第一章切削加工的基本要素

1、1本章要點工件表面的形成方法與成形運動 加工表面與切削用量三要素 刀具材料刀具角度切削層參數(shù)與切削方式 2a）軌跡法 b）成形法c）相切法 d）展成法圖1-4 零件表面成形方法3 指直接切除工件上的余量形成加工表面的運動。主運動的速度即切削速度，用 （m/s）表示。 主運動和進給運動是實現(xiàn)切削加工的基本運動，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成；可以是直線運動（用 T 表示），也可以是回轉(zhuǎn)運動（用 R 表示）。正是由于上述不同運動形式和不同運動執(zhí)行元件的多種組合，產(chǎn)生了不同的加工方法。 指為不斷把余量投入切削的運動。進給運動的速度用進給量（fmm/r）或進給速度（vf mm/min）表示。 使

2、工件或刀具進入正確加工位置的運動。如調(diào)整切削深度，工件分度等。4 外圓磨無心磨車銑加工滾壓加工銑削成形磨（橫磨）主運動 進給運動表1-1 外圓表面加工方法 刀 具T/ RT主運動 進給運動 工 件表 面 成 形 原 理 圖RRRRRTRRT/ R車削成形車削拉削研磨5表1-2 內(nèi)圓表面加工方法表 面 成 形 原 理 圖鉆擴鉸鏜拉擠行星式內(nèi)圓磨主運動 進給運動刀 具主運動 進給運動工 件RRTRRT/ RTRTRTTRTT內(nèi)圓磨無心磨6 R 主運動 進給運動表1-3 平面加工方法刀 具主運動 進給運動工 件表 面 成 形 原 理 圖RTTTT刨插周銑端銑平磨端面平磨車?yán)璗7車螺紋板牙主運動 進給

3、運動表1-4 螺紋加工方法刀 具主運動 進給運動工 件表 面 成 形 原 理 圖RTRRTTR滾壓絲錐銑螺紋梳形銑刀旋風(fēng)銑磨螺紋RR8主運動 進給運動表1-5 齒形加工方法刀 具主運動 進給運動工 件表 面 成 形 原 理 圖RTRTTR/TRRR/T銑齒指狀銑刀銑齒成形磨齒滾齒剃齒插齒蝸桿砂輪磨齒碟形砂輪磨齒錐形砂輪磨齒9例外圓車削：工件作旋轉(zhuǎn)運動，刀具作縱向直線運動形成外圓表面。在新表面的形成過程中，工件上有三個依次變化的表面（圖1.12）：待加工表面：即將被切去金屬層的表面;加工表面（過渡表面）：切削刃正在切削著的表面;已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬 形成的新表面。圖1-12車削時的切削

4、運動10車削時的切削運動 11 vc、f 、 ap 稱之為切削用量三要素 121000nDvc式中 n 主運動轉(zhuǎn)速（r/s）； d 刀具或工件的最大直徑（mm）。若主運動為往復(fù)運動時，其平均速度為：10002rcnlv式中 nr 主運動每秒鐘往復(fù)次數(shù)（str/s）； l 往復(fù)運動行程長度（mm）。 vc、f 、 ap 稱之為切削用量三要素13f 對于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在它們進行工作時，還應(yīng)規(guī)定每一個刀齒的進給量fz，即后一個刀齒相對于前一個刀齒的進給量，單位是mm/z(毫米/齒)。 顯而易見 v vf=fn=fzzn mm/s或mm/min14ap車削和刨削加工： 背吃

5、刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間垂直距離，單位為mm。 外圓柱表面車削： ap=（dw-dm）/2 mm鉆削加工： ap=dm/2 mm 上兩式中 dm已加工表面直徑（mm） dw待加工表面直徑（mm）1516a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機夾式車刀圖1-14 車刀的結(jié)構(gòu)17前刀面前刀面 切屑流過的表面 后刀面后刀面 與過渡表面相對的刀具表面后刀面分為主后刀面與副后刀面切削刃切削刃 前刀面上直接進行切削的邊鋒主切削刃主切削刃指前刀面與主后刀面相交的鋒邊；副切削刃指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。刀尖 可以是主、副刀刃的實際交點，也可以是主、副刀刃連接起來的一段 刀刃它可以是圓弧，也可以是

