第十三章 金属切削加工基础

习题解答

13-1 什么是主运动和进给运动? 试以外圆车削、铣削、钻削为例，说明什么是主运动? 什么是进给运动?

答：主运动是指切下多余材料所需的最基本的运动，在切削运动中主运动的速度最高、消耗的功率最大。进给运动是指多余材料不断被投入切削，从而加工完整表面所需的运动。

外圆车削中工件的旋转运动是主运动，车刀的直线运动是进给运动；铣削中铣刀的旋转运动是主运动，工件的移动是进给运动；钻削中钻头的旋转运动是主运动，钻头的直线运动是进给运动。

13-2 说明切削用量三要素的意义。车削时，切削速度怎样计算?

答：切削用量的三要素包括：切削速度、进给量和背吃刀量，其意义为：

①切削速度是刀具切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度， 单位为m／s。

②进给量是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量称为进给量。它可用工件每转一转刀具的位移量来表述和度量， 单位为mm/r。

③背吃刀量是工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离称为背吃刀量， 单位为mm。

车削时切削速度v(m/s)可用主轴转速n(r/min)和待加工表面直径D(mm)进行计算：

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13-3 外圆车刀的五个基本角度的主要作用是什么? 应如何选择?

答：车刀的主要角度有前角word/media/image2_1.png、后角word/media/image3_1.png、主偏角word/media/image4_1.png、副偏角word/media/image5_1.png，和刃倾角word/media/image6_1.png。

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车刀的主要角度 确定车刀角度的辅助平面

1)前角word/media/image2_1.png的作用：增大前角，可使刀刃锋利、切削力降低、切削温度低、刀具磨损小、表面加工质量高。但过大的前角会使刃口强度降低，容易造成刃口损坏。

选择原则：用硬质合金车刀加工钢件(塑性材料等)，选取word/media/image2_1.png=10º～20°；加工灰口铸铁(脆性材料等)，一般选取word/media/image2_1.png=5o～15°。精加工时，可取较大的前角，粗加工应取较小的前角。工件材料的强度和硬度大时，前角取较小值，有时甚至取负值。

2)后角word/media/image3_1.png的作用：减少主后刀面与工件之间的磨擦，并影响刃口的强度和锋利程度。

选择原则：一般后角可取word/media/image3_1.png=6º～8º。

3)主偏角word/media/image4_1.png的作用：影响切削刃的工作长度、切深抗力、刀尖强度和散热条件。主偏角越小，则切削刃工作长度越长，散热条件越好，但切深抗力越大。

选择原则：车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。工件粗大、刚性好时，可取较小值。车细长轴时，为了减少径向力而引起工件弯曲变形，宜选取较大值。

4)副偏角word/media/image5_1.png的作用：影响已加工表面的表面粗糙度，减小副偏角可使已加工表面光洁。

选择原则：一般选word/media/image5_1.png=5o～15°，精车时可取5o～10°，粗车时取10o～15°。

5)刃倾角word/media/image6_1.png的作用：主要影响主切削刃的强度和控制切屑流出的方向。

选择原则：一般word/media/image6_1.png在0o～±5°之间选择。粗加工时，常取负值，虽切屑流向已加工表面无妨，但保证了主切削刃的强度好。精加工常取正值，使切屑流向待加工表面，从而不会划伤己加工表面的质量。

13-4 说明切屑的形成过程。切屑可分为哪几种? 它们对切削过程有何影响?

答：在切削塑性材料的过程中，切削层金属受到刀具前刀面的挤压，经弹性变形、塑性变形，然后当挤压应力达到强度极限时材料被挤裂（左下图）。当以上过程连续进行时，被挤裂的金属脱离工件本体，沿前刀面经剧烈摩擦而离开刀具，从而形成切屑（右下图）。

切屑的种类、形成及对加工的影响如下：

13-5 什么是切削力? 一般将它在哪三个方向分解? 各方向的切削分力对加工工艺系统有何影响?

