机械制造基础-第13章-金属切削加工及机床基础知识

nullnull切削加工――通过刀具与工件的相对运动，从工件上切除多余的材料，得到符合预定要求的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。 分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。 目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。第13章 金属切削及机床基础知识null一、零件表面的形成 1.切削运动 （1）主运动――切下切屑所必须的运动，消耗功率最多，一种加工主运动只有一个。 （2）进给运动――连续切下切屑所必须的运动，一种加工可以有一个（或以上）的进给运动。（进给运动可以是连续的也可以是间歇的） §1 切削运动与切削要素null null2、切削用量 （1）切削速度 ――选定点的主运动速度（m/s或m/min）,车削时一般算工件最大切削直径处的线速度。 （2）进给量f――在单位时间内，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。车削时为（mm/r）；刨削时为（mm/str），其他切削加工也可以用进给速度 （mm/s、mm/min、m/min），和每齿进给量（mm/z）来衡量。(3)背吃刀量（切削深度） 待加工表明与已加工表面间的垂直距离（mm）。dw dm null二、切削层参数（如上页图） 1．切削厚度hD――相邻两加工表面间的垂直距离。（mm） 2．切削宽度bD――沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。(mm) 3．切削面积AD――切削层在垂直于切削速度截面内的尺寸 ( ) null三、 刀具角度 以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。 1．刀具切削部分的组成 外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀尖组成（图1－4）。 （1）前刀面――刀具上切屑流过的表面。 （2）后刀面――刀具上与过渡表面相对的是主后刀面。 与已加工表面相对的是副后刀面。 （3）切削刃――前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃，它完成主要的切削工作。前刀面与副后刀面相交形成的是副切削刃。 它完成部分的切削工作， 并最终形成己加工表面。 （4）刀尖――主、副切削刃的连接部位。 null图1－4刀具的组成 null2．车刀切削部分的主要角度 （1）刀具静止参考系――选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。用于定义刀具 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。 ① 基面――过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面（Pr）； ② 切削平面――过切削刃选定点，与过度表面相切，并垂直于基面的平面（Ps）； ③ 主剖面――过切削刃选定点，且垂直于切削刃在基面投影的平面（Po）。 null刀具静止参考系主剖null（2）车刀的主要标注角度及选择要点――在车刀设计、制造、刃磨和测量时，必须确定的角度。 ① 前角ro ――前刀面与基面之间的夹角。增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负（如图）的区分。 ② 后角αo ――主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。 ③ 主偏角 Κr――主切削刃和进给方向在基面（Pr）上投影的夹角。主偏角的大小影响切削分力的大小和刀具耐用度。有时主偏角根据工件加工形状来定。 nullnull④ 副偏角Κ´r――副切削刃和进给的相反方向在基面Pr上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度。 ⑤ 刃倾角λs――在切削平面（Ps）里测量的主切削刃与基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。 null §2 金属切削过程 一、切屑的形成过程及切屑种类 1、切屑形成过程 （1）切削塑性金属形成切屑过程（典型） 被切材料弹性变形 （应力↑达屈服极限）塑性变形 （应力↑达断裂极限）挤裂 切离工件本体 形成切屑null（2）变形系数ξ ξ=L/Lc= hc / hD 其中：L——被切金属层长度 Lc——切屑长度 hD——被切金属层厚度 hc——切屑厚度 ξ＞1，ξ越大，则标志着金属塑性变形越大。 null2、切屑种类 ①带状切屑 在切屑形成过程中，挤裂阶段不明显。 切屑外形：连绵成带，内表面光滑，外表面毛茸。 形成条件：v↑，f↓，r0↑加工塑性材料 对加工影响：切削力波动小，加工平稳，加工后表面较光滑。