第一章机械加工基础知识

机械加工工艺基础第一章机械加工基础知识1.1切削运动及切削要素一、零件表面的形成二、切削表面与切削运动三、切削用量四、切削层参数机械制造的加工方法1.材料成形法：铸造锻造注塑成形2.材料累积法：焊接粘接快速原型铆接3.材料去除法：机械力去除热能去除化学能去除光能去除传统方法特种加工一、零件表面的形成1.零件表面的形状零件表面可以看作是一条线（母线）沿另一条（导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。常见的零件表面按其形状可分为3类：（1）旋转表面（2）纵向表面（3）特形表面一、零件表面的形成（1）旋转表面（2）纵向表面（3）特形表面一、零件表面的形成2.零件表面成形方法表面发生线的形成方法：（a）轨迹法（b）成形法（c）相切法（d）展成法一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（a）轨迹法一个独立的成形运动一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（b）成形法不需要专门的成形运动一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（c）相切法两个独立的成形运动刀具的旋转+刀具中心按一定规律运动一、零件表面的形成2.零件表面成形方法（d）展成法在形成发生线的过程中，切削线1与发生线2作纯滚动（展成运动）切削线1与发生线2逐点相切，发生线2是切削线1的包络线。复合成形运动成形运动的种类简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的。复合成形运动：如果一个独立的成形运动，是由两个或连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。复合成形运动各部分之间要求保持严格的相对运动关系，各部分不是独立的。复合成形运动是一个运动，而不是两个或两个以上独立的简单运动。注意二、切削表面与切削运动1.切削表面待加工表面工件上即将被切除的表面已加工表面切去材料后形成的新的工作表面过渡表面加工时主切削刃正在切削的表面，它处于已加工表面和待加工表面之间二、切削表面与切削运动2.切削运动主运动：使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具近工件而实现切削的运动。其速度称为切削速度Vc进给运动：使切削能持续进行以形成所需工件表面的运动。其速度称为进给速度Vf主运动和进给运动合成后的运动，称为合成切削运动Ve=Vc+Vf主运动的速度高，消耗的功率大；进给运动的速度较低，消耗的功率较小。任何一种机床，必定有、且通常只有一个主运动；而进给运动可能有一个或几个。特点三、切削用量切削用量：衡量切削运动量的大小。切削速度vc进给量f背吃刀量ap切削用量三要素三、切削用量1）切削速度vc切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度。(m/s或m/min)主运动为旋转运动vc=πdn/1000d—工件（或刀具）的直径，mm;n—工件（或刀具）的转速，r/s或r/min主运动为直线运动vc=2Lnr/1000L—往复行程长度，mm;nr—主运动每秒或每分钟的往复次数，str/s或str/min1）切削速度vc由于切削刃上个点的回转半径不同(刀具运动为主运动)，或切削刃上各点对应的工件直径不同（工件运动为主运动），因而切削速度也就同。考虑到切削速度对刀具磨损和已加工表面质量有影响，在计算切削速度时，应取最大值三、切削用量2）进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。单齿刀具（车刀、刨刀）用刀具或工件每转或每一往复行程刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量f，单位mm/r或mm/str。多齿刀具（铣刀、钻头）刀具每转或每行程中每齿相对工件进给运动方向上的位移量称每齿进给量fz，单位mm/z。进给速度Vf=fn=fzzn三、切削用量3）背吃刀量在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给方向测量的切削层尺寸，以ap表示，mm。车外圆时，2wmpdda四、切削层参数切削层：切削刃在一次走刀上从工件上切下的一层材料。通常在与主运动方向相垂直的平面内度量。