切削加工基础知识

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1、第一章 切削加工基础知识一、本章的教学目的与要求 本章主要介绍了机械加工基础知识。重点应掌握切 削运动及切削用量概念； 切削刀具及其材料基本知识； 切削过程的物理现象及控 制； 砂轮及磨削过程基本 知识；材料切削加工性概念； 机械加工工艺过程基本概 念； 机械加工质量的概念 等。掌握本章内容为后续内容的学习打基础， 为初步具备 分析、 解决工艺问题的 能力打基础， 为学生了解现代机械制造技术和模式及其发展 打基础。 学生学习本 章要注意理论联系生产实践，才能更好体会，加深理解。可通 过课堂讨论、作业 练习、实验、校内外参观等及采用多媒体、网络等现代教学手段学 习，以取得良 好的教学效果。为学好

2、本章内容，可参阅邓文英主编金属工艺学第4 版、傅 水根主编机械制造工艺基础 （ 金属工艺学冷加工部分 ） 、李爱菊等主编现代 工程材料成形与制造工艺基础下册及相关机械制造方面的教材和期刊。二、授课主要内容1 切削运动和切削要素 主要学习零件表面的形成、切削运动、切削用量、切削 层参数2 切削刀具和切削过程 主要学习切削刀具材料、车刀、刨刀、镗刀、麻花钻、 铣刀的结构及刀具几 何角度，切削的形成及形态、积屑瘤、切削力、切削热和切削温 度、刀具磨损和 刀具耐用度3 磨具和磨料切削 主要学习磨具和磨削原理4 材料的切削加工性主要学习衡量材料切削加工性能的指标、 常用材料的切削加工性、 改善材料 切削

3、加工性的方法5 机械加工工艺过程基本概念主要学习工艺过程的基本概念、 工件的安装和夹具、 基准及其选择原则、 工 件在夹具中的定位6 机械加工质量的概念 主要学习机械加工精度、机械加工表面质量三、重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学） 让学生重点 掌握切削运动及切削用量概念、 切削刀具及其材料基本知识、 切削过程、 砂 轮及磨削过程、 材料切削加工性、机械加工工艺过程基本概念；机械加工质量等概念。四、要外语词汇主运动： primary motion进给运动： feed movement车刀： turning tools刀具材料： cutting tools materials切削过

4、程： cutting process磨具： abrasive grinding tools表面质量： machining quality of machined surfaces五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）主讲（板书） +课堂讨论 +作题练习 +实验 +多媒体课件 +实物六、复习思考题1. 试说明下列加工方法的主运动和进给运动：a车端面；b在钻床上钻孔；c在铣床上铣平面；d在牛头刨床上刨平面；e.在平面 磨床上 磨平面。2. 试说明车削时的切削用量三要素，并简述粗、精加工时切削用量的选择原则。3. 车外圆时，已知工件转速n=320 r/min,车刀进给速度Vf=64

5、 mm/min,其它条 件如题图1-1所示，试求切削速度V、进给量仁背吃刀量a、切削层公称横截 面积 cpAD、切削层公称宽度b和厚度hDoDeD4. 弯头车刀刀头的几何形状如题图 1-2 所示，试分别说明车外圆、 车端面（由外向 中心进给）时的主切削刃、刀尖、前角Y 、主后角a。、主偏角kr和副偏角kro题图 1-1题图 1-25. 简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角的作用及选择原则。6. 机夹可转位式车刀有哪些优点？7. 刀具切削部分材料应具备哪些基本性能？常用的刀具材料有哪些？8. 高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是什么 ？各适合做哪些刀具？9. 切屑是如何形成的？常见的有哪几

6、种？10. 积屑瘤是如何形成的？它对切削加工有哪些影响？生产中最有效的控制积屑瘤 的手段是什么？11. 设用丫。=15。，a =8, k=75,k =10。，匕=0。的硬质合金车刀，在C6132型卧or式车床上车削45钢（正火，187HBS轴件的外圆，切削用量为V=100 mm/min fc=0.3 mm/r、a =4 mm,试用切削层单位面积切削力k计算切削力F和切削功率p c cP。若机床传动效率n =0.75，机床主电动机功率Pe=4.5 kW试问 电动机功率是 mE否足够？12. 切削热对切削加工有什么影响？13. 背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样 ？如何运用这一规律

7、指导生产实践？14. 切削液的主要作用是什么？常根据哪些主要因素选用切削液？15. 刀具的磨损形式有哪几种？在刀具磨损过程中一般分为几个磨损阶段 ？刀具寿 命的含义和作用是什么？16. 试分析砂轮磨削金属与刀具切削金属的过程及原理有何异同 ？原因何在？17. 如何评价材料切削加工性的好坏？最常用的衡量指标？如何改善材料切削加工 性？18. 什么是生产过程、工艺过程、工序和安装 ？19. 生产类型有哪几种？汽车、电视机、金属切削机床、大型轧钢机的生产各属 于哪种生产类型？各有何特征？20. 机械加工中，工件的安装方法有哪几类 ？各适用于什么场合？21什么是夹具？按其用途不同，夹具分为哪几类？各适

