《机械加工技术及设备 教学课件 ppt 作者 孙庆群 1_第1章 金属切削加工基本知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械加工技术及设备 教学课件 ppt 作者 孙庆群 1_第1章 金属切削加工基本知识（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械加工技术及设备,第1章 金属切削加工基本知识,1.1 切削加工的基本概念 1.2 金属切削刀具 1.3 刀具材料 1.4 金属切削机床基本知识,1.1 切削加工的基本概念,1.1.1 切削运动 在金属切削加工中，刀具和工件间必须完成一定的切削运动，才能从工件表面上切去一部分多余的金属层。,图1 - 1 切削运动和加工表面 a)车削 b)铣削 c)刨削 d)钻削 e)磨削 1主运动 2进给运动 3待加工表面 4过渡表面 5已加工表面,1.1 切削加工的基本概念,1.主运动 (1)主运动方向 刀具切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。 (2)切削速度vc 刀具切削刃上选定点相对于工件的主运
2、动的瞬时速度。 2.进给运动 (1)进给运动方向 切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。 (2)进给速度vf 切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。 3.合成切削运动,1.1 切削加工的基本概念,图1 - 2 车削、铣削、刨削中的切削运动方向,1.1.2 切削加工过程中的工件表面,1.1 切削加工的基本概念,图1 - 3 车削加工的切削运动及工件上的表面,(1)待加工表面 工件上有待于切除材料的表面。,1.1 切削加工的基本概念,(2)已加工表面 工件上经刀具切削后形成的新表面。 (3)过渡表面(或称切削表面) 工件上切削刃正在切削的表面。 1.1.3 切削要素 切削要素主要是指切削
3、加工过程的切削用量要素和在切削加工过程中由余量变成切屑的切削层横截面要素，如图1 4所示。,图1 - 4 车削时的切削层尺寸,1.1 切削加工的基本概念,1.切削用量要素 (1)切削速度vc 切削速度是指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。 (2)进给量f 进给量是指刀具在进给方向上相对工件的位移量。 (3)背吃刀量ap 背吃刀量是工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离(或者说在垂直于主运动的平面上度量的垂直于进给运动方向的切削层最大尺寸)。 2.切削层横截面要素 (1)切削层公称宽度bD 平行于正在加工的表面(过渡表面)度量的切削层参数，或者说是刀具主切削刃与工件的接触长度，单位为
4、mm。,1.1 切削加工的基本概念,(2)切削层公称厚度hD 垂直于正在加工的表面(过渡表面)度量的切削层参数,或者说是刀具(工件)每移动一个进给量f时，刀具主切削刃相临两个位置之间的垂直距离，单位是mm。 (3)切削层公称横截面积AD 即切削层横截面的面积，单位为mm2。,1.2 金属切削刀具,1.2.1 刀具的构成 金属切削刀具的种类很多，但任何刀具都是由工作部分和夹持部分构成。,图1 - 5 普通外圆车刀的构成,1.2 金属切削刀具,1.2.2 刀具切削部分的基本定义 由图1 5可知，刀具切削部分由切削刃、刀尖和刀面构成。 1.切削刃 (1)主切削刃S 主切削刃是刀具前面与后面相交而得到
5、的切削边锋。 (2)副切削刃S 副切削刃是刀具前面与副后面相交而得到的切削边锋。 2.刀尖 3.刀面 (1)前面A 切屑流出时所经过的刀面称为刀具的前面。 (2)后面A 刀具的后面是与工件正在被切削加工的表面(过渡表面)相对的刀面。,1.2 金属切削刀具,(3)副后面A 刀具的副后面是与副切削刃毗邻、与工件已切削加工表面相对的刀面。 1.2.3 刀具的几何角度 刀具要从工件上切下金属，就必须使刀具切削部分具有合理的几何角度。 1.建立车刀静止参考系的假设 1)不考虑进给运动的影响。 2)车刀安装绝对正确，即刀尖与工件中心等高，刀杆轴线垂直于工件轴线。 3)切削刃平直，切削刃选定点的切削速度方向
