項(xiàng)目1金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目1

金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)械制造技術(shù)(任務(wù))目錄

任務(wù)一

認(rèn)識(shí)金屬切削加工1任務(wù)二正確選擇使用刀具2

任務(wù)三了解金屬切削過程及其基本規(guī)律3任務(wù)五熟悉機(jī)床型號(hào)及其主要技術(shù)指標(biāo)5任務(wù)四合理選擇切削用量4任務(wù)六閱讀機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖6機(jī)械制造技術(shù)任務(wù)一認(rèn)識(shí)金屬切削加工軸套材料：45任務(wù)引入機(jī)械制造技術(shù)知識(shí)鏈接金屬切削加工利用刀具（或砂輪）從工件毛坯上切除一層多余的金屬，使工件達(dá)到規(guī)定的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。機(jī)械制造技術(shù)1.1零件表面的成形1.1.1零件的表面形狀零件的表面形狀機(jī)械制造技術(shù)1.1.2零件表面的成形零件的表面形狀1-母線2-導(dǎo)線機(jī)械制造技術(shù)1.1.3

零件表面的形成方法及所需的成形運(yùn)動(dòng)(A)軌跡法點(diǎn)接觸軌跡法導(dǎo)線母線母線？導(dǎo)線？機(jī)械制造技術(shù)(B)成形法切削刃形狀與母線形狀完全吻合成形法母線？導(dǎo)線？機(jī)械制造技術(shù)(C)相切法相切法包絡(luò)線機(jī)械制造技術(shù)(D)展成法展成法包絡(luò)線機(jī)械制造技術(shù)1.2

切削運(yùn)動(dòng)與切削時(shí)工件加工表面1.2.1主運(yùn)動(dòng)工件與刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切削的最基本運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)：為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。外圓車削平面刨削M1、M2?機(jī)械制造技術(shù)主運(yùn)動(dòng)的速度最高，所消耗功率最大。主運(yùn)動(dòng)基本特性切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。主運(yùn)動(dòng)可以由工件完成，也可以由刀具完成。主運(yùn)動(dòng)可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是直線運(yùn)動(dòng)。機(jī)械制造技術(shù)1.2.2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與主運(yùn)動(dòng)配合，連續(xù)地切除切屑，獲得具有所需幾何特征的已加工表面。外圓車削平面刨削M2連續(xù)還是間斷?機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般速度較低，消耗的功率也較少。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)基本特性進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)組成。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)的，也可以是間斷的。機(jī)械制造技術(shù)1.2.3輔助運(yùn)動(dòng)除主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，完成機(jī)床工作循環(huán)，還需一些其他的輔助運(yùn)動(dòng)，如空行程運(yùn)動(dòng)、切入運(yùn)動(dòng)、分度運(yùn)動(dòng)以及操縱控制運(yùn)動(dòng)。機(jī)械制造技術(shù)1.2.4工件加工過程中的表面S1、S2、S3?(A)待加工表面加工時(shí)即將被切除的工件表面。外圓車削平面刨削(B)已加工表面工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。(C)加工表面工件上被切削刃正在切削的表面。機(jī)械制造技術(shù)1.3切削用量1.3.1切削速度νc主運(yùn)動(dòng)的線速度

(單位，m/min)。dwapdmf切削三要素主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削速度計(jì)算公式，機(jī)械制造技術(shù)d—主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)體上選定點(diǎn)的直徑（mm）；n—主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/min，rpm）。機(jī)械制造技術(shù)1.3.2進(jìn)給量f在主運(yùn)動(dòng)每一轉(zhuǎn)或每一行程內(nèi)，刀具相對(duì)工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量，單位mm/r（用于車削，鏜削等）或mm/行程（用于刨削）。dwapdmf切削三要素機(jī)械制造技術(shù)1.3.3背吃刀量ap

工件上已加工表面與待加工表面之間的垂直距離，單位mm。dwapf切削三要素dm機(jī)械制造技術(shù)外圓車削時(shí)，dw—工件待加工表面直徑（mm）；dm—工件已加工表面直徑（mm）。注：鉆孔時(shí)dm=0。機(jī)械制造技術(shù)1.4

