機(jī)械加工工藝基礎(chǔ) 第一章 切削加工工藝?yán)碚摶A(chǔ)

1、1,下冊(cè)： 機(jī)械加工工藝基礎(chǔ),2,學(xué)習(xí)本課程的主要要求 1、兩本教材的不同點(diǎn) A.材料成形工藝基礎(chǔ) B.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ) 2、學(xué)習(xí)的目的： A.掌握金屬切削的基本理論，具有根據(jù)加工條件合理選擇刀具種類、刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量及切削液的能力； B.熟悉各種機(jī)床的用途和工藝規(guī)范； C.掌握機(jī)械制造工藝的基本理論，具備制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程和裝配工藝規(guī)程的能力，學(xué)會(huì)分析機(jī)械加工過程中產(chǎn)生誤差的原因，并能針對(duì)具體工藝問題提出相應(yīng)的改善措施； 3、對(duì)機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有一定的了解,3,1 切削加工工藝?yán)碚摶A(chǔ),1-1 概述 一、切削加工的實(shí)質(zhì) 切削加工是利用切削刀具從工件(毛坯)上切去多余的

2、材料,使零件具有符合圖樣規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面粗糙度等方面要求的加工過程。 幾何形狀 用形位公差來要求 尺寸 用尺寸公差I(lǐng)T來要求 表面粗糙度用輪廓算術(shù)平均偏差Ra來要求 二、切削加工的重要性 1、是制造零件的基本方法之一 2、是獲得高精度表面質(zhì)量零件的最主要的方法,4,三、切削加工的分類 1、機(jī)工：在機(jī)床上利用機(jī)械對(duì)工件進(jìn)行加工的切削加工方法 2、鉗工：在鉗臺(tái)上以手持工具為主，對(duì)工件進(jìn)行加工的切削加工方法 四、切削加工的特點(diǎn) 1、加工的零件幾何精度范圍廣，可適應(yīng)不同的需求 2、加工零件的材料、形狀、尺寸和重量的適應(yīng)范圍大 3、生產(chǎn)率高 4、要求刀具材料硬度高于工件 5、工藝過程較為嚴(yán)密,

3、5,五、常見零件的種類 1、軸套類零件 2、輪盤類零件 3、叉架類零件 4、箱體類零件 六、零件表面的形成 1、內(nèi)圓面 2、外圓面 3、平面 4、錐面 5、成形面 6、螺旋面（螺紋、齒形、蝸桿）,6,七、零件表面的成形方法 1、軌跡法： 利用非成形刀具，在一定的切削運(yùn)動(dòng)下，由刀尖在工件上運(yùn)動(dòng)的軌跡獲得零件所需表面的方法,7,2、成形法： 利用成形刀具，在一定的切削運(yùn)動(dòng)下，由刀刃形狀獲得零件所需表面的方法,8,3、展成法： 在一定的切削運(yùn)動(dòng)下，利用刀具連續(xù)切出微小 面積而包絡(luò)出所需表面的方法。如插齒,9,八、零件在切削過程中形成的三個(gè)表面 1、待加工表面：工件上 等待被切削的表面 2、已加工表面

4、:工件上經(jīng) 刀具切削后產(chǎn)生的新 表面 3、過渡表面：刀刃正在 切削的表面,10,九、切削運(yùn)動(dòng)：是刀具與工件之間形成相互作用、相互 運(yùn)動(dòng)的過程。 1、主運(yùn)動(dòng)：對(duì)切削起主要作用的工作運(yùn)動(dòng)，消耗機(jī)床的主要功率。機(jī)床主運(yùn)動(dòng)只有1個(gè)。其特點(diǎn)是： 速度最快 消耗功率最大 如車外圓時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：使工件不斷 投入切削的運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)或幾個(gè)(兩種 形式：連續(xù)進(jìn)給和間歇進(jìn)給) 其特點(diǎn)是： 速度較低 消耗功率較小 如車外圓時(shí)刀具的直線運(yùn)動(dòng),11,十、切削用量三要素 1、切削速度Vc 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度 即：主運(yùn)動(dòng)的線速度叫切削速度 主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：如車外圓

