【文章內(nèi)容簡介】 一、切屑的類型及其分類由于工件材料不同，切削過程中的變形程度也就不同，因而產(chǎn)生的切屑種類也就多種多樣，如下圖示。圖中從左至右前三者為切削塑性材料的切屑，最后一種為切削脆性材料的切屑。切屑的類型是由應(yīng)力應(yīng)變特性和塑性變形程度決定的。 帶狀切屑它的內(nèi)表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金屬材料（如碳素鋼、合金鋼、銅和鋁合金），當(dāng)切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，一般常得到這類切屑。它的切削過程平衡，切削力波動(dòng)較小，已加工表面粗糙度較小。 擠裂切屑這類切屑與帶狀切屑不同之處在外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時(shí)有裂紋。這種切屑大多在切削黃銅或切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生。 單元切屑如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴(kuò)展到整個(gè)面上，則整個(gè)單元被切離，成為梯形的單元切屑，如圖c所示。切削鉛或用很低的速度切削鋼時(shí)可得到這類切屑。以上三種切屑只有在加工塑性材料時(shí)才可能得到。其中，帶狀切屑的切削過程最平穩(wěn)，單元切屑的切削力波動(dòng)最大。在生產(chǎn)中最常見的是帶狀切屑，有時(shí)得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。假如改變擠裂切屑的條件，如進(jìn)一步減小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑。反之，則可以得到帶狀切屑。這說明切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉(zhuǎn)化的。掌握了它的變化規(guī)律，就可以控制切屑的變形、形態(tài)和尺寸，以達(dá)到卷屑和斷屑的目的。如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴(kuò)展到整個(gè)面上，則整個(gè)單元被切離，成為梯形的單元切屑，如圖c所示。切削鉛或用很低的速度切削鋼時(shí)可得到這類切屑。以上三種切屑只有在加工塑性材料時(shí)才可能得到。其中，帶狀切屑的切削過程最平穩(wěn)，單元切屑的切削力波動(dòng)最大。在生產(chǎn)中最常見的是帶狀切屑，有時(shí)得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。假如改變擠裂切屑的條件，如進(jìn)一步減小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑。反之，則可以得到帶狀切屑。這說明切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉(zhuǎn)化的。掌握了它的變化規(guī)律，就可以控制切屑的變形、形態(tài)和尺寸，以達(dá)到卷屑和斷屑的目的。這是屬于脆性材料（如鑄鐵、黃銅等）的切屑。這種切屑的形狀是不規(guī)則的，加工表面是凸凹不平的。從切削過程來看，切屑在破裂前變形很小，和塑性材料的切屑形成機(jī)理也不同。它的脆斷主要是由于材料所受應(yīng)力超過了它的抗拉極限。加工脆硬材料，如高硅鑄鐵、白口鐵等，特別是當(dāng)切削厚度較大時(shí)常得到這種切屑。由于它的切削過程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于機(jī)床，已加工表面又粗糙，因此在生產(chǎn)中應(yīng)力求避免。其方法是減小切削厚度，使切屑成針狀或片狀；同時(shí)適當(dāng)提高切削速度，以增加工件材料的塑性。以上是四種典型的切屑，但加工現(xiàn)場獲得的切屑，其形狀是多種多樣的。二、切屑控制的措施在現(xiàn)行切削加工中，切削速度與金屬切除率達(dá)到了很高的水平，切削條件很惡劣，常常產(chǎn)生大量“不可接受”的切屑。所謂切屑控制（又稱切屑處理，工廠中一般簡稱為“斷屑”），是指在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?、流出與折斷，使形成“可接受”的良好屑形。在實(shí)際加工中，應(yīng)用最廣的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器。第四節(jié) 切削力一、切削力的來源，切削合力及其分解，切削功率(一）切削力的來源 研究切削力，對(duì)進(jìn)一步弄清切削機(jī)理，對(duì)計(jì)算功率消耗，對(duì)刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計(jì)，對(duì)制定合理的切削用量，優(yōu)化刀具幾何參數(shù)等，都具有非常重要的意義。金屬切削時(shí)，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。