机械制造基础.ppt

1、1.刀具切削部分的组成车刀的切削部分通常由三个侧面、两个刀刃和一个刀尖组成。(1)前刀面：切削流过的刀具表面。前刀面直接作用在待切割的金属层上。(2)主背面(Aa):刀具的背面与正面相交形成主切削刃。(3)第二后表面(Aa):它是刀具的后表面，与前表面相交形成主切削刃。(4)主切削刃：从主偏转角为零的点开始的整个切削刃，至少有一个切削刃用于切削工件上的过渡面。(5)副切削刃：主切削刃以外的切削刃上的刃。(6)刀尖():在主切削刃和辅助切削刃之间的接合处的切削刃的一部分。前刀面(Ar)、辅助切削刃(S)、刀尖(A)、辅助前刀面(Aa)、主后刀面(Aa)、主切削刃(S)、以及车削刀具中常用的主倾斜

2、角为45、60、75、90等。当二次偏转角为5-15时，粗加工时取较大值。主偏转角主要影响切削层截面的形状和参数、切削力的变化、加工表面的粗糙度以及副偏转角。副偏转角还可以减小副齿面与加工表面之间的摩擦。1)在基础平面中测量的主切削平面和假设的工作平面之间的角度。2)在基础平面和实际工作平面中测量的二次切割平面之间的角度乘以二次偏转角Kr。后角的大小通常根据加工的类型和性质来选择。例如，当粗加工或工件材料较硬时，要求切削刃较硬，后角应较小：0=6-8。相反，切削刃强度不高，主要是希望降低加工表面的摩擦和粗糙度，并且后角可以取稍大的值：0=8-12。4)间隙角是在正交平面中测量的侧面和切削平面之

3、间的夹角。后角的主要功能是减少刀具后角表面和工件表面之间的摩擦，并通过后角改变切削刃的锋利度和强度。后角大，摩擦力小，刃口锋利。然而，如果后角太大，切削刃将被削弱，散热条件将变得更差，刀具磨损将加速。相反，如果后角过小，切削刃强度将增加，散热条件将变得更好，但摩擦将加剧。5)主切削刃和基面之间的角度，在主切削面上通过刃倾角s测量。与前角类似，刀片倾角有正值、负值和零值。倾斜角主要影响刀头的强度、切削力的分布和排屑的方向。负倾角提高了刀头的强度，但会增加反切削力，这可能导致振动、排屑到加工表面，并可能划伤和粗糙化加工表面。因此，为了在粗加工过程中强化刀头s，经常取负值；为了在精加工过程中保护加工

4、表面，S可以取较大的正值。转弯边缘的倾角一般在-5到5之间。(3)刀具结构刀具的结构对刀具的切削性能、生产效率和经济效益有重要影响。下面还以车刀为例来说明刀具结构的演变和改进。车刀有几种结构形式，如整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式。1.整体车刀的特点：贵重刀具材料消耗高。2.焊接车刀的特点：结构简单紧凑，刚性好，灵活性大，可根据加工条件和要求方便地磨削所需角度，应用广泛。然而，高温焊接和磨削后，焊接车刀的硬质合金刀片会产生内应力和裂纹，使切削性能下降，不利于生产效率的提高。机床夹具可转位车刀(一度称为机床夹具非再磨车刀)。P近年来，随着自动机床、数控和自动加工线的发展，由于换刀和对刀造

5、成的停机损失，焊接车刀和机夹重磨车刀都不能满足需要。因此，开发机夹式可转位车刀的主要优点是：避免了焊接带来的缺陷，在同等切削条件下，大大提高了刀具的切削性能。在一定条件下，切屑缠绕和断屑稳定可靠。刀片分度后，刀刃与工件之间的相对位置仍然可以保证，减少了刀具调整的停机时间，提高了生产效率。刀片一般不需要重新研磨，有利于涂层刀片的推广应用。刀体使用寿命长，可节省刀体材料和制造成本。4.机夹式可转位车刀是通过机械夹紧将具有一定几何参数的多边形刀片夹紧在标准刀体上。使用时，当刀片上一个刀刃变钝后，只需松开夹紧机构，将刀片转位，换上另一个新的刀刃，即可继续切割。该机夹式可转位车刀由刀体、刀片、刀垫和夹紧

