2.金屬切削的基本概念

1、第二章 金屬切削的基本概念金屬切削加工是指用切削工具從工件上切除多余金屬材料的加工方法。常用的切削工具有車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、砂輪、齒輪刀具等，常見的切削加工方法有車削、銑削、刨削、鉆削、磨削、齒形加工等。一切削運(yùn)動(dòng)和切削用量 切削運(yùn)動(dòng) 切削運(yùn)動(dòng)指切削加工時(shí)，切削工具和工件之間的相對運(yùn)動(dòng)。如圖2-1所示，車削時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是切除多余金屬的基本運(yùn)動(dòng)，車刀平行于工件軸線的直線運(yùn)動(dòng)，是保證切削連續(xù)進(jìn)行，由這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)組成的切削運(yùn)動(dòng)，完成工件外圓表面的加工。切削運(yùn)動(dòng)按其作用可分為切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。圖2-1 車削運(yùn)動(dòng)和切削表面1 主運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)是刀具與工件之間的相對運(yùn)動(dòng)。它使刀具的前刀面

2、能夠接近工件，切除工件上的被切削層，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而完成切屑加工。一般，主運(yùn)動(dòng)速度最高，消耗功率最大，機(jī)床通常只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)。例如，車削加工時(shí)，工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。 2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是配合主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)依次連續(xù)不斷地切除多余金屬層的刀具與工件之間的附加相對運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)配合即可完成所需的表面幾何形狀的加工，根據(jù)工件表面形狀成形的需要，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是多個(gè)，也可以是一個(gè)；可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。 工件加工表面在切削加工過程中，通常工件上有三個(gè)不斷變化的表面：待加工表面、已加工表面和切削表面（或稱過渡表面），如圖2-1所示。待加工表面工件上有待切削的表面稱為待加工表面，隨著切

3、削的繼續(xù)，待加工表面逐漸減少直至全部切除。切削表面工件上由切削刃形成的那部分表面稱為切削表面，它在切削中不斷變化，但總處在待加工表面和已加工表面之間。已加工表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面稱為已加工表面，它隨著切削的繼續(xù)而逐漸擴(kuò)大。切削用量 切削用量是切削過程中切削速度、進(jìn)給量 和背吃刀量的總稱，俗稱切削三要素，如圖2-2所示。它是調(diào)整機(jī)庥、計(jì)算切削力、切削功率、時(shí)間定額及核算工序成本的重要參數(shù)。圖2-2車外圓時(shí)的切削層要素切削速度 切削速度是指切削刃選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位為m/min，若主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切削速度為其最大的線速度。計(jì)算公式為:式中 dw工件待加工表面直徑(mm

4、)；n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速( r/min)。進(jìn)給量 進(jìn)給量是指刀具或工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對于工件或刀具移動(dòng)的距離,常用每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表示。單位是mm/r或mm/行程（如刨床），它的大小反映著進(jìn)給速度移v（單位為mm/min）的大小，關(guān)系為V= fn背吃刀量 背吃刀量是指工件上已加工表面與待加工表面間的垂直距離(單位為mm)。 式中 dm工件已加工表面的直徑(mm)。二金屬材料切削用量的選擇 1.切削用量的選擇原則 粗車時(shí)，應(yīng)盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，選擇切削用量，應(yīng)首先選取盡可能大的背吃刀量，其次是根據(jù)機(jī)床的動(dòng)力和剛性的限制條件，選取盡可能大的進(jìn)給量，最后根據(jù)刀具耐用度要求

5、，確定合適的切削速度。增大背吃刀量可使走刀次數(shù)減少，增加進(jìn)給量有利于斷屑。 精車時(shí)，對加工精度和表面粗糙度要求較高，加工余量一般不大且較均勻，在選擇精車切削用量時(shí)，應(yīng)著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率，因此，精車時(shí)應(yīng)選用較?。ǖ荒芴。┑谋吵缘读亢瓦M(jìn)給量，并選用性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度。 2.切削用量的選取方法 （1）. 背吃刀量的選擇p 粗加工時(shí)，除留下精加工余量外，一次走刀盡可能切除全部余量，但當(dāng)粗加工余量確實(shí)較大時(shí)，也可分多次走刀；精加工的加工余量一般較小，可一次切除。在中等功率機(jī)床上，粗加工的背吃刀量可達(dá)610mm,半精加工的背吃刀量取

