機械制造基礎(chǔ)-金屬切削基礎(chǔ)知識-1課件

1、機械制造基礎(chǔ) ECUST第五篇 切削加工 定義：是使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相對運動中，把工件上多余的材料層切除，使工件獲得規(guī)定的幾何參數(shù)（形狀、尺寸、位置）和表面質(zhì)量的加工方法。內(nèi)容：金屬切削的基礎(chǔ)知識金屬切削機床的基本知識常用加工方法綜述精密加工和特種加工簡介典型表面加工分析金屬切削的基礎(chǔ)知識切削運動及切削要素一.零件表面的切削加工成形方法與成形運動 1. 切削加工成形方法 零件表面通常可看成是一條母線沿著另一條導(dǎo)線運動的軌跡。 母線與導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線，又稱生成線或成形線。 切削加工時具體實現(xiàn)這兩根發(fā)生線的是刀具的切削刃與工件的相對運動，并通過此運動將工

2、件的表面切削成形。金屬切削的基礎(chǔ)知識圖1中，可將直線或曲線1視為母線，將繞OO軸心旋轉(zhuǎn)所形成的圓或按一定方向移動所形成的直線（或曲線）2視為導(dǎo)線。1金屬切削的基礎(chǔ)知識零件表面的切削加工成形方法與成形運動 1. 切削加工成形方法 注意： 雖然母線相同導(dǎo)線也相同，但若兩者間原始相對位置不同，則所形成 的表面也就不同如圖中b及C。 在某此情況下母線、導(dǎo)線沒有嚴格的區(qū)分，特別是對干自由曲面（圖f）更是如此。 1金屬切削的基礎(chǔ)知識零件表面的切削加工成形方法與成形運動 1. 切削加工成形方法 不同的加工運動、不同的切削刀刃形狀，形成發(fā)生線的方式不同，形成零件表面的方法也不同可歸納為以下四種（圖2）：金屬切

3、削的基礎(chǔ)知識1. 切削加工成形方法 l）軌跡法 工件表面的生線（母線和導(dǎo)線）均由軌跡運動生成。如圖a所示，刀刃為切削點，它按照一定的規(guī)律作軌跡運動，生成母線，工件繞自身軸線作回轉(zhuǎn)運動，形成導(dǎo)線最終獲得回轉(zhuǎn)曲面。金屬切削的基礎(chǔ)知識1. 切削加工成形方法 4）范成法 又稱展成法，其工件的一條發(fā)生線也是刀刃運動軌跡的包絡(luò)線且包絡(luò)線需通過刀具與工件之間的范成運動來生成。如圖d中刀具刀刃的形狀為一條直線，通過刀具的運動A與工件的運動B所組合而成的范成運動3，使切削刃1相對于工件的位置按確定的規(guī)律變化形成共軛生線2共軛生線2是切削線回的包絡(luò)線。各種形式的齒輪、鏈輪大多數(shù)采用范成法加工。金屬切削的基礎(chǔ)知識零

4、件表面的切削加工成形方法與成形運動 2.切削加工成形運動 在切削和磨削加工中工件表面的形狀、尺寸及相互位置關(guān)系是通過刀具相對于工件的運動形成的。工件表面的成形運動有三種： 1）主運動 直接切除工件上的切削層以形成工件新表面的基本運動。主運動通常是切削運動中速度最高、消耗功率最多的運動且主運動只有一個。主運動的速度以vc表示，稱作切削速度。 2）進給運動 是指不斷地把切削層投入切削的運動。它的速度較低。進給運動可能是連續(xù)性的運動，也可能是間歇性的。進給運動有時僅有一個，但也可能有幾個。進給運動的速度用進給量f或進給速度vf表示。 切削加工的主運動與進給運動往往是同時進行的，因此刀具切削刃上某一點

5、與工件的相對運動應(yīng)是上述兩運動的合成。其合成速度vevcvf。 3）定位和調(diào)整運動 使工件或刀具進人正確加工位置的運動。如調(diào)整切削深度，工件分度等。 切削運動及切削要素零件表面的形成及切削運動 主運動和進給運動是實現(xiàn)切削加工的基本運動，可以由刀具完成，也可以由工件完成，還可以由刀具和工件共同完成。同時主運動和進給運動可以是直線運動（平動），也可以是回轉(zhuǎn)運動（轉(zhuǎn)動），還可以是平動和轉(zhuǎn)動的復(fù)合運動。正是由于上述不同運動形式和不同運動執(zhí)行元件的多種組合，產(chǎn)生了不同的加工方法。切削運動及切削要素切削運動及切削要素切削用量 用來衡量切削運動量的大小。一般包括切削速度、進給量和背吃刀量三要素。切削速度vc

6、：在切削加工時，切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。當(dāng)主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，當(dāng)主運動為直線運動時，式中，n工件或刀具的轉(zhuǎn)速或往復(fù)次數(shù)（r/min） D工件工件或刀具的最大直徑（mm） L工件或刀具作往復(fù)運動的行程長度（mm）切削運動及切削要素切削用量進給量f: 刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述和度量。 車削時，f 為工件旋轉(zhuǎn)一周，刀具縱向移動的距離，單位為(mm/r)； 刨削時，f 為刀具往復(fù)一次，工件移動的距離(mm).圖1-3切削運動及切削要素切削用量背吃刀量ap 在通過切削刃上選定點并垂直于該點主運動方向的切削層尺寸平面中，垂直于進給運

7、動方向測量的切削層尺寸，稱為背吃刀量。車外圓時， 式中：dw 工件待加工表面直徑，mm； dm 工件已加工表面直徑，mm。刀具材料及刀具構(gòu)造刀具材料1對刀具材料的性能要求：（1）較高的硬度。（2）足夠的強度和韌性。（3）良好的耐磨性。（4）較高的耐熱性。（5）較好的工藝性。2常用刀具材料的性能和用途（1）碳素工具鋼 含碳量在0.71.2%，淬火后硬度HRC61-65，價格低。耐熱性不好，耐熱溫度200-250 V8m/min（0.13m/s），用于制造切削速度低的簡單手工工具，如銼刀、鋸條、刮刀等。（2）合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入Cr、W、Mn、Si等合金元素?？蛇m當(dāng)減小熱處理變形和提高耐

