《机械制造技术》第2章.ppt

项目二项目二项目二项目二 金属切削基础知识金属切削基础知识金属切削基础知识金属切削基础知识项目学习要点项目学习要点切削运动和切削用量切削运动和切削用量金属切削刀具金属切削刀具 切削层参数和切削方式切削层参数和切削方式 综合实训综合实训项目小结项目小结任务一任务一 切削运动和切削用量切削运动和切削用量 一、切削运动和工件表面一、切削运动和工件表面 1切削运动切削运动 切削运动是指切削过程中刀具与工件之间存在切削运动是指切削过程中刀具与工件之间存在的相对运动。的相对运动。根据运动作用的不同，切削运动分为主运动和根据运动作用的不同，切削运动分为主运动和进给运动。进给运动。（1）主运动）主运动 主运动是指使工件与刀具产生相对运动以进主运动是指使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动，如下图所示。行切削的最基本运动，如下图所示。（2）进给运动）进给运动 进给运动是指配合主运动使刀具能够持续切除工进给运动是指配合主运动使刀具能够持续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需的运动，如件上多余的金属，以便形成工件表面所需的运动，如下图所示。下图所示。主运主运动动主运主运动动进给进给运运动动进给进给运运动动vcvfvcvf外外圆车圆车削的切削运削的切削运动动刨削的切削运刨削的切削运动动2工件的表面及其形成方法工件的表面及其形成方法（1）切削过程中工件的表面）切削过程中工件的表面 金属切削过程是指在机床上通过刀具与工件的金属切削过程是指在机床上通过刀具与工件的相对运动，利用刀具从工件上切下多余金属层，形相对运动，利用刀具从工件上切下多余金属层，形成切屑和已加工表面的过程。成切屑和已加工表面的过程。在切削过程中，由于工件表面的多余金属不断在切削过程中，由于工件表面的多余金属不断地被刀具切下，因此，被加工工件上有三个依次变地被刀具切下，因此，被加工工件上有三个依次变化着的表面，即待加工表面、已加工表面和过渡表化着的表面，即待加工表面、已加工表面和过渡表面。面。待加工表面待加工表面过过渡表面渡表面已加工表面已加工表面 已加工表面：已加工表面：工件上工件上已被切去多余金属的表面。已被切去多余金属的表面。过渡表面：过渡表面：是由待加是由待加工表面向已加工表面过渡工表面向已加工表面过渡的表面，也是切削过程中的表面，也是切削过程中不断变化的表面。不断变化的表面。待加工表面：待加工表面：工件上待切除的表面。工件上待切除的表面。如右图所示：如右图所示：（2）工件表面的形成方法）工件表面的形成方法（a）圆圆柱面柱面（b）圆锥圆锥面面（c）回）回转转双曲面双曲面（d）平面）平面（e）螺旋面）螺旋面（f）成形曲面）成形曲面工件的表面形状千变万化，但大都是由几种工件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括圆柱面、常见的表面组合而成的。这些表面包括圆柱面、圆锥面、回转双曲面、平面、螺旋面和成形曲面圆锥面、回转双曲面、平面、螺旋面和成形曲面等，如下图所示等，如下图所示。如下图所示表面都可以看成是由一母线沿如下图所示表面都可以看成是由一母线沿着导线运动而形成的。着导线运动而形成的。（a）（b）（c）（d）（e）母线母线母线母线母线母线母线母线导线导线导线导线导线导线导线导线导线导线母线母线常用的工件表面的形成方法有轨迹法、常用的工件表面的形成方法有轨迹法、成形法、展成法、相切法等，如下图所示。成形法、展成法、相切法等，如下图所示。二、切削用量二、切削用量 切削用量又称为切削用量三要素，是指切削切削用量又称为切削用量三要素，是指切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。