第五篇 切削加工鄧1

1、導(dǎo)線一、零件表面的形成及切削運(yùn)動(dòng)表面形成的幾何原理：任何表面都可以看作是一條線（母線）沿著另一條線（導(dǎo)線）運(yùn)動(dòng)的軌跡。第五篇 切削加工使用切削工具，在工具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，切除多余材料層獲得規(guī)定的幾何參數(shù)和表面質(zhì)量的加工方法第一章 金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)及切削要素母線1 由圖可見(jiàn)，若母線和導(dǎo)線互換，其結(jié)果相同，即同一表面可通過(guò)不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)組合而成。母線母線柱面的形成導(dǎo)線 所以，同樣的表面可用不同的加工方法加工；同一加工方法可加工不同的表面。2切削運(yùn)動(dòng)形成加工表面的運(yùn)動(dòng)。按其在切削 中的作用，分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)切下切屑最基本的運(yùn)動(dòng)。 或：消耗功率最多的運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使

2、金屬層不斷投入切削， 從而加工出完整表面所需的運(yùn)動(dòng) 所有切削加工方法中，每種方法都必須有且只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有多個(gè)。也正是這些運(yùn)動(dòng)的區(qū)別，構(gòu)成了多種切削加工方法。 機(jī)床的表面成形運(yùn)動(dòng)就是基于“表面形成”原理而設(shè)計(jì)的。 但機(jī)床的運(yùn)動(dòng)多數(shù)是復(fù)合運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)，因此，多數(shù)是簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，如：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（圓）、直線運(yùn)動(dòng)。3 主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 只要能加工平面、回轉(zhuǎn)面和成形面，所有零件就均能加工成形4實(shí)際的切削運(yùn)動(dòng)是一個(gè)合成運(yùn)動(dòng)：51、切削速度c ：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（m/S或m/min ）直線主運(yùn)動(dòng)：對(duì)于旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng) ：二 . 切削用量切削三要素：切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量62

3、 、進(jìn)給量 ：在一個(gè)工作循環(huán)（或單位時(shí)間）內(nèi)，刀 具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量 用單齒刀具加工時(shí)，進(jìn)給量通常用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程，刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量來(lái)衡量。以f 表示，單位為mm/r或 mm/st 用多齒刀具加工時(shí)，刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對(duì)工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移量稱(chēng)每齒進(jìn)給量。以f z表示，單位為mm/z。7dwdmap3、背吃刀量ap ：在通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)并垂直 于該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層尺寸。即待加工 表面與已加工表面間的垂直距離。（mm） 切削加工過(guò)程中， 選擇合適的切削速度c、進(jìn)給量f 和背吃刀量ap 互相配合，才能獲得理想的加工效果。待加工表面已

4、加工表面過(guò)渡表面fVc8三 . 切削層參數(shù) 切削層切削過(guò)程中，由刀具切削部分的一個(gè)單 一動(dòng)作所切除的工件材料層。 即兩個(gè)相鄰過(guò)渡表面之間的那層材料。 切削層公稱(chēng)橫截面積AD: 給定瞬間，切削層平面內(nèi)的實(shí)際尺寸 切削層公稱(chēng)寬度bD：給定瞬間， 主切削刃兩個(gè)極限點(diǎn)之間的距離 切削層公稱(chēng)厚度hD：同一瞬間，上兩者的比值 AD f ap ， 切削面積決定了刀具切削部分的載荷，一定程度上，決定了生產(chǎn)率和消耗大小。faphDbD9第二節(jié) 刀具材料及刀具構(gòu)造所有的刀具均由切削部分和夾持部分組成。 夾持部分的作用是保證刀具的正確工作位置、傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。要求夾固可靠、裝卸方便 切削部分是刀具上直接參與切削工作

