《机械制造工程基础》第3.1章切削加工概述.ppt
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1、机械制造工艺学第第1章章 切削加工基础切削加工基础1.1 制造业的发展及其制造业的发展及其在国民经济中的地位在国民经济中的地位11.1.1 制造业的发展制造业的发展 1717世世世世纪纪纪纪6060年年年年代代代代,瓦瓦瓦瓦特特特特改改改改进进进进蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽机机机机,标标标标志志志志第第第第一一一一次次次次工工工工业业业业革革革革命命命命兴起,工业化大生产从此开始;兴起,工业化大生产从此开始;兴起,工业化大生产从此开始;兴起,工业化大生产从此开始;1818世世世世纪纪纪纪中中中中,麦麦麦麦克克克克斯斯斯斯韦韦韦韦尔尔尔尔建建建建立立立立电电电电磁磁磁磁场场场场理理理理论论论论,电电电电气
2、气气气化化化化时时时时代代代代开开开开始;始;始;始;2020世世世世纪纪纪纪初初初初,福福福福特特特特汽汽汽汽车车车车生生生生产产产产线线线线,泰泰泰泰勒勒勒勒科科科科学学学学管管管管理理理理方方方方法法法法,标标标标志志志志自动化时代到来;自动化时代到来;自动化时代到来;自动化时代到来;二二二二战战战战后后后后,计计计计算算算算机机机机、微微微微电电电电子子子子技技技技术术术术,信信信信息息息息技技技技术术术术及及及及软软软软科科科科学学学学的的的的发发发发展展展展,以以以以及及及及市市市市场场场场竞竞竞竞争争争争的的的的加加加加剧剧剧剧和和和和市市市市场场场场需需需需求求求求多多多多样样
3、样样性性性性的的的的趋趋趋趋势势势势,使使使使中中中中小小小小批批批批量量量量生生生生产产产产自自自自动动动动化化化化成成成成为为为为可可可可能能能能,并并并并产产产产生生生生了了了了综综综综合合合合自自自自动动动动化化化化和和和和许多新的制造哲理的生产模式;许多新的制造哲理的生产模式;许多新的制造哲理的生产模式;许多新的制造哲理的生产模式;进进进进入入入入2121世世世世纪纪纪纪,制制制制造造造造技技技技术术术术向向向向自自自自动动动动化化化化、柔柔柔柔性性性性化化化化、集集集集成成成成化化化化、智智智智能化、精密化和清洁化能化、精密化和清洁化能化、精密化和清洁化能化、精密化和清洁化的方向发
4、展。的方向发展。的方向发展。的方向发展。21.1.2 1.1.2 制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 国国国国民民民民经经经经济济济济的的的的支支支支柱柱柱柱产产产产业业业业,国国国国民民民民经经经经济济济济总总总总收收收收入入入入的的的的60%以以以以上上上上来来来来自自自自制造业,世界发达国家无不具有强大的制造业。制造业,世界发达国家无不具有强大的制造业。制造业,世界发达国家无不具有强大的制造业。制造业,世界发达国家无不具有强大的制造业。美美美美国国国国:约约约约1/1/4 4人人人人口口口口直直直直接接接接从从从从事事事事制制
5、制制造造造造业业业业,其其其其余余余余人人人人口口口口中中中中有有有有约约约约半半半半数数数数人所做工作与制造业有关。人所做工作与制造业有关。人所做工作与制造业有关。人所做工作与制造业有关。日日日日本本本本由由由由于于于于重重重重视视视视制制制制造造造造业业业业,二二二二次次次次大大大大战战战战后后后后3030年年年年时时时时间间间间,发发发发展展展展成成成成为为为为世界经济大国。世界经济大国。世界经济大国。世界经济大国。机械制造业是制造业的基础机械制造业是制造业的基础机械制造业是制造业的基础机械制造业是制造业的基础,是重中之重。是重中之重。是重中之重。是重中之重。与与与与此此此此相相相相反反
6、反反,美美美美国国国国在在在在一一一一段段段段相相相相当当当当长长长长时时时时间间间间内内内内忽忽忽忽视视视视了了了了制制制制造造造造技技技技术术术术的的的的作作作作用用用用,结结结结果果果果导导导导致致致致经经经经济济济济衰衰衰衰退退退退,竞竞竞竞争争争争力力力力下下下下降降降降,出出出出现现现现在在在在家家家家电电电电、汽汽汽汽车车车车等等等等行行行行业业业业不不不不敌敌敌敌日日日日本本本本的的的的局局局局面面面面。直直直直至至至至上上上上世世世世纪纪纪纪8080年年年年代代代代初初初初,美美美美国国国国才才才才开开开开始始始始清清清清醒醒醒醒,重重重重新新新新关关关关注注注注制制制制造造
7、造造业业业业的的的的发发发发展展展展,至至至至19941994年年年年美美美美国国国国汽车产量重新超过日本。汽车产量重新超过日本。汽车产量重新超过日本。汽车产量重新超过日本。31.1.2 1.1.2 制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 东芝事件图图1-1 多轴数控机床多轴数控机床改进核潜艇性能改进核潜艇性能41.1.3 1.1.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业与世界发达国家的差距我国机械制造业与世界发达国家的差距我国机械制造业与
