機(jī)械切削加工基礎(chǔ)課件

1、4.1.1 切削加工的概念及分類切削加工的概念 切削加工是指用切削刀具從工件上切除多余的材料，使工件的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求的過程。車削加工銑削加工圖 4-1 切削加工圖切削加工的分類 按工藝特征車削銑削鉆削鏜削刨削磨削拉削滾削vssvsvvsvs1s2(a) 車削(b) 銑削(c) 鉆削(d) 鏜削(e) 刨削(f) 磨削sv4.1.1 切削加工的概念及分類切削加工的分類 按切除率和精度粗加工半精加工精加工超精密加工光整加工4.1.1 切削加工的概念及分類切削加工的分類 按表面形成方法刀尖軌跡法成形刀具法相切法展成法工件車刀工件成型車刀工件刀具工件刀具(a) 軌跡法 (b) 成

2、形法(c) 相切法 (d) 展成法圖4-2 表面成形方法4.1.1 切削加工的概念及分類零件表面的切削成形原理母線軌跡母線母線母線母線軌跡軌跡軌跡軌跡(a) 圓柱面(b) 圓錐面(c) 平面(d) 旋轉(zhuǎn)曲面(e) 曲面圖4-3 表面成形原理圖 通過母線沿著軌跡線的運(yùn)動進(jìn)行零件表面成形的。4.1.2 切削運(yùn)動切削運(yùn)動（Cutting motion） 切削運(yùn)動是指在切削加工中刀具與工件間的相對運(yùn)動，即表面成形運(yùn)動。 切削運(yùn)動通常分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動兩種。主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動工件刀具圖4-4 螺紋的車削運(yùn)動4.1.2 切削運(yùn)動 主運(yùn)動 主運(yùn)動是指直接切除工件上的余量形成加工表面的運(yùn)動。主運(yùn)動的速度即切削速

3、度，用v (m/s) 表示。圖4-5 外圓面的車削運(yùn)動待加工表面v過渡表面已加工表面主運(yùn)動f進(jìn)給運(yùn)動主運(yùn)動是切削運(yùn)動中速度最高，消耗功率最大的運(yùn)動；主運(yùn)動只有一個；可以是刀具或工件的運(yùn)動；可以是直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。4.1.2 切削運(yùn)動 進(jìn)給運(yùn)動 進(jìn)給運(yùn)動是指不斷把余量投入切削的運(yùn)動。其速度用進(jìn)給量 f（mm/r）或進(jìn)給速度 vf（mm/min）表示。進(jìn)給運(yùn)動可以是一個或幾個；可以是刀具或工件的運(yùn)動；可以是直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動fv過渡表面已加工表面待加工表面圖4-6 平面的刨削運(yùn)動4.1.2 切削運(yùn)動常見表面成形加工的運(yùn)動4.1.2 切削運(yùn)動 外圓磨無心磨銑削加工滾壓加工銑削成形磨（橫磨）

4、主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動表4-1 外圓表面加工方法 刀 具T/ RT主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動 工 件表 面 成 形 原 理 圖RRRRRTRRT/ R車削成形車削拉削研磨T表4-2 內(nèi)圓表面加工方法表 面 成 形 原 理 圖鉆擴(kuò)鉸鏜拉擠行星式內(nèi)圓磨主運(yùn)動刀 具主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動工 件RRTRRT/ RTTRTT內(nèi)圓磨無心磨進(jìn)給運(yùn)動4.1.2 切削運(yùn)動表4-3 平面加工方法主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動刀 具主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動工 件表 面 成 形 原 理 圖RTTTT刨插周銑端銑平磨端面平磨車?yán)璗R4.1.2 切削運(yùn)動表4-4 螺紋加工方法刀 具工 件滾壓車螺紋板牙主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動表 面 成 形 原 理 圖RTRRTTR絲錐銑

