先進(jìn)加工技術(shù)及裝備第二章

1、1.切削加工的發(fā)展趨勢(shì)高速、高效、精密、微細(xì)、智能、綠2概念：切削加工是指采用具有規(guī)則形狀的道具從工件表面切除多余材料，從而保證在幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度以及表面層質(zhì)量等方面均符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)械加工方法3. 切削用量：切削速度、切削深度和進(jìn)給量4. 按照刀具與工件的運(yùn)動(dòng)方式以及道具的形狀可將切削加工分為車削、銃削、刨削、鉆削、插齒、滾齒、攻絲等加工種類刀具運(yùn)動(dòng)工件運(yùn)動(dòng)車削直線旋轉(zhuǎn)銃削旋轉(zhuǎn)直線刨削往復(fù)不動(dòng)鉆削旋轉(zhuǎn)+直線不動(dòng)鏜削旋轉(zhuǎn)+直線不動(dòng)拉削直線不動(dòng)鉸削旋轉(zhuǎn)+直線不動(dòng)攻絲旋轉(zhuǎn)+直線不動(dòng)插齒往復(fù)旋轉(zhuǎn)滾齒旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)5.外圓車刀參與切削的部分可以看做是各種刀具切削部分的最基本的形態(tài)一、外圓車刀切

2、學(xué)部分的組成：三面、兩刃、一尖。三面主要指的是前刀面、主后刀面和副后刀面。前刀面是切屑流經(jīng)的表面。主后刀面是與工件上過(guò)度表面相對(duì)的表面；副后刀面是與工件上已加工表面相對(duì)的表 面。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)切屑的控制，前刀面上一般還有斷屑 槽，這時(shí)前刀面不再是一個(gè)平面；兩刃是主切削刃和副切削刃。主切削刃是前刀面和主后刀面的交線，用 以完成切除工作；副切削刃值得是前刀面的副后刀面 的交線，輔助形成加工表面；一尖指的是刀尖，主切削刃與副切削刃之間相交處。二、外圓車刀在切削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具沿著工 件的額軸線方向做直線運(yùn)動(dòng)，前者成為主運(yùn)動(dòng)，后者 稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)量三要素“切削速度：切削刃上某一點(diǎn)的切削 速度

3、，是該點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度；進(jìn)給量：當(dāng)工件或者刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)。兩者沿進(jìn)給方向打相對(duì) 位移；切削深度：工件上已加工的表面和待加工的表 面之間的距離。三、刀具的靜止坐標(biāo)系：基面 Pr、切削平面Ps、主剖面Po?；媸峭ㄟ^(guò)主切削刃選定點(diǎn)，垂直于假定的主運(yùn) 動(dòng)方向的平面。Ps是通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，與切削 刃相切并垂直于基面的平面。Po是通過(guò)主切削刃選定 點(diǎn)，與基面和切削平面都垂直的平面。四、在Po內(nèi)的角度有前角、后角、楔角。五、切削層參數(shù)：切削層的定義：工件每旋轉(zhuǎn)一周，車 刀就會(huì)沿著工件軸線移動(dòng)一定的距離。切削刃從一個(gè) 表面移動(dòng)到另一個(gè)表面上，兩個(gè)表面之間的一層金屬 受到前刀面的擠壓，通過(guò)塑

4、性變形而轉(zhuǎn)化為切屑，這一層金屬稱為切削層。參數(shù)是切削層厚度、切削寬度、 切削面積。六、切屑形成機(jī)理：在對(duì)塑性材料進(jìn)行切削加工時(shí)，由 于工件材料剪切滑移而形成切屑，所此形成的切屑呈 現(xiàn)帶狀、擠裂、單元型；對(duì)脆性材料進(jìn)行加工時(shí)，由 于工件中裂紋擴(kuò)展而形成切屑，呈現(xiàn)出 崩碎狀切屑。1. 塑性材料切削形成的機(jī)理： 二維切削指的是主切削刃與切 削運(yùn)動(dòng)方向垂直，副切削刃不參與切削的切削狀態(tài)。第一變形區(qū)是被切削材料向切屑轉(zhuǎn)變時(shí)的塑性變形區(qū)，從切削根部可看到嚴(yán)重變形區(qū)和為變形區(qū)存在著明顯的界 線，被切削材料在很短的時(shí)間里完成了主要的變形。第二變形區(qū)是由于切屑從前刀面流出，在較高溫度下受到刀具的擠壓作用進(jìn)一步發(fā)

