机械制造基础复习重点.ppt
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1、第一章第一章 切削加工的基本要素切削加工的基本要素1.1 1.1 工件表面的形成方法与成形运工件表面的形成方法与成形运动1.2 1.2 加工表面与切削用量三要素加工表面与切削用量三要素1.3 1.3 刀具角度刀具角度1.4 1.4 切削切削层参数与切削方式参数与切削方式1.5 1.5 刀具材料刀具材料12024/5/26 周日1.轨迹法迹法 成形法成形法 相切法相切法 展成法展成法形成方法形成方法1.1 工件表面的形成方法与成形运动2ArA 向f图1-20 车刀的主要角度0000rrs2024/5/26 周日2.1.2 加工表面与切削用量三要素切削用量三要素切削用量三要素1.切削速度vc式中式
2、中n n 主运主运动转速(速(r/sr/s););d d 刀具或工件的最大直径(刀具或工件的最大直径(mmmm)2.进给量f:工工件件或或刀刀具具每每转一一周周时(或或主主运运动一一循循环时),两两者者沿沿进给方方向向上上相相对移移动的距离,的距离,单位位为mm/rmm/r。v vf=fn=fzzn mm/s mm/s或或mm/minmm/min3.背吃刀量ap:主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。车削和刨削加工:背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间垂直距离,单位为mm。外圆柱表面车削:ap=(dw-dm)/2mm32024/5/26
3、 周日3.1.2 加工表面与切削用量三要素42024/5/26 周日4.1.3 刀具角度a)焊接式车刀b)整体式车刀c)机夹式车刀图1-14 车刀的结构p 外圆车刀是最基本、最典型的刀具,由刀头和刀体组成。p车刀的切削部分由3个刀面(前刀面、主后刀面和副后刀面),2个刀刃(主切削刃和副切削刃)和1个刀尖组成。52024/5/26 周日5.1.3 刀具角度前刀面前刀面 切屑流切屑流过的表面的表面 后刀面后刀面 与与过渡表面相渡表面相对的刀具表面的刀具表面后刀面分后刀面分为主后刀面主后刀面与与副后刀面副后刀面切削刃切削刃 前刀面上直接前刀面上直接进行切削的行切削的边锋主切削刃主切削刃指前刀面与主后
4、刀面相交的指前刀面与主后刀面相交的锋边;副切削刃副切削刃指前刀面与副后刀面相交的指前刀面与副后刀面相交的锋边。刀尖刀尖 可以是主、副刀刃的可以是主、副刀刃的实际交点,交点,也可以是主、副刀刃也可以是主、副刀刃连接起来的一段接起来的一段 刀刃;它可以是刀刃;它可以是圆弧,也可以是直弧,也可以是直线62024/5/26 周日6.1.3 刀具角度刀具刀具标注角度坐注角度坐标系系(正交平面坐(正交平面坐标系)系)1)基面Pr:通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。主切削刃主后刀面前刀面副切削刃正交平面PoA切削平面 Ps基面 Pr图1-18 车刀正交平面坐标系2)切削平面Ps:通
5、过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3)正交平面Po:通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。72024/5/26 周日7.1)前角o 正交平面内,前刀面与基面的正交平面内,前刀面与基面的夹角。角。通通过选定定点点的的基基面面位位于于刀刀头实体体之之外外时o o定定为正正值;位位于于刀刀头实体体之之内内时o o定定为负值。ArA 向f图1-20 车刀的主要角度0000rrs刀具刀具标注角度注角度1.3 刀具角度2)后角o 正正交交平平面面内内,主主后后刀刀面面与与切切削削平面的平面的夹角。角。82024/5/26 周日8.刀具刀具标注角度注角度1.3 刀具角度3)
6、主偏角r 在在基基面面内内,主主切切削削刃刃在在基基面面上上投投影与假定影与假定进给方向的方向的夹角。角。ArA 向f图1-20 车刀的主要角度0000rrs4)副偏角r 在在基基面面内内,副副切切削削刃刃在在基基面面上上的的投影与假定投影与假定进给反方向的反方向的夹角。角。5)刃倾角s切切削削平平面面内内测量量,是是主主切切削削刃刃与与基基面面的的夹角角。当当刀刀尖是切削刃最高点尖是切削刃最高点时,s定定为正正值;反之位;反之位负。92024/5/26 周日9.刀具刀具标注角度注角度1.3 刀具角度a)b)c)图1-20-0 刃倾角对排屑方向的影响102024/5/26 周日10.刀具刀具标
