金属切削与机床(绪论).ppt

金属切削与机床 机械工程系 杨绍奎 绪论 了解机械制造业、机械制造企业 了解金属加工的方法 了解金属切削的目的 了解本课程的必要性 了解机械制造业 机械制造业是各种机械、机床、工具、 仪器、仪表制造过程的总称。 机械制造技术是研究这些机械产品机械产品的加 工原理、工艺过程和方法以及相应设备 的一门工程技术。 机械制造业是国民经济的基础和支柱， 是向其它各部门提供工具、仪器和各种 机械设备机械设备的技术装备部。机械制造业发 展水平是衡量一个国家经济实力和科学 技术水平重要标志之一。 了解机械制造企业 机械制造企业是向社会提供机械 产品或机械设备的社会基本单位 1、机械加工工艺单元 2、机械制造系统 3、生产系统 1、机械加工工艺单元 机械加工工艺单元是制造企业中处 于最底层的、用于工件加工的不可 再拆分的基本加工单元。 往往由机床（设备）、刀具、夹具 和工件四要素组成。 2机械制造系统 机械制造系统是将毛坯、工具、其它辅助 物料和图纸要求作为原材料输入，经过一 次或多次加工、运输、存储、检验等环节 ，最后输出机械加工的成品或半成品的系 统。 一个传统的制造系统通常可以概括地分成 三个组成部分： （1）加工单元 （2）制造过程 （3）技术要求 机械加工工艺单元是机械制造系统的一部 分。 3生产系统 要实现企业最有效地生产和经营，不仅 要考虑原材料、毛坯制造、机械加工机械加工、 试车、油漆、装配、包装、运输和保管 等各种要素，而且还必须考虑技术情报 、经营管理、劳动力调配、资源和能源 的利用、环境保护、市场动态、经济政 策、社会问题等要素，这就构成了一个 企业的生产系统。 机械制造系统是生产系统的一部分。 了解金属加工的方法 机械产品中的金属加工 金属加工金属加工 是机械加工 的主要组成部分 金属加工金属加工 技术衡量是 机械加工技术重要标志 之一 金属加工的方法（1） 一般过程: 冶炼 金属 制坯 毛坯 加工 零件 装配 设备或部件 金属成型的方法 铸造成型 锻造成型 压力成型（挤压、旋压、折弯、拉伸） 金属焊接的方法 金属加工的方法（2） 金属去除的方法 切削去除（车削、铣削、磨削、钻削（扩削、 铰削）、刨削、拉削、镗削、锯削、錾削、锉 削、刮削） 电去除（电火花、电解） 激光去除 化学去除（化学腐蚀） 超声波去除 电化学去除（电化学抛光） 火焰去除 金属切削影视（1） 金属切削的目的 使用机床，通过刀具和工件的 相互作用相互作用，去除多余金属，这 就是金属切削；金属切削的目 的是保证被加工的工件达到图 纸规定的技术要求技术要求： 1、尺寸精度 2、形状和位置精度 3、表面质量 本课程的必要性 金属切削被广泛地使用在各行各 业，亦是模具制造的主要加工方 法。学习金属切削的方法原理和 机床的知识是模具制造有关人员 的必备技能。 掌握金属切削（刀具和工件相互刀具和工件相互 作用作用）的原理和机床的知识，才 能帮助我们深刻分析和解决生产 实际中存在的问题，达到金属切 削的目的。 外圆车刀 内孔车刀 铣削刀具 第一章 金属切削的基本概念（1） 1.1 切削运动与切削用量 1.1.1 切削运动 在切削加工中刀具相对工件的运动，称 为切削运动。切削运动按其作用分为： 主运动（主运动（V V c c ） ：切削速度最高并消耗功 率最大一向的切削运动。 特点：在金属切削中必须有且只能有一个主运动。 进给运动（进给运动（V V f f ）使新的金属投入被切削 的切削运动。 特点：可以连续的或间歇的 合成切削运动（合成切削运动（V V e e ） ：主运动和进给运 动合成的切削运动。 第一章 金属切削的基本概念（2） 待加工表面 已加工表面 过渡表面 切削刃选定点 第一章 金属切削的基本概念(3) 工件上的加工表面：切削时工件上形 成三个不断变化着的表面： （）已加工表面：工件切削后所形成的表面 （）待加工表面：工件上即将被切除的表面 （）过渡表面：工件上由切削刃正在形成的 表面 第一章 金属切削的基本概念(4) 第一章 金属切削的基本概念(5) 1.1.2 切削用量（三要素） 切削用量是切削加工过程中切削速度切削速度、 进给量进给量和背吃刀量背吃刀量（切削深度）的总称 。