5、生嚴(yán)重的變形。第三變形區(qū)為以加工的表面與后到面的摩擦以及第一變形區(qū)的殘余部分組成。塑性材料切屑形成的過(guò)程為：當(dāng)?shù)毒吆凸ぜ_(kāi)始接觸的瞬間，切削刃和前刀面在接觸點(diǎn)擠壓工件，使工件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和彈性變形。 隨著切削運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)， 切削刃和前刀 面對(duì)工件的擠壓作用加強(qiáng)， 使工件材料內(nèi)部應(yīng)力和變形逐 漸增大，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限時(shí)， 被切削層材料沿著 剪應(yīng)力的方向滑移，產(chǎn)生塑性變形。隨著滑移的產(chǎn)生，剪應(yīng)力逐漸增大。當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，切削層 材料產(chǎn)生流動(dòng)。當(dāng)流動(dòng)方向與前刀面平行時(shí)， 不再產(chǎn)生滑 移，切削層材料沿著前刀面與基體分離。以上過(guò)程發(fā)生在第一變形區(qū)當(dāng)切屑沿著前刀面流出時(shí)受到前刀面的擠壓與

6、摩擦，在前刀面摩擦阻力的作用下， 靠近前刀面的切屑底層再次 產(chǎn)生剪切變形，使薄薄的一層材料流動(dòng)緩慢， 晶粒再度伸 長(zhǎng)，沿著前刀面方向纖維化， 這流動(dòng)滯緩的一層金屬稱為 滯留層，其變形程度比切屑上層劇烈好幾倍。發(fā)生在第二變形區(qū)?？傊?，塑性材料的切屑形成的過(guò)程，其本質(zhì)上被切削 的材料在刀具切削刃和前刀面的作用下，收到擠壓產(chǎn)生剪切滑移變形的過(guò)程。切削變形的程度可以用變形系數(shù)切削長(zhǎng)度變形系數(shù)和 切削厚度變形系數(shù)來(lái)衡量。 前者是切削層長(zhǎng)度和切屑長(zhǎng)度 之比，后者是切削厚度和切削層厚度之比。剪切角越大，變形系數(shù)越大，因?yàn)榍行紩?huì)變長(zhǎng)變厚。脆性材料的切屑形成過(guò)程：延伸率是衡量材料塑形性能 的指標(biāo)，大于5%的為塑

7、性材料，小于的為脆性材料 。塑 性材料和脆性材料的斷裂機(jī)理很不相同：塑性材料是在很大的塑形變形后發(fā)生的， 脆性材料是在很低的應(yīng)力下， 幾 乎沒(méi)發(fā)生什么塑性變形就斷裂了。脆性材料切削時(shí)通常產(chǎn)生的是不連續(xù)的單元型切屑和崩碎型切屑。七、切屑的類型：帶狀、擠裂、單元、崩碎。帶狀切屑是在加工塑性材料、切削厚度較小、切削速 度較高的情況下產(chǎn)生的，擠裂切屑是在加工塑性材料、 切削厚度較大、切削速度較低、刀具前角較小的情況 下發(fā)生的，單元切屑一般是在加工塑性材料、切削厚 度較大，切削速度較低、刀具前角較小的情況下發(fā)生 的。崩碎切屑是在切削厚度大、刀具前角小的情況下 產(chǎn)生的。八、積屑瘤：在前刀面緊靠刃口處的一小

