机械制造技术串讲辅导

HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,机械制造技术辅导答疑课件,授课人：孟令启教授单位：郑州大学机械工程学院,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,第一章金属切削过程的基本知识,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,基本要求,明确金属切削过程中的基本运动，掌握切削用量的三要素的定义以及计算方法。了解工件的加工表面各部分的划分，明确工件切削层的各个参数。掌握刀具切削部分的构造，明确刀具标注角度和参考平面系的基本定义，了解不同参考系内的标注角度之间的换算关系。理解掌握刀具材料的性能要求，了解常用的刀具材料的性能以及主要的应用场合。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,内容提要,一.金属切削过程中的基本概念,二.刀具的材料,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,一.金属切削过程中的基本概念,1、切削运动方面1）金属切削过程中的基本运动。主运动：使刀具和工件产生主要相对运动以进行切削的运动。进给运动：使切削能持续进行以形成所需工件表面的运动。合成运动：主运动和进给运动合成后的运动。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2）切削用量三要素切削速度（ms或mmin）：切削刃相对于工件的主运动速度。进给量f(mm)：工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量。背吃刀量(mm):刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动和进给运动的方向上的投影值。,式中d工件（或刀具）的最大直径（mm）；n工件（或刀具）的转速（rs或rmin）。,式中dw工件上待加工表面直径（mm）；dm工件上已加工表面直径（mm）。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1）工件的三个加工表面待加工表面：工件上即将被切除的表面。已加工表面：切去材料后形成的新的工件表面。过渡表面（加工表面）：加工时主切削刃正在切削的表面，它处于已加工表面和待加工表面之间。,2、工件方面,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2）工件的切削层参数切削层公称厚度切削层公称宽度切削层公称横截面积,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1）刀具切削部分的构造(以外圆车刀为例)-1,前刀面切屑沿其流出的刀具表面。主后刀面与工件上过渡表面相对的刀具表面。,3、刀具切削部分的基本定义,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,副后刀面与工件上已加工表面相对的刀具表面。主切削刃S前刀面与主后刀面的交线，它承担主要切削工作，也称为主刀刃。,3、刀具切削部分的基本定义,1）刀具切削部分的构造(以外圆车刀为例)-2,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,副切削刃前刀面与副后刀面的交线，它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面，也称为副刀刃。刀尖连接主切削刃和副切削刀的一段刀刃，它可以是一段小的圆弧，也可以是一段直线。,3、刀具切削部分的基本定义,1）刀具切削部分的构造(以外圆车刀为例)-3,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具标注角度的参考系,组成刀具标注角度参考系的各参考平面定义如下：（l）基面：通过主切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。（2）切削平面：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。（3）正交平面：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。,正交平面参考系,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具标注角度的参考系,根据定义可知，正交平面参考系三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系。除正交平面参考系外，常用的标注刀具角度的参考系还有法平面参考系、背平面和假定工作平面参考系。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,标注角度：前角；后角；副后角；主偏角；副偏角；刃倾角。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,3）刀具的工作角度外圆车刀的标注角度是在忽略进给运动的影响并假定刀杆轴线与纵向进给运动方向垂直以及切削刃上选定点与工件中心等高的条件下确定的。如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，这时的参考系称为刀具工作角度参考系。在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具的工作角度。工作角度反映了刀具的实际工作状态。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,3）刀具的工作角度,进给运动对工作角度的影响当刀具对工件作切断或切槽工作时，刀具进给运动是沿横向进行的。右图所示为切断刀工作时的情况，当不考虑进给运动的影响时，按切削速度的方向确定的基面和切削平面分别为Pr和Ps。,横向进给运动对工作角度的影响,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,进给运动对工作角度的影响考虑进给运动的影响后，刀具在工件上的运动轨迹为阿基米德螺旋线，按合成切削速度Ve的方向确定的工作基面和工作切削平面分别为Pre和Pse。