7、注角度注角度1.3 刀具角度在正交平面参考在正交平面参考系中的系中的标注角度注角度(1)主偏角)主偏角r(2)刃)刃倾角角s(3)前角)前角o(4)后角)后角o(5)副偏角)副偏角r(6)副后角)副后角o112024/5/26 周日11.刀具刀具标注角度坐注角度坐标系系(法平面坐(法平面坐标系)系)1.3 刀具角度法平面Pn:通通过切削刃切削刃 上上选定点,定点,垂直于切削刃的平面垂直于切削刃的平面。Pr-Ps-Pn组成法平面参考系成法平面参考系 假定工作平面Pf:通通过切削刃上切削刃上选定点,定点,平行于平行于进给运运动方向并垂直于基面方向并垂直于基面PrPr的平的平面。面。背平面Pp:通通
8、过切削刃上切削刃上选定点,同定点,同时垂垂直于直于PrPr和和PfPf的平面。的平面。Pr-Pf-Pp组成一个假定工作平面、成一个假定工作平面、背平面参考系背平面参考系 122024/5/26 周日12.1.4 切削层参数与切削方式由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。切削切削层参数参数切削切削层公称公称厚度(厚度(切削切削厚度)厚度)切削切削层公称公称宽度(度(切削切削宽度)度)切削切削层公称横截面面积 AD(切削面切削面积)AD hD bD f ap132024/5/26 周日13.切削方式切削方式1.4 切削层参数与切削方式直角切削(正切削)斜角切削(斜
9、切削)直角切削直角切削 没有副刃参加切削,且没有副刃参加切削,且s=0自由切削:只有直线形主刀刃参加切削工作非自由切削:曲线形主刀刃参加切削工作 或主副刀刃均参加切削工作142024/5/26 周日14.在切削在切削过程中,刀具切削部分与切屑、工件相程中,刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受着很大的互接触的表面上承受着很大的压力和力和强烈的摩烈的摩擦,刀具在高温高擦,刀具在高温高压以及冲以及冲击和振和振动下切削。下切削。因此刀具材料必因此刀具材料必须具具备以下要求以下要求1.5 刀具材料对刀具切削部分材料性能的要求1 1)高的硬度和耐磨性)高的硬度和耐磨性2 2)足)足够的的强度和度和
10、韧性性3 3)良好的耐)良好的耐热性性4 4)导热性和性和热膨膨胀系系数数5 5)良好的工)良好的工艺性和性和经济性性152024/5/26 周日15.高速高速钢硬硬质合金合金超硬材料:超硬材料:PCDPCD、PCBNPCBN、陶、陶瓷瓷涂涂层2024/5/26 周日16.第二章第二章 切削加工的基本切削加工的基本规律律2.1 2.1 金属切削的金属切削的变形形过程程2.2 2.2 切屑的种切屑的种类及卷屑断屑机理及卷屑断屑机理 2.3 2.3 前刀面上的摩擦与前刀面上的摩擦与积屑瘤屑瘤 2.4 2.4 影响切削影响切削变形的因素形的因素 2.5 2.5 切削力及其影响因素切削力及其影响因素2
11、.6 2.6 切削切削热与切削温度与切削温度2.7 2.7 刀具磨刀具磨损、破、破损与使用寿命与使用寿命 172024/5/26 周日17.第二章第二章 切削加工的基本切削加工的基本规律律2.8 2.8 切削用量的切削用量的选择2.9 2.9 刀具几何参数的刀具几何参数的选择 2.10 2.10 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 2.11 2.11 切削液切削液182024/5/26 周日18.2.1 金属切削的变形过程 金属切削金属切削过程就是工件的被切金属程就是工件的被切金属层在刀具前在刀具前刀面的推刀面的推挤下,沿着剪切面下,沿着剪切面(滑移面滑移面)产生生剪切剪切变形形并并转变
12、为切屑的切屑的过程。因而可以程。因而可以说,金属切削金属切削过程就是金属内部不断滑移程就是金属内部不断滑移变形的形的过程程。192024/5/26 周日19.2.1 金属切削的变形过程 第变形区:剪切变形区 金属剪切滑移,成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图2-4 切削部位三个变形区 第变形区:已加工面受到后刀面挤压与摩擦,产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。三个变形区分析 第变形区:靠近前刀面处,切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。202024/5/26 周日20.描述切削描述切削变形的三个物理量形的三
