機(jī)械制造基礎(chǔ) 課件 第五章

機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械加工技術(shù)選用單元三第五章

金屬切削加工基礎(chǔ)Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知識(shí)思維導(dǎo)圖第一節(jié)

金屬切削機(jī)床的基本知識(shí)01金屬切削機(jī)床的分類機(jī)床類別用途機(jī)床類別用途車床用于加工回轉(zhuǎn)體零件銑床用于加工平面和成形面鉆床用于粗加工孔刨、插床用于加工平面和溝槽鏜床用于加工尺寸較大的孔和非標(biāo)準(zhǔn)孔拉床用于高效率加工零件的平面和孔等磨床用于零件表面的精加工電加工機(jī)床用于某些特種零件的成形加工齒輪加工機(jī)床專門用于加工齒輪切割機(jī)床用于下料和切割加工螺紋加工機(jī)床專門用于加工螺紋其他機(jī)床表5-1各類機(jī)床的用途02金屬切削機(jī)床型號(hào)的識(shí)讀

5-1車床及銘牌02金屬切削機(jī)床型號(hào)的識(shí)讀注：1)有“()”的代號(hào)或數(shù)字，當(dāng)無(wú)內(nèi)容時(shí)，則不表示；若有內(nèi)容則不帶括號(hào)。

2)有“○”符號(hào)者為大寫的漢語(yǔ)拼音字母。

3)有“△”符號(hào)者為阿拉伯?dāng)?shù)字。

4)有“”符號(hào)者為大寫的漢語(yǔ)拼音字母，或阿拉伯?dāng)?shù)字，或兩者兼有之。圖5-2機(jī)床型號(hào)的表示方法02金屬切削機(jī)床型號(hào)的識(shí)讀1.機(jī)床的類代號(hào)類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床銑床刨插床拉床鋸床其他機(jī)床代號(hào)CZTM2M3MYSXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲銑刨拉割其表5-2機(jī)床的類代號(hào)02金屬切削機(jī)床型號(hào)的識(shí)讀2.機(jī)床的特性代號(hào)

(1)通用特性代號(hào)通用特性代號(hào)有固定的含義，用大寫漢語(yǔ)拼音字母表示。通用特性高精度自動(dòng)半自動(dòng)數(shù)控加工中心輕型加重型仿形柔性加工單元數(shù)顯高速代號(hào)GZBKHQCFRXS讀音高自半控?fù)Q輕重仿柔顯速表5-3機(jī)床的通用特性代號(hào)(2)結(jié)構(gòu)特性代號(hào)對(duì)于主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)與性能不同的機(jī)床，用結(jié)構(gòu)特性加以區(qū)分。3.機(jī)床的組別和系列代號(hào)

4.機(jī)床主參數(shù)、主軸數(shù)和第二主參數(shù)02金屬切削機(jī)床型號(hào)的識(shí)讀5.機(jī)床的重大改進(jìn)序號(hào)表5-4機(jī)床型號(hào)的含義機(jī)床型號(hào)表示含義CM6140AC—車床(類代號(hào))M—精密(機(jī)床特性代號(hào))6—組代號(hào)(落地及臥式車床)1—系代號(hào)(普通落地及臥式車床)40—主參數(shù)(最大工件回轉(zhuǎn)直徑為400mum）A—第一次重大改進(jìn)(重大改進(jìn)順序號(hào))XKA5032AX—銑床(類代號(hào))K—數(shù)控(通用特性代號(hào))A—(結(jié)構(gòu)特性代號(hào))50—立式升降臺(tái)銑床(組、系代號(hào))32—工作臺(tái)面寬度320mm(主參數(shù))A—第一次重大改進(jìn)(重大改進(jìn)順序號(hào))MGB1432M—磨床(類代號(hào))G—高精度(通用特性代號(hào))B—半自動(dòng)(通用特性代號(hào))14—萬(wàn)能外圓磨床(組、系代號(hào))32—最大磨削直徑為320mm(主參數(shù))03機(jī)床的基本組成(一)機(jī)床的基本組成

1.動(dòng)力源

2.傳動(dòng)系統(tǒng)

3.支撐件

4.工作部件

1)與主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有關(guān)的執(zhí)行部件，例如主軸及主軸箱，工作臺(tái)及其溜板和滑座，刀架及其溜板，以及滑枕等安裝工件或刀具的部件。

