1、第1章 金屬機(jī)械加工基礎(chǔ)第一章 金屬機(jī)械加工基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)制作人：陳妙婷金屬機(jī)械加工主要有：車削、鉆削、銑削、刨削、磨削、齒輪加工。1、切削運(yùn)動(dòng)為了獲得形狀精度、位置精度、尺寸精度和表面質(zhì)量都符合要求的工件，必須切除工件表面上多余的金屬層，此時(shí)刀具與工件間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)必須具備主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)。1.1 金屬機(jī)械加工的基礎(chǔ)知識(shí) 主運(yùn)動(dòng)切下切屑所需要的最基本的運(yùn)動(dòng)，是刀具與工件之間最主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)：消耗功率最大，速度最高。有且僅有一個(gè)。 運(yùn)動(dòng)形式：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（車削、鏜削的主軸運(yùn)動(dòng)） 直線運(yùn)動(dòng)（刨削、拉削的刀具運(yùn)動(dòng)） 運(yùn)動(dòng)主體：工件（車削）； 刀具（銑削）。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

2、是指使新的金屬層不斷投入切削過程并使其在所需方向上繼續(xù)下去的運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)：速度一般較低，功率也較少。其數(shù)量可以是一個(gè)，也可以是多個(gè) 運(yùn)動(dòng)形式：連續(xù)運(yùn)動(dòng)：如車削； 斷續(xù)運(yùn)動(dòng)：如刨削。 一個(gè)運(yùn)動(dòng)，如鉆削； 多個(gè)運(yùn)動(dòng)，如車削時(shí)的縱向與橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)； 沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如拉削。 運(yùn)動(dòng)主體：工件，如銑削、磨削； 刀具，如車削、鉆削 2、切削過程中的工件表面待加工表面加工時(shí)即將切除加工余量的工件表面。 已加工表面已被切去多余金屬而形成的工件新表面。 第一節(jié) 機(jī)械加工運(yùn)動(dòng)與切削用量 過渡表面正在形成的那部分表面，它是待加工表面與已加工表面的連接表面，是切削過程中不斷變化著的表面。 切削速度vc 定義：刀具切削刃

3、上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。式中： d工件待加工表面直徑（mm） n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速(r/min）3、切削用量三要素定義：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周（或每往復(fù)一次），沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移。進(jìn)給量f 背吃刀量 ap定義：待加工表面與已加工表面之間的垂直距離。 車削1）高的硬度：比工件高，HRC60； 耐用度2）高的耐磨性：保證可以維持一定的切削時(shí)間。3）高的紅硬性：在高溫下仍具有高的硬度，保持較好的切削性能。4）足夠的強(qiáng)度和韌性：以承受切削力和振動(dòng)。5）良好的工藝性：便于刀具的制造。1.2 金屬切削刀具1、刀具材料必須具備的性能1）碳素工具鋼工藝性好，強(qiáng)度較高，價(jià)格便宜；熱處理后硬度達(dá)60-64H

4、RC；切削速度很低；牌號(hào)T7、T8、T9、T10、T12A等。2、常用刀具材料2）合金工具鋼熱處理后硬度達(dá)60-65HRC；紅硬性溫度約為300-350；切削速度10-12m/min；適用于制造要求熱處理變形小的手動(dòng)或機(jī)動(dòng)低速刀具，如絲錐、板牙等。牌號(hào)9CrSi、CrWMn等。3）高速工具鋼熱處理后硬度達(dá)63-69HRC；紅硬性溫度約為500-650；切削速度40m/min；適用于制造切削速度不高的精加工刀具和形狀復(fù)雜的刀具。牌號(hào)W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。4）硬質(zhì)合金用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物（碳化鎢，碳化鈦，碳化鉭，碳化鈮等）與金屬粘結(jié)劑（鈷，鎳，鉬等）在高溫下燒結(jié)而成的

