机械制造基础-金属切削基础知识-1课件

1、机械制造基础 ECUST第五篇 切削加工 定义：是使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数（形状、尺寸、位置）和表面质量的加工方法。内容：金属切削的基础知识金属切削机床的基本知识常用加工方法综述精密加工和特种加工简介典型表面加工分析金属切削的基础知识切削运动及切削要素一.零件表面的切削加工成形方法与成形运动 1. 切削加工成形方法 零件表面通常可看成是一条母线沿着另一条导线运动的轨迹。 母线与导线统称为形成表面的发生线，又称生成线或成形线。 切削加工时具体实现这两根发生线的是刀具的切削刃与工件的相对运动，并通过此运动将工

2、件的表面切削成形。金属切削的基础知识图1中，可将直线或曲线1视为母线，将绕OO轴心旋转所形成的圆或按一定方向移动所形成的直线（或曲线）2视为导线。1金属切削的基础知识零件表面的切削加工成形方法与成形运动 1. 切削加工成形方法 注意： 虽然母线相同导线也相同，但若两者间原始相对位置不同，则所形成 的表面也就不同如图中b及C。 在某此情况下母线、导线没有严格的区分，特别是对干自由曲面（图f）更是如此。 1金属切削的基础知识零件表面的切削加工成形方法与成形运动 1. 切削加工成形方法 不同的加工运动、不同的切削刀刃形状，形成发生线的方式不同，形成零件表面的方法也不同可归纳为以下四种（图2）：金属切

3、削的基础知识1. 切削加工成形方法 l）轨迹法 工件表面的生线（母线和导线）均由轨迹运动生成。如图a所示，刀刃为切削点，它按照一定的规律作轨迹运动，生成母线，工件绕自身轴线作回转运动，形成导线最终获得回转曲面。金属切削的基础知识1. 切削加工成形方法 4）范成法 又称展成法，其工件的一条发生线也是刀刃运动轨迹的包络线且包络线需通过刀具与工件之间的范成运动来生成。如图d中刀具刀刃的形状为一条直线，通过刀具的运动A与工件的运动B所组合而成的范成运动3，使切削刃1相对于工件的位置按确定的规律变化形成共轭生线2共轭生线2是切削线回的包络线。各种形式的齿轮、链轮大多数采用范成法加工。金属切削的基础知识零

4、件表面的切削加工成形方法与成形运动 2.切削加工成形运动 在切削和磨削加工中工件表面的形状、尺寸及相互位置关系是通过刀具相对于工件的运动形成的。工件表面的成形运动有三种： 1）主运动 直接切除工件上的切削层以形成工件新表面的基本运动。主运动通常是切削运动中速度最高、消耗功率最多的运动且主运动只有一个。主运动的速度以vc表示，称作切削速度。 2）进给运动 是指不断地把切削层投入切削的运动。它的速度较低。进给运动可能是连续性的运动，也可能是间歇性的。进给运动有时仅有一个，但也可能有几个。进给运动的速度用进给量f或进给速度vf表示。 切削加工的主运动与进给运动往往是同时进行的，因此刀具切削刃上某一点

5、与工件的相对运动应是上述两运动的合成。其合成速度vevcvf。 3）定位和调整运动 使工件或刀具进人正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。 切削运动及切削要素零件表面的形成及切削运动 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具完成，也可以由工件完成，还可以由刀具和工件共同完成。同时主运动和进给运动可以是直线运动（平动），也可以是回转运动（转动），还可以是平动和转动的复合运动。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。切削运动及切削要素切削运动及切削要素切削用量 用来衡量切削运动量的大小。一般包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。切削速度vc

6、：在切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。当主运动为旋转运动时，当主运动为直线运动时，式中，n工件或刀具的转速或往复次数（r/min） D工件工件或刀具的最大直径（mm） L工件或刀具作往复运动的行程长度（mm）切削运动及切削要素切削用量进给量f: 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。 车削时，f 为工件旋转一周，刀具纵向移动的距离，单位为(mm/r)； 刨削时，f 为刀具往复一次，工件移动的距离(mm).图1-3切削运动及切削要素切削用量背吃刀量ap 在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运

7、动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量。车外圆时， 式中：dw 工件待加工表面直径，mm； dm 工件已加工表面直径，mm。刀具材料及刀具构造刀具材料1对刀具材料的性能要求：（1）较高的硬度。（2）足够的强度和韧性。（3）良好的耐磨性。（4）较高的耐热性。（5）较好的工艺性。2常用刀具材料的性能和用途（1）碳素工具钢 含碳量在0.71.2%，淬火后硬度HRC61-65，价格低。耐热性不好，耐热温度200-250 V8m/min（0.13m/s），用于制造切削速度低的简单手工工具，如锉刀、锯条、刮刀等。（2）合金工具钢 在碳素工具钢中加入Cr、W、Mn、Si等合金元素。可适当减小热处理变形和提高耐

