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1、第五篇 金属切削加工,金属切削加工的基本知识常用加工方法机械加工工艺过程先进制造技术,第一节 切削加工基本理论,是指用切削刀具从坯料或工件上切除多余材料，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量之零件的加工方法,金属切削加工：,第一章 金属切削加工的基本知识,金属切削加工的实质,坯料或工件,零件,外力,变形并断裂,切削加工,机加工：工人操纵机床进行切削加工,钳工：工人用手持工具对工件进行切削加工,一、机床的分类及型号,金属切削机床,一、机床分类及型号,1.金属切削机床的分类,按加工方式分：12大类,按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度按自动化程
2、度：手动、机动、半自动、自动机床按机床质量分：仪表机床、中型、大型、重型机床,2.金属切削机床型号的编制,按GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法规定（一）通用机床型号,1.机床的类别代号,例：C A 6 1 4 0机床类别代号（车床类）机床特性代号（结构特性）机床组别代号（落地及卧式车床组）机床系别代号（卧式车床系）机床主参数代号（最大车削直径400mm）,2.机床的特性代号（1）通用特性代号,（2）结构特性代号 区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语 拼音区分。通用特性代号已用的字母及字母“I”、“O”不能用。例：CA6140型普通车床,3.机床的组别和系别代号 每类机床
3、分10组（从09组），每组又分10系（从09型）,4.主要参数代号 代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，常用 主参数的折算值（1/10或1/100或1/1）来表示。,5.机床重大改进序号 用字母“A、B、C”表示，附机床型号末尾，以示区别。,（二）专用机床型号 型号表示方法：,（三）组合机床及自动线型号,例：B13 100 北京第一机床厂 第三组 第100种专用机床（专用铣床）,组合机床及自动线分类代号,二、切削运动和切削要素,1.金属切削加工概述,(1)切削加工的分类 金属切削加工方式很多，一般可分为车削加工、铣削加工、钻削加工、镗削加工、刨削加工、磨削加工、齿轮加工及钳工等。,(
4、2)切削加工的特点及应用 切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适应性好，凡是要求具有一定几何尺寸精度和表面粗糙度的零件，通常都采用切削加工方法来制造。,（3）零件种类,轴类零件：传动轴、齿轮轴、螺栓,盘类零件：齿轮、端盖、挡环,支架箱体类零件：减速器机体、机盖,机械零件的形状很多，它们的表面都是由圆柱面、圆锥面、平面和各种成形面组成。各种形状的表面是以直线（或曲线）为母线，以曲线（或直线）为运动轨迹所形成的面（见下图）。,圆柱面,圆锥面,平面,成形面1,成形面2,（4）零件表面,2.机床的切削运动,在机床加工零件表面的过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作用，切削运
5、动分为两类：主运动 切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。进给运动 使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。由于金属切削加工方式的不同，这两种运动的表现形式也不相同。,几点说明：1）主运动通常只有一个，进给运动可以是多个；2）主运动和进给运动可有刀具单独实现，但工件单独实现很困难；3）切削运动一般都是简单的运动；4）主运动和进给运动可同时也可交替进行；5）一般主运动速度比较高，大部分切削功率消耗于主运动。,3.切削要素,切削要素是指切削用量和切削层参数,切削用量,切削层参数,切削速度,进给量,切削深度,切削宽度,切削厚度,切削面积,待加工
6、表面需要切去金属的表面。已加工表面切削后得到的表面。过渡表面正在被切削的表面。过渡表面亦称为切削表面或加工表面。,1）切削速度 切削速度指主运动的线速度，以v表示，单位为m/s。当主运动为旋转运动时，其切削速度可按下式计算：式中：D被切削件（或刀具）的直径，mm；n被切削件（或刀具）的转速，r/min。,2）进给量 进给量指工件（或刀具）每转一转时，刀具（或工件）沿进给方向移动的距离（也称走刀量），以f表示，单位为mm/r。如主运动为往复直线运动（如刨削、插削），则进给量的单位为mm/次。,3）背吃刀量 背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离（旧称切削深度），以ap表示，单位为mm。
7、在车床上车外圆时，背吃刀量计算公式为：式中：D工件待加工表面的直径，mm；n工件已加工表面的直径，mm。,第二节 金属切削刀具,刀具的各组成部分统称为刀具的要素。刀具的种类很多，但以单个刀齿都可看作是由外圆车刀的切削部分演变而来的。,1.刀具的结构,车刀的组成：,切削部分,夹持部分,1）刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,1）刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,1）刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,1）刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,1）刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,1）刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,2.
