機(jī)械制造基礎(chǔ)-第13章-金屬切削加工及機(jī)床基礎(chǔ)知識(shí).ppt

1、切削加工通過(guò)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從工件上切除多余的材料，得到符合預(yù)定要求的工件形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。 分機(jī)加工和鉗工，機(jī)加工是工人操作機(jī)床完成，這是我們主要研究的。鉗工是工人用手持工具來(lái)加工的，在某些場(chǎng)合下，鉗工加工還是非常經(jīng)濟(jì)和方便的。 目前絕大多數(shù)零件的質(zhì)量還要靠切削加工的方法來(lái)保證。,第13章 金屬切削及機(jī)床基礎(chǔ)知識(shí),一、零件表面的形成 1.切削運(yùn)動(dòng) （1）主運(yùn)動(dòng)切下切屑所必須的運(yùn)動(dòng)，消耗功率最多，一種加工主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。 （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)連續(xù)切下切屑所必須的運(yùn)動(dòng)，一種加工可以有一個(gè)（或以上）的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)的也可以是間歇的）,1 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素,2、切削用

2、量,（1）切削速度 選定點(diǎn)的主運(yùn)動(dòng)速度（m/s或m/min）,車(chē)削時(shí)一般算工件最大切削直徑處的線速度。 （2）進(jìn)給量f在單位時(shí)間內(nèi)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。車(chē)削時(shí)為（mm/r）；刨削時(shí)為（mm/str），其他切削加工也可以用進(jìn)給速度 （mm/s、mm/min、m/min），和每齒進(jìn)給量（mm/z）來(lái)衡量。,(3)背吃刀量（切削深度） 待加工表明與已加工表面間的垂直距離（mm）。,dw,dm,二、切削層參數(shù)（如上頁(yè)圖） 1切削厚度hD相鄰兩加工表面間的垂直距離。（mm） 2切削寬度bD沿切削刃方向度量的切削層截面的尺寸。(mm) 3切削面積AD切削層在垂直于切削速度截面內(nèi)的尺寸 (

3、 ),三、 刀具角度 以車(chē)刀為例說(shuō)明刀具的切削部分的結(jié)構(gòu)要素和幾何角度。 1刀具切削部分的組成 外圓車(chē)刀由三個(gè)刀面，兩條切削刃和一個(gè)刀尖組成（圖14）。 （1）前刀面刀具上切屑流過(guò)的表面。 （2）后刀面刀具上與過(guò)渡表面相對(duì)的是主后刀面。 與已加工表面相對(duì)的是副后刀面。 （3）切削刃前刀面與主后刀面相交形成的交線稱(chēng)為主切削刃，它完成主要的切削工作。前刀面與副后刀面相交形成的是副切削刃。 它完成部分的切削工作， 并最終形成己加工表面。 （4）刀尖主、副切削刃的連接部位。,圖14刀具的組成,2車(chē)刀切削部分的主要角度 （1）刀具靜止參考系選定適當(dāng)組合的基準(zhǔn)坐標(biāo)平面作為參考系。用于定義刀具設(shè)計(jì)、制造、刃

4、磨和測(cè)量時(shí)幾何參數(shù)的參考系，稱(chēng)為刀具靜止參考系。 基面過(guò)切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面（Pr）； 切削平面過(guò)切削刃選定點(diǎn)，與過(guò)度表面相切，并垂直于基面的平面（Ps）； 主剖面過(guò)切削刃選定點(diǎn)，且垂直于切削刃在基面投影的平面（Po）。,刀具靜止參考系,主剖,（2）車(chē)刀的主要標(biāo)注角度及選擇要點(diǎn)在車(chē)刀設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)，必須確定的角度。 前角ro 前刀面與基面之間的夾角。增大前角，使主切削刃鋒利，減小切削力和切削熱。但前角過(guò)大，刀刃很脆弱，易產(chǎn)生崩刃。前角有正與負(fù)（如圖）的區(qū)分。 后角o 主后刀面與切削平面之間的夾角。后角的主要作用是減少刀具后刀面與工件表面間的摩擦和后刀面的磨損，