工作前角和工作后角为：,横向进给运动对工作角度的影响,3）刀具的工作角度,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,进给运动对工作角度的影响刀具沿纵向进给量的取值较大时（例如车螺纹），进给运动对工作角度的影响也不可忽视。,横向进给运动对工作角度的影响,3）刀具的工作角度,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具安装位置对工作角度的影响安装刀具时，如刀尖高于或低于工件中心，会引起刀具工作角度的变化。以右图所示车刀车槽为例，若不考虑车刀横向进给运动的影响，如果刀尖安装得高于工件中心，基面由Pr变为Pre，切削平面由Ps变为Pse，实际工作前角oe将大于标注前角o，工作后角将小于标注后角。,刀具安装高低对工作角度的影响,3）刀具的工作角度,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具安装位置对工作角度的影响如果刀尖安装低于工件中心，则工作角度的变化情况恰好相反。当车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，会引起工作主偏角和工作副偏角的改变。,3）刀具的工作角度,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,二.刀具的材料,、刀具材料的性能较高的硬度和耐磨性足够的强度和韧性较高的耐热性良好的导热性和耐热冲击性能良好的工艺性,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1）高速钢高速钢是加入了较多的钨（W）、铝（Al）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。特点：具有较好的综合性能（较高的硬度（6267HRC）和耐热性、制造工艺性好），热处理变形小，适宜制造复杂刀具。2）硬质合金硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC等）和金属粘结剂（Co，Ni等）在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。特点：硬度高，但抗冲击能力差，适用于高速切削。,2、常用的刀具材料,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,、其他刀具材料陶瓷用于制作刀具的陶瓷材料主要有两类：氧化铝基陶瓷和氮化硅基陶瓷。立方氮化硼立方氮化硼是由六方氮化硼经高温高压处理转化而成，其硬度仅次于金刚石。人造金刚石人造金刚石是借助某些合金的触媒作用，在高温高压条件下由石墨转化而成。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,第二章金属切削过程的基本规律及其应用,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,基本要求,1.掌握切削变形区的划分方法；了解切屑的形成过程，对切屑的类型以及控制方法要有一定的认识；明确切削变形程度的度量方法及前刀面上的摩擦区；掌握积屑瘤的成因及预防措施；理解切削变形的变化规律。,2.明确切削力的来源，及其合力和分解；会计算单位切削力、切削功率和单位切削功率；理解不同条件下，切削力的变化规律。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,3.明确切削热的来源及其传导途径；理解各因素对切削热的影响规律；对切削热的测量和计算有一定的了解。,4.明确刀具的磨损形式及磨损的原因；掌握刀具的磨钝标准和刀具的耐用度的定义；理解各因素对刀具耐用度的影响规律。,5.理解掌握刀具几何参数和切削用量的选择原则。,6.了解磨削磨削过程和砂轮的特性与选择，对比了解磨削力也磨削温度及其影响因素。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,内容提要,本章主要讨论了金属切削过程的四大规律及在生产上五个方面的应用。,一.金属切削过程的基本规律,三.磨削原理,二.金属切削过程规律的应用,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1、切削的变形规律,3、切削热与切削温度变化规律,4、刀具磨损与耐用度变化规律,2、切削力的变化规律,一.金属切削过程的基本规律,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1、切削的变形规律,(1)切屑的形成过程,切削变形区的划分,第一变形区:近切削刃处切削层内产生的塑性变形区特点：剪切滑移,与前刀面接触的切屑层内产生的变形区.特点：挤压摩擦,近切削刃处已加工表层内产生的变形区特点：挤压摩擦,图2.1三个变形区,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,切屑的形成,切削层受到刀具前刀面与切削刃的挤压作用下，使得近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，同时金属晶格产生滑移，最终形成切屑。,切屑的类型及控制方法,(1)带状切屑：外形呈带状,(2)节状切屑（挤裂切屑）：切屑上与前刀面接触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,切屑的类型及控制方法,(3)粒状切屑（单元切屑）：切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。,(4)崩碎切屑:切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂，切屑呈不规则的细粒状,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,切屑的控制方法,(1)采用断屑槽：通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。(2)改变刀具角度：比如增大刀具主偏角，切削厚度变大，有利于断屑。