1切削速度切削速度vc切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，单位是动的瞬时速度，单位是m/s或或m/min。若主运若主运动为动为旋旋转转运运动动，切削速度可按下式，切削速度可按下式计计算：算：若主运动为直线运动（如刨削、插削等），则若主运动为直线运动（如刨削、插削等），则 切削速度为刀具相对于工件的直线运动速度。切削速度为刀具相对于工件的直线运动速度。2进给速度进给速度vf、进给量、进给量f和每齿进给量和每齿进给量fz进给速度：进给速度：是指刀具上选定点相对于工件进是指刀具上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度，单位是给运动的瞬时速度，单位是mm/s或或mm/min。进给量：进给量：当主运动是回转运动时，进给量是指当主运动是回转运动时，进给量是指每回转一周工件或刀具沿进给方向的相对位移量，每回转一周工件或刀具沿进给方向的相对位移量，单位是单位是mm/r；当主运动是直线往复运动时，进给；当主运动是直线往复运动时，进给量是指每一往复行程工件和刀具沿进给方向的相对量是指每一往复行程工件和刀具沿进给方向的相对位移量，单位是位移量，单位是mm/行程。行程。每齿进给量：每齿进给量：是指多齿刀具（如铣刀、铰刀、是指多齿刀具（如铣刀、铰刀、拉刀等）每转过或移动一个齿相对工件在进给运拉刀等）每转过或移动一个齿相对工件在进给运动方向上的位移，单位是动方向上的位移，单位是mm/z。三者的关系为：三者的关系为：3背吃刀量背吃刀量ap 背吃刀量是指在垂直于主运动和进给运动方背吃刀量是指在垂直于主运动和进给运动方向上测得的工件已加工表面和待加工表面间的距向上测得的工件已加工表面和待加工表面间的距离，单位是离，单位是mm。主运动是回转运动时：主运动是回转运动时：钻孔钻孔 主运动是直线运动时：主运动是直线运动时：车外圆车外圆任务二任务二 金属切削刀具金属切削刀具 一、刀具的组成一、刀具的组成 车刀由刀柄和切削部分组成，如下图所示。刀车刀由刀柄和切削部分组成，如下图所示。刀柄是指刀具的夹持部分；切削部分是指刀具上直接柄是指刀具的夹持部分；切削部分是指刀具上直接参加切削工作的部分。参加切削工作的部分。刀柄刀柄切削部分切削部分副切削刃副切削刃副后刀面副后刀面刀尖刀尖主后刀面主后刀面前刀面前刀面主切削刃主切削刃刀具切削部分包括刀具切削部分包括“三面、二线、一点三面、二线、一点”。其。其中，中，“三面三面”包括前刀面、包括前刀面、主后刀面和副后刀面；主后刀面和副后刀面；“二线二线”包括主切削刃和副包括主切削刃和副切削刃；切削刃；“一点一点”是指刀是指刀尖。尖。二、刀具角度二、刀具角度 1刀具的角度参考系刀具的角度参考系 刀具的角度参考系分为刀具标注角度参考系刀具的角度参考系分为刀具标注角度参考系（又称为静止参考系）和刀具工作参考系两种。（又称为静止参考系）和刀具工作参考系两种。刀具标注角度参考系：刀具标注角度参考系：是指在假设运动条件和是指在假设运动条件和假定的刀具安装条件下，刀具设计、制造、刃磨和假定的刀具安装条件下，刀具设计、制造、刃磨和测量时用于定义刀具几何参数的参考系。测量时用于定义刀具几何参数的参考系。刀具工作参考系：刀具工作参考系：是指刀具在切削状态下的实是指刀具在切削状态下的实际参考系，即按合成切削运动方向（主运动和进给际参考系，即按合成切削运动方向（主运动和进给运动的合成）和实际安装情况来定义的刀具参考系。运动的合成）和实际安装情况来定义的刀具参考系。2刀具的标注角度刀具的标注角度 刀具的标注角度又称静止角度，是指在刀具刀具的标注角度又称静止角度，是指在刀具标注角度参考系内确定的刀具几何角度。标注角度参考系内确定的刀具几何角度。