切削層參數(shù)1.4.1切削層公稱厚度(切削厚度，hD)垂直于工件加工表面測(cè)量的切削層橫截面尺寸。刀具切削刃在一次進(jìn)給中，從工件待加工表面上切除下來的金屬層稱為切削層。切削層參數(shù)hDbD機(jī)械制造技術(shù)1.4.2切削層公稱寬度(切削寬度，bD)平行于工件加工表面測(cè)量的切削層橫截面尺寸。1.4.3切削層公稱橫截面面積(切削面積，AD)工件被切下的金屬層沿垂直于主運(yùn)動(dòng)方向所截取的橫截面面積。機(jī)械制造技術(shù)任務(wù)二正確選擇使用刀具

任務(wù)引入“工欲善其事，必先利其器”“磨刀不誤砍柴功”機(jī)械制造技術(shù)知識(shí)鏈接2.1刀具材料2.1.1刀具切削部分材料的基本要求高硬度常溫HRC62，并具有高溫硬度足夠的強(qiáng)度和韌性足夠的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度高耐磨性導(dǎo)熱性好良好的工藝性可加工性機(jī)械制造技術(shù)2.1.2常用刀具材料機(jī)械制造技術(shù)(A)高速工具鋼(HighSpeedSteel，HSS)加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼，俗稱鋒鋼或白鋼。具有較高的硬度（63~66HRC）。具有較高的耐磨性和耐熱性（600~650℃）。具有足夠的強(qiáng)度和韌性。具有良好的工藝性。機(jī)械制造技術(shù)高速工具鋼已成為主要刀具材料之一，廣泛用于制造結(jié)構(gòu)和刃形復(fù)雜的整體刀具。高速鋼刀具成型車刀螺紋車刀階梯鉆頭機(jī)械制造技術(shù)(B)硬質(zhì)合金硬度和熔點(diǎn)都很高的金屬碳化物（WC、TiC、TaC、NbC等）和金屬粘結(jié)劑（Co、Ni、Mo等）通過粉末冶金的工藝制備而成。常溫下，硬質(zhì)合金硬度為89~93HRA。耐熱性可達(dá)800~1000℃。與高速鋼相比，其硬度高、耐磨性好、耐熱高，允許的切削速度比高速鋼高5~10倍。硬質(zhì)合金性能較脆。機(jī)械制造技術(shù)鎢鈷類(WC+Co)硬質(zhì)合金(YG)由WC和Co組成，具有較高的抗彎強(qiáng)度的韌性，導(dǎo)熱性好，但耐熱性、耐磨性較差，主要用于加工鑄鐵、有色金屬。鎢鈦鈷類(WC+TiC+Co)硬質(zhì)合金(YT)高硬度和熔點(diǎn)的TiC加入，比YG具有更高和硬度、耐磨性、紅硬性。但導(dǎo)熱性能較差，抗彎強(qiáng)度低，主要用于鋼材等韌性材料的加工。鎢鉭鈷類(WC+TaC+Co)硬質(zhì)合金(YA）在YG類硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上添加TaC(NbC)，提高了常溫、高溫硬度與強(qiáng)度、抗熱沖擊性和耐磨性，可用于鑄鐵和不銹鋼的加工。機(jī)械制造技術(shù)2.2刀具的幾何角度2.2.1刀具切削部分的組成外圓車刀切削部分的構(gòu)成與工件加工表面相對(duì)的刀具表面前刀面與（主）后刀面的交線前刀面與副后刀面的交線與已加工表面相對(duì)的刀具表面連接主切削刃和副切削刃的一段刀刃切屑流出時(shí)經(jīng)過的刀面機(jī)械制造技術(shù)2.2.2刀具的幾何參數(shù)刀具標(biāo)注角度的靜止參考系(A)刀具的靜止角度參考系通過主切削刃上某一指定點(diǎn)，與垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面Pr通過主切削刃上某一指定點(diǎn)，與主切削刃相切并垂直于基面的平面Ps通過主切削刃上某一指定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面與切削平面的平面Po機(jī)械制造技術(shù)(B)外圓車刀的標(biāo)注角度外圓車刀的標(biāo)注角度基面中測(cè)量的主切削刃和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角

