金属切削加工基础知识.

第一章金属切削加工基础知识教学目标教学目标1、知识目标：了解金属切削机床的分类和型号表达方法；熟悉切削运动和切削要素；了解刀具的组成、常用材料；熟悉金属切削过程2、能力目标：能合理选择切削用量；能合理选刀具角度3、教育目标：从金属切削分析中感受金属切削的重要性，激发学生自我学习的能力和热情，让学生在合作学习中学会交流、相互评价，提高学生的合作意识与能力。教学重点与难点教学重点与难点教学重点：切削运动和切削要素，车刀主要角度及各种常用刀具特点与选用教学难点：切削运动和切削要素，车刀主要角度及各种常用刀具特点与选用教学关键：通过对生活中或电影等录像中金属切削现象的观察，结合检索分析，查阅参考文献等，确保本部分内容的具体实施。第一节切削加工的基本概念机械零件的制造两个阶段--毛坯成形--切削加工一、金属切削加工概述1、切削加工的分类切削加工——使用切削刀具从工件上切除多余（或预留）的材料，从而获得满足尺寸、几何公差、表面粗糙度等精度要求的加工方法。2、切削加工的特点及应用切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适应性好，凡是要求具有一定几何尺寸精度和表面粗糙度的零件，通常都采用切削加工方法来制造。是指用切削刀具从坯料或工件上切除多余材料，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量之零件的加工方法金属切削加工：金属切削加工的实质坯料或工件零件外力变形并断裂什么样设备施加的外力二、切削运动机械零件的形状很多，它们的表面都是由圆柱面、圆锥面、平面和各种成形面组成。各种形状的表面是以直线（或曲线）为母线，以曲线（或直线）为运动轨迹所形成的面（见下图）。圆柱面圆锥面平面成形面1成形面2二、切削运动在切削加工过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作用，切削运动分为两类：主运动切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。进给运动使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。由于金属切削加工方式的不同，这两种运动的表现形式也不相同。如下图所示为几种主要切削加工的运动形式。二、切削运动切削运动实例二、切削运动几点说明：1）主运动通常只有一个，进给运动可以是多个；2）主运动和进给运动可由刀具单独实现，但工件单独实现很困难；3）切削运动一般都是简单的运动；4）主运动和进给运动可同时也可交替进行；5）一般主运动速度比较高，大部分切削功率消耗于主运动。三、工件表面的形成常见的几种切削加工方法的切削运动1、待加工表面2、已加工表面3、过渡表面车外圆铣平面刨平面磨外圆钻孔1—主运动2—进给运动3—待加工表面4—过渡表面5—已加工表面四、切削用量1．切削用量的概念切削用量——在切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量的总称。（1）切削速度vc——切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。单位是m/min或m/s。π1000dn318dnvc=≈vc——切削速度，m/min。d——工件的直径，mm。n——工件转速，r/min。（2）进给量f刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。（3）背吃刀量ap一般指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离。其单位为mm。2．切削用量的选择原则选择切削用量的原则是在保证加工质量、降低加工成本和提高生产率的前提下，使背吃刀量、进给量和切削速度的乘积最大。切削用量的选择原则3.切削要素切削层参数刀具的各组成部分统称为刀具的要素。刀具的种类很多，但以单个刀齿都可看作是由外圆车刀的切削部分演变而来的。六、刀具的结构车刀的组成：切削部分夹持部分1.刀具的结构1）刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面nf前刀面主后面1）刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主后面副后面1）刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃1）刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖1）刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃副切削刃1）刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃副切削刃刀尖2、刀具的几何形状（1）前面Aγ——刀具上切屑流过的表面。（2）主后面Aα——刀具上同前面相交形成主切削刃的后面。（3）副后面Aα′——刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。（4）主切削刃S——前面与主后面的交线，切削时起主要切削作用。（5）副切削刃S′——前面与副后面的交线，切削时起辅助切削作用。（6）刀尖——指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。切削刃的交点修圆刀尖倒角刀尖刀尖七、测量刀具角度的三个基准坐标平面1．