5、的部分，決定了刀具的切削性能的優(yōu)劣。10一、刀具材料1 、對(duì)刀具切削部分材料的基本要求：切削部分工作條件較高溫度很大壓力強(qiáng)烈摩擦較大沖擊較大振動(dòng)基 本 要 求較高耐熱性高強(qiáng)度高耐磨性 保持鋒利及形狀高韌度好的工藝性 目前現(xiàn)有的刀具材料中，沒(méi)有一種能全面滿(mǎn)足這些要求。所以，在切削加工時(shí)，只能根據(jù)被切削工件材料的性能和具體要求，選擇合適的材料。高硬度 常溫下60HRc 工件的1.52倍112、常用的刀具材料碳素工具鋼：VC 8 m/min 200 (T10A) 制造手工工具合金工具鋼：VC 15 m/min 1) 表示在其它條件不變時(shí)， h 愈大，表明切屑變形程度愈大，切削力愈大，切屑溫度愈高，表

6、面愈粗糙。也可用切屑變形系數(shù) lD/lch (1)表示增大前角、降低材料的塑性都可以減小h 或342、切屑的種類(lèi) 常見(jiàn)的切屑有三種不同的類(lèi)型 3536圖示動(dòng)畫(huà)為三種切屑形成以及形態(tài)的比較示意37帶狀切屑節(jié)狀切屑崩碎切屑特征：連續(xù)不斷、表面光滑條件：0 VC f ap塑材影響：切削力平穩(wěn)、表面光潔、 屑易纏繞。多見(jiàn)于精加工特征：一段一段、表面有鋸齒紋條件：VC f ap中硬材料 影響：切削力波動(dòng)較大、表面粗 糙。多見(jiàn)于粗加工特征：不規(guī)則碎塊狀條件：0 VC ap脆材料影響：易振動(dòng)、刀尖易磨損。 多見(jiàn)于鑄鐵、黃銅等脆料改變切削條件，可改變切屑種類(lèi)，保證切削質(zhì)量38二 、積屑瘤 一定切削速度下，切削

7、塑性金屬時(shí)，粘附在前刀面上刀尖附近的一小塊很硬的金屬 形成：原因：切屑流經(jīng)前刀面時(shí)，強(qiáng)烈摩擦形成“滯流層” 結(jié)果：刀尖上增加了 一塊多余的高 硬度金屬條件：VC15 70 m/min， （550m/min最常見(jiàn)） 切削變形區(qū)溫度 30038039 脫落后壓入表面 局部硬點(diǎn)另加刀尖 保護(hù)刀具加大前角 切削輕快形狀不規(guī)則，多為鋸齒形 表面粗糙時(shí)大時(shí)小、時(shí)有時(shí)無(wú) 尺寸變化影 響粗 用 精 避修光前刀面 減小摩擦調(diào)質(zhì)或正火 ,積屑瘤，減小塑性高速或低速切削 （ 5 m/min VC 80 m/min） 避開(kāi)產(chǎn)生積屑瘤的速度區(qū)間減小進(jìn)給量 f 減小切削厚度，減小分離的可能增大前角0 減小切削力控制措施

8、使用切削液 減小摩擦、降低溫度40三、切削力和切削功率1、切削力的構(gòu)成與分解 切削力F 在切削過(guò)程中，刀具對(duì)工件的作用力。包括：變形抗力、摩擦力等。切削力Fc：在主運(yùn)動(dòng)方向的 分力，所消耗的功率約占 總功率的90%以上。 進(jìn)給力Ff： 進(jìn)給方向的分力 約占總功率的15% 背向力Fp： 在垂直于假定工 作平面方向的分力 雖不消耗功率，但易使工 件變形，引起振動(dòng)，影響 加工精度412、切削力的估算 切削力的大小和工件材料、切削用量、刀具角度等切削工作情況有關(guān)，常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算3、 切削功率 Pm10-3Fc Vc Kw 電機(jī)功率 PE Pm / Kw 一般情況下：ap一倍 FC 一倍 f一倍 FC

