機(jī)械制造技術(shù)完整版教學(xué)課件-整套教程電子講義(最全最新)

1、緒論 本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)機(jī)械制造技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用機(jī)械制造系統(tǒng) 我國(guó)機(jī)械制造技術(shù)的現(xiàn)狀 機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展 本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求項(xiàng)目一 機(jī)械制造技術(shù)導(dǎo)論 項(xiàng)目學(xué)習(xí)要點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的相關(guān)知識(shí)機(jī)械產(chǎn)品制造的相關(guān)知識(shí) 關(guān)于機(jī)械制造技術(shù) 綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目小結(jié)任務(wù)一 機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的相關(guān)知識(shí) 機(jī)械產(chǎn)品是指機(jī)械廠家向用戶或市場(chǎng)所提供的成品或附件，如汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)床等。任何機(jī)械產(chǎn)品按傳統(tǒng)習(xí)慣都可以看作由若干部件組成，而部件又可分為組件、套件，直至最基本的零件單元。 一、機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)流程 機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)流程是指把原材料變?yōu)槌善返娜^程，它一般包括：生產(chǎn)與技術(shù)的準(zhǔn)備、零件的加工、產(chǎn)品的裝配和生產(chǎn)的服務(wù)。二、

2、機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng) 生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。企業(yè)的計(jì)劃期常定為一年，因此生產(chǎn)綱領(lǐng)常被理解為企業(yè)一年內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量。 零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計(jì)算：NQn（1+a）（1+b） 生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)生產(chǎn)組織和生產(chǎn)過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動(dòng)化的程度，決定了所應(yīng)選用的工藝方法和工藝裝備。因此，生產(chǎn)綱領(lǐng)是制訂和修改機(jī)械加工工藝規(guī)程的重要依據(jù)。三、機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)類型 生產(chǎn)類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。 根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品的大小和特征、生產(chǎn)綱領(lǐng)及批量，生產(chǎn)類型可分為單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、大量生產(chǎn)三種類型。1單件生產(chǎn) 單件生產(chǎn)是指

3、單個(gè)地生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)和尺寸的產(chǎn)品，生產(chǎn)的產(chǎn)品種類繁多，每種產(chǎn)品的產(chǎn)量很少，而且很少重復(fù)生產(chǎn)。 2大量生產(chǎn) 大量生產(chǎn)是指產(chǎn)品產(chǎn)量大、品種少，大多數(shù)工作為長(zhǎng)期重復(fù)地進(jìn)行某個(gè)零件的某一道工序的加工。 3成批生產(chǎn) 成批生產(chǎn)是指分批地生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，生產(chǎn)呈周期性重復(fù)。 成批生產(chǎn)按其批量大小分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)三種類型。其中，小批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)分別與單件生產(chǎn)和大量生產(chǎn)類似，因此常分別合稱為單件小批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)。 生產(chǎn)類型的劃分除了與生產(chǎn)綱領(lǐng)有關(guān)外，還應(yīng)考慮產(chǎn)品的大小及復(fù)雜程度。確定時(shí)可參考下表所示。一、機(jī)械產(chǎn)品的制造過程 機(jī)械產(chǎn)品的制造過程主要包括工藝設(shè)計(jì)、零件加工、檢驗(yàn)、裝配、

4、入庫等環(huán)節(jié)。 1工藝設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是保證生產(chǎn)的產(chǎn)品能符合設(shè)計(jì)的要求，制定優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的產(chǎn)品制造工藝規(guī)程，以及產(chǎn)品試制和正式生產(chǎn)所需要的全部工藝文件。具體包括：對(duì)產(chǎn)品圖紙的工藝分析和審核、擬定加工方案、編制工藝規(guī)程、工藝裝備的設(shè)計(jì)和制造等。 任務(wù)二 機(jī)械產(chǎn)品制造的相關(guān)知識(shí)2零件加工 零件的加工包括毛坯的生產(chǎn)，以及通過對(duì)毛坯進(jìn)行各種機(jī)械加工、特種加工和熱處理等。毛坯的生產(chǎn)方法主要有鑄造、鍛造、焊接等。 常用的機(jī)械加工方法有車削加工、銑削加工、磨削加工、鉆削加工、刨削加工、鏜削加工、鉗工加工、拉削加工、數(shù)控機(jī)床加工等。 常用的熱處理方法有正火、退火、回火、時(shí)效、調(diào)質(zhì)、淬火等。特種加工主

5、要有電火花成形加工、電火花線切割加工、電解加工、激光加工、超聲波加工等。3檢驗(yàn) 檢驗(yàn)是指采用測(cè)量器具對(duì)毛壞、零件、成品等進(jìn)行尺寸精度、形狀精度、位置精度的檢測(cè)，以及通過目視檢驗(yàn)、無損探傷、機(jī)械性能試驗(yàn)及金相檢驗(yàn)等方法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行的鑒定。 4裝配 將零件和部件進(jìn)行配合及聯(lián)接，使之成為半成品或成品的過程稱為裝配。常見的裝配工作內(nèi)容包括：清洗、聯(lián)接、校正與配作、平衡、驗(yàn)收、試驗(yàn)等。5入庫 為防止企業(yè)生產(chǎn)的成品、半成品及各種物料遺失或損壞，將其放入倉庫進(jìn)行保管，稱為入庫。二、零件的成形方法 零件的成形方法可以分為材料成形方法、材料去除方法、材料累積方法和材料改性方法四種。 1材料成形方法 材料成形方

6、法是指將原材料加熱成液體、半液體并在特定模具中冷卻成型、變形或?qū)⒎勰畹脑牧显谔囟ㄐ颓恢屑訜?、加壓成型的方法?由于材料在成型前后沒有質(zhì)量的變化，故又稱為“質(zhì)量不變方法”。 常用的材料成形方法主要有鑄造、鍛造、沖壓、粉末冶金等。 材料成形方法生產(chǎn)率較高，加工精度較低，常用來制造毛坯，或形狀復(fù)雜但精度要求不太高的零件。（1）鑄造 鑄造是將熔融金屬液澆入具有和零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，冷卻凝固后獲得一定形狀和性能的金屬件（鑄件）的方法。 （2）鍛造 鍛造是將金屬加熱到一定溫度，利用沖擊力或壓力使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得一定幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法。 （3）沖壓 沖壓是利用沖床和專用

7、模具使金屬板料產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得零件或者制品的加工方法。 （4）粉末冶金 粉末冶金是以金屬粉末和（或）非金屬粉末通過模具壓制、燒結(jié)等工序來獲得零件或毛坯的工藝方法。 2材料去除方法 材料去除方法是指利用機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能等能量去除毛坯上多余材料而獲得所需形狀、尺寸的零件的加工方法。 與毛坯相比，零件上因材料的去除而質(zhì)量減少，故又稱為“質(zhì)量減少方法”。 材料去除方法包括切削加工和特種加工。（1）切削加工 切削加工是利用刀具將坯料或工件上多余的材料切除，以獲得幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量完全符合圖樣要求的零件的加工方法。切削加工包括機(jī)械加工（如車、銑、刨、磨等）和鉗工兩大類。（2