5、粉末冶金制品。硬度高（87-92HRC）、紅硬性溫度（800-1000C）、切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼(100-300m/min)抗彎強(qiáng)度低、脆性大，抗沖擊振動(dòng)性能差，較難加工，不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具。分為YG和YT兩大類。5）陶瓷材料刀片硬度可達(dá)（86-96HRC）、耐高溫（1200C）、承受較高的切削速度；性脆怕沖擊；主要用于高硬度鋼材的半精加工和精加工。6）人造金剛石硬度極高，耐熱性為（700-800C）；用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、有色金屬及其合金等，但不宜加工鋼鐵材料。7）涂層刀具材料硬質(zhì)合金或高速鋼刀具通過化學(xué)或物理方法在其表面涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物；方法：CVD、PVD

6、；常見的涂層材料：TiC涂層、TiN涂層、Al2O3涂層、TiN和TiC復(fù)合涂層。3、常用刀具的種類前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖刀柄切削部分車刀由切削部分和刀柄組成。刀具中起切削作用的部分稱切削部分（刀頭），夾持部分稱刀柄 （刀體）。4、刀具的角度1）車刀切削部分的組成切屑流出時(shí)經(jīng)過的刀面切削部分：由不同刀面和切削刃構(gòu)成。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向與過渡表面相對(duì)的刀面，也稱主后刀面進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向與已加工表面相對(duì)的刀面進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向前刀面與后刀面的交線。在切削加工過程中，它擔(dān)負(fù)著主要的切削工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向前刀面與副后刀面的交線。它擔(dān)負(fù)少量切削工作，配合主切削刃完成切削工作并最終形成工件上的已加工表面進(jìn)給運(yùn)

7、動(dòng)方向刀尖是主、副切削刃連接部位，或者是主、副切削刃的交點(diǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向 刀具靜止參考系 設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量角度時(shí)的基準(zhǔn)。不受刀具工作條件變化的影響，只考慮主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向，安裝時(shí)的定位基準(zhǔn)與主運(yùn)動(dòng)方向垂直或平行。vc刀具工作參考系實(shí)際切削中確定角度的基準(zhǔn) 2）車刀切削部分的主要角度基面Pr切削速度方向主切削刃上選定點(diǎn)刀柄底面（車刀安裝面）基面Pr：通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)速度方向的平面。注：車刀的基面是平行于車刀安裝面（底面）的平面 基面Pr切削速度方向主切削刃上選定點(diǎn)切削平面Ps ：通過主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切并垂直于基面的平面刀柄底面（車刀安裝面）切削平面Ps正交平

8、面Po： Pr Ps 基面Pr： PrVc 刀具安裝面（車刀）切削平面Ps: 與 S相切 且 Pr假定切削速度方向Vc正交平面參考系（Pr-Ps-Po)主切削刃上選定點(diǎn)正交平面參考系與刀具標(biāo)注角度基面Pr切削平面Ps正交平面PoA、基面 Pr內(nèi)的角度 （I）主偏角 Kr在基面Pr內(nèi)測(cè)量的，主切削刃與進(jìn)給方向的夾角。（II）副偏角 Kr在基面Pr內(nèi)測(cè)量的，副切削刃與進(jìn)給方向的夾角。（I）刃傾角s定義：在切削平面Ps內(nèi)測(cè)量的，主切削刃S與基面Pr間的夾角稱刃傾角。符號(hào)：有正負(fù)之分，刀尖位于切削刃的最高點(diǎn)時(shí)定為“+”、反之為負(fù)“-”，它影響切屑流向和刀尖強(qiáng)度。取值：一般取s = 10 +10 , 粗

