第一章 金属切削原理(2010)

1、2020年7月19日，星期日，1。面向21世纪高校机械专业的系列教材机械制造工程中的金属切削原理。讲座：张传伟，星期日，2020年7月19日，2，1金属切削原理。本讲座主要定义切削运动和切削参数工具组成。本讲座着重于切削运动、切削参数、刀具组成的三个要素(三个面、两个边和一个刀尖)。2020年7月19日星期日，3，1.1基本上定义了金属切削中工件和刀具之间的相互作用过程。用于金属切削的刀具从工件表面切下多余的材料，使工件的几何形状、尺寸精度和表面质量满足技术要求，同时要求高质量、高效率和低成本。4，1.1基本定义，实现切削过程的三个条件：切削运动工件和刀具之间必须有相对运动；刀具材料的切削性能

2、必须具有一定的切削性能；刀具的切削角度必须有合理的几何参数；2020年7月19日星期日，5，工件加工；2020年7月19日星期日，2020年7月19日星期日，7，1.1.1切削运动和切削参数，工件的1.1.1.1加工表面在切削过程中，工件上通常有三个不断变化的表面。待加工表面工件上待切割的表面已被切割以形成新的表面过渡表面(切割表面)。工件上被切削的表面位于加工表面和待加工表面之间。2020年7月19日星期日，8，圆柱车削加工面，2020年7月19日星期日，9，平面刨加工面，2020年7月19日星期日，10，1.1.1.2切削运动，刀具和工件之间的相对运动(即表面成形运动)切削运动可分为主运动

3、和进给运动。主运动和进给运动的矢量和称为合成切削运动，星期日，2020年7月19日，11，(1)主运动，主运动机床提供的刀具和工件之间的主要相对运动，这使得刀具的切削刃及其相邻的刀具表面切入工件材料。因此，工件新表面的运动主要特征高，功耗大，并且通常只有一条形式直线或旋转状态连续或间歇主要运动方向。在不考虑进给运动的情况下，切削刃上所选点相对于工件的瞬时运动方向切削速度vc切削刃上所选点相对于工件主运动的瞬时速度，星期日，2020年7月19日，12由于切削刃上各点的切削速度可能不同，在计算中通常用最大切削速度来表示刀具的切削速度。车削外圆时切削速度的计算公式：V=dwn/1000，其中： dw

4、工件的待加工面直径(mm)；工件转速(转/秒)。周日，2020年7月19日，13，(2)进给运动，使主运动能够顺序或连续进行，切断工件上的多余材料，形成符合特定要求的加工表面。主要特征低速、低功耗、多形式直线或旋转，或其组合状态连续或间歇进给运动方向进给速度vf切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度。星期日，2020年7月19日，14，进给f，刀具相对于工件在进给方向上的位移，当主运动旋转或前后移动时，单位为毫米/秒(用于车削、镗孔等)。)、往复直线运动mm/d . str(mm/双冲程)(刨削、磨削)。进给速度表示进给运动的速度。进给速度也可以用进给速度Vf(单位mm/s)和每齿进给量f

5、z(单位mm/齿)来表示。Vf=nf=nzfz，其中：n为主运动的转速(mm/s)；z刀齿数。，星期日，2020年7月19日，15，(3)合成切削运动，合成切削运动：由主运动和进给运动合成的运动合成切削运动方向：合成切削运动速度ve:切削刃上选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度；合成切削速度角：瞬时主运动方向与合成切削运动方向之间的夹角进给运动角：瞬时主运动方向与进给运动方向之间的夹角，2020年7月19日星期日，16，圆柱车削的切削运动，2020年7月19日星期日，17，平面刨削的切削运动，2020年7月19日星期日，18，反向进给(切削深度)ap，在垂直于主运动方向和进给方向的工作平面

6、上测量的工件切削刃与切削表面之间的接触长度。注：它是主切削刃的工作长度在垂直于包含主运动和进给运动速度的平面上的投影长度。对于圆柱车削，回切量是工件上加工表面和待加工表面之间的垂直距离，单位为mm，Ap=(dw-dm)/2，其中：dw工件待加工表面的直径(mm)；dm工件加工表面的直径(mm)。(4)切削参数，切削速度vc，进给量f，反切削量(切削深度)AP，2020年7月19日星期日，切削加工的成形运动，在切削和磨削加工中，工件表面的形状、尺寸和相互位置关系是由刀具相对于工件的运动形成的。根据切削过程中所起的作用，切削运动可分为三类：1)主运动直接切削工件上的切削层，形成工件新表面的基本运动

