機械加工技術(shù)項目二課件

1、機械加工技術(shù)朱躍建 主編項目二 切削加工基礎(chǔ)知識項目描述金屬切削加工是利用工件和刀具之間的相對（切削）運動，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金屬層，從而獲得具有一定加工質(zhì)量零件的過程。金屬切削加工的方法有很多，盡管它們的形式有所不同，但是卻有著許多共同的規(guī)律和現(xiàn)象。掌握這些規(guī)律和現(xiàn)象，對正確應(yīng)用各種金屬切削加工方法有著重要的意義。本項目主要介紹切削加工過程的切削運動、切削用量、切削力、切削溫度與切削熱、切削液等金屬切削加工基礎(chǔ)知識。項目重點1.切削運動的形式、切削三要素。2.影響切屑變形的主要因素。3.掌握切屑的類型及其特點。4.切削力的合力及其分解。5.影響切削溫度的主要因素。6.切削液的類

2、型及作用。1.理解切削運動的基本概念，會找出常見切削加工的切削運動。2.能熟練地找到機械加工過程中的三種表面。3.會計算切削用量。生產(chǎn)中常見的切削加工方式有車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鉗工加工等。常見切削運動如圖2-1所示。請說出各種加工方法的切削運動及加工表面。學(xué)習(xí)目標任務(wù)描述車削運動銑削運動鉆削運動刨削運動磨削運動任務(wù)一認識切削運動與切削用量知識鏈接機器零件的形狀雖然多種多樣，但基本上是由平面、外圓柱(錐)面、內(nèi)圓柱(錐)面和具有一定規(guī)律的曲面所組成的。這些表面一般是由一母線按某種運動規(guī)律運動形成的。例如，平面是以一直線為母線，做直線平移運動所形成的表面。內(nèi)、外圓柱(錐)面是以一平行(相

3、交)于軸線的直線繞軸線做回轉(zhuǎn)運動所形成的表面。曲面是以一曲線為母線，回轉(zhuǎn)或平移所形成的表面。形成上述表面所需的母線及其運動，是通過各種機床的工件和刀具做相對運動來實現(xiàn)的。切削時，工件與刀具的相對運動稱為切削運動。切削加工必須具備兩種運動，即主運動和進給運動。主運動是切除工件表面多余材料所需的最基本的運動。進給運動是在切削過程中使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對運動，用于保證連續(xù)切下切屑，得到所需的已加工表面。主運動和進給運動共同作用，即可間斷地或連續(xù)地切除多余金屬，并得到具有所需幾何特性的加工表面。進給運動可以是連續(xù)的運動，如車削外圓時車刀平行于工件軸線的縱向運動，如圖2-2所示；也可以是間斷的運

4、動，如刨削時工作臺的橫向移動，如圖2-3所示。一、切削運動任務(wù)一認識切削運動與切削用量以車削外圓為例，車削外圓時，工件做旋轉(zhuǎn)運動，刀具做縱向直線運動，形成了工件的外圓表面。在新表面的形成過程中，工件上有三個依次變化的表面，如圖2-4所示。（1）待加工表面即將被切除金屬層的表面。（2）已加工表面已被切除多余金屬而形成符合要求的工件新表面。二、切削過程中工件上的加工表面1切削表面2待加工表面3主運動4已加工表面5進給運動任務(wù)一認識切削運動與切削用量知識鏈接（3）加工表面正處于加工的表面，該表面和車刀的主后刀面相對。在切削運動中，通常主運動的運動速度(線速度)較高，所消耗的功率也較大。車外圓時（圖2

5、-4 a），工件做回轉(zhuǎn)運動；銑平面時（圖2-4 b），銑刀做回轉(zhuǎn)運動；刨平面時（圖2-4 c），刨刀做往復(fù)直線運動，這些都是主運動。圖2-4所示為車削、銑削、刨削過程中工件上的加工表面。a）車削b）銑削c） 刨削1待加工表面2加工表面3已加工表面任務(wù)一認識切削運動與切削用量知識鏈接任務(wù)一認識切削運動與切削用量切削用量是指切削速度vc、進給量f（或進給速度vf）和背吃刀量ap，也常稱為切削用量三要素。三、切削用量1切削速度vc切削速度是切削加工時刀具切削刃上的某一點相對于待加工表面在主運動方向上的瞬時速度。簡單地說，就是切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度(線速度)，通常選定點為線速度最大的點

