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第一章 金属切削加工中的基本定义
1. 金属切削加工——金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动，通过刀具上的切削刃切除工件上多余的(或预留
的)金属，从而使工件的形状、尺寸精度及表面质量都合乎预定要求，这样的加工称为金属切削加工。 2. 金属切削加工过程中的两在要素：成形运动、刀具。 3. 工件表面形状与成形方法：
(1) 表面都可以看成是一根母线沿着导线运动而形成的，一般情况下母线和导线可以互换，特殊表面如圆锥表
面不可互换。母线和导线统称为发生线。
(2) 发生线的形成方法：轨迹法(切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线)、成形法(曲线形的
母线由切削刃直接形成，直线形的导线由轨迹法形成)、相切法(刀具边旋转边作轨迹运动，需两个独立的成形运动)、展成法(需一个独立的成形运动)。 (3) 成形运动是形成发生线所需成形运动的总和。 4. 切削运动：
(1) 主运动：刀具和工件之间产生的最主要的相对运动，它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料使切削
层金属转变成切屑从而形成新鲜表面的运动。特点：速度高、消耗机床功率最大、唯一、可以由刀具或工件完成。方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。速度：v=π??????/1000
(2) 进给运动：由机床或人力提供完成工件成形的运动。特点：速度低、消耗机床功率少、一般不唯一、可由
刀具或工件完成。方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动方向。
5. 切削深度：指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。 6. 切削用量三要素：主运动速度v、进给量f、切削深度ap。（参照图1-1）切削用量三要素直接影响切削力的大
小、切削温度的高低、刀具磨损、刀具耐用度，同时还对生产率、加工成本、加工质量都有很大的影响。 7. 刀具几何角度：
(1) 刀具切削部分组成：“一尖两刃三面”。（前刀面上有切屑流出，主后刀面与加工表面相对，副后刀面与已加
工表面相对）
(2) 角度标注参考系的建立基于两点假设：i.假定进给运动速度为零；ii.假定刀具安装底面或轴线与基面或切
削平面平行或垂直。
(3) 标注角度参考系：主剖面参考系(Po、Pr、Ps)、法剖面参考系(Pn、Pr、Ps)、进给切深剖面参考系(Pf、Pp、Pr)。
注意：刀刃上同一点的法剖面与基面不垂直！ (4) 刀具标注角度：主偏角κr、刃倾角λs、前角γo、主后角αo、副偏角κr’、副后角αo’。（注意各
角度的定义画法及对加工的影响！ 图1-7）
8. 横向进给、纵向进给、刀具安装高度及刀杆中心线与进给方向不垂直对刀具工作角度的影响。
9. 切削层是由刀具切削部分的一个单一动作所切除的工件材料。它的度量参数有切削层公称横切面积、切削层公
称切削宽度、切削层公称切削厚度。
第二章 切屑形成过程及加工表面质量
1. 研究切屑形成过程的意义：切削过程中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损和加工质量都以切屑形
成过程为基础，而生产中的许多问题如积屑瘤、鳞刺、振动、卷屑与断屑也与切屑形成有关。
2. 研究金属切削变形过程的实验方法：(1)侧面方格变形观察法；(2)高频摄影法；(3)快速落刀法（手锤敲击式和
爆炸式）；(4) 扫描电镜和透视电镜显微观察法；(5) 光弹性和光塑性试验法。
3. 金属切削过程——就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面(滑移面)产生剪切变形并转变为
切屑的过程。
4. 金属切削变形的基本特征：金属材料受压其内部产生应力应变，大约与受力方向成45o的斜平面内，剪应力随