8、熱性。淬火后硬度達HRC61-65，耐用溫度達300-400C。比碳素工具鋼允許的速度提高20%。常用于制造低速加工和要求熱處理變形小的刀具，如鉸刀，拉刀等。刀具材料及刀具構(gòu)造刀具材料2常用刀具材料的性能和用途(3) 高速鋼 又稱白鋼，鋒鋼，含有較多的W、Cr等合金元素。a通用型高速鋼 通用型高速鋼的含碳量為0.70.9，具有一定的硬度（6367HRC）和耐磨性、高強度和韌性、良好的工藝性，可廣泛用于制造各類復(fù)雜刀具，切削速度（加工鋼料）一般不高于50m/min60m/min，不適于高速切削和硬的材料切削 鎢鋼：其典型牌號是W18Cr4V，具有較好的綜合性能， 可用于制造各種復(fù)雜刀具，但不適于

9、做大截面刀具 鎢鉬鋼：其典型牌號是W6Mo5Cr4V2，它具有比W18Cr4V高的強度和韌性。它具有熱塑性好、磨削性能好的優(yōu)點，但熱穩(wěn)定性低于W18Cr4V，適于做尺寸較大，需要抗沖擊的刀具 b. 高性能高速鋼 是在通用型高速鋼的基礎(chǔ)上，通過增加碳、礬的含量或添加鈷、鋁等合金元素而得到的耐熱性、耐磨性更高的新鋼種 這類高速鋼具有很高的熱穩(wěn)定性，在630-650時仍可保持60HRC的硬度，其耐用度是通用型高速鋼的1.5-3倍。適用于加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料。但這類鋼種的綜合性能不如通用型高速鋼，不同的牌號只有在各自規(guī)定的切削條件下，才能達到良好的加工效果刀具材料

10、及刀具構(gòu)造刀具材料2常用刀具材料的性能和用途(4) 硬質(zhì)合金 由硬度和熔點都很高的碳化鎢（WC）、碳化鈦（Tic）等金屬碳化物作基體，用鈷作粘結(jié)劑，采用粉末冶金法制成的合金，硬度可達HRA89-91（相當(dāng)于HRC74-78），耐熱性可達850-1000，V達100-300m/min（1.75m/s）抗彎強度、韌性，沖擊韌性差。通常制成各種型式的刀片，將其焊接或夾固在刀體上使用。刀具材料及刀具構(gòu)造鎢鈷類（YG類）。YG3、YG6、YG8 這類硬質(zhì)合金具有較好的強度，但硬度耐磨性較差，主要用于加工鑄鐵及有色金屬鎢鈦鈷類（YT類）。YT5、YT15、YT30 由于加入了TiC，與YG類硬質(zhì)合金相比，

11、YT類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性都明顯提高，但強度韌性下降。且隨著TiC含量增大，這一性能的區(qū)別也增大。這類硬質(zhì)合金主要用于加工鋼料YW類 在YT類硬質(zhì)合金中加入適量的TaC（或NbC）就形成了YW類硬質(zhì)合金，常用牌號有YW1、YW2。加入TaC（或NbC）使材料的抗彎強度、抗疲勞強度和韌性提高，高溫硬度、高溫強度提高，抗氧化能力和耐磨性增強。這類合金既可加工鑄鐵及有色金屬，又可加工鋼料，常稱為通用硬質(zhì)合金。刀具材料及刀具構(gòu)造刀具材料2常用刀具材料的性能和用途（5）陶瓷材料 Al2O3刀片硬度可達HRA86-96，耐1200高溫。（6）人造金剛石 硬度極高，接近于HV10000（硬質(zhì)合金為HV13

12、00-1800），耐熱溫度700-800。可加工硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、有色金屬及其合金等，不宜加工鋼鐵材料。（7）立方氮化硼 硬度達HV8000-9000，耐熱性1300-1500，強度低，焊接性差，適用于半精加工和精加工高硬度、高強度的淬火鋼及耐熱鋼，也可用于精加工有色金屬。刀具材料及刀具構(gòu)造1-5 切削刀具種類繁多，但它們的切削部分的結(jié)構(gòu)要素和幾何角度有著許多共同的特征，各種多齒刀具和復(fù)雜刀具，一個刀齒而言都相當(dāng)于一把外圓車刀的刀頭，如圖所示，因為切削工具有著共同特征，所以我們只要分析討論車刀就行。刀具材料及刀具構(gòu)造刀具角度車刀切削部分的組成（“三面兩刃一尖”）前刀面 刀具上切屑流過的表面

13、。后刀面 刀具上，與工件上切削中產(chǎn)生的表面相對的表面，有主后刀面和副后刀面。切削刃 刀具前刀面上擬作切削用的刃，有主切削刃和副切削刃。刀尖 主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分切削刃，稱為刀尖。 刀具材料及刀具構(gòu)造刀具角度刀具的靜止參考系 運動假設(shè)：假設(shè)刀具的進給運動速度為零；安裝假設(shè)：假設(shè)刀具安裝時刀尖與工件的軸線等高；刀桿與工件的軸線垂直?；妫哼^主切削刃選定的點的平面，垂直于假定的主運動方向；主切削平面：通過主切削刃選定點與主切削刃相切并垂直于基面的平面；正交平面：通過主切削刃選定點并同時垂直于基面和切削平面的面。刀具材料及刀具構(gòu)造刀具角度車刀切削部分的主要角度 前角0 ：前面與基面