6、。切削速度的單位為m/min或m/s。（1） 主運動為旋轉(zhuǎn)運動大多數(shù)主運動屬于回轉(zhuǎn)運動，切削速度為刀具或工件最大直徑處的線速度，計算公式式中vc切削速度(m/min)；d完成主運動的刀具或工件的最大直徑(mm)；n主運動的轉(zhuǎn)速(r/min)。知識鏈接（2）主運動為直線往復(fù)運動例如，牛頭刨床刨刀的直線往復(fù)運動為主運動，切削速度計算公式式中n工件或刀具的轉(zhuǎn)速或往復(fù)次數(shù)（r/min）；L工件或刀具往復(fù)單行程（mm）。2進給量進給量是刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移來表示和度量。車削外圓時的進給量為工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具沿進給運動方向所移動的距離，單位為mm/r；刨削時

7、的進給量為刀具(或工件)每往復(fù)一次，工件(或刀具)沿進給運動方向所移動的距離，單位為mm/str (毫米/往復(fù)行程)。（1）進給速度vf切削刃上選定點相對于工件的瞬時進給運動速度，即單位時間的進給量，單位是mm/s(mm/min)。任務(wù)一認識切削運動與切削用量知識鏈接（2）進給量f刀具或工件的主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或一個往復(fù)行程，工件和刀具在進給運動方向上的相對位移量，以mm/r或mm/str（毫米/往復(fù)行程）表示。（3）每齒進給量fz對于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在它們進行工作時，還應(yīng)規(guī)定每一個刀齒的進給量fz ，即后一個刀齒相對于前一個刀齒在進給運動方向上的相對位移量，單位是mm/

8、z（毫米/齒）。3背吃刀量ap背吃刀量指已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，以ap表示，單位為mm。對于車削和刨削加工而言，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm，車外圓的背吃刀量如圖2-6所示。外圓柱表面車削的背吃刀量可用下式計算式中dw待加工表面外圓直徑（mm）；dm已完成加工后的表面外圓直徑（mm）。任務(wù)一認識切削運動與切削用量知識鏈接任務(wù)一：指出下列各種運動方式的主運動和進給運動（表2-1）。任務(wù)一認識切削運動與切削用量1加工表面2已加工表面3刀4待加工表面任務(wù)實施任務(wù)一認識切削運動與切削用量任務(wù)實施任務(wù)二：在上述五種加工方法示意圖中，分別指出加工過程中形

9、成的待加工表面、已加工表面和加工表面。任務(wù)三：計算切削用量。車外圓時工件加工前直徑為62mm，加工后直徑為56mm，工件轉(zhuǎn)速為4r/s，刀具每秒鐘沿工件軸向移動2mm，工件加工長度為110mm，切入長度為2mm，求切削速度vc、進給量f和背吃刀量ap三要素。完成以上任務(wù)后，請在教師的指導(dǎo)下檢測是否正確，正確打“”，錯誤打“”并及時糾正，任務(wù)評價見表2-2。任務(wù)一認識切削運動與切削用量任務(wù)評價任務(wù)二認識切削力與切削溫度1.了解切削力及其分力之間的關(guān)系。2.能說出常見影響切削力的因素。3.會使用合理方法降低切削溫度。圖2-11所示為常見機械加工方法。學(xué)習(xí)目標任務(wù)描述a) 車端面b） 銑削加工c）加

10、工中心鉆孔d）臥式車床車蝸桿e）車外圓切削過程中，切削熱和切削溫度直接影響刀具磨損和刀具壽命，并影響工件加工精度和表面質(zhì)量。切削溫度對工件、刀具和切削過程有何影響？如何來降低切削溫度？切削過程中如何正確使用切削液？下面我們將解決這些問題?！痉?析】兩種車刀都是外圓車刀，主要加工外輪廓，但是在選用中需要考慮徑向切削分力對工件加工表面質(zhì)量的影響。一般來講，90車刀加工外圓件，而45車刀主要用來倒角、車端面?？紤]到主偏角對徑向切削分力的影響，在加工細長軸時宜采用90外圓車刀。知識鏈接任務(wù)二認識切削力與切削溫度一、切削力和切削抗力金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力稱為切削

