机械制造技术教（学）案

.PAGE.课程情况简介课程性质：专业基础课任教__模具051、052计辅051五年专数控031周课时：4节总学时：80节教材：《机械制造技术》李华主编李焕峰副主编高等教育出版社教学课题：第1章机械制造过程概述教学目的：1、了解课程的性质和内容2、了解机械制造技术的发展现状3、了解先进制造技术及其发展方向4、了解课程的目的和要求5、熟悉生产过程和机械制造过程6、掌握机械制造过程的分析教学重点：机械制造过程的基本概念教学难点：生产过程和机械制造过程授课时间：课时安排：2节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：绪论一、本课程的性质和内容本课程所讲的机械制造技术主要是指机械冷加工技术和机械装配技术。内容包括：〔1掌握金属切削过程的基本规律和机械加工的基本知识。合理选择机械加工方法与机床、刀具、夹具及切削加工参数,并初步具备制订机械加工工艺规程的能力。〔2掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识。初步具备分析和解决现场工艺问题的能力。二、机械制造技术的发展现状我国的制造业得到长足发展,但还存在阶段性的差距。1、数控机床在我国机械制造领域的普及率不高。2、国产先进数控设备的市场占有率较低。3、数控刀具、数控检测系统等数控机床的配套设备不能适应技术发展的需要。4、机械制造行业的制造精度、生产效率、整体效益等都不能满足市场经济发展的要求。三、先进制造技术的及其发展方向先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、电子、信息、材料及现代管理等方面的最新成果,将其综合应用于制造的全过程以实现优质、高效、低消耗、敏捷及无污染生产的前沿制造技术的总称。先进制造技术的主要发展趋势〔1制造技术向自动化、集成化和智能化的方向发展〔CNC>机床、加工中心〔MC>、柔性制造系统〔FMS以及计算机集成制造系统〔CIMS等自动化制造设备或系统的发展适应了多品种、小批量的生产方式,它们将进一步向柔性化、对市场快速响应以及智能化的方向发展,敏捷制造设备将会问世,以机器人为基础的可重组加工或装配系统将诞生,智能制造单元也可望在生产中发挥作用。加速产品开发过程的CAD／CAM一体化技术、快速成形〔RP技术、并行工程〔CE和虚拟制造〔VM将会得到广泛的应用。〔2制造技术向高精度方向发展21世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进,采用一般的精密加工也可以稳定地获得亚微米级的精度。精密成形技术与磨削加工相结合,有可能覆盖大部分零件的加工。以微细加工为主要手段的微型机电系统技术将广泛应用于生物医学、航空航天、军事、农业、家庭等领域,而成为下世纪最重要的先进制造技术前沿之一。〔3>综合考虑社会、环境要求及节约资源的可持续发展的制造技术将越来越受到重视。绿色产品、绿色包装、绿色制造过程将在下个世纪普及。四、学习本课程的目的和要求通过本课程的学习,使学生掌握机械制造技术的基本加工技术和基本理论,再通过后续课程的学习,进一步掌握先进制造技术的有关知识,从而为将来胜任不同职业和不同岗位上的专业技术工作、掌握先进制造技术手段应用、具备突出的工程实践能力奠定良好的基础。1、掌握机械制造过程中工艺系统、表面成形和切削加工的基本理论；掌握常用加工方法及其工艺装备的基本知识和基本理论；了解现代制造技术的知识、应用及发展。2、掌握常用加工方法的综合应用、机械加工工艺、装配工艺设计的方法,初步掌握工艺装备选用和夹具设计的方法。3、初步具备解决机械制造过程中工艺技术问题的能力和产品质量控制的能力§1-1机械制造过程一、生产过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程它包括原材料的运输、保管与准备,产品的技术、生产准备,毛坯的制造,零件的机械加工及热处理,部件及产品的装配、检验、调试、油漆包装,以及产品的销售和售后服务等。机械制造工艺过程是指在生产过程中,毛坯的制造成形〔如铸造、锻压、焊接等,零件的机械加工、热处理、表面处理,部件和产品的装配等是直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能的过程,简称工艺过程。机械加工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为零件的全过程。从广义上来说,特种加工〔包括电加工、超声波加工、激光加工、电子束及离子束加工也是机械加工工艺过程的一部分,然而其实质不属于切削加工范畴。二、机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个工序组成。机械加工中的每一个工序又可依次分为安装、工位、工步、走刀。1、工序指一个或一组工人,在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。2、安装如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹,则每次装夹下完成的那部份工序内容称为一个安装。在一个工序中,有的工件只需装夹一次；也有需要多次装夹的。3、工位在工件的一次安装中,通过工作台的分度、移位可以使工件相对于机床变换加工位置,工件在每一个加工位置上所完成的加工内容称为工位。4、工步在同一个工位上,要完成不同的表面加工时,其中加工表面、刀具、切削速度和进给量不变的情况下所完成的工位内容称为一个工步。5、走刀刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。§1-2机械制造的生产组织一、生产纲领1、定义：企业根据市场需求和自身的生产能力决定的、在计划生产期内应当生产的产品的产量和进度计划称为生产纲领。2、零件年生产纲领计算式为：N=Qn<1+α><1+β>式中：N：零件的年生产纲领〔件/年；

