削过程 02 切削过程基本规律 03 切削过程基本规律应用
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3.1 金属切削过程
一、切削层及其参数
以车削加工为例，如图3.1 所示，工件转一转，车刀沿工件轴向移动一个进给量 f（mm / r），车刀切削刃从一个位置移至 另一个位置，在两个位置之间由车刀切削刃切下的一层金属称为切削层。在与切削速度方向相垂直的切削层剖面内度量的切削 层的尺寸称为切削层参数。 1. 切削厚度ac
薄板件切削加工控制变形的工艺措施
薄板件切削加工控制变形的工艺措施
薄板件切削加工是一种常见的金属加工工艺，但在实际生产中，薄板件在切削加工过程中往往容易发生变形，给产品质量和加工精度带来一定影响。
为了控制薄板件切削加工过程中的变形，提高产品质量和加工精度，需要采取一系列的工艺措施。
本文将针对薄板件切削加工控制变形的工艺措施进行详细介绍。
一、材料选择
在薄板件切削加工中，材料的选择对于控制变形具有非常重要的影响。
一般来说，薄板件的材料应具有较高的刚度和强度，以减小在切削时的变形程度。
还需要考虑材料的热导率和热膨胀系数，选择合适的材料可以减小加工过程中的热变形。
二、刀具选择
三、刀具路径设计
在薄板件切削加工中，刀具的路径设计也对于控制变形具有重要影响。
合理的刀具路径设计可以减小切削力的大小和方向，减小工件在加工过程中的变形。
一般来说，可以选择轻切深、多次轻切的刀具路径设计，避免一次过深的切削造成过大的切削力，从而减小变形的程度。
四、切削参数控制
五、加工工艺控制
在薄板件切削加工中，加工工艺的控制对于控制变形也是非常重要的。
一般来说，可以采取多次定位加工、预拼接和支撑固定等工艺措施，减小切削力对工件的影响，从而减小变形的程度。
需要定期检查和校正加工设备，保证加工精度和稳定性。
对于薄板件切削加工控制变形的工艺措施，需要从材料选择、刀具选择、刀具路径设计、切削参数控制、加工工艺控制和加工环境控制等方面综合考虑，采取一系列的措施，减小切削力对工件的影响，提高产品质量和加工精度。
希望本文介绍的工艺措施能对薄板件切削加工中的变形控制有所帮助。
(完整word版)金属切削过程及控制 机械制造技术基础第二章习题及答案
第二章练习题一。
单项选择题1。
切削铸铁工件时，刀具的磨损部位主要发生在: （ )a、前刀面b、后刀面c、前、后刀面2。
影响刀头强度和切屑流出方向的刀具角度是：（）a、主偏角b、前角c、副偏角d、刃倾角3.粗车碳钢工件时，刀具的磨损部位主要发生在： ( )a、前刀面b、后刀面c、前、后刀面4。
钻削时，切削热传出途径中所占比例最大的是：（ )a、刀具b、工件c、切屑d、空气介质5.车削时，切削热传出途径中所占比例最大的是： ( )a、刀具b、工件c、切屑d、空气介质6.对铸铁材料进行粗车,宜选用的刀具材料是: ( )a、YT15（P10）b、YT5（P30）c、YG3X(K01）d、YG8(K20）7。
下列刀具材料中，强度和韧性最好的是：（ )a、高速钢b、YG类硬质合金c、YT类硬质合金d、立方氮化硼8.安装外车槽刀时，当刀尖低于工件的回转轴线，与其标注角度相比刀具工作角度将会：（）a、前角不变，后角变小b、前角变大，后角变小c、前角变小，后角变大d、前后角均不变9。
ISO标准规定刀具的磨钝标准是控制： ( ）a、沿工件径向刀具的磨损量 b、后刀面上平均磨损带的宽度VB c、前刀面月牙洼的深度KTd、前刀面月牙洼的宽度10.一般当工件的强度、硬度、塑性越高时，刀具耐用度：（ )a、不变b、有时高，有时低c、越高d、越低11。
下列刀具材料中,适宜制造形状复杂的机用刀具的材料是: ( ）a、碳素工具钢b、人造金刚石c、高速钢d、硬质合金12.精车碳钢工件时，刀具的磨损部位主要发生在： ( ）a、前刀面b、后刀面c、前、后刀面13。
工件材料相对加工性的等级划分是： ( ）a、分为10级，1级最易切削，10级最难切削 b、分为8级，8级最易切削，1级最难切削c、分为8级，1级最易切削,8级最难切削d、分为10级，10级最易切削，1级最难切削14.生产中用来衡量工件材料切削加工性所采用的基准是：（）a、切削退火状态下的45钢，切削速度为60m/min时的刀具耐用度b、切削正火状态下的45钢，刀具工作60min时的磨损量c、刀具耐用度为60min时，切削正火状态45钢所允许的切削速度d、切削q235钢时切削速度为60m/min时的刀具耐用度15。
机械制造基础第二章作业及答案
第一章金属切削过程及其控制1-1什么是切削用量三要素？在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系？答：切削用量是指切削速度 v c 、进给量 f （或进给速度 v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。
它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。
（一）切削速度 v c切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最高，刀具磨损最快。
（二）进给量 f工件或刀具每转一周时，刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。
进给速度 v f 是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。
（三）背吃刀量 a p通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。
1-2怎样划分切削变形区？第一变形区有哪些变形特点？答：根据切削时试验时制作的金属切削层变形图片，绘制出金属切削过程中的滑移线和流线示意（流线表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹），可将切削变形区划分为第一变形区、第二变形区、第三变形区。
