第十三章金屬切削加工基礎(chǔ)習(xí)題解答

第十三章金屬切削加工基礎(chǔ)習(xí)題解答13-1什么是主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?試以外圓車削、銑削、鉆削為例，說明什么是主運(yùn)動(dòng)?什么是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?答：主運(yùn)動(dòng)是指切下多余材料所需的最基本的運(yùn)動(dòng)，在切削運(yùn)動(dòng)中主運(yùn)動(dòng)的速度最高、消耗的功率最大。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指多余材料不斷被投入切削，從而加工完整表面所需的運(yùn)動(dòng)。外圓車削中工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，車刀的直線運(yùn)動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；銑削中銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，工件的移動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；鉆削中鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，鉆頭的直線運(yùn)動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。13-2說明切削用量三要素的意義。車削時(shí)，切削速度怎樣計(jì)算?答：切削用量的三要素包括：切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量，其意義為：①切削速度是刀具切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為切削速度，單位為m／s。②進(jìn)給量是刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量稱為進(jìn)給量。它可用工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的位移量來表述和度量，單位為mm/r。③背吃刀量是工件上已加工表面與待加工表面之間的垂直距離稱為背吃刀量，單位為mm。車削時(shí)切削速度v(m/s)可用主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)和待加工表面直徑D(mm)進(jìn)行計(jì)算：13-3外圓車刀的五個(gè)基本角度的主要作用是什么?應(yīng)如何選擇?答：車刀的主要角度有前角、后角、主偏角、副偏角，和刃傾角。車刀的主要角度確定車刀角度的輔助平面1)前角的作用：增大前角，可使刀刃鋒利、切削力降低、切削溫度低、刀具磨損小、表面加工質(zhì)量高。但過大的前角會(huì)使刃口強(qiáng)度降低，容易造成刃口損壞。選擇原則：用硬質(zhì)合金車刀加工鋼件(塑性材料等)，選取=10o～20°；加工灰口鑄鐵(脆性材料等)，一般選取=5o～15°。精加工時(shí)，可取較大的前角，粗加工應(yīng)取較小的前角。工件材料的強(qiáng)度和硬度大時(shí)，前角取較小值，有時(shí)甚至取負(fù)值。2)后角的作用：減少主后刀面與工件之間的磨擦，并影響刃口的強(qiáng)度和鋒利程度。選擇原則：一般后角可取=6o～8o。3)主偏角的作用：影響切削刃的工作長(zhǎng)度、切深抗力、刀尖強(qiáng)度和散熱條件。主偏角越小，則切削刃工作長(zhǎng)度越長(zhǎng)，散熱條件越好，但切深抗力越大。選擇原則：車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。工件粗大、剛性好時(shí)，可取較小值。車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，為了減少?gòu)较蛄Χ鸸ぜ澢冃?，宜選取較大值。4)副偏角的作用：影響已加工表面的表面粗糙度，減小副偏角可使已加工表面光潔。選擇原則：一般選=5o～15°，精車時(shí)可取5o～10°，粗車時(shí)取10o～15°。5)刃傾角的作用：主要影響主切削刃的強(qiáng)度和控制切屑流出的方向。選擇原則：一般在0o～±5°之間選擇。粗加工時(shí)，常取負(fù)值，雖切屑流向已加工表面無妨，但保證了主切削刃的強(qiáng)度好。精加工常取正值，使切屑流向待加工表面，從而不會(huì)劃傷己加工表面的質(zhì)量。13-4說明切屑的形成過程。切屑可分為哪幾種?它們對(duì)切削過程有何影響?答：在切削塑性材料的過程中，切削層金屬受到刀具前刀面的擠壓，經(jīng)彈性變形、塑性變形，然后當(dāng)擠壓應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)材料被擠裂（左下圖）。當(dāng)以上過程連續(xù)進(jìn)行時(shí)，被擠裂的金屬脫離工件本體，沿前刀面經(jīng)劇烈摩擦而離開刀具，從而形成切屑（右下圖）。切屑的種類、形成及對(duì)加工的影響如下：名稱帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑形成條件加工塑性材料，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，切削速度較低加工脆性材料，刀具前角較小影響切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，若防礙切削工作，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(dòng)較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動(dòng)大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刃13-5什么是切削力?一般將它在哪三個(gè)方向分解?各方向的切削分力對(duì)加工工藝系統(tǒng)有何影響?答：實(shí)際應(yīng)用中，一般不直接研究總切削力F，而是研究它在三個(gè)相互垂直方向上的分力Fc、Ff、Fp。