金属切削基本知识

机械制造技术基础周春晓机械制造技术基础第一篇金属切削加工原理第二篇金属切削加工方法与设备第三篇机械零部件精度标准与精度设计第四篇机械零件加工工艺第五篇现代加工制造技术第一篇金属切削加工原理1、掌握关于金属切削加工的基本知识——第1章2、研究金属切削变形、切削力、切削热及刀具磨损的机理及其规律——第2章3、掌握正确选择刀具几何参数、刀具材料、刀具结构的方法；掌握合理选择切削液及切削用量的原则；讨论提高刀具材料的切削性能、改善工件材料切削加工性的途径——第3本篇主要任务：研究目的：保证质量，提高效率，降低成本机械制造技术基础第一章金属切削基本知识本章主要内容：1、切削加工概述切削加工及其分类、零件表面的形成2、机床的切削运动与切削用量3、刀具切削部分的几何要素4、切削层参数与切削方式第一章金属切削基本知识第一章金属切削基本知识本章基本要求：1、了解金属切削加工的基本知识2、掌握切削运动、切削用量的基本概念3、掌握刀具切削部分的几何要素，了解其定义，建立清晰的空间概念，4、能熟练的标注各参考平面下的刀具角度5、了解切削层参数与切削方式关于机加工机加工的基本模型C刀具装在机床上C工件装在机床上C切削运动是机床带动刀具和工件来实现的C零件：可以装配到机器上的成品毛坯：切削加工前的零件工件：切削加工中的零件常见机加工机床：C车、铣、刨、磨、钻刀具工件切削运动机床切削加工工艺方法的特点对零件有基本要求有切削力，零件刀具必须有一定强度和刚度应能找到比零件材料硬的刀具材料方法种类多，适应性强C精度范围宽：IT13~IT3Ra25~0.008C加工零件的尺寸、重量、形状、材料范围宽C型面类型不受限制，只要能装在机床上C大小尺寸不受限制（轻的几克、葛洲坝船闸30米600吨）生产效率高因此：切削加工是制造业的基础只有少数零件：C通过精密铸造、精密锻造、粉末冶金成形C塑料制品通过压制成形绝大多数机器零件是切削加工最终成形C占机器制造总工作量的40％～60％但是少数零件难以成形：C细微结构零件、高硬度或高强度零件C解决方法：发展特种加工方法一、切削加工的特点第一节切削加工概述金属切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余的或预留的材料使零件获得符合图样要求的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能。切削加工必须具备三个条件：机械零件上常见表面二、零件表面的形成二、零件表面的形成表面——一条线（母线）沿另一条线（导线）运动的轨迹。母线和导线可以互换——可逆表面母线和导线不可互换——不可逆表面母线导线发生线二、零件表面的形成发生线的形成——刀具的切削刃和工件的相对运动形成方法：轨迹法，成形法，相切法，展成法1、轨迹法(Locus/Tracingmethod)利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖轨迹形成发生线的方法。---轨迹法形成发生线需一个成形运动2、成形法(Shaping/Formingmethod)利用成形刀具对工件进行加工的方法。切削刃的形状和长度与所需形成的发生线(母线)完全重合。---成形法形成发生线不需成形运动3、相切法(Tangentmethod)利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。---相切法形成发生线需二个成形运动（一个旋转运动，一个轨迹运动）4、展成法（范成法）(Generatedmethod)利用工件和刀具作展成切削运动（具有确定的运动关系）进行加工的方法。切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。---展成法形成发生线需一个成形运动（展成运动）图1-2形成发生线的方法1－刀尖或切削刃；2－发生线；3－刀具轴线的运动轨迹三、表面成形运动由单独的旋转运动或直线运动构成的成形运动。A——直线运动B——旋转运动下标——成形运动的序号。发生线的形成主要是靠刀具和工件作相对运动实现的。这种运动称为表面成形运动。1、简单成形运动三、表面成形运动2、复合成形运动如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或(和)直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。复合运动组成部分符号中的下标，第一位数字表示成形运动的序号，第二位数字表示同一个复合运动中单元运动的序号。复合成形运动也可以分解为3个甚至更多个部分（单元运动）。注意：复合成形运动虽然可以分解成几个部分，每个部分是一个旋转或直线运动，与简单运动相似，但这些部分之间保持着严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。所以复合成形运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。四、辅助运动1、各种空行程运动2、切入运动3、分度运动4、操纵及控制运动第一节切削加工概述结束在机床上加工各种表面时，刀具与工件之间的相对运动。----成形运动中各单元运动第二节机床切削运动与切削用量一、切削运动可分为主运动，进给运动一、机床的切削运动主运动含义：由机床或人力提供的，促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使前刀面接近工件作用：是完成切削任务的主要运动特征：速度较高，消耗机床功率多任何切削过程有且仅有一个主运动机床的切削运动进给运动含义使刀具和工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除材料，并获得具有一定几个特征的表面作用使工件不断投入切削过程中特征速度较主运动低，消耗机床功率少，对于某个机床加工零件时，进给运动可以是一个或多个机械制造基础主运动与进给运动图1-4各种切削加工的切削运动1—主运动；2—进给运动；3—合成运动；4—待加工表面；5—加工表面；6—已加工表面注释:1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主运动也可以是刀具来实现（切断、刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。1、已加工表面工件上经刀具切削后产生的表面；2、待加工表面3、过渡表面切削刃正在切削的表面。它通常位于已加工表面和待加工表面之间。二、加工中的工件表面仔细观察切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。