機械制造基礎 課件 第五章

機械制造基礎機械加工技術選用單元三第五章

金屬切削加工基礎Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知識思維導圖第一節(jié)

金屬切削機床的基本知識01金屬切削機床的分類機床類別用途機床類別用途車床用于加工回轉體零件銑床用于加工平面和成形面鉆床用于粗加工孔刨、插床用于加工平面和溝槽鏜床用于加工尺寸較大的孔和非標準孔拉床用于高效率加工零件的平面和孔等磨床用于零件表面的精加工電加工機床用于某些特種零件的成形加工齒輪加工機床專門用于加工齒輪切割機床用于下料和切割加工螺紋加工機床專門用于加工螺紋其他機床表5-1各類機床的用途02金屬切削機床型號的識讀

5-1車床及銘牌02金屬切削機床型號的識讀注：1)有“()”的代號或數(shù)字，當無內(nèi)容時，則不表示；若有內(nèi)容則不帶括號。

2)有“○”符號者為大寫的漢語拼音字母。

3)有“△”符號者為阿拉伯數(shù)字。

4)有“”符號者為大寫的漢語拼音字母，或阿拉伯數(shù)字，或兩者兼有之。圖5-2機床型號的表示方法02金屬切削機床型號的識讀1.機床的類代號類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機床螺紋加工機床銑床刨插床拉床鋸床其他機床代號CZTM2M3MYSXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲銑刨拉割其表5-2機床的類代號02金屬切削機床型號的識讀2.機床的特性代號

(1)通用特性代號通用特性代號有固定的含義，用大寫漢語拼音字母表示。通用特性高精度自動半自動數(shù)控加工中心輕型加重型仿形柔性加工單元數(shù)顯高速代號GZBKHQCFRXS讀音高自半控換輕重仿柔顯速表5-3機床的通用特性代號(2)結構特性代號對于主參數(shù)相同而結構與性能不同的機床，用結構特性加以區(qū)分。3.機床的組別和系列代號

4.機床主參數(shù)、主軸數(shù)和第二主參數(shù)02金屬切削機床型號的識讀5.機床的重大改進序號表5-4機床型號的含義機床型號表示含義CM6140AC—車床(類代號)M—精密(機床特性代號)6—組代號(落地及臥式車床)1—系代號(普通落地及臥式車床)40—主參數(shù)(最大工件回轉直徑為400mum）A—第一次重大改進(重大改進順序號)XKA5032AX—銑床(類代號)K—數(shù)控(通用特性代號)A—(結構特性代號)50—立式升降臺銑床(組、系代號)32—工作臺面寬度320mm(主參數(shù))A—第一次重大改進(重大改進順序號)MGB1432M—磨床(類代號)G—高精度(通用特性代號)B—半自動(通用特性代號)14—萬能外圓磨床(組、系代號)32—最大磨削直徑為320mm(主參數(shù))03機床的基本組成(一)機床的基本組成

1.動力源

2.傳動系統(tǒng)

3.支撐件

4.工作部件

1)與主運動和進給運動有關的執(zhí)行部件，例如主軸及主軸箱，工作臺及其溜板和滑座，刀架及其溜板，以及滑枕等安裝工件或刀具的部件。

2)與工件和刀具相關部件或裝置，如自動上下料裝置、自動換刀裝置、砂輪修整器等。

3)與上述部件或裝置有關的分度、轉位、定位機構和操縱機構等。5.控制系統(tǒng)

6.冷卻系統(tǒng)

7.潤滑系統(tǒng)

8.其他裝置03機床的基本組成(二)機床常用的傳動方式

1.機床上常用的傳動副1)用于傳遞旋轉運動并實現(xiàn)變速功能的傳動副有：帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動。

2)用于將旋轉運動變?yōu)橹本€運動的傳動副有：齒輪齒條傳動、絲杠螺母傳動等。圖5-3機床上常用的傳動副

a)帶傳動b)齒輪傳動c)蝸桿傳動d)齒輪齒條傳動e)絲杠螺母傳動03機床的基本組成(二)機床常用的傳動方式

2.機床的變速機構圖5-4常用變速機構

a)塔輪變速機構b)滑移齒輪變速機構c)牙嵌離合器變速機構第二節(jié)

機床夾具01夾具的作用、分類及組成1.機床夾具的作用采用夾具裝夾工件，可保證工件與機床、刀具之間的相對位置，位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，因而能使工件可靠和穩(wěn)定地獲得加工精度，也可使一批零件穩(wěn)定地獲得同一加工精度。

