影响金属切削加工表面质量的因素
机械加工表面质量，是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面质量直接影响被加工件的物理、化学及力学性能。产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。因此，正确地理解零件表面质量内涵，分析机械加工过程中影响加工表面质量的各种工艺因素，改善表面质量、提高产品使用性能具有重要的意义。
1. 影响机械加工表面质量的因素
1.1 机器使用性能对机械加工表面质量的影响
(1)耐磨性对表面质量的影响。一个刚加工好的摩檫副的两个接触表面之间，最初阶段在
表面粗糙的峰部触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的部有非常大的单位应力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。
(2)疲劳强度对表面质量的影响。在交变载荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力
集中，产生疲劳纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈，抗疲劳破坏的能力就愈差。残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏;而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。
(3)耐蚀性对表面质量的影响。零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙
度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。
1.2 影响表面粗糙度的因素
(1)切削加工影响表面粗糙度的因素。①刀具几何形状的反映刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的反映。②工件材料的
性质加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。③切削用量加工脆性材料时，切削速度对于粗糙
度影响不大;加工塑性材料时，积屑瘤对粗糙度影响很大。
(2)磨削加工影响表面粗糙度的因素。影响磨削表面粗糙的主要因素有：砂轮的粒度、砂
轮的硬度、砂轮的修整、磨削速度、磨削径向、进给量与光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量、冷却润滑液等。
1.3 影响加工表面层物理机械性能的因素
(1)表面层冷作硬化。机械加工过程中因切削力作用产生的塑性变形，使品格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，品粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化(或称为强化)。影响冷作硬化的主要因素有：切削刃钝
圆半径增大，对表层金属的挤压作用增强，塑性变形加剧，导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大，后刀面与被加工表面的摩擦加剧，塑性变形增大，导致冷硬增强。切削速度增大，刀具与工件的作用时间缩短，使塑性变形扩展深度减小，冷硬层深度减小。切削速度增大后，切削热在工件表面层上的作用时间也缩短，将使冷硬程度增加。进给量增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。
(2)表面层材料金相组织变化。当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后，表层金属
的金相组织将会发生变化。主要有磨削烧伤、淬火烧伤和退火烧伤三种。改善磨削烧伤有两个途径：一是尽可能地减少磨削热的产生;二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传
人工件。正确选择砂轮，合理选择切削用量改善冷却条件。
(3)表面层残余应力。表面残余应力产生的原因：一是切削时在表面金属层产生了残余应力，而在里层金属中产生残余拉应力。二是切削加工中，切削区会有大量的切削热产生。三是不同金相组织表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。
2 提高机械加工工件表面质量的措施
(1)制订科学合理的工艺规程是保证工件表面质量的基础。科学合理的工艺规程是加工工
件的方法依据。只有制订了科学合理的工艺规程，才能为加工工件表面质量满足要求提供科学合理的方法依据，使加工工件表面质量满足要求成为可能。对科学合理的工艺规程的要求是工艺流程要短，定位要准确，选择定位基准时尽量使定位基准与设计基准重合。
(2)合理的选择切削参数是保证加工质量的关键。选择合理的切削参数可以有效抑制积屑
瘤的形成，降低理论加工残留面积的高度，保证加工工件的表面质量。切削参数的选择主要包括切削刀具角度的选择、切削速度的选择和切削深度及进给速度的选择等。试验证明，在加工塑性材料时若选择较大前角的刀具可以有效抑制积屑瘤的形成，这是因为刀具前角增大时，切削力减小，切削变形小，刀具与切屑的接触长度变短，减小了积屑瘤形成的基础。
(3)合理的选择切削液是保证加工工件表面质量的必要条件。选择合理的切削液可以改善
工件与刀具间的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而减轻刀具的磨损，以保证工件的加工质量
(4)工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要。工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要，因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。选择零件主要工作表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。
