1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),機(jī)械工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2012-2013學(xué)年第一學(xué)期 （2012.09. 2012.12） 金濤 ,緒論,“制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主要支柱” 引自：國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 一、制造業(yè)與制造技術(shù) 制造業(yè)是一個(gè)國家的立國之本、民族產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。是反映一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志，是為國家創(chuàng)造財(cái)富的重要產(chǎn)業(yè)，也是保障國家安全的重要產(chǎn)業(yè)。 如：機(jī)床業(yè)（基礎(chǔ)行業(yè)工欲善其事，必先利其器），家電，汽車，醫(yī)療，農(nóng)業(yè)，造船業(yè)，紡織，印刷，IT制造業(yè)；航天、航空，宇航等。,緒論,緒論,制造技術(shù)支撐著制造業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)的制造技術(shù)能使一個(gè)國家的制造業(yè)乃至整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)處于極富競(jìng)爭(zhēng)力的地

2、位。忽視制造技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使經(jīng)濟(jì)發(fā)展出現(xiàn)嚴(yán)重問題。如美國和日本的正反兩方面教訓(xùn)。 二、機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀,緒論,國外（八國聯(lián)軍） 加工對(duì)象：極大和極小，極端制造； 精度和效率：精密和超精密、高速和超高速； CNC控制系統(tǒng)：五軸聯(lián)動(dòng)、六軸聯(lián)動(dòng)； 制造技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)研究：投入巨大； 制造技術(shù)研究與裝備開發(fā)的手段：不斷開發(fā)，不斷更新（工藝、檢測(cè)技術(shù)、刀具及功能部件、設(shè)計(jì)、分析與計(jì)算手段等）。,緒論,三維造型軟件，如UG，PRO/E，CARTIA，SolidWorks等； 有限元分析軟件，如ANSYS，Abaqus， MRC ，Dynaform，F(xiàn)orge等； 計(jì)算分析軟件，如Matlab，Mathe

3、matica，Maple等。 （現(xiàn)代工程師應(yīng)掌握這三類軟件的至少一個(gè)?。?緒論,國內(nèi) 昨天輝煌的過去 四大發(fā)明，卓越的鍛壓和鑄造技術(shù)等。 -武林至尊，寶刀屠龍；倚天不出，誰與爭(zhēng)鋒 今天制造大國，不是制造強(qiáng)國 中低端產(chǎn)品居多，關(guān)鍵件、重要零部件的加工依賴進(jìn)口，經(jīng)常受國外的技術(shù)限制（“巴統(tǒng)”）、整機(jī)裝配工藝技術(shù)落后。高端的數(shù)控產(chǎn)品，IT制造的核心裝備光刻機(jī)，大型核電、風(fēng)電、水電設(shè)備，大型發(fā)電機(jī)組、激光核聚變裝置（點(diǎn)火工程）等。,緒論,青海華鼎超重型數(shù)控臥式鏜車床重大專項(xiàng),最大回轉(zhuǎn)直徑 5m 最大工件長度 25m 工件重量 500t 雙床身、雙刀架布局,緒論,裝備制造業(yè)：國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 / 國防建設(shè)

4、/ 技術(shù)裝備 / 基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) 2010年: 占GDP的11.5, 世界前三位（2002年: 9.4%, 世界前四位） “我國是世界制造大國，但還不是制造強(qiáng)國” ,自主創(chuàng)新能力弱、對(duì)外依存度高、國際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。極易受到國際經(jīng)濟(jì)、政治環(huán)境的制約。,緒論,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 對(duì)制造技術(shù)中的重要基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 單元技術(shù)、功能部件的研究和開發(fā)落后 整機(jī)的裝配工藝技術(shù)落后 （沈機(jī)案例、傳統(tǒng)文化中“學(xué)而優(yōu)則仕”的深遠(yuǎn)影響）,緒論,造成的后果： 所制造的機(jī)床，在加工精度、切削穩(wěn)定性、精度保持性、可靠性等方面與國外同類產(chǎn)品相比，存在很大的差距。,緒論,明天Yesterday Once More？

5、！ 物質(zhì)平臺(tái)：國家政策支持、企業(yè)、高校 人才平臺(tái)：誰是主力軍？ 三、制造技術(shù)的發(fā)展 制造技術(shù)已從單工序的研究發(fā)展到制造系統(tǒng)（物質(zhì)流、信息流、資金流）的研究。如車銑、鏜銑復(fù)合機(jī)床、加工中心、FMS（柔性制造系統(tǒng)）、CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）,緒論,隨著制造技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)不再僅僅是以力學(xué)、切削理論為主要基礎(chǔ)的一門學(xué)科，而是涉及了機(jī)械科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)和控制技術(shù)的一門綜合學(xué)科。,緒論,四、機(jī)械制造的基本流程零件與機(jī)器 零件是機(jī)器的組成單元，裝配時(shí)機(jī)器是由零件單元逐一裝配而成，但在設(shè)計(jì)的時(shí)候卻是從整臺(tái)機(jī)器開始的。一種新產(chǎn)品（機(jī)器）的開發(fā)內(nèi)容包括概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、樣