14、間的夾角；后角0 ：后面與切削平面間的夾角；主偏角Kr ：主切削平面與假定進給方向的夾角；副偏角Kr ：副切削刃與假定進給方向反向的夾角；刃傾角 s ：主切削刃與基面間的夾角，刀尖高于主切削刃時為正值，反之為負值。刀具材料及刀具構(gòu)造外圓車刀角度的作用圖1-12前角的正與負 前角0 在正交平面內(nèi)，前刀面與基面之間的夾角。前刀面在基面之下為正前角；前刀面與基面重合，前角為零；前刀面在基面之上為負前角，如圖所示。正前角的值越大，切屑流出越容易，切削力越小，但刃口強度減弱。負前角能加強刀口強度、提高刃口抗沖擊能力但會增大切削抗力。為使切削省力，車刀的前角一般為150250。 后角a0一在正交平面內(nèi)，主

15、后刀面與切削平面之間的夾角。后角的主要作用是減小刀具主后刀面與工件的加工表面之間的摩擦。車刀后角一般取60一150。刀具材料及刀具構(gòu)造外圓車刀角度的作用主偏角kr副偏角kr： 主偏角影響切削層截面的形狀和幾何參數(shù)，影響切削分力的變化，并和副偏角一起影響已加工表面粗糙度，副偏角還有減小副切削刃和副后面與已加工表面磨擦的作用。 如下圖所示，當(dāng)ap和f一定時，kr愈小，切下薄而寬的切屑。主切削刃單位長度上的負荷較輕，且散熱條件較好，有利于刀具耐用度的提高。Kr小，切深抗力將增大，工件的剛性不好（如細長軸），就可能產(chǎn)生彎曲變形，并引起振動。 總之，主、副偏角的選擇原則應(yīng)為在不產(chǎn)生振動的條件下，取小值。

16、刀具材料及刀具構(gòu)造主偏角kr對切削力的影響副偏角kr對殘留面積的影響刀具材料及刀具構(gòu)造外圓車刀角度的作用圖1-14 刃傾角切削平面內(nèi)，主切削刃與基面之間的夾角。當(dāng)?shù)都鉃橹髑邢魅械淖罡唿c時，刃傾角為正值；當(dāng)?shù)都鉃樽畹忘c時，刃傾角為負值；當(dāng)切削刃成水平時，刃傾角為零。如圖所示。 刃傾角的正負將決定切屑流出的方向，并影響刀尖強度。 正刃傾角車刀的切屑流向待加工表面，不會擦傷工件已加工表面，但刀尖不耐沖擊；負刃傾角車刀的刀尖抗沖擊能力強，但切屑將流向工件已加工表面，會影響工件表面質(zhì)量。刀具材料及刀具構(gòu)造 圖1-16(3)工作角度 上述車刀的標注角度，是在不考慮進給運動的影響，車刀刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高

17、以及刀桿縱向軸線垂直于進給方向等理想條件下確定的。在實際切削時，上述條件可能被改變，輔助平面的位置隨之發(fā)生變化，致使刀具的實際角度不同于標注角度。刀具在切削過程中的實際切削角度，稱為工作角度。 如圖所示，車外圓時，若刀尖高于工件的回轉(zhuǎn)軸線，則工作前角0e0，而工作后角0e0； 若刀尖低于工件的回轉(zhuǎn)軸線則0e 0 ， 0e 0，鏜孔時的情況正好相反。刀具材料及刀具構(gòu)造圖1-17 當(dāng)車刀刀桿的縱向軸線與進給方向不垂直時，將會引起主偏角和副偏角的變化如圖所示。金屬的切削過程 金屬切削過程實際上就是當(dāng)?shù)毒邏喝牍ぜ磺邢鲗訒r，被切削的一層工件材料開始發(fā)生彈性交形、塑性變形，直至形成切屑而脫落工件的過程。

18、在這過程中要產(chǎn)生許多物理現(xiàn)象(如切削力、切削熱、刀具磨損)以及加工表面質(zhì)量等，而在實際生產(chǎn)中又要出現(xiàn)振動、卷屑和斷屑等問題，而這些現(xiàn)象和問題都與工件加工質(zhì)量、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)率有著密切的關(guān)聯(lián)。 金屬的切削過程四個階段 彈性變形塑性變形擠裂切離 一 切屑的形成和種類 1.切屑的形成 金屬的切削過程實際上與金屬擠壓過程相似。切削塑性金屬時，材料受到刀具切入擠壓作用以后，開始產(chǎn)生彈性變形。隨著刀具的繼續(xù)切入金屬內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)增大。當(dāng)應(yīng)力達到金屬材料屈服點時，產(chǎn)生塑性變形。刀具繼續(xù)切入，應(yīng)力達到材料的斷裂強度金屬材料被擠裂，并沿著刀具前刀面流出而成了切屑。金屬的切削過程三個變形區(qū)金屬的切削過程三個變

19、形區(qū)金屬的切削過程三個變形區(qū)金屬的切削過程三個變形區(qū)的物理現(xiàn)象第一變形區(qū)：滑移區(qū)，金屬以滑移方式產(chǎn)生塑性變形，主要影響切削力的大小和切削熱的多少II. 第二變形區(qū)：滯流區(qū)，高溫高壓下，產(chǎn)生嚴重的剪切變形，主要影響積屑瘤的形成和消失，影響刀具的磨損和耐用度III. 第三變形區(qū)：由于金屬的彈性恢復(fù)，受到刀具后刀面的擠壓和摩擦使已加工表面產(chǎn)生塑性變形，主要影響已加工表面的質(zhì)量金屬的切削過程切屑的形成及類型類型：帶狀切屑 通常在加工塑性材料，切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大的情況下獲得。節(jié)狀切屑 在加工較硬的塑性材料且使用的切削速度較低。切削厚度較大、刀具前角較大的情況下產(chǎn)生。崩碎切屑 在加工