8、塊很硬的金屬 楔塊。積屑瘤的作用：積屑瘤剛形成時(shí)，代替前刀面 和切削刃進(jìn)行切削，有保護(hù)切削刃、減輕前刀面及后 刀面摩擦的作用。但是，當(dāng)積屑瘤破裂脫落時(shí)，切屑 底部和工件表面帶走的積屑瘤碎片，分別對(duì)前刀面和 后刀面有機(jī)械擦傷作用；當(dāng)積屑瘤從根部完全脫落時(shí)， 將對(duì)刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損。積屑瘤生成后刀具的實(shí)際前 角增大，減少了切削變形，降低了切削力。積屑瘤有 一定的伸出量，因而改變了切削深度的進(jìn)給量，影響 尺寸精度，對(duì)精加工影響尤為顯著。九、鱗刺：形成原因：在較低的切削速度下形成擠裂切屑或者 單元切屑時(shí)，切屑與前刀面間的摩擦力發(fā)生周期性的 變化，促進(jìn)切屑在前刀面上周期性停留，并代替刀具 推擠切削層，造成

9、切削層材料的積聚，并使切削厚度 向切削下一層增大，已加工的表面出現(xiàn)拉應(yīng)力從而導(dǎo) 致斷裂，生成鱗刺。過(guò)程：擦拭階段、導(dǎo)裂階段、層積階段、切頂階段。 導(dǎo)裂階段的特征是在切削刃下方，切屑與已加工表面 之間出現(xiàn)一裂口，時(shí)間短。防止鱗次產(chǎn)生的措施：減小切削厚度；采用硬質(zhì)合 金或者高硬度刀具進(jìn)行高速切削；采用熱切削或振動(dòng) 切削；采用潤(rùn)滑性能良好的極壓切削油或者擠壓乳化 液，同時(shí)適當(dāng)降低切削速度，以保持切削液的潤(rùn)滑效 果。十、 零件的加工表面完整性：1. 與表面紋理組織有關(guān)的部分，零件最外層的幾何形狀， 通常包括表面圍觀幾何形狀與表面缺陷等表面特征，從幾何學(xué)方面去面熟零件的表面狀態(tài)，通常用表面粗糙度作為評(píng)價(jià)

10、指標(biāo)。表面粗糙度反映了以加工表面的微觀不平度。沿著切削速度的方向的為縱向粗糙度，垂直于切削速度的為橫向粗糙度。一般橫向粗糙度為縱向的 23倍?？v向粗糙 度一般取決于切削過(guò)程的積屑瘤、鱗刺、切削狀態(tài)和加工過(guò)程中的振動(dòng)等。橫向的除了上述原因外， 更重要的是受 至U切削殘留面積高度及副切削刃對(duì)已加工表面的擠壓而 產(chǎn)生的材料隆起等支配。表面粗糙度影響零件的耐磨性、 抗腐蝕性、零件配合性和疲勞強(qiáng)度。2. 切削加工后表面層的硬化層，取決于工件材料在切削過(guò)程中的強(qiáng)化、弱化和相變的綜合結(jié)果； 切削過(guò)程中強(qiáng)烈的塑 性變形起主導(dǎo)作用時(shí)， 已加工的表面產(chǎn)生加工硬化；當(dāng)切肖U溫度起主導(dǎo)作用時(shí)，弓I起工件表層的硬度降低

11、和相變， 較高的溫度、較低的共建材料熔點(diǎn)等將減輕加工硬化現(xiàn)象。3. 殘余應(yīng)力分為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。 拉應(yīng)力容易引起裂紋， 使零件產(chǎn)生疲勞斷裂和應(yīng)力腐蝕，壓應(yīng)力能提咼零件的抗疲 勞強(qiáng)度。產(chǎn)生的原因主要有：熱塑性變形、里層材料彈性回復(fù)、表層材料的擠壓和相變等。十一、切削力1. 來(lái)源：彈性變形力和摩擦力。2. 主切削力：垂直于基面與主運(yùn)動(dòng)方向一致。 切深抗力： 在基面內(nèi)作用于工件直徑方向上；進(jìn)給抗力：在基面內(nèi)，與刀具的進(jìn)給方向平行。3. 影響因素1）工件材料：其物理機(jī)械性能決定著切屑形成過(guò)程中 的變形及摩擦。一般情況下，工件材料的強(qiáng)度、硬 度越高，切削力越大；在強(qiáng)度硬度相近的情況下， 材料塑性越大，韌

