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1、第2章金属切削机床与刀具本章要点本章要点机械零件表面的成形方法机械零件表面的成形方法金属切削机床金属切削机床刀具刀具12.1 2.1 机械零件表面的成形过机械零件表面的成形过程程n一、零件表面一、零件表面2.1.1 2.1.1 零件表面及其成形方法零件表面及其成形方法常用的表面：常用的表面：由平面、内（外）圆面、和成形表由平面、内（外）圆面、和成形表面面等几种表面元素组成的。等几种表面元素组成的。平面平面是以一是以一直线直线为母线，以另一为母线，以另一直线直线为轨迹，作为轨迹，作平移平移运动运动时所形成的表面。时所形成的表面。外圆面和内圆面（孔）外圆面和内圆面（孔）是以某一是以某一直线直线为母
2、线，以为母线，以圆圆为轨迹，为轨迹，作作旋转旋转运动时所形成的表面。运动时所形成的表面。成形面成形面是以是以曲线曲线为母线，以为母线，以圆或直线圆或直线为轨迹，作旋转或平为轨迹，作旋转或平移运动时所形成的表面。移运动时所形成的表面。2n二、二、 工件表面的形成方法工件表面的形成方法任任何何规规则则表表面面都都可可以以看看作作是是一一条条线线（称称为为母母线线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线母线和和导线导线统称为形成表面的统称为形成表面的发生线发生线。2.1.1 2.1.1 零件表面及其成形方法零件表面及其成形方法3n二、二、 工件表面的形成方法工件
3、表面的形成方法可可逆逆表表面面形形成成表表面面的的两两条条发发生生线线母母线线和和导导线线可以互换，而不改变形成表面的性质可以互换，而不改变形成表面的性质。不可逆表面不可逆表面如果母线和导线不可以互换。如果母线和导线不可以互换。注注意意：有有些些表表面面的的两两条条发发生生线线完完全全相相同同，只只因因母母线线的的相相对对位位置置不不同同，也也可可形形成成不不同同的的表表面面，如如圆圆柱面、圆锥面和双曲面。柱面、圆锥面和双曲面。2.1.1 2.1.1 零件表面及其成形方法零件表面及其成形方法4母线位置不同形成不母线位置不同形成不同表面同表面11-11-与轴线平行；与轴线平行；22-22-与轴线
4、不平行，不与轴线不平行，不相交；相交；33-33-与轴不平行，相交。与轴不平行，相交。5n三、三、 形成发生线的方法及所需运动形成发生线的方法及所需运动 形成发生线的方法可归纳为四种：形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法轨迹法利利用用刀刀具具作作一一定定规规律律的的轨轨迹迹运运动动对对工工件件进进行行加加工的方法。工的方法。刀刀刃刃为为切切削削点点1 1，它它按按一一定定轨轨迹迹运运动动，形形成成所所需的发生线需的发生线2 2。形成发生线形成发生线需要一个成形运动需要一个成形运动。2.1.1 2.1.1 零件表面及其成形方法零件表面及其成形方法6轨迹法轨迹法7n三、三、 形成发生线的方法及所需
5、运动形成发生线的方法及所需运动 成形法成形法( (仿型法仿型法) )利用利用成形刀具成形刀具对工件进行加工的方法。对工件进行加工的方法。刀刀刃刃为为切切削削线线1 1，它它的的形形状状和和长长短短与与需需要要形形成成的的发发生生线线2 2完完全全重重合合，刀刀具具无无须须任任何何运运动动就就可可以以得得到所需的发生线形状。到所需的发生线形状。形成发生线形成发生线2 2不需运动不需运动。2.1.1 2.1.1 零件表面及其成形方法零件表面及其成形方法8成形法成形法( (仿型法仿型法) )9展成法展成法利用工件和刀具作利用工件和刀具作展成切削运动展成切削运动进行加工的方法。进行加工的方法。刀刀刃刃
6、为为切切削削线线1 1，它它的的形形状状和和长长短短与与需需要要形形成成的的发发生生线线2 2的的形形状状不不吻吻合合，切切削削线线1 1与与发发生生线线2 2彼彼此此作作无无滑滑动动的的纯纯滚滚动动，发发生生线线2 2就就是是切切削削线线1 1在在切切削削过过程程中中连连续续位位置置的的包包络络线线。曲曲线线3 3是是切切削削刃刃上上某某点点A A的运动轨迹。的运动轨迹。在形成发生线在形成发生线2 2的过程中，或者仅由的过程中，或者仅由切削刃切削刃1 1沿着由它生成的发生线沿着由它生成的发生线2 2滚动；滚动；或者切削刃或者切削刃1 1和发生线和发生线2 2（工件）共同（工件）共同完成复合的
7、纯滚动，这种运动称为完成复合的纯滚动，这种运动称为展成运动展成运动。形成发生线形成发生线需要一个成形运动需要一个成形运动（展成运动展成运动）。）。n三、三、 形成发生线的方法及所需运动形成发生线的方法及所需运动10展成法展成法11相切法相切法利用利用刀具边旋转边作轨迹运动刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。对工件进行加工的方法。刀刀刃刃为为旋旋转转刀刀具具（铣铣刀刀或或砂砂轮轮）上上的的切切削削点点1 1，刀刀具具作作旋旋转转运运动动的的同同时时，其其中中心心按按一一定定规规律律运运动动，切切削削点点1 1的的运运动动轨轨迹迹与工件相切，形成了发生线与工件相切，形成了发生线2 2。由于
8、刀具上有多个切削点，由于刀具上有多个切削点，发生线发生线2 2是刀具上所有的切削点在切削过程是刀具上所有的切削点在切削过程中共同形成的。中共同形成的。形成发生线形成发生线需要二个成形运动需要二个成形运动：刀具刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。n三、三、 形成发生线的方法及所需运动形成发生线的方法及所需运动12相切法相切法13 形成发生线所需的运动形成发生线所需的运动成形运动成形运动 按组成情况不同，可分为按组成情况不同，可分为 简单成形运动：简单成形运动： 复合成形运动：复合成形运动：一个成形运动是由单独的旋转运动或直线一个成形运动是由单独的旋转运动或