它是用于调整机床、计算切削力、切 削功率、核算工序成本等所必需的参数 。 1切削速度 2进给量 3背吃刀量（切削深度） 第一章 金属切削的基本概念(6) 切削速度Vc 指切削刃上选定点相对于工件的瞬时速度。 计算时应以最大的切削速度为准，故以待加 工表面与切削刃的交点为选定点。 计算公式： Vc= dwn/1000 Vc ：切削速度（m/s） dw ：待加工表面直径（mm） n ：主轴转速（r/s） 第一章 金属切削的基本概念(7) 进给量f 指刀具在进给运动方向上相对于工件的位 移量 位移量用主轴每转的位移量来表达，单位 mm/r 进给速度Vf 指切削刃上选定点相对于工件进给的瞬时 速度 计算公式： Vf =f n（mm/s） 第一章 金属切削的基本概念（8） 背吃刀量（切削深度） 主切削刃所形成的过渡表面的宽度 第一章 金属切削的基本概念（9） 1.2 刀具切削部分基本定义 金属切削刀具的种类很多，结构、性能各不相 同，但就其单个刀齿而言，可以看成是由外圆 车刀的切削部分演变而来的，下面以外圆车刀 为例，介绍刀具切削部分的基本定义。 1.2.1 刀具切削部分的组成（三面二刃一尖） 刀具切削部分由刀面、切削刃构成： 1、前刀面（前面）A：刀具上切屑流出的表 面。 2、后刀面（后面）A：与工件上过渡表面相 对的表面。 3、副后刀面（副后面）A：与已加工表面 相对的表面。 第一章 金属切削的基本概念(10) 第一章 金属切削的基本概念（11） 4、主切削刃（主刃）S：前刀面与后刀面的 交线。它承担主要切削任务。 5、副切削刃（副刃）S：前刀面与副刀面 的交线，它承担部分切削任务。 6、刀尖：主、副切削刃汇交的一小段切削刃 。 第一章 金属切削的基本概念（12） 1.2.2 刀具的标注角度参考系 在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀 具几何参数的参考系称为标注角度参考系或静 止参考系。 在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度 。 建立刀具标注角度参考系时不考虑进给运动的 影响，且假定车刀刀尖与工件中心等高，车刀 刀杆中心线垂直于工件轴线。 刀具标注角度参考系由下列参考平面所构成： 第一章 金属切削的基本概念（13） 基面Pr：过切削刃选定点垂直于该点切削速度方向的平面，车 刀的基面可理解为平行刀平行刀具底面的平面。 切削平面Ps：过切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面 的平面。 正交平面Po：过切削刃选定点，垂直于主切削刃在基面上的投 影的平面称为正交平面。 Pr、Ps、Po组成一个正交的正交平面参考系正交平面参考系（Pr-Ps-Po）。 法平面Pn ：过切削刃选定点，垂直于主切削刃的平面。 Pr、Ps、Pn组成一个法平面参考系法平面参考系（Pr-Ps-Pn）。 假定工作平面Pf ：过切削刃选定点，平行于假定进给方向并 垂直于基面的平面。 背平面Pp：过切削刃选定点，并垂直于假定工作平面和基面的 平面。 Pr、 Pf 、Pp组成一个背平面参考系背平面参考系（ Pr- Pf -Pp）。 第一章 金属切削的基本概念(14) 第一章 金属切削的基本概念(15) 第一章 金属切削的基本概念(16) 刀具的标注角度 在上述三种不同的刀具标注角度参考系内，均可定义相 应的刀具角度，但一般以采用正交平面参考系兼用法平 面参考系较多。 1、 正交平面参考系内的标注角度 （1）前角 o：正交 平面中测量的前面与基面间的 夹角。 （2）后角 o：正交 平面中测量的后面与切削平面 间的夹角。 （3）主偏角r：基面 中测量的主切削平面与假定 工作平面间夹角。 （4）刃倾角s 切削平面 中测量的切削刃与基面 间的夹角。 第一章 金属切削的基本概念(17) 第一章 金属切削的基本概念(18) 上述四角就能确定车刀主切削刃及其前、后面 的方位（一刃四角法）。 其中o、s两角可确定前面的方位， o、r两角确定后面的方位， r、s两角可确定主切削刃的方位。 同时副切削刃及其相关的前、后面在空间的定 向也需要4个角度，即副刃前角、副后角 o副偏角r 、副刃倾角s ，它们的定 义与主切削刃四角类似。 常用的刀具派生角度有：前刀面与后刀面之间 的夹角称为楔角o；主、副切削刃在基面上投影 的夹角称为刀尖角r。 第一章 金属切削的基本概念(19) 刀具角度正负规定： 前面与基面平行时前角为零；前面与切削平 面间夹角小于90时，前角为正；大于90时 ，前角为负。 后面与基面夹角小于90时，后角为正；大 于90时后角为负。 切削刃与基面（车刀底平面）平行时，刀倾 角为零；刀尖相对车刀以底平面处于最高点 时，刀倾角为正；处于最低点时，刀倾角为 负。 主偏角、副偏角只有正值。派生角度只 有正值。 2、其它参考坐标系内的标注角度 第一章 金属切削的基本概念（20） （1）法平面参考系 法前角n（法平面） 法后角n（法平面） 主偏角r（基面） 刃倾角s（切削平面） （2）背平面内参考系 侧前角f （假定工作平面） 侧后角f （假定工作平面） 背前角p （背平面） 背后角p （背平面） 主偏角r（基面） 刃倾角s（切削平面） 第一章 金属切削的基本概念(21) 1.2.3 刀具的工作角度 刀具标注角度都是在假定运动条件和假定 安装条件下定义的，如果考虑合成运动和 实际安装情况的影响，则刀具的参考系将 发生变化，刀具角度也发生了变化。 按照刀具工作中的实际情况，在刀具工作 角度参考系中确定的角度称为刀具工作角 度。刀具工作角度参考系的坐标平面是根 据合成切削速度方向来确定。 多数情况下，不必进行工作角度的计算， 只有在进给运动和刀具安装对工作角度产 生较大影响时，需考虑工作角度 。 1进给运动对工作角度的影响 2刀具安装高低对工作角度的影响 3刀杆中心线与进给方向不垂直时对工作 角度的影响 第一章 金属切削的基本概念（22） 1进给运动对工作角度的影响 前角增大 后角减小 fe =f +f fe =f -f tanf =f/ dw 2刀具安装高低对工作角度的影响 高于工件中心（前角增大、后角减小） fe =f +f fe =f -f 第一章 金属切削的基本概念（23） 2刀具安装高低对工作角度的影响 底于工件中心（前角增小、后角减大） fe =f -f fe =f +f Tanf =2h/dw h：刀具安装偏离工件中心的值 dw：工件待加工表面直径 刀杆中心偏装对工作角度的影响 与进给方向偏大于90度（主偏角增大、副偏角 减小） 与进给方向偏小于90度（主偏角减小、副偏角 增大） 第一章 金属切削的基本概念（24） 1.3 切削层参数、金属切除率及切削方式 1.3.1 切削层参数 切削层是指切削部分沿进给方向移动一个进 给量所切除的工件材料层。切削层参数是切 削层公称横截面积、切削层公称宽度、切削 层公称厚度的总称。 规定在刀具基面内度量 切削层公称横截面积AD：给定瞬间切削层在基 面内的实际横截平面。 切削层公称宽bD：给定瞬间主切削刃在基面内 投影的两个极限点间的距离。 切削层公称厚度hD：给定瞬间，切削层公称横 截面积与其切削层公称宽之比。 第一章 金属切削的基本概念（25） 第一章 金属切削的基本概念（26） 若车刀刀尖为主，副切削刃的实际交点，且s=0， r =0，则切削层公称横截面积为平行四边形。 切削层各有关参数间的关系为 bD=psinr hD=AD/bD =fsinr AD=hD bD =pf 切削层公称横截面积AD只由进给量和背吃刀量决定 切削层公称宽bD与切削层公称厚度hD随主偏角的变化而 变化。即切削层横截面积的形状与主偏角、刀尖圆半径 的大小有关。 第一章 金属切削的基本概念（27） 1.3.2 金属切除率