精密与特种加工技术-第二章-精密切削加工

1、安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工1第第2 2章章 精密切削加工精密切削加工安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工22.1 2.1 概概 述述 随着科学技术的发展，电子计算机、原子能、随着科学技术的发展，电子计算机、原子能、激光、宇航和国防等技术部门对零件的加工精度激光、宇航和国防等技术部门对零件的加工精度和表面质量要求越来越高。和表面质量要求越来越高。精密加工技术精密加工技术的研究的研究及应用水

2、平已成为衡量一个国家的机械制造业乃及应用水平已成为衡量一个国家的机械制造业乃至整个制造业水平的至整个制造业水平的重要依据重要依据。各国特别是工业。各国特别是工业发达国家对精密加工技术极其重视，投入了大量发达国家对精密加工技术极其重视，投入了大量的资金对其进行研究，以保证其尖端技术产品处的资金对其进行研究，以保证其尖端技术产品处于国际领先地位，提高其产品在国际上的竞争力。于国际领先地位，提高其产品在国际上的竞争力。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工3 所谓精密加工，是指加工精度和表面质量达到极所

3、谓精密加工，是指加工精度和表面质量达到极高程度的加工工艺。高程度的加工工艺。精密加工精密加工：加工精度为：加工精度为0.11um0.11um，表面粗糙度为，表面粗糙度为0.020.1um0.020.1um的加工方法。的加工方法。 提高加工精度的好处：提高加工精度的好处： 1 1、提高产品的性能与质量、稳定性和可靠性；、提高产品的性能与质量、稳定性和可靠性； 2 2、促进产品的小型化；、促进产品的小型化； 例如：传动齿轮的齿形及齿距误差从例如：传动齿轮的齿形及齿距误差从3-6m3-6m减小减小1m1m，单位重量齿轮，单位重量齿轮箱扭矩可提高约一倍，从而使齿轮箱尺寸大大减小。箱扭矩可提高约一倍，从

4、而使齿轮箱尺寸大大减小。 3 3、增强零部件的互换性、提高装配生产率，促、增强零部件的互换性、提高装配生产率，促进自动化装配应用。进自动化装配应用。 2.1.1 2.1.1 概念概念安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工4 精密加工技术是一项涉及内容广泛的综合性技术，精密加工技术是一项涉及内容广泛的综合性技术，实现精密加工，不仅需要精密的机械设备和工具，也需实现精密加工，不仅需要精密的机械设备和工具，也需要稳定的环境条件，还需运用计算技术进行实时检测和要稳定的环境条件，还需运用计算技术进行实时检测

5、和反馈补偿。反馈补偿。精密加工的关键技术：精密加工的关键技术：1 1、精密加工机床、精密加工机床 当前研究方向：主轴回转精度、当前研究方向：主轴回转精度、工作台的直线运动精度以及刀具的工作台的直线运动精度以及刀具的微量进给精度微量进给精度 主轴：主轴轴承具有很高的回转精主轴：主轴轴承具有很高的回转精度、转动平稳，无振动。（液体静度、转动平稳，无振动。（液体静压轴承和空气静压轴承）压轴承和空气静压轴承）安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工5 工作台：滚动导轨、液体静压导轨、空气静压导轨、气工作台：

6、滚动导轨、液体静压导轨、空气静压导轨、气浮导轨等浮导轨等刀具：微量进给装置刀具：微量进给装置安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工62 2、金刚石刀具、金刚石刀具 必须能够均匀地切除极薄的金属层，微量切除是精密加工必须能够均匀地切除极薄的金属层，微量切除是精密加工的重要特征。的重要特征。金刚石刀具的特点：金刚石刀具的特点：硬度自然界最高，耐磨性能极好硬度自然界最高，耐磨性能极好能磨出极其锋利的刀刃（刃口的圆弧半径）能磨出极其锋利的刀刃（刃口的圆弧半径）导热性能好导热性能好1. 金刚石刀具一般带修光

7、刃，有直线修光刃和圆弧修光刃。金刚石刀具一般带修光刃，有直线修光刃和圆弧修光刃。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工73 3、精密切削机理、精密切削机理 微量切削微量切削 精密切削机理：精密切削机理：采用采用微量切削微量切削方法，对普通切削影响不显著的方法，对普通切削影响不显著的因素将成为影响精密切削的主要因素（如积削瘤的产生、鳞刺的因素将成为影响精密切削的主要因素（如积削瘤的产生、鳞刺的产生等）。产生等）。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特