6、25mm，精加工的背吃刀量取0.21.5mm。 （2）.進(jìn)給速度（進(jìn)給量）的確定f 粗加工時(shí)，由于對工件的表面質(zhì)量沒有太高的要求，這時(shí)主要根據(jù)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性、刀桿的強(qiáng)度和剛性、刀具材料、刀桿和工件尺寸以及己選定的背吃刀量等因素來選取進(jìn)給速度。精加工時(shí)，則按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素選取進(jìn)給速度。 進(jìn)給速度可按公式V= fn計(jì)算，式中f表未每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，粗加工時(shí)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量一般取0.30.8m/min，精加工時(shí)常取0.10.3m/min，切斷時(shí)常取0.050.2m/min；這些進(jìn)給量，在一般機(jī)床中可通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖標(biāo)的參數(shù)選?。ù蠖伎赏ㄟ^撥動(dòng)相應(yīng)手柄位置確定進(jìn)給量），而數(shù)控機(jī)床的進(jìn)

7、給量可通過編程設(shè)定。 （3）.切削速度的確定V 切削速度可根據(jù)己經(jīng)選定的背吃刀量、進(jìn)給量及在考慮刀具耐用度的情況下選取；實(shí)際加工過程中，也可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和查表的方法來選取。 粗加工或工件材料的加工性能差時(shí)，宜選用較低的切削速度，精加工或刀具材料、工件材料的切削性能較好時(shí)，宜選用較高的切削速度。 切削速度V確定后，可根據(jù)刀具或工件直徑(D)，按公式 n=1000V/D，計(jì)算出主軸的轉(zhuǎn)速（r/min）,因?yàn)樵趯?shí)際的車床、銑床、鉆立銑等普通切削機(jī)床上，可通過撥動(dòng)手柄選取所需的主軸轉(zhuǎn)速，而數(shù)控加工中的主軸轉(zhuǎn)速則可以通過程序來設(shè)定。 在生產(chǎn)過程中，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者采用查表的方法來選取切削用量。下面列

8、出常用切削用量推存表，供學(xué)員在生產(chǎn)中，在考慮設(shè)備的剛性、材料的軟硬、刀具材料及其它因素的情況選用，見表2-1，表2-2。表2-1 硬質(zhì)合金刀具切削用量推存表刀具材料工件材料粗加工精加工切削速度進(jìn)給量背吃刀時(shí)切削速度進(jìn)給量背吃刀時(shí)m/minmm/rmmm/minmm/rmm碳鋼1000.631800.30.4低合金鋼800.331300.20.4高合金鋼700.231200.150.4硬質(zhì)合金鑄鐵800.231300.20.4或不銹鋼750.221000.150.4涂層硬質(zhì)鈦合金400.31.5600.150.4合金0.2灰鑄鐵1200.41.52.51500.30.30.8球墨鑄鐵1000.2

9、1.52.51500.150.30.80.3鋁合金801200.451.531301800.30.30.8表2-2 常用切削用量推存表工件材料刀具村料加工工藝切削速度進(jìn)給量背吃刀量m/minmm/rmm碳素鋼硬質(zhì)合金粗加工60900.20.627半精加工901200.20.425精加工1301800.10.30.22切斷71000.10.20.31高速鋼鉆中心孔20400.050.100.5D高速鋼鉆孔20400.150.250.5D硬質(zhì)合金40600.050.200.5D硬質(zhì)合金擴(kuò)孔40900.050.402.5硬質(zhì)合金機(jī)用鉸刀鉸孔6120.310.10.3硬質(zhì)合金機(jī)用絲錐攻絲612P0.5