12、性越大，切削力越大。2）切削量：速度高，低；3）刀具幾何參數(shù)：前角小，主切削力大；4）刀具材料。在各類刀具中，摩擦系數(shù)是按照金剛石、 陶瓷、硬質(zhì)合金、高速鋼的順序加大的。因而切屑 力增大。5）后刀面磨損越大，切削力越大。4. 測(cè)量、測(cè)力儀十二、切削熱1. 來(lái)源：主要產(chǎn)生塑性變形的第一變形區(qū)：切屑與前刀 面摩擦區(qū)，第二變形區(qū)：后刀面與工件加工表面摩擦 區(qū)，及第三變形區(qū)。2. 測(cè)試方法：熱電偶法：自然熱電偶法：以不同化學(xué)成分的刀具 和工件作為熱電偶的兩極，組成熱電回路測(cè)量切削溫 度的方法。人工熱電偶法：將兩種預(yù)先標(biāo)定好的金屬 絲組成熱電偶熱端焊接在刀具或工件待測(cè)溫度點(diǎn)上， 尾端通過(guò)導(dǎo)線串接在電位差

13、計(jì)上，切削時(shí)根據(jù)表上的 指示值，參考曲線得到。人工熱電偶法只能測(cè)得距離 刀面一定距離處某點(diǎn)的溫度，不能直接測(cè)得前刀面的 溫度。輻射法：輻射熱計(jì)法、紅外線干板法熱顏料法、熱敏電阻法、量熱計(jì)法。3. 影響因素：切削用量（大大）、刀具幾何參數(shù)（前角大， 降低，主偏角大，升高）刀具磨損的影響（大大）工 件材料的影響、切削液十三、刀具材料1. 刀具材料的性能：高硬度和高耐磨性；足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性；高耐熱性；良好的公益性和經(jīng)濟(jì)性；2. 常用刀具材料：高速鋼、硬質(zhì)合金（YT類的摩擦系數(shù)比YG的小）陶瓷、超硬材料（天然金剛石、人造金剛 石、PCD CVD、CBN）3. 涂層刀具技術(shù)：刀具涂層制備技術(shù)可分為化

14、學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD） CVD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)但 成分單層及多成分多層復(fù)合涂層的沉積，涂層與基體 結(jié)合強(qiáng)度高，耐磨性好。但是 CVD工藝溫度高，易造 成刀具材料抗彎強(qiáng)度下降。目前CVD主要用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的表面涂層。PVD工藝溫度高刀具涂層有以下幾種：氮化鈦涂層、氧鋁鈦或氧鈦鋁涂層、氧化鉻涂層、金剛是涂層十四、刀具磨損和耐用度:1. 刀具磨損的分類：在切削過(guò)程中前刀面和后刀面在高溫、高壓的作用下，刀具和工件接觸并相對(duì)滑動(dòng)和摩擦，產(chǎn)生磨損。前刀面往往磨成月牙洼，后刀面形成磨損帶。前刀面磨損：加工塑性材料時(shí)，當(dāng)?shù)毒卟牧夏蜔?、耐?性較差，切削速度較高， 切削厚度較大時(shí)，常常在

15、前刀面 上發(fā)生磨損。由于切屑底面與刀具的前刀面在切削過(guò)程中 個(gè)是化學(xué)活性很高的新表面， 在接觸區(qū)高溫高壓的作用下， 切屑將在刀具前刀面上逐漸磨出一個(gè)月牙形凹坑。后刀面磨損：切削脆性材料或者以較小的切削厚度、較低的切削速度切削塑性材料時(shí)，容易產(chǎn)生后刀面磨損。分 為靠近刀尖的 C區(qū)、靠近待加工表面的 N區(qū)和中間部分 的B區(qū)。邊界磨損：主切削刃與工件待加工表面或副切削刃與工 件以加工表面接觸后的后到面上，磨出較深的溝紋，這種磨損溝紋成為邊界磨損。2. 刀具磨損機(jī)理：機(jī)械磨損、粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨 損；還有疲勞、沖擊引起的磨損或微小磨損。機(jī)械磨損：由于工件材料中的雜志和基體組織中所含的 硬質(zhì)點(diǎn)以

