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第9章金属切削加工的基础知识一、设计目的了解最基本的金属切削加工方法，了解切削的基本概念、金属切削性能，全面掌握金属切削加工艺知识。二、设计条件给出减速器轴类零件图及其性能要求，进行轴类零件工艺的制定及其制造过程设计。三、设计内容及要求（1）根据减速器轴类零件图及性能要求，分析零件，确定轴类零件工艺方法。（2）在掌握各金属切削方法中，进行典型轴类零件设计。（3）掌握一般轴类零件的机械加工工艺过程。9.1金属切削加工方法选定说明一、切削运动切削加工时,为了获得各种形状的零件,刀具与工件必须具有一定的相对运动,即切削运动，切削运动按其所起的作用可分为主运动和进给运动。二、工件表面切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它们分别是待加工表面，切削表面和已加工表面。9.2切削运动三、切削用量1．切削速度vc2．进给量f3．背吃刀量（切削深度）apdw－待加工表面直径dm－已加工表面直径)/min/(1000smmndvc或)/min/(smmmmfnvf或2mwpdda一、车刀的组成1.刀面（1）前刀面Aγ：刀具上切屑流过的表面。（2）后刀面Aα：与工件上切削表面相对的刀面。（3）副后刀面Aα'：与已加工表面相对的刀面。9.3金属切削刀具2.切削刃（1）主切削刃S：前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作；（2）副切削刃S'：前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。（3）刀尖是主、副切削刃相交的一点，实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀尖圆弧。二、刀具几何角度参考系1.刀具标注角度参考系2.正交平面参考系三、刀具标注角度定义1.在基面内测量的角度（1）主偏角r：主切削刃与进给运动方向之间的夹角。（2）副偏角r’：副切削刃与进给运动反方向之间的夹角。（3）刀尖角r：主切削平面与副切削平面间的夹角。刀尖角的大小会影响刀具切削部分的强度和传热性能。2.在主切削刃正交平面内测量的角度（1）前角o：前刀面与基面间的夹角。当前刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以外，前角为正。（2）后角o：后刀面与切削平面间的夹角。（3）楔角o：前刀面与后刀面间的夹角。楔角的大小将影响切削部分截面的大小，决定着切削部分的强度，它与前角o和后角o的关系如下：3.在切削平面内（S向）测量的角度刃倾角s是主切削刃与基面间的夹角。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处于最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零，4.在副切削刃正交平面内（O´-O´）测量的角度副后角o是副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。四、切削层参数切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。1.切削层公称厚度hD简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。hD＝fsinκr2.切削层公称宽度bD简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。bD＝aP/sinκr3.切削层公称横截面积ADAD＝hD.bD＝f.aP五、刀具材料在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受了很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此要求刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：1.高硬度2.耐磨性3.强度和韧性4.耐热性5.