機(jī)械制造基礎(chǔ)6

第9章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識

一、設(shè)計(jì)目的了解最基本的金屬切削加工方法，了解切削的基本概念、金屬切削性能，全面掌握金屬切削加工藝知識。二、設(shè)計(jì)條件給出減速器軸類零件圖及其性能要求，進(jìn)行軸類零件工藝的制定及其制造過程設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（1）根據(jù)減速器軸類零件圖及性能要求，分析零件，確定軸類零件工藝方法。（2）在掌握各金屬切削方法中，進(jìn)行典型軸類零件設(shè)計(jì)。（3）掌握一般軸類零件的機(jī)械加工工藝過程。

9.1金屬切削加工方法選定說明

一、切削運(yùn)動切削加工時(shí),為了獲得各種形狀的零件,刀具與工件必須具有一定的相對運(yùn)動,即切削運(yùn)動，切削運(yùn)動按其所起的作用可分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。二、工件表面切削加工過程中，在切削運(yùn)動的作用下，工件表面一層金屬不斷地被切下來變?yōu)榍行迹瑥亩庸こ鏊枰男碌谋砻?，在新表面形成的過程中，工件上有三個(gè)依次變化著的表面，它們分別是待加工表面，切削表面和已加工表面。9.2切削運(yùn)動

三、切削用量1．切削速度vc

2．進(jìn)給量f

3．

背吃刀量（切削深度）ap

dw－待加工表面直徑

dm－已加工表面直徑

一、車刀的組成

1.刀面（1）前刀面Aγ：刀具上切屑流過的表面。（2）后刀面Aα：與工件上切削表面相對的刀面。（3）副后刀面Aα'：與已加工表面相對的刀面。9.3金屬切削刀具

2.切削刃（1）主切削刃S：前刀面與后刀面的交線，承擔(dān)主要的切削工作；（2）副切削刃S'：前刀面與副后刀面的交線，承擔(dān)少量的切削工作。（3）刀尖是主、副切削刃相交的一點(diǎn)，實(shí)際上該點(diǎn)不可能磨得很尖，而是由一段折線或微小圓弧組成，微小圓弧的半徑稱為刀尖圓弧。

二、刀具幾何角度參考系1.刀具標(biāo)注角度參考系2.正交平面參考系

三、刀具標(biāo)注角度定義

1.在基面內(nèi)測量的角度（1）主偏角r：主切削刃與進(jìn)給運(yùn)動方向之間的夾角。（2）副偏角r’：副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動反方向之間的夾角。（3）刀尖角r：主切削平面與副切削平面間的夾角。刀尖角的大小會影響刀具切削部分的強(qiáng)度和傳熱性能。

2.在主切削刃正交平面內(nèi)測量的角度（1）前角o：前刀面與基面間的夾角。當(dāng)前刀面與基面平行時(shí)，前角為零?；嬖谇暗睹嬉詢?nèi)，前角為負(fù)。基面在前刀面以外，前角為正。（2）后角o：后刀面與切削平面間的夾角。

（3）楔角o：前刀面與后刀面間的夾角。楔角的大小將影響切削部分截面的大小，決定著切削部分的強(qiáng)度，它與前角o和后角o的關(guān)系如下：

3.在切削平面內(nèi)（S向）測量的角度刃傾角s是主切削刃與基面間的夾角。刀尖處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正；刀尖處于最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)；切削刃平行于底面時(shí)，刃傾角為零，4.在副切削刃正交平面內(nèi)（O′-O′）測量的角度副后角o是副后刀面與副切削刃切削平面間的夾角。

四、切削層參數(shù)

