机械加工基础

《机械加工基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械加工基础（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一篇机械加工基础第一章金属切削刀具1-1金属切削过程的规律金属切削变形有弹性变形和塑性变形两种。金属切削过程是刀具 把工件表层的金属层，通过刀刃的切割和刀面的推挤，使之变为切屑 从而形成以加工表面的过程。一、四个变形区为说明切削过程的实质，将切削区域划分为四个变形区，如图1-1 所示基本变形区1：在基本变形区被切削金属在刀具的挤压作用下产 生滑移变形，OA线称始滑移线（OA线以左为弹性变形区，到达OA 线将开始产生塑性变形），OE线称终滑移线（OE线后面的金属将变 为切屑流走）。前刀面摩擦变形区2：在该变形区切屑在流出过程中与前刀面挤 压、摩擦，同时前刀面发生磨损。刃前变形区3：此变形区在刃

2、口圆弧处的一个变形范围内。后刀面摩擦变形区4在该变形区主要是后刀面与已加工表面的 摩擦、挤压。/ /2图1-1二、切屑的收缩现象被切金属经塑性变形后形成的切屑，其长度（L屑）比切削层长度（L）短，其厚度少屑）比切屑厚度（）厚，此现象称为切屑的收 缩现象，如图1-2所示。变形系数K：图1-2变形系数K越大，则表示切削过程中的变形也越大，因此可以用 来近似地衡量金属在切削过程中的变形程度。三、影响切屑变形的因素1. 工件材料 塑性大、强度低的金属材料，其变形系数大，切屑变 形也大；脆性材料只形成崩碎屑，变形系数无实际意义。2. 切削用量 在切削塑性材料时，加大切削速度，由于切屑来不及 充分变形，就

3、被挤裂下来，使变形系数减小，故切削力和切屑变形 减小;加大进给量，则使切削厚度增加，单位切削面积的切削力减小， 切屑平均变形量随之减小。3. 冷却润滑条件 润滑条件的改善可减小切屑与刀具表面之间的 摩擦系数，从而减小变形系数和切屑变形。4. 刀具的几何角度刀具的几何角度对切屑的变形有影响，尤其是 刀具的前角和前刀面的光滑程度，直接影响切屑变形。四、积屑瘤和加工表面的冷硬现象1. 积屑瘤 切削塑性材料时，切屑由刃口沿前刀面流出，这是切屑底 层的滞流层（如图1-3a所示），由于受前刀面摩擦力的作用减低了流 动速度。在高温、高压作用下，当摩擦力大于滞留层的结合力，滞留 层的金属与切屑分离而粘结在前刀

4、面上，形成积屑瘤，如图1-3b所Zjo图 1-3a图 1-3b积屑瘤的特点：(1) 积屑瘤的硬度为员工件的1.53倍，可代替刀刃切削。(2) 积屑瘤增大了刀具的实际前角，使切屑变形和切削力减小，并 起到保护刀刃的作用。(3) 积屑瘤不规则，时大时小，时有时无，影响工件尺寸精度、表 面粗糙度和表面质量。精加工应尽量避免积屑瘤的产生，可采取提高切削速度和减小前刀面 的表面粗糙度值，以及增大前角、减小进给量和合理使用切削液等措 施。2. 已加工表面的冷硬现象金属经过冷加工后，强度、硬度提高，而 塑性下降，这种现象称为加工硬化。切削过程中变形越大，加工硬化 现象越严重。常见的减轻加工硬化的措施有：提高

5、切削刃的锋利程度，适当减小 切削厚度和进给量，适当增大切削速度，减小后刀面的表面粗糙度。1-2刀具的磨损和提高耐用度的措施一、刀具磨损磨损是刀具钝化（磨损、崩刃、卷刃）的主要形式，它是在切削过 程中因刀具前刀面、后刀面上的微粒被切屑和工件带走而产生的。刀具的磨损形式，按其发生部位可分为：后刀面磨损、前刀面磨损、 边界磨损，如图1-4所示。图1-4刀具的磨损形式1. 刀具磨损的原因（1）磨粒磨损。磨粒磨损又称机械磨损。工件材料中的碳化物、 氮化物、积屑瘤碎片以及其他硬度较高的杂质，在机械擦伤的作用下， 把刀具前、后刀面刻划出许多沟纹而造成磨损。提高刀具的刃磨质量，减小前、后刀面和刀刃的表面粗糙度

