第14章金属切削加工概述

第十四章金属切削加工概述 第一节切削运动和切削用量一 切削运动在切削加工过程中 刀具和工件之间的相对运动称为切削运动 按其所起的作用 切削运动分为两类 主运动切去切屑所必需的基本运动称为主运动 在切削运动中 主运动的速度最高 消耗功率也最大 进给运动使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动 图14 1所示为几种主要切削加工的运动形式 图14 1几种主要切削加工的运动形式a 车削b 铣削c 钻削d 刨削e 外圆磨削f 平面磨削 主运动 进给运动 二 切削用量在切削过程中 工件上存在三种表面 如图14 2所示 以车削为例 即 待加工表面 需要切去金属的表面 已加工表面 切削后得到的表面 过渡表面 正在被切削的表面 过渡表面亦称切削表面 或加工表面 图14 2工件上的三种表面及切削用量 待加工表面 过渡表面 已加工表面 切削速度切削速度是指主运动的线速度 以v表示 单位为m s 当主运动为旋转运动时 其切削速度可按下式计算 v Dn 60000式中D 被切削件 或刀具 的直径 mm n 被切削件 或刀具 的转速 r min 进给量进给量是指工件 或刀具 每转一转时刀具 或工件 沿进给方向移动的距离 也称走刀量 以f表示 单位为mm r 如主运动为往复直线运动 如刨削 插削 则进给量的单位为mm 次 背吃刀量背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离 也称切削深度 以ap表示 单位为mm 在车床上车削外圆时 背吃刀量的计算公式为ap D d 2式中D 工件待加工表面的直径 mm d 工件已加工表面的直径 mm 上述切削速度 进给量和背吃刀量称为切削用量三要素 第二节金属切削刀具一 刀具材料的性能及选用在切削加工中 由刀具直接完成切削工作 刀具能否胜任切削工作 决定于刀具切削部分材料的性能 刀具切削部分的材料应满足如下性能要求 高硬度 高耐磨性 高热硬性 足够的坚韧性 良好的工艺性常用的刀具材料有碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金及非金属陶瓷材料等 其中应用最多的是高速钢和硬质合金 二 刀具切削部分的几何角度先看几种刀具切削部分的形状比较 如图14 3所示 再以外圆车刀为例 了解刀具切削部分的几何角度 图14 3几种刀具切削部分的形状比较a 铣刀与车刀b 钻头与车刀 车刀的组成如图14 4所示 车刀主要由刀头和刀杆两部分组成 刀头的几个组成部分是 前刀面 又称前面 主后刀面 又称后面 副后刀面 又称副后面 主切削刃 副切削刃和刀尖 图14 4车刀的组成1 刀头2 刀杆3 前刀面4 主后刀面5 副后刀面6 主切削刃7 副切削刃8 刀尖 刀具切削部分的几何角度 辅助平面为了确定各刀面与刀刃在空间的位置和测量角度 需选择一些辅助平面作为基准 如图14 5所示 目前常用的辅助平面有 基面 切削刃上任意一点的基面是通过该点并垂直于该点切削速度方向的平面 切削平面 切削刃上任意一点的切削平面是通过该点并和工件切削表面相切的平面 正交平面 主刀刃上任意一点的正交平面是通过该点并垂直于主刀刃在基面上投影的平面 上述三个平面在空间是相互垂直的 图14 5车刀上的三个辅助平面1 工件2 车刀3 底平面4 基面5 正交平面6 切削平面 车刀的主要几何角度 见图14 6 1 在正交平面内测量的角度 前角 0 前刀面与基面之间的夹角 后角 0 主后刀面与切削平面之间的夹角 楔角 0 前刀面与主后刀面之间的夹角 前角 