2)與工件和刀具相關(guān)部件或裝置，如自動(dòng)上下料裝置、自動(dòng)換刀裝置、砂輪修整器等。

3)與上述部件或裝置有關(guān)的分度、轉(zhuǎn)位、定位機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)等。5.控制系統(tǒng)

6.冷卻系統(tǒng)

7.潤(rùn)滑系統(tǒng)

8.其他裝置03機(jī)床的基本組成(二)機(jī)床常用的傳動(dòng)方式

1.機(jī)床上常用的傳動(dòng)副1)用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)變速功能的傳動(dòng)副有：帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)。

2)用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)副有：齒輪齒條傳動(dòng)、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)等。圖5-3機(jī)床上常用的傳動(dòng)副

a)帶傳動(dòng)b)齒輪傳動(dòng)c)蝸桿傳動(dòng)d)齒輪齒條傳動(dòng)e)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)03機(jī)床的基本組成(二)機(jī)床常用的傳動(dòng)方式

2.機(jī)床的變速機(jī)構(gòu)圖5-4常用變速機(jī)構(gòu)

a)塔輪變速機(jī)構(gòu)b)滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)c)牙嵌離合器變速機(jī)構(gòu)第二節(jié)

機(jī)床夾具01夾具的作用、分類及組成1.機(jī)床夾具的作用采用夾具裝夾工件，可保證工件與機(jī)床、刀具之間的相對(duì)位置，位置精度由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，因而能使工件可靠和穩(wěn)定地獲得加工精度，也可使一批零件穩(wěn)定地獲得同一加工精度。

保證加工精度的穩(wěn)定采用夾具可使工件迅速地定位和夾緊，免去了工件逐個(gè)找正、對(duì)刀所花費(fèi)的時(shí)間，縮短了輔助時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)率和降低成本。

提高生產(chǎn)率機(jī)床配備專用夾具，可以使機(jī)床使用范圍擴(kuò)大。

擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍010203夾具的作用01夾具的作用、分類及組成2.機(jī)床夾具的分類專用夾具是針對(duì)某一工件的某一工序而專門設(shè)計(jì)和制造的夾具。

專用夾具可調(diào)夾具通用夾具隨行夾具組合夾具0201030405隨行夾具是一種在自動(dòng)線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。組合夾具是一種模塊化的夾具，由預(yù)先制造好的通用標(biāo)準(zhǔn)部件經(jīng)組裝而成。通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化并具有很大通用性的夾具，使用時(shí)在一定范圍內(nèi)無(wú)須調(diào)整或稍加調(diào)整就可以裝夾不同的零件，例如自定心卡盤、單動(dòng)卡盤、萬(wàn)能分度頭、機(jī)用虎鉗等，這類夾具主要用于單件小批量生產(chǎn)中。圖5-5機(jī)用虎鉗01夾具的作用、分類及組成3.機(jī)床夾具的組成定位件夾緊裝置夾具體對(duì)刀件對(duì)刀件用于確定夾具與刀具的相對(duì)位置。夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，用于連接夾具上各個(gè)零件或裝置，使之成為一個(gè)整體。夾緊裝置的作用是保證工件在夾具中已定位好的位置不受加工過程中外力的作用而被破壞，使加工得以順利進(jìn)行。定位件與零件的定位基準(zhǔn)相接觸，用以確定工件在夾具中的正確位置。圖5-8鉆床夾具

1—快速鉆套2—導(dǎo)向套3—鉆模板4—開口墊圈5—螺母6—定位銷7—夾具體02常用機(jī)床夾具(一)自定心卡盤

1.自定心卡盤的結(jié)構(gòu)2.自定心卡盤的應(yīng)用圖5-9自定心卡盤的結(jié)構(gòu)

1—卡盤體2—小錐齒輪3—大錐齒輪02常用機(jī)床夾具(二)單動(dòng)卡盤

1.單動(dòng)卡盤的結(jié)構(gòu)2.單動(dòng)卡盤的應(yīng)用圖5-10單動(dòng)卡盤02常用機(jī)床夾具(三)機(jī)用虎鉗

1.機(jī)用虎鉗的結(jié)構(gòu)2.機(jī)用虎鉗的應(yīng)用圖5-11回轉(zhuǎn)式機(jī)用平口鉗02常用機(jī)床夾具(四)萬(wàn)能分度頭