κr

切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃與過刀尖所作基面之間的夾角

λs正交平面中測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角

γo正交平面內(nèi)后刀面與切削平面之間的夾角

αo副正交平面中測(cè)量的副后刀面與副切削平面間的夾角基面中測(cè)量的副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向之間的夾角機(jī)械制造技術(shù)車刀角度正負(fù)的規(guī)定車刀角度正負(fù)的規(guī)定前角、后角刃傾角機(jī)械制造技術(shù)(C)

刀具的工作角度橫向進(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)對(duì)刀具工作角度的影響橫向切削不宜選用過大的進(jìn)給量，并應(yīng)適當(dāng)加大刀具的靜止后角。Pre機(jī)械制造技術(shù)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響機(jī)械制造技術(shù)刀尖安裝高低對(duì)工作角度的影響刀尖高低對(duì)工作角度的影響車削外圓時(shí)，刀尖高于工件中心(如圖)，

γo

、

αo如何變化？若刀尖低于中心，又如何變化？若是鏜削內(nèi)孔，上述兩情況下γo

、

αo又如何變化？機(jī)械制造技術(shù)刀桿中心線安裝偏斜對(duì)工作角度的影響刀桿中心線安裝偏斜對(duì)工作角度的影響刀桿中心線右偏(圖示)，

κr

、如何變化？若左偏又如何變化？機(jī)械制造技術(shù)任務(wù)三了解金屬切削過程及其基本規(guī)律任務(wù)引入為什么零件的加工質(zhì)量不同？哪些因素影響最終的加工質(zhì)量？材料如何從本體上分離下來？分離過程有些什么現(xiàn)象？這些現(xiàn)象有什么規(guī)律？如何利用這些規(guī)律？機(jī)械制造技術(shù)知識(shí)鏈接3.1金屬切削變形3.1.1切削變形區(qū)第Ⅱ變形區(qū)第Ⅰ變形區(qū)第Ⅲ變形區(qū)金屬切削過程三個(gè)變形區(qū)示意圖機(jī)械制造技術(shù)3.1.2切屑的類型(A)帶狀切屑加工碳鋼、合金鋼、銅、鋁等塑性金屬，采用切削速度高、切削厚度較小、刀具前角較大時(shí)常見此類切屑。(B)節(jié)狀切屑切削黃銅或低速切削鋼時(shí)，容易得到此類切屑。機(jī)械制造技術(shù)(C)粒狀切屑(D)崩碎切屑用較大切削厚度切削鑄鐵、青銅等脆性金屬出現(xiàn)此類切屑。切削鉛或很低的速度下切削鋼時(shí)，得到此類切屑。機(jī)械制造技術(shù)3.1.3積屑瘤(A)積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤機(jī)械制造技術(shù)(B)積屑瘤形成、生長(zhǎng)和脫落過程機(jī)械制造技術(shù)(C)積屑瘤的作用部分代替刀具進(jìn)行加工，起到保護(hù)刀具，增大前角。造成過切，加劇刀具前刀面的磨損及切削力的波動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度。積屑瘤對(duì)粗加工有利，對(duì)精加工則不利。機(jī)械制造技術(shù)(D)

減小或避免積屑瘤的措施避免采用產(chǎn)生積屑瘤的速度切削。采用大前角刀具切削。提高工件的硬度。其他措施，如減小進(jìn)給量，減小前刀面的粗糙度值，合理使用切削液等。采用低速或高速切削，避免中速切削（νc≈20m/min）機(jī)械制造技術(shù)3.2切削力3.2.1切削力的來源、合力、分力(A)來源克服被加工材料對(duì)彈性變形的抗力?？朔患庸げ牧蠈?duì)塑性變形的抗力。克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。機(jī)械制造技術(shù)(B)合力、分力切削力Fc切削力在主運(yùn)動(dòng)方向的分力。背向力Fp

