第一章-金属切削基础知识(机械制造技术A)

机电学院机自教研室朱继华[e-mail]61315919制造业在国民经济中的地位纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造业当今制造业的社会功能机械制造技术A主要内容金属切削原理及刀具金属切削机床考试:占80％考勤：占10％实验：占5％作业：占5％考核方式第一章金属切削基础知识金属切削加工：利用刀具与工件的相对运动（切削运动），使毛坯上多余的金属（通常称为加工余量）变成切屑的一种加工，目的是制成一定的形状、尺寸精度和相互位置精度以及表面质量都合乎技术要求的零件或半成品。第一节切削运动及切削用量第二节刀具切削部分概述第三节切削层参数第四节刀具材料第一章金属切削基础知识第一节切削运动及切削用量刀具夹具机床工件一、工艺系统（1）主运动使工件与刀具产生相对运动,以进行切削的最基本的运动称为主运动。主运动的速度最高，消耗的功率最大。（2）进给运动使主运动能够继续切除工件上多余的金属，以便形成工件表现所需的运动称为进给运动。二、切削运动外圆车削的切削运动平面刨削的切削运动铣削钻孔外圆磨削注释:1、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,也可以是刀具来实现（刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。（1）待加工表面：即将被切去的表面。（2）已加工表面：已经切去一层金属，在工件上形成的新表面。（3）加工表面（过渡表面）：切削刃正在切削的表面。三、加工表面平面刨削的切削运动进给运动加工表面待加工表面待加工表面主运动已加工表面加工表面进给运动已加工表面主运动车孔、切断加工中的工件表面指出车端面时的三个加工表面四、切削用量三要素切削用量:切削速度、进给量和切削深度三个量的总称。vfdwdm（1）切削速度：主运动的线速度。①主运动为旋转运动：②主运动为往复直线运动：601000ndvw6010002rLnv式中dw－工件待加工表面或刀具的最大直径(mm)n－工件或刀具每分钟转数式中L－往复直线运动的行程长度(mm)nr－主运动每分钟的往复次数(m/s)(m/s)车端面讨论：车端面或车断时，工件旋转速度不变，此时的切削速度是否有变化？smdnvc/601000（2）进给量(走刀量)工件或刀具的主运动每转一转或每一行程时，工件和刀具两者在进给运动方向上的相对位移量。进给速度切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，在外圆车削中式中—车刀每转进给量（mm/r）—工件转速（r/s）fvffnnfvf(mm/s)nzfnfvzf不同的加工方法，切削用量三要素的含义和表示方法有所不同。每齿进给量每转进给量每转进给量f（mm/r）进给速度vf(mm/min)每齿进给量fz（mm/z）铣削中进给量与进给运动速度、每齿进给量的关系为：（3）切削深度ap（吃刀量）对外圆车削和平面刨削而言，切削深度ap等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离。2mwpdda(mm)本小节完返回本章目录外圆车削的背吃刀量：第二节刀具切削部分概述一、刀具切削部分的构造要素主切削刃车刀切削部分的结构要素前刀面（）—切屑沿其流出的表面。主后刀面（）—与工件上加工表面相对的表面。副后刀面（）—与工件上已加工表面相对的表面。AAA主切削刃（S）——前刀面与主后刀面的交线。它承担主要的金属切除工作并形成工件上的过渡表面。副切削刃（S′）——前刀面与副后刀面的交线。参与部分的切削工件并最终形成工件上的已加工表面。刀尖———刀尖是主、副切削刃的连接部位。讨论切断刀或切槽刀有几个面、刃、点？切断刀二、刀具角度的参考平面0000000两个平面所构成的角度从不同的方向测量会得到不同的数值。(a)(b)(c)车刀的基面基面三个参考平面（一）基面（Pr）—过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度的平面。对于普通车刀，当切削刃上被选点与工件中心线等高时，则它的基面总是平行于刀杆的底面。