第5章 切削加工的基础知识

《第5章 切削加工的基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章 切削加工的基础知识（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 第 5 章 切削加工的基础知识 教学提示：切削加工是利用切削刀具或者工具从毛坯(或型材)上切去多余金属，以获得符合图样要求的形状、尺寸、位置精度和表面粗糙度的零件的加工方法。目前在各类型的机械制造中，为了获得高的精度和低的表面粗糙度，除极少数采用精密铸造或精密模锻等少屑或无屑加工外，绝大多数需进行切削加工。虽然切削加工通常在常温下进行，但刀尖处的切削温度往往达几百度，甚至上千度。 教学要求：了解切削加工的任务及分类，熟悉切削加工操作中的切削运动及切削用量三要素，了解对刀具材料的性能要求，熟悉常用车刀的组成、主要角度及作用，熟悉零件切削加工的步骤安排。 5.1 切削加工概述 切削加工分为机械加

2、工(简称机加工)和钳工(见第8章所述)两类。 机械加工主要是工人操作机床对零件进行切削加工。加工时零件和刀具分别夹持在机床的相应装置上，靠机床提供的动力和其内部传动关系，由刀具对零件进行切削加工。其主要加工方式有车削、铣削、刨削、磨削、镗削等，使用的机床分别称为车床、铣床、刨床、磨床、镗床等。由于机械加工劳动强度低，自动化程度高，加工质量好，所以已成为切削加工的主要方式。 5.1.1 切削运动 机器零件大部分由一些简单几何表面组成，如各种平面、回转面、沟槽等。机床对这些表面的切削加工时，刀具与零件之间需有特定的相对运动，这种相对运动称为切削运动。根据在切削过程中所起的作用不同，切削运动可分为主

3、运动和进给运动两种。 1. 主运动 主运动是能够提供切削加工可能性的运动。没有这个主运动，就无法对零件进行切削加工。在切削过程中主运动速度最高，消耗机床的动力最多。如图5.1所示，车削中的零件的旋转运动和钻削中的钻头的旋转运动，刨削中牛头刨床上刨刀的往复直线移动，铣削中铣刀的旋转运动等都是主运动。 2. 进给运动 在切削加工中，进给运动是指能够提供连续切削可能性的运动。没有这个运动就不可能加工成完整零件的形面。切削加工过程中进给运动速度相对低，消耗的动力相对少。如图5.1所示，车削中车刀的纵、横向移动，钻削中钻头的轴线移动，刨削和铣削中零件的金工实习 96 96 横、纵向移动等。 切削运动中主

4、运动一般只有一个，而进给运动可能有一个或几个。如外圆磨削中零件的旋转运动和零件的轴向移动都是进给运动。 (a) 车削 (b) 铣削 (c) 刨削 (d) 钻削 (e) 磨削 (f) 磨削 图 5.1 机械加工时的切削运动 5.1.2 零件加工的三个表面 在切削过程中，零件上同时形成三个不同的变化着的表面，如图5.2所示。 图 5.2 车削时的切削要素 1待加工表面 2过渡表面 3已加工表面 第 5 章 切削加工的基础知识 97971. 待加工表面 零件上有待切除的表面称待加工表面。 2. 已加工表面 零件上经刀具切削后形成的表面称为已加工表面。 3. 过渡表面(曾称为加工表面) 在零件需加工的

5、表面上，被主切削刃切削形成的轨迹表面称为过渡表面。由于过渡表面是待加工表面与已加工表面间的过渡面，所以得此称谓。 5.2 切 削 要 素 切削要素包括切削用量和切削层几何参数。现以车削外圆面(如图5.2所示)为例，介绍如下。 5.2.1 切削用量三要素 切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量的总称，三者称为切削用量三要素。 1. 切削速度 切削刃上选定点相对于零件待加工表面在主运动方向上的瞬时速度。它是描述主运动的参数，法定单位为m/s，但在生产中除磨削的切削速度单位用m/s外，其他切削速度单位习惯上用m/min。 当主运动为旋转运动时(如车削、铣削、磨削等)，切削速度v的计算式为 v =100

