机械加工工艺基础部分 第一章.ppt

1、第一章 金属切削加工的基本知识,1-1 切削加工的运动分析及切削要素 一、零件表面的形成及切削运动 1、零件表面的形成（如图1-1）圆柱面、圆锥面、平面、成形面以曲线为母线,2、切削运动刀具与工件之间的相对运动，分主运动和进给运动。（如图1-2） 主运动由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件。（特点是消耗功率最大） 进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动,切削表面（如图1-3） 待加工表面工件上有待切除的表面 已加工表面工件上经刀具切削后产生的表面 过渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面,二、切削要素（包括切削用量要素

2、的切削层几何参数） 1、切削用量三要素 切削速度Vc切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。 对主运动是旋转运动，切削速度为最大线速度： 对主运动是往复直线运动，则常以其平均速度为切削速度：,2）进给量f刀具在进给方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程位移量来表述和度量。例如，车削时，工件转一转，刀具移动的距离。 3）背吃刀量ap在通过切削刃基点并垂直于工作平面上测量的吃刀量。 对车外圆来说：,2、切削层几何参数（如图1-4） 切削层是指由切削部分的一个单一动作所切除的工件材料层。其参数在切削层尺寸平面（即通过切削刃基点并垂直于该点的主运动方向）中测量。 切削刃基点D作用在主切削

3、刃上特定参考点，用以确定如作用切削刃截形和切削层尺寸等基本几何参数。 1）切削层公称横截面积AD在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积。 2）切削层公称宽度bd在给定瞬间，作用在主切削刀截形上两个极限点间的距离。 3）切削层公称厚度hD在同一瞬间的切削层横截面积与公称切削层宽度之比。,1-2 金属切削刀具,一、刀具材料 1、高速钢 （1）通用型高速钢以钨、铬、钒、钼为主要元素的高合金钢。 （2）高性能高速钢在通用型高速钢基础上提高碳的质量分数和增加一些其它合金元素。,2、硬质合金用难熔金属碳化物（如WC、Tic）为基体，以金属作为粘结剂，经粉未冶金法而成。 性能特点：熔点高、硬度高

4、、化学稳定性好、热稳定性好。 硬质合金分成三类： 1）YG（K类）钨钴类硬质合金； 2）YT（P类）钨钛类硬质合金； 3）YW（M类）通用硬质合金（WC+TiC+TaC） 其它刀具材料：陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼,二、刀具角度 1、车刀的组成（三面、两刃、一尖组成 如图1-5） （1）刀面 前刀面切屑流过的刀面 主后刀面刀具上同前刀面相交形成主切前刃的后面 副后刀面刀具上同前面相交形成副切削刃的后面 （2）切削刃 主切削刃 副切削刃 （3）刀尖主切削刃与副切削刃连接处相当少的一部分。,2、辅助平面 为了确定刀面和切削刃的空间位置需要建立用于定义和规定各基准坐标平面的参考系。分（刀具静止参考系

5、、刀具工作参考系 如图1-7）,（1）主切削平面PS通过主切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面 （2）基面Pr过切削刃上选定点的平面，它平行或者垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般垂直于假定的主运动方向。 （3）正交平面PO过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面 （4）假定工作平面Pf通过切削刃选定点并垂直于基面，它平行或者垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般平行于假定的进给运动方向。,3、车刀的角度（如图1-8） （1）在正交平面内测量的角度 前角ro前面与基面间的夹角 后角aO后面与切削平面间的夹角,（2）在

6、基面中测量的角度 主偏角Kr主切削平面与假定工作平面之间的夹角 副偏角K r副切削刃与假定工作平面之间的夹角 （3）在主切削平面（PS）中测量的角度（如图1-9）刃倾角S主切削刃与基面间的夹角,1-3 金属切削过程及其物理现象,金属切削过程就是刀具从工件表面切除多余的金属，使之成为已加工表面的过程。 一、切屑的形成及种类： 1、切屑的形成过程 实质金属切削过程是多余金属材料受挤压一变形断裂而形成切屑的过程。 切削塑性材料时，经过三个阶段（如图1-12、1-13、1-14）,当切削层受到刀具前面推挤时，在接触处产生弹性变形。 刀具继续移动，材料受压增加，其内部应力，应变逐渐增大，在始滑移面产生滑

7、移，当应力达到屈服点时，产生塑变。 当作用力达到工件切削层材料断裂强度时，材料沿滑移面挤裂，沿前面滑出而形成切屑，完成切离阶段,2、切屑的种类（如图1-15） 带状切屑顶面毛茸、底而光滑，连绵不断。 节状节屑锯齿形，底面有裂纹 崩碎切屑呈不规则碎块,二、积屑瘤 积屑瘤在一定切削速度下，切削塑性材料时，常发现靠近刀具主切削刃前面上附着一少块很硬金属，这块金属称积屑瘤。（如图1-16） 1、积屑瘤的形成 切屑沿刀具前面流出时，在高温与高压作用下，与前面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使底层金属流速降低，产生滞流现象，形成“滞流层”，当前面对滞流的摩擦阻力超过切屑本身的结合力时，便粘附在前面上，