16、及積屑瘤的碎片等在刀具表面上劃出溝紋而形 成的磨損。硬質(zhì)點(diǎn)在前刀面上形成一條條與切屑運(yùn)動(dòng)方向 一致的溝紋，在后到面上劃出一條條與工件運(yùn)動(dòng)方向一致的溝紋。是低速切削磨損的主要原因粘結(jié)磨損：粘結(jié)是刀具與工件材料在足夠大的壓力和足 夠高的溫度的作用下，相互間在接觸區(qū)域所產(chǎn)聲的冷汗粘 結(jié)現(xiàn)象，是摩擦面塑性變形形成的新表面原子間相互吸附 的結(jié)果。粘結(jié)磨損主要取決于刀具材料和工件材料之間的 親和力、刀具表面形狀與組織、切削溫度等，親和力越大， 硬度比越小，越嚴(yán)重。擴(kuò)散磨損：切削時(shí)切削區(qū)處于高溫， 切刀具表面始終處 于與被切出的新表面相接觸， 因此刀具與工件及切屑的接 觸區(qū)域化學(xué)火星很高。當(dāng)兩摩擦表面化學(xué)元

17、素的濃度差較 大時(shí)，有可能在固態(tài)下互相擴(kuò)散到對(duì)方中去，改變刀具和工件的化學(xué)成分，若由于成分改變導(dǎo)致刀具材料變得脆弱， 則會(huì)引起刀具磨損為擴(kuò)散磨損。氧化磨損：刀具切削時(shí)和工件接觸緊密，氧氣很難進(jìn)入接觸區(qū)域內(nèi)部，因此，氧化磨損一般以邊界磨損的形式出 現(xiàn)。3.刀具的耐用度：1) 刀具的磨損標(biāo)準(zhǔn)：是刀具磨損的某一臨界值，可分為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和刀具耐用度試驗(yàn)用磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。2) 一把新刀從開(kāi)始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止總的切削時(shí)間，成為刀具耐用度。十五、高速切削1.優(yōu)勢(shì):1）切削速度高，進(jìn)給速度相應(yīng)提高510倍，單位時(shí)間內(nèi)材料切除率大大增加。同時(shí)機(jī)床的快速空程速度大幅 度提高，大大減少了非且需的空行程

18、時(shí)間，極大的提 高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。2）切削速度達(dá)到一定的數(shù)值后，切削力降低30%以上。3）高速切削時(shí)，9598%以上的切削熱來(lái)不及傳給工件， 被切屑帶走，工件基本保持冷態(tài)，特別適合于加工容 易熱變形的零件。4）高速切削時(shí)，機(jī)床的激振頻率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的離開(kāi)了機(jī)床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的固有的頻率范圍，工作平穩(wěn)， 振動(dòng)小，加工精度高。5）高速切削能加工難加工的材料6）降低加工成本。2. 技術(shù)1）高速切削刀具：常見(jiàn)的有超硬刀具材料、陶瓷材料、涂層刀具。高速切削刀具系統(tǒng)必須滿足：1很高的幾何 精度和裝夾重復(fù)精度；2很高的裝夾剛度；3高速運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)安全可靠。2）高速切削機(jī)床：高速單元技術(shù)和機(jī)床整機(jī)技術(shù)。前者主

19、要包括高速主軸、高速進(jìn)給系統(tǒng)、高速CNC控制系統(tǒng)；后者包括機(jī)床床身、冷卻系統(tǒng)、安全設(shè)施和加工 環(huán)境。3）測(cè)試技術(shù)：傳感技術(shù)、信號(hào)分析和處理等技術(shù)3. 高速切削機(jī)理：一般硬度的工件材料在很大的速度范圍內(nèi)容易形成帶狀切屑，而硬度較高和低熱物理性能的工件在 很寬的切削速度范圍內(nèi)均形成鋸齒狀切屑，隨著速度的提高，鋸齒化程度增加，直至形成分離的單元切屑。切削速 度直接影響切削力的大小， 在高速范圍內(nèi)隨著切削速度的 增加，切削溫度降低，摩擦系數(shù)減小，剪切角增大，切削力降低。高速切削時(shí)隨著切削速度的提高，切屑帶走的熱 量增加，但是當(dāng)切削速度大大一定的數(shù)值之后，切屑帶走的熱量蘇浙切屑深度的提高而增加，切削溫度

