《機械制造基礎》課件-第一章 車削加工

第一章車削加工車削加工的應用加工回轉(zhuǎn)體車削加工的應用金屬切削加工基礎知識01車削銑削刨削磨削1.1切削運動和切削表面1.切削運動切削過程中刀具相對于工件的運動主運動指切削金屬、形成加工表面所必需的運動。一般，主運動是切削運動中速度最高、消耗功率最大的運動，機床的主運動只有一個。主運動可以由工件或刀具完成，其形式可以是直線運動或旋轉(zhuǎn)運動。進給運動指主運動能夠依次或連續(xù)地切除工件上多余的金屬，以形成全部已加工表面的運動。進給運動的速度很低，消耗的功率一般比主運動要小。1.1切削運動和切削表面2.切削表面即將被切除的表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面刀具正在切削的表面，介于已加工表面和待加工表面之間1.2切削用量三要素切削速度進給量背吃刀量1.2切削用量三要素

若主運動為旋轉(zhuǎn)運動，切削速度為其最大的線速度。若主運動為往復直線運動，則以其平均速度作為切削速度。1.2切削用量三要素在進給運動方向上，刀具相對于工件的位移量，稱為進給量，用f表示。進給量也可用進給速度來表示，指切削刃選定點相對工件進給運動的瞬時速度，單位為mm/s或mm/min。車削時進給運動速度為

1.2切削用量三要素

1.2切削用量三要素例1已知工件毛坯直徑為φ80mm的軸，要求一次進給車至φ73mm，如果選用切削速度Vc＝50m/min，求背吃刀量及主軸轉(zhuǎn)速各等于多少?例2在車床上車削φ60mm的軸，選用主軸轉(zhuǎn)速為600r/min，如果用相同的切削速度車削φ30mm的軸，求主軸的轉(zhuǎn)速是多少?1.2切削用量三要素刀具壽命切削熱刀具強度表面質(zhì)量切削速度進給量背吃刀量粗加工精加工大中小大中小大中小大中小大小小回顧車削加工中的主運動和進給運動分別是什么？（

）Q1切削用量三要素是什么？（

）Q2車床022.1金屬切削機床的分類2.2機床的型號車削加工中GB/T15375-2008《金屬切削機床型號編制方法》2.2機床的型號MKG1340Z3040×16CA6140最大磨削直徑為400mm的高精度數(shù)控外圓磨床最大鉆孔直徑為40mm，最大跨距為1600mm的搖臂鉆床最大回轉(zhuǎn)直徑為400mm的臥式車床2.3車床的結(jié)構(gòu)主軸箱進給箱掛輪箱刀架尾座溜板箱床身床腿絲杠光杠改變傳動比，調(diào)整轉(zhuǎn)速與進刀比，以車出不同的螺牙將主軸的旋轉(zhuǎn)運動傳給光杠或絲杠將絲杠或光杠傳來的運動傳給刀架提供主運動并將旋轉(zhuǎn)運動傳給進給箱實現(xiàn)縱向、橫向或斜向進給運動傳遞轉(zhuǎn)矩使溜板箱移動，一般用來車外圓、端面、內(nèi)孔等傳遞轉(zhuǎn)矩使溜板箱移動，一般用來車螺紋可安裝頂尖、鉆頭、鉸刀2.3車床的結(jié)構(gòu)機床上為了得到所需要的運動，需要通過一系列的傳動件把執(zhí)行件和動力源(例如把主軸和電動機)，或者把執(zhí)行件和執(zhí)行件(例如把主軸和刀架)之間連接起來，以構(gòu)成傳動聯(lián)系。構(gòu)成一個傳動聯(lián)系的一系列傳動件，稱為傳動鏈。2.4其他車床2.4.1轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔車床和普通車床有什么不同？（