13、个物理量2.1 金属切削的变形过程 变形系数形系数 剪剪应变(相(相对滑移系数)滑移系数)剪切角剪切角关于剪切角:关于剪切角:(1)(1)剪切角剪切角与摩擦角与摩擦角有关。有关。当当增大增大时,角随之减小,角随之减小,变形增大。形增大。减小前刀面上的摩擦系数有利于切削。减小前刀面上的摩擦系数有利于切削。(2)(2)增大前角增大前角oo,剪切角,剪切角随之增大,随之增大,变形减小。形减小。可可见在在保保证切切削削刃刃强度度的的前前提提下下,增增大大前前角角对改改善善切切 削削过程是有利的。程是有利的。212024/5/26 周日21.2.2 切屑的种类及卷屑断屑机理 形成条件影响名称简图形态变形
14、带状,底面光滑而背面呈毛茸状节状,底面光滑有裂纹,背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料,切削速度较高,进给量较小,刀具前角较大加工塑性材料,切削速度较低,进给量较大,刀具前角较小工件材料硬度较高,韧性较低,切削速度较低加工硬脆材料,刀具前角较小切削过程平稳,表面粗糙度小,妨碍切削工作,应设法断屑切削过程欠平稳,表面粗糙度欠佳切削力波动较大,切削过程不平稳,表面粗糙度不佳切削力波动大,有冲击,表面粗糙度恶劣,易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑222024/5/26 周日22.2.3 前刀面上的摩
15、擦与积屑瘤 在高温高压作用下,切屑底层与前刀面发生粘接,切屑与前刀面之间既有外摩擦,也有内摩擦。特点前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦不服从古典摩擦法不服从古典摩擦法则。积屑瘤 积屑瘤是堆屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃在前刀面上近切削刃处的的一个楔一个楔块 可替代切削刃参加切削可替代切削刃参加切削积屑瘤成因 一定温度、一定温度、压力作用下,切屑底力作用下,切屑底层与前刀面与前刀面发生粘接生粘接 粘接金属粘接金属严重塑性重塑性变形,形,产生加工硬化生加工硬化232024/5/26 周日23.形成形成积屑瘤的条件:主要取决于切削温度屑瘤的条件:主要取决于切削温度积屑瘤屑瘤对切削切削过程的影响程的影响:1)
16、保)保护刀具刀具2)增大前角)增大前角3)增大切削厚度切削厚度4)增大已加工表面的粗糙度已加工表面的粗糙度5)加速刀具磨刀具磨损2.3 前刀面上的摩擦与积屑瘤 242024/5/26 周日24.对积屑瘤的控制屑瘤的控制:积屑瘤有利有弊屑瘤有利有弊 粗加工粗加工 代替刀具切削,保代替刀具切削,保护刀具,减小切削刀具,减小切削变形。形。精加工精加工 不希望出不希望出现积屑瘤。屑瘤。控制控制积屑瘤的形成:屑瘤的形成:控制控制切削温度切削温度 实质上就是要控制刀上就是要控制刀-屑界面屑界面处的摩擦系数的摩擦系数 改改变切削速度是控制切削速度是控制积屑瘤生屑瘤生长的最有效措的最有效措 加注切削液和增大前
17、角都可以抑制加注切削液和增大前角都可以抑制积屑瘤的形成。屑瘤的形成。2.3 前刀面上的摩擦与积屑瘤 252024/5/26 周日25.2.4 影响切削变形的因素 工件材料工件材料强度硬度越大,。越小度硬度越大,。越小 刀具前角刀具前角前角增大,前角增大,变形系数减小形系数减小 切削速度切削速度 进给量量进给量增大,。减小量增大,。减小262024/5/26 周日26.2.5 切削力rFcFFpFf pFfFf pFf pfvc图2-32-0 切削力的分解切削力来源 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力F 切削合力Fc主切削力主切削力Fp背向力背向力Ff进给力力切削力分解2
18、72024/5/26 周日27.2.5 切削力 工件材料工件材料 切削用量切削用量 刀具几何参数:前角、主偏角、刃刀具几何参数:前角、主偏角、刃倾角、角、刀尖刀尖圆弧半径、弧半径、负倒棱倒棱 刀具磨刀具磨损 切削液切削液 刀具材料刀具材料影响切削力的因素282024/5/26 周日28.2.6 切削热与切削温度切削热来源 切削过程变形和摩擦所消耗功,绝大部分转变为切削热切削热由切屑、工件、刀具和周围介质(切削液、空气)等传散出去工件切屑刀具图2-41 切削热的来源与传出切削热传出 主要来源 QA=QD+QFF+QFR式中,QD,QFF,QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量2
