第三章 切削过程及控制
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。
第一节 金属切削过程及切屑类型
一、切屑的形成过程
1．切削变形的力学本质
切削金属形成切屑的
过程是一个 类似于金属材
料受挤压作用，产生塑性
变形进而产生剪切滑移的
变形过程 （ 图 ）。
2．切屑形成过程模型 图 3－ 1
图 挤压与切削的比较
图 3－ 1 切屑形成过程模型
二、三个变形区
根据实验时的切削层变形图片可绘制如图 3-2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
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
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 ） 。
2,第二变形区
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 第三变形区（ Ⅲ ） 。
由于刀具刃口不可能绝对锋利,钝圆半
径的存在使切削层参数中公称切削厚度不
可能完全切除，会有很小一部分被挤压到
已加工表面，与刀具后刀面发生摩擦，并
进一步产生弹、塑性变形，从而影响已加
工表面质量。
3,第三变形区
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。
三、第一变形区内金属的剪切变形
图 3－ 3 第一变形区金属的滑移
?在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层
金属沿滑移面的剪切变形，并伴有加工硬化现象。
?切削层金属沿滑移面的剪切变形，从金属晶体结
构的角度来看，就是沿晶格中晶面所进行的滑移。
?金属材料的晶粒，可假定为圆形颗粒。晶粒在到
达始滑移线 OA之前，仅产生弹性变形，晶粒不呈方
向性，仍为圆形（ 图 3-4） 。
?晶粒进入第一变形区后，因受剪应力作用产生滑
移，致使晶粒变为椭圆形。椭圆的长轴方向就是晶
粒伸长的方向或金属纤维化的方向，它与剪切面的
方向不重合，两者之间成一夹角 Ψ（ 图 3-5）。
切屑形成本质
图 3－ 4 晶粒滑移示意图
图 3－ 5 滑移与晶粒的伸长
1,剪切角 φ
四,切削变形程度的表示方法
剪切角 φ ↑ →剪切面
积 ↓→变形程度 ↓→切削力 ↓。
图 3－ 6
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
图 3－ 6 φ角与剪切面面积的关系 图 3－ 7 变形系数 ξ的求法
?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 = ach/ac ；?
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。
2,变形系数 ξ
五．前面上的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
1,作用在切屑上的力
?刀具与切屑之间的作用力分析 如图 3-8所示。
?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。
图 3－ 8 作用在切屑上的力
a) 切屑受到来自工件和刀具的作用力
b) 切屑作为隔离体的受力分析
2,前刀面上的摩擦
?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 。?
所谓, 内摩擦, 就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩
擦，这种内摩擦也就是金属内部的剪切滑移 。其摩擦力的大
小与材料的流动应力特性及粘结面积的大小有关。?
切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑间的摩擦
仅为外摩擦 。?
刀屑接触面间有二个摩擦区域：粘结 (内摩擦 )区和滑动 (外
摩擦 )区。?
金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑
内摩擦。
图 3－ 10 切屑和前面摩擦情况示意图
六,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
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 。
产生这种现象，是 滞流层金属不断堆积的结果。
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。
3）影响积屑瘤的因素
2）积屑瘤的形成原因
1）什么是积屑瘤
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。
图 3－ 13 积屑瘤前角和伸出量
?采用低速或高速切削,由于切削速度是通过切削温度
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；
?采用高润滑性的切削液,使摩擦和粘结减少；
?适当减少进给量、增大刀具前角；
?适当提高工件材料的硬度；
?提高刀具的刃磨质量；
?合理调节各切削参数间关系，以防止形成中温区域。
5）抑制或消除积屑瘤的措施
七、影响切屑变形的主要因素
1,工件材料的力学性能
材料强度越高，塑性越小，
则变形系数越小，切削变形
减小（ 图 ）。2.切削用量
（ 1）切削速度
?切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。?
在积屑瘤增长的速度范围内,因积屑瘤导致实际工作前角增加、
剪切角 φ 增大、变形系数减小。?
在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系
数 ξ 不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。 （ 图 ）?
在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。?
切削铸铁等脆性金属时,一般不产生积屑瘤。随着切削速度增
大，变形系数逐渐地减小。
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 h
D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
?带状切屑 最常见的屑型之一（ 图 3-15a）。
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，会得到此类切屑。
优 点,切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙
度较小。
缺 点,紊乱状切屑缠绕在刀具或工件上影响加工过程。
八、切屑的类型
?挤裂 (节状 )切屑
外形特征,刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。
形成条件,这类切屑之所以呈锯齿形，是由于它的第一变
形区较宽，在剪切滑移过程中滑移量较大。大多在低速、
大进给、切削厚度较大、刀具前角较小时产生 (图 3-15b)。
?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) 。
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
?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
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。
九、已加工表面的形成过程
图 3－ 16 已加工表面的形成过程
第二节 切削力
一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
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。
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 通常将合力 F分解为相互垂直的三个分
力,切削力 Fc, 进
给力 Ff, 背向力 Fp
(图 3-19)。切削力 Fz(Fc)
（旧称主切削力，用 Fz表
示） ——总切削力在主运动
方向的分力，是计算机床切
削功率、选配机床电机、校
核机床主轴、设计机床部件
及计算刀具强度等必不可少
的参数。
背向力 Fy（ Fp）
进给力 Fx (Ff)
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。
旧称轴向分力，用 Fx表示
——总切削力在进给方向的
分力，是设计、校核机床
进给机构，计算机床进给
功率不可缺少的参数
图 3-19 切削力的分解
?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） 。
3．切削功率
?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 。
二, 切削力的实验公式
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。2,切削用量
进给量 f和背吃刀量 ap 进给量 f和背吃刀量 a
p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。
?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。?
在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界
面上的摩擦也很小，所以切削速度 υc 对切削力 Fc无明显的
影响。?