1.萬(wàn)能分度頭的結(jié)構(gòu)圖5-12FW250型萬(wàn)能分度頭結(jié)構(gòu)圖02常用機(jī)床夾具(四)萬(wàn)能分度頭

1.萬(wàn)能分度頭的結(jié)構(gòu)(1)底座分度頭的本體，大部分零件都裝在底座上。(2)主軸可繞軸線旋轉(zhuǎn)，它是一根空心軸，前后兩端均有莫氏4號(hào)的錐孔。

(3)分度盤作為主要分度部件，安裝在分度手柄的軸上。

(4)插銷安裝在分度手柄的長(zhǎng)槽中，沿分度盤半徑方向調(diào)整位置，以便插入不同孔數(shù)的分度盤內(nèi)，與分度叉配合準(zhǔn)確分度。

(5)分度盤固定銷當(dāng)需要分度盤轉(zhuǎn)動(dòng)或固定時(shí)，可以松開或插上分度盤固定銷來實(shí)現(xiàn)。

(6)本體安裝分度頭主軸等的殼體零件，主軸隨回轉(zhuǎn)體可沿著基座的環(huán)形導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)，使主軸軸線在-6°～95°的范圍內(nèi)做不同仰角的調(diào)整。

(7)主軸鎖緊手柄其主要作用是分度后固定主軸位置，減少蝸桿和蝸輪承受的切削力，減小振動(dòng)，以保證分度頭的分度精度。02常用機(jī)床夾具(四)萬(wàn)能分度頭

1.萬(wàn)能分度頭的結(jié)構(gòu)(8)蝸桿脫落手柄主要用來控制蝸桿和蝸輪之間的嚙合和脫開。

(9)蝸桿副間隙調(diào)整螺母主要用于調(diào)整蝸桿副的軸向間隙，以保證分度的準(zhǔn)確性。

(10)分度撥叉方便分度和防止分度出錯(cuò)。

(11)刻度盤直接分度時(shí)，刻度盤用來確定主軸轉(zhuǎn)過的角度。

(12)游標(biāo)游標(biāo)所指示的是分度頭上的卡盤軸線與銑床工作臺(tái)的夾角。

(13)分度手柄主要用于分度，通過擺動(dòng)分度手柄，根據(jù)分度頭傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，手柄轉(zhuǎn)一整圈，主軸轉(zhuǎn)過相應(yīng)的圈數(shù)。02常用機(jī)床夾具(四)萬(wàn)能分度頭

2.萬(wàn)能分度頭的分度過程3.萬(wàn)能分度頭的應(yīng)用圖5-13萬(wàn)能分度頭傳動(dòng)系統(tǒng)02常用機(jī)床夾具(五)頂尖

1.頂尖的種類圖5-13萬(wàn)能分度頭傳動(dòng)系統(tǒng)02常用機(jī)床夾具(五)頂尖

2.頂尖的應(yīng)用

(1)固定頂尖固定頂尖剛性好，定心準(zhǔn)確，但與工件中心孔之間會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦而發(fā)熱過多，容易將中心孔或頂尖燒壞。

(2)回轉(zhuǎn)頂尖回轉(zhuǎn)頂尖將工件與中心孔的滑動(dòng)摩擦改為頂尖內(nèi)部軸承的滾動(dòng)摩擦，能在很高的轉(zhuǎn)速下正常工作，克服了固定頂尖的缺點(diǎn)，因此應(yīng)用日益廣泛。第三節(jié)

刀具01常用刀具材料硬度和耐磨性強(qiáng)度和韌性工藝性能和經(jīng)濟(jì)性耐熱性(一)刀具材料性能要求01常用刀具材料碳素工具鋼合金工具鋼超硬刀具材料(二)常用刀具材料高速鋼硬質(zhì)合金(1)金剛石金剛石是自然界中最硬的材料，其硬度可達(dá)10000HV。

(2)立方氮化硼立方氮化硼是用高溫高壓的方法制成的。(3)陶瓷材料陶瓷的主要成分是氧化鋁(Al2O3)，其硬度、耐熱性和耐磨性均比硬質(zhì)合金高，允許的切削速度比硬質(zhì)合金高20％～25％。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的選用1.切削刀具材料與加工對(duì)象的力學(xué)性能匹配