切削力在背吃刀方向上的分力。進(jìn)給力Ff

切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力。切削力機(jī)械制造技術(shù)3.2.2影響切削力的因素(A)工件材料塑性金屬，強(qiáng)度、硬度越高，材料的剪切屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。脆性材料，塑性變形小，切屑與前刀面摩擦小，切削力小。吃刀量ap↑切削寬度bD、切削面積AD↑(100%)變形抗力和摩擦力↑(100%)切削力Fc↑(100%)。機(jī)械制造技術(shù)(B)切削用量背吃刀量影響進(jìn)給量f↑切削面積AD↑(100%)，切削厚度hD↑(100%)平均切削變形↓切削力Fc↑(70-90%)。進(jìn)給量影響切削加工中，若從切削力角度考慮，加大進(jìn)給量f比加大背吃刀量ap有利。機(jī)械制造技術(shù)切削速度影響（塑性材料通過積屑瘤影響）切削速度對(duì)切削力的影響加工脆性材料，切削速度基本沒有影響。機(jī)械制造技術(shù)(C)刀具幾何參數(shù)前角前角對(duì)切削力的影響機(jī)械制造技術(shù)主偏角κγ↑hD↑切削層變形↓F↓。主偏角對(duì)切削力的影響κγ↑刀尖圓弧占切削刃比例↑變形和擠壓摩擦↑↑F↑。在Κγ=30~60°，

κγ↑hD的影響起主要作用主切削力Fc↓；在κγ=60~90°，

κγ↑刀尖圓弧影響更突出切削力Fc↑。機(jī)械制造技術(shù)刃傾角刃傾角對(duì)切削力的影響λs對(duì)切削力Fp、Ff的影響很大，F(xiàn)p隨著λs減小而增大；Ff隨著λs減小而減小。λs對(duì)Fc影響不大。機(jī)械制造技術(shù)刀尖圓角半徑刀尖圓弧半徑rε↑圓弧工作刃↑變形、摩擦↑

切削力↑主要影響Fp、Ff，對(duì)Fc影響較小。刀具材料與磨損狀況在相同的切削條件下，陶瓷刀具總切削力最小，硬質(zhì)合金刀具次之，高速鋼刀具的總切削力最大。刀具磨損越大，切屑與刀具接觸面的摩擦越大，總切削力越大。切削液適宜的切削液，可減小摩擦，減小變形，降低總切削力。機(jī)械制造技術(shù)3.2.3切削功率切削功率，Kw切削力，N切削速度，m/min(A)切削功率(B)機(jī)床功率機(jī)床電機(jī)功率，Kw機(jī)床傳動(dòng)效率，一般取η=0.75~0.85機(jī)械制造技術(shù)3.3切削熱與切削溫度切削熱和來源和傳導(dǎo)3.3.1切削熱切削熱由切削層金屬在刀具作用下發(fā)生彈性變形、塑性變形而耗功及切屑與前刀面、工件與后刀面的摩擦產(chǎn)生。車削時(shí)，切削熱約50%~86%由切屑帶走，10%~40%傳入工件，3%~9%傳入刀具，1%傳入周圍介質(zhì)。鉆削時(shí)，約有28%的切削熱由切屑帶走，15%傳入鉆頭，52%傳入工件，5%傳入周圍介質(zhì)。機(jī)械制造技術(shù)3.3.2切削溫度切削溫度一般指切屑與刀具前刀面接觸區(qū)域的平均溫度。切削溫度的高低，取決于該處產(chǎn)生熱量的多少和散熱的快慢。二維切削中的溫度分布機(jī)械制造技術(shù)3.3.3影響切削溫度的因素(A)切削用量ap↑切削力Fc↑(100%)熱量↑(100%)；同時(shí)，切削寬度bD↑(100%)、刀具傳熱面積↑(100%)ap對(duì)切削溫度的影響很小。背吃刀量f↑切削力Fc↑熱量↑進(jìn)給量f↑切削厚度hD↑切屑帶走熱量↑，切削寬度bD不變刀具的傳熱面積↑(<100%)。f對(duì)切削溫度的影響稍大機(jī)械制造技術(shù)切削速度νc↑熱量↑，刀具散熱能力無改變