20、鑄鐵、青銅等脆性材料時，易形成崩碎切屑。工件材料愈硬脆、刀具前角愈小、切削厚度愈大，愈易形成。金屬的切削過程積屑瘤 切削鋼、球墨鑄鐵，鋁合金等塑性金屬時，在切削速度不高，而又能形成帶狀切屑的情況下，常常有一些金屬冷焊（粘結(jié)）沉積在前面上，形成硬度很高的楔塊，它能代替切削刃進行切削，這個小硬塊稱為積屑瘤。 圖1 - 22金屬的切削過程積屑瘤的形成及對加工的影響 (1)形成：摩擦阻力切屑滯流層切屑粘在刀具上積屑瘤(2)對加工的影響：保護刀具增大前角工件尺寸變化增大表面粗糙度引起振動積屑瘤對粗加工有利，對精加工不利。金屬的切削過程積屑瘤的控制加工時控制切削速度，避開產(chǎn)生積屑瘤的切削速度區(qū)。增加刀具前

21、角 減小切削變形、降低刀屑接觸區(qū)壓力。使用潤滑性較好的切削液 減少摩擦。用適當(dāng)熱處理方法提高工件材料的硬度，減少加工硬化傾向。 產(chǎn)生積屑瘤最主要的因素是工件材料和切削速度。 金屬的切削過程三 切削力與切削功率1. 切削力 切削過程中，材料產(chǎn)生變形到變成切屑所產(chǎn)生的抗力和切屑與前刀面之間及副后面與已加工表面之間發(fā)生的摩擦，共同作用于刀具上的合力稱為切削力。 在切削過程中，切削力使工藝系統(tǒng)(機床一工件一刀具)發(fā)生變形，影響工件加工精度。切削力還直接影響著切削熱的產(chǎn)生，并進一步影響刀具的磨損和已加工表面質(zhì)量。切削力又是設(shè)計和使用機床、刀具、夾具的重要依據(jù)。 金屬的切削過程圖1 - 23 Fz軸向分力

22、，或稱為進給抗力，是總切削力Fr在進給方向上的分力，是設(shè)計走刀機構(gòu)及確定進給功率的主要依據(jù)。 以車削外圓為例，總切削力可以分解為三個互相垂直的分力如圖1-13所示。 Fx主切削力，或稱切向分力，為總切削力Fr在切削速度方向上的分力，大小約占總切削力的80一90，是計算機床動力，以及主傳動鏈的傳動零件強度、剛度的依據(jù)。主切削力過大會使刀具崩刃或使機床發(fā)生問車現(xiàn)象。 Fy背向分力，或稱切深抗力或稱徑向分力，是總切削力在背吃刀量上的分力。因為切削時，刀具在這個方向上的速度是零、所以不做功。但Fy作用于工件剛性最弱的方向上，容易使工件發(fā)生彎曲變形。金屬的切削過程2切削力的估算（1）用經(jīng)驗公式估算Fc=

23、CFcapXFcfYFcKFcCFc與工件材料和刀具材料有關(guān)的系數(shù)；ap背吃力刀量mm；f進給量。XFc，YFc指數(shù)；KFC與切削用量、刀具角度、刀具磨損及切削液有關(guān)的修正系數(shù)由上式可見，工件材料和刀具材料對切削力的影響最大，切削用量中aP對切削力的影響比f的影響大。（2）用單位切削P來估算。Fc=PAc=PapfN金屬的切削過程切削功率Pm 三個切削分力消耗功率的總和。切削功率Pc 同一瞬間切削切削刃基點的切削力與切削速度的乘積稱為切削功率；進給功率Pf 進給力與進給速度的乘積稱為進給功率；背向力Fp 方向的運動速度為零，不消耗功率。金屬的切削過程切削熱 切削過程中，材料的變形功和切屑、工件

24、與刀具的摩擦功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠?。來源：切削變形所產(chǎn)生的熱量，主要來源；切屑與刀具前刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量；工件與刀具后刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。傳出：少量逸散在周圍介質(zhì)中；傳給刀具 刀具溫度升高加劇刀具磨損；傳給工件 使工件變形，產(chǎn)生形狀和尺寸誤差；傳給切屑 無害。金屬的切削過程切削溫度 切削區(qū)的平均溫度，切削溫度的高低是切削熱量生成多少與散失快慢綜合影響的結(jié)果。影響因素工件材料 強度、硬度大，切削熱生成多；導(dǎo)熱性好對溫度下降有利。切削用量 增大會使切削熱增大，vc影響最大，f次之， ap最小。適當(dāng)增大刀具前角，可減少切削熱，有利于降低溫度。使用切削液是降低切削溫度的有效措施。金屬

25、的切削過程五、刀具磨損及刀具耐用度 磨損的產(chǎn)生：切屑和前面之間的摩擦，以及主后面和工件過渡表面之間的摩擦。1刀具磨損的形式及過程形式：前面磨損、后面磨損、前后面同時磨損。產(chǎn)生的條件 前面磨損：較高的Vc，較大的切削厚度，切塑性材料；后面磨損：較低的Vc，較小的切削厚度切塑性材料。或切脆性材料；前后面同時磨損：以中等Vc中等切削厚度切塑性材料。金屬的切削過程五、刀具磨損及刀具耐用度1刀具磨損的形式及過程刀具磨損過程：初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段2刀具耐用度：耐用度：刀具從刃磨鋒利以后，自開始切削到磨鈍為止的實際切削工作時間，稱為刀具耐用度T。壽命：一把新刀從第一次切削開始，經(jīng)多次刃磨