11、力F。切削力來源于三個方面：克服被加工材料對彈性變形的抗力；克服被加工材料對塑性變形的抗力；克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。1.切削力切削力是一個空間矢量，在切削過程中，它的方向和大小不易直接給出，為了便于研究和分析它對加工的影響，通常將切削力分解成三個相互垂直的切削分力。圖2-13所示為車外圓時切削力的分解圖。（1）主切削力Fc主切削力是切削力F在主運動方向上的正投影，與切削速度vc方向一致。它消耗功率最大，約占總消耗功率的95%。（2）背向力Fp 背向力是切削力F在垂直于工作平面方向上的分力，車外圓時，刀具與工件在這個方向上無相對運動，所以它不做功。

12、（3）進給力Ff 進給力是切削力F在進給運動方向上的正投影，與進給速度vf方向一致，由于進給力和進給速度遠小于切削力和切削速度，所以它消耗的功率非常?。?%）。知識鏈接任務(wù)二認識切削力與切削溫度隨著車刀材料、車刀幾何參數(shù)、切削用量、工件材料和車刀磨損情況的不同， Fc 、 Fp 、 Ff之間的比例在一定范圍內(nèi)變化，但三個分力與合力之間的關(guān)系總是符合以下規(guī)律 2.切削抗力切削加工時，工件材料抵抗刀具切削所產(chǎn)生的阻力稱為切削抗力F，它產(chǎn)生的原因如下。1）被切層材料成為切屑前后對刀具前刀面的擠壓變形（包括彈性變形和塑性變形）抗力和摩擦阻力。知識鏈接任務(wù)二認識切削力與切削溫度2）工件過渡表面和已加工表

13、面表層材料對刀具后刀面的擠壓變形抗力和摩擦阻力。工件抵抗切削的切削抗力F與切削時刀具對工件的切削力F是一對作用力和反作用力，它們大小相等、方向相反，分別作用在刀具和工件上。1.工件材料工件材料強度大、硬度高，剪切力大，切削力就大，但是切削力的大小不單純受工件原始強度和硬度的影響，還與其他因素有關(guān)。通常情況下，對韌性材料主要以強度來判別其對切削力的影響，而對脆性材料主要以硬度來判別其對切削力的影響。知識鏈接任務(wù)二認識切削力與切削溫度二、影響切削力的因素實踐證明，切削力的影響因素有很多，主要有工件材料、切削用量、刀具角度、切削液等。 【分 析】在加工這兩種鋼材時，影響切削力的因素主要表現(xiàn)在材料強度

14、、硬度上，所以強度、硬度高的45鋼在切削時需要更大的切削力。3.刀具角度刀具前角增大，能使被切層材料所受擠壓變形和摩擦力減小，排屑順暢，切削抗力減?。坏毒吆蠼窃龃?，刀具刀面與工件過渡表面和已加工表面的擠壓變形和摩擦力減小，切削抗力減小。主偏角對切削抗力F影響較小，但對背向抗力Fp和進給抗力Ff的影響明顯，增大主偏角會使進給抗力Ff增大，使背向抗力Fp減小。因此在車削細長軸時，可以利用增大主偏角的方法來減小或防止工件彎曲變形。刀具角度與切削力關(guān)系如圖2-14所示。知識鏈接任務(wù)二認識切削力與切削溫度背吃刀量ap和進給量f增大時，切削層面積增大，變形抗力和摩擦力增大，切削力增大。 2.切削用量 金屬

