机械制造技术基础第9讲

五、切削用量的选择（1）切削用量与生产效率、刀具寿命的关系（2）切削用量的选用原则首先选取尽可能大的ap;其次选取尽可能大的f;最后查取或计算确定vc。第六节刀具磨损、刀具寿命

和切削用量的选择（3）切削用量三要素的选用1）背吃刀量apap可根据加工余量确定。粗加工时在机床有效功率允许的条件下，除留下精加工的余量外，一次走刀应尽可能切除掉全部粗加工的余量，这样不仅能在保证一定刀具寿命的前提下使ap

、f、vc的乘积最大，而且可以减少走刀次数。下面几种情况可分几次走刀：①加工余量过大导致机床动力不足或刀具强度不够；②工艺系统刚性不足；③断续切削。另外，当切削表层有硬皮的锻铸件或加工冷硬倾向较严重的材料时，应使背吃刀量ap值超过硬皮厚度或冷硬层深度。2）进给量f

ap选定之后，f的大小直接决定了切削面积，因而决定了切削力的大小。所以，在尽量选择较大f的同时，要注意其合理数值应当保证机床、刀具不致因切削力过大而损坏；切削力所造成的工件变形不致超出工件精度允许的数值；表面粗糙度不致过大等环节。粗加工时，限制f的主要因素是切削力；半精加工和精加工时，限制f的主要因素是表面粗糙度和加工精度要求。实际生产中多采用查表法确定合理的进给量f。3）切削速度vc根据已经选定的背吃刀量ap、进给量f及刀具寿命T，可以用公式计算或用查表法确定切削速度vc。车削速度计算公式为（2-29）上式中的有关系数、指数和各项修正系数可在有关机械加工工艺手册中查得。在确定切削速度时，还应考虑以下几点：①精加工时，应尽量避开产生积屑瘤的速度区。②断续切削时，应适当降低切削速度。③在易产生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。④加工大件、细长件、薄壁件以及带铸、锻外皮的工件时，应选较低的切削速度。例2-2（略）刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具几何参数两方面决定的。刀具几何参数的选择是否合理对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影响。选择刀具的几何参数要综合考虑工件材料、刀具材料、刀具类型及其他加工条件的影响。第七节刀具几何参数的选择

一、前角

o的选择增大前角可以减小切削变形，降低切削力和切削温度。但过大的前角使刀具楔角减小，刀刃强度下降，刀头散热体积减小，刀具温度上升，使刀具寿命下降。工件材料的强度、硬度较低或塑性较好，或刀具材料的韧性好，或工艺系统的刚性较差以及精加工时，刀具前角应取得大些，反之应取较小的前角。二、后角

o的选择后角的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与工件之间的摩擦。较大的后角可减小刀具后刀面上的摩擦，提高已加工表面质量。在磨钝标准取值相同时，较大后角的刀具寿命较长，但后角过大又会削弱切削刃强度、减小刀头散热体积，导致刀具寿命降低（参见图2-42a)。图2-42后角与磨损体积的关系a）VB一定VB值不变切削厚度（或进给量）较小，或粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，或工件材料硬度、强度较高，或切削脆性材料时，宜取较小后角。工件材料较软、塑性较大时，宜取较大后角。在加工尺寸精度要求高时，定尺寸刀具宜取较小的后角。图2-42后角与磨损体积的关系b）NB一定

NB值不变三、主偏角

r、副偏角

r的选择减小主偏角和副偏角，可使表面粗糙度减小，同时又可以提高刀具寿命。另外，减小主偏角还可使切削刃单位长度上的负荷下降。主偏角取值还影响各切削分力的大小。工件材料硬度、强度较高时，宜取较小主偏角，以提高刀具寿命。工艺系统刚性较差时，宜取较大的主偏角；反之宜取较小主偏角，以提高刀具寿命。精加工或工件的强度、硬度较高，或刀具作断续切削时，宜取较小副偏角。在不会产生振动的情况下，一般刀具的副偏角均可选较小值。四、刃倾角