8、）特種加工 特種加工是直接利用各種能量，如電能、光能、聲能、化學(xué)能、熱能、機(jī)械能等進(jìn)行加工的方法。 常用的特種加工方法有電火花加工、電解加工、激光加工、超聲波加工、水噴射加工、電子束加工、離子束加工等。3材料累積方法 材料累積方法是指將分離的原材料通過加熱、加壓或其他手段結(jié)合成零件的方法。 由于材料之間的累積，使質(zhì)量隨之增加，故又稱為“質(zhì)量增加方法”。 材料累積方法包括傳統(tǒng)的連接與裝配、附著加工和先進(jìn)的快速成形技術(shù)。（1）連接與裝配 傳統(tǒng)的連接與裝配可以通過不可拆卸的連接方法，如焊接、粘接（膠接）、鉚接和過盈配合等，使物料結(jié)合成一個(gè)整體，形成零件或部件；也可以通過各種裝配方法（如螺紋連接等）使

9、若干零件裝配連接成組件、部件或產(chǎn)品。 （2）附著加工 附著加工是指在工件表面覆蓋一層材料的加工方法，包括電鍍、電鑄、噴鍍和涂裝等。 （3）快速成形制造 快速成形制造是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱。其核心是將零件（或產(chǎn)品）的三維實(shí)體按一定厚度分層，以平面制造方式將材料層層堆疊，并使每個(gè)薄層自動(dòng)粘接成形，形成完整的零件。 它是一個(gè)材料堆積累加的過程，故又稱為“材料生長(zhǎng)制造”。4材料改性方法 材料改性方法是指工件外形不變，體積不變，但其力學(xué)、物理或化學(xué)特性發(fā)生改變的加工方法。常用的改性工藝主要有熱處理、表面強(qiáng)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜等。 工藝過程是指在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，與原

10、材料變?yōu)楫a(chǎn)品直接有關(guān)的過程。 根據(jù)作用不同，工藝過程可分為機(jī)械加工工藝過程和機(jī)械裝配工藝過程。 機(jī)械加工工藝過程：是指用機(jī)械加工的方法直接改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸和表面質(zhì)量，使之成為合格零件的過程； 機(jī)械裝配工藝過程：是指將加工好的零件裝配成機(jī)器，使之達(dá)到所要求的裝配精度并獲得預(yù)定技術(shù)性能的過程。三、機(jī)械加工工藝過程 機(jī)械加工工藝過程可分解為一個(gè)或若干個(gè)順序排列的工序，每一個(gè)工序又可以分為工步、走刀、安裝和工位。 1工序 工序是指一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地對(duì)一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序是工藝過程的基本單元，又是生產(chǎn)計(jì)劃和成本核算的基本單元。 區(qū)分工序的主要依據(jù)是考察

11、這部分工藝過程是否滿足“三同”和“一連續(xù)”。 “三同”是指 同一個(gè)或同一組工人：指同一技術(shù)等級(jí)的工人； 同一工作地點(diǎn)：指同一臺(tái)機(jī)床（或同一精度等級(jí)的同類型機(jī)床）、同一鉗工臺(tái)等； 同一個(gè)工件：指同一零件代號(hào)的工件或部件。 “一連續(xù)”是指同樣的加工必須連續(xù)進(jìn)行。 一個(gè)工藝過程需要包括哪些工序，是由被加工零件的復(fù)雜程度、加工要求及生產(chǎn)類型來決定的，如下圖所示。 2工步 工步是指在一個(gè)工序中，當(dāng)工件的加工表面、切削刀具和切削用量均保持不變時(shí)所完成的那部分工序內(nèi)容。工步是構(gòu)成工序的基本單元。一個(gè)工序可以包括多個(gè)工步，也可以包括一個(gè)工步。 一般來說，構(gòu)成工步的任一要素（加工表面、刀具及切削用量）改變后，即

12、成為另一個(gè)工步。車刀零件夾具鉆頭 但為了提高生產(chǎn)率，有時(shí)要用幾把刀具同時(shí)加工幾個(gè)表面，此時(shí)也應(yīng)視為一個(gè)工步，稱為復(fù)合工步 ，如左圖所示。此外，對(duì)于那些一次裝夾中連續(xù)進(jìn)行的若干相同工步也應(yīng)視為一個(gè)復(fù)合工步，如右圖所示。 3走刀（工作行程） 在一個(gè)工步內(nèi)，若加工余量需要多次逐步切削，則每一次切削就是一次走刀。一個(gè)工步可以包括一次走刀或多次走刀。4安裝 工件在加工前，先將工件放置在機(jī)床或夾具上的正確位置（定位），然后再夾緊的過程稱為裝夾。工件（或裝配單元）經(jīng)一次裝夾所完成的那一部分工藝過程稱為安裝。 在一道工序中可以有一次或多次裝夾。 5工位 一次安裝后，工件在機(jī)床上所占的每一位置稱為工位。生產(chǎn)中常

13、用各種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)夾具或移動(dòng)夾具等裝夾工件，以便工件在一次安裝后可處于不同的加工位置，以連續(xù)完成多個(gè)工藝過程，如下圖所示。鉸擴(kuò)鉆裝任務(wù)三 關(guān)于機(jī)械制造技術(shù) 一、本課程的特點(diǎn) 機(jī)械制造技術(shù)是機(jī)械類的主干專業(yè)課程，是綜合性、專業(yè)性、實(shí)踐性和靈活性很強(qiáng)的課程。它是將傳統(tǒng)的機(jī)械類課程金屬切削原理與刀具、金屬切削機(jī)床、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)和機(jī)械制造工藝學(xué)進(jìn)行有機(jī)地整合而形成的一門課程。二、本課程的主要內(nèi)容 機(jī)械制造技術(shù)課程以機(jī)械產(chǎn)品的制造為主線，綜合介紹金屬切削原理、刀具、機(jī)床、夾具、零件的機(jī)械加工質(zhì)量、工藝規(guī)程等內(nèi)容。1金屬切削原理 金屬切削原理主要研究金屬切削加工過程中刀具與工件之間的相互作用和各自變化

14、規(guī)律。金屬切削原理主要應(yīng)用在控制切削過程，設(shè)計(jì)刀具、機(jī)床和夾具，制訂工藝規(guī)程的過程中，其主要內(nèi)容包括切削運(yùn)動(dòng)、切削用量、刀具角度、刀具材料、切削層參數(shù)、切削方式、切削變形、切削力、切削熱、切削液、刀具磨損與刀具耐用度、刀具幾何參數(shù)和切削用量的合理選擇等。2刀具、機(jī)床和夾具 刀具、機(jī)床、夾具和工件組成了機(jī)械加工中的工藝系統(tǒng)，機(jī)械加工的所有工藝過程都是在工藝系統(tǒng)中完成的。 刀具：直接對(duì)工件進(jìn)行切削。按用途和加工方法不同，刀具可分為切刀類、孔加工刀具、拉刀類、銑刀類、螺紋刀具、齒輪刀具、磨具類、自動(dòng)線刀具和數(shù)控機(jī)床刀具等。 機(jī)床：是加工機(jī)械零件的主要設(shè)備，為刀具和工件提供所需的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按加工性質(zhì)

