第1章 金属切削的基本定义PPT讲稿.ppt

第1章 金属切削的基本定义第1页，共29页，编辑于2022年，星期一加工精度可达加工精度可达0.001um，表面粗糙度，表面粗糙度0.0005um；车削钢的最高切削速度可达；车削钢的最高切削速度可达915m/min；一些难加工材料，复杂型面、型腔以及微孔采用先进加工技术（电、；一些难加工材料，复杂型面、型腔以及微孔采用先进加工技术（电、光、超声波、数控）等方法加工。光、超声波、数控）等方法加工。2、机械制造技术国内外状况及发展总的发展趋势：总的发展趋势：与材料科学、电子科学、信息科学、生命科学、与材料科学、电子科学、信息科学、生命科学、环保科学、管理科学等交叉、融合。环保科学、管理科学等交叉、融合。发展方向：发展方向：高精度、高表面光洁度、数控技术、柔性制造高精度、高表面光洁度、数控技术、柔性制造系统发展。系统发展。第2页，共29页，编辑于2022年，星期一金属切削过程的一些基本理论、基本规律和金属切削刀具的一些基本知金属切削过程的一些基本理论、基本规律和金属切削刀具的一些基本知识；一些通用的金属切削机床的工作原理，结构特点、传动分析及使识；一些通用的金属切削机床的工作原理，结构特点、传动分析及使用的刀具；机械加工工艺规程的编制及基本的机械加工知识；机床夹用的刀具；机械加工工艺规程的编制及基本的机械加工知识；机床夹具的基本知识；公差与配合。具的基本知识；公差与配合。3、本课程的性质、主要研究内容和学习方法主要研究内容：主要研究内容：本课程的性质：本课程的性质：机械类专业机械类专业 主干技术基础课主干技术基础课学习方法：学习方法：理论性环节与实践性环节相结合理论性环节与实践性环节相结合第3页，共29页，编辑于2022年，星期一第1章 金属切削的基本定义1、工件的表面：工件的表面：指内外轮廓表指内外轮廓表面。见图面。见图1-1。2、母线和导线统称为、母线和导线统称为发生线发生线。线形表面：线形表面：母线沿着导线运动而成。母线沿着导线运动而成。图图1-2。非线形表面：非线形表面：NURBS曲面、贝塞曲面、贝塞尔曲面、拉格朗日曲面，分尔曲面、拉格朗日曲面，分段抛物线曲面。不能用一个段抛物线曲面。不能用一个简单的数学公式就能表达清简单的数学公式就能表达清楚。楚。1.1 切削运动及切削用量第4页，共29页，编辑于2022年，星期一刀具和工件的相对运动，由刀具和工件的相对运动，由刀具上的切削刃来形成工刀具上的切削刃来形成工件表面。件表面。由由加工方法加工方法和和切削刃切削刃形状的不形状的不同，成形方法分为：同，成形方法分为：（1 1）轨迹法轨迹法：图：图1-4 a1-4 a），），车刀的刀尖为母线车刀的刀尖为母线（2 2）成形法：成形法：图图1-4 b1-4 b），），成形车刀，切削线成形车刀，切削线1 1与发与发生线生线2 2完全一致。完全一致。（3 3）相切法：相切法：图图1-4 c1-4 c），），由铣刀的切削点由铣刀的切削点1 1运动后运动后形成。形成。（4 4）展成法展成法（范成法）：图（范成法）：图1-1-4 d4 d），齿条形插齿刀插），齿条形插齿刀插直齿圆柱齿轮，相当于齿直齿圆柱齿轮，相当于齿条与齿轮啮合。条与齿轮啮合。3 3、发生线的形成方、发生线的形成方法及所需的运动法及所需的运动第5页，共29页，编辑于2022年，星期一切削运动：切削运动：在金属切削机车上切削工件时，刀具和工件之间在金属切削机车上切削工件时，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。见图的相对运动称为切削运动。见图1-5，图，图1-6。第6页，共29页，编辑于2022年，星期一进给运动：进给运动：使主运动能继续切除工件上多余的金属，以便形成工件使主运动能继续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需要的运动。可能不止一个，运动速度和消耗的功率比主表面所需要的运动。可能不止一个，运动速度和消耗的功率比主运动小。运动小。