26、切削到不能再刃磨使用為止，實際刀削工作時間的總和，稱為刀具壽命。精加工時，刀具耐用度常以走刀次數(shù)或加工零件個數(shù)來表示。正常磨損 在刀具設(shè)計與使用、制作與刃磨質(zhì)量都符合要求的情況下，刀具在切削過程中逐漸產(chǎn)生的磨損。非正常磨損 刀具在切削過程中突然過早產(chǎn)生損壞的現(xiàn)象。切削加工技術(shù)經(jīng)濟指標產(chǎn)品質(zhì)量 零件經(jīng)切削加工后的質(zhì)量包括精度和表面質(zhì)量。 （）精度 是指零件在加工之后，其尺寸、形狀等參數(shù)的實際數(shù)值同它們絕對準確的各個理論參數(shù)相符合的程度。符合程度越高，亦即偏差（加工誤差）越小，則加工精度越高。其中： a尺寸精度 指的是表面本身的尺寸精度（如圓柱面的直徑）和表面間的尺寸精度（如孔間距離等）。尺寸精度

27、的高低，用尺寸公差的大小來表示。 國家標準 GBT180021998規(guī)定，標準公差分成 20級，即 IT01、IT0和 ITIT18，IT表示標準公差。數(shù)字越大，精度越低。 b形狀精度 指的是零件表面與理想表面之間在形狀上接近的程度，如圓柱面的圓柱度、圓度，平面的平面度等。 位置精度 指的是表面、軸線或?qū)ΨQ平面之間的實際位置與理想位置接近的程度，如兩圓柱面間的同軸度，二平面間的平行度或垂直度等。設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件尺寸的重要性來決定選用哪一級精度。其次還應(yīng)考慮本廠的設(shè)備條件和加工費用的高低?？傊x擇精度的原則是在保證能達到技術(shù)要求的前提下，選用較低的精度等級。切削加工技術(shù)經(jīng)濟指標產(chǎn)品質(zhì)

28、量（2）表面質(zhì)量 已加工表面質(zhì)量（也稱表面完整性）包括表面粗糙度、表層加工硬化的程度和深度、表層剩余應(yīng)力的性質(zhì)和大小。 a表面粗糙度 無論用何種加工方法加工，零件表面總會留下微細的凸凹不平的刀痕，出現(xiàn)交錯起伏的峰谷現(xiàn)象，粗加工后的表面用眼就能看到，精加工后的表面用放大鏡或顯微鏡也能觀察到。這種已加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度，稱為表面粗糙度。b已加工表面的加工硬化和剩余應(yīng)力 在切削過程中，由于前刀面的推擠以及后刀面的擠壓與摩擦，工件已加工表面層的晶粒發(fā)生很大的變形，致使其硬度比原來工件材料的硬度有顯著提高，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。切削加工所造成的加工硬化，常常伴隨著表面裂紋，因而降低了

29、零件的疲勞強度和耐磨性。對于重要的零件，除限制表面粗糙度外，還要控制其表層加工硬化的程度和深度，以及表層剩余應(yīng)力的性質(zhì)（拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力）和大小。而對于一般的零件，則主要規(guī)定其表面粗糙度的數(shù)值范圍。切削加工技術(shù)經(jīng)濟指標2生產(chǎn)率切削加工中常以單位時間內(nèi)生產(chǎn)：零件的數(shù)量來表示生產(chǎn)率，即：式中：R0一生產(chǎn)率， tw一生產(chǎn)一個零件所需的總時間。 在機床上加工一個零件所需要的總時間由三部分組成，即：式中：tm一基本工藝時間，亦即加工個零件所需要的總切削時間，也稱為機工時間。 tc一輔助時間，亦即除切利時間外、與加工直接有關(guān)的時間。它是工人為了完成切削加工而消耗于與各種操作上的時間，例如調(diào)整機床、空移刀具

30、、裝卸和刃磨工具、安裝和找正工件、檢驗等時間。 t0一其他時間，亦即賒切削時間之外，與加工沒有直接關(guān)系的時間。它包括擦拭車床清掃切屑以及自然需要時間等時間。所以生產(chǎn)率可表示為：切削用量的選擇原則二、切削用量的選擇原則 合理地選擇切削用量，對于保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低成本有著重要的影響。在機床、刀具和工件等條件一定的條件下，選擇切削用量具有很大的靈活性和潛力。因此為了取得最大的技術(shù)經(jīng)濟效益就應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的加工條件確定切削用量三要素(ap，f，vc)的合理組合。1.切削用量對切削加工的影響對加工質(zhì)量的影響 對生產(chǎn)率的影響切削用量的選擇原則二、切削用量的選擇原則1.背吃刀量的選擇 背吃刀量要

31、盡可能取得大些、不論粗加工還是精加工，最好一次走刀能把該工序的加工余量切完。如因加工余量太大、一次走刀切除會使切削力太大、機床功力不足、刀具強度不夠或產(chǎn)生振動時，可將加工余量分為兩次或多次切完。這時也應(yīng)將第一次走刀時的背吃刀量取得盡量大些，其后的背吃刀量取得相對的小一些。2.進給量的選擇粗加工時，一般對工件的表面質(zhì)量要求不高進給量主要受機床、刀具和工件所能承受的切削力的限制。這是因為當(dāng)選定背吃刀量后、進給量數(shù)值就直接影響切削力的大小。而精加工時，一般背吃刀量不大，切削力也不大限制進給量的主要因素是工件表面粗糙度。 實際生產(chǎn)中通過查閱”切削用量手冊”等資料查出進給量的大?。ū?-4）。切削用量的

32、選擇原則表3.切削速度的選擇在背吃刀量和進給量選定以后，可根據(jù)合理的刀具耐用度，用計算法或查表法選擇切削速度。粗加工時，由于切削力較大、切削速度主要受機床功率的限制。如果依據(jù)刀具耐用區(qū)選定的切削速度使切削功率超過許用值時，就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)亟档颓邢魉俣?。精加工時切削力較小切削速度主要受刀具耐用度的限制。切削速度的具體選擇，可從“切削用量手冊”等資料中查出（表1-6）。切削用量的選擇原則三.、切削液的選用1.切削液的作用和種類 切削液主要通過冷卻和潤滑作用來改善切削過程。 主要有水基切削液和油基切削液 2.切削液的選擇和使用 根據(jù)加工性質(zhì)、工件材料和刀具材料來選擇切削用量的選擇原則四、 材料切削加工性

