机械制造基础-第8章切削基础ppt课件

.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,第8章金属切削基本知识,8.1概述,金属切削加工是用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的机器零件的加工方法。切削加工分为钳工和机械加工两部分。机械加工是通过工人操作机床对工件进行切削加工，常见的加工方法有：车、钻、刨、铣、磨以及齿形加工等。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,8.2切削加工基本知识,一、切削运动切削运动包括主运动和进给运动两类。1、主运动在切削运动中，速度最高、消耗动力最大、为形成表面的最基本运动。例如：车削时工件的旋转运动；刨削时刀具（牛头刨）或工件（龙门刨）的直线往复运动；钻削、铣削和磨削时，钻头、铣刀和砂轮的旋转运动。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,2、进给运动在切削过程中，为了使新的金属层连续投入切削，从而切出工件全部加工表面所需要的运动。例如：车削时车刀沿纵向、横向的直线走刀运动；钻削时钻头的轴向移动；铣削时工件随工作台的直线运动。,注意:（1）、描绘切削运动必须讲清楚两点：谁在动？工件or刀具；怎么动？旋转or直线移动（2）、主运动只有一个，进给运动可以有多个。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,动画：典型切削加工的切削运动,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,二、运动要素1、切削运动中的三个表面,（1）待加工表面：工件上有待切除的表面（2）过渡表面：工件上正与刀具切削刃相碰的表面（3）已加工表面：工件上已经被刀具切削过的表面,待加工表面,已加工表面,过渡表面,车外圆时的3种表面,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,2、切削用量三要素,切削速度,进给量,背吃刀量,在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件与刀具间沿进给运动方向上的位移量。,在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向相对移动的距离。,待加工表面和已加工表面的垂直距离。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,（1）切削速度Vc指主运动的速度。即在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向相对移动的距离。式中：d车削时的工件待加工表面直径dw；铣削、磨削时的刀具直径或砂轮直径（mm）n工件或刀具的转速（r/s或r/min）式中：L往复运动的行程长度（mm）n主运动每分钟往复次数（str/mm),(m/min或m/s),主运动为旋转运动时,主运动为往复直线运动时,(m/min或m/s),.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,（2）进给量f在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件与刀具间沿进刀方向相对运动的距离。如在车削、镗削、钻削时，进给量表示工件或刀具每转一转，刀具或工件移动的距离，单位是mm/r。在牛头刨床（龙门刨）刨削时，刀具（工件）每往复一次，工件（刀具）移动的距离。,(mm/r或mm/str),对于多齿刀具(如铣刀)常常还以每齿进给量fz(mm/z)表示。则,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,（3）背吃刀量（切削深度）ap待加工表面和已加工表面的垂直距离。其中：dw为待加工表面的直径。,dm为已加工表面的直径。,车削外圆时：,（mm）,（mm）,（mm）,3、切削层参数,切削层参数包括切削层公称厚度、切削层公称宽度和切削层公称横截面积。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,(1)切削层公称厚度hD垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。(2)切削层公称宽度bD平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。(3)切削层公称横截面积AD切削层的实际横截面积,（mm）,（mm）,(mm2),.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,hD,bD,车削时的切削层参数,AD,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,4、切削用量的合理选择,切削用量的大小将直接影响工件的加工质量、生产率和刀具的使用寿命(耐用度)。