载荷增大而逐渐增大，并且有剪应变产生。开始是弹性变形，此时若去掉载荷，则材料将恢复原状；若载荷增大到一定程度，剪切变形进入塑性流动阶段，金属材料内部沿着剪切面发生相对滑移，于是金属材料被压扁(对于塑性材料)或剪断(对于脆性材料)。 5. 第一变形区的变形及其特征：
(1) 始滑移面OA和终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，位于前刀面附近。第一变形区的厚度随切削速
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度的增大面变薄，故可近似用一个平面OM表不第一变形区，OM与切削速度方向的夹角称为剪切角。 (2) 第一变形区的特征：
a) 切削层金属产生沿滑移面的剪切变形，且变形会深入到切削层以下；
b) 切削层金属经剪切滑移变成切屑后产生了加工硬化现象，即切屑的硬度大于工件材料基体的硬度； c) 切削层金属经剪切滑移后晶格扭曲，晶粒拉长，即金属组织纤维化。 d) 切屑厚度变厚且大于切削层厚度，剪切变形越大，切屑厚度越大； e) 切削塑性金属时，切屑背面呈锯齿形。
(3) 切屑变形程度的表示方法：切屑厚度变形系数、切屑长度变形系数、剪切角、相对滑移。 6. 第二变形区的变形及其特征
(1) 切削塑性金属时，切屑从前刀面上流出时受前刀面的挤压和摩擦，在靠近前刀面处形成第二变形区。 (2) 第二变形区的特征：
a) 切屑底层靠近前刀面处流速减慢，甚至滞留在前刀面上，形成滞留层，使切屑产生内摩擦；
b) 切屑底层流经前刀面时产生的摩擦热使切屑与前刀面的接触处温度进一点升高，达到几百度甚至上千
度；
c) 切屑底层因摩擦变形而纤维化，底层长度增加，切屑发生向上弯曲，与前刀面的接触面积减小； d) 切屑底层进一步产生加工硬化，硬度大于切屑的上层硬度，底面因摩擦呈光滑面。
(3) 剪切角与前刀面上摩擦角的关系：?+β?????=4。前角增大，则剪切角增大，切屑变形减小；摩擦角增大，则剪切角减小，切屑变形增大。 (4) 前刀面上的摩擦：
a) 在有粘结情况下，切屑与前刀面之间就不是一般的外摩擦，而是切屑底层金属和刀具上的粘结层与其
上层金属之间的内摩擦。
b) 影响前刀面摩擦系数的因素有四个：工件材料↓、切削厚度↓、切削速度↑↓、刀具前角↑。（P15） (5) 积屑瘤：
a) 产生原因：切屑对前刀面接触处的摩擦使前刀面十分洁净，当两者接触达到一定温度同时压力又较高时，
就会产生粘结现象，即“冷焊”。这时切屑从粘结在前刀面的底层上流过，形成内摩擦。如果温度、压力适当，底面上的金属因内摩擦变形也会发生加工硬化而被阻滞在底层，粘结成一体，这样粘结层逐渐增大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的压力和温度分布有关。
b) 产生条件：①塑性材料的加工硬化（加工硬化倾赂愈强愈易产生积屑瘤）；②切削温度的影响（实质反
映切削速度对积屑瘤高度的影响）。
c) 对切削过程的影响：①实际前角增大；②增大了切削厚度；③使加工表面粗糙度增大；④对刀具耐用度
的影响（稳定时提高刀具耐用度，不稳定时可使刀具产生粘结磨损）
d) 防止积屑瘤的措施：①降低切削速度；②高速切削；③采用润滑性能良好的切削液；④增大刀具前角以
减小刀—屑接触区的压力；⑤提高工件材料的硬度，减小加工硬化，这可以通过对工件材料正火或调质来实现。
7. 第三变形区的变形
(1) 刀刃圆弧OB、后刀面磨损带宽度VB和CD三部分对工件已加工表面金属的挤压和摩擦便构成了第三变形区。 (2) 加工变质层：已加工表面的金属受多次挤压和摩擦，其组织与基体材料的性质不同，金属的晶粒被拉得更
细更长，其纤维方向平行于已加工表面。
8. 已加工表面质量
(1) 已加工表面质量包括表面几何学方面和表层材质的变化两个方面的内容。
(2) 表面粗糙度：已加工表面的微观不平度。对零件使用性能的影响：①减小了连接表面的接触面积，接触表
面有相对运动时，降低了连接表面的接触刚度；②影响液压元件的密封性；③受交变载荷的零件易产生应力集中，降低了抗疲劳强度的能力；④在表面粗糙度的凹谷处容易储存有害介质，使零件易被腐蚀。 (3) 表面粗糙度产生的原因：
a) 残留面积：减小进给量可减小残留面积的最大高度，所以精加工时宜用很小的进给量。增大刀尖圆弧