6、機(jī)試制與評(píng)審、工藝設(shè)計(jì)、新產(chǎn)品鑒定、試銷、生產(chǎn)準(zhǔn)備、批量生產(chǎn)。在方案設(shè)計(jì)階段往往需要設(shè)計(jì)多種方案，通過性能、成本等的對(duì)比，經(jīng)評(píng)審最后確定一種方案。,緒論,在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，是從繪制產(chǎn)品（機(jī)器）的總裝圖開始，在完成產(chǎn)品的總裝圖設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行拆畫零件圖，在零件圖上除標(biāo)注正確的幾何尺寸外，還要根據(jù)機(jī)器的性能要求標(biāo)注出零件的精度要求?？梢娏慵木纫髞碜杂跈C(jī)器。而在制造過程中，是先加工出合格的零件，然后再通過合理的裝配工藝將零件裝配成滿足一定功能的機(jī)器。,緒論,五、本課程學(xué)習(xí)的目的 能對(duì)機(jī)械制造有一個(gè)總體的、全貌的了解與把握，能掌握金屬切削過程的基本規(guī)律，掌握機(jī)械加工的基本知識(shí)，能選擇加工方法與機(jī)床、

7、刀具、夾具及加工參數(shù)，具備制訂工藝規(guī)程的能力和掌握機(jī)械加工精度和表面質(zhì)量分析的基本理論和基本知識(shí)，初步具備分析解決現(xiàn)場(chǎng)工藝問題的能力，了解當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展概況。,第一章 機(jī)械加工方法,第一節(jié) 零件的成形原理 按照零件由原材料或毛坯制造成為零件的過程中，質(zhì)量M的變化，可分為M0,M0,M0三種原理，不同原理采用不同的成形工藝方法。 M0，材料去除原理，如傳統(tǒng)的切削加工方法，包括磨料磨削、特種加工等,在制造過程中通過材料逐漸被去除而獲得需要的幾何形狀。,第一章 機(jī)械加工方法,M0，材料基本不變?cè)?，如鑄造、鍛造及模具成型（注塑、沖壓等）工藝，在成形前后，材料主要是發(fā)生形狀變化，而質(zhì)量基本不變

8、。 M0，材料累加成形原理，如上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的快速原形（Rapid Prototyping）技術(shù)，在成形中通過材料累加獲得所需形狀。,第一章 機(jī)械加工方法,一、M0 的制造過程 M0主要指切削加工，該加工過程是通過刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及相互力的作用實(shí)現(xiàn)的。工件往往通過夾具安裝在機(jī)床上，機(jī)床帶動(dòng)刀具或工件或兩者同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。切削過程中，有力、熱、變形、振動(dòng)、磨損等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象的綜合作用決定了零件,第一章 機(jī)械加工方法,最終獲得的幾何形狀及表面質(zhì)量。 對(duì)于加工精度要求特別高的零件，需要采取精加工及超精加工工藝（其尺寸精度往往達(dá)到亞微米乃至納米級(jí)）。這些工藝在航空航天、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品等領(lǐng)域

9、有著廣泛的應(yīng)用。,第一章 機(jī)械加工方法,特種加工是指利用電能、光能或化學(xué)等方法完成材料的去除成形方法，這些方法主要適合于加工超硬度、易碎等常規(guī)加工方法難加工的場(chǎng)合。如當(dāng)前發(fā)展比較快的三束加工（激光束、電子束、離子束），在微細(xì)加工中有廣泛的應(yīng)用。另外近幾年發(fā)展的高壓水射流等加工方法，也有其顯著的優(yōu)點(diǎn)。,第一章 機(jī)械加工方法,二、M0 的制造過程 M0的工藝內(nèi)容主要屬于材料成形課程的研究范疇。主要指鑄造、鍛壓和焊接等熱加工工藝。在我國，鑄造工藝、鍛壓模具的設(shè)計(jì)和制造方面 均是薄弱環(huán)節(jié)，特別是模具工業(yè)，模具制造精度要求較高，其生產(chǎn)方式往往是單件生產(chǎn)。模具的設(shè)計(jì)和制造需要CAD和CAE,第一章 機(jī)械加

10、工方法,等一系列高新技術(shù)，屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。 三、M0 的制造過程 M0 的工藝即材料累加法制造（MIM）工藝 出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)80年代，通過材料逐漸累加成型 。這一工藝又稱RP技術(shù)（Rapid Prototyping） 。其優(yōu)點(diǎn)是：無需編程，即可以成型任意復(fù)雜形狀的零件，而無需刀、夾具等生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)。,第一章 機(jī)械加工方法,RP技術(shù)制造出來的原型可供設(shè)計(jì)評(píng)估、投標(biāo)或展示之用。RP技術(shù)與快速精鑄技術(shù)（Quick Casting）及快速模具制造技術(shù)（Rapid Tooling）等相結(jié)合，又可以為小批量或大批量生產(chǎn)服務(wù)，因而RP技術(shù)成為加速新產(chǎn)品開發(fā)及實(shí)現(xiàn)并行工程的有效技術(shù)。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家（如美

