金属切削原理课件 第1章 基本定义

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1、金属切削原理,主讲：梁炜 机电工程学院材料成形教研室 2014,本课程在专业教学中的地位,机械制造工艺学,金属切削刀具,金属切削原理,机床夹具,金属切削机床,公差与测量,本课程研究方法,研究方法：复杂简单复杂 事物规则：条件的组合,课程特点、要求,特点： 理论性强、枯燥、各因素关系要求： 着装整齐，不要迟到； 记笔记、带讲义； 五次旷课、三次不交作业，无考试资格成绩评定： 考试70 平时30（考勤、作业、课堂练习）,第一章 基本定义,1.1 概述,一、 切削加工的定义,零件生产方法： 成型加工 减材制造 增材制造切削加工使用切削工具从毛坯上切除多余的材料，从而获得具有一定形状、精度和表面质量的

2、零件。,二、实现切削加工的条件,1、刀具与工件之间的相对运动； 2、刀具具有一定的空间几何形状； 3、满足切削需要的刀具材料性能。,三、切削加工的种类工艺特征区分,车削 插削 齿轮加工 铣削 拉削 蜗轮加工 刨削 刮削 螺纹加工 磨削 锯切 抛光 钻削 钳工 超精加工 镗削 研磨 超精密加工 铰削 珩磨 ,三、切削加工的种类切除率和精度区分,粗加工效率高、精度较低，一般用作预先加工。如：粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等。 半精加工精度和表面粗糙度不高，一般作为粗、精加工的中间工序，如：半精车、半精铣等。 精加工达到较高的精度和表面质量，如：精车、精刨、精铰、精磨等 精整加工更小表面粗糙度，并稍微

3、提高精度。如：珩磨、研磨、超精磨削和超精加工等。 修饰加工仅减小表面粗糙度，不要求提高精度，如：抛光、砂光等。 超精密加工精度IT4以上，表面粗糙度不大于 Ra 0.01。如：镜面车削、镜面磨削、软磨粒机械化学抛光等。,三、切削加工的种类表面形成方法区分,刀尖轨迹法依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹来获得工件所要求的表面几何形状。例如：车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等 。 成形刀具法简称成形法，用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具或成形砂轮等加工出成形面。 例如：成形车削、成形铣削和成形磨削等。 展成法又称滚切法，加工时切削工具与工件作相对展成运动，所获得加工表面就是刀刃在这种

4、运动中的包络面。 例如：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿（不包括成形磨齿）等。,四、金属切削加工的重要性,机械制造中所用的工作母机8090为金属切削机床 机械制造中90以上为切削加工 1957年 美国 钢产量1亿吨 1500万吨变成切屑 1949年 中国 粗钢15.8万吨 钢材14万吨 2010年 中国 粗钢产量6.27亿吨 钢材7.98亿吨,五、切削加工的发展史,秦 铜车马轴承 磨削,汉 五铢钱 车削；,五、切削加工的发展史,汉 弩机 工具（钻、锉）,五、切削加工的发展史,五、切削加工的发展史,1668 明 马拉铣床 脚踏砂轮 制作天文仪器,五、切削加工的发展史,1775年，英国威尔金森建成用水

5、车驱动的卧式镗床，用于加工瓦特式蒸汽机的铁制汽缸部件。能让直径72英寸（1.83米）的汽缸内壁，误差不超过六便士硬币的厚度。,精密加工的汽缸内壁使得活塞贴合更加紧密，有效提高了蒸汽机运行效率。,五、切削加工的发展史,1818 美 铣床 1865前后 各种机床出现（车、刨、插、齿轮、螺纹） 1864 法 刀具几何形状对切削力的影响 18701877 俄 切屑形成和种类 1898 美 高速钢 1927 德 硬质合金 1932 美 切削用量手册,五、切削加工的发展史,1960以后 涂层刀具、陶瓷刀具等出现,作业,1、到车间观察或观看视频，了解各种切削加工，尤其是车削和刨削。注意运动形式和刀具形状。

