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1、刨插工助理操作师、操作师应知应会大纲第一部分助理操作师、操作师应知大纲1、刨插工基础理论知识1、1 专业数学知识1.1.1 简单零件尺寸计算1.1.1.1 概述在刨、插加工艺过程中，涉及一些计算问题。三角学的计算方法在加工工艺、设计计算和技术测量中，应用的最为普遍，为了便于学习和掌握，这里从简单的三角关系讲起，通过具体实例进行讲解。大多数实例是从生产实践中提炼而来，在分析、求解例题过程中，通过推导给出通用公式，在实践中遇到同样问题时，可以直接应用其求解。 1.1.1.2 基本计算公式图 11 所示为一直角三角形，其中有 5 个元素，即 a、b、c 和两个锐角 A、B。只要知道其中的两个元素（但

2、至少要有一个边） ，则其余各元素即可求出。为了便于应用，现将这些公式列于表 11 。 1.1.1.2 计算举例【例 11】 要刨削如图 12 所示的零件的斜面和平面（粗实线所示） （尺寸单位均为 mm ，下同） ，试计算长度尺寸 H 。解：画出计算图图 12（b） ，先求尺寸 L 及 y L = 4016 = 24mmy = 50 一 24 = 26mm再求出尺寸 xx y tan30= 260.5774 = 15 . 012mm由此可得 H = L 一 x = 24 一 15 . 012 =8 .908 mm1 . 1 . 2 正多边形的有关计算 1 . 1 . 2 . 1 概述在机械零件中

3、，正多边形的加工是常见的，如铣（或刨）四方、五方、六方等。正多边形的计算，常常将其作为圆的内接图形来考虑，这里先从简单的四边形讨论起，最后给出计算正多边形的通式。 1 . 1 . 2 . 2 计算举例 【例 14 】加工边长为 20mm 的正四边形零件，如图 15 所示，若用圆棒料做毛坯，求圆棒料的最小直径。解 此题实质上是求正四边形外接圆的直径。在 ABC 中，已知 AB=BC = s，为四边形零件的边长，外接圆直径即是 ABC 的斜边 AC 。由图 15 可知AC= = = S=1.414S2BCAS2生产操作类员工成长路径应知应会大纲即直径 D 为D = 1.414s ( 11 ) 上式

4、就是求正四边形外接圆直径 D 的计算公式。将 s=20mm 代人式（ 11 ) ，得圆棒料的最小直径为 D = 1 . 414s = 1 . 41420 = 28 . 28mm此题若用三角函数求解也很方便因为 A=C = 45所以 D = = 28 . 28mm1 . 1 . 3 斜度、锥度零件加工中的计算 1 . 1 . 3 . 1 图 1 一 8 所示为一斜键，图纸上标注的斜度为 1 ： n 。其意思是在 nmm 长度内高度尺寸相差为 lmm 。设斜角为 a ，则【 例 1 一 7 】 图 1 一 9 所示为一斜垫铁，斜度 1 ： 20 ，小端尺寸 h =6mm ，长 L= 70mm ，试

5、求大端尺寸，以便按大端尺寸备料。解由式（ 1 一 5 ）得知解得1 . 1 . 4 V 形块加工及测量中的计算 1 . 1 . 4 . 1 概述 V 形块是一种常用的定位原件，也用于圆柱和圆锥形零件的测量，也是机床导轨的一种形式。因此，对它的精度要求较严。下面讨论 V 形块本身的尺寸以及 V 形块用于加工测量中的计算问题。1 . 1 . 4 .2 V 形块槽角 2 的计算 V 形块加工完毕后，要测量其夹角的实际值，选用两根直径不等的滚棒（检验棒）进行间接测量，而后通过计算求得。2、刨、插床基本知识2 . 1 刨、插类机床的编号机床的种类很多，每一类中又有多种不同的规格。为了便于选用和管理，对每

6、一类机床都规定了一个统一的代号，而对每一类中不同规格的机床又进行了统一的编号。代号和编号合在一起就组成了机床的型号。刨床的编号通常是在代号后由若干数字排列组成。代号标志着机床的类别，刨床则统一用“ B ，来表示；字母后面的两个数字分别表示机床的组别和型别，用以表示机床具体的特性；再后面两位数字则表示机床的基本参数（主参数）的 1 / 1 。或 1 / 1 。 。 。当机床的特性或结构有重大改进时，按其设计改进的顺序分别用汉语拼音大写字母“ A 、 B 、 C ”表示，位于机床型号的末尾。刨削类机床组与型的划分见表 2 一 1 。还需要说明的一点是：机床如果具有通用的结构特征，则用表示此结构特征

