第4章切削加工基础知识详解

问题1：以下各种零件使用什么加工方法铸造锻压焊接车削铣削刨削钻削磨削问题2：第一页和第二页有什么不同主要不同是：前三章所学的铸造、锻压、焊接没有从工件中切除多余材料；而车、铣、刨、钻、磨则是从工件中切除多余材料的加工方法，并且他们有个共同的名字——切削加工。第4章切削加工基础知识秦伟切削加工——利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。主要分为：钳加工——一般在钳台上以手工工具为主，对工件进行的各种加工方法。含划线、打样冲眼、锯削、锉削、刮研、钻孔、攻螺纹、机械装配、修理等14个小项。机械加工——通过工人操作机床设备进行的切削加工。根据工具的不同分为：利用刀具进行加工和利用磨料进行加工利用刀具进行加工分为：车削（第五章）、刨削（第六章）、钻削（第七章）、铣削（第八章）等9种加工方法。利用磨料加工主要包括：磨削（第九章）、研磨、珩磨、超精加工等4种加工方法。主要内容4.1切削运动及切削用量4.2刀具几何形状和材料4.3切削力和切削温度4.4切削液4.5加工精度和加工表面质量学习要求(1)掌握切削运动、加工表面、切削用量及切削层参数概念和分析方法；(2)掌握刀具、刀具角度和工作角度的概念、合理选择刀具角度，常用刀具材料的性质与选用；(3)掌握切削过程中的物理现象及其对加工过程的影响；(4)掌握切削液的作用，合理选用切削液。重点和难点：刀具角度和切削过程中的物理现象4.1切削运动与切削用量☆回转体表面：是以直线为母线作旋转运动所形成的表面；成型方法：车削、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、内外圆磨削等。4.1.1零件表面的形成☆平面：是以直线为母线作直线运动形成的表面；成型方法：铣削、刨削、平面磨削等。☆曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；成型方法：铣削、成形磨削、数控铣削、电火花加工、激光加工等。4.1.2切削运动l分类：1）主运动：切除切屑所需的基本运动。3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。l概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属2）进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。3）其它运动：吃刀运动分度运动常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转车刀纵向、横向移动钻床钻头旋转钻头轴向移动铣床铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动牛头刨床刨刀往复工件横向、垂直方向间隙移动外圆磨床砂轮旋转工件旋转、工件往复或砂轮横向移动平面磨床砂轮旋转工件往复移动，砂轮横向、垂直移动镗床镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动龙门刨床工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：已加工表面：已经加工完成的表面。加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削加工的表面。待加工表面：即将进入切削加工的表面。4.1.3加工表面进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面已加工表面加工表面待加工表面主运动进给运动进给运动加工表面待加工表面待加工表面主运动已加工表面加工表面进给运动已加工表面主运动4.1.4切削要素l切削用量三要素：切削速度vc:主运动的线速度(mm/min)圆周运动：Vc=πDnw直线往复：Vc=2Lnr进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离。1）（周期）进给量f(mm/r)：主运动一个循环2）进给速度vf(mm/min)：单位时间内3）每齿进给量af(mm/z)：刀具每个刀齿背吃刀量（切削深度）ap(mm):已加工表面与待加工表面间的距离。补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。l刀具结构及其几何形状4.2刀具几何形状和材料4.2.1刀具切削部分的基本定义刀具分类：按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。按功能：车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖刀、镗孔刀、成形刀等。结构形式：整体式、焊接式、机械安装式（压板压紧）前刀面Ar主切削刃S主后面Aa刀尖副后面Aa‘副切削刃Sl切削部分组成NJUST2020/4/20机械制造工艺基础152．参考系参考系——定义和规定刀具角度的各基准坐标平面。静止参考系：用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系称刀具；刀具工作参考系：规定刀具进行切削加工时几何参数的参考系称。l刀具的静止参考系（Pr—Ps—Po系—正交平面参照系）静止参照系的假设条件：假定运动条件：进给量f=0假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；刀杆方向与进给方向垂直。（1）基面Pr：过切削刃选定点的平面，垂直于假定的主运动方向。（2）假定工作平面Pf：通过切削刃选定点并垂直于基面，平行于进给运动方向。（3）主切削平面Ps：通过主切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面。（4）副切削平面Ps′通过副切削刃选定点，与副切削刃相切，并垂直于基面的平面。（5）正交平面Po：通过切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。刀具静止参考系的主要基准坐标平面：1－假定主运动方向2－假定进给运动方向3－切削刃选定点前角的作用：前角↑切屑变形↓切削力↓刃口强度↓前刀面磨损↓导热体积↓刀具前角的选用：加工塑性材料选大前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工硬材料选用负前角刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）1.刀具标注前角γ0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹角。前角的标注：进给运动主运动加工表面正交平面切削平面基面rl刀具标角度的定义在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。