第五篇 切削加工.ppt

1、1,第五篇 切削加工,教学目的与要求： 本篇是金属切削加工的基础理论部分，掌握“切削运动、切削要素”，“刀具材料和刀具的几何形状”等基本知识。了解常见机床的主运动和进给运动。 常用切削机床和加工方法着重了解常用机床的加工方法、工艺特点及应用。 机械加工工艺过程的基本知识；学习零件的结构工艺性的目的是掌握切削加工和装配对零件结构的要求；先进切削机床和加工方法，了解数控机床的分类及加工特点，在学时充足的条件下也可增加数控机床其它内容和特种加工方法介绍。,2,金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。,金属切削加工,钳工,机械加工,

2、加工方法有划线、錾、锯、刮、研、攻螺丝、套螺丝等,通过操作机床来完成切削加工的，如车、钻、刨、磨、齿轮加工等,3,第一章 金属切削加工基础知识,教学内容： 金属切削加工的基本知识，包括切削运动和切削要素，刀具材料和刀具几何形状，金属切削过程。,4,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,一、切削运动 在切削过程中，为了完成各种表面的加工，刀具与工件必须具有一定的相对运动，即切削运动根据它们在切削过程中所起的作用不同，分为主运动和进给运动两部分 主运动是切下切屑所需要的最基本的运动，它促使刀具的前面接近工件主运动一般只有一个进给运动是使金属层不断投入切削，从而获得具有所需几何

3、特性的已加工表面的运动。进给运动可以多于一个,5,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,图1l（a-e)为常用的几种切削加工的运动简图,6,待加工表面：指加工时工件上有待切除的表面； 已加工表面：指工件上经刀具切削后产生的表面;,加工表面： 指工件上由刀具切削刃形成的表面。,7,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,二、切削用量 切削用量表示切削时各运动参数的数量，切削用量包括切削速度、进给速度和背吃刀量三要素，它们是调整机床运动的依据。 1切削速度(v)在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。单位为ms或mmin.若主运动为旋转运动，切削速

4、度为其最大的线速度。以车外圆为例，切削速度可按下式计算； v=dw n(1000*60) （ms）,8,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,2进给速度(f) 在主运动一个循环(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车削时，指工件每转一转，刀具所移动的距离，单位为mmr;在牛头刨床上刨削时，指刀具每往复一次，工件移动的距寓，单位为mmstr(即毫米双行程),9,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,3背吃刀量(ap )： 待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，单位为mm。车削外圆时为： ap(dwdm)2 式中： ap -切削深度，单

5、位为mm； dw-工件待加工表面的直径，单位为mm； dm-工件已加工表面的直径，单位为mm。,10,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,一、刀具材料 1对刀具材料的基本要求 刀具材料一般指切削部分的材料，在切削过程中，刀具切削部分要承受很大的切削力、摩擦力、冲击和很高的温度，因此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。,11,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,(1)较高的硬度。 硬度必须高于工件材料的硬度，金屑切削刀具材料的常温硬度，一般要求在HRC60以上。 (2)有足够的强度和韧性。 (3)有较好的耐磨性。,12,第二节 刀具材料

6、和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,(4)较高的热硬性。热硬性是指在高温下材料仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性的性能。 红硬度则指材料能保持正常热硬性的最高温度热硬性是衡量刀具材料的一个重要指标。 （5）要求刀具材料有良好的工艺性能，好的导热性，抗粘结性工艺性能包括锻、轧、焊、切削加工、磨削加工和热处理性能等,13,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,2常用刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等 (1)碳素工具钢 是含碳量为0.7%1.3%的优质碳素钢。常用牌号为T1OA、T13A等，其淬火硬度可

7、达HRC6065刃磨易锋利，价格低廉，但热硬性差，在200250时硬度便会显著下降。热处理时淬透性差，变形大。主要用于制造锯条、锉刀等手动刃具。,14,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,(2)合金工具钢 含碳量为0.85%1.5%,含合金属元素总量在5%以下，加入的合金元素有Si、Mn、Mo、W、V等。常用牌号有9SiCr、CrWMn等。与碳素工具钢相比，它有较好的耐磨性、韧性，热处理变形小，热硬温度达350左右，淬火硬度达HRC6066常用于制造丝锥、板牙、铰刀等形状复杂、切削速度不高(vc0.15ms)的刀具.,15,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,(3)高速钢 又称锋钢、白钢它是含有W