33、的改善.材料切削加工性的概念和衡量指標（1） 一定刀具耐用度下的切削速度vT 即刀具耐用度為T（min）時切削某種材料所允許的切削速度。 vT 越高，材料的切削加工性越好。若取 T60 min，則vT 可寫作v60。（2）相對加工性Kr，即各種材料的v60 與45鋼（正火）的v60 之比值。由于把后者的v60 作為比較的基準。故寫作(v60 )j，于是 Kr= v60/ (v60 )j 常用材料的相對加工性可分為8級（見表l7）。凡Krl的材料，其切削加工性比45鋼（正火）好，反之較差。（3）已加工表面質(zhì)量 凡較容易獲得好的表面質(zhì)量的材料。其切削加工性較好；反之則較差。精加工時，常以此為衡量指

34、標。 （4）切屑控制或斷屑的難易 凡切屑較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好；反之較差。在自動機床或自動線上加工時，常以此為衡量指標。 切削用量的選擇原則三. 材料切削加工性的改善（5）切削力 在相同的切削條件下，凡切削力較小的材料。其切削加工性較好；反之較差 在粗加工中當(dāng)機床剛度或動力不足時，常以此為衡量指標。切削用量的選擇原則三 . 材料切削加工性的改善2. 改善材料切削加工性的主要途徑 材料的使用要求經(jīng)常與其切削加工性發(fā)生矛盾。加工部門應(yīng)與設(shè)計部門和冶金部門密切配合，在保證零件使用性能的前提下通過各種途徑來改善材料的切削加工性。 直接影響材料切削加工性的主要因素是其物理，力學(xué)性能

35、。若材料的強度和硬度高則切削力大劃削溫度高，刀具磨損快，切削加工性較差。若材料的塑性高，則不易獲得好的表面質(zhì)量斷屑困難，切削加工性較差。若材料的導(dǎo)熱性差，切削熱不易散失切削溫度高，其切削加工性也不好。 (a) 通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢愿淖儾牧系牧W(xué)性能，從而達到改善其切削加工性的目的。 ( b) 改變材料的力學(xué)性能還可以用其他輔助性的加工，例如低碳鋼經(jīng)過冷拔可降低其塑性，也能改善材料的切削加工性。 (c) 還可以通過適當(dāng)調(diào)整材料的化學(xué)成分來改善其切削加工，例如，在鋼中適當(dāng)添加某些元素如硫、鉛等可使其切削加工性得到顯著改善，這樣的鋼稱為易切削鋼” 。金屬切削機床的基本知識 金屬切削機床是對金屬工件進

36、行切削加工的機器。由于它是用來制造機器的，也是唯一能制造機床自身的機器，故又稱為“工作母機”，習(xí)慣上簡稱為機床。本章的主要內(nèi)容一, 機床的類型和基本構(gòu)造二, 機床的傳動三, 自動機床和數(shù)控機床簡介四, 柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造系統(tǒng)機床的類型和基本構(gòu)造機床的類型 非數(shù)控機床和數(shù)控機床按加工方式、加工對象或主要用途分：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床、其它機床。按加工工件大小和機床質(zhì)量分：儀表機床、中小機床、大型機床、重型機床、超重型機床。按機床適用范圍分：通用機床、專門化機床和專用機床。按加工精度分：普通精度級機床、精密級機床和高精度

37、級機床。機床的類型和基本構(gòu)造機床的基本構(gòu)造在各類機床中，車床、鉆床、刨床、銑床和磨床是五種最基本的機床，圖21至圖25所示，盡管這些機床的外形、布局和構(gòu)造各不相同，但歸納起來，它們都是由如下幾個主要部分組成的。1.主傳動部件 用來實現(xiàn)機床的主運動，例如車床、鉆床、銑床的主軸箱，刨床的變速箱和磨床的磨頭等。2進給傳動部件 主要用來實現(xiàn)機床的進給運動，也用來實現(xiàn)機床的調(diào)整、退刀及快速運動等，例如車床的進給箱、溜板箱，鉆床、銑床的進給箱，刨床的進給機構(gòu)，磨床的液壓傳動裝置等。3工件安裝裝置 用來安裝工件，例如臥式車床的卡盤和尾架，鉆床、刨床、銑床和平面磨床的工作臺等。4刀具安裝裝置 用來安裝刀具，例

38、如車床、刨床的刀架，鉆床、立式銑床的主軸，臥式銑床的刀軸，磨床磨頭的砂輪軸等。5支承件 用來支承和連接機床的各零部件，是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件，例如各類機床的床身、立柱、底座、橫梁等。6動力源 為機床運動提供動力，即電動機。機床的類型和基本構(gòu)造機床的類型和基本構(gòu)造機床的傳動機床的傳動: 有機械、液壓、氣動、電氣等多種傳動形式，其中最常見的是機械傳動和液壓傳動。一、機床的機械傳動 1機床上常用的傳動副及其傳動關(guān)系 用來傳遞運動和動力的裝置稱為傳動副，機床上常用的傳動副及其傳動關(guān)系如下：(1)帶傳動 帶傳動是利用傳動帶與帶輪之間的摩擦作用，將主動帶輪的轉(zhuǎn)動傳到從動帶輪（圖26）。從圖中可知，如果不考慮傳動