15、和所用刀具不同，機(jī)床可分為11大類，即車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、鋸床及其他機(jī)床。 夾具：用來對(duì)被加工工件實(shí)施定位和夾緊，使之在加工時(shí)相對(duì)刀具和機(jī)床中保持正確位置。夾具主要由定位元件、夾緊裝置、夾具體、其他裝置及元件組成。3零件的機(jī)械加工質(zhì)量 零件的機(jī)械加工質(zhì)量直接影響著機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，它主要包括機(jī)械加工精度和機(jī)械加工表面質(zhì)量?jī)刹糠?。其中，機(jī)械加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度三部分；機(jī)械加工表面質(zhì)量包括加工表面的幾何形狀特征和表面層的物理及力學(xué)性能兩部分。 4工藝規(guī)程 工藝規(guī)程是用來說明和規(guī)定具體生產(chǎn)條件下工藝過程的工藝文件，它主要包括機(jī)械加

16、工工藝規(guī)程和機(jī)械裝配工藝規(guī)程。其中，機(jī)械加工工藝規(guī)程主要用于規(guī)定零件的制造工藝過程和操作方法；機(jī)械裝配工藝規(guī)程主要用于規(guī)定產(chǎn)品的裝配過程和裝配方法。 通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，要求： 1以金屬切削理論為基礎(chǔ)，掌握金屬切削的基本原理、基本知識(shí)及切削過程的基本規(guī)律，初步具備根據(jù)具體情況合理選擇加工方法的能力。 2了解常用工藝裝備（主要指通用機(jī)床、刀具和夾具），并具備初步設(shè)計(jì)能力（主要指夾具設(shè)計(jì)）。 3了解影響加工質(zhì)量的各種因素，能對(duì)金屬切削加工中出現(xiàn)的常見質(zhì)量問題進(jìn)行分析解決。 4以制造工藝為主線，要求掌握機(jī)械加工工藝過程和裝配工藝過程的基本原理和基本知識(shí)，具備設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程的能力。三、本課程的學(xué)

17、習(xí)要求四、現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代制造技術(shù)是以傳統(tǒng)制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)交叉融合的結(jié)果，是一個(gè)集機(jī)械、電子、信息、材料、能源與管理技術(shù)于一體的新型交叉學(xué)科，它使制造技術(shù)的內(nèi)涵和水平發(fā)生了質(zhì)的變化。 首先，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，普遍采用計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；在加工技術(shù)方面，已實(shí)現(xiàn)了底層（車間層）的自動(dòng)化，包括廣泛地采用加工中心（或數(shù)控機(jī)床）、自動(dòng)引導(dǎo)小車（AGV）等。 其次，在制造方面，發(fā)達(dá)國(guó)家主要從具有全新制造理念的制造系統(tǒng)自動(dòng)化方面尋找出路，提出了一系列新的制造系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIM

18、S）、智能制造系統(tǒng)（IMS）、并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等。 現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在兩個(gè)方向上：一是精密工程技術(shù)，以超精密加工的前沿部分微細(xì)加工、納米技術(shù)為代表，將進(jìn)入微型機(jī)械電子技術(shù)和微型機(jī)器人的時(shí)代，二是機(jī)械制造的高度自動(dòng)化，以CIMS和敏捷制造等的進(jìn)一步發(fā)展為代表。綜合實(shí)訓(xùn) 如下頁圖所示零件為減速箱中的傳動(dòng)軸。其材料為45鋼，毛坯為60mm的熱軋圓鋼。計(jì)算當(dāng)減速箱年產(chǎn)量分別為80臺(tái)和5000臺(tái)時(shí)，傳動(dòng)軸的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（假設(shè)零件的備品率為4%，廢品率為1%），并根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析確定傳動(dòng)軸的生產(chǎn)類型和制造方法。 一、實(shí)訓(xùn)過程1年生產(chǎn)綱領(lǐng) 減速箱的年產(chǎn)量為80臺(tái)時(shí)，傳動(dòng)軸的年生

19、產(chǎn)綱領(lǐng)為： NQn（1+a）（1+b） 801（1+4%）（1+1%） 84（件） 減速箱的年產(chǎn)量為5000臺(tái)時(shí)，傳動(dòng)軸的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為： N Qn（1+a）（1+b） 50001（1+4%）（1+1%） 5252（件） 2確定傳動(dòng)軸的生產(chǎn)類型 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型關(guān)系表可知，當(dāng)傳動(dòng)軸的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為84件時(shí)，生產(chǎn)類型為單件生產(chǎn)；當(dāng)傳動(dòng)軸的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為5252件時(shí)，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。3確定傳動(dòng)軸的制造方法 根據(jù)機(jī)械制造方法可知，傳動(dòng)軸的外圓、中心孔和端面可用車削加工，傳動(dòng)軸上的鍵槽可用銑削來加工。由于該傳動(dòng)軸的外圓表面精度要求較高（外圓表面粗糙度Ra為0.8um），因此銑削加工后還需磨削。項(xiàng)目

20、小結(jié)1機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的相關(guān)知識(shí) （1）生產(chǎn)流程 機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)流程主要包括生產(chǎn)與技術(shù)的準(zhǔn)備、零件的加工、產(chǎn)品的裝配和生產(chǎn)的服務(wù)等。（2）生產(chǎn)綱領(lǐng) 制訂生產(chǎn)綱領(lǐng)時(shí)，除零件實(shí)際所需數(shù)量外，還應(yīng)考慮備品和廢品。零件年生產(chǎn)綱領(lǐng)計(jì)算公式：NQn（1+a）（1+b） （3）生產(chǎn)類型 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品的大小及復(fù)雜程度不同，生產(chǎn)類型可分為單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種類型。 2機(jī)械產(chǎn)品制造的相關(guān)知識(shí) （1）機(jī)械產(chǎn)品的制造過程 機(jī)械產(chǎn)品的制造過程主要包括工藝設(shè)計(jì)、零件加工、檢驗(yàn)、裝配和入庫。（2）零件的成形方法 材料成形方法：包括鑄造、鍛造、沖壓、粉末冶金等。 材料去除方法：包括切削加工和特種加工。 材料累積

21、方法：包括連接與裝配、附著加工和快速成形技術(shù)。 材料改性方法：包括熱處理、表面強(qiáng)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜等。 機(jī)械加工工藝過程是工序的有序集合，可分解為一個(gè)或若干個(gè)順次排列的工序。 工序是工藝過程的基本單元。區(qū)分工序的主要依據(jù)是考察這部分工藝過程是否滿足“三同”和“一連續(xù)”。 工序可細(xì)分為工步、走刀、安裝和工位。（3）機(jī)械加工工藝過程 3關(guān)于機(jī)械制造技術(shù) 現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)提出了一系列新的制造系統(tǒng)，主要有計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、智能制造系統(tǒng)（IMS）、并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等，其發(fā)展方向主要有兩個(gè)：精密工程技術(shù)和機(jī)械制造高度自動(dòng)化。項(xiàng)目二 金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)要點(diǎn)切削運(yùn)動(dòng)和切削用量

22、金屬切削刀具 切削層參數(shù)和切削方式 綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目小結(jié)任務(wù)一 切削運(yùn)動(dòng)和切削用量 一、切削運(yùn)動(dòng)和工件表面 1切削運(yùn)動(dòng) 切削運(yùn)動(dòng)是指切削過程中刀具與工件之間存在的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)作用的不同，切削運(yùn)動(dòng)分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（1）主運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)是指使工件與刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最基本運(yùn)動(dòng)，如下圖所示。 （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指配合主運(yùn)動(dòng)使刀具能夠持續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表面所需的運(yùn)動(dòng)，如下圖所示。 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)vcvfvcvf外圓車削的切削運(yùn)動(dòng) 刨削的切削運(yùn)動(dòng) 2工件的表面及其形成方法 （1）切削過程中工件的表面 金屬切削過程是指在機(jī)床上通過刀具與工件的相對(duì)