8、种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工85 5、误差补偿、误差补偿4 4、稳定的加工环境、稳定的加工环境 包括包括 恒温、防振和空气净化恒温、防振和空气净化。6 6、精密测量技术、精密测量技术 对加工过程中出现的误差进行对加工过程中出现的误差进行修正修正、 抵消、均化抵消、均化 等等措施，使误差减小或消除。措施，使误差减小或消除。测量精度比加工精度要测量精度比加工精度要高一个数量级高一个数量级检测位移检测位移双频激光干涉测量仪、双频激光干涉测量仪、X X射线干涉仪射线干涉仪检测加工表面检测加工表面激光测量、扫描隧道显微镜、原子力显微镜激光测量、扫描隧道显微镜、原子力显微镜安徽工程大学

9、安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工92.1.2 2.1.2 精密切削加工分类精密切削加工分类 根据加工表面及加工刀具的特点，精密切削加工根据加工表面及加工刀具的特点，精密切削加工可分为四类，精密与超精密切削方法如下：可分为四类，精密与超精密切削方法如下：安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工10 精密切削研究最早从精密切削研究最早从金刚石车削金刚石车削开始开始金刚石金刚石铣削铣削金刚石金刚石镗削镗削，来加工型

10、面和内孔。刀具材料，来加工型面和内孔。刀具材料从金刚石刀具材料从金刚石刀具材料立方氮化硼、复合陶瓷等。立方氮化硼、复合陶瓷等。精密加工的经济性：精密加工的经济性： 过去尤其其过去尤其其昂贵的价格昂贵的价格、高要求的加工环境高要求的加工环境在一在一定程度上限制精密加工的应用范围。定程度上限制精密加工的应用范围。 现在由于科学技术发展和生活水平的提高，精密现在由于科学技术发展和生活水平的提高，精密加工深入到各个领域。机械制造业：加工工具、卡具、加工深入到各个领域。机械制造业：加工工具、卡具、量具，发达国家已经开始零件的精密加工。量具，发达国家已经开始零件的精密加工。安徽工程大学安徽工程大学Anhu

11、i Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工112.2 2.2 精密切削加工机理精密切削加工机理 金属金属切削切削过程，就其本质而言，是材过程，就其本质而言，是材料在刀具的作用下，产生料在刀具的作用下，产生剪切断裂剪切断裂、摩擦摩擦挤压挤压和和滑移变形滑移变形的过程，精密切削过程也的过程，精密切削过程也不例外。但在精密切削中，由于采用的是不例外。但在精密切削中，由于采用的是微量切削方法，一些对普通切削影响不显微量切削方法，一些对普通切削影响不显著的因素将成为影响精密切削过程的主要著的因素将成为影响精密切削过程的主要因素。因素。 安徽工

12、程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工12切削变形切削变形 过渡切削过渡切削 回转刀具的切削过程回转刀具的切削过程, ,是一种包含材料的弹性变是一种包含材料的弹性变形、塑性变形和切离三个阶段的过渡切削过程。形、塑性变形和切离三个阶段的过渡切削过程。 2) 2) 最小切入深度最小切入深度 零件的零件的最终最终工序的工序的最小最小切入深度应小于或等于零件的加工切入深度应小于或等于零件的加工精度。精度。 （但是，如果切削深度太小，切削刃对工件表面的（但是，如果切削深度太小，切削刃对工件表面的作用只是弹性变形或

13、者塑性变形，并不产生切削）作用只是弹性变形或者塑性变形，并不产生切削） 例如：车削过程能够成立，需满足以下三个条件：例如：车削过程能够成立，需满足以下三个条件： 切削过程应是连续的、稳定的切削过程应是连续的、稳定的。应保持有较高的加工精度应保持有较高的加工精度和表面质量和表面质量。刀具应有较长的使用寿命刀具应有较长的使用寿命。 3) 3) 毛刺毛刺 一部分形成切削被切除，一部分沿切削刃两侧塑性流一部分形成切削被切除，一部分沿切削刃两侧塑性流 动，形成两侧方向毛刺（动，形成两侧方向毛刺（30%30%）。）。2.2.1 2.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力 45cos1最小切削深度安徽工程

14、大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工132. 2. 切削力切削力 切削力的来源切削力的来源u 切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹切削层金属、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；性变形、塑性变形所产生的抗力；1) 1) 刀具与切削同工件表面间的摩擦阻力。刀具与切削同工件表面间的摩擦阻力。XYZF FZ Z 主切削力主切削力F FY Y 径向切削力径向切削力不做功，但易使工件不做功，但易使工件变形和振动，对加工变形和振动，对加工精度和表面粗糙度影精度和表面粗糙度影响最大响最大F FX X