11、、日、德等）已經(jīng)全面應(yīng)用這一技術(shù)來提高制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。,第一章 機(jī)械加工方法,RP技術(shù)已形成了幾種成熟的工藝方法，進(jìn)入了商品化階段。目前商業(yè)化的設(shè)備主要有光固化法/SL法（Stereolithography）、疊層制造法/LOM法（Laminated Object Manufacturing）、激光選區(qū)燒結(jié)/SLS法（Selective Laser Sintering）、熔積法/FDM法（Fused Deposition Modeling）。,第一章 機(jī)械加工方法,第二節(jié) 機(jī)械加工方法 采用機(jī)械加工方法獲得零件的形狀，是通過機(jī)床利用刀具將毛坯上多余的材料切除來獲得的。根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的不同、刀具

12、的不同，可分為不同的加工方法，主要有：車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜削及特種加工等。,第一章 機(jī)械加工方法,一、車削 主運(yùn)動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng) 刀具 刀具的結(jié)構(gòu)和形狀是基本的，“一尖二刃三刀面”。 能加工的表面,第一章 機(jī)械加工方法,車床加工的典型工序,第一章 機(jī)械加工方法,內(nèi)外圓柱面、端面、內(nèi)外圓錐面、旋轉(zhuǎn)曲面、螺紋面及偏心軸等。 加工精度 車削加工精度一般為IT8IT7，表面粗糙度為Ra6.31.6m。精車時(shí)，可達(dá)IT6IT5，粗糙度可達(dá)Ra0.40.1m。 工藝特點(diǎn) 生產(chǎn)效率較高，加工過程平穩(wěn)，刀具簡(jiǎn)單。,第一章 機(jī)械加工方法,二、銑削 主運(yùn)動(dòng)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

13、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件的直線運(yùn)動(dòng) 銑削的不同型式 臥銑和立銑 臥銑時(shí)，平面的形成是由銑刀的外圓面上的刃形成的；立銑時(shí)，平面是由銑刀的端面刃形成的。,第一章 機(jī)械加工方法,銑削加工,第一章 機(jī)械加工方法,順銑和逆銑,第一章 機(jī)械加工方法,順銑和逆銑 順銑時(shí)，銑削力的水平分力與工件的進(jìn)給方向相同，而工作臺(tái)進(jìn)給絲杠與固定螺母之間一般又有間隙存在，因此切削力容易引起工件和工作臺(tái)一起向前竄動(dòng)，使進(jìn)給量突然增大，容易引起打刀。逆銑則可以避免這一現(xiàn)象，因此，生產(chǎn)中多采用逆銑。,第一章 機(jī)械加工方法,在順銑鑄件或鍛件等表面有硬度的工件時(shí)，銑刀齒首先接觸工件的硬皮，加劇了銑刀的磨損，逆銑則無這一缺點(diǎn)。但逆銑時(shí)，切削厚度從

14、零開始逐漸增大，因而刀刃開始經(jīng)歷了一段在切削硬化的已加工表面上擠壓滑行的階段，也會(huì)加速刀具的磨損，同時(shí)，逆銑時(shí)，銑削力具有將工件上抬的趨勢(shì)，也易引起振動(dòng)，這是逆銑的不利之處。,第一章 機(jī)械加工方法,刀具 銑刀的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，屬于多刃刀具。 能加工的表面 平面、曲面（成形銑刀銑削齒輪、球頭銑刀加工復(fù)雜型面）。 加工精度 一般可達(dá)IT8IT7，表面粗糙度為Ra6.30.8m。,第一章 機(jī)械加工方法,工藝特點(diǎn) 生產(chǎn)效率較高；銑刀的散熱條件較好；切削過程有沖擊和振動(dòng)產(chǎn)生，影響表面質(zhì)量，加速刀具的磨損和破損。 三、刨削 主運(yùn)動(dòng)刨刀的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng) 能加工的表面平面,第一章 機(jī)械加工方法,刨削加工,第一章 機(jī)

15、械加工方法,刨床的結(jié)構(gòu)形式 牛頭刨床和龍門刨床。牛頭刨床一般只用于單件生產(chǎn)，加工中小型工件；龍門刨床主要用來加工大型工件，加工精度和生產(chǎn)率都高于牛頭刨床。 加工精度 一般可達(dá)IT8IT7，表面粗糙度為Ra3.2,第一章 機(jī)械加工方法,1.6m，精刨時(shí)平面度可達(dá)0.02/1000，表面粗糙度可達(dá)Ra0.80.4m。 插床實(shí)際上可以看作立式的牛頭刨床，主要用來加工鍵槽等內(nèi)表面。插齒機(jī)的插刀與轉(zhuǎn)動(dòng)的工件形成范成運(yùn)動(dòng)，可加工出漸開線齒輪的齒面。,第一章 機(jī)械加工方法,四、鉆削和鏜削 鉆削 主運(yùn)動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鉆頭的軸向運(yùn)動(dòng) 刀具鉆頭 能加工的表面孔,第一章 機(jī)械加工方法,加工精度 鉆削的加工