6、与切削刃各处的切削速度方向平行。 2.建立正交平面参考系,1.2 金属切削刀具,图1 - 7 正交平面参考系与法平面参考系,1.2 金属切削刀具,(1)基面pr 通过切削刃的选定点，垂直于该点切削速度方向的平面称为基面。 (2)切削平面ps 通过切削刃的选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面称为切削平面，即切于该点过渡表面的平面。 (3)正交平面po 通过切削刃的选定点，垂直于主切削刃在基面上投影的平面称为正交平面(正交平面同时与基面和切削平面垂直)。 3.正交平面参考系中刀具的标注角度 (1)在基面中测量的刀具角度 1)主偏角r。 2)副偏角。 3)刀尖角r。,1.2 金属切削刀具,图1
7、- 8 标注角度参考系内的刀具角度标注,(2)在切削平面中测量的刀具角度 在切削平面上可描述刀具刃口,1.2 金属切削刀具,的倾斜程度，即主切削刃与基面之间的夹角，定义为刃倾角s。 (3)在正交平面(popo)中测量的刀具角度 1)前角o。 2)后角o。 3)楔角o。 (4)在副截面popo中测量的刀具角度 1)副前角。 2)副后角。 4.其他刀具标注参考系 (1)法平面pn与法平面参考系 通过切削刃上选定点并与切削刃垂直的平面(见)，称为法平面。,1.2 金属切削刀具,(2)假定工作平面pf、背平面pp及其参考系 通过切削刃上选定点并垂直于该点基面且平行于假定进给运动方向的平面，称为假定工作
8、平面。 5.刀具角度正负的规定,图1 - 9 车刀角度正负的规定,1.2 金属切削刀具,1.2.4 刀具的工作角度 以上所讨论的刀具角度，是在假定运动条件和假定安装条件下（即不考虑进给运动的影响、车刀刀尖和工件中心等高，且车刀刀杆轴线与工件轴线垂直）标注的刀具角度。 1.刀具工作参考系的建立 (1)工作基面pe 通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削运动速度方向的平面称为工作基面。 (2)工作切削平面pse 工作切削平面是通过切削刃上的选定点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。 (3)工作正交平面poe 工作正交平面是通过切削刃上的选定点同时与工作基面和工作切削平面相垂直的平面。 2.刀具工作
9、角度的分析,1.2 金属切削刀具,(1)纵向进给运动对工作前、后角的影响 如图1 - 10所示，纵向进给车外圆时，合成切削运动产生的加工轨迹是阿基米德螺旋线，由于合成切削运动方向的变化，从而使工作前角oe增大、工作后角oe减小。,图1 - 10 纵向进给运动对工作角度的影响,1.2 金属切削刀具,图1 - 11 梯形螺纹车刀 工作角度分析,1.2 金属切削刀具,(2)刀具横向进给对工作前、后角的影响 (3)刀具安装高低对工作角度的影响 如图1 - 13所示，用刃倾角s=0的车刀切削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，工作前角oe增大，而工作后角oe减小。,图1
10、 - 12 横向进给运动对工作角度的影响,1.2 金属切削刀具,(4)刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响 当车刀刀杆中心线与工作旋转轴线不垂直时，如图1 - 14所示，刀杆逆时针偏转了G角，则会使得刀具工作主偏角增大G值，工作副偏角将减小G值。 (5)刀具进给运动方向与工件旋转轴线不平行时对工作主、副偏角的影响 图1 - 15所示是车削锥面的情况，由于刀具进给运动方向与工件旋转轴线不平行，即相对于工件旋转轴线逆时针偏转了M角(圆锥半角)，从而使得刀具的工件主偏角减小了M值，工作副偏角增大了M值。,图1 - 14 刀杆安装偏斜对工作主、 副偏角的影响,1.3 刀具材料,1.3.1 刀具材料的基本
11、要求 在金属切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触，承受着很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动等多个因素的作用，工作条件十分恶劣，因此刀具材料的性能必须符合如下要求。 1.高的硬度和耐磨性 2.足够的强度和韧性 3.高的耐热性 4.良好的导热性和较小的膨胀系数 5.稳定的化学性能和良好的抗粘结性能 6.良好的工艺性和经济性 1.3.2 常用刀具材料及其选用,1.3 刀具材料,目前常用的刀具材料有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢），硬质合金（有钨钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金），陶瓷和超硬刀具材料（金刚石和立方氮化硼）等四大类。
