第1次课7.1加工质量7.2切削运动.doc

课题1教学课题7.1 加工质量 7.2 切削运动目的要求1、 掌握加工质量的评价要求，清楚加工精度和表面质量等概念2、 掌握切削加工中运动情况及切削三要素教学重点切削加工中运动情况及切削三要素教学难点切削三要素教学方法多媒体教学教学课时2学时授课时间认识课本知识体系，了解本课程掌握内容，引入课程学习：通过课本目录，了解本教材各章节知识内容，回顾已学内容，让学生头脑中形成知识体系，机械制造基础内容包括工程材料、热加工技术、公差与配合、机械加工技术等多门专业知识，作为机械制造技术课程，我们主要学习掌握的是热加工技术与机械加工技术。第七八章即是机械加工技术的主要内容。第七章 金属切削加工基本知识提问：1、通过以往所接触到的专业知识和工学交替实习经历，大家见到过哪些制造加工方法？2、大家所了解的一些加工方法哪些应该是属于金属切削加工？金属切削加工的定义：利用工件和刀具之间的相对（切削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，从而获得具有一定加工质量零件的过程。通过金属切削加工的定义描述，我们可见，理解零件加工质量的概念；掌握切削运动和金属切削刀具的基本知识；认识金属切削过程的基本规律是学习金属切削加工的基本内容。观看各种切削加工方法的图片，了解车、刨、铣、磨、钻、镗等加工方法，具体第八章学习，只需引出通过不同的加工方法，来达到金属切削加工的目的。提问：金属切削加工有何目的？金属切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。现代机械制造中，除少数采用精密铸造、精密锻造、粉末冶金和工业塑料压制而成等方法直接获得零件外，绝大多数机械零件要靠切削加工成形。那切削加工具有哪些特点呢？1）切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛，且可获得高的加工精度和低的表面粗糙度。目前可达IT12IT3,Ra250.008m。2）切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的范围大。3）切削加工的生产率高，只在少数特殊场合，其生产率低于精密铸造、精密锻造和粉末冶金等方法。4）切削过程中存在切削力。刀具和工件均需要有一定强度和刚度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度。由于前三个特点和生产批量等因素制约，绝大多数机械零件要靠切削加工成形。切削加工的发展方向：1）加工设备朝着数控技术，精密和超精密，高速和超高速方向发展。分别达到1m，0.01m和0.001m，向原子级加工逼近。2）刀具材料朝超硬刀具材料方向发展。 陶瓷、聚晶金刚石、切削速度每分钟数千转。3）生产规模由目前小批量和单品种大批量向多品种变批量的方向发展。 7.1 加工质量为了保证机电产品的质量，设计时应对零件提出加工质量的要求，机械零件的加工质量包括加工精度和表面质量两方面，它们的好坏将直接影响产品的使用性能、使用寿命、外观质量、生产率和经济性。1、加工精度 经机械加工后，零件的尺寸、形状、位置等参数的实际数值与设计理想值的符合程度称为机械加工精度，简称加工精度。实际值与理想值相符合的程度越高，即偏差（加工误差）越小，加工精度越高。机械加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。尺寸精度：零件的直径、长度、表面距离等尺寸 的实际数值与理想数值相接近的程度。 形状精度：加工后零件上的线、面的实际形状与理想形状的符合程度。位置精度：加工后零件上的点、线、面的实际位置与理想位置的符合程度。 零件图上，对被加工件的加工精度要求常用尺寸公差、形状公差和位置公差来表示什么是公差？回顾相关知识：公差：实际参数值的允许变动量。对于机械制造来说，制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数，使其变动量在一定的范围之内，以便达到互换或配合的要求。举例：螺栓与螺母 几何参数的公差有尺寸公差、形状公差、位置公差等。 尺寸公差。指允许尺寸的变动量，等于最大极限尺寸与最小极限尺寸代数差的绝对值。 形状公差。指单一实际要素的形状所允许的变动全量，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度6个项目。 位置公差。指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量，它限制零件的两个或两个以上的点、线、面之间的相互位置关系，包括平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动8个项目。国家标准GB/T1182-1996形状和位置公差中规定，形状和位置公差共有14个项目，如课本230页表格所示。公差表示了零件的制造精度要求，反映了其加工难易程度。通过一个简单的零件图，进一步了解公差与加工精度。2、表面质量零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表面质量。 机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米几十微米），但都错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。加工表面质量主要是指零件加工后的表面粗糙度以及表面层材质的变化。 （1）表面粗糙度表面粗糙度是指在切削加工中，由于刀痕、塑性变形、振动和摩擦等原因，会使加工表面产生微小的峰谷，这些微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度。表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质等有很大影响。它直接影响机器的使用性能和寿命。一般来说，零件的表面粗糙度越小，零件的使用性能越好，寿命也越长，但零件的制造成本也会相应增加。（2）表面层材质的变化 是指零件加工后在表面层内出现不同于基体材料的力学、冶金、物理及化学性能的变质层。具体表现为加工硬化、金相组织变化、残余应力产生、热损伤、疲劳强度变化及耐腐蚀性下降等。在确定零件加工精度和表面粗糙度时，总的原则是在满足零件使用性能要求和后续工序要求的前提下，尽可能选用较低的精度等级和较大的表面粗糙度值。（3）表面质量对零件使用性能的影响（见图详细列明，可以举以下几个影响为例讲一讲）1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。3）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。4）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度；残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。7.2 切削运动以提问的形式引出，金属切削加工要切除工件上多余的金属，形成已加工表面，必须具备两个基本条件：切削运动和刀具。切削运动的复杂程度将影响机床的结构。刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度，同时也会促进刀具材料、刀具制造工艺的发展。1. 切削运动切削加工时，为了获得各种形状的零件，刀具与工件必须具有一定的相对运动，我们将这种相对运动为切削运动。 切削运动按其所起的作用可分为：（1）主运动由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动, 它使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切屑, 从而形成工件的新表面。在切削运动中，主运动速度最高、耗功最大，是切下切屑所必须的基本运动。提问：车削时，主运动是什么？工件的回转运动。刨削时，主运动是什么？刀具的往复直线运动。主运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。切削速度vc：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。（2）进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对运动，进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可由刀具完成（如车削），也可由工件完成（如铣削），可以是间歇的（如刨削）, 也可以是连续的（如车削）。进给运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。进给速度vf ：切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。主运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；主运动通常只有一个，而进给运动的数目可以有一个或几个。（3）主运动和进给运动的合成 当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动为合成运动，常用合成速度向量ve来表示，如图所示。2、工件表面切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面。绘制简图，要求学生思考。它们分别是：待加工表面，即将被切去金属层的表面；切削表面，切削刃正在切削而形成的表面，切削表面又称加工表面或过渡表面；已加工表面，已经切去多余金属层而形成的新表面。3、切削用量 （1）切削速度vc在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离，单位为m/min或m/s。主运动为旋转运动时,切削速度vc计算公式为:式中d工件直径（mm） n工件或刀具每分(秒)钟转数(r/min或r/s)主运动为往复运动时,平均切削速度为：式中L一往复运动行程长度(mm) nr一主运动每分钟的往复次数(往复次数/min)（2）进给量f 进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的