机械制造基础第2章金属切削及机床的基本知识

机械制造基础 2 金属切削及机床的基本知识第二章金属切削加工的基础知识刀具的结构和几何角度金属切削机床的基本知识金属切削过程的基本规律切削条件的合理选择 3 第二章金属切削及机床的基本知识 2.1 金属切削加工的基础知识2.1.1 零件的种类及其表面形成原理1零件的种类零件的种类零零件件的的种种类轴类零件零件盘套套类零件零件支架箱体支架箱体类零件零件轴类零件零件 4 第二章金属切削及机床的基本知识 2.1 金属切削加工的基础知识盘套套类零件零件支架箱体支架箱体类零件零件 5 第二章金属切削及机床的基本知识2零件加工表面的形成原理零件加工表面的形成原理 机械零件的切削加工，实际上就是使零件上各种加工表面得以成形的过程。右图为机器零件上常用的各种典型表面。可以看出，组成机器零件的常用表面包括平面、圆柱面、圆锥面、成形表面（如螺纹表面、齿轮渐开线齿形表面等）。此外，还有球面、圆环面、双曲面等。2.1 金属切削加工的基础知识 6 第二章金属切削及机床的基本知识（1）零件表面的形成过程）零件表面的形成过程 2.1 金属切削加工的基础知识 零件上常见的各种表面，从几何本质上可看作是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为发生线。7 第二章金属切削及机床的基本知识（2）发生线的形成）发生线的形成 2.1 金属切削加工的基础知识相切法轨迹法展成法成形法 8 第二章金属切削及机床的基本知识2.1.2 切削运动和切削用量 在切削过程中，工件上的金属层不断地被刀具切除，从而在工件上形成三个不断变化着的表面，即待加工表面、过渡表面和已加工表面，如右图所示。1切削加工时工件的表面切削加工时工件的表面 2.1 金属切削加工的基础知识 9 第二章金属切削及机床的基本知识 2.1 金属切削加工的基础知识2切削运动和切削用量切削运动和切削用量 金属切削过程是刀具和工件之间相互作用的过程，刀具要从工件上切除多余的金属，形成工件的加工表面，刀具和工件之间必须要有相对运动切削运动，即切削过程中刀具相对于工件的运动。切深运动和切深运动和背吃刀量背吃刀量主运动和主运动和切削速度切削速度进给运动和进给量 10 第二章金属切削及机床的基本知识 2.1 金属切削加工的基础知识主运动和主运动和切削速度切削速度 主运动是由机床提供的，发生在刀具和工件之间最主要的相对运动，同时也是切削加工过程中速度最高、消耗功率最多的运动。切削加工通常只有一个主运动。主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；可以是旋转运动，也可以是直线运动。切削刃上某点相对于工件的切削速度的计算公式为：11 第二章金属切削及机床的基本知识进给运动和进给运动和进给量进给量 进给运动的大小可以用进给量来表示。进给量是指工件或刀具每转一圈或往复行程一次时，刀具沿进给方向相对于工件的移动量，用f表示，如图2-9所示。当主运动是旋转运动时，进给量f的单位是mm/r；当主运动是往复直线运动时，进给量f的单位是mm/dst（毫米/双行程）。2.1 金属切削加工的基础知识图2-9 外圆车削时的进给量和背吃刀量 12 第二章金属切削及机床的基本知识切深运动和切深运动和背吃刀量背吃刀量 为了切除工件上的全部余量，完成切削加工，刀具必须切入工件一定深度，一般是在一次进给运动完成后，刀具相对于工件作切深运动。而在一次进给运动中，切削量通常是不变的，故一般不把切深看成一种运动，而把它称为背吃刀量，用ap表示。背吃刀量是指在垂直于由主运动方向和进给运动方向所组成的平面上，测量出的刀具与工件接触的切削层的尺寸。切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap三者统称为切削用量三要素，它们的合理取值是切削加工顺利进行的基础。