8、、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2热硬温度达550600。抗弯强度、冲击韧性较高，工艺性能、热处理性能较好，刃磨易锋利因此常用于钻头、铣刀、拉刀和齿轮刀具等形状复杂刀具的制造允许切削速度v0.5ms。,16,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,(4)硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC等)粉末(微米级)，以Co、Mo、Ti等做粘结剂，用粉末冶金的方法而制成的一种合金它的硬度高、耐磨性好，能耐8501000的高温，允许切削速度高达1.55ms，但它的抗弯强度较低，承受冲击能力较差，刃口也不如高速钢锋利常用来制成各种型式的刀片，焊

9、接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等刀体(刀杆)上使用,17,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,常用硬质合金有3类：一类是WC和Co组成的钨钴类(YG)；另一类是WC、TiC和Co组成的钨钛钴类硬质合金(YT)；第三类是在钨钛钴类硬质合金中添加少量TaC(碳化钽)或NbC(碳化铌)而成的通用硬质合金(YW),18,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,YG类硬质合金抗弯强度和韧性较好，适于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用牌号有YG8、YG6、YG3等，其中数字表示含Co量的百分率Co的含量少，则较脆、耐磨性好，适用于精加工，如YG3，含钴量多，则韧性好，适用于粗加工，如YG8,19,第二节 刀具材料和

10、刀具的几何形状,YT类硬质合金比YG类硬质合金硬度高，耐热性好。适于加工钢类等塑性材料。常用牌号有YT5、YTl5、YT30等，其中数字代表TiC的百分率。TiC含量越多，韧性越低，耐磨性越高，适用于精加工，如YT30,20,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,YW类硬质合金韧性、与钢粘附的温度比YT类硬质合金高，既可加工铸铁等脆性材料，也可加工钢类等塑性材料，还可加工高温合金、不锈钢等难加工钢类。其牌号有YW1和YW2两种，YW1适用于精加工，YW2适用于粗加工。 为了改善硬质合金性能，近年来又研制出超细晶粒的硬质合金和表面涂层硬质合金。国产超细晶粒硬质合金有YH1、YH2、YH3等牌号，用于

11、切削耐热合金、高强度合金等难加工材料。 表面涂层硬质合金是在韧性好的YG类硬质合金的基体表面涂覆512m厚的一层TiC。,21,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,(5)陶瓷材料： 它的主要成分是Al2O3 ，刀片硬度高，耐磨性好、耐热性高，允许用较高的切削速度，价格低廉，原料丰富，因此很有发展前途。但陶瓷材料性脆怕冲击，切削时容易崩刃，所以，如何提高其抗弯强度，已成为各国研究工作的重点。 目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金；陶瓷刀具则主要用于精加工。,22,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,3其他刀具材料：主要有人造金刚石、立方氮化硼等 (1)人造金刚石： 硬度极高(接近10000

12、HV，硬质合金仅为10501800HV)。用于有色金属及其合金的加工但不宜加工铁族材料，这是由于铁和碳原于亲合力强，易产生粘结而损坏刀具 (2)立方氮化硼(CBN) 是人工合成的又一种高硬度材料，硬度达80009000HV，热稳定性大大高于人造金刚石，可耐14001500C高温，且与铁族元素亲合力小。适用于铁族和非铁族难加工材料的加工，它还能精加工淬硬件，精度可达IT5IT6，表面租糙度Ra0.63一0.2m，可代替磨削,23,第二节 刀具材料和刀具的几何形状,24,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,二、刀具的角度 金属切削刀具的种类虽然很多，形状也各不相同，但它