7、的汉语拼音字母的大写紧随类别代号之后写出。例如：生产操作类员工成长路径应知应会大纲2 . 2 B6050 型牛头刨床B6050 型牛头刨床（见图 2 一 1 ）是一种机械传动的中型牛头刨床。它的性能较好，常用来刨削各种中、小型零件的水平面、垂直面、倾斜面和成形表面等，一般适合于单件和小批生产。2 . 2 . 1 B6050 型牛头刨床主要技术规格滑枕的最大刨削长度为 500mm ，滑枕底面至工作台面的最大距离为 380mm ；刨刀自床身前面伸出的最大距离为 76Omm ；工作台上面和侧面的台面尺寸均为 440mm 只 36omm ，工作台最大回转角度为 900 ，最大横向移动距离是 500mm

8、 ，垂直移动距离是300mm；刀架的最大行程为 110mm，最大回转角度是60，刨刀杆最大尺寸是20mm*32mm；滑枕每分钟往复次数为 15158 次（分 9 级） ，工作台横向进给量为0.1252mm/往复行程（分 16 级） ，垂直进给量为 0.081.28mm/往复行程（分 16 级） ；电动机功率为 4KW。222 B6050 型牛头刨床的主要部件和结构原理223 B6050 型牛头刨床传动系统23 插床插床的结构原理与牛头刨床属于同一类型，只是在形式结构上略有区别，插床的滑枕是在垂直方向上作往复运动，其他调整由工作台的纵向、横向和回转运动来实现。插床的主要用途是加工工件的成形内表面

9、和外表面，如方孔、长方形孔、多边形孔及花键孔等。231 插床的结构232 B5032 型插床的技术规格最大刨削长度为 320mm，工件最大加工尺寸（长*高）为 600*320mm；滑枕的往复 次数为 20 次/min、32 次/min、50 次/min、80 次/min，倾斜角度为 08，刀头支撑面到床身前臂间距离为 600mm，插刀截面最大尺寸（宽*高）为 25*40mm；工作台面直径为630mm，纵向移动最大距离为 630mm，横向移动最大距离为 560mm，最大回转角度为360；电动机转数为 950r/min,功率为 4KW。233 插床的传动原理插床的主运动是滑枕的往复运动，进给运动有

10、三种，即工作台的横向、纵向和回转间歇运动。3金属切削原理及刨（插）刀金属切削加工是现代机器制造业中重要的生产环节之一。凡是表面要求较高的机械零件，一般均需经过切削加工。刨（插）削加工是金属切削加工中的一种。它是由刨（插）床产生动力和运动，由刨（插）刀切去工件上预留的金属，加工成图纸要求的工件形状、尺寸精度及表面质量。在此过程中，刨（插）刀将起到重要的作用。31 刨（插）刀311 刨刀的种类和用途3111 按刀杆的形式分（1）直刀头 刀杆是直的，刚性好。但切削力大时，会有扎刀现象。（2）弯头刀 刀杆做成向左、向右或向后弯曲的都称为弯头刀。向左和向右的弯头刀用来加工特形表面（如 T 形槽等） 。向

11、后弯曲的是较常见的，刨削过程中，受到大的切削力，刀杆向后弯曲变形不会形成扎刀现象。3 . l . 1.2 按加工形式分( 1 )平面刨刀 刨平面用。生产操作类员工成长路径应知应会大纲( 2 ）偏刀刨垂直面用。 ( 3 ）切刀切断和刨沟槽用。 ( 4 ）弯切刀刨 T 形槽用。 ( 5 ）角度偏刀刨燕尾槽及角度用。 ( 6 ）内孔刀刨内孔槽用（图中未画） 。 ( 7 ）样板刀刨成型形面用。 ( 8 ）宽刃刀精刨平面用。 3 . 1 . 1 . 3 按走刀方向分（见图 3 一 3 ）( 1 ) 左刨刀。 ( 2 ）右刨刀。3 . 1 . 1 . 4 按刀具结构形式分 ( l ）整体刨刀由整块高速钢制

12、成。 ( 2 )焊接式刨刀在碳素钢的刀杆上焊上高速钢或硬质合金刀片制成。 ( 3 )机械夹固式刨刀把刀片用螺钉、压板、楔块等紧固在刀杆上制成的，一般称机夹刨刀。( 4 )可转位刨刀这是一种新型刀具。将可转位刀片用机械夹固的方式紧固在刀杆上制成的，如图 3 一 4 所示。当一个刀刃磨损后，只需将刀片旋转一个角度，使刀片上新的切削刃投入使用继续切削，直至所有的切削刃都磨损后才更换新的刀片。这种可转位刨刀优点很多。3 1 2 插刀的种类和用途在插床上插削工件用的刀具称为插刀。根据工作情况的不同，插刀可分为尖刀、光刀、切刀、偏刀和成形刀等。尖刀用于粗插，光刀用来精插表面，切刀用于插削各种形状的沟槽及切

