第8章金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí)

1、1第第8 8章章 金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí)金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí)28.1 8.1 金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)8.2 8.2 金屬切削機(jī)床金屬切削機(jī)床38.1 8.1 金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)8.1.18.1.1切削運(yùn)動(dòng)及切削用量切削運(yùn)動(dòng)及切削用量 1.切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng) 在金屬切削加工過(guò)程中，要想獲取所需要的工件，就必須根據(jù)零件的不同表面，采用相應(yīng)的加工方法才能達(dá)到要求，而這些加工方法是通過(guò)零件與不同的切削刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行的。因此，為了獲得各種形狀的零件，刀具與工件必須具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)我們稱這些刀具與零件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為切削運(yùn)動(dòng)。 切削運(yùn)動(dòng)按

2、其作用可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩種類型。切削運(yùn)動(dòng)按其作用可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩種類型。 （1）主運(yùn)動(dòng)）主運(yùn)動(dòng) 使零件與刀具之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最基本運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是切削運(yùn)動(dòng)中速度最高，消耗機(jī)床功率最多的運(yùn)動(dòng)。在切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。它可由零件完成，也可以由刀具完成；可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是直線運(yùn)動(dòng)。4（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 不斷地把被切削金屬層投入切削，以逐漸加工出整個(gè)零件表面所需的運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般速度較低，消耗的功率較少，可由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)組成。它可以是連續(xù)的（如車削），也可以是間斷的（如刨削）。圖圖8-1 8-1 切削運(yùn)動(dòng)與加工表面切削運(yùn)動(dòng)與加工表面1-1-

3、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 2-2-待加工表面待加工表面 3-3-切削表面切削表面 4-4-已加工表面已加工表面 5-5-主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)52.2.工件表面工件表面 切削加工過(guò)程中，在切削運(yùn)動(dòng)的作用下，工件表面一層金屬不斷地被切下來(lái)變?yōu)榍行?，從而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的過(guò)程中，工件上有三個(gè)依次變化著的表面（如圖8-1所示），它們分別是： 待加工表面：工件上即將被切削的表面； 已加工表面：工件上經(jīng)切削后形成的表面； 切削表面（過(guò)渡表面）：工件上正在切削的表面，即已加工表面和待加工表面之間的表面。3.3.切削用量切削用量 在一般的切削加工中，切削速度 、進(jìn)給量 和背吃刀量 合稱切削用量，又稱為切削

4、用量的三要素。cvfpa6（1）切削速度 在單位時(shí)間內(nèi)，刀具相對(duì)于零件沿主運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，即切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。單位為m/s或m/min。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，車削時(shí)切削速度為： 式中 n工件或刀具的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； d工件或刀具選定點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)直徑，單位為mm。 若主運(yùn)動(dòng)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則其平均速度： 式中 L往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程長(zhǎng)度，單位為mm 主運(yùn)動(dòng)每秒的往復(fù)次數(shù)，單位為str/s。cv1000dnvc10002Lnrvcrn7（2）進(jìn)給量 f 在單位時(shí)間內(nèi)，刀具相對(duì)于零件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移?？捎玫毒呋蚬ぜ哭D(zhuǎn)或每行程的位移量來(lái)表述或度量。即工件每轉(zhuǎn)一圈,刀具沿進(jìn)

5、給運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)的距離，即為(每轉(zhuǎn))進(jìn)給量，單位為mm/r。在牛頭刨床上刨平面時(shí)，刀具往復(fù)一次，零件移動(dòng)的距離，單位為mm/str(即毫米/雙行程)。車削時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度為：（3）背吃刀量 在垂直于主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上測(cè)量的切削層最大尺寸，單位為mm，又稱為切削深度。對(duì)于切削外圓時(shí)，背吃刀量為工件上已經(jīng)加工表面與待加工表面之間的垂直距離：nfvfpa8式中 待加工表面直徑，單位為mm； 已加工表面直徑，單位為mm。8.1.2 8.1.2 刀具材料與刀具幾何形狀刀具材料與刀具幾何形狀1.1.刀具材料刀具材料刀具材料必須具備以下性能：刀具材料必須具備以下性能： 高的硬度和耐磨性。 足夠的強(qiáng)度和韌性