在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高
速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。
切削速度 υc
?前角的影响, γo↑ →切削变形 ↓→切削力 ↓。（塑性材料）
?负倒棱的影响：（ 图 3－ 21） 负倒棱参数 大大提高了正前角刀
具的刃口强度，但同时也增加了负倒棱前角 (负前角 )参加切削的
比例，负前角的绝对值 ↑→切削变形程度 ↑→切削力 ↑；
?主偏角的影响：（ 图 3－ 22）
Fy=FxycosKr Fx=FxySinKr
Kr ↑ → Fy ↓,Fx ↑
?刃倾角的影响,（ 图 3－ 23）
λs ↓ → Fy ↑,Fx ↓,Fz基本不变
?刀尖圆弧半径 rε ↑→切削刃圆弧部分的长度 ↑→切削变形 ↑→切
削力 ↑。 此外 rε增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小，
从而使 Fp增大,Ff 减小。
3,刀具几何参数
图 3－ 21 负倒棱对切削力的影响
图 3－ 22 主偏角不同时 Fxy力的分解
（ a） Kr小 （ b） Kr大
kr1 Kr’
kr2
Fp
Ff
图 3－ 23 刃倾角对切削力的影响
4,刀具磨损
5,切削液
6,刀具材料
刀具材料与被加工材料
间的摩擦系数，影响到摩擦
力的变化，直接影响着切削
力的变化。
第三节 切削热和切削温度
一, 切削热的产生与传导
金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的
三个热源 (图 3-25)。在这三个变形区中，刀具
克服金属 弹、塑性变形抗力 所作的功和克服 摩
擦抗力 所作的功，绝大部分转化为切削热。
切削热向 切屑、工件、刀具 以及 周围的介
质 传导，使它们的温度上升，从而导致切削区
内的切削温度上升。
图 2-25 切削热的产生与传导
二, 切削温度对切削加工过程的影响
1.对刀具材料的影响 高速钢刀具材料的耐热性为 600℃ 左右，超过该温
度刀具失效。硬质合金刀具
材料耐热性好，在高温
800～ 1000℃ 时，强度反而
更高，韧性更好。因此适当
提高切削温度，可防止硬质
合金刀具崩刃，延长刀具寿
命。
2.对工件尺寸精度的影响
车削工件外圆时，工件受热
膨胀，切削后冷却至室温，尺寸
变小，特别是在精加工和超精密
加工时，切削温度的变化对工件
尺寸精度的影响特别大，因此控
制好切削温度，是保证加工精度
的有效措施。
三, 切削温度的测定方法
1.自然热电偶法 自然热电偶法是利用工件材料和刀具材料化学成份
的不同而构成热电偶的两极，
并分别连接测量仪表，组成
测量电路，刀具切削工件的
切削区域产生高温形成热端，
刀具与工件为热电偶冷端，
冷、热端之间热电势由仪表
（毫伏计）测定。切削温度
越高，测得热电势越大，它
们之间得对应关系可利用专
用装置经标定得到。
2.人工热电偶法
人工热电偶法是将两种预
先经过标定的金属丝组成热电
偶，热电偶的热端焊接在刀具
或工件需要测定温度的指定点
上，冷端通过导线串联在电位
差计或毫伏表上。根据仪表上
的指示值和热电偶标定曲线，
可测得指定点的温度。
四, 影响切削温度的因素
1.工件材料 材料的 强度, 硬度 越高，
则切削抗力越大，消耗的功越
多，产生的热就越多；
导热系数 越小，传散的热
越少，切削区的切削温度就越
高。2.切削用量
切削温度与切削用量的
关系式为：
θ＝ CθVc Zθf yθap xθ
三个影响指数 zθ＞ yθ＞ xθ，说
明切削速度对切削温度的影
响最大，背吃刀量对切削温
度的影响最小 。
（ 3）刀具几何参数
（ 4）刀具磨损
（ 5）切削液
1)前角 γo↑→塑性变形和摩擦
↓→切削温度 ↓（ 图 ）。但前角
不能太大，否则刀具切削部分
的锲角过小，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 ）。
刀具主后面磨损
时，后角减小，后面
与工件间摩擦加剧。
刃口磨损时，切屑形
成过程的塑性变形加
剧，使切削温度增大。
利用切削液的润滑功能
降低摩擦系数，减少切削热
的产生，也可利用它的冷却
功用吸收大量的切削热，所
以采用切削液是降低切削温
度的重要措施。
图 前角与切削温度的关系
第四节 刀具磨损和耐用度
一、刀具磨损的形态
（ 1）正常磨损
切削塑性材料时，
如果切削速度和切削厚
度较大，在刀具前刀面
上经常会磨出一个月牙
洼（ 图例 ）。
正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩
大的磨损。
1）前面磨损
图 3-27 刀具的磨损形态
2）后面磨损
加工脆性材料或在切削速度
较低、切削厚度较小（ hD＜
0,1mm），由于前刀面上刀屑
间的作用相对较弱，主要发生后
刀面磨损（ 图例 ）。
3）前面和后面同时磨损
一般在以中等切削
用量加工塑性金属材料
时会出现这种形式磨损
（ 图例 ）。
4）边界磨损
切削钢料时，常在主切削刃靠近工件
外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深
的沟纹，这就是边界磨损（ 图例 ）。加工
铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边
界磨损。
（ 2）非正常磨损 刀具的非正常磨损是
指在切削过程中，刀具的
磨损量尚未达到磨钝标准
值就突然无法正常使用，
即刀具发生破损。1） 脆性破损
2） 塑 性破损
在振动、冲击切削条件的作
用下，刀具尚未发生明显磨损
（ VB≤0.1mm），但刀具切削部
分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、
刀片或刀具折断、表层剥落、热
裂纹等现象，使刀具不能继续工
作，这种破损称为脆性破损。切削时，刀具由于高温高
压的作用，使刀具前、后
刀面的材料发生塑性变形，
刀具丧失切削能力，这种
破损称为塑性破损。
?针对被加工工件材料和零件的特点，合理选择刀具材料的种
类和牌号；
?合理选择刀具几何参数；
?保证刀具焊接和刃磨质量，避免因焊接、刃磨不善而带来的
各种缺陷。尽量使用机夹可转位不重磨刀具；
?合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度，
避免产生积屑瘤；
?提高工艺系统的刚性，消除可能产生振动的因素，如加工余
量不均匀，表面硬度不均匀，铰刀、铣刀等回转类刀具各刀齿
的刃尖不在同一圆周上等现象；
?采用正确的操作方法，尽量使刀具不承受或少承受突变性的
载荷，合理使用切削液，为防止热裂效应，不要断续使用切削
液冷却硬质合金、陶瓷等脆性大的刀具材料。
防止刀具破损的措施
二、刀具磨损的原因
1.硬质点磨损
2.粘结磨损
3.扩散磨损
切削时，切屑、工件材
料中含有一些碳化物、氮
化物和氧化物等硬质点以
及积屑瘤碎片等，可在刀
具表面刻划出沟纹，这就
是磨料磨损。
切削时，切屑、工件与前、
后刀面之间存在很大的压力和强
烈的摩擦，形成新鲜表面接触而
发生冷焊粘结。由于切屑在滑移
过程中产生剪切破坏，带走刀具
材料，从而造成粘结磨损。在切削高温下，使
工件与刀具材料中的合
金元素在固态下相互扩
散置换造成的刀具磨损，
称为扩散磨损
（ 5）相变磨损
（ 4）化学磨损 在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化
学作用，在刀具表面形成
一层硬度较低的化合物，
被切屑或工件擦掉而形成
磨损，称为化学磨损。
当切削温度达到或超
过刀具材料的相变温度时，
刀具材料中的金相组织将
发生变化，硬度显著下降，
引起的刀具磨损称为相变
磨损。
图 3-29 切削速度对刀具磨损强度的影响
