机械制造及其自动化1课件

1、机械制造及其自动化2022/7/28机械制造及其自动化1第二章 切削过程及控制金属切削过程 工件与刀具相互作用的过程金属切削加工 用刀具从工件表面上切除多余的材料，以获得几何形状、尺寸精度、表面粗糙度及表面层质量等各个方面符合要求的加工方法，要求高质量、高效率、低成本2机械制造及其自动化1第二章 切削过程及控制实现切削过程的三个条件切削运动 工件与刀具之间要有相对运动切削性能 刀具材料必须具备一定的切削性能切削角度 刀具必须具有合理的几何参数3机械制造及其自动化12.1金属切削刀具基础切削加工的基本概念刀具角度刀具材料4机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念一、工件加工表面 在切削过

2、程中工件上通常存在着三个不断变化的表面待加工表面工件上即将切除的表面已加工表面工件上已经切除而形成的新表面过渡表面 工件上正在切削的表面，介于已加工表面和待加工表面之间5机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念以车削外圆为例：工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工件的外圆表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面切除多余金属后形成的表面处于已加工表面与待加工表面之间，与主切削刃正对即将被切除金属层的表面6机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念二、切削运动 刀具与工件间的相对运动(表面成形运动) ，从而切除多余金属，使工件获得所需要求的形状和精度 切削运动可

3、分为主运动和进给运动。 主运动和进给运动的向量和称合成切削运动7机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念以外圆车削为例主运动工件的回转运动使新的金属层不断投入切削过程并使其在所需方向上继续下去的运动 切削速度进给速度合成切削运动速度V e= V c+ V f8机械制造及其自动化1注释:1、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主运动 也可以是刀具来实现（钻孔、切断、刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。9机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念三、切削用量切削速度vC：切削刃相对于工件的主运动速度(m/s)主运动为旋转运

4、动，计算公式为：主运动为往复直线运动，计算公式为：dw工件待加工表面或刀具的最大直径 n工件或刀具每分钟转数 L往复直线运动的行程长度nr主运动每分钟的往复次数 10机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念三、切削用量进给量f ：在主运动每转一转或每一行程时(或单位时间内)，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移 V = n=z z n11机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念a p= (dw-dm)/2 mm三、切削用量背吃刀量a p：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对外圆车削：对钻孔： a p= dm/2 mm12机械制造及其自动化1

5、2.1.1切削加工的基本概念思考题 确定下列加工方法的切削用量a)车外圆b)车端面c)切槽13机械制造及其自动化1车外圆车端面切槽2.1.1切削加工的基本概念思考题 确定下列加工方法的切削用量14机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念思考题 确定下列加工方法的切削用量15机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念例题 车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s。刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm。求 v、f、ap和切削工时t。16机械制造及其自动化1例题解答解：v= d n / 1000 = 624 / 1

6、000 = 0.779 m/s f = vf / n = 2 / 4 = 0.5 mm/r ap= (dw-dm) / 2 = (62-56) / 2 = 3 mm t = (l+l1+l2) / vf = (110+3+0) / 2 = 56.5 sl:工件加工长度l1:工件切入长度l2:工件切出长度车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s。刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm。求 v、f、ap和切削工时t。17机械制造及其自动化12.1.1切削加工的基本概念四、切削层参数 由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层

7、的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (s= 0) ac f sinr 2. 切削宽度 aw aw ap/sinr3. 切削层面积 Ac ( = 0) Ac ac aw f ap18机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度刀具切削部分的构造确定刀具角度的参考平面刀具的标注角度刀具的工作角度下面以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。19机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度一、刀具切削部分的构造 刀具上承担切削工作的部分称为刀具的切削部分 外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）

8、组成可用一句话总结： “三面两刃一尖”20机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度前刀面Ar主后刀面副后刀面主切削刃 副切削刃“三面两刃一尖”切屑流过的表面前刀面和副后刀面相交的部分主切削刃和副切削刃相交的部分前刀面和后刀面相交的部分与工件过渡表面相对的表面工件已加工表面相对的表面21机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度一、刀具切削部分的构造22机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度基面Pr 通过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴切削平面Ps 通过切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面Pr的平面即主切削刃

9、与切削速度方向构成的平面正交平面Po 通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和切削平面Ps的平面二、刀具标注角度参考系23机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度三、刀具的标注角度 在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。 如果切削刃是曲线或前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的角度时，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面24机械制造及其自动化1外圆车刀正交平面参考的标注角度2.1.2刀具几何角度25机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度26机械制造及其自动化1外圆车刀正交平面参考的标注角度2.1.2刀具几何角度正交平面基面Pr切削平面0 09002

10、7机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度主偏角Kr和副偏角Krkr主偏角Kr ：基面中测量的主切削刃在基面的投影与进给运动方向的夹角副偏角Kr ：基面中测量的副切削刃在基面的投影与进给运动反方向的夹角28机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度主偏角Kr对加工性能的影响 Kr Ac 从而影响散热 影响刀具的耐用度29机械制造及其自动化1但是Kr过小使工件受力变大，导致工件变形2.1.2刀具几何角度主偏角改变时，径向切削力的变化图主偏角Kr对加工性能的影响30机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度副偏角Kr对加工性能的影响副偏角对残留面积高度的影响图 Kr 影响已加工表面的表面粗糙度，