如下圖所示。(1)主切削力Fc：總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向上的正投影稱為主切削力，在三個(gè)分力中一般它的值最大。它是設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具以及計(jì)算機(jī)床功率的主要依據(jù)。(2)進(jìn)給力Ff：總切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的正投影。在車外圓時(shí)亦稱軸向分力或走刀抗力。它是計(jì)算進(jìn)給機(jī)構(gòu)零件強(qiáng)度的依據(jù)。(3)背向力Fp：總切削力在垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的分力，背向力不作功。在車外圓時(shí)亦稱徑向分力或吃刀抗力，該力作用在機(jī)床、工件剛性最差的方向上，易使工件變形并引起切削過程中的振動(dòng)，影響工件的精度。切削力的合力為：13-6切削熱是怎樣產(chǎn)生的?它對(duì)工件和刀具有何影響?答：切削過程中由于切削層變形及刀具與工件、切屑之間的摩擦產(chǎn)生的熱稱為切削熱。切削熱對(duì)加工的影響是通過切削溫度體現(xiàn)的。切削時(shí)消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱就越多，所以工件的強(qiáng)度、硬度越高，以及增加切削用量，都會(huì)使切削溫度上升。切削用量的增加也改善了散熱條件，所以vc增加一倍，切削溫度升高20％～30％；f增加一倍，切削溫度升高10％；αp增加一倍，切削溫度只升高3％。刀具角度中，增大前角，可使切削變形及摩擦減小，但前角不可過大，以免刀頭散熱體積減小，不利于降低切削溫度；減小主偏角可增加主切削刃的工作長(zhǎng)度，改善了散熱條件，兩者均可降低切削溫度。為避免切削溫度過高，一是要減少切削變形，如合理選擇切削用量和刀具角度，改善工件的加工性能等；二是減少摩擦，加強(qiáng)散熱，如采用切削液。13-7切削液分哪幾類?比較其性能和適用范圍。答：常用的切削液可分三大類：水溶液、乳化液和油類。水溶液和低濃度的乳化液其冷卻與沖洗的作用較強(qiáng)，適用于粗加工及磨削；高濃度的乳化液潤(rùn)滑作用強(qiáng)，適用于精加工。切削油的特點(diǎn)是潤(rùn)滑性好，冷卻作用小，主要用來提高工件的表面質(zhì)量，適用于低速的精加工，如精車絲杠、螺紋等。加工鑄鐵與青銅等脆性材料時(shí)，一般不使用切削液；鑄鐵精加工時(shí)可使用清洗性能良好的煤油作為切削液。當(dāng)選用硬質(zhì)合金作為刀具材料時(shí)，因其能耐較高的溫度，可不使用切削液；如果使用，必須大量、連續(xù)地注射，以免使硬質(zhì)合金因忽冷忽熱產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致破裂。13-8粗加工和精加工的切削用量為什么不能按同一原則選擇?答：粗加工時(shí)，為盡快切除加工余量，如果工藝系統(tǒng)的剛性好，應(yīng)盡可能地選取較大的背吃刀量。然后，根據(jù)加工條件選取盡可能大的進(jìn)給量。最后，按對(duì)刀具耐用度的要求，選取合適的切削速度。精加工的目的是保證加工精度。為保證表面質(zhì)量，硬質(zhì)合金刀具一般采用較高的切削速度，高速鋼刀具的耐熱性差，多采用較低的切削速度。切削速度確定后，從提高加工精度考慮，應(yīng)選用較小的進(jìn)給量和背吃刀量。13-9機(jī)床中常用的傳動(dòng)副有哪幾種?各有何特點(diǎn)?答：機(jī)床上常用的傳動(dòng)副有：1、用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)變速功能的傳動(dòng)副：帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿蝸輪傳動(dòng)。此類傳動(dòng)副的傳動(dòng)比i定義為被動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n2與主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1之比，它亦等于主動(dòng)輪直徑d1(或齒數(shù)z1)與被動(dòng)輪直徑d2(或齒數(shù)z2)之比。2、用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)副有：齒輪與齒條傳動(dòng)、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。此類傳動(dòng)副的被動(dòng)元件的移動(dòng)速度與主動(dòng)元件的轉(zhuǎn)速n成正比。13-10簡(jiǎn)述車床的主要組成部分及其作用。答：車床的主要組成部件有床身、主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾座等。加工時(shí)，工件由主軸帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)；刀具安裝在刀架上可作縱向或橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。各部分的作用是：1、床身：作為車床的基礎(chǔ)件，機(jī)床所有零部件都按照技術(shù)要求安裝在床身上。2、主軸箱：其內(nèi)安裝機(jī)床主運(yùn)動(dòng)所需的傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)。3、進(jìn)給箱：其內(nèi)安裝機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所需的傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)4、溜板箱：帶動(dòng)刀架作縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。5、刀架：用于安裝切削加工所用的各種刀具。6、尾座：用于長(zhǎng)軸類工件加工時(shí)的定位及增加工件裝夾剛性、鉆中心孔及鉆孔。13-11車床能完成哪些工作？