3 结论
工件的表面质量与其使用性能密切相关，工件的使用性能是以保证机器正常工作为前提的设计要求，因此在加工工件过程中，我们还应从经济效益等多方面考虑，才能既保证工件表面的加工质量，又避免增大零件的制造成本，造成不必要的损失。只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。
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单元四数控机床加工的切削用量习题 一判断题 1.切削用量包括进给量、背吃刀量和工件转速。( ) 2.用中等切削速度切削塑性金属时最容易产生积屑瘤。（） 3.跟刀架是固定在机床导轨上来抵消车削时的径向切削力的。（） 4.数控机床进给传动机构中采用滚珠丝杠的原因主要是为了提高丝杠精度。（） 5.切削中，对切削力影响较小的是前角和主偏角。（） 6.粗加工时，限制进给量提高的主要因素是切削力；精加工时，限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。（） 7.铣削用量选择的次序是：铣削速度、每齿进给量、铣削层宽度，最后是铣削层深度。（） 8.粗加工时，限制进给量提高的主要因素是切削力；精加工时，限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。（） 9.切削用量中，影响切削温度最大的因素是切削速度。（） 10.使用水性切削液可吸收热量，防止变形，并可提高切削速度。（） 11.切削速度会显著的影响刀具寿命。（） 12.一般车刀的前角愈大，愈适合车削较软的材料。（） 13. 减小车刀的主偏角，会使刀具耐用度降低。（） 14.刀具前角越大，切屑越不易流出，切削力越大，但刀具的强度越高。（） 15.精加工时首先应该选取尽可能大的背吃刀量。（） 16.主偏角减小，刀具刀尖部分强度与散热条件变好。（） 17.在各方面条件足够时，应尽可能一次铣去全部的加工余量。（） 二填空题 1.车削细长轴时，为了避免振动，车刀的主偏角应取。 2.切削用量三要素是指主轴转速, , 。对于不同的加工方法，需要不同的，并应编入程序单内。 3.切削用量中对切削温度影响最大的是，其次是，而影响最小。 4.为了降低切削温度，目前采用的主要方法是切削时冲注切削液。切削液的作用包括、、和清洗作用。 5.铣削过程中所选用的切削用量称为铣削用量，铣削用量包括铣削宽度、铣削深度、、进给量。 6.工件材料的强度和硬度较低时，前角可以选得些；强度和硬度较高时，
切削用量的选择原则 数控机床加工的切削用量包括切削速度V c (或主轴转速n)、切削深度a p和进给量f，其选用原则与普通机床基本相似，合理选择切削用量的原则是：粗加工时，以提高劳动生产率为主，选用较大的切削量；半精加工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。 1. 数控车床切削用量 1）切削深度a p 在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少进给次数。当工件的精度要求较高时，则应考虑留有精加工余量，一般为0.1～0.5mm。 切削深度ap计算公式：a p=2m w d d 式中：d w—待加工表面外圆直径，单位mm d m—已加工表面外圆直径，单位mm. 2）切削速度Vc ①车削光轴切削速度V c光车切削速度由工件材料、刀具的材料及加工性质等因素所确定，表1为硬质合金外圆车刀切削速度参考表。 切削速度Vc计算公式： Vc= 式中：d—工件或刀尖的回转直径，单位mm n—工件或刀具的转速，单位r/min 表1 硬质合金外圆车刀切削速度参考表 工件材料热处理状态 a p=0.3~2mm a p=2~6mm a p=6~10mm f=0.08~0.3mm/r f=0.3~0.6mm/r f=0.6~1mm/r Vc/m·min-1Vc/m·min-1Vc/m·min-1 低碳钢易切热轧140~180100~12070~90
钢 热轧130~16090~11060~80中碳钢 调质100~13070~9050~70 热轧100~13070~9050~70合金工具钢 调质80~11050~7040~60工具钢退火90~12060~8050~70 HBS<19090~12060~8050~70灰铸铁 HBS=190~22580~11050~7040~60高锰钢10~20 铜及铜合金200~250120~18090~120 铝及铝合金300~600200~400150~200 铸铝合金100~18080~15060~100注：表中刀具材料切削钢及灰铸铁时耐用度约为60min。 ②车削螺纹主轴转速n切削螺纹时，车床的主轴转速受加工工件的螺距（或导程）大小、驱动电动机升降特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，因此对于不同的数控系统，选择车削螺纹主轴转速n存在一定的差异。下列为一般数控车床车螺纹时主轴转速计算公式： n≤–k 式中：p—工件螺纹的螺距或导程,单位mm。 k—保险系数，一般为80。 3）进给速度 进给速度是指单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/min，也可表示为主轴旋转一周刀具的进给量，单位为mm/r。