13、断等，偏刀用来插削垂直面或斜面，成形刀形状很多，根据工件的形状不同有角度成形刀、圆弧成形刀、花键成形刀、齿形成形刀等。其具体情况以后结合典型零件的插削来介绍，这里不赘述。以上讲了许多刨刀与插刀，看似很复杂，实际上从本质上说刨刀与插刀没有什么区别，只不过它们在机床上安装的形式不同、运动方向各异而已。就其切削部分的构造来说是一样的。 3 . 2 切削运动及基本要素 3 . 2 . 1 加工表面 图 3 一 5 所示为正在切削时的刨刀与工件的关系。刀具切入金属，最终形成新的表面。在新表面形成过程中，工件上有 3 个依次变化着的表面：待加工表面、加工表面和已加工表面。它们的具体涵义如下。( 1 )待加

14、工表面：加工时即将切除的表面。 ( 2 )已加工表面：已被切去多余的金属而形成的符合要求的工件新表面。( 3 ）加工表面（或称切削表面）：加工过程中形成的那部分表面，它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。 3 . 2 . 2 切削运动：3 2 . 2 . 1 主运动主运动是由机床提供的刀具和工件之间的相对运动。在刨插削过程中也是运动速度最大的运动。其方向：设工件不动刀具相对于工件的运动方向（见图 3 一 5 ） 。过刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度 v 。刨插削的主运动是直线往复运动。其速度是变化的，平均的切削速度按下式计算，即 v =0 . 0017nL ( m

15、/ min ) 式中 n 滑枕或工作台每分钟往复次数，往复次数/min生产操作类员工成长路径应知应会大纲L 行程长度， m 。 3 . 2 , 2 . 2 进给运动配合主运动维持切削继续进行最终形成已加工表面的运动。它是垂直于主运动方向的间歇运动。方向：设工件不动刀具相对于工件的运动方向。其速度称为进给速度 vf ， 。对刨、插削来说，因为是间歇运动，其值很小，常以进给量 f 来表示，其单位为 mm / d st （毫米双行程） 。 3 . 2 . 3 切削深度已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。用 ap 表示，单位为 mm 。根据需要（加工余量、机床动力以及表面粗糙度要求等）选择适当尺寸，

16、对好刀具，在切削过程中一般不再变动。切削速度 v 、进给量 f 和切削深度 ap 统称切削用量三要素，简称为切削用量。33 刀具切削部分的基本定义331 刀具切削部分的构造（1） 前刀面（2） 主后刀面（3） 副后刀面（4） 主切削刃（5） 副切削刃（6） 刀尖332 刀具的几何角度3 . 4 常用刨刀材料刨刀的切削性能，除和几何参数有关以外，和刀具材料（指刀具的切削部分）关系更为密切。刀具材料是更具决定性的因素，因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用。3 . 4 . 1 对刀具材料的特殊要求刨削时，刨刀在高温下进行切削，同时还要承受很高的压力、振动，切入、切出时还有很大的冲击，因此刨刀材

17、料应具备如下性能。 ( l ）硬度和耐磨性。常温硬度必须在 62HRC 以上，并要求保持较高的高温硬度。硬度高的刀具材料，耐磨性也好。 ( 2 ）强度和韧性。 ( 3 ）导热性。导热性能好，切削时传出的热量多，有利于降低切削温度。 ( 4 ）工艺性。便于制造，好刃磨。满足以上性能要求的刀具材料很多，刨刀常用的材料有高速钢和硬质合金。 3 . 4 . 2 高速钢高速钢也叫白钢、风钢。高速钢的硬度、耐磨性、强度和韧性均好，磨出的切削刃较锋利，使用可靠，也便于刃磨。常用的牌号有以下几种。 ( 1 ）普通高速钢 W18Gr4V ，它的综合性能好，通用性强，应用普遍。 ( 2 ）高性能高速钢 WZMog

18、Gr4VCos ，它的性能优于 W18Cr4V ，价格高于前者。高速钢的产品有的制成刀条，有的制成刀片。前者可直接磨出几何参数使用，后者需要焊在刀杆上使用。 3 . 4 . 3 硬质合金硬质合金有很高的硬度（ 80HRC ）和耐磨性，抗弯强度和韧性稍差于高速钢，但合理选择几何参数，这一缺欠可以克服。硬质合金的工艺性也很好，制造、韧磨都较方便。硬质合金的成品一般为刀片，将其夹固在或焊在刀杆上制成刨刀。在生产中应用最普遍。常用硬质合金牌号有以下几种。（1） 钨钴类合金（YG 类）牌号有 YG3、YG3X、YG6、YG6X、YG8 等。（2） 钨钴钛类合金（YT 类）牌号有 YT5、YT14、YT1

19、5、YT30 等。（3） 钨钴铌合金 牌号有 YA6。（4） 钨钴钛铌合金 牌号有 YW1、YW2，有通用合金之称。3 .5 刨削过程中的物理现象金属切削过程，即把毛坯上多余的金属切除与母体分离变为切屑的过程。在此过程中，被切金属层将经历复杂的变形，并伴随许多物理现象发生。在本节里将介绍与生产实践有密切关系的现象。比如切屑的变形，积屑瘤现象，已加工表面的冷硬现象；和工件、夹具、机床、刀具有关的切削力现象；以及和刀具磨损有密切关系的切削热现象。 3 . 5 . 1 切屑 3 . 5 . 1 . 1 切屑的形成过程图 312 所示为在低速下直角自由刨削（ S= 0，仅一个主切削刃参与工作）钢材的情