）2.4其他車床2.4.1轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔車床與臥式車床在結(jié)構(gòu)上最主要的區(qū)別是：它沒有尾座和絲杠，而在尾座的位置上有一個可以裝夾多把刀具的刀架。優(yōu)點缺點適用于成批生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。適于加工形狀比較復雜，特別是帶有內(nèi)孔及內(nèi)、外螺紋的工件，如各種臺階小軸、套筒、管接頭、法蘭盤等。沒有絲杠，只能用絲錐和板牙加工內(nèi)、外螺紋。2.4其他車床2.4.2立式車床與臥式車床相比，立式車床有什么特點？（

）立式車床在結(jié)構(gòu)上的主要特點是主軸垂直布置，主軸上端有一個直徑很大的圓形工作臺，臺面上有多條用于裝夾工件的T形槽。工作臺安裝在底座的環(huán)形導軌上，臺面處于水平位置，這使大重量工件的裝夾和找正比較方便。此外，由于工件及工作臺的重力由底座導軌推力軸承承受，大大減輕了主軸及其軸承的負荷，因而機床自身的精度保持性好，較易保證加工精度。2.4其他車床2.4.2立式車床單柱式雙柱式加工直徑較小，最大加工直徑一般小于1600mm加工直徑較大，最大的立式車床其加工直徑超過2500mm2.4其他車床2.4.2立式車床立式車床用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型和重型零件。車刀03回顧251346879103.1車刀的種類和用途3.2車刀的組成和結(jié)構(gòu)3.2.1車刀的組成任何車刀都是由刀頭(或刀片)和刀柄兩部分組成。刀頭部分擔負切削工作，所以又稱切削部分。刀柄是刀具的夾持部分，用來將車刀裝夾在刀架上。3.2車刀的組成和結(jié)構(gòu)3.2.1車刀的組成名稱外觀優(yōu)點缺點整體式焊接式機夾式可轉(zhuǎn)位式便于加工，剛性好對貴重刀具材料消耗很大結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，剛性好，便于加工，硬質(zhì)合金利用較充分切削性能不穩(wěn)定，材料利用率低，可能產(chǎn)生熱應力不產(chǎn)生應力和裂紋，材料利用率很高，刀片可更換大大縮短換刀和刃磨時間，降低勞動強度，提高刀柄利用率價格較高價格較高3.2車刀的組成和結(jié)構(gòu)3.2.2車刀的結(jié)構(gòu)前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖“三面、兩刃、一刀尖”3.3刀具的幾何角度3.4刀具材料的選用3.4.1刀具材料應具備的性能足夠的硬度和耐磨性足夠的強度和韌性較高的耐熱性和傳熱性較高的工藝性和經(jīng)濟性3.4刀具材料的選用3.4.2刀具材料的種類和選用（1）工具鋼碳素工具鋼合金工具鋼優(yōu)點：工藝性能良好，有較高的硬度和耐磨性，價格低廉缺點：熱硬性差，允許的切削速度較低用途：制造手用刀具、低速及小進給量的機用刀具優(yōu)點：較高的韌性、耐磨性和耐熱性用途：制造細長的或截面積大、刃形復雜的刀具，

如鉸刀、絲錐、板牙等。3.4刀具材料的選用3.4.2刀具材料的種類和選用（2）高速鋼普通高速鋼高性能高速鋼優(yōu)點：工藝性能好，具有較高的硬度、強度、

耐磨性和韌性。用途：制造各種刃形復雜的刀具優(yōu)點：更高的耐熱性和耐磨性，壽命更長用途：加工不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金及高強度鋼粉末冶金高速鋼優(yōu)點：耐磨性好，可磨削性顯著改善用途：制造各種精密刀具和形狀復雜的刀具3.4刀具材料的選用3.4.2刀具材料的種類和選用（3）硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金優(yōu)點：較高的抗彎強度、耐磨性、韌性、導熱性用途：加工形成短切屑的鑄鐵、有色金屬及非金屬