20、上升緩慢， 直至很少有變化。高速切削時(shí)，刀具的損壞主要有磨損和 破損，磨損的機(jī)理主要是粘結(jié)磨損和化學(xué)磨損（氧化、擴(kuò) 散、溶解）4. 高速切削工藝1）切削參數(shù)的選擇2）切削路徑的選額和優(yōu)化：走到方向優(yōu)化、刀位軌跡生成、柔性加減速3）刀具材料的選擇：a）切削刀具材料與加工對(duì)象力學(xué)性能匹配：刀具材料的硬度：PCDPCBNAL3基陶瓷S3N4基陶瓷TiC（N）基硬質(zhì)合金WC基超細(xì)晶粒硬紙合金 高速鋼（HSS刀具抗彎強(qiáng)度：高速鋼（HSS WC基超細(xì)晶粒硬紙合金TiC （ N）基硬質(zhì)合金S3N4基陶瓷AL2O3基陶瓷 PCD PCBN斷裂韌性：高速鋼（HSS WC基超細(xì)晶粒硬紙合金Ti（ N）基硬質(zhì)合金P

21、CBNPCD SN4基陶瓷 人鳥(niǎo)03基陶瓷b）切削刀具材料與加工對(duì)象的物理性能匹配c）化學(xué)性能匹配4）干式切削技術(shù)：降低切削成本、降低環(huán)境污染、提高切屑的回收利用5）加工誤差綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)：伺服系統(tǒng)滯后、加減速 的滯后、插補(bǔ)周期引起的形狀誤差等，溫度補(bǔ)償、象 限補(bǔ)償、絲杠誤差補(bǔ)償?shù)取?.應(yīng)用：1）高素硬車削：主要作為對(duì)脆硬鋼的最終加工或精加工; 與磨削相比，特點(diǎn)是：加工效率高、潔凈加工、減少 設(shè)備、零件整體加工精度高；2）高速鉆、鉸和攻螺紋：優(yōu)勢(shì)是大幅度提高了材料的切 除率，提高生產(chǎn)率；提高加工表面質(zhì)量；提高了加工 精度；難點(diǎn)是：排屑散熱、刀具的選擇、加工工藝的選擇和改進(jìn)、提供高主軸轉(zhuǎn)速的機(jī)

22、床。其中刀具主要 是高速鋼涂層刀具、整體硬質(zhì)合金刀具、硬質(zhì)合金涂 層刀具、整體硬質(zhì)合金涂層刀具、 超細(xì)晶粒硬質(zhì)刀具、 CBN刀具和陶瓷刀具。改進(jìn)的方法是改善潤(rùn)滑和冷卻 條件，在鉆削中米用道具中心通切削液，一方面更好 的冷卻，另一方面有利于排屑。3）高速銃削：獲得較好的表面質(zhì)量、切削溫度低、經(jīng)濟(jì) 效益好、提高了刀具的使用壽命十六、精密與超精密切削加工1. 在精密切削過(guò)程中，切削功能主要由道具切削刃大刃口圓 弧承擔(dān)。（加工精度在0.1卩m 一下，加工表面的粗糙度在 0.10.02卩m的范圍內(nèi)）2. 精密切削中切削力的影響因素1）切削速度：如不考慮積屑瘤的存在，采用硬質(zhì)合金車刀和采用天然 金剛石車刀

23、進(jìn)行精密切削，切削速度對(duì)切削力的影響規(guī)律 是不一樣的。用硬質(zhì)合金車刀精密切削時(shí)，切削速度對(duì)切削力的影響不明顯；用天然金剛石車刀精密切削時(shí)，切削力隨切削速度的增加而下降；若考慮積屑瘤的影響， 低速 時(shí)切削力隨切削速度增加，切削力急劇下降。到200300m/min后，切削力基本保持不變，規(guī)律和積屑瘤高度 隨切削速度的變化規(guī)律一致，即積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也小，這和普通切削時(shí)的規(guī)律正好相反。原因是：積屑瘤的存在， 使刀具的刃口半徑增大，積屑瘤呈鼻形并自刀刃前伸出，這導(dǎo)致實(shí)際切削厚度超過(guò)名義值 很多；積屑瘤代替道具進(jìn)行切削，積屑瘤和切削及已加工的便面之間的摩擦比刀具和它們之間的摩擦要嚴(yán)重