Q:产品的年产量〔台/年；

n:单台产品该零件的数量〔件/年；

α:该零件的备品率,以百分数计；

β:该零件废品率,以百分数计。二、生产组织类型根据生产专业化程度的不同,生产组织类型可分为以下三种:1、单件生产:产品的种类多而同一产品产量很小,工作地点的加工对象完全不重复或很少重复。2、成批生产:成批生产的主要特征是工作的加工对象,周期性地进行轮换。按照批量的大小,成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种类型。3、大量生产:产品的数量很大,大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工。生产类型的划分主要决定于生产纲领,即年产量,但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。此外,不同生产类型的零件加工工艺、工艺装备、毛坯制造方法以及对工人的技术要求等,都有很大的不同。应当指出,生产类型对零件工艺规程的制定影响很大。此外,生产同一产品,大量生产一般具有生产效率高、成本低、质量可靠、性能稳定等优点。因此,应大力推广产品结构的标准化、系列化,以便于组织专业化的大批量生产,以提高经济效益。推行成组技术,以及采用数控机床、柔性制造系统和计算机集成制造系统等现代化的生产手段及方式,实现机械产品多品种、小批量生产的自动化,是当前机械制造工艺的重要发展方向。小结：1、生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程在定义上的区别2、机械加工工艺过程由若干个工序组成。机械加工中的每一个工序又可依次分为安装、工位、工步、走刀3、生产组织类型的分类、生产纲领的计算。作业布置：见教材P181、什么是生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程？2、什么是工序、安装、工位、工步、走刀？3、什么是生产纲领？4、简述各种生产组织类型的特点？5、简述机械制造过程的基本组成？练习:单项选择题1、为了提高生产率,用几把刀具同时加工工件上的几个表面,称为复合工步,在工艺文件方件上复合工步当作为。A、一道工序B、一个工步C、一个工位D、一项安装2、零件的生产纲领愈大,其毛坯制造应该。A、简化、以节省毛坯制造费用B、提高精度,以减少机械加工的工作量C、增加余量,以降低毛坯的废品率3、在镗床上镗箱体孔,先镗孔的一端,然后,工作回转180°再镗孔的另一端,该加工过程属于。A、二个工序B、二个工位C、二次安装D、二个工步4、阶梯轴的加工过程中"调头继续车削"属于变换了一个。A、工序B、工步C、安装D、走刀5、车削加工时,四方刀架的每次转位意味着变换了一个。A、工序B、工步C、安装D、走刀6、一个工序的定义,强调的是。A、工作地点固定与工作连续B、只能加工一个工件C、只能是一个工人完成D、只能在一台机床上完成7、安装次数越多,则。A、生产率越高B、精度越高C、生产率和精度越低8、单件小批生产的特征是。A、毛坯粗糙,工人技术水平要求低B、毛坯粗糙,工人技术水平要求高C、毛坯精化,工人技术水平要求高答案：BBBCBACB教学课题：第2章机械加工工艺系统教学目的：1、了解零件表面的成形2、掌握机械加工的运动3、掌握切削用量和切削层参数4、掌握机械加工工艺系统的定义教学重点：1、掌握机械加工的运动2、掌握切削用量和切削层参数教学难点：机械加工运动的分析授课时间：课时安排：2节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：[一、复习旧课]：提问、讲解提问、讲解2、什么是工序、安装、工位、工步、走刀？3、什么是生产纲领？[二、引入新课]：定义：在机械加工中,由机床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一个实现某种加工方法的整体系统,这一系统称为机械加工工艺系统。对应于不同的加工方法有不同的机械加工工艺系统,如车削工艺系统、铣削工艺系统、磨削工艺系统等。机械制造技术就是以表面成形理论、金属切削理论和工艺系统的基本理论为基础,以各种加工方法、加工装备的特点及应用为主体,以机械加工工艺和装配工艺的设计为重点,以实现机械产品的优质、高郊、低成本为目的的综合应用技术。§2-1零件表面的成形和机械加工运动一、零件表面的成形机械零件的表面形状千变万化,但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等,如课本图所示。这些表面都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。相切法：采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工工件时,刀具自身的旋转运动形成圆形发生线,同时切削刃相对于工件的运动形成其他发生线。二、机械加工的运动机床的运动：表面成形运动和辅助运动。1、表面成形运动：根据几何的角度来分析,为保证得到工件表面的形状所需的运动。根据工件表面形状和成形方法的不同,成形运动有以下类型：〔1简单成形运动：如果一个独立的成形运动,是由单独的旋转运动或直线运动构成的,则此成形运动称为简单成形运动。〔2复合成形运动：如果一个独立的成形运动,是由两个或两个以上旋转运动或直线运动,按照某种确定的运动关系组合而成,则称此成形运动为复合成形运动。例题例1：用外圆车刀车削外圆柱面时〔见图a,工件的旋转运动B1和刀具的直线运动A1就是两个简单成形运动。例2：车螺纹时,螺纹表面的导线〔螺旋线必须由工件的回转运动和刀架直线运动保持确定的相对运动关系才能形成,这也是一个复合成形运动。数控机床开环控制框图数控机床开环控制框图从保证金属切削过程的实现和连续进行的角度看,成形运动可分为：主运动和进给运动。〔1主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动,称为主运动。主运动的速度最高,所以消耗的功率最大。一般机床的主运动只有一个。如：车削、镗削加工时工件的回转运动,铣削和钻削时刀具的回转运动,刨削时刨刀的直线运动等都是主运动。〔2进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工,根据工件表面形状成形的需要,进给运动可以是多个,也可以是一个；可以是连续的,也可以是间歇的。2、辅助运动：实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。〔1空行程运动刀架、工作台的快速接近和退出工件等,可节省辅助时间。〔2切入运动为保证被加工面获得所需尺寸,刀具相对于工件表面的深入运动。〔3分度运动使工件或刀具回转到所需要的角度,多用于加工若干个完全相同的沿圆周均匀分布的表面,也有在直线分度机上刻直尺时,工件相对刀具的直线分度运动。〔4操纵及控制运动包括变速、换向、启停及工件的装夹等。三、切削用量和切削层参数〔1切削速度Vc切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同,计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时：式中：d—切削刃上选定点的回转直径,mm;n—主运动的转速,r/s或r/min.当主运动为直线运动时,切削速度是刀具相对于工件的直线运动速度〔2进给速度Vf、进给量f、和每齿进给量fz进给速度Vf切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度,单位是mm/s或mm/min。进给量f刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量,用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述,单位是mm/r或mm/行程。每齿进给量fz后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量,单位是mm/z每齿进给量是对于铣刀、拉刀等多齿刀具各进给量间的关系：Vf=nf=nfzZ〔3背吃刀量ap切削深度ap〔背吃刀量是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离,单位mm。主运动是回转运动时：主运动是直线运动时：ap=Hw-Hm钻孔时：式中：dw工件待加工表面直径dm工件已加工表面直径Hw工件等加工表面厚度Hm工件已加工表面厚度例:车削直径为300mm的铸铁带轮外圆,若切削速度为60m/min,试求车床主轴转速.解:根据公式实际生产中,理论上计算出的主轴转速应从车床转速表中最接近的一档选取小结：金属切削过程的实现和连续进行的角度看,成形运动可分为：主运动和进给运动,但是各种机床的主运动和进给运动都不一样。作业布置：见教材P48教学课题：第2章机械加工工艺系统〔续教学目的：1、金属切削机床的分类和型号编制方法2、金属切削机床的主要技术参数3、数控机床的概述教学重点：金属切削机床的分类和型号编制方法和机床的主要技术参数教学难点：机床型号的编制授课时间：课时安排：2节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：[一、复习旧课]：1、零件的表面成形的方法2、工件表面的成形方法和机床所需的运动以及各种运动之间的联系3、切削用量和切削层参数[二、引入新课]：§2-2金属切削机床金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是制造机器的机器,所以又称为"工作母机",习惯上简称为机床。机床是机械制造的基础机械,其技术水平的高低,质量的好坏,对机械产品的生产率和经济效益都有重要的影响。金属切削机床诞生到现在已经有一百多年了,随着工业化的发挥咱,机床品种越来越多,技术也越来越复杂。我国第三次工业普查的结果表明,截止到1995年底,我国机床拥有量为383.52万台,其中金属切削机床为298.39万台,已占机床总数的77.80%。一、机床的分类机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类,根据国家制定的机床型号编制方法,机床分为11大类：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,锯床和其他机床。在每一类机床中,又按工艺范围,布局型式和结构性能分为若干组,每一组又分为若干个系〔系列。除了上述基本分类方法外,还有其它分类方法：按照万能性程度,机床可分为：①通用机床：这类机床的工艺范围很宽,可以加工一定尺寸范围内的多种类型零件,完成多种多样的工序。如,卧式车床,万能升降台铣床,万能外圆磨床等。②专门化机床：这类机床的工艺范围较窄,只能用于加工不同尺寸的一类或几类零件的一种〔或几种特定工序。如,丝杆车床,凸轮轴车床等。③专用机床：这类机床的工艺范围最窄,通常只能完成某一特定零件的特定工序。如,加工机床主轴箱体孔的专用镗床,加工机床导轨的专用导轨磨床等。它是根据特定的工艺要求专门设计,制造的,生产率和自动化程度较高,使用于大批量生产。组合机床也属于专用机床。2.按照机床的工作精度,分为普通精度机床,精密机床和高精度机床。3.按照重量和尺寸,可分为仪表机床,中型机床〔一般机床,大型机床〔质量大于10t,重型机床〔质量在30t以上和超重型机床〔质量在100t以上。4.按照机床主要器官的数目,可分为单轴,多轴,单刀,多刀机床等。5.按照自动化程度不同,可分为普通,半自动和自动机床。自动机床具有完整的自动工作循环,包括自动装卸工件,能够连续的自动加工出工件。半自动机床也有完整的自动工作循环,但装卸工件还需人工完成,因此不能连续地加工。二、机床的型号编制机床的型号是机床产品的代号,用以表明机床的类型,通用和结构特性,主要技术参数等。GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定,我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。1.通用机床的型号编制1通用机床型号的表示方法为：注：①有"<>"的代号或数字,当无内容时,不表示,若有内容,则不带扩号；②有"○"符号者,为大写的汉语拼音字母；③有"△"符号者,为阿拉伯数字；④有"△"符号者,为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有2机床的类别代号:类别车床钻床镗床磨