8、热性。淬火后硬度达HRC61-65，耐用温度达300-400C。比碳素工具钢允许的速度提高20%。常用于制造低速加工和要求热处理变形小的刀具，如铰刀，拉刀等。刀具材料及刀具构造刀具材料2常用刀具材料的性能和用途(3) 高速钢 又称白钢，锋钢，含有较多的W、Cr等合金元素。a通用型高速钢 通用型高速钢的含碳量为0.70.9，具有一定的硬度（6367HRC）和耐磨性、高强度和韧性、良好的工艺性，可广泛用于制造各类复杂刀具，切削速度（加工钢料）一般不高于50m/min60m/min，不适于高速切削和硬的材料切削 钨钢：其典型牌号是W18Cr4V，具有较好的综合性能， 可用于制造各种复杂刀具，但不适于

9、做大截面刀具 钨钼钢：其典型牌号是W6Mo5Cr4V2，它具有比W18Cr4V高的强度和韧性。它具有热塑性好、磨削性能好的优点，但热稳定性低于W18Cr4V，适于做尺寸较大，需要抗冲击的刀具 b. 高性能高速钢 是在通用型高速钢的基础上，通过增加碳、矾的含量或添加钴、铝等合金元素而得到的耐热性、耐磨性更高的新钢种 这类高速钢具有很高的热稳定性，在630-650时仍可保持60HRC的硬度，其耐用度是通用型高速钢的1.5-3倍。适用于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。但这类钢种的综合性能不如通用型高速钢，不同的牌号只有在各自规定的切削条件下，才能达到良好的加工效果刀具材料

10、及刀具构造刀具材料2常用刀具材料的性能和用途(4) 硬质合金 由硬度和熔点都很高的碳化钨（WC）、碳化钛（Tic）等金属碳化物作基体，用钴作粘结剂，采用粉末冶金法制成的合金，硬度可达HRA89-91（相当于HRC74-78），耐热性可达850-1000，V达100-300m/min（1.75m/s）抗弯强度、韧性，冲击韧性差。通常制成各种型式的刀片，将其焊接或夹固在刀体上使用。刀具材料及刀具构造钨钴类（YG类）。YG3、YG6、YG8 这类硬质合金具有较好的强度，但硬度耐磨性较差，主要用于加工铸铁及有色金属钨钛钴类（YT类）。YT5、YT15、YT30 由于加入了TiC，与YG类硬质合金相比，

11、YT类硬质合金的硬度、耐磨性都明显提高，但强度韧性下降。且随着TiC含量增大，这一性能的区别也增大。这类硬质合金主要用于加工钢料YW类 在YT类硬质合金中加入适量的TaC（或NbC）就形成了YW类硬质合金，常用牌号有YW1、YW2。加入TaC（或NbC）使材料的抗弯强度、抗疲劳强度和韧性提高，高温硬度、高温强度提高，抗氧化能力和耐磨性增强。这类合金既可加工铸铁及有色金属，又可加工钢料，常称为通用硬质合金。刀具材料及刀具构造刀具材料2常用刀具材料的性能和用途（5）陶瓷材料 Al2O3刀片硬度可达HRA86-96，耐1200高温。（6）人造金刚石 硬度极高，接近于HV10000（硬质合金为HV13

12、00-1800），耐热温度700-800。可加工硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及其合金等，不宜加工钢铁材料。（7）立方氮化硼 硬度达HV8000-9000，耐热性1300-1500，强度低，焊接性差，适用于半精加工和精加工高硬度、高强度的淬火钢及耐热钢，也可用于精加工有色金属。刀具材料及刀具构造1-5 切削刀具种类繁多，但它们的切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征，各种多齿刀具和复杂刀具，一个刀齿而言都相当于一把外圆车刀的刀头，如图所示，因为切削工具有着共同特征，所以我们只要分析讨论车刀就行。刀具材料及刀具构造刀具角度车刀切削部分的组成（“三面两刃一尖”）前刀面 刀具上切屑流过的表面

13、。后刀面 刀具上，与工件上切削中产生的表面相对的表面，有主后刀面和副后刀面。切削刃 刀具前刀面上拟作切削用的刃，有主切削刃和副切削刃。刀尖 主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，称为刀尖。 刀具材料及刀具构造刀具角度刀具的静止参考系 运动假设：假设刀具的进给运动速度为零；安装假设：假设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。基面：过主切削刃选定的点的平面，垂直于假定的主运动方向；主切削平面：通过主切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面；正交平面：通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的面。刀具材料及刀具构造刀具角度车刀切削部分的主要角度 前角0 ：前面与基面

