《机械制造技术 机械制造与控制专业 第2版 教学课件 ppt 作者 魏康民 1_第二章 轴类零件的加工》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造技术 机械制造与控制专业 第2版 教学课件 ppt 作者 魏康民 1_第二章 轴类零件的加工（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械制造技术,主编：魏康民,第二章 轴类零件的加工,第一节 概述 第二节 金属切削基础知识 第三节 轴类零件外圆表面的车削加工 第四节 金属切削机床的基本知识 第五节 车床,第一节 概 述,一、轴类零件的功用和结构特点,图2-1 轴的类型,二、轴类零件的技术要求 (1)尺寸精度和形状精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度。 (2)位置精度 为保证轴上传动件的传动精度，必须规定支承轴颈与配合轴径的位置精度。 (3)表面粗糙度 轴上的表面以支承轴颈的表面质量要求最高，其次是配合轴颈或工作表面。 三、轴类零件的材料、毛坯和热处理 四、轴类零件的典型工艺路线,第一节 概 述,(1)轴类零件的主
2、要加工表面是外圆表面 应针对各种公差等级和表面粗糙度要求的外圆表面，按经济精度选择加工方法。 (2)定位基准的选择 所选的定位基准不同，各表面的加工顺序就不同。 (3)对中心孔的要求 由于中心孔是轴类零件加工时最常用的定位基准，为保证中心孔不钻偏斜，一般应先切端面后钻中心孔，并应钻在毛坯的中心轴线上，以保证整个外圆加工余量均匀。,第一节 概 述,第二节 金属切削基础知识,图2-2 外圆切削运动及形成的表面,(1)主运动 主运动是切下切屑的基本运动。,一、切削运动和切削用量 1.切削运动,(2)进给运动 进给运动是使金属层不断投入切削，从而配合主运动加工出理想表面的运动。 (1)待加工表面 工件
3、有待切除的表面，即将被切除余量层的表面。 (2)已加工表面 经刀具切削形成的新表面。 (3)过渡表面 切削刃正在切削着的表面。 2.切削用量 (1)切削速度vc 切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的线速度。,第二节 金属切削基础知识,图2-3 进给量和背吃刀量 a)车外圆 b)车槽,(2)进给量f 当主运动旋转一周时，刀具(或工件)沿进给方向移动的距离，称为进给量，如图2-3所示。,第二节 金属切削基础知识,(3)背吃刀量ap 车削时，ap(mm)是工件上待加工表面与已加工表面间的垂直距离。,3.切削层横截面参数 (1)切削层公称厚度hD 在切削层横截面内，垂直于过渡表面度量的切削层
4、尺寸，单位是mm。 (2)切削层公称宽度bD 在切削层横剖面内，平行于过渡表面度量的切削层尺寸，单位是mm。,(3)切削层公称横截面积AD,第二节 金属切削基础知识,图2-4 车外圆的切削层横截面参数,第二节 金属切削基础知识,二、刀具切削部分的组成及几何角度 (一) 刀具切削部分的组成 (1)前面A 刀具上切屑流经的表面。 (2)主后面A 与工件上过渡表面相对的表面。 (3)副后面A 与工件上已加工表面相对的表面。 (4)主切削刃S 前面与主后面的交线。 (5)副切削刃S 前面与副后面的交线。 (6)刀尖 主切削刃与副切削刃的连接处的一小段切削刃。,第二节 金属切削基础知识,图2-5 车刀切
5、削部分的组成,第二节 金属切削基础知识,第二节 金属切削基础知识,图2-6 刀尖形状 a)切削刃的实际交点 b)倒角刀尖 c)修圆刀尖,图2-7 刀具标注角度参考系,1.参考坐标平面,第二节 金属切削基础知识,(二)刀具的标注角度及参考系,(1)基面pr 通过切削刃上的选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。 (2)切削平面ps 通过切削刃上的选定点，与该切削刃相切并垂直于基面的平面(图2-7)(选定点在主切削刃上者为主切削平面ps，选定点在副切削刃上者为副切削平面ps)。 (3)正交平面po 通过切削刃上选定点并同时垂直于该点基面和切削平面的平面(选定点在主切削刃上者为正交平面po，选定点在副