5、 Vc= dn100060 (ms) 式中 d切削刃選定點(diǎn)處工件或刀具的直徑 n工件或刀具的轉(zhuǎn)速,12, 主運(yùn)動(dòng)為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)： 如刨削加工 VC=2Lnr（100060 ）(m s) 式中 L行程長(zhǎng)度（mm） nr沖程次數(shù)（str/min） 2、進(jìn)給量 f ： 刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向 上相對(duì)工件的位移量 3、背吃刀量 p (切削深度) ： 指已加工表面和待加 工表面之間的垂直距 離,13,*說明：銑削和磨削切削用量有四個(gè)要素： 一、銑削用量：圖1.11 1、銑削速度：切削刃上最大直徑處的點(diǎn)相對(duì)于工件,主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度 2、銑削進(jìn)給量：有三種表示法 A.每轉(zhuǎn)進(jìn)給量fr B.每齒進(jìn)給量fz C.每分

6、鐘進(jìn)給量fs 3、銑削背吃刀量 p (銑削深度) ： 平行銑刀軸向，測(cè)量 的切削層尺寸 4、銑削側(cè)吃刀量ae （銑削寬度） ： 周銑 垂直銑刀軸向測(cè)量的切削層尺寸,14,二、磨削用量： 1、磨削速度vc 2、工件速度vw 3、縱向進(jìn)給量fa 4、徑向進(jìn)給量fr （即磨削深度）,15,1-2 刀具,1-2-1 車刀 一、車刀的組成 1、刀柄：刀具的夾持部分 2、刀體：刀具的切削部分 （1）前刀面:切屑流過的刀面 （2）主后刀面:與工件表面相對(duì)的刀面 （3）副后刀面:與工件已加工表面相對(duì)的刀面 （4）主切削刃:前刀面與主后刀面相交的棱邊形成 （5）副切削刃:由前刀面與副后刀面相交的棱邊形成 （6）

7、刀尖:主、副切削刃實(shí)際交點(diǎn),16,二、刀具的幾何參數(shù) 為定量地表示刀具切削部分的幾何形狀，必須把刀具放在一個(gè)確定的參考系中，用一組確定的幾何參數(shù)確切表達(dá)刀具和切削刃在空間的位置，這就是刀具的幾何參數(shù)（即刀具的角度）。 刀具的參考系：,17,三、車刀的標(biāo)注角度 1、設(shè)立正交平面參考系 基面Pr 通過主切削 刃選定點(diǎn),垂直于該 點(diǎn)切削速度的平面 主切削平面Ps 通過 主切削刃選定點(diǎn),切 于工件過渡表面且與 基面垂直的平面 正交平面P0 通過主切削刃上選定點(diǎn),并垂直于基面和切削平面的平面,18,2、設(shè)立背平面、假定工作平面參考系 基面Pr（同上） 假定工作平面Pf 通過主切削刃上選 定點(diǎn),與基面垂直

8、并 平行于進(jìn)給方向的 平面 背平面Pp 通過切 削刃上選定點(diǎn)，并 同時(shí)垂直于基面和 假定工作平面的平面,19,3、車刀的標(biāo)注角度 前角0 在正交平 面中測(cè)量的前刀面 與基面間的夾角 后角0 在正交平 面中測(cè)量的后刀面 與切削平面間的夾角 背前角p 在背平 面中測(cè)量的前刀面 與基面間的夾角 背后角p 在背平 面中測(cè)量的主后刀面 與切削平面間的夾角,20,主偏角Kr 主切 削刃與進(jìn)給方向 在基面上投影的 夾角 副偏角Kr 副切 削刃和進(jìn)給方向在 基面上投影的夾角 楔角在正交平 面中測(cè)量的前刀面 與主后刀面的夾角 刃傾角s 在切 削平面中測(cè)量的主 切削刃與基面間的夾角,21,角度大小的影響,22,*