等脆性材料優(yōu)點：較強的硬度、耐磨性、抗氧化能力用途：加工形成長屑的鋼材等塑性材料含添加劑硬質(zhì)合金優(yōu)點：更高的硬度、高溫硬度、韌性和耐磨性用途：鋼料和難加工材料的半精加工和精加工缺點：導熱性、抗彎強度、韌性、可磨削性、

可焊性降低TiC基硬質(zhì)合金優(yōu)點：更高的耐磨性、耐熱性、抗氧化能力用途：工具鋼的半精加工和精加工，淬硬鋼的加工缺點：熱導率低、韌性較差3.4刀具材料的選用3.4.2刀具材料的種類和選用（4）陶瓷材料優(yōu)點：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐熱性，在1200℃高溫下仍能進行切削；有很好的化學穩(wěn)定性和較低的摩擦因數(shù)，抗擴散和抗粘結(jié)能力強。缺點：強度低、韌性差，抗彎強度僅為硬質(zhì)合金的1/3～1/2；熱導率低，僅為硬質(zhì)合金的1/5～1/2。用途：適用于鋼、鑄鐵及塑性大的材料(如純銅)的半精加工和精加工，對冷硬鑄鐵、淬硬鋼等高硬度材料的加工特別有效;但不適于機械沖擊和熱沖擊大的加工場合。3.4刀具材料的選用3.4.2刀具材料的種類和選用（5）金剛石優(yōu)點：很好的耐磨性，刀具壽命比硬質(zhì)合金提高幾倍甚至幾百倍；金剛石刀具有非常鋒利的切削刃，能切下極薄的切屑；金剛石抗粘結(jié)能力強，不產(chǎn)生積屑瘤。缺點：耐熱性差，切削溫度不得超過700～800℃；強度低、脆性大，對振動很敏感。用途：用于磨具及磨料，作為刀具多在高速下對有色金屬及非金屬材料進行精細切削。3.4刀具材料的選用3.4.2刀具材料的種類和選用（6）立方氮化硼優(yōu)點：硬度極高，僅次于金剛石，耐熱性卻比金剛石好得多，在高于1300℃時仍可切削，且立方氮化硼的化學惰性大，與鐵系材料在1200～1300℃高溫下也不易起化學作用。缺點：立方氮化硼刀具在生產(chǎn)過程中容易形成缺陷。用途：加工鋼鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合金、淬火鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料。3.4刀具材料的選用3.4.2刀具材料的種類和選用（7）涂層刀片涂層刀片是在韌性和強度較高的硬質(zhì)合金或高速鋼的基體上，采用化學氣相沉積(CVD)、物理化學氣相沉積(PVD)、真空濺射等方法，涂覆一薄層(512m)顆粒極細的耐磨、難熔、耐氧化的硬化物后獲得的新型刀片。具有較高的綜合切削性能，能夠適應多種材料的加工。金屬切削過程的基本規(guī)律及其應用04回顧車刀是有哪幾個部分組成的？（