6、切削刃上者为副正交平面po)。 2.正交平面参考系及标注角度,第二节 金属切削基础知识,图2-8 正交平面参考系内的刀具标注角度,第二节 金属切削基础知识,(1)前角o 前面与基面间的夹角。 (2)后角o 主后面与切削平面间的夹角。,(3)主偏角r 主切削刃与进给运动方向的夹角。 (4)副偏角r 副切削刃与进给运动反方向的夹角。,(5)刃倾角s 主切削刃与基面之间的夹角。 (6)副后角o 副后面与副切削平面之间的夹角。 三、金属切削过程 (一)切削变形,第二节 金属切削基础知识,1.三个变形区域,图2-9 切削过程中的三个变形区,第二节 金属切削基础知识,2.切屑类型,图2-10 切屑类型 a
7、)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑,(1)带状切屑 当切屑内切应力小于材料的抗剪极限时，剪切滑移变形较小，切屑连绵不断，没有裂纹，外观呈延绵的长带状，靠近刀具前面的一面很光滑，另一面呈毛茸状。 (2)挤裂切屑 又称节状切屑。,第二节 金属切削基础知识,(3)单元切屑 切削塑性材料时，如果在挤裂切屑的整个剪切面上的切应力都超过材料的抗剪强度，则裂纹就扩展到整个面上。 (4)崩碎切屑 切削脆性材料时，由于材料的塑性很小且抗拉强度低，切削刃前方金属在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状态下脆断，形成不规则的碎块状的切屑。 (二)积屑瘤 1.积屑瘤现象,第二节 金属切削基础知识,图2-
8、11 积屑瘤,第二节 金属切削基础知识,2.积屑瘤对切削的影响 (1)增大前角 当积屑瘤粘附在前面上时，使刀具在切削时的实际工作前角增大,因而减小了切削变形，降低了切削力。 (2)增大切削厚度 积屑瘤的前端伸出切削刃之外，导致切削厚度增大，因而影响了工件的加工尺寸。 (3)增大已加工表面粗糙度值 积屑瘤形成后，代替刀具切削。 (4)对刀具寿命的影响 积屑瘤粘附在前面上，在相对稳定时，可代替切削刃切削，从而减少刀具磨损，提高了刀具寿命。 3.影响积屑瘤的因素 (1)工件材料的塑性 工件材料的塑性越大，刀-屑间的平均摩擦因数和接触长度越大，切削温度越高，就越容易产生粘结，易产生积屑瘤。,第二节 金
9、属切削基础知识,图2-12 切削速度对积屑瘤的影响 加工条件：工件材料：中碳钢=0.49GPa 切削用量：=4.5mm f=0.65mm/r,第二节 金属切削基础知识,(2)切削速度 当工件材料一定时，切削速度是影响积屑瘤的首要因素。,图2-13 切削力的分解,第二节 金属切削基础知识,(3)刀具前角 前角越大，刀具和切屑之间的接触长度就越小，摩擦也小，切削温度低，所以不易产生积屑瘤。 (4)进给量 进给量减小使切削厚度减小，切屑与刀具前面接触长度减小，摩擦因数也减小，切削温度降低，不易产生积屑瘤。 (三)切削力 1.切削力的来源和分解 (1)变形抗力 三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形
10、抗力。 (2)摩擦阻力 切屑和刀具前面间的摩擦阻力及工件和刀具后面间的摩擦阻力。 (1)切削力Fc 总切削力F在主运动方向的正投影。 (2)背向力Fp 总切削力F在垂直于进给运动方向的分力。 (3)进给力Ff 总切削力F在进给方向的正投影。,第二节 金属切削基础知识,2.工作功率(Pe),3.影响切削力的主要因素 (1)工件材料 工件材料性能对切削力影响最大的是强度、硬度和塑性。,第二节 金属切削基础知识,(2)切削用量 背吃刀量ap增加一倍，切削力增加一倍；进给量f增加一倍，其切削力增幅约为70%80%；在切削塑性金属时，切削速度vc增高，切削力往往可达到负增长，这是因为切削区温度升高，软化
11、切削层，另外切削层金属内部剪切来不及充分滑移变形即被切下；切削脆性材料时，由于形成崩碎切屑，切削层金属内部的塑性变形极小，切屑与刀具前面之间的摩擦很小，故切削速度vc的增减对切削力Fc的影响很小。 (3)刀具几何参数 前角o对切削力影响最大，当o增大时，切屑排出阻力减小，切屑变形减小，使切削力减小。 (四)切削热和切削温度 1.切削热的来源与传导 2.切削温度的分布,第二节 金属切削基础知识,图2-14 切屑、工件和刀具上各点的温度分布,第二节 金属切削基础知识,3.影响切削温度的因素 (1)工件材料 工件材料是通过强度、硬度和热导率等性能的不同对切削温度产生影响的。 (2)切削用量 背吃刀量