20、形。工件受到刀具前刀面的挤压后，在不同区域产生不同的应力。位于切削刃前方的区域，主要受剪应力的作用（以 OA、OB 、OE 等表示剪应力的方向） ，这个区域称为第一变形区（区） 。OA 称为始滑移面， OE 称为终滑移面；切屑形成后流出时与刀具前刀面摩擦的区域，称为第二变形区（区） ，工件已加工表面与刀具后刀面的接触区域，称为第三变形区。切屑形成过程如图 313 所示。当切削层金属接近始滑移面 OA 时，将发生弹性变形。进人始滑移面后，金属晶格产生滑移，因而发生塑料变形。图中质点 P 由 1 移至 2，2 由3 移至 4，随着滑移量的不断增加，剪应力也不断增大，而在 OE 面上剪应力达到最大。

21、当剪应力超过金属的极限强度时，金属就被切离下来成为切屑。这是在第一变形区内发生的。切屑形成后经过第二变形区时，受到前刀面进一步挤压与摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，其方向基本上与前刀面平行。在第三变形区，受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，造成纤维化和加工硬化。最终形成已加工表面。总之，切屑形成过程或者说金属切削过程，就本质来说，是被切金属层在刀具切削刃和生产操作类员工成长路径应知应会大纲前刀面的作用下，经受挤压而产生剪切滑移变形的过程。被切金属层通过剪切滑移后与母体分离变为切屑。 3 . 5 . 1 . 2 切屑的种类由于工件材料的不同，切削过程中的变形程度也就不同，因而所产生的切

22、屑种类也就多种多样。归纳起来可分为如下 4 种类型（见图 314 ） 。( 1 )带状切屑 切屑连续、较长，像一条带子，靠近前刀面的内表面光滑，背面呈毛茸状，但无明显裂纹。产生带状切屑时，切削过程较平稳，切削力变化小，因而工件的已加工表面光滑，刀具磨损较慢。一般加工塑性金属材料，切屑厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，得到的往往是这类切屑。 ( 2 )节状切屑 切屑是连续的，靠近前刀面的一面仍较光滑，但背面有明显的裂纹，呈节状。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大时产生。 ( 3 )粒状切屑（单元切屑） 切屑形成时，如果整个剪切面上的剪应力超过了工件材料的破裂强度，裂纹将贯穿切屑断面，

23、切屑呈梯形的颗粒状。由于各颗粒形状相似，故又称单元切屑。 ( 4 )崩碎切屑 切削脆性金属（如铸铁、黄铜）时，由于材料的塑性很小、抗拉强度较低，切削层一般都在发生弹性变形后，未经塑性变形即突然崩裂成为切屑。切屑呈不规则的碎块状。同时，使工件已加工表面凹凸不平，并伴有振动现象。前三种切屑是切削塑性金属时得到的。形成带状切屑时切削过程最为平稳，切削力波动最小。形成粒状切屑时切削力波动最大。切屑的种类是随切削条件的改变而变化的。同样是塑性金属，当刀具前角减小、切削厚度加大、切削速度降低时，节状切屑可以变为粒状切屑；反之，如增大前角、减小切削厚度、提高切削速度，则可转化为带状切屑。加工脆性材料时，也会

24、有这种转化。 3 . 5 . 1 . 3 切屑的变形在金属切削中，刀具切下的切屑厚度（ a ch ）要大于工件上切削层的厚度（ aC） ，而切屑长度（ l ch ）却小于切削层长度（ lC ) ，如图 315 所示。把这种现象称为切屑变形（收缩） 。切屑变形的程度，可用如下的切屑变形系数 来表示。描述切屑厚度方面的变形用厚度变系数 a 来表示，即a= a ch/ aC ( 35 ) 描述长度方面的变形用长度变形系数 l 来表示，即。l = l C / l ch ( 36 ) 由于切削层变成切屑时，其宽度变化很小，这里忽略不计，根据体积不变原理，显然有a=l=1 ( 37 )变形系数 直观地反映

25、了切屑变形的程度，并且也比较容易测量：l C 是试件上的尺寸，可以直接测出，l c h 是切屑上的尺寸，可借助细绳等物件加以测量。显然 越大，标志着切屑变形越大。一般刨削铸铁、黄铜等脆性金属材料时，1；当刨削中碳钢（如 45 钢）等塑性材料时，=2 3 。 3 . 5 . 2 积屑瘤（刀瘤）现象在切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，在切削速度不高而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊（黏结）并层积在刀具前刀面上，形成硬度很高的楔块，它能代替刀具进行切削，把这一小硬块称为积屑瘤。如图 316 所示。3 . 5 . 2 . 1 积屑瘤的产生切削塑性金属时，刀具前刀面承受