床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其3机床的特性代号:通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心<自动换刀>彷型轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换彷轻重简柔显速结构特性代号

为区别主参数相同而结构不同的机床,在型号中用汉语拼音字分.如:CA6140中的"A"机床的组别,系别代号<或见书P57>机床的主参数,设计顺序号和第二参数机床主参数:代表机床规格的大小,在机床型号中,用数字给出主参数的折算数值<1/10或1/150>设计顺序号:当无法用一个主参数表示时,则在型号中用设计顺序号表示.第二参数:一般是主轴数,最大跨距,最大工作长度,工作台工作面长度等,它也用折算值表示.机床的重大改进顺序号

当机床性能和结构布局有重大改进时,在原机床型号尾部,加重大改进顺序号A,B,C等.其他特性代号:用以反映各类机床的特性.用数字或字母或阿拉伯数字来表示。企业代号:生产单位为机床厂时,由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号,或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示。三、数控机床概述1、数控机床的定义数控机床是指采用数字形式信息控制的机床。在第一台数控机床问世至今的50年中,先后经历了电子管〔1952年、晶体管和印刷电路板〔1960年、小规模集成电路〔1965年、小型计算机〔1970年、微处理器或微型计算机〔1974年和基于PC-NC的智能数控系统〔90年代后等六代数控系统。前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬逻辑〔硬线数控系统,简称NC〔NumericalControl,目前已被淘汰。第四代数控系统采用小型计算机取代专用控制计算机,数控的许多功能由软件来实现,故这种数控系统又称为软线数控,即计算机数控系统,简称CNC〔ComputerNumericalControl。1974年采用以微处理器为核心的数控系统,形成第五代微型机数控系统,简称MNC〔Micro-computerNumericalControl。以上CNC与MNC统称为计算机数控。CNC和MNC的控制原理基本上相同,目前趋向采用成本低、功能强的MNC。现在发展了基于PC-NC的第六代数控系统,它充分利用现有PC机的软硬件资源,规范设计新一代数控。2、数控机床的组成与分类数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈装置和机床本体数控机床通常从以下不同角度进行分类。1．按工艺用途分类目前,数控机床的品种规格已达500多种,按其工艺用途可以划分为以下四大类：〔1金属切削类它又可分为两类：①普通数控机床②数控加工中心〔2金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床,常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。〔3特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。〔4测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。2．按控制运动的方式分类〔1点位控制数控机床〔2点位直线控制数控机床〔3轮廓控制数控机床3．按伺服系统的控制方式分类〔1开环数控机床如图所示。开环控制的数控机床一般适用于中、小型经济型数控机床。〔2半闭环控制数控机床,如图所示。这类控制可以获得比开环系统更高的精度,调试比较方便,因而得到广泛应用。数控机床半闭环控制框图数控机床半闭环控制框图〔3闭环控制数控机床,其控制框图如图所示。数控机床闭环控制框图数控机床闭环控制框图闭环控制数控机床一般适用于精度要求高的数控机床,如数控精密镗铣床。4．按所用数控系统的档次分类按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低、中、高档三类。以上中、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。小结：机床的型号是机床产品的代号,用以表明机床的类型,通用和结构特性,主要技术参数等。一般来说我们可以从机床的代号中直接就可以看出机床的主要参数。作业布置：教材P482-62-7教学课题：第2章机械加工工艺系统〔续教学目的：1、金属切削机床的分类和型号编制方法2、金属切削机床的主要技术参数3、数控机床的概述教学重点：金属切削机床的分类和型号编制方法和机床的主要技术参数教学难点：机床型号的编制授课时间：课时安排：4节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：[一、复习旧课]：1、金属切削机床的分类2、金属切削机床型号编制举例3、数控机床的分类[二、引入新课]：§2-3刀具刀具切削部分的几何角度金属切削刀具的种类很多,其切削部分的形状和几何参数都不尽相同,但它们都可由外圆车刀切削部演变而来。外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具。一、车刀的组成外圆车刀是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成。实物参照实物参照〔1前刀面刀具上与切屑接触并相互作用的表面〔即切屑流过的表面。

〔2主刀后面刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。

〔3副刀后面刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。2、切削刃〔1主切削刃前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。

