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1、机械制造工程原理机械制造工程原理 1 切削加工过程的两个基本要素切削加工过程的两个基本要素 成型运动和刀具 2 发生线发生线 母线和子线 3 形成发生线的方法形成发生线的方法 轨迹法 成形法 相切法 展成法 4 成型运动的种类 简单成形运动 直线运动和旋转运动 各个部分相互独立 没有严格的相对运动关系 复合运动 各个部分相互依存 保持严格的相对运动关系 5 合成切削运动 主运动 刀具的切削部分切入工件材料 使被切金属层转变为切屑 从而形成工件新表面 是刀具与工件之间的主要相对运动 进给运动 使切削加工持续不断进行 形成具有所需几何形状的已加工表面 6 主运动方向 切削刃上选定点相对于工件的瞬时
2、主运动方向 切削速度 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度 7 工件上的加工表面 待加工表面 加工时即将被切除的表面 已加工表面 已被切除多与金属而形成符合要求的工件新表面 过渡表面 加工时由主切削刃正在切削的那个表面 8 切削用量三要素 切削速度 进给量 工件或刀具每回转一周时二者沿进给方向的相对位移 切削深度 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离 9 刀具材料具备的基本性能 硬度 耐磨性 耐热性 强度和韧性 减磨性 导热性和热膨胀系数 工艺性和经济性 10 刀具常用材料 高速钢 W MO CR V 优点 强度 韧性和工艺性能好 价格便宜 工艺 性好 广泛用于 复杂刀具和小型刀具 缺
3、点 不能承受高温 高硬度 高强度的材料 硬质合金 工艺性差 主要用于制作简单刀具 允许切削速度高 超硬刀具材料 11 切削加工 使刀具接近工件 然后使刀具对工件做相对运动 由于工件内部产生较大的 应力而引起工件材料破坏 把不需要的部分作为切屑剥离出来 加工出所需形状 尺寸和表 面质量的工件 金属切削过程 工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下 沿着剪切面产生剪切变形并转变 为切屑的过程 也可以说是金属内部不断滑移的过程 实质是 工件材料的剪切变形和挤压 摩擦 12 金属切削的三个变形区 A 主要特征 沿滑移线的剪切变形和随之产生的加工硬化现象 切削速度高 宽度较小 0 02 0 2mm 近似平面
4、 成为剪切面 B 切屑沿着前刀面流动 前刀面与切屑的摩擦力作用 切屑底部的晶粒进一步纤维化 方 向与前刀面平行 C 后到面与已加工表面的挤压和摩擦 使已加工表面产生晶粒的纤维化和冷硬效果 13 切削变形的表达 变形系数 直观的反应了切削变形程度 但很粗略 有时不能反映剪切变形的真实情况 切削层公称厚度 hd 越小 变形系数越大 剪应变 剪切角 描述切削机理的指标 切削层参数 切削层公称厚度 h0 切削层公称宽度 b0 切削面积 14 切屑的分类 带状切屑 塑性材料 切削厚度较小 切削速度较高 前角较大 节状切屑 切削速度较低 切削厚度较大 粉状切屑 塑性材料 切削速度较低 崩碎切屑 脆性材料
5、切削的形态是随着切削条件的改变而转化的 在形成节状切屑的情况下 若减小前角或加大 切削厚度 可以得到单元切屑 反之得到带状切屑 工件材料脆性越大 切屑厚度越大 切屑卷曲半径越小 切屑就越容易折断 脆性材料 切 削力集中在刀尖附近 易取较小的前角和较小的后角 15 积屑瘤的形成 在金属切削过程中 常常有一些从切屑和工件上的金属冷焊并层积在前刀面上 形成一个非 常坚硬的金属堆积物 能够代替刀刃进行切削 并且已一定的频率生长和脱落 成为积屑瘤 在切削速度不高而又能形成带状切屑的情况下产生 16 积屑瘤对切削过程的影响 保护刀具 增大前角 增大切削厚度 增大已加工表面的粗糙度 加速刀具磨损 17 对待