9、 6886 原因： f 雖切削層公稱(chēng)厚度hD= f sinr不到一倍 但切削厚度壓縮比 h 單位切削力 所以，在保持一定生產(chǎn)率（ ap f不變）時(shí)，增大 f 減小ap，可適當(dāng)減小切削力42四、切削溫度和切削熱 1、切削熱的產(chǎn)生、傳出及對(duì)加工的影響產(chǎn)生：三個(gè)變形區(qū) 傳出：四個(gè)途徑 介質(zhì)傳出約1切削塑性材料時(shí)，區(qū)是主熱源；脆性材料區(qū)是主熱源傳出39車(chē)削約4傳出1040車(chē)削約20傳出5086車(chē)削約7543對(duì)加工的影響 加工精度：工件受熱膨脹，影響尺寸精度 甚至可能局部燒傷或形成裂紋 刀具壽命：雖通過(guò)刀具散熱只占4，但其體積 小，受熱后，強(qiáng)度降低、磨損加劇 機(jī)床精度：帶走大量熱量的切屑如堆積在機(jī)床 上

10、，會(huì)使機(jī)床溫度升高，造成變形2、切削溫度及其影響因素 刀具切削溫度一般指切削區(qū)的平均溫度 生產(chǎn)中可根據(jù)切屑的顏色大致判斷： 銀白色 200 淺黃色 220 深蘭色 320 淺灰色 400 紫黑色 50044影響切削溫度的主要因素切削用量：Vc一倍 t32% f一倍 t18% ap 一倍 t7% 適當(dāng)選擇工件材料：強(qiáng)度、硬度高，t 退火或正火 塑性好，變形大，t 選材 導(dǎo)熱系數(shù)小， t 加強(qiáng)冷卻刀具角度：前角0 ，t 切削輕快，力小 r ， t 工作長(zhǎng)度， 散熱 切削液：作用是散熱、減小摩擦、清洗水溶液 散熱 乳化液切削油 散熱常用 按加工要求選用45五、刀具磨損和耐用度 刀具從開(kāi)始切削到完全報(bào)

11、廢的實(shí)際切削時(shí)間總和，稱(chēng)刀具壽命 刀具從開(kāi)始切削到磨鈍后不能正常切削的實(shí)際切削時(shí)間，稱(chēng)刀具耐用度1、刀具磨損的形式與過(guò)程 常見(jiàn)的刀具磨損形式有三種磨損原因： 磨料磨損 粘結(jié)磨損 相變磨損 擴(kuò)散磨損切削厚度0.5mm的塑性材料切削厚度0.10.5mm的塑性材料最常見(jiàn)46刀具磨損過(guò)程2、影響刀具磨損的因素 與影響切削溫度的因 素基本相同 溫度越高，磨損越快3、刀具耐用度 通常用后刀面的磨損程度作標(biāo)準(zhǔn)衡量：精加工以走刀次數(shù)或加工零件個(gè)數(shù)表示 粗加工以切削加工時(shí)間表示約100m約30000m47第四節(jié) 切削加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)析 在完成零件加工的同時(shí)，還需考慮加工成本 即：制定技術(shù)方案時(shí)，應(yīng)努力做到 技術(shù)上

12、先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理一、切削加工主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 衡量：EV/C E即投入產(chǎn)出比，值越大，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果越明顯 從技術(shù)的角度看，欲得到大的E，就應(yīng)在了解基本生產(chǎn)方法的特點(diǎn)和應(yīng)用后，做出適當(dāng)選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要包括產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)率經(jīng)濟(jì)性481產(chǎn)品質(zhì)量精度尺寸精度形狀精度位置精度同一加工方法在不同條件下；相同條件下采用不同加工方法，都可能得到不同的精度某種加工方法正常操作情況下，所得到的最高精度經(jīng)濟(jì)精度選用原則：在保證產(chǎn)品能達(dá)到技術(shù)要求的前提 下，選用較低的精度等級(jí)表面質(zhì)量表面粗糙度 零件的精度要求越高，表面粗 糙度數(shù)值就應(yīng)該越小已加工表面的加工硬化和殘余應(yīng)力 處置不當(dāng)，會(huì)影響精度49 零件實(shí)際尺寸與理論