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标准
1.刀具磨损过程
?初期磨损阶段（ Ⅰ ）
?正常磨损阶段（ Ⅱ ）
?剧烈磨损阶段（ Ⅲ ）
2.刀具的磨钝标准
刀具磨损到一定限
度就不能继续使用，这
个磨损限度称为磨钝标
准。磨钝标准的具体数
值可从切削用量手册中
查得。
图 3-30
图 3-30 刀具的磨损过程
国际标准 ISO推荐硬质合金外圆车刀的磨钝标准，可以
是以下任何一种：
（ 1） VB=0.3mm；
（ 2）如果主后刀面为无规则磨损，取 VBmax=0.6mm；
（ 3）前面磨损量 KT=0.06+0.3f（ f为进给量）
在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度 VB来制
定磨钝标准。规定磨钝标准的两点考虑：
①充分利用正常磨损阶段的磨损量，适用于粗加工和半
精加工。
② 根据加工精度和表面质量要求规定磨钝标准。
四、刀具耐用度及其经验公式
1,刀具耐用度的定义
?刀具耐用度（现称刀具寿命）是指一把刃磨
好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历
的实际切削时间。
?刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件
材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的
重要参数。
2.切削用量对刀具耐用度的影响
（ 1）切削速度与刀具寿命的关系
各种切削速度下的刀具磨损曲线（ 图 3－ 31）
刀具 T— v关系曲线（ 图 3－ 32），该直线方程为：
Lgv=-mlgT+lgA
式中,m=tgφ，即该直线的斜率；
A— 当 T＝ 1s（或 1min）时直线在纵坐标上的截距。
V = A / T m
图 3－ 31 各种切削速度下的刀具磨损曲线
图 3－ 32 在双对数坐标上的 T— v曲线
2）进给量、被吃刀量与刀具寿命的关系
f= B / Tn
ap= C/Tp
综合以上三式，可以得到切削用量三要素与寿命的关系：
T= CT/vcx f yapx
用 YT15硬质合金车刀切削 σb＝ 0.63GPa的碳钢时，
切削用量与刀具寿命的关系式为：
T= CT/vc5 f2.25ap0.75
T -V关系式反映了切削速度与刀具耐用度之间的关系，
是选择切削速度的重要依据。指数 m表示切削速度对刀具
耐用度的影响程度。高速钢,m=0.1~0.125； 硬质合金：
m=0.2~0.3;陶瓷刀具,m=0.4。
五、刀具寿命的选择原则
确定合理刀具寿命的两种方法：
?最大生产率寿命
?最低成本寿命
一般情况下，应采用最低成本寿命，当任务紧迫或
生产中出现不平衡环节时，可采用最大生产率寿命。
图 3－ 33
图 3－ 33 刀具寿命对生产率和加工成本的影响
?复杂的, 高精度的, 多刃的刀具耐用度应选得比简单的,
低精度的, 单刃的刀具高 。
?对于机夹可转位刀具, 由于换刀时间短, 为使切削刃始终
处于锋利状态, 刀具耐用度可选得低些 。
?对于换刀, 调刀比较复杂的数控刀具, 自动线刀具以及多
刀加工时, 刀具耐用度应选得高些, 以减少换刀次数, 保证
整机和整线的可靠工作 。
?精加工刀具切削负荷小, 刀具耐用度应比粗加工刀具选得
高些 。
?大件加工时, 为避免一次进给中中途换刀, 刀具耐用度应
选得高些 。
?刀具几何参数 合理选择刀具几何参数能提高刀具寿命。
?刀 具 材 料 刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，
合理选用刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材
料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具寿命和提高
切削速度的重要途径之一。
?工 件 材 料 工件材料的物理力学性能也是影响刀具
寿命的重要因素，工件材料的强度、硬度和韧性越高，延
伸率越小，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。
?切 削 用 量
六、影响刀具寿命的因素
第五节 工件材料的切削加工性
工件材料
的可切削加工
性是指对某种
材料进行切削
加工的难易程
度。
一、工件材料切削加工性的评定指标
1）以一定耐用度下的切削速度 vT衡量加工性；
2）以切削力或切削温度衡量加工性；
3）以加工表面质量衡量加工性；
4）以切屑控制或断屑的难易
?一般用相对加工性 Kv来衡量工件材料的可切削加工性。
?通常以 σb=0.637GPa的 45钢的 υ60（刀具寿命为 60min时所
允许的切削速度，用 υ60表示）为基准，写作 (υ60)j。将其
它工件材料的 υ60与之相比，其比值即为 相对加工性 Kv，
即 Kv=υ60/(υ60)j
? 当 Kv ＞ 1时，该材料比 45钢容易切削，例如有色金属
Kv ＞ 3；
?当 Kv ＜ 1时，该材料比 45钢难切削，例如高锰钢、钛合
金 Kv ≤0.5，均属难加工材料。
?材料切削加工性等级，表 3－ 2
二、改善工件材料切削加工性的途径
要改善工件材料的切
削加工性，可通过 热处理
方法，改变材料的金相组
织和物理力学性能，也可
通过调整材料的化学成分
等途径 。生产实际中，热
处理是常用的处理方法。
第六节 切削液
一、切削液的作用机理
切削液的冷却作用主要
靠热传导带走大量的切削热，
从而降低切削温度，提高刀
具寿命；减少工件、刀具的
热变形，提高加工精度；降
低断续切削时的热应力，防
止刀具热裂破损等。
1.切削液的冷却作用
2.切削液的润滑作用
使用切削液后，切屑、工件与
刀面之间形成完全的润滑油膜，成
为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很
小；实际情况是属于边界润滑摩擦，
其摩擦系数大于流体润滑，但小于
干摩擦。 图 3－ 34
图 3－ 34 金属间边界润滑摩擦
Ff－摩擦力
二、切削液的添加剂
用以改善在较
低温度下切削液的
润滑性能。
（ 3）切削液的清洗作用
1.油性添加剂
2.极压添加剂 比油性添加剂
能耐较高的温度。
为改善切削液
性能所加入的化学
物质，称为添加剂。
二）切削液的分类
? 水溶液?
乳化液
水溶性切削液有良好的
冷却作用和清洗作用。
（ 2）水溶性切削液
? 切削油?
固体润滑剂
非溶性切削液主要起润
滑作用。
（ 1）非水溶性切削液
3.表面活性剂
由于表面活性剂分子的极性基
团和非极性基团可分别溶于水和油，
从而把水和油连接起来，即起到 乳
化作用 ；此外还能吸附在金属表面
上形成润滑膜起 润滑作用 。
三）切削液的选用
?按工件材料选用 加工钢等塑性材料时，需要切削液；加工
铸铁等脆性材料时，不用切削液。
?按刀具材料选用 高速钢刀具耐热性差，粗加工时应选用以
冷却作用为主的切削液，以降低切削温度；在精加工时应使
用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，以提高
加工表面质量。硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削
液；
?按加工方法选用 对半封闭、封闭加工，选用极压乳化液或
极压切削油，以对切削区进行冷却、润滑和对切屑冲洗。磨
削加工时，由于磨削区温度很高，磨屑会破坏已磨削表面质
量,要求切削液具有良好的冷却、清洗、排屑和防锈性能，一
般选用乳化液。
第七节 切削用量的选择
一、选择切削用量的原则
合理切削用量是指使刀具
的切削性能和机床的动力性能
得到充分发挥，并在保证加工
质量的前提下，获得高生产率
和低加工成本的切削用量。
P＝ 1 / tm
fva
Ld
fan
Lt
p
ww
pw
w
m 310
???? ?
