張-第1章 金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)

GoodmorningeveryoneFundamentalofMechanicalMachiningTechnology機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)2014.02.26課程簡(jiǎn)介關(guān)于課程名稱(chēng)：原名《金屬工藝學(xué)-冷加工部分》根據(jù)教育部95大綱《高校工科本科基礎(chǔ)課程——工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》改用現(xiàn)名《機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)》

金屬工藝學(xué)系列課程1、工程材料課程2、熱加工工藝基礎(chǔ)課程3、機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)課程課程簡(jiǎn)介教材：

《金屬工藝學(xué)下冊(cè)》

鄧文英主編，高等教育出版社參考書(shū)：

《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》傅水根主編，清華大學(xué)版，2004

《工程訓(xùn)練實(shí)習(xí)教材》……

《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù)》陳隆德，趙福令，機(jī)械工業(yè)版，2000課程簡(jiǎn)介課程性質(zhì)：機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)制造技術(shù)基礎(chǔ)課——研究機(jī)器零件的加工方法和工藝過(guò)程的基礎(chǔ)性課程課程任務(wù)：

學(xué)習(xí)工藝知識(shí)，培養(yǎng)工程素質(zhì)。

課程簡(jiǎn)介課程要求：熟悉切削加工的基本原理和刀具基本結(jié)構(gòu)掌握常用機(jī)械加工方法的工藝特點(diǎn)，形成零件結(jié)構(gòu)工藝性分析能力和初步制定工藝規(guī)程的能力了解先進(jìn)加工工藝方法和機(jī)械制造的發(fā)展趨勢(shì)學(xué)習(xí)方法提示：

理論聯(lián)系實(shí)際，特別是緊密聯(lián)系工程訓(xùn)練經(jīng)歷，逐步提高分析問(wèn)題的能力。課程簡(jiǎn)介講授計(jì)劃：切削加工部分（22學(xué)時(shí)）第一章金屬切削基礎(chǔ)4

第二章金屬加工機(jī)床基本知識(shí)

2

第三章常用切削加工方法的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用

4

第四章特種加工與精密加工技術(shù)

2

第五章

典型表面加工方案的選擇

4

第六章機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性4

第七章機(jī)械加工工藝過(guò)程2

考試

2

課程簡(jiǎn)介作業(yè)要求：

每次請(qǐng)用單頁(yè)紙做。按時(shí)交作業(yè)。累計(jì)3次未按時(shí)交作業(yè)者，取消本課成績(jī)。課程成績(jī)：

＝平時(shí)作業(yè)+考試成績(jī)＝30％+70％讓我們共同來(lái)打好機(jī)械加工工藝知識(shí)的基礎(chǔ)緒論機(jī)械加工

machining

借助機(jī)械裝置將原材料或毛坯改變成零件的過(guò)程。

——一個(gè)古老的概念

通常指常規(guī)切削加工或稱(chēng)冷加工（machining）非常規(guī)加工nontraditionalmachining2.加工

processing

——泛指對(duì)材料的處理過(guò)程冷加工——金切加工熱加工——材料液態(tài)成形或塑性成形緒論3.加工（processing）方法分類(lèi)：

去除加工增材加工變形加工——切削加工腐蝕加工機(jī)械切削加工鉗工加工——焊、鍍、沉積、生長(zhǎng)……——鑄、鍛、壓、彎、擠、軋、旋壓、拉深、脹型……緒論4.切削加工的特點(diǎn)和地位（cuttingmachining）：

加工精度高——目前的最高精度是切出來(lái)的工藝范圍很寬——IT12~IT3,Ra25～Ra0.01生產(chǎn)率高加工成本較低污染較小要求刀具材料優(yōu)于工件材料（硬度、強(qiáng)度等）得到了最廣泛的應(yīng)用

——占目前機(jī)械制造總量的40～60％第一章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)切削運(yùn)動(dòng)及切削要素

切削運(yùn)動(dòng)1.1基本成形表面圓柱面－直母線(xiàn)旋轉(zhuǎn)平面－直母線(xiàn)沿直線(xiàn)曲面－曲母線(xiàn)沿直線(xiàn)或圓ⅠⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅡ切削三要素包括：切削速度進(jìn)給量背吃刀量2.切削用量第一節(jié)切削運(yùn)動(dòng)及切削要素2.1切削速度定義：