〔2副切削刃前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作,并最终形成已加工表面3、刀尖主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。二、刀具几何角度参考系刀具几何角度参考系有两类,刀具标注角度参考系和刀具角度参考系。1、刀具标注角度参考系为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致,特别规定了如下假设条件：〔1假定运动条件：刀刃上选定点x的切削速度方向与刀尖处的切削速度方向平行。〔2假定安装条件：车刀安装绝对正确。安装车刀时使刀尖与工件中心等高,车刀刀杆轴线垂直于工件轴心线。2、刀具标注角度参考系诸平面基面Ｐr：通过主切削刃上选定点,垂直于该点切削速度方向的平面。切削平面ps：通过切削刃某一点,与工件加工表面〔或与主切削刃相切的平面。切削平面ps与基面pr垂直正交平面P0：通过切削刃某一点,同时垂直于切削平面ps与基面pr的平面三、刀具标注角度1、在基面内测量的角度〔1主偏角Kr主切削刃与进给方向之间的夹角〔2副偏角Kr’副切削刃与进给运动反方向之间的夹角〔3刀尖角主切削刃与副切削刃之间的夹角。2、在主切削刃正交平面〔O-O内测量的角度〔1前角γo前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度。当前刀面与基面平行时,前角为零。基面在前刀面以内,前角为负。基面在前刀面以外,前角为正。〔2后角αo主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度,一般为正值。〔3楔角β0前刀面与后刀面间的夹角3、在正交平面内测量的角度〔1刃倾角λs在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时,λs=0；刀尖为主切削刃最低点时,λs〈0；刀尖为主切削刃上最高点是,λs〉0四、刀具工作角度在实际的切削加工中,由于刀具安装位置和进给运动的影响,上述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度,又称实际角度。现只将刀具安装位置对角度的影响作如下说明：1、刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影响以车刀车外圆为例,若不考虑进给运动,当刀尖安装得高于或低于工件轴线时,将引起工作前角γoe和工作后角αoe的变化2、切削刃安装高于或低于工件中心时,对前角、后角的影响当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时,将会引起工作主偏角κre和工作副偏角κre'的变化五、刀具分类由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性,客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因此,生产中所使用的刀具的种类很多。刀具常按加工方式和具体用途,分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。刀具还可以按其它方式进行分类,如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼〔CBN刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。六、刀具材料应具备的性能1、高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高,常温硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨损的能力,它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。2、足够的强度和韧性为了承受切削中的压力冲击和韧性,避免崩刀和折断,刀具材料应具有足够的强度和韧性。3、高耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。4、良好的工艺性为了便于制造,要求刀具材料有较好的可加工性。如,切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。5、良好的经济性七、高速钢高速钢是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。性能：有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单,容易磨成锋利的切削刃,可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。分类：按用途分：通用型高速钢和高性能高速钢；按制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。1、通用型高速钢通用型高速钢是切削硬度在HBS250—280以下的大部分结构钢和铸铁的基本刀具材料,应用最为广泛。通用型高速钢一般可分为钨钢和钼钢两类,常用牌号分别是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。2、高性能高速钢高性能高速钢〔如9W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V3较通用型高速钢有着更好的切削性能,适合于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金和超高强度钢等难加工材料。八、硬质合金硬质合金是用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物〔碳化钨,碳化钛,碳化钽,碳化铌等与金属粘结剂〔钴,镍,钼等在高温下烧结而成的粉末冶金制品。具有高耐磨性和高耐热性,但抗弯强度低、冲击韧性差,很少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。常用的硬质合金有3类:〔1钨钴类硬质合金〔YGYG类硬质合金主要由碳化钨和钴组成,常用牌号有YG3,YG6,YG8等。YG类硬质合金的抗弯强度和冲击韧性较好,不易崩刃,很适宜切削切屑呈崩碎状的铸铁等脆性材料。YG类硬质合金的刃磨性较好,刃口可以磨得较锋利,故切削有色金属及合金的效果也较好。适用于粗加工,含钴量少的,用于精加工.〔2钨钛钴类硬质合金〔YTYT类硬质合金主要由碳化钨,碳化钛和钴组成,常用的牌号有YT5,YT15,YT30等。它里面加入了碳化钛后,增加了硬质合金的硬度,耐热度,抗粘接性和抗氧化能力。〔3钨钛钽〔铌钴硬质合金类〔YW它是在普通硬质合金中加入了碳化钽和碳化铌,从而提高了硬质合金的韧性和耐热性,使其具有了较好的综合性能。YW类硬质合金主要用于不锈钢,耐热钢,高锰钢的加工,也适用于普通碳钢和铸铁的加工,因此被称为通用型硬质合金,常用的牌号有YW1,YW2等。小结：1、根据加工性质的不同在刀具几何角度的选择上也是不同的。2、在刀具的选择上我们应该从它所加工的材料性质、切削性能和加工精度出发选择不同的刀具作业布置：教材P482-82-92-10教学课题：第2章机械加工工艺系统〔续教学目的：1、机床夹具概述2、工件的定位原理及定位元件教学重点：工件的定位原理及定位元件教学难点：工件的定位原理及定位元件授课时间：课时安排：2节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：[一、复习旧课]：提问、讲解提问、讲解2、刀具的工作角度3、刀具材料应具备的性能及分类[二、引入新课]：§2-3夹具概述一、夹具概述机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求,必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时,是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求,又必须满足三个条件：①一批工件在夹具中占有正确的加工位置；②夹具装夹在机床上的准确位置；③刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具,夹具相对于机床,零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以"定位"也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位,夹具相对于机床的定位,而工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定,使工件保持在准确定位的位置上,否则,在加工过程中因受切削力,惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动,破坏了原来的准确定位,无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。机床夹具的概念机床夹具是机床上用以装夹工件〔和引导刀具的一种装置。其作用是将工件定位,以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置,并把工件可靠地夹紧。机床夹具的分类机床夹具可根据其使用范围,分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等类型。机床夹具还可按其所使用的机床和产生加紧力的动力源等进行分类。根据所使用的机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具〔钻模、镗床夹具〔镗模、磨床夹具和齿轮机床夹具等,根据产生加紧力的动力源可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。按夹具的使用范围,夹具可分为五种基本类型：〔1通用夹具：特点：具有很大的通用性。如三爪卡盘。〔2专用夹具：针对某一产品的某一特定工序而专门设计。特点：用途专一。〔3可调夹具：按一组零件而设计一套可调整的夹具。特点：夹具的部分元件可以更换,部分装置可以调整。〔4组合夹具：用标准化元件组装成的夹具。特点：灵活多变,万能性强,制造周期短,零件可以重复使用。〔5随行夹具：在自动线上使用的一种夹具。特点：夹具随工件在各工序中的机床上被定为和夹紧。3.机床夹具的组成〔1定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。作用：是确定工件在夹具中的位置。〔2夹紧装置：用以夹紧工件的装置。作用：是保持工件在夹具中的既定位置。〔3对刀和引导装置：引导刀具或调整刀具相对于夹具位置的装置。作用：确定刀具相对于夹具的位置。〔4夹具体：联接夹具上各个元件或装置,使之成为一个整体的零件。作用：保证各元件或装置之间的位置关系。〔5联接元件：使夹具与机床相联接的元件。作用：保证夹具与机床之间的相互位置关系。〔6其它元件及装置：如传动装置、分度装置等。二、定位基准基准是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点,线,面。在加工中用以定位的基准称为定位基准。有时,作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在〔例如孔的中心线和对称中心平面等,其作用是由某些具体表面〔如内孔圆柱面体现的,体现基准作用的表面称为基面。重点☆☆重点☆☆分析启发<一>六点定位原理任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度,从而使工件在空间得到确定定位的方法。<二>支承点与定位元件上图为常见定位方式中的定位元件所限制的自由度和相当的支承点数<三>完全定位与不完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。按加工要求,允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。<四>欠定位与过定位按工序的加工要求,工件应该限制的自由度而未予限制的定位,称为欠定位。在确定工件定位方案时,欠定位时绝对不允许的。工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位,称为过定位。在通常情况下,应尽量避免出现过定位。消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构,以消除被重复限制的自由度；其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度,以减少或消除过定位引起的干涉。四、组合夹具和随行夹具<一>组合夹具组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具。<二>随行夹具随行夹具是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具。小结：1.机床夹具是由定位元件,夹紧装置,对刀元件,夹具体部分组成,机床夹具设计也就是针对夹具组成的各个部分进行设计,其中定位与夹紧量个环节是夹具设计的重点。2.定位就是确定工件在夹具种的正确位置,是通过在夹具上设置正确的定位元件与工件定位面的接触来实现的.工件的定位有完全定位和不完全定位,要根据其具体加工要求而定,欠定位在夹具设计种是不容许的,而过定位则有条件地采用。3.车,铣,钻,磨等不同的机床其夹具设计具有各自典型特点,应根据具体设计任务,遵循夹具设计的基本要求和步骤进行设计。作业布置：1、和两个过程综合称为装夹,完成工件装夹的工艺装备称为机床夹具。2、夹具由、、、和其他元件及装置组成。答案：1、定位