(3)调整切削用量：适当地提高进给量f、降低切削速度均有利于断屑。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(2)切削变形程度的度量方法,相对滑移,MO滑移至PH的距离为：,滑移量为：则有：,剪切角,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,变形系数,切屑厚度：,工件切削层厚度：,切屑长度:,切削层长度:,根据体积不变原理：公式表明，剪切角与前角0是影响切削变形的两个主要因素,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工件材料（强度越高，变形系数越小）刀具前角（前角增大，变形系数减小）切削速度（速度增大，变形系数减小）切削层公称厚度（厚度越大，变形系数越小）,(3)影响切屑变形的因素,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(4)前刀面上的挤压摩擦与积屑瘤,前刀面上的摩擦,切屑与前刀面接触部分划分为两个摩擦区域，如图所示有粘结区和滑动区。,在靠近切削刃的lf1区，由于正应力值较大，切屑在前刀面上形成粘结接触，各点的切应力基本相同,在lf2区，由于正应力减小，切屑在前刀面上形成滑动接触，各点的摩擦系数相同。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,积屑瘤的形成及影响、抑制措施（p13）,在切削速度不高而又能形成带状切屑的情况下，加工一般钢料或铝合金等塑性材料时，常在前刀面上近切削刃处粘着一块剖面呈三角状的硬块（如图），它的硬度很高，通常是工件材料硬度的23倍。,积屑瘤,注：形成积屑瘤的条件主要决定于切削温度。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,积屑瘤对切削过程的影响,(1)使刀具前角变大(2)使切削厚度变化(3)使加工表面粗糙度增大(4)对刀具寿命的影响,积屑瘤的抑制措施,(1)正确选择切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域(2)使用润滑性能好的切削液，以减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。(3)增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。(4)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2、切削力的变化规律,(1)切削力的来源、合力及其分力,(3)单位切削力、切削功率和单位切削功率,(4)影响切削力的因素,(2)切削力的测量及切削力经验公式,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力,(1)切削力的来源、合力及其分力,切削力的来源:,切屑、工件与刀具间的摩擦力,切削合力及分解,主切削力,切深抗力,进给抗力,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(2)切削力的测量及切削力经验公式,目前常用的测力仪有电阻式测力仪和压电式测力仪,切削力的测量,切削力经验公式,生产实际中应用比较广泛的切削力经验公式为：,其中：,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(3)单位切削力和切削功率,单位切削力：单位切削层面积上的主切削力。,切削功率：车削时在切削区域内消耗的功率。,kW,式中：主切削力（N）主运动切削速度（m/min）,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(4)影响切削力的因素工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。切削用量的影响1）背吃刀量和进给量和增大，都会使切削力增大，但两者的影响程度不同。增大时，变形系数不变，切削力成正比增大；增大时，变形系数有所下降，故切削力不成正比增大。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2）切削速度切削塑性材料时，在无积屑瘤产生的切削速度范围内，随着的增大，切削力减小；这是因为增大时，切削温度升高，摩擦系数减小，从而使变形系数减小，切削力下降。在产生积屑瘤的情况下，刀具的实际前角是随积屑瘤的成长与脱落变化的。在积屑瘤增长期，切削速度增大，积屑瘤高度增大，实际前角增大，变形系数减小，切削力下降；在积屑瘤消退期，切削速度增大，积屑瘤减小，实际前角变小，变形系数增大，切削力上升。切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小。切削速度对切削力没有显著影响。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,切削速度对切削力的影响,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具几何参数的影响（1）前角增大，变形系数减小，切削力下降。切削塑性材料时，对切削力的影响较大；切削脆性材料时，由于切削变形很小，对切削力的影响不显著。（2）主偏角主偏角增大，背向力减小，进给力增大。（3）刃倾角改变刃倾角将影响切屑在前刀面上的流动方向，从而使切削合力的方向发生变化。增大刃倾角，减小，增大。刃倾角在-4510范围内变化时，基本不变。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（4）负倒棱为了提高刀尖部位强度、改善散热条件，常在主切削刃上磨出一个带有负前角的棱台，其宽度为。,负倒棱车刀,负倒棱对切削力的影响与负倒棱面在切屑形成过程中所起作用的大小有关。当负倒棱宽度小于切屑与前刀面接触长时，切屑除与倒棱接触外，主要还与前刀面接触，切削力虽有所增大，但增大的幅度不大。当负倒棱宽度大于切屑与前刀面接触长时，切屑只与负倒棱面接触，相当于用负前角为的车刀进行切削，与不设负倒棱相比，切削力将显著增大。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具磨损后刀面磨损增大时，后刀面上的法向力和摩擦力都增大，故切削力增大。