16、精度較低，一般只能達(dá)到IT11IT13，表面粗糙度一般為Ra12.50.8m。 精度高、表面質(zhì)量要求高的小孔，在鉆削后常常采用擴(kuò)孔和鉸孔來進(jìn)行半精加工和精加工。,第一章 機(jī)械加工方法,擴(kuò)孔、鉸孔時(shí)，擴(kuò)孔鉆和鉸刀均在原底孔的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工，因此無法提高孔軸線的位置精度以及直線度。,鉆削加工,第一章 機(jī)械加工方法,2. 鏜削 主運(yùn)動(dòng)鏜刀和鏜桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 刀具鏜刀（單刃或雙刃） 能加工的表面孔（精加工） 加工精度 鏜孔加工精度一般為IT10IT8，表面粗糙度為Ra3.20.8m,第一章 機(jī)械加工方法,鏜孔時(shí)，鏜孔后的軸線是以鏜桿的回轉(zhuǎn)軸線決定的，因此可以校正原底孔軸線的位置精度。鏜孔可在鏜床上或車床

17、上進(jìn)行。,鏜床鏜孔,車床鏜孔,第一章 機(jī)械加工方法,五、齒面加工 根據(jù)形成齒面的方法不同，可分為兩大類 ：成形法和展成法(又稱范成法)。 成形法 成形法加工齒面所使用的機(jī)床一般為普通銑床，刀具為成形銑刀，需要兩個(gè)簡(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng)：刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(主切削運(yùn)動(dòng))和直線移動(dòng)（進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）。,第一章 機(jī)械加工方法,展成法 展成法加工齒面的常用機(jī)床有滾齒機(jī)、插齒機(jī)等。 在滾齒機(jī)上滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，一般需要兩個(gè)復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)：由滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B11和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B12組成的展成運(yùn)動(dòng)；由刀架軸向移動(dòng)A21和工件附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) B22組成的差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。,第一章 機(jī)械加工方法,前者產(chǎn)生漸開線齒形，后者產(chǎn)生螺旋線齒長。圖

18、示為滾齒機(jī)滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖 。,滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理,第一章 機(jī)械加工方法,六、復(fù)雜曲面加工 三維曲面的切削加工，主要采用仿形銑和數(shù)控銑的方法或特種加工方法（見本節(jié)八）。 仿形銑必須有原型作為靠模，加工中球頭仿形頭始終以一定壓力接觸原型曲面，仿形頭的運(yùn)動(dòng)變換為電感量，信號(hào)經(jīng)過放大控制銑床三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，形成刀頭,第一章 機(jī)械加工方法,沿曲面運(yùn)動(dòng)的軌跡。銑刀多采用與仿形頭等半徑的球頭銑刀。 仿形加工的誤差取決于加工系統(tǒng)的動(dòng)特性、原型精度、靠模壓力、切削用量及曲面本身的復(fù)雜程度等。 采用數(shù)控銑床或加工中心加工時(shí)，曲面是通過球頭銑刀逐點(diǎn)按曲面坐標(biāo)值加工而成。,第一章 機(jī)械加工方法,七

19、、磨削 主運(yùn)動(dòng)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 刀具砂輪 砂輪上的每個(gè)磨粒都可以看成一個(gè)微小刀齒，砂輪的磨削過程，實(shí)際上是磨粒對(duì)工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應(yīng)。,第一章 機(jī)械加工方法,磨削中，磨粒本身也會(huì)由尖銳逐漸磨鈍，使切削能力變差，切削力變大，當(dāng)切削力超過粘結(jié)劑強(qiáng)度時(shí)，磨鈍的磨粒會(huì)脫落，露出一層新的磨粒，這就是砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會(huì)阻塞砂輪，因而，磨削一定時(shí)間后，需用金剛石刀具等對(duì)砂輪進(jìn)行修整。,第一章 機(jī)械加工方法,能加工的表面 內(nèi)外圓柱面、平面、特殊曲面（如齒面）。,磨削加工 a)磨外圓 b)磨內(nèi)孔 c)磨平面,第一章 機(jī)械加工方法,加工精度 磨床是精加工機(jī)床，磨削精度可達(dá)I

20、T7IT5，表面粗糙度可達(dá)Ra1.60.025m，甚至可達(dá)Ra0.10.008m。 工藝特點(diǎn) 磨削時(shí)，由于刀刃很多，所以加工過程平穩(wěn)、精度高，表面粗糙度小。,第一章 機(jī)械加工方法,磨削的另一特點(diǎn)是可以對(duì)淬硬的工件進(jìn)行加工，因此，磨削往往作為最終加工工序。但磨削時(shí)，產(chǎn)生熱量大，需要有充分的切削液進(jìn)行冷卻，否則會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷，降低表面質(zhì)量。,第一章 機(jī)械加工方法,八、特種加工 科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展提出了許多傳統(tǒng)切削加工方法難以完成的加工任務(wù)，如具有高硬度、高強(qiáng)度、高脆性或高熔點(diǎn)的各種難加工材料(如硬質(zhì)合金、鈦合金、淬火工具鋼、陶瓷、玻璃等)零件的加工，具有較低剛度或復(fù)雜曲面形狀的特殊零件 (如薄壁件、