8、世界发达国家的差距我国机械制造业与世界发达国家的差距困困困困难难难难:技技技技术术术术上上上上落落落落后后后后,资资资资金金金金不不不不足足足足,资资资资源源源源短短短短缺缺缺缺,管管管管理理理理体体体体制制制制、周边环境还存在诸多问题(地方保护,信用危机周边环境还存在诸多问题(地方保护,信用危机周边环境还存在诸多问题(地方保护,信用危机周边环境还存在诸多问题(地方保护,信用危机)。)。)。)。机机机机遇遇遇遇:中中中中国国国国已已已已加加加加入入入入WTOWTO;制制制制造造造造业业业业的的的的世世世世界界界界格格格格局局局局已已已已经经经经和和和和正正正正在在在在发发发发生生生生重重重重大
9、大大大变变变变化化化化,欧欧欧欧、亚亚亚亚、美美美美三三三三分分分分天天天天下下下下局局局局面面面面正正正正在在在在形形形形成成成成,世世世世界界界界经经经经济济济济重重重重心心心心开开开开始始始始向向向向亚亚亚亚洲洲洲洲转转转转移移移移已已已已出出出出现现现现征征征征兆兆兆兆,制制制制造造造造业业业业的的的的产产产产品品品品结构、生产模式也在迅速变革之中。结构、生产模式也在迅速变革之中。结构、生产模式也在迅速变革之中。结构、生产模式也在迅速变革之中。机遇与挑战机遇与挑战机遇与挑战机遇与挑战 总体上看,发展迅速,成绩瞩目。总体上看,发展迅速,成绩瞩目。总体上看,发展迅速,成绩瞩目。总体上看,发
10、展迅速,成绩瞩目。存存存存在在在在阶阶阶阶段段段段性性性性的的的的差差差差距距距距:产产产产品品品品质质质质量量量量和和和和水水水水平平平平不不不不高高高高,技技技技术术术术开开开开发发发发能能能能力不强,基础元器件和基础工艺不过关。力不强,基础元器件和基础工艺不过关。力不强,基础元器件和基础工艺不过关。力不强,基础元器件和基础工艺不过关。机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。挑战与机遇并存。挑战与机遇并存。挑战与机遇并存。挑战与机遇并存。51.1.4 本课
11、程的主要内容本课程的主要内容 (1)各种各种表表面的切削面的切削成形加工成形加工;(2)金属切削机床金属切削机床 (3)机械加工工艺规程制订的原则、方法和步骤;)机械加工工艺规程制订的原则、方法和步骤;(4)机械加工精度的影响因素及其提高措施;机械加工精度的影响因素及其提高措施;(5)机械加工表面质量机械加工表面质量的影响因素及其提高措施;的影响因素及其提高措施;(6)机械装配工艺过程设计的理论和方法机械装配工艺过程设计的理论和方法.主要研究内容主要研究内容主要研究内容主要研究内容 机械制造工艺学是以机械制造过程中的工艺问题为研究对机械制造工艺学是以机械制造过程中的工艺问题为研究对象的一门技术
12、学科,包括零件加工和装配两方面,其指导思想象的一门技术学科,包括零件加工和装配两方面,其指导思想是在保证质量的前提下,实现高效、经济的加工与装配。是在保证质量的前提下,实现高效、经济的加工与装配。61.2 机械制造工艺过程机械制造工艺过程机械制造中与产品生成直接有关的生产过程常被称为机械制造工艺过程 机械制造工艺过程机械制造工艺过程主要内容主要内容 毛毛坯坯和和零零件件成成形形铸铸造造、锻锻压压、冲冲压压、焊焊接接 、压压制、烧结、注塑、压塑制、烧结、注塑、压塑 机械加工机械加工切削、磨削、特种加工切削、磨削、特种加工 材材料料改改性性与与处处理理热热处处理理、电电镀镀、转转化化膜膜、涂涂装装
13、、热喷涂热喷涂 机机械械装装配配把把零零件件按按一一定定的的关关系系和和要要求求连连接接在在一一起起,组组合合成成部部件件和和整整台台机机械械产产品品,包包括括零零件件的的固固定定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作连接、调整、平衡、检验和试验等工作 71.2.1 1.2.1 零件表面形成方法零件表面形成方法 轨迹法轨迹法 成形法成形法 相切法相切法(铣削)铣削)展成法展成法a)轨迹法 b)成形法c)相切法 d)展成法图1-2 零件表面成形方法8主运动主运动 指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度,用v(m/s)表示。主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动,可以由刀
14、具来完成,也可以由工件来完成;可以是直线运动(用 T 表示),也可以是回转运动(用 R 表示)。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合,产生了不同的加工方法。(熟悉各种床子的成形运动)进给运动进给运动 指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量(fmm/r)或进给速度(vf mm/min)表示。定位和调整运动定位和调整运动 使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度,工件分度等。1.2.2 1.2.2 切削加工的成形运动切削加工的成形运动 910图图1-3 切削运动和加工表面切削运动和加工表面a)车削)车削 b)铣削)铣削 c)刨削)刨削 d)钻削)钻削 e)磨