9、加工時(shí)常取負(fù)值，增加刀頭強(qiáng)度；精加工時(shí)常取正值，避免切屑擦傷已加工表面。 B、切削平面 Ps內(nèi)的角度刃傾角s的正與負(fù) 當(dāng)?shù)都庠谥髑邢魅猩献罡唿c(diǎn)時(shí)，s為正值，反之為負(fù)值。 切屑流向已加工表面切屑流向待加工表面刃傾角s的正與負(fù)對(duì)切屑流向的影響：C、正交平面 Po內(nèi)的角度（I）前角o定義：在正交平面Po內(nèi)測(cè)量的，前刀面A與基面Pr間的夾角。符號(hào)：有正負(fù)之分，前刀面位于基面之前，o0。（II）后角o在正交平面Po內(nèi)測(cè)量的后刀面A與切削平面Ps間的夾角。 在正交平面參考系中的標(biāo)注角度“一刃四角”（5）副偏角r （6）副后角or（1）主偏角r（4）后角o（2）刃傾角s（3）前角o1）按用途分5、車刀種類2

10、）按車刀結(jié)構(gòu)的不同6、車刀用途1.3 金屬切削過程1、切屑的形成2、切屑形狀 切削韌度較大的材料時(shí)，切屑流經(jīng)前刀面，在一定的溫度與高壓作用下，摩擦阻力增大，使貼近前刀面處底層流速降低。當(dāng)摩擦阻力超過這層金屬與切屑本身分子間隙合力時(shí)，這部分金屬便堆積于刀刃之上，形成積屑瘤3、積屑瘤積屑瘤對(duì)切削過程的影響（1）保護(hù)刀尖；（2）增大前角，減小切削變形和力（3）增大已加工表面粗糙度定義：切削過程中，刀具上所有參與切削的各切削部分所產(chǎn)生的總切削力的合力成為刀具的總切削力。一個(gè)切削部分切削工件時(shí)所產(chǎn)生的全部切削力成為一個(gè)部分總切削力。來(lái)源：1）克服切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈、塑性變形抗力所需的力

11、； 2）克服刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力所需的力切削力合力和分力4、切削力分解 為便于測(cè)量、計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用，常將合力Fr分解成三個(gè)互相垂直的分力。1）主切削力Fc它與切削速度vc的方向一致。是確定機(jī)床的電機(jī)功率，計(jì)算車刀強(qiáng)度等所必需的。生產(chǎn)中所說(shuō)的切削力一般都是指主切削力。2）吃刀抗力Fp它是加工表面法線方向上的分力，對(duì)加工精度和已加工表面質(zhì)量影響較大。 3）進(jìn)給抗力Ff進(jìn)給力或軸向力。該力是檢驗(yàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度，計(jì)算車刀進(jìn)給功率所必需的數(shù)據(jù)。定義：切削在切削區(qū)消耗的功率。5、切削功率1）切削熱的來(lái)源被切削層金屬的變形；切削與刀具前刀面的摩擦；工件與刀具厚道面的摩擦。6、切削熱2）切削熱的傳導(dǎo)

12、切屑；工件；刀具和周圍介質(zhì)（如空氣、切削液等）。1）磨損形式后刀面磨損；前刀面磨損；前后刀面同時(shí)磨損。7、刀具的磨損2）磨損過程初期磨損過程；正常磨損階段；急劇磨損階段。1.4 切削液1、切削液的作用冷卻；潤(rùn)滑；清洗；防銹。2、切削液中的添加劑油性添加劑；極壓添加劑；表面活性劑；防銹添加劑3、常用切削液的種類水性溶液切削油4、切削液的選用粗加工：選用冷卻為主的切削液。精加工：選用的切削液應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性能。難加工材料的切削：宜選用極壓切削油或極壓乳化液。磨削加工：選用有良好冷卻清洗作用的切削液。第一章思考題參考答案或提示、什么是金屬切削加工? 切屑有哪些種類? 各種切屑又是在什么情況下形成的