5、螺紋梳形銑刀旋風(fēng)銑磨螺紋RR4.1.2 切削運(yùn)動4.1.2 切削運(yùn)動表4-5 齒形加工方法主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動刀 具主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動工 件表 面 成 形 原 理 圖RRRTTR/TRRR/T銑齒指狀銑刀銑齒成形磨齒滾齒剃齒插齒蝸桿砂輪磨齒碟形砂輪磨齒錐形砂輪磨齒R4.1.3 切削要素工件上的表面圖4-7 工件上的表面(a) 車加工表面 (b) 鏜加工表面 待加工表面已加工表面過渡表面fv待加工表面過渡表面已加工表面vf待加工表面：工件上有待切除的表面；已加工表面：工件上刀具切削后形成的表面；過渡表面：工件上正在被切除材料的表面。 4.1.3 切削要素切削用量切削速度vc：單位時間內(nèi)，工件和刀具在主運(yùn)動

6、方向上，相對移動的距離。（Cutting speed）單位為m/s，或m/min 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：式中 n 主運(yùn)動轉(zhuǎn)速（r/s）； D 刀具或工件的直徑（mm）。往復(fù)運(yùn)動：式中 nr 主運(yùn)動每秒鐘往復(fù)次數(shù)（str/s）； l 往復(fù)運(yùn)動單行程長度（mm）。4.1.3 切削要素切削用量進(jìn)給量 f：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(或主運(yùn)動一循環(huán)時)，兩者沿進(jìn)給方向上相對移動的距離。（Feed）進(jìn)給速度 vf (mm/min) （Feed speed） 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 f (mm/r) （Feed） 每齒進(jìn)給量 fz (mm/z) （Feed per tooth） 切削深度ap：工件上待加工表面與已加工表面之間的距離。(

7、Cutting depth，Back engagement of the cutting edge)車外圓時：式中 D 工件待加工表面的外徑 (mm)； d 工件已加工表面的外徑 (mm)。4.1.3 切削要素切削層參數(shù)bD ap /sinr切削層公稱寬度 bD ：沿過渡表面測量的切削層尺寸。(Nominal width of cut) 過渡表面待加工表面已加工表面圖4-8 車削要素圖bD4.1.3 切削要素切削層參數(shù)切削層公稱厚度 hD ：垂直于過渡表面測量的切削層尺寸。(Nominal thickness of cut) 待加工表面過渡表面已加工表面圖4-8 車削要素圖hDhD fsinr

8、4.1.3 切削要素切削層參數(shù)AD hDbD=apf切削層公稱橫截面積 AD ：切削層橫截面積。(Nominal cross-sectional area of the cut) 過渡表面待加工表面已加工表面圖4-8 車削要素圖AD第4章 機(jī)械切削加工基礎(chǔ)知識 4.2 機(jī)械制造工藝過程（該節(jié)不講）機(jī)械加工及設(shè)備 4.2.1 機(jī)械加工工藝過程及其組成200.07210.8圖4-9 階梯軸3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221工序是指由一個或一組工人在同一臺機(jī)床或同一個工作地，對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分機(jī)械加工工藝過程。

9、工序是工藝過程的基本單元，又是生產(chǎn)計劃和成本核算的基本單元，工序的安排與零件的生產(chǎn)批量有關(guān) 。 4.2.1 機(jī)械加工工藝過程及其組成安裝在一道工序中，工件每經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序稱為安裝。Vf圖4-10 車削加工過程圖工位工件在機(jī)床上占據(jù)每一個位置所完成的那部分工序稱為工位。1-裝卸工件；2-鉆孔 ； 3-擴(kuò)孔； 4-絞孔圖4-11 多工位加工4.2.1 機(jī)械加工工藝過程及其組成4.2.1 機(jī)械加工工藝過程及其組成工步指在加工表面不變、切削刀具不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序。（在一個工步內(nèi)，若有幾把刀具同時加工幾個不同表面，稱此工步為復(fù)合工步）走刀同一加工表面加工余量較大，可以分作

10、幾次工作進(jìn)給，每次工作進(jìn)給所完成的工步稱為一次走刀。 a）立軸轉(zhuǎn)塔車床的一個復(fù)合工步 b）鉆孔、擴(kuò)孔復(fù)合工步圖4-12 復(fù)合工步4.2.2 機(jī)械裝配工藝過程 機(jī)械裝配工藝過程 將組成機(jī)器的零、部件按一定的精度要求和技術(shù)條件連接與固定在一起，構(gòu)成合格機(jī)械產(chǎn)品的過程。 機(jī)械裝配工作 包括：組裝、部裝、總裝、調(diào)試、檢驗(yàn)、試車、涂裝與包裝等。 裝配工序、工步和操作裝配工序在一個工作地點(diǎn)，由一個或一組工人所連續(xù)完成的那一部分裝配工作；裝配工步裝配工序的組成部分，在裝配工步中，裝配對象、裝配工具和裝配方法均不改變；裝配操作裝配工步中各個裝配動作。第4章 機(jī)械切削加工基礎(chǔ)知識 4.3 切削刀具機(jī)械加工及設(shè)備