6、。 具有高的熱硬性。 良好的工藝性。常用的刀具材料常用的刀具材料 高速鋼高速鋼: :高速鋼是含W、Cr、V 等合金元素較多的合金工具鋼。 高速鋼按其性能課分為普通型高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼。2mwpddawdmd9 硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)很高的金屬碳化物（WC、TiC等）和金屬粘結(jié)劑（Co、Ni、Mo等）通過(guò)粉末冶金工藝制成的。 常用的硬質(zhì)合金類型主要有以下幾種：鎢鈷類硬質(zhì)合金（YG）、鎢鈦鈷硬質(zhì)合金（YT）、鎢鈦鉭鈷類硬質(zhì)合金（YW）、碳化鈦基類硬質(zhì)合金（YN）。 2.2.刀具幾何形狀刀具幾何形狀 刀具的組成 金屬切削刀具由切削部分和夾持部分組成。刀具切削部分的組成要素

7、有三面、兩刃、一尖。 前刀面。刀具切削部分流出所經(jīng)過(guò)的表面。 主后刀面。刀具上與零件的過(guò)渡表面相對(duì)的表面。 副后刀面。刀具上與零件的已加工表面相對(duì)的表面。 主切削刃。前刀面與主后刀面的交線，切削時(shí)承擔(dān)主要的切削工作。 副切削刃。前刀面與副后刀面的交線，也起一定的切削作用。 刀尖。主切削刃與副切削刃相交之處，刀尖是一段過(guò)渡圓弧或折線。10刀具幾何角度的參考系 刀具角度是用來(lái)確定刀具切削部分各刀面和刀刃在空間相互位置和相互關(guān)系的方位角度，為確定這些角度，需要引入假設(shè)的參考系來(lái)度量，此參考系是標(biāo)注和測(cè)量角度的基準(zhǔn)，在此基準(zhǔn)下標(biāo)注的刀具角度稱為刀具的標(biāo)注角度。 在建立刀具標(biāo)注角度參考坐標(biāo)系時(shí)，特作一下

8、假設(shè)：不考慮進(jìn)給速度的影響，即f=0；安裝車刀時(shí)，刀柄底面水平放置，刀柄中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向垂直，且刀尖與工件中心等高。 正交平面參考系及其標(biāo)注角度。正交平面參考系有三個(gè)平面組成：基面Pr、切削平面Ps和正交平面Po； 基面Pr是或切削刃某選定點(diǎn)，與該點(diǎn)的切削速度方向相垂直的平面。 切削平面Ps是指過(guò)主切削刃上的某選定點(diǎn)，與該點(diǎn)切削表面相切的平面。 正交平面Po是過(guò)切削刃某選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。1112刀具的工作角度。 刀尖安裝高度對(duì)工作角度的影響。車削時(shí)刀具的安裝常會(huì)出現(xiàn)刀刃安裝高于或低于回轉(zhuǎn)中心的情況，工作基面、工作切削平面相對(duì)于參考系偏轉(zhuǎn)角（如圖8-6）所示。刀尖高于零

9、件軸心線時(shí)，工作切削平面變?yōu)镻se，工作基面變?yōu)镻re，則工作前角oe增大，工作后角oe減小；刀尖低于零件軸心線時(shí)，工作角度的變化則正好相反ooeooe13 刀柄安裝偏斜對(duì)工作角度的影響。在車削時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀柄與進(jìn)給方向不垂直的情況，進(jìn)給方向與刀柄垂直方向產(chǎn)生一定的角度。工作主偏角re和工作副偏角re將發(fā)生一定的變化14 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響。車端面或斷面時(shí)，車刀則橫向運(yùn)動(dòng)，切削軌跡為阿基米德螺旋線，實(shí)際上基面和切削平面相對(duì)于標(biāo)注參考系都要偏轉(zhuǎn)一定的角度，而改變車刀的前角和后角，即前角增大，后角減小158.1.3 8.1.3 金屬切削過(guò)程金屬切削過(guò)程1.切削形成 通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析證明，金屬切削過(guò)程

10、是被切金屬層在刀具的擠壓、摩擦作用下產(chǎn)生變形后轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢餍纬梢鸭庸け砻?。根?jù)實(shí)驗(yàn)可繪制出金屬切削過(guò)程中的滑移線和流線示意圖162.切削力 金屬切削時(shí)，切削力來(lái)源于兩個(gè)方面：一是切削金屬、切削和工件表面層金屬的彈性形變和塑性形變所產(chǎn)生的抗力；二是克服切削與前刀面和后刀面的摩擦阻力。這些阻力的合力就形成了作用在刀具上的總切削力F，常把合力F分解為互相垂直的Fc、Fp和Ff三個(gè)分力， （1）切削力Fc（切向力）。切削力F在主運(yùn)動(dòng)上的分力。Fc垂直于基面，與切削速度的方向一致。 （2）背向力Fp（徑向力）。切削力F在加工表面法線方向上的分力。Fp作用在基面，并與刀具縱向進(jìn)給方向相垂直。 （3）進(jìn)給力F