9、 主偏角對(duì)切削力分配的影響,23,* 副偏角對(duì)表面粗糙度的影響,24,* 刃傾角對(duì)切屑流向的影響,25,三、車刀的工作角度 車刀的標(biāo)注角度是設(shè)計(jì)時(shí)在圖樣上標(biāo)注的角度,也是刃磨刀具時(shí)掌握的角度，車刀的工作角度是安裝在機(jī)床上工作的角度,26,1-2-3 刀具材料,* 刀具材料主要是指刀體即切削部分的材料 * 刀具材料必須具備的性能 高硬度； 足夠的強(qiáng)度和韌性； 良好的耐磨性； 高的耐熱性； 好的工藝性； 經(jīng)濟(jì)性,27,常用刀具材料 刀具材料種類很多，常用的有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石（天然和人造）和立方氮化硼等。 1 、碳素工具鋼和合金工具鋼 因其耐熱性很差，目前僅用于

10、切削速度低的手工工具。 2、高速鋼 高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金 工具鋼。 特點(diǎn)：1）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的23倍； 2）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍； 3）硬度HRc63以上，且有較好的耐熱性； 4）可加工性好，熱處理變形較小。 應(yīng)用：常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、 成型刀具、齒輪刀具等）。,28,3、硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼，且能切削

11、諸如淬火鋼等硬材料。硬質(zhì)合金的不足是與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動(dòng)和沖擊性能也較差。 硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來制作各種刀具。在我國(guó)，絕大多數(shù)車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造，目前，在一些較復(fù)雜的刀具上，如立銑刀、孔加工刀具等也開始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造。 常用類別有： P類硬質(zhì)合金(YT類) M類硬質(zhì)合金(YW類） K類硬質(zhì)合金(YG類）,29,4 、陶瓷刀具材料 陶瓷材料比硬質(zhì)合金具有 更高的硬度（HRA9195） 和耐熱性，在1200的溫 度下仍能切削，耐磨性和 化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小， 抗粘結(jié)和擴(kuò)散磨損能力強(qiáng)， 因而能以更高的速度切削， 并可切削難加工的高硬度

12、材料。 *主要缺點(diǎn)是性脆、抗沖擊 韌性差，抗彎強(qiáng)度低。,30,5 、 超硬刀具材料 超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。 A.天然金剛石:是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01m，刀具壽命可達(dá)數(shù)百小時(shí)。因價(jià)格昂貴，主要用于高速、精密加工。 B.聚晶金剛石:由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低（HK65008000），價(jià)格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料。 (金剛石復(fù)合刀片:在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層0.5mm厚的聚晶金剛石) * 金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐

13、磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維等。 C.聚晶立方氮化硼（CBN）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度為HV 30004500，耐熱性達(dá)1200，化學(xué)惰性很好，在1000的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加工。,31,6、涂層刀具 在韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基體上，涂上一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的 涂層材料：TiC、TiN、Al2O3. 噴涂方法：CVD法和PVD法,32,1-3 金屬切削過程,金屬切削過程： 是指刀具從工件毛坯上切去多余

14、金屬形成已加工表面的過程，也是工件切削層在刀具前刀面擠壓下產(chǎn)生塑性變形，形成切屑而被切下來的過程,33,1-3-1 切削過程及切屑類型 一、切屑的形成過程 1、形成過程模擬,34,2、三個(gè)變形區(qū),35,3、作用在切屑上的力,36,4、前刀面上的摩擦,37,二、切削過程的四個(gè)階段 1、彈性變形 2、塑性變形 3、擠裂 4、切離 三、切削過程的實(shí)質(zhì) 1、塑性材料切削過程的實(shí)質(zhì)是一個(gè)擠壓過程,重復(fù)著彈性變形、塑性變形、擠裂和切離四個(gè)階段； 2、脆性材料的塑性趨于零，其切削過程只經(jīng)歷了彈性變形、擠裂和切離三個(gè)階段,38,四、切屑的類型 1、帶狀切屑 2、擠裂切屑 3、單元切屑 4、崩碎切屑,39,五、