11、 4.3.1 刀具結(jié)構(gòu)車刀外圓車刀是最基本、最典型的刀具，由刀頭和刀體組成。車刀的切削部分由3個刀面(前刀面、主后刀面和副后刀面)，2個刀刃(主切削刃和副切削刃)和1個刀尖組成。(a) 焊接式車刀(b) 整體式車刀(c) 機(jī)夾式車刀圖4-12 車刀的結(jié)構(gòu)前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖“3面”“2刃”“1尖”4.3.1 刀具結(jié)構(gòu)刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合圖4-13 各種刀具切削部分的形狀4.3.2 刀具幾何角度刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系（主剖面坐標(biāo)系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面 PoA1) 基面 Pr ：通過切削刃選定點(diǎn)與主運(yùn)動方向垂直的平面。基面與刀具底面平

12、行。切削平面 Ps基面 Pr圖4-14 車刀主剖面坐標(biāo)系2) 切削平面 Ps：通過切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3) 主剖面 Po：通過切削刃選定點(diǎn)垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。4.3.2 刀具幾何角度(1) 前角o 在主剖面內(nèi)測量，前刀面與基面的夾角?；嫖挥诘额^實(shí)體之外時o定為正值；位于刀頭實(shí)體之內(nèi)時o定為負(fù)值。o影響切削難易度。增大前角可使刀具鋒利,但前角過大，刀刃和刀尖強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，影響刀具壽命。ArA 向f圖4-15 車刀的主要角度0000rrs0刀具標(biāo)注角度用硬質(zhì)合金車刀切削鋼件，o取1020；切削灰鑄鐵，o取515；切削鋁及鋁臺金，o取2

13、535；切削高強(qiáng)度鋼，o取-5 -10。4.3.2 刀具幾何角度ArA 向f圖4-15 車刀的主要角度0000rrs(2) 后角o 后角o在主剖面內(nèi)測量，是主后刀面與切削平面的夾角。后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工表面間的摩擦，以及主后刀面的磨損。但后角過大，刀刃強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，反而會加快主后刀面的磨損。0粗加工和承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強(qiáng)度，后角可選小些，一般為46；精加工時切深小，為保證表面加工質(zhì)量，后角可選大一些，一般為812。4.3.2 刀具幾何角度主偏角應(yīng)根據(jù)加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45、60、75、90幾種。(3) 主偏角r 在基面內(nèi)測量，

14、是主切削刃在基面上投影與進(jìn)給方向的夾角。r影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削長度增加，負(fù)荷減輕，增強(qiáng)了刀尖，增大了散熱面積，使刀具壽命提高。r還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大，當(dāng)加工剛性較弱的工件時，易引起工件變形和振動。ArA 向f圖4-15 車刀的主要角度0000rrsr4.3.2 刀具幾何角度rAA 向f圖4-15 車刀的主要角度0000rrs(4) 副偏角r r在基面內(nèi)測量，是副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給反方向的夾角。副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦，以防止切削時產(chǎn)生振動。副偏角的大小影響刀尖強(qiáng)度和表面粗糙度。r在切深、進(jìn)給量和主偏角相同的情況下，減

15、小副偏角可使殘留面積減小，表面粗糙度降低。4.3.2 刀具幾何角度(5) 刃傾角s：在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c(diǎn)時,s0；反之s0s 0s =04.3.2 刀具幾何角度刀具工作角度刀具安裝高度對工作角度的影響 圖4-17 車刀安裝高度對工作角度的影響(a) 刀尖在中心點(diǎn)上0e=0 0e0(b)刀尖在中心點(diǎn)上方 0e0 rer(c)刀尖在中心點(diǎn)下方 rerre=r4.3.3 刀具材料對刀具切削部分材料的要求(1) 高的硬度和耐磨性；(2) 足夠的強(qiáng)度和韌性；(3) 較好的熱硬性；(4) 良好的工藝性；(5) 經(jīng)濟(jì)性。4.3.3 刀具材料刀具材料的發(fā)展圖4-18 刀