切削液使用以冷却作用为主的切削液（如水溶液）对切削力影响不大，使用润滑作用强的切削液（如切削油）可使切削力减小。刀具材料刀具材料与工件材料间的摩擦系数影响摩擦力的大小，导致切削力变化。在其他切削条件完全相同的条件下，用陶瓷刀切削比用硬质合金刀具切削的切削力小，用高速钢刀具进行切削的切削力大于前两者。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(1)切削热的来源与传导,(3)影响切削温度的主要因素,(2)切削温度的测量及计算,3、切削热与切削温度变化规律,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(1)切削热的来源与传导,切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量,切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热,切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切削液）向外传导。其影响因素主要有：,切削热的来源,切削热的传导以及影响散热的主要因素:,工件和刀具材料的导热系数导热系数高切削热传导就快，这样可以降低切削区的温度。,周围介质采用冷却性能好的切削液能有效地降低切削区的温度。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(2)切削温度的测量,自然热电偶法：利用工件材料和刀具材料化学成分不同组成热电偶的两极。切削区温度升高后，形成热电偶的热端；刀具尾端及工件引出端保持室温，形成热电偶的冷端。热端和冷端之间有热电势产生，热电势的大小与切削温度高低有关，因此可通过测量热电势来测量切削温度。,人工热电偶法：用两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，它的热端焊接在测温点上，冷端接在毫伏表上。用这种方法测得的是某一点的温度。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(3)影响切削温度的主要因素,切削用量对切削温度的影响,刀具几何参数对切削温度的影响,切削用量是影响切削温度的主要因素。影响规律：切削用量、和增大，切削温度增加，其中切削速度的影响最大，进给量次之，切削深度影响最小,前角前角o增大，切削变形和摩擦减小，切削温度下降，但前角o增大至18o左右时，由于刀具楔角（前、后刀面的夹角）减小，散热条件变差，切削温度反而上升。,主偏角主偏角减小，切削刃工作长度和刀尖角增大，散热条件改善，切削温度下降。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工件材料对切削温度的影响,刀具产生磨损：切削刃变钝，会引起切削温度的增加。,切削液影响：干切削时也会引起切削温度的增加，切削液是降低切削温度的一个有效措施。,工件材料的强度和硬度高，产生的切削热多，切削温度就高。工件材料的导热系数小时，切削热不易散出，切削温度相对较高。切削灰铸铁等脆性材料时，切削变形小、摩擦小，切削温度一般较切削钢时低。,其他因素的影响,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(1)刀具磨损的形式,(3)刀具的耐用度,(2)刀具磨损过程及磨钝标准,4、刀具磨损与耐用度变化规律,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(1)刀具磨损的形式,前刀面磨损（月牙洼磨损）,后刀面磨损,边界磨损,主要是由于前刀面上摩擦高温和高压的作用,由于后刀面和加工表面间的强烈摩擦，后刀面靠近切削刃部位会逐渐地被磨成后角为零的小棱面。切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削塑性材料时，后刀面磨损是主要形态。,磨损主要在主切削刃与工件待加工表面、副切削刃与已加工表面接触的部位。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具磨损的原因,硬质点划痕,冷焊粘结,扩散磨损,化学磨损,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(2)刀具磨损过程及磨钝标准,初期磨损阶段,正常磨损阶段,急剧磨损阶段,注：在产生急剧磨损前，刀具必须重磨或更换新刀刃。,刀具的正常磨损过程,刀具的非正常磨损,破损卷刃,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刀具的磨钝标准,定义：在产生急剧磨损前，刀具重磨或更换新刀刃时，刀具的磨损量。,一般规定后刀面上均匀磨损区的高度VB作为刀具的磨钝标准。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,(3)刀具的寿命（刀具的耐用度）,定义：刃磨后的刀具自开始切削到磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间，用T（分钟）表示。,注：刀具总寿命就是刀具寿命乘以刃磨次数。,刀具耐用度合理数值的确定,最小生产成本寿命：保证加工成本，一般情况下选用此标准。,最高生产率寿命：在生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用次标准。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（4）刀具的破损（p24）,脆性破损崩刃碎断剥落裂纹破损,塑性破损防止刀具破损的措施合理选择刀具材料合理选择刀具几何参数保证刀具的刃磨质量合理选择切削用量工艺系统应该有较好的刚性,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,二.金属切削过程规律的应用,1、刀具几何参数的合理选择,2、切削用量的合理选择,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1、刀具几何参数的合理选择,前角o的选择,在刀具强度许可的条件下，尽量选用大的前角，使得切削变形和摩擦减小，由此引起的切削力小、切削热少，加工表面质量高。