切削运动按在切削中所起的作用分为以下两种：切削运动按在切削中所起的作用分为以下两种：主运动：主运动：完成切削的最基本的运动。主运动只有一个。完成切削的最基本的运动。主运动只有一个。注意：注意：主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具单主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具单独完成（钻、铰、镗等）。独完成（钻、铰、镗等）。第7页，共29页，编辑于2022年，星期一第8页，共29页，编辑于2022年，星期一 1.车削车削 主运动：工件的旋转运动主运动：工件的旋转运动 进给运动：刀具进给运动：刀具2.钻削钻削 主运动：刀具主运动：刀具(钻头钻头)进给运动：刀具进给运动：刀具(钻头钻头)3.铣削铣削 主运动：刀具主运动：刀具 进给运动：工件进给运动：工件第9页，共29页，编辑于2022年，星期一（1 1）待加工表面：待加工表面：工件上即将被切去的表面。工件上即将被切去的表面。（2 2）已加工表面：已加工表面：刀具切削后在工件上形成的新表面，逐渐扩大。刀具切削后在工件上形成的新表面，逐渐扩大。（3 3）过渡表面：过渡表面：切削刃正在切削的表面，切削过程中不断改变的表面，切削刃正在切削的表面，切削过程中不断改变的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。介于已加工表面和待加工表面之间。工件上的加工表面工件上的加工表面第10页，共29页，编辑于2022年，星期一切削用量：切削用量：指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。（1 1）切削速度切削速度VcVc：切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。主运动为旋转运动时，为工件或刀具最大直径处的切削速度。度。主运动为旋转运动时，为工件或刀具最大直径处的切削速度。（2 2）进给量进给量f f：它是工件或刀具的主运动每转一转或每一行程它是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方向上的相当位移。时，工件和刀具两者在进给方向上的相当位移。进给速度进给速度VfVf：指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，：指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，mm/smm/s。外圆车削：外圆车削：V Vf f=fn=fn（mm/smm/s）（3 3）背吃刀量背吃刀量a aspsp：等于已加工表面与待加工表面间的垂直等于已加工表面与待加工表面间的垂直距离。距离。asp=（dw-dm）/2 （mm）第11页，共29页，编辑于2022年，星期一1.2.1 1.2.1 刀具角度的静止参考系刀具角度的静止参考系（1 1）刀具切削部分的表面和切削刃）刀具切削部分的表面和切削刃外圆车刀的切削部分如图外圆车刀的切削部分如图1-71-7。1.2 刀具角度和刀具的工作角度第12页，共29页，编辑于2022年，星期一刀具角度刀具角度:指在刀具工作图上需要标出的角度。指在刀具工作图上需要标出的角度。刀具角度刀具角度是在一套便于制造、刃磨和测量的是在一套便于制造、刃磨和测量的刀具静止参考系刀具静止参考系里来度里来度量。此时没有将刀具与工件及切削运动联系起来，刀具本身量。此时没有将刀具与工件及切削运动联系起来，刀具本身还处于未使用的静止状态。还处于未使用的静止状态。（2 2）刀具角度的静止参考系）刀具角度的静止参考系1 1）f=0f=0；2 2）安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，并且车刀）安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，并且车刀刀杆中心线与工件轴线垂直；刀杆中心线与工件轴线垂直；3 3）主切削刃上选定点）主切削刃上选定点X X与工件中与工件中心等高。