21、彈性元件、具有復(fù)雜,第一章 機(jī)械加工方法,曲面形狀的模具、葉輪機(jī)的葉片、噴絲頭等)的加工等。特種加工方法正是為完成這些加工任務(wù)而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。 特種加工方法區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，而是利用化學(xué)、物理(電、聲、光、熱、磁)或電化學(xué)方法對(duì)工件材料進(jìn)行去除的一系列加工方法的總稱。,第一章 機(jī)械加工方法,這些加工方法包括：化學(xué)加工(CHM)、電化學(xué)加工(ECM)、電化學(xué)機(jī)械加工(ECMM)、電火花加工(EDM)、電接觸加工(RHM)、超聲波加工(USM)、激光束加工(LBM)、離子束加工(IBM)、電子束加工(EBM)、等離子體加工(PAM)、電液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料噴射加工

22、(AJM)、液體噴射加工(HDM)及各類復(fù)合加工等。,第二章 金屬切削原理與刀具,金屬切削過程是刀具與工件相互作用的過程，在此過程中，為了能將工件上多余的金屬材料切除掉，對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)及其材料需提出相應(yīng)的要求。本章主要介紹刀具的結(jié)構(gòu)、材料以及切削過程的基本現(xiàn)象。最后，簡(jiǎn)要介紹高速切削中的 基本概念及其所用刀具。,第二章 金屬切削原理與刀具,第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu) 一、運(yùn)動(dòng)與切削要素 1.切削運(yùn)動(dòng) 金屬切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層(加工余量)，以獲得具有一定的尺寸、形狀、位置精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。,第二章 金屬切削原理與刀具,刀具的切削作用是通過刀具與工件之間的相互作用和相對(duì)運(yùn)

23、動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為切削運(yùn)動(dòng)，即表面成形運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)可分解為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主運(yùn)動(dòng)是切下切屑所需的最基本的運(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，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。,第二章 金屬切削原理與刀具, 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是多余材料不斷被投入切削,從而加工出完整表面所需的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)或幾個(gè)。 切削運(yùn)動(dòng)及其方向用切削運(yùn)動(dòng)的速度矢量來表示。如圖所示，用車刀進(jìn)行普通外圓車削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)，圖中主運(yùn)動(dòng)切削速度 ,進(jìn)給速度 和切削運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系為：,第二章 金屬切削原理與刀具,切削運(yùn)動(dòng)與切削表面,第二章 金屬切削原理與刀具,2.切削要素 在切削過程中，工件上通常存在著

24、3個(gè)不斷變化的表面。 已加工表面：工件上已切去切屑的表面。 待加工表面：工件上即將被切去切屑的表面。 加工表面（過渡表面）：工件上正在被切削的表面。,第二章 金屬切削原理與刀具,切削要素包括切削用量和切削層的幾何參數(shù)。 切削用量 切削用量是切削時(shí)各參數(shù)的合稱，包括切削速度、進(jìn)給量和切削深度（背吃刀量）三要素，它們是設(shè)計(jì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的依據(jù)。 1)切削速度,第二章 金屬切削原理與刀具,在單位時(shí)間內(nèi)，刀具和工件在主運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移，單位為m/s。若主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則計(jì)算公式為 ： 式中 為工件待加工表面或刀具的最大直徑（mm）； n工件或刀具每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）。,第二章 金屬切削原理與刀具,

25、2)進(jìn)給量 在主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)（或單位時(shí)間內(nèi)），刀具和工件之間在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移，單位是mm/r（用于車削、鏜削等）或mm/行程（用于刨削、磨削等）。進(jìn)給量還可以用進(jìn)給速度 （單位是mm/s）或每齒進(jìn)給量,第二章 金屬切削原理與刀具,(用于銑刀，鉸刀等多刃刀具，單位為mm/齒)表示。一般情況下， 3)切削深度（背吃刀量）,第二章 金屬切削原理與刀具,待加工表面與已加工表面之間的垂直距離（mm）。車削外圓時(shí)為 式中， ， 分別為待加工表面和已加工表面的直徑（mm）。 （2）切削層的幾何參數(shù) 切削層是指工件上正被切削刃切削的一層金屬，以車削外圓為例 ，,第二章 金屬切削原理與刀具

26、,切削層是指工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具從工件上切下的那一層金屬。切削層的大小反映了切削刃所受載荷的大小，直接影響到加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具的磨損等。 切削寬度 沿主切削刃方向度量的切削層尺寸（mm）。車外圓時(shí) ：,第二章 金屬切削原理與刀具,切削厚度 兩相鄰加工表面間的垂直距離（mm）。車外圓時(shí) 。 切削面積 切削層垂直于切削速度截面內(nèi)的面積,第二章 金屬切削原理與刀具,切削用量與切削層數(shù),第二章 金屬切削原理與刀具,車外圓時(shí) ： 二、刀具角度 1.刀具切削部分的組成 切削刀具的種類很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣。下面以外圓車刀為例說明，外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,