工件材料的强度、硬度较低时，前角应取得大些，反之应取较小的前角。加工塑性材料宜取较大的前角，加工脆性材料宜取较小的前角。刀具材料韧性好时宜取较大前角，反之取较小前角。对于成形刀具（车刀、铣刀等），减小前角，以减小刀具截形误差，提高零件的加工精度。,注：用硬质合金刀具加工一般钢时，取o1020；加工灰铸铁时，取o812。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,后角的选择,后角影响切削中的摩擦和刀具强度，一般选用原则：粗加工时，以确保刀具强度为主，可在4o6o范围内选取；精加工时，以保正加工表面质量为主，取8o12o。,注：在车削细长轴时，常在后刀面上磨出负后角（-5o-10o），起支撑作用，增加系统刚性并起到消振的作用。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,主偏角、副偏角的选择,在加工强度高、硬度高的材料时，为提高刀具寿命，选取较小的主偏角；在工艺系统刚性不足的情况下，为减小切削力，选取较大的主偏角。精加工时，以及不产生振动的情况下，为减小表面粗糙度，宜选取较小副偏角；工件强度、硬度较高或刀具连续切削时，宜选用较小副偏角。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,刃倾角的选择,功用：改变刃倾角可以改变切屑的流向和刀具强度。,选取原则主要时根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。譬如许多大前角刀具常配合选用负的刃倾角来增加刀具强度。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2、切削用量的合理选择,首先选取尽量大的背吃刀量，其次根据机床进给机构强度、刀杆刚度限制，选择尽可能大的进给量f，最后根据已确定的和f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度。,切削用量的选择原则,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,三磨削原理,1.磨削过程2.砂轮的特性和选择3.磨削力4.磨削温度,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1.磨削过程,磨削中磨粒对工件的作用过程可分为三个阶段：（1）划擦阶段（2）耕犁阶段（3）形成切屑,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2.砂轮的特性和选择,砂轮的定义：用结合剂把磨粒黏结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而形成的刀具。,（1）砂轮的特性取决因素：磨料：主要成分，常用有氧物系、碳化物系、超硬料系。粒度：表示磨粒颗粒的尺寸大小。结合剂：黏结作用。硬度：磨粒脱落的难易程度。组织：磨粒、结合剂、气孔之间的比例关系。砂轮形状：砂轮端面表示砂轮的特性的标志。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,3.磨削力和磨削温度,（1）磨削力：Fc主磨削力（切向磨削力）Fp切深力（径向磨削力）Ff进给力（轴向磨削力）,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（2）磨削温度控制磨削温度的方法：砂轮速度Vc：速度越大，温度越高工件速度Vw：速度越大，温度越高径向进给量fr：fr增大，温度升高工件材料：韧性越大、强度越高、导热性越差，磨削温度越高砂轮特性：砂轮硬度越高、粒度越细，磨削温度越高,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,第三章金属切削机床与刀具内容小结,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,基本要求,掌握金属切削机床型号编制方法；了解机床的分类及其主要的技术参数。掌握工件表面的成形方法；了解机床的基本结构；掌握机床传动链的分类及其特点。了解车床的加工方法及车床相关的基本概念；能看懂车床的传动系统图。了解磨削加工的加工方法；对外圆磨削加工有初步的认识。对孔加工机床和刀具、齿轮加工刀具、铣床和铣刀的结构和工作原理有一定的了解。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,内容提要,金属切削机床的分类、型号编制及主要技术参数,工件表面成形方法与机床运动分析,几种加工机床的工艺范围，特点以及所用的刀具,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,一、金属切削机床的分类、型号、编制及主要技术参数,按加工方法和所用刀具分：11大类,按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床;按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度机床。,1.分类,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2.金属切削机床的型号编制,（1）通用机床的型号编制,机床名称汉语拼音的首字母，注:齿轮机床和螺纹加工机床分别用Y和S表示,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（2）专用机床的型号编制,例：,金属切削机床的主要技术参数,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,二、工件表面成形方法与机床的运动分析,机械零件常用的各种表面可以看成是由一根母线沿着导线运动而形成的。,母线和导线统称为发生线。,1.成形方法,1母线2导线,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,发生线的形成方法：,轨迹法,成形法,相切法,展成法,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2.