6、值，能 减缓刀具的磨损。（2）热磨损。切削时，由于切削热而使刀具温度升高（尤其在刀 刃刀尖附近的温度最高）。温度升高后，刀具材料将产生相变而使硬 度降低；刀具材料与切屑和工件相互粘结而被粘附带走；刀具材料中的几何元素向工件中扩散，而使切削刃附近的组织变化，致使硬度和 强度降低；前、后刀面在热应力的作用下产生裂纹及温度升高时容易 使表面产生氧化层等。这些由切削热和温度升高而使刀具产生的磨损 统称为热磨损。2. 刀具的磨损过程刀具的磨损过程大致可分为三个阶段，如图1-5所示。图1-5刀具的磨损过程后刀面磨扔量VB值（1）初期磨损阶段（AB段）。这一阶段磨损较快。因为刀具在刃磨 后,表面有砂轮磨痕产

7、生的凸峰和刀刃处的毛刺,这些将很快被磨平。 提高刀具的刃磨质量，通过研磨或用油石修光刀刃和前、后刀面，能 有效地减小初期磨损量。（2）正常磨损阶段（BC段）。这一阶段的磨损比较缓慢，磨损量随 时间而均匀地增加，并且比较稳定。这时刀具处于正常使用阶段。（3）急剧磨损阶段（CD段）。当刀具磨损达到一定程度后，刀刃变 钝。前、后刀面磨损后刀刃强度显著减弱而缺损，切削条件变差，从 而使切削热和切削力增加，刀具磨损速度急剧上升，以致丧失切削能 力。因此，切削时应避免使刀具磨损进入这一阶段。3. 刀具的磨钝标准 刀具的磨钝标准，通常以后刀面磨损量的最大值VB表示。几种常用刀具磨钝标准的参考值见表1-1。表

8、 1-1几种刀具磨钝标准的参考值 VB刀具磨损部位刀具材料高速钢硬质合金工件材料工件材料钢铸铁钢铸铁粗加工精加工粗加工精加工粗加工精加工粗加工精加工外圆车刀、镗孔刀后刀面0.3 0.50.1 0.32.0 3.00.1 0.30.6 0.80.1 0.30.8 1.20.1 0.3钻头d0 201.01.40.2 0.41.2 1.60.8 1.0端铣刀后刀面1.21.50.2 0.41.5 1.80.2 0.40.8 1.00.2 0.41.0 1.20.2 0.4齿轮滚刀后刀面转角处0.50.80.1 0.3在实际工作中，如发现已加工表面粗糙度值比原来明显增大，表面出现亮点和鳞刺；切削温度

9、升高，切屑颜色改变；切削力增大，甚至出现振动现象；后刀面靠近刃口处明显被磨损，甚至出现不正常的声 响等，出现上述现象其中之一时，即说明刀具已经磨损。二、刀具的耐用度刃磨后的刀具或可转位刀片上的一个刃口，自开始切削到磨损量达 到磨钝标准为止的有效切削时间，称为刀具耐用度。以 T 表示，单位 是分钟（min）。它不同于刀具的寿命。刀具的寿命等于耐用度与可重 磨次数的乘积。刀具耐用度是一个很重要的指标，可用它来比较不同被加工材料的 可切削性；或用来比较刀具材料的切削性能；或判断刀具几何参数是 否合理。影响刀具耐用度的因素：1. 切削三要素 优选切削用量可以提高生产效率。首先尽量选用较 大的切削深度a