12、 1.高速工具钢 2.硬质合金 3.其他刀具材料 (1)陶瓷刀具材料 陶瓷刀具材料是以氧化铝(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。 (2)金刚石刀具材料 金刚石是碳的同素异形体，是目前已知的最坚硬的材料。,1.3 刀具材料,(3)立方氮化硼 立方氮化硼(CBN)是一种人工合成的新型刀具材料，它由立方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转化而成。,1.4 金属切削机床基本知识,1.4.1 机床的分类和型号编制 金属切削机床是用切削、特种加工等方法，将金属毛坯加工成机器零件的设备。 1.机床的分类 (1)按其加工性质和所用刀具分类 根据国家制定的机床
13、型号编制方法GB/T 153752008,目前将机床分为11类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床。 (2)按其他特征分类 按通用性程度不同，机床可分为通用机床、专门化机床和专用机床。 2.机床型号的编制,1.4 金属切削机床基本知识,(1)通用机床型号 通用机床的型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“”隔开。,01.eps,2)有“”符号者，为大写的汉语拼音字母。 3)有“”符号者，为阿拉伯数字。 4)有“”符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字，或两者兼有。,1.4 金属切削机床基本知识,(2)专用机床的型号 专用机床的型号一般由设计单
14、位代号和设计顺序号组成。,03.eps,(3)机床自动线的型号,04.eps,1.4.2 机床的运动 1.表面成形运动,1.4 金属切削机床基本知识,图1 - 16 构成机械零件外形轮廓的常用表面 1平面 2圆柱面 3圆锥面 4螺旋面 5回转体成形面 6渐开线表面,1.4 金属切削机床基本知识,(1)工件表面形状 机床在切削加工过程中，利用刀具和工件间的有规律的相对运动，切除毛坯上多余的材料，从而得到所要求的表面形状。 (2)工件表面的形成方法 “线性表面”是指该表面是由一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动而形成的轨迹。,图1 - 17 工件表面的成形 1母线 2导线,1.4 金属切
15、削机床基本知识,(3)发生线的形成方法 1)切削刃的形状与发生线的关系。,图1 - 18 切削刃形状与发生线的关系, 切削刃的形状为一切削点。在切削过程中，切削刃与被形成表面接触的长度实际上很短，可以看作点接触。,1.4 金属切削机床基本知识,刀具1作轨迹运动得到发生线2，如外圆车刀等。 切削刃的形状是一条切削线1，它与要成形的发生线2的形状完全吻合。在切削加工时，切削刃与被成形的表面作线接触，刀具无需任何运动就可以得到所需的发生线形状，如成形车刀、盘形齿轮铣刀等。,图1 - 19 由切削刃包络成 形的渐开线齿形 1切削线 2发生线,1.4 金属切削机床基本知识, 切削刃的形状仍然是一条切削线
16、1，但它与需要成形的发生线2的形状不吻合。在切削加工时，切削刃与被成形的表面相切，视为点接触，切削刃相对工件作展成运动。所需成形的发生线2是刀具切削线1的包络线(见图1 - 19)。这类刀具有插齿刀、滚齿刀等。 2)形成发生线的方法和所需运动。 轨迹法。如图1 - 20a所示，切削刃为一切削点1，切削点按一定的规律作轨迹运动3，而形成所需的发生线2。所以，采用轨迹法形成发生线需要一个独立的成形运动。 成形法。如图1 - 20b所示，切削刃为一条切削线1，切削线的形状与要形成的发生线2完全一致，即发生线2由切削线1直接得到。所以，采用成形法形成发生线不需要专门的成形运动。,1.4 金属切削机床基本知识, 相切法。如图1 - 20c所示，切削刃为一切削点1，切削点随刀具作高速旋转运动，使刀具和工件形成动态点接触；同时，刀具中心按一定规律作轨迹运动3，切削点运动轨迹的相切线就形成了发生线2。所以，采用相切法形成发生线需要刀具的旋转和轨迹运动这两个独立的成形运动。 展成法。如图1 -