答：車床能夠完成外圓、內(nèi)圓、平面、錐面、螺紋、回轉(zhuǎn)溝槽、回轉(zhuǎn)成形面、滾花面及切斷等的加工。13-12車削加工中工件有多少種裝夾方式?各用于何種場(chǎng)合?答：工件的安裝方式需依據(jù)工件的形狀和尺寸而定，常用的安裝方法如下：1、卡盤或花盤安裝用于長(zhǎng)徑比小于4的工件。三爪自定心卡盤用于圓形和六角形工件及棒料，能自動(dòng)定心，安裝方便；四爪單動(dòng)卡盤用于加工毛坯或方形、橢圓形等不規(guī)則的工件，夾緊力大；花盤用于形狀不規(guī)則無法用卡盤裝夾的工件。2、使用頂尖安裝用于長(zhǎng)徑比大于4的軸類工件，可采用一夾一頂或兩端頂。對(duì)于長(zhǎng)徑比大于10的細(xì)長(zhǎng)軸類工件，為增加工件的剛性，還需使用中心架或跟刀架。13-13鉆床能完成哪些工作?答：在鉆床上進(jìn)行切削加工稱為鉆削。在鉆床上可進(jìn)行的工作為：鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、锪孔、锪端面等。13-14比較車床鉆孔和鉆床鉆孔。答：車床鉆孔和鉆床鉆孔的比較如下：車床鉆孔鉆床鉆孔主運(yùn)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鉆頭手動(dòng)軸向進(jìn)給鉆頭機(jī)動(dòng)（或手動(dòng)）軸向進(jìn)給加工精度較低較低（IT10——IT11）表面粗糙度較低較低（6.3——12.5）鉆孔效率較低較高工件形狀簡(jiǎn)單（不使用夾具時(shí)）復(fù)雜13-15指出麻花鉆的主切削刃、副切削刃、前面、主后面。答：麻花鉆的切削部分如下圖所示，其主要幾何角度有：螺旋角β、前角γ。、后角α。、橫刃斜角ψ和頂角2ф。13-16為什么鉆孔的加工精度低，表面粗糙度值大?答：鉆孔時(shí)由于鉆頭剛性相對(duì)工件而言較低，加上排屑阻力的客觀存在及冷卻潤(rùn)滑條件不好，導(dǎo)致鉆頭磨損較大，因此孔的加工精度較低。鉆孔加工中鐵屑要從螺旋槽中排除，鐵屑與螺旋槽和工件孔表面產(chǎn)生很大的摩擦阻力（此時(shí)的冷卻、潤(rùn)滑及散熱條件均差），因此排屑困難，且排屑時(shí)易劃傷已加工孔表面，所以降低了孔的表面質(zhì)量，造成孔的表面粗糙度值大。13-17車床鏜孔和鏜床鏜孔有何不同?答：車床鏜孔和鏜床鏜孔的區(qū)別：車床鏜孔鏜床鏜孔主運(yùn)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)鏜刀旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)內(nèi)孔車刀縱向進(jìn)給工件進(jìn)給或鏜刀進(jìn)給鏜孔尺寸范圍較窄較寬加工精度較低（IT7——IT9）較高（IT6——IT8）表面粗糙度較低（0.8——3.2）較高（0.2——1.6）鏜孔效率較高較低工件形狀加工單孔加工孔系13-18刨床能完成哪些工作?答：刨削主要用于加工平面、垂直面、斜面、直槽、V型槽、燕尾槽，T型槽、成形面。13-19牛頭刨床、龍門刨床、插床運(yùn)動(dòng)有何不同?各適用于哪些場(chǎng)合？答：牛頭刨床(刨水平面時(shí))切削運(yùn)動(dòng)：①主運(yùn)動(dòng)：刀具的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；②進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件的間歇直線移動(dòng)。龍門刨床切削運(yùn)動(dòng)：①主運(yùn)動(dòng)：工件的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；②進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：刀具的間歇直線移動(dòng)。插床切削運(yùn)動(dòng)：①主運(yùn)動(dòng)：刀具的垂向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；②進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件的縱向、橫向、周向間歇移動(dòng)。適用加工場(chǎng)合：①刨床加工范圍：平面(水平面、垂直面、斜面)、溝槽(直角槽、T形槽、V形槽、燕尾槽)及直線型成形面等。②插床加工范圍：型孔(正方孔、長(zhǎng)方孔、多邊形孔、花鍵孔)、孔內(nèi)鍵槽及外直線型成形面等。13-20拉削為什么加工質(zhì)量好，生產(chǎn)率高?答：拉削的本質(zhì)是刨削，不過刨削為單刃切削，拉削屬多刃復(fù)合切削。拉削只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)(拉刀的直線運(yùn)動(dòng))，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由相鄰前后刀齒之間的齒升量實(shí)現(xiàn)，一次行程能夠完成粗、半精及精加工，故拉削的生產(chǎn)效率很高，且拉床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。13-21比較銑削和刨削加工。答：一、銑床加工：1、銑床切削運(yùn)動(dòng)：①主運(yùn)動(dòng)：刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；②進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件的縱向、橫向、垂向移動(dòng)。2、銑床加工范圍：平面(水平面、垂直面、斜面)、溝槽(直角槽、T形槽、V形槽、燕尾槽、圓弧槽、螺旋槽)、成形面、分度件及孔加工(鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、銑孔)等。3、銑削尺寸公差等級(jí)及Ra值：粗銑IT12～I(xiàn)T11Ra25～12.5半精銑IT10～I(xiàn)T9Ra6.3～3.2精銑IT8～I(xiàn)T7Ra1.6二、刨削加工：1、牛頭刨床(刨水平面時(shí))切削運(yùn)動(dòng)：①主運(yùn)動(dòng)：刀具的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；