答：实际应用中，一般不直接研究总切削力F，而是研究它在三个相互垂直方向上的分力 Fc、Ff、Fp。如下图所示。

(1) 主切削力Fc ：总切削力在主运动方向上的正投影称为主切削力，在三个分力中一般它的值最大。它是设计机床、刀具、夹具以及计算机床功率的主要依据。

(2) 进给力Ff：总切削力在进给运动方向上的正投影。在车外圆时亦称轴向分力或走刀抗力。它是计算进给机构零件强度的依据。

(3) 背向力Fp：总切削力在垂直进给运动方向的分力，背向力不作功。在车外圆时亦称径向分力或吃刀抗力，该力作用在机床、工件刚性最差的方向上，易使工件变形并引起切削过程中的振动，影响工件的精度。

切削力的合力为：

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13-6 切削热是怎样产生的?它对工件和刀具有何影响?

答：切削过程中由于切削层变形及刀具与工件、切屑之间的摩擦产生的热称为切削热。切削热对加工的影响是通过切削温度体现的。切削时消耗的功越多，产生的切削热就越多，所以工件的强度、硬度越高，以及增加切削用量，都会使切削温度上升。

切削用量的增加也改善了散热条件，所以vc增加一倍，切削温度升高20％～30％；f增加一倍，切削温度升高10％；αp增加一倍，切削温度只升高3％。刀具角度中，增大前角，可使切削变形及摩擦减小，但前角不可过大，以免刀头散热体积减小，不利于降低切削温度；减小主偏角可增加主切削刃的工作长度，改善了散热条件，两者均可降低切削温度。为避免切削温度过高，一是要减少切削变形，如合理选择切削用量和刀具角度，改善工件的加工性能等；二是减少摩擦，加强散热，如采用切削液。

13-7 切削液分哪几类? 比较其性能和适用范围。

答：常用的切削液可分三大类：水溶液、乳化液和油类。

水溶液和低浓度的乳化液其冷却与冲洗的作用较强，适用于粗加工及磨削；高浓度的乳化液润滑作用强，适用于精加工。

切削油的特点是润滑性好，冷却作用小，主要用来提高工件的表面质量，适用于低速的精加工，如精车丝杠、螺纹等。

加工铸铁与青铜等脆性材料时，一般不使用切削液；铸铁精加工时可使用清洗性能良好的煤油作为切削液。

当选用硬质合金作为刀具材料时，因其能耐较高的温度，可不使用切削液；如果使用，必须大量、连续地注射，以免使硬质合金因忽冷忽热产生裂纹而导致破裂。

13-8 粗加工和精加工的切削用量为什么不能按同一原则选择?

答：粗加工时，为尽快切除加工余量，如果工艺系统的刚性好，应尽可能地选取较大的背吃刀量。然后，根据加工条件选取尽可能大的进给量。最后，按对刀具耐用度的要求，选取合适的切削速度。

精加工的目的是保证加工精度。为保证表面质量，硬质合金刀具一般采用较高的切削速度，高速钢刀具的耐热性差，多采用较低的切削速度。切削速度确定后，从提高加工精度考虑，应选用较小的进给量和背吃刀量。

13-9 机床中常用的传动副有哪几种? 各有何特点?

答：机床上常用的传动副有：

1、用于传递旋转运动并实现变速功能的传动副：带传动、齿轮传动、蜗杆蜗轮传动。此类传动副的传动比i定义为被动轴转速n2与主动轴转速n1之比，它亦等于主动轮直径d1 (或齿数z1) 与被动轮直径d2 (或齿数z2) 之比。

2、用于将旋转运动变为直线运动的传动副有：齿轮与齿条传动、丝杠螺母传动。此类传动副的被动元件的移动速度与主动元件的转速n成正比。

13-10 简述车床的主要组成部分及其作用。

答：车床的主要组成部件有床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座等。加工时，工件由主轴带动作旋转主运动；刀具安装在刀架上可作纵向或横向进给运动。

各部分的作用是：

1、床身：作为车床的基础件，机床所有零部件都按照技术要求安装在床身上。

2、主轴箱：其内安装机床主运动所需的传动和变速机构。

3、进给箱：其内安装机床进给运动所需的传动和变速机构

4、溜板箱：带动刀架作纵向和横向进给运动。

5、刀架：用于安装切削加工所用的各种刀具。

6、尾座：用于长轴类工件加工时的定位及增加工件装夹刚性、钻中心孔及钻孔。

13-11 车床能完成哪些工作？

答：车床能够完成外圆、内圆、平面、锥面、螺纹、回转沟槽、回转成形面、滚花面及切断等的加工。

13-12 车削加工中工件有多少种装夹方式? 各用于何种场合?