14、间的夹角；后角0 ：后面与切削平面间的夹角；主偏角Kr ：主切削平面与假定进给方向的夹角；副偏角Kr ：副切削刃与假定进给方向反向的夹角；刃倾角 s ：主切削刃与基面间的夹角，刀尖高于主切削刃时为正值，反之为负值。刀具材料及刀具构造外圆车刀角度的作用图1-12前角的正与负 前角0 在正交平面内，前刀面与基面之间的夹角。前刀面在基面之下为正前角；前刀面与基面重合，前角为零；前刀面在基面之上为负前角，如图所示。正前角的值越大，切屑流出越容易，切削力越小，但刃口强度减弱。负前角能加强刀口强度、提高刃口抗冲击能力但会增大切削抗力。为使切削省力，车刀的前角一般为150250。 后角a0一在正交平面内，主

15、后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减小刀具主后刀面与工件的加工表面之间的摩擦。车刀后角一般取60一150。刀具材料及刀具构造外圆车刀角度的作用主偏角kr副偏角kr： 主偏角影响切削层截面的形状和几何参数，影响切削分力的变化，并和副偏角一起影响已加工表面粗糙度，副偏角还有减小副切削刃和副后面与已加工表面磨擦的作用。 如下图所示，当ap和f一定时，kr愈小，切下薄而宽的切屑。主切削刃单位长度上的负荷较轻，且散热条件较好，有利于刀具耐用度的提高。Kr小，切深抗力将增大，工件的刚性不好（如细长轴），就可能产生弯曲变形，并引起振动。 总之，主、副偏角的选择原则应为在不产生振动的条件下，取小值。

16、刀具材料及刀具构造主偏角kr对切削力的影响副偏角kr对残留面积的影响刀具材料及刀具构造外圆车刀角度的作用图1-14 刃倾角切削平面内，主切削刃与基面之间的夹角。当刀尖为主切削刃的最高点时，刃倾角为正值；当刀尖为最低点时，刃倾角为负值；当切削刃成水平时，刃倾角为零。如图所示。 刃倾角的正负将决定切屑流出的方向，并影响刀尖强度。 正刃倾角车刀的切屑流向待加工表面，不会擦伤工件已加工表面，但刀尖不耐冲击；负刃倾角车刀的刀尖抗冲击能力强，但切屑将流向工件已加工表面，会影响工件表面质量。刀具材料及刀具构造 图1-16(3)工作角度 上述车刀的标注角度，是在不考虑进给运动的影响，车刀刀尖与工件回转轴线等高

17、以及刀杆纵向轴线垂直于进给方向等理想条件下确定的。在实际切削时，上述条件可能被改变，辅助平面的位置随之发生变化，致使刀具的实际角度不同于标注角度。刀具在切削过程中的实际切削角度，称为工作角度。 如图所示，车外圆时，若刀尖高于工件的回转轴线，则工作前角0e0，而工作后角0e0； 若刀尖低于工件的回转轴线则0e 0 ， 0e 0，镗孔时的情况正好相反。刀具材料及刀具构造图1-17 当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化如图所示。金属的切削过程 金属切削过程实际上就是当刀具压入工件被切削层时，被切削的一层工件材料开始发生弹性交形、塑性变形，直至形成切屑而脱落工件的过程。

18、在这过程中要产生许多物理现象(如切削力、切削热、刀具磨损)以及加工表面质量等，而在实际生产中又要出现振动、卷屑和断屑等问题，而这些现象和问题都与工件加工质量、生产成本和生产率有着密切的关联。 金属的切削过程四个阶段 弹性变形塑性变形挤裂切离 一 切屑的形成和种类 1.切屑的形成 金属的切削过程实际上与金属挤压过程相似。切削塑性金属时，材料受到刀具切入挤压作用以后，开始产生弹性变形。随着刀具的继续切入金属内部应力、应变继续增大。当应力达到金属材料屈服点时，产生塑性变形。刀具继续切入，应力达到材料的断裂强度金属材料被挤裂，并沿着刀具前刀面流出而成了切屑。金属的切削过程三个变形区金属的切削过程三个变

19、形区金属的切削过程三个变形区金属的切削过程三个变形区的物理现象第一变形区：滑移区，金属以滑移方式产生塑性变形，主要影响切削力的大小和切削热的多少II. 第二变形区：滞流区，高温高压下，产生严重的剪切变形，主要影响积屑瘤的形成和消失，影响刀具的磨损和耐用度III. 第三变形区：由于金属的弹性恢复，受到刀具后刀面的挤压和摩擦使已加工表面产生塑性变形，主要影响已加工表面的质量金属的切削过程切屑的形成及类型类型：带状切屑 通常在加工塑性材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大的情况下获得。节状切屑 在加工较硬的塑性材料且使用的切削速度较低。切削厚度较大、刀具前角较大的情况下产生。崩碎切屑 在加工