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。以

vc

表示，單位m/s或m/min計(jì)算公式：（1）主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，

vc

為最大線(xiàn)速度

d——工件或刀具的直徑，mm

n——工件或刀具的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min第一節(jié)切削運(yùn)動(dòng)及切削要素（2）主運(yùn)動(dòng)為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，

vc為平均速度

L——往復(fù)行程長(zhǎng)度，mm

nτ——主運(yùn)動(dòng)的往復(fù)速度，st/s或st/min2.2進(jìn)給量刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。車(chē)削：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量用

f

表示，單位mm/r刨削：每行程進(jìn)給量用

f表示，單位mm/st銑削：每齒進(jìn)給量用fz

表示，單位mm/zfz進(jìn)給速度，即瞬時(shí)速度

用vf

表示，單位mm/s

或mm/min

z

——刀具齒數(shù)2.3背吃刀量

backengagementofthecuttingedge

在通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向的切削層尺寸平面中，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層尺寸。即切削深度，用

ap表示，單位mm包括：切削層公稱(chēng)橫截面積AD

切削層公稱(chēng)寬度bD

切削層公稱(chēng)厚度hD

3.切削層參數(shù)parameterscuttinglayerhD切削層公稱(chēng)橫截面積

AD=bD

×hDAD不包括殘留面積，但車(chē)削的殘留面積很小時(shí)AD用于計(jì)算切削力FC=kc

×

ADAD=f×ap刀具材料

——指刀頭的材料1.1

基本要求

高硬度——以硬克軟高強(qiáng)度、高韌性——高承載、抗沖擊耐磨性耐熱性（紅硬性、熱硬性）制造工藝性——便于制造及熱處理第二節(jié)刀具材料及刀具結(jié)構(gòu)第一章碳素工具鋼、合金工具鋼（如鉗工工具等）高速鋼（形狀復(fù)雜的刀具，如銑刀、齒輪刀具等）硬質(zhì)合金（YG類(lèi)、YT類(lèi)）新型材料（陶瓷材料、金剛石、立方氮化硼CBN）1.2常用刀具材料第一章第二節(jié)2.刀具角度2.1刀具參考系（靜止）第一章第二節(jié)第一章第二節(jié)2.2主偏角、副偏角

（基面投影）第一章第二節(jié)2.3前角orthogonalrake、

（正交平面投影）

后角orthogonalclearance

（正交平面投影）第一章第二節(jié)2.4刃傾角edgeinclinationangle

（主切削平面投影）

第一章第二節(jié)主、副偏角的影響主偏角對(duì)切削層的影響第一章第二節(jié)f、ap一定，主偏角愈小，bD

愈大hD愈小主偏角對(duì)殘留面積、切削力的影響第一章第二節(jié)前角、后角的影響大，切削刃鋒利，切削輕快，但受力不好小，切削刃變鈍，刀尖強(qiáng)固，切削力變大后角主要是減小主后刀面與工件的摩擦第一章第二節(jié)刃傾角對(duì)排屑方向的影響第一章第二節(jié)刀具角度總結(jié)第一章第二節(jié)結(jié)構(gòu)形式2、焊接式3、機(jī)夾式1、整體式例如鉆頭、絲錐3.刀具結(jié)構(gòu)第一章第二節(jié)機(jī)夾銑刀第一章第二節(jié)CoroMill?

銑刀系列CoroMill200多用途的刀盤(pán)CoroMill300高精度的立銑刀CoroMill245端面銑削的首選CoroMill331尺寸可調(diào)的三面刃銑刀CoroMill290方肩銑削的首選CMR-00086ENG多用途的立銑加工–CoroMill?390坡銑滿(mǎn)槽銑插補(bǔ)銑面銑方肩銑插銑含加工錄象CMR-00023ENG4、機(jī)夾重磨式第一章第二節(jié)其它刀具f第一章第二節(jié)4.刀具的工作角度第一章第二節(jié)1.切屑1.形成過(guò)程對(duì)金屬材料擠壓，變形，斷裂形成切屑前角小，材料變形大，切削力大，切削溫度高

第三節(jié)金屬切削過(guò)程第一章第三節(jié)2. 切屑種類(lèi)（1）帶狀切屑：高速小進(jìn)給，切削連續(xù)，平穩(wěn)，Ra低，不安全（2）節(jié)狀切屑：低速大進(jìn)給，切削力波動(dòng)大，Ra高，粗加工（3）崩碎切屑：切削鑄鐵，黃銅等脆性材料。切削熱，切削力在主切削刃和刀尖上，易振動(dòng)，崩刃，影響表面質(zhì)量。第一章第三節(jié)2.積屑瘤（刀瘤）

built-upedge1. 形成

在一定速度范圍內(nèi)，切削塑性金屬材料時(shí)，在切削刃上粘附的小塊工件材料，稱(chēng)為積屑瘤。硬度高，尺寸及位置不穩(wěn)定。中等切速:

vc

=10~50m/min第一章第三節(jié)