式中,dw — 车削前的毛坯直径（ mm）；
Lw — 工件切削部分长度（ mm）；
Δ — 加工余量（ mm）；
nw — 工件转速（ r/min）。
P=A0vfap
1、切削用量同加工生产率的关系
（ 公式 ）
利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到
如下的结果：
（ 1） f 保持不变,ap增至 3ap，如仍保持刀具合理的耐
用度，则 vc必须降低 15％，此时生产率 P3ap≈2.6P，即生
产率提高至 2倍。
（ 2） ap保持不变,f 增至 3f，如仍保持刀具合理的耐用度，
则 vc必须降低 32％，此时生产率 P3ap≈2P，即生产率提高
至 2倍。
（ 3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。
由此可见，增大 ap比增大 f更有利于提高生产率。
2、选择切削用量的原则
首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据
机床动力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的
要求，选取尽可能大的进给量；最后利用切削
用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。
粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量。
半精加工时，被吃刀量取为 0.5～ 2mm。
精加工时，被吃刀量取为 0.1～ 0.4mm
1、被吃刀量的选定
二、被吃刀量、进给量和切削速度的选定
2、进给量的选定
生产实际中多采用查表法确定进给量。
粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与
刚性、工件的装夹刚度决定。
精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。
3、切削速度的选定
在 ap,f 值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表
来选定车削速度。（ 公式 ）
在生产中选择切削速度的一般原则是：
（ 1）粗车时,ap,f 较大，故选择较低的 v；精车
时,ap, f 均较小，故选择较高的 v。
（ 2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的 v。
（ 3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低 20％～
30％；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要
降低 20％～ 30％；切削有色金属比切削中碳钢的
切削速度可提高 100％～ 300％；
（ 4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。
（ 5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。
（ 6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应
适当降低切削速度。
（ 7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振
动的临界速度。
?采用切削性能更好的新型刀具材料；?
改善工件材料的切削加工性；
?改进刀具结构和选配合理刀具几何参数
?提高刀具的制造和刃磨质量；
?采用新型的, 性能好的切削液和高效的冷却方法 。
三、提高切削用量的途径
第八节 磨削过程及磨削机理
磨削加工是用高速回转的砂轮或其它磨具以给定的背
吃刀量 （ 或称切削深度 ）, 对工件进行加工的方法 。 根据
工件被加工表面的形状和砂轮与工件之间的相对运动, 磨
削分为 外圆磨削, 内圆磨削, 平面磨削 和 无心磨削 等几种
主要加工类型 。 此外, 还有对 凸轮, 螺纹, 齿轮 等零件进
行磨削加工的专用磨床 。
二、磨屑形成过程
磨屑形成过程可分为以下三个阶段：
（ 1）划擦阶段
（ 2）刻划阶段
（ 3）切削阶段
一、磨料的形状特征
图 3－ 41
图 3－ 41 磨粒切削过程的三个阶段
三、磨削运动与磨削用量
?在磨削过程中,磨削
速度、工件圆周进给速
度、轴向进给量、径向
进给量 等，统称为磨削
用量。
?合理选择磨削用量对
保证磨削加工质量和提
高生产率有很大影响。
磨削速度 vs
砂轮的高速旋转
运动是主运动，
磨削速度是指砂
轮外圆的线速度。
工件圆周进给速度 vw
指工件外圆
的线速度。
轴向进给量 fa
径向进给量 fp
指工件转一周沿轴
线方向相对于砂轮
移动的距离。单位
为 mm/r；
指砂轮相对于工件在
工作台每双（单）行
程内径向移动的距离
，单位为 mm/双行程
或 mm/单行程。
四、磨削力
1,来源
?一是磨削过程中工件材料
发生弹性和塑性变形时所产
生的阻力；
?二是磨粒与工件表面之间
的摩擦力。
2,分解 把磨削力分解为相互垂直的 三个分力：切削力 F
c、背向力
Fp和进给力 Ff。
3,磨削力的主要特征
?单位磨削力很大；
?三向分力中切深力 Fy最大。
4,影响磨削力的因素
?砂轮速度 v砂 ↑ →单位时间内参与切削的磨粒数量 ↑ →每个磨
粒的切削厚度 ↓ →磨削力 ↓。
?工件速度 vω,fa↑ →单位时间内磨去的金属量 ↑ →每个磨粒
的切削厚度 ↑→磨削力 ↑；
?径向进给量 fr↑ →每个磨粒的切削厚度 ↑、砂轮与工件的磨
削接触弧长 ↑ →同时参与磨削的磨粒数 ↑ →磨削力 ↑；
?砂轮磨损 ↑磨削力 ↑ 。
五、磨削温度
1,磨削温度的概念
2,影响磨削温度的因素
注意砂轮磨削区温度 θA和磨粒磨削点温度 θdot的区别。
图 3－ 45
?砂轮速度,v砂 ↑→磨削温度 ↑磨削力 ↓；
?工件速度：影响不明显；
?径向进给量,fr↑→每个磨粒的切削厚度 ↑→磨削温度 ↑；
?工件材料：导热性差, 冲击韧性和强度高 →磨削温度 ↑ ；
?砂轮硬度与粒度：砂轮硬度 ↓,粒度粗 →磨削温度 ↓。
图 3－ 45 砂轮磨削区温度和磨粒磨削点温度
六、砂轮的磨损与耐用度
自锐性
由于磨粒的微刃逐步钝
化，磨削力逐步增加，
致使磨粒破碎或脱落，
重新露出锋利的微刃。
这种特性称为自锐性。
磨钝标准
?粗磨时发生振动, 噪音, 说明砂
轮已经磨钝 （ 由于切屑, 碎磨粒
把砂轮堵塞, 磨粒本身已磨损变
钝 ）, 应立即打磨砂轮 。
?精磨时, 工件表面出现波浪痕迹
或表面粗糙度增大, 说明砂轮已
经磨钝 。
图 3－ 46 砂轮磨损的三种形态
1－切屑； 2－结合剂； 3－磨粒；
A－磨耗磨损； B－磨粒破损； C－脱落磨损
1.磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，
还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料。
2.能获得很高的加工精度和低的表面粗糙度
（ 1）磨粒上锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切
削厚度可以小到数微米；
（ 2）磨床有较高的精度和刚度，并有实现微量进给机构，
可以实现微量切削；
（ 3）磨削的切削速度高，因此，磨削时有很多切削刃同时
参与切削，每个磨刃只切下极细薄的金属，残留面积的高
度小，有利于形成光洁的表面；
3．磨削温度高
七、磨削特点
4.磨削的径向力大；
5.砂轮有自锐作用；
6.磨削加工的工艺范围广；
7.磨削在切削加工中的比重日益增大。
本章习题
2-2 积屑瘤产生的条件及对金属切削过程的影响？如何抑制
积屑瘤的产生？
2-6 用硬质合金车刀（ γ O=15°, κ γ =45°, λ S=5° ）车
削外圆，工件材料为 40Cr钢，选用的 υ c=100m/min，
f=0.2mm/r,ap=3mm。试计算（ 1）主切削力；（ 2）校验机床
功率（机床额定功率为 7.5KW，机床传动效率为 0.8）。
2-8 试比较 a p, f对切削力、切削温度的影响有何异同？
2-14 在 CA6140卧式车床上车削材料为经调质处理的 45钢，
硬度为 229HBS，工件毛坯直径为 100mm，零件外圆直径为 80mm，
加工长度为 160mm。试（ 1）选配刀具材料；（ 2）设计刀具几
何参数；（ 3）选配切削用量。
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。
第一节 金属切削过程及切屑类型
一、切屑的形成过程
1．切削变形的力学本质
切削金属形成切屑的
过程是一个 类似于金属材
料受挤压作用，产生塑性
变形进而产生剪切滑移的
变形过程 （ 图 ）。
2．切屑形成过程模型 图 3－ 1
图 挤压与切削的比较
图 3－ 1 切屑形成过程模型
二、三个变形区
根据实验时的切削层变形图片可绘制如图 3-2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
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
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 ） 。
2,第二变形区
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 第三变形区（ Ⅲ ） 。
由于刀具刃口不可能绝对锋利,钝圆半
径的存在使切削层参数中公称切削厚度不
可能完全切除，会有很小一部分被挤压到
已加工表面，与刀具后刀面发生摩擦，并
进一步产生弹、塑性变形，从而影响已加
工表面质量。
3,第三变形区
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。
三、第一变形区内金属的剪切变形
图 3－ 3 第一变形区金属的滑移
?在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层
金属沿滑移面的剪切变形，并伴有加工硬化现象。
?切削层金属沿滑移面的剪切变形，从金属晶体结
构的角度来看，就是沿晶格中晶面所进行的滑移。
?金属材料的晶粒，可假定为圆形颗粒。晶粒在到
达始滑移线 OA之前，仅产生弹性变形，晶粒不呈方
向性，仍为圆形（ 图 3-4） 。
?晶粒进入第一变形区后，因受剪应力作用产生滑
移，致使晶粒变为椭圆形。椭圆的长轴方向就是晶
粒伸长的方向或金属纤维化的方向，它与剪切面的
方向不重合，两者之间成一夹角 Ψ（ 图 3-5）。
切屑形成本质
图 3－ 4 晶粒滑移示意图
图 3－ 5 滑移与晶粒的伸长
1,剪切角 φ
四,切削变形程度的表示方法
剪切角 φ ↑ →剪切面
积 ↓→变形程度 ↓→切削力 ↓。
图 3－ 6
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
图 3－ 6 φ角与剪切面面积的关系 图 3－ 7 变形系数 ξ的求法
?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 = ach/ac ；?