后角和楔角三者之间的关系为 0 0 0 90 2 在基面内测量的角度 主偏角 r 主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角 副偏角 r 副切削刃在基面上的投影与进给反方向之间的夹角 刀尖角 主 副切削刃在基面上投影之间的夹角 主偏角 副偏角和刀尖角三者之间的关系为 r r r 180 图14 6车刀的主要几何角度 3 在切削平面内测量的角度 刃倾角 s 在切削平面内主切削刃与基面之间的夹角 见图14 7 图14 7刃倾角及其对排屑方向的影响 三 刀具的种类和用途 车刀车刀是车削加工使用的刀具 常用车刀的种类及形状如图14 8所示 图14 8常用车刀a 45 外圆车刀b 75 外圆车刀c 90 左偏刀d 90 右偏刀e 镗孔刀f 切断刀g 螺纹车刀h 成形车刀 铣刀铣刀种类很多 常用铣刀如图14 9所示 图14 9常用铣刀a 圆柱形铣刀b 端铣刀c d 三面刃圆盘铣刀e 立铣刀f 键槽铣刀g 形铣刀h 角度铣刀i j 成形铣刀 钻头钻头种类较多 有中心钻 麻花钻 扩孔钻 深孔钻等 其中常用的是麻花钻 标准麻花钻由钻柄 工作部分和颈部组成 如图14 10所示 钻套及钻夹头如图14 11所示 图14 10标准麻花钻的组成a 锥柄钻头b 直柄钻头 图14 11钻套和钻夹头a 钻套b 钻夹头 刨刀常用刨刀如图14 12所示 其中 弯头刨刀除能缓和冲击 避免崩刃外 在受力发生弯曲变形时还不致啃伤工件表面 见图14 13 图14 12常用刨刀a 平面刨刀b 样板刀c 角度偏刀d 偏刀e 宽刃刀f 切刀g 内孔刨刀h 弯切刀 图14 13直头刨刀和弯头刨刀刨削时的情况a 直头刨刀刨削b 弯头刨刀刨削 图14 14砂轮的构造 磨粒 结合剂 孔隙 砂轮砂轮是磨削刀具 其构造如图14 14所示 砂轮的性能由磨料 粒度 硬度 结合剂及砂轮组织等因素决定 常用的砂轮磨料有刚玉类 主要成分是Al2O3 和碳化物类 主要成分是SiC或B4C 常用的砂轮有平板形 碗形 碟形等 见图14 15 图14 15常用砂轮的形状a b 平板形c d e 碗形f g h 碟形 第三节金属切削过程一 切屑的形成及种类由于被加工材料性质和切削条件的不同 切屑的形成过程和形态也不相同 常见的切屑有三种形态 如图14 16所示 一 带状切屑 二 节状切屑 三 崩碎切屑 图14 16切屑的种类a 带状切屑b 节状切屑c 崩碎切屑 二 切削力为了分析切削力对工件 刀具 机床的影响 一般将总切削力F分解为相互垂直的三个分力 如图14 17所示 主切削力Fc 背向力Fp 进给力Ff总切削力和各切削分力之间的关系式为 图14 17切削力的分解 三 切削热和切削液在切削加工过程中 工件的金属切削层发生挤裂变形 切屑与前刀面之间有剧烈摩擦 在后刀面与加工表面之间也有摩擦 由这些变形和摩擦产生的热 称为切削热 切削热对切削过程是不利的 为了延长刀具的使用寿命 提高工件的加工表面质量和提高生产效率 可在切削过程中使用切削液 目前常用的切削液一般分为两大类 一类是以冷却为主的水溶液 主要包括电解质水溶液 苏打水 乳化液 乳化油膏加水 等 另一类是以润滑为主的油类 主要包括矿物油 动植物油 混合油和活化矿物油等 第四节机床的分类与型号一 机床的分类按加工性质和所用刀具进行分类 机床分为11大类 车床 钻床 镗床 磨床 齿轮加工机床 螺纹加工机床 铣床 刨插床 拉床 锯床 其它机床 按照机床工艺范围的宽窄 可分为通用机床 专门化机床和专用机床三类 按照机床重量和尺寸的不同 可以分为仪表机床 中型机床 大型机床 重型机床和超重型机床 