8、形成积屑瘤,2、积屑瘤对切削过程的影响 能对刀具起保护作用，增大实际工作前角，使切削力减小，对粗加工有利。 但积屑瘤时有时无，易引起振动、精加工时应避免形成积屑瘤。,三、切削力和切削功率 1、切削力切削时刀具切入工件，切削层产生变形而形成切屑所需的力。 （1）总切削力来源 A、变形抗力 B、摩擦阻力 （2）总切削力的分解（如图1-17） 分解为 切削力FC 背向力FP 进给力Ff （3）切削力的计算：切削力实验公式 生产中常用的估算公式 （4）影响切削力的因素（工件材料、刀具角度、切削用量）,四、切削热与切削温度 1、切削热的产生、传出及对加工的影响（如图1-21） 在第变形区，由于切削层金属

9、发生弹性变性和塑性变形而产生大量热 在变形区，由切屑与前面摩擦而产生的热 在变形区，由工件与后面摩擦而产生的热 传出：由切屑、工件、刀具以及周围的介质传出,影响：传入切屑及介质中的热对加工基本无影响，而传入刀具的热虽然不多，但易使刀具磨损，而传入工件的热可使工件变形，对加工精度不利。 2、切削温度及影响因素 切削温度是指工件、刀具、和切屑三者接触表面上的平均温度。其影响因素有： 工件材料 切削用量 刀具角度 切削液,五、刀具磨损与刀具寿命 1、刀具磨损的形式（如图1-22） 后面磨损 前面磨损 前、后面同时磨损,2、刀具磨损过程，一般分三个阶段（如图1-23） 1）初期磨损阶段 2）正常磨损阶

10、段 3）急剧磨损阶段 3、刀具寿命的概念：指刀具从开始切削到达磨钝标准为止的总切削时间,1-4 切削加工的技术经济分析,一、工件材料的切削加工性（指材料被切削加工的难易程度） 1、评价指标 用公式 Kr=Vc60/(Vc60)j 2、材料切削加工性的改善方法 调整化学成分 进行适当的热处理 采用其它辅助工艺,二、刀具角度的合理选择 1、前角o 增大o 使刀具锋利，减小切削力和切削热，但切削刃变弱，散热和受力状态变差。 2、后角o o 切削刃锋利，工件表面弹性恢复小，减小摩擦，但o过大，将削弱刀头强度，使散热条件变差，降低刀具寿命，并使重磨量和重磨时间增加，增加刀具费用。,3、主偏角Kr 主要影

11、响切削层截面的形状以及切削分力FP与F f的比例。（如图1-24） 4、副偏角Kr 它和Kr一起影响已加工表面的粗糙度，当Kr、Kr减小时，已加工表面残余面积的高度小，也对刀具强度散热条件刀具寿命有影响。（如图1-25）,5、刃倾角 主要影响刀尖的强度和排屑的方向（如图1-26）,三、切削用量的合理选择 合理的切削用量，是指在保证加工质量的前提下，尽可能使企业获取最佳的经济效益。 在不同条件下，最佳经济效益的目标有所不同 1）在任务最大，交货期紧，一般以最大生产率为目标 2）在定货量不足或市场疲软时，一般以最低成本为目标 3）在正常生产条件下，以最大利润为目标,四、切削液 1、分类：一般分三类

12、 水溶液（冷却排屑）、乳化液（冷却有一定润滑）、切削油（冷却排屑效果差润滑好） 2、作用：降低切削温度减小刀具磨损，抑制积屑瘤的生长，改善加工质量和提高生产率（冷却、润滑、洗涤、防锈作用）,3、切削液的选择 粗加工，以降低切削温度为主要目的，应选以冷却为主的水溶液或低浓度浮化液；精加工，为了提高加工质量和刀具寿命，应选择的润滑为主的切削油或高浓度浮化液。 脆性材料，一般不用切削液。 有色金属，一般不宜采用硫化油的切削液。 使用硬质合金刀具，一般不用切削液。 磨削时一般采用冷却、排屑性能好的乳化液或水溶液。,1-5 金属切削机床的分类与型号编制,我国将机床分为十一大类 人类：按万能程度分为（通用机床、专门化机床、专用机床） 按精度分：（普通机床、精密机床、高精度机床） 按自动化程度分（一般机床、半自动机床、自动机床）,一、金属切削机床型号的编制方法 GB/T15375-94金属切削机床，型号编制方法规定，由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开。 1、机床的类代号 2、机床的通用特性和结构特性代号 3、机床的组代号、系代号 4、机床的主参数，主参数用折算值表示，其折算值等于