cv（二）切削平面（Ps）—过切削刃上选定点切于工件加工表面的平面。它也是包含该点切削速度在内并与切削刃相切的平面。cv切削平面（三）剖面1.主剖面（P0）—过切削刃上选定点，并垂直于切削刃在基面上的投影的平面（同时垂直于该点基面Pr和切削平面Ps的平面）。2.法剖面（Pn）—过切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面。p0pnpspr主剖面和法剖面基面横向剖面纵向剖面3.纵向剖面（Pp）—过切削刃上选定点，并垂直于该点基面并平行于刀杆轴线的平面。4.横向剖面（Pf）—过切削刃上选定点，并垂直于该点基面并垂直于刀杆轴线的平面。两点说明：（1）“切削刃上某一选定点”的提法是十分必要的。（2）在任何情况下，切削平面都垂直于基面；除法剖面外，其它各种剖面也都垂直于基面；基面、切削平面和主剖面总是相互垂直。三、刀具的标注角度刀具的标注角度是画刀具图、进行刃磨和测量时掌握的角度。要确定外圆车刀的三面、两刃、一尖的空间位置，须有六个基本角度。刀具标注角度1）前角是前刀面与基面的夹角。在主剖面内度量的前角为主前角（简称前角）o2）后角是后刀面与切削平面的夹角。在主剖面内度量的后角为主后角（简称后角）。o刀具标注角度SA3）主偏角在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与进给方向的夹角。刀具标注角度rSA4）副偏角在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。刀具标注角度rSA5）刃倾角切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。s刀具标注角度SA讨论：有了上面的前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角5个角度，刀具的空间位置能否唯一确定？SA6）副后角在副主剖面内测量，是副后刀面与副切削平面的夹角刀具标注角度oSA1、前角—前刀面与基面Pr之间的夹角。在主剖面P0内度量的前角称主前角（简称前角）在法剖面Pn内度量的前角称法前角在纵向剖面Pp内度量的前角称纵向前角在横向剖面Pf内度量的前角称横向前角2、后角—后刀面与切削平面Ps之间的夹角。Aonpf说明：onpfA3、副切削刃上同样有切削平面和基面，也可以作各种剖面，所以同样也有副前角、副后角及副刃倾角等。4、前角、后角和刃倾角均有正负之分。o0sA）前角、后角的正负B）刃倾角的正负有了六个基本角度（），外圆车刀的三面、两刃、一尖的空间位置就确定了。刀具除基本角度外还有派生角度。楔角——前刀面与后刀面的夹角，在主剖面内度量的为主楔角，刀尖角——在基面内测量，主、副切削刃在基面上投影之间的夹角，，oPrP)(90ooor)(180rrr0rs00ro作业1：如图所示为一刨刀，画图表示出它的标注角度：0rs00r参考图（2）刀具在法平面参考系中的角度法前角、法后角的定义与主前角、主后角相同。nnoo外圆车刀在法平面参考系的角度（3）刀具在纵向平面和横向平面参考系中的角度有纵向前角、纵向后角和横向前角、横向后角等角度。ppff外圆车刀在纵向剖面和横向剖面参考系的角度四、刀具角度换算（一）主剖面与法剖面的角度换算在刀具设计、制造、刃磨和检验中，常常需要知道刀具在法剖面内的角度。已知主剖面内的角度，求法剖面内刀具的相应角度。法剖面和主剖面内的角度换算1234PS以前角计算公式为例，公式推导如下：在直角△Mac中,在直角△Mab中,在直角△abc中,MaacntanMaabotansonabacabMaMaaccostantansoncostantansoncoscotcot补充:Sκr′A向f车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsOOO`O`五、刀具的工作角度如果考虑进给运动和实际安装情况，刀具的参考系将发生变化。按照切削工作的实际情况，在刀具工作角度参考系中所确定的角度，称为工作角度。b)刀具安装位置对工作角度的影响:①刀尖安装高低对工作角度的影响：②刀杆轴线与进给方向不垂直时工作角度变化：a)进给运动对工作角度的影响：切削层:工件上正被切削刃切削的一层金属，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属。