机床的运动分析,（1）机床的运动,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（2）机床的运动联系,机床的三个基本组成部分,传动链：,外联系传动链：,内联系传动链：执行件与执行件之间的传动联系。,由动力源和执行件或执行件之间构成的传动联系,联系动力源和执行件之间的传动联系。,特点：不要求有严格的传动比,特点：要求有严格的传动比,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1.车床与车刀（1）加工方法：粗车：提高生产效率精车：保证加工精度和表面质量精细车：高精度、高精密（2）车刀种类和用途按用途分：外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等；按结构分：整体车刀、焊接车刀、机械夹固式车刀。,三、几种常见机床的加工工艺、特点和刀具,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（3）CA6140卧式车床,机床种类：按机构和用途分：卧式车床立式车床转塔车床自动、半自动车床仿形车床专门化车床,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1主轴箱；2刀架；3尾座；4床身；5右床腿6溜板箱；7左床腿；8进给箱,CA6140卧式车床布局和主要部件,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,机床传动系统,传动原理图,注：着重掌握在车削螺纹时，车床的两条主要传动链。1-2-3-4：外传动链；4-5-6-7：内传动链。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,传动路线分析方法：抓两端，连中间,130,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,主轴转速级数正转时23(1+3)=6+18=24级反转时13(1+3)=3+9=12级转速n1450130/23056/3839/4163/501400r/min主轴箱的机构主轴组件；卸荷带轮；双向多片摩擦离合器、制动器及操纵机构；变速操纵机构。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2.外圆表面磨削加工（磨床）,（1）加工方法：工件有中心支撑的外圆磨削纵向进给磨削横向进给磨削工件无中心支撑的外圆磨削（无心磨削）,（2）尺寸控制实际生产中常采用对工件进行主动测量的方法来控制工件尺寸。注意磨削时的特点之一：砂轮的自锐作用.,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（3）外圆表面的精整、光整加工目的：精加工后，提高加工表面尺寸和形状精度、减小表面粗糙度或强化表面。方法：研磨和超精加工。研磨工艺特点：设备和研具简单，成本低容保证质量。超精加工工艺特点：设备简单，自动化程度较高，操作简便，生产效率高。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,3.孔加工机床与刀具,（1）孔加工的几种方法：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、珩磨孔、拉孔。（2）钻孔与扩孔（粗加工）钻孔直径一般小于80mm；扩孔常用于直径小于100mm。（3）铰孔与铰刀（精加工）铰孔速度通常较低，以避免产生积屑瘤。钻、扩、铰工艺是生产中常见的加工方案。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（4）镗孔和镗刀（精加工）镗孔的三种加工方式：工件旋转，刀具进给；刀具旋转，工件进给；刀具旋转并作进给运动。（5）珩磨孔（精加工）定义：利用带有磨条的珩磨头对孔进行精整、光整加工的办法。加工方法：工件固定不动，珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复直线运动。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（6）拉孔与拉刀（精加工）拉床分卧式和立式拉床；拉刀的齿升量：相邻两刀齿半径高度差。齿数一般不少于3个，不超过6-8个。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,4.齿轮加工机床,（1）齿轮加工机床类型和工作原理,工作原理1.成形法：用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具切削齿轮。（盘形、指形齿轮铣刀铣齿，成形刀具刨、插齿）特点：加工精度生产效率较低，适于单件小批生产或修配。2.范成法：刀具工件模拟一对齿轮作啮合运动，刀具齿形运动轨迹逐步包络出工件齿形。（滚齿、插齿、剃齿、弧齿锥齿轮铣齿机）特点：加工精度、生产效率较高。,齿轮加工机床滚齿机、插齿机、剃齿机、磨齿机、铣齿机、拉齿机等。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（2）滚齿机工作运动,内传动链为：滚刀45ux67齿坯（工作台）,（3）进给运动A2（进给链-外传动链）工作台78uf910刀架工作台为间接动力源。,（2）展成运动（展成链）滚刀旋转运动B11齿坯旋转运动B12,（1）主运动B11（主运动链-外传动链）电机12uv34滚刀,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（3）齿轮刀具,按工作原理分为：成形法刀具和展成法刀具。成形法齿轮刀具：盘形齿轮铣刀、指状齿轮铣刀。展成法齿轮刀具：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等。齿轮滚刀加工直齿和螺旋圆柱齿轮常用的刀具；原理：利用螺旋齿轮啮合来加工齿轮的；同一把齿轮滚刀可以加工模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,5.铣床与铣刀,平面加工的方法很多，常用的有：铣、刨、车、拉、磨削等方法。其中铣平面是平面加工应用最广泛的方法。在铣削运动中，铣刀的旋转运动是主运动。