20、铸铁、青铜等脆性材料时，易形成崩碎切屑。工件材料愈硬脆、刀具前角愈小、切削厚度愈大，愈易形成。金属的切削过程积屑瘤 切削钢、球墨铸铁，铝合金等塑性金属时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些金属冷焊（粘结）沉积在前面上，形成硬度很高的楔块，它能代替切削刃进行切削，这个小硬块称为积屑瘤。 图1 - 22金属的切削过程积屑瘤的形成及对加工的影响 (1)形成：摩擦阻力切屑滞流层切屑粘在刀具上积屑瘤(2)对加工的影响：保护刀具增大前角工件尺寸变化增大表面粗糙度引起振动积屑瘤对粗加工有利，对精加工不利。金属的切削过程积屑瘤的控制加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区。增加刀具前

21、角 减小切削变形、降低刀屑接触区压力。使用润滑性较好的切削液 减少摩擦。用适当热处理方法提高工件材料的硬度，减少加工硬化倾向。 产生积屑瘤最主要的因素是工件材料和切削速度。 金属的切削过程三 切削力与切削功率1. 切削力 切削过程中，材料产生变形到变成切屑所产生的抗力和切屑与前刀面之间及副后面与已加工表面之间发生的摩擦，共同作用于刀具上的合力称为切削力。 在切削过程中，切削力使工艺系统(机床一工件一刀具)发生变形，影响工件加工精度。切削力还直接影响着切削热的产生，并进一步影响刀具的磨损和已加工表面质量。切削力又是设计和使用机床、刀具、夹具的重要依据。 金属的切削过程图1 - 23 Fz轴向分力

22、，或称为进给抗力，是总切削力Fr在进给方向上的分力，是设计走刀机构及确定进给功率的主要依据。 以车削外圆为例，总切削力可以分解为三个互相垂直的分力如图1-13所示。 Fx主切削力，或称切向分力，为总切削力Fr在切削速度方向上的分力，大小约占总切削力的80一90，是计算机床动力，以及主传动链的传动零件强度、刚度的依据。主切削力过大会使刀具崩刃或使机床发生问车现象。 Fy背向分力，或称切深抗力或称径向分力，是总切削力在背吃刀量上的分力。因为切削时，刀具在这个方向上的速度是零、所以不做功。但Fy作用于工件刚性最弱的方向上，容易使工件发生弯曲变形。金属的切削过程2切削力的估算（1）用经验公式估算Fc=

23、CFcapXFcfYFcKFcCFc与工件材料和刀具材料有关的系数；ap背吃力刀量mm；f进给量。XFc，YFc指数；KFC与切削用量、刀具角度、刀具磨损及切削液有关的修正系数由上式可见，工件材料和刀具材料对切削力的影响最大，切削用量中aP对切削力的影响比f的影响大。（2）用单位切削P来估算。Fc=PAc=PapfN金属的切削过程切削功率Pm 三个切削分力消耗功率的总和。切削功率Pc 同一瞬间切削切削刃基点的切削力与切削速度的乘积称为切削功率；进给功率Pf 进给力与进给速度的乘积称为进给功率；背向力Fp 方向的运动速度为零，不消耗功率。金属的切削过程切削热 切削过程中，材料的变形功和切屑、工件

24、与刀具的摩擦功，绝大部分转变为切削热。来源：切削变形所产生的热量，主要来源；切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量；工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。传出：少量逸散在周围介质中；传给刀具 刀具温度升高加剧刀具磨损；传给工件 使工件变形，产生形状和尺寸误差；传给切屑 无害。金属的切削过程切削温度 切削区的平均温度，切削温度的高低是切削热量生成多少与散失快慢综合影响的结果。影响因素工件材料 强度、硬度大，切削热生成多；导热性好对温度下降有利。切削用量 增大会使切削热增大，vc影响最大，f次之， ap最小。适当增大刀具前角，可减少切削热，有利于降低温度。使用切削液是降低切削温度的有效措施。金属

25、的切削过程五、刀具磨损及刀具耐用度 磨损的产生：切屑和前面之间的摩擦，以及主后面和工件过渡表面之间的摩擦。1刀具磨损的形式及过程形式：前面磨损、后面磨损、前后面同时磨损。产生的条件 前面磨损：较高的Vc，较大的切削厚度，切塑性材料；后面磨损：较低的Vc，较小的切削厚度切塑性材料。或切脆性材料；前后面同时磨损：以中等Vc中等切削厚度切塑性材料。金属的切削过程五、刀具磨损及刀具耐用度1刀具磨损的形式及过程刀具磨损过程：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段2刀具耐用度：耐用度：刀具从刃磨锋利以后，自开始切削到磨钝为止的实际切削工作时间，称为刀具耐用度T。寿命：一把新刀从第一次切削开始，经多次刃磨