23、運(yùn)動(dòng)，利用刀具從工件上切下多余金屬層，形成切屑和已加工表面的過程。 在切削過程中，由于工件表面的多余金屬不斷地被刀具切下，因此，被加工工件上有三個(gè)依次變化著的表面，即待加工表面、已加工表面和過渡表面。待加工表面過渡表面已加工表面 已加工表面：工件上已被切去多余金屬的表面。 過渡表面：是由待加工表面向已加工表面過渡的表面，也是切削過程中不斷變化的表面。待加工表面：工件上待切除的表面。如右圖所示：（2）工件表面的形成方法 （a）圓柱面 （b）圓錐面 （c）回轉(zhuǎn)雙曲面（d）平面 （e）螺旋面 （f）成形曲面 工件的表面形狀千變?nèi)f化，但大都是由幾種常見的表面組合而成的。這些表面包括圓柱面、圓錐面、回轉(zhuǎn)

24、雙曲面、平面、螺旋面和成形曲面等，如下圖所示 。 如下圖所示表面都可以看成是由一母線沿著導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)而形成的。 （a） （b） （c） （d） （e）母線母線母線母線導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線母線 常用的工件表面的形成方法有軌跡法、成形法、展成法、相切法等，如下圖所示。二、切削用量 切削用量又稱為切削用量三要素，是指切削加工過程中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量的總稱。1切削速度vc 切削速度是指切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位是m/s或m/min。 若主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切削速度可按下式計(jì)算： 若主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)（如刨削、插削等），則 切削速度為刀具相對(duì)于工件的直線運(yùn)動(dòng)速度。2進(jìn)給速度vf、進(jìn)給

25、量f和每齒進(jìn)給量fz 進(jìn)給速度：是指刀具上選定點(diǎn)相對(duì)于工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位是mm/s或mm/min。 進(jìn)給量：當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量是指每回轉(zhuǎn)一周工件或刀具沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位是mm/r；當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量是指每一往復(fù)行程工件和刀具沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位是mm/行程。 每齒進(jìn)給量：是指多齒刀具（如銑刀、鉸刀、拉刀等）每轉(zhuǎn)過或移動(dòng)一個(gè)齒相對(duì)工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移，單位是mm/z。 三者的關(guān)系為：3背吃刀量ap 背吃刀量是指在垂直于主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上測(cè)得的工件已加工表面和待加工表面間的距離，單位是mm。主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)：鉆孔 主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)：

26、 車外圓任務(wù)二 金屬切削刀具 一、刀具的組成 車刀由刀柄和切削部分組成，如下圖所示。刀柄是指刀具的夾持部分；切削部分是指刀具上直接參加切削工作的部分。刀柄切削部分副切削刃副后刀面刀尖主后刀面前刀面主切削刃 刀具切削部分包括“三面、二線、一點(diǎn)”。其中，“三面”包括前刀面、主后刀面和副后刀面；“二線”包括主切削刃和副切削刃；“一點(diǎn)”是指刀尖。 二、刀具角度 1刀具的角度參考系 刀具的角度參考系分為刀具標(biāo)注角度參考系（又稱為靜止參考系）和刀具工作參考系兩種。 刀具標(biāo)注角度參考系：是指在假設(shè)運(yùn)動(dòng)條件和假定的刀具安裝條件下，刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。 刀具工作參考系：是指

27、刀具在切削狀態(tài)下的實(shí)際參考系，即按合成切削運(yùn)動(dòng)方向（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成）和實(shí)際安裝情況來定義的刀具參考系。 2刀具的標(biāo)注角度 刀具的標(biāo)注角度又稱靜止角度，是指在刀具標(biāo)注角度參考系內(nèi)確定的刀具幾何角度。 （1）刀具標(biāo)注角度的坐標(biāo)平面與參考系 刀具標(biāo)注角度的坐標(biāo)平面 刀具標(biāo)注角度的坐標(biāo)平面由測(cè)量坐標(biāo)平面和參考坐標(biāo)平面組成。 測(cè)量坐標(biāo)平面：主要包括正交平面、法平面、假定工作平面和背平面四種坐標(biāo)平面。 橫車縱車ooaoao假定主運(yùn)動(dòng)方向假定主運(yùn)動(dòng)方向切削平面切削平面基面基面假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向（f0） 參考坐標(biāo)平面：主要包括基面和切削平面兩種坐標(biāo)平面，如下圖所示。 刀具標(biāo)注角度參考系 上述參考平面和測(cè)

28、量平面可以組成正交平面參考系、法平面參考系、假定工作平面和背平面參考系三個(gè)坐標(biāo)平面參考系，如下圖所示。 vfPoPsPrvfvfPsPrPnPrPfPp（a）正交平面參考系（b）法平面參考系（c）假定工作平面和背平面參考系（2）正交平面參考系中的標(biāo)注角度 在正交平面中測(cè)量的刀具角度有前角o、后角o和楔角o三種。 在切削平面內(nèi)測(cè)量的刀具角度只有刃傾角s。 如右圖所示： 在基面中測(cè)量的刀具角度有副偏角和刀尖角r三種。 主偏角、3刀具的工作角度 刀具的工作角度是指在刀具工作參考系中定義和測(cè)量的刀具角度 。 工作參考系中的坐標(biāo)平面和刀具幾何角度的符號(hào)應(yīng)在標(biāo)注角度參考系中相應(yīng)符號(hào)的基礎(chǔ)上加注下標(biāo)“e”。

29、（1）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響 OPr 如右圖所示，橫向進(jìn)給時(shí)，在刀具工作角度參考系內(nèi)，刀具工作前角和工作后角分別為： 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響oe 如左圖所示，縱向進(jìn)給時(shí)， 在假定工作平面內(nèi)測(cè)量的刀具工作前角、工作后角分別為： 在正交平面內(nèi)，刀具的工作角度為： （2）刀具安裝對(duì)刀具工作角度的影響 刀具安裝高低的影響 PsPsePrPrevf 如右圖所示，當(dāng)?shù)都飧哂诠ぜ行木€時(shí)，車刀的工作前角、工作后角分別為： 當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜ行臅r(shí)，上述角度的變化正好相反，即： 刀具安裝軸線位置變化的影響 如右圖所示，外圓車刀軸線與進(jìn)給方向不垂直，且與刀具軸線的傾斜角度為時(shí)，刀具主偏角和副偏

30、角的變化分別為：三、刀具材料 1對(duì)刀具材料的基本要求 （1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌性 （3）良好的耐熱性和導(dǎo)熱性 （4）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性2常見刀具材料 常用刀具材料的種類很多，包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼等。 目前最常用的刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合金。 （1）高速鋼 高速鋼是指在合金工具鋼中加入鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼。它具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐熱性、耐磨性及工藝性，是目前應(yīng)用最廣泛的刀具材料。高速鋼因刃磨時(shí)易獲得鋒利的刃口，所以又稱為“鋒鋼”。 高速鋼按用途不同，可分為普通高速鋼和高性能高速鋼