按照自动化程度 可分为手动 机动 半自动和自动机床 此外 机床还可按照加工精度 主要功能部件 如主轴等 的数目等进行分类 二 机床型号的编制方法我国的机床型号 现在是按1994年颁布的国家标准GB T15375 1994 金属切削机床型号编制方法 编制的 此标准规定 机床型号由汉语拼音字母和数字按一定的规律组合而成 它适用于各类通用机床和专用机床 不包括组合机床 通用机床型号按下列方式表示 注 其中 有 的代号或数字 无内容时可以不写 有内容时不带括号 有 符号者 为大写汉语拼音字母 有 符号者 为阿拉伯数字 有 符号者 既有汉语拼音字母 又有阿拉伯数字 机床类 组 系的划分及其代号机床的类别代号及其读音如表14 1所示 机床的类 组划分详见表14 2 表14 1普通机床类别代号 表14 2金属切削机床类 组划分表 组别 类别 组别 类别 组别 类别 机床的特性代号它表示机床所具有的特殊性能 包括通用特性和结构特性 当某类型机床除有普通型外 还具有如表14 3所列的某种通用特性时 则在类别代号之后加上相应的特性代号 例如 CK 表示数控车床 为了区分主参数相同而结构不同的机床 在型号中用结构特性代号表示 结构特性代号为汉语拼音字母 例如 CA6140型卧式车床型号中的 可理解为这种型号车床在结构上区别在于C6140型车床 表14 3通用特性代号 机床的主参数和第二主参数机床型号中的主参数用折算值 一般为主参数实际数值的1 10或1 100 表示 位于组 系代号之后 它反映机床的主要技术规格 其尺寸单位为mm 如C6150车床 主参数折算值为50 折算系数为1 10 故主参数 床身上最大回转直径 为500mm 第二主参数加在主参数后面 用 加以分开 如C2150 6表示最大棒料直径为50mm的卧式六轴自动车床 机床重大改进顺序号当机床的结构 性能有重大改进和提高时 按其设计改进的次序分别用汉语拼音字母A B C D 表示 附在机床型号的末尾 以示区别 如C6140A是C6140型车床经过第一次重大改进的车床 目前 工厂中使用较为普遍的几种老型号机床 是按1959年以前公布的机床型号编制办法编定的 按规定 以前已定的型号现在不改变 例如C620 1型普通车床 型号中的代号及数字的含义为 第五节机床传动系统的基本概念 传动链在机床的传动系统中 通常用一些传动零件 轴 带轮 带 齿轮副 蜗杆副 丝杠螺母机构 齿轮齿条机构等 把动力源 电动机 和执行机构 主轴 工作台 刀架等 或把两个执行机构连接起来 用以传递动力或运动 这种传动联系称为传动链 机床有多少个运动 就相应有多少条传动链 机床的所有相互联系的传动链 组成了机床的传动系统 在图14 18所示的丝杠车床传动系统中 有两条传动链 第一条 运动由动力源 电动机 经带传动传给轴 又经蜗杆蜗轮副传给主轴 使主轴获得旋转运动 第二条 由主轴 经两对齿轮副 挂轮 和 和 传给丝杠螺母机构 带动刀架直线移动 图14 18丝杠车床的传动系统 传动比计算定轴轮系的速比可用下列公式 因此有 上式右端各主动轮齿数的乘积与各从动轮齿数的乘积的比值称为传动比 以u表示 即 故得 对于轮系中的每一对齿轮 齿轮副 传动来说 其传动比就等于主动齿轮齿数z1与从动齿轮齿数z2的比值 即 同理 对于带传动 其传动比等于主动轮直径D1与从动轮直径D2的比值 即 3 机床传动系统图为了清晰地表示机床传动系统中各零件及其相互连接关系 按照国家标准规定的图形符号 见附表 画出机床各个传动链的综合简图 称为机床传动系统图 如图14 18 阅读机床传动系统图时 第一步是找出传动链的两端件 第二步是研究传动链中