机械工程基础教学课件作者第三版李铁成10章.ppt

第10章 金属切削加工与机械装配,10-1 切削运动与切削用量 10-2 刀具切削部分的几何角度和常用刀具材料 10-3 金属切削过程的基本规律 10-4 金属切削机床与表面加工方法 10-5 磨削加工 10-6 数控加工和特种加工 10-7 机床夹具 10-8 工艺过程和工艺文件 10-9 机械装配工艺基础 10-10 现代制造技术简介,,■金属切削加工（机械加工）,用切削工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的零件的加工方法10.1.1 切削时的运动 10.1.2 工件上的三个表面 10.1.3 切削用量三要素,10.1 切削运动与切削用量,1.切削运动,切削运动是指刀具和工件之间作相对运动它包括主运动和进给运动1）主运动 主运动一般由机床提供的主要运动 它是完成切削的基本运动 其特点是在切削过程中速度最高，消耗动力最大 其运动方式可以是旋转运动，也可以是往复直线运动10.1.1 切削时的运动,2）进给运动,进给运动是由机床或人力提供的运动 它是使切削运动可以连续进行的附加运动 相对主运动，速度较低，消耗动力较少 其运动方式可以是旋转运动，也可以是往复直线运动。

待加工表面,加工表面,已加工表面,1）待加工表面1 2）已加工表面3 3）过渡表面（加工表面）2,10.1.2 工件上的三个表面,10.1.3 切削用量三要素,1）切削速度（vc） 切削速度是切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，计量单位为m/s当主运动为旋转运动时，,dw——切削刃选定点的回转直径，单位为mm n——工件或刀具的转速，单位为r/min,切削速度、进给量和背吃刀量2） 进给量（f）,进给量（f）是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量当主运动为旋转运动时，进给量的单位是mm/r（称为每转进给量），即工件（或刀具）每转一周，刀具（或工件）沿进给运动方向移动的距离当主运动为往复直线运动时，进给量的单位是mm/str（毫米/行程）3） 背吃刀量（aP）,背吃刀量（ap）：工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离称为背吃刀量，用符号“aP”表示，单位为mmdw –未加工表面的直径 dm –已加工表面的直径,车削外圆时：,10.2.1 车刀的组成 10.2.2 刀具角度的参考坐标系 10.2.3 车刀的主要几何角度 10.2.4 对刀具切削部分材料的基本要求 10.2.5 常用刀具材料,10.2 刀具切削部分的几何 角度与常用刀具材料,由工作部分（刀头）和夹持部分（刀杆）组成。

工作部分参与切削工作，要求好的力学性能和几何参数 夹持部分将刀具装夹在机床上，必须保证刀具的正确位置，并传递运动和动力10.2.1 车刀的组成,决定刀具切削性能优劣的两个主要因素是：刀具材料和刀具几何结构,车刀结构特点：三面二刃一尖,（1）前刀面Aγ—切屑流过的表面 （2）主后刀面Aα—与工件过渡表面相对的刀面 （3）副后刀面A`α —与工件已加工面相对的刀面 （4）主切削刃S—前刀面与主后刀面的交线，它完成主要切削工作 （5）副切削刃S`—前刀面与副后刀面的交线，它配合主刀刃最终形成已加工表面 （6）刀尖（过渡刃）—主刀刃与副刀刃的交点,,,,,,,车刀的组成,刀尖的形状,10.2.2.刀具角度的参考坐标系,正交剖面系：通过切削刃选定点 基面Pr—与主运动假定方向（切削方向）相垂直的平面 切削平面Ps—与刀刃相切且垂直于基面的平面 正交平面（主剖面）Po —同时垂直于基面与切削平面的平面,参考系 定义刀具几何角度的参照平面系，用以确定刀面和刀刃的空间位置（制造、刃磨和测量 ）,刀具标注角度 画刀具图及磨刀时掌握的角度，是假定条件下的切削角度，以便于刀具的设计与制造,前角γо：前刀面与基面间的夹角,10.2.3.车刀的主要几何角度,前角取得大，刀具比较锐利，可减小切削阻力和功率消耗。