基面pr基面——指通过切削刃上某选定点，垂直于该点主运动方向的平面。2．切削平面ps切削平面——通过切削刃上某选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。3．正交平面po正交平面——通过切削刃上的某选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。基面pr：（1）主偏角κr（2）副偏角κr′（3）刀尖角εrrrr主正交平面po：（1）前角γo（2）主后角αo（3）楔角βo副正交平面po：副后角αo′主切削平面ps：刃倾角λs八、车刀主要几何角度及选用原则1．应首先考虑工件的形状。加工工件的台阶，必须选择κr≥90°；加工中间切入的工件表面时，一般选择κr=45°～60°。2．要根据工件的刚度和工件材料选择。工件的刚度好或工件的材料较硬，应选较小的主偏角；反之，应选较大的主偏角。初步选择：初步选择：rr1．副偏角一般采用κr′=6°～8°2．精车时，如果在副切削刃上刃磨修光刃，则取κr′=0°3．加工中间切入的工件表面时，副偏角应取κr′=45°～60°初步选择：εr=180°－（κr+κr′）初步选择：1．车削塑性材料或工件材料较软时，可选择较大的前角；车削脆性材料或工件材料较硬时，可选择较小的前角。2．粗加工，尤其是车削有硬皮的铸锻件时，应选取较小的前角；精加工时，应选取较大的前角。3．车刀材料的强度和韧性较差时，前角应取小值；反之，可取较大值。初步选择：1．粗加工时，应取较小的后角；精加工时，应取较大的后角。2．工件材料较硬时，后角宜取小值；工件材料较软时，则后角宜取大值。初步选择：βo=90°－（γo＋αo）初步选择：1．副后角αo′一般磨成与后角αo相等。2．切断刀等特殊情况，为了保证刀具的强度，副后角应取较小的数值：αo′=1°～2°初步选择：1．粗加工时，以及在断续、冲击性切削时，为增大刀尖强度，刃倾角应取负值。2．精加工时，为保证已加工表面质量，使切屑流向待加工表面，刃倾角应取正值。3．刃倾角为0°时，切屑垂直于主切削刃方向流出。九、刀具材料1．对刀具切削部分材料的基本要求（1）高的硬度。（2）良好的耐磨性。（3）足够的强度和韧性。（4）高的热硬性。（5）良好的工艺性。2．常用的刀具材料常用刀具材料的性能和应用场合3．常用刀具的选用（1）根据工件材料的切削性能选用刀具。（2）根据工件的加工阶段选用刀具。（3）根据工件加工区域的结构特点选择刀具切削部分结构。一、切削力切削力——切削过程中，材料产生变形到变成切屑所产生的抗力和切屑与前面之间及副后面与已加工表面之间发生的摩擦，共同作用于刀具上的合力。1．总切削力第二节切削力和切削温度总切削力——刀具的一个切削部分在切削工件时所产生的全部切削力。2．总切削力的分力切削力Fc背向力Fp进给力Ff3．总切削抗力切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力F′。4．影响总切削抗力大小的因素（1）工件材料（2）切削用量（3）刀具角度（4）切削液二、切削温度1．切削热与切削温度切削热——切削过程中，由于被切削材料层的变形、分离及刀具与被切削材料间的摩擦而产生的热量。切削温度——切削过程中，切削区域的温度。（1）合理选择刀具材料和刀具几何角度。（2）合理选择切削用量。（3）适当选择和使用切削液。2．减少切削热和降低切削温度的工艺措施一、切削液的作用冷却作用润滑作用清洗和排屑作用二、切削液的种类第三节切削液切削液的种类三、切削液的选用切削液的选用一、加工精度1．加工精度的概念加工精度——工件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。2．获得规定尺寸精度的方法（1）试切法（2）自动获得尺寸精度的方法用定尺寸刀具加工。调整法。自动控制法。第四节加工精度和加工表面质量二、加工表面质量1．加工表面质量的概念工件表面微观几何形状工件表面层材料的物理、力学性能2．表面粗糙度加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。3．表面层材料的物理、力学性能因塑性变形引起的冷作硬化。因切削热的影响引起金相组织的变化。因切削时的塑性变形、热塑性变形、金相组织变化引起的残余应力。一、金属切削机床的分类第六节金属切削机床的型号二、金属切削机床的型号1．机床型号的表示方法a）车床铭牌b）铣床铭牌c）磨床铭牌d）数控车床铭牌2．机床的分类及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读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其3．机床的通用特性代号和结构特性代号通用特性代号结构特性代号4．机床的组、系代号在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。在同一组机床中，主参数、主要结构及布局形式相同的机床，即为同一系。5．主参数和设计顺序号（1）主参数（2）设计顺序号6．主轴数和第二主参数（1）主轴数（2）第二主参数7．重大改进顺序号当机床的结构、性能有更高的要求，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，按改进的先后顺序选用A、B、C等汉语拼音字母（但“I”“O”两个字母不得选用），加在型号基本部分的尾部，以区别原机床型号。8．其他特性代号其他特性代号主要反映机床的各类特性，置于辅助部分之首，用汉语拼音字母（除“I”“O”）、阿拉伯数字或阿拉伯数字与汉语拼音字母组合表示。三、识读常见机床型号解释机床型号的含义