5、并配合前角影響切削刃的鋒利和強(qiáng)度。 主偏角 r主切削刃和進(jìn)給方向在基面（Pr）上投影的夾角。主偏角的大小影響切削分力的大小和刀具耐用度。有時(shí)主偏角根據(jù)工件加工形狀來(lái)定。, 副偏角r副切削刃和進(jìn)給的相反方向在基面Pr上投影的夾角。副偏角的主要作用是減少副切削刃與工件已加工表面的摩擦，減少刀具磨損和防止切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。減小副偏角可減小切削殘留面積，降低己加工表面的粗糙度。 刃傾角s在切削平面（Ps）里測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。它與前角類(lèi)似，也有正、負(fù)和零值之分。刃傾角主要影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和排屑方向。,2 金屬切削過(guò)程 一、切屑的形成過(guò)程及切屑種類(lèi) 1、切屑形成過(guò)程 （1）切削塑性金屬形

6、成切屑過(guò)程（典型） 被切材料彈性變形 （應(yīng)力達(dá)屈服極限）塑性變形 （應(yīng)力達(dá)斷裂極限）擠裂 切離工件本體 形成切屑,（2）變形系數(shù) =L/Lc= hc / hD 其中：L被切金屬層長(zhǎng)度 Lc切屑長(zhǎng)度 hD被切金屬層厚度 hc切屑厚度 1，越大，則標(biāo)志著金屬塑性變形越大。,2、切屑種類(lèi) 帶狀切屑 在切屑形成過(guò)程中，擠裂階段不明顯。 切屑外形：連綿成帶，內(nèi)表面光滑，外表面毛茸。 形成條件：v，f，r0加工塑性材料 對(duì)加工影響：切削力波動(dòng)小，加工平穩(wěn)，加工后表面較光滑。但切屑連續(xù)不斷，不太安全，需采取斷屑措施。,節(jié)狀切屑（擠裂切屑） 在形成這種切屑的過(guò)程中，經(jīng)歷了上述切屑變形的各階段（即彈、塑變形、擠

7、裂、切離） 切屑外形：內(nèi)表面光滑，外表面呈鋸齒形，且呈一節(jié)一節(jié)形狀。 形成條件：v，f，ro，加工中等硬度鋼材（粗加工） 對(duì)加工影響：切削力波動(dòng)大，表面較粗糙,粒狀切屑 在切屑形成過(guò)程中，擠裂階段明顯。 切屑外形：呈梯形狀的粒狀切屑。 形成條件：v ，f ，r0 加工塑性材料。 對(duì)加工影響：切削力波動(dòng)大，表面較粗糙。,崩碎狀切屑 在形成過(guò)程中，塑性變形階段不存在。 外形：不規(guī)則碎片 形成條件：加工脆性材料（如鑄鐵） 對(duì)加工影響：刀尖容易磨損，加工表面較粗糙。 在生產(chǎn)中，為保證加工質(zhì)量，保證切削加工的順利進(jìn)行，常通過(guò)改變切削條件來(lái)得到我們所需的切屑。例：通過(guò)v，f，r0即可使節(jié)狀切屑轉(zhuǎn)變成帶狀切

8、屑，使得加工表面更為光滑。,二、積屑瘤 切削塑性材料時(shí)，在一定的切削速度范圍內(nèi)，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面靠近切削刃部分粘附者一小塊很硬的金屬，這就是積屑瘤，也稱(chēng)刀瘤。 1、積屑瘤對(duì)切削加工的影響 積屑瘤對(duì)粗加工有利，積屑瘤對(duì)精加工不利,2、積屑瘤控制 （1）精加工時(shí)，為避免積屑瘤產(chǎn)生可采取以下措施： 改變工件材料性能：對(duì)硬度小、塑性大的材料，正火、調(diào)質(zhì)處理HB b不易產(chǎn)生 控制切削速度： 采用很大v（v100m/min）精車(chē)、精銑采用高速切削 采用很小v（v5m/min） 故拉削，鉸削采用低速切削。 采用適當(dāng)?shù)那邢饕?提高刀具前刀面光潔度（如刀具刃磨用油后打磨） （2）粗加工時(shí)，則可采用中等切削速度