31、；按制造工藝不同，可分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。（2）硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)都很高的金屬碳化物粉末（如WC、TiC等）和粘結(jié)劑（如Co、Mo、Ni等）燒結(jié)而成的粉末冶金制品。其常溫硬度可達(dá)7182HRC，能耐8501000的高溫，切削速度可比高速鋼高410倍。但其韌性與抗彎強(qiáng)度差，抗沖擊和振動(dòng)性差，制造工藝性差。 我國(guó)目前生產(chǎn)的硬質(zhì)合金主要分為K類（YG ，即鎢鈷類硬質(zhì)合金）、P類（YT，即鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金）和M類（YW，即鎢鈷鈦鉭鈮類硬質(zhì)合金）三類。（3）其他刀具材料 陶瓷刀具：是指以氧化鋁（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）為基體，再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具

32、材料。它主要用于鋼、鑄鐵、高硬度材料及高精度零件的精加工。 金剛石：分天然和人造兩種，是碳的同素異形體，是目前最硬的刀具材料，其顯微硬度達(dá)10000HV 。它主要用于有色金屬及非金屬的精加工、超精加工以及作磨具、磨料用。 立方氮化硼：是由六方氮化硼在高溫高壓下轉(zhuǎn)化而成的，硬度高，耐磨性好。它主要用于加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金和一些難加工材料。四、刀具種類 由于機(jī)械零件的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求進(jìn)行加工的刀具具有不同的結(jié)構(gòu)和切削性能。因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多。 按用途和加工方法，刀具可分為切刀類、孔加工刀具、拉刀類、銑刀類、螺紋刀具、齒輪刀具、磨具類、自動(dòng)

33、線刀具和數(shù)控機(jī)床刀具等。一、切削層參數(shù) 切削層是指在切削過程中，刀具或工件沿進(jìn)給方向移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量時(shí)，刀具的刀刃從工件待加工表面切下的金屬層。 切削層參數(shù)是指在垂直于選定點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向的平面中度量的切削層截面尺寸。 切削層參數(shù)包括切削層公稱厚度hD、切削層公稱寬度bD和切削層公稱橫截面積AD。任務(wù)三 切削層參數(shù)和切削方式 切削層公稱厚度hD：是指過切削刃上的選定點(diǎn)，在基面內(nèi)測(cè)量的垂直于過渡表面的切削層尺寸，單位為mm。 切削層公稱寬度bD：是指過切削刃上的選定點(diǎn)，在基面內(nèi)測(cè)量的平行于過渡表面的切削層尺寸，單位為mm。 切削層公稱橫截面積AD：是指過切削刃上的選定點(diǎn)，在基面內(nèi)測(cè)量的切削層橫截面積，

34、單位為mm2。 二、切削方式 1直角切削和斜角切削 切屑沿刀刃法向流出切屑流出方向s切削刃法線直角切削 斜角切削 直角切削：是指刀刃垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)方向的切削方式。 斜角切削：是指刀刃不垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)方向的切削方式。 如右圖所示：2自由切削和非自由切削 自由切削是指在切削過程中，只有一條直線刀刃參加切削工作的切削方式。 當(dāng)切削方式既屬于自由切削，又屬于直角切削時(shí)，這種切削方式稱為直角自由切削 。 非自由切削是指曲線刀刃或兩條以上的刀刃參加切削的切削方式。 實(shí)際生產(chǎn)中，切削方式多屬于斜角、非自由切削方式，而在理論和實(shí)驗(yàn)研究工作中，為了簡(jiǎn)化條件常采用直角自由切削方式。 綜合實(shí)訓(xùn) 一、切削用量

35、及切削層參數(shù)的計(jì)算 用主偏角為75的車刀車外圓，工件加工前直徑為75mm，加工后直徑為66mm，工件轉(zhuǎn)速n為220r/min，刀具每秒沿工件軸向移動(dòng)1.6mm，試求切削用量三要素（切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量）及切削層參數(shù)（切削厚度、切削寬度和切削面積）的大小。1實(shí)訓(xùn)過程 （1）切削用量切削速度（m/min）進(jìn)給量 （mm/r）背吃刀量 （mm）（2）切削層參數(shù)切削厚度 （mm）切削寬度 （mm）切削面積 （mm2）2實(shí)訓(xùn)總結(jié) 通過計(jì)算切削用量和切削層參數(shù)，掌握切削用量及切削層參數(shù)的概念和計(jì)算。 二、標(biāo)注刀具角度 在正交平面參考系中，標(biāo)注如下圖（a）所示切斷刀的角度。其中，下圖（b）所示為切斷刀

36、的主視圖，下圖（c）所示為切斷刀的俯視圖，下圖（d）所示為切斷刀的左視圖。 vc（a）（b）（d）（c）vf通過各角度的定義標(biāo)注角度如右圖所示：1實(shí)訓(xùn)過程 2實(shí)訓(xùn)總結(jié) 通過對(duì)切斷刀角度的標(biāo)注，掌握刀具標(biāo)注角度的坐標(biāo)平面的確定及刀具標(biāo)注角度的概念。 項(xiàng)目小結(jié)1切削運(yùn)動(dòng)和切削用量 （1）切削運(yùn)動(dòng)包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)組成。 （2）切削過程中工件的表面包括：待加工表面、已加工表面和過渡表面。工件表面的形成方法包括軌跡法、成形法、展成法和相切法。 （3）切削用量又稱為切削用量三要素，是指切削加工過程中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量的總稱。2金屬切削刀

37、具 （1）刀具切削部分包括前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。 （2）刀具角度分為刀具標(biāo)注角度和刀具工作角度。 在正交平面參考系中的標(biāo)注刀具角度有主偏角 實(shí)際切削時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及刀具安裝位置（如刀具安裝高低、刀具軸線安裝位置變化等）都會(huì)對(duì)刀具工作角度產(chǎn)生影響。楔角o和刃傾角s。、刀尖角r、前角o、后角o、副偏角 （1）切削層參數(shù)包括切削層公稱厚度hD、切削層公稱寬度bD、切削層公稱橫截面積AD。 （2）切削方式可分為直角切削和斜角切削，或自由切削和非自由切削。實(shí)際生產(chǎn)中，切削方式多屬于斜角、非自由切削方式。3切削層參數(shù)和切削方式 （3）刀具材料應(yīng)具備如下的性能：高的硬度和耐磨性

38、、足夠的強(qiáng)度和韌性、良好的耐熱性和導(dǎo)熱性、良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性。最常用的刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合金。 （4）按用途和加工方法，刀具可分為切刀類、孔加工刀具、拉刀類、銑刀類、螺紋刀具、齒輪刀具、磨具類、自動(dòng)線刀具和數(shù)控機(jī)床刀具等。項(xiàng)目三 切削過程基本規(guī)律 項(xiàng)目學(xué)習(xí)要點(diǎn)切屑切削變形及其影響因素切削力及其影響因素切削熱、切削溫度切削液刀具磨損與刀具耐用度刀具幾何參數(shù)和切削用量的合理選擇綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目小結(jié)一、切屑的種類 常見的有帶狀切屑、節(jié)狀切屑、粒狀切屑和崩碎切屑四種 ，如下圖所示。 帶狀切屑 節(jié)狀切屑 粒狀切屑 崩碎切屑任務(wù)一 切屑1帶狀切屑 帶狀切屑是在切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)得