2.1 金属切削加工的基础知识 13 第二章金属切削及机床的基本知识2.2 刀具的结构和几何角度2.2.1 刀具切削部分的构成普通外圆车刀夹持部分(刀柄)切削部分刀面切削刃刀尖 14 第二章金属切削及机床的基本知识2.2 刀具的结构和几何角度2.2.2 刀具的几何角度1刀具角度参考平面刀具角度参考平面基面Pr切削平面Ps正交平面Po 15 第二章金属切削及机床的基本知识2.2 刀具的结构和几何角度2刀具几何角度的定义刀具几何角度的定义（1）正交平面）正交平面Po上测量的角度上测量的角度前角后角副后角楔角（2）在基面）在基面Pr上测量的角度上测量的角度主偏角副偏角（3）在切削平面）在切削平面Ps上测量的角度上测量的角度 16 第二章金属切削及机床的基本知识2.3 金属切削机床的基本知识2.3.1 金属切削机床的基本要求机机床床的的使使用用性性能能机床的使用性能机床的经济性能工艺范围加工精度生产效率及自动化程度人机适应性通用机床专用机床机床制造厂的经济效益机床使用厂的经济效益 17 第二章金属切削及机床的基本知识2.3 金属切削机床的基本知识2.3.2 金属切削机床的分类1基本分类方法基本分类方法 根据国标GB/T 153752008金属切削机床 型号编制方法中的规定，机床按其工原理、结构特点及使用范围，共划分为12类，其中磨床类又细分为3小类，如下表所示。在每一类机床中，又可按工艺范围、形式及结构等分为干组，每一组又可分为干个系列。类别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其他机床代号CZTMYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其他 18 第二章金属切削及机床的基本知识2.3 金属切削机床的基本知识2其他分类方法其他分类方法通用机床、专门化机床、专用机床按通用程度分普通精度机床、精密精度机床、高精度机床按加工精度分手动机床、机动机床、半自动机床和自动机床 按自动化程度分仪表机床、中型机床、大型机床和重型机床按加工范围分 19 第二章金属切削及机床的基本知识2.3 金属切削机床的基本知识2.3.3 金属切削机床的型号及其编制方法 按照国标GB/T 153752008金属切削机床 型号编制方法中的规定，我国的机床型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律排列而成。通用机床的型号表示方法如右图所示。可以看出型号中主要包括类别代号、特性代号、组别及系别代号、主参数和第二主参数、重大改进序号等。20 第二章金属切削及机床的基本知识2.3 金属切削机床的基本知识1类别代号类别代号 机床的类别代号表示机床所属的类别，用该类机床名称汉语拼音的第一个大写字母表示。类别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其他机床代号CZTMYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其他2特性代号特性代号 机床的特性代号用汉语拼音字母表示，可分为通用特性代号和结构特性代号两种。通用特性高精度精密自动半自动数控自动换刀仿形轻型加重型简式代号GMZBKHFQCJ读音高密自半控换仿轻重简 21 第二章金属切削及机床的基本知识3组别及系别代号组别及系别代号2.3 金属切削机床的基本知识 机床的组别及系别代号用两位阿拉伯数字表示，前一位表示组别，后一位表示系别。组别0123456789车床C仪表车床单轴自动车床多轴自动半自动车床回轮转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式 车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮轴辊锭及铲齿车床其他 车床4主参数的代号主参数的代号 机床的主参数用主参数的折算值表示，折算值等于主参数乘以折算系数。机床名称主参数名称折算系数卧式车床床身最大回转直径1/10摇臂钻床最大钻孔直径1/1卧式坐标镗床工作台面宽度1/10 22 第二章金属切削及机床的基本知识2.3 金属切削机床的基本知识续21页表机床名称主参数名称折算系数外圆磨床最大磨削直径1/10立式升降台铣床工作台面宽度1/10卧式升降台铣床工作台面宽度1/10龙门刨床最大刨削宽度1/100牛头刨床最大刨削长度1/105重大改进序号重大改进序号 当机床的性能及结构有重大改进时，需要在机床的型号中有所体现，通常是按照设计改进的次序分别用字母“A”“B”“C”表示，标注在机床型号的末尾。