16、具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼 (PCBN)陶瓷聚晶金剛石（PCD）4.3.3 刀具材料常用的刀具材料 高速鋼(high speed steel, HSS) 高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。 特點(diǎn) (1) 強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的23倍； (2) 韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍； (3) 硬

17、度HRC63以上，且有較好的耐熱性； (4) 可加工性好，熱處理變形較小。 應(yīng)用 常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。表4-6 常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍類別牌 號主 要 用 途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18 Cr4V用于制造對韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4 Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6M

18、o5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價格昂貴4.3.3 刀具材料4.3.3 刀具材料4.3.3 刀具材料 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物(如WC、TiC等)粉末和金屬粘結(jié)劑(如Co、Ni、Mo等)經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 應(yīng)用 硬質(zhì)合

19、金切削性能優(yōu)良，被廣泛用來制作各種刀具，如車刀、銑刀和孔加工工具等。 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼。 缺點(diǎn)：與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動和沖擊性能也較差。4.3.3 刀具材料表4-7 各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌 號應(yīng) 用 范 圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有

20、色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量 硬度、耐磨性、切削速度4.3.3 刀具材料4.3.3

21、刀具材料 陶瓷 常用陶瓷刀具材料有Al2O3、Si3N4 、Sialon三類陶瓷材料。 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：比硬質(zhì)合金具有高的硬度和耐熱性，在1200的溫度下仍能切削，耐磨性和化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小，承受的切削速度高。 缺點(diǎn)：脆性大、抗沖擊韌性差、抗彎強(qiáng)度低。 應(yīng)用 陶瓷刀具材料在高速切削、高硬度材料零件的加工中具有廣闊的應(yīng)用前景。圖4-19 陶瓷刀具和刀片4.3.3 刀具材料 超硬刀具材料(1) 聚晶金剛石(PCD) 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：硬度高，可達(dá)8000HV，為硬質(zhì)合金的8-12倍；耐磨性高，為硬質(zhì)合金的80120倍。 缺點(diǎn)：韌性和抗彎強(qiáng)度差，耐熱性差。 應(yīng)用 不宜加工黑色金屬，主要用于硬質(zhì)合金、玻璃纖

22、維塑料、硬橡膠、石 墨、陶瓷、有色金屬等的高速加工。圖4-20 聚晶金剛石刀具4.3.3 刀具材料 超硬刀具材料(1) 聚晶立方氮化硼(PCBN) 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：硬度和耐磨性高，其硬度僅次于聚晶金剛石；熱穩(wěn)定性好，可耐13001500高溫。 缺點(diǎn)：強(qiáng)度低，焊接性差。 應(yīng)用 適用于高強(qiáng)度鑄鐵、淬硬鋼等的高速切削加工。圖4-21 聚晶立方氮化硼刀具第4章 機(jī)械切削加工基礎(chǔ)知識 4.4 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象機(jī)械加工及設(shè)備 4.4.1 切屑形成過程及切屑類型金屬的切削過程 切削過程：切削層金屬受刀具擠壓彈性變形剪切應(yīng)力增大，達(dá)到屈服點(diǎn)產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達(dá)到斷裂強(qiáng)度切

23、屑與母體脫離。OMF圖4-22 金屬切削過程工件刀具切屑4.4.1 切屑形成過程及切屑類型 第變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。 第變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因。 第變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。圖4-23 切削部位三個變形區(qū) 三個變形區(qū)分析4.4.1 切屑形成過程及切屑類型切屑種類形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未

24、達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小， 刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大， 刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料， 刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小， 妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑4.4.1 切屑形成過程及切屑類型帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑圖4-24 切屑形態(tài)照片4.4.2 積屑瘤積屑瘤的形成 一定溫度、壓力作