保證加工精度的穩(wěn)定采用夾具可使工件迅速地定位和夾緊，免去了工件逐個找正、對刀所花費的時間，縮短了輔助時間，有利于提高生產(chǎn)率和降低成本。

提高生產(chǎn)率機床配備專用夾具，可以使機床使用范圍擴大。

擴大機床的使用范圍010203夾具的作用01夾具的作用、分類及組成2.機床夾具的分類專用夾具是針對某一工件的某一工序而專門設計和制造的夾具。

專用夾具可調(diào)夾具通用夾具隨行夾具組合夾具0201030405隨行夾具是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。組合夾具是一種模塊化的夾具，由預先制造好的通用標準部件經(jīng)組裝而成。通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化并具有很大通用性的夾具，使用時在一定范圍內(nèi)無須調(diào)整或稍加調(diào)整就可以裝夾不同的零件，例如自定心卡盤、單動卡盤、萬能分度頭、機用虎鉗等，這類夾具主要用于單件小批量生產(chǎn)中。圖5-5機用虎鉗01夾具的作用、分類及組成3.機床夾具的組成定位件夾緊裝置夾具體對刀件對刀件用于確定夾具與刀具的相對位置。夾具體是夾具的基礎件，用于連接夾具上各個零件或裝置，使之成為一個整體。夾緊裝置的作用是保證工件在夾具中已定位好的位置不受加工過程中外力的作用而被破壞，使加工得以順利進行。定位件與零件的定位基準相接觸，用以確定工件在夾具中的正確位置。圖5-8鉆床夾具

1—快速鉆套2—導向套3—鉆模板4—開口墊圈5—螺母6—定位銷7—夾具體02常用機床夾具(一)自定心卡盤

1.自定心卡盤的結構2.自定心卡盤的應用圖5-9自定心卡盤的結構

1—卡盤體2—小錐齒輪3—大錐齒輪02常用機床夾具(二)單動卡盤

1.單動卡盤的結構2.單動卡盤的應用圖5-10單動卡盤02常用機床夾具(三)機用虎鉗

1.機用虎鉗的結構2.機用虎鉗的應用圖5-11回轉式機用平口鉗02常用機床夾具(四)萬能分度頭

1.萬能分度頭的結構圖5-12FW250型萬能分度頭結構圖02常用機床夾具(四)萬能分度頭

1.萬能分度頭的結構(1)底座分度頭的本體，大部分零件都裝在底座上。(2)主軸可繞軸線旋轉，它是一根空心軸，前后兩端均有莫氏4號的錐孔。

(3)分度盤作為主要分度部件，安裝在分度手柄的軸上。

(4)插銷安裝在分度手柄的長槽中，沿分度盤半徑方向調(diào)整位置，以便插入不同孔數(shù)的分度盤內(nèi)，與分度叉配合準確分度。

(5)分度盤固定銷當需要分度盤轉動或固定時，可以松開或插上分度盤固定銷來實現(xiàn)。

(6)本體安裝分度頭主軸等的殼體零件，主軸隨回轉體可沿著基座的環(huán)形導軌轉動，使主軸軸線在-6°～95°的范圍內(nèi)做不同仰角的調(diào)整。

(7)主軸鎖緊手柄其主要作用是分度后固定主軸位置，減少蝸桿和蝸輪承受的切削力，減小振動，以保證分度頭的分度精度。02常用機床夾具(四)萬能分度頭

1.萬能分度頭的結構(8)蝸桿脫落手柄主要用來控制蝸桿和蝸輪之間的嚙合和脫開。

(9)蝸桿副間隙調(diào)整螺母主要用于調(diào)整蝸桿副的軸向間隙，以保證分度的準確性。

(10)分度撥叉方便分度和防止分度出錯。

(11)刻度盤直接分度時，刻度盤用來確定主軸轉過的角度。

(12)游標游標所指示的是分度頭上的卡盤軸線與銑床工作臺的夾角。

(13)分度手柄主要用于分度，通過擺動分度手柄，根據(jù)分度頭傳動系統(tǒng)的傳動比，手柄轉一整圈，主軸轉過相應的圈數(shù)。02常用機床夾具(四)萬能分度頭

2.萬能分度頭的分度過程3.萬能分度頭的應用圖5-13萬能分度頭傳動系統(tǒng)02常用機床夾具(五)頂尖

1.頂尖的種類圖5-13萬能分度頭傳動系統(tǒng)02常用機床夾具(五)頂尖

2.頂尖的應用

(1)固定頂尖固定頂尖剛性好，定心準確，但與工件中心孔之間會產(chǎn)生滑動摩擦而發(fā)熱過多，容易將中心孔或頂尖燒壞。

(2)回轉頂尖回轉頂尖將工件與中心孔的滑動摩擦改為頂尖內(nèi)部軸承的滾動摩擦，能在很高的轉速下正常工作，克服了固定頂尖的缺點，因此應用日益廣泛。第三節(jié)