26、很大的压力，因而产生很大的摩擦力，同时产生很高的温度。在高温、高压和很大摩擦力的作用下，切屑底层与上层产生滑移，底层流动速度减慢，这层流速减慢的金属层称为滞流层。当摩擦力大于切屑底层内部的滑移断裂抗力时，则滞流层的金属与切屑分离而形成一个楔块黏附在刀具前刀面上。它的硬度很高，约为工件硬度的 3 4 倍，称为积屑瘤。 3 . 5 . 2 . 2 积屑瘤对切削加工的影响生产操作类员工成长路径应知应会大纲积屑瘤在切削过程中是不稳定的，从开始生长到达到一定高度以后，则发生破碎，被切屑带走而消失。以后又周而复始地产生与消失。时生时死，时大时小。由于积屑瘤的存在，使已加工表面粗糙度值增大，使已加工表面硬度

27、不均匀。积屑瘤的产生与消失还会使切削过程产生振动，对机床、夹具、工件、刀具均有不利影响。但在粗加工时，积屑瘤可以增大前角、保护刀尖，并能代替刀具进行切削。但在精加工时，必须避免积屑瘤的产生。研究积屑瘤目的就是兴利除弊。 3 . 5 . 2 . 3 各种因素对积屑瘤的影响 ( 1 )切削速度的影响图 317 所示为通过实验方法获得切削速度对积屑瘤的影响曲线。由图可知，在低速区 = 2 5m / min 时，不产生积屑瘤；在高速区 70m / min 时，也不产生积屑瘤；在中速区 = 15 20m / min 时，积屑瘤最容易产生，刨削的切削速大约就在此范围内，因而最易产生积屑瘤。 ( 2 )工件

28、材料的影响 塑性高的材料，由于切削时塑性变形大，积屑瘤容易形成。而脆性材料一般没有塑性变形，切屑不沿前刀面流过，因此不会产生积屑瘤。 ( 3 )刀具前角的影响 采用小前角比大前角容易产生积屑瘤，因为前角小时切屑变形大，刀具前刀面对切削层金属的挤压摩擦也大，切削温度也高，所以容易产生积屑瘤；反之，前角大时，切屑对前刀面的正压力减小，切屑排除顺畅因而变形较小，故不易产生积屑瘤。( 4 )切削液的影响切削液具有冷却、润滑作用，有效降低温度和减小摩擦力，故使用切削液不易产生积屑瘤。 ( 5 )刀具前刀面粗糙度的影响降低前刀面的粗糙度，可以减小前刀面与切屑底层的摩擦，从而减少积屑瘤的产生。 3 . 5

29、. 3 已加工表面的冷硬现象刀具切削刃看似锋利，实际上刃口有一定的钝圆半径 （见图 318） ，大约 =0 . 012 0 . 032mm 。刀具磨损后 还会增大，致使切削层内有较薄的一层金属不能被切下，而被钝圆半径的刃口挤压，挤向已加工表面，使已加工表面发生剧烈地塑性变形与弹性变形。弹性变形的部分要进行弹性恢复，和已经磨出小棱边的后刀面增大接触面，导致摩擦力加大。以上双重作用的结果使已加工表面极薄的一层金属变形加大，使它的晶粒破坏，成为非晶质层，这层金属硬度提高，称为加工硬化（或称冷作硬化）现象。通常硬化深度可达 0 . 070 . 5mm。冷硬现象往往使已加工表面出现细微裂纹，产生残余应力

30、，最后使表面粗糙度升高，使工件的疲劳强度下降。因此，应设法减少和避免冷硬现象的产生。3 . 5 . 4 切削力在金属切削过程中，产生很大的阻力，就是切削力。切削力影响机床、夹具和刀具，也影响工件质量。在分析切削刀的时候要分清对象，切削力是作用在刀具上（通过刀具传给机床）还是作用于工件上。它是一对矛盾的两个方面，即作用力与反作用力，大小相等而方向相反。 3 . 5 . 4 . 1 切削力的来源切削时（见图 319 ） ，由于切削层产生弹性变形和塑性变形，此变形抗力包括前刀面弹性变形抗力 FT r 和塑性变形抗力 FS ，及后刀面弹性变形抗力 FT 和塑性变形抗力Fs ，它们分别作用于刀具的前、后

31、刀面上。同时切屑底层和工件已加工表面对刀具产生摩擦力 Ff 、 Ff，它们的合力 F 称为切削力。3 . 5 . 4 . 2 切削合力与分力以上分析（见图 319 ）是仅有一个主切削刃进行直角切削（ S= 0）的情况。在实际切削过程中，刀具的主切削刃和副切削刃同时参与切削，而且主、副切削刃又不局限于哪个规定的平面内，所以形成的切削合力 F 是指向某一方向空间的切削力（见图 320 ） 。F 的大小也不容易测量。通常把合力 F 分解成三个相互垂直的分力即 Fz 、 Fy 、 Fx，它们可用测力仪加以测量，用它们分析问题也更有意义。生产操作类员工成长路径应知应会大纲( 1 )主切削 Fz 作用于切