例如，型号MG1432A表示最大磨削直径为320 mm，经过1次重大改进的万能外圆磨床。23 第二章金属切削及机床的基本知识2.4 金属切削过程的基本规律2.4.1 切削过程及切屑类型1切屑的形成切屑的形成（1）变形区的划分）变形区的划分第一变形区第二变形区第三变形区 24 第二章金属切削及机床的基本知识（2）切屑的类型）切屑的类型2.4 金属切削过程的基本规律 25 第二章金属切削及机床的基本知识2积屑瘤积屑瘤2.4 金属切削过程的基本规律（1）积屑瘤形成的原因）积屑瘤形成的原因（2）积屑瘤对切削过程的影响）积屑瘤对切削过程的影响保护刀具增大刀具的实际前角增大切削层厚度增大已加工表面的粗糙度（3）影响积屑瘤生成的因素）影响积屑瘤生成的因素工件材料的加工性能切削速度刀具前角冷却润滑条件 26 第二章金属切削及机床的基本知识2.4 金属切削过程的基本规律2.4.2 切削力1切削力的来源和分解切削力的来源和分解 切削过程中，刀具施加于工件，使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力称为切削力。而工件抵抗变形时施加于刀具上的力称为切削抗力。在分析切削力以及切削机理时，可认为切削力与切削抗力的意义相同。刀具切削工件时，切屑与工件内部产生弹性、塑性变形抗力，另外，切屑、工件对刀具还产生摩擦阻力，这两种力形成切削合力F。为了测量和应用方便，可将作用于刀具上的切削合力分解为相互垂直的切削力Fc、背向力Fp和进给力Ff。27 第二章金属切削及机床的基本知识2.4 金属切削过程的基本规律2影响切削力的主要因素影响切削力的主要因素 工件材料的硬度和强度越高，虽然切削变形会减小，但由于剪切屈服强度增高，产生的切削力会越大；工件材料强度相同时，塑性和韧性越高，切削变形越大，切屑与刀具间的摩擦增加，切削力会越大。切削铸铁时由于变形小、摩擦小，故产生的切削力小。刀具前角前角增大时，切削层所受挤压变形和摩擦减小，故切削力减小。当主偏角增大时，Fc增大而Fp减小。刃倾角对背向力FP的影响较大，因为刃倾角由正值向负值变化时，会使顶向工件轴线的背向力增大。此外刀尖圆弧半径、刀具磨损程度等因素都对切削力有一定的影响。在切削过程中，使用切削液，可降低刀具与切屑、工件表面间的摩擦，因而可降低切削力。工件材料切削用量刀具几何参数其他因素 进给量和背吃刀量的增大，都会使切削力增大。其中背吃刀量对切削力的影响程度比进给量大。切削速度对切削力的影响较复杂。在切削塑性金属时，若切削速度为40 m/min，由于积屑瘤的不断产生和消失，将会导致切削力不断变化；若切削速度超过40 m/min，切削温度升高，使平均摩擦系数下降，切削力也随之下降。28 第二章金属切削及机床的基本知识2.4 金属切削过程的基本规律2.4.3 切削热和切削温度1切削热的产生和传出切削热的产生和传出 在切削过程中，主运动所消耗的能量绝大多数转换为热能，一般可以通过主运动的功率估算切削时产生热量的大小。切削区域的热量是由切屑、工件、刀具和周围介质往外传出的。在一般情况下，切屑带走的热量最多，其余依次为工件、刀具和周围介质。如右图所示为不同切削速度下切削热传出的百分比。29 第二章金属切削及机床的基本知识2影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素2.4 金属切削过程的基本规律工件材料切削用量刀具几何参数其他因素 30 第二章金属切削及机床的基本知识2.4 金属切削过程的基本规律2.4.4 刀具的磨损与刀具寿命1刀具磨损的形式刀具磨损的形式 31 第二章金属切削及机床的基本知识2.4 金属切削过程的基本规律2刀具磨损的原因刀具磨损的原因 切削过程中，刀具的磨损具有下列特点：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度；接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达8001 000，对于高速刀具可达300600。因此，在上述条件下工作时，刀具的磨损经常是机械的、热的、化学的三种形式综合作用的结果。32 第二章金属切削及机床的基本知识2.4 金属切削过程的基本规律3刀具磨损过程及磨钝标准刀