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。
2,变形系数 ξ
五．前面上的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
1,作用在切屑上的力
?刀具与切屑之间的作用力分析 如图 3-8所示。
?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。
图 3－ 8 作用在切屑上的力
a) 切屑受到来自工件和刀具的作用力
b) 切屑作为隔离体的受力分析
2,前刀面上的摩擦
?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 。?
所谓, 内摩擦, 就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩
擦，这种内摩擦也就是金属内部的剪切滑移 。其摩擦力的大
小与材料的流动应力特性及粘结面积的大小有关。?
切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑间的摩擦
仅为外摩擦 。?
刀屑接触面间有二个摩擦区域：粘结 (内摩擦 )区和滑动 (外
摩擦 )区。?
金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑
内摩擦。
图 3－ 10 切屑和前面摩擦情况示意图
六,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
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 。
产生这种现象，是 滞流层金属不断堆积的结果。
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。
3）影响积屑瘤的因素
2）积屑瘤的形成原因
1）什么是积屑瘤
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。
图 3－ 13 积屑瘤前角和伸出量
?采用低速或高速切削,由于切削速度是通过切削温度
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；
?采用高润滑性的切削液,使摩擦和粘结减少；
?适当减少进给量、增大刀具前角；
?适当提高工件材料的硬度；
?提高刀具的刃磨质量；
?合理调节各切削参数间关系，以防止形成中温区域。
5）抑制或消除积屑瘤的措施
七、影响切屑变形的主要因素
1,工件材料的力学性能
材料强度越高，塑性越小，
则变形系数越小，切削变形
减小（ 图 ）。2.切削用量
（ 1）切削速度
?切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。?
在积屑瘤增长的速度范围内,因积屑瘤导致实际工作前角增加、
剪切角 φ 增大、变形系数减小。?
在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系
数 ξ 不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。 （ 图 ）?
在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。?
切削铸铁等脆性金属时,一般不产生积屑瘤。随着切削速度增
大，变形系数逐渐地减小。
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 h
D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
?带状切屑 最常见的屑型之一（ 图 3-15a）。
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，会得到此类切屑。
优 点,切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙
度较小。
缺 点,紊乱状切屑缠绕在刀具或工件上影响加工过程。
八、切屑的类型
?挤裂 (节状 )切屑
外形特征,刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。
形成条件,这类切屑之所以呈锯齿形，是由于它的第一变
形区较宽，在剪切滑移过程中滑移量较大。大多在低速、
大进给、切削厚度较大、刀具前角较小时产生 (图 3-15b)。
?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) 。
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
?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
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。
九、已加工表面的形成过程
图 3－ 16 已加工表面的形成过程
第二节 切削力
一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
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。
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 通常将合力 F分解为相互垂直的三个分
力,切削力 Fc, 进
给力 Ff, 背向力 Fp
(图 3-19)。切削力 Fz(Fc)
（旧称主切削力，用 Fz表
示） ——总切削力在主运动
方向的分力，是计算机床切
削功率、选配机床电机、校
核机床主轴、设计机床部件
及计算刀具强度等必不可少
的参数。
背向力 Fy（ Fp）
进给力 Fx (Ff)
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。
旧称轴向分力，用 Fx表示
——总切削力在进给方向的
分力，是设计、校核机床
进给机构，计算机床进给
功率不可缺少的参数
图 3-19 切削力的分解
?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） 。
3．切削功率
?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 。
二, 切削力的实验公式
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。2,切削用量
进给量 f和背吃刀量 ap 进给量 f和背吃刀量 a
p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。
?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。?
在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界
面上的摩擦也很小，所以切削速度 υc 对切削力 Fc无明显的
影响。?