25、用下，切屑底層金屬與前刀面發(fā)生粘結(jié)。粘結(jié)金屬嚴(yán)重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化。切屑刀具圖4-25 積屑瘤積屑瘤 增大前角； 保護(hù)刀刃； 增大切削厚度； 增大已加工表面粗糙度。對切削的影響4.4.2 積屑瘤影響積屑瘤形成的因素及防止方法 影響因素 調(diào)整切削速度，采用較低或者較高的速度切削；增大前角，以減小塑性變形；油石研磨刀面；合適的潤滑液降溫減磨。 工件材料：塑性材料加工硬化傾向大，易產(chǎn)生積屑瘤； 切削速度：vc在560m/min時易產(chǎn)生積屑瘤； 刀具前角：前角小，切屑變形大，易產(chǎn)生積屑瘤； 刀具表面粗糙度：刀具表面粗糙，易產(chǎn)生積屑瘤； 冷卻潤滑液。 防止方法4.4.3 加工硬化加工硬化產(chǎn)生的機(jī)理

26、切削加工時，切削層金屬的塑性變形以及切削力、切削溫度的共同作用，會導(dǎo)致已加工表面層的硬度提高，而塑性下降，稱為加工硬化；同時，工件的已加工表面層在一定程度內(nèi)會伴隨著殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。對切削加工的影響(1) 工件硬度、強(qiáng)度 、耐磨性，刀具磨損；(2) 殘余應(yīng)力可能引起微裂紋，并影響尺寸、形狀精度。4.4.4 切削力切削力的概念(Cutting Force)切削過程中，作用在刀具與工件上的力。切削力的來源 3個變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力； 切屑、工件與刀具間摩擦力。rFcFFpFf pFfFf pFf pfv圖4-26 切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff進(jìn)給力4.4.4 切削力切削力

27、的分解 切削力是一個空間力，可分解為三個互相垂直方向的力。4.4.4 切削力各切削分力的實(shí)際意義主切削力Fc最大，0.80.9F，消耗機(jī)床功率的90%以上，是確定機(jī)床動力，設(shè)計機(jī)床傳動系統(tǒng)的依據(jù)；進(jìn)給力Ff=(0.10.6)F，一般只消耗機(jī)床功率的1%5%，是驗(yàn)算機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)零部件剛度的依據(jù)；背向力Fp =(0.150.7)F，易使工件發(fā)生受力變形，并引起振動，影響加工精度和表面粗糙度。用來計算工藝系統(tǒng)的剛度。4.4.4 切削力切削功率式中 Fc 主切削力（N）； v 主運(yùn)動速度（m/s）。 機(jī)床電機(jī)功率式中 機(jī)床傳動效率，通常= 0.750.85 4.4.5 切削熱和切削溫度切削熱的產(chǎn)生及傳

28、出 切削熱來源：塑性變形和摩擦消耗的功。 傳出（車削時）： 切屑帶出：50%86%； 傳入工件：10%40%； 傳入刀具：3%9%； 其余：周圍介質(zhì)1%； 切削液帶走：使用切削液時，刀具、工件和切屑上的切削熱主要由切削液帶走。 切削熱的影響作用： 刀具溫升：加劇磨損 工件溫升：影響精度4.4.5 切削熱和切削溫度切削溫度及其影響因素 切削溫度的影響因素： 工件材料：強(qiáng)度、硬度高，消耗功多，溫度高；導(dǎo)熱好，溫度低； 切削用量：vc ，切削溫度 ；f 、ap ，切削溫度； 刀具角度和材料：o ，塑性變形，溫度 ，但o過大，傳熱，溫度 ； r ，刀刃切削長度，散熱，溫度；刀具導(dǎo)熱性好，溫度 ； 切削

29、液：能比較有效地降低切削溫度。切削溫度是指前刀面與切屑接觸區(qū)的平均溫度。4.4.6 刀具磨損及刀具壽命刀具磨損形態(tài) 正常磨損 前刀面磨損形式：月牙洼；形成條件：大切削速度和深度加工塑性材料；影響：削弱刀刃強(qiáng)度，降低加工質(zhì)量。 后刀面磨損形式：后角=0的磨損面（參數(shù)VB，VBmax）；形成條件：小切削速度和小深度加工塑性材料；加工脆性材料；影響：切削力, 切削溫度, 產(chǎn)生振動，降低加工質(zhì)量；VBVBmaxb) KTKBa)圖4-27 刀具磨損形態(tài)4.4.6 刀具磨損及刀具壽命 非正常磨損破損（裂紋、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性變形）。圖4-28 刀具磨損過程初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇

30、磨損切削時間刀具磨損過程常取后刀面最大允許磨損量VB。磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 分為初期、正常、急劇3個磨損階段。4.4.6 刀具磨損及刀具壽命刀具耐用度和刀具壽命 刀具耐用度是指刀具從切削開始至磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的切削時間，用T 表示。 刀具壽命是指一把新刀從投入切削開始至報廢為止的總切削時間，其間包括多次重磨。式中CT 、m、n、p 為與工件、刀具材料等有關(guān)的常數(shù)。通常情況下v 的影響最顯著，f 次之，ap 影響最小。刀具耐用度經(jīng)驗(yàn)公式第4章 機(jī)械切削加工基礎(chǔ)知識 4.5 工件材料可加工性機(jī)械加工及設(shè)備 4.5.1 工件材料可加工性材料切削加工性的概念和衡量指標(biāo) 材料切削加工性的概念 工件材料的切削加工性是指材料在

31、一定條件下被切削加工成合格零件的難易程度。 材料切削加工性的衡量指標(biāo) (常用的有vT和Kr兩種) 切削速度vT vT是指耐用度為T秒（或分）時，切削某種材料所允許的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。通常取T=60分，對于一些特別難加工的材料，也可取T30分。4.5.1 工件材料可加工性 材料切削加工性的衡量指標(biāo) (常用的有vT和Kr兩種) 相對加工性Kr 以45鋼的v60作為基準(zhǔn)，寫作 (v60)j ；而把其它各種材料的v60同它相比，這個比值Kr稱為材料的相對加工性。即：4.5.1 工件材料可加工性加工性 等級表4-8 材料相對加工性等級材料名稱及種類相對加工性Kr代 表 性 材

32、 料1很易切削材料一般有色金屬3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.53退火l5Cr，b0.373o.441GPa自動機(jī)鋼，b0.3930.491GPa3較易切削鋼3.62.5正火30鋼，b0.4410.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.03.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.651.02Crl3，調(diào)質(zhì)b0.834GPa85，鋼b0.883GPa6難加工材料較難切削材料0.50.6545Cr，調(diào)質(zhì)b1.03GPa65Mn，調(diào)質(zhì)b0.9320.9817難切削材料0.150.550CrV, 調(diào)質(zhì)；1Crl8Ni9Ti, 鈦合金8很難切削材料0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫

33、合金4.5.2 材料性能對切削加工性影響 材料力學(xué)性能對切削加工性的影響 工件材料硬度的影響工件材料常溫硬度對切削加工性影響：工件材料硬度越高，切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損越快；工件材料高溫硬度的影響：工件材料高溫硬度越高，加工性越差。這是因?yàn)榍邢鳒囟葘η邢鬟^程的有利影響（軟化）對高溫硬度高的材料不起作用；金屬材料中硬質(zhì)點(diǎn)對加工性的影響：金屬中硬質(zhì)點(diǎn)越多，形狀越尖銳、分布越廣，則材料的加工性越差；材料的加工硬化對切削加工性的影響：加工硬化性越嚴(yán)重，切削加工性越差。4.5.2 材料性能對切削加工性影響 強(qiáng)度越高的材料，產(chǎn)生的切削力越大，切削時消耗的功率越多，切削溫度亦越高，刀具容易磨損。因

34、此，在一般情況下，加工性隨工件材料強(qiáng)度提高而降低。 工件材料強(qiáng)度的影響 工件材料塑性的影響材料塑性大，切削加工性差：切削力大；刀具容易產(chǎn)生粘結(jié)和擴(kuò)散磨損；低速切削時易出現(xiàn)刀瘤與鱗刺；斷屑困難。材料塑性太小時，切屑與前刀面的接觸變得很短，切削力、切削熱集中在切削刃附近，使刀具磨損嚴(yán)重，故切削性也差。4.5.2 材料性能對切削加工性影響 工件材料韌性的影響 韌性大的材料，切削加工性較差：在斷裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且斷屑困難。 工件材料彈性模量的影響 材料的彈性模量E是衡量材料剛度（抵抗彈性變形的性能）的指標(biāo)，E值越大，材料剛度越大，切削加工性越差。 材料的切削加工性是上述機(jī)械性能（硬度

