第四章切削加工基础知识教案.doc

课 时 授 课 计 划课程机制工艺教师赵太荧课次 第 周第 次授课班级授课日期节次缺课学生名单教研组长签字数控系抽查授课题目第4章 切削加工基础知识教学目的 及 要 求1. 掌握切削运动的类型、切削用量三要素的概念。2.2. 掌握刀具的组成及几何角度的确定方法，熟悉刀具的工作角度对加工的影响。熟悉积屑瘤的形成及其对切削加工的影响。3.3. 掌握切削液的作用及选用原则，4.4. 掌握前角的选用方法和原则。重点难点 切削用量三要素，切屑种类和积屑瘤的形成及其对切削加工的影响，刀具材料的基本要求及常用刀具材料，教 具 多媒体4-1 切削运动与切削用量一：切削运动与切削用量1.1.1 切削运动金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得合乎设计要求的工件的一种加工方法。（复习金属切削加工和数控加工在机械制造中的地位）1.1 切削运动及切削要素机床为实现切削加工所必需具有的加工工件与工件间的相对运动。它包括主运动和进给运动。主运动主运动的速度即切削速度:主运动的线速度。（分析推导过程，分析根据工件材料查表时只能查到切削速度，而不能直接查到转速的原因）进给运动：进给运动速度：指切削刃选定点相对于工件进给运动的瞬时速度，用vf表示例：外圆车削时，进给运动速度常常用进给量f来表述，单位：mm/r刨削时，进给运动速度用每一行程多少毫米来表述，单位为mm/str。铣削时，进给运动速度常用每齿进给量f来表述，单位：mm/z进给速度vf、进给量f、每齿进给量fz 和刀具齿数Z之间的关系如下： vf = nf 1.1.2 切削时形成的表面车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面：（1）待加工表面（2）已加工表面（3）过渡表面1.1.3 切削用量（1）切削速度vc（2）背吃刀量ap（分析车削和铣削的ap有什么不同）（3）进给量f（解释切削用量三要素对加工的影响。）4-2 刀具几何形状和材料一. 刀具切削部分的组成要素1. 刀具切削部分的几何形状刀杆：起夹持作用刀头:(三面)前刀面：切屑流过的表面主后刀面：刀具上与加工表面相对的表面副后刀面：刀具上与已加工表面相对的表面(两刃)主切削刃：刀具上前刀面与主后刀面的交线副切削刃：刀具上前刀面与副后刀面的交线(一尖)主切削刃与副切削刃的交点 车刀切削角度的坐标平面基面Pr：通过主切削刃上的某一点，与主运动方向相垂直的平面。车刀的基面平行于刀体底面。切削平面Ps：通过主切削刃上的某一点，与过渡表面相切并垂直于基面的平面。正交平面Po：通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。3. 刀具的主要标注角度1) 前角（g0）前刀面和基面之间的夹角。2）后角（a0）主后刀面和切削平面之间的夹角。（直接分析出前角和后角的正、负、零。并要求学生在车刀上分析出前角和后角的正、负时的形状，及其大、小对加工的影响。）3）主偏角（kr）主切削刃与进给方向间的夹角4）副偏角（kr）负切削刃与进给方向的夹角5）刃倾角（lS）主切削刃与基面之间的夹角。在切削平面内度量4、 刀具的工作角度 进给运动对刀具工作角度的影响使刀具实际工作后角减小，工作前角增大 刀具安装高低对刀具工作角度的影响 刀杆中心面（线）不垂直于进给运动方向的影响由此分析出刀具的安装方法：1、刀尖的高度应与工件中心的高度一致。2、刀杆中心面（线）应垂直于进给运动方向。1.4 刀具材料 概 述：刀具材料是指刀具上参与切削部分的材料。1.4.1 刀具材料的基本要求（1）高硬度 （2）高强度与强韧性（3）较强的耐磨性和耐热性（4）优良导热性（5）良好的工艺性与经济性1.4.2 常用刀具材料刀具材料种类很多，常用的有：工具钢（包括碳素工具钢、）、硬质合金、陶瓷金刚石（天然和人造）、立方氮化硼、碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。1、高速钢 高速钢是一种含有钨、钼、钒等合金元素较多的工具钢 ，也称为锋钢或白钢 特点： 1）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍； 2）韧性高，比硬质合金高几十倍； 3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性； 4）可加工性好，热处理变形较小。 应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。2、硬质合金 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 优点 硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。 不足（与高速钢相比）：其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。 硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造。3、 陶瓷刀具材料 陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA9195）和耐热性，在1200的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。4、立方氮化硼人工合成的、高温、其硬度很高，可达80009000HV,仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，并且与元素亲和力小，它的最大的优点是在高温12001300时也不会与铁族金属起反应。能胜任淬火钢、冷硬铸铁的粗车和精车，及高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。超高速加工的首选刀具材料 5、金刚石分为人造和天然两种，是目前最硬的，硬度约为HV10000,故其耐磨性好，不足之处是抗弯强度和韧性差，对铁的亲和作用大，故金刚石刀具不能加工黑色金属，在800时，金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，刀具急剧磨损。金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。主要用作磨具及磨料，有时用于修整砂轮。4-3 切削力和切削温度切削力、切削热和切削温度 （1）切削力的来源 1）切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性 变形、塑性变形所产生的抗力； 2）刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。 （2）切削分力及其作用1）主切削力Fc ：切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，是计算机床动力、校核机床和夹具强度及刚度的重要依据2）背向力Fp切削合力在切削深度方向上的分力，与切深方向相反，它能使工件弯曲和引起震动，对加工质量影响较大。3）进给力Ff切削合力在进给方向上的分力; 与进给方向平行，但方向相反，是设计和校验进给机构强度的依据。4）影响切削力的因素工件材料： 被加工工件材料的强度、硬度越高，切削力增大。强度相近的材料，如其塑性（伸长率）较大，切削力增大。切削脆性材料时，其切削力一般低于塑性材料。 切削用量：切削深度ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同，ap 的影响更大一些。 切削速度： 加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度的增大而减小。刀具几何参数（3）切削热和切削温度1. 切削热的产生传出及影响切削热的来源切屑层的金属发生弹性变形、塑性变形而产生大量的热切屑与刀具前刀面产生的摩擦工件与刀具后刀面产生的摩擦切削热的传导传入切屑，约占总热量的，对切削加工无不利影响传入工件，约占总热量的，会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误差，影响加工精度传入刀具，约占总热量的，使刀具温度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降传入周围介质，约占总热量的，对切削加工无不利影响2. 切削温度及其影响因素切削温度：是指刀具表面上切屑和刀具接触处的平均温度。其高低取决于切削时产生热量的多少和传导条件的好坏，切削用量、工件材料、刀