32、削速度方向的分力，它垂直于进给方向与切深方向，是分力中最大的一个。该力直接影响到机床动力的消耗，所以它是计算机床功率、刀杆的强度、夹紧力的大小和合理选择切削用量的依据。 ( 2 )切深抗力 Fy 作用于切深方向的分力，此力的反作用力压向工件传给机床工作台。在加工薄板工件时，此力过大会引起工件变形与振动。 ( 3 )进给抗力 Fx 此力的方向在进给方向上，其值较小，它的反作用力是校验机床走刀机构强度的主要依据。此力也会导致刀杆弹性变形产生“让刀” 。当已知 3 个分力后，合力的数值可按下式计算，即 F =（F z2 十 Fy2 十 Fx2） 2Fy 和 Fx 是作用于基面内的分力，所以其法向力

33、Fr 为Fr=（F y2 十 Fx2） 2实验得知，一般刨削为 r = 45、 0 = 15、 aP f 时，3 个分力间存在如下关系，即Fy =（0 . 3 0 . 5 ）F Z 或 0. 4Fz ( 38 ) FX =（0 . 15 0 . 3 ） FZ 或 0 . 25F ( 39 ) 3 个分力按比例关系也可表达为FZ FyF X 10 . 40 . 25 ( 310 )当条件改变时，以上的比例关系将有所改变。但在任何条件下，F Z 总是占 F 的绝大部分，约为 80 90。 3 . 5 . 4 . 3 影响切削力的因素凡影响变形和摩擦的因素都影响切削力，其中主要因素有工作材料、刀具几

34、何参数、切削用量、切削液和刀具材料等。 ( 1 )工件材料的影响 工件材料的强度和硬度越高，变形抗力越大，切削力也越大。脆性材料（如灰铸铁） ，因其塑性和韧性很小，切削过程中所产生的塑性变形也很小，加之铸铁中的石墨本身就是润滑剂，因此切屑和已加工面与前、后刀面的摩擦也小，故切削力也小。再如 45 钢（中碳钢）其强度高于 Q235 钢（低碳钢） ，故加工前者的切削力大于后者。同理，调质钢高于正火钢；不锈钢高于 45 钢；钢料高于铸铁和铜、铝合金；紫铜高于黄铜( 2 )刀具几何参数的影响 前角 0 0增大，被切金属变形减小，切削力也小；否则相反。 主偏角 r r 增大，F Z 减小，大约 r =

35、6075 之间 FZ 最小。 r 对 Fy、F x的分配影响较大。由图 321 可知 Fy =Fr cos r，而 Fx = Fr sin r，故当 r 在 0 90之间增大时 Fy 减小，F x 增大。 刀尖圆弧半径 r 一方面，r 增大，在其圆弧部分切屑变形增大，F z、F t 、F x 都增大；另一方面，r 增大，平均的 r 减小，使 Fz、F y 增大，使 Fx 减小。综合两个方面因素可知，r 增大对 Fy 影响较大，故刃磨刀具时圆弧半径 r 不能过大，否则切深抗力 Fy 增加很多，容易导致工件弯曲变形。 刃倾角 S 刃倾角 S减小时，F y 增大，F x 减小，尤其在 S为负值时，刀

36、尖处于切削刃的最低处，切屑排向工件一方，明显增加了切深方向的抗力，故 Fy 增加。 S对Fz 的影响不大。 ( 3 )切削用量 切削深度 a P 或进给量 f 增大，均使切削力增大，但两者的影响不同。a P 增大一倍时，切削力增大一倍；而当 f 增大一倍时，切削力只增大 70。出现这种差异是因为 a P 增大一倍时，切屑的横截面积增大一倍，变形情况依旧。而当 f 增大一倍时，切屑的横截面积虽然也增大一倍，但因为切削厚度增大，使得切屑的变形有所减弱。因为严重的挤压变形是靠近切削刃的一薄层金属，远离切削刃处的则变形相对减小，故切削力不能成倍增加（见图 322 ） 。切削速度的影响：在 v = 5

37、17m / min 低速区，随着 的增大，切削力减小，这是因为此时积屑瘤由小变大，从而使前角增大的结果；= 17 27m / min 的范围内积屑瘤又由大变小，从而切削力又由小变大；27m / min 以后，积屑瘤消失，此时切削力受切削温度的影响，随着切削温度的升高而逐渐下降。 3 . 5 . 5 切削热 3 . 5 . 5 . 1 切削热的产生与传出在刀具的作用下，切削层金属发生弹性变形和塑料变形，这是切削热的一个来源。同时切屑与前刀面、工件与后刀面的摩擦是切削热的又一来源。切削热产生的同时，又传给了切屑、工件、刀具和周围的介质。其中切屑带走的热量最多，其次是刀具、工件和介质。3 . 5 .