35、、強(qiáng)度、塑性、韌性、彈性模量等）綜合影響的結(jié)果。4.5.2 材料性能對切削加工性影響 材料物理化學(xué)性能對切削加工性的影響 如鎂合金易燃燒，鈦合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削進(jìn)行。工件材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響 工件材料導(dǎo)熱系數(shù)低，切削溫度高，刀具易磨損，切削加工性差。金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)大小順序：純金屬、有色金屬、碳結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、耐熱鋼、不銹鋼。 工件材料物理化學(xué)反應(yīng)的影響4.5.2 材料性能對切削加工性影響 表4-9 工件材料加工性分級表切削加工易切削較易切削較難切削難 切 削等級代號01234567899a9b硬度HB5050100100/p>

36、0 250250300300350350 400400480480635635HRC1424.824.832.332.338.138.1434350506060抗拉強(qiáng)度b（GPa）0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.983.1763.1763.3723.372l.5683.6583.7643.7641.961.962.452.45延伸率()101015152020252530303535404050506060100100沖擊值k(kJ/m2)196196392392588588784784980980137213721764176419

37、62196224502450294029403920導(dǎo)熱系數(shù)k(W/mK)418.68293.08293.08167.47167.4783.7483.4762.8062.8041.8741.8733.533.525.1225.1216.7516.758.378.37第4章 機(jī)械切削加工基礎(chǔ)知識 4.6 切削條件的選擇機(jī)械加工及設(shè)備 4.6.1 刀具幾何參數(shù)的選擇前角的選擇工件材料的強(qiáng)度、硬度低，可以取較大的甚至很大的前角；加工塑性材料時，尤其是冷加工硬化嚴(yán)重的材料，應(yīng)取較大的前角；粗加工，特別是斷續(xù)切削，承受沖擊性載荷，應(yīng)適當(dāng)減小前角。刀具材料的抗彎強(qiáng)度和韌性較好時，應(yīng)選用較大的前角，如高速鋼

38、刀具比硬質(zhì)合金刀具的前角約大510。4.6.1 刀具幾何參數(shù)的選擇后角的選擇粗加工取較小的后角；精加工時取較大的后角。工件材料硬度、強(qiáng)度較高時，取較小的后角；工件材質(zhì)較軟、塑性較大或易加工硬化時，取較大的后角；加工脆性材料，切削力集中在刃區(qū)附近，宜取較小的后角。工藝系統(tǒng)剛性差，容易出現(xiàn)振動時，應(yīng)適當(dāng)減小后角；有尺寸精度要求的刀具，取較小的后角。4.6.1 刀具幾何參數(shù)的選擇主偏角的選擇工藝系統(tǒng)剛性：工藝系統(tǒng)的剛性較大時，選取較小的主偏角可延長車刀的使用壽命；工藝系統(tǒng)的剛性較小時，如車細(xì)長軸，應(yīng)選較大的主偏角，以減少吃刀抗力引起的振動。材料強(qiáng)度、硬度：工件材料的強(qiáng)度、硬度高時，應(yīng)選擇較小的主偏角

39、，可以減少切削刃上單位長度上的負(fù)荷，提高刀頭的強(qiáng)度，延長刀具的使用壽命。工件的結(jié)構(gòu)形狀和加工要求。4.6.1 刀具幾何參數(shù)的選擇副偏角的選擇工藝系統(tǒng)剛性：工藝系統(tǒng)的剛性較大時，可選取較小的副偏角；工藝系統(tǒng)的剛性較小時，應(yīng)選較大的副偏角。材料強(qiáng)度、硬度：工件材料的強(qiáng)度、硬度高時，應(yīng)選擇較小的副偏角，以提高刀尖的強(qiáng)度。工件的結(jié)構(gòu)形狀和加工要求。4.6.1 刀具幾何參數(shù)的選擇刃傾角的選擇 粗加工S 0； 斷續(xù)切削： S 0； 工件強(qiáng)度硬度大： S 0； 微量切削： S取大值。4.6.2 切削用量的選擇切削深度 ap的選擇粗加工時，除留下精加工余量外，盡可能選擇大的切削深度，條件允許的情況下盡可能一次