1、金属腐蚀过程的特点是什么？采用那些指标可以测定金属全面腐蚀的速度。 答：特点因腐蚀造成的破坏一般从金属表面开始，然后伴着腐蚀的过程进一步发展，富士破坏将扩展到金属材料的内部，并使金属的性质和组成发生改变；金属材料的表面对腐蚀过程进行有显著的影响。重量指标：就是金属因腐蚀而发生的重量变化。深度指标：指金属的厚度因腐蚀而减少的量。电流指标：以金属电化学腐蚀过程阳极过程电流密度的大小。2、双电层的类型有哪些？平衡电极电位，电极电位的氢标度的定义？ 答：类型：金属离子和极性水分子之间的水花力大于金属离子与电子之间的结合力；金属离子和极性水分子之间的水化力小于金属离子与电子之间的结合力；吸附双电层。平衡电极电位：金属浸入含有同种金属离子的溶液中参与物质迁移的是同一种金属离子，当反应达到动态平衡，反映的正逆过程的电荷和物质达到平衡，这是电位为平衡电极电位；电极电位的氢标度：以标准氢电极作为参考电极而测出的相对电极电位值称为电极电位的氢标度。 3、判断金属腐蚀倾向的方法有哪几种？ 答：a腐蚀反映自由能的变化△G<0则反应能自发进行△G=0则达到平衡△G>0不能自发反应b标准电极电位越负，金属越易腐蚀 4、以Fe-H2O体系为例，试述电位-PH图的应用。 答：以电位E为纵坐标，PH为横坐标，对金属—水体系中每一种可能的化学反应或电化学反应，在取定溶液中金属离子活度的条件下，将其平衡关系表现在图上，这种图叫做电位PH平衡图。应用：预测金属的腐蚀倾向；选择控制腐蚀的途径。 5、腐蚀原电池的组成及工作历程？它有那些类型。 答：组成：阴阳极、电解质溶液、电路四个部分；工作历程：阳极过程、阴极过程、电流的流动；类型：a宏观腐蚀电池：异金属解除电池、浓差电池、温差电池；b微观腐蚀电池。 6、极化作用、极极化、阴极极化的定义是什么？极化的本质是什么？极化的类型有哪几种？答：极化作用：由于通过电流而引起原电池两级的电位差减小，并因而引起电池工作电流强度降低的现象；阳极极化：当通过电流时，阳极电位向正的方向移动的现象；阴极极化：当通过电流时，阴极电位向负的方向移动的现象；极化的本质：电子迁移的速度比电极反应及有关的连续步骤完成的快；极化的类型：电化学极化、浓度极化、电阻极化。 7、发生阳极极化与阴极极化的原因是什么？ 答：阳极：阳极的电化学极化：如果金属离子离开晶格进入溶液的速度比电子离开阳极表面的速度慢，则在阳极表面上就会积累较多的正电荷而使阳极电位向正方向移动；阳极的浓度极化：阳极反应产生的金属离子进入分布在阳极表面附近溶液的速度慢，就会使阳极表面附近的金属离子浓度逐渐增加；阳极的电阻极化：很多金属在特定的溶液中能在表面生成保护膜能阻碍金属离子从晶格进入溶液的过程，而使阳极电位剧烈的向正的方向移动，生成保护膜而引起的阳极极化。阴极：电化学：氧化态物质与电子结合的速度比外电路输入电子的速度慢，使得电子在阴极上积累，由于这种原因引起的电位向负的方向移动；阴极的浓度极化：氧化态物质达到阴极表面的速度落后于在阴极表面还原反应的速度，或者还原产物离开电极表面的速度缓慢，将导致电子在阴极上的积累。 8、比较实测极化曲线与理想极化曲线的不同点？极化率的定义是什么？极化图有哪些应用？怎样判断电化学腐蚀过程的控制取决于哪些方面。 答：区别：理想极化曲线是理想电极上得到的曲线，只发生一个电极反应，初始电位为平衡电极电位，实际极化曲线是实际测量得到的曲线，不只发生一个电极反应，初始电位为混合电位。极化率：电极电位随电流密度的变化率，即电极电位对于电流密度的导数。极化图的应用：用Evans极化图表示影响腐蚀电流的因素；表示腐蚀电池的控制类型。控制取决于：阴极极化控制、阳极极化控制、欧姆电阻控制。
切削用量对切屑变形的影响： 切削速度：切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响呈波浪形； 进给量：进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形因数减小； 背吃刀量：对切屑变形的影响较小。 切屑卷曲和折断机理： 切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。 如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会卷得更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极限，则切屑就会自行折断。 切屑卷曲与折断的机理解释 ①自由切屑的卷曲机理 由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相反，但是不共线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘培德） ②受控切屑的卷曲机理 图1-12a为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图1-12b为直线形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切屑卷曲的控制。 ③切屑折断的机理 图1-13分别为螺卷屑、发条状屑和C形屑折断的机理，其主要原因
是由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应力极限。 影响切屑卷曲和折断的主要因素： 工件材料性能：工件材料的屈服极限、弹性模量越小，塑性越低，越易折断； 切削用量：切削厚度小，背吃刀量大，切削速度高，断屑难； 刀具前角：前角小，变形大，易折。 影响切削力的因素： 工件材料的影响（系数CF 或单位切削力kc体现） 工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。 （二）切削用量的影响 背吃刀量ap↑→Ac成正比↑， kc不变， ap的指数约等于1，因而切削力成正比增加； 进给量f↑→Ac成正比↑，但 kc略减小， f 的指数小于1，因而切削力增加但与f 不成正比。 速度v 对F 的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况，在无积屑瘤阶段， v ↑→变形程度↓→切削力减小 切削温度的分布规律： 1.剪切面上各点的温度基本一致; 2.前、后刀面上的最高温度都处于离刀刃一定距离的地方；后刀面的温度降低和升高在极短时间内完成； 3.在剪切区域内，垂直于剪切方向上的温度梯度较大；垂直于前刀面的切屑底层的温度梯度较大；