12、ap增大，切削层宽度也增大，增大了刀具、工件、切屑传散热面积，切削温度的升高甚微；进给量f增大，切屑的变形和卷曲也发生变化，同样刀屑间接触面积略有增加，可见切削温度随f的增加而升高，但上升幅度较小；切削速度vc增大，其中摩擦功转化生成的热量增加尤为明显，因此，切削温度将随vc的增加而明显升高。 (3)刀具几何参数 1)前角o：前角o增大，变形和摩擦减小，因此产生的热量少，切削温度下降。,第二节 金属切削基础知识,2)主偏角r：主偏角r增大时，切削变形减小，对降低切削温度有利，但是刀尖角r和切削层宽度同时减小，刀具的散热能力减小，对降低切削温度的不利影响更大。 (五)刀具磨损和刀具寿命 1.刀具
13、磨损的形式,第二节 金属切削基础知识,图2-15 刀具磨损的形式 a)前面磨损 b)后面磨损 c)前、后面磨损,第二节 金属切削基础知识,(1)前面磨损 刀具前面磨损的典型形式是月牙洼磨损。 (2)后面磨损 在切削脆性金属，或用较低的切削速度和较小的切削厚度切削塑性金属时，在前面上只有轻微的磨损，还未形成月牙洼磨损时，却在后面上磨出了明显的痕迹，形成一个小棱面的磨损，如图2-15b所示。,第二节 金属切削基础知识,图2-16 刀具磨损过程,第二节 金属切削基础知识,(3)前、后面同时磨损 在切削塑性金属时，经常出现的是图2-15c所示的前、后面同时磨损。 2.刀具磨损过程和刀具磨钝标准 (1)
14、初期磨损阶段(AB段) 在开始切削的短时间内，由于新刃磨的刀具主后面与过渡表面之间的实际接触面积很小，表面压力很大，因此磨损较快。 (2)正常磨损阶段(BC段) 随着切削时间增长，磨损量以较均匀的速度加大。 (3)急剧磨损阶段(CD段) 磨损量达到一定数值后，切削刃变钝，切削力增大，切削温度升高，刀具强度、硬度降低，磨损急剧加速，继而刀具损坏。,第二节 金属切削基础知识,表2-1 硬质合金车刀的磨钝标准,3.刀具寿命 (六)刀具材料的选择 1.对刀具材料的基本要求 (1)硬度高且耐磨损 刀具要顺利地从工件上切除车削余量，其硬度必须高于工件材料，常温硬度一般要求超过60HRC；刀具材料的耐磨性与
15、其硬度有关，硬度越高，其耐磨性越好。,第二节 金属切削基础知识,(2)强度高且抗弯曲 切削过程中作用于刀具前、后面上的切削力都由刀具材料承受，其内部产生较大的弯曲应力。 (3)韧性好且耐冲击 切削过程中大都伴有不同程度的冲击和振动，会造成刀具“崩刃”失效，冲击韧度的好坏，与延长刀具寿命有着密切关系。 (4)热硬性好 热硬性是指刀具材料在高温下仍能保持高硬度、高强度基本不变的能力，一般用保持刀具切削性能的最高温度来表示。 (5)工艺性好 为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能和高温塑性。 2.常用刀具材料及其选用,第二节 金属切削基础知识,(1)高速钢 高速钢是以钨(W)、铬(Cr)
16、、钒(V)、钼(Mo)为主要合金元素的高合金含量的合金工具钢，它允许的切削速度比碳素工具钢(T10A、T12A)及合金工具钢(9SiCr、CrWMn)高13倍，故称为高速钢。 (2)硬质合金 硬质合金是由高强度的难熔金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金属粘结剂(如Co、Ni等)按粉末冶金工艺制成的。 1)钨钴类硬质合金，它由碳化钨(WC)和钴(Co)烧结而成，代号为YG。 2)钨钛钴类硬质合金，它由碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)和钴(Co)组成，代号为YT。 (3)其他刀具材料,第二节 金属切削基础知识,1)陶瓷：常用的陶瓷刀具材料是以Al2O3或Si3N4为基体成分在高温下烧结而成的。 2)人造金刚石：人造金刚石是在高温高压下由金刚石微粒烧结而成的，其硬度很高，耐磨性极好，但强度低、脆性大，在一定温度下与铁族金属亲和力大，一般不适宜加工钢铁材料，多用于对非铁金属及非金属材料的超精加工以及作磨具磨料用。 3)立方氮化硼：立方氮化硼(CBN)刀具材料是由氮化硼在高温高压作用下转变而成的，其硬度和耐磨性仅次于金刚石，化学