6、0 60Dn(m/s) 或 v =1000Dn(m/min) 当主运动为往复直线运动时(如刨削、插削等)，切削速度的计算式为 v =21000 60rLn(m/s) 或 v =21000rLn(m/min) 式中：D 待加工表面的直径或刀具切削处的最大直径(mm)； n 零件或刀具的转速(r/min)； L 往复运动行程长度(mm)； rn 主运动每分钟往复的次数(str/min)。 提高切削速度，则生产率和加工质量都有所提高。但切削速度的提高受到机床动力和刀具耐用度的限制。 2. 进给量 进给量是指主运动在一个工作循环内，刀具与零件在进给运动方向上的相对位移量，用f表示。当主运动为旋转运动时

7、，进给量f的单位为mm/r，称为每转进给量。当主运动为往复直线运动时，进给量f的单位为mm/str，称为每行程进给量。 金工实习 98 98 对于铰刀、铣刀等多齿刀具，进给量是指每齿进给量，即f z=zf单位时间进给量称为进给速度vf，单位为mm/s或mm/min。进给量越大，生产率一般越高，但是，零件表面的加工质量也越低。 3. 背吃刀量 一般是指零件待加工表面与已加工表面间的垂直距离。铣削的背吃刀量ap为沿铣刀轴线方向上测量的切削层尺寸。 车削外圆时背吃刀量计算式为 ap=2D d式中：D，d零件上待加工表面和已加工表面的直径(mm)。 背吃刀量ap增加，生产效率提高，但切削力也随之增加，

8、故容易引起零件振动，使加工质量下降。 5.2.2 切削层几何参数 切削层是指零件上相邻两个加工表面之间的一层金属(图5.2)，即零件上正被切削刃切削着的那层金属。 aw为切削宽度，即沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。 ac为切削厚度，即相邻两加工表面间的垂直距离。 Ac为切削面积，即切削层垂直于切削速度截面内的面积。车外圆时Ac=awac=apf。 5.3 刀具材料及其几何角度 在金属切削加工中，刀具直接参与切削，为使刀具具有良好的切削力，必须选择合适的刀具材料、合理的角度及适当的结构。 5.3.1 刀具材料 刀具切削部分的材料必须满足切削条件的要求，即其材料硬度要大于零件硬度，一般应在60HR

9、C以上；要有一定的强度和韧性，以承受切削力和振动；要有一定的热硬性，即高温下仍具备良好的强度、韧性、硬度和耐磨性；要具有良好的工艺性能等。其角度既要使刀具锋利，又要使刀具坚固。 刀具材料有工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料四大类。碳素工具钢用于锉刀、锯条等手动工具，合金工具钢用于手动或低速机动工具，使用最多的为高速工具钢和硬质合金。目前机械加工中除砂轮是由磨料加粘结剂用烧结方法制成的多孔物体外，其他刀具大多是由高速工具钢、硬质合金等材料制成的。 1. 高速工具钢 是指含有钨、铬、钒等元素的高合金工具钢，热处理后硬度可达62HRC65HRC。当切削温度为5

10、00600时，高速工具钢能保持其良好的切削性能。这种材料用于各种刀第 5 章 切削加工的基础知识 9999具，尤其是各种复杂刀具的制造，如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥、板牙、铰刀等。 2. 硬质合金 是指用碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)和钴(Co)等材料用粉末冶金方法制成的刀具材料。硬质合金的特点是硬度高(相当于74HRC82HRC)，耐磨性好，且在8001000的高温下仍能保持其良好的热硬性。因此，使用硬质合金车刀，可达到较大的切削用量，能显著提高生产率。但硬质合金车刀韧度差，不耐冲击，所以大都制成刀片形式焊接或机械夹固在中碳钢的刀杆体上使用。 普通硬质合金按ISO标准可分为P、K、M

11、三类：P类硬质合金刀具主要用于加工钢材类零件；K类硬质合金刀具主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料；M类硬质合金刀具主要用于加工钢(包括难加工钢)、铸铁及有色金属。我国将硬质合金分为钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽(铌)钴类。 (1) 钨钴类 其代号为YG，相当于ISO标准的K类。 (2) 钨钛钴类 其代号为YT，相当于ISO标准的P类。 (3) 钨钛钽(铌)钴类 其代号为YW，相当于ISO标准的M类。YW类合金兼有YG类和YT类合金的大部分优良性能，故被称为通用合金。 5.3.2 刀具的几何角度 切削刀具的种类很多，但它们的结构要素和几何角度有许多共同的特征。各种切削刀具中，车刀最为简单，如图5.