15、削)磨削1主运动主运动 2进给运动进给运动 3待加工表面待加工表面 4过渡表面过渡表面 5已加工表面已加工表面11三、切削要素三、切削要素1.1.切削用量三要素切削用量三要素1 1)切削速度()切削速度(v v)m/s单位时间内,工件或刀具沿主运动方向的相对位移。单位时间内,工件或刀具沿主运动方向的相对位移。旋转运动旋转运动(m/s)往复直线运动往复直线运动(m/s)nf f 切削用量切削用量122 2)进给量()进给量(f f)(mmmm)单位时间内单位时间内(主运动的主运动的一个循环内一个循环内),刀具或,刀具或工件沿进给运动方向工件沿进给运动方向的相对位移。的相对位移。单位时间的进给量单
16、位时间的进给量进给速度(进给速度(Vf)(mm/s)3 3)背吃刀量()背吃刀量(a ap p)(mmmm)d dm md dw wf fn1 12 2f fapKrKr 切削用量切削用量131.3 刀具结构刀具结构 车刀车刀a)焊接式车刀b)整体式车刀c)机夹式车刀车刀的结构 外圆车刀是最基本、最典型的刀具,由刀头和刀体组成。外圆车刀是最基本、最典型的刀具,由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由车刀的切削部分由3 3个刀面(前刀面、主后刀面和副后刀个刀面(前刀面、主后刀面和副后刀面),面),2 2个刀刃(主切削刃和副切削刃)和个刀刃(主切削刃和副切削刃)和1 1个刀尖组成。个刀尖组成。14 CA
17、6140CA6140机床布局机床布局 卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件,故采用卧式布卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件,故采用卧式布局。主轴水平安装,刀具在水平面内作纵、横向进给运动。局。主轴水平安装,刀具在水平面内作纵、横向进给运动。另:另:CT6140CT6140车 床主轴箱主轴箱进给箱进给箱溜板箱溜板箱尾座尾座床身床身挂挂轮轮机机构构刀架刀架床腿床腿光杠光杠丝杠丝杠15刀具结构刀具结构 刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合各种刀具切削部分的形状161.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 刀具标注角度坐标系刀具标注角度坐标系(主剖面坐标系)主切削刃主后刀
18、面前刀面副切削刃主剖面 PoA1)基面 Pr:通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面 Ps基面 Pr车刀主剖面坐标系2)切削平面 Ps:通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3)主剖面 Po:通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。172.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度1 1)主偏角()主偏角(krkr)2 2)副偏角()副偏角(krkr)在基面在基面PrPr内标注的角度内标注的角度:主切削平面与假定工作平面间主切削平面与假定工作平面间夹角,即夹角,即主切削刃在基面上的主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角投影与进给方向间夹
19、角(4090)。)。nf fKrKrkrkr副切削平面与假定工作平面间副切削平面与假定工作平面间夹角,即夹角,即副切削刃在基面上的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。投影与进给运动反方向间夹角。1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 18主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr越大,残留面越大,残留面积越大,表面粗糙积越大,表面粗糙度越大。度越大。nf fkrkrKrKr2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度主、副偏角的作用及选用主、副偏角的作用及选用1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 19主偏角主偏角kr越小,进给抗力越小,进给抗力越小,切深抗力越大,加越小,切深抗力越大,加大工
20、件的变形挠度,容易大工件的变形挠度,容易引起系统振动。引起系统振动。nf fkrkrKrKr2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度主、副偏角的作用及选用主、副偏角的作用及选用1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 20主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr越大,残留面越大,残留面积越大,表面粗糙积越大,表面粗糙度越大。度越大。nf fk kr rKrKr2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度主、付偏角的作用及选用主、付偏角的作用及选用1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 21选用选用系统刚性好:取较小的系统刚性好:取较小的krkr,10103030、4545。系统刚性差:取较大的系统刚
