●自由切削与非自由切削
只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削刃不参加 切削工作，称为自由切削。曲线主切削刃或主、副切削刃都 参加切削者，称为非自由切削。
3.1.1 切屑的形成过程
直角自由切削
斜角自由切削
c)不自由切削
图3-1 直角、斜角自由切削与不自由切削
3.1.1 切屑的形成过程
挤压与切削
切屑的形成与切离过程，是切削层 受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移 为主的塑性变形过程。 正挤压：金属材料受挤压时，最大 剪应力方向与作用力方向约成45° 偏挤压：金属材料一部分受挤压时， OB 线以下金属由于母体阻碍，不能沿 AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F A
C

D
F F af hb
C C P D
D
KFc为切削条件修正系数
3 P F v 10 c c
( KW )
式中
Fc —— 主切削力（N）； v —— 主运动速度（m/s）。
3.2.2 切削力与切削功率的计算
工作功率
3 P P P F v F n f 10 e c f c c f w
第3章 切削原理
本章要点
切屑的形成过程 积屑瘤 切削力及其影响因素 切削热与切削温度 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择 磨削原理
高速加工技术
机械制造技术基础
第3章 切削与磨削原理 Cutting and Grinding Theory
3.1 切削过程 Process of Cutting
3.1.1 切屑的形成过程
切削过程就是刀具从工件表面上切除多余的材 料，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整 过程。 实验表明：切屑是在切削过程中工件材料受到 刀具前刀面的推挤后发生塑性变形，最后沿某一斜 面剪切滑移形成的。
3.1.1 切屑的形成过程
●正切削与斜切削
切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式称为正切削或 直角切削。如果切削刃不垂直于切削速度方向则称为斜切削或 斜角切削 直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直 斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直
积屑瘤
刀具
图3-10 积屑瘤
3.1.4 影响切削变形的因素
加工材料 切削用量
材料强度越高，塑性越小，则变形系 数越小，切削变形减小。 图 （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。 在无积屑 瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。 图 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。
式中
Fc 、Ff ——切削力和进给力（N）； vc ——运动速度（m/s）； nw —— 工件转速（r/s）； f —— 进给量（mm）；
机床电机功率
Pm
m
Pc
式中 ηm —— 机床传动效率，通常ηm= 0.75～0.85
3.2.3 影响切削力因素
工件材料
强度高 加工硬化倾向大 切削力大
切削用量
特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑 与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
两个摩擦区
粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不 平的凹坑中，形成长度为 lfi 的 粘接区。切屑的粘接层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。 滑动区：切屑在脱离前刀面 之前，与前刀面只在一些突出 点接触，切屑与前刀面之间的 摩擦属于外摩擦。
3.1.4 影响切削变形的因素
（2）进给量
刀具几何参数
（1）前角γ0
当进给量 f 增大时，切削层厚度hD 增大，切屑的平均变形减小，变形 图 系数ξ减小
前角增大，剪切角φ 增大，而剪切 图 角越大，则变形系数ξ 减小。
(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
工件材料强度对变形系数的影响
◆ 前角γ0 增大，切削力减小（左图） ◆ 主偏角κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗 力影响显著（ κr ↑—— Fp↓，Ff↑，右图）
切削力/ N 切削力F
2200 1800 1400 1000
γ0 - Fc
κr - Fc
κr – Ff
κr – Fp
30 45 60 75 90
γ0 – Fp γ0 – Ff 前角γ0
不规则块状颗粒
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀 具前角较大 切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
局部剪切应力达到断 裂强度
加工塑性材料， 切削速度较低， 进给量较大， 刀 具前角较小 切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳
剪切应力完全达到 未经塑性变形即被 挤裂 断裂强度 工件材料硬度较 高，韧性较低， 切削速度较低 加工硬脆材料， 刀具前角较小
a)大规模挤裂 图3-19 陶瓷材料的去除过程与切屑形态
b)小规模挤裂
flash
3.1.6 硬脆非金属材料切屑形成机理
脆性材料切削过程
◆ 大规模挤裂与小规模挤裂交替进行（图3-13）
a）
b）
图3-20
c）
硬脆材料切削过程
d）
e）
a）大规模挤裂（大块破碎切除） b）空切 c）小规模挤裂（小块破碎切除） d）小规模挤裂（次小块破碎切除） e）重复大规模挤裂（大块破碎切除）
粘 结 滑 动
图3-9 切屑与前刀面的摩擦
3.1.3 前刀面上刀－屑的摩擦与积屑瘤
积屑瘤成因
◆ 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接 ◆ 粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化
积屑瘤形成过程
滞留—粘接—长大
切屑
积屑瘤影响
◆ 增大前角，保护刀刃 ◆ 影响加工精度和表面 粗糙度
积屑瘤
积屑瘤切 削现象
flash
机械制造技术基础
第3章 切削原理 Cutting and Grinding Theory
3.2 切削力
Cutting Force
3.2.1 切削力的产生和分解
切削力来源
★ 3个变形区产生的弹、 塑性变形抗力 ★ 切屑、工件与刀具间 摩擦力
3.2.1 切削力的产生和分解
切削力分解
Ff · p f 吃刀抗力 Fp v
Fc
κr
Ff Fp Ff · p
F
Ff 进给抗力
Ff · p
Fc 主切削力 F 切削合力
图3-21 切削力的分解
3.2.1 切削力的产生和分解
Fc —切削力，与切削速度方向一致。用于计算刀具 强度，设计机床零件，确定机床功率等。 Ff — 进给力，与进给方向相同。消耗机床的功率 较少，用于计算进给功率和设计机床进给机构等。
形成 条件
影响
糙度 恶劣，易崩刀 表面粗糙度不佳
3.1.5 切屑类型与切屑控制
切屑类型
带状切屑
real
节状切屑
real
粒状切屑
real
崩碎切屑
切屑形态照片
real
3.1.5 切屑类型与切屑控制
切屑控制
为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切 屑卷曲和折断。 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果。
Ff C Ff a
X Fc p X Ff p
X Fp
f
f
f
YFc
YFf
YFp
v K Fc
v K Ff
vc K Fp
z Fp
z Fc c z Ff c
Fp CFp a p
式中
CFc , CFp , CFf —— 与工件、刀具材料有关系数；
xFc , xFp , xFf —— 切削深度ap 对切削力影响指数；
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
相对滑移系数

cos 0 S y sin cos( 0 )
（3-1）
γ0
剪切角越小，前角越小， 剪切变形量越大。
M
φ
O
图3-7 相对滑移系数
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度 基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。 ◆ 厚度变形系数
( 3－5 )
变形系数Λh越大，剪切角φ越小。
2h 2 h sin o 1 h cos o
当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5 时， Λh与ε相近 ε 主要反映第 Ⅰ 变形区的 变形 ， Λh 还包含了第 Ⅱ 变 形区的影响。
3.1.3 前刀面上刀－屑的摩擦与积屑瘤
Ⅱ
Ⅰ
Ⅲ
图3-6 切削部位三个变形区 第Ⅱ变形区：靠近前刀面处, 切屑排出时受前刀面挤压与 摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的 主要原因。
第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
3.1.1 切屑的形成过程
切削变形实验设备与录像装置
Fp— 背向力，与进给方向垂直。用于计算与加工 精度有关的工件挠度和刀具、机床零件的强度等。也 是使工件在切削过程中产生振动的主要作用力。
F Fc FN D
2 2
FCFPF
Ff＝FDsinκr
2
2
2 f
Fp＝FDcosκr
3.2.2 切削力与切削功率的计算
指数形式的切削力经验公式
Fc C Fc a