11、f（軸向力）。切削力F在進(jìn)給方向上的分力。作用在基面內(nèi)，并與刀具縱向進(jìn)給方向相平行。173.切削熱和切削溫度 切削加工過(guò)程中，切削力所做的功絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，這些大量的熱量稱為切削熱。其主要來(lái)源有：切削層變形產(chǎn)生的熱量；工件與后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量；切削與前刀面摩擦產(chǎn)生的熱量。 切削溫度一般是指切屑、零件和刀具接觸區(qū)域的平均溫度。切削溫度的高低直接反映出切削熱產(chǎn)生的多少和熱量傳遞的快慢。4.切削液的選擇 （1）切削液的作用 切削液主要通過(guò)冷卻和潤(rùn)滑的作用來(lái)改善金屬切削過(guò)程。切削液能帶走切削區(qū)域大量的熱，從而降低切削溫度起到冷卻的作用；切削液在刀具與切削和加工表面之間形成一層潤(rùn)滑膜，減小摩擦起潤(rùn)

12、滑作用。除此之外，切削液還有清洗和防銹的作用。18（2）切削液的種類和選用 常用的切削液有水溶液、乳化液和切削油等。 水溶液的主要成分是水，在其中加入防銹劑、清洗劑、油性添加劑等。 乳化液主要是由礦物油與表面活性乳化劑配制，用水稀釋而成。低濃度的乳化液冷卻作用較好，主要用于磨削和粗加工等；高濃度的乳化液潤(rùn)滑作用較好。 切削油主要有礦物油（機(jī)油、輕柴油、煤油）、動(dòng)植物油（棉籽油、菜油、豆油、豬油等）或復(fù)合油等。5.刀具磨損和刀具耐用度 （1）刀具的磨損的形態(tài) 在金屬切削過(guò)程中，刀具的失效主要有磨損和破損兩類，在此僅研究刀具的磨損。 1）前刀面磨損。 2）后刀面磨損。 3）前后刀面同時(shí)磨損。19

13、（2）刀具磨損的原因 在金屬切削加工過(guò)程中，刀具在高溫、高壓的工作條件下，刀具的磨損經(jīng)常是機(jī)械、熱和化學(xué)的三者作用的綜合結(jié)果。 1）磨料磨損。 2）粘結(jié)磨損。 3）擴(kuò)散磨損。 4）相變磨損。 5）氧化磨損。 （3）刀具磨損的過(guò)程 刀具的磨損可分名為三個(gè)階段： 第一階段：初期磨損階段。新刃磨后的刀具表面存在微觀凸凹不平面，接觸面積小，壓強(qiáng)大，因而磨損較快。 第二階段：正常磨損階段。經(jīng)過(guò)初期磨損后，后刀面的微觀凸凹已經(jīng)磨平，接觸面積增大，壓強(qiáng)減小且分布均勻，因此，磨損緩慢，時(shí)間較長(zhǎng)。 第三階段：急劇磨損階段。刀具經(jīng)過(guò)正常磨損后，刀具磨損鈍化，切削力增大，切削溫度升高，切削狀態(tài)逐漸惡化，磨損量急劇增

14、大，以致喪失切削能力。20 （4）刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。一般的刀具的磨損多數(shù)情況出現(xiàn)在刀具的后刀面，而后刀面的磨損量容易測(cè)量。常用VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。ISO標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定以1/2背吃刀量處的后刀面上測(cè)定的磨損帶高度VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。218.28.2金屬切削機(jī)床金屬切削機(jī)床8.2.18.2.1機(jī)床的分類機(jī)床的分類 根據(jù)國(guó)家制定的金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法，將機(jī)床劃分為車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機(jī)床、鋸床和其它機(jī)床12大類。 按機(jī)床的工作精度又可分：普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)

15、機(jī)床 按自動(dòng)化程度可分為：手動(dòng)操作機(jī)床、半自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床3種。半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床在機(jī)床型號(hào)中分別用漢語(yǔ)拼音字母B和Z表示。 按加工零件大小和機(jī)床重量可分為：儀表機(jī)床、中小型機(jī)床、大型機(jī)床(1030 t)、重型機(jī)床(30100 t)和超重型機(jī)床(100 t 以上)。 按機(jī)床工作部件的數(shù)目可分為：?jiǎn)蔚逗投嗟稒C(jī)床或單軸和多軸機(jī)床等。22 GB/T 153752008金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法規(guī)定：機(jī)床的型號(hào)由漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字按一定規(guī)律排列組成，適用于各類通用機(jī)床和專用機(jī)床（組合機(jī)床除外）。其中：表示數(shù)字；表示大寫漢語(yǔ)拼音或英文字母；括號(hào)中表示可選項(xiàng)，當(dāng)無(wú)內(nèi)容時(shí)不表示，有內(nèi)容時(shí)則不帶括號(hào)；表示

