第二章 机械加工及设备的基础理论.ppt

1、,第二章 机械加工及设备的基础理论,LOGO,Page 2,第一节 金属切削基本知识,一、切削运动与切削用量 （一）切削运动 要使刀具从工件毛坯上切除多余的金属，使其成为具有一定形状和尺寸的零件，刀具和工件之间具有一定的相对运动，这种相对运动称为切削运动。,切削运动根据其功用不同，可分为主运动和进给运动。,主运动和进给运动的矢量和，称为合成切削运动。 所有切削运动的速度及方向都是相对于工件定义的。,Page 3,第一节 金属切削基本知识,（1）主运动 主运动是由机床提供的主要运动，是使刀具和工件之间产生相对运动，从而切下切屑所必需的最基本的运动。也是切削加工中速度最高、消耗功率最多的运动。 在

2、切削运动 中，主运动只有一个。 (2)进给运动 进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，连续切下切屑，得到所需的已加工表面。一般进给运动是切削加工中速度较低、消耗功率较少的运动。 进给运动可以由一个或多个运动组成。它可以是间歇的，也可以是连续的。用“vf”表示。,Page 4,第一节 金属切削基本知识,（3）合成切削运动 主运动和进给运动合成后的运动，称为合成切削运动，用“ve”表示。 刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称合成切削速度。,Page 5,第一节 金属切削基本知识,在切削过程中，工件上有以下3个变化着的表面，如图2

3、-1所示。 （1）待加工表面。工件上即将被切除的表面。 （2）已加工表面。切去材料后形成的新的工件表面。 （3）过渡表面。加工时主切削刃正在切削的表面，它处于 已加工表面和待加工表面之间。,Page 6,第一节 金属切削基本知识,（二） 切削用量 切削用量是指切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）和被吃刀量ap。三者又称为切削用量三要素。 1.切削速度c 切削刃上选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度，其单位是m/min。计算切削速度时，应选取切削刃上速度最高的点进行计算。当主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定，即： （2-1） 式中 dW工件（或刀具）的最大直径，单位为mm； 工件（或

4、刀具）的转速，单位为r/min。,Page 7,第一节 金属切削基本知识,2.进给量f 工件或刀具每转一周，刀具在进给方向上相对工件的位移量，称为每转进给量，简称进给量，用f表示，单位为mm/r。 单位时间内刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，称为进给速度，用Vf表示，单位为mm/min。当主运动为旋转运动时，进给量f与进给速度Vf之间的关系为: Vfn （mm/min） (2-2) 对多点切削刀具，如钻头、铣刀还规定每一个刀齿的进给 量fx，即后一个刀齿相对于前一个齿的进给量，单位为mm/Z（毫米/齿） f=fZZ （2-3） 式中 Z刀齿数。,Page 8,第一节 金属切削基本知识,3.

5、被吃刀量（切削深度）ap 已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，称为被吃刀量，用ap表示，单位为mm。 车外圆时被吃刀量ap为 （2-4） 式中 dm已加工表面直径，单位为mm； w待加工表面直径，单位为mm。,Page 9,第一节 金属切削基本知识,（二） 刀具切削部分的组成 切削刀具种类繁多，构造各异。其中较典型、较简单的是车刀，其他刀具的切削部分可以看成是以车刀为基本形态演变而来的。,Page 10,第一节 金属切削基本知识,如 图2-3所示为普通外圆车刀，由刀体和刀杆两部分组成。刀杆用于夹持刀具，又称夹持部分；刀体用于切削，又称切削部分。切削部分一般由3个面、2个切削刃和1个刀尖组成。

6、 （1）前刀面A 刀具上切屑流过的表面 称为刀具的前面，又称前刀面。 （2）后刀面A 刀具上与工件的过渡表面 相对的表面称为刀具的后面，又称后刀面。 （3）副后刀面A 刀具上与已加工表面相 对的表面称为刀具的副后面。 （4）主切削刃s 前面和后面的交线为主 切削刃，担任切削工作的刀刃。 （5）副切削刃s 前面和副后面的交线为副切削刃。 （6）刀尖 主切削刃和副切削刃的交点。 刀尖实际上是一段短直线或圆弧，如 图2-4所示。,Page 11,第一节 金属切削基本知识,刀尖 主切削刃和副切削刃的交点。刀尖可以是一段短直线、曲线或圆弧，如 图2-4所示。,Page 12,（二）刀具角度的参考系 为了