15、 轴向切削力轴向切削力安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工142) 2) 影响切削力的因素影响切削力的因素1 1、切削速度、切削速度v v：硬质合金车刀：硬质合金车刀不明显不明显 天然金刚石车刀天然金刚石车刀随随v v增大增大F F降低降低 考虑积削瘤时，低速时切削力随切削速度增加考虑积削瘤时，低速时切削力随切削速度增加而急剧下降；到而急剧下降；到200300m/min200300m/min时切削力基本不变。时切削力基本不变。2 2、进给量、进给量f f：f f对主切削力对主切削力F FZ Z的

16、影响大于径向切削力的影响大于径向切削力F FY Y和轴向切削力和轴向切削力F FX X。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工153 3、切削深度：、切削深度： 硬质合金车刀硬质合金车刀影响明显，切削影响明显，切削 深度小于一定值时，深度小于一定值时，FyFyFzFz 天然金刚石车刀天然金刚石车刀FzFyFzFy 精密切削中进给量对切削力的影响大于切削深精密切削中进给量对切削力的影响大于切削深度。度。 与普通切削相反与普通切削相反。4 4、刀具材料：主要因为摩擦系数不同。、刀具材料：主要因为摩擦系

17、数不同。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工161. 1. 切削热切削热 切削热的来源及切削温度切削热的来源及切削温度 1 1、弹塑性变形消耗功、弹塑性变形消耗功热；热； 2 2、摩擦消耗功、摩擦消耗功热。热。 切削热通过改变切削温度影响切削过程。切削热通过改变切削温度影响切削过程。切削温度切削温度是指切屑、工件和刀具接触表面上的平均温度。是指切屑、工件和刀具接触表面上的平均温度。 刀具刀具刀尖刀尖的温度最高，对切削过程的影响很大。切削的温度最高，对切削过程的影响很大。切削热由切屑、工件、刀具和

18、周围介质传导，传导热的比例热由切屑、工件、刀具和周围介质传导，传导热的比例随刀具材料、切削用量及刀具几何角度、加工情况等的随刀具材料、切削用量及刀具几何角度、加工情况等的变化有所不同。其中变化有所不同。其中切削切削传出的热量传出的热量最多最多。采用微量切。采用微量切削方法进行削方法进行精密切削精密切削时，需要采用耐热性高、耐磨性强，时，需要采用耐热性高、耐磨性强，有较好的高温硬度和高温强度的刀具材料。有较好的高温硬度和高温强度的刀具材料。2.2.2 2.2.2 切削热和切削液切削热和切削液安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特

19、种加工技术第二章 精密切削加工172 2）切削热的影响及控制）切削热的影响及控制 精密加工中，热变形引起的加工误差占总误差的精密加工中，热变形引起的加工误差占总误差的40%70%40%70%。因此必须严格控制工件的温升和环境温度。因此必须严格控制工件的温升和环境温度的变化。的变化。 通常采用通常采用切削液切削液浇注工件的方法来减小切削热对浇注工件的方法来减小切削热对精密加工的影响。精密加工的影响。2 2、切削液切削液 作用：作用：1 1、抑制积屑瘤的生成；、抑制积屑瘤的生成；2 2、降低加工区域温度，稳定加工精度；、降低加工区域温度，稳定加工精度；3 3、减少切削力；、减少切削力；4 4、减小

20、刀具磨损，提高刀具耐用度。、减小刀具磨损，提高刀具耐用度。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工18分类分类a. a.水基冷却润滑液（成份以水为主，主要起冷却作用）水基冷却润滑液（成份以水为主，主要起冷却作用）水溶液水溶液 水水+ +防锈剂（碳酸钠，亚硫酸钠，使表面形防锈剂（碳酸钠，亚硫酸钠，使表面形成一层气化膜）成一层气化膜）乳化液乳化液 乳化油（矿物油，乳化剂，添加剂）乳化油（矿物油，乳化剂，添加剂）+ +水水（95%98%95%98%）安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechni

21、c University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工19b. b.油基冷却润滑液油基冷却润滑液( (主要起润滑作用主要起润滑作用) )矿物油（矿物油（机械油，轻柴油，煤油机械油，轻柴油，煤油） 油性油性植物油（植物油（豆油豆油） + +添加剂添加剂动物油（动物油（猪油猪油） 极压极压 耐磨添加剂、防锈剂、防腐剂、催冷剂等耐磨添加剂、防锈剂、防腐剂、催冷剂等(2)(2)切削液的选用切削液的选用1) 1)粘性和塑性较大的材料（低碳钢），选用硫粘性和塑性较大的材料（低碳钢），选用硫化矿物油。化矿物油。2) 2)脆性材料（铸铁，青铜），不用冷却润滑液。脆性材料（铸铁，青铜）

