机械制造工程第十章节

去除成形的基础知识去除成形的基础知识一、去除成形子系统的作用从坯料上去除多余的材料，从而获得具有规定要求的几何形状、尺寸、精度和表面质量的零件。二、加工工艺分类切削加工：车、铣、刨、镗、磨；特种加工：电火花加工、超声加工、激光加工等。概述去除成形的基础知识三、工艺系统组成去除成形的基础知识四、特点1、加工过程不加热，又叫冷加工。2、加工质量好，最高可达到纳米级。去除成形的基础知识去除成形的基础知识教学目的与要求:1、掌握切削运动与切削要素的基本概念及对加工的影响。2、了解刀具材料性能要求及其性能。3、了解车刀主要角度的定义及对加工的影响。4、了解常用的夹具的分类与应用。5、掌握切削加工中物理现象产生的原因及对加工的影响。6、掌握加工质量及其影响因素。去除成形的基础知识重点、难点：重点：切削用量的概念及对加工影响；车刀主要角度；切削加工中物理现象产生原因及对加工影响；机械加工质量及其影响因素。难点：车刀角度的概念；切削加工中物理现象产生原因及对加工的影响。去除成形的基础知识参考文献1．沈其文主编.材料成形工艺基础(第三版).武昌：华中科技大学出版社，2001.2．陆建中，孙家宁主编.金属切削原理与刀具.北京：机械工业出版社，2005.3．卢秉恒主编.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，2005.去除成形的基础知识第一节切削运动与切削要素一、零件上三个不断变化着的表面已加工表面过渡表面待加工表面nf已加工表面过渡表面待加工表面dwdm去除成形的基础知识1.主运动：切下切屑最主要的运动。特点：在整个运动系统中——速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。2.进给运动：使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。速度低、消耗的功率小。有一个或多个。特点：为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。二、切削运动去除成形的基础知识常用切削加工的运动去除成形的基础知识三、切削要素1.切削用量三要素1）切削速度（v）m/s在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。旋转运动：（m/s）往复直线运动：（m/s）去除成形的基础知识2）进给量（f）在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。单位时间的进给量——进给速度（vf）（mm/s）进给量单位：车削（mm/r）、铣削（mm/min）、刨削（mm/str）3）切削深度（ap）（mm）（mm）去除成形的基础知识2.切削层几何参数切削层—指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。即两个相邻加工表面之间的那一层金属。去除成形的基础知识1)切削层公称厚度（ac）（mm）两相邻加工表面之间的垂直距离。fapKr（mm）2)切削层公称宽度（aw）（mm）沿主刀刃度量的切削层的长度。（mm）3)切削层公称横截面积（AC）（mm2）（mm2）去除成形的基础知识第二节切削刀具一、刀具的组成切削部分（刀头）夹持部分（刀体）前刀面：主后刀面：副后刀面：主刀刃副刀刃刀尖切屑流出所经过的表面。刀具上与工件的加工表面相对的表面。刀具上与工件的已加工表面相对的表面。去除成形的基础知识二、刀具材料1.对刀具材料的基本要求⑴较高的硬度。一般要求在HRC60以上。⑵有足够的强度和韧性。⑶有较好的耐磨性。⑷较高的耐热性。⑸有较好的工艺性。去除成形的基础知识2.常用刀具材料⑴碳素工具钢⑵低合金刃具钢⑶高速钢⑷硬质合金去除成形的基础知识（1）陶瓷材料主要成分是Al2O391~95HRA耐热温度—1200~1450℃；主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料。3.新型刀具材料抗弯强度和冲击韧性很差；良好的抗粘结性和化学稳定性；去除成形的基础知识（2）人造金刚石HV10000耐热温度—700~800℃；不适合加工黑色金属材料，适合加工有色金属的精密切削和精密磨削，主要用于硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度材料的加工。