39、到的一種切屑。帶狀切屑內(nèi)表面由于與前刀面的擠壓摩擦而較光滑，外表面呈毛茸狀。 出現(xiàn)帶狀切屑時(shí)，切削力波動(dòng)小，切削過程平穩(wěn)，已加工表面粗糙度較小。2節(jié)狀切屑 節(jié)狀切屑又稱為擠裂切屑，是在切削速度較低、切削厚度較大時(shí)得到的一種切屑。其外表面局部達(dá)到剪切破壞極限，開裂呈節(jié)狀，內(nèi)表面仍相聯(lián)。3粒狀切屑 粒狀切屑又稱為單元切屑，是在切削速度很低、切削厚度很大時(shí)得到的一種呈梯形的顆粒狀切屑。出現(xiàn)粒狀切屑時(shí)，切削力波動(dòng)大，切削過程不平穩(wěn)。 4崩碎切屑 崩碎切屑是在切削鑄鐵等脆性材料且切削厚度很大時(shí)，得到的一種形狀不規(guī)則的碎塊狀切屑。出現(xiàn)崩碎切屑，切削過程很不平穩(wěn)，已加工表面凹凸不平，切削刃易損壞。 由以上介

40、紹可知，切屑類型是由工件材料特性和加工條件決定的。因此，當(dāng)加工相同的塑性材料時(shí)，通過改變加工條件即可改變切屑的類型。 例如，減小刀具前角，降低切削速度，加大切削厚度時(shí)，節(jié)狀切屑就可以變?yōu)榱钋行?；反之，則可以變?yōu)閹钋行肌?生產(chǎn)中掌握了切屑類型的變化規(guī)律，就可以控制切屑的形態(tài)和尺寸，以達(dá)到卷屑和斷屑的目的。 二、切屑的控制 1切屑的流向 直角自由切削 直角非自由切削 如下圖所示，直角自由切削時(shí)，切屑從正交平面內(nèi)流出；直角非自由切削時(shí)，由于刀尖圓弧半徑和切削刃的影響，切屑流出方向與正交平面形成一個(gè)出屑角。 svcvesvcve 斜角切削時(shí)，切屑的流向受刃傾角s的正負(fù)影響，如下圖所示。此時(shí)的出屑角

41、約等于刃傾角s。2卷屑 卷屑是由切削過程中的塑性和摩擦變形及切屑流出時(shí)的附加變形引起的。 卷屑可通過在前刀面上刃磨出卷屑槽（斷屑槽）、凸臺(tái)、附加擋塊及其他障礙物來實(shí)現(xiàn)。 3斷屑 影響斷屑的因素有卷屑槽的尺寸參數(shù) 、刀具角度和切削用量 。 （1）卷屑槽的尺寸參數(shù) 卷屑槽的槽形有折線形、直線圓弧形和全圓弧形三種，如下圖所示。 槽的寬度lBn、圓弧半徑rBn和反屑角Bn是影響斷屑的主要因素。OoolBnRn180BnoolBnRnEC折線形 直線圓弧形 全圓弧形A 槽的寬度lBn、圓弧半徑rBn減小和反屑角Bn增大，都能使切屑卷曲變形增大，使切屑易折斷。但槽的寬度lBn、圓弧半徑rBn太小或反屑角B

42、n太大，會(huì)造成切屑堵塞，排屑不暢。 槽的寬度lBn一般根據(jù)工件材料和切削用量來決定。例如，切削中碳鋼時(shí)，lBn10f；切削合金鋼時(shí)，lBn7f。 一般來說，圓弧半徑rBn（0.40.7）lBn，反屑角Bn5070。（2）刀具角度 刃傾角s能控制切屑的流向。s為正值時(shí)，切屑卷曲后碰到待加工表面或刀具折斷，形成螺旋狀切屑，s為負(fù)值時(shí)，切屑卷曲后碰到已加工表面折斷形成C形切屑。增大，切削厚度變大，易于斷屑。主偏角前角o減小，切削變形變大，也易于斷屑。 刀具角度中的主偏角 、前角o和刃傾角s對(duì)斷屑影響最明顯。 （3）切削用量 減小背吃刀量ap，出屑角Bn增大，切屑易流向待加工表面碰斷。 切削用量對(duì)斷屑

43、都有不同程度的影響。 提高切削速度vc，易形成長(zhǎng)帶狀切屑，不易斷屑。 增大進(jìn)給量f，切屑卷曲應(yīng)力增大，容易斷屑。任務(wù)二 切削變形及其影響因素 一、切削變形 切屑是在切削過程中工程材料受到刀具前刀面的推擠后發(fā)生塑性變形，最后沿某一斜面剪切滑移形成的。 切削過程的變形大致劃可分為三個(gè)變形區(qū)：第I變形區(qū)、第II變形區(qū)和第III變形區(qū) 。1第I變形區(qū)acacvc 如右圖所示，第I變形區(qū)的寬度(OA和OM的間距)僅有0.020.2mm，可將第I變形區(qū)視為一個(gè)平面，即剪切面。剪切面與切削速度之間的夾角稱為剪切角。 第I變形區(qū)又稱為主變形區(qū)，是指在切削層內(nèi)產(chǎn)生剪切滑移的塑性變形區(qū)。 經(jīng)過第I變形區(qū)后，切削層

44、金屬材料變成切屑，從刀具前刀面流出。 如下圖所示，切削變形可以用切屑長(zhǎng)度或厚度尺寸相對(duì)于切削層的變化量（變形系數(shù) ）來表示。acholchlcac s-oo 由于第I變形區(qū)的變形主要是剪切滑移變形，因此還可以用第I變形區(qū)單位厚度上的剪切滑移量，即相對(duì)滑移量來衡量切削變形 ，如下圖所示。2第II變形區(qū) 第II變形區(qū)又稱為前刀面變形區(qū)，是指與前刀面接觸的切屑底層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。 第II變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。3第III變形區(qū) 第III變形區(qū)又稱為已加工表面的變形區(qū)，是指靠近切削刃處已加工表面表層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。 第III變形區(qū)的變形是造成已加工表面加工硬化和產(chǎn)生殘余應(yīng)力

45、的主要原因。二、積屑瘤 積屑瘤又稱為刀瘤，是指在切削速度不高而又能形成連續(xù)切削的情況下，加工一般鋼料或其他塑性材料時(shí)，常常在前刀面處粘著的一塊剖面近似呈三角狀的硬塊，如下圖所示。 1積屑瘤的形成 滯流層粘結(jié)或冷焊在刀具前刀面 形成積屑瘤。 積屑瘤的形成主要取決于切削溫度。 切削碳鋼時(shí)在300380 易產(chǎn)生積屑瘤。hDhDhD積屑瘤碎片積屑瘤碎片積屑瘤2積屑瘤對(duì)切削過程的影響 （1）增大實(shí)際前角 （2）增大切削厚度（3）增大加工表面粗糙度（4）影響刀具耐用度3防止積屑瘤的措施 （1）提高工件材料硬度 （2）增加刀具前角 （3）降低切削速度或采用高速切削 （4）合理使用切削液 （5）電解刃磨刀具

