金属切削加工基础.ppt

第一章金属切削加工基础,1.1刀具的几何形状及刀具材料一、刀具的组成,第一章金属切削加工基础,1.1刀具的几何形状及刀具材料,刀具的组成,切削部分,夹持部分,,,一、刀具的组成,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,一、刀具的组成,刀具的组成,切削部分,夹持部分,,,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面,二、刀具的几何形状,刀具上切屑流过的表面与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形成主切削刃与已加工表面相对，同前刀面相交形成副切削刃,两个刀刃,切出过渡表面的切削刃前刀面与副后面相交形成的切削刃,主切削刃与副切削刃的连接处,1前刀面2主后刀面3副后刀面,1主切削刃2副切削刃,一个尖刀尖,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr②主切削平面ps③副切削平面ps’④正交平面po⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr②主切削平面ps③副切削平面ps’④正交平面po⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr②主切削平面ps③副切削平面ps’④正交平面po⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr②主切削平面ps③副切削平面ps′④正交平面po⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr②主切削平面ps③副切削平面ps’④正交平面po⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr通过主切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面②主切削平面ps通过主切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面③副切削平面ps’通过副切削刃选定点，与副切削刃相切并垂直于基面④正交平面po通过主切削刃选定点，同时垂直于基面和主切削平面⑤假定工作平面pf通过主切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr，②主切削平面ps，③副切削平面ps′，④正交平面po，⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr，②主切削平面ps，③副切削平面ps′，④正交平面po，⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,1.辅助平面,①基面pr，②主切削平面ps，③副切削平面ps′，④正交平面po，⑤假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,2.标注角度①在基面pr内标注的角度Ⅰ.主偏角kr主切削平面与假定工作平面间夹角，即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角（40⁰90⁰）。Ⅱ.副偏角kr′副切削平面与假定工作平面间夹角，即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,2.标注角度,主偏角kr、副偏角kr′越大，残留面积越大,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,2.标注角度,主偏角kr、越大，进给抗力越大，切深抗力越小,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,2.标注角度②在正交平面po标注的角度,Ⅰ.前角γo前刀面与基面间夹角（0⁰15⁰）。,Ⅱ.后角αo主后刀面与主切削平面间夹角（6⁰12⁰）,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,前角的作用,前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,后角的作用,减小主后刀面与加工表面的摩擦,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,2.标注角度,③在主切削平面ps标注的角度,刃倾角λs主切削刃与基面间夹角（-5⁰5⁰）。,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,刃倾角的作用,刃倾角对切屑排出方向的影响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,3.工作角度,①刀具装夹位置的影响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,3.工作角度,①刀具装夹位置的影响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,3.工作角度,①刀具装夹位置的影响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,3.工作角度,②进给运动的影响,三、刀具材料1、对刀具材料的要求,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,2、常用刀具材料的性能及用途,（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,三、刀具材料,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,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,W18Cr4V,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,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,碳素钢刀具,,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,高速钢刀具,,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章金属切削加工基础,,硬质合金刀块,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类1.