39、帶與帶輪之間的相對滑動，帶輪的圓周速度v1、v2和傳動帶速度v帶的大小是相同的，即因為所以機床的傳動一、機床的機械傳動 （2）齒輪傳動 齒輪傳動是目前機床中應(yīng)用最多的一種傳動方式。這種傳動種類很多，如直齒、斜齒、人字齒、圓弧齒等，其中最常用的是直齒圓柱齒輪傳動，如圖27所示。 設(shè)z1, z2和n1, n2分別為主動、從動齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速，則 從上式可知，齒輪傳動的傳動比等于主動齒輪與從動齒輪齒數(shù)之比。或齒輪傳動中，齒輪轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。機床的傳動一、機床的機械傳動 （3）蝸桿傳動 如圖28所示。蝸桿為主動件，將其轉(zhuǎn)動傳給蝸輪。這種傳動方式只能是蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)，反之則不可能。 若蝸桿的螺紋頭數(shù)

40、為k，轉(zhuǎn)速為n1；蝸輪的齒數(shù)為z，轉(zhuǎn)速為n2則其傳動比為蝸桿傳動的優(yōu)點是可以獲得較大的降速比(因為k比z小很多），而且傳動平穩(wěn)，無噪聲，結(jié)構(gòu)緊湊。但傳動效率低，需要有良好的潤滑條件。機床的傳動一、機床的機械傳動(4) 齒輪齒條：回轉(zhuǎn)運動 直線運動(5) 絲桿螺母：機床的傳動傳動鏈 若干個傳動副組合起來，成為一個傳動系統(tǒng)，稱為傳動鏈。傳動比等于傳動副各傳動比的乘積。 例: 如圖所示，運動自軸I輸入，轉(zhuǎn)速為n1，經(jīng)帶輪d1、傳動帶和帶輪d2。傳至軸II。再經(jīng)圓柱齒輪1、2傳到軸III，經(jīng)圓錐齒輪3、4傳到軸IV，經(jīng)圓柱齒輪5、6傳到軸V，最后經(jīng)蝸桿k及蝸輪7傳至軸VI，并把運動輸出。機床的傳動3機

41、床常用的變速機構(gòu) 獲得加工時的各種切削速度。 變換機床轉(zhuǎn)速的主要裝置是機床的齒輪箱。齒輪箱中的變速機構(gòu)是由一些基本的機構(gòu)組成的?；咀兯贆C構(gòu)是多種多樣的，其中最常應(yīng)用的有以下兩種（圖212）：機床的傳動3機床常用的變速機構(gòu)滑動齒輪變速機構(gòu)（圖212a）帶長鍵的從動軸II上，裝有三聯(lián)滑動齒輪（z2、z4和z6）。通過手柄可使它分別與固定在主動軸I上的齒輪z1、z3和z5相嚙合，軸口可得到三種轉(zhuǎn)速,其傳動比為 這種變速機構(gòu)的傳動路線可用傳動鏈的形式表示如下：（2）離合器式齒輪變速機構(gòu)（圖212b）可得到兩種不同的轉(zhuǎn)速，其傳動比為 其傳動鏈為機床的傳動4臥式車床傳動簡介 圖為C616型（相當(dāng)于新編型

42、號C6132）臥式車床的傳動系統(tǒng)圖,它用規(guī)定的簡圖符號表示出整個機床的傳動鏈。圖中各傳動件按照運動傳遞的先后順序，以展開圖的形式畫出來。傳動系統(tǒng)圖只能表示傳動關(guān)系，而不能代表各傳動件的實際尺寸和空間位置。圖中：羅馬數(shù)字表示傳動軸的編號，阿拉伯?dāng)?shù)字表示齒輪齒數(shù)或帶輪直徑，字母M表示離合器等。 （1）主運動傳動鏈為； 主軸可獲得2X3X212級轉(zhuǎn)速，其反轉(zhuǎn)是通過電動機反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。機床的傳動4臥式車床傳動簡介 機床的傳動4臥式車床傳動簡介 進給運動傳動鏈為： 機床的傳動5機床機械傳動的組成 機床機械傳動主要由以下幾部分組成： （1）定比傳動機構(gòu) 具有固定傳動比或固定傳動關(guān)系的傳動機構(gòu)，如常用的傳動副

43、。（2）變速機構(gòu) 改變機床部件運動速度的機構(gòu)。例如，圖 213中變速箱的軸 lII一III間采用的為滑動齒輪變速機構(gòu), 主軸箱中軸IV一V一VI間采用的為離合器式齒輪變速機構(gòu)等。（3）換向機構(gòu) 變換機床部件運動方向的機構(gòu)。為了滿足加工的不同需要，機床的主傳動部件和進給傳動部件往往需要正、反向的運動。機床運動的換向，可以直接利用電動機反轉(zhuǎn)，也可以利用齒輪換向機構(gòu)（例如圖213主軸箱中VI、VII 、VIII軸間的換向齒輪）等。（4）操縱機構(gòu) 用來實現(xiàn)機床運動部件變速、換向、啟動、停止、制動及調(diào)整的機構(gòu)。機床上常見的操縱機構(gòu)包括手柄、手輪、杠桿、凸輪、齒輪齒條、撥叉、滑塊及按鈕等。（5）箱體及其他

44、裝置 相體用以支承和連接各機構(gòu)并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動機構(gòu)的正常工作，還要設(shè)有開停裝置、制動裝置、潤滑與密封裝置等。 機床的傳動6機械傳動的優(yōu)缺點 機械傳動與液壓傳動、電氣傳動相比 較，其主要優(yōu)點如下： (1) 傳動比準確，適用于定比傳動； （2）實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的結(jié)構(gòu)簡單，并能傳遞較大的扭矩； （3）故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。 但是，機械傳動一般情況下不夠平穩(wěn)；制造精度不高時，振動和噪聲較大；實現(xiàn)無級變速的機構(gòu)較復(fù)雜，成本高。因此，機械傳動主要用于速度不太高的有級變速傳動中。機床的傳動二、機床的液壓傳動 1外圓磨床液壓傳動簡介 工作臺的往復(fù)換向動作，是由擋塊5使換向閥6的活塞自動轉(zhuǎn)換