6、积屑瘤的态度 粗加工 利用 保护刀具 减小切削变形 精加工 不希望 控制积屑瘤 改变切削速度 加注切削液和增大前角 18 影响切削变形的因素 工件材料 强度和硬度越大 变形系数越小 刀具前角 前角大 变形系数增大 切削速度的影响 切削厚度的影响 厚度增大 变形系数减小 19 切削力 fc 切削速度 和基面及进给方向垂直 fp ff 的来源 切削层金属 切屑和工件表层金属的弹塑性变形所产生的抗力 刀具与切屑 工件表面的摩擦阻力 20 影响切削力的因素 工件材料 强度 硬度越高 切削力越大 塑性愈大 切削变形越大 切削力越大 切削用量的影响 切深影响比进给量大 为了提高生产率 加大进给量有利 切削
7、速度增加 切削力减小 刀具几何参数 前角加大 切削力增大 塑性材料影响较大 脆性材料影响较小 负棱角使切削力变大 刀具磨损的影响 后到面磨损 总切削力增大 21 切削热的来源 切削层金属的弹塑性变形 切屑与前刀面 工件与后到面的摩擦 传导 工件 切屑 刀具 周围介质 分布规律 塑性 材料 温度最高处事在距离刀尖一定长度的地方 脆性材料 刀尖处且靠近后到面的地方 22 影响切削温度的因素 切削用量的影响 切削速度增大 切削热提高 不成正比 进给量的增大 切削热提高 切削深度影响很小 刀具几何参数 前角大 切削温度低 主偏角增大 温度提高 刀具磨损 温度升高 工件材料 强硬度越高 切削热越大 合金
8、钢高于 45 钢 塑性材料高于脆性材料 23 刀具磨损 前刀面 后到面 前后刀面 24 磨损机理 磨料磨损 各种切削速度都存在 低速是刀具磨损的主要原因 冷焊磨损 物理作用 在中等偏低的速度下切削塑性材料较严重 扩散磨损 化学作用 氧化磨损 热电磨损 25 磨损过程 初期磨损 在极短的时间内 VB 上升很快 正常磨损 磨损量缓慢均匀增加 曲线斜率代表磨损强度 剧烈磨损 磨损快 强度大 进入前必须换刀 26 磨钝标准 最大的允许磨损值 后到面磨损带中间部分平均量允许达到的最大值 用 VB 表示 27 刀具的使用寿命或者为刀具的耐用度 刃磨好的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标 准为止的净切削时间
9、 28 切削用量的选择原则 速度影响最大 在提高生产率的同时 又希望刀具使用寿命下降的不多的情况下 首先尽 量选用大的切削深度 然后根据加工条件和加工要求选取允许的最大进给量 最后根据刀具 的使用寿命或机床功率选取最大的切削速度 29 刀具的使用寿命选择 生产率最高 生产成本最低 利润率最大 30 刀具磨损 刀具不经过正常磨损 而在很短的实践内突然失效 烧刃 卷刃 工具钢 高速钢 崩刃 硬质合金 断裂 表层脱落 加工精度 零件加工后的几何尺寸与理想几何尺寸的接近程度 31 选择刀具几何参数的一般性原则 要考虑工件的实际情况 考虑刀具材料和刀具结构 考虑各个几何参数的之间的联系 考虑具体的加工条
10、件 32 前角的功用 影响切削区的变形程度 增大前角 可以减小切削变形 减小切削力 切削热和切削功率 用于精加工 影响切削刃与刀头强度 受力性质和散热条件 增大前角会使切削刃与刀头强度降低 刀头 的导热面积和容热体积减小 影响切削刃形态和断屑效果 影响已加工表面质量 33 合理前角的选择 取决于刀具材料和工件材料的性质 强度硬度低 较大的前角 塑 性材料 较大的前角 合理主偏角的选择 粗加工和半精加工是 硬质合金一般选用较大的主偏角 较小振动 延长刀具的寿命 容易 断屑 可以采用大的切削深度 加工很硬的材料 取较小的主偏角 系统工艺刚性较好时 较小的主偏角可以延长刀具的使用寿命 刚性不足 大的
11、主偏角 较 小切深抗力 34 切削加工性 工件材料加工的难易程度 45 钢为比较基准 铸铁材料 以灰铸铁为标 准 衡量指标 刀具使用寿命的相对比值 相同使用寿命 切削速度的比值 切削力和切削温度 已加工表面的质量 35 影响切削加工性的因素 金属材料的物理和机械性能的影响 硬度和强度 越大 切削加工性越差 塑性 塑性越大越难加工 韧性 韧性越高 越差 导热性 导热系数越大 越好 线膨胀系数 金属材料化学成分的影响 36 切削液的种类 水溶液 乳化液 切削油 作用 冷却 润滑 清洗 防锈 37 机床的代号 CA6140 类别 车床 结构特性代号 为了区别主参数相同而结构不同 组别代号 系别代号