26、切削到不能再刃磨使用为止，实际刀削工作时间的总和，称为刀具寿命。精加工时，刀具耐用度常以走刀次数或加工零件个数来表示。正常磨损 在刀具设计与使用、制作与刃磨质量都符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。非正常磨损 刀具在切削过程中突然过早产生损坏的现象。切削加工技术经济指标产品质量 零件经切削加工后的质量包括精度和表面质量。 （）精度 是指零件在加工之后，其尺寸、形状等参数的实际数值同它们绝对准确的各个理论参数相符合的程度。符合程度越高，亦即偏差（加工误差）越小，则加工精度越高。其中： a尺寸精度 指的是表面本身的尺寸精度（如圆柱面的直径）和表面间的尺寸精度（如孔间距离等）。尺寸精度

27、的高低，用尺寸公差的大小来表示。 国家标准 GBT180021998规定，标准公差分成 20级，即 IT01、IT0和 ITIT18，IT表示标准公差。数字越大，精度越低。 b形状精度 指的是零件表面与理想表面之间在形状上接近的程度，如圆柱面的圆柱度、圆度，平面的平面度等。 位置精度 指的是表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置接近的程度，如两圆柱面间的同轴度，二平面间的平行度或垂直度等。设计零件时，首先应根据零件尺寸的重要性来决定选用哪一级精度。其次还应考虑本厂的设备条件和加工费用的高低。总之，选择精度的原则是在保证能达到技术要求的前提下，选用较低的精度等级。切削加工技术经济指标产品质

28、量（2）表面质量 已加工表面质量（也称表面完整性）包括表面粗糙度、表层加工硬化的程度和深度、表层剩余应力的性质和大小。 a表面粗糙度 无论用何种加工方法加工，零件表面总会留下微细的凸凹不平的刀痕，出现交错起伏的峰谷现象，粗加工后的表面用眼就能看到，精加工后的表面用放大镜或显微镜也能观察到。这种已加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，称为表面粗糙度。b已加工表面的加工硬化和剩余应力 在切削过程中，由于前刀面的推挤以及后刀面的挤压与摩擦，工件已加工表面层的晶粒发生很大的变形，致使其硬度比原来工件材料的硬度有显著提高，这种现象称为加工硬化。切削加工所造成的加工硬化，常常伴随着表面裂纹，因而降低了

29、零件的疲劳强度和耐磨性。对于重要的零件，除限制表面粗糙度外，还要控制其表层加工硬化的程度和深度，以及表层剩余应力的性质（拉应力还是压应力）和大小。而对于一般的零件，则主要规定其表面粗糙度的数值范围。切削加工技术经济指标2生产率切削加工中常以单位时间内生产：零件的数量来表示生产率，即：式中：R0一生产率， tw一生产一个零件所需的总时间。 在机床上加工一个零件所需要的总时间由三部分组成，即：式中：tm一基本工艺时间，亦即加工个零件所需要的总切削时间，也称为机工时间。 tc一辅助时间，亦即除切利时间外、与加工直接有关的时间。它是工人为了完成切削加工而消耗于与各种操作上的时间，例如调整机床、空移刀具

30、、装卸和刃磨工具、安装和找正工件、检验等时间。 t0一其他时间，亦即赊切削时间之外，与加工没有直接关系的时间。它包括擦拭车床清扫切屑以及自然需要时间等时间。所以生产率可表示为：切削用量的选择原则二、切削用量的选择原则 合理地选择切削用量，对于保证加工质量、提高生产效率和降低成本有着重要的影响。在机床、刀具和工件等条件一定的条件下，选择切削用量具有很大的灵活性和潜力。因此为了取得最大的技术经济效益就应当根据具体的加工条件确定切削用量三要素(ap，f，vc)的合理组合。1.切削用量对切削加工的影响对加工质量的影响 对生产率的影响切削用量的选择原则二、切削用量的选择原则1.背吃刀量的选择 背吃刀量要

31、尽可能取得大些、不论粗加工还是精加工，最好一次走刀能把该工序的加工余量切完。如因加工余量太大、一次走刀切除会使切削力太大、机床功力不足、刀具强度不够或产生振动时，可将加工余量分为两次或多次切完。这时也应将第一次走刀时的背吃刀量取得尽量大些，其后的背吃刀量取得相对的小一些。2.进给量的选择粗加工时，一般对工件的表面质量要求不高进给量主要受机床、刀具和工件所能承受的切削力的限制。这是因为当选定背吃刀量后、进给量数值就直接影响切削力的大小。而精加工时，一般背吃刀量不大，切削力也不大限制进给量的主要因素是工件表面粗糙度。 实际生产中通过查阅”切削用量手册”等资料查出进给量的大小（表1-4）。切削用量的

