工程训练制造技术基础-第二章金属切削过程.ppt

第二章 金属切削过程及其控制,本章学习要点： 1.了解并掌握金属切削过程以及在这个过程中存在的各种物理现象和影响这些现象的因素和影响规律； 2.掌握如何控制金属切削过程，从而高质量、高效率、低成本的获得所需的加工表面2,按照工件在加工过程中质量的变化（ ），可将加工方法分为:,零件的成形方法,零件成形方法分类：,材料成形加工 材料累积加工 材料去除加工,第二章 金属切削过程,3,材料成形加工法——△m=0的制造过程在较高温度（或压力）下，使材料在模具中成形的方法，进入工艺过程物料初始重量近似等于加工后最终重量如铸造、锻造及模具成形、粉末冶金、注塑成形等工艺主要特点是生产效率较高，一般常用于制造毛坯，也可用于制造形状复杂但精度和表面粗糙度要求较低的零件精密铸造、精密锻造、挤压及粉末冶金等材料成形加工可用来直接制造精度要求较高（IT7）的零件4,材料累积加工法——△m>0的制造过程利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形 如电镀、化学镀等原子沉积加工，热喷涂、静电喷涂等微粒沉积加工等，快速原型制造技术（RPM），是材料累积法的新发展3D打印技术其实是比较通俗的说法，学术上对这一技术的称呼为：激光堆积型技术或激光快速成型技术。

快速制造出来的原型可作为设计评估、投标或展示的样件其特点是可以成形任意复杂形状的零件，而无需刀、夹具等生产准备活动5,材料去除加工法——△m<0的制造过程通过在被加工对象上去除一部分材料、减少一部分重量后才制成一合格零件的按材料去除方式不同分为切削加工和特种加工两种加工方法如切削与磨削，电火花加工、电解加工等特种加工等与其它方法相比，其材料利用率较低，但由于该方法的加工精度相对较高、表面质量相对较好，并且有很强的加工适应性6,第二章 金属切削过程,第二节 金属切削过程中的变形,第四节 切削力,第五节 切削热和切削温度,第六节 刀具磨损,第三节 切屑的类型及控制,第一节 金属切削刀具基础,第七节 刀具几何参数和切削用量的选择,7,第一节 金属切削刀具基础,本节学习要点： 刀具结构——介绍金属切削过程方面的一些基本概念，包括 等 刀具角度——介绍刀具角度标注参考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具标注角度的定义、刀具工作角度对加工的影响等 刀具种类——介绍常用刀具及其特点切削运动、切削要素、切削层参数,8,切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余材料的方法。

一、 切削加工的基本概念——切削运动与切削要素,机械加工：在机床上用各种刀具去除工件材料，主要包括车、铣、钻、镗、拉、磨、刨以及精密和特种加工等方法钳工：在工作台上用手持工具对工件进行加工，包括錾削、锯、锉、刮、铰孔、攻丝等，机械维修和装配通常属于钳工范围；,9,（一）切削运动与切削中的工作表面,一、 切削加工的基本概念——切削运动与切削要素,切削运动：把刀具和工件之间的这种相对运动称为切削运动 切削加工时，通过刀具与工件之间的相互作用和相对运动，切除多余金属,形成零件的实际表面图2-1 零件表面的形成原理 1-母线 2-导线,10,机床的基本运动有直线运动和回转运动 按工件与刀具相对运动所起作用来分，可分为主运动和进给运动主运动：切下金属所必须的最主要的运动速度最高，消耗机床功率最多；切削加工时主运动只有一个 进给运动：使新的金属不断投入切削的运动速度较低，消耗功率较少；进给运动可能有一个、两个或多个切削运动,分析主运动,11,三种表面变化：,待加工表面：即将被切去金属层的表面过渡表面（加工表面）：主切削刃正在切削着的表面已加工表面：已经切去材料形成的新表面切削中的工作表面,图2-1 切削运动与切削表面,速度：,,切削速度——主运动速度 进给速度——进给运动速度,12,切削要素是描述切削过程常用的几个参数。