6、机构等组成。如图所示，它是阿杜杆可转位车刀。2。切屑类型：由于工件材料的不同塑性、刀具的不同前角或不同的切削参数，会形成不同类型的切屑，并对切削加工产生不同的影响。(1)用大前角、高切削速度、小进给速度的刀具切削塑料材料时，容易得到带状切屑：形成条状切屑时，切削力稳定，加工表面光滑，但切屑是连续的，不安全或可能划伤加工表面，应采取断屑措施。(2)结节状切屑用较低的切削速度和较大的进给速度粗加工中硬度钢时，容易产生结节状切屑。当形成这种切屑时，金属材料经历弹性变形、塑性变形、挤压开裂和切断，这是典型的切削过程。由于切削力波动大，工件表面粗糙。(3)切削铸铁和黄铜等脆性材料时，切削层中的金属突然塌

7、陷而不发生塑性变形，形成不规则碎片，称为碎屑。切屑破碎时，切削热和切削力集中在切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨损和振动，影响表面质量。单位切屑：切割塑料材料时，当切割厚度明显增加时，切割速度很低，刀具前角很小，剪切面上的应力超过材料的剪切强度，裂纹扩展，导致整个剪切面上出现裂纹，形成颗粒状的分离切屑单元，称为单位切屑。这种芯片很少见。单位切屑形成时，切削振动大，工件表面粗糙度差。在生产中，应控制切屑的种类，以保证切削的顺利进行，提高加工质量。切屑的类型可以通过高速切削、大前角和小进给速度以及减少切屑变形的润滑液来改变。1)切削变形产生的热量是切削热量的主要来源。2)切削和刀具前刀面之间摩擦产生的热

8、量。3)工件和刀具侧面之间摩擦产生的热量。随着刀具材料、工件材料和切削条件的不同，三种热源的热值也不同。(3)切削热和切削温度1。切削热的产生、传递及其对加工的影响在切削过程中，由于大部分切削功转化为热量，产生大量的热量，称为切削热。(1)切削热产生有三个主要方面，固结磨料被广泛使用。由于磨料的不同特性，零件的加工精度、表面粗糙度和加工生产率都会受到很大影响。固定磨具的主要特征包括磨料、粒度、粘结剂、硬度、结构、形状和尺寸等。(1)磨料是磨具的主要原料，它直接完成切削工作。因此，不仅要求磨料具有更高的强度、硬度、韧性、耐磨性、加工可制造性和其它类似工具材料的性能，而且要求它们在随后的加工的切削

9、过程中受到力的挤压后能够形成尖锐的棱角。常用磨料包括棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅等。1)棕刚玉用于加工低硬度的塑料材料，如低碳钢和合金钢。2)白刚玉用于加工高硬度的塑料材料，如高碳钢、高速钢和淬火钢。3)黑碳化硅用于加工低硬度的脆性材料，如铸铁和铸铜。4)绿色碳化硅主要用于加工硬质合金、宝石、陶瓷、玻璃等高硬度脆性材料。(3)粘合剂是用于在磨具中粘合磨料的物质。常用的磨具粘结剂包括陶瓷粘结剂、树脂粘结剂和橡胶粘结剂；1)陶瓷结合剂主要适用于加工外圆面、内圆面和平面、成型磨削和无心磨削的磨具。2)树脂结合剂适用于切割和开槽用的薄砂轮。3)橡胶结合剂适用于无心磨削导轮和抛光轮。在磨削过程中，

10、砂轮会被切屑和破碎的磨粒堵塞，使砂轮失去切削能力，磨粒的不均匀随机脱落也会降低砂轮的外观精度。因此，为了保持砂轮的磨削能力和形状精度，砂轮磨削一定时间后应修整。(2)磨削加工的特点负前角切削是磨削加工的主要特点。据测量，新修整的刚玉砂轮的前角平均为65 80。研磨一段时间后，它会增加到85。可以看出，磨削过程中的负前角远大于普通刀具，许多物理现象如切削力、切削热、表面强化变形和残余应力都与此有关。1)磨削精度高：磨削时，砂轮表面有许多切削刃，磨粒刃的圆弧半径很小，例如粒度为46的白刚玉磨粒的圆弧半径为00060012 mm，而普通车刀和铣刀的圆弧半径为00120032 mm，一般来说，刀具切削