24、的多， 從而使切削力增加。2）進(jìn)給量的影響3）切削深度的影響4）刀具材料的影響3. 超精密切削加工（加工精度在0.01卩m以下，加工表面粗 糙度在0.01卩m以下）1）特點(diǎn)：使用了天然單晶金剛石刀具，切削刃磨得極其 鋒利，金剛石硬度極高，耐磨性好，熱傳導(dǎo)系數(shù)高和 工件摩擦系數(shù)低，因此切削溫度低，切削速度對(duì)金剛 石刀具的磨損影響甚微；切削速度主要取決于切削系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；積屑瘤將使金剛石刀具的刃口圓弧半 徑顯著增加，實(shí)際切削厚度增大，工件、切屑與刀具 的摩擦加劇，從而導(dǎo)致切削力明顯增大，加工表面質(zhì) 量惡化。2）實(shí)例:鏡面銃技術(shù)、金剛石車削十七、深孔鉆削技術(shù)1. 深孔加工系統(tǒng)分為外排泄系統(tǒng)（槍鉆

25、系統(tǒng)）和內(nèi)排泄系統(tǒng)（BTA系統(tǒng)、噴吸系統(tǒng)和 DF系統(tǒng)）2. 深孔鉆削刀具：焊接式或機(jī)夾式硬質(zhì)合金或高速鋼。3. 保證鉆削質(zhì)量的措施： 采用分段分級(jí)依次鉆削加工； 采用 海綿條吸滿冷水覆蓋在熱量集中的區(qū)域進(jìn)行冷卻的辦法降低溫度；經(jīng)常退出鉆頭，進(jìn)行冷卻并清除切屑。4. 特點(diǎn)：切削熱不容易排出、排泄困難、支撐導(dǎo)向很重要（深 徑比大，剛性低，易振動(dòng)、易走偏）等5. 監(jiān)控技術(shù)：直接測(cè)量刀具磨損檢測(cè)法、（光導(dǎo)纖維法、電視攝像法、放射性同位素法、接觸電阻法、光學(xué)測(cè)量法、 接觸探頭法）、切削力檢測(cè)法、電機(jī)電流與功率檢測(cè)法、 聲發(fā)射檢測(cè)法、振動(dòng)檢測(cè)法十八、振動(dòng)切削加工技術(shù)1. 分類：按照振動(dòng)性質(zhì)分為自激振動(dòng)切削

26、和強(qiáng)迫振動(dòng)切削。前者是利用切削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行切削的，后者是利用專門(mén)設(shè)置的振動(dòng)裝置，使刀具或工件產(chǎn)生某種有規(guī)律的 可控振動(dòng)進(jìn)行切削的方法； 按照切削刀具的振動(dòng)方向分為 吃刀抗力方向、進(jìn)給抗力方向和主切削力方向三種；按照頻率分為高頻和低頻振動(dòng)切削。前者指的是振動(dòng)頻率在 200Hz以下的，后者指的是振動(dòng)頻率在16kHz以上的。1）低頻振動(dòng)切削原理：振動(dòng)主要靠機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，造價(jià)低，使用維護(hù)方便，振動(dòng)參數(shù)受負(fù)載影響 小;2）超聲波振動(dòng)切削原理：其裝置由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和振動(dòng)刀具組成。來(lái)自超聲波發(fā)生器的正 弦波形的電振蕩通過(guò)換能器變成只有幾個(gè)微米的機(jī)械 振動(dòng)，然后經(jīng)過(guò)變幅桿將