s的选择改变刃倾角可以控制切屑的流出方向。负刃倾角的车刀刀头强度好，散热条件也好。绝对值较大的刃倾角可使刀具的切削刃实际钝圆半径较小，切削刃锋利。刃倾角不为零时，刀刃是逐渐切入和切出工件的，可以减小刀具受到的冲击，提高切削的平稳性。工艺系统刚性不足时，为避免背向力过大而导致工艺系统受力变形过大，不宜采用负的刃倾角。加工中碳钢和灰铸铁工件时，粗车取小的负刃倾角，精车取小的正刃倾角，有冲击负荷作用时取负的刃倾角，冲击特别大时取更大的负刃倾角，加工高强度钢、淬硬钢时取较大的负刃倾角。习题1-10分析图1-10所示工件的定位方式，回答下列问题：1）各定位元件所限制的自由度；2）判断有无欠定位或过定位现象，为什么？图1-10习题1-10图

a)车外圆b)车外圆c)在顶面上钻孔

图1-10习题1-10图

a)车外圆b)车外圆c)在顶面上钻孔

固定前顶尖活动后顶尖带台肩面的心轴固定短V块活动短V块支承平面三爪夹盘图1-10习题1-10图d)车外圆e)车外圆活动前顶尖活动后顶尖拨盘鸡心夹头及拨杆固定前锥销活动后锥销习题1-10图f)镗A孔后支承板前支承板左支承钉右支承钉习题1-10图g)钻大头孔h)铣两端面短圆柱销活动短V块支承平面左固定短V块上固定短V块下固定短V块习题1-11分析图1-11所示工件为满足加工要求所需限制的自由度。图中粗黑线为加工面。图1-11习题1-11图a)b)c)球心左端面左端面下母线XYXYZYZ习题1-11分析图1-11所示工件为满足加工要求所需限制的自由度。图中粗黑线为加工面。图1-11习题1-11图d)e)台肩面轴线对称中心平面底平面XYZZYZXYYXZ机械制造中的

加工方法及装备第三章机器零件都是由若干不同类型的基本表面（例如外圆表面、内圆表面、平面等）构成的，零件的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。本章以外圆表面、孔表面、平面加工及圆柱齿轮齿面加工为主线，介绍机械制造中的加工方法及装备，数控加工和特种加工则各设一节作单独介绍。第一节概述一、机械制造中的加工方法机械制造中的加工方法很多，按照工件在加工过程中质量的变化（