但切屑连续不断，不太安全，需采取断屑措施。null ②节状切屑（挤裂切屑） 在形成这种切屑的过程中，经历了上述切屑变形的各阶段（即弹、塑变形、挤裂、切离） 切屑外形：内表面光滑，外表面呈锯齿形，且呈一节一节形状。 形成条件：v↓，f↑，ro↓，加工中等硬度钢材（粗加工） 对加工影响：切削力波动大，表面较粗糙null③粒状切屑 在切屑形成过程中，挤裂阶段明显。 切屑外形：呈梯形状的粒状切屑。 形成条件：v ↓ ，f ↑ ，r0 ↓加工塑性材料。 对加工影响：切削力波动大，表面较粗糙。 null④崩碎状切屑 在形成过程中，塑性变形阶段不存在。 外形：不规则碎片 形成条件：加工脆性材料（如铸铁） 对加工影响：刀尖容易磨损，加工表面较粗糙。 在生产中，为保证加工质量，保证切削加工的顺利进行，常通过改变切削条件来得到我们所需的切屑。例：通过v↑，f↓，r0↑即可使节状切屑转变成带状切屑，使得加工表面更为光滑。null二、积屑瘤 切削塑性材料时，在一定的切削速度范围内，常发现在刀具前刀面靠近切削刃部分粘附者一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，也称刀瘤。 1、积屑瘤对切削加工的影响 积屑瘤对粗加工有利，积屑瘤对精加工不利 null2、积屑瘤控制 （1）精加工时，为避免积屑瘤产生可采取以下措施： 改变工件材料性能：对硬度小、塑性大的材料，正火、调质处理→HB σb↑→不易产生 控制切削速度： 采用很大v（v＞100m/min）精车、精铣采用高速切削 采用很小v（v＜5m/min） 故拉削，铰削采用低速切削。 采用适当的切削液 提高刀具前刀面光洁度（如刀具刃磨用油后打磨） （2）粗加工时，则可采用中等切削速度，设法产生积屑瘤。null三、切削力和切削功率 （一）切削力 切削力就是切削过程中，刀具与工件之间的作用力与反作用力。 1、切削力来源 切削力来源于两个方面 ①工件弹、塑性变形抗力 ②切屑、工件与刀具的摩擦力 null2、切削力的分解及对加工影响 总切削力F总可分解为三个互相垂直的切削分力Fx、Fy、Fz （1）主切削力Fz（切向力）： 其方向与切削速度v方向一致，大小约占总切削力F总的80%-90%。 （2）走刀抗力Fx（轴向力）： 其方向与进给方向平行，走刀抗力也作功， 但只消耗功率的1-5%。 YXZ总null（3）吃刀抗力Fy（径向力）： 其方向作用在吃刀深度方向上，因作用在工件刚性最弱方向，会使工件弹性弯曲，影响加工精度。 ∵Fy=FxycosKr，当Kr=90°时,Fy为0。 ∴车细长轴常采用90°主偏角车刀 Fr= Fx2+Fy2+Fz2 3、切削力的估算 采用经验公式：Fz=C*apx*fy*Km*Kr*Kkr*Kf 式中的系数、指数可查阅《切削用量手册》null（二）切削功率 由于Fy方向无位移，故Fy不做功。切削功率是Fz和Fx所消耗的功率之和。 车外圆时，由于进给速度很慢，且Fx也很小，故其所耗功率可略去不计。 因此，切削功率：Pm=Fz*V*10-3（Kw） 其中：Fz——主切削力 N V——切削速度 m/snull四、切削热与切削温度 （一）切削热的产生以及对加工的影响 切削过程中，所消耗的功率除很少一部分转变为金属内能，绝大部分均转变成热能而释放出来。这些热称为切削热。 1、切削热的来源 切削热主要来源于三方面： 切屑因变形产生的切削热——主要来源 切屑与刀具前刀面摩擦产生的切削热 工件与刀具后刀面摩擦产生的切削热 null 2、切削热的传递及对加工的影响 ①传递 切削热产生后，是通过切屑、刀具、工件、周围介质传出的。 ②对加工影响 传入刀具的热量，对刀具耐用度影响很大。 传入工件的热量，可能使工件变形，影响加工精度，表面质量。 null3、切削温度及影响因素 切削温度指切屑、工件和刀具接触面上的平均温度。 影响因素： 切削用量：v、f、ap↑→温度↑（其中，影响 最大的是v，其次是f，影响最小的是ap） 工件材料：σb 、HB↑、导热性↓→温度↑ 刀具几何形状：γ o↑→切屑变形小→温度↓ Kr↓→aw↑、ac↓ →主刀刃单位长度负荷减轻→温度↓ 散热条件↑→温度↓ 切削液→冷却、润滑→温度↓ null五、刀具磨损与耐用度 刀具磨损的主要原因 磨料磨损——低速切削 粘结磨损——积屑瘤产生的速度范围内 相变磨损——高速钢、工具钢刀具 扩散磨损——硬质合金刀具 1、刀具磨损的形式与过程 刀具正常磨损时，按磨损部位不同可分为三种形式： 前刀面磨损（当v↑、ac↑，切削塑性材料时） 后刀面磨损（当v↓，ac↓） 前后刀面磨损（一般情况）null刀具磨损一般分为三个阶段。 初期磨损阶段（OA段） 正常磨损阶段（AB段） 剧烈磨损阶段（BC段） 经验表明：正常磨损阶段是刀具工作的有效期，使用刀具时，不应超出这个期限，就应进行重新刃磨。 OABCT(min)VB （mm） null2、刀具耐用度 刀具耐用度是指刀具从开始切削到磨钝为止的切削总时间（也就是两次刃磨之间，刀具实际进行切削的时间）。 刀具耐用度与刀具寿命不同，刀具寿命是指一把新刀从开始工作直到报废为止参加切削的总时间，刀具寿命是刀具耐用度与刃磨次数的乘积。