7、。主运动通常是切削运动中速度最高、功耗最大的运动，并且只有一个主运动。主运动的速度用切割速度来表示。2)进给运动是指连续将切割层放入切割的运动。它的速度很低。进给运动可以是连续的或间歇的。有时只有一个进给运动，但可能有几个。进给运动的速度由进给量f或进给速度vf表示。切削的主运动和进给运动通常是同时进行的，因此刀具切削刃上某一点与工件之间的相对运动应该是上述两种运动的组合。它的合成速度。2020年7月19日星期日，21，切削的成形运动，3)使工件或刀具进入正确加工位置的定位和调整运动。如调整切削深度、工件分度等。主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可由刀具、工件或两者来完成。同时，主运动

8、和进给运动可以是线性平移、旋转运动或平移和旋转的复合运动。正是由于上述不同运动形式和不同运动致动器的各种组合，产生了不同的处理方法。在加工过程中，工件上有三个变化的表面：待加工的表面切削层将被切断的表面；加工表面切削刃正在切削的表面；机加工表面-通过切掉切屑形成的新表面。2020年7月19日星期日，22，典型的表面处理方法圆柱面处理，表2-5列出了一些常用的圆柱面处理方法。在表中，T代表平移，R代表旋转，T/R代表平移和旋转的复合运动。实线箭头表示主运动，虚线箭头表示进给运动，点划线箭头表示调整运动。1)车削是加工圆柱面最广泛使用的方法。通常，工件通过夹具安装在车床主轴上，并与车床主轴一起旋转

9、形成主运动。刀具安装在刀架上，与纵向滑板一起作平行于主轴旋转轴线的直线进给运动，形成圆柱面；或者与主轴的旋转轴成一定角度做直线进给运动，形成锥面；或者沿着仿形曲线移动以形成旋转曲面。2)成形车刀车削外圆通常采用径向进给方式，少数情况下也采用切向进给方式。成形车削主要用于机械加工3)旋转拉削工件旋转，拉刀沿切线方向直线移动，完成圆柱加工。旋转拉削是一种高生产率的加工方法，适合大批量生产。4)磨削工件旋转，磨削工具沿工件轴向往复直线进给运动。磨削属于零件的表面加工，材料去除很少。5)铣削外圆刀具和工件都做旋转运动(刀具运动是主要运动，工件运动是进给运动)，可用于加工短长度、不完整的圆柱面。2020

10、年7月19日星期日，23，典型的表面加工方法圆柱面加工，6)成形外圆磨削(横向磨削)的运动形式与铣削圆柱面相同，主要用于加工长度较短或长度不完整的圆柱面。7)普通外圆砂轮的旋转运动是主要运动，工件进给运动包括旋转和运动。它主要用于黑色金属，尤其是淬火钢的圆柱形表面抛光。8)将无心工件放在砂轮和导轮之间。砂轮高速旋转磨削，导轮低速旋转带动工件旋转轴向移动，实现进给运动。无心磨削生产率高，适合大批量生产。9)车铣这是一种新的加工方法。在加工偏心零件的圆柱面时，由于零件不能高速旋转，车削方法不能充分发挥刀具的潜力。此时，如果使用端铣刀铣削外圆，不仅可以获得高的切削效率，而且可以确保可靠的断屑。车铣时

11、，端铣刀与工件垂直放置。通过改变工件的转速、轴向进给和切削深度，可以在工件上铣削出不同的形状。由于其运动模型复杂，有必要利用计算机进行数据处理和加工过程仿真。10)轧制加工时，自由旋转的轧辊对工件表面进行均匀挤压，使轧制表面得到强化，表面形成残余压应力，表面粗糙度也降低。滚压加工也常用于形成表面图案。2020年7月19日星期日，表2-6列出了几种常用的内圆表面处理方法。1)钻孔通常用于在固体材料上加工直径为0.550毫米的孔。钻孔有不同的运动形式：在钻床或镗床上加工时，主运动和进给运动由刀具完成；在车床上钻孔时，主运动由工件完成，进给运动由刀具完成；在模块化机床上加工时，主要运动由刀具完成，进