7、确定刀具切削部分各表面和切削刃的空间位置，需要建立平面参考系。 按构成参考系时所依据的切削运动的差异，参考系分成： 刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系,刀具标注角度参考系由运动方向确定； 刀具工作角度参考系由合成切削运动 方向确定。,第一节 金属切削基本知识,Page 13,刀具标注角度参考系（又称刀具静止参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称为刀具标注角度。 刀具工作角度参考系是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称为刀具工作角度。,第一节 金属切削基本知识,Page 14,1、正交平面参考系 如图2-5所示，正交平面参考系由以下三个平面组成： （1）

8、基面Pr 它是指过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。车刀切削刃上各点的基面都平行于车刀的安装面（即底面）。安装面是刀具制造、刃磨、测量时的定位基准面。,第一节 金属切削基本知识,Page 15,（2）切削平面Ps 通过切削刃上的选定点，与该切削刃相切并垂直于基面的平面。 （3）正交平面Po 通过切削刃上的选定点，并同时垂直于该点基面和切削平面的平面。 由上述定义，显然有PrPsPo，于是Pr、Ps、Po便组成一个正交的正交平面参考系。,第一节 金属切削基本知识,Page 16,2、法平面参考系 如图2-5所示，法平面参考系由Pr 、Ps、 Pn三个平面组成。 法平面Pn是指过切削刃

9、上选定点并垂直于切削刃的平面。,第一节 金属切削基本知识,Page 17,3、假定工作平面参考系 如图2-6所示，假定工作平面参考系由Pr、Pf、Pp三个平面组成。 （1）假定工作平面Pf 它是指过切削刃上选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。 （2）背平面Pp 它是指过切削刃上选定点同时垂直于基面Pr和假定工作平面Pf的平面。,第一节 金属切削基本知识,Page 18,第一节 金属切削基本知识,(三）刀具的标注角度 1、在正交平面P0内标注的角度 （1）前角。 它是指在正交平面内度量的前刀面与基面之间的夹角。 （2）后角。 它 是指在正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角。

10、 （3）楔角。 它是指在正交平面内度量的前刀面与后刀面之间的夹角。,前角,后角,楔角,Page 19,第一节 金属切削基本知识,2、在切削平面Ps内标注的角度 刃倾角s 是指在切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角（刃倾角可正可负,当刀尖为主切削刃上的最低点时为负值;当刀尖为主切削刃上的最高点时为正值;当主切削刃为水平时为零）。,刃倾角,Page 20,第一节 金属切削基本知识,3、在基面Pr内标注的角度 主偏角Kr。主切削刃在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角，如图2-7所示。 副偏角Kr 。副切削刃在基面内的投影与进给运动反方向之间的夹角，如图2-7所示。 刀尖角r。主、副切削刃在基面

11、内的投影之间的夹角。 主偏角、副偏角和刀尖角三者之间的关系为:,基面,Page 21,第一节 金属切削基本知识,三、车刀的工作角度 工作时，由于与理想条件不符，其实际角度不等于标注角度，这种变化了的角度称为实际工作角度。通常进给速度远小于主运动速度，刀具的工作角度近似等于标注角度，可不考虑其影响。 在一般条件下，刀具的工作角度 与标注角度相关无几，两者差别不 预考虑，只有在角度变化值较大时 才需要计算工作角度。,Page 22,第一节 金属切削基本知识,但在一些特殊情况(如车螺纹或丝杠、铲削加工等角度变化值较大时)下，需计算工作角度。一般，当刀尖安装得高于工件轴线时，其工作前角 增大，工作后角

12、 减小;当刀尖安装得低于工件轴线时，其工作前角 减小，工作后角 增大，如图2-8A所示。若刀具轴线安装方向不正确，则 的变化情况如图2-8B所示。,Page 23,第一节 金属切削基本知识,图2-8A 车刀安装高度对工作角度的影响,Page 24,第一节 金属切削基本知识,图2-8B 车刀刀柄偏斜对主、副偏角的影响,Page 25,第一节 金属切削基本知识,四、切削层参数 切削层是指工件上正被刀具切削刃切削的一层金属，车削时工件转过一转，车刀主切削刃移动一个了距离。车刀切下来的金属层即为切削层。切削层参数是在与主运动方向垂直的平面内度量的切削层截面尺寸。,Page 26,第一节 金属切削基本知