45、實現(xiàn)的。如圖所示，工作臺向左移動，擋塊5固定在工作臺2側(cè)面槽內(nèi)，按照要求的工作臺行程長度，調(diào)整兩擋塊之間的距離。當(dāng)工作臺向左行程終了時，擋塊5先推動杠桿8到垂直位置；然后借助作用在杠桿8滾柱上的彈簧帽15使杠桿8及活塞繼續(xù)向左移動，從而完成換向動作。此時，換向閥6的活塞位置如圖215所示，工作臺開始向右移動。換向閥6的活塞轉(zhuǎn)換快慢，由油閥16調(diào)節(jié)，它將決定工作臺換向的快慢及平穩(wěn)性。機床的傳動二、機床的液壓傳動 2機床液壓傳動的組成 機床液壓傳動主要由以下幾部分組成：（1）動力元件油泵。其作用是將電動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，是能量轉(zhuǎn)換裝置（能源）。 （2）執(zhí)行機構(gòu)油缸或油馬達。其作用是

46、把油泵輸入的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑考臋C械能，它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置（液動機）。 （3）控制元件各種閥。其作用是控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量（速度）及流動方向。 （4）輔助裝置油箱、油管、濾油器、壓力表等。其作用是創(chuàng)造必要的條件，以保證液壓系統(tǒng)正常工作。 （5）工作介質(zhì)礦物油。它是傳遞能量的介質(zhì)。機床的傳動二、機床的液壓傳動 3液壓傳動的憂缺點 液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比較，其主要優(yōu)點如下 （1）易于在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速； （2）傳動平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向和自動防止過載； （3）便于采用電液聯(lián)合控制，實現(xiàn)自動化； （4）機件在油中工作，潤滑好，壽命長。 由于液壓傳動有上述優(yōu)點，所以應(yīng)

47、用廣泛。但是，由于油有一定的可壓縮性，并有泄漏現(xiàn)象，所以液壓傳動不適于作定比傳動。自動機床與數(shù)控機床簡介自動和半自動機床 經(jīng)調(diào)整后，不需人工操作便能完成自動循環(huán)的機床，稱自動機床。除裝卸工件由人工操作外，能完成半自動循環(huán)的機床，稱半自動機床。適于大批、大量地生產(chǎn)形狀不太復(fù)雜的小型零件，加工精度較低，生產(chǎn)率高。產(chǎn)品變更，需重新設(shè)計、調(diào)整機床，不適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)。自動機床與數(shù)控機床簡介數(shù)控機床 按照加工要求預(yù)先編制的程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令進行工作的機床。工作過程編制程序單；制造穿孔帶；信息輸入；信息運算和處理，轉(zhuǎn)換為指令信號；伺服機構(gòu)控制機床。自動機床與數(shù)控機床簡介數(shù)控機床種類（

48、按運動軌跡）點位控制 控制刀具或機床工作臺從一點移動到另一點的準確定位，如鉆床、鏜床和沖床。直線控制 除控制點定位，保證兩坐標點間移動軌跡為一條直線，如車床、銑床、磨床。輪廓控制 對兩個或兩個以上坐標方向的同時運動不間斷控制，并進行切削，如銑床、車床、磨床、齒輪加工機床。自動機床與數(shù)控機床簡介數(shù)控機床的種類（按伺服機構(gòu)控制方式）開環(huán)控制 （圖中的實線） 沒有位置測量裝置，不反饋實際值并與指令值比較?？刂坪唵巍⒊杀镜?，精度受限。閉環(huán)控制 （圖中的虛線） 有測量裝置，將實際值反饋并與指令值比較，再用比較差值控制，直到差值消除。定位精度高、速度快、但控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 自動機床與數(shù)控機床簡介數(shù)控

49、機床的優(yōu)點和應(yīng)用優(yōu)點：柔性大 加工對象靈活可變，適于多品種生產(chǎn)。利用率高 設(shè)備調(diào)整和生產(chǎn)準備時間短，長時間穩(wěn)定加工。加工質(zhì)量穩(wěn)定 按程序自動加工，有補償功能。生產(chǎn)率高 應(yīng)用適合產(chǎn)量小、品種多、產(chǎn)品更新頻繁、要求生產(chǎn)周期短。適合復(fù)雜型面的零件，用非數(shù)控機床難以完成的加工。多品種、中小批量生產(chǎn)的重要途徑之一。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述 長期以來，人們對于機械制造領(lǐng)域所涉及的各種問題，往往是孤立地看待，對于機械制造中所用的機床、工具和制造過程，僅限于分別地、個別地加以研究。因此，在很長的時期內(nèi)，盡管有許多研究工作取得了卓越的成就，然而在大幅度地提高小批量的生產(chǎn)率方面，并未發(fā)生重要的突破。直到2

50、0世紀60年代后期，人們才逐漸認識到，只有把機械制造的各個組成部分看成是一個有機的整體，以控制論和系統(tǒng)工程學(xué)為工具，用系統(tǒng)的觀點進行分析和研究，才能對機械制造過程實行最有效的控制，才能有效地提高生產(chǎn)率、擴大品種、保證質(zhì)量，并達到最大的經(jīng)濟效益?；谶@種認識，人們進行了許多研究和實踐，于是出現(xiàn)了機械制造系統(tǒng)的概念。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述一、機械制造系統(tǒng) 機械制造系統(tǒng)是由經(jīng)營管理、生產(chǎn)過程、機床設(shè)備、控制裝置及工作人員所組成的有機整體。它和其他生產(chǎn)系統(tǒng)一樣，是由輸入，制造過程和輸出組成的（圖223）。 系統(tǒng)的輸入，是指向系統(tǒng)輸入具有一定幾何參數(shù)（如形狀、尺寸、精度、表面粗糙度等）和物理參數(shù)（如材料性質(zhì)、表面狀態(tài)等）的原材料、毛坯、刀具等。系統(tǒng)將工件輸入?yún)?shù)與機床調(diào)整參數(shù)(vc, f, ap)相綜合，從而決定制造過程中的加工條件