13、们切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征。如图13所示，各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都可以近似看成一把车刀的刀头因此，下面就从车刀人手，进行分析和研究。 1车刀的组成 车刀由刀头和刀杆组成(如图14所示),25,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,26,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,2车刀切削部分的主要角度 为了确定上述刀面和切削刃的空间位置，首先要建立起由3个互相垂直的辅助平面（包括基面、切削平面和主剖面组成的坐标参考系，如图所示），并以它为基准，用角度值来反映刀面和切削刃的空间位置。,27,第二节 刀具材料

14、和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,28,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,(1)辅助平面 包括基面、切削平面和主剖面(见图示)。 1)基面： 通过主切削刃上某一点，与该点切削速度方向垂直的平面。 2)切削平面： 过主切削刃上某一点与该点加工表面相切的平面，它包含切削速度。 3)主剖面： 通过主切削刃上某一点，与主切削刃在基面上投影垂直的平面。,29,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,(2)刀具的标注角度 1) 前角(0) 在主削面中，前刀面与基面之夹角。根据前刀面和基面相对位置的不同，又可分为正前角、零度前角和负前角(见

15、下图示)。 用硬质合金车刀切削结构钢件， 0可取1020；切削灰铸铁件小可取515等。 2)后角(0) 在主剖面中，主后刀面与切削平面之夹角 粗加工或工件材料较硬时，后角取小值：068；反之，对切削刃强度要求不高，主要希望减小摩擦和已加工表面粗糙度值，后角取稍大值： 0=812.,30,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,31,前角0前刀面与基面间的夹角 前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。,后角0主后刀面与切削平面间的夹角 增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。,32,主偏角r主切削刃与进给方向间的夹角 影响切

16、削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少r，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。,副偏角r副切削刃与进给方向间的夹角 影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少r，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量。,33,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,3)主偏角(Kr)： 在基面上，主切削刃的投影与进给方向之夹角。 切削深度和进给量不变的情况下，减小主偏角，可使主切削刃参加工作的长度增大，单位长度上的受力减小，散热情况较好，刀具比较耐用，但切削时容易引起振动，影响加工质量。原则上是在

17、不引起振动的条件下，取小值。一般车刀的主偏角有45、60、75、90等几种。 4)副偏角(Kr) ： 副切削刃在基面的投影和进给相反方向的夹角。其主要作用是减少副切削刃与已加工表面之间的摩擦。主偏角选定后，副偏角的大小影响到加工残留面积的高度(如下图所示) 。一般，副偏角取515，粗加工时取较大值。,34,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,35,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,5)刃倾角(s) 在切削平面中，主切削刃与基面之夹角。与前角类似，刀倾角也有正、负和零值之分(如下图所示)，主要影响排屑方向(见下图示)、刀头强度和切削分力。

18、车刀的刃倾角一般在-5+5之间选取。,36,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,37,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,三、刀具结构 刀具的结构形式，对刀具的切削性能、切削加工的生产率和经济效益有着重要的影响下面仍以车刀为例，说明刀具结构的演变和改进 车刀的结构形式有整体式、焊接式、机械夹固式。如图所示,38,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,39,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,早期使用的车刀，多半是整体结构见上图 (a)，对贵重的刀具材料消耗较大。焊接式车刀见上图 (b)

19、的结构简单、紧凑、刚性好，节省贵重金属，而且灵活性较大，可以根据加工条件和加工要求，较方便地磨出所需的角度，故应用十分普遍。然而焊接式车刀的硬质合金刀片，经过高温焊接和刃磨后，产生内应力和裂纹，使切削性能下降，对提高生产效率是很不利的。为弥补这一缺陷，国内外很重视提高焊接和刃磨质量的研究。,40,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,为了避免高温焊接所带来的缺陷、提高刀具切削性能并使刀杆能多次使用，可采用机械夹固式车刀。该种刀刀片与刀杆是两个可拆开的独立元件，工作时靠夹紧元件把它们紧固在一起。根据所夹刀片磨钝后重磨还是转位分为机夹重磨式和机夹可转位式两种。见下图所示，