刀具01常用刀具材料硬度和耐磨性強度和韌性工藝性能和經(jīng)濟性耐熱性(一)刀具材料性能要求01常用刀具材料碳素工具鋼合金工具鋼超硬刀具材料(二)常用刀具材料高速鋼硬質(zhì)合金(1)金剛石金剛石是自然界中最硬的材料，其硬度可達10000HV。

(2)立方氮化硼立方氮化硼是用高溫高壓的方法制成的。(3)陶瓷材料陶瓷的主要成分是氧化鋁(Al2O3)，其硬度、耐熱性和耐磨性均比硬質(zhì)合金高，允許的切削速度比硬質(zhì)合金高20％～25％。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的選用1.切削刀具材料與加工對象的力學性能匹配

(1)刀具材料硬度順序為：金剛石>立方氮化硼>陶瓷>硬質(zhì)合金>高速鋼。

(2)刀具材料的抗彎強度順序為：高速鋼>硬質(zhì)合金>陶瓷>金剛石和立方氮化硼。

(3)刀具材料的韌性大小順序為：高速鋼>硬質(zhì)合金>立方氮化硼、金剛石和陶瓷。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的選用2.切削刀具材料與加工對象的物理性能匹配3.切削刀具材料與加工對象的化學性能匹配

(1)各種刀具材料抗粘結溫度高低為：聚晶立方氮化硼(PCBN)>陶瓷>硬質(zhì)合金>高速鋼(HSS)。

(2)各種刀具材料抗氧化溫度高低為：陶瓷>聚晶立方氮化硼(PCBN)>硬質(zhì)合金>金剛石>高速鋼(HSS)。

4.切削刀具材料的合理選擇02切削刀具(一)車刀的幾何形狀1.車刀的組成2.車刀切削部分的組成

(1)三面

(2)兩刃

(3)一尖圖5-15車刀

a)車刀的組成b)車刀切削部分的組成02切削刀具(二)刀具的幾何參數(shù)1.刀具角度的參考平面圖5-16切削平面、基面和正交平面02切削刀具(二)刀具的幾何參數(shù)2.車刀的主要角度圖5-17車刀的主要角度02切削刀具(二)刀具的幾何參數(shù)2.車刀的主要角度(1)前角γo在正交平面中測量，是前刀面與基面之間的夾角。(2)后角αo在正交平面中測量，是主后刀面與切削平面之間的夾角。

(3)主偏角κr在基面中測量，它是主切削刃在基面的投影與進給方向的夾角。

(4)副偏角κ′r在基面中測量，是副切削刃在基面上的投影與進給反方向的夾角。

(5)刃傾角λs在切削平面中測量，是主切削刃與基面的夾角。02切削刀具圖5-19刃傾角與排屑方向

a)λs=0°b)+λsc)-λs

圖5-18刃傾角的正負

a)λs=0°b)+λsc)-λs

02切削刀具(三)車刀角度的初步選擇1.前角(γo)1)工件材料較軟、車削塑性材料時，前角取較大值；工件材料較硬、車削脆性材料時，前角取較小值。

2)粗加工時，前角取較小值；精加工時，前角取較大值。

3)車刀材料的強度、韌性較差時，前角取較小值；反之，前角取較大值。02切削刀具(三)車刀角度的初步選擇2.后角(αo)3.主偏角(κr)

4.副偏角(κ′r)

5.刃傾角(λs)圖5-20立銑刀第四節(jié)金屬切削原理01零件表面切削加工的成形方法軌跡法成形法展成法相切法圖5-21零件表面的成形方法

1—母線2—導線圖5-22形成發(fā)生線的方法02切削運動圖5-23常見切削加工方法的切削運動

a)車削b)刨削c)鉆削d)銑削02切削運動1.基本運動(1)主運動主運動是指形成機床切削速度或消耗主要動力的工作運動，也就是切下切屑的基本運動。(2)進給運動進給運動是指使工件多余的材料不斷被去除的工作運動。圖5-24切削運動及加工表面

a)車削b)鉆削c)鏜削d)刨削e)銑削f)磨削

1—待加工表面2—過渡表面3—已加工表面

vc——主運動vf、vfa、vw—進給運動02切削運動2.切削過程中形成的三種表面

(1)已加工表面已加工表面是指工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。

(2)過渡表面工件上切削刃正在切削著的表面，它總是處在待加工表面與已加工表面之間，也稱切削表面或加工表面。

(3)待加工表面待加工表面是指工件上有待切除的表面。03切削用量1.切削速度(vc)

例1：車削工件Z4012臺鉆的套筒工件，下料毛坯為?55mm，選定車床主軸轉速為560r/min，求切削速度vc?