但前角过大，则使切削刃和刀头强度下降，刀具磨损加剧和寿命降低前角的选取主要取决于刀具材料和工件材料一般来说，强度、硬度高的工件材料，前角取较小值；反之取较大值后角αо ：后刀面与切削平面间的夹角,10.2.3.车刀的主要几何角度,后角的作用为减小后面与工件之间的摩擦，它必须取正值后角越大，摩擦越小，而且切削刃更为锋利但是，后角过大，也会产生与前角过大同样的后果 楔角 是前刀面与主后刀面之间的夹角,后角的选取主要取决于加工性质和工件材料,,主偏角кr ：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角10.2.3.车刀的主要几何角度,影响加工表面粗糙度，主切削刃在切向、径向和轴向之间的受力分配以及刀头的强度和散热状况 粗加工时主偏角取较大值，精加工时取较小值,基面中测量的角度有主偏角、副偏角和刀尖角，应用最多的为主偏角,,刃倾角λS ：主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量10.2.3.车刀的主要几何角度,作用是控制切屑流出的方向和影响刀尖的强度在切削平面内测量的角度为刃倾角,,刃倾角λS,10.2.3.车刀的主要几何角度,采用负的刃倾角（尤其是在断续切削和在冲击力较大的条件切削时），可以保护刀尖，提高刀头强度。

刀具切削时的工作条件：高温、高压、摩擦和冲击 要求：,10.2.4.刀具材料基本要求,碳素工具钢：低速、简单的钳工手用工具 合金工具钢：低速、复杂的刀具：绞刀、拉刀 高速钢：较复杂的刀具：车刀、刨刀、铣刀、钻头、齿轮刀具 硬质合金：生产中常将硬质合金刀片用焊接或机械夹固的方法固定在刀体上使用 陶瓷：用于精加工、半精加工或加工高硬度、高强度钢、冷硬铸铁 立方氮化硼：用于加工淬硬钢和冷硬铸铁 金刚石：不适应加工钢铁材料（因金刚石与铁有很强的化学亲合力，高温下易与C原子作用转化为石墨结构，刀具极易损坏）,10.2.5.常用刀具材料,10.3.1 切屑的形成过程和种类 10.3.2 切削力 10.3.3 切削热与切削温度 10.3.4 提高加工质量和生产率的途径,10.3 金属切削过程的基本规律,10.3.1 切屑的形成过程和种类,金属切削过程：是工件上多余的金属材料不断地被刀具切下并转变为切屑，从而形成已加工表面的过程切削层金属受到刀具前刀面的挤压，经弹性变形、塑性变形，然后当挤压应力达到强度极限时材料被挤裂 当以上过程连续进行时，被挤裂的金属脱离工件本体，沿前刀面经剧烈摩擦而离开刀具，从而形成切屑。

1.切屑的形成,2.切屑的种类,10.3.2. 切削力,来源：,含义：切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力,切削层在产生弹性变形、塑性变形时的变形抗力； 刀具与切屑之间及刀具与工件之间的摩擦力切削力Fc：总切削力在主运动方向上的正投影，在三个分力中一般它的值最大切向力,进给力Ff：总切削力在进给运动方向上的正投影轴向力或走刀力,背向力Fp：总切削力在垂直进给运动方向的分力，背向力不作功径向力或吃刀抗力,影响总切削力大小的主要因素是工件材料、切削用量和刀具角度,切削时由于被切材料层的变形、分离，及刀具与被切材料间的摩擦而产生的热量，称为切削热降低切削温度的措施,1）合理选用刀具角度 2）合理选用切削用量 3）使用冷却液10.3.3. 切削热与切削温度,切削热传播途径：切屑、工件、刀具和周围介质（如空气等）,切削过程中切削区域的温度称为切削温度，,影响切削温度主要因素 1）切削用量 2）工件材料 3）刀具角度,10.3.4 提高加工质量和生产率的途径,加工精度：经过加工的零件，其尺寸、形状以及相互位置等参数的实际值与其理想值的符合程度； 表面质量：零件经过加工后的表面粗糙度、表面层的加工硬化程度以及表面残余应力的性质和大小。