27、振幅放大到15卩m以上，而連接在變幅桿前面的刀具就能以相同的頻率進(jìn)行振動(dòng)。2. 特點(diǎn)：切削力大大減小、 切削溫度明顯降低、切削液的作用得充分發(fā)揮、提高了刀具的使用壽命、 提高了加工精度 和表面質(zhì)量、可提高已加工表面的耐磨性和耐蝕性。3. 振動(dòng)在切削加工中的作用：1）摩擦因素減小：振動(dòng)可使相互接觸材料間的靜動(dòng)摩擦 因素減?。徽駝?dòng)切削能使切削液產(chǎn)生空化作用，使切 削液充分發(fā)揮作用；此外，在無(wú)切削液作用的瞬間， 前刀面生成氧化膜，同樣使摩擦因數(shù)減小。2）剪切角增大3）工件剛性化4）應(yīng)力和能量集中5）相對(duì)靜切削是奸短4低頻振動(dòng)切削加工：1）分類：按照振動(dòng)方向分為切 削速度方向 振動(dòng)切削、進(jìn) 給方向振動(dòng)

28、切削、吃刀抗力方向 振動(dòng)切削以及 復(fù)合式 振動(dòng)切削四種2）理論：切削形態(tài)自主控制、切削過(guò)程有條件穩(wěn)定性、加工質(zhì)量變化規(guī)律、切削力及刀具磨損3）應(yīng)用：低頻振動(dòng)鉆削（在傳統(tǒng)的鉆削的基礎(chǔ)上給刀具 或工件加上某種有規(guī)律的可控運(yùn)動(dòng)，使切削用量集中 的切削速度、進(jìn)給量和切削深度按照某種既定的規(guī)律 變化，改變刀具與被加工材料之間的空間-時(shí)間的存在條件，從而達(dá)到切削的目的，一般采用軸向和扭轉(zhuǎn)兩 種振動(dòng)方式）；低頻振動(dòng)攻絲（優(yōu)點(diǎn)：促進(jìn)切屑順利排 出、切削力和切削扭矩小、延長(zhǎng)絲錐壽命、提高加工 精度）5. 超聲波振動(dòng)切削：可改善零件加工表面質(zhì)量與加工精度， 延長(zhǎng)刀具壽命，提高切削效率、擴(kuò)大切削加工應(yīng)用范圍。 其本

29、質(zhì)是利用刀具或工件的高頻振動(dòng)使一段連續(xù)的切削 過(guò)程轉(zhuǎn)化為分段的間斷的高速切削過(guò)程。1）對(duì)切削過(guò)程的影響：周期性的改變了切削速度的大小 和方向；周期性的改變了刀具的運(yùn)動(dòng)角度；周期性的 改變了被切金屬層的厚度；改善了加工表面的質(zhì)量， 提高了加工精度；改善了切削液到達(dá)切削區(qū)的條件、2）應(yīng)用：超聲波振動(dòng)鉆削、（切削效果明顯提高、排屑順 禾I、孔的表面質(zhì)量大大提高）、超聲波鏜削十九、加熱與低溫切削技術(shù)1.加熱切削1）是指在加工過(guò)程中，通過(guò)各種方式，對(duì)被加工的材料 進(jìn)行加熱，使切削區(qū)、表層或整體達(dá)到一個(gè)合適的溫 度后再進(jìn)行切削加工的一種新的加工技術(shù)。目的是通 過(guò)加熱來(lái)軟化工減材料，使工件材料的硬度、強(qiáng)度等 性能有所下降，易于產(chǎn)生塑性變形、減小切削力、提 高刀具使用壽命和生產(chǎn)效率，抑制積屑瘤的產(chǎn)生、減 小表面粗糙度。2）加熱切削原理： 在高溫作用下，刀具材料的硬度比工 件材料的下降的要緩慢，并且高于一定溫度后，二者 的硬度差變大，切削變得容易。當(dāng)?shù)毒吆凸ぜ膹?qiáng)度比和硬度比大于1.5時(shí)就能夠進(jìn)行切削，且這個(gè)比值越 大，刀刃形狀的保持能力越強(qiáng)， 加工表面的精度越高。3）刀具磨損通常是機(jī)械、 化學(xué)和熱三種作用的綜合結(jié)果， 可以產(chǎn)生 磨料磨損、冷焊磨損、擴(kuò)散磨損和氧化磨損 及電熱磨損等。4）切削時(shí)，工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，刀具的導(dǎo)熱系數(shù)大 好。5）關(guān)鍵技術(shù)：加熱。主要有電加熱、