夹紧2、定位元件

夹紧装置

对刀元件

夹具体

3、什么六点定位？4、什么是完全定位和不完全定位？5、什么是过定位和欠定位？教学课题：第3章金属切削过程教学目的：1、了解金属切削层和切削层参数；2、了解金属切削变形过程；3、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响。教学重点：积屑瘤的形成及其对切削过程的影响教学难点：金属切削变形过程授课时间：课时安排：2节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：[一、复习旧课]：提问、讲解提问、讲解2、什么是过定位和欠定位？3、机床夹具的分类和组成？[二、引入新课]：§3-1金属切削过程金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。金属切削过程是指将工件上多余的金属层,通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的过程。在这一过程中,始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾,从而产生一系列现象,如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。对这些现象进行研究,揭示其内在的机理,探索和掌握金属切削过程的基本规律,从而主动地加以有效的控制,对保证加工精度和表面质量,提高切削效率,降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。总之,金属切削过程的优劣,直接影响机械加工的质量、生产率与生产成本。因此,必须进行深入的研究。切削层和切削层参数在切削过程中,刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层,称为切削层。1、切削层公称厚度hD：在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸,即相邻两过渡表面之间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图得：hD=fsinkr

其中：hD—切削层公称厚度,<mm>；f—进给量,<mm/r；

kr—车刀主偏角,<。>。2、切削层公称宽度bD：沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的工作长度。由图得：bD=ap/sinkr

其中：bD—切削层公称宽度,<mm>。3、切削层公称横截面积AD：切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得：AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap

其中:AD—切削层公称横截面积,<mm2>。二、金属切削本节难点1、切削变形

金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。金属材料受到刀具的作用以后,开始产生弹性变形；虽着刀具继续切入,金属内部的应力、应变继续加大,当达到材料的屈服点时,开始产生塑性变形,并使金属晶格产生滑移；刀具再继续前进,应力进而达到材料的断裂强度,便会产生挤裂。本节难点2、变形区的划分

大量的实验和理论分析证明,塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区〔剪切滑移、第二变形区〔纤维化、第三变形区〔纤维化与加工硬化。3、切屑的形成及变形特点1第一变形区〔近切削刃处切削层内产生的塑性变形区金属的剪切滑移变形切削层受刀具的作用,经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用,使近切削刃处的金属先产生弹性变形,继而塑性变形,并同时使金属晶格产生滑移。1、相对滑移ε相对滑移ε是用来量度第1变形区滑移变形的程度。2、变形系数∧h变形系数∧h是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。如右图所示,切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后,与切削层比较,它的长度缩短、厚度增加,这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。剪切角与前角γ0是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角γ0和剪切角,使相对滑移ε、变形系数∧h减小,则切削变形减小。注意：由于切削过程是一个非常复杂的物理过程,切削变形除了产生滑移变形外,还有挤压、摩擦等作用,而ε值主要从剪切变形考虑；而∧h主要从塑性压缩方面分析。所以,ε与∧h都只能近似地表示切削变形程度。第一变形区就是形成切屑的变形区,其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。2第二变形区〔与前刀面接触的切屑层产生的变形区内金属的挤压磨擦变形经过第一变形区后,形成的切屑要沿前刀面方向排出,还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。此时将产生挤压摩擦变形。应该指出,第一变形区与第二变形区是相互关联的。前刀面上的摩擦力大时,切屑排出不顺,挤压变形加剧,以致第一变形区的剪切滑移变形增大。3第三变形区〔近切削刃处已加工表面内产生的变形区金属的挤压磨擦变形已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦,造成纤维化和加工硬化。三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响

在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下,加工一般钢料或其它塑性材料时,常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤〔或刀瘤。它的硬度很高,通常是工件材料的2—3倍,在处于比较稳定的状态时,能够代替刀刃进行切削。1、积屑瘤是如何形成的?1切屑对前刀面接触处的摩擦,使前刀面十分洁净。重点☆☆重点☆☆分析启发3如果温度与压力适当,底层上面的金属因内摩擦而变形,也会发生加工硬化,而被阻滞在底层,粘成一体。4这样粘结层就逐步长大,直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。2、形成积屑瘤的条件：主要决定于切削温度。此外,接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。1一般说来,塑性材料的加工硬化倾向愈强,愈易产生积屑瘤；2温度与压力太低,不会产生积屑瘤；反之,温度太高,产生弱化作用,也不会产生积屑瘤。3走刀量保持一定时,积屑瘤高度与切削速度有密切关系。3、积屑瘤对切削过程的影响1实际前角增大