13、识,以外圆车削为例来说明切削层参数的定义。外圆车削时，工件旋转一周，主切削刃移动一个进给 量f所切除的金属层称为切削层。如图2-11所示，当主、副切削刃为直线，且s=00时，切削层公称截面为平行四边形。,Page 27,(1) 切削层公称厚度hD。过切削刃上选定点，在与该点主运动方向垂直的平面内，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称厚度，单位为mm。由图2 -12可以看出，切削层公称厚度 为刀具或工件每移动 一个进给量f以后，主 切削刃相邻两位置间 的垂直距离。,第一节 金属切削基本知识,Page 28,第一节 金属切削基本知识,(1)切削层公称厚度hD 若车刀主切削刃的投影与工件轴线

14、之间的夹角为 kr 。计算公式为:,(2-19),由式（2-19）可知，f或kr增大，则hD变厚。,Page 29,(2) 切削层公称宽度 bD 。过切削刃上选定点，在与该点主运动方向垂直的平面内，平行于过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称宽度，单位为mm同样由图2 -12可以看出，切削层公称宽 度为沿刀具主切削刃 量得的待加工表面至 已加工表面之间的距 离，即主切削刃与工 件的接触长度。,第一节 金属切削基本知识,Page 30,第一节 金属切削基本知识,(2)切削层公称宽度bD 车削时bD是车刀主切削刃参加工作的长度在切削层横截面内的投影。若车刀主切削刃的投影与工件轴线之间的夹角为 kr

15、 ，计算公式为:,(2-20),由式（2-20）可知，ap或kr增大，则bD变厚。,Page 31,图2-12所示为Kr不同时hD与bD的变化。图2-13所示为曲线刃时切削层各点的切削层公称厚度。,第一节 金属切削基本知识,Page 32,第一节 金属切削基本知识,(3)切削层公称横截面积AD。车削时AD。为切削层在切削层尺寸平面内的实际横截面积，它的大小反映了切削刃所受载荷的大小，影响加工质量、生产率及刀具寿命等。面积近似等于背吃刀量与进给量的乘积或切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。计算公式为:,2-21,Page 33,金属切削加工是在金属切削机床上完成的。金属切削机床是指用切削（或特

16、种加工）等方法加工金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。 金属切削机床（简称机床）是制造机器的机器，也称工具机或工作母机，是机械加工的主要设备。机床的基本功能是为被切削的工件和使用的刀具提供必要的运动、动力和相对位置。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 34,一、机床的分类和型号编制方法 在现代机械制造业中，对于不同的用途和目的，使用的机床品种和规格繁多，为了便于区别、管理与使用，对机床进行分类和编制型号。 机床型号应完整地表示出机床的名称、主要技术参数与性能。目前我国机床型号是按GB/T15375-2008金属切削机床、型号编制方法编制的，,第二节 金属切削机

17、床的基本知识,Page 35,（一）机床的分类 机床主要是按加工性质和所使用的刀具进行分类。即将机床分为12大类，车床，钻床，镗床，磨床，铣床，刨，插床，拉床，锯床，齿轮加工机床，特种加工机床，以及其他机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局形式和结构等分为若干组，每一组又细分为若干系列。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 36,按照万能性程度，机床可分为： （1）通用机床 这类机床可以加工多种零件的不同工序，加工范围广，但结构复杂。如卧式车床、万能升降台式铣床、万能外圆磨床等均属于通用机床。 （2）专门化机床 它的加工范围较窄，专门用于加工某一类或几类零件的某一道或某几道特定工序。例

18、如，凸轮轴车床、丝杠车床、齿轮加工机床等均属于专门化机床。 （3）专用机床 这类机床加工范围窄，用于加工某一种零件的某一道特定工序，具有专用、高效、自动化程度高和易于保证加工精度的特点，适用于大批大量生产。例如，加工车床床身导轨的专门龙门磨床、各种类型的组合机床等均属于此类机床。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 37,手动机床、机动机床、半自动化机床和自动机床,按照自动化程度,普通机床、精密机床和高精度机床,按照机床的工作精度,单刀机床、多刀机床、单轴机床、多轴机床,按机床主要工作部件数目,非数控机床、一般数控机床、加工中心等。,按照数控功能,仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床、