9、直线运动构成的。运动构成的。一个成形运动，是由两个或两个以上旋转一个成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成。系组合而成。 2.1.2 2.1.2 表面成形运动表面成形运动1415例例：车车螺螺纹纹。螺螺纹纹车车刀刀是是成成形形刀刀具具，因因此此形形成成螺螺旋旋面面只只需需1 1个个运运动动即即车车刀刀在在不不动动的的工工件件作作空空间间螺螺旋旋运运动动。该该螺螺旋旋运运动动分分解解成成等等速速的的旋旋转转运运动动和和等等速速的的直直线线运运动动。图图b b中以中以B B1111和和A A1212代表。代表。为为得得到到
10、一一定定导导程程的的螺螺旋旋线线，B B1111和和A A1212须须严严格格保保持持相相对对运运动动关关系系，即即工工件件每每转转一一周周，刀刀具具的的移移动动量量应应为为一一个个导导程。程。16一、切削运动一、切削运动切削加工时切削加工时, ,为了获得各种形状的零件为了获得各种形状的零件, ,刀具与工件必须具有一定刀具与工件必须具有一定的相对运动的相对运动, ,我们将这种相对运动为切削运动。我们将这种相对运动为切削运动。 切削运动按其所起的作用可分为：切削运动按其所起的作用可分为：主运动主运动进给运动进给运动 2.1.3 2.1.3 切削运动和切削要素切削运动和切削要素17（1 1）主运动
11、）主运动主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件实现切削的运动。主运动的特点工件实现切削的运动。主运动的特点速度最高速度最高，消耗的功率最大消耗的功率最大。（2 2）进给运动）进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对运动，进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具运动，进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加工表面。有所需几何特性的已加工表面。 主运动主运动的运动形式可以是的运动形式可以是旋转旋转运动，也可以是
12、运动，也可以是直线直线运动；运动；主运动主运动可以由可以由工件工件完成，也可以由完成，也可以由刀具刀具完成；完成；主运动和进给运动主运动和进给运动可以可以同时同时进行，也可以进行，也可以间歇间歇进行；进行；主运动主运动通常通常只有一个只有一个，而，而进给运动进给运动的数目可以有的数目可以有一个或几个一个或几个。一、切削运动一、切削运动18常见的切削运动常见的切削运动19（3 3）主运动和进给运动的合成）主运动和进给运动的合成 当主运动和进给运动同当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某时进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动一点相对于工件的运动为合成运动，常用合成为合成运动，常用合成速度向量速
13、度向量v ve e来表示，如来表示，如图所示。图所示。一、切削运动一、切削运动20常见机床的切削运动常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床卧式车床工件旋转车刀纵向、横向移动切切削削运运动动及及切切削削要要素素钻床钻床钻头旋转钻头轴向移动铣床铣床铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动牛头刨床牛头刨床刨刀往复工件横向、垂直方向间隙移动外圆磨床外圆磨床砂轮旋转工件旋转、工件往复或砂轮横向移动平面磨床平面磨床砂轮旋转工件往复移动，砂轮横向、垂直移动镗床镗床镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动龙门刨床龙门刨床工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动21 切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金
14、切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它们分别是：们分别是： 已加工表面已加工表面 已经切去多余金属层而形成已经切去多余金属层而形成的新表面。的新表面。待加工表面待加工表面 即将被切去金属层的表面；即将被切去金属层的表面；过渡表面过渡表面 切削刃正在切削而形成的表切削刃正在切削而形成的表面面, , 又称又称加工表面加工表面或或切削切削表面表面；二、工件表面二、工件表面 2
15、.1.3 2.1.3 切削运动和切削要素切削运动和切削要素nf f已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面d dm m22二、工件表面二、工件表面23二、工件表面二、工件表面24 切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。 切削用量包括：切削用量包括：切削速度切削速度进给量进给量背吃刀量背吃刀量三、切削用量三、切削用量 2.1.3 2.1.3 切削运动和切削要素切削运动和切削要素25（1 1）切削速度）切削速度v vc c 在切削加工时，切削刃选定点相对于工件在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动主运动的