（1）切削用量对加工质量的影响ap或f：切削力、工件变形、加工精度、表面粗糙度（2）切削用量对基本工艺时间的影响,vc或ap或f：基本工艺时间（效果相同）,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,（3)对刀具寿命(耐用度)和辅助时间的影响,刀具的耐用度刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间。,（当,0.75mm/r时）,耐用度,由此可知，vc影响最大，f影响次之，ap影响最小。粗加工（提高生产率）：选取较大的ap和f及较小vc精加工（提高加工质量）：选取较小的ap和f及较高的vc,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,三、切削刀具,1、刀具的构成:刀具=工作部分+非工作部分车刀、刨刀的结构比较简单，由切削部分(刀头)和夹持部分(刀体或刀柄)构成。,车刀的组成和形式（a）焊接式（b）整体式（c）机夹式,刨刀,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,铣刀、钻头等刀具结构较为复杂，但就其单个刀齿的切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来。,铣刀（a）三面刃铣刀（b）圆柱铣刀（c）端铣刀,（a）,（b）,钻头和镗刀的对比(a)镗刀(b)钻头,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,2、外圆车刀切削部分的组成:,外圆车刀的切削部分由三面二刃一尖组成。,前面：切屑流过的刀具表面。,主后面：与工件过渡表面相对着的刀具表面。副后面：与工件已加工面相对着的刀具表面。,三面,主切削刃：前面与主后面的交线,副切削刃：前面与副后面的交线,二刃,一尖,刀尖：主切削刃与副切削刃的连接处，实际为一小段直线状或圆弧状的过渡刃,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,刀杆,切削部分（刀头）,主后面,副后面,f,前面,主切削刃,副切削刃,刀尖,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,3、车刀切削部分的主要角度,(1)刀具的静止参考系在假设刀具的进给运动速度为零、刀具安装时刀尖与工件的轴线等高、刀杆与工件的轴线垂直的前提下，为设计、制造、刃磨和测量刀具的需要而设定的参考系称为静止参考系。静止参考系由基面Pr、主切削平面P0、正交平面Ps组成。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,正交平面（Ps）：通过主刀刃上某一点，并与主刀刃在基面上的投影垂直的平面。,基面（Pr）：通过主刀刃上某一点，并与该点切削速度方向垂直的平面。通常平行于车刀的底面。,主切削平面（P0）：通过主刀刃上某一点，并与该点加工表面相切的平面。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,(2)刀具的主要角度,前角0：正交平面中，前面与基面之间的夹角。通常为-5+25。后角0：正交平面中，主后面与切削平面之间的夹角。通常为612,主偏角r：基面中，主刀刃投影与进给方向的夹角。副偏角r：基面中，副刀刃投影与进给反方向的夹角。,刃倾角s：主切削面中，主刀刃与基面间的夹角。s为正，说明刀尖点相对于基面处于主切削刃上的最高点；s为负，说明刀尖点相对于基面处于主切削刃上的最高点；s=0则说明主切削刃与基面平行。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,前角,后角,副偏角,主偏角,f,刃倾角,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,(3)刀具主要角度的合理选择（详见教材157页表8-5）,粗加工时，为了减轻刀具的负荷，采用较大的前角，可适当的减小后角。这时切削刃不会明显削弱。精加工时，为了减小主后刀面与加工面间的摩擦，可采用较大的后角，并适当减小前角。在切削较硬材料或有冲击情况时，可采用较小的主偏角和负的刃倾角，而不必明显地减小前角。当加工精度要求高的细长轴时，为了减小振动，须选用较大的主偏角；为避免划伤已加工表面，须选用正的刃倾角，并相应减小前角。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,4、刀具（切削部分）的材料:,（1）刀具材料的性能较高的硬度和耐磨性：为工件硬度的1.3-1.5倍，一般要求HRC60以上，以保持刀刃的锋利度。足够的强度和韧性：以抵御切削时的弯曲、冲击和振动。较高的红硬性：能在高温下保持高硬度。良好的导热性：有利于切削热传导，降低切削区温度，延长刀具寿命。良好的工艺性：能适应锻造、焊接、热处理、磨削加工等，有利于刀具的制造和刃磨。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,（2）常用刀具材料,碳素工具钢：T8A、T10、T12A等。