第一变形区的变性特点有：沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化1-3什么是积削瘤？它对加工过程有什么影响？如何控制积削瘤的产生？（李金德）答：在加工过程中，由于工件材料是被挤裂的，因此切屑对刀具的前面产生有很大的压力，并摩擦生成大量的切削热。
在这种高温高压下，与刀具前面接触的那一部分切屑由于摩擦力的影响，流动速度相对减慢，形成“滞留层”。
当摩擦力一旦大于材料内部晶格之间的结合力时，“滞流层”中的一些材料就会粘附在刀具靠近刀尖的前面上，形成积屑瘤。
可采用耐磨性好的刀具，减小刀具的前角和主偏角，降低切削速度等措施。
以及对材料进行热处理等。
1-4常用的切屑形态有哪几种？它们一般都在什么情况下生成？怎样对切屑形态进行控制？答：带状切屑，挤裂切屑，单元切屑，崩碎切屑。
带状切屑一般在切削塑性较高的金属材料时产生，挤裂切屑在切削黄铜或用低速切削钢产生，单元切屑在切削铅或用很低的速度切削钢时产生，崩碎切屑在切削脆性金属时产生。
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φ角与剪切面面积的关系
图3－7 变形系数ξ的求法
四、前刀面与切屑间的 摩擦 1. 作用在切屑上的力
•在直角自由切削的前提下，作用在切屑上的力有：前面对 其作用的法向力Fn和摩擦力Ff，剪切面上的剪切力Fs和法 向力Fns,两对力的合力分别为Fr 和 Fr′。
•假设这两个合力相互平衡（严格地讲，这两个合力不共线， 有一个使切屑弯曲的力矩），Fr称为切屑形成力，φ是剪 切角；β是Fn与Fr之间的夹角，称为摩擦角；γo是刀具前角。
的残余应力。
•加工硬化和残余应力的存在，会影响已加工表面的质量
和工件的疲劳强度，并增加了下道工序加工的困难及刀具
磨损。
•钝圆半径的大小取决于刀具材料、楔角大小、刃磨质量
等因素。
图3－16 已加工表面的形成过程
第二节 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。 一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
第三章 切削过程及控制
• • • • • • • • §３－1 §３－2 §３－3 §３－4 §３－5 §３－6 §３－7 §３－8 金属切削过程的变形 切削力 切削热与切削温度 刀具磨损和耐用度 切削用量的合理选择 切削液的合理选用 磨削过程及磨削特征 非金属硬脆材料的切削
第三章 切削过程及控制
1）什么是积屑瘤
在中低速切削塑性金属材料时, 常在刀具前面刃口处粘 结一些工件材料, 形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。
2）积屑瘤的形成原因
产生这种现象，是滞流层金属不断堆积的结果。
3）影响积屑瘤的因素
积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化程度 有关，也与刀刃前区的温度和压力状况有关。
图3－12 积屑瘤高度与切削速度关系示意图
单元(粒状)切屑
在挤裂(节状)切屑产生的前提下, 当进一 步降低切削速度，增大进给量，减小前角时则出现单元(粒 状)切屑(图3-15c)。
崩碎切屑
切削脆性金属(铸铁)时，常见的呈不规则细粒 状的切屑。产生这种切屑会使切削过程不平稳，易损坏刀 具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、进给量越大 则越容易产生这种切屑(图3-15d) 。
2. 剪切角与前刀面摩擦角的关系 ＋ － 0 ＝/4 或 ＝ /4 －(－ 0 ) 0 对切削有利
3. 前刀面与切屑间的摩擦
在粘结区，切屑的底层与前面呈现冷焊状态，切屑与前面之间
不是一般的外摩擦，这时切屑底层的流速要比上层缓慢得多，从
而在切屑底部形成一个滞流层 。
4）积屑瘤对起削过程的影响
实际前角增大（图3-13）； 增大切削厚度（图3-13） ； 使加工表面粗糙度增大； 对刀具寿命的影响。
一般积屑瘤对切削加工过程的影响是不利 的，在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生， 但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。
图3－13
积屑瘤前角和伸出量
5）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
（挤压摩擦区）
3. 第三变形区
在已加工表面 上与刀具后面挤压、 摩擦形成的变形区 域称为第三变形 （Ⅲ）。
（挤压摩擦回弹区）
刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集
中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离
二、切削变形 实验表明，切屑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。切屑 的变形和形成过程如图3-3所示。
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 摩擦阻力（图3-18） 。
图3-18
切削力的来源
2.切削力的分解
切削力Fz(Fc) 背向力 Fy（Fp）
旧称径向分力，用Fy表 示 ——总切削力在垂直 于工作平面方向的分力 ，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时 ，所必须的参数。
三、影响切削力的因素
1. 工件材料