它加大了刀具的实际前角,可使切削力减小,对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高,实际前角愈大。2使加工表面粗糙度增大

积屑瘤的底部则相对稳定一些,其顶部很不稳定,容易破裂,一部分连附于切屑底部而排出,一部分残留在加工表面上,积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙,因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。3对刀具寿命的影响

积屑瘤粘附在前刀面上,在相对稳定时,可代替刀刃切削,有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时,积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落,反而使磨损加剧。

4、防止积屑瘤的主要方法1降低切削速度,使温度较低,粘结现象不易发生；

2采用高速切削,使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；

3采用润滑性能好的切削液,减小摩擦；

4增加刀具前角,以减小切屑与前刀面接触区的压力；

5适当提高工件材料硬度,减小加工硬化倾向。四、影响切削变形的因素从相对滑移ε、变形系数∧h计算式中可知,剪切角与前角γ0是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角γ0和剪切角,使相对滑移ε、变形系数∧h减小,则切削变形减小。1、前角：增大前角γ0,使剪切角增大,变形系数∧h减小,因此,切削变形减小。生产实践表明：采用大前角刀具切削,刀刃锋利、切入金属容易,切屑与前刀面接触长度减短、流屑阻力小,因此,切削变形小、切削省力2、切削速度：切削速度Vc是通过积屑瘤使剪切角改变和通过切削温度使摩擦系数μ变化而影响切削变形的。3、进给量：进给量f增大,使变形系数∧h减小。4、工件材料：工件材料硬度、强度提高,切削变形减少。小结：1、第一变形区就是形成切屑的变形区,其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。2、形成积屑瘤的条件主要决定于切削温度。此外,接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。但是积屑瘤对切削过程可使实际前角增大,使加工表面粗糙度增大,对刀具寿命的影响。因此,综观上述积屑瘤对加工的影响既有利的一面也有弊的一面。作业布置：1、试述积屑瘤的成因、影响及避免的方法。教学课题：第3章金属切削过程〔续教学目的：1、了解切削力的来源,切削合力及其分解；2、了解切削功率和单位切削功率；3、掌握影响切削力的因素。4、了解切削热和切削温度的产生及影响因素5、了解刀具的磨损和耐用度教学重点：影响切削力的因素教学难点：影响切削力的因素、切削热和切削温度的产生及影响因素授课时间：课时安排：4节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：[一、复习旧课]：提问、讲解提问、讲解2、金属切削的三个变形区3、积屑瘤是如何形成的4、积屑瘤对切削过程的影响5、防止积屑瘤的主要方法[二、引入新课]：§3-2切削过程的基本规律一、切削力的来源,切削合力及其分解,切削功率<一切削力的来源

研究切削力,对进一步弄清切削机理,对计算功率消耗,对刀具、机床、夹具的设计,对制定合理的切削用量,优化刀具几何参数等,都具有非常重要的意义。金属切削时,刀具切入工件,使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力,称为切削力。切削力来源于三个方面：

1．克服被加工材料对弹性变形的抗力；

2．克服被加工材料对塑性变形的抗力；3．克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。〔二切削合力及其分解上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr〔国标为F。为了实际应用,Fr可分解为相互垂直的Fx〔国标为Ff、Fy〔国标为Fp和Fz〔国标为Fc三个分力。在车削时：Fz——主切削力或切向力。它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度,设计机床零件,确定机床功率所必需的。Fx——进给抗力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。Fx是设计进给〔走刀机构,计算车刀进给功率所必需的。Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度,计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关。〔三切削功率1、单位切削力

单位切削力p是指切除单位切削层面积所产生的主切削力,可用下式表示：

单位切削力p可查手册,利用单位切削力P来计算主切削力Fz较为简易直观。2、切削功率Pm消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm<国标为Po>。切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和,因Fy方向没有位移,所以不消耗功率。于是Pm=<Fz*Vc+Fx*nw*f/1000>×10-3

其中：Pm—切削功率〔KW；

Fz—切削力〔N；

Vc—切削速度〔m/s；

Fx—进给力〔N；

nw—工件转速〔r/s；

f—进给量〔mm/s。

式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率,它相对于F所消耗的功率来说,一般很小〔<1%～2%,可以略去不计,于是

Pm=FzV×10-3

按上式求得切削功率后,如要计算机床电动机的功率〔PE以便选择机床电动机时,还应考虑到机床传动效率。

PE≥Pm/ηm

式中：ηm—机床的传动效率,一般取为0.75～0.85,大值适用于新机床,小值适用于旧机床。3、单位切削功率单位切削功率Ps是指单位时间内切除单位体积金属Zw所消耗的功率。二、响切削力的变化的因素

实践证明,切削力的影响因素很多,主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料刀具磨损状态和切削液等。1、工件材料重点☆☆重点☆☆分析启发削力增大。2、切削用量

〔1背吃刀量〔切削深度ap、进给量增大,切削层面积增大,变形抗力和摩擦力增大,切削力增大。本节难点总结简易本节难点总结简易方法〔2切削速度vc1加工塑性金属时,切削速度Vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样,它们都是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的。2切削脆性金属时,因为变形和摩擦均较小,故切削速度Vc改变时切削力变化不大。3、刀具几何角度〔1前角：前角增大,变形减小,切削力减小。

〔2主偏角：主偏角Kr在300-600范围内增大,由切削厚度hD的影响起主要作用,使主切削力Fz减小；主偏角Kr在600-900范围内增大,刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出,故主切削力Fz增大。

一般地,Kr=600-750,所以主偏角Kr增大,主切削力Fz增大。实践应用,在车削轴类零件,尤其是细长轴,为了减小切深抗力Fy的作用,往往采用较大的主偏角κr>600的车刀切削。<3>刃倾角λs：λs对Fz影响较小,但对Fx、Fy影响较大。

λs由正向负转变,则Fx减小、Fy增大。实践应用,从切削力观点分析,切削时不宜选用过大的负刃倾角λs。特别是在工艺系统刚度较差的情况下,往往因负刃倾角λs增大了切深抗力Fy的作用而产生振动。4、其它因素〔1刀具棱面：应选较小宽度,使Fy减小。

〔2刀具圆弧半径：增大,切削变形、摩擦增大,切削力增大。

〔3刀具磨损：后刀面磨损增大,刀具变钝,与工件挤压、摩擦增大,切削力增大。三、切屑削热和切削温度切削热与切削温度是切削过程中产生的又一重要物理现象。切削时做的功,可转化为等量的热。功削热除少量散逸在周围介质中外,其余均传入刀具、切屑和工件中,并使它们温度升高,引起工件变形、加速刀具磨损。因此,研究切削热与切削温度具有重要的实用意义。〔一切削热的产生和传导切削热是由切削功转变而来的。如下图所示,其中包括：剪切区变形功形成的热QP、切屑与前刀面摩擦功形成的热Qrf、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf,因此,切削时共有三个发热区域,即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与已加工表面接触区,如图示,三个发热区与三个变形区相对应。所以,切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。产生总的切削热Q,分别传入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周围介质Qr。切削热的形成及传导关系为：