制造手工刀具，如锉刀、锯条等。合金工具钢：9SiCr、CrWMn等。制造低速定尺寸刀具，如丝锥、板牙、铰刀等。高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。制造中速切削或形状复杂的刀具，如钻头、铣刀、齿轮刀具等。硬质合金：分YG（钨钴类）和YT（钨钛钴类），制造高速切削的车刀、铣刀等。脆性材料、粗加工选YG6、YG8、YT5；塑性材料、精加工选YT15、YT30。陶瓷：Al2O3、Al2O3-TiC、Si3N4等。热硬性好，耐磨，抗弯性差，易碎。制造高速切削的车刀。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,涂层刀具：在韧牲较好的刀具基体上，涂覆TiC、TiN等耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。立方氮化硼：热硬性强，可耐1500高温，与铁亲和力小。制造中高速切削的车刀、铣刀。人造金刚石：热硬性好。制造精密加工非铁金属的车刀、铣刀等。,四、切屑的形成及类型,1、带状切屑：通常在加工塑性金属材料、切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的情况下获得。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,2、节状(挤裂)切屑：在加工较硬的塑性金属材料且所用的切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较大的情况下产生。,3、粒状(单元)切屑：当切削塑性较差的材料且所用的切削速度极低时产生。,4、崩碎切屑：在加工铸铁、青铜等脆性材料时形成。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,五、切削力和切削功率1、切削力切削力是指切削时刀具切入工件，切削层产生变形成为切屑所需的力。,切削力是一个空间力，为了便于研究将其分解为三个相互垂直的分力,即主切削力Fc、进给力Ff和背向力Fp。,主切削力Vc:,切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小约占总的切削合力的,背向力Fp:,切削合力在切削深度方向上的分力;它在基面内，与切削深度平行，但方向相反,进给力Ff：,切削合力在进给方向上的分力;它在基面内，与进给方向平行，但方向相反,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,2、切削功率,同一瞬间，切削刃基点的切削力与切削速度的乘积，称为切削功率Pc；进给力与进给速度的乘积，称为进给功率Pf；背向力方向的运动速度为零，不消耗功率。所以切削过程所需功率Pm可按下式计算：,由于Ff小于Fc，且Ff方向的速度很小，因此Ff所消耗的功率远小于Fc所消耗的功率可以忽略不计，于是：切削功率：Pm=Pc=10-3Fcvc(k)机床电机功率：PE=Pm/m,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,8.3金属切削机床基本知识,一、金属切削机床的类型,车床（C）主要用于加工回转表面的机床铣床（X）用铣刀在工件上加工各种表面的机床刨床、插床（B）用刨刀加工工件表面（主要是平面）的机床（刨床是卧式的，插床是立式的）磨床（M）用磨具或磨料加工工件各种表面的机床钻床（Z）主要用钻头在工件上加工孔的机床,镗床（T）主要用镗刀加工位置精度要求较高的已有预制孔的机床拉床（L）用拉刀加工工件各种内、外成形表面的机床,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,螺纹加工机床（S）用螺纹切削工具在工件上加工内、外螺纹的机床齿轮加工机床（Y）用齿轮切削工具加工齿轮齿面或齿条齿面的机床锯床(G)切断或锯断材料的机床其他机床(Q)其他仪表机床、管子加工机床、木螺钉加工机床、刻线机、切断机、多功能机床等,二、机床的基本结构组成,(1)动力源；(2)传动系统；(3)刀具安装系统；(4)工件安装系统；(5)支撑系统；(6)控制系统。,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,三、机床的传动,1、常用的传动副及其传动比皮带传动：,；,齿轮传动：,；,多级时,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,蜗杆蜗轮传动：,；,齿轮齿条传动：,vf,n,丝杠螺母传动：,vf=nP,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,2、常用的变速机构,塔轮变速,滑移齿轮变速,离合器变速,3、常用的换向机构,中间齿轮机构三星齿轮机构锥齿轮机构往复换向机构,.,上海大学机自学院,SHANGHAIUNIVERSITY,传动系统机床上为了得到所需的运动，通过一系列的传动件把执行件与运动源（如主轴与电机）、执行件和执行件（如主轴与刀架）之间联系起来的系统。传动链构成一个传动系统的一系列按