22、，不用冷却润滑液。精加工时，用煤油（降低表面粗糙度和冲精加工时，用煤油（降低表面粗糙度和冲走切屑）走切屑）安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工203) 3)有色金属，不采用切削液。精加工铝合金可有色金属，不采用切削液。精加工铝合金可以采用煤油。高速切削镁合金，采用煤油，以采用煤油。高速切削镁合金，采用煤油，矿物油，氟化钠溶液。矿物油，氟化钠溶液。不能采用水，因为不能采用水，因为水能助燃水能助燃。4) 4)难加工材料（耐热钢，不锈钢），采用喷雾难加工材料（耐热钢，不锈钢），采用喷雾法，喷射含石墨的

23、乳化液或者用液态二氧法，喷射含石墨的乳化液或者用液态二氧化碳冷却。化碳冷却。5) 5)硬质合金刀片，陶瓷刀片，一般不采用切削硬质合金刀片，陶瓷刀片，一般不采用切削液。如果要采用，就一开始大量注入，特液。如果要采用，就一开始大量注入，特别要别要防止切削中途突然加切削液，会使刀防止切削中途突然加切削液，会使刀片炸裂片炸裂。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工212.2.3 2.2.3 刀具磨损、破损及耐用度刀具磨损、破损及耐用度 金刚石刀具的磨损及破损金刚石刀具的磨损及破损1) 1)刀具的磨损形式刀

24、具的磨损形式 机械磨损、黏结磨损、相变磨损、机械磨损、黏结磨损、相变磨损、扩散磨损、破损和炭化磨损等。扩散磨损、破损和炭化磨损等。2) 2) 金刚石刀具的磨损形式金刚石刀具的磨损形式 机械磨损、破损和炭化磨机械磨损、破损和炭化磨损。损。( (前两种比较常见前两种比较常见) )安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工22 刀具磨损与一般机械零件不同刀具磨损与一般机械零件不同: :(1)(1)刀具与切屑、工件间的接接触表面经常刀具与切屑、工件间的接接触表面经常是是化学活性很高化学活性很高的新鲜表面的新鲜

25、表面，不存在氧化膜等污染；，不存在氧化膜等污染；(2)(2)前后刀面的前后刀面的接触压力非常大接触压力非常大，有时超过被切材料的屈服，有时超过被切材料的屈服强度；强度；(3)(3)刀具工件接触表面的刀具工件接触表面的温度很高温度很高，硬质合金刀具加工钢，硬质合金刀具加工钢料时达料时达80080010001000，高速钢刀具加工钢料时达，高速钢刀具加工钢料时达300300600600。 正常磨损的原因主要是正常磨损的原因主要是机械、热和化学机械、热和化学三种作用的综合三种作用的综合结果。结果。刀具磨损的原因刀具磨损的原因安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic Universi

26、ty精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工231 1、硬质点磨损、硬质点磨损 硬质点磨损是指工件上具有一定擦伤能力的硬质点，如碳硬质点磨损是指工件上具有一定擦伤能力的硬质点，如碳化物、积屑瘤碎片、已加工表面的硬化层等，化物、积屑瘤碎片、已加工表面的硬化层等， 在刀具表面上在刀具表面上划出一条条沟纹而造成的磨损。划出一条条沟纹而造成的磨损。 硬质点硬度超过刀具材料基体的硬度。硬质点硬度超过刀具材料基体的硬度。 硬质点磨损是由硬质点磨损是由高速钢制造的低速切削刀具高速钢制造的低速切削刀具磨损的主要原磨损的主要原因，因，硬质合金刀具硬质合金刀具发生硬质点磨损的情况发生硬质点磨损的情

27、况较少较少。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工242 2、粘结磨损、粘结磨损 两摩擦表面的粘结点因相对运动，晶粒或晶粒群受剪或受两摩擦表面的粘结点因相对运动，晶粒或晶粒群受剪或受拉被对方带走，是造成粘结磨损的原因。拉被对方带走，是造成粘结磨损的原因。 由于刀具材料有组织不均匀、存在内应力、微裂纹及空隙、由于刀具材料有组织不均匀、存在内应力、微裂纹及空隙、局部软点等缺陷，所以刀具表面常发生破裂而被切屑或工件局部软点等缺陷，所以刀具表面常发生破裂而被切屑或工件带走，形成粘结磨损，在前刀面上形成不规

28、则的凹坑。带走，形成粘结磨损，在前刀面上形成不规则的凹坑。 高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、立方氮化硼高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、立方氮化硼和和金刚石刀具金刚石刀具都会因粘结而发生磨损。都会因粘结而发生磨损。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工25粘结磨损程度主要取决于刀具材料和工件材粘结磨损程度主要取决于刀具材料和工件材料在料在不同温度下的相互亲和能力不同温度下的相互亲和能力。（粘结强度系。（粘结强度系数数K K0 0） 刀具与工件的硬度比刀具与工件的硬度比，刀具表面形状和组织刀具表面形状和组织，