(1)刀具材料硬度順序?yàn)椋航饎偸?gt;立方氮化硼>陶瓷>硬質(zhì)合金>高速鋼。

(2)刀具材料的抗彎強(qiáng)度順序?yàn)椋焊咚黉?gt;硬質(zhì)合金>陶瓷>金剛石和立方氮化硼。

(3)刀具材料的韌性大小順序?yàn)椋焊咚黉?gt;硬質(zhì)合金>立方氮化硼、金剛石和陶瓷。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的選用2.切削刀具材料與加工對(duì)象的物理性能匹配3.切削刀具材料與加工對(duì)象的化學(xué)性能匹配

(1)各種刀具材料抗粘結(jié)溫度高低為：聚晶立方氮化硼(PCBN)>陶瓷>硬質(zhì)合金>高速鋼(HSS)。

(2)各種刀具材料抗氧化溫度高低為：陶瓷>聚晶立方氮化硼(PCBN)>硬質(zhì)合金>金剛石>高速鋼(HSS)。

4.切削刀具材料的合理選擇02切削刀具(一)車刀的幾何形狀1.車刀的組成2.車刀切削部分的組成

(1)三面

(2)兩刃

(3)一尖圖5-15車刀

a)車刀的組成b)車刀切削部分的組成02切削刀具(二)刀具的幾何參數(shù)1.刀具角度的參考平面圖5-16切削平面、基面和正交平面02切削刀具(二)刀具的幾何參數(shù)2.車刀的主要角度圖5-17車刀的主要角度02切削刀具(二)刀具的幾何參數(shù)2.車刀的主要角度(1)前角γo在正交平面中測(cè)量，是前刀面與基面之間的夾角。(2)后角αo在正交平面中測(cè)量，是主后刀面與切削平面之間的夾角。

(3)主偏角κr在基面中測(cè)量，它是主切削刃在基面的投影與進(jìn)給方向的夾角。

(4)副偏角κ′r在基面中測(cè)量，是副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給反方向的夾角。

(5)刃傾角λs在切削平面中測(cè)量，是主切削刃與基面的夾角。02切削刀具圖5-19刃傾角與排屑方向

a)λs=0°b)+λsc)-λs

圖5-18刃傾角的正負(fù)

a)λs=0°b)+λsc)-λs

02切削刀具(三)車刀角度的初步選擇1.前角(γo)1)工件材料較軟、車削塑性材料時(shí)，前角取較大值；工件材料較硬、車削脆性材料時(shí)，前角取較小值。

2)粗加工時(shí)，前角取較小值；精加工時(shí)，前角取較大值。

3)車刀材料的強(qiáng)度、韌性較差時(shí)，前角取較小值；反之，前角取較大值。02切削刀具(三)車刀角度的初步選擇2.后角(αo)3.主偏角(κr)

4.副偏角(κ′r)

5.刃傾角(λs)圖5-20立銑刀第四節(jié)金屬切削原理01零件表面切削加工的成形方法軌跡法成形法展成法相切法圖5-21零件表面的成形方法

1—母線2—導(dǎo)線圖5-22形成發(fā)生線的方法02切削運(yùn)動(dòng)圖5-23常見切削加工方法的切削運(yùn)動(dòng)

a)車削b)刨削c)鉆削d)銑削02切削運(yùn)動(dòng)1.基本運(yùn)動(dòng)(1)主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是指形成機(jī)床切削速度或消耗主要?jiǎng)恿Φ墓ぷ鬟\(yùn)動(dòng)，也就是切下切屑的基本運(yùn)動(dòng)。(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指使工件多余的材料不斷被去除的工作運(yùn)動(dòng)。圖5-24切削運(yùn)動(dòng)及加工表面

a)車削b)鉆削c)鏜削d)刨削e)銑削f)磨削

1—待加工表面2—過渡表面3—已加工表面

vc——主運(yùn)動(dòng)vf、vfa、vw—進(jìn)給運(yùn)動(dòng)02切削運(yùn)動(dòng)2.切削過程中形成的三種表面

(1)已加工表面已加工表面是指工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。

(2)過渡表面工件上切削刃正在切削著的表面，它總是處在待加工表面與已加工表面之間，也稱切削表面或加工表面。

(3)待加工表面待加工表面是指工件上有待切除的表面。03切削用量1.切削速度(vc)

例1：車削工件Z4012臺(tái)鉆的套筒工件，下料毛坯為?55mm，選定車床主軸轉(zhuǎn)速為560r/min，求切削速度vc?