27、其切削部分(又稱刀頭)由前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所組成。,車刀的組成,第二章 金屬切削原理與刀具,前面（前刀面） 刀具上與切屑接觸并相互作用的表面。 主后面（主后刀面） 刀具上與工件過渡表面接觸并相互作用的表面。 副后面（副后刀面） 刀具上與工件已加工表面接觸并相互作用的表面。 主切削刃 前刀面與主后刀面的交線，它完成主要的切削工作。,第二章 金屬切削原理與刀具,副切削刃 前刀面與副后刀面的交線，它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。 刀尖 連接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直線段或圓弧。 其它各類刀具，如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可看作是車刀的演變和

28、組合。,第二章 金屬切削原理與刀具,如圖所示，刨刀切削部分的形狀與車刀相同；鉆頭可看作是兩把一正一反并在一起同時(shí)車削孔壁的車刀，因而有兩個(gè)主切削刃，兩個(gè)副切削刃，還增加了一個(gè)橫刃 ；銑刀可看作由多把車刀組合而成的復(fù)合刀具，其每一個(gè)刀齒相當(dāng)于一把車刀 。,第二章 金屬切削原理與刀具,刨刀、鉆頭、銑刀切削部分的形狀 a)刨刀 b)鉆頭 c)銑刀,第二章 金屬切削原理與刀具,2.刀具角度的參考平面 刀具要從工件上切下金屬，必須具有一定的切削角度，也正是由于切削角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。要確定和測(cè)量刀具角度，必須引入三個(gè)相互垂直的參考平面，如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,確定車

29、刀角度的參考平面,第二章 金屬切削原理與刀具,切削平面 通過主切削刃上某一點(diǎn)并與工件加工表面相切的平面。 基面 通過主切削刃上某一點(diǎn)并與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面。 正交平面 通過主切削刃上某一點(diǎn)并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。,第二章 金屬切削原理與刀具,切削平面、基面和正交平面共同組成標(biāo)注刀具角度的正交平面參考系，常用的標(biāo)注刀具角度的參考系還有法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系。 3.刀具的標(biāo)注角度 刀具的標(biāo)注角度是制造和刃磨刀具所必需的、并在刀具設(shè)計(jì)圖上予以標(biāo)注的角度。,第二章 金屬切削原理與刀具,刀具的標(biāo)注角度主要有五個(gè)，以車刀為例，如圖所示，表示了幾個(gè)角度的定義。,車

30、刀的主要角度,第二章 金屬切削原理與刀具,前角 在正交平面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角，前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分，正負(fù)規(guī)定如圖所示。 后角 在正交平面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角，后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。,第二章 金屬切削原理與刀具,主偏角 在基面內(nèi)測(cè)量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角，主偏角一般為正值。 副偏角 在基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角，副偏角一般為正值。,第二章 金屬切削原理與刀具,刃傾角 在切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角。 4.刀具的工作角度 在實(shí)際的切削加工中，由于刀具安裝位置和進(jìn)給運(yùn)

31、動(dòng)的影響，刀具的標(biāo)注角度會(huì)發(fā)生一定的變化,其原因是切削平面、基面和正交平面位置會(huì)發(fā)生變化。,第二章 金屬切削原理與刀具,以切削過程中實(shí)際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實(shí)際角度。 刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響 以車刀車外圓為例，若不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時(shí)，刀具的工作前角 和工作后角 如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,車刀安裝高度對(duì)工作角度的影響 a)刀尖高于工件軸線 b)刀尖低于工件軸線,第二章 金屬切削原理與刀具,當(dāng)車刀刀桿的縱向軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，刀具的工作主偏角和工作副偏角,如圖所示。,車刀安裝偏斜對(duì)工作角度的

32、影響 為切削時(shí)刀桿縱向軸線的偏轉(zhuǎn)角,第二章 金屬切削原理與刀具, 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響 車削時(shí)由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的存在，使車外圓及車螺紋的加工表面實(shí)際上是一個(gè)螺旋面 (圖a)；車端面或切斷時(shí)，加工表面是阿基米德螺旋面 (圖b)。因此，實(shí)際的切削平面和基面都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋升角 ，使車刀的工作前角 增大，工作后角 減小。,第二章 金屬切削原理與刀具,圖a 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響,圖b 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì) 工作角度的影響,第二章 金屬切削原理與刀具,三、刀具種類 1.刀具分類 生產(chǎn)中所使用的刀具種類很多，可按照不同的方式進(jìn)行分類。 按加工方式和具體用途，可分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋

33、刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型。,第二章 金屬切削原理與刀具,按所用材料性質(zhì)，可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金剛石刀具等； 按結(jié)構(gòu)形式，可分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等； 按是否標(biāo)準(zhǔn)化，可分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。,第二章 金屬切削原理與刀具,2.常用刀具簡(jiǎn)介 車刀 車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具，它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽和切斷等。圖示列出了幾種常用車刀。車刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機(jī)械夾固刀片的車刀。,第二章 金屬切削原理與刀具,常用的幾種車刀 a)直頭外圓車刀