1.零件的加工精度主要包括、和。 2.机械加工工艺系统由、、和等四个要素组成。 3.机械加工工艺系统各环节的误差即原始误差对加工误差会产生不同程度的影响，原始 误差包括：误差、误差、误差、误差、误差和误差等。 4.表面粗糙度产生的原因包括：、和 。 5.机床精度中对加工精度影响较大的包括机床主轴误差和机床导轨误差。其中机床主轴 误差包括和主轴回转误差，而主轴回转误差又包括、和三种基本形式。 6.车削加工工件外圆时，机床主轴的几何偏心会引起加工表面 误差，机床主轴回转纯径向跳动会引起加工表面误差，主轴回转纯角度摆动会引起加工表面误差。 7.根据加工误差的性质不同，我们把在相同加工条件下加工一批零件时产生的大小和方 向不变的误差称为误差；把大小和方向按加工顺序有规律变化的误差称为误差；而把大小和方向无变化规律的误差称为误差。 8.在车削或磨削外圆加工中，可以采用合理的工艺方法来消除主轴回转精度对加工精度 的影响，下列方案中可行的是……………………………（） （A）刚性芯轴定位安装（B）弹性芯轴定位安装（C）固定顶尖定位安装 9.用双顶尖装夹车削加工细长轴时易出现的形状误差是…………………（） （A）腰鼓形误差（B）马鞍形误差（C）锥形误差 10.在车削加工短而粗的刚性轴时会出现马鞍形形状误差，其最小直径出现的位置 在………………………………………………………………………（） （A）偏向床头一侧（B）偏向床头或尾座中刚性较低的一侧 （C）偏向床头或尾座中刚性较高的一侧 11.在大量生产零件时，为了提高机械加工效率，通常加工尺寸精度的获得方法 为…………………………………………………………………………（） （A）试切法（B）调整法（C）自动控制法 12.加工铸铁材料时产生表面粗糙度的原因除了加工残留面积外还有……（） （A）积屑瘤（B）鳞刺（C）切屑崩碎 13.为了降低机械切削加工的表面粗糙度，可采取的措施为………………（） （A）小进给量、小背吃刀量、高速或低速切削（B）大进给量、中速切削 （C）高速钢刀具微量超高速切削 1.当零件表面层有残余压应力时，使表面层对腐蚀作用的敏感性………（） （A）降低了（B）增加了（C）不影响（D）有时会影响 2.在±3σ范围内，正态分布曲线与横坐标轴之间所围面积等于………（） （A）0.5 （B）0.97 （C）0.9973 （D）1 3.误差复映系数与工艺系统刚度……………………………………………（）
浅议切削用量对加工精度的影响 机械零件的加工必须要保证零件达到图样的要求，满足其加工精度。而尺寸精度、形位精度和表面粗糙度是检验零件加工精度最主要的三个方面。三者任何一项达不到要求都会造成零件质量的下降或报废等问题。其中形状和位置精度可以通过设备，夹具，刀具，工艺等来加以保证,而尺寸精度和表面粗糙度的控制就成了很多人较为伤脑筋的难点！他们往往控制了表面粗糙度，尺寸精度却超差了，而控制了尺寸精度后，表面粗糙度又下降了。本人通过多年的实践总结及潜心研究，知道了造成零件加工误差的因素很多，以下是机械零件在切削加工时造成尺寸误差的原因分析，也是我综合较多书本资料后再结合自己的理解汇总叙述的（仅以车削加工为说明对象）。 1、尺寸计算错误或刻度盘操作错误 这里包含看错图纸；图纸尺寸链计算错误；机床刻度盘松动（不能与手柄作同步运动）；操作刻度盘时，未消除其传动间隙等几个方面。 2、量具误差或测量技术误差 这里包含使用量具前未校准量具和没有正确学会使用量具造成的：
比方说常用量具游标卡尺的使用，其尺身上锁紧螺钉的松紧度是影响测量误差的关键因素；使用千分尺时，测量力的手感也很关键；测量时的量点位置是否正确和阅读数值时的视线是否正对刻线等等也会有误差。 以上两方面的误差是初学者容易产生的，下面的几方面的误差因隐蔽性较大，所以不容易引起切削加工人员注意，有时即使我们注意了，也不容易把握它的度。 3、刀具角度误差和刀具磨损钝了产生误差 刀具角度对切削加工的多方面影响都很大，刀具角度要根据其本身材料结合工件材料和加工性质等多方面综合选择的。刀具角度的改变对切削刃口的锋利程度，切削力的大小，切屑厚薄和切屑变形的大小，表面粗糙度的优劣影响都比较明显，对刀尖强度和散热性能的影响也较突出，但是其对尺寸精度的影响是比较隐蔽的，如刀具磨损钝了产生尺寸误差和刀尖装得是否对准机床的旋转中心，对尺寸和表面粗糙度的影响也是比较大的，在数控机床加工中，书上曾经特别提到过车刀要严格对准中心这一点。 4、加工系统的刚性不足导致误差； 加工系统的刚性包含机床、工件和刀具三个方面。机床的功率与切削
课题切削用量三要素 教学目标1、了解切削用量三要素。 2、掌握切削用量计算公式。 教材分析重点削用量三要素、切削用量计算公式、切削用量的初步选择难点切削速度及其计算公式 教学方法讲授法教学用具 教学过程 切削用量是指背吃刀量p a qqqqc(或切削深度)、进给量f （或进给速度v f ）、切削速度c v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、背吃刀量（p a ）(或切削深度) 背吃刀量是指切削时已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，用符号ap 表示，单位为mm。 思考题：现有Φ30的毛坯，一次走刀加工成Φ26，试问背吃刀量是多少？ p a =(30-26)/2=2mm 背吃刀量的选择： 余量不大，一次走刀切除多余的材料，只留下精加工余量。 1、粗加工 余量太大，可分多次切削，但第一次的背吃刀量尽可能大。 2、精加工粗加工后留下的余量，精加工时应一次进给切削完成。 2 m w p d d a - = w d：待加工表面直径mm m d：已加工表面直径mm
c v 教 学 过 程 二、进给量（f ）（或进给速度 v f ） 进给量是指刀具在进给方向上相对工件的位移量，即工件每转一圈,车刀沿进给方向移动的距离，用符号 f 表示，单位为 mm/r ，如图所示。 进给量的选择： 1、为了缩短加工时间，提高效率： 粗加工时应选用较大的进给量。 2、为了保证表面质量及加工精度： 精加工时应选用较小的进给量。 三、切削速度（c v ） 切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，用符号c v 表示，单位为m/min 。当主运动是旋转运动时，切削速度是指圆周运动的线速度，即: ——切削速度，m/min n ——主轴转速，r/min d ——工件待加工表面直径，mm π ——圆周率， 3.14 例1：车削直径为50mm 的工件，若选主轴转速为600r/min ，求切削速度的大小？ 解：由公式得： 练习： 车削直径为300mm 的铸铁带轮外圆，若切削速度为60m/min ，求车床主轴转速？ 解：由公式 得： d v n c π1000=min /2.94min /1000 5014.36001000m m d n V c =??==πmin /69.63min /300 14.36010001000r r d v n c =??==π
