机加工第一章切削加工概论课件

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1、第一章 切削加工概论（P1）n金属零件切削加工：是通过刀具与工件之间的相对运 动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的 加工方法。n切削加工的基本形式有车削、铣削、钻削、刨削、钳 工等。n一般情况下，通过铸造、锻造、焊接和各种轧制的型 材毛坯精度低和表面粗糙度大，必须进行切削加工才 能成为零件。金属切削加工担负着几乎所有零件的加 工任务，在机械制造过程中，处于十分重要的地位。11 切削加工的基本概念 一、零件表面的形成及切削运动（P1）任何复杂的机器零件，均由一些简单的几何表面 组成，归纳起来不外乎以下三类表面：1、回转体表面：以某一条线（直线或曲线）为准线，其 运动轨迹为圆时所形成的表

2、面。 2、平面：以一直线为准线，而以另一直线为运动轨迹作 平移运动时所形成的表面。 3、成形表面：准线主运动轨迹皆为任意曲线。一、零件表面的形成及切削运动（P2）n切削运动：是为了形成工件表面所必需的、刀 具与工件之间的相对运动。n切削运动按其作用不同，分为主运动和进给运 动两种。n主运动：是切除工件多余金属所需要的最基本 的运动，主运动速度高、消耗功率大。n进给运动：是使金属层连续投入切削，从而加 工出完整表面的运动。一般说来，主运动只有 一个，而进给运动可以多个。各种切削运动和加工表面二、切削用量和切削层几何参数（P2）切削过程中，工件上形成三个表面即：1）待加工表面将被切除的表面；2）加

3、工表面正在切削的表面；3）已加工表面切除多余金属后形成的表面。车削加工工件上的表面 1、切削用量三要素（P2）1）切削速度：单位时间内，刀具相对于工件沿主运动方 向的相对位移。主运动是旋转运动时，切削速度计算 公式如下：式中：d工件加工表面或刀具某一点的回转直径（mm ）；n工件或刀具的转速（r/s或r/min）。 m/s2)进给速度（P2）n进给速度Vf ：单位时间内，刀具相对于工件沿进给运 动方向的相对位移。单位mm/s。n进给量f：工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向之 相对位移。当主运动为旋转运动时，f的单位是mm/r； 当主运动为往复直线运动时， f的单位是mm/str（毫 米/双行

4、程）；多刃刀具的每齿进给量用af表示，单位 是mm/Z。n显然：Vf f.n af.n.Z mm/s3)切削深度（P2）n切削深度ap：工件上已加工表面和待加工表面间的垂 直距离。n习惯上也将切削深度称为背吃刀量。外圆车削时：式中 D工件待加工表面的直径(mm)；d工件已加工表面的直径(mm)。2、切削层几何参数（P3）n切削层：是指工件上正被刀具切削刃切削着的一层金 属。也就是车刀移动f之后，切下的金属层，如图12 所示。1）切削层厚度ac ：垂直于加工表面来度量的切削层尺寸 。 2）切削宽度aw：沿加工表面测量的切削层尺寸。 3）切削面积Ac：切削层公称横截面积。切外圆时的切削层要素 12

5、 切削刀具的几何角度（P3）n刀具则是金属切削加工中不可缺少的重要工具 之一，无论是普通机床，还是先进的数控机床 和加工中心，都必须依靠刀具才能完成各种需 要的切削加工。n实践证明，刀具的更新可以成倍、数十倍地提 高生产效率。 刀具种类（P4）1）切刀：包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成型车刀等。 2）孔加工刀具：包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工刀 具(如钻一铰复合刀具)等。 3）拉刀：包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀)等。 4）铣刀：包括加工平面的圆柱铣刀、面铣刀等；加工沟槽的立 铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等；加工特殊形面的 模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成型铣刀等。

6、 5）螺纹刀具：包括螺纹车刀、丝锥、板牙、螺纹切头、搓丝板 等。 6）齿轮刀具：包括齿轮滚刀、蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花 键滚刀等。 7）磨具：包括砂轮、砂带、油石和抛光轮等。刀具切削部分结构要素（P3）n刀具通常由工作部分和夹持部分组成。n工作部分承担切削加工；夹持部分将工作部分与机床 连接在一起，传递切削运动和动力，并保证刀具正确 的工作位置。n刀具切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基 本形态，其它各类刀具可看成是它的演变和组合，故 以普通车刀为例，刀具切削部分的结构要素如图14 所示。刀具切削部分结构要素及定义（P3）1）前刀面：切屑沿其流出的表面。 2）主后刀面：刀具上与工件的