29、切削条件切削条件等都影响粘结磨损的速度。等都影响粘结磨损的速度。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工26 减小粘结磨损的途径：减小粘结磨损的途径： 1 1、硬质合金的晶粒加以细化，硬质合金表面、硬质合金的晶粒加以细化，硬质合金表面涂覆涂覆TiCTiC、TiNTiN、AlAl2 2O O3 3等。等。 2 2、高速钢刀具表面要进行表面处理使表面形、高速钢刀具表面要进行表面处理使表面形成一层抗粘结的减磨层或高硬度的抗磨层，如成一层抗粘结的减磨层或高硬度的抗磨层，如氮化处理；氮化处理； 3 3、适当提

30、高切削速度使运动平稳减小振动，、适当提高切削速度使运动平稳减小振动，避开积屑瘤的不稳定区域；避开积屑瘤的不稳定区域； 4 4、使用润滑性能良好的切削液等。、使用润滑性能良好的切削液等。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工273 3、扩散磨损、扩散磨损 刀具与工件、切屑的接触面，在高温下双方金属中的化学刀具与工件、切屑的接触面，在高温下双方金属中的化学元素从高浓度处向低浓度处迁移，这种固态下元素相互迁元素从高浓度处向低浓度处迁移，这种固态下元素相互迁移而造成的刀具磨损称为扩散磨损。移而造成的刀具磨

31、损称为扩散磨损。 高温下，刀具材料中的高温下，刀具材料中的Ti Ti 、 C C等易扩散到工件和切屑中去；等易扩散到工件和切屑中去；而切屑中的而切屑中的FeFe、Si Si、MnMn、CrCr等也会扩散到刀具中来，等也会扩散到刀具中来， 从而从而改变刀具材料中的化学成分，改变刀具材料中的化学成分， 使其硬度下降，使其硬度下降， 加速刀具磨加速刀具磨损。损。 与铁相互扩散强度的由大到小的顺序为：与铁相互扩散强度的由大到小的顺序为： 金刚石碳化硅立方氮化硼氧化铝金刚石碳化硅立方氮化硼氧化铝 与钛合金相互扩散的由大到小的顺序为：与钛合金相互扩散的由大到小的顺序为： 氧化铝立方氮化硼碳化硅金刚石氧化铝

32、立方氮化硼碳化硅金刚石安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工284 4、化学磨损、化学磨损( (氧化磨损氧化磨损) ) 在高温下在高温下(700(700800)800)，刀具材料与某些周围介质起化学作用，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物而被切屑带走，这样形在刀具表面形成一层硬度较低的化合物而被切屑带走，这样形成的刀具磨损称为化学磨损。成的刀具磨损称为化学磨损。 空气中的氧易与硬质合金中的空气中的氧易与硬质合金中的CoCo、WCWC、T Ti iC C发生氧化作用

33、，发生氧化作用，产生低硬度的氧化物产生低硬度的氧化物(Cr(Cr3 3O O4 4、TiOTiO2 2、WOWO3 3等）被切屑和工件带走，等）被切屑和工件带走，从而使刀具磨损。从而使刀具磨损。 5 5、热电磨损、热电磨损 切削时，刀具与工件构成一自然热电偶，切削时，刀具与工件构成一自然热电偶， 产生产生热电势，工艺系统自成回路，热电流在刀具和工件中通过，从热电势，工艺系统自成回路，热电流在刀具和工件中通过，从而促进扩散作用而加速刀具磨损，这称为热电磨损。而促进扩散作用而加速刀具磨损，这称为热电磨损。 安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加

34、工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工29刀具破损也是刀具损坏的主要形式之一。刀具破损多发生在脆刀具破损也是刀具损坏的主要形式之一。刀具破损多发生在脆性较大的刀具材料进行断续切削时，或者加工高硬度材料时。性较大的刀具材料进行断续切削时，或者加工高硬度材料时。破损形式：破损形式：早期破损早期破损（切削开始或短时间切削后即发生破损）和（切削开始或短时间切削后即发生破损）和后期破损后期破损（受交变的机械应力和热应力作用导致疲劳而引起的破损）（受交变的机械应力和热应力作用导致疲劳而引起的破损）脆性破损和塑性破损脆性破损和塑性破损脆性破损：脆性破损：硬质合金和陶瓷刀具切削时，在机械和热冲击作硬质合