12、给运动由工件或刀具完成。钻具包括麻花钻、扁钻、深孔钻和中心钻。2)扩孔、铰孔和铰孔是孔加工的中间或最终过程，它们的成形运动类似于钻孔。3)镗刀的旋转运动是主要运动，刀具或工件的直线进给运动。镗孔可以在镗床、车床、铣床、组合机床或加工中心进行。4)孔加工使用多刃刀具，通过刀具相对于工件的直线运动来完成加工工作。它可以拉圆柱孔、花键孔、成型孔等。这是一种高生产率的加工方法，主要用于大规模生产。5)挤压孔可用挤压刀或钢球完成。挤压不仅可以获得尺寸精度，还可以硬化孔壁，降低加工孔的表面粗糙度。6)磨削孔是高精度淬硬内孔的主要加工方法，其基本加工方法包括内圆磨削、无心磨削和行星磨削。典型表面处理方法内圆

13、表面处理，2020年7月19日星期日，25。平面加工方法包括刨削、铣削、磨削、车削和磨削等。见表2-7。1)刨床对于牛头刨床来说，刨床的直线运动是主要运动，进给运动通常由工件完成；对于刨床来说，工件的直线往复运动是主要运动，进给运动通常由刀具完成。目前，塑形者已经逐渐被由于砂轮与工件的接触面积小，磨削区域的散热排屑条件好，加工精度高；端面磨削允许较大的磨削量，可以获得较高的加工效率，但加工精度不如周向磨削。平面磨削作为一种精加工工艺，通常安排在粗加工之后。由于慢进给磨削的发展，毛坯也可以直接磨削成成品。5)在车床上车削(镗削)平面时，工件的旋转运动是主要运动，刀具作垂直于主轴旋转轴的进给运动。

14、镗削平面时，主运动和进给运动都由刀具完成。6)平面拉削刀具相对工件直线运动，实现拉削加工。平面拉削是一种高精度、高效率的加工方法，适合大批量生产。典型的表面处理方法平面处理，2020年7月19日星期日，表2-8列出了几种常用的螺纹处理方法。1)本发明结构简单，通用性好，可加工各种尺寸、形状和精度的内外螺纹。然而，加工效率较低，主要用于单件和小批量生产。2)带丝锥的攻丝和攻丝以及带板齿的攻丝通常用于加工精度要求较低的标准内外螺纹。3)盘形铣刀主要用于加工大螺距的梯形螺纹和蜗杆。4)梳形铣刀铣削螺纹梳形铣刀相当于几种盘形铣刀的组合。一般来说，小螺距的短内螺纹和外螺纹是在专用螺纹铣床上加工的。5)旋

15、风铣削是一种高效的加工方法，它是利用安装在专用旋转刀头上的硬质合金刀头，对内螺纹和外螺纹进行高速铣削。6)螺纹磨削是一种高精度的螺纹加工方法，主要用于加工外螺纹。7)滚丝是一种高效的螺纹加工方法。它采用压力加工方法使金属材料产生塑性变形形成螺纹，所用的劳动力包括滚丝轮和滚丝板。典型的表面加工方法螺纹加工，2020年7月19日星期日，齿廓有多种形式，其中渐开线齿廓最为常见。渐开线齿廓有两种常用的加工方法，即成形法和展成法，如表2-9所示。1)用盘形组合铣刀或指状铣刀铣削齿属于成形方法，刀齿的截面形状对应于轮齿之间的形状。这种方法加工效率低，精度低，只适合单件小批量生产。2)成型磨齿也属于成型加工

16、，因为砂轮不容易修整，很少使用。3)滚齿属于展成法，其工作原理相当于一对斜齿轮的啮合。齿轮滚刀的原型是大螺旋角的螺旋齿轮。因为齿数很少(通常z=1)，而且齿很长，所以在轴周围形成一个螺旋角很小的蜗杆。开槽去齿后，成为带刃口和后角的滚刀。4)剃齿是大批量生产中非硬化齿面的常用精加工方法。其工作原理是利用剃齿刀与被加工齿轮之间的自由啮合运动，通过它们之间的相对滑动，从齿面上剃去细小的切屑，从而提高齿面的精度。剃齿还可以形成鼓形齿，以提高齿面接触面积的位置。5)齿轮成形是除滚齿加工之外的一种常用的齿轮切削加工方法。在齿轮成形过程中，插齿刀和工件之间的啮合相当于一对圆柱齿轮。插齿刀的往复运动是插齿刀的主要运动，而插齿刀与工件按一定比例的圆周运动是插齿刀的进给运动。6)展成磨削展成磨削的切削运动类似于滚齿加工，是一种齿形精加工方法，特别是对于硬齿面齿轮，这通常是唯一的精加工方法。展成磨削可以用蜗轮、锥轮或盘轮完成。典型的表面加工方法齿形加工，星期