15、已加工表面的形成,40,1-3-2 切削過程中的物理現(xiàn)象,一、切削力 1、切削力的來源 （1）切削層金屬、 切屑和工件表面 層金屬的彈性、 塑性變形產(chǎn)生的 抗力 （2）刀具與切屑、刀具與工件 表面間的摩擦阻力,41,2、切削力的分解(分解成三個(gè)互相垂直的分力) 切削力Fc ：主運(yùn)動(dòng)方向的分力 （切向力） 進(jìn)給力Ff：進(jìn)給方向的分力 （軸向力） 背向力Fp：切深方向的分力 （徑向力） 3、影響切削力的因素 工件材料 切削用量 刀具角度 切削液 刀具材料,42,二、切削熱 1、切削熱的產(chǎn)生： 在切削過程中，切削力使切屑變形、刀具與工件以及刀具與切屑之間的摩擦共同產(chǎn)生了大量的切削熱，這些切削熱實(shí)質(zhì)上

16、是由切削功轉(zhuǎn)變來的 2、切削熱的傳出： 由切屑、工件、刀具、周圍介質(zhì)（空氣） 3、切削熱的影響： 加劇刀具磨損，影響工件質(zhì)量 4、減少切削熱的措施： 合理選用刀具角度 合理選用切削用量 使用切削液: A.水溶液（加防銹劑 ）; B.切削油; C.乳化液,43,三、積屑瘤 在一定的溫度和壓力下切削塑性材料時(shí)， 切屑沿刀具的前刀面流出的阻力很大，流速 降低。當(dāng)金屬與前刀面的摩擦阻力超過切屑 本身分子間的結(jié)合力時(shí)，切屑底層金屬被阻 滯并粘附在刀尖上長(zhǎng)出一個(gè)“瘤”狀的金屬塊， 這就是積屑瘤，俗稱“冷焊” 1、積屑瘤形成的條件： 在切削速度(c = 5 60m / min) 切削塑性材料時(shí),溫度在300

17、 350C，以及一定壓力的情況下， 最易產(chǎn)生積屑瘤 2、不形成積屑瘤的條件 脆性材料 低速切削 (c 60m /min),44,3、積屑瘤的利弊 有利的一面：可以保護(hù)刀尖、減少刀具磨損，同時(shí)使刀具前角增大，有利于切屑排出 有害的一面：影響加工精度和表面粗糙度 四、刀具磨損和耐用度 1、刀具的磨損形式 后刀面磨損 前刀面磨損 前、后刀面同時(shí)磨損 2、刀具磨損的三個(gè)階段 初期磨損階段 正常磨損階段 急劇磨損階段,45,3、刀具的使用壽命 刀具從開始切削到完全報(bào)廢的實(shí)際切削時(shí)間 4、刀具耐用度 是指刀具容忍磨損的限度，即：從開始切削到重磨前的切削總時(shí)間，用T表示 五、工件材料的切削加工性 1、刀具的

18、耐用度指標(biāo) 2、表面粗糙度指標(biāo) 3、切屑形狀指標(biāo),46,六、切削用量的選擇 1、切削深度p ：根據(jù)工件的加工余量來決定，應(yīng)考慮 在留下精加工及半精加工的余量后，粗加工應(yīng)盡 可能將留下的余量一次切除，以減少走刀次數(shù) 如果工件余量過大，或機(jī)床動(dòng)力不足而不能將初 切余量一次切除，也應(yīng)將第一次走刀的切削深度盡 可能取大些 當(dāng)沖擊負(fù)荷較大或工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減 小切削深度 一般：精切時(shí)，可取p為0.050.8mm； 半精切時(shí)，可取p為1.03.0mm,47,2、進(jìn)給量f：通常限制f的主要因素是切削力及加工表面粗糙度，選擇時(shí)，應(yīng)考慮 粗切時(shí)，加工表面粗糙度要求不高， f主要 受刀桿、刀片、工件及機(jī)床的強(qiáng)度和剛度所 能承受的切削力的限制 半精切及精切時(shí)， f主要受表面粗糙度要求 的限制，刀具的副偏角愈小，刀尖圓弧半徑 愈大，切削速度愈高，則f可愈大,48,3、切削