32、选择原则表3.切削速度的选择在背吃刀量和进给量选定以后，可根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法选择切削速度。粗加工时，由于切削力较大、切削速度主要受机床功率的限制。如果依据刀具耐用区选定的切削速度使切削功率超过许用值时，就应当适当地降低切削速度。精加工时切削力较小切削速度主要受刀具耐用度的限制。切削速度的具体选择，可从“切削用量手册”等资料中查出（表1-6）。切削用量的选择原则三.、切削液的选用1.切削液的作用和种类 切削液主要通过冷却和润滑作用来改善切削过程。 主要有水基切削液和油基切削液 2.切削液的选择和使用 根据加工性质、工件材料和刀具材料来选择切削用量的选择原则四、 材料切削加工性

33、的改善.材料切削加工性的概念和衡量指标（1） 一定刀具耐用度下的切削速度vT 即刀具耐用度为T（min）时切削某种材料所允许的切削速度。 vT 越高，材料的切削加工性越好。若取 T60 min，则vT 可写作v60。（2）相对加工性Kr，即各种材料的v60 与45钢（正火）的v60 之比值。由于把后者的v60 作为比较的基准。故写作(v60 )j，于是 Kr= v60/ (v60 )j 常用材料的相对加工性可分为8级（见表l7）。凡Krl的材料，其切削加工性比45钢（正火）好，反之较差。（3）已加工表面质量 凡较容易获得好的表面质量的材料。其切削加工性较好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指

34、标。 （4）切屑控制或断屑的难易 凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；反之较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡量指标。 切削用量的选择原则三. 材料切削加工性的改善（5）切削力 在相同的切削条件下，凡切削力较小的材料。其切削加工性较好；反之较差 在粗加工中当机床刚度或动力不足时，常以此为衡量指标。切削用量的选择原则三 . 材料切削加工性的改善2. 改善材料切削加工性的主要途径 材料的使用要求经常与其切削加工性发生矛盾。加工部门应与设计部门和冶金部门密切配合，在保证零件使用性能的前提下通过各种途径来改善材料的切削加工性。 直接影响材料切削加工性的主要因素是其物理，力学性能

35、。若材料的强度和硬度高则切削力大划削温度高，刀具磨损快，切削加工性较差。若材料的塑性高，则不易获得好的表面质量断屑困难，切削加工性较差。若材料的导热性差，切削热不易散失切削温度高，其切削加工性也不好。 (a) 通过适当的热处理可以改变材料的力学性能，从而达到改善其切削加工性的目的。 ( b) 改变材料的力学性能还可以用其他辅助性的加工，例如低碳钢经过冷拔可降低其塑性，也能改善材料的切削加工性。 (c) 还可以通过适当调整材料的化学成分来改善其切削加工，例如，在钢中适当添加某些元素如硫、铅等可使其切削加工性得到显著改善，这样的钢称为易切削钢” 。金属切削机床的基本知识 金属切削机床是对金属工件进

36、行切削加工的机器。由于它是用来制造机器的，也是唯一能制造机床自身的机器，故又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。本章的主要内容一, 机床的类型和基本构造二, 机床的传动三, 自动机床和数控机床简介四, 柔性制造系统和计算机辅助制造系统机床的类型和基本构造机床的类型 非数控机床和数控机床按加工方式、加工对象或主要用途分：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、特种加工机床、锯床、其它机床。按加工工件大小和机床质量分：仪表机床、中小机床、大型机床、重型机床、超重型机床。按机床适用范围分：通用机床、专门化机床和专用机床。按加工精度分：普通精度级机床、精密级机床和高精度

37、级机床。机床的类型和基本构造机床的基本构造在各类机床中，车床、钻床、刨床、铣床和磨床是五种最基本的机床，图21至图25所示，尽管这些机床的外形、布局和构造各不相同，但归纳起来，它们都是由如下几个主要部分组成的。1.主传动部件 用来实现机床的主运动，例如车床、钻床、铣床的主轴箱，刨床的变速箱和磨床的磨头等。2进给传动部件 主要用来实现机床的进给运动，也用来实现机床的调整、退刀及快速运动等，例如车床的进给箱、溜板箱，钻床、铣床的进给箱，刨床的进给机构，磨床的液压传动装置等。3工件安装装置 用来安装工件，例如卧式车床的卡盘和尾架，钻床、刨床、铣床和平面磨床的工作台等。4刀具安装装置 用来安装刀具，例

38、如车床、刨床的刀架，钻床、立式铣床的主轴，卧式铣床的刀轴，磨床磨头的砂轮轴等。5支承件 用来支承和连接机床的各零部件，是机床的基础构件，例如各类机床的床身、立柱、底座、横梁等。6动力源 为机床运动提供动力，即电动机。机床的类型和基本构造机床的类型和基本构造机床的传动机床的传动: 有机械、液压、气动、电气等多种传动形式，其中最常见的是机械传动和液压传动。一、机床的机械传动 1机床上常用的传动副及其传动关系 用来传递运动和动力的装置称为传动副，机床上常用的传动副及其传动关系如下：(1)带传动 带传动是利用传动带与带轮之间的摩擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮（图26）。从图中可知，如果不考虑传动