解：vc=πdn/1000≈3.14×55×560/1000≈97(m/min)

例2：在CA6140型車床上粗加工Z4012臺鉆的軸承座，下料毛坯為?80mm×57mm，毛坯材料為45鋼，刀具材料選用P10，選用切削速度為100m/min，求車床主軸轉速n?

解：n=1000/πd≈1000×100/3.14×80≈398(r/min)03切削用量2.進給量(f)

3.背吃刀量(ap)4.切削用量的選擇原則

例3：在CA6140車床粗加工Z4012臺鉆的立柱，下料圓鋼為?75mm×625mm，在車床上用一夾一頂方式裝夾，一次車削外圓至?71mm,長度至600mm。進給量f采用0.3mm/r，主軸轉速為450r/min，求:

(1)背吃刀量ap是多少？

(2)車削長度600mm所需的時間t？(時間單位:1h=60min，1min=60s)

解：(1)ap=-/2=75mm-71mm/2=2mm

(2)車削一次所需時間t=600mm/450r/min×0．3mm/r≈4.44min04切削力(一)切削力的產(chǎn)生

1.變形抗力

2.摩擦阻力

(二)切削力的分解圖5-25切削力的分解04切削力(三)影響切削力的因素

1.工件材料的影響

1)工件材料的物理和力學性能、加工硬化程度、熱處理狀態(tài)以及切削前的加工狀態(tài)都對切削力的大小產(chǎn)生影響。

2)工件材料的強度、硬度、沖擊韌性、塑性和加工硬化程度越大，則切削力越大。

3)工件材料的化學成分、熱處理狀態(tài)等因素都直接影響其物理和力學性能，因而也影響切削力的大小。04切削力(三)影響切削力的因素

2.刀具幾何參數(shù)的影響

(1)前角對切屑力的影響1)加工塑性材料時，前角增大，變形系數(shù)減小，因此切削力降低。2)加工脆性材料(如加工鑄鐵、青銅)時，由于切屑變形很小，所以前角對切削力的影響不顯著。(2)主偏角對切屑力的影響

1)主偏角κr對切削力Fc的影響較小，影響程度不超過10%。

2)主偏角κr對背向力Fp和進給力Ff的影響較大。

3)刀尖圓弧半徑對切削力的影響：刀尖圓弧半徑增大，使切削刃曲線部分的長度和切削寬度增大，但切削厚度減小，各點的κr減小。

04切削力(三)影響切削力的因素

2.刀具幾何參數(shù)的影響

(3)刃傾角對切屑力的影響1)刃傾角λs在很大范圍(-40°～40°)內(nèi)變化時對切削力Ff沒有什么影響。

2)刃傾角λs對Fp和Ff影響較大，隨著λs的增大，F(xiàn)p減小，而Ff增大。

3.切削用量的影響

4.其他影響因素05切削熱與切削溫度(一)切削熱

(二)切削溫度

1.切削用量

2.刀具幾何參數(shù)圖5-26前角與切削溫度的關系圖5-27主偏角與切削溫度的關系05切削熱與切削溫度3.工件材料

1)材料的強度、硬度越高，切削力越大，切削溫度也越高。

2)材料的熱導率越低，由工件和切屑帶走的熱量就越少，切削溫度就越高。

3)切削脆性金屬材料時，由于塑性變形很小，且切屑呈崩碎狀，與前刀面的摩擦小，產(chǎn)生的熱量也就少，故切削溫度一般較塑性材料低。4.切削液06切削液(一)切削液的種類

切削液的種類切削油水溶液乳化液06切削液(二)切削液的作用冷卻作用清洗作用潤滑作用其他作用防銹作用020103040506切削液(三)切削液的選用

1.根據(jù)工件材料選擇

1)切削鑄鐵、青銅時，一般不用切削液；精加工時，使用煤油。

2)切削鋁材時，用煤油；切削鎂合金時，用礦物油。

3)切削非鐵金屬時，不宜用含硫的切削液。

4)切削一般鋼時，采用乳化液；切削難切削材料時，