6、2、准备课堂笔记本,回顾,实现切削加工的条件 1、刀具与工件之间的相对运动； 2、刀具具有一定的空间几何形状； 3、满足切削需要的刀具材料性能。,1.2 切削运动与切削用量,一、切削运动,按其所起作用分为 主运动 进给运动,一、切削运动主运动,使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动 特点：速度最高、消耗功率最大、回转或直线运动、连续或往复运动、只有一个,一、切削运动进给运动,使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成工件表面的运动 特点：速度低、消耗功率小、回转或直线运动、连续或间歇运动、可能不止一个（拉削无）,二、切削过程中工件上的三个表面,待加工表面 工件上即将被切除的表面，逐渐

7、减小，直至切去过渡表面 刀刃正切削着的表面（加工表面） ，处于已加工表面和待加工表面之间，不断改变已加工表面 刀具切削后形成的新表面，逐渐扩大,三、切削用量三要素切削速度 v,切削加工时，刀刃上选定点相对工件的主运动速度 线速度 m/s 或 m/min vdn/1000 d：选定点的旋转直径mm n：主运动转速r/s或r/min,三、切削用量三要素进给量 f,工件或刀具的主运动每转或每行程时，工件和刀具之间在进给运动方向上的相对位移量 f：进给量mm/r 或 mm/str（双行程） vf：进给速度mm/s 或 mm/min vfnf fz：每齿进给量 f=Zfz,车床传动链,车床传动链,返回,

8、三、切削用量三要素背吃刀量 ap,在同时垂直于主运动和进给运动方向的方向上度量的切削层尺寸 mm 车削：ap=(dw-dm)/2,v,f,ap,ap,作业,分析各种加工方式的切削运动和切削用量,回顾,实现切削加工的条件 1、刀具与工件之间的相对运动； 2、刀具具有一定的空间几何形状； 3、满足切削需要的刀具材料性能。,1.3 刀具的组成,一、刀具的组成,装夹部分（刀柄、刀杆）用于正确安装在机床上的部分 切削部分（刀头）用于实现切削过程,切削部分组成,前刀面 A 主切削刃 S 后刀面 A 副切削刃 S 副后刀面 A 过渡刃（刀尖）,二、刀面,A：切屑沿其流出的刀面 A：与工件上过渡表面对应的刀面

9、 A：与工件上已加工表面对应的刀面,三、刀刃,S：A与A相交得到的边锋，完成主要金属切削工作 S：A与A相交得到的边锋，协同S完成工作，最终形成已加工表面 过渡刃：连接S与S的一段刀刃（直线或圆弧）,作业,制作车刀模型（类型、材质自定）,问题,如何准确描述刀具几何形状？角度参考系,1.4 刀具的几何参数,一、切削角度与相应的参考系,角度 标注角度：图纸上标注的角度 刃磨角度 静态角度工作角度：刀具在实际工作状态下的角度 动态角度参考系 标注参考系：用来定义刀具标注角度的参考系，以刀具结构为基础，建立在刀具假定安装位置和假定切削运动基础上工作参考系：用来定义刀具的工作角度的参考系，建立在刀具实际

10、安装位置和实际切削运动基础上,建立标注参考系的假定条件,对于车刀 进给运动只考虑方向，不考虑大小（即不考虑合成切削运动）刀刃上选定点与工件中心等高刀杆垂直工件轴线,二、标注参考系,正交平面参考系 （主剖面参考系）法平面参考系 （法剖面参考系）背平面和假定工作平面参考系 （进给切深剖面参考系）,正交平面参考系,Pr、Ps、Po（Po系） Pr基面：过S上选定点，与假定v方向的平面 Ps切削平面：过S上选定点，与S相切且Pr的平面 Po正交平面：过S上选定点，Pr和Ps的平面,Po,Ps,Pr,Pr,Ps,Po,v,法平面参考系,Pr、Ps、Pn（Pn系） Pn法平面：过S上选定点，S的平面,Pn