11、刃的圆弧半径也可以磨得很小， 但是它会导致加速磨损的问题，这使得不可能或难以进行稳定和经济的精密加工。 同时，磨削时的加工速度非常高。当磨粒以高切削速度滑过工件表面时，许多切削刃同时切削，每个磨粒只能切削很薄的一层金属，其切削厚度可以小到微米，这也是保证高加工精度和形成光滑表面的必要条件之一。磨削所用的磨床比一般切削所用的机床精度高，并能进行微进给以保证微切削，从而保证精密加工的实现。2)后向切削力Fp大。例如，磨削外圆时，切削力可以分解为三个垂直分量，其中Fc称为磨削力，Ff称为进给磨削力，Fp称为反向磨削力。在一般刀具的切削过程中，切削力Fc较大，而在磨削过程中，由于背切量小，砂轮与工件表

12、面的接触宽度较大，使得背磨削力Fp大于磨削力Fc。3)磨削温度高的磨削属于高速切削，其切削速度是普通切削的1020倍。在这样高的切削速度下，用负前角切削磨粒，挤压和摩擦严重，功耗大，产生更多的切削热。而且由于砂轮本身的传热很差，大量的磨削热不能在短时间内消散，磨削区域会形成瞬时高温，有时高达800-1000度。磨削温度高容易烧伤工件表面，使淬硬钢表面退火，降低硬度。即使是我车削时，工件绕固定轴旋转，每个表面都有相同的旋转轴，因此很容易保证加工表面之间的同轴度。(2)切割过程相对稳定。一般来说，切削过程是连续的，不容易产生冲击，切削力基本不变。(3)适用于有色金属零件的精加工。对于一些有色金属零

13、件，由于材料本身的硬度较低，塑性较大，如果用砂轮磨削，软磨粒容易堵塞砂轮，很难获得非常光滑的表面。(4)刀具简单。车刀是最简单的工具，便于制造、刃磨和安装。车削具有广泛的适应性，有利于提高加工质量和生产效率。(1)纵向磨削法，主要运动：砂轮高速旋转，圆周进给运动：工件旋转；纵向进给运动：工件和磨床工作台的往复直线运动；砂轮周期性横向进给。特点：磨削量小，磨削力小，发热少，散热条件好。良好的加工精度和表面质量。适应性强，生产率低。用途：单件小批生产，精磨，特别是细长轴的磨削。外圆磨削一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行。(2)横向磨削法，切削运动：工件不纵向移动，砂轮以低速连续横向进给。特点：

14、生产率高。工件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热量高，磨削温度高，工件容易变形和烧伤。用途：批量生产，特别是在工件上形成表面。加工表面不太宽、刚性好的工件。轴的研磨。(3)综合磨削法：首先用水平磨削法对工件表面进行分段粗磨，相邻分段之间重叠510毫米，工件留有0.0-0.03毫米的余量，然后用纵向磨削法进行精磨。综合了横向磨削法和纵向磨削法的优点。磨削时，使用小的纵向进给和大的反向切削量(一般约0.3毫米)，并一次切断所有余量。前锥面粗磨，圆柱部分精磨抛光。用途：大批量生产加工刚性大的工件，加工面两端距离大，允许砂轮切入和切出。(4)深度磨削，(5)在无心外圆磨床上磨削外圆，磨削时，工件放在两

15、个砂轮之间，下部由支撑板支撑，没有顶部支撑。较小的一个是由橡胶粘合剂与粗磨粒，这是所谓的导轮；另一种是磨削工件的砂轮，称为砂轮。导向轮的轴线相对于磨轮的轴线倾斜一个角度，并且以比磨轮低得多的速度旋转，磨轮通过摩擦驱动工件旋转。一方面，工件旋转进行圆周进给，另一方面，工件移动进行轴向进给。4.磨削发展简介，包括精密磨削、超精密磨削和镜面磨削。要求：磨床精度、运动稳定性、合理的工艺参数、砂轮的精修整。磨削过程：在磨削过程中，磨粒的微型刀片切断工件表面的细小碎屑，同时，在适当的磨削压力下，处于半钝态的微型刀片在工件表面产生摩擦抛光效果，从而获得高精度和小的表面粗糙度。(1)高精度磨削，(2)高效磨削，磨削速度为500转/秒.通过提高工件速度，提高了金属切削速度和生产率。由