16、瞬时速度的瞬时速度称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方主运动方向向相对移动的距离相对移动的距离, ,单位为单位为m/minm/min或或m/sm/s。主运动为主运动为旋转运动旋转运动时时, ,切削速度切削速度v vc c计算公式为计算公式为: :式中式中d d工件直径（工件直径（mmmm） n n工件或刀具每分工件或刀具每分( (秒秒) )钟转数钟转数(r/min(r/min或或r/s)r/s)三、切削用量三、切削用量26主运动为主运动为往复运动往复运动时时, ,平均切削速度为：平均切削速度为：式中式中L L一往复运动行程长度一往复运
17、动行程长度(mm)(mm) nr nr一主运动每分钟的往复次数一主运动每分钟的往复次数( (往复次数往复次数/min)/min)。（1 1）切削速度）切削速度v vc c 三、切削用量三、切削用量27（2 2）进给量）进给量f f 进给量是刀具在进给量是刀具在进给运动方向进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。 车削车削时进给量的单位是时进给量的单位是mm/rmm/r，即，即工件每转一圈工件每转一圈, ,刀具沿刀具沿进给运动方向移动的距离进给运动方向移动的距离。刨削刨削等主运动为往复直线
18、运动等主运动为往复直线运动, ,其间歇进给的进给量为其间歇进给的进给量为mm/mm/双行程，即双行程，即每个往复行程刀具与工件之间的相对横每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离向移动距离。三、切削用量三、切削用量28单位时间的进给量，称为单位时间的进给量，称为进给速度进给速度，车削车削时的进给速度时的进给速度v vf f 计算公式为计算公式为: :铣削铣削时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除mm/rmm/r外，还外，还规定了每齿进给量，用规定了每齿进给量，用azaz表示，单位是表示，单位是(mm/z)(mm/z)，vfvf、f f、azaz三者之间的关
19、系为：三者之间的关系为：z z为多齿刀具的齿数为多齿刀具的齿数 （2 2）进给量）进给量f f 三、切削用量三、切削用量29（3 3）背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）a ap p 背吃刀量背吃刀量apap是指是指主刀刃工作长度主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿（在基面上的投影）沿垂直垂直于进给运动方向于进给运动方向上的上的投影投影值。值。 对于外圆车削，背吃刀量对于外圆车削，背吃刀量apap等于工件已加工表面和待等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离加工表面之间的垂直距离, ,单位为单位为mm mm 。即：。即：式中式中 dw dw待加工表面直径待加工表面直径 dm dm已加工表
20、面直径已加工表面直径三、切削用量三、切削用量30三、切削用量三、切削用量31三、切削用量三、切削用量32四、切削层参数四、切削层参数 切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。 为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面中度量，切削层的形状和尺寸将直接影响刀具切削部中度量，切削层的形状和尺寸将直接影响刀具切削部分所承受的分所承受的负荷和切屑的尺寸大小负荷和切屑的尺寸大小。通常在通常在基面基面PrP
21、r内内度量。度量。 d dm md dw wf fn1 12 2f fa ap pKrKr33如所示，车外圆时，当主、副切削刃为直线，且如所示，车外圆时，当主、副切削刃为直线，且 s =0s =0，切削层就，切削层就是车刀由位置是车刀由位置移动到位置移动到位置即一个即一个f f距离，刀具正在切削的那层距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。hDfapbD r切削层公称厚度切削层公称厚度hDhD 简称切削厚度，是垂直于切削简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。表面度量的切削层尺寸。 h hD D f fsinsinr r切
22、削层公称宽度切削层公称宽度bDbD 简称切削宽度，是沿切削表面简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。度量的切削层尺寸。 b bD D a ap/sinp/sinr r切削层公称横截面积切削层公称横截面积ADAD四、切削层参数四、切削层参数 待加工表面过渡表面已加工表面34自由切削自由切削：没有副刃参加切削：没有副刃参加切削, ,只有一条切削刃只有一条切削刃参加切削。参加切削。非自由切削非自由切削：切削刃为曲线或折线，或几条切：切削刃为曲线或折线，或几条切削刃同时参加切削。削刃同时参加切削。直角、斜角自由切削与不自由切削a）直角切削）直角切削b）斜角切削）斜角切削c）不自由切削）不自由切削五、切削方式五、切削方式35直角切削：直角切削：s s0 0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：斜角切削：s s00的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直五、切削方式五、切削方式36