6、直線18刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合圖1-14-0 各種刀具切削部分的形狀19（正交平面坐標(biāo)系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃正交平面PoA1）基面 Pr ：通過切削刃選定點與主運動方向垂直的平面?；媾c刀具底面平行。切削平面 Ps基面 Pr圖1-18 車刀正交平面坐標(biāo)系2）切削平面 Ps：通過切削刃選定點與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）正交平面Po：通過切削刃選定點垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。20確定車刀角度的參考平面 vc2122車刀正交平面坐標(biāo)系23ArA 向f圖1-20 車刀的主要角度0000rrs0242526ArA 向f圖1-20 車刀的主要

7、角度0000rrs02728ArA 向f圖2-50 車刀的主要角度0000rrsr29rAA 向f圖2-50 車刀的主要角度0000rrsr30a）b）c）圖1-20-0 刃傾角對排屑方向的影響5）刃傾角s切削平面內(nèi)測量，是主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c時,s定為正值；反之位負。31刃傾角s32刃傾角s33刃傾角s34刃傾角s35外圓車刀的六個基本角度 36外圓車刀在正交平面參考系中的標(biāo)注角度外圓車刀在正交平面參考系中的標(biāo)注角度在正交平面參考在正交平面參考系中的標(biāo)注角度系中的標(biāo)注角度（1）主偏角）主偏角r（2）刃傾角）刃傾角s（3）前角）前角o（4）后角）后角o（5）副偏角）副偏角

8、r （6）副后角）副后角o37外圓車刀在正交平面參考系中的標(biāo)注角度外圓車刀在正交平面參考系中的標(biāo)注角度38刀具標(biāo)注角度舉例-139刀具標(biāo)注角度舉例-240刀具標(biāo)注角度舉例-341刀具標(biāo)注角度舉例-442 法平面Pn和法平面參考系 法平面Pn是通過切削刃 上選定點，垂直于切削刃的平面。 Pr-Ps-Pn組成法平面參考系 43 假定工作平面Pf和背平面Pp 及其組成的假定工作平面、 背平面參考系Pf是通過切削刃上選定點，平行于進給運動方向并垂直于基面Pr的平面。 Pp是通過切削刃上選定點，同時垂直于Pr和Pf的平面。 Pr-Pf-Pp組成一個假定工作平面、背平面參考系 44 刀具工作角度參考系刀具

9、工作角度參考系 參考系參考平面符號定義與說明工作正交平面參考系工作基面工作切削平面工作正交平面PrePsePoe合成切削運動方向的平面與S相切并Pre的平面Pre且Pse的平面工作法平面參考系工作基面工作切削平面工作法平面PrePsePne合成切削運動方向的平面與S相切并Pre的平面Pne = Pn工作平面、工作背平面參考系工作基面工作平面工作背平面PrePfePpe合成切削運動方向的平面包含合成切削運動方向且Pre的平面 Pre且Pfe的平面 45刀具安裝對工作角度的影響圖1-25 車刀安裝高度對工作角度的影響re=r0e=0a） 0e0b） 0e0c） rer rer 46 式中角是主運動

10、方向與合成切削速度方向間的夾角。進給運動對工作角度的影響（圖1-23）0e=0-0e=0+ 0PsPes圖1-23 切斷刀的工作角度fx00000eetanWfD47 （圖1-24）tanfwfd 在進給剖面，有：將其換算到正交平面內(nèi)得到：在正交平面內(nèi)：oeooeotantansinsinfrrwfDO O圖1-24 外圓車刀工作角度ffoeoedwooforACAO vf B C B f O dwf ffefef ffefe48由切削刃正在切削由切削刃正在切削的這一層金屬叫作的這一層金屬叫作切削層切削層。切削層的截面尺寸切削層的截面尺寸稱為稱為切削層參數(shù)。切削層參數(shù)。它決定了刀具切削它決定了