7、加工表面相对的表面。 3）副后刀面：刀具上与工件已加工表面相对的刀面。4）主切削刃：前刀面与主后刀面的交线。在切削过程中 ，承担主要的切削工作。 5）副切削刃：前刀面和副后刀面的交线，配合主切削刃 完成切削工作，最终形成已加工表面。 6）刀尖：主切削刃与副切削刃的联结部位。车刀切削部分的构造要素一、车刀的几何角度 1、刀具标注角度的参考系（P4）n在设计刀具时，为了表示刀具几何角度的大小以及刃 磨和测量刀具角度的需要，必须表示出刀面和切削刃 的空间位置。n而要确定它们的空间位置，就应当建立假想的参考平 面坐标系。n这里只介绍主剖面参考系。1、刀具标注角度的参考系（P4）主剖面参考系：如图1-5

8、所示：1）基面（pr)：过主切削刃上的选定点，与切削速度垂直 的平面； 2）切削平面（ps) ：过主切削刃上的选定点，并与该点 加工面相切的平面； 3）主剖面（po) ：过选定点，与切削平面和基面都垂直 的平面。车刀标注角度的参考系2、车刀的标注角度（P5）n车刀的标注角度是指刀具制造图上标注的角度 ，它是刀具的刃磨角度，也称静止角度。n车刀的角度有：前角、后角、主偏角、副偏角 、刃倾角等。2、车刀的标注角度（P5）1）前角0：在主剖面中测量，前刀面与基面（水平面） 之间的夹角。增大前角刃口锋利，切削轻快；但前角 过大会使切削刃强度降低，易崩刀。2）后角0 ：在主剖面中测量，后面与切削平面之间

9、的 夹角。增大后角，可减少刀具主后面与工件间的摩擦 ，但后角过大，切削刃强度降低。3）主偏角r ：在基面中测量，主切削刃在基面上的投 影与进给运动方向间的夹角。增大主偏角，使轴向力 增大、径向力减小，可减小切削时的振动，但不利于 刀具散热，易磨损。主偏角可在45一90间选取。工件 刚度好，粗加工时选取小值，反之，取大值。2、车刀的标注角度（P5）4）副偏角 r：在基面中测量，副切削平面在基面上的 投影与进给运动反方向的夹角。增大副偏角可减少副 切削刃与工件已加工表面的摩擦，有利于散热。但表 面粗糙度增大。5）刃倾角s：在切削平面中测量，主切削刃与基面之 间的夹角。当主切削刃位于水平时， s 0

10、。 车刀的标注角度2、车刀的工作角度（P6）n刀具在图纸上标注的角度称刃磨角度或标注角度。n在切削加工过程中，由于车刀安装位置的变化以及进 给运动的影响，使得参考平面坐标系的位置发生变化 。n按照切削工作中的参考平面坐标系所确定的角度，称 为工作角度，用0e、 0e等表示。车刀工作角度的影响因素（P6）1）刀尖安装高低对工作角度的影响：粗车外圆时，使刀 尖略高于工件中心，以增大前角；精车外圆时，使刀 尖略低于工件中心，以增大后角，减少后刀面的磨损 ；车成形表面时，刀刃应与工件中心等高，以免产生 误差。2）刀杆中心线安装偏斜对工作角度的影响：在普通车床 上为了避免振动，有时将刀杆偏斜安装以增大主

11、偏角 。3）进给运动对工作角度的影响。13 切削刀具材料（P13）n刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。在切削过程 中，刀具的切削能力，直接影响生产率、加工质量和 加工成本。n而刀具的切削性能，主要取决于刀具材料；其次是刀 具几何参数和刀具结构的选择与设计是否合理。 n100年以前，加工一个直径为100mm，长度为500mm的碳 素钢零件需要的时间为100min，而现在用陶瓷涂层硬 质合金刀片车削只需1min。一、刀具材料应具备的性能（P13）1、高的硬度和耐磨性：一般刀具的常温硬度在60HRC以 上。 2、足够的强度和韧性： 3、高的热硬性（红硬性）：高温下保持高硬度、高强度 和高韧性的能力