10、P鑄鋼硬質(zhì)合金粗加工50700.20.425硬質(zhì)合金精加工701200.10.30.150.4硬質(zhì)合金切斷50700.10.30.100.2三有關(guān)切削用量的案例分析 1.軸類車削加工 如圖2-3，我們要加工一材料為45鋼，毛坯外圓尺寸為55，現(xiàn)要將外圓尺寸55車至尺寸 48 ±0.03 ，且保證己車外圓表面粗糙度Ra=3.2m，采用CA6140臥式車床，試分析我們?nèi)绾芜M(jìn)行刀具和切削用量的選擇？ （1）.刀具材料的選用 因?yàn)檐囅鞯牟牧鲜?5鋼，根據(jù)刀具的選用方法：上一章節(jié)表1-1 常用硬質(zhì)合金牌號的選用，45鋼的粗車和精車可選用YT14、YT15等刀具材料，在此我們選常用的YT15刀具

11、材料，又因?yàn)楣ぜ捎靡粖A一頂車削，設(shè)備CA6140的剛性也較好，可以滿足粗加工大進(jìn)給車削，所以可選用75度的YT15右偏刀。 （2）.加工工藝的設(shè)定 因?yàn)楣ぜ魍鈭A加工余量大，且己加工外圓還有較高的尺寸要求，表面質(zhì)量也要求較高，所以加工中不能一次走刀完成，必須要分粗加工和精加工二道工序，切削用量也要從粗加工和精加工兩個(gè)方面來分析。 （3）.粗車 1)確定背吃刀量P 由圖2-3可知，單邊切削余量為3.5mm，根據(jù)粗車背吃刀量的選擇原則：一次走刀盡可能切除全部加工余量有，及結(jié)合查表法和自身的經(jīng)驗(yàn)，我們把粗車的背吃刀量P設(shè)定為3mm，留精車余量0.5mm。2)確定進(jìn)給量f 粗加工件的材料為45鋼，

12、根據(jù)加工直徑為55mm，己確定的背吃刀量為3mm，我們則通過查表法及根據(jù)機(jī)床的實(shí)際進(jìn)給量，選取f=0.6mm。3)確定切削速度 由己知條件和己經(jīng)確定的進(jìn)給量、背吃刀量，我們通過查表2-2的方法及及自身的經(jīng)驗(yàn)，擬設(shè)定切削速為v=80r/mm，然后根據(jù)假定的切削速度，根據(jù)公式我們計(jì)算出機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速。 n=1000×803.14×（55-6）519(r/min) 根據(jù)CA6140車床的實(shí)際轉(zhuǎn)速結(jié)合計(jì)算結(jié)果，我們選擇主軸轉(zhuǎn)速為500r/min，故實(shí)際的切削速度為： V=3.14×55-6×5001000=86.35（m/min)（4）.精車 1)確定背吃刀量

13、粗車過后，外圓還有余量0.5mm，所以一次走刀保證尺寸要求。 2)確定進(jìn)給量 考慮表面粗糙度及結(jié)合己選定的背吃刀量P，由表2-2查得精車的進(jìn)給量可在0.10.3之間，再對照CA6140機(jī)床的實(shí)際進(jìn)給參數(shù)，我們選取f=0.28min/r。 3)確定切削速度 由己知條件和已經(jīng)確定的進(jìn)給、背吃刀量，結(jié)合查表2-2數(shù)據(jù)（精車切削速度可選130180m/min）,我們先假定切削速度為160m/min，根據(jù)公式求出機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速為： n=1000×1603.14×（49-1）1061(r/min） 根據(jù)CA6140車床的實(shí)際轉(zhuǎn)速并結(jié)合計(jì)算結(jié)果，我們選擇主軸轉(zhuǎn)速為900r/min，故實(shí)際

14、的切削速度為： V=3.14×49-1×9001000=135.65（m/min) 所以，切削用量的最終結(jié)果： 粗車時(shí)：P=3mm，f=0.6min/r，V=86.35m/min； 精車時(shí)：P=0.5mm，f=0.28min/r，V=135.65m/min。 需要注意的是，因?yàn)楣ぜ叽缇雀呒败囅鞯某叽缬直容^長，所以在車削前，一定要校好主軸與尾座頂尖之間的直線度，以免車削后，造成工件尺寸兩頭不一樣，還有對刀操作也很關(guān)鍵，只有當(dāng)對刀切深達(dá)到工件公差要求時(shí)，才能采用自動(dòng)進(jìn)給加工，對刀尺寸最好取公差的中間值。 2.套類零件的車削 如圖2-4，我們要鏜削32±0.02（未