21、性差:取较大的krkr,6060、7575、9090。2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度主、副偏角的作用及选用主、副偏角的作用及选用1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 222.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度在正交平面在正交平面p po o标注的角度标注的角度:1 1)前角()前角(o o)2 2)后角)后角(o o)前刀面与基面间夹角前刀面与基面间夹角(015)。)。主后刀面与主切削平主后刀面与主切削平面间夹角(面间夹角(612)nf fk kr r 0 0 0 0KrKrprpspo1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 23正交平面正交平面2.2.刀具的主要标注角度刀具
22、的主要标注角度在正交平面在正交平面p po o标注的角度标注的角度:ponf fkrkrKrKr 0 0 0 0prps1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 242.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度在正交平面在正交平面p po o标注的角度标注的角度:1 1)前角()前角(o o)2 2)后角)后角(o o)前刀面与基面间夹角前刀面与基面间夹角(015)。)。主后刀面与主切削平主后刀面与主切削平面间夹角(面间夹角(612)nf fkrkr 0 0 0 0KrKrprpspo1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 25作用作用影响切削力大小影响切削力大小;影响刀头强度和散热条件。影响刀头强
23、度和散热条件。0 0前角的作用及选用前角的作用及选用2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 26前角的作用及选用前角的作用及选用前角越大,刀越锋利、切削前角越大,刀越锋利、切削轻快,强度下降、不利散热轻快,强度下降、不利散热2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 27选择选择加工塑性材料和精加工加工塑性材料和精加工取大前角(取大前角()0加工脆性材料和粗加工加工脆性材料和粗加工取小前角取小前角()0前角的作用及选用前角的作用及选用2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度
24、28 0 0 0后角的作用及选用后角的作用及选用2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度后角有正、负、零之分后角有正、负、零之分1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 29后角的作用及选用后角的作用及选用减小主后刀面与加减小主后刀面与加工表面的摩擦工表面的摩擦2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 30选用选用加工塑性材料和精加工加工塑性材料和精加工取大后角(取大后角()0加工脆性材料和粗加工加工脆性材料和粗加工取小后角(取小后角()0后角(后角(0 0)只能是正的)只能是正的后角的作用及选用后角的作用及选用2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角
25、度1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 312.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度刃倾角(刃倾角(S S)在切削平面在切削平面p pS S标注的角度标注的角度:nf fkrkrKrKr 0 0 0 0prpsAA向主切削刃与主切削刃与基面之间的基面之间的夹角。夹角。(-5+5)。)。1.3.2 刀具几何角度刀具几何角度 32刃倾角的作用及选用刃倾角的作用及选用2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度作用作用:影响切屑流出方向。影响切屑流出方向。选用:选用:粗加工:可取零或负(粗加工:可取零或负(S S =0=0、-S S )精加工:取精加工:取 正(正(+S S )1.3.2 刀具几
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