39、带与带轮之间的相对滑动，带轮的圆周速度v1、v2和传动带速度v带的大小是相同的，即因为所以机床的传动一、机床的机械传动 （2）齿轮传动 齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式。这种传动种类很多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等，其中最常用的是直齿圆柱齿轮传动，如图27所示。 设z1, z2和n1, n2分别为主动、从动齿轮的齿数和转速，则 从上式可知，齿轮传动的传动比等于主动齿轮与从动齿轮齿数之比。或齿轮传动中，齿轮转速与其齿数成反比。机床的传动一、机床的机械传动 （3）蜗杆传动 如图28所示。蜗杆为主动件，将其转动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮转，反之则不可能。 若蜗杆的螺纹头数

40、为k，转速为n1；蜗轮的齿数为z，转速为n2则其传动比为蜗杆传动的优点是可以获得较大的降速比(因为k比z小很多），而且传动平稳，无噪声，结构紧凑。但传动效率低，需要有良好的润滑条件。机床的传动一、机床的机械传动(4) 齿轮齿条：回转运动 直线运动(5) 丝杆螺母：机床的传动传动链 若干个传动副组合起来，成为一个传动系统，称为传动链。传动比等于传动副各传动比的乘积。 例: 如图所示，运动自轴I输入，转速为n1，经带轮d1、传动带和带轮d2。传至轴II。再经圆柱齿轮1、2传到轴III，经圆锥齿轮3、4传到轴IV，经圆柱齿轮5、6传到轴V，最后经蜗杆k及蜗轮7传至轴VI，并把运动输出。机床的传动3机

41、床常用的变速机构 获得加工时的各种切削速度。 变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱。齿轮箱中的变速机构是由一些基本的机构组成的。基本变速机构是多种多样的，其中最常应用的有以下两种（图212）：机床的传动3机床常用的变速机构滑动齿轮变速机构（图212a）带长键的从动轴II上，装有三联滑动齿轮（z2、z4和z6）。通过手柄可使它分别与固定在主动轴I上的齿轮z1、z3和z5相啮合，轴口可得到三种转速,其传动比为 这种变速机构的传动路线可用传动链的形式表示如下：（2）离合器式齿轮变速机构（图212b）可得到两种不同的转速，其传动比为 其传动链为机床的传动4卧式车床传动简介 图为C616型（相当于新编型

42、号C6132）卧式车床的传动系统图,它用规定的简图符号表示出整个机床的传动链。图中各传动件按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来。传动系统图只能表示传动关系，而不能代表各传动件的实际尺寸和空间位置。图中：罗马数字表示传动轴的编号，阿拉伯数字表示齿轮齿数或带轮直径，字母M表示离合器等。 （1）主运动传动链为； 主轴可获得2X3X212级转速，其反转是通过电动机反转实现的。机床的传动4卧式车床传动简介 机床的传动4卧式车床传动简介 进给运动传动链为： 机床的传动5机床机械传动的组成 机床机械传动主要由以下几部分组成： （1）定比传动机构 具有固定传动比或固定传动关系的传动机构，如常用的传动副

43、。（2）变速机构 改变机床部件运动速度的机构。例如，图 213中变速箱的轴 lII一III间采用的为滑动齿轮变速机构, 主轴箱中轴IV一V一VI间采用的为离合器式齿轮变速机构等。（3）换向机构 变换机床部件运动方向的机构。为了满足加工的不同需要，机床的主传动部件和进给传动部件往往需要正、反向的运动。机床运动的换向，可以直接利用电动机反转，也可以利用齿轮换向机构（例如图213主轴箱中VI、VII 、VIII轴间的换向齿轮）等。（4）操纵机构 用来实现机床运动部件变速、换向、启动、停止、制动及调整的机构。机床上常见的操纵机构包括手柄、手轮、杠杆、凸轮、齿轮齿条、拨叉、滑块及按钮等。（5）箱体及其他

44、装置 相体用以支承和连接各机构并保证它们相互位置的精度。为了保证传动机构的正常工作，还要设有开停装置、制动装置、润滑与密封装置等。 机床的传动6机械传动的优缺点 机械传动与液压传动、电气传动相比 较，其主要优点如下： (1) 传动比准确，适用于定比传动； （2）实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩； （3）故障容易发现，便于维修。 但是，机械传动一般情况下不够平稳；制造精度不高时，振动和噪声较大；实现无级变速的机构较复杂，成本高。因此，机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中。机床的传动二、机床的液压传动 1外圆磨床液压传动简介 工作台的往复换向动作，是由挡块5使换向阀6的活塞自动转换