（1）铣削方式,工件进给方向与铣刀旋转方向相同,工件进给方向与铣刀旋转方向相反,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（2）铣刀种类,按用途分为：圆柱铣刀、面铣刀、三面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、角度铣刀、成形铣刀等类型。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,（3）铣刀的几何角度圆柱铣刀和面铣刀是铣刀的基本形式，下图给出了这两种刀具的几何角度。,a）圆柱形铣刀b）面铣刀铣刀的几何角度,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,1）前角0及n：铣刀前角在正交平面P0中测量。为了便于铣刀制造和测量，圆柱形铣刀还要标注法平面Pn内的法前角。2）后角0：铣刀后角在正交平面P0中测量。3）刃倾角s：铣刀的刃倾角是主切削刃和基面之间的夹角，在切削平面Ps中测量。圆柱形铣刀的刃倾角就是刀齿的螺旋角。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,铣削的工艺特点及应用范围由于铣刀是多刃刀具，刀齿能连续地依次进行切削，没有空程损失，且主运动为回转运动，可实现高速切削，故铣平面的生产效率一般都比创平面高。其加工质量与刨平面相当，经粗铣一精铣后，尺寸精度可达IT9IT7级，表面粗糙度Ra可达6.3l.6m。由于铣平面的生产率高，在大批大量生产中铣平面已逐渐取代了刨平面。在成批生产中，中小件加工大多采用铣削，大件加工则铣刨兼用，一般都是粗铣、精刨。而在单件小批生产中，特别是在一些重型机器制造厂中，刨平面仍被广泛采用。因为刨平面不能获得足够的切削速度，有色金属材料的平面加工几乎全部都用铣削。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,第四章机械加工工艺规程的制定,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,基本要求,理解掌握工艺过程的定义和组成部分；明解工艺规程的作用、设计原则以及设计步骤。掌握基准的定义、分类以及精基准和粗基准的选择原则；明确拟定工艺路线时所要考虑的主要问题。理解加工余量的概念及其影响因素；掌握尺寸链的定义，会用极值法计算尺寸链；掌握确定工序尺寸的计算法。理解时间定额的概念及组成部分；了解工艺方案的经济分析的一般过程。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,内容提要,一、零件制造工艺过程和工艺规程的设计,四、工艺尺寸链和工序尺寸的确定,五、时间定额及经济分析,二、工艺路线的制定,三、加工余量的确定,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,一、零件制造工艺过程和工艺规程的设计,工艺过程（工艺路线）：用机械加工的方法，直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程。,1.定义,工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。,切削加工、磨削加工、铸造、冲压、焊接等工艺过程热处理工艺过程装配工艺过程,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,.机械加工工艺过程的组成,机械加工工艺过程是由若干个顺次排列的工序组成。工序又可分为安装、工位、工步和走刀。,工序:,安装:,一个或一组工人在同一个工作地对同一工件或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程。注：工人、工作地和工件三不变加上连续完成是构成工序的四个要素。,一道工序中工件经一次装夹后所完成的那部分工序内容。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工位:,在工件的一次安装中，工件相对机床（或刀具）每占据一个确定位置所完成的那部分工艺过程。,为了减少工件的安装次数,提高生产效率，常采用多工位夹具或多轴（或多工位）机床，使工件在一次安装后先后经过若干个不同位置顺次进行加工。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工步:,走刀:,加工表面、切削刀具和切削速度和进给量均保持不变的情况下完成的部分内容。,复合工步：几把刀具同时分别加工几个表面。,刀具在加工表面上切削一次所完成的内容。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,二、工艺路线的制定,用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面。,1.选择定位基准,基准：,分类：,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,粗基准的选择原则,1）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则2）合理分配加工余量的原则3）便于工件装夹原则4）粗基准一般不得重复使用的原则,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,精基准的选择原则,1）基准重合的原则选工序基准为精基准，定位2）统一基准的原则同一精基准加工多面，位置3）互为基准的原则两表面位置精度高4）自为基准的原则加工余量小而均匀,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2.表面加工方法的选择,零件结构形状虽多种多样，但都是由基本表面组合而成。同一种表面又有不同的加工方案，要根据具体加工条件（生产类型、设备状况、工人的技术水平等）选用最适当的加工方法。,3.加工阶段的划分及其目的,粗加工阶段,半精加工阶段,精加工阶段,光整加工阶段,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,划分加工阶段的目的,1）保证加工质量2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理3）合理使用机床设备,4.工序的集中和分散,了解工序的集中和分散的特点。