答：工件的安装方式需依据工件的形状和尺寸而定，常用的安装方法如下：

1、卡盘或花盘安装

用于长径比小于4的工件。三爪自定心卡盘用于圆形和六角形工件及棒料，能自动定心，安装方便；四爪单动卡盘用于加工毛坯或方形、椭圆形等不规则的工件，夹紧力大；花盘用于形状不规则无法用卡盘装夹的工件。

2、使用顶尖安装

用于长径比大于4的轴类工件，可采用一夹一顶或两端顶。对于长径比大于10的细长轴类工件，为增加工件的刚性，还需使用中心架或跟刀架。

13-13 钻床能完成哪些工作?

答：在钻床上进行切削加工称为钻削。在钻床上可进行的工作为：钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔、锪端面等。

13-14 比较车床钻孔和钻床钻孔。

答：车床钻孔和钻床钻孔的比较如下：

13-15 指出麻花钻的主切削刃、副切削刃、前面、主后面。

答：麻花钻的切削部分如下图所示，其主要几何角度有：螺旋角β、前角γ。、 后角α。、横刃斜角ψ和顶角2ф。

13-16 为什么钻孔的加工精度低，表面粗糙度值大?

答：钻孔时由于钻头刚性相对工件而言较低，加上排屑阻力的客观存在及冷却润滑条件不好，导致钻头磨损较大，因此孔的加工精度较低。

钻孔加工中铁屑要从螺旋槽中排除，铁屑与螺旋槽和工件孔表面产生很大的摩擦阻力（此时的冷却、润滑及散热条件均差），因此排屑困难，且排屑时易划伤已加工孔表面，所以降低了孔的表面质量，造成孔的表面粗糙度值大。

13-17 车床镗孔和镗床镗孔有何不同?

答：车床镗孔和镗床镗孔的区别：

13-18 刨床能完成哪些工作?

答：刨削主要用于加工平面、垂直面、斜面、直槽、V型槽、燕尾槽，T型槽、成形面。

13-19 牛头刨床、龙门刨床、插床运动有何不同? 各适用于哪些场合？

答：牛头刨床(刨水平面时)切削运动：①主运动：刀具的直线往复运动；②进给运动：工件的间歇直线移动。

龙门刨床切削运动：①主运动：工件的直线往复运动；②进给运动：刀具的间歇直线移动。

插床切削运动：①主运动：刀具的垂向直线往复运动；②进给运动：工件的纵向、横向、周向间歇移动。

适用加工场合：

①刨床加工范围：平面(水平面、垂直面、斜面)、沟槽(直角槽、T形槽、V形槽、燕尾槽)及直线型成形面等。

②插床加工范围：型孔(正方孔、长方孔、多边形孔、花键孔)、孔内键槽及外直线型成形面等。

13-20 拉削为什么加工质量好，生产率高?

答：拉削的本质是刨削，不过刨削为单刃切削，拉削属多刃复合切削。拉削只有一个主运动 (拉刀的直线运动) ，进给运动由相邻前后刀齿之间的齿升量实现，一次行程能够完成粗、半精及精加工，故拉削的生产效率很高，且拉床结构简单，操作方便。

13-21 比较铣削和刨削加工。

答：一、铣床加工：

1、铣床切削运动：①主运动：刀具的旋转运动；②进给运动：工件的纵向、横向、垂向移动。

2、铣床加工范围：平面(水平面、垂直面、斜面)、沟槽(直角槽、T形槽、V形槽、燕尾槽、圆弧槽、螺旋槽)、成形面、分度件及孔加工(钻孔、扩孔、铰孔、铣孔)等。

3、铣削尺寸公差等级及Ra值：

二、刨削加工：

1、牛头刨床(刨水平面时)切削运动：①主运动：刀具的直线往复运动；②进给运动：工件的间歇直线移动。

2、龙门刨床切削运动：①主运动：工件的直线往复运动；②进给运动：刀具的间歇直线移动。

3、刨床加工范围：平面(水平面、垂直面、斜面)、沟槽(直角槽、T形槽、V形槽、燕尾槽)及直线型成形面等。

4、刨削尺寸公差等级及Ra值：

13-22 砂轮和铣刀有什么类同之处?

答：砂轮和铣刀均属于多刃回转刀具，铣刀的刀齿部是相同的，而砂轮中担负切削工作的是砂轮中的硬质颗粒，具有自锐性。