45、实现的。如图所示，工作台向左移动，挡块5固定在工作台2侧面槽内，按照要求的工作台行程长度，调整两挡块之间的距离。当工作台向左行程终了时，挡块5先推动杠杆8到垂直位置；然后借助作用在杠杆8滚柱上的弹簧帽15使杠杆8及活塞继续向左移动，从而完成换向动作。此时，换向阀6的活塞位置如图215所示，工作台开始向右移动。换向阀6的活塞转换快慢，由油阀16调节，它将决定工作台换向的快慢及平稳性。机床的传动二、机床的液压传动 2机床液压传动的组成 机床液压传动主要由以下几部分组成：（1）动力元件油泵。其作用是将电动机输入的机械能转换为液体的压力能，是能量转换装置（能源）。 （2）执行机构油缸或油马达。其作用是

46、把油泵输入的液体压力能转变为工作部件的机械能，它也是一种能量转换装置（液动机）。 （3）控制元件各种阀。其作用是控制和调节油液的压力、流量（速度）及流动方向。 （4）辅助装置油箱、油管、滤油器、压力表等。其作用是创造必要的条件，以保证液压系统正常工作。 （5）工作介质矿物油。它是传递能量的介质。机床的传动二、机床的液压传动 3液压传动的忧缺点 液压传动与机械传动、电气传动相比较，其主要优点如下 （1）易于在较大范围内实现无级变速； （2）传动平稳，便于实现频繁的换向和自动防止过载； （3）便于采用电液联合控制，实现自动化； （4）机件在油中工作，润滑好，寿命长。 由于液压传动有上述优点，所以应

47、用广泛。但是，由于油有一定的可压缩性，并有泄漏现象，所以液压传动不适于作定比传动。自动机床与数控机床简介自动和半自动机床 经调整后，不需人工操作便能完成自动循环的机床，称自动机床。除装卸工件由人工操作外，能完成半自动循环的机床，称半自动机床。适于大批、大量地生产形状不太复杂的小型零件，加工精度较低，生产率高。产品变更，需重新设计、调整机床，不适应多品种、中小批量生产。自动机床与数控机床简介数控机床 按照加工要求预先编制的程序，由控制系统发出数字信息指令进行工作的机床。工作过程编制程序单；制造穿孔带；信息输入；信息运算和处理，转换为指令信号；伺服机构控制机床。自动机床与数控机床简介数控机床种类（

48、按运动轨迹）点位控制 控制刀具或机床工作台从一点移动到另一点的准确定位，如钻床、镗床和冲床。直线控制 除控制点定位，保证两坐标点间移动轨迹为一条直线，如车床、铣床、磨床。轮廓控制 对两个或两个以上坐标方向的同时运动不间断控制，并进行切削，如铣床、车床、磨床、齿轮加工机床。自动机床与数控机床简介数控机床的种类（按伺服机构控制方式）开环控制 （图中的实线） 没有位置测量装置，不反馈实际值并与指令值比较。控制简单、成本低，精度受限。闭环控制 （图中的虚线） 有测量装置，将实际值反馈并与指令值比较，再用比较差值控制，直到差值消除。定位精度高、速度快、但控制系统复杂，成本高。 自动机床与数控机床简介数控

49、机床的优点和应用优点：柔性大 加工对象灵活可变，适于多品种生产。利用率高 设备调整和生产准备时间短，长时间稳定加工。加工质量稳定 按程序自动加工，有补偿功能。生产率高 应用适合产量小、品种多、产品更新频繁、要求生产周期短。适合复杂型面的零件，用非数控机床难以完成的加工。多品种、中小批量生产的重要途径之一。柔性制造系统和计算机辅助制造概述 长期以来，人们对于机械制造领域所涉及的各种问题，往往是孤立地看待，对于机械制造中所用的机床、工具和制造过程，仅限于分别地、个别地加以研究。因此，在很长的时期内，尽管有许多研究工作取得了卓越的成就，然而在大幅度地提高小批量的生产率方面，并未发生重要的突破。直到2

50、0世纪60年代后期，人们才逐渐认识到，只有把机械制造的各个组成部分看成是一个有机的整体，以控制论和系统工程学为工具，用系统的观点进行分析和研究，才能对机械制造过程实行最有效的控制，才能有效地提高生产率、扩大品种、保证质量，并达到最大的经济效益。基于这种认识，人们进行了许多研究和实践，于是出现了机械制造系统的概念。柔性制造系统和计算机辅助制造概述一、机械制造系统 机械制造系统是由经营管理、生产过程、机床设备、控制装置及工作人员所组成的有机整体。它和其他生产系统一样，是由输入，制造过程和输出组成的（图223）。 系统的输入，是指向系统输入具有一定几何参数（如形状、尺寸、精度、表面粗糙度等）和物理参数（如材料性质、表面状态等）的原材料、毛坯、刀具等。系统将工件输入参数与机床调整参数(vc, f, ap)相综合，从而决定制造过程中的加工条件