三、切削用量三要素1、切削速度(Vc)(cuttingspeed)切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。υc＝πdn/（1000×60）（m/s）a.若主运动为旋转运动---最大的线速度b.若主运动为往复直线运动------平均速度υc＝２Lnr/（1000×60）(m/s)课堂练习计算切削速度Vc（单位：m/min）C车外圆，外圆直径为１２０mm，主轴转速为６８r/minCVc＝２５.６m/minC刨平面，行程长度为２００mm，滑枕每分钟往返６４次CVc＝２５.６m/minυ2、进给量(f)(amountoffeed)在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量f。（mm/r，mm/str）每齿进给量：多齿刀具每转或每行程中每个刀齿相对于工件在进给运动方向上的位移量。)/(/齿mmzffzυ进给速度(Vf)：单位时间的进给量)/(60/smmnfvf3、背吃刀量ap（切削深度）（depthofcut/cuttingdepth）指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。在一般情况下，也就是工件上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。ap＝(dw-dm)/2(mm）图1-6切削用量三要素不同切削工艺的进给量和被吃刀量在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量f。指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。VVVfceve4、合成切削速度（resultantcuttingspeed）切削刃选定点相对工件的合成切削运动的瞬时速度。第二节切削运动与切削用量结束a.对于间歇进给机床b.对于连续进给机床VVceVVVfce刀头外圆车刀第三节刀具几何参数一、刀具切削部分的组成刀体图1-7刀具的切削部分刀具上切屑流过的表面。ArAa刀具上与过渡表面相对的表面。1、前面()rakeface2、主后面()toolflank3、副后面()secondarytoolflank刀具上与工件已加工表面相对的表面。一、刀具切削部分的组成Aa'图1-8车刀的组成主切削刃是前刀面与主后刀面的交线。在切削过程中担任主要切削工作。4、主切削刃(S)(main/major/leadcuttingedge)副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。靠近刀尖部分参加少量切削工作。5、副切削刃(S′)(end/front-/side-cuttingedge)主切削刃与副切削刃连接处的那一小部分切削刃。6、刀尖(endland;noseoftool;toolnose)主切削刃副切削刃刀尖主后刀面前刀面副后刀面三面两刃一尖《GB/T12204-1990金属切削基本术语》在不考虑进给运动，并在特定的安装条件下的参考系。是在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系。二、确定刀具角度的参考系刀具静止参考系（标注参考系）刀具动态参考系(刀具工作参考系)考虑了进给运动及实际安装条件下的参考系。它是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。通过主切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动方向的平面。参考平面（静止系）：1、基面（Pr）2、切削平面（Ps）通过主切削刃上某一选定点，与主切削刃相切且垂直于基面的平面。（平行于该点主运动方向）参考平面（静止系）：PrPs二、确定刀具角度的参考系测量平面：3、正交平面（Po）通过切削刃上的选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。Pr⊥Ps⊥Po二、确定刀具角度的参考系4、法平面（Pn）：它是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。通过切削刃选定点平行于假定的进给运动方向并垂直于基面的平面。通常也平行或垂直于刀具上5、假定工作平面(进给平面)（Pf）6、背平面（切深平面）（Pp）通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。Pr⊥Pp⊥PfPp⊥VfPf∥Vf二、确定刀具角度的参考系假定工作平面--背平面参考系正交平面参考系法平面参考系Pr-Ps-PoPr-Ps-PnPr-Pf-Pp三、刀具角度标注在主剖面中（正交平面）测量的角度前角γo在主切削刃上选定点的正交平面内，前刀面与基面间的夹角。前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。5~25º后角αo在同一正交平面内，后刀面与切削平面间的夹角。增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。4~12˚三、刀具角度标注在基面中测量的角度主偏角Kr在基面上，主切削平面(即主切削刃选定点处的切削平面)与假定工作平面之间的夹角，它总是正值。影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少κr，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。副偏角Kr´副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少κr´，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量。三、刀具角度标注在切削平面中测量的角度C刃倾角λs在主切削平面内，主切削刃与基面的夹角影响刀尖强度和切屑流向图1-13车刀角度正、负的规定方法楔角（）在同一正交平面内，前刀面与后刀面的夹角。0r6)刀尖角（）在基面内，主切削平面与副切削平面间的夹角。βo＝90°-（γo＋αo）εr＝180°-（kr＋k’r）四、刀具的工作角度（车削加工）刀具的工作角度即刀具在工作参考系中的角度。工作参考系中各平面的定义与标注参考系类似，只需将定义中的主运动改成合成切削运动即可。其符号在相应符号中加下标e。Pre，Pse，Poe，Pne，Pfe，Ppe刀具的工作角度1.产生原因:在实际的切削加工中，切削平面