（1）刀具标注角度的坐标平面与参考系）刀具标注角度的坐标平面与参考系 刀具标注角度的坐标平面刀具标注角度的坐标平面 刀具标注角度的坐标平面由测量坐标平面和参刀具标注角度的坐标平面由测量坐标平面和参考坐标平面组成。考坐标平面组成。测量坐标平面：测量坐标平面：主要包括正交平面、法平面、主要包括正交平面、法平面、假定工作平面和背平面四种坐标平面。假定工作平面和背平面四种坐标平面。横横车车纵车纵车ooaoao假定主运假定主运动动方向方向假定主运假定主运动动方向方向切削平面切削平面切削平面切削平面基面基面基面基面假定假定进给进给运运动动方向方向（f0）参考坐标平面：参考坐标平面：主要包括基面和切削平面两主要包括基面和切削平面两种坐标平面，如下图所示。种坐标平面，如下图所示。刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系 上述参考平面和测量平面可以组成正交平面上述参考平面和测量平面可以组成正交平面参考系、法平面参考系、假定工作平面和背平面参考系、法平面参考系、假定工作平面和背平面参考系三个坐标平面参考系，如下图所示。参考系三个坐标平面参考系，如下图所示。vfPoPsPrvfvfPsPrPnPrPfPp（a）正交平面参考系）正交平面参考系（b）法平面参考系）法平面参考系（c）假定工作平面和背平）假定工作平面和背平面参考系面参考系（2）正交平面参考系中的标注角度）正交平面参考系中的标注角度在在正交平面正交平面中测中测量的刀具角度有前角量的刀具角度有前角o、后角、后角o和楔角和楔角o三种。三种。在在切削平面切削平面内内测量的刀具角度只有测量的刀具角度只有刃倾角刃倾角s。如右图所示：如右图所示：在在基面基面中中测测量的刀具角度有量的刀具角度有副偏角副偏角和刀尖角和刀尖角r三种。三种。主偏角主偏角、3刀具的工作角度刀具的工作角度 刀具的工作角度是指在刀具工作参考系中定刀具的工作角度是指在刀具工作参考系中定义和测量的刀具角度义和测量的刀具角度。工作参考系中的坐标平面和刀具几何角度的工作参考系中的坐标平面和刀具几何角度的符号应在标注角度参考系中相应符号的基础上加符号应在标注角度参考系中相应符号的基础上加注下标注下标“e”。（1）进给运动对刀具工作角度的影响）进给运动对刀具工作角度的影响 横向进给运动的影响横向进给运动的影响 OPr如右如右图图所示，所示，横向横向进给时进给时，在，在刀具工作角度参刀具工作角度参考系内，刀具工考系内，刀具工作前角和工作后作前角和工作后角分角分别为别为：纵向进给运动的影响纵向进给运动的影响oe如左如左图图所示，所示，纵纵向向进进给时给时，在假定工作平面在假定工作平面内内测测量的刀具工作前角、量的刀具工作前角、工作后角分工作后角分别为别为：在正交平面内，刀具的在正交平面内，刀具的工作角度工作角度为为：（2）刀具安装对刀具工作角度的影响）刀具安装对刀具工作角度的影响 刀具安装高低的影响刀具安装高低的影响 PsPsePrPrevf如右如右图图所示，当刀尖高于工件中心所示，当刀尖高于工件中心线时线时，车车刀的工作前角、工作后角分刀的工作前角、工作后角分别为别为：当刀尖低于工件中当刀尖低于工件中心心时时，上述角度的，上述角度的变变化化正好相反，即：正好相反，即：刀具安装轴线位置变化的影响刀具安装轴线位置变化的影响如右如右图图所示，外所示，外圆车圆车刀刀轴线轴线与与进给进给方向不垂直，且方向不垂直，且与刀具与刀具轴线轴线的的倾倾斜角度斜角度为为时时，刀具主偏角和副偏角的，刀具主偏角和副偏角的变变化分化分别为别为：三、刀具材料三、刀具材料 1对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求（1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性（3）良好的耐热性和导热性）良好的耐热性和导热性（4）良好的工艺性与经济性）良好的工艺性与经济性2常见刀具材料常见刀具材料 常用刀具材料的种类很多，包括碳素工具钢、常用刀具材料的种类很多，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。