数控加工中切削用量的合理选择 【摘要】文章介绍了切削用量的三要素，并对数控机床加工时切削用量的合理选择进行了详细阐述，为数控机床编程与操作人员提供参考。 【关键词】切削用量；加工质量；刀具耐用度；选择原则。 前言：数控加工中切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主， 但也应考虑经济和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响 一、切削用量的选择原则 数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。 (一) 加工质量：加工质量分为加工精度和加工表面质量。 ⒈加工精度是指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。实际值与理想值之差称为加工误差，所谓保证加工精度，即指控制加工误差。 ⑴尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。在国标中尺寸公差分20级（IT01、IT0、IT1～IT18）。尺寸精度的获得方法： ①试切法：试切——测量——调整——再试切。用于单件小批生产。 ②调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。用于成批大量生产。 ③尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。生产率高，但刀具制造复杂。 ④自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。切削测量补偿调整。 ⑵几何形状精度：加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过一定公差范围。在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。几何形状精度的获得方法： 成形运动法 ①轨迹法：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。 ②成形法：利用成形刀具加工获得表面形状。 ③展成法：利用刀具与工件相对运动使工件被刀具切削成一定形状的包络线。 非成形运动法：人工修配、样板加工、划线加工等。 ⑶相互位置精度：加工表面的实际几何要素对由基准确定方向或位置的理想几何要素的变动量。在国标中位置公差有八项：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。相互位置精度的获得主要由机床精度、
工 业 技 术 1 影响因素：1.1 PH 值 PH=-log［H +］ PH 值是溶液中氢离子浓度的负对数值，它表征溶液的微酸碱的性质，PH=7，中性；PH<7，酸性；PH>7，碱性，因为许多化学反应都是在［H +］很小的条件下进行的，为了表示很小的浓度，避免用负指数的麻烦，通常用负对数来表示酸碱度，故引入PH 值的概念。 由此可见，冷却水的PH 值越小，酸性越大，对碳钢等金属在水中的腐蚀就会快一些，反之，会慢一些。 1.2 阴离子 金属腐蚀速度与水中阴离子的种类有密切的关系，水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度方面的顺序为： 冷却水中金属腐蚀影响因素 程明新 贾 在 蓝树宏 张艳强 （中国石油呼和浩特石化公司，内蒙古 呼和浩特 010000） 摘 要：在冷却水系统的正常运行以及化学清洗过程中，金属常常会发生不同形态的腐蚀，根据金属腐蚀的理论知识，通过观察试样或腐蚀设备的腐蚀形态，再配合一些其他方法，人们常常找出产生腐蚀的原因和解决腐蚀的措施。关键词：冷却水；金属腐蚀；硬度；金属离子；悬浮固体中图分类号： U664.81+4 文献标识码：A NO 3- 浅析切削加工中影响切削温度的主要因素 发表时间：2018-01-15T12:14:25.140Z 来源：《知识－力量》2017年10月上作者：潘勇吴志慧 [导读] 本文主要从切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料等几个方面进行分析和阐述，从而了解这些因素在切削加工时所产生的切削温度所带来的影响。 潘勇吴志慧 重庆市机械高级技工学校 摘要：在金属切削加工中，切削温度是一个难以回避的重要问题，而影响切削温度的因素主要是刀具参数和被加工材料等。本文主要从切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料等几个方面进行分析和阐述，从而了解这些因素在切削加工时所产生的切削温度所带来的影响。 关键词：切削用量几何参数刀具磨损工件材料 在金属切削的过程中刀具进行切削所消耗的功率大部分都转变为了热能。研究数据表明，切削过程中所需消耗掉的能量绝大部分都是要转换成热量的，而在这一过程中，所产生的切削热会让整个切削区域的温度逐渐地变高，进而影响到整个刀具的磨损和工件的尺寸精度并造成零件废品的出现。所以，我们对切削温度进行研究将对提高生产效率和产品质量有着重要的意义。下面就着手分析影响切削温度的主要因素。 一、切削用量对切削温度的影响 1.切削速度 切削时，我们将切削速度不断提高，这时切削温度数值会明显地上升。因为切屑在通过前刀面时高速的流出，它们之间会这个过程中发生剧烈的摩擦并随之产生大量的切削热能，如果将切削速度设定在很高的数值，就会在较短的时间范围内，因摩擦生成的热量就不能及时向切屑自身传导，而将大量切削热积聚在刀具和工件上，使它们之间相接触位置的切削温度极大地升高。 2.