工艺性刀具材料种类很多，常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。金属切削过程是指工件上一层多余的金属被刀具切除的过程和已加工表面的形成的过程。一、切屑的形成过程工件上的被切削层在刀具的挤压作用下，沿切削刃附近的金属首先产生弹性变形，接着由剪应力引起的应力达到金属材料的屈服极限以后，切削层金属便沿倾斜的剪切面变形区示意图滑移，产生塑性变形，然后在沿前刀面流出去的过程中，受摩擦力作用再次发生滑移变形，最后形成切屑。9.4金属切削过程二、第Ⅰ变形区在一般的切削速度范围内，第一变形区的宽度大约为0.02~0.2mm，速度越高，宽度越小。由于工件材料和切削条件的不同，切屑过程中的变形情况也不同，因而产生的切屑形状也不同，从变形的观点来看，可将切屑的形状分为四种类型如图所示。1.切屑的类型带状切屑挤裂切屑粒状切屑崩碎切屑2.变形系数切削过程中，变形量的大小计算很复杂，所以在研究切削变形规律时，通常用剪应变εr或变形系数Λh来衡量切削变形的程度，剪应变是指切削层在剪切面上的滑移量；三、第Ⅱ变形区1.摩擦系数2.积屑瘤3.焊缝的内部缺陷四、第Ⅲ变形区第Ⅲ变形区在刀具后刀面和已加工表面接触的区域上，在分析第Ⅰ、第Ⅱ两个变形区的情况时，假设刀具的切削刃是绝对锋利的，实际上任何刀具的切削刃口都很难磨得绝对锋利。一、刀具的磨损形式1．前刀面磨损2.后刀面磨损后刀面与工件表面实际上接触面积很小，所以接触压力很大，存在着弹性和塑性变形，因此，磨损就发生在这个接触面上。3.前后刀面同时磨损9.5刀具磨损和刀具耐用度二、刀具磨损的原因1.磨料磨损磨料磨损是由于工件材料中的杂质、材料基体组织中的碳化物、氮化物、氧化物等硬质点对刀具表面的刻划作用而引起的机械磨损。2.粘结磨损粘结磨损是硬质合金刀具在中等偏低切削速度时磨损的主要原因。3.扩散磨损当切削温度很高时，刀具与工件材料中的某些化学元素能在固体下互相扩散，使两者的化学成分发生变化，削弱了刀具材料的性能，加速磨损进程。一、刀具磨损的原因1.磨料磨损磨料磨损是由于工件材料中的杂质、材料基体组织中的碳化物、氮化物、氧化物等硬质点对刀具表面的刻划作用而引起的机械磨损。2.粘结磨损粘结磨损是硬质合金刀具在中等偏低切削速度时磨损的主要原因。3.扩散磨损当切削温度很高时，刀具与工件材料中的某些化学元素能在固体下互相扩散，使两者的化学成分发生变化，削弱了刀具材料的性能，加速磨损进程。4.氧化磨损当切削温度700~800℃时，空气中的氧与硬质合金中的钴、碳化钨、碳化钛等发生氧化作用生成疏松脆弱的氧化物。这些氧化物容易被切屑和工件擦走，加速了刀具磨损。三、刀具的磨损过程及磨钝标准（l）初期磨损阶段（2）正常磨损阶段（3）急剧磨损阶段四、刀具寿命刀具寿命反映了刀具磨损的快慢程度。刀具寿命长表明刀具磨损速度慢；反之表明刀具磨损速度快。影响切削温度和刀具磨损的因素都同样影响刀具寿命。切削用量对刀具寿命的影响较为明显，通过切削实验可以得出vc、、ap对刀具寿命T的影响关系式：ZpYXcTafvCT一、刀具几何参数的选择1．前角的选择2.后角、副后角的选择3.主偏角、副偏角的选择4.刃倾角的选择二、切削用量的选择1.切削液的作用2.常用切削液的种类与选用9.6典型零件加工方法选择过程一、机床的分类及型号1.机床的分类2.机床型号的编制1）通用机床型号的表示方法9.7金属切削机床介绍二、机床传动的基本组成和传动原理图1.机床传动的基本组成部分机床的传动必须具备以下的三个基本部分。（1）运动源（2）传动件（3）执行件2.机床的传动链（1）外联系传动链（2）内联系传动链3.机床传动原理图三、机床传动系统图和运动计算1.机床传动系统图2.传动路线表达式3.主轴转数级数计算4.运动计算四、工件表面成形方法与机床运动分析1.工件表面的类型2.常见工件表面的成形方法五、工件表面成形方法与机床运动分析（1）表面成形运动（2）辅助运动一、轴类零件的特性及加工工艺分析1、轴精度类零件的功用、结构特点及技术要求1)尺寸2)几何形状精度3)相互位置精度4)表面粗糙度2、轴类零件的毛坯和材料1)轴类零件的毛坯2)轴类零件的材料3、轴类零件的毛坯和材料1)轴类零件典型工艺路线9.8轴类零件加工工艺4.细长轴加工工艺特点1）改进工件的装夹方法2）采用跟刀架3）采用反向进给4）采用车削细长轴的车刀二、轴类零件加工工艺分析