10、p,然后根据加工条件和加工要求选取允许的最大进给 量f,最后才在刀具耐用度或机床功率允许的情况下选取适当的切削 速度vc刀具耐用度和切削用量的推荐值见表1-2。刀具耐用度和切削用量的推荐值刀具材料被加工材料工序切削用量推荐的刀具耐用度 T(min)Vc(m/min)f(mm/r)ap(mm)切削液YT1545钢粗车外圆1000.354无102YY1545钢粗车外圆1340.64.5无56YT1545钢(调质)粗车外圆590.555无75YT1538CrSi (调质)粗车外圆800.65无63YT1540Cr粗车外圆770.252无99YT1540Cr镗内孔830.54无60YT1530Cr2M

11、oVA粗车外圆690.455.5无55YG8HT20-40粗车外圆890.84.5无55YG8HT20-40粗车端650.6535无95高速钢45钢钻20孔200.210乳化液80 1202. 刀具的几何参数 适当增大前角,适当减小主偏角,以及在粗加 工和加工较硬的材料时用负的刃倾角保护刀尖,均能有效地提高刀具 耐用度。3. 工件材料 工件材料的强度、硬度和韧性越高,导热系数越小, 加工硬化越严重和热强度越高,则刀具越容易磨损,刀具耐用度越低。4. 切削液 合理和充分地使用切削液,能降低切削温度和减小摩擦 阻力,能减缓刀具的磨损速度。复习题1. 金属切削过程中有哪四个变形区？2. 何为切屑的收

12、缩现象？3. 积屑瘤和已加工面的冷硬现象对加工有何影响？4. 刀具的磨损原因有哪些？5. 刀具磨损分哪三个阶段？画出刀具磨损曲线图？6. 什么是刀具的耐用度？影响刀具耐用度的因素有哪些？第二章 机械加工工艺2-1 切削加工的质量分析零件的加工质量包括加工精度和表面质量两个方面一、加工精度加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与 理想几何参数的符合程度。实际几何参数与理想几何参数的偏离程 度，称为加工误差。加工误差越小，加工精度越高。1. 加工精度的内容（1）尺寸精度。尺寸精度是加工后零件的实际尺寸与理想尺寸的符合 程度。理想尺寸是指所标注尺寸的公差带中心值。（2）形状精度。形

13、状精度是加工后零件表面实际测得的形状和理想 形状的符合程度。理想形状是指几何意义上的绝对正确的平面、圆柱 面等表面。（3）位置精度。位置精度是加工后零件各表面相互之间的实际位置 和理想位置的符合程度。理想位置是指几何意义上的绝对地平行、垂 直、同轴和绝对准确的角度关系等。零件表面的尺寸、形状和位置精度是有联系的，一般形状精度应比位置精度高，位置精度的公差应小于其尺寸公差值。2. 影响加工精度的主要因素（1）机床误差。机床几何精度的误差会影响加工精度，如主轴轴承 的径向和轴向间隙太大，使主轴产生径向偏让、摆动和轴向窜动；工 作台导轨的直线度不准及间隙太大，使工作台的运动几何精度有误差 并产生晃动

14、，以及工作台台面的平面度误差等，对加工精度都有很大 影响。（2）工艺系统中弹性变形所引起的误差。工艺系统中的机床、刀具、 夹具和工件等，在受到切削力和夹紧力时，都要产生弹性变形。在加 工过程中，工艺系统弹性变形所引起的加工误差，对加工精度有着重 大的、有时是决定性的影响。（3）夹具、刀具及量具的误差。此类误差是指夹具、刀具和量具在 制造时本身已存在的误差，及其在使用过程中，由于磨损使精度降低 而产生的误差。（4）理论误差。用近似的加工方法和形状近似的刀具加工而产生 的误差，称为理论误差。如用滚齿刀滚齿时，由于刀齿间断地切削齿 面，所切出的齿形，实际上是由许多短线段所组成的近似渐开线的折 线，而不是一条光滑的渐开线。滚刀的齿数越少，组成折线的直线越 长，精度就越差。因此，用大直径密齿的滚齿刀加工能提高加工精度。在铣床上用仿行法铣齿时，由于铣刀的规格受到限制，所以在理 论上也会产生误差。（5）装夹误差。装夹误差是工件在夹具中装夹时所产生的定位误差和加紧误差，包括基准不重合