四、切削层参数3）切削层公称横截面积AD在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，1）切削层公称宽度bD在给定瞬间，作用于主切削刃截形上两个极限点件的距离，在切削层尺寸平面中测量，2）切削层公称厚度hD同一瞬间切削层公称横截面积AD与其公称宽度bD之比，sinpDrabksinpDrabksinDrhfksinDrhfkDDDpAhbfa1.1切削运动及切削要素cvf1.切削表面待加工表面已加工表面过渡表面2.切削运动主运动进给运动3.切削用量切削速度进给量背吃刀量4.切削要素切削用量三要素切削层参数pa,,DDDAbh1.2切削刀具及其材料一、切削刀具车刀切削部分的组成车刀切削部分的主要角度刀具结构多齿刀具非金属材料切削刀具二、刀具材料一、切削刀具夹持部分切削部分夹持部分切削部分1.车刀的组成1.车刀切削部分的组成1）前刀面切屑沿其流出的刀具表面2）主后刀面与工件上过渡表面相对的刀具表面3）副后刀面与工件上已加工表面相对的刀具表面夹持部分切削部分前刀面主切削刃副切削刃主后面副后面刀尖三面两刃一尖1.车刀切削部分的组成4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线5）副切削刃前刀面与副后刀面的交线6）刀尖连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃夹持部分切削部分前刀面主切削刃副切削刃主后面副后面刀尖三面两刃一尖2.车刀切削部分的主要角度刀具静止参考系刀具工作参考系考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响。（由主运动方向确定）（由合成切削运动方向确定）（1）刀具静止参考系（刀具标注角度参考系）假定进给速度为零（vf=0）规定车刀刀尖对准工件的中心刀杆的轴心线垂直进给方向刀具设计、制造、刃磨和测量几何参数时用；刀具静止参考系1）基面rp过切削刃选定点、垂直于该点假定主运动方向的平面。2）切削平面sp过切削刃选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。3）正交平面oprsoppp组成一个正交平面参考系过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面4）假定工作平面fp过切削刃选定点，垂直于基平面并平行于假定进给运动方向的平面。（2）刀具的主要角度正交平面参考系内的标注角度rsoppp参考系内在正交平面Po内的标注角度在切削平面Ps内的标注角度在基面Pr内的标注角度在正交平面Po内的标注角度前角γo：在正交平面内度量的前刀面与基面的夹角。后角аo：在正交平面内度量的后刀面与切削面Ps的夹角功用刀刃锋利，切削变形，切削力和切削功率刀刃和刀尖强度，散热体积刀具寿命oa)前角的选用原则oa)前角的选用原则选用o工件材料、刀具材料和加工性质工件材料塑性大、强度和硬度低或刀具材料韧性好（高速钢）或精加工时，应取较大前角；反之，加工脆性材料或刀具材料韧性差（硬质合金）或粗加工时应取较小的前角。取决于：加工要求、工件材料。•粗加工或工件材料较硬，后角取较小值；•工件材料越软、塑性越大，后角越大；•粗加工或工件材料较硬，后角取较小值；•工件材料越软、塑性越大，后角越大；b）后角的选用原则oαo后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率功用选用在切削平面Ps内的标注角度刃倾角λs：在主切削平面中测量的主切削刃与基面Pr内的夹角。影响刀头的强度、切削分力和切屑的流动方向。•加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车λs＝0°〜－5°，精车λs＝0°〜+5°；有冲击时：λs＝－5°〜－15°；特别大时：λs＝－30°〜－45°。•切削加工高强度钢、冷硬钢时：λs＝－30°〜－45°。•加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车λs＝0°〜－5°，精车λs＝0°〜+5°；有冲击时：λs＝－5°〜－15°；特别大时：λs＝－30°〜－45°。•切削加工高强度钢、冷硬钢时：λs＝－30°〜－45°。c）刃倾角的选用原则s功用选用在基面Pr内的标注角度主偏角кr：在基面Pr内度量的切削平面与假定工件平面Pf（进给剖面）的夹角。