38、 5 . 2 切削温度生产操作类员工成长路径应知应会大纲切削温度是切削热的表征和度量，指的是切削区的平均温度。通过实验测得，刀尖附近温度最高，可达 700 800 。切削温度的高低，取决于切削热产生的多少及散热条件的好坏。 3 . 5 . 5 . 3 影响切削温度的因素 ( 1 )工件材料 工件材料的强度、硬度越高，其导热性越差，切削时消耗的功就越多，产生的热量也越多，而传出的热量又少，因而温度就越高。如高碳钢的强度、硬度高于低碳钢，故其切削温度就高。有色金属的强度低，导热性好，切削温度就低。 ( 2 )切削用量 以切削速度 对温度的影响最大，因为 增大，使摩擦产生的热量增加。但随着 的增大，

39、切屑变形减小，切屑流出的速度增大，切屑带走的热量也增大，因而刀具的温升并不大。所以，切削温度并不随 的增大而正比例增加。实验得出，切削速度增大一倍时，切削温度增加 30 % 40 %；切削深度 a P 增大一倍时，由于切削刃参加工作的长度增大一倍，散热情况改善，所以切削温度仅升高 5 8 % ；进给量 f 增加一倍时，切削温度升高 15 20 。 ( 3 )刀具几何参数 前角 0增大，排屑顺畅，切屑变形减小，消耗的功就减少，所以切削温度降低。但前角过大，楔角 就减小，使刀具受热体积减小，其热容量减小，反而会使切削温度升高。主偏角 r 减小，在切削深度不变的情况下，切削刃参加工作的长度增大。同时

40、，由于 r 减小，刀具的刀尖角。 r 增大，刀头的热容量增加，改善了散热条件，从而使切削温度降低。 ( 4 )切削液 切削液具有冷却与润滑两种功能。它的冲洗和挥发能带走切削区大量的热量，同时，又能减少刀具与工件之间的摩擦，能有效地降低切削温度。 3 . 5 . 6 刀具的磨损及耐用度刀具的切削部分处在高温高压下工作，条件非常恶劣。随着切削时间的增长，锋利的刃口变得秃钝，这时的刀具产生磨损。刀具磨损后，切削力加大，切削温度上升，切屑的颜色改变，甚至产生振动。同时，工件的尺寸也会超差，已加工表面质量也会恶化。继续使用，刀具将失去正常的切削功能，甚而出现机床事故。研究刀具磨损的规律，对于提高切削效率

41、，保证工件质量和降低刀具成本都有现实意义。 3 . 5 . 6 . 1 刀具磨损的原因刀具的磨损是由下列原因造成：磨料磨损、黏结磨损、扩散磨损、氧化磨损和相变磨损。3 . 5 . 6 . 2 刀具的磨损形式刀具的磨损形式有以下 3 种。 ( 1 )后刀面磨损 磨损的部位重要在后刀面，形成 = 0的棱面，它的大小用 VB（mm ）表示见图 323( a ) 。这种磨损一般发生在切削脆性材料的情况下或用较小的切削厚度（a C 0 . lmm ）切削塑性材料的情况下。 ( 2 )前刀面上的磨损 在前刀面上接近主切削刃处产生“月牙洼” 见图 323 ( b ) 。月牙洼继续加宽接近刃口时，会导致刃口崩

42、刃。这种磨损，一般发生在较大切削厚度（ aC = 0 . 5mm ）切削塑性材料时。( 3 )前后刀面同时磨损 如图 3 23( c )所示。这种情况一般发生在切削切削厚度 aP =0 .1 0 . 5mm 的塑性材料时。 3 . 5 . 6 . 3 刀具的磨损过程通过实验来观察切削过程中刀具后刀面的磨损量 VB 随切削时间的变化，从中找出规律性的东西。实验条件：用硬质合金刀具车削合金钢。固定刀具切削参数、切削用量，改变并记录切削时间 t，测量相应后刀面磨损量 VB。将测的数据，作出刀具磨损曲线（见图 324 ） 。由磨损曲线看出，刀具磨损过程分为 3 个阶段。( l )初期磨损阶段 这一阶段

43、磨损曲线和斜率较大，说明刀具的磨损较快。由于新刃磨的刀具，其后刀面粗糙度较大，和加工表面实际接触面积较小，压强较大，不耐磨，一经切削，很快磨损。 ( 2 )正常磨损阶段 经过初期磨损阶段，刀具后刀面微观凸出部分被磨去，后刀面上出现狭窄的小棱面，与加工表面的实际接触面积增加，压强减小，磨损速度较前一阶段缓慢。 VB 值随时间 t 的推移逐渐增加。磨损曲线基本上是一段斜率较小的直线。此阶段是刀具工作的有效阶段。 ( 3 )剧烈磨损阶段 经过了正常磨损阶段，切削刃明显变钝，切削力增大，切削温度升高，导致 VB 值迅速增大，即磨损急剧增大，曲线急剧上升。磨损曲线表明的磨损过程，是一普遍的规律，对刨削加