20、为机夹重磨式切断刀的一种典型结构。,41,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,42,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一章金属切削加工基础知识）,自动化程度高的设备上，而且在通用机床上，也比焊接式车刀或机夹重磨式车刀优越，是当前车刀发展的主要方向。 （下图所示）为杠杆式可转位车刀，它是将压制有一定几何参数的多边形刀片，用机械夹固的方法，装夹在标准的刀杆上而制成。使用时，刀片上一个切削刃角用钝后，只需将夹紧机构松开，将刀片转位换成另一个新的切削刃，便可继续切削机夹可转位式车刀由刀杆、刀片、刀垫及夹紧机构等组成（见下图）。,43,第二节 刀具材料和刀具的几何形状（第一

21、章金属切削加工基础知识）,44,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,1.切屑种类 : 切屑的类型与材料的塑性、刀具的角度、切削用量等密切相关在材料一定的情况下，不同的刀具角度和切削用量，对切屑形成过程的影响也不同，从而产生的切屑形状各不相同切屑一般可分为以下3类。,45,第三节 金属切削过程,(1)带状切屑 切削塑性较好的材料时，表层金屑受到刀具挤压，产生很大的塑性变形，而后沿剪切面滑移，在尚未完全剪裂以前，刀具又开始挤压一层金属，于是形成连续的带状切屑如图118(c)所示用较大的前角，较高的切削速度和较薄的切削厚度，加工塑性好的金属材料时，容易形成这类切屑形成带状切屑时，切

22、屑的变形小，切削力平稳，加工表面光洁但带状切屑往往连绵很长，容易缠绕在工件或刀具上，会刮伤工件，损坏刀刃，且不够安全，故应采取断屑措施。,46,第三节 金属切削过程,(2)节状切屑 切屑的顶面有明显挤裂裂痕，而底面仍旧相连，呈一节一节的形状如图l18(b)所示。切削速度较低、切削厚度较大以及用较小的刀具前角，加工中等硬度的塑性金属材料时，容易得到这类切屑节状切屑的变形很大，切削力也较大，且有波动，因此加工表面较粗糙,47,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,(3)崩碎切屑： 切削铸铁、青铜等脆性材料时，切削层金属几乎在挤压产生弹性变形之后， 一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成

23、不规则的碎块状屑片，即为崩碎切屑如图118(a)所示产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨损，并容易产生振动，影响表面质量,48,第三节 金属切削过程,由于不同类型的切屑对切削效率、刀具寿命和加工质量等有不同的影响，因此在实际生产中可根据具体情况采取相应措施，使切屑的变形得到控制，以保证切削加工的顺利进行例如，选用大的前角、提高切削速度或减小进给量可将节状切屑转变成带状切屑，使加工的表面较为光洁,49,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,50,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,2切削力及构成： 刀具在切削金属时，必须克服材料的

24、变形抗力以及工具与工件，切屑之间的摩擦阻力。这些抗力就构成了作用在刀具上的总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)变形，影响加工精度切削力还直接影响着切削热的产生，影响刀具磨损和已加工面质量 总切削力受很多因素的影响，其大小和方向是不固定的，难以直接测量为了适应设计和工艺分析的需要，一般不是直接研究总切削力，而是研究它在一定方向上的分力。 以车削外圆为例，总切削力Fr可以分解为以下3个互相垂直的分力(如下图所示)。,51,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,52,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,(1)主切削力(切向力)Fz： 总切削力F

25、r在速度v的方向上的分力，大小约占总切削力Fr的8090Fz消耗的功率也最多，约占车削总功率的90以上 (2)进给抗力(轴向力)Fx： 总切削力Fr在进给方向上的分力，作用在机床进给机构上，是设计和验算进给机构强度的依据。它所消耗的功率只占总功率的1左右 （3）切深抗力(径向力)Fy： 总切削力Fr在切削深度方向上的分力。因为切削时这个方向上运动的速度为零，所以Fy不做功，但它一般作用在工件刚性较弱的方向上，容易使工件变形，如下图所示，磨削轴类零件时，径向切削力引起轴的弯曲变形，而使磨削后轴的各处直径不同，产生加工误差,53,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,54,第三节金