切削層是刀具切削部分切過工件的一個(gè)單程所切除的工件材料層。切削層參數(shù)就是指這個(gè)切削層的截面尺寸。1.切削層公稱厚度hD

簡稱切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削層尺寸。

hD＝fsinκr2.切削層公稱寬度bD

簡稱切削寬度，是沿切削表面度量的切削層尺寸。bD＝aP/sinκr

3.切削層公稱橫截面積AD

AD＝hD.bD＝f.aP

五、刀具材料在切削加工時(shí)，刀具切削部分與切屑、工件相互接觸的表面上承受了很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，刀具在高溫下進(jìn)行切削的同時(shí)，還承受著切削力、沖擊和振動，因此要求刀具切削部分的材料應(yīng)具備以下基本條件：1.高硬度2.耐磨性3.強(qiáng)度和韌性4.耐熱性5.工藝性刀具材料種類很多，常用的有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼等。金屬切削過過程是指工工件上一層層多余的金金屬被刀具具切除的過過程和已加加工表面的的形成的過過程。一、切屑的的形成過程程工件上的被被切削層在在刀具的擠擠壓作用下下，沿切削削刃附近的的金屬首先先產(chǎn)生彈性性變形，接接著由剪應(yīng)應(yīng)力引起的的應(yīng)力達(dá)到到金屬材料料的屈服極極限以后，，切削層金金屬便沿傾傾斜的剪切切面變形區(qū)區(qū)示意圖滑滑移，產(chǎn)生生塑性變形形，然后在在沿前刀面面流出去的的過程中，，受摩擦力力作用再次次發(fā)生滑移移變形，最最后形成切切屑。9.4金屬切削過過程二、第Ⅰ變形區(qū)在一般的切切削速度范范圍內(nèi)，第第一變形區(qū)區(qū)的寬度大大約為0.02~0.2mm，速度越高高，寬度越越小。由于于工件材料料和切削條條件的不同同，切屑過過程中的變變形情況也也不同，因因而產(chǎn)生的的切屑形狀狀也不同，，從變形的的觀點(diǎn)來看看，可將切切屑的形狀狀分為四種種類型如圖圖所示。1.切屑的類型型帶狀切屑擠擠裂切切屑粒粒狀切屑崩崩碎切屑2.變形系數(shù)切削過程中中，變形量量的大小計(jì)計(jì)算很復(fù)雜雜，所以在在研究切削削變形規(guī)律律時(shí)，通常常用剪應(yīng)變變εr或變形系數(shù)數(shù)Λh來衡量切削削變形的程程度，剪應(yīng)應(yīng)變是指切切削層在剪剪切面上的的滑移量；；三、第Ⅱ變形區(qū)1.摩擦系數(shù)2.積屑瘤3.焊縫的內(nèi)部部缺陷四、第Ⅲ變形區(qū)第Ⅲ變形區(qū)在刀刀具后刀面面和已加工工表面接觸觸的區(qū)域上上，在分析析第Ⅰ、第Ⅱ兩個(gè)變形區(qū)區(qū)的情況時(shí)時(shí)，假設(shè)刀刀具的切削削刃是絕對對鋒利的，，實(shí)際上任任何刀具的的切削刃口口都很難磨磨得絕對鋒鋒利。一、刀具的的磨損形式式1．前刀面磨磨損2.后刀面磨損損后刀面與工工件表面實(shí)實(shí)際上接觸觸面積很小小，所以接接觸壓力很很大，存在在著彈性和和塑性變形形，因此，，磨損就發(fā)發(fā)生在這個(gè)個(gè)接觸面上上。3.前后刀面同同時(shí)磨損9.5刀具磨損和和刀具耐用用度二、刀具磨磨損的原因因1.磨料磨損磨料磨損是是由于工件件材料中的的雜質(zhì)、材材料基體組組織中的碳碳化物、氮氮化物、氧氧化物等硬硬質(zhì)點(diǎn)對刀刀具表面的的刻劃作用用而引起的的機(jī)械磨損損。2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損是是硬質(zhì)合金金刀具在中中等偏低切切削速度時(shí)時(shí)磨損的主主要原因。。3.擴(kuò)散磨損當(dāng)切削溫度度很高時(shí)，，刀具與工工件材料中中的某些化化學(xué)元素能能在固體下下互相擴(kuò)散散，使兩者者的化學(xué)成成分發(fā)生變變化，削弱弱了刀具材材料的性能能，加速磨磨損進(jìn)程。。一、刀具磨磨損的原因因1.磨料磨損磨料磨損是是由于工件件材料中的的雜質(zhì)、材材料基體組組織中的碳碳化物、氮氮化物、氧氧化物等硬硬質(zhì)點(diǎn)對刀刀具表面的的刻劃作用用而引起的的機(jī)械磨損損。