8、车刀形式,整体式、焊接式、机夹式,3.刀具的材料,刀具的材料性能的优劣直接影响加工表面质量、切削效率、刀具寿命等基本要素，因此正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。,（1）较高硬度，常温下60HRC以上（2）足够的强度和韧性（3）良好的耐磨性（4）良好耐热性（5）良好工艺性,1）对刀具材料的要求,铣刀、齿轮刀具,铰刀、拉刀,手工工具,用途,小,小,大,热处理变形,0.51.08（1）,20%碳素工具钢（0.50.6）,0.13（0.20.4）,许用切削速度 m/s（速比）,600,300400,200250,耐热性 OC,HRC6265,HRC6165,HRC6165,硬度,W18C
9、r4V,CrWMn、9SiCr,T10、T10AT12,例,高速钢,合金工具钢,碳素工具钢,2、常用刀具材料的性能及用途,碳素钢刀具,高速钢刀具,硬质合金刀块,第三节 切削过程,弹性变形,塑性变形,挤裂,切离,切屑,一、切屑的形成,屑的形成过程，其实质是一种挤压过程。,二、切屑的种类,1）带状切屑 外形连绵不断，与前刀面接触的面很光滑，背面呈毛茸状。用较大前角、较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料时，容易得到带状切屑。,2）节状切屑 切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹。采用较低的切削速度和较大的进给量切削中等硬度的钢件时，容易得到节状切屑。,3）崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料时，切削层产生
10、弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块状屑片，称为崩碎切屑。,3）崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料时，切削层产生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块状屑片，称为崩碎切屑。,切屑形状随着切削条件不同而变化。例如，加大前角、提高切削速度或减小进给量可将节状切屑变成带状切屑。因此，生产上常根据具体情况采取不同措施得到所需的切屑，以保证切削顺利进行。,三、积屑瘤,积屑瘤形成动画,切削塑性材料时，由于切屑底面与前刀面的挤压和剧烈摩擦，使切屑底层的流动速度低于上层的流动速度，形成滞流层。当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑本身分子间结合力时，滞流层的部分新鲜金属就
11、会粘附在刀刃附近，形成楔形的积屑瘤,1）积屑瘤影响：保护刀具，提高刀具的寿命；加工表面质量下降,2）控制积屑瘤措施：控制高或低的切削速度；减小进给量、背吃刀量；使用高效切削液研磨刀具前面；增大刀具前角；加工前对工件采取适当热处理,四、切削力,变形摩擦,切削力的分解 三个分力：切削力 Fc 进给力Ff 背向力Fp 总切削力：F,背向力对加工的影响,在切削过程中，切削力能使工件、机床、刀具与夹具变形，影响加工精度。为提高加工精度，应减小切削力，增大工艺系统刚度。,1）刀具前角增大、刃口锋利，可使切削力减小；,2）减小切削用量，可使切削力减小；,3）增大工件的刚度，可提高表面精度。,4.5 切削热、
12、切削温度,在切削过程中所消耗的功，绝大部分转变为热，即切削热。切削热的主要来源是被切削层金属的变形、切屑与前刀面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦。切削热的产生和传散，影响切削区域的温度。切削区域的平均温度称为切削温度。,（1）产生及传散,加快刀具的磨损，缩短刀具的寿命；使加工表面质量下降,（2）对加工的影响,1）前角增大会使切削温度降低，主偏角减小也使切削温度降低；2）优先采用大的背吃刀量和进给量，再确定合理的切削速度。3）使用切削液。,（3）减小措施,五、刀具磨损及耐用度,在切削过程中，刀具在高压、高温和强烈摩擦条件下工作，切削刃必然会由锋利逐渐变钝以至失去正常切削能力。,（a）后刀面磨损（b）后刀面磨损（c）前后刀面同时磨损,刀具两次刃磨之间实际切削的时间，称为刀具的耐用度,刀具磨损到一定程度时就不应该再使用，而应该进行刃磨。在实际生产中，不可能经常测量刀具的磨损程度，而是规定刀具的使用时间。,