切削运动参数,,切削要素,切削用量三要素,切削层几何参数,,切削速度 进给量 背吃刀量,,,在与主运动方向相垂直的平面内度量的切削层截面尺寸,切削厚度 切削宽度 切削面积,,一、 切削加工的基本概念——切削运动与切削要素,13,（二）切削用量三要素,,,切削速度v ：单位时间内工件和刀具沿主运动方向的相对位移主运动为直线运动（如拉、插、刨等），切削速度为直线运动的平均速度：（m/s）L—往复直线运动的行程长度（mm）； nr—主运动每分钟往复的次数（次/min）主运动为旋转运动： （m/s）,14,进给量f：工件或刀具（或往复一次），两者在进给运动方向的相对位移切削用量三要素,车削时，进给量指工件转一圈，车刀在进给运动方向移动的距离，单位是mm/r；铣削时，每转进给量是指铣刀每转一圈，工件在进给运动方向上移动的距离15,车外圆时式中：d、dw—为工件待加工表面和已加工表面的直径（mm）背吃刀量ap：指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离钻孔时，背吃刀量为钻头直径的一半切削用量三要素,,,,钻孔时，背吃刀量为多少？,16,切削层：切削刃在一次走刀中从工件上切下一层材料。

三）切削层几何参数,切削层参数：切削层截面尺寸参数包括 切削厚度、切削宽度、切削面积17,切削厚度ac ：垂直于过渡表面方向所测得的切削层尺寸hD),ac =fsinkr （mm） aw =ap/sinkr（mm）kr—车刀的主偏角（主切削刃与进给运动方向的夹角）三）切削层几何参数,切削宽度aw ：沿过渡表面测得的切削层尺寸bD),18,切削面积Ac ：切削面积就是切削层工称横截面积Ac = ac·aw ＝f·ap,切削速度一定时，切削面积代表了切削加工的生产率切削层几何参数,切削厚度代表了切削刃工作负荷的大小切削宽度等于切削刃的工作长度分析：,19,以车刀为基础二、刀具角度,(一）车刀的组成,车刀,,刀头,刀体,在机床刀架上装夹车刀,,,切削部分,,20,车刀切削部分,（一 ） 车刀的组成,,前刀面 主后刀面 副后刀面,主切削刃 副切削刃,刀尖,六个基本结构要素,21,三个表面 前刀面：切屑流走所经过的刀面，即与切屑相接触的刀面一 ） 车刀的组成,主后刀面：与过渡表面（加工表面）相对的刀面副后刀面：与已加工表面相对的刀面22,两个刀刃 主切削刃：前刀面和主后刀面的交线承担主要切削工作。

副切削刃：前刀面与副后刀面的交线靠近刀尖处的副切削刃起微量切削作用大进给量切削时，副切削刃也起较大切削作用一个刀尖 刀尖：主、副切削刃的交点为提高刀尖强度，常把刀尖磨成很短的直线或圆弧一） 车刀的组成,23,副切削刃,刀具结构 (以车刀为例),,,六个基本结构要素,24,,,（二）刀具角度,刀具角度参考系建立的理想状态——“静止状态”：车削时只有主运动；刀杆安装成与工件中心线垂直；刀尖与工件中心线等高主剖面参考系,,基面 切削平面 正交平面,1.刀具角度参考系——刀具标注角度参考系,25,1.刀具角度参考系,基面：过主切削刃上选定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面基面平行于车刀底面，是制造、刃磨和测量车刀的基准面选定点一般指切削刃上与刀尖毗邻的点二）刀具角度,26,切削平面：通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于该点基面的平面 即与工件加工表面相切的平面切削平面垂直于基面1.刀具角度参考系,（二）刀具角度,27,正交平面（主剖面）:通过主切削刃上选定点，同时垂直与该点基面和切削平面的平面1.刀具角度参考系,（二）刀具角度,正交平面,切削平面,,基面,28,2.车刀标注角度的定义——,车刀有六个主要角度：前角γ0、后角α0、主偏角kr、副偏角krˊ、刃倾角λs，副后角α0ˊ。