金属切削过程,弹性变形,,塑性变形,挤裂,切离,切屑,,,,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类三个变形区,（1）第一变形区,（2）第二变形区,（3）第三变形区,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,带状切屑,粒状切屑,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,崩碎切屑,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,4崩碎切屑,1带状切屑,2节状切屑,3粒状切屑,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,,粗糙,较粗糙,较光洁,表面质量Ra,波动大、振动,波动更大,有波动,平稳波动小,切削力,弹性变形崩碎,,典型切削过程,,,脆性材料铸铁、黄铜,同,中等硬度中碳钢,塑性好,工件材料,,再大,较大,小,f、ap,,再减小,小,大,γo,,再降低,较低,高,Vc,崩碎切屑,粒状切屑,节状切屑,带状切屑,,,,,,,,,,,,,,,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力（1）切削力的产生,变形摩擦,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力（2）切削力的分解三个分力①切削力Fc②进给力Ff③背向力Fp总切削力F,,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力3背向力对加工的影响,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力解决背向力不利影响办法,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力解决背向力不利影响办法,,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,2.切削力的估算,（1）经验公式计算,例用γo15o、Kr75o的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆，计算公式为,N,N,可见对切削力的影响工件、刀具材料影响最大；背吃刀量影响进给量,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,2.切削力的估算,3.切削功率,（2）单位切削力估算,KW,Fc单位为N,vc单位未m/s,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,三、积屑瘤,1.积屑瘤的形成,2.对加工的影响,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,三、积屑瘤,3.影响积屑瘤的因素及控制方法,主要的影响因素,切削速度（切中碳钢）100m/min不形成,冷却润滑条件300500oC最易产生500oC趋于消失,降低塑性,低速或高速,选用切削液,控制措施,工件材料,塑性越大，越易产生,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,四、切削热,1.切削热的产生、传散及其对加工方法的影响,（1）产生及传散,（2）对加工的影响,产生三个变形区,传散工件刀具介质,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,四、切削热,2.切削温度、影响切削温度的因素,（1）切削温度θ刀具表面上与切屑和工件接触处的平均温度,（2）影响因素,例车削钢材时,θ---切削温度Cθ---常数,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,四、切削热,3.切削液,（1）种类,（2）作用,（3）使用方法,①冷却②润滑,①水基切削液②油基切削液,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,五、加工硬化与残余应力,1.加工硬化的产生及其影响加工硬化切削塑性材料时，由于刀具的挤压和摩擦作用，使得工件已加工表面的硬度比加工前有明显提高，塑性下降,2.残余应力的产生及其影响,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,1.磨损形式,（1）前刀面磨损（2）后刀面磨损（3）前后刀面同时磨损,通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,2.刀具磨损过程,（1）初期磨损阶段（2）正常磨损阶段（3）急剧磨损阶段,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,3.刀具耐用度,粗车VB0.41.2mm精车VB0.10.3mm,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,3.刀具耐用度,（1）刀具耐用度T、刀具寿命,（2）影响刀具耐用度的因素例硬质合金车削σb735MPa碳素结构钢,刀具耐用度刃磨锋利以后，自开始切削到磨钝为止，实际切削工作时间,刀具寿命新刀从第一次切削开始，经多次刃磨切削到不能再刃磨使用，实际切削工作时间总和,第一章金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,3.刀具耐用度,（2）影响刀具耐用度的因素例硬质合金车销σb735MPa碳素结构钢,切削用量对刀具耐用度的影响vcfap,CT---与工件材料和刀具材料有关的常数,第一章金属切削加工基础,1.3加工质量及生产率一、加工质量,,1.加工精度,尺寸精度,形状精度,位置精度,,2.表面质量,表面粗糙度,加工硬化,残余应力,加工质量,,第一章金属切削加工基础,1.3加工质量及生产率一、生产率及提高生产率的途径,1.生产率,生产率Ro,工时定额Tp,min,单位时间内生产合格零件的数量Ro,第一章金属切削加工基础,1.3加工质量及生产率一、生产率及提高生产率的途径,1.生产率,基本工艺时间的计算,第一章金属切削加工基础,1.3加工质量及生产率一、生产率及提高生产率的途径,2.