立方氮化硼等。目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。（1）高速钢）高速钢高速钢是指在合金工具钢中加入钨（高速钢是指在合金工具钢中加入钨（W）、钼）、钼（Mo）、铬（）、铬（Cr）、钒（）、钒（V）等合金元素的高合金）等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性、耐热性、耐磨工具钢。它具有较高的强度、韧性、耐热性、耐磨性及工艺性，是目前应用最广泛的刀具材料。高速性及工艺性，是目前应用最广泛的刀具材料。高速钢因刃磨时易获得锋利的刃口，所以又称为钢因刃磨时易获得锋利的刃口，所以又称为“锋钢锋钢”。高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性能高速钢；按制造工艺不同，可分为熔炼高速钢和能高速钢；按制造工艺不同，可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。粉末冶金高速钢。（2）硬质合金）硬质合金硬质合金是由硬度和熔点都很高的金属碳化硬质合金是由硬度和熔点都很高的金属碳化物粉末（如物粉末（如WC、TiC等）和粘结剂（如等）和粘结剂（如Co、Mo、Ni等）烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可等）烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达达7182HRC，能耐，能耐8501000的高温，切削的高温，切削速度可比高速钢高速度可比高速钢高410倍。但其韧性与抗弯强度倍。但其韧性与抗弯强度差，抗冲击和振动性差，制造工艺性差。差，抗冲击和振动性差，制造工艺性差。我国目前生产的硬质合金主要分为我国目前生产的硬质合金主要分为K类（类（YG，即钨钴类硬质合金）、，即钨钴类硬质合金）、P类（类（YT，即钨钴钛类，即钨钴钛类硬质合金）和硬质合金）和M类（类（YW，即钨钴钛钽铌类硬质合，即钨钴钛钽铌类硬质合金）三类。金）三类。（3）其他刀具材料）其他刀具材料陶瓷刀具：陶瓷刀具：是指以氧化铝（是指以氧化铝（Al2O3）或以氮）或以氮化硅（化硅（Si3N4）为基体，再添加少量金属，在高）为基体，再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。它温下烧结而成的一种刀具材料。它主要用于钢、主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。金刚石：金刚石：分天然和人造两种，是碳的同素异形体，分天然和人造两种，是碳的同素异形体，是目前最硬的刀具材料，其显微硬度达是目前最硬的刀具材料，其显微硬度达10000HV。它。它主要用于有色金属及非金属的精加工、超精加工以及主要用于有色金属及非金属的精加工、超精加工以及作磨具、磨料用。作磨具、磨料用。立方氮化硼：立方氮化硼：是由六方氮化硼在高温高压下转是由六方氮化硼在高温高压下转化而成的，硬度高，耐磨性好。它主要用于加工淬化而成的，硬度高，耐磨性好。它主要用于加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。火钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。