影响切削加工性的主要因素是工件材料的物理、力学性能，如强度、硬度、塑性、韧性、导热性等工件材料的化学成分、热处理状态和金相组织对切削加工性也有影响 通常采用热处理的方法改变工件材料的物理、力学性能和金相组织以改善切削加工性1. 改善工件材料的切削加工性,2.选择合理的刀具几何参数,(1)前角 保证刃口锐利，兼顾刃口强度强力切削时，为增强刀具的强度，则采用负的前角 (2)后角 在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，取小值 (3)主偏角 影响刀具的耐用度，径向分力的大小较小的主偏角适用于刚度好的工艺系统，以提高刀具的耐用度；而工艺系统刚性差时，必须采用较大的主偏角 (4)刃倾角 影响刀头的强度和切屑的流向当刃倾角为正时，刀头强度较低，切屑流向待加工表面；刃倾角为负时，刀头强度较高，切屑流向已加工表面一般取-10°～+5°,刃倾角为正时，刀头强度较低，切屑流向待加工表面； 刃倾角为负时，刀头强度较高，切屑流向已加工表面,,3.选择合理的切削用量,在切削用量三要素中．背吃刀量对切削力的影响最大，背吃刀量增加一倍，切削力增加一倍，而进给量增加一倍，切削力只增加70％～80％左右 粗加工时，为尽快切除加工余量，如果工艺系统的刚性好，应尽可能地选取较大的背吃刀量。

然后，根据加工条件选取尽可能大的进给量最后，按对刀具耐用度的要求，选取合适的切削速度 精加工的目的是保证加工精度为保证表面质量，硬质合金刀具一般采用较高的切削速度，高速钢刀具的耐热性差，多采用较低的切削速度切削速度确定后，从提高加工精度考虑，应选用较小的进给量和背吃刀量冷却：降低切削区的温度； 润滑：减少刀具与切屑和刀具与工件之间的摩擦系数； 清洗：冲走切削过程中产生的细小切屑或砂轮脱落下来的微粒,4.合理选用切削液,分类：,（1） 切削油 润滑性好，冷却作用小，主要用来提高工件的表面质量，适用于低速的精加工，如精车丝杠、螺纹等 （2）高浓度的乳化液 润滑作用强，适用于精加工 （3）水溶液和低浓度的乳化液 冷却与冲洗的作用较强，适用于粗加工及磨削主要作用,粗加工时应着重从冷却作用来选用切削液 精加工时应着重从润滑作用来选用切削液,注：,10.4.1 金属切削机床的分类与型号 10.4.2 车削加工 10.4.3 孔加工 10.4.4 铣削和刨削加工,10.4 金属切削机床与表面加工方法,10.4.1 金属切削机床的分类和型号,10.4.1 金属切削机床的分类和型号,(1) 类别代号机床型号的第一个字母。

按加工性质和所用刀具的不同，目前我国将机床分为12大类 (2) 通用特性代号排在机床类别代号后面，表示机床的某些特殊性能3) 组别和系别代号在类别和特性代号之后，第一位阿拉伯数字代表组别，第二位阿拉伯数字代表系别 (4) 主参数代号在组别和系别代号之后，用主参数的折算值表示折算值等于主参数乘以折算系数5) 机床重大改进序号当机床的性能及结构有重大改进时，按其设计改进的次序分别用大写英文字母“A”、“B”、“C”、“D”…表示，附在机床型号的末尾，以示区别1.卧式车床简介,床身及底座 主轴箱 挂轮箱 进给箱 溜板箱 刀架 尾座,,,,,,,10.4.2 车削加工,,带轮,变速箱,主轴箱,电动机,交换齿轮箱,进给箱,主轴,丝杠,光杠,床鞍,刀架,工件：旋转运动,互锁,,,,,,,,,,,,,,,,车刀： 纵向移动,,,,,车床的传动统系统,2.车削加工内容及工艺设备,车削加工范围广泛，车床上能加工出各种内、外回转表面车外圆,刀具的运动方向与工件平行，加工出的工件表面为圆柱形 用此方法加工轴销和盘套类零件在车床上可进行钻孔、扩孔、铰孔、车孔； 钻孔、扩孔、铰孔时，刀具装在尾坐上，工件作主运动，刀具用手动进给； 车孔时，车孔刀装在小刀架上作纵向进给。

车孔,（1）易于保证各加工表面的位置精度 （2）生产率较高 （3）生产成本低,车削加工可分为粗车、精车、半精车 粗车以高速切削为目的，不要求精度故在加工中采用较大吃刀量和进给量 精车以获得尺寸精度、形状精度。