19、超重型机床等,按照质量和尺寸,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 38,（二）金属切削机床型号编制方法 机床型号是机床产品的代号，机床型号应完整地表示出机床的名称、主要技术参数与性能。目前我国机床型号是按GB/T15375-2008金属切削机床、型号编制方法规定编制的，如 图2-14所示，机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律组合而成。型号中的汉语拼音字母按其汉字名称读音。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 39,（ ）可选项，无内容时则不表示，有内容时则不带括号；阿拉伯数字； 大写汉语拼音字母； 大写汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有。,第二节 金属切削机床的基本知

20、识,Page 40,Z304016/S2的含义,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 41,1、通用机床型号 通用机床型号的表示方法为： （1）机床类别代号。 用大写的汉语拼音字母表示，并按汉字名称读音。必要时，每类可分为若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，作为型号的首位，例如，磨床类分为M、2M、3M等3个分类。机床类别代号如 表2-1所示。,表2-1 通用机床类别代号,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 42,（2）机床的通用特性和结构特性代号 1）通用特性代号。机床通用特性代号列入 表4-2。通用特性代号用汉语拼音字母（大写）表示，列在类别代号之后。如CK6140中的“K”表示

21、该车床具有程序控制特性。,表2-2 通用特性代号,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 43,2）结构特性代号。为了区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中增加了结构特性代号。结构特性代号在不同的型号中可以有不同的含义。若某机床既具有通用特性,又具有结构特性，则结构特性代号应排在通用特性代号之后。如CA6140中的 “A”是结构特性代号，表示 CA6140与C6140车床主参数相同，但结构不同。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 44,（3）机床的组别、系别代号。 机床的组别、系别代号用两位阿拉伯数字表示，前一位表示组别、后一位表示系列。 每类机床按其结构性能及范围划分可划分为10

22、个组，每个组又可划分为10个系。在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。在同一组机床中，其主参数相同、主要结构及布局形式相同的机床，即为同一系。如 表2-3所示为车床的组别代号，表2-4为车床的系别代号。机床型号中，在类别代号和特性代号之后，第1位阿拉伯数字表示组别，第2位阿拉伯数字表示系别。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 45,表2-3 金属切削机床类、组代号,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 46,表2-3 金属切削机床类、组代号,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 47,表2-3 金属切削机床类、组代号,第二节 金属切削机床的基本知识,Pa

23、ge 48,表4-4 车床的组、系代号,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 49,（4）机床主参数代号。主参数代表机床的规格，主参数代号代表主参数的折算值，排在组、系代号之后。主参数有统一的规定，表2-5列出了常用机床的主参数及其折算系数。 第二主参数（ 多轴机床的主轴数除外）一般不予表示，它是指最大模数、最大跨区、最大工件长度等。在型号中表示的第二主参数，一般折算成两位数为宜。 折算系数一般是1/10或1/100，也少数是1。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 50,表2-5 机床主参数代号,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 51,（5）重大改进代号 当机床的性能及结构

24、有重大改进时，按其设计改进的次序，用字母A，B，C，表示，写在机床型号的末尾。 （6）其他特性代号 其他特性代号，它主要用以反映各类机床的特性，如对于数控机床，可以用来反映不同的数控系统；对于一般机床，可以用来反映同一型号机床的变型等。其他特性代号用汉语拼音字母或阿拉伯字母或二者的组合表示。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 52,根据通用机床型号的编制方法，如： MG1432A型高精度万能外圆磨床,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 53,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 54,2、专用机床代号 专用机床型号表示为： 设计单位代号同通用机床型号中的企业代号。专用机床的设

25、计顺序号按各单位设计制造的专用机床的先后顺序排列。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 55,二、机床的运动 （一）工件表面的形成 金属切削加工是用机床上的刀具与工件按一定的规律作相对运动，切除工件上多余的材料，使其尺寸精度、形状和相互位置精度，以及表面质量达到设计要求的一种加工方法。虽然被加工工件的形状各异，但它们都是由平面、圆柱面、圆锥面、螺旋面和渐开线表面等组成的，,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 56,图2-14所示是机器零件上常见的各种特征表面,任何特征表面都可以看做是 一条线（母线）沿着另一条 线（导线）运动的轨迹，如 平面可以看做是一条直线沿 另一条与之垂直的直线