12、，并有良好的抗扩散、抗氧化能力。4、良好的工艺性：要求刀具材料有较好的可加工性、可 磨削性和热处理性。5、好的导热性和小的膨胀系数。二、刀具材料的种类（P13）1、碳素工具钢：常用牌号为T10A、T12A，热硬性差，工 作温度不能超过250，切削速度8m/min以下，所以只 能用作简单的手工工具，如锉刀了、锯条等。2、合金工具钢：常用牌号有9SiCr、CrWMn，工作温度不 能超过400，常用作铰刀、板牙等。3、高速钢：常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，硬度可 达6267HRC，工作温度可达600，切削速度可达 3050m/min，可用于制造各种刀具。二、刀具材料的种类 4、硬质

13、合金（P14）n是用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物(如碳化钨碳化 钛、碳化钽等)与金属粘结剂(钴、钨、钼等)在高温下 烧结而成的粉末冶金材料。n硬度可达8993HRA，切削温度达8001000，允许 切削速度可达100300mmin。n是当今主要的刀具材料之一，大多数车刀、端铣刀和 部分立铣刀等均已采用硬质合金制造。n缺点是抗弯强度低，不能承受较大的冲击载荷。我国常用的硬质合金（P14）1）钨钴硬质合金：A）代号为YG，由碳化物WC和金属Co组成；B）韧性较好，抗弯强度较高，热硬性稍差；C）适用于加工铸铁等脆性材料；D）常用牌号有YG8和YG3，数字表示含钴量的百分数。钴含量越高，其韧性和强度

14、越高，但硬度与耐磨性能低。所以YG8用作粗加工，YG3用作精加工。我国常用的硬质合金（P14）2）钨钛硬质合金：A）代号为YT，由碳化物WC、TiC和金属Co组成；B）热硬性比钨钴合金高，耐磨性好；C）适用于加工碳钢等塑性材料材料；D）常用牌号有YT30和YT5，数字表示碳化钛含量的百分数。TiC含量越高，热硬性越高，韧性较差，所以YT30用作精加工，YT5用作粗加工。我国常用的硬质合金（P15）3）通用硬质合金：A）代号为YW，在YT类合金中加入碳化钽或碳化铌；B）韧性和抗粘附性较高，耐磨性好；C）适用范围广，既能加工铸铁，又能切削钢材；D）常用牌号有YW1和YW2，特别适合难加工的合金钢，

15、如耐热钢、高锰钢、不锈钢等。所以称为万能合金。我国常用的硬质合金（P15）4）表面涂层硬质合金：它是在硬质合金基体上，涂敷一层几微米厚的高 硬度、高耐磨性的金属化合物(如碳化钛、氮化钛、氧 化铝等)而制成的。涂层硬质合金的刀具寿命至少可提 高13倍，涂层高速钢的刀具寿命可提高210倍。陶瓷（P15）n纯氧化铝AL2O3陶瓷、复合氧化铝AL2O3TiC陶瓷、复 合氮化硅Si3N4TiCCo陶瓷。n有很高的高温硬度，在1200时，硬度尚能达到80HRA ，在高温下不易氧化，与普通钢不易产生粘结和扩散 作用；n可用于加工钢、铸铁，对于冷硬铸铁、淬硬钢的车削 和铣削特别有效，其使用寿命、加工效率和已加

16、工表 面质量常高于硬质合金刀具。n其主要缺点是：抗弯强度低，冲击韧性差，导热能力 低和线膨胀系数大。对冲击十分敏感，容易破裂。因 此，应用受到限制。 金刚石（P16）n是目前已知的最硬材料，硬度接近于10000HV（硬质合 金为13001800HV）。n能对陶瓷、硬质合金等高硬度耐磨材料进行切削加工 ，使用寿命极高，耐用度通常为硬质合金的10100倍 。n但金刚石的热稳定性较差，金刚石是碳的同素异构体 ，在高温下，与铁原子起反应，易产生粘接磨损，因 此不宜加工钢铁材料。n多用于在高速下对合金进行精细车削或鏜削。 14 金属切削过程（P16）n在金属切削过程中，工件上的被切削层材料在刀具的 作用下，或因剪应力产生塑性滑移而形成切屑。n塑性材料切屑的形成过程：当刀具相对被切削层材料 作切削运动时，在剪应力的作用下材料依次错动滑移 成切屑，并沿前刀面流出。平常所看到的带状切屑其 上侧呈层状的锯齿形，即为塑性滑移的结果。n切削脆性材料时，由于这类材料的塑性变形能力差，