后角的标注：后角的作用：后角↑后刀面与加工表面间的摩擦↓后刀面磨损↓刃口强度↓导热体积↓刀具后角的选用：粗加工选小后角精加工选大后角选大前角时选小后角以增大刃口强度进给运动主运动加工表面正交平面切削平面基面r2.刀具标注注后角α0：主偏角的作用：主偏角↑切削刃工作长度↓刀尖强度↓导热体积↓径向分力↓刀具主偏角的选用：一般为30~75°加工细长工件采用90~93°副偏角的作用：副偏角↑副后面与工件已加工表面摩擦↓刀尖强度↓表面粗糙度↑刀具副偏角的选用：一般为5~20°特殊要求可采用Kr‘=0°的修光刃在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。4.副偏角Kr’：在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。主偏角和副偏角的标注：进给运动主运动加工表面正交平面3.主偏角Kr：刀具刃倾角的选用：精加工取λS≥0°粗加工取λS＜0°加工细长工件采用λS＞0°刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：λS＞0°排向待加工表面；λS＜0°排向已加工表面；λS=0°前刀面上卷曲在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。刃倾角的标注：5.刃倾角λS：（2）影响切入切出的稳定性（3）影响背向分力大小向进给运动主运动正交平面切削平面1）粗加工塑性材料时，选择大前角γ0，小后角α0，小主偏角Kr，较小或负的刃倾角λs；加工脆性材料时可适当减小前角γ0；加工高硬度难加工材料时，采用负前角(γ00°)。2）精加工时，一般选择较大后角α0，较小的前角γ0，非负的刃倾角（λs≥0°），加工细长轴时选择大主偏角Kr。l刀具角度的选择原则：总的来说，前后角选择按照：前角大，刀锋利，强度差。适于精加工。前角小，强度好。散热佳，适于粗加工。后角大，刀锋利，摩擦小。适于精加工。后角小，强度好。散热佳，适于粗加工。例题：进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面向进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面下图为外圆车削示意图，在图上标注：（1）主运动、进给运动和背吃刀量；（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；（3）基面、主剖面和切削平面；（4）刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10。进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面Kr'KrK向进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面Kr'Kr进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面K向进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面K向进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面4.2.2刀具材料l刀具材料的基本性能高硬度高耐热性足够的强度和韧性高耐磨性良好的工艺性五个基本性能相互联系，又相互制约，应根据具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。l常用刀具材料的种类及应用类型硬度强度韧性耐热耐磨工艺应用工具钢碳素工具钢低高高低好差低高差好切削加工、热处理、刃磨手动工具合金工具钢低速工具高速钢复杂刀具硬质合金钨钴类(YG)K粉末冶金烧结刃磨脆性金属通用类(YW)M通用钨钛钴(YT)P塑性金属非金属陶瓷烧结连续切塑性材料立方氮化硼结晶精密加工金刚石结晶精密加工常用的刀具切削面材料（1）优质碳素工具钢：T10A、T12A（2）合金工具钢：9SiCr、CrWMn（3）高速工具钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2（4）硬质合金优质碳素工具钢：一般用来制造切削速度低、尺寸较小的手动工具。合金工具钢：常用来制造形状复杂的低速刀具。钨钢铰刀丝锥板牙高速工具钢：适于制造成形车刀、铣刀、钻头和拉刀30度车外圆车刀瑞士雕刻铣刀高速钢麻花钻头拉刀硬质合金：用途比较广泛硬质合金钻头§4－3切削力与切削温度一、切削力二、切削温度一、切削力总切削力——刀具的一个切削部分在切削工件时所产生的全部切削力称为一个切削部分总切削力。多刃刀具（如铣刀、铰刀、麻花钻等）：有几个切削部分同时进行切削，所有参与切削的各切削部分所产生的总切削力的合力称为刀具总切削力。单刃刀具（如车刀、刨刀等）：只有一个切削部分参与切削，这个切削部分总切削力就是刀具总切削力。1．总切削力的概念2．总切削力的分解l切削力Fcl背向力Fpl进给力Ff3．总切削抗力总切削抗力——切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力F′。4．影响总切削抗力的因素（1）工件材料：工件材料的强度、硬度越高，韧性和塑性越好，越难切削，总切削抗力越大。（2）切削用量：切削深度ap和进给量f增大，总切削抗力增大。（3）刀具角度前角增大，总切削抗力减小后角增大，总切削抗力减小主偏角对切削抗力Fc′影响较小，对背向抗力Fp′和进给抗力Ff′的比例影响明显（4）切削液：合理使用可以使总切削抗力减小。二、切削温度1．切削热与切削温度切削热——切削过程中，由于被切削材料层的变形、分离及刀具和被切削材料间的摩擦而产生的热量。切削温度——切削过程中，切削区域的温度。2．减少切削热和降低切削温度的工艺措施l合理选择刀具材料和刀具几何角度l合理选择切削用量l适当选择和使用切削液4.4切削液合理地选用冷却润滑液切削速度可提高5%~20%，刀具寿命明显提高，加工表面粗糙度值减小，节能5%~20%，生产效率提高。4.4.1切削液的作用冷却作用；润滑作用；清洗作用；防锈作用4.4.2切削液的种类水溶液—冷却为主切削油—润滑为主乳化液—兼顾冷却与润滑4.4切削液4.4.3切削液的选用主要从工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求四个方面作为选用依据。总的原则是：粗加工：主要以降低切削温度、冷却为主。精加工：主要是改善表面质量，提高刀具耐用度，稳定精度，以润滑为主。切削高强度钢、高温合金钢等难加工材料，应选用极压切削油或极压乳化液。切削液除了有冷却的作用外，还可驱动车刀运动§4－5加工精度和加工表面质量一、加工精度二、加工表面质量一、加工精度1．加工精度的概念加工精度——指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。2．获得规定尺寸精度的方法（1）试切法（2）自动获得尺寸精度的方法l用定尺寸刀具加工l调整法l自动控制法二、加工表面质量1．加工表面质量的概念l零件表面微观几何形状l零件表面层材料的物理、力学性能2．表