26、属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,三、切削热 在切削过程中，由于绝大部分的切削功都转变成热，所以有大量的热产生，这些热称为切削热切削热主要来潭于3个方面： （1）切屑变形所产生的热，是切削热的主要来源； （2） 刀具前刀面与切屑之间的摩擦所产生的热； （3）刀具后刀面与工件之间的摩擦所产生的热。,55,第三节 金属切削过程,切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围介质(如空气、冷却润滑液等)传出用高速钢车刀及与之相适应的切削速度切削钢料时，切削热传出的比例是：5086由切屑带走，4010传人工件，9一3传人刀具，l传人空气 传入工件的热使工件温度升高而发生变形，影响加工精度特别是细长

27、工件和薄壁工件更为显著传入刀具的热量虽然比例不大，但刀具体积小，因而温度高，加速了刀具的磨损 因此，在切削加工中应采取措施，减少切削热的产生和改善散热条件，以减少高温对刀具和工件的不良影响为了降低切削温度，减少摩擦和刀具磨损，提高生产串和工件表面质量，生产中常使用切削液,56,第三节 金属切削过程 （第一章金属切削加工基础知识）,四.切削液: 1.作用：冷却，润滑，防锈和清洗。 2.常用的切削液有： （1）苏打水（水溶液）：含少量润滑剂和防锈剂，冷却能力强，但润滑作用小，常用于粗加工或磨削加工。 （2）润滑油（矿物油）：润滑能力强，但冷却作用小，常用于低速加工如攻丝、套丝等。 （3）乳化液（将

28、矿物油乳化处理后得到）：兼有上述两种润滑剂优点，应用举例：齿轮加工。 铸铁由于组织中含有大量石墨，能起润滑作用，故一般不用切削液。 硬质合金刀具，由于热硬性高，一般也不用切削液，如果使用，使用时要连续注射。,57,第二章 常用切削机床与切削方法,第一节 机床的类型和传动 一、机床的类型 机床分为12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、特种加工机床、锯床及其他机床。,58,第一节 机床的类型和传动（第二章 常用切削机床与切削方法）,二、机床型号的编制 GBT1537594规定：机床的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排列组成 ：（表示数字，表示大写

29、汉语拼音字母）,59,第一节 机床的类型和传动（第二章 常用切削机床与切削方法）,60,第一节 机床的类型和传动（第二章 常用切削机床与切削方法）,61,第一节 机床的类型和传动（第二章 常用切削机床与切削方法）,三、机床的机械传动 下图为C6132型(旧编号C616型)普通车床传动系统图，它示意性地表示出机床运动和传动情况图中以简单的规定符号(见表24)代表各种传动元件，各传动元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，而不能代表各元件的实际尺寸和空间位置。图中罗马数字代表传动轴的编号，阿拉伯数字代表齿轮齿数或带轮直径，字母M代表离合器等等,62,第一节 机床

30、的类型和传动（第二章 常用切削机床与切削方法）,63,第一节 机床的类型和传动（第二章 常用切削机床与切削方法）,64,第一节 机床的类型和传动（第二章 常用切削机床与切削方法）,65,第二节 车削的工艺特点及应用 （第二章 常用切削机床与切削方法）,1.切削工艺： 分为荒车、粗车、半精车、精车和精细车。 各种车削所能达到的加工精度和表面粗糙度各不相同，如表25所示，必须按加工对象、生产类型、生产串和加工经济性等方面的要求合理地选择,66,第二节 车削的工艺特点及应用 （第二章 常用切削机床与切削方法）,67,第二节 车削的工艺特点及应用 （第二章 常用切削机床与切削方法）,其中，荒车用于当毛坯为自由锻件或大型铸件时，其加工余量很大且不均匀，荒车可切除其大部分余量，藏小其形状和位置偏差。 粗车、半精车、精车为车削加工常用的加工方法，应根据具体要求进行选择。对于精度较高的毛坯，可不经过粗车而直接进行精车或半精车。,68,第二节 车削的工艺特点及应用,精细车主要用于有色金属加工或要求很高的钢制工件的最终加工。某些有色金属零件，因材料本身的硬度较低，塑性较好，用砂轮磨削时，软的磨屑易堵塞砂轮，难以得到很光洁的表面因此，当有色金属零件表面粗糙度Ra值要求较小时，不宜采用