26、运动 得到的；而圆柱表面则可以 看做是一条直线沿一个与之 垂直的圆运动而形成的等等。,母线和导线统称为发生线。 发生线是由刀具的切削刃与工 件间的相对运动得到的。有了 两条发生线及所需的相对运动 。就可以得到任意的零件表面。 刀具和工件间的相对运动都是 由机床来提供的。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 57,（二）机床的运动 机床在加工过程中，为了获得所需的工件表面形状，必须完成一定的运动，这种运动称为表面成形运动。还有各种辅助运动。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 58,（1）表面成形运动 在机床上，基本的运动形式是直线运动或圆周运动，如车床的基本运动是主轴的圆周运动和刀

27、具的直线移动。每个基本运动称为单元运动。直线运动用A表示，圆周运动用B表示。为了要获得所需的工件表面形状，必须由单元运动形成一定形状的发生线（母线和导线）。除成形法外，发生线的形成都是靠刀具和工件作相对运动实现的，这种运动称为表面成形运动。按组成情况不同，表面成形运动可分为简单和复合两种。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 59,如果一个表面成形运动由圆周运动和（或）直线运动构成，它们之间没有严格确定的运动关系，则此成形运动称为简单成形运动。例如，用尖头车刀车削外圆柱面时，如 图2-15（a）所示，工件的圆周运动 B1和刀具的直线移动A2就是两个单元运动，下标1、2是单元运动的序号。,

28、（a）车削外圆柱面；（b）磨削外圆柱；（c）车削螺蚊；（d）车回转体成形面,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 60,用砂轮磨削外圆柱面时，如 图2-15（b）所示，砂轮和工件的圆周运动 B1、B2，以及工件的直线移动A3，有3个单元运动。,（a）车削外圆柱面；（b）磨削外圆柱；（c）车削螺蚊；（d）车回转体成形面,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 61,如果一个表面成形运动，是由两个或两个以上的圆周运动或 （和）直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。例如，车削螺纹时，如 图2-15（C）所示，形成螺旋形发生线所需工件的等速圆周运动B11和刀具的

29、等速直线移动 A12，它们之间必须保持严格确定的运动关系，即工件每转 1转时，刀具直线移动的距离应等于螺纹的导程，B11和A12这两个单元运动组成一个复合运动。,（a）车削外圆柱面；（b）磨削外圆柱；（c）车削螺蚊；（d）车回转体成形面,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 62,用轨迹法车回转体成形面时，如 图2-15（d）所示，尖头车刀的曲线轨迹运动，通常由相互垂直坐标方向上的、有严格速比关系的两个直线运动 A21 和A22来实现。A21和A22 也组成一个复合运动。,（a）车削外圆柱面；（b）磨削外圆柱；（c）车削螺蚊；（d）车回转体成形面,第二节 金属切削机床的基本知识,Page

30、63,成形运动中各个单元运动根据其在切削中所起的作用不同，又可分为主运动和进给运动.,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 64,（2）辅助运动 机床上除表面成形运动外的所有运动都是辅助运动，其功用是实现机床加工过程中所必需的各种辅助运动。机床的辅助运动，包括以下几种。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 65,（1）切入运动。刀具相对工件切入一定深度，以保证工件达到要求的尺寸。 （2）分度运动。多工位工作台、刀架等的周期转位或移位，多头螺纹的车削等。 （3）调位运动。加工前机床有关部件的移位，以调整刀具和工件之间的正确相对位置。 （4）空行程运动。切削前后刀具或工件的快速接近和退回

31、运动，如开车、停车、变速、变向等控制运动；装卸、夹紧、松开工件的运动等。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 66,三 、 机床的传动 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备以下3个基本部分。 （1）执行件。执行机床运动的部件。如主轴、刀架、工作台等，其任务是装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形式的运动和保持准确的运动轨迹。 （2）运动源。为执行件提供运动和动力的装置。如交流电机、直流电机、步进电机等。 （3）传动装置。传递运动和动力的装置。通过它可把运动源的运动和动力传给执行件，使之获得一定速度和方向的运动；也可把两个执行件联系起来，使二者间保持某种确定的运动关系。,第二节 金属切削机床的基本知识,Page 67,机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式，机械传动装置，有皮带、齿轮、齿条、丝杠螺母等。 在机床上，为了得到所需的运动，需要通过由一系列传动件构成的传动装置动力源和执行件，或者把执行件和执行件连接起来，以构