19、92024/5/26 周日29.2.6 切削热与切削温度切削温度分布 切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处温度最高。切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处温度最高。750刀具图2-42 二维切削中的温度分布 工件材料:低碳易切钢;刀具:o=30,o=7;切削用量:ap=0.6mm,vc=0.38m/s;切削条件:干切削,预热611C切削温度切削温度 一般指前一般指前刀面与切屑接触区内的刀面与切屑接触区内的平均温度平均温度302024/5/26 周日30.2.6 切削热与切削温度影响切削温度的因素 切削用量切削用量 刀具几何参数:前角、主偏角、刀具几何参数:前角、主偏角、负倒棱倒棱 工件材料工件材料 刀具磨刀
20、具磨损 切削液切削液312024/5/26 周日31.2.7 刀具磨损、破损和耐用度刀具寿命(耐用度)概念 刀具从切削开始至磨刀具从切削开始至磨钝标准的切削准的切削时间,用,用T T 表示。表示。刀具刀具总寿命寿命 一把新刀从投入切削开始至一把新刀从投入切削开始至报废为止的止的总切削切削时间,其,其间包括多次重磨。包括多次重磨。最大生最大生产率寿命率寿命刀具寿命(耐用度)的选择 最大利最大利润寿命寿命 经济寿命寿命当当销售价售价生生产成本成本时,有如下关系:,有如下关系:Tc Tpr Tp 通常根据通常根据优化指化指标来来选择刀具使用寿命刀具使用寿命322024/5/26 周日32.切削用量切
21、削用量 刀具几何参数:前角、主偏角、刀具几何参数:前角、主偏角、负倒棱倒棱 工件材料工件材料 刀具磨刀具磨损影响切削温度的因素2024/5/26 周日33.2.7 刀具磨损、破损和耐用度刀具破刀具破损的防止的防止(1)合理)合理选择刀具材料的种刀具材料的种类和牌号和牌号(2)合理选择刀具几何参数刀具几何参数(3)保证焊接接和和刃刃磨磨质量量,避避免免因因焊接接和和刃刃磨磨带来的各种弊病。来的各种弊病。(4)合理选择切切削削用用量量,避避免免过大大的的切切削削力力和和过高的切削温度。高的切削温度。(5)保证工工艺系系统较好的好的刚性,减小振性,减小振动。(6)尽量使刀具不承受或少承受突使刀具不承
22、受或少承受突变性性载荷。荷。342024/5/26 周日34.2.8 切削用量的选择在刀具耐用度一定的情况下,为提高生产率,选择切削用量的基本原切削用量的基本原则是:首先应选取尽可能大的背吃刀量尽可能大的背吃刀量;其次要在机床动力和刚度允许的条件下,同时又满足已加工表面粗糙度要求的情况下,选取尽可能大的进给量;最后根据公式vc=Cv/Tmapm/pfm/n确定最佳切削速度。352024/5/26 周日35.2.8 切削用量的选择1.确定背吃刀量 ap尽可能一次切除全部余量,余量过大时可分 2 次走刀,第一次走刀的切削深度取单边余量的 2/33/4。2.确定进给量 f 粗切时根据工艺系统强度和刚
23、度条件确定(计算或查表)精切时根据加工表面粗糙度要求确定(计算或查表)3.确定切削速度 vc根据规定的刀具耐用度确定切削速度 vc(计算或查表)4.校验机床功率(仅对粗加工)选择切削用量的切削用量的传统方法方法 362024/5/26 周日36.2.9 切削用量的选择37前角前角对切削切削过程的影响程的影响增大前角可以减小切削增大前角可以减小切削变形和切削力,减小切削形和切削力,减小切削热的的产生,降低切削温度,但同生,降低切削温度,但同时刀刀头导热面面积和容和容热体体积减小,切削温度反而升高。减小,切削温度反而升高。合理前角合理前角对于不同的刀具材料,各有其于不同的刀具材料,各有其对应刀具耐
24、用度最大的前角,称刀具耐用度最大的前角,称为合理前角合理前角 工件材料不同,刀具的合理前角也不同。工件材料不同,刀具的合理前角也不同。如何合理如何合理选取前角取前角(1)工件材料的)工件材料的强度、硬度低,可以取度、硬度低,可以取较大的前角;反之,取小的前角。大的前角;反之,取小的前角。(2)加工塑性材料,尤其是冷硬加工塑性材料,尤其是冷硬严重的材料重的材料时,应取大的前角。加工脆性材料,取大的前角。加工脆性材料,可取可取软小的前角。小的前角。(3)粗加工、断)粗加工、断续切削或工件有硬皮切削或工件有硬皮时,为了保了保证刀具有足刀具有足够强度,度,应取小的取小的前角。前角。(4)对于成形刀具和
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