切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成；切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。〔二切削温度的测量切削温度的测量方法很多,见下图。①自然热电偶法自然热电偶法主要是用于测定切削区域的平均温度。②人工热电偶法人工热电偶法是用于测量刀具、切屑和工件上指定点的温度,用它可求得温度分布场和最高温度的位置。〔三影响切削温度的主要因素

根据理论分析和大量的实验研究知,切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响,以下对这几个主要因素加以分析。

分析各因素对切削温度的影响,主要应从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的影响入手。如果产生的热量大于传出的热量,则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大,则这些因素将使切削温度降低。

1、切削用量的影响

切削用量是影响切削温度的主要因素。通过测温实验可以找出切削用量对切削温度的影响规律。切削速度对切削温度影响最大,随切削速度的提高,切削温度迅速上升。进给量对切削温度影响次之,而背吃力量ap变化时,散热面积和产生的热量亦作相应变化,故ap对切削温度的影响很小。

2、刀具几何参数的影响

切削温度θ随前角γo的增大而降低。这是因为前角增大时,单位切削力下降,使产生的切削热减少的缘故。但前角大于18°～20°后,对切削温度的影响减小,这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。主偏角Κr减小时,使切削宽度hD增大,切削厚度hD减小,因此,切削变形和摩擦增大,切削温度升高。但当切削宽度hD增大后,散热条件改善。由于散热起主要作用,故随着主偏角kr减少,切削温度下降。负倒棱bγ1在<0—2>f范围内变化,刀尖圆弧半径re在0—1.5mm范围内变化,基本上不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大,会使塑性变形区的塑性变形增大,但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善,传出的热量也有所增加,两者趋于平衡,所以对切削温度影响很小。

3、工件材料的影响

工件材料的强度〔包括硬度和导热系数对切削温度的影响是很大的。由理论分析知,单位切削力是影响切削温度的重要因素,而工件材料的强度〔包括硬度直接决定了单位切削力,所以工件材料强度〔包括硬度增大时,产生的切削热增多,切削温度升高。工件材料的导热系数则直接影响切削热的导出。

4、刀具磨损的影响

在后刀面的磨损值达到一定数值后,对切削温度的影响增大；切削速度愈高,影响就愈显著。合金钢的强度大,导热系数小,所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响,就比切碳素钢时大。

5、切削液的影响

切削液对切削温度的影响,与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看,油类切削液不如乳化液,乳化液不如水基切削液。〔四切削温度对工件、刀具和切削过程的影响

切削温度高是刀具磨损的主要原因,它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低,使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。

〔1切削温度对工件材料强度和切削力的影响

切削时的温度虽然很高,但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；剪切区域的应力影响不很明显。〔2对刀具材料的影响

适当地提高切削温度,对提高硬质合金的韧性是有利的。

〔3对工件尺寸精度的影响

〔4利用切削温度自动控制切削速度或进给量

〔5利用切削温度与切削力控制刀具磨损四、刀具的磨损与破损、刀具寿命及刀具状态监控〔一刀具磨损的形态及其原因

切削金属时,刀具一方面切下切屑,另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损,属正常磨损；后者包括脆性破损〔如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等和塑性破损两种,属非正常磨损。刀具磨损后,使工件加工精度降低,表面粗糙度增大,并导致切削力加大、切削温度升高,甚至产生振动,不能继续正常切削。因此,刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。刀具正常磨损的形式有以下几种：

1.前刀面磨损

2.后刀面磨损

3.边界磨损<前、后刀面同时磨损>从对温度的依赖程度来看,刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的,热、化学磨损则是由粘结〔刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象、扩散〔刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀>等引起的。<1>磨粒磨损

在切削过程中,刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。磨粒磨损对高速钢作用较明显。

<2>粘结磨损

刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象,称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。低、中速切削时,粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。

<3>扩散磨损

切削时在高温作用下,接触面间分子活动能量大,造成了合金元素相互扩散置换,使刀具材料机械性能降低,若再经摩擦作用,刀具容易被磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损。

<4>相变磨损

当刀具上最高温度超过材料相便温度时,刀具表面金相组织发生变化。如马氏体组织转变为奥氏体,使硬度下降,磨损加剧。因此,工具钢刀具在高温时均用此类磨损。

<5>氧化磨损

氧化磨损是一种化学性质的磨损。刀具磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造成的。

1在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。通常拉削、铰孔和攻丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。2在中等以上切削速度加工时,热效应使高速钢刀具产生相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。

〔二刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命

1、刀具磨损过程

随着切削时间的延长,刀具磨损增加。根据切削实验,可得图示的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线。该图分别以切削时间和后刀面磨损量VB〔或前刀面月牙洼磨损深度KT为横坐标与纵坐标。从图可知,刀具磨损过程可分为三个阶段：1.初期磨损阶段

2.正常磨损阶段

3.急剧磨损阶2、刀具磨钝标准

刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。规定后刀面上均匀磨损区的高度VB值作为刀具的磨钝标准。3、刀具的耐用度〔刀具寿命

一把新刀〔或重新刃磨过的刀具从开始切削至磨损量达到磨钝标准为止所经历的实际切削时间,称为刀具的耐用度,用T分钟表示。又称为刀具寿命。〔三刀具的破损

刀具破损和刀具磨损一样,也是刀具失效的一种形式。刀具在一定的切削条件下使用时,如果它经受不住强大的应力〔切削力或热应力,就可能发生突然损坏,使刀具提前失去切削能力,这种情况就称为刀具破损。破损是相对于磨损而言的。从某种意义上讲,破损可认为是一种非正常的磨损。刀具的破损有早期和后期〔加工到一定的时间后的破损两种。刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削时,在机械和热冲击作用下,经常发生脆性破损。脆性破损又分为：1.崩刀

2.碎断

3.剥落

4.裂纹破损。

〔四刀具寿命<刀具耐用度>的选择原则

切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量时,应首先选择合理的刀具寿命,而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种,前者根据单件工时最少的目标确定,后者根据工序成本最低的目标确定。比较最高生产率耐用度Tp与最低生产成本耐用度Tc可知：Tc＞Tp。生产中常根据最低成本来确定耐用度,但有时需完成紧急任务或提高生产率且对成本影响不大的情况下,也选用最高生产率耐用度。刀具耐用度的具体数值,可参考有关资料或手册选用。选择刀具寿命时可考虑如下几点：〔1根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。〔2对于机夹可转位刀具,由于换刀时间短,为了充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿命可选得低些,一般取15—30min。〔3对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具,刀具寿命应选得高些,尤应保证刀具可靠性。〔4车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时,该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时,刀具寿命也应选得低些。〔5大件精加工时,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀,刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。〔五影响刀具耐用度Ｔ因素<见P431、切削用量