•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增加，使 切削力Fc增加，但影响程度不同。 进给量f 增大时，切削力有所增 加；而背吃刀量ap增大时，切削 刃上的切削负荷也随之增大，即 切削变形抗力和刀具前面上的摩 擦力均成正比的增加。
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 。
根据体积不变原理, 则 ξa ＝ξl＝ξ。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
三、切削变形程度
2. 剪切角φ
剪切角φ ↑ →剪切面 积↓→变形程度↓→切削力↓。
剪切面 pφ与切削速度(主运动)方向之间的夹角称为 剪切角，用φ表示
பைடு நூலகம்
2. 切削用量
进给量f和背吃刀量ap
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。
§3-1 金属切削过程的变形
一、概述 1、研究金属切削变形的常用方法 1）侧面方格变形观察法
2）快速落刀法
3）其他方法(高速摄影法、扫描电镜显微
观察法、光塑性实验法等)
2、变形区的划分
根据实验时的切削层变形图片可绘制如图所示的切 削变形模型，其变形大致可分为三个变形区。
1. 第一变形区
（剪切滑移区）
– 在金属切削过程中，始终存在着刀具切 削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产 生一系列物理现象，如切削变形、切削力、 切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀 具寿命、卷屑与断屑等。 研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理 论, 对有效控制切削过程、保证加工精度和表 面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理 改进、设计刀具几何参数，减轻工人的劳动强 度等有重要的指导意义。
图3-19 切削力的分解
3．切削功率
计算切削功率
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）。
4、单位面积切削力
切削层单位面积上的切削力 kc=Fc/AD (N/mm2) Fc：切削力 AD：切削层公称横截面积
图
工件材料强度对变形系数的影响
图
切削速度对变形系数的影响
（2）进给量
当进给量f增大时，切削层 厚度hD增大，切屑的平均 变形减小，变形系数ξ减小 (图 )。
3.刀具几何参数
（1）前角γ0 前角增大，剪切角φ 增 大，而剪切角越大，则 变形系数ξ 减小。 变形系数与前角之间的 关系如图所示。
(2)刀尖圆弧半径rε
刀尖圆弧半径越大， 变形系数ξ越大，切削 变形越大。（图）
图 切削厚度与变形系数的关系
图
前角对变形系数的影响
图 刀尖圆弧半径对变形系数的影响
七、切屑的类型
带状切屑 最常见的屑型之一 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： 一般加工塑性金属材料，当切削厚 度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，会
OA—始滑移线
OM—终滑移线
变形的主要特 征：
• 剪切滑移变 形
• 加工硬化
图3－3 第一变形区金属的滑移
可 看 作 一 个 剪 切 平 面
图3－6 切屑形成过程模型
三、切削变形程度
1. 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 = hch/ hD ；
二、切削力的计算
切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常
供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。 常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算，另一 类是按单位切削力进行计算。 在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。不同的加工 方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册 中查得。车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表。 若已知单位切削力kc ，即可求得单位切削功率ps。表3-1为 硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功 率。实际切削条件与表中不符时 ,必须引入修正系数加以修正， 有关修正系数可参见相关手册。 在实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。
图3－15
a) 带状切屑
切屑类型
b) 挤裂切屑
图3－15
C）单元切屑
切屑类型
d ) 崩碎切屑
八、已加工表面的形成过程
•已加工表面的形成与第三变形区的关系密切； •刀具刃口钝圆半径及刃口磨损形成的磨损棱面，会使已
加工表面产生剧烈的塑性变形(图3-16a)。
•表层剧烈的塑性变形造成已加工表面加工硬化及表面层
塑性变形从始滑移面OA 开始至终滑移面OM终了，之 间形成AOM塑性变形区，由 于塑性变形的主要特点是晶 格间的剪切滑移，所以AOM 叫剪切区，也称为第一变形 区（Ⅰ）。
2. 第二变形区
切屑沿刀具前面排 出时会进一步受到前刀 面的阻碍，在刀具和切 屑界面之间存在强烈的 挤压和摩擦，使切屑底 部靠近前刀面处的金属 发生“纤维化”的二次 变形。这部分区域称为 第二变形区（Ⅱ）。
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；