12、3所示刀具中的任何一齿都可以看成是车刀切削部分的演变及组合，因此从车刀入手进行切削角度的研究就更具有实际意义。 图 5.3 各种刀具切削部分的形状 1. 车刀的组成 车刀是由刀头和刀杆两部分组成。刀头是车刀的切削部分，刀杆是车刀的夹持部分。切削部分由三面、二刃、一尖组成，如图5.4所示。 (1) 前刀面 刀具上切屑流过的表面。 (2) 后刀面 与零件加工表面相对的表面。 (3) 副后刀面 与零件已加工表面相对的表面。 (4) 主切削刃 前刀面与后刀面相交的切削刃，它承担着主要的切削任务。 (5) 副切削刃 前刀面与副后刀面相交的切削刃，它承担着一定的切削任务。 (6) 刀尖 主切削刃与副切削刃

13、的交接处。为了强化刀尖，常将其磨成小圆弧形。 金工实习 100 100 图 5.4 车刀的组成 1刀头 2刀杆 3主切削刃 4后刀面 5副后刀面 6刀尖 7副切削刃 8前刀面 2. 车刀角度 为确定车刀的角度，需要建3个辅助平面：切削平面、基面和正交平面，如图5.5、图5.6所示。 图 5.5 车刀的前角 o和后角 o图 5.6 车刀的主要角度及辅助平面 1正交平面 2正交平面图形平移 3翻倒 1切削平面 2基面 3正交平面 (1) 前角o 前刀面与基面的夹角，在正交平面中测量。其作用是使切削刃锋利，便于切削。但前角也不能太大，否则会削弱刀头的强度，容易磨损甚至崩坏。加工塑性材料时，前角应选大

14、些，加工脆性材料时，前角要选小些。另外粗加工时前角选较小值，精加工时前角选较大值。前角取值范围为525。 (2) 主后角o 后刀面与切削平面间的夹角，在正交平面中测量。其作用是减少后刀面与零件的摩擦。后角取值范围为312。粗加工时主后角选较小值，精加工时主后角选较大值。 (3) 主偏角kr是主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角，在基面中测量。减小主偏角，能使切屑的截面薄而宽，从而使切削刃单位长度的切削负荷减轻，同时第 5 章 切削加工的基础知识 101101加强了刀尖强度，改善散热条件，提高刀具寿命。但减小主偏角，会使刀具对零件的径向切削力增大，容易使零件变形，影响加工精度。因此，零

15、件刚性较差时，应选用较大的主偏角。 (4) 副偏角kr 副切削刃在基面上的投影与进给反方向之间的夹角，在基面中测量。减小副偏角，有利于降低零件的表面粗糙度数值。但是副偏角太小，切削过程中会引起零件振动，影响加工质量。副偏角取值范围为515，粗加工时副偏角选较大值，精加工时副偏角选较小值。 5.4 零件切削加工步骤安排 切削加工步骤安排是否合理，对零件加工质量、生产率及加工成本影响很大。但是，因零件的材料、批量、形状、尺寸大小、加工精度及表面质量等要求不同，切削加工步骤的安排也不尽相同。在单件小批生产小型零件的切削加工中，通常按以下步骤进行。 1. 阅读零件图 零件图是技术文件，是制造零件的依据。切削加工人员只有在完全读懂图样要求的情况下，才可能加工出合格的零件。 通过阅读零件图，要了解被加工零件是什么材料，零件上哪些表面要进行切削加工，各加工表面的尺寸、形状、位置精度及表面粗糙度要求，据此进行工艺分析，确定加工方案，为加工出合格零件做好技术准备。 2. 零件的预加工 加工前，要对毛坯进行检查，有些零件还需要进行预加工，常见的预加工有划线和钻中心孔。 (1) 毛坯划线 零件的毛坯很多是由铸造、锻压和焊接方法制成