46、三、影響切削變形的因素 1工件材料 工件材料的硬度、強(qiáng)度越高，材料與刀具之間的平均摩擦系數(shù)越小，變形系數(shù)就越小，即切削變形越小。2切削用量 （1）切削速度vc 切削速度vc對(duì)切削變形的影響如右圖所示。 當(dāng)切削速度達(dá)到vc1時(shí)，開始產(chǎn)生積屑瘤。隨著切削速度的增大，積屑瘤增高，變形系數(shù)減小。 當(dāng)切削速度達(dá)到vc2（約為20m/min）時(shí)，積屑瘤高度達(dá)到最大值，變形系數(shù)減小到一個(gè)較小值。隨切削速度繼續(xù)增大，積屑瘤開始減小，變形系數(shù)增大。 當(dāng)切削速度達(dá)到vc3（約為40m/min）時(shí)，變形系數(shù)達(dá)到高峰。 當(dāng)切削速度小于vc1（約為5m/min）時(shí)，由于前刀面與切屑底層的摩擦系數(shù)較小，不產(chǎn)生積屑瘤。（2

47、）進(jìn)給量f 進(jìn)給量f 增大，會(huì)使切削厚度hD增大，摩擦系數(shù)減小，剪切角增大，變形系數(shù)減小。3刀具前角o 刀具前角o越大，剪切角越大，變形系數(shù)就越小。 如果切削速度繼續(xù)增大，由于切削溫度較高，切屑底層處于微熔狀態(tài)，形成潤(rùn)滑膜，摩擦系數(shù)降低，變形系數(shù)減小。任務(wù)三 切削力及其影響因素 一、切削力 切削力是指金屬切削時(shí)，刀具切入工件使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力。1切削力的來源 切削力的來源主要有以下兩方面： 克服被加工材料對(duì)彈性變形和塑性變形的抗力。 克服刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力所需的力。 這些力的合力形成了作用在刀具上的切削力Fr。2切削力的分解 為了便于測(cè)量和應(yīng)用，切削力Fr可按

48、空間直角坐標(biāo)分解為三個(gè)互相垂直的分力：主切削力Fc、背向力Fp和進(jìn)給力Ff，如下圖所示。 主切削力Fc：是總切削力Fr在主運(yùn)動(dòng)方向的分力。它垂直于基面，并與切削速度方向一致，是消耗機(jī)床功率最多的切削分力。 背向力Fp：是總切削力Fr在垂直于工作平面方向上的分力。它在基面內(nèi)，并與進(jìn)給方向垂直，其數(shù)值約為主切削力的0.150.7倍。 進(jìn)給力Ff：是總切削力Fr在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力。它在基面內(nèi)，并與進(jìn)給方向平行，其數(shù)值約為主切削力Fc的0.10.6倍。 總切削力Fr可分解為主切削力Fc和作用于基面Pr內(nèi)的合力FD，F(xiàn)D分解為背向力Fp和進(jìn)給力Ff。它們之間的關(guān)系如下： 3切削力的計(jì)算 （1）指數(shù)形

49、式的切削力經(jīng)驗(yàn)公式切削力 背向力 進(jìn)給力 （2）切削層單位面積切削力經(jīng)驗(yàn)公式 切削層單位面積切削力p是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的主切削力，其計(jì)算公式為： 由上式可得，主切削力Fc的計(jì)算公式： 上頁式中，p是指f0.3mm/r時(shí)的單位切削力，硬質(zhì)合金外圓車刀車削常用金屬的單位切削力如下表所示。二、切削功率及其計(jì)算 切削功率Pc是指在切削過程中消耗的功率。它是各分力方向上消耗的功率之和。 由于背向力Fp在其方向上沒有發(fā)生位移，不消耗功率；進(jìn)給力Ff 遠(yuǎn)小于主切削力Fc，且沿進(jìn)給力Ff方向的進(jìn)給速度相對(duì)很小，進(jìn)給力Ff所消耗的功率很小。因此，通常用主運(yùn)動(dòng)消耗的功率來表示切削功率Pc，其計(jì)算公式為：

50、 當(dāng)實(shí)際進(jìn)給量f大于或小于0.3mm/r時(shí)，需乘以修正系數(shù)kfp。進(jìn)給量f對(duì)單位切削力p的修正系數(shù)kfp如下表所示。三、影響切削力的因素 1工件材料 工件材料的硬度、強(qiáng)度越高，剪切屈服強(qiáng)度越大，切削力Fr越大。 硬度、強(qiáng)度相近的材料，塑性或韌性越好，切屑越不易折斷，切屑與前刀面的摩擦越加，切削力Fr越大。 切削鑄鐵等脆性材料時(shí)，由于塑性變形小，崩碎切屑與前刀面摩擦小，切削力Fr較小。 2切削用量 （1）背吃刀量ap和進(jìn)給量f 背吃刀量ap和進(jìn)給量f通過對(duì)切削寬度bD和切削厚度hD的影響而影響切削力Fr，如下圖所示。 如上頁左圖所示，背吃刀量ap增大，切削寬度bD增大，切削面積AD和切屑與前刀面

51、的接觸面積按比例增大。由于進(jìn)給量f不變，所以單位切削力p不變。因此，當(dāng)背吃刀量ap增大一倍時(shí)，主切削力Fc成比例增大，背向力Fp和進(jìn)給力Ff也近似成比例增大。 如上頁右圖所示，進(jìn)給量f增大，切削厚度hD增大，而切削寬度bD不變。此時(shí)，切削面積AD按比例增大，但切屑與前刀面的接觸面積卻未變化。由于進(jìn)給量f增大，切削變形程度減小，單位切削力p變小。因此，進(jìn)給量f增大一倍時(shí)，切削力Fr增大70%80%。（2）切削速度vc 切削速度vc對(duì)切削力Fr的影響是由積屑瘤與摩擦的作用所造成的，如下圖所示。 切削速度vc小于40m/min時(shí)，隨著切削速度的升高，積屑瘤由小變大又變小，切削力相應(yīng)地先減小后增大。

52、在積屑瘤消失以后隨著vc增大，切削溫度上升，前刀面摩擦減小，切削變形減小，切削力減小。3刀具幾何參數(shù) （1）前角o 當(dāng)切削塑性材料時(shí)，前角o增大，切削層所受擠壓變形和摩擦減小，切屑易于從前刀面流出，切削力Fr減小。當(dāng)切削脆性金屬時(shí)，前角o對(duì)切削力Fr的影響不明顯。（2）負(fù)倒棱 在前刀面上磨出負(fù)倒棱寬度br1（如右圖所示）可以提高刃口強(qiáng)度，但會(huì)增大切削變形，使切削力Fr增大。 （3）主偏角 主偏角kr從30增大至60時(shí)，切削變形減小，使主切削力Fc減小。隨主偏角kr繼續(xù)增大，刀尖圓弧半徑r也增大，擠壓摩擦加劇，使主切削力Fc又增大。一般主偏角kr在6075范圍內(nèi)，主切削力值最小。 根據(jù)切削力的分

53、解公式可知，進(jìn)給力Ff隨主的增大而增大，背向力Fp隨主偏角偏角的增大而減小。因此，長(zhǎng)徑比超過10的細(xì)長(zhǎng)軸，加工時(shí)為避免振動(dòng)，常采用大于60的主偏角以減小背向力Fp。4其他因素 刀具與工件之間的摩擦系數(shù)不同，對(duì)切削力的影響不同。同樣的切削條件下，高速鋼刀具對(duì)切削力的影響最大，硬質(zhì)合金刀具次之，陶瓷刀具最小。 切削過程中合理使用切削液，可以降低切削力。所用切削液潤(rùn)滑性能越高，切削力降低越顯著。 刀具磨損增加時(shí)，作用在前、后刀面的切削力也 增大。任務(wù)四 切削熱、切削溫度 一、切削熱 切削熱是指切削過程中切削區(qū)的變形和摩擦消耗能量所產(chǎn)生的熱。 切削熱主要是由工件材料彈塑性變形產(chǎn)生的熱、切屑與前刀面摩擦