2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損是是硬質(zhì)合金金刀具在中中等偏低切切削速度時(shí)時(shí)磨損的主主要原因。。3.擴(kuò)散磨損當(dāng)切削溫度度很高時(shí)，，刀具與工工件材料中中的某些化化學(xué)元素能能在固體下下互相擴(kuò)散散，使兩者者的化學(xué)成成分發(fā)生變變化，削弱弱了刀具材材料的性能能，加速磨磨損進(jìn)程。。4.氧化磨損當(dāng)切削溫度度700~800℃時(shí)，空氣中中的氧與硬硬質(zhì)合金中中的鈷、碳碳化鎢、碳碳化鈦等發(fā)發(fā)生氧化作作用生成疏疏松脆弱的的氧化物。。這些氧化化物容易被被切屑和工工件擦走，，加速了刀刀具磨損。。三、刀具的的磨損過程程及磨鈍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（l）初期磨損損階段（2）正常磨損損階段（3）急劇磨損損階段四、刀具壽壽命刀具壽命反反映了刀具具磨損的快快慢程度。。刀具壽命命長表明刀刀具磨損速速度慢；反反之表明刀刀具磨損速速度快。影影響切削溫溫度和刀具具磨損的因因素都同樣樣影響刀具具壽命。切切削用量對對刀具壽命命的影響較較為明顯，，通過切削削實(shí)驗(yàn)可以以得出vc、、ap對刀具壽命命T的影響關(guān)系系式：一、刀具幾幾何參數(shù)的的選擇1．前前角角的的選選擇擇2.后角角、、副副后后角角的的選選擇擇3.主偏偏角角、、副副偏偏角角的的選選擇擇4.刃傾傾角角的的選選擇擇二、、切切削削用用量量的的選選擇擇1.切削削液液的的作作用用2.常用用切切削削液液的的種種類類與與選選用用9.6典型型零零件件加加工工方方法法選選擇擇過過程程一、、機(jī)機(jī)床床的的分分類類及及型型號號機(jī)床床的的分分類類機(jī)床床型型號號的的編編制制1）通通用用機(jī)機(jī)床床型型號號的的表表示示方方法法9.7金屬屬切切削削機(jī)機(jī)床床介介紹紹二、、機(jī)機(jī)床床傳傳動動的的基基本本組組成成和和傳傳動動原原理理圖圖1.機(jī)床床傳傳動動的的基基本本組組成成部部分分機(jī)床床的的傳傳動動必必須須具具備備以以下下的的三三個(gè)個(gè)基基本本部部分分。。（1）運(yùn)運(yùn)動動源源（2）傳傳動動件件（3）執(zhí)執(zhí)行行件件2.機(jī)床床的的傳傳動動鏈鏈（1）外外聯(lián)聯(lián)系系傳傳動動鏈鏈（2）內(nèi)內(nèi)聯(lián)聯(lián)系系傳傳動動鏈鏈3.機(jī)床床傳傳動動原原理理圖圖三、、機(jī)機(jī)床床傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖和和運(yùn)運(yùn)動動計(jì)計(jì)算算1.機(jī)床床傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖2.傳動動路路線線表表達(dá)達(dá)式式3.主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)級級數(shù)數(shù)計(jì)計(jì)算算4.運(yùn)動動計(jì)計(jì)算算四、、工工件件表表面面成成形形方方法法與與機(jī)機(jī)床床運(yùn)運(yùn)動動分分析析1.工件件表表面面的的類類型型2.常見見工工件件表表面面的的成成形形方方法法五、、工工件件表表面面成成形形方方法法與與機(jī)機(jī)床床運(yùn)運(yùn)動動分分析析（1）表表面面成成形形運(yùn)運(yùn)動動（2）輔輔助助運(yùn)運(yùn)動動一、、軸軸類類零零件件的的特特性性及及加加工工工工藝藝分分析析1、軸軸精精度度類類零零件件的的功功用用、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點(diǎn)點(diǎn)及及技技術(shù)術(shù)要要求求1)尺寸寸2)幾何何形形狀狀精精度度3)相互互位位置置精精度度4)表面面粗粗糙糙度度2、軸軸類類零零件件的的毛毛坯坯和和材材料料1)軸類類零零件件的的毛毛坯坯2)軸類類零零件件的的材材料料3、軸軸類類零零件件的的毛毛坯坯和和材材料料1)軸類類零零件件典典型型工工藝藝路路線線9.8軸類類零零件件加加工工工工藝藝4.細(xì)長長軸軸加加工工工工藝藝特特點(diǎn)點(diǎn)1）改改進(jìn)進(jìn)工工件件的的裝裝夾夾方方法