2. 對(duì)加工的影響

對(duì)切削刃有保護(hù)作用。增大工作前角，使切削輕快。周期性形成和脫落，使切削過(guò)程不穩(wěn)定，影響尺寸精度；還會(huì)粘在已加工表面上，影響表面質(zhì)量。

對(duì)粗加工有利對(duì)精加工不利第一章第三節(jié)3. 如何避免積屑瘤（1）工件正火或調(diào)質(zhì)處理，以提高其強(qiáng)度，硬度。（2）避開(kāi)中速切削

低速時(shí)溫度低，摩擦小，如拉削、鉸削、精刨

vc

<

5m/min

高速時(shí)溫度高，摩擦小，如精車(chē)、精銑

vc

>

100m/min

(3)使用切削液第一章第三節(jié)3.切削力1.切削力的分解

切削力Fc

90％總功率；進(jìn)給力Ff

很??；背向力Fp

不做功，

＝工件材料變形抗力＋刀具與切屑摩擦力＋刀具與工件摩擦力第一章第三節(jié)第一章第三節(jié)2. 切削力的估算

設(shè)計(jì)時(shí)要選電機(jī)，算功率，要估算切削力

Fc

=kc×AD≈kc×ap×f

(N)

kc

是切削層單位面積切削力(N/mm2)

切削功率

Pm=Fc×vc×10-3(kW)

vc是切削速度(m/s)

電機(jī)功率

PE=Pm/η

η

傳動(dòng)效率第一章第三節(jié)第一章第三節(jié)第一章第三節(jié)4.切削熱1. 熱源切削功大都變成熱能，形成切削熱。（1）切屑變形，主要來(lái)源。（2）切屑與前刀面摩擦。（3）工件與后刀面摩擦。第一章第三節(jié)2.熱傳導(dǎo)

（高速鋼刀具）切屑傳出50％～86％工件40％～10％刀具9％～3％輻射1％第一章第三節(jié)3. 對(duì)切削溫度的影響因素（1）切削用量切削速度影響最大，其次為進(jìn)給量，背吃刀量（2）工件材料強(qiáng)度、硬度越高，消耗功率越大，產(chǎn)生切削熱多，切削溫度高。（切鋼比鑄鐵發(fā)熱多）（3）刀具

主偏角小，作用切削刃長(zhǎng)，散熱好前角大，材料變形小，切削熱少材料導(dǎo)熱性好，散熱也好第一章第三節(jié)5.刀具磨損1. 磨損形式前刀面磨損

后刀面磨損——主要磨損形式同時(shí)磨損。第一章第三節(jié)2. 磨損階段三階段：初期磨損階段OA

正常磨損階段AB

急劇磨損階段BC第一章第三節(jié)3. 刀具磨損的影響因素（1）切削用量大，則刀具磨損大其中切削速度影響最大（2）刀具材料和角度（3）使用切削液可降低刀具磨損第一章第三節(jié)4. 刀具耐用度（1）定義：刃磨后的刀具，自開(kāi)始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間，稱(chēng)為刀具耐用度。用T表示。（2）磨鈍標(biāo)準(zhǔn)用后刀面的磨損程度作為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上按刀具切削時(shí)間來(lái)判斷。粗加工，切削時(shí)間min；

精加工，走刀次數(shù)或零件個(gè)數(shù)。第一章第三節(jié)第四節(jié)切削加工的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)二、影響因素第一章第四節(jié)一、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1、產(chǎn)品質(zhì)量（1）加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度經(jīng)濟(jì)精度：在正常情況下所能達(dá)到的精度（2）表面質(zhì)量：表面粗糙度、加工硬化和剩余應(yīng)力加工硬化：擠壓、摩擦使表面硬度提高2、加工時(shí)間和成本（1）加工時(shí)間tw

：（一個(gè)零件）tw＝tm+tc+totm：基本工藝時(shí)間，也稱(chēng)機(jī)動(dòng)時(shí)間。

tc

：輔助時(shí)間，即調(diào)整、裝卸、空程時(shí)間。to：其他時(shí)間，清