8、用于什么场合？22. 何谓基准？根据作用的不同，基准分为哪几种？23. 何谓粗基准和精基准？试述粗、精基准的选择原则各是什么 ？24. 试选择如题图1-3所示三个零件的粗、精基准。其中题图1-3a是齿轮， m=2,Z=37,毛坯为热轧棒料；题图1-3b是液压油缸，毛坯为铸铁件，孔已铸 出; 题图1-3c是飞轮，毛坯为铸件。均为批量生产。图中除了标有不加工符 号的表 面外，均为加工表面。25. 何谓工件的六点定位原理？加工时，工件是否都要完全定位？26什么是加工精度？包括哪些内容？27.机械加工表面质量的含义是什么？它与表面粗糙度有何区别？图样上常标注哪 一 项？5题图 1-3七、参考教材（资料

9、）1 孙大涌主编.先进制造技术.北京：机械工业出版社， 20002 李伟光主编.现代制造技术.北京：机械工业出版社， 20013机械工程手册编辑委员会.机械工程手册：机械制造工艺及设备卷（二）第2版.北京：机械工业出版社， 19974邓文英主编.金属工艺学第4版.北京：高等教育出版社， 20005 吴桓文主编.工程材料及机械制造基础（ 川）机械加工工艺基础. 北京：高等教育出版社， 19906 卢秉恒主编 . 机械制造技术基础 . 北京：机械工业出版社， 19997 张世昌，李 旦等 . 机械制造技术基础 . 北京：高等教育出版社， 20018 傅水根主编 . 机械制造工艺基础 （ 金属工艺学

10、冷加工部分 ） . 北京：清华大学 出版社， 19989 李爱菊，王守成等 . 现代工程材料成形与制造工艺基础 （ 下册） . 北京：机械 工 业出版社， 200110 贾青云，李冬妮等 . 现代汽车制造技术之机械加工： 世界汽车技术发展跟踪 研 究（ 一）. 汽车工艺与材料， 2002，（4）11 苗赫濯，齐龙浩等 . 新型陶瓷刀具在机械工程中的应用 . 机械工程学报， 2002， 38（2）第一章机械加工基础知识切削加工是使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相对运 动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数 （尺寸、形状、 位 置）和表面质量的加工方法。第一节

11、切削运动及切削要素一、零件表面的形成1. 基本表面：外圆面、内圆面（孔）、平面2. 成形面：螺纹、齿轮的齿形等这些表面可分别用图 1-1所示的相应加工方法来获得。车卄*面佛購并丽叮枯?L再车議上軽孔图 1-1 零件不同表面加工时的切削运动、切削运动切削运动（cutting motions）:在切削加工中，刀具和工件间必须有一定的 相对 运动。切削运动可以是旋转运动或直线运动，也可以是连续的或间歇的 切削运动包括 主运动（图中 I ）和进给运动（图中 U ）。主运动（primary motion）是使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具接近 工 件而实现切削的运动。如图 1-2所示工件的旋转运动

12、。主运动速度最高，消耗 功率 最大。主运动只有一个。进给运动（feed movement）使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可连续地切除余量，如图 1-2 所示车刀的移动。进给运动可以是 1 个或多图1-2切削运动和加工表面舍血运动方向、 牡运站方向/ 己加工建血 切瞬刃逞定点捋血工丟颈1T建表曲三、切削用量切削用量（cutting包括切削速度匕、进给量f （或进给速度Vf）conditions）和背吃刀量a；三要素。p切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度称为切削速度（cutting speed）以 V 表示，单位为 m/s 或 m/min。c 若主运动为旋转运动（如车削、铣

13、削等），切削速度一般为其最大线速度。:dnVm/s 或 m/minc1000式中：d工件（或刀具）的直径，mm n工件（或刀具）的转速，r/s或r/min。若主运动为往复直线运动（如刨削、插削等），则常以其平均速度为切削速度,即:2Ln r m/s 或 m/min10r00式中：L往复行程长度，mm n-主运动每秒或每分钟的往复次数，str/s或rstr/min 。2.进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量 （feed rate）。用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行程 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给 量，以f

14、表示，单位为 mm/或 mm/str。用多齿刀具(如铣刀、钻头等)加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以Vf表示，单位为mm/s或mm/min刀具每转或每行程中每齿相对工作进给运动方向 上的位移量，称每齿进给量，以f表示，单位为mm/zzf、仁Vf之间有如下关系：zfVf = fn = fzZnmm/s 或 mm/min式中：n刀具或工件转速，r/s或r/min ； z刀具的齿数。3. 背吃刀量在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中， 垂直 于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量 (back en gageme nt of the cutting edge)，以a

15、表示，单位为mm。如图1-2所示，车外圆时，a可用下式计 pp算，即apwm mmpp 2式中： d 、 d 工件待加工和已加工表面直径， mm wm工件上由主切削刃形成的那部分表面是过渡表面四、切削层参数切削层是指切削过程中，由刀具切削部分的一个单一动作 (如车削时工件转 一圈，车刀主切削刃移动一段距离)所切除的工件材料层。它决定了切屑的尺寸 及刀 具切削部分的载荷。 切削层的尺寸和形状，通常是在切削层尺寸平面中测量的，如图 1-3所示。(1) 切削层公称横截面积AD在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横 截面积，单位为 mrri(2) 切削层公称宽度bD在给定瞬间，作用于主切削刃截形上两个极限点间的距 离，在切削层尺寸平面中测量，单位为 mm(3) 切削层公称厚度hD同一瞬间切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位 为 mm 由定义可知AD =bDhDmm2因AD不包括残留面积，而且在各种加工方法中A与进给量和背吃刀量的关系不同，所以A不等于f和a的积。只有在车削加工中，当残留面积很小