νc對(duì)切削溫度的影響最大。機(jī)械制造技術(shù)(B)刀具幾何角度前角對(duì)切削溫度的影響前角γo↑變形、摩擦熱量↓γo↑↑楔角↓散熱↓熱量↑機(jī)械制造技術(shù)主偏角主偏角對(duì)切削溫度的影響γo↑切削厚度hD↑熱量↓γo↑刀尖角εr↓，切削寬度bD↓刀具散熱能力↓切削溫度↑機(jī)械制造技術(shù)刀尖圓弧半徑rε↑切削刃平均主偏角↓、切削寬度bD↑刀具散熱能力↑切削溫度↓。機(jī)械制造技術(shù)(C)工件材料強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)熱系數(shù)等。(D)其他因素刀具磨損切削液刀具材料機(jī)械制造技術(shù)3.4

刀具磨損與刀具耐用度3.4.1刀具的磨損形式(A)前刀面磨損刀具磨損正常磨損、非正常磨損機(jī)械制造技術(shù)(B)后刀面磨損(C)前、后刀面同時(shí)磨損機(jī)械制造技術(shù)3.4.2刀具的磨損過程刀具后刀面典型磨損曲線機(jī)械制造技術(shù)3.4.3刀具的磨損標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，此磨損限度稱為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。通常，按后刀面磨損寬度制定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。粗加工和半精加工，一般取正常磨損階段終點(diǎn)處的磨損量作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)(經(jīng)濟(jì)磨損限度)；精加工時(shí)，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)取較小值(工藝磨損限度)。機(jī)械制造技術(shù)3.4.4刀具耐用度刀具耐用度即指新刃磨的刀具從自開始切削到達(dá)到磨損限度所經(jīng)過的總的切削時(shí)間，以T表示，單位為min。刀具總壽命是一把新刀從開始投入切削到報(bào)廢為止總的切削時(shí)間。目前，硬質(zhì)合金車刀的耐用度約60min，高速鋼鉆頭的耐用度約80~120min，硬質(zhì)合金銑刀的耐用度為120~180min，齒輪刀具的耐用度為200~300min。機(jī)械制造技術(shù)任務(wù)四合理選擇切削用量任務(wù)引入任務(wù)：有一軸毛坯直徑d=50mm，長(zhǎng)度320mm，材料45鋼，σb=637Mpa；加工要求外圓加工至

mm，表面粗糙度Ra3.2μm；采用焊接式硬質(zhì)合金外圓車刀（材料YT15，刀桿截面尺寸16mm×25mm）；車刀切削部分幾何參數(shù)：γo=15°，αo

=8°，κr

=75°，

=10°，λs=0°，rε

=1mm。要求確定該車削工序的切削用量。機(jī)械制造技術(shù)知識(shí)鏈接4.1金屬用量選擇原則4.1.1粗加工階段切削用量選擇原則選取盡可能大的吃刀量ap，其次選取盡可能大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)刀具耐用度的限制確定合理的切削速度νc。4.1.2精加工階段切削用量選擇原則選擇較高的切削速度νc、盡可能大的背吃刀量ap和較小的進(jìn)給量f。機(jī)械制造技術(shù)4.2金屬用量選擇方法4.2.1背吃刀量的選用根據(jù)加工余量確定(A)粗加工粗加工時(shí)，在保留半精加工和精加工余量的前提下，一般盡可能用一次進(jìn)給切除全部加工余量。下列情況采用二次或多次走刀：加工余量太大，導(dǎo)致機(jī)床動(dòng)力不足或刀具強(qiáng)度不夠加工余量不均勻，斷續(xù)切削。工藝系統(tǒng)剛度不足等。采用兩次走刀時(shí)，通常第一次走刀取ap1=（2/3~3/4）加工余量，第二次走刀取ap2=（1/4~1/3）加工余量。機(jī)械制造技術(shù)(B)半精加工(C)精加工通常，取ap=0.5~2mm。通常，取ap=0.1~0.4mm。機(jī)械制造技術(shù)