44、工仍有借鉴意义。这也是试验新刀具材料切削性能的基本方法。 3 . 5 . 6 . 4 刀具的磨钝标准刀具的磨损是客观存在的事实，人们无法改变。但是人们可以设法控制刀具的剧烈磨损，使刀具工作在正常磨损阶段。这就是规定一个标准：后刀面平均磨损量允许达到的最大值。达到这个标准时，刀具或卸下重磨，或更换；可转位刀具刀片转换新的位置。这个生产操作类员工成长路径应知应会大纲标准就是磨钝标准。以 VB 表示，单位 mm。磨钝标准制定时，要考虑具体的工艺条件。如工艺系统刚性差时，规定较小的磨钝标准，以保持刀具的锋利，否则 VB 可取大些；工件加工精度和表面质量要求高时，VB 可取小些。加工大型工件，机床工艺系

45、统刚性好，又要避免中途换刀，可适当加大 VB值届时参考专用手册选取。应该说明，磨钝标准是管理者制定的工艺参数。作为操作者，特别作为高级技工除观察 VB 值外还可通过其他现象来确定刀具是否磨钝： ( 1 )切屑变形或切屑颜色出现异常改变； ( 2 )工件已加工表面粗糙度显著增大； ( 3 )机床出现振动或异常声响等。3 . 5 . 6 . 5 耐用度概念 ( 1 )定义 刃磨后的刀具从开始切削到磨损量达磨钝标准为止所经历的切削时间称为耐用度，以 T 表示，单位为 min 。刀具耐用度与刀具寿命不同。刀具寿命是一把新刀从投人使用直至刀具报废为止所经历的总的切削时间，可以看出，刀具寿命是若干刀具耐用

46、度的总和。 ( 2 )提高耐用度的方法 根据工件材料及特征正确选用刀具材料。 根据刀具材料的特点合理选择刀具几何参数。 正确刃磨和修磨刀具。刀具合理的几何参数确定后，通过刃磨来实现。刀具刃磨好之后，还要注意修磨，即所谓“背刀” 。使用油石研磨刀面，进一步降低其粗糙度，同时根据需要在刀刃上修出小棱边（倒棱） ，修磨可达到事半功倍的效果（详见 3 . 6 节） 。 正确使用刀具。首先要正确安装，安装不能歪斜，刀杆不能伸出过长；刀刃在安装和使用中防止因磕碰而损伤。 合理选择切削用量。从切削用量对切削温度的影响可知，切削用量对耐用度的影响以切削速度 影响最大，其次是进给量 f ，切削深度 a P 影响

47、最小。所以在保证一定的耐用度前提下，为提高切削效率，首先选择大的切削深度 a P，其次选择较大的进给量 f ，最后考虑选择较大的切削速度 。 a 切削深度的选择 一般情况是留出半精加工和精加工的余量后，尽可能一次切除所有的加工余量。如果余量太大，受到机床和刀具的限制不能一次切除时，可分几次切除，次数越少越好。粗刨铸件或锻件毛坯时，因其表层较硬，为保护刀具，不使与表皮接触，第一次的切削深度应选得大些。 b 进给量的选择 进给量 f 受机床动力、刀具强度和已加工表面粗糙度等因素的制约。粗加工的进给量根据机床、工件、刀具的强度和刚性来选择，这些条件允许，f 可取大些。精加工时的进给量按工件表面粗糙度

48、的要求来选取。粗糙度要求高时，f 尽量取小些。但用宽刃精刨刀进行精加工时进给量 f 要取大些，其值小于刀刃宽度即可。c 切削速度的选择 切削速度对机床功率、刀具磨损、刀具耐用度、已加工表面粗糙度和尺寸精度都有较大影响。粗刨时，由于 aP f 值较大，切削力较大，勺应取低些。精刨时，一般 aP f 都较小，切削力较小， 可取高些。但要避开积屑瘤的生长区间。使用硬质合金刀具材料时， 可取高些，而用高速钢材料时， 适当取低些。工件材料硬度、强度高时， 应低些，否则取高些。对刨、插削来说，机床的主运动是往复运动，切削速度取高了换向时机床冲击较大，使切削速度提高受到限制。因此，刨、插削不能进行高速切削。3 . 6 刨刀合理几何参数的选择及先进刨刀国际生产技术研究会（ CIRP ）的一项研究报告指出：由于刀具结构和几何参数的改进，刀具耐用度每隔 10 年几乎提高 2 倍。可见刀具材料不断改进的同时，正确设计、合理选用、不断革新刀具的结构和几何参数，对刀具来说具有多么重要的意义。什么是合理的几何参数？在保证质量的前提下，能满足生产率高、加工成本低的刀具几何参数称为合理的几何参数。 3 . 6 . 1 刀具几何参数刀具几何参数包括以下内容。