在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高
速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。
切削速度 υc
?前角的影响, γo↑ →切削变形 ↓→切削力 ↓。（塑性材料）
?负倒棱的影响：（ 图 3－ 21） 负倒棱参数 大大提高了正前角刀
具的刃口强度，但同时也增加了负倒棱前角 (负前角 )参加切削的
比例，负前角的绝对值 ↑→切削变形程度 ↑→切削力 ↑；
?主偏角的影响：（ 图 3－ 22）
Fy=FxycosKr Fx=FxySinKr
Kr ↑ → Fy ↓,Fx ↑
?刃倾角的影响,（ 图 3－ 23）
λs ↓ → Fy ↑,Fx ↓,Fz基本不变
?刀尖圆弧半径 rε ↑→切削刃圆弧部分的长度 ↑→切削变形 ↑→切
削力 ↑。 此外 rε增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小，
从而使 Fp增大,Ff 减小。
3,刀具几何参数
图 3－ 21 负倒棱对切削力的影响
图 3－ 22 主偏角不同时 Fxy力的分解
（ a） Kr小 （ b） Kr大
kr1 Kr’
kr2
Fp
Ff
图 3－ 23 刃倾角对切削力的影响
4,刀具磨损
5,切削液
6,刀具材料
刀具材料与被加工材料
间的摩擦系数，影响到摩擦
力的变化，直接影响着切削
力的变化。
第三节 切削热和切削温度
一, 切削热的产生与传导
金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的
三个热源 (图 3-25)。在这三个变形区中，刀具
克服金属 弹、塑性变形抗力 所作的功和克服 摩
擦抗力 所作的功，绝大部分转化为切削热。
切削热向 切屑、工件、刀具 以及 周围的介
质 传导，使它们的温度上升，从而导致切削区
内的切削温度上升。
图 2-25 切削热的产生与传导
二, 切削温度对切削加工过程的影响
1.对刀具材料的影响 高速钢刀具材料的耐热性为 600℃ 左右，超过该温
度刀具失效。硬质合金刀具
材料耐热性好，在高温
800～ 1000℃ 时，强度反而
更高，韧性更好。因此适当
提高切削温度，可防止硬质
合金刀具崩刃，延长刀具寿
命。
2.对工件尺寸精度的影响
车削工件外圆时，工件受热
膨胀，切削后冷却至室温，尺寸
变小，特别是在精加工和超精密
加工时，切削温度的变化对工件
尺寸精度的影响特别大，因此控
制好切削温度，是保证加工精度
的有效措施。
三, 切削温度的测定方法
1.自然热电偶法 自然热电偶法是利用工件材料和刀具材料化学成份
的不同而构成热电偶的两极，
并分别连接测量仪表，组成
测量电路，刀具切削工件的
切削区域产生高温形成热端，
刀具与工件为热电偶冷端，
冷、热端之间热电势由仪表
（毫伏计）测定。切削温度
越高，测得热电势越大，它
们之间得对应关系可利用专
用装置经标定得到。
2.人工热电偶法
人工热电偶法是将两种预
先经过标定的金属丝组成热电
偶，热电偶的热端焊接在刀具
或工件需要测定温度的指定点
上，冷端通过导线串联在电位
差计或毫伏表上。根据仪表上
的指示值和热电偶标定曲线，
可测得指定点的温度。
四, 影响切削温度的因素
1.工件材料 材料的 强度, 硬度 越高，
则切削抗力越大，消耗的功越
多，产生的热就越多；
导热系数 越小，传散的热
越少，切削区的切削温度就越
高。2.切削用量
切削温度与切削用量的
关系式为：
θ＝ CθVc Zθf yθap xθ
三个影响指数 zθ＞ yθ＞ xθ，说
明切削速度对切削温度的影
响最大，背吃刀量对切削温
度的影响最小 。
（ 3）刀具几何参数
（ 4）刀具磨损
（ 5）切削液
1)前角 γo↑→塑性变形和摩擦
↓→切削温度 ↓（ 图 ）。但前角
不能太大，否则刀具切削部分
的锲角过小，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 ）。
刀具主后面磨损
时，后角减小，后面
与工件间摩擦加剧。
刃口磨损时，切屑形
成过程的塑性变形加
剧，使切削温度增大。
利用切削液的润滑功能
降低摩擦系数，减少切削热
的产生，也可利用它的冷却
功用吸收大量的切削热，所
以采用切削液是降低切削温
度的重要措施。
图 前角与切削温度的关系
第四节 刀具磨损和耐用度
一、刀具磨损的形态
（ 1）正常磨损
切削塑性材料时，
如果切削速度和切削厚
度较大，在刀具前刀面
上经常会磨出一个月牙
洼（ 图例 ）。
正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩
大的磨损。
1）前面磨损
图 3-27 刀具的磨损形态
2）后面磨损
加工脆性材料或在切削速度
较低、切削厚度较小（ hD＜
0,1mm），由于前刀面上刀屑
间的作用相对较弱，主要发生后
刀面磨损（ 图例 ）。
3）前面和后面同时磨损
一般在以中等切削
用量加工塑性金属材料
时会出现这种形式磨损
（ 图例 ）。
4）边界磨损
切削钢料时，常在主切削刃靠近工件
外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深
的沟纹，这就是边界磨损（ 图例 ）。加工
铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边
界磨损。
（ 2）非正常磨损 刀具的非正常磨损是
指在切削过程中，刀具的
磨损量尚未达到磨钝标准
值就突然无法正常使用，
即刀具发生破损。1） 脆性破损
2） 塑 性破损
在振动、冲击切削条件的作
用下，刀具尚未发生明显磨损
（ VB≤0.1mm），但刀具切削部
分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、
刀片或刀具折断、表层剥落、热
裂纹等现象，使刀具不能继续工
作，这种破损称为脆性破损。切削时，刀具由于高温高
压的作用，使刀具前、后
刀面的材料发生塑性变形，
刀具丧失切削能力，这种
破损称为塑性破损。
?针对被加工工件材料和零件的特点，合理选择刀具材料的种
类和牌号；
?合理选择刀具几何参数；
?保证刀具焊接和刃磨质量，避免因焊接、刃磨不善而带来的
各种缺陷。尽量使用机夹可转位不重磨刀具；
?合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度，
避免产生积屑瘤；
?提高工艺系统的刚性，消除可能产生振动的因素，如加工余
量不均匀，表面硬度不均匀，铰刀、铣刀等回转类刀具各刀齿
的刃尖不在同一圆周上等现象；
?采用正确的操作方法，尽量使刀具不承受或少承受突变性的
载荷，合理使用切削液，为防止热裂效应，不要断续使用切削
液冷却硬质合金、陶瓷等脆性大的刀具材料。
防止刀具破损的措施
二、刀具磨损的原因
1.硬质点磨损
2.粘结磨损
3.扩散磨损
切削时，切屑、工件材
料中含有一些碳化物、氮
化物和氧化物等硬质点以
及积屑瘤碎片等，可在刀
具表面刻划出沟纹，这就
是磨料磨损。
切削时，切屑、工件与前、
后刀面之间存在很大的压力和强
烈的摩擦，形成新鲜表面接触而
发生冷焊粘结。由于切屑在滑移
过程中产生剪切破坏，带走刀具
材料，从而造成粘结磨损。在切削高温下，使
工件与刀具材料中的合
金元素在固态下相互扩
散置换造成的刀具磨损，
称为扩散磨损
（ 5）相变磨损
（ 4）化学磨损 在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化
学作用，在刀具表面形成
一层硬度较低的化合物，
被切屑或工件擦掉而形成
磨损，称为化学磨损。
当切削温度达到或超
过刀具材料的相变温度时，
刀具材料中的金相组织将
发生变化，硬度显著下降，
引起的刀具磨损称为相变
磨损。
图 3-29 切削速度对刀具磨损强度的影响