11、减小副偏角可使已加工表面光洁31机械制造及其自动化1车削时工件表面的残留面积2.1.2刀具几何角度主、副偏角对加工性能的影响32机械制造及其自动化1注意：车外圆与车端面主、副偏角的变化33机械制造及其自动化134机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度刃倾角s:刃倾角s 是主切削刃与基面的夹角, 影响切屑的流出方向35机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度刃倾角s:刃倾角对刀尖强度的影响36机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度直角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直37机械制造及其自动化1外圆车刀正交平面参考的标注角度2.1

12、.2刀具几何角度38机械制造及其自动化139机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度四、刀具的工作角度进给运动对刀具工作角度的影响（1）横向进给运动的影响 oe=o oe=o tanf /d当进给量f一定时，随 d 值值，接近中心oe为负值 当 f值横车时 f 不宜过大，并应适当加大o40机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度四、刀具的工作角度进给运动对刀具工作角度的影响（2）纵向进给运动的影响 oe=o oe=o tan tanf sinr f sinr/(dw)f 或dw时，f、均车削右螺纹时左侧刃应o(左 8右2 )右刃应o车右螺纹时左侧刃 fe=ff fe=ff tanff /d

13、w41机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度pe=pppe=p p tanph/ oe=o oe=o tan tanp cosr假定车刀s0,刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反四、刀具的工作角度刀具安装位置对工作角度的影响（1）刀具安装高低的影响42机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度四、刀具的工作角度刀具安装位置对工作角度的影响（2）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响 = +G = - G = -G = +G43机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度思考：基面Pr与工作基面Pre的不同 基面Pr是通过切削刃上选定点且垂直于假定主运动方向的平面；工作基面Pre是

14、通过切削刃上选定点，垂直于合成切削运动方向的平面。二者的不同点在于前者的主运动方向是假定的，而后者的合成切削运动方向是实际存在的。44机械制造及其自动化12.1.2刀具几何角度思考：前角o与工作前角oe的不同前角o是在正交平面Po上测量的前面A与基面Pr之间的夹角；工作前角o e 是在工作正交平面Poe中测量的前面A 与工作基面Pre之间的夹角。二者的差异在于定义刀具角度参考系的三个基准平面都不同，原因还在于静止参考系的基准轴线是假定的，而工作参考系的基准是实际存在的合成切削运动与进给运动。45机械制造及其自动化12.1.3刀具材料刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数（一）刀

15、具材料必须具备的性能高的硬度和耐磨性 常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、 组织结构及化 学性能等的综合反映 足够的强度和冲击韧性高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等经济性46机械制造及其自动化12.1.3刀具材料上述性能中有些是相互矛盾的(如硬度越高，耐磨性越好的材料的韧性和抗破损能力就越差，耐热性好的材料韧性也较差)。实际工作中，应根据具体的切削对象和条件，选择最合适的刀具材料。47机械制造及其自动化12.1.3刀具材料（二）常用刀具材料的种类及特性 碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等4

16、8机械制造及其自动化12.1.3刀具材料（二）常用刀具材料的种类及特性高速钢:具有较高的热稳定性，具有高的强度和韧性，具有一定的硬度和耐磨性。广泛用于制造中速切削及形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、各种齿轮加工工具。 （1）通用型高速钢（含碳量0.70.9%，6266 HRC）主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min（2）高性能高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等6670HRC） 主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min为了提高高速钢的硬度和耐磨性，常用如下措施来提高其性能：在高速钢中增添新的元素；用粉末冶金法消除碳化物的偏析并细化晶粒。49机械制造及其自动化150

17、机械制造及其自动化12.1.3刀具材料（二）常用刀具材料的种类及特性高速钢51机械制造及其自动化12.1.3刀具材料（二）常用刀具材料的种类及特性硬质合金：强度和韧性小于高速钢，工艺性差，但耐热性好，适于制造高速切削刀具。 为了克服常用硬质合金强度和韧性低、脆性大、易崩刃的缺点，常采用如下措施改善其性能：调整化学成分可以使硬质合金既有高的硬度又有好的韧性细化合金的晶粒采用涂层刀片52机械制造及其自动化12.1.3刀具材料（二）常用刀具材料的种类及特性材料硬质合金分类 YG (K) 类 YT (P)类 YW (M)类短切屑黑色金属 加工长切屑的 钢材、铸铁等有色金属,非金属 黑色金属 有色金属,

18、非金属 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co 53机械制造及其自动化1常用硬质合金牌号及应用范围牌 号应 用 范 围YG3硬度、 抗弯耐磨 强度、性、 韧性、切削 进给速度 量铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工，无冲击YA6冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YG6X铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6铸铁、有色金属、高温合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属、高温合金粗加工，可用于断续切削YT30硬度、 抗弯耐磨性 强度、切削 韧性、速度 进给量碳素钢、合金钢的精加工YT15碳钢、合金钢连续切时粗、半精加工，断续切精加工YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YW1同 上高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的精、半精加工YW2高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的半精与粗加工YN05同 上碳钢、合金钢的高速精车，系统刚性好的细长轴精车YN10碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工54机械制造及其自动化12.1.3刀具材料（二）常用刀具材料的种类及特性各类硬质合金钢刀具55机械制造及其自动化12.1.