切削力來源于三個(gè)方面：1．克服被加工材料對(duì)彈性變形的抗力；2．克服被加工材料對(duì)塑性變形的抗力；3．克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。（二）切削合力及其分解 上述各力的總和形成作用在刀具上的合力Fr（國標(biāo)為F）。為了實(shí)際應(yīng)用，F(xiàn)r可分解為相互垂直的Fx（國標(biāo)為Ff）、Fy（國標(biāo)為Fp）和Fz（國標(biāo)為Fc）三個(gè)分力。在車削時(shí)： Fz——主切削力或切向力。它切于過渡表面并與基面垂直。Fz是計(jì)算車刀強(qiáng)度，設(shè)計(jì)機(jī)床零件，確定機(jī)床功率所必需的。Fx——進(jìn)給抗力、軸向力或走刀力。它是處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反的力。Fx是設(shè)計(jì)進(jìn)給（走刀）機(jī)構(gòu)，計(jì)算車刀進(jìn)給功率所必需的。Fy——切深抗力、或背向力、徑向力 、吃刀力。它是處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力。Fy用來確定與工件加工精度有關(guān)的工件撓度（詳見第七章），計(jì)算機(jī)床零件和車刀強(qiáng)度。它與工件在切削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)有關(guān)。（三）切削功率 單位切削力單位切削力p是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的主切削力，可用下式表示：單位切削力p可查手冊，利用單位切削力P來計(jì)算主切削力Fz較為簡易直觀。切削功率Pm消耗在切削過程中的功率稱為切削功率Pm(國標(biāo)為Po)。切削功率為力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向沒有位移，所以不消耗功率。于是Pm=(Fz*Vc+Fx*nw*f/1000)103 其中：Pm—切削功率（KW）；Fz—切削力（N）；Vc—切削速度（m/s）；Fx—進(jìn)給力（N）；nw—工件轉(zhuǎn)速（r/s）；f—進(jìn)給量（mm/s）。式中等號(hào)右側(cè)的第二項(xiàng)是消耗在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的功率，它相對(duì)于F所消耗的功率來說，一般很?。?%～2%），可以略去不計(jì)，于是 Pm=FzV103按上式求得切削功率后，如要計(jì)算機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率（PE）以便選擇機(jī)床電動(dòng)機(jī)時(shí)，還應(yīng)考慮到機(jī)床傳動(dòng)效率。PE≥ Pm/ηm式中 ：ηm—機(jī)床的傳動(dòng)效率，～，大值適用于新機(jī)床，小值適用于舊機(jī)床。單位切削功率單位切削功率Ps是指單位時(shí)間內(nèi)切除單位體積金屬Zw所消耗的功率。二、切削力的測定 在生產(chǎn)實(shí)際中，切削力的大小一般采用由實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立起來的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。在需要較為準(zhǔn)確地知道某種切削條件下的切削力時(shí)，還需進(jìn)行實(shí)際測量。隨著測試手段的現(xiàn)代化，切削力的測量方法有了很大的發(fā)展，在很多場合下已經(jīng)能很精確地測量切削力。切削力的測量成了研究切削力的行之有效的手段。目前采用的切削力測量手段主要有：1． 測定機(jī)床功率，計(jì)算切削力用功率表測出機(jī)床電機(jī)在切削過程中所消耗的功率PE后，可按下式計(jì)算出切削功率Pm Pm=Peηm在切削速度Vc為已知的情況下，利用Pm即可求出切削力F。這種方法只能粗略估算切削力的大小，不夠精確。當(dāng)要求精確知道切削力的大小時(shí)，通常采用測力儀直接測量。2．用測力儀測量切削力測力儀的測量原理是利用切削力作用在測力儀的彈性元件上所產(chǎn)生的變形，或作用在壓電晶體上產(chǎn)生的電荷經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，讀出Fz、Fx、Fy的值。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，還可利用測力傳感裝置產(chǎn)生的信號(hào)優(yōu)化和監(jiān)控切削過程。按測力儀的工作原理可以分為機(jī)械、液壓和電氣測力儀。目前常用的是電阻應(yīng)變片式測力儀。三、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算）目前，人們已經(jīng)積累了大量的切削力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于一般加工方法，如車削、孔加工和銑削等已建立起了可直接利用的經(jīng)驗(yàn)公式。 