13、?答 ：(1)金屬機(jī)械加工一般是指人們通過操作機(jī)床,利用刀具從金屬毛坯上切去多余的金屬材料,從而獲得符合規(guī)定技術(shù)要求的機(jī)械零件的加工方法.金屬機(jī)械加工主要有車削、鉆削、銑削、刨削、磨削和齒輪工等(2)切屑切削時(shí),由于被加工材料與切削條件的不同,得到的切屑形狀也各不相同,常見的切屑有以下三種1)崩碎切屑-加工脆性材料時(shí),如鑄鐵、黃銅等,切屑不連續(xù),呈不規(guī)則的細(xì)粒. 2)帶狀切屑-當(dāng)被加工材料韌度加大，同時(shí)增大刀具前角，提高切削速度，減小進(jìn)給量，金屬層被切離時(shí)呈連續(xù)帶狀。此時(shí)切削力平穩(wěn)，加工后工件表面使操作不安全，應(yīng)采取斷屑措施。3)節(jié)狀切屑-用低切削速度加工中等硬度鋼材時(shí)，切屑與前刀面接觸的一面

14、較光潔，而另一面開裂成節(jié)狀。切削力有波動(dòng)，工件表面較粗糙。2、金屬切削過程的實(shí)質(zhì)是什么?答：參見p12 、簡(jiǎn)述主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的含義.答：參見p5 什么是切削三要素?答：切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量 什么是切削平面、基面和主剖面?答：參見p9 什么是刀具的工作角度? 有哪些因素影響刀具的工作角度?答：刀具工作角度是刀具在靜止參考坐標(biāo)系中定義的一組角度。影響刀具工作角度的因素有加工零件的材料性質(zhì)、加工要求。 刀具幾何參數(shù)包括哪些內(nèi)容?答：參見p9-p11 試述前角、后角、主偏角的作用.答：參見p10 試述刀具磨損方式和磨損的原因.答：（1）硬質(zhì)點(diǎn)磨損：切削時(shí)，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物

15、和氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)以及積屑瘤碎片等，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。（2）粘結(jié)磨損：切削時(shí)，切屑、工件與前、后刀面之間存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，形成新鮮表面接觸而發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑在滑移過程中產(chǎn)生剪切破壞，帶走刀具材料，從而造成粘結(jié)磨損。（3）擴(kuò)散磨損：在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合金元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散置換造成的刀具磨損，成為擴(kuò)散磨損。（4）化學(xué)磨損：在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)起化學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨損，成為化學(xué)磨損。（5）相變磨損：當(dāng)切削溫度達(dá)到或超過刀具材料的相變溫度時(shí)，刀具材料中的金相組織將發(fā)生變化，硬度顯著下

16、降，引起的刀具磨損稱為相變磨損。10、 金屬切削過程的實(shí)質(zhì)是什么?答：參見p12 切削力是怎樣產(chǎn)生的? 為什么將切削力分解為三個(gè)相互垂直的分力?答：參見p14 影響切削力的因素有哪些?答：影響切削力大小的因素很多,如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等.其中,前兩者對(duì)切削力影響較大1 切屑有哪些種類? 各種切屑又是在什么情況下形成的?答：參見p13 積屑瘤是怎么形成的? 它對(duì)切削過程有哪些影響?答：切削韌度較大的材料時(shí)，切屑流經(jīng)前刀面，在一定的溫度與高壓作用下，摩擦阻力增大，使貼近前刀面處底層流速降低。當(dāng)摩擦阻力超過這層金屬與切屑本身分子間聚合力時(shí)，這部分金屬便堆積于刀刃之上，形成積屑瘤，俗稱“刀瘤”。隨切削繼續(xù)進(jìn)行，積屑瘤逐漸長(zhǎng)大，但受外力或振動(dòng)的作用，又可能發(fā)生局部斷裂或脫落。有資料表明，積屑瘤的產(chǎn)生一成長(zhǎng)一脫離這一過程是在瞬間內(nèi)進(jìn)行的，是個(gè)周期件的動(dòng)態(tài)過程。經(jīng)測(cè)定積屑瘤的硬度是金屬母體硬度的(23)倍。積屑瘤有保護(hù)刀尖，增大前角。使切削輕快的作用，但它的頂部凹凸不平和脫落后又易于粘附在已加工表面上，使得表面粗糙程度增加。