心等高。刀具角度静止参考系建立的三个假设条件：刀具角度静止参考系建立的三个假设条件：三个刀具静止参考系的建立三个刀具静止参考系的建立第13页，共29页，编辑于2022年，星期一基面基面PrPr通过切削刃上选定点并垂通过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度向量直于该点切削速度向量VcVc的平面。的平面。切削平面切削平面PsPs通过切削刃上选定通过切削刃上选定点作的切削刃的点作的切削刃的 切线，并与切切线，并与切削速度向量削速度向量VcVc构成的平面。构成的平面。正交平面正交平面PoPo通过切削刃上选定通过切削刃上选定点同时垂直于该点基面点同时垂直于该点基面PrPr和切削和切削平面平面PsPs的平面。的平面。正交平面参考系正交平面参考系第14页，共29页，编辑于2022年，星期一基面基面PrPr和切削平面和切削平面PsPs同前面同前面1 1）中定义相同。）中定义相同。法平面法平面PnPn过切削刃上选过切削刃上选定点垂直于切削刃或其切线定点垂直于切削刃或其切线的平面。一般情况下，的平面。一般情况下，PnPn不垂直于不垂直于PrPr。在。在s s=0=0时，时，它们两者垂直。它们两者垂直。法平面参考系法平面参考系第15页，共29页，编辑于2022年，星期一基面基面PrPr定义同正交平面参考定义同正交平面参考系中的定义。系中的定义。背平面（背平面（PpPp）过切削刃上过切削刃上选定点，平行刀杆中心线并垂选定点，平行刀杆中心线并垂直于基面直于基面PrPr的平面，它与进给的平面，它与进给速度方向速度方向VfVf是垂直的。是垂直的。假定工作平面（假定工作平面（P Pf f）过切过切削刃上选定点，同时垂直与削刃上选定点，同时垂直与刀杆中心线与基面刀杆中心线与基面PrPr的平面。的平面。它与进给速度方向它与进给速度方向VfVf平行。对平行。对于某一切削刃上选定点，于某一切削刃上选定点，Pr Pr、PpPp、PfPf构成一个空间直角坐构成一个空间直角坐标系。标系。背平面和假定工作平面参考系背平面和假定工作平面参考系第16页，共29页，编辑于2022年，星期一在在上上述述三三种种不不同同的的刀刀具具标标注注角角度度参参考考系系内内，均均可可定定义义相相应应的的刀刀具具角角度度，但但一一般以采用正交平面参考系兼用法平面参考系较多。般以采用正交平面参考系兼用法平面参考系较多。1、正正交交平平面面参参考考系系内内的的标标注角度注角度（1）前前角角 o正正交交平平面面中中测测量的前面与基面间的夹角。量的前面与基面间的夹角。（2）后后角角 o正正交交平平面面中中测测量量的后面与切削平面间的夹角。的后面与切削平面间的夹角。（3）主主偏偏角角r基基面面中中测测量量的的主切削平面与假定工作平面间夹角。主切削平面与假定工作平面间夹角。（4）刃倾角刃倾角s切削平面中测切削平面中测量的切削刃与基面间的夹角。量的切削刃与基面间的夹角。刀具角度标注刀具角度标注第17页，共29页，编辑于2022年，星期一在在基面基面PrPr内测量的角度：主内测量的角度：主偏角偏角r r、副主偏角、副主偏角r r、刀、刀尖角尖角r r、余偏角、余偏角r r在在切削平面切削平面PsPs内测量的角度：内测量的角度：刃倾角刃倾角s s在在法平面法平面PnPn内测量的角度：法内测量的角度：法前角前角n n、法后角、法后角n n、法楔、法楔角角B Bn n、在法平面参考系中标注角度、在法平面参考系中标注角度第18页，共29页，编辑于2022年，星期一必须考虑进给运动和安装情况下对工作角度的影响。必须考虑进给运动和安装情况下对工作角度的影响。要确定刀具的工作角度须选定刀具的工作参考系。要确定刀具的工作角度须选定刀具的工作参考系。刀具的工作角度刀具的工作角度刀具的工作角度：刀具的工作角度：指刀具在实际工作状态下的切削角度。指刀具在实际工作状态下的切削角度。