測力實(shí)驗(yàn)的方法有單因素法和多因素法，通常采用單因素法。即固定其它實(shí)驗(yàn)條件，在切削時(shí)分別改變背吃刀量ap和進(jìn)給量f，并從測力儀上讀出對(duì)應(yīng)切削力數(shù)值，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)整理求出它們之間的函數(shù)關(guān)系式。通過切削力實(shí)驗(yàn)建立的車削力實(shí)驗(yàn)公式，其一般形式為：注意：切削力實(shí)驗(yàn)公式是在特定的實(shí)驗(yàn)條件下求出來的。在計(jì)算切削力時(shí)，如果切削條件與實(shí)驗(yàn)條件不符，需乘一個(gè)修正系數(shù)KF，它是包括了許多因素的修正系數(shù)乘積。修正系數(shù)也是用實(shí)驗(yàn)方法求出。 四、切削力的變化規(guī)律　 實(shí)踐證明，切削力的影響因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)、刀具材料刀具磨損狀態(tài)和切削液等。 工件材料（1）硬度或強(qiáng)度提高，剪切屈服強(qiáng)度τs增大，切削力增大。（2）塑性或韌性提高，切屑不易折斷，切屑與前刀面摩擦增大，切削力增大。 切削用量 （1）背吃刀量（切削深度）ap、進(jìn)給量增大，切削層面積增大，變形抗力和摩擦力增大，切削力增大。由于背吃刀量ap對(duì)切削力的影響比進(jìn)給量對(duì)切削力的影響大( 通常XFz=1,YFz=），所以在實(shí)踐中，當(dāng)需切除一定量的金屬層時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，采用大進(jìn)給切削比大切深切削較省力又省功率。（2）切削速度vc (）1）加工塑性金屬時(shí)，切削速度Vc對(duì)切削力的影響規(guī)律如同對(duì)切削變形影響一樣，它們都是通過積屑瘤與摩擦的作用造成的。（以車削45鋼為例，見下圖）2） 切削脆性金屬時(shí)，因?yàn)樽冃魏湍Σ辆^小，故切削速度Vc改變時(shí)切削力變化不大。 刀具幾何角度（1）前角：前角增大，變形減小，切削力減小。（2）主偏角：主偏角Kr在300600范圍內(nèi)增大，由切削厚度hD的影響起主要作用，使主切削力Fz減?。恢髌荎r在600900范圍內(nèi)增大，刀尖處圓弧和副前角的影響更為突出，故主切削力Fz增大。一般地，Kr=600750,所以主偏角Kr增大，主切削力Fz增大。(）實(shí)踐應(yīng)用，在車削軸類零件，尤其是細(xì)長軸，為了減小切深抗力Fy的作用，往往采用較大的主偏角κr600的車刀切削。(3)刃傾角λs：λs對(duì)Fz影響較小，但對(duì)Fx、Fy影響較大。 λs 由正向負(fù)轉(zhuǎn)變，則Fx減小、Fy增大。實(shí)踐應(yīng)用，從切削力觀點(diǎn)分析，切削時(shí)不宜選用過大的負(fù)刃傾角λs。特別是在工藝系統(tǒng)剛度較差的情況下，往往因負(fù)刃傾角λs增大了切深抗力Fy的作用而產(chǎn)生振動(dòng)。 其它因素（1）刀具棱面：應(yīng)選較小寬度,使Fy減小。（2）刀具圓弧半徑：增大，切削變形、摩擦增大，切削力增大。（3）刀具磨損：后刀面磨損增大，刀具變鈍，與工件擠壓、摩擦增大，切削力增大。第五節(jié) 切削熱和切削溫度切削熱與切削溫度是切削過程中產(chǎn)生的又一重要物理現(xiàn)象。切削時(shí)做的功，可轉(zhuǎn)化為等量的熱。功削熱除少量散逸在周圍介質(zhì)中外，其余均傳入刀具、切屑和工件中，并使它們溫度升高，引起工件變形、加速刀具磨損。因此，研究切削熱與切削溫度具有重要的實(shí)用意義。一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo) 切削熱是由切削功轉(zhuǎn)變而來的。如下圖所示，其中包括：剪切區(qū)變形功形成的熱QP、切屑與前刀面摩擦功形成的熱Qrf、已加工表面與后刀面摩擦功形成的熱Qαf,因此，切削時(shí)共有三個(gè)發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與已加工表面接觸區(qū)，如圖示，三個(gè)發(fā)熱區(qū)與三個(gè)變形區(qū)相對(duì)應(yīng)。所以，切削熱的來源就是切屑變形功和前、后刀面的摩擦功。 產(chǎn)生總的切削熱Q，分別傳入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周圍介質(zhì)Qr。切削熱的形成及傳導(dǎo)關(guān)系為：切削塑性金屬時(shí)切削熱主要由剪切區(qū)變形熱和前刀面摩擦熱形成；切削脆性金屬時(shí)則后刀面摩擦熱占的比例較多。 二、切削溫度的計(jì)算與測量盡管切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度，切削溫度一般指切削區(qū)