）車刀的切削部位是有哪幾個部分組成的？（

）車刀的前角和主偏角分別指哪兩個角？（

）Q1Q2Q34.1金屬切削過程4.1.1切屑的形成金屬切削過程也是切屑的形成過程，其實質(zhì)是一種擠壓過程。在擠壓過程中，被切削的金屬主要經(jīng)過剪切滑移變形而形成切屑。4.1金屬切削過程4.1.2切屑的種類帶狀切屑塑性大的金屬材料較小的背吃刀量較高的切削速度較大的刀具前角產(chǎn)生條件影響切削較平穩(wěn)切削力波動較小表面粗糙度較小容易劃傷工件4.1金屬切削過程4.1.2切屑的種類節(jié)狀切屑中等塑性金屬材料較大的背吃刀量較低的切削速度較小的刀具前角產(chǎn)生條件影響切削力波動較大表面粗糙度較大4.1金屬切削過程4.1.2切屑的種類粒狀切屑塑性較差金屬材料更大的背吃刀量更低的切削速度更小的刀具前角產(chǎn)生條件影響切削力波動更大表面粗糙度更大有鱗片狀毛刺4.1金屬切削過程4.1.2切屑的種類崩碎切屑脆性金屬材料較大的背吃刀量產(chǎn)生條件影響切削力波動最大表面凹凸不平對刀具和機床不利4.1金屬切削過程4.1.3積屑瘤切削過程中，切屑和前刀面之間產(chǎn)生很大的壓力和較高的溫度。當溫度和壓力條件適當時，被切金屬和前刀面之間會產(chǎn)生很大的摩擦力。當摩擦力大于被切金屬內(nèi)部的結(jié)合力時，切屑底層的一部分金屬就“冷焊”在切削刃附近的前刀面上形成積屑瘤。形成原因4.1金屬切削過程4.1.3積屑瘤保護刀刃，代替刀刃切削，減少刀具磨損影響好處壞處增大前角，減少切削變形，降低切削力增大切削厚度，影響尺寸精度不穩(wěn)定，脫落時粘在已加工表面，影響表面粗糙度4.1金屬切削過程4.1.3積屑瘤影響積屑瘤形成的因素工件材料切削速度刀具前角粗糙度切削液V<5m/min時，不會產(chǎn)生積屑瘤15<V<30m/min時，最易產(chǎn)生積屑瘤V>70m/min時，不會產(chǎn)生積屑瘤在精加工時，為了避免產(chǎn)生積屑瘤，減小工件表面粗糙度值，應用高速鋼車刀低速切削(<5m/min)，或用硬質(zhì)合金車刀高速切削(>70m/min)。4.1金屬切削過程4.1.4切削加工的硬化現(xiàn)象解決：盡量減小刃口鈍圓半徑，使切削刃鋒利；選用較大的進給量和背吃刀量。危害：使下道工序的刀具加快磨損，難以切削。4.2切削力和切削功率4.2.1切削力的來源克服被加工材料彈性變形的抗力克服被加工材料塑性變形的抗力克服摩擦力4.2切削力和切削功率4.2.2切削合力與分力主切削力（80%~90%）使刀片受壓，刀桿受彎曲。是計算機床動力，以及主傳動系統(tǒng)零件、刀具、夾具強度和夾具夾緊力的依據(jù)，也是選擇刀具幾何角度和切削用量的主要依據(jù)。如果切削過程中Fc過大，可能使刀具崩刃或使機床發(fā)生“悶車”現(xiàn)象。背向力易使工件彎曲變形，剛性較差的工件，變形更為明顯。這不僅影響尺寸精度和形狀精度，還會引起振動，增大表面粗糙度值。進給力設計和驗算進給系統(tǒng)零件強度的依據(jù)。4.2切削力和切削功率4.2.3影響切削力的因素刀具角度03切削用量02工件材料.01強度、硬度越高，切削力越大；塑性、韌性越好，切削力越大。進給量、背吃刀量增大，切削力增大；切削速度增大，切削力先減小，再增大，后減小。前角增大，主切削力減?。恢髌窃龃?，背向力減小，進給力增大。4.3切削熱和切削溫度4.3.1切削熱的來源和傳散1）切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦所消耗的摩擦功來源2）切削層金屬在刀具的作用下發(fā)生彈性變形和塑性變形所消耗的變形功切削熱傳散途徑切屑、工件、刀具、周圍介質(zhì)4.3切削熱和切削溫度4.3.1切削熱的來源和傳散影響切削熱傳散的因素01工件刀具熱導率02周圍介質(zhì)03接觸時間4.3切削熱和切削溫度4.3.2切削溫度及其影響因素切削溫度一般是指切削區(qū)域的平均溫度。它的高低受熱量的產(chǎn)生和傳散兩方面的綜合影響。01020304工件材料刀具角度切削用量冷卻介質(zhì)強度、硬度、熱導率前角、主偏角切削速度、進給量、背吃刀量冷卻液、吹氣作業(yè)P671-16、1-33回顧切屑的形式有哪幾種？（