11、与Pr交线,Ps,Pr,Pr,Ps,Pn,v,背平面和假定工作平面参考系,Pr、Pf、Pp（Pf系） Pf假定工作平面：过S上选定点，Pr，vf方向的平面 Pp背平面：过S上选定点，Pr和vf的平面,Pf,Pp,Pr,Pr,Pp,Pf,v,f,f,三、刀具的标注角度Po系,r（主偏角） ：Pr中度量Ps与Pf的夹角 s（刃倾角） ：Ps中度量S与Pr的夹角 o（前角） ：Po中度量Pr与A的夹角 o（后角） ：Po中度量Ps与A的夹角在S上建立Po系得到角度 o（副后角） ：Po中度量Ps与A的夹角 r（副偏角） ：Pr中度量Ps与Pf的夹角,标注角度图,图解,图解,图解,r,Pf,Ps,Pr

12、,Pr,Ps,Pf,v,r,r,f,f,返回,s,Pr,Ps,v,s,返回,o 、o,Pr,Ps,Po,v,o,o,返回,三、刀具的标注角度Po系,角度的作用： s、o 确定A空间位置 r、o 确定A空间位置 r、o 确定A空间位置 s、r 确定S空间位置六个独立角度 s、o、r、o、r、o,三、刀具的标注角度Po系,三个派生角度 o（楔角） ：Po中度量A与A的夹角o+o+o90r（余偏角） ：Pr中度量S与Pp的夹角r+r90r（刀尖角） ：Pr中度量S与S的夹角r+r+r180,标注角度图,三、刀具的标注角度Pn系,n（法前角） ： Pn中度量A与Pr的夹角 n（法后角） ： Pn中度量

13、Ps与A的夹角 n（副法后角） ： Pn中度量Ps与A的夹角六个独立角度 s、r、r、n、n、n,标注角度图,三、刀具的标注角度Pf系,p（背前角） ： Pp中度量A与Pr的夹角 p（背后角） ： Pp中度量Ps与A的夹角 f（侧前角） ： Pf中度量A与Pr的夹角 f（侧后角） ： Pf中度量Ps与A的夹角 f（副侧后角） ： Pf中度量A与Pr的夹角 p（副背后角） ： Pp中度量Ps与A的夹角六个独立角度 p、p、f、f、f、p,标注角度图,游标万能角度尺,作业,绘制模型刀具的测绘图（标注各参考系独立角度）,返回,回顾,建立标注参考系时的假定条件 1、进给运动只考虑方向，不考虑大小（运动

14、条件） 2、刀刃上选定点与工件中心等高 （安装条件） 3、刀杆垂直工件轴线 （安装条件）刀具实际切削状态是否满足假定条件？,1.5 刀具的工作角度,一、工作参考系,工作正交平面参考系Pre 、Pse、 Poe工作法平面参考系Pre、 Pse 、Pne 工作背平面及假定工作平面参考系Pre、 Ppe、 Pfe,一、工作参考系,Pre（工作基面）： 过S上选定点，与ve（合成切削速度）方向的平面 Pse（工作切削平面）： 过S上选定点，与S相切且Pre的平面 Poe（工作正交平面）： 过S上选定点，Pre和Pse的平面 Pne（工作法平面）： 过S上选定点，S的平面 Pfe（工作假定工作平面）： 过S上选定点，Pre，vf方向的平面 Ppe（工作背平面）： 过S上选定点，Pfe和Pre的平面PnePn,二、进给运动对工作角度的影响横车,fef+f fef -ftan(f)f/d刀具接近工件中心时 可能导致fe0 切削刃失去切削能力,Ps,Pse,f,f,fe,vf,v,f,d,f,fe,fe,二、进给运动对工作角度的影响纵车,fef+f fef -ftan(f)f/d螺牙左牙面 与右牙面所受影响相反,