第三节切削层参数切削层参数(三个)(假设：切削刃为直线且)⑴切削宽度：沿加工表面度量的切削层尺寸。0,0sr⑵切削厚度：垂直于加工表面度量的切削层尺寸。apac3ac1ac2apaw曲线切削刃产生的切削宽度acapacawac时当90rsinpwraak切削宽度aw与切削深度ap的关系：切削厚度ac与进给量f的关系：sincrafk讨论:⑶切削面积：切削层横截面的面积Ac。cwcpAaaaf车外圆时：apacawac残留面积：指刀具副偏角时,经刀具切削后,残留在已加工表面上的不平部分剖面面积。0rccceAAA实际切削面积：κr'κrκrκr'计算残留面积:r减低已加工表面粗糙度的措施有哪些?进给量主偏角副偏角刀尖圆弧半径rrrfrfRctgctgfRrr8maxmax一、对刀具材料性能的基本要求1.硬度要高和热硬性要好2.要有足够的强度和韧性3.耐磨性要好4.要有良好的工艺性第四节刀具材料1）可加工性2）可磨削性3）热处理返回本章目录碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金陶瓷和超硬刀具材料刀具材料的种类刀具切削部分材料碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金陶瓷和超硬刀具材料工具钢二、工具钢1.碳素工具钢:含碳量为0.65%~1.35%的优质高碳钢。HRC60~64；T=200°C；淬火变形大，淬透性差。牌号：如T10A、T12A。适用场合：手动工具。2.合金工具钢：在碳素工具钢中加入合金元素如W、Cr、Mn、Mo等制成的。T=250~300°C；牌号：如9SiCr、CrWMn、3Cr2W8V。适用场合：细长刀具和刃形复杂的刀具,如丝锥、板牙、手用、机用绞刀等3.高速钢：是工具钢中W、Cr、Mo、Ba等含量较高的钢。T=540~620°C；牌号：如W18Cr4V2、W6Mo5Cr4VW12Cr4V3Mo3Co5Si、W6Mo5Cr4V2Al适用场合：复杂刀具（螺纹车刀、铣刀、孔加工刀具、拉刀、滚刀等）三、硬质合金是由硬度很高的金属碳化物（如WC、TiC等）+金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等），以粉末冶金法制成的。1）硬度、热硬性（T=1000°C）2）耐磨性3）强度、韧性4）导热差、不耐冲击5）不易磨刃口适用场合：简单刀具硬质合金分类：(1)钨钴类(YG)成分：WC+Co主要牌号有YG3、YG6、YG8，后缀数字表示Co的质量百分含量。适用场合：脆性材料(2)钨钴钛(YT)成分：WC+TiC+Co组成：WC和Co、还含有5%～30%的TiC。牌号：YT5、YTl4、YTl5、YT30，后缀数字表示TiC的质量百分含量。适用场合：塑性材料(3)通用类(YW)成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co牌号：YW1、YW2适用场合：脆性材料、塑性材料，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。陶瓷材料陶瓷刀是以AL2O3为主要成份，在高温下，烧结而成的一种刀具材料。特点：1）硬度高、热硬性好（T：1200~1450°C）2）耐磨性好3）与金属的亲和力小4）抗冲击、抗弯强度差适用场合：连续切削的精加工、半精加工人造金刚石人工制造的最硬材料。特点：1）硬度高、热稳定性差（T：800°C）2）与铁亲和力大金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。适用场合：切削有色金属、非金属和制作砂轮。立方氮化硼硬度仅次于金刚石。T：1300~1500°C四、其它刀具材料l常用刀具材料的种类及应用类型硬度耐磨耐热强度韧性工艺应用工具钢碳素工具钢低高差好低高高低好差切削加工、热处理、刃磨手动工具合金工具钢低速工具高速钢复杂刀具硬质合金钨钴类(YG)K粉末冶金烧结刃磨脆性金属通用类(YW)M通用钨钛钴(YT)P塑性金属非金属陶瓷烧结连续切塑性材料立方氮化硼结晶精密加