第二章 机械加工及设备的基础知识

第二章机械加工及设备的基础知识第一节金属切削基本知识一、切削运动与切削用量（一）切削运动动画演示要使刀具从工件毛坯上切除多余的金属，使其成为具有一定形状和尺寸的零件，刀具和工件之间必须具有一定的相对运动，这种相对运动称为切削运动。主运动和进给运动:1．主运动2．进给运动3．合成切削运动（二）切削用量1．切削速度vc切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，单位为m/s或m/min。计算时，应以最大的切削速度为准，车削外圆的计算公式如下：(2-1)式中——工件待加工表面直径（mm）；——工件转速（r/s或者r/min）。2．进给量f工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的相对位移，单位为mm/r，如图2-2所示。进给速度vf是单位时间的进给量，单位为mm/s或mm/min(2-2)对多点切削刀具，如钻头、铣刀还规定每一个刀齿的进给量，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位为mm/Z（毫米/齿）(2-3)式中Z——刀齿数。3．背吃刀量（切削深度）工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm，如图2-2。车削外圆时：(2-4)式中——待加工表面直径（mm）；——已加工表面直径（mm）。二、刀具切削部分的基本定义（一）车刀的组成车刀由刀柄和刀头组成，如图2-3所示。刀柄是刀具上的夹持部位，刀头则用于切削。切削部分的结构及其定义如下：动画演示1．前刀面刀具上切屑流过的刀面。2．后刀面与工件上过渡表面相对的刀面。3．副后刀面与工件上的已加工表面相对的刀面。4．主切削刃S前刀面与后刀面的交线。5．副切削刃前刀面与副后刀面的交线。6．刀尖主切削刃与副切削刃的连接部分，它可以是曲线、直线或实际交点（图2-4）。（二）刀具角度的参考系刀具标注角度参考系（又称刀具静止参考系）是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称刀具标注角度。刀具工作角度参考系是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工作角度。1．正交平面参考系如图2-5所示，正交平面参考系由以下三个平面组成：（1）基面过切削刃上选定点垂直于主运动方向的平面。它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装的平面或轴线。（2）切削平面过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。（3）正交平面过切削刃上选定点并同时垂直于切削平面与基面的平面。2．法平面参考系如图2-5所示，法平面参考系由、、三个平面组成。法平面过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面。3．假定工作平面参考系如图2-6所示，假定工作平面参考系由、、三个平面组成。（1）假定工作平面过切削刃上选定点平行于进给方向并垂直于基面的平面。（2）背平面过切削刃上选定点同时垂直于基面和假定工作平面的平面。图2-5正交平面与法平面参考系图2-6假定工作平面参考系动画演示1动画演示2（三）刀具的标注角度1．在正交平面内标注的角度（1）前角在正交平面内度量的前刀面与基面之间的夹角。（2）后角在正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角。（3）楔角在正交平面内度量的前刀面与后刀面之间的夹角。由图2-7可知(2-5)2．在切削平面内标注的角度刃倾角在切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角。(刃倾角正负)3．在基面内标注的角度（1）主偏角主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。（2）副偏角副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。（3）刀尖角在基面内度量的主切削刃与副切削刃之间的夹角。由图2-7可知(2-6)上述角度中，和是派生角度，由前、后刀面磨出的主切削刃只需四个基本角度即可确定它的空间位置，即为、、、。对于副切削刃，可采用与上述相同的方法，在副切削刃的选定点上作参考系--。在过副切削刃作的正交平面内标出副前角和副后角。如果车刀的主、副切削刃在同一个公共前刀面上，则当主切削刃的四个基本角度、、、以及副偏角确定之后，副前角和副刃倾角随之而定，图纸上也不用标注。这样，一把三个刀面两个切削刃的外圆车刀标注角度只有六个，即、、、和、。如图2-7所示。在法平面、假定工作平面参考系中，有法前角、法后角、侧前角、侧后角、背前角、背后角。这些角度可以参照给正交平面参考系标注角度下定义的方法加以定义。