解：vc=πdn/1000≈3.14×55×560/1000≈97(m/min)

例2：在CA6140型車床上粗加工Z4012臺(tái)鉆的軸承座，下料毛坯為?80mm×57mm，毛坯材料為45鋼，刀具材料選用P10，選用切削速度為100m/min，求車床主軸轉(zhuǎn)速n?

解：n=1000/πd≈1000×100/3.14×80≈398(r/min)03切削用量2.進(jìn)給量(f)

3.背吃刀量(ap)4.切削用量的選擇原則

例3：在CA6140車床粗加工Z4012臺(tái)鉆的立柱，下料圓鋼為?75mm×625mm，在車床上用一夾一頂方式裝夾，一次車削外圓至?71mm,長(zhǎng)度至600mm。進(jìn)給量f采用0.3mm/r，主軸轉(zhuǎn)速為450r/min，求:

(1)背吃刀量ap是多少？

(2)車削長(zhǎng)度600mm所需的時(shí)間t？(時(shí)間單位:1h=60min，1min=60s)

解：(1)ap=-/2=75mm-71mm/2=2mm

(2)車削一次所需時(shí)間t=600mm/450r/min×0．3mm/r≈4.44min04切削力(一)切削力的產(chǎn)生

1.變形抗力

2.摩擦阻力

(二)切削力的分解圖5-25切削力的分解04切削力(三)影響切削力的因素

1.工件材料的影響

1)工件材料的物理和力學(xué)性能、加工硬化程度、熱處理狀態(tài)以及切削前的加工狀態(tài)都對(duì)切削力的大小產(chǎn)生影響。

2)工件材料的強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性、塑性和加工硬化程度越大，則切削力越大。

3)工件材料的化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)等因素都直接影響其物理和力學(xué)性能，因而也影響切削力的大小。04切削力(三)影響切削力的因素

2.刀具幾何參數(shù)的影響

(1)前角對(duì)切屑力的影響1)加工塑性材料時(shí)，前角增大，變形系數(shù)減小，因此切削力降低。2)加工脆性材料(如加工鑄鐵、青銅)時(shí)，由于切屑變形很小，所以前角對(duì)切削力的影響不顯著。(2)主偏角對(duì)切屑力的影響

1)主偏角κr對(duì)切削力Fc的影響較小，影響程度不超過10%。

2)主偏角κr對(duì)背向力Fp和進(jìn)給力Ff的影響較大。

3)刀尖圓弧半徑對(duì)切削力的影響：刀尖圓弧半徑增大，使切削刃曲線部分的長(zhǎng)度和切削寬度增大，但切削厚度減小，各點(diǎn)的κr減小。

04切削力(三)影響切削力的因素

2.刀具幾何參數(shù)的影響

(3)刃傾角對(duì)切屑力的影響1)刃傾角λs在很大范圍(-40°～40°)內(nèi)變化時(shí)對(duì)切削力Ff沒有什么影響。

2)刃傾角λs對(duì)Fp和Ff影響較大，隨著λs的增大，F(xiàn)p減小，而Ff增大。

3.切削用量的影響

4.其他影響因素05切削熱與切削溫度(一)切削熱

(二)切削溫度

1.切削用量

2.刀具幾何參數(shù)圖5-26前角與切削溫度的關(guān)系圖5-27主偏角與切削溫度的關(guān)系05切削熱與切削溫度3.工件材料

1)材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削力越大，切削溫度也越高。

2)材料的熱導(dǎo)率越低，由工件和切屑帶走的熱量就越少，切削溫度就越高。

3)切削脆性金屬材料時(shí)，由于塑性變形很小，且切屑呈崩碎狀，與前刀面的摩擦小，產(chǎn)生的熱量也就少，故切削溫度一般較塑性材料低。4.切削液06切削液(一)切削液的種類

切削液的種類切削油水溶液乳化液06切削液(二)切削液的作用冷卻作用清洗作用潤(rùn)滑作用其他作用防銹作用020103040506切削液(三)切削液的選用

1.根據(jù)工件材料選擇

1)切削鑄鐵、青銅時(shí)，一般不用切削液；精加工時(shí)，使用煤油。

2)切削鋁材時(shí)，用煤油；切削鎂合金時(shí)，用礦物油。

3)切削非鐵金屬時(shí)，不宜用含硫的切削液。

4)切削一般鋼時(shí)，采用乳化液；切削難切削材料時(shí)，