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标准
1.刀具磨损过程
?初期磨损阶段（ Ⅰ ）
?正常磨损阶段（ Ⅱ ）
?剧烈磨损阶段（ Ⅲ ）
2.刀具的磨钝标准
刀具磨损到一定限
度就不能继续使用，这
个磨损限度称为磨钝标
准。磨钝标准的具体数
值可从切削用量手册中
查得。
图 3-30
图 3-30 刀具的磨损过程
国际标准 ISO推荐硬质合金外圆车刀的磨钝标准，可以
是以下任何一种：
（ 1） VB=0.3mm；
（ 2）如果主后刀面为无规则磨损，取 VBmax=0.6mm；
（ 3）前面磨损量 KT=0.06+0.3f（ f为进给量）
在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度 VB来制
定磨钝标准。规定磨钝标准的两点考虑：
①充分利用正常磨损阶段的磨损量，适用于粗加工和半
精加工。
② 根据加工精度和表面质量要求规定磨钝标准。
四、刀具耐用度及其经验公式
1,刀具耐用度的定义
?刀具耐用度（现称刀具寿命）是指一把刃磨
好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历
的实际切削时间。
?刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件
材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的
重要参数。
2.切削用量对刀具耐用度的影响
（ 1）切削速度与刀具寿命的关系
各种切削速度下的刀具磨损曲线（ 图 3－ 31）
刀具 T— v关系曲线（ 图 3－ 32），该直线方程为：
Lgv=-mlgT+lgA
式中,m=tgφ，即该直线的斜率；
A— 当 T＝ 1s（或 1min）时直线在纵坐标上的截距。
V = A / T m
图 3－ 31 各种切削速度下的刀具磨损曲线
图 3－ 32 在双对数坐标上的 T— v曲线
2）进给量、被吃刀量与刀具寿命的关系
f= B / Tn
ap= C/Tp
综合以上三式，可以得到切削用量三要素与寿命的关系：
T= CT/vcx f yapx
用 YT15硬质合金车刀切削 σb＝ 0.63GPa的碳钢时，
切削用量与刀具寿命的关系式为：
T= CT/vc5 f2.25ap0.75
T -V关系式反映了切削速度与刀具耐用度之间的关系，
是选择切削速度的重要依据。指数 m表示切削速度对刀具
耐用度的影响程度。高速钢,m=0.1~0.125； 硬质合金：
m=0.2~0.3;陶瓷刀具,m=0.4。
五、刀具寿命的选择原则
确定合理刀具寿命的两种方法：
?最大生产率寿命
?最低成本寿命
一般情况下，应采用最低成本寿命，当任务紧迫或
生产中出现不平衡环节时，可采用最大生产率寿命。
图 3－ 33
图 3－ 33 刀具寿命对生产率和加工成本的影响
?复杂的, 高精度的, 多刃的刀具耐用度应选得比简单的,
低精度的, 单刃的刀具高 。
?对于机夹可转位刀具, 由于换刀时间短, 为使切削刃始终
处于锋利状态, 刀具耐用度可选得低些 。
?对于换刀, 调刀比较复杂的数控刀具, 自动线刀具以及多
刀加工时, 刀具耐用度应选得高些, 以减少换刀次数, 保证
整机和整线的可靠工作 。
?精加工刀具切削负荷小, 刀具耐用度应比粗加工刀具选得
高些 。
?大件加工时, 为避免一次进给中中途换刀, 刀具耐用度应
选得高些 。
?刀具几何参数 合理选择刀具几何参数能提高刀具寿命。
?刀 具 材 料 刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，
合理选用刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材
料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具寿命和提高
切削速度的重要途径之一。
?工 件 材 料 工件材料的物理力学性能也是影响刀具
寿命的重要因素，工件材料的强度、硬度和韧性越高，延
伸率越小，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。
?切 削 用 量
六、影响刀具寿命的因素
第五节 工件材料的切削加工性
工件材料
的可切削加工
性是指对某种
材料进行切削
加工的难易程
度。
一、工件材料切削加工性的评定指标
1）以一定耐用度下的切削速度 vT衡量加工性；
2）以切削力或切削温度衡量加工性；
3）以加工表面质量衡量加工性；
4）以切屑控制或断屑的难易
?一般用相对加工性 Kv来衡量工件材料的可切削加工性。
?通常以 σb=0.637GPa的 45钢的 υ60（刀具寿命为 60min时所
允许的切削速度，用 υ60表示）为基准，写作 (υ60)j。将其
它工件材料的 υ60与之相比，其比值即为 相对加工性 Kv，
即 Kv=υ60/(υ60)j
? 当 Kv ＞ 1时，该材料比 45钢容易切削，例如有色金属
Kv ＞ 3；
?当 Kv ＜ 1时，该材料比 45钢难切削，例如高锰钢、钛合
金 Kv ≤0.5，均属难加工材料。
?材料切削加工性等级，表 3－ 2
二、改善工件材料切削加工性的途径
要改善工件材料的切
削加工性，可通过 热处理
方法，改变材料的金相组
织和物理力学性能，也可
通过调整材料的化学成分
等途径 。生产实际中，热
处理是常用的处理方法。
第六节 切削液
一、切削液的作用机理
切削液的冷却作用主要
靠热传导带走大量的切削热，
从而降低切削温度，提高刀
具寿命；减少工件、刀具的
热变形，提高加工精度；降
低断续切削时的热应力，防
止刀具热裂破损等。
1.切削液的冷却作用
2.切削液的润滑作用
使用切削液后，切屑、工件与
刀面之间形成完全的润滑油膜，成
为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很
小；实际情况是属于边界润滑摩擦，
其摩擦系数大于流体润滑，但小于
干摩擦。 图 3－ 34
图 3－ 34 金属间边界润滑摩擦
Ff－摩擦力
二、切削液的添加剂
用以改善在较
低温度下切削液的
润滑性能。
（ 3）切削液的清洗作用
1.油性添加剂
2.极压添加剂 比油性添加剂
能耐较高的温度。
为改善切削液
性能所加入的化学
物质，称为添加剂。
二）切削液的分类
? 水溶液?
乳化液
水溶性切削液有良好的
冷却作用和清洗作用。
（ 2）水溶性切削液
? 切削油?
固体润滑剂
非溶性切削液主要起润
滑作用。
（ 1）非水溶性切削液
3.表面活性剂
由于表面活性剂分子的极性基
团和非极性基团可分别溶于水和油，
从而把水和油连接起来，即起到 乳
化作用 ；此外还能吸附在金属表面
上形成润滑膜起 润滑作用 。
三）切削液的选用
?按工件材料选用 加工钢等塑性材料时，需要切削液；加工
铸铁等脆性材料时，不用切削液。
?按刀具材料选用 高速钢刀具耐热性差，粗加工时应选用以
冷却作用为主的切削液，以降低切削温度；在精加工时应使
用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，以提高
加工表面质量。硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削
液；
?按加工方法选用 对半封闭、封闭加工，选用极压乳化液或
极压切削油，以对切削区进行冷却、润滑和对切屑冲洗。磨
削加工时，由于磨削区温度很高，磨屑会破坏已磨削表面质
量,要求切削液具有良好的冷却、清洗、排屑和防锈性能，一
般选用乳化液。
第七节 切削用量的选择
一、选择切削用量的原则
合理切削用量是指使刀具
的切削性能和机床的动力性能
得到充分发挥，并在保证加工
质量的前提下，获得高生产率
和低加工成本的切削用量。
P＝ 1 / tm
fva
Ld
fan
Lt
p
ww
pw
w
m 310
???? ?