40、走刀切除全部余量，余量過大也可分多次走刀；精加工的加工余量一般較小，可一次切除，為保證加工質(zhì)量，也可分兩次走切除余量；對于帶硬皮的工件，切削深度應(yīng)盡量大于硬皮層厚度。4.6.2 切削用量的選擇進(jìn)給量f的選擇粗加工時，由于對工件的表面質(zhì)量沒有太高的要求，這時主要根據(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已選定的切削深度等因素盡可能取較大的進(jìn)給速度；精加工時，則按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素來選取進(jìn)給速度，一般選取較小的進(jìn)給量。 4.6.2 切削用量的選擇切削速度v的選擇 切削速度可根據(jù)己經(jīng)選定的背吃刀量、進(jìn)給量及刀具耐用度進(jìn)行選取。實(shí)際加工過程中，也可根

41、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較差時，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，宜選用較高的切削速度。 4.6.3 切削液的選擇切削液的作用 冷卻切削液從它所能達(dá)到最靠近熱源的刀具、切屑和工件表面上帶走大量的切削熱，從而降低切削溫度，提高刀具耐用度， 并減小工件與刀具的熱膨脹， 提高加工精度。切削液的冷卻作用取決于切削液的熱導(dǎo)率和比熱容、汽化熱及流量和流速等。一般：水 乳化液 油。4.6.3 切削液的選擇切削液的作用潤滑 切削液滲入到切屑、刀具、工件的接觸面間，粘附在金屬表面上形成潤滑膜，減小它們之間的摩擦系數(shù)、減輕粘結(jié)現(xiàn)象、 抑制積屑瘤，

42、并改善已加工表面的粗糙度，提高刀具耐用度； 潤滑性能取決于切削液的滲透性、吸附薄膜形成能力與強(qiáng)度等。 4.6.3 切削液的選擇切削液的作用清洗 沖走切削中產(chǎn)生的細(xì)屑、砂輪脫落下來的微粒等，防止加工表面、機(jī)床導(dǎo)軌面受損； 有利于精加工、深孔加工、自動線加工中的排屑。防銹 加入防銹添加劑的切削液，還能在金屬表面上形成保護(hù)膜，使機(jī)床、工件、刀具免受周圍介質(zhì)的腐蝕。4.6.3 切削液的選擇切削液的選擇(1) 水溶液 主要成分為水，并加入防銹劑和少量潤滑作用添加劑。其冷卻效果好，多用于普通磨削和其他精加工。(2) 乳化液 由礦物油、乳化劑及其它添加劑配制的乳化油加95%98%的水稀釋而成的乳白色切削液，

43、有良好的冷卻性能和清洗作用。低濃度的乳化液冷卻效果好，主要用于磨削、粗車、鉆擴(kuò)等加工；高濃度的乳化液潤滑性能好，主要用于精車、攻絲、鉸孔、插齒等加工4.6.3 切削液的選擇切削液的選擇(3) 切削油 有各種礦物油，如機(jī)械油、輕柴油、煤油等；還有動、 植物油，如豆油、豬油等；以及加入油性、極壓添加劑配制的混合油。 切削油主要起潤滑作用，用于精銑、鉸孔、攻絲及齒輪加工第4章 機(jī)械切削加工基礎(chǔ)知識 4.7 切削加工質(zhì)量（該節(jié)不講）機(jī)械加工及設(shè)備 4.7.1 加工精度尺寸精度形狀精度位置精度（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）加工精度 加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾

44、何參數(shù)的接近程度。 加工誤差是指加工后零件的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工精度的概念4.7.1 加工精度 引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)（由機(jī)床、夾具、刀具和工件等組成）存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。加工精度的影響因素原理誤差 指采用了近似的成形運(yùn)動或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。4.7.1 加工精度加工精度的影響因素(2) 機(jī)床誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 導(dǎo)軌副運(yùn)動件實(shí)際運(yùn)動方向與理想方向的偏差。機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移 將主軸回轉(zhuǎn)誤差可分解為徑向圓跳動、端面圓跳動和傾角擺動三種基本型式4.7.1 加工精度加工精度的影響因素(3) 工件安裝誤差 定位和夾緊產(chǎn)生的誤差。(4) 夾具和刀具的誤差夾具誤差將直