进给量 当我们增大进给量时，在一定的时间范围内金属材料的切除量将会不断地增多，这时切削热会急剧地增多，切削温度也就会不断地上升。与切削速度相比较，进给量在增大时，切削温度不会随着幅度值的升高而显著提高很多。 3.背吃刀量 研究表明，在切削用量中背吃刀量在切削时对切削温度的影响是非常小的。因为背吃刀量在增大之后，在切削区域所产生的热量虽然会成正比例的增加，但是整个切削刃的工作长度在这时会参与到切削加工中去，从而改善切削的散热条件，因此在这个过程中切削温度并不会显著地升高。 由上可知，刀具磨损和寿命受到切削温度的影响很较大，为能够有效地将切削温度控制在一定的范围内以提高刀具寿命，就需选择较大的背吃刀量和进给量，而选择一个合理的的切削速度来控制切削温度，提高刀具使用寿命，从而提升加工效率。 二、刀具几何参数对切削温度的影响 1.前角γo 切削过程中的工件的变形以及刀具之间的摩擦会因前角的大小而发生变化，当前角加大，切削温度就会降低;反之切削温度就会升高。当前角选择在20°左右时，此时切削温度的影响会小很多，原因是楔角发生变小的情况促使散热面积减小。所以刀具前角的选择将会对切削温度产生比较大的影响。 2.主偏角κr 当我们将主偏角进行加大后，这时刀具切削刃的实际工作长度就会变短，而造成切削热集中在一定的范围内;但如果刀尖角这时减小，就会使散热条件变差，造成切削温度上升。 由上可知，当增大刀具的前角，虽然可以使切屑变形加大，切屑与刀具前刀面之间的摩擦值减小，从而达到减少切削热，降低切削温度的效果。但如果前角选择过于太大，刀具自身的传导热条件也会变得很差，反而造成散热不利的情况，达不到降低切削温度的作用。而当主偏角选择较小时，切削时实际参与切削的刀刃长度就会增加，这样就能够形成利于散热的条件，从而降低切削温度。 三、刀具磨损对切削温度的影响 在切削进行到一定程度时，刀具慢慢地发生磨损，然后刀刃变钝，金属变形程度增大，此时加工刀具的后刀面在和工件相互接触处的摩擦也会大大的增加，所以，切削温度的上升往往发生在刀具磨损之后。当后刀面上的磨损量越来越大时，其上升的速度就会越来越快。我们通过试验得知，在车削加工的过程中，动态的切削温度会随着刀具的磨损增大而快速地升高。当刀具磨损较小时，动态的切削温度会随刀具的磨损而慢慢地上升，当刀具磨损程度达到一定数值时，在这个过程中会促使其动态切削温度加快上升的速度。 四、工件材料对切削温度的影响 1.当加工材料的硬度、强度数值都很高时，切削时需要消耗的功率自然就会越多，它在这时所产生的切削热也会越多，造成切削温度升高的情况出现。 2.工件材料自身的导热系数值，也会对散热产生直接且明显的影响。 3.在切削脆性材料时，比如说灰铸铁，它在切削时其金属变形的可能性很小，但从金属材料上切除的切屑会呈现出细小的崩碎形状，这样它与刀具前刀面之间产生的摩擦就会变小，故只会产生比较少的切削热，反之，切削塑性材料时产生的切削温度会比脆性材料时的温度高一些。 五、切削液对切削温度的影响 为积极改善刀具和工件之间的散热条件。在切削加工时，可以浇注一定数量的切削液来有效地降低切削温度。切削液在生产中除了能够起到冷却作用外，它还能够有效地起润滑、清洗和防生锈的作用。因此，合理使用切削液能有效地降低切削温度。 综上所述，切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料、切削液对切削温度都会产生重要的影响，进而影响生产加工效率、产品质量以及增加加工成本。因此，在实际生产加工中，如何降低加工时的切削温度，以此来提高产品质量有着重要的现实意义。 影响切削用量的因素有： 机床切削用量的选择必须在机床主传动功率、进给传动功率以及主轴转速范围、进给速度范围之内。机床—刀具—工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素。切削用量的选择应使机床—刀具—工件系统不发生较大的“振颤”。如果机床的热稳定性好，热变形小，可适当加大切削用量。 刀具刀具材料是影响切削用量的重要因素。表1是常用刀具材料的性能比较。 数控机床所用的刀具多采用可转位刀片（机夹刀片）并具有一定的寿命。机夹刀片的材料和形状尺寸必须与程序中的切削速度和进给量相适应并存入刀具参数中去。标准刀片的参数请参阅有关手册及产品样本。 表1 常用刀具材料的性能比较 工件不同的工件材料要采用与之适应的刀具材料、刀片类型，要注意到可切削性。可切削性良好的标志是，在高速切削下有效地形成切屑，同时具有较小的刀具磨损和较好的表面加工质量。较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量，可以获得较好的表面粗糙度。合理的恒切削速度、较小的背吃刀量和进给量可以得到较高的加工精度。 冷却液冷却液同时具有冷却和润滑作用。带走切削过程产生的切削热，降低工件、刀具、夹具和机床的温升，减少刀具与工件的摩擦和磨损，提高刀具寿命和工件表面加工质量。使用冷却液后，通常可以提高切削用量。冷却液必须定期更换，以防因其老化而腐蚀机床导轨或其他零件，特别是水溶性冷却液。 以上讲述了机床、刀具、工件、冷却液对切削用量的影响。切削用量的选择原则，下面主要论述铣削加工的切削用量选择原则。 铣削加工的切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择进给速度，最后确定切削速度。 1.背吃刀量a p或侧吃刀量a e 背吃刀量a p为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为㎜。端铣时，a p为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量a e为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为㎜。端铣时，a e为被加工表面宽度；而圆周铣削时，a e为切削层深度，见下图。 铣削加工的切削用量图 背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定： ①当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.5～25μm时，如果圆周铣削加工余量小于5㎜，端面铣削加工余量小于6㎜，粗铣一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次进给完成。 ②当工件表面粗糙度值要求为R a=3.2～12.5μm时，应分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.5～1.0㎜余量，在半精铣时切除。 影响金属切削加工表面质量的因素 机械加工表面质量，是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面质量直接影响被加工件的物理、化学及力学性能。产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。因此，正确地理解零件表面质量内涵，分析机械加工过程中影响加工表面质量的各种工艺因素，改善表面质量、提高产品使用性能具有重要的意义。 1. 影响机械加工表面质量的因素 1.1 机器使用性能对机械加工表面质量的影响 (1)耐磨性对表面质量的影响。一个刚加工好的摩檫副的两个接触表面之间，最初阶段在 表面粗糙的峰部触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的部有非常大的单位应力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。 (2)疲劳强度对表面质量的影响。在交变载荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力 集中，产生疲劳纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈，抗疲劳破坏的能力就愈差。残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏;而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。 (3)耐蚀性对表面质量的影响。零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙 度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。 1.2 影响表面粗糙度的因素 (1)切削加工影响表面粗糙度的因素。①刀具几何形状的反映刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的反映。②工件材料的 性质加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。③切削用量加工脆性材料时，切削速度对于粗糙 度影响不大;加工塑性材料时，积屑瘤对粗糙度影响很大。 (2)磨削加工影响表面粗糙度的因素。影响磨削表面粗糙的主要因素有：砂轮的粒度、砂 轮的硬度、砂轮的修整、磨削速度、磨削径向、进给量与光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量、冷却润滑液等。 1.3 影响加工表面层物理机械性能的因素 ] 3[切削用量对切削力的影响比较 （陕西理工学院 机械工程学院 ） 摘 要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律； 同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。 关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律 1.引言 金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，同 时也是确定切削用量的基本参数。所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。 2.金属切削加工机理 金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。 2.1切削加工原理 利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。 2.2切削变形 根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。 第Ⅰ变形区：剪切滑移区。该变 形区包括三个过程，分别是切削层弹 性变形、塑性变形、成为切屑。 第Ⅱ变形区：前刀面挤压摩擦区。 该变形区的金属层受到高温高压作用， 使靠近刀具前面处的金属纤维化。 第Ⅲ变形区：后刀面挤压摩擦区。 该变形区造成工件表层金属纤维化与 图1-2 切削层的变形区 加工硬化，并产生残余应力。 F x F y F z F xy F Z F 22222++=+ =] 1[3.切削力 切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。 3.1切削力来源 根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即： （1）克服切削层弹性变形的抗力 （2）克服切削层塑性变形的抗力 （3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力 3.2切削力的合成与分解 图2 - 2 切削力合力和分力 图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。图中字母分别表示： N 1、F 1——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力 N 2、F 2——作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力 Q 1、Q 2——N1与F 1、N 2与F 2的合力 F ——Q 1与Q 2的合力，即总切削力 一般地，为了研究方便，将总切削力F 按实际运动效果分为以下三个分力： 切削力F z ——垂直于水平面，与切削速度的方向一致，且该分力最大。 