四、刀具种类四、刀具种类 由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类很多。很多。按用途和加工方法，刀具可分为切刀类、孔加工按用途和加工方法，刀具可分为切刀类、孔加工刀具、拉刀类、铣刀类、螺纹刀具、齿轮刀具、磨具刀具、拉刀类、铣刀类、螺纹刀具、齿轮刀具、磨具类、自动线刀具和数控机床刀具等。类、自动线刀具和数控机床刀具等。一、切削层参数一、切削层参数 切削层是指在切削过程中，刀具或工件沿切削层是指在切削过程中，刀具或工件沿进给方向移动一个进给量时，刀具的刀刃从工进给方向移动一个进给量时，刀具的刀刃从工件待加工表面切下的金属层。件待加工表面切下的金属层。切削层参数是指在垂直于选定点主运动方切削层参数是指在垂直于选定点主运动方向的平面中度量的切削层截面尺寸。向的平面中度量的切削层截面尺寸。切削层参数包括切削层公称厚度切削层参数包括切削层公称厚度hD、切削、切削层公称宽度层公称宽度bD和切削层公称横截面积和切削层公称横截面积AD。任务三任务三 切削层参数和切削方式切削层参数和切削方式切削层公称厚度切削层公称厚度hD：是指过切削刃上的选定是指过切削刃上的选定点，在基面内测量的垂直于过渡表面的切削层尺点，在基面内测量的垂直于过渡表面的切削层尺寸，单位为寸，单位为mm。切削层公称宽度切削层公称宽度bD：是指是指过切削刃上的选定点，在基面过切削刃上的选定点，在基面内测量的平行于过渡表面的切内测量的平行于过渡表面的切削层尺寸，单位为削层尺寸，单位为mm。切削层公称横截面积切削层公称横截面积AD：是指过切削刃上的选定点，在是指过切削刃上的选定点，在基面内测量的切削层横截面积，基面内测量的切削层横截面积，单位为单位为mm2。二、切削方式二、切削方式 1直角切削和斜角切削直角切削和斜角切削 切屑沿刀刃切屑沿刀刃法向流出法向流出切屑流出方向切屑流出方向s切削刃切削刃法法线线直角切削直角切削斜角切削斜角切削 直角切削：直角切削：是指是指刀刃垂直于合成切削刀刃垂直于合成切削运动方向的切削方式。运动方向的切削方式。斜角切削：斜角切削：是指刀是指刀刃不垂直于合成切削运刃不垂直于合成切削运动方向的切削方式。动方向的切削方式。如右图所示：如右图所示：2自由切削和非自由切削自由切削和非自由切削 自由切削是指在切削过程中，只有一条直线刀自由切削是指在切削过程中，只有一条直线刀刃参加切削工作的切削方式。刃参加切削工作的切削方式。当切削方式既属于自由切削，又属于直角切削当切削方式既属于自由切削，又属于直角切削时，这种切削方式称为直角自由切削时，这种切削方式称为直角自由切削。非自由切削是指曲线刀刃或两条以上的刀刃参加非自由切削是指曲线刀刃或两条以上的刀刃参加切削的切削方式。切削的切削方式。实际生产中，切削方式多属于斜角、非自由切削实际生产中，切削方式多属于斜角、非自由切削方式，而在理论和实验研究工作中，为了简化条件常方式，而在理论和实验研究工作中，为了简化条件常采用直角自由切削方式。采用直角自由切削方式。综合实训综合实训 一、切削用量及切削层参数的计算一、切削用量及切削层参数的计算 用主偏角为用主偏角为75的车刀车外圆，工件加工前直的车刀车外圆，工件加工前直径为径为75mm，加工后直径为，加工后直径为66mm，工件转速，工件转速n为为220r/min，刀具每秒沿工件轴向移动，刀具每秒沿工件轴向移动1.6mm，试求，试求切削用量三要素（切削速度、进给量和背吃刀量）切削用量三要素（切削速度、进给量和背吃刀量）及切削层参数（切削厚度、切削宽度和切削面积）及切削层参数（切削厚度、切削宽度和切削面积）的大小。的大小。1实训过程实训过程（1）切削用量）切削用量切削速度切削速度（m/min）进给量进给量（mm/r）背吃刀量背吃刀量（mm）（2）切削层参数）切削层参数切削厚度切削厚度（mm）切削宽度切削宽度（mm）切削面积切削面积（mm2）2实训总结实训总结 通过计算切削用量和切削层参数，掌握切削用通过计算切削用量和切削层参数，掌握切削用量及切削层参数的概念和计算。