35、金和陶瓷刀具切削时，在机械和热冲击作用下，前、后刀面尚未发生明显的磨损前，就在切削刃处出现用下，前、后刀面尚未发生明显的磨损前，就在切削刃处出现崩刃、碎断、剥落、裂纹等。崩刃、碎断、剥落、裂纹等。塑性破损：塑性破损：切削时，由于高温、高压作用，有时在前、切削时，由于高温、高压作用，有时在前、 后刀后刀面和切屑、工件的接触层上，面和切屑、工件的接触层上， 刀具表层材料发生塑性流动而失刀具表层材料发生塑性流动而失去切削能力。去切削能力。刀具的破损刀具的破损安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工301

36、1、崩刃。、崩刃。在切削刃上产生的在切削刃上产生的小缺口小缺口。缺口尺寸与进给量相当。缺口尺寸与进给量相当或者稍大一些。切削刃或者稍大一些。切削刃修磨后修磨后还能继续进行切削。还能继续进行切削。2 2、碎断。、碎断。在切削刃上发生小块破裂在切削刃上发生小块破裂（重磨修复后可用）（重磨修复后可用）或大或大块断裂（块断裂（不能修磨后再用不能修磨后再用），刀具），刀具不能继续不能继续正常切削。正常切削。一、刀具的脆性破损一、刀具的脆性破损 安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工313 3、剥落。、剥落。

37、指经常连同切削刃一起在前刀面、后刀面上指经常连同切削刃一起在前刀面、后刀面上剥下一层碎片，有时也在离切削刃稍远处剥落。这种早剥下一层碎片，有时也在离切削刃稍远处剥落。这种早期破损现象多发生在断续切削、且在有切屑粘结在前面期破损现象多发生在断续切削、且在有切屑粘结在前面上在切入时。在上在切入时。在积屑瘤脱落积屑瘤脱落时，更容易发生这种破损。时，更容易发生这种破损。4 4、裂纹破损。、裂纹破损。在长时间断续切削后，由于疲劳而引起在长时间断续切削后，由于疲劳而引起裂纹的一种破损。热应力引起垂直于或倾斜于切削刃的裂纹的一种破损。热应力引起垂直于或倾斜于切削刃的热裂纹，机械应力引起平行于切削刃或成网状的

38、机械疲热裂纹，机械应力引起平行于切削刃或成网状的机械疲劳裂纹。劳裂纹。 这种这种裂纹裂纹不断不断扩展、合并扩展、合并，导致切削刃的，导致切削刃的破损或断裂破损或断裂。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工32 切削时，由于切削时，由于高温高温和和高压高压作用，使得前、后刀面的刀具作用，使得前、后刀面的刀具材料发生材料发生塑性流动塑性流动而丧失切削能力，称为而丧失切削能力，称为塑性破损塑性破损。 过程：过程：刀刃变钝圆刀具材料向后刀面流动后角变化刀刃变钝圆刀具材料向后刀面流动后角变化（部分为（部分为

39、0 0）接触面增大切削力增大刀具材料继续）接触面增大切削力增大刀具材料继续向后刀面流动部分刀具材料被工件带走。向后刀面流动部分刀具材料被工件带走。 塑性破损的条件是塑性破损的条件是高温下刀具材料的硬度小于工件材料高温下刀具材料的硬度小于工件材料的硬度的硬度。刀具材料与工件材料硬度。刀具材料与工件材料硬度比值越高比值越高，越不容易越不容易发发生塑性破损。生塑性破损。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工331 1、依据被加工材料和切削条件，合理选择刀具材料的种、依据被加工材料和切削条件，合理选择刀具

40、材料的种类和牌号；类和牌号；2 2、选择合理的刀具角度，通过调整使刀尖具有较好的强、选择合理的刀具角度，通过调整使刀尖具有较好的强度。在主切削刃上磨出倒棱。度。在主切削刃上磨出倒棱。3 3、选择合适的切削用量；、选择合适的切削用量；4 4、尽量采用可转位车刀；、尽量采用可转位车刀；5 5、操作时要尽量避免刀具承受突变性负荷。、操作时要尽量避免刀具承受突变性负荷。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工34刀具磨损分为：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧刀具磨损分为：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损

41、阶段。磨损阶段。刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间刀具磨损阶段及耐用度刀具磨损阶段及耐用度安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工351 1、刀具的磨损过程、刀具的磨损过程（1) 1) 初期磨损阶段初期磨损阶段。新刃磨的刀具，由于表面粗糙不平，。新刃磨的刀具，由于表面粗糙不平，在切削时很快被磨去，故磨损较快。经研磨过的刀具，初期的在切削时很快被磨去，故磨损较快。经研磨过的刀具，初期的磨损量较小。磨损量较小。 （2) 2) 正常磨损阶段正常磨损阶段。经初期磨损后，刀具表面已经