12、主参数 机床的组成 主轴箱 刀架 尾座 床身 溜板箱 进给箱 普通机床 加工范围大 通用性较大 各类零件的不同工序 结构复杂 专门化机床 加工范围较窄 专用机床 只能加工某零件的特定工序 加工范围最窄 38 机床的运动分析 表面成形运动 在切削过程中 使工件获得一定表面形状 所必须的 刀具和工件间的相对运动 主运动和进给运动 辅助运动 机床的基本技术参数 尺寸参数 运动参数 动力参数 机床的动态精度 机床工作时再切削力 夹紧力 振动和温升的作用下部件间相互位置精度 和部件的运动精度 39 传动链 构成一个传动联系的一系列传动件 外联系传动链 联系动源和机床执行件 使执行件得到预定速度的运动 并
13、传递一定的动力 传动比不要求准确 工件的旋转和刀架的移动之间也没有严格的相对速度关系 内联系传动链 联系复合运动之内的各个运动分量 传动链联系的执行件之间的相对速度有 严格的要求 用来保证运动的轨迹 有严格的传动比要求 否则不能保证被加工表面的性质 不能用摩擦传动或瞬时传动比有变化的传动件 40 定比机构和换置机构 41 车削螺纹 米制 英制 模制 径节 运动平衡式 it s 42 钻床 立式钻床 摇臂钻床 钻孔 扩孔 铰孔 钻埋头孔 锪平面 攻螺纹 孔加工的刀具 在实体材料上加工 麻花钻 中心钻 深孔钻 对已有孔再加工 扩孔钻 锪钻 铰刀 镗刀 卧式铣床的主运动 刀具旋转 进给运动 工件直线
14、 铣平面分为端铣和周铣两种方式 端铣是用分布在铣刀端面上的刀齿进行铣的方法 周铣是 用分布在铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削的方法 麻花钻有两条主切削刃和两条副切削刃 副后角为 0 拉床只有主运动 没有进给运动 成型法加工 铣齿机 拉齿机 磨齿机 盘状模数铣刀 指状模数铣刀 刀具的齿形与被 加工齿间的形状相同 运动简单 不需要专门机床 但生产率低 加工精度低 用于单件小 批生产 加工精度取决于刀具的精度 展成发加工 插齿 原理 一对圆柱齿轮的啮合 其中一个是工件 一个是插齿刀 模数和压力角相等 展成运动 插齿刀和工件的相对转动 上下往复运动是主运动 径向切入运动 滚齿 一对螺旋齿轮啮合的过程 可以加
15、工模数相同的任意齿数的齿轮 有造型误差 43 圆周铣削 逆铣 铣刀刀齿切削速度在进给方向上的速度分量与工件进给速度方向相反 刀齿有一个从零切削厚度开始切入工件的过程 与已加工表面的加工硬化层挤压和摩擦 刀 具易磨损 可以避免顺铣时的窜动现象 但引起振动 顺铣 切入工件的切削厚度最大 然后逐渐减小到零切出 从而避免了在已加工表面的冷硬 层上挤压和摩擦 不能用于带硬皮的工件 接触硬皮加剧磨损 44 砂轮的硬度 用来反映磨粒在磨削力的作用下 从砂轮表面脱落的难易程度 砂轮硬 表示磨粒难以脱落 工件材料越硬 砂轮硬度应选得越软些 45 夹具组成 定位元件 夹紧装置 限制自由度 导向元件和对刀装置 连接
16、元件 夹具体 其他元件及装置 46 夹具的作用 保证加工精度 提高生产率 减轻劳动强度 扩大机床的工艺范围 47 夹具的分类 车 磨 钻 钻模 镗 铣 通用夹具 三爪卡盘 专用夹具 成批和大批量生产 组合夹具 成组夹具 随行夹具 48 夹具中的加工误差 夹紧误差 工件或夹具刚度过低或夹紧力作用方向 作用点选择不当 都会使工件或夹具产 生变形 形成加工的误差 安装误差 对定误差 加工过程误差 49 定位 把工件安放在机床工作台上或夹具中 使它和刀具之间有相对正确的位置 夹紧 工件定位后 应将工件固定 使其在加工过程中保持定位位置不变 工件从定位到夹紧的整个过程为安装 50 安装 直接找正安装 生产率低 用于单件小批量生产 精度高 划线找正安装 不需要其他专门设备 通用性好 但生产率低 精度不高 单件小批生产 夹具安装 51 六点定位原理 采用六个按一定规则布置的约束点 可以限制工件的六个自由度 实现完全定位 52 完全定位 限制 6 个自由度 不完全定位 限制小于 6 个自由度 欠定位 根据加工面位置尺寸要求必须限制自由度没有得到全部限制 不允许 过定位 同一个自由度被两个或两个以上约束