抗弯强度和冲击韧性极差；具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数；去除成形的基础知识（3）立方氮化硼HV8000~9000耐热温度—1400~1500℃；适合于进行黑色金属和有色金属的半精加工和精加工，常用于淬硬钢、硬铸铁，高温合金的切削加工和磨削加工。抗弯强度和冲击韧性很差；良好的化学稳定性、良好的导热性和较低的摩擦系数；去除成形的基础知识新型刀具材料对比去除成形的基础知识三、刀体材料——夹持部分材料一般刀体常用碳钢或合金钢去除成形的基础知识三、刀具的分类1.按刀具结构来分⑴整体式刀具⑵焊接式刀具。⑶机夹式刀具。去除成形的基础知识（4）机夹可转位刀片式刀具。去除成形的基础知识2.按加工工艺性质分⑴切刀（2）孔加工刀具（3）拉刀（4）铣刀（5）螺纹刀具（6）齿轮刀具（7）磨具去除成形的基础知识四、刀具主要角度及作用1.三个辅助平面①基面过主刀刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面。②切削平面过主刀刃上一点，与该点加工表面相切的平面。③主剖面（正交平面）过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面。去除成形的基础知识2.刀具的主要标注角度及作用dwdmnf切削平面主剖面前刀面和基面之间的夹角。在主剖面内度量。0主后刀面和切削平面之间的夹角。在主剖面内度量。0krKr’主切削刃在基面内的投影与进给方向间的夹角。副切削刃在基面内的投影与进给反方向间的夹角。1)前角（0）2）后角（0）3）主偏角（kr）4）副偏角（kr’）去除成形的基础知识主切削刃的投影与基面之间的夹角。在切削平面内度量5）刃倾角（S）去除成形的基础知识刀具角度对切削过程的影响去除成形的基础知识刀具几何形状的选择去除成形的基础知识五、砂轮⑴磨料的种类⑵磨料的粒度⑶砂轮的硬度⑷结合剂⑸砂轮的组织⑹砂轮的形状和尺寸1.概念2.磨削过程3.砂轮的主要特性去除成形的基础知识第三节金属切削机床简介一、分类和型号1、按机床的加工功能分类去除成形的基础知识2、按机床的通用性分类⑶专用机床⑴通用机床⑵专门化机床3．按机床的自动化程度分类手动、机动、半自动、自动机床特点：效率低、单件小批特点：效率高、某一类件的大批量生产特点：在加工范围内，加工效率最高5．按机床的质量和尺寸分类4．按机床的工作精度分类普通机床、精密机床、高精密机床仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床、超重型机床去除成形的基础知识二、金属切削机床型号的编制方法去除成形的基础知识三、常用机床车床类机床主要用于加工各种回转表面。在车床上使用的刀具，主要是各种车刀，有些车床还可以采用各种孔加工刀具和螺纹刀具进行加工。1、车床去除成形的基础知识2、刨床刨床类机床有：牛头刨床、龙门刨床和插床该类机床主要用来加工各种平面和直线型沟槽铣床类机床有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床。3、铣床铣床是用回转多刃刀具对工件进行切削加工的机床，应用于几乎所有的机械制造及修理部门。这类机床主要加工平面和沟槽。去除成形的基础知识4、钻床钻床是指主要用钻头在工件上加工孔的机床。在钻床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔等。镗床是孔加工类机床，主要用旋转的镗刀镗削箱体、机架类零件上已铸出的孔或粗钻出的孔及孔系。镗床主要分为卧式镗床、坐标镗床。5、镗床这类机床主要加工平面和沟槽。钻床类机床有：立式钻床、摇臂钻床、台式钻床等。钻床主要对各类零件上的孔进行加工。去除成形的基础知识6、磨床用磨料或磨具（砂轮、砂带、油石）对工件表面进行加工的机床通称为磨床。常用磨床有：万能外圆磨床、内圆磨床、平面磨床。磨床适应于各种零件表面（内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮齿形表面等）的精加工。7、拉床原来有孔，使孔截面变大，孔的形状和拉刀一样。液压传动，主运动为油缸带动拉杆，无进给运动。去除成形的基础知识四、组合机床1、何谓组合机床？组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量（约占1/4）专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的专用机床，是一种适用于大批量生产的高效自动化机床。