式中,dw — 车削前的毛坯直径（ mm）；
Lw — 工件切削部分长度（ mm）；
Δ — 加工余量（ mm）；
nw — 工件转速（ r/min）。
P=A0vfap
1、切削用量同加工生产率的关系
（ 公式 ）
利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到
如下的结果：
（ 1） f 保持不变,ap增至 3ap，如仍保持刀具合理的耐
用度，则 vc必须降低 15％，此时生产率 P3ap≈2.6P，即生
产率提高至 2倍。
（ 2） ap保持不变,f 增至 3f，如仍保持刀具合理的耐用度，
则 vc必须降低 32％，此时生产率 P3ap≈2P，即生产率提高
至 2倍。
（ 3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。
由此可见，增大 ap比增大 f更有利于提高生产率。
2、选择切削用量的原则
首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据
机床动力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的
要求，选取尽可能大的进给量；最后利用切削
用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。
粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量。
半精加工时，被吃刀量取为 0.5～ 2mm。
精加工时，被吃刀量取为 0.1～ 0.4mm
1、被吃刀量的选定
二、被吃刀量、进给量和切削速度的选定
2、进给量的选定
生产实际中多采用查表法确定进给量。
粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与
刚性、工件的装夹刚度决定。
精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。
3、切削速度的选定
在 ap,f 值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表
来选定车削速度。（ 公式 ）
在生产中选择切削速度的一般原则是：
（ 1）粗车时,ap,f 较大，故选择较低的 v；精车
时,ap, f 均较小，故选择较高的 v。
（ 2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的 v。
（ 3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低 20％～
30％；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要
降低 20％～ 30％；切削有色金属比切削中碳钢的
切削速度可提高 100％～ 300％；
（ 4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。
（ 5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。
（ 6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应
适当降低切削速度。
（ 7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振
动的临界速度。
?采用切削性能更好的新型刀具材料；?
改善工件材料的切削加工性；
?改进刀具结构和选配合理刀具几何参数
?提高刀具的制造和刃磨质量；
?采用新型的, 性能好的切削液和高效的冷却方法 。
三、提高切削用量的途径
第八节 磨削过程及磨削机理
磨削加工是用高速回转的砂轮或其它磨具以给定的背
吃刀量 （ 或称切削深度 ）, 对工件进行加工的方法 。 根据
工件被加工表面的形状和砂轮与工件之间的相对运动, 磨
削分为 外圆磨削, 内圆磨削, 平面磨削 和 无心磨削 等几种
主要加工类型 。 此外, 还有对 凸轮, 螺纹, 齿轮 等零件进
行磨削加工的专用磨床 。
二、磨屑形成过程
磨屑形成过程可分为以下三个阶段：
（ 1）划擦阶段
（ 2）刻划阶段
（ 3）切削阶段
一、磨料的形状特征
图 3－ 41
图 3－ 41 磨粒切削过程的三个阶段
三、磨削运动与磨削用量
?在磨削过程中,磨削
速度、工件圆周进给速
度、轴向进给量、径向
进给量 等，统称为磨削
用量。
?合理选择磨削用量对
保证磨削加工质量和提
高生产率有很大影响。
磨削速度 vs
砂轮的高速旋转
运动是主运动，
磨削速度是指砂
轮外圆的线速度。
工件圆周进给速度 vw
指工件外圆
的线速度。
轴向进给量 fa
径向进给量 fp
指工件转一周沿轴
线方向相对于砂轮
移动的距离。单位
为 mm/r；
指砂轮相对于工件在
工作台每双（单）行
程内径向移动的距离
，单位为 mm/双行程
或 mm/单行程。
四、磨削力
1,来源
?一是磨削过程中工件材料
发生弹性和塑性变形时所产
生的阻力；
?二是磨粒与工件表面之间
的摩擦力。
2,分解 把磨削力分解为相互垂直的 三个分力：切削力 F
c、背向力
Fp和进给力 Ff。
3,磨削力的主要特征
?单位磨削力很大；
?三向分力中切深力 Fy最大。
4,影响磨削力的因素
?砂轮速度 v砂 ↑ →单位时间内参与切削的磨粒数量 ↑ →每个磨
粒的切削厚度 ↓ →磨削力 ↓。
?工件速度 vω,fa↑ →单位时间内磨去的金属量 ↑ →每个磨粒
的切削厚度 ↑→磨削力 ↑；
?径向进给量 fr↑ →每个磨粒的切削厚度 ↑、砂轮与工件的磨
削接触弧长 ↑ →同时参与磨削的磨粒数 ↑ →磨削力 ↑；
?砂轮磨损 ↑磨削力 ↑ 。
五、磨削温度
1,磨削温度的概念
2,影响磨削温度的因素
注意砂轮磨削区温度 θA和磨粒磨削点温度 θdot的区别。
图 3－ 45
?砂轮速度,v砂 ↑→磨削温度 ↑磨削力 ↓；
?工件速度：影响不明显；
?径向进给量,fr↑→每个磨粒的切削厚度 ↑→磨削温度 ↑；
?工件材料：导热性差, 冲击韧性和强度高 →磨削温度 ↑ ；
?砂轮硬度与粒度：砂轮硬度 ↓,粒度粗 →磨削温度 ↓。
图 3－ 45 砂轮磨削区温度和磨粒磨削点温度
六、砂轮的磨损与耐用度
自锐性
由于磨粒的微刃逐步钝
化，磨削力逐步增加，
致使磨粒破碎或脱落，
重新露出锋利的微刃。
这种特性称为自锐性。
磨钝标准
?粗磨时发生振动, 噪音, 说明砂
轮已经磨钝 （ 由于切屑, 碎磨粒
把砂轮堵塞, 磨粒本身已磨损变
钝 ）, 应立即打磨砂轮 。
?精磨时, 工件表面出现波浪痕迹
或表面粗糙度增大, 说明砂轮已
经磨钝 。
图 3－ 46 砂轮磨损的三种形态
1－切屑； 2－结合剂； 3－磨粒；
A－磨耗磨损； B－磨粒破损； C－脱落磨损
1.磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，
还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料。
2.能获得很高的加工精度和低的表面粗糙度
（ 1）磨粒上锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切
削厚度可以小到数微米；
（ 2）磨床有较高的精度和刚度，并有实现微量进给机构，
可以实现微量切削；
（ 3）磨削的切削速度高，因此，磨削时有很多切削刃同时
参与切削，每个磨刃只切下极细薄的金属，残留面积的高
度小，有利于形成光洁的表面；
3．磨削温度高
七、磨削特点
4.磨削的径向力大；
5.砂轮有自锐作用；
6.磨削加工的工艺范围广；
7.磨削在切削加工中的比重日益增大。
本章习题
2-2 积屑瘤产生的条件及对金属切削过程的影响？如何抑制
积屑瘤的产生？
2-6 用硬质合金车刀（ γ O=15°, κ γ =45°, λ S=5° ）车
削外圆，工件材料为 40Cr钢，选用的 υ c=100m/min，
f=0.2mm/r,ap=3mm。试计算（ 1）主切削力；（ 2）校验机床
功率（机床额定功率为 7.5KW，机床传动效率为 0.8）。
2-8 试比较 a p, f对切削力、切削温度的影响有何异同？
2-14 在 CA6140卧式车床上车削材料为经调质处理的 45钢，
硬度为 229HBS，工件毛坯直径为 100mm，零件外圆直径为 80mm，
加工长度为 160mm。试（ 1）选配刀具材料；（ 2）设计刀具几
何参数；（ 3）选配切削用量。