）什么是積屑瘤？（

）什么是切削力和切削分力？（

）Q1Q2Q34.4刀具磨損和壽命4.4.1刀具磨損的形式切削脆性金屬或以較小的切削厚度(h＜0.1mm)切削塑性金屬1后刀面磨損2前刀面磨損較高的切削速度和較大的切削厚度(h＞0.5mm)切削塑性金屬3前后刀面磨損中等切削速度和切削厚度(h=0.1～0.5mm)切削塑性金屬4.4刀具磨損和壽命4.4.2刀具磨損的原因010305020406磨粒磨損粘結(jié)磨損擴散磨損相變磨損化學磨損（氧化磨損）熱電磨損4.4刀具磨損和壽命4.4.3刀具磨損的過程4.5切削液及其選用4.5.1切削液的作用冷卻潤滑排屑吸收并帶走切削區(qū)大量的熱量，改善散熱條件，降低刀具和工件的溫度，從而延長了刀具的使用壽命，并能防止工件因熱變形而引起的尺寸誤差，也為提高生產(chǎn)率創(chuàng)造了有利條件。吸收并帶走切削區(qū)大量的熱量，改善散熱條件，降低刀具和工件的溫度，從而延長刀具的使用壽命，并能防止工件因熱變形而引起的尺寸誤差，也為提高生產(chǎn)率創(chuàng)造了有利條件。可將切屑迅速沖走，使切削順利進行。防止細小切屑吸附在工件和刀具上，影響工件的表面粗糙度和刀具壽命。4.5切削液及其選用4.5.2切削液的分類乳化液主要起冷卻作用。這類切削液的比熱容大，粘度小、流動性好(散熱較好)，可以吸收大量的熱量。可冷卻刀具和工件，延長刀具壽命，減少熱變形。但因其中水的成分較多，所以潤滑和緩蝕性能較差。主要用于粗加工;高濃度乳化液潤滑效果好，主要用于精加工。切削油的比熱容較小，粘度較大。但流動性差(散熱效果較差)，主要起潤滑作用。水溶性切削液主要成分為水，并加入緩蝕劑，也可加入適量的表面活性劑和油性添加劑，使其具有一定的潤滑性能。4.5切削液及其選用4.5.3切削液的選用·加工情況切削液根據(jù)加工性質(zhì)選用粗加工乳化液精加工極壓切削油或高濃度的極壓乳化液鉆削、鉸削和深孔加工粘度較小的極壓乳化液和極壓切削液根據(jù)工件材料選用鋼件粗加工乳化液精加工極壓切削液鑄鐵粗加工不加切削液精加工粘度較小的煤油有色金屬及其合金煤油或粘度較小的切削油鎂鋁合金不能用切削油根據(jù)刀具材料選用高速鋼刀具粗加工極壓乳化液精加工極壓乳化液或極壓切削油硬質(zhì)合金刀具一般不加切削液4.6刀具幾何角度的合理選擇4.6.1前角的選用根據(jù)被加工材料強度、硬度低塑性好根據(jù)加工要求粗加工精加工根據(jù)刀具材料高速鋼刀具硬質(zhì)合金刀具陶瓷刀具大大小大大小小4.6刀具幾何角度的合理選擇4.6.2主偏角的選用主偏角根據(jù)加工材料高強度、高硬度、熱導率小和表面有硬化層的材料根據(jù)加工工藝系統(tǒng)剛性加工工藝系統(tǒng)剛性不足根據(jù)加工表面形狀細長軸、臺階軸外圓、斷面和倒角小大90°45°4.7切削用量的選擇背吃刀量粗加工鑄、鍛件或不銹鋼精加工進給量粗加工斷續(xù)切削半精加工/精加工切削速度粗加