径向切削力F y ——在基面内，与进给方向垂直，沿切削深度方向，不做功，但能使工件变形或造成振动。 轴向切削力F x ——在基面内，与进给方向平行。 由图2-2可知，合力与各分力之间的关系为： 其中： k r F xy F x sin =。式中：F xy ——合力在基面上的分力。 k r F xy F y cos = 机械加工表面质量 一、判断题（正确的在题后括号内划“√”，错误的划“×”。） 1．零件的表面粗糙度值越低，疲劳强度越高。( ) 2．精密丝杠可采用冷校直方法克服其弯曲变形。( ) 3．冷校直会产生内应力。( ) 4．表面的微观几何性质主要是指表面粗糙度。( ) 5．切削加工时，进给量和切削速度对表面粗糙度的影响不大。( ) 6．零件的表面粗糙度值越低越耐磨。( ) 7．精密磨削和超精密磨削能获得低粗糙度值的加工表面。( ) 8．滚压加工是利用淬过火的滚压工具对工件表面施加压力，使其硬度增加，并使表面产生冷硬层和残余压应力，从而提高零件的承载能力和疲劳强度。 ( ) 9．滚压加工的目的主要是为了使工件表面上的凸峰填充到相邻的凹谷中，从而减小加工表面的粗糙度。 ( ) 10．表面冷作硬化程度越高，零件的耐磨性越高。 ( ) 二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将正确答案的标号填在题干的括号内。） 1．磨削加工中，大部分切削热传给了（）。 A．机床B．工件C．砂轮D．切屑 2．磨削表层裂纹是由于表面层的结果。（） A．残余应力作用B．氧化C．材料成分不匀D．产生回火 3．冷态下塑性变形经常在表层产生（）。 A．拉应力B．不定C．压应力D．金相组织变化 4．机械加工时，工件表面产生波纹的原因有（）。 A．塑性变形B．切削过程中的振动 C．残余应力D．工件表面有裂纹 5．在切削加工时，下列哪个因素对表面粗糙度没有影响？（） A．刀具几何形状B．切削用量C．工件材料D．检测方法 6．当零件表面层有残余压应力时，（）表面层对腐蚀作用的敏感性。 A．降低了B．增加了C．不影响D．有时会影响 7．切削加工时，对表面粗糙度影响最大的因素一般是（）。 A．刀具材料B．进给量C．切削深度D．工件材料 8．磨削用量对表面粗糙度影响最显著的因素是（）。 A．工件线速度B．砂轮线速度C．进给量D．磨削深度 9．磨削表层裂纹是由于表面层（）的结果。 A．.残余应力作用B．氧化 C．材料成分不匀D．产生回火 三、多项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出二至四个正确的答案，并将正确答案的标号分别填在题干的括号内。正确答案未选全或有选错的，该小题无分。） 1．机械加工时，工件表面残余应力产生的原因有（）。 A．塑性变形B．表面烧伤C．切削过程中的振动D．金相组织变化 2．光整加工能够（）。 A．提高加工效率B．修正位置偏差C．提高表面质量D．改善形状精度 （五）确定切削用量及基本工时 工序Ⅰ：车削端面、外圆及螺纹。本工序采用计算法确定切 削用量。 1.加工条件 工件材料：45钢正火，σb=0.60GPa 、模锻。 加工要求：粗车φ60mm 端面及φ60mm 、φ62mm 外圆， R z 200μm ；车螺纹M60×1mm 。 机床：C620－1卧式车床。 刀具：刀片材料YT15，刀杆尺寸16×25mm 2，k r ＝90°,γ o =15°,αo =12°,r ε=0.5mm 。 60°螺纹车刀：刀片材料：W18Cr4V 。 2.计算切削用量 （1）粗车M60×1mm 端面 1）已知毛坯长度方向的加工余量为25.17.0+-mm ， 考虑7°的模锻拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Z max =7.5mm 。但实际上，由于以后还要钻花键底孔，因此端面不必全部加工，而可以留出一个φ40mm 芯部待以后钻孔时加工掉，故此时实际端面最大加工余量可按Z max =5.5mm 考虑，分两次加工，αp ＝3mm 计。 长度加工公差按IT12级，取－0.46mm （人体方向）。 2）进给量f 根据《切削用量简明手册》（第3版）（以下简称 《切削手册》）表1.4。当刀杆尺寸为16mm ×25mm ，αp ≤3mm 以及工件直径为60mm 时。 f=0.5～0.7mm/r 按C620－1车床说明书（见《切削手册》表1.30）取 f ＝0.5mm/r 3）计算切削速度 按《切削手册》表1.27，切削速度的计算 公式为（寿命选T ＝60min ）。 νc ＝ναν fy T C v x p m k ν（m/min ） 其中：C ν=242，x ν=0.15，y ν=0.35，m=0.2。修正系数 K ν见《切削手册》表1.28 ，即 K Mv =1.44，K sv ＝0.8，K kv =1.04，K krv =0.81，K Bv =0.97。 所以 νc ＝35.015.02.05.0360242 ??×1.44×0.8×1.04×0.81×0.97 ＝108.6（m/min ） 4）确定机床主轴转速 n s ＝w c d πν1000=65 6.1081000??π≈532（r/min ） 按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8），与532r/min 相 近的机床转速为480r/min 及600r/min 。现选取n w =600r/min 。如果选n w =480r/min ，则速度损失太大。 所以实际切削速度ν=122m/min 。 5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。 l=2 4065-=12.5（mm ），l 1=2mm ，l 2=0，l 3=0浅析切削加工中影响切削温度的主要因素
影响切削用量的因素
影响金属切削加工表面质量的因素
切削用量对切削力的影响比较讲解
机械加工表面质量试题
确定切削用量
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