第19页，共29页，编辑于2022年，星期一螺旋面：螺旋面：车刀主切削刃上任一点相对工件的运动轨迹是一条空间的螺旋线；车刀主切削刃上任一点相对工件的运动轨迹是一条空间的螺旋线；整个主切削刃切出的是一个螺旋面。整个主切削刃切出的是一个螺旋面。切削层：切削层：纵向移动一个进给量纵向移动一个进给量f f的过程中，形成了前后螺旋面的过程中，形成了前后螺旋面、。螺旋面。螺旋面、之间的这一层金属称为切削层。之间的这一层金属称为切削层。定义：定义：在各种切削加工中，刀具或工件沿进给方向每移动一个在各种切削加工中，刀具或工件沿进给方向每移动一个f（mm/r）或）或af（mm/Z）后，由一个刀齿正在切的金属层称为）后，由一个刀齿正在切的金属层称为切削层。切削层。切削层的切削层的大小和形状大小和形状直接决定了车刀切削部分所承受的负荷大小直接决定了车刀切削部分所承受的负荷大小及切下切屑的形状和尺寸。及切下切屑的形状和尺寸。1.4 切削层参数与切削方式第20页，共29页，编辑于2022年，星期一定义：定义：主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸h hD D。外圆纵车，主切削刃为直线时：外圆纵车，主切削刃为直线时：h hD D=fSinK=fSinKr r外圆纵车，主切削刃为圆弧或任意曲线时，对应的主切削刃上外圆纵车，主切削刃为圆弧或任意曲线时，对应的主切削刃上各点的切削层公称厚度是不等的，见图各点的切削层公称厚度是不等的，见图1-221-22。、切削层公称厚度切削层公称厚度hD第21页，共29页，编辑于2022年，星期一、切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D主切削刃选定点的基面内，沿过渡表面度量的切削层尺寸，称为切削主切削刃选定点的基面内，沿过渡表面度量的切削层尺寸，称为切削层公称宽度层公称宽度b bD D。b bD D=a=aspsp/SinK/SinKr r、切削层公称横截面积切削层公称横截面积A AD D A AD D=h=hD D b bD D=fa=faspsp第22页，共29页，编辑于2022年，星期一自由切削：自由切削：刀具在切削过程中，只有一条直线切削刃参加工作。刀具在切削过程中，只有一条直线切削刃参加工作。特点：特点：切削刃上各点切屑流出方向大致相同，被切金属切削刃上各点切屑流出方向大致相同，被切金属变形基本上发生在二唯平面内。变形基本上发生在二唯平面内。非自由切削：非自由切削：刀具上切削刃为曲线，或有几条切削刃都参加了刀具上切削刃为曲线，或有几条切削刃都参加了切削，并且同时完成整个切削过程。切削，并且同时完成整个切削过程。特点：特点：切削刃交接处切下的金属互相影响和干涩，金属切削刃交接处切下的金属互相影响和干涩，金属变形更为复杂，发生在三唯空间内。变形更为复杂，发生在三唯空间内。切削方式第23页，共29页，编辑于2022年，星期一直角切削：直角切削：刀具主切削刃的刃倾角刀具主切削刃的刃倾角s=0的切削。的切削。特点：特点：主切削刃与切削速度向量成直角。主切削刃与切削速度向量成直角。斜角切削：斜角切削：刀具主切削刃的刃倾角刀具主切削刃的刃倾角s0的切削。的切削。特点：特点：主切削刃与切削速度向量不成直角。主切削刃与切削速度向量不成直角。第24页，共29页，编辑于2022年，星期一螺旋齿圆柱铣刀螺旋齿圆柱铣刀的角度见图的角度见图1-241-24，切削速度向量，切削速度向量VcVc、基面（、基面（PrPr）、）、前角、后角前角、后角1.5 旋转刀具的角度铣刀、钻头、丝锥、绞刀、扩孔钻、板牙等旋转刀具。铣刀、钻头、丝锥、绞刀、扩孔钻、板牙等旋转刀具。第25页，共29页，编辑于2022年，星期一螺旋角螺旋角B B：钻头外圆柱面与螺旋槽的交线上任一点的切线和钻头轴线之间的夹角B。顶角顶角2 2：两主切削刃在与他们平行的平面上投影的夹角。麻花钻的结构麻花钻的结构第26页，共29页，编辑于2022年，星期一钻头种类钻头种类第27页，共29页，编辑于2022年，星期一钻头和钻削钻头和钻削第28页，共29页，编辑于2022年，星期一第29页，共29页，编辑于2022年，星期一