去除成形的基础知识2、组合机床的组成组合机床示意图去除成形的基础知识3、组合机床的配置⑴单工位组合机床⑵多工位组合机床单工位组合机床的配置多工位组合机床的配置去除成形的基础知识4、特点（1）与传统机床相比设计制造周期短，灵活性大，加工成本低。（2）与通用机床相比加工效率高，加工质量容易保证，对工人技术要求不高。5、应用多用于较大批量加工、箱体上的孔类。去除成形的基础知识五、数控机床1、何谓数控机床？数控机床是一种以数字量作为指令信息形式，通过专用或通用的电子计算机控制的机床。2、数控机床的工作原理去除成形的基础知识3、分类(1)按运动轨迹分类A、点位控制B、直线控制C、连续控制(2)按伺服机构控制方式分类A、开环控制B、闭环控制去除成形的基础知识4、特点(1)具有较强的适应性和通用性(3）具有较高的生产率（2）具有更高的加工精度和稳定加工质量较小批量加工、形状复杂、质量要求高的。5、应用(5）便于现代化管理（4）改善了劳动条件去除成形的基础知识工件挡铁V形块夹紧机构钻套夹具体1、定位元件及装置夹具上用来确定工件正确位置的元件及装置。夹具是加工工件时，为完成某道工序，用来正确迅速安装工件的装置。第四节夹具一、夹具的组成去除成形的基础知识2、夹紧机构及装置3、导向及对刀元件5、其它元件及装置4、联接元件6、夹具体夹具上工件定位后，将其夹紧以承受切削力等作用的机构或装置。夹具上用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的元件。分度机构、导向键、平衡块等。夹具上用来确定夹具和机床正确位置的元件。是夹具的基准零件。去除成形的基础知识所以：定位精度不易保证，生产率低，仅适用于单件小批量生产。2)专用夹具为某一特定零件的特定工序专门设计和制造的夹具。所以：定位精度高，生产率高，适用于大批量生产。3)其它夹具组合夹具；成组夹具；随行夹具等。2.夹具的种类1)通用夹具已标准化的夹具。如：三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳等。去除成形的基础知识金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程。一、金属切屑过程第五节金属切削过程金属切削过程中的滑移线示意线第一变形区金属的滑移(一)切屑的形成过程及切屑变形去除成形的基础知识oMLac切屑的变形程度用变形系数K表示。K=L/L’=ac’/ac1ac’即切削中的物理现象之一——切屑收缩切屑变形:去除成形的基础知识金属切削过程去除成形的基础知识1)带状切屑特征：内表面光滑，外表面呈毛茸状。形成条件：塑性材料、速度中等、较大的0、较小的f和ap。2)节状切屑（挤裂切屑）特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿状。形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的0、较小的f和较大的ap。（二）切屑的种类去除成形的基础知识4)崩碎状切屑特征：不规则的碎块状。形成条件：脆性材料。3)单元切屑（粒状切削）特征：整个单元被切离，成为梯形的单元切屑。形成条件：对于塑性材料是整个剪切面上剪应力超过了材料的断裂强度；脆性材料。去除成形的基础知识在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属——称为积屑瘤或刀瘤。1.积屑瘤的形成oM滞留层1)积屑瘤的形成过程二、积屑瘤去除成形的基础知识2)积屑瘤的形成条件①工件材料：塑性材料；②切削速度：中等（10~50m/min），温度约300℃；③刀具角度：0偏小；④冷却条件：不加切削液。2.积屑瘤对加工过程的影响有利①使0增大，使切削过程变得轻快。②可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。所以：粗加工时可以利用。去除成形的基础知识3.积屑瘤的抑制不利①积屑瘤不稳定，易引起振动，使Ra增大。②会引起ap的变化，使加工精度降低。所以：精加工时应尽量避免。①控制切削速度；②进给量；③加大刀具前度0；④利用切削液；⑤对工件进行正火、调质处理，降低、ak；去除成形的基础知识三、切削力和切削功率1.切削力1)切削力的构成oM①材料的弹性变形和塑性抗力；②切屑、工件表面与刀具的摩擦力。2)切削力的分解刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。将Fr沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的方向分解为Fz、Fx、Fy。F弹、塑F摩1F摩2去