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,5.工序顺序的安排,6.机床与工艺装备的选择,机械加工顺序的安排,热处理工序的安排,其它工序的安排,1）先基准后其它,4）先平面后孔,2）先主后次,预备热处理,最终热处理,检验工序,去除毛刺,表面处理,3）先粗后精,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,三、加工余量的确定,1.加工余量的概念,工件毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。,工序余量,总余量,加工余量,单边余量：,双边余量：,（公称余量）,非对称表面,外圆内圆等对称表面,注：工序尺寸偏差一般按“入体原则”标注。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,2.影响加工余量的因素,1）上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷层深度Ha2）上工序的尺寸公差Ta3）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差ea4）本工序的装夹误差b,3.确定加工余量的方法,1）计算法;,2）经验估计法;,3）查表法,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,四、工艺尺寸链和工序尺寸的确定,1.尺寸链的概念,尺寸链：在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组。,尺寸链的分类：按尺寸链在空间分布的位置关系，分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。其中，以直线尺寸链即全部组成环平行于封闭环的尺寸链用得最多。,根据用途不同分为工艺尺寸链和装配尺寸链。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,组成要素：组成环：通过加工中直接获得的尺寸；封闭环：间接获得的尺寸称为封闭环；增环：它增大将使封闭环随之增大的组成环叫增环；减环：它增大反使封闭环随之减小的组成环叫减环,2.尺寸链计算的关键,画尺寸链图,找封闭环,确定增环和减环,按加工顺序依次画出各工序尺寸。,按工艺过程找出间接保证的尺寸。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,3.尺寸链的计算方法,极值法,统计法,计算尺寸链时，常遇到两种类型的问题：1）已知全部组成环的极限尺寸，求封闭环基本尺寸及公差，称为“正计算”。2）已知封闭环的极限尺寸，求一个或几个组成环的极限尺寸，称为“反计算”。3）已知封闭环及部分组成环的尺寸、公差求其余的一个或几个组成环尺寸、公差，称为“中间计算”。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,五、时间定额及经济分析,1.时间定额的概念,在一定条件下规定生产一件产品或完成一道工序所耗时间,1）基本时间,2）辅助时间,3）布置工作地时间,4）休息和生理需要时间,5）准备与终结时间,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,时间定额及经济分析,2.工艺方案的经济分析,通过比较不同工艺方案的生产成本选出最经济的加工方案。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,第五章机床夹具设计原理,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,基本要求,掌握机床夹具的作用、分类和组成。掌握工件定位的基本原理；了解基本定位元件对工件的定位特点。掌握夹紧力三要素的设计原则；对常用的夹紧机构有一定的了解。明确机床夹具设计的基本要求及一般步骤。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,内容提要,工件的定位基本原理,机床夹具设计的基本要求,工件的夹紧,机床夹具概述,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,机床夹具概述,1.夹具的作用,1）可保证加工精度2）可提高劳动生产率3）可以减轻劳动强度4）可扩大机床的工艺范围,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,机床夹具概述,2.夹具的分类：1)按应用分：通用夹具、专用机床夹具、组合夹具、成组夹具；2)按机床类型分：车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、磨床夹具、镗床夹具和组合机床夹具；3)按夹具所用夹紧动力源分：手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等。,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,机床夹具概述,3.夹具的组成,夹具连接元件如图中夹具体6,其他元件及装置分度机构、定位键等,对刀、导向元件如钻套4,夹紧装置,如夹紧螺母3,定位元件,如图中定位销1和定位心轴2,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工件的定位基本原理,1.常用的定位方式和定位元件,1)工件以平面定位主要支承辅助支承,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工件的定位基本原理,2)工件以圆孔定位定位销定位心轴定心夹紧装置,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工件的定位基本原理,3)工件以外圆表面定位V形块半圆环定位套支承定位,HTTP:/DLS.ZZU.EDU.CN郑州大学远程教育学院,工件的定位基本原理,4)工件以组合表面定位,两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等,一面两孔的定位形式,HTTP:/DLS.ZZU.ED