42、被磨平，。经初期磨损后，刀具表面已经被磨平，压强减小，磨损速度较为缓慢。磨损量随切削时间延长而近似压强减小，磨损速度较为缓慢。磨损量随切削时间延长而近似地成比例增加。反映刀具正常工作时的磨损率。地成比例增加。反映刀具正常工作时的磨损率。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工36（3) 3) 急剧磨损阶段。急剧磨损阶段。当磨损量增加到一定限度后，机当磨损量增加到一定限度后，机械摩擦加剧，切削力加大，切削温度升高，磨损原因也械摩擦加剧，切削力加大，切削温度升高，磨损原因也发生变化发生变化( (如转化为

43、相变磨损、扩散磨损等如转化为相变磨损、扩散磨损等) )，磨损加快，磨损加快，已加工表面质量明显恶化，出现振动、噪音等，已加工表面质量明显恶化，出现振动、噪音等， 以至刀以至刀具崩刃，失去切削能力。具崩刃，失去切削能力。 继续使用会影响加工质量且刀具刃磨时去材料更多，继续使用会影响加工质量且刀具刃磨时去材料更多，成本更大。成本更大。在这个阶段来临之前，要及时换刀或更换新在这个阶段来临之前，要及时换刀或更换新切削刃。切削刃。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工37刀具的耐用度刀具的耐用度 刀具从切削

44、开始到磨钝为止的切削总时间称为刀具从切削开始到磨钝为止的切削总时间称为刀具的耐用度，它代表刀具磨损的快慢程度。通常刀具的耐用度，它代表刀具磨损的快慢程度。通常用主后面的平均磨损值用主后面的平均磨损值VBVB衡量刀具的磨钝标准。衡量刀具的磨钝标准。 刀具的耐用度越大，表示刀具磨损的越慢刀具的耐用度越大，表示刀具磨损的越慢。 天然单晶金刚石，其磨损或破损到不能使用的天然单晶金刚石，其磨损或破损到不能使用的标志是加工表面的粗糙度超过规定值。标志是加工表面的粗糙度超过规定值。 天然单晶金刚石刀具只能在机床主轴转动非常天然单晶金刚石刀具只能在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上使用，否则，由于振动会使金平

45、稳的高精度机床上使用，否则，由于振动会使金刚石刀具很快产生切削刃微观崩刃，不能继续使用。刚石刀具很快产生切削刃微观崩刃，不能继续使用。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工38刀具磨损、破损检测与监控刀具磨损、破损检测与监控 钻头破损 检测器声发射钻头破损检测装置系统图声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工391 1、刀具磨损

46、对切削过程有重大影响。、刀具磨损对切削过程有重大影响。2 2、刀具损坏失效的形式有、刀具损坏失效的形式有正常磨损和破损正常磨损和破损两类。破损多两类。破损多数发生在脆性较大的刀具进行断续切削时或在高硬度材料数发生在脆性较大的刀具进行断续切削时或在高硬度材料的加工中；而正常磨损则在任何加工情况下存在。的加工中；而正常磨损则在任何加工情况下存在。3 3、刀具磨损是、刀具磨损是机械、化学和物理机械、化学和物理等作用的综合结果。等作用的综合结果。4 4、刀具磨损与切削温度密切相关，凡是影响切削温度的、刀具磨损与切削温度密切相关，凡是影响切削温度的因素都影响刀具的磨损。因素都影响刀具的磨损。5 5、刀具

47、的磨钝标准通常用、刀具的磨钝标准通常用主后面的平均磨损值主后面的平均磨损值VBVB衡量。衡量。6 6、刀具耐用度刀具耐用度是估计刀具是否已达到磨钝标准的间接可是估计刀具是否已达到磨钝标准的间接可测量的量，通常情况下按测量的量，通常情况下按经济耐用度原则经济耐用度原则选择切削用量。选择切削用量。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工402.3 2.3 切削加工机床及应用切削加工机床及应用2.3.1 2.3.1 精密机床发展概况精密机床发展概况 我国超精密机床的生产和研制起步较我国超精密机床的生产和研

48、制起步较晚，和国外的差距较大。由于涉及许多保晚，和国外的差距较大。由于涉及许多保密技术，从国外引进超精密机床受到限制，密技术，从国外引进超精密机床受到限制，我国必须加大力度研制性能更优越的超精我国必须加大力度研制性能更优越的超精密机床，为国防工业、尖端技术的发展创密机床，为国防工业、尖端技术的发展创造条件。造条件。 安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工412.3.2 2.3.2 精密机床的精度指标精密机床的精度指标 普通机床主轴径向跳动通常为普通机床主轴径向跳动通常为0.01mm0.01mm，导