54、產(chǎn)生的熱以及已加工表面與后刀面摩擦產(chǎn)生的熱組成。 切削熱通過切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)傳散，如上圖所示。二、切削溫度 切削溫度是切削熱在工件與刀具上作用的結(jié)果。在工件和刀具一定的前提下，切削溫度的高低取決于切削熱產(chǎn)生的多少和傳散的快慢。 右圖為切削塑性材料時(shí)，刀具、切屑和工件上的溫度分布示意圖。由圖可知： （1）剪切區(qū)內(nèi)，沿剪切面方向上各點(diǎn)溫度幾乎相等；而在垂直于剪切面方向上的溫度梯度很大。 （2）前、后刀面的最高溫度都不在切削刃處，而在離切削刃有一定距離的地方。 （3）在切屑厚度方向上的切削溫度梯度很大，靠近前刀面的一層（底層）溫度最高，遠(yuǎn)離前刀面方向溫度下降很快。 （4）后刀面與工件的接觸

55、長(zhǎng)度較短，因此，工件加工表面上溫度的升降是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的。刀具通過時(shí)加工表面只受到一次熱沖擊。三、影響切削溫度的因素 1工件材料 工件材料的強(qiáng)度和硬度越高，需要的切削力就越大，產(chǎn)生的熱量就越多，因而切削溫度就越高。 工件材料的塑性大，切削力也大，切削溫度也高。 材料的熱導(dǎo)率越大，通過切屑和工件傳出的熱量就越多，切削溫度下降就越快。2切削用量 切削用量中，切削速度vc對(duì)切削溫度影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量ap影響最小。 切削速度vc增大，切削變形和摩擦產(chǎn)生的熱量急劇增多，盡管切屑帶走的熱量相應(yīng)增多，但散熱條件并沒有改善，因此切削溫度顯著升高。 進(jìn)給量f增大，產(chǎn)生的熱量增加，但同時(shí)切削厚

56、度變大，切屑帶走的熱量增加，而散熱條件并未改善，因此最終切削溫度有所升高。 背吃刀量ap增大，產(chǎn)生的熱量按比例增加，但同時(shí)刀具的傳熱面積也按比例增加，顯著改善散熱條件，因此最終切削溫度僅略有升高。3刀具幾何參數(shù) （1）前角 前角o增大，切削變形程度減小，產(chǎn)生的切削熱減少，因而切削溫度下降。但前角o大于1820時(shí)，楔角o減小，傳熱體積減小，對(duì)切削溫度的影響減小。 （2）主偏角 在背吃刀量ap相同的情況下，主偏角 增大，主切削刃的工作長(zhǎng)度縮短，刀尖角r減小，傳熱面積減小，切削熱相對(duì)集中，從而提高了切削溫度；反之，主偏角 減小，切削溫度降低，刀具耐用度提高。 4刀具磨損 刀具后刀面磨損量增大，切削溫

57、度升高；當(dāng)磨損量達(dá)到一定值之后，對(duì)切削溫度的影響加劇；切削溫度越高，刀具磨損對(duì)切削溫度的影響就越顯著。5切削液 澆注切削液對(duì)降低溫度、減少刀具磨損和提高已加工表面質(zhì)量有明顯的效果。切削液的導(dǎo)熱率、比熱容和流量越大，切削溫度越低。切削液本身溫度越低，其冷卻效果越顯著。任務(wù)五 切削液 一、切削液的種類 切削液是指為了提高金屬切削加工效果而在加工過程中注入工件與刀具或磨具之間的液體。 1水溶性切削液 （1）水溶液 水溶液的主要成分為水，并根據(jù)需要加入防銹添加劑、表面活性劑、油性添加劑和極壓添加劑等。水溶液具有良好的冷卻和防銹性能，并有一定的潤(rùn)滑性。 （2）乳化液 乳化液是以水（占95%98%）為主加

58、入適量的乳化油形成的乳白色或半透明的乳化液。 根據(jù)乳化液中含乳化油的多少，乳化液分為低濃度乳化液和高濃度乳化液。其中，低濃度乳化液（濃度為3%5%），冷卻和清洗作用較好，適于粗加工和磨削；高濃度乳化液（濃度為10%20%），潤(rùn)滑作用較好，適于精加工（如拉削和鉸孔等）。 為了進(jìn)一步提高乳化液的潤(rùn)滑性能，還可在乳化液中加入一定量的氯、硫、磷等極壓添加劑，配制成極壓乳化液。 離子型切削液是由母液在水溶液中離解出各種強(qiáng)度的離子而形成的切削液。切削時(shí)，摩擦產(chǎn)生的靜電荷可與切削液中的離子迅速反應(yīng)而消除，降低切削溫度，起到較好的冷卻作用。 （3）離子型切削液2非水溶性切削液 （1）切削油 切削油的主要成分為

59、礦物油（如機(jī)油、煤油、輕柴油等），少數(shù)采用動(dòng)植物油（如豬油、豆油等）或混合油。切削油主要起潤(rùn)滑作用。 （2）極壓切削油 極壓切削油是在切削油中加入硫、氯和磷等極壓添加劑而配制成的。極壓切削油能形成非常結(jié)實(shí)的潤(rùn)滑膜，顯著提高潤(rùn)滑效果和冷卻作用。 （3）固體潤(rùn)滑劑 固體潤(rùn)滑劑是指用二硫化鉬、硬脂酸和石蠟等做成的蠟棒。將固體潤(rùn)滑劑涂在刀具表面，切削時(shí)可減小摩擦，起潤(rùn)滑作用。二、切削液的作用 1冷卻作用 切削液可以減小刀具、工件和切屑之間的摩擦，減少熱量的產(chǎn)生，同時(shí)可以帶走熱量，降低切削溫度。 2潤(rùn)滑作用 切削液可以在切屑、工件與刀具界面之間形成潤(rùn)滑油膜，以減小前刀面與切屑，后刀面與已加工表面間產(chǎn)生的

60、高速摩擦，并改善已加工表面的粗糙度，提高刀具耐用度。 3清洗作用 切削液能沖刷掉切削過程中產(chǎn)生的碎屑和磨粉，避免劃傷已加工表面和機(jī)床導(dǎo)軌。 切削液清洗性能的好壞取決于切削液的滲透性、流動(dòng)性和使用壓力。水溶液或乳化液中加入劑量較大的活性劑和少量礦物油，可以改善切削液的清洗性能。4防銹作用 切削液可以減小周圍介質(zhì)對(duì)工件、刀具、機(jī)床和夾具的腐蝕。切削液防銹作用的好壞取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性能。5其他作用 除了以上4種作用外，所使用的切削液應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性，在貯存和使用中不產(chǎn)生沉淀或分層、析油、析皂和老化等現(xiàn)象； 對(duì)細(xì)菌和霉菌有一定抵抗能力，不易長(zhǎng)霉及生物降解而導(dǎo)致發(fā)臭、變質(zhì)；