13、尺寸的接近程度 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公差分20級(jí)，IT01，IT0，IT1，IT18 其中IT01IT13 為配合公差，其余為非配合公差50 零件表面與理論表面之間在形狀上接近的程度。 零件表面、軸線或?qū)ΨQ(chēng)平面之間的實(shí)際位置與理論位置接近的程度，稱(chēng)為形狀精度。 形狀公差和位置公差一般稱(chēng)為形位公差。 51 已加工表面上具有較小間距和微小峰谷的不平度，稱(chēng)為加工表面的粗糙度。 零件間的配合性質(zhì)，耐磨性和耐腐蝕性與表面粗糙度有密切關(guān)系，它將直接影響產(chǎn)品的使用壽命和使用性能。根據(jù)GBT 13011995標(biāo)準(zhǔn)，表面粗糙度等級(jí)分14個(gè)級(jí)別：Ra（m） 50 25 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2

14、 0.1 0.05 0.025 0.012 0.008522、生產(chǎn)率 常用單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)零件的數(shù)量表示 R0 1 / tw tw 為生產(chǎn)1個(gè)零件所需的總時(shí)間，包括基本工藝時(shí)間tm 、輔助時(shí)間tc和其它時(shí)間t0 要使R0最大，就應(yīng)該：a、減少加工余量，減少基本工藝時(shí)間tm 材料成形b、選擇合適的加工方法和合理的切削用量切削工藝c、提高管理水平，減少 tc 和 t0 綜合管理水平3、經(jīng)濟(jì)性 零件切削加工的成本，包括工時(shí)成本和刀具成本兩部分，并受各種相關(guān)因素的影響。 與切削過(guò)程相關(guān)的主要有：切削用量、切削液、刀具耐用度、材料切削加工性等53二、切削用量的合理選擇 在Vc f ap 值最大時(shí)，生產(chǎn)率最

15、高，但受各種條件的限制，不可能做到。合理組合就是考慮怎樣在保證質(zhì)量的前提下，盡可能地發(fā)揮設(shè)備和刀具的潛力，以提高生產(chǎn)率，降低成本，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益1、選擇切削用量的一般原則 對(duì)加工質(zhì)量的影響： ap、 f 瞬時(shí)切削面積，生產(chǎn)率；切削力， 發(fā)熱量大，振動(dòng)，殘留面積高度，加工質(zhì)量； Vc， 切削力，且可避免積屑瘤 對(duì)生產(chǎn)率的影響： Vc 、 ap、 f ， 生產(chǎn)率；但 Vc，發(fā)熱量大，刀具磨損，換、磨刀時(shí)間，工藝輔助時(shí)間 54切削用量選擇順序：ap f Vc2、切削用量的選擇選擇方法apfVc粗加工：ap 盡量大，以盡快去除加工余量， 提高生產(chǎn)率，保證刀具耐用度精加工：在表面粗糙度允許的情況下，ap 盡量大，保證質(zhì)量和生產(chǎn)率精加工：表面粗糙度能得到保證時(shí)， f 盡 量大，保證質(zhì)量和生產(chǎn)率粗加工： 機(jī)床、刀具許可時(shí) ，f 盡量大些， 增大切削面積，提高生產(chǎn)率粗加工： 刀具耐用度許可時(shí)， Vc盡量大些， 提高生產(chǎn)率精加工： Vc避免產(chǎn)生積屑瘤，保證生產(chǎn)率55所以，切削用量的選擇應(yīng)為：粗加工時(shí)： ap 大 f 大 Vc小精加工時(shí)： ap小 f 小 Vc大56四、材料切削加工性的改善 1、材料切削加工性的概念和衡量指標(biāo) 指材料被切削加工的難易程度