9、，設(shè)法產(chǎn)生積屑瘤。,三、切削力和切削功率 （一）切削力 切削力就是切削過(guò)程中，刀具與工件之間的作用力與反作用力。 1、切削力來(lái)源 切削力來(lái)源于兩個(gè)方面 工件彈、塑性變形抗力 切屑、工件與刀具的摩擦力,2、切削力的分解及對(duì)加工影響 總切削力F總可分解為三個(gè)互相垂直的切削分力Fx、Fy、Fz （1）主切削力Fz（切向力）： 其方向與切削速度v方向一致，大小約占總切削力F總的80%-90%。 （2）走刀抗力Fx（軸向力）： 其方向與進(jìn)給方向平行，走刀抗力也作功， 但只消耗功率的1-5%。,Y,X,Z,總,（3）吃刀抗力Fy（徑向力）： 其方向作用在吃刀深度方向上，因作用在工件剛性最弱方向，會(huì)使工件彈

10、性彎曲，影響加工精度。 Fy=FxycosKr，當(dāng)Kr=90時(shí),Fy為0。 車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸常采用90主偏角車(chē)刀 Fr= Fx2+Fy2+Fz2 3、切削力的估算 采用經(jīng)驗(yàn)公式：Fz=C*apx*fy*Km*Kr*Kkr*Kf 式中的系數(shù)、指數(shù)可查閱切削用量手冊(cè),（二）切削功率 由于Fy方向無(wú)位移，故Fy不做功。切削功率是Fz和Fx所消耗的功率之和。 車(chē)外圓時(shí)，由于進(jìn)給速度很慢，且Fx也很小，故其所耗功率可略去不計(jì)。 因此，切削功率：Pm=Fz*V*10-3（Kw） 其中：Fz主切削力 N V切削速度 m/s,四、切削熱與切削溫度 （一）切削熱的產(chǎn)生以及對(duì)加工的影響 切削過(guò)程中，所消耗的功率除很少一部

11、分轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賰?nèi)能，絕大部分均轉(zhuǎn)變成熱能而釋放出來(lái)。這些熱稱(chēng)為切削熱。 1、切削熱的來(lái)源 切削熱主要來(lái)源于三方面： 切屑因變形產(chǎn)生的切削熱主要來(lái)源 切屑與刀具前刀面摩擦產(chǎn)生的切削熱 工件與刀具后刀面摩擦產(chǎn)生的切削熱,2、切削熱的傳遞及對(duì)加工的影響 傳遞 切削熱產(chǎn)生后，是通過(guò)切屑、刀具、工件、周?chē)橘|(zhì)傳出的。 對(duì)加工影響 傳入刀具的熱量，對(duì)刀具耐用度影響很大。 傳入工件的熱量，可能使工件變形，影響加工精度，表面質(zhì)量。,3、切削溫度及影響因素 切削溫度指切屑、工件和刀具接觸面上的平均溫度。 影響因素： 切削用量：v、f、ap溫度（其中，影響 最大的是v，其次是f，影響最小的是ap） 工件材料：b 、HB、導(dǎo)熱性溫度 刀具幾何形狀： o切屑變形小溫度 Kraw、ac 主刀刃單位長(zhǎng)度負(fù)荷減輕溫度 散熱條件溫度 切削液冷卻、潤(rùn)滑溫度,五、刀具磨損與耐用度 刀具磨損的主要原因 磨料磨損低速切削 粘結(jié)磨損積屑瘤產(chǎn)生的速度范圍內(nèi) 相變磨損高速鋼、工具鋼刀具 擴(kuò)散磨損硬質(zhì)合金刀具 1、刀具磨損的形式與過(guò)程 刀具正常磨損時(shí)，按磨損部位不同可分為三種形式： 前刀面磨損（當(dāng)v、ac，切削塑性材料時(shí)） 后刀面磨損（當(dāng)v，ac） 前后刀面磨損（一般情況）,刀具磨損一般分為三個(gè)階段。 初期磨損階段（OA段） 正常磨損階段（AB段） 劇烈磨損階段（BC段） 經(jīng)驗(yàn)