11、刀具切削部分所承受的負荷部分所承受的負荷和切屑尺寸的大小，和切屑尺寸的大小，通常在基面通常在基面Pr內(nèi)度內(nèi)度量。量。49切削層參數(shù)層公稱層公稱圖1-28 切削層參數(shù)bDhD = ffdwDmapa）rhDbD = apb）c）rDfhsin切削層切削層公稱橫截面積面積 AD (切削面積切削面積) AD hD bD f ap50 沒有副刃參加切削，且s = 0圖1-32 直角、斜角自由切削與非自由切削a）直角切削）直角切削b）斜角切削）斜角切削c）非自由切削）非自由切削51a）直角切削）直角切削b）斜角切削）斜角切削c）非自由切削）非自由切削521）高的硬度和耐磨性2）足夠的強度和韌性3）良好的

12、耐熱性4）良好的工藝性5）經(jīng)濟性53圖1-33 刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金復(fù)合涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼 （PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）54天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性圖1-34 刀具材料的耐磨性與斷裂韌性55刀具材料種類很多，常用的有：工具鋼（

13、包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼高速鋼）高速鋼高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷金剛石（天然和人造）立方氮化硼碳素工具鋼 合金工具鋼 - 耐熱性差 目前僅用于低速、手動工具56碳素工具鋼和合金工具鋼571.5 刀具材料 高速鋼58球頭銑刀59高速鋼的應(yīng)用60表1-2 常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍類別牌 號主 要 用 途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18 Cr4V用于制造對韌性要求不高，但對耐

14、磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4 Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價格昂貴 6162硬質(zhì)合金焊接車刀63硬質(zhì)合金機夾可轉(zhuǎn)位刀具64 各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌 號應(yīng) 用 范 圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、

15、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和

16、精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度K類P類M類65討論題1.用硬質(zhì)合金刀具對碳素鋼工件進行精加工時，應(yīng)選擇刀具材料的牌號為（ ）。 YT30 YT5 YG3 YG82.用硬質(zhì)合金刀具對HT200工件進行精車時，應(yīng)選擇刀具材料的牌號為（ ）3.用硬質(zhì)合金刀具粗刨40Cr工件上的平面時，應(yīng)選擇刀具材料的牌號為（ ）4.用硬質(zhì)合金刀具粗車不銹鋼1Cr18Ni9Ti工件時，應(yīng)選擇刀具材料的牌號為（ ）

17、5.用硬質(zhì)合金刀具精銑鑄造鋁合金ZAlSi5Cu1Mg（舊代號ZL105）工件時，應(yīng)選擇刀具材料的牌號為（ ）66天然金剛石是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01m，刀具壽命可達數(shù)百小時。因價格昂貴，主要用于高速、精密加工。聚晶金剛石由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶立方氮化硼（CBN）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度為HV 30004500，耐熱性達1200，化學(xué)惰性很好，在1000的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加

18、工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。67聚晶金剛石/聚晶立方氮化硼復(fù)合刀片PCD/P68聚晶金剛石焊接刀具單晶金剛石車刀6970硬質(zhì)合金涂層機夾可轉(zhuǎn)位刀片71硬質(zhì)合金多涂層結(jié)構(gòu)721.5 刀具材料 刀具材料種類 合金 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 天然 聚晶金剛石 聚晶立方氮工具鋼 W18Cr4V YG6 YT15 Si3N4 金剛石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗彎強度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa導(dǎo)熱系數(shù) 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100熱穩(wěn)定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化學(xué)惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 較高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0