34、 b) 彎頭外圓車刀 c) 彎頭外圓車刀 d)端面車刀 e)內(nèi)孔車刀 f)切斷刀 g)寬刃光刀,第二章 金屬切削原理與刀具,整體車刀常用高速鋼制造，焊接裝配式及機(jī)夾式刀片常用硬質(zhì)合金制造。機(jī)械夾固刀片的車刀又分為機(jī)夾車刀和可轉(zhuǎn)位車刀。機(jī)械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用越來越多。如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,機(jī)夾外圓車刀,機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀,第二章 金屬切削原理與刀具, 孔加工刀具 孔加工刀具一般可分為兩大類:一類是從實(shí)體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對(duì)工件上己有孔進(jìn)行再加工用的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆、鉸刀及鏜刀等。,第二章 金屬

35、切削原理與刀具,麻花鉆 麻花鉆是應(yīng)用最廣的孔加工刀具，特別適合于 mm以下的孔的粗加工，有時(shí)也可用于擴(kuò)孔。麻花鉆根據(jù)其制造材料分為高速鋼麻花鉆和硬質(zhì)合金麻花鉆。 圖示是標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的結(jié)構(gòu)。工作部分(刀體)的前端為切削部分，承擔(dān)主要的切削工作，后端為導(dǎo)向部分，,第二章 金屬切削原理與刀具,起引導(dǎo)鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分。,麻花鉆的結(jié)構(gòu),第二章 金屬切削原理與刀具,工作部分有兩個(gè)對(duì)稱的刃瓣 (通過中間的鉆芯連接在一起,中間形成橫刃)、兩條對(duì)稱的螺旋槽(用于容屑和排屑);導(dǎo)向部分磨有兩條棱邊(刃帶)，為了減少與加工孔壁的磨擦，棱邊直徑磨有0.030.12/100的倒錐量，從而形成了副偏

36、角 如前所述，麻花鉆的兩個(gè)刃瓣可以看作兩把對(duì)稱的車刀：,第二章 金屬切削原理與刀具,螺旋槽的螺旋面為前刀面，與工件過渡表面(孔底)相對(duì)的端部兩曲面為主后刀面，與工件的加工表面(孔壁)相對(duì)的兩條棱邊為副后刀面，螺旋槽與主后刀面的兩條交線為主切削刃，棱邊與螺旋槽的兩條交線為副切削刃。麻花鉆的橫刃為兩后刀面在鉆芯處的交線。,第二章 金屬切削原理與刀具,由于標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆存在切削刃長、前角變化大(從外緣處的大約 逐漸減小到鉆芯處的大約 )、螺旋槽排屑不暢、橫刃部分切削條件很差(橫刃前角約為 )等結(jié)構(gòu)問題，生產(chǎn)中，為了提高鉆孔的精度和效率，常將標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆按特定方式刃磨成 “群鉆” 使用。如圖所示。,第二章

37、金屬切削原理與刀具,群鉆的基本特征為:三尖七刃銳當(dāng)先，月牙弧槽分兩邊，一側(cè)外刃開屑槽，橫刃磨得低窄尖。,中型標(biāo)準(zhǔn)群鉆,第二章 金屬切削原理與刀具,中心鉆 如圖所示，用于加工軸類工件的中心孔。鉆孔時(shí)，先打中心孔，也有利于鉆頭的導(dǎo)向，可防止鉆偏。,中心鉆,第二章 金屬切削原理與刀具,深孔鉆 深孔鉆是專門用于鉆削深孔(長徑比 5)的鉆頭。為解決深孔加工中的斷屑、排屑、冷卻潤滑和導(dǎo)向等問題，人們先后開發(fā)了外排屑深孔鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、噴吸鉆和套料鉆等多種深孔鉆。圖示是用于加工槍管的外排屑深孔鉆的工作原理。,第二章 金屬切削原理與刀具,外排屑深孔鉆（槍鉆）工作原理,第二章 金屬切削原理與刀具,擴(kuò)孔鉆 擴(kuò)孔

38、鉆常用作鉸或磨前的預(yù)加工以及毛坯孔的擴(kuò)大，擴(kuò)孔效率和精度均比麻花鉆高。常見的結(jié)構(gòu)型式有高速鋼整體式、鑲齒套式和鑲硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位式。,第二章 金屬切削原理與刀具,擴(kuò)孔鉆 a) 高速鋼整體式 b) 鑲齒套式 c) 鑲硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位式,第二章 金屬切削原理與刀具,鉸刀 鉸刀是精加工刀具，加工精度可達(dá)T6T7，加工表面粗糙度可達(dá) 1.6 0.4 。圖示是幾種常用鉸刀，其中a、b為手用鉸刀，c、d為機(jī)用鉸刀，e為兩把一套的錐度鉸刀。,第二章 金屬切削原理與刀具,不同種類的鉸刀,第二章 金屬切削原理與刀具,鏜刀 鏜刀多用于箱體孔的粗、精加工，一般分為單刃鏜刀和多刃鏜刀兩大類。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單刃鏜刀如圖所示。,

39、單刃鏜刀,第二章 金屬切削原理與刀具, 銑刀 銑刀是一種應(yīng)用廣泛的多刃回轉(zhuǎn)刀具，其種類很多。按用途分有： 加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀 (面銑刀)等； 加工溝槽用的，如立銑刀、兩面刃或三面刃銑刀、鋸片銑刀、T形槽銑刀和角度銑刀 ；,第二章 金屬切削原理與刀具,加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它復(fù)雜成形表面用的銑刀 。銑削的生產(chǎn)率一般較高 。,第二章 金屬切削原理與刀具,銑刀種類,第二章 金屬切削原理與刀具, 拉刀 拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中，可加工各種內(nèi)、外表面(圖a)。 拉刀按所加工工件表面的不同，可分為內(nèi)拉刀和外拉刀兩類。常