49、轨平直度为，导轨平直度为0.02mm/1000mm0.02mm/1000mm； 精密机床主轴径向跳动通常为精密机床主轴径向跳动通常为0.0030.005mm0.0030.005mm，导轨平直度为，导轨平直度为0.01mm/1000mm0.01mm/1000mm； 超精密要求则更高，具体精度指标见下表。超精密要求则更高，具体精度指标见下表。 高精度工件的精度保证，取决于加工机床的精度高精度工件的精度保证，取决于加工机床的精度。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工42 通常，加工设备的精度必须要通常

50、，加工设备的精度必须要高于高于零件尺寸精度，有时要求高于零件尺寸零件尺寸精度，有时要求高于零件尺寸精度精度一个数量级一个数量级，因此超静加工机床的高精度指标取决于加工零件尺寸的高精，因此超静加工机床的高精度指标取决于加工零件尺寸的高精度。度。 主轴的回转误差为工件尺寸精度的主轴的回转误差为工件尺寸精度的1/41/4左右，进给的直线度与工件的圆柱左右，进给的直线度与工件的圆柱度和平面度处于同一个数量级，主轴的跳动量与工件的圆度处于同一数量级，度和平面度处于同一个数量级，主轴的跳动量与工件的圆度处于同一数量级，表面粗糙度比尺寸精度高一个数量级。表面粗糙度比尺寸精度高一个数量级。安徽工程大学安徽工程

51、大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工43 主轴部件是机床的执行件，由主轴及其支承轴主轴部件是机床的执行件，由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。承、传动件、密封件及定位元件等组成。 基本要求：基本要求：（1 1）旋转精度旋转精度：是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的 径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴 承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。（2 2）刚度刚度：是指主轴部件在外加载荷作用下抵抗 变性的能力。主轴部件的刚度是综合刚度， 它是主轴、轴承等刚度的综合反映。2.

52、3.3 2.3.3 精密主轴部件精密主轴部件 安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工44（3）抗振性抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。（4）温升和热变性温升和热变性：主轴部件运转时，因各相对处 的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的 温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主 轴部件的所谓热变性。（5）精度保持性精度保持性：是指长期地保持其原始制造精度 的能力。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切

53、削加工45液体静压轴承主铀液体静压轴承主铀 靠外部供给压力油、在轴承内建立靠外部供给压力油、在轴承内建立静压承载油膜静压承载油膜以实现液体润滑的滑动轴以实现液体润滑的滑动轴承。承。 液体静压轴承从起动到停止始终在液体静压轴承从起动到停止始终在液体润滑下工作液体润滑下工作, ,所以没有磨损，使用寿所以没有磨损，使用寿命长，起动功率小，在极低（甚至为零）命长，起动功率小，在极低（甚至为零）的速度下也能应用。另外，具有回转精的速度下也能应用。另外，具有回转精度高、刚性较高、转动平稳、无振动的度高、刚性较高、转动平稳、无振动的特点，广泛用于超精密机床。特点，广泛用于超精密机床。 安徽工程大学安徽工程大

54、学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工46液体静压轴承主铀液体静压轴承主铀 存在缺点：存在缺点： （1 1）油温升高，在不同转速时温度升高值不同，因此）油温升高，在不同转速时温度升高值不同，因此控制温升较难，温升造成的热变形会影响主轴回转精度。控制温升较难，温升造成的热变形会影响主轴回转精度。 （2 2）静压油回油时，容易将空气带入油隙中，微小气）静压油回油时，容易将空气带入油隙中，微小气泡不容易排出，降低液体静雅轴承的刚度特性。泡不容易排出，降低液体静雅轴承的刚度特性。 改进措施：改进措施： （1 1）提高油压，使油

55、中微小气泡的影响减小。）提高油压，使油中微小气泡的影响减小。 （2 2）采用恒温水冷却，减少轴承温升。）采用恒温水冷却，减少轴承温升。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第二章 精密切削加工47 2. 2. 空气静压轴承主轴空气静压轴承主轴 静压空气轴承需要外界供压力空气。压力空气从窄缝、小静压空气轴承需要外界供压力空气。压力空气从窄缝、小孔或多孔材料喷出，在消耗压力空气很少的情况下，在气膜处孔或多孔材料喷出，在消耗压力空气很少的情况下，在气膜处形成稳定的压力气流（所谓节流）；因气膜边缘和大气相通压形成稳定的压力气流（所谓节流）；因气膜边缘和大气相通压强为零，气膜阻力阻挡了压力气流同大气相通，使得静压空气强为零，气膜阻力阻挡了压力气流同大气相通，使得静压空气轴承气膜保持一定的压强，又由于压力气膜有一定面积，因此轴承气膜保持一定的压强，又由于压力气膜有一定面积，因此拥有了承载能力。拥有了承载