16、大寫漢語(yǔ)拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字，或兩者兼有之。 1.通用機(jī)床型號(hào)的編制方法 （1）機(jī)床的類別代號(hào) 機(jī)床的類別代號(hào)用大寫的漢語(yǔ)拼音字母表示，需要時(shí)，每一大類又可以分為若干類，表示方法是在類別代號(hào)之前用數(shù)字表示，當(dāng)分類為“1”時(shí)不予表示，“2”和“3”分類代號(hào)應(yīng)表示清楚。232425（2）機(jī)床的特性代號(hào) 1）通用特性代號(hào)。當(dāng)某種類型機(jī)床除有普通型外，還有如表8-2所示的某種通用特性時(shí)，則在類代號(hào)之后加上相應(yīng)特性代號(hào)。如“CM”表示精密車床，通用特性代號(hào)在各類機(jī)床中表示的意義相同。 2）結(jié)構(gòu)特性代號(hào)。對(duì)于主參數(shù)相同，而結(jié)構(gòu)、性能不同的機(jī)床，在類別代號(hào)后加上結(jié)構(gòu)特性代號(hào)用于區(qū)分。 （3）機(jī)床的組別代號(hào)和

17、系列代號(hào) 在機(jī)床型號(hào)中，機(jī)床的組別代號(hào)和系列代號(hào)用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，第一位數(shù)字代表組別，第二位數(shù)字代表系別。每類機(jī)床按其用途、性能、結(jié)構(gòu)等分為10個(gè)組，每組又可分為10系(系別)，分別用數(shù)字09表示 （4）機(jī)床的主參數(shù)和第二主參數(shù) 機(jī)床的主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格大小，用折算值（主參數(shù)乘以折算系數(shù)）表示。26（5）機(jī)床的重大改進(jìn)順序號(hào) 當(dāng)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能有重大改進(jìn)和提高時(shí)，按其設(shè)計(jì)改進(jìn)的次序在機(jī)床型號(hào)的末尾加上重大改進(jìn)號(hào)，以示區(qū)別。序號(hào)分別用大寫英文字母A、B、C、D表示。（6）其它特性代號(hào) 其它特性代號(hào)主要反映各類機(jī)床的特性，如對(duì)數(shù)控機(jī)床，可用來(lái)反映不同的控制系統(tǒng)；對(duì)于多功能機(jī)床，可用來(lái)補(bǔ)充表示某

18、些功能。其它特性代號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字或二者組合表示。2728 2.專用機(jī)床的型號(hào) 專用機(jī)床的型號(hào)一般由設(shè)計(jì)單位代號(hào)和設(shè)計(jì)順序號(hào)組成。設(shè)計(jì)單位代號(hào)包括機(jī)床生產(chǎn)廠和機(jī)床研究單位號(hào)；設(shè)計(jì)順序號(hào)按各單位設(shè)計(jì)制造專用機(jī)床的先后順序排列。8.2.38.2.3機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)床的傳動(dòng) 1.機(jī)床傳動(dòng)的基本組成部分 機(jī)床的傳動(dòng)必須具備以下的三個(gè)基本部分。 （1）運(yùn)動(dòng)源 運(yùn)動(dòng)源是為執(zhí)行件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。通常為電動(dòng)機(jī)，例如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、交流異步電動(dòng)機(jī)、交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)等。 （2）傳動(dòng)件 傳動(dòng)件是將動(dòng)力和輸送的零件。例如齒輪、鏈輪、帶輪、絲杠、螺母等，除機(jī)械傳動(dòng)外，還有液壓傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)元件等。 （3）執(zhí)行件 執(zhí)行件是夾持刀具或工件執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的部件，也是傳遞運(yùn)動(dòng)的末端件。常用執(zhí)行件有主軸、刀架、工作臺(tái)等。292.機(jī)床傳動(dòng)鏈 依據(jù)傳動(dòng)鏈的性質(zhì)，將傳動(dòng)鏈分為外聯(lián)系傳動(dòng)鏈和內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩類 （1）外聯(lián)系傳動(dòng)鏈 外聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)侵嘎?lián)系運(yùn)動(dòng)源與執(zhí)行件的傳動(dòng)鏈。其作用是將運(yùn)動(dòng)源的動(dòng)力傳遞出去，并使執(zhí)行件獲得一定的速度。同時(shí)對(duì)執(zhí)行元件還起換向和變速的作用。 （2）內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈 內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)侵嘎?lián)系兩個(gè)執(zhí)行件，以形成復(fù)合