量及切削层参数的概念和计算。二、标注刀具角度二、标注刀具角度 在正交平面参考系中，标注如下图（在正交平面参考系中，标注如下图（a）所示）所示切断刀的角度。其中，下图（切断刀的角度。其中，下图（b）所示为切断刀的）所示为切断刀的主视图，下图（主视图，下图（c）所示为切断刀的俯视图，下图）所示为切断刀的俯视图，下图（d）所示为切断刀的左视图。）所示为切断刀的左视图。vc（a）（b）（d）（c）vf通过各角度的定义标注角度如右图所示：通过各角度的定义标注角度如右图所示：1实训过程实训过程 2实训总结实训总结 通过对切断刀通过对切断刀角度的标注，掌握角度的标注，掌握刀具标注角度的坐刀具标注角度的坐标平面的确定及刀标平面的确定及刀具标注角度的概念。具标注角度的概念。项目小结项目小结1切削运动和切削用量切削运动和切削用量 （1）切削运动包括主运动和进给运动。在切）切削运动包括主运动和进给运动。在切削运动中，主运动只有一个，进给运动可由一个削运动中，主运动只有一个，进给运动可由一个或多个运动组成。或多个运动组成。（2）切削过程中工件的表面包括：待加工表）切削过程中工件的表面包括：待加工表面、已加工表面和过渡表面。工件表面的形成方法面、已加工表面和过渡表面。工件表面的形成方法包括轨迹法、成形法、展成法和相切法。包括轨迹法、成形法、展成法和相切法。（3）切削用量又称为切削用量三要素，是指切）切削用量又称为切削用量三要素，是指切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。2金属切削刀具金属切削刀具（1）刀具切削部分包括前刀面、主后刀面、）刀具切削部分包括前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。（2）刀具角度分）刀具角度分为为刀具刀具标标注角度和刀具工作注角度和刀具工作角度。角度。在正交平面参考系中的在正交平面参考系中的标标注刀具角度有主偏注刀具角度有主偏角角实际实际切削切削时时，进给进给运运动动及刀具安装位置（如刀及刀具安装位置（如刀具安装高低、刀具具安装高低、刀具轴线轴线安装位置安装位置变变化等）都会化等）都会对对刀刀具工作角度具工作角度产产生影响。生影响。楔角楔角o和刃倾角和刃倾角s。、刀尖角、刀尖角r、前角、前角o、后角、后角o、副偏角、副偏角（1）切削层参数包括切削层公称厚度）切削层参数包括切削层公称厚度hD、切削层、切削层公称宽度公称宽度bD、切削层公称横截面积、切削层公称横截面积AD。（2）切削方式可分为直角切削和斜角切削，或自）切削方式可分为直角切削和斜角切削，或自由切削和非自由切削。实际生产中，切削方式多属于由切削和非自由切削。实际生产中，切削方式多属于斜角、非自由切削方式。斜角、非自由切削方式。3切削层参数和切削方式切削层参数和切削方式 （3）刀具材料应具备如下的性能：高的硬度和耐）刀具材料应具备如下的性能：高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、良好的耐热性和导热性、良磨性、足够的强度和韧性、良好的耐热性和导热性、良好的工艺性与经济性。最常用的刀具材料是高速钢和硬好的工艺性与经济性。最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。质合金。（4）按用途和加工方法，刀具可分为切刀类、孔）按用途和加工方法，刀具可分为切刀类、孔加工刀具、拉刀类、铣刀类、螺纹刀具、齿轮刀具、磨加工刀具、拉刀类、铣刀类、螺纹刀具、齿轮刀具、磨具类、自动线刀具和数控机床刀具等。具类、自动线刀具和数控机床刀具等。