15、鏜削前孔為28），且要保證長度100及孔的表面粗糙度，材料為精密壓鑄鋁件，外形尺寸一致性較好，車床采用C616，試簡析我們?nèi)绾芜M(jìn)行刀具和切削用量的選擇？ （1）.刀具材料的選擇 因?yàn)殇X是易加工件，壓鑄鋁含有一定的雜質(zhì)，稍微難加工一點(diǎn)，如果工件要保證非常高的表面質(zhì)量，那么可選用金鋼石刀具，現(xiàn)在市面有買的是聚晶金鋼石刀具，這種刀具車削效率高，加工質(zhì)量好，在大批大量的情況下可以采用，因?yàn)榈毒叩馁M(fèi)用比硬質(zhì)合金等要高好幾倍，甚至幾十倍。如果工件質(zhì)量要求不是特別高，我們可以選用硬質(zhì)合刀具，其中常用于壓鑄鋁加工的硬質(zhì)合金刀具材料是YT15和YW1，YW1刀具比YT15刀具要貴，如果壓鑄鋁的雜質(zhì)含量少的話，我

16、們可以選用YW1刀具材料，因?yàn)榇朔N刀具材料硬度高，耐磨性好，但在車削中遇硅等雜質(zhì)，刀頭會(huì)崩刃，所以在此例中，考慮刀具成本等因素，我們還是選用最常用的YT15鏜孔刀。 （2）.加工工藝的設(shè)定 孔的毛坯余量為4mm，鏜孔深度較深，有110mm，且孔的尺寸精度和表面粗糙度要求還是很高的，所以一次切削是無法滿足要求的，我們也把其分成粗加工和精加工二道工序來進(jìn)行。 （3）.粗車 1)確定背吃刀量P 己知零件未加工前孔為28，要加工到32，總的加工余下量為4mm，即單邊2mm，我們確定粗車和精車都是一次走刀完成，通過查到表2-1，及對加工余量的合理分配，我們確定背吃刀量為1.5mm，留精車余量0.5mm。

17、 2)確定進(jìn)給量f 因?yàn)槲覀冘囅鞯氖且浊胁牧?，為了提高生產(chǎn)效率，所以在粗車時(shí)。在考慮機(jī)床剛性的情況下，盡可能采用大的進(jìn)給量，此例我們選擇的機(jī)床為C616，考慮到該型號機(jī)床在大進(jìn)給時(shí)平穩(wěn)性還是不夠理想，所以通過查表2-1，及綜合考慮，我們選擇進(jìn)給量為0.35mm。如果在實(shí)際車削中，發(fā)現(xiàn)機(jī)床有震動(dòng)，那么可以把進(jìn)給量調(diào)至0.25mm，若發(fā)現(xiàn)加工件很規(guī)則，車削中機(jī)床平穩(wěn)，那么可以把進(jìn)給量調(diào)至0.45mm或更高，也就是說，進(jìn)給量的最佳選量，要考慮實(shí)際的加工件、加工設(shè)備、刀具的材料和剛性多因素，學(xué)員們在加工中要根據(jù)實(shí)際加工情況，對進(jìn)給量進(jìn)行試驗(yàn)選擇。 3)確定切削速度 由己知條件和己經(jīng)確定的進(jìn)給量、背吃刀

18、量，我們通過查表2-2的方法及及自身的經(jīng)驗(yàn)，擬設(shè)定切削速為v=80r/mm，然后根據(jù)假定的切削速度，根據(jù)公式我們計(jì)算出機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速。 n=1000×803.14×（283）818(r/min) 根據(jù)C616車床的實(shí)際轉(zhuǎn)速結(jié)合計(jì)算結(jié)果，我們選擇主軸轉(zhuǎn)速為800r/min，故實(shí)際的切削速度為： V=3.14×283×8001000=77.87（m/min)（4）.精車 1)確定背吃刀量 粗車過后，外圓還有余量0.5mm，所以一次走刀保證尺寸要求。 2)確定進(jìn)給量 考慮表面粗糙度及結(jié)合己選定的背吃刀量P，由表2-1查得精車的進(jìn)給量可在0.30.6之間，我們選取f=0.3m