在法平面参考系中，只需标注、、和四个角度即可确定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面参考系中，只需标注、、、四个角度便可确定车刀的主切削刃和前、后刀面的方位。三、刀具的工作角度刀具的工作角度是刀具在工作时的实际切削角度。由于刀具标注角度是在进给量f=0条件下规定的角度，如果考虑合成运动和实际安装情况，则刀具的参考系将发生变化。在刀具工作角度参考系中所确定的角度称工作角度。在一般条件下，刀具的工作角度与标注角度相差无几，两者差别不予考虑，只有在角度变化值较大时才需要计算工作角度。（一）进给运动对工作角度的影响如图2-8所示，为切断车刀加工时的情况。加工时，车刀作横向进给运动，切削刃相对工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线。此时，工作基面和工作切削平面相对于和转动一个角，从而引起刀具的前角和后角发生变化。其计算公式如下：动画演示(2-7)(2-8)(2-9)式中、——工作前角和工作后角；f——进给量（mm/r）；d——工件切削点处表面直径（mm）；μ——正交平面内和之间的夹角，即主运动方向与合成运动方向的夹角。由式（2-9）可知，当进给量增大，则μ值增大；当瞬时直径d减小，μ值也增大。因此，车削至接近工件中心时，μ值增长很快，工作后角将由正变负，导致工件被挤断。如图2-9所示为纵车外圆车刀的工作角度。在考虑纵向进给运动时，切削刃相对于工件表面的运动轨迹为螺旋线。此时，基面和切削平面就会在空间偏转一个角，从而使刀具的工作前角增大，工作后角减小。在假定工作平面内的工作角度为：(2-10)(2-11)(2-12)式中——假定工作平面工作前角；——假定工作平面工作后角；——工件待加工表面直径（mm）；——主运动方向与合成运动方向的夹角。在正交平面内工作角度为：(2-13)(2-14)(2-15)式中μ——正交平面内和之间的夹角。（二）刀具安装对工作角度的影响如图2-10所示，当刀尖安装高于或低于工件中心时，则此时的切削速度方向发生变化，引起基面和切削平面的位置改变。此时工作角度与标注角度的换算关系如下：(2-16)(2-17)(2-18)式中——背平面内与的夹角；h——刀尖高于或低于工件中心的数值（mm）。d——工件切削刃上选定点处直径（mm）。四、切削层参数切削层为切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层形状、尺寸直接影响着刀具承受的负荷。为简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具基面中度量。切削层的尺寸称为切削层参数。现以外圆车削为例来说明切削层参数的定义。外圆车削时，工件转一转，主切削刃移动一个进给量f所切除的金属层称为切削层。如图2-11所示，当主、副切削刃为直线，且时，切削层公称截面为平行四边形。1．切削层公称厚度垂直于过渡表面度量的切削层尺寸称切削层公称厚度。外圆纵车时：(2-19)由式（2-19）可知，f或增大，则变厚。2．切削层公称厚度沿着过渡表面度量的切削层尺寸称切削层公称厚度。外圆纵车时：(2-20)由式（2-20）可知，减小或增大，则变短。图2-13曲线刃时各点的值图2-12不同时、的变化图2-12为不同时，与的变化。图2-13为曲线刃时切削层各点的切削层公称厚度。3．切削层公称横截面积切削层在基面内的面积，称为切削层公称横截面积。(2-21)第二节金属切削机床的基本知识一、机床的分类和型号编制方法1994年颁布的国家标准GB/T15375—1994《金属切削机床型号编制方法》。（一）机床的分类目前我国将机床分为11大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局形式和结构等分为若干组，每一组又分为若干个系（系列）。按照万能性程度，机床可分为：1.通用机床2.专门化机床3.专用机床按照自动化程度，可分为手动机床、机动机床、半自动机床和自动机床。按照机床的工作精度，可分为普通机床、精密机床和高精度机床。按照重量和尺寸，可分为仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。按照机床的主要工作部件数目，可分为单刀机床、多刀机床、单轴机床、多轴机床等。按照数控功能，又可分为非数控机床、一般数控机床、加工中心、柔性制造单元等。（二）金属切削机床型号编制方法机床型号亦即机床的代号，用以表明机床的类型、通用和结构特性、主要技术参数等。GB/T15375—1994《金属切削机床型号编制方法》1．通用机床型号通用机床型号的表示方法为：注：①有“()”的代号或数字，当无内容时，则不表示。若有内容则不带括号；②有“〇”符号者，为大写的汉语拼音字母；③有“△”符号者，为阿拉伯数字；④有“”符号者，为大写的汉语拼音字母、或阿拉伯数字、或两者兼有之。（1）机床类别代号机床的类别代号如表2-1所示。表2-1通用机床类别代号类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