15、切削時，由于被切削材料層的變形、分離及刀具和被切削材料間的摩擦而產(chǎn)生的熱量稱為切削熱，切削區(qū)域的溫度稱為切削溫度。知識鏈接任務(wù)二認識切削力與切削溫度影響切削力的因素還有很多，如合理使用切削液，減小工件材料的變形抗力和摩擦阻力等。三、切削熱與切削溫度知識鏈接任務(wù)二認識切削力與切削溫度切削過程中產(chǎn)生的切削熱大部分由切屑帶走。例如，在車削外圓時，由切屑帶走的熱量占總切削熱的70%80%，傳入刀具的占15%20%，傳入工件的占5%10%。雖然傳入刀具的切削熱只占很小的一部分，但由于刀具切削部分（尤其刀尖部位）體積很小，溫度容易升高，在高速切削時仍可高達1000C以上，導(dǎo)致刀具材料軟化，切削性能降低，磨

16、損加快，進而影響加工質(zhì)量和縮短刀具壽命。傳入工件的切削熱會導(dǎo)致工件受熱伸長和膨脹，影響加工精度。對于細長軸、薄壁套和精密零件的加工，切削熱引起的熱變形影響尤為嚴重，在生產(chǎn)中要合理控制切削溫度。切削熱傳導(dǎo)如圖2-15所示?！痉?析】2.合理選擇刀具角度刀具前角增大，變形和摩擦減小，因而切削熱少，切削溫度低。但前角大于20后，對切削溫度的影響減小。刀具主偏角減小時，切削刃工作長度增加，切削寬度增大，切削厚度減小，散熱條件改善，故切削溫度下降。從切削溫度小的角度來看，主偏角應(yīng)取小值。刀具刀尖圓弧半徑增大時，刀具切削刃的平均主偏角減小，切削寬度增大，刀具傳熱能力增大，切削溫度降低。知識鏈接任務(wù)二認識切

17、削力與切削溫度背吃刀量和進給量對切削溫度的影響很小，而切削速度對切削溫度的影響很大。因此在選擇切削用量時，為使切削速度較低，應(yīng)選擇大的背吃刀量，較小的進給量和低的切削速度。1.合理選擇切削用量3. 合理選用切削液合理選用切削液，可以有效地減小切削過程中的摩擦，改善散熱條件；而降低切削力、切削溫度和刀具磨損，可提高刀具壽命、切削效率和已加工表面質(zhì)量以及降低產(chǎn)品的加工成本。任務(wù)二認識切削力與切削溫度在車床上加工圖2-16所示從動軸25mm外圓，在教師的指導(dǎo)下親手做一做，根據(jù)切削參數(shù)完成任務(wù)內(nèi)容，并記錄切削過程，任務(wù)實施見表2-3。任務(wù)實施任務(wù)二認識切削力與切削溫度任務(wù)評價一、判斷題任務(wù)二認識切削力

18、與切削溫度1.金屬切削加工是用切削刀具將坯料或工件上多余材料切除，以獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的方法。（）2.主運動是切下切屑所需要的最基本的運動。任何切削過程，通常只有一個主運動，最多不超過兩個主運動。（）3.進給運動可以有一個或幾個，運動形式有平移的、旋轉(zhuǎn)的、連續(xù)的、間歇的。（）4.切削速度是指切削加工時，刀具切削刃選定點相對工件主運動的瞬時速度。車削加工的主運動為旋轉(zhuǎn)運動，切削速度為最大線速度。（）5.車削時，待加工表面與已加工表面的垂直距離稱為進給量。（）6.切削加工時，切削熱傳入刀具使刀頭溫度升高，刀頭溫度稱為切削溫度。（）7.金屬切削時，刀具與工件之間的相對運動包括主運動和進給運動。（）思考與練習(xí)二、選擇題1成形面是以曲線為母線，以圓或（）為運動軌跡所形成的表面。A.橢圓B.折線C.直線2車削時，車刀的縱向或橫向移動是（）。A.主運動B.進給運動3切削用量對切削溫度的影響中，影響最大的是（）。A.切削速度B.進給量C.背吃刀量4工件材料的強度和硬度越高，切削力就（）。A.越大B.越小C.一般不變?nèi)蝿?wù)二認識切削力與切削溫度8.根據(jù)切削材料和切削條件不同，常見的切屑種類有帶狀切屑、節(jié)狀切屑、崩碎切屑三種。（）9. 切削過程中所消耗的功絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，稱為切削熱。切削熱通過切屑、工件、刀具及機床傳散。