m），可将加工方法分为材料去除加工（

m<0）、材料成形加工（

m=0）和材料累积加工（

m>0）三种形式。二、零件表面形成原理及机床基本知识（一）零件表面的形成方法及所需运动1．零件表面的形状机器零件的轮廓都是由若干种几何表面按一定位置关系构成的。任何零件表面都可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线（成形线）。常见的零件表面按其形状可分为四类：（1）旋转表面图3-1组成工件轮廓的各种几何表面（2）纵向表面图3-1组成工件轮廓的各种几何表面（3）螺旋表面上述三种表面都是由固定形状的母线沿导线移动形成的。（4）复杂曲面复杂曲面则是由形状不断变化的母线沿导线移动形成的。例如螺旋桨的表面、涡轮叶片表面、复杂模具形腔面、飞机和汽车的外覆盖件表面等。图3-1组成工件轮廓的各种几何表面2．零件表面的形成方法及所需的成形运动研究零件表面的形成方法，应首先研究表面发生线的形成方法。表面发生线的形成方法可归纳为以下四种：图3-2形成表面发生线的四种方法（1）轨迹法（图3-2a）刀具切削点1按一定的规律作轨迹运动3，形成所需的发生线2，此时刀具需要有一个独立的成形运动。（2）成形法（图3-2b）刀具刀刃就是切削线1，它的形状及尺寸与需要成形的发生线2一致，此时刀具不需要专门的成形运动。3-2形成表面发生线的四种方法（3）相切法（图3-2c）刀具刀刃为旋转切削刀具（铣刀、砂轮）上的切削点1。加工时，刀具中心按一定规律作轨迹运动3，切削点运动轨迹与工件相切就形3-2形成表面发生线的四种方法成了发生线2，此时刀具需要有两个独立的成形运动。（4）展成法（图3-2d）刀具刀刃为切削线1。在形成发生线的过程中，切削线1与发生线2逐点相切作纯滚动运动，发生线2是切削线1的包络线，此时刀具和工件需要有一个独立的复合成形运动3（展成运动）。图3-2形成表面发生线的四种方法在切削加工中，为了获得所需的工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成各自的运动。用来形成被加工表面形状的运动称为表面成形运动（简称成形运动），成形运动由机床的主运动和进给运动组成。除了上述表面成形运动之外，为完成工件加工，机床还必须具备与形成发生线不直接有关的一些辅助运动，以实现加工中的各种辅助动作。第二节外圆表面加工一、外圆表面的车削加工（一）加工方法1.粗车车削加工是外圆粗加工最经济有效的方法，提高生产率是其主要任务。粗车通常采用大的ap和f来提高生产率，而vc则通常较低。粗车时，车刀应选取较大的主偏角，较小的前角、后角和负值的刃倾角。2.精车精车的主要任务是保证零件所要求的加工精度和表面质量要求。精车外圆表面一般采用较小的的ap和f和较高的vc进行加工。在加工大型轴类零件外圆时，则常采用宽刃车刀低速精车。精车时，车刀应选用较大的前角、后角和正值的刃倾角，以提高加工表面质量。精车可作为较高精度外圆表面的最终加工或作为精细加工的预加工。3.细车细车的特点是采用极小的ap和f，但vc很高。细车一般采用超硬材料刀具进行加工，所用机床也必须是主轴能作高速回转、并具有很高刚度的高精度或精密机床。细车的加工精度及表面粗糙度与普通外圆磨削大体相当，多用于磨削加工性不好的有色金属工件的精密加工。在加工大型精密外圆表面时，细车可以代替磨削加工。（二）提高外圆表面车削生产效率的途径（1）采用高速切削高速切削除要求车床具有高转速外，主要受刀具材料的限制。硬质合金车刀的切削速度可达200~250m/min，陶瓷车刀可达500m/min，而人造金刚石和立方氮化硼车刀切削普通钢时的切削速度可达600~1200m/min。高速切削不但可以提高生产率，而且可以降低加工表面的粗糙度（Ra达1.25~0.63µm）。（2）采用强力切削强力切削是通过增大切削面积f×ap来提高生产效率的。可在车刀刀尖处磨出一段(1.2~1.5)f长度的修光刃，在进给量提高几倍甚至十几倍的条件下进行切削时，加工表面粗糙度Ra仍能达到5~2.5µm。强力切削比高速切削的生产率更高，适用于刚度比较好的轴类零件的粗加工，同时，车床加工系统必须具有足够的刚性及功率。（3）采用多刀加工多刀加工是通过减少刀架行程长度提高生产效率的。如图3-3所示。图3-3多刀加工阶梯分段切削法等分最长阶梯分段切削法等分余量切削法（三）车刀的种类和用途车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。图3-4常用车刀的种类及其用途切断刀左偏刀右偏刀弯头车刀直头车刀成形车刀宽刃精车刀外螺纹车刀端面车刀内螺纹车刀内槽车刀通孔车刀盲孔车刀车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀（简称机夹车刀）。图2-3外圆车刀的切削部分整体车刀焊接车刀机夹车刀，根据使用情况不同又分为机夹重磨车刀（图3-5a）和机夹可转位车刀（图3-5b）。图3-5机械夹固车刀机夹可转位车刀机夹重磨车刀机夹重磨车刀常见硬质合金可转位车刀的刀片（图3-6）。图3-6硬质合金可转位刀片三角形偏8º三角形凸