主切削刃在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角。在基面Pr内的标注角度副偏角：在基面Pr内度量的副切削平面与假定工件平面Pf（进给剖面）的夹角。副切削刃在基面内的投影与进给运动反方向之间的夹角。r讨论:(1)主偏角对切削层的形状和参数的影响当背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大，而公称厚度愈小，切下的切屑宽而薄．主切削刃单位长度上的负荷小，散热条件好，刀具寿命高．(2)(2)主偏角对残留面积的影响主偏角对残留面积的影响主、副偏角小时，残留面积小，表面粗糙度值小。d）主、副角、的选用原则rrκr和κr′刀刃强度表面粗糙度背向力Fp残留面积高度，散热条件刀具寿命，工件易变形功用选用一般车刀常用的主偏角有45，60，75,90度等几种。副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加工时取大值，精加工取小值。一般车刀常用的主偏角有45，60，75,90度等几种。副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加工时取大值，精加工取小值。d）主、副角、的选用原则rr（3）刀具的工作角度a)刀尖安装高低对工作前、后角的影响偏高工作前角oeooeo工作后角等高偏低如果刀尖高于工件回转轴线时，则工作前角增大，而工作后角减小。如果刀尖低于工件回转轴线时，则工作前角减少，而工作后角增大。oeooeooeooeooeooeo（3）刀具的工作角度b)刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响主偏角rerrer右偏斜副偏角（3）刀具的工作角度b)刀尖安装偏斜对工作主、副偏角的影响主偏角副偏角rer不偏斜rer主偏角副偏角rerrer3.刀具结构刀具种类按用途分车刀：用于轴类、盘类零件的外圆、端面、内孔、槽等加工铣刀：用于平面、曲面、沟槽等加工孔加工刀具：用于通孔、盲孔、台阶孔等加工螺纹刀具：用于内螺纹、外螺纹加工成型刀具：用于成型面的加工复杂刀具：齿轮刀具、拉刀等车刀种类按用途分车刀种类按结构分整体式、焊接式、机夹重磨式、机夹可转位式整体式常用高速钢制造切削部分和夹持部分材料相同材料消耗大，应用较少焊接式结构简单、刚性好、适应性强，可以根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度。1）经过高温焊接，硬质合金刀片易产生热应力，严重时会出现裂纹，使硬质合金的切削性能下降，对提高生产率不利。2）刀杆不能重复使用，当刀片用完或崩坏后，刀杆也随之报废，造成很大浪费。优点：缺点：机夹重磨式用机械的方法将硬质合金刀片夹固在刀杆上的车刀。刀片磨损后，可卸下重磨，然后再安装使用。可避免焊接引起的缺陷，刀杆可重复使用。缺点：结构较复杂，刀片重磨时仍有可能产生应力和裂纹。优点：机夹可转位式不需要刃磨和焊接，刀片能较好的保持原有力学、切削性能，刀具切削性能提高。优点：减少刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高生产率。可使用涂层刀片，提高了刀具耐用度。刀具使用寿命延长，可节约刀体材料及其制造费用。机夹可转位式硬质合金可转位刀片已国家标准化，刀片的常用形状为：机夹可转位式硬质合金可转位刀片已国家标准化4.多齿刀具(1)麻花钻(1)麻花钻柄部颈部工作部分a.导向部分：导向、修光孔壁、排切屑和输送切削冷却液b.切削部分：承担主要切削工作前刀面：螺旋槽的螺旋面。主后刀面：与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面。副后刀面：与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。主切削刃：螺旋槽与主后刀面的两条交线。副切削刃：棱边（刃带）与螺旋槽的两条交线横刃：两后刀面在钻心处的交线。主后刀面前刀面副后刀面主切削刃副切削刃横刃群钻：将标准麻花钻按特定方式刃磨(2)铣刀按用途分（1）加工平面的铣刀（2）加工沟槽及台阶面（3）加工成形表面(2)铣刀按结构分整体式铣刀焊接式铣刀机夹可转位式铣刀5.非金属材料切削刀具(1)塑料加工用刀具(2)橡胶加工用刀具(3)玻璃加工用刀具(4)复合材料加工用刀具(5)金刚石刀具二、刀具材料1.刀具材料应具备的性能：（1）较高的硬度和较好的耐磨性（2）足够的强度和