切削用量对刀具耐用度Ｔ的影响规律如同对切削温度的影响。

切削速度vc、背吃刀量〔切削深度ap、进给量增大,使切削温度提高,刀具耐用度Ｔ下降。

Vc影响最大、进给量f其次,ap影响最小。<见P43刀具耐用度Ｔ计算公式2.28根据刀具耐用度合理数值T计算的切削速度称为刀具耐用度允许的切削速度,用VT表示其计算式为：

显然低成本允许的切削速度低于高生产率允许的切削速度。2、工件材料

〔1硬度或强度提高,使切削温度提高,刀具磨损加大,刀具耐用度Ｔ下降。〔2工件材料的延伸率越大或导热系数越小,切削温度越高,刀具耐用度Ｔ下降。3、刀具几何角度

〔1前角对刀具耐用度的影响呈"驼峰形"。

〔2主偏角Κr减小时,使切削宽度bD增大,散热条件改善,故切削温度下降,刀具耐用度Ｔ提高。4、刀具材料

刀具材料的高温硬度越高、越耐磨,刀具耐用度Ｔ越高。

加工材料的延伸率越大或导热系数越小,均能使切削温度升高因而使刀具耐用度T降低。小结：1、考虑响切削力的变化的因素应从工件材料、切削用量、刀具几何角度等几个方面考虑,根据实际需要选择相应的条件。2、考虑影响切削温度的主要因素应从切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损、切削液的影响3、考虑影响刀具耐用度Ｔ因素则应从切削用量、工件材料、刀具几何角度、刀具材料几个方面作业布置：教材P743-13-23-33-43-5教学课题：第3章金属切削过程〔续教学目的：1、学会切削过程的基本规律的应用2、掌握切屑的类型及控制3、了解改善材料的切削加工性4、了解切削液的合理选择教学重点：掌握切屑的类型教学难点：了解改善材料的切削加工性授课时间：课时安排：2节课教学方法：讲授教学、多媒体教学教学过程：[一、复习旧课]：1、切削合力及其分解提问、提问、讲解2、响切削力的变化的因素3、切削热的产生和传导4、刀具磨损的形态及其原因

5、刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命[二、引入新课]：§3-2切削过程的基本规律的应用3.2.1切屑的类型及控制一、切屑的类型及其分类由于工件材料不同,切削过程中的变形程度也就不同,因而产生的切屑种类也就多种多样,如下图示。图中从左至右前三者为切削塑性材料的切屑,最后一种为切削脆性材料的切屑。切屑的类型是由应力-应变特性和塑性变形程度决定的。重点重点☆☆分析启发1、带状切屑它的内表面光滑,外表面毛茸。加工塑性金属材料〔如碳素钢、合金钢、铜和铝合金,当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时,一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡,切削力波动较小,已加工表面粗糙度较小。2、挤裂切屑这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形,内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削黄铜或切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。3、单元切屑如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离,成为梯形的单元切屑,如图c所示。切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中,带状切屑的切削过程最平稳,单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑,有时得到挤裂切屑,单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件,如进一步减小刀具前角,减低切削速度,或加大切削厚度,就可以得到单元切屑。反之,则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的变化规律,就可以控制切屑的变形、形态和尺寸,以达到卷屑和断屑的目的。如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离,成为梯形的单元切屑,如图c所示。切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中,带状切屑的切削过程最平稳,单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑,有时得到挤裂切屑,单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件,如进一步减小刀具前角,减低切削速度,或加大切削厚度,就可以得到单元切屑。反之,则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的变化规律,就可以控制切屑的变形、形态和尺寸,以达到卷屑和断屑的目的。4、崩碎切屑这是属于脆性材料〔如铸铁、黄铜等的切屑。这种切屑的形状是不规则的,加工表面是凸凹不平的。从切削过程来看,切屑在破裂前变形很小,和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料,如高硅铸铁、白口铁等,特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。由于它的切削过程很不平稳,容易破坏刀具,也有损于机床,已加工表面又粗糙,因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度,使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度,以增加工件材料的塑性。以上是四种典型的切屑,但加工现场获得的切屑,其形状是多种多样的。二、切屑控制的措施

在现行切削加工中,切削速度与金属切除率达到了很高的水平,切削条件很恶劣,常常产生大量"不可接受"的切屑。所谓切屑控制〔又称切屑处理,工厂中一般简称为"断屑",是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断,使形成"可接受"的良好屑形。在实际加工中,应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器。本节难点总结简易方法工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性本节难点总结简易方法程度。其研究的目的是为了寻找改善材料切削加工性的途径。1、评定工件材料的切削加工性的主要指标1刀具耐用度指标：切削普通金属材料：用刀具耐用度达到60min时允许的切削速度V60的高低来评定材料的加工性。

切削难加工金属材料：用刀具耐用度达到20min时允许的切削速度V20的高低来评定材料的加工性。

同样条件下,V60或V20大,加工性越好。

相对加工性：KV=V60/V060

,<以45钢的V60为基准,记为V060>2加工表面粗糙度指标：粗糙度值越小,加工性越好。另外,还用切屑形状是否容易控制、切削温度高低和切削力大小〔或消耗功率多少来评定材料加工性的好坏。其中,粗加工时用刀具耐用度指标、切削力指标,精加工时用加工表面粗糙度指标,自动生产线时常用切屑形状指标。此外,材料加工的难易程度主要决定于材料的物理、力学和机械性能,其中包括材料的硬度HB、抗拉强度σb、延伸率δ、冲击值αk和导热系数k,故通常还可按它们数值的大小来划分加工性等级2、改善材料切削加工性的措施1调整化学成分

如在不影响工件材料性能的条件下,适当调整化学成分,以改善其加工性。如在钢中加入少量的硫、硒、铅、锁、磷等,虽略降低钢的强度,但也同时降低钢的塑性,对加工性有利。2材料加工前进行合适的热处理低碳钢通过正火处理后,细化晶粒,硬度提高,塑性降低,有利于减小刀具的粘结磨损,减小积屑瘤,改善工件表面粗糙度；高碳钢球化退火后,硬度下降,可减小刀具磨损；不锈钢以调质到HRC28为宜,硬度过低,塑性大,工件表面粗糙度差,硬度高则刀具易磨损；白口铸铁可在950～1000°C范围内长时间退火而成可锻铸铁,切削就较容易。3选加工性好的材料状态低碳钢经冷