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半径或减小主偏角同样能减小残留面积的最大高度，但会使径向分力增大，工艺系统刚性不足时易引起振动使已加工表面产生振纹。生产中多用减小副偏角的方法来减小残留面积的最大高度，甚至用副偏角为零的修光刃，此时修光刃长度必须大于进给量。
b) 积屑瘤的影响：对表面粗糙度的影响公次于残余面积高度所形成的已加工表面粗糙度。
c) 鳞刺的影响：鳞刺是在较低及中等切削速度下切削塑性材料斗时在已加工表面出现的鳞片状毛刺。
其形成过程分为四个阶段：抹拭阶段、导裂阶段、层积阶段、切成阶段。 抑制鳞刺的措施：①减小切削厚度以减小切屑作用在前刀面上的压力；②采用润滑性能良好的切削液；③采用硬质合金刀具高速切削；④当切削速度的提高受到限制时，可采用加热切削，以降低工件材料的硬度。
d) 切削过程中的变形的影响：单元切屑周期性的断裂深入到切削表面以下，在表面留下波浪形纹路；由
于刀刃两端没有来自侧面的约束力，工件材料被挤压而隆起。 e) 刀具边界磨损的影响：副后刀面上的边界磨损。
f) 切削过程中的振动的影响：*减小或消除振动的措施：①提高工艺系统的刚度；②对高速回转的零件进
行动、静平衡，降低往复运动部件的速度；③提高机床传动件的制造精度和装配精度；④合理选择切削用量，在允许的情况下适当增大进给量和切削速度；⑤采用减振措施。
(4) 加工硬化：
a) 对零件使用性能的影响：①有助于提高零件的耐磨性，但容易出现微裂纹，影响零件的疲劳强度；②
给后继工序加工带来困难，加剧刀具的磨损，降低刀具的耐用度。
b) 产生的原因：①第一变形区的变形深入到切削层以下；②刀刃圆弧的挤压和摩擦产生附加塑性变形；
③里层金属的弹性恢复使已加工表面与后刀面继续产生挤压和摩擦，已加工表面经上述多次挤压和摩擦后产生强烈的塑性变形，晶格扭曲，晶粒拉长，晶粒破碎而强化，硬度显著提高。
(5) 残余应力：
a) 对零件使用性能的影响：①使加工后的零件变形，影响其形状精度；②容易产生微裂纹，影响受交变
载荷的零件的抗疲劳强度能力。
b) 产生原因：机械应力引起的塑性变形、热应力引起的塑性变形、相变引起的体积变化。
9. 切屑类型：带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑。（注意各切屑类型的形成条件！） 10. 切屑形状及控制：
(1) 切屑形状的形成过程：①基本变形阶段；②卷曲变形阶段；③附加变形和折断阶段。
(2) 控制切屑的方法：①改变前角、切削速度及进给量以控制基本变形；②用断屑槽控制切屑运动轨迹生卷曲
半径及螺距。
第三章 切削过程中的物理现象及影响因素
1. 切削力：
(1) 在切削过程中，切削力直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具磨损、刀具寿命、加工精度和已加
工表面质量。
(2) 来源：两个正压力，两个摩擦力。弹性变形抗力、塑性变形抗力、前刀面和后刀面的摩擦力。 (3) 切削力经验公式可分为指数公式和单位切削力两类。 (4) 影响切削力的因素：
a) 被加工工件材料的影响：注意：铜、铝等有色金属的强度低，虽然塑性较大，但加工硬化倾向小，故
切削力小；加工铸铁等脆性材料时，因工件材料的塑性小，加工硬化小，形成的是崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，接触面积小，摩擦力小，所以加工铸铁的切削力比刚小。 b) 切削用量的影响：
c) 刀具几何角度的影响：①前角：加工钢时，Fx、Fy、Fz都会随刀具前角的增大而减小且影响程度随切削
速度的增大而减小，加工脆性金属时，前角对切削力的影响不明显；②主偏角：κr增大时，Fx增大，Fy减小；κr<60°~75°时，Fz减小，κr>60°~75°时，Fz增大；③刃倾角：λs增大时，Fx增大，Fy减小，Fz没影响；④负倒棱：在正前角相同时，有负倒棱的刀具切削力大；⑤刀尖圆弧半径：半径增大，切削力增大，相当于主偏角减小的影响。
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