提高生产率途径,在切削用量中vc、f、ap对生产率的影响是等效的,第一章金属切削加工基础,1.4切削加工用量的合理选择,切削用量对切削过程的影响,（1）对加工质量的影响,（2）对生产率的影响的影响,影响生产率,影响刀具耐用度,切削速度---积屑瘤,进给量---残留面积,被吃刀量---系统刚度,第一章金属切削加工基础,1.4切削加工用量的合理选择,选择顺序,尽可能大的背吃刀量ap,尽可能大的进给量f,切削速度vc,,,选择原则,在机床功率、系统刚度允许情况下尽可能大，最好一次走刀切去全部余量，如需多次走刀，第一次也要大些（80左右）,机床进给系统功率和刚度、刀具和工件所能承受的切削力的限制、表面粗糙度,考虑机床功率,主要考虑工件表面粗糙度,考虑刀具耐用度,积屑瘤,第一章金属切削加工基础,1.5工件材料的切削加工性,一、切削加工性的概念,二、衡量指标1vT一定刀具耐用度下的切削速度（例v60）2Kr相对加工性,三、改善切削加工性的途径,指某种材料被切削加工的难易程度,Krv60/v60jv60j----切削正火状态的45钢的v60,1热处理2调整化学成分,第一章金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,加工余量切削加工时需从毛坯上切除的那层材料。,加工总余量毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差。工序余量相邻两工序的尺寸之差。,工序一个工人或一组工人在一台机床或一个工作场地，对一个（或同时几个）工件进行连续加工所完成的那一部分工艺过程。可能经过几次安装。安装指工件经一次装夹后所完成的那部分工序,基准就是依据（1）设计基准（2）工艺基准,第一章金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,物体的六个自由度,第一章金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,一、六点定位原理,A面上三个点限制三个自由度,B面上两个点限制两个自由度,C面上一个点限制一个自由度,第一章金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,二、完全定位,为保证尺寸B、W、H、L，必须限定的自由度有,第一章金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,三、不完全定位,为保证尺寸B、W、H，必须限定的自由度有,第一章金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,三爪自定心卡盘定位限定的自由度,用较长的卡抓定位时可限定的自由度,用短长的卡抓定位,第一章金属切削加工基础,前后顶尖定位限定的自由度,第一章金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,前后顶尖定位限定的自由度,用短长的卡抓定位,超定位,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号二、车床主运动传动系统三、车床进给运动传动系统,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,空套连接,普通平键连接,导向平键连接,花键连接,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,常用传动副的传动关系,传动比i,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章金属切削加工基础,1.7卧式车床传动系统分析,常用传动副的传动关系,传动比i,常用传动副的传动关系,第一章金属切削加工基础,涡轮蜗杆传动,第一章金属切削加工基础,齿条移动速度,nv---与齿条啮合的齿轮的转速,r/min;m---齿条、齿轮模数，mm;z---齿轮齿数p---齿条齿距,mm。,mm/s,常用传动副的传动关系,第一章金属切削加工基础,螺母移动速度,nv---丝杠转速,r/min;p---单头螺杆螺距,mm。,mm/s,常用传动副的传动关系,丝杠螺母传动,机床常用变速机构,第一章金属切削加工基础,第一章金属切削加工基础,二、主运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,第一章金属切削加工基础,二、主运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,二、机床主运动传动系统,主运动传动路线表达式,,,1440,,33/22,,34/32,,176/200,,27/27,,0.98,,1980r/min,n主min,,1440,,19/34,,22/45,,176/200,,27/63,,17/58,,0.98,,43r/min,n主max,主轴转速的计算,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,,,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,换向结构,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,进给量的计算,螺母移动速度,nv---丝杠转速,r/min;p---单头螺杆螺距,mm。,mm/s,齿条移动速度,nv---与齿条啮合的齿轮的转速,r/min;m---齿条、齿轮模数，mm;z---齿轮齿数p---齿条齿距,mm。,mm/s,第一章金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7卧式车床传动系统分析,进给量的计算,（1）用丝杠进给的计算,（2）用齿轮尺条进给的计算,p---单头螺杆螺距,mm。,m---齿条、齿轮模数，mm;z---齿轮齿数p---齿条齿距,mm。,二、机床主运动传动系统,主运动传动路线表达式,,,电动机,,Ⅰ,,33/22,19/34,,Ⅱ,,,34/32,22/45,28/39,,Ⅲ,,Φ176/Φ200,,Ⅳ,,,M1右移,M1左移,27/27,27/63,,Ⅴ,,17/58,,主轴,Ⅵ,n,max,,1440r/min,1440,,33/22,,34/32,,176/200,,27/27,,0.98,,1980r/min,n,min,,1440,,19/34,,22/45,,176/200,,27/63,,17/58,,0.98,,43r/min,