车刀几何角度是刀具图样上标注的角度，也是制造、刃磨时控制的角度二）刀具角度,车刀几何角度的定义,在刀具标准角度参考系中测得的角度为刀具的标注角度29,前角表示前刀面相对基面的倾斜程度，影响主切削刃的锋利程度和刃口的强度前角γ0：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角2.车刀标注角度的定义,（二）刀具角度,30,刀具角度的正负,前角γ0的正负是相对基面而言的在正交平面（主剖面）中， 前刀面与基面平行时前角为零度； 前刀面在基面下方时，前角为正； 前刀面在基面上方时，前角为负前角γ0,2.车刀标注角度的定义,（二）刀具角度,31,后角α0：在正交平面内测量后刀面与切削平面之间的夹角后角表示后刀面相对于切削平面的倾斜程度，影响着后刀面与加工表面之间的摩擦、刃口的锋利程度和刃口强度等2.车刀标注角度的定义,32,主偏角kr：在基面内测量的主切削刃在基面的投影与进给运动方向的夹角主偏角表示主切削刃对进给方向的倾斜程度其大小影响着刀头的强度、单位长度刀刃上的负荷和受力情况2.车刀标注角度的定义,（二）刀具角度,33,副偏角 krˊ：在基面内测量，副切削刃与进给运动反方向之间的夹角副偏角影响着已加工表面粗糙度、刀头的受力情况和刀尖强度。

2.车刀标注角度的定义,34,刃倾角λs：在切削平面内测量，是主切削刃与基面之间的夹角刃倾角表示主切削刃对基面的倾斜程度它影响着切屑流向、刀头强度和刀头受力等2.车刀标注角度的定义,（二）刀具角度,35,刃倾角λs的正负由刀尖在主切削刃上的位置确定当切削刃与刀杆底面平行时刃倾角为零度；若刀尖处于切削刃的最高点，刃倾角为正；刀尖处于最低点时，刃倾角为负刀具角度的正负,刃倾角λs,2.车刀标注角度的定义,（二）刀具角度,36,a）λs=0° b）λs 0°,刃倾角对切屑流向的影响,刃倾角为正值时，切屑流向待加工表面；刃倾角为负值时，切屑流向已加工表面，有可能划伤已加工表面；刃倾角为零，切屑沿前刀面卷曲所以精加工应选用正的刃倾角，粗加工可以选负的刃倾角37,刃倾角对刀具受冲击点位置的影响,如果刀具有正刃倾角，刀尖部分的强度较差，不利于承受冲击载荷λs为正值时，刀尖首先接触工件，将受到冲击，容易打刀；λs为负值时，刀刃首先接触工件，保护刀尖，不容易打刀所以，车削断续表面或具有冲击载荷时，一般采用较大数值的负刃倾角λs=-5°～-15°，但此时最好选用正的前角，以平衡“锋利与强固”之间的矛盾。

38,副后角α0ˊ：在副剖面内测量（过副切削刃上选定点并垂直于副切削刃在基面上的投影的平面称为副剖面），是副后刀面与副切削平面之间的夹角该角表示副后刀面相对于副切削平面的倾斜程度2.车刀标注角度的定义,,40,其它典型车刀的角度,a）端面车刀 b）镗孔车刀 c）切断刀,41,3.刀具的工作角度,刀具的工作角度：以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度刀具标注角度,“静止状态”：车削时只有主运动；刀杆安装成与工件中心线垂直刀尖与工件中心线等高刀具工作角度,实际切削状态：进给运动存在；刀具的安装位置和“静止状态”不同二）刀具角度,42,,(1)刀具安装位置对工作角度的影响,刀尖和工件中心线等高时，基面与刀杆底面平行，切削平面与刀杆底面垂直刀尖高于工件中心时，基面和切削平面发生倾斜，前角增大，后角减小；刀尖低于工件中心时，前角减小，后角增大成形车削或车螺纹、车锥面时，刀尖和工件的中心线一定要精确等高，以保证加工表面的形状切槽和切断时，也必须精确等高，以保证切削加工顺利进行刀尖安装高低对工作角度的影响,43,刀杆中心安装的是否与工件轴线垂直对工作角度的影响,车刀的主、副偏角是在刀杆垂直于工件轴线方向的情况下测定的，如果刀杆安装偏斜，实际的主、副偏角的值将同时改变，并且主偏角的增加量（或减少量）等于副偏角的减小量（或增加量）。