40、用內(nèi)拉刀和外拉刀的結(jié)構(gòu)分別如圖b、圖c所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,圖a 可拉削加工的各種內(nèi)外表面舉例 a)圓孔 b)三角形孔 c)方孔 d)鍵槽 e)花鍵孔 f)內(nèi)齒輪 g)平面 h)榫槽 i)燕尾槽,第二章 金屬切削原理與刀具,圖b 常用內(nèi)拉刀 a)圓孔拉刀 b)花鍵拉刀,圖c 外拉刀,第二章 金屬切削原理與刀具, 螺紋刀具 螺紋可用切削法和滾壓法進(jìn)行加工。螺紋加工可在車床上車削完成（外螺紋），也可用手動(dòng)或在鉆床上用絲錐進(jìn)行加工（內(nèi)螺紋）。圖示是常用切削法加工螺紋所用的螺紋刀具。,第二章 金屬切削原理與刀具,e),切削法工作的螺紋刀具 a)平體螺紋梳刀 b)棱體螺紋梳刀 c)圓體螺紋

41、梳刀 d)板牙 e）絲錐,c),d),第二章 金屬切削原理與刀具, 齒輪刀具 齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具，按刀具的工作原理，齒輪刀具分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀 (圖a)和指形齒輪銑刀等。常用的展成齒輪刀具有插齒刀（圖b）、滾刀（圖c）和剃齒刀（圖d）等。,第二章 金屬切削原理與刀具,圖a 盤形齒輪銑刀,圖b 插齒刀 a)盤形直齒插齒刀 b)碗形直齒插 齒刀 c)錐形直齒插齒刀,第二章 金屬切削原理與刀具,圖c 滾刀,圖d 兩種典型的剃齒刀,第二章 金屬切削原理與刀具,如圖b所示，三種主要類型插齒刀的使用范圍為：盤形直齒插齒刀 ，用于加工普通直齒輪和大

42、直徑內(nèi)齒輪；碗形直齒插齒刀，用于加工塔形齒輪和雙聯(lián)齒輪；錐柄直齒插齒刀，用于加工直齒內(nèi)齒輪。插齒刀也可用于加工斜齒輪、人字齒輪和齒條。,第二章 金屬切削原理與刀具,第二節(jié) 刀具材料 在切削過程中，刀具在強(qiáng)切削力和高溫下工作，同時(shí)與切屑和工件表面都產(chǎn)生劇烈的摩擦，因此工作條件極為惡劣。為使刀具具有良好的切削能力，必須選用合適的材料，刀具材料對(duì)加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和加工成本影響極大。,第二章 金屬切削原理與刀具,一、刀具材料應(yīng)具備的性能 高的硬度：刀具材料的硬度必須高于工件的硬度，以便切入工件，在常溫下，刀具材料的硬度一般應(yīng)該在HRC60以上。 高的耐磨性：即抵抗磨損的能力，一般情況下，刀具材料硬度越

43、高，耐磨性越好。,第二章 金屬切削原理與刀具,高的耐熱性：指刀具在高溫下仍能保持硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性的能力。 足夠的強(qiáng)度和韌性：只有具備足夠的強(qiáng)度和韌性，刀具才能承受切削力和切削時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，以防脆性斷裂和崩刃。 良好的工藝性：為便于刀具本身的制造，刀具材料還應(yīng)具有一定的工藝性能，,第二章 金屬切削原理與刀具,如切削性能、磨削性能、焊接性能及熱處理性能等。 良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能 要求刀具的導(dǎo)熱性要好，不會(huì)因受到大的熱沖擊，產(chǎn)生刀具內(nèi)部裂紋而導(dǎo)致刀具斷裂。,第二章 金屬切削原理與刀具,二、常用的刀具材料 在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、

44、金剛石、立方氮化硼等。 其中，后三種材料屬于新型刀具材料。 碳素工具鋼與合金工具鋼：碳素工具鋼是含碳量最高的優(yōu)質(zhì)鋼（含碳量為0.71.2），如T10A。,第二章 金屬切削原理與刀具,碳素工具鋼淬火后具有較高的硬度，而且價(jià)格低廉。但這種材料的耐熱性較差，淬火時(shí)容易產(chǎn)生變形和裂紋。 合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si 等合金元素形成的刀具材料（如9SiCr）。由于合金元素的加入，與碳素工具鋼相比，其熱處理變形有所減少，耐熱性也有所提高。,第二章 金屬切削原理與刀具,以上兩種刀具材料因其耐熱性都比較差，所以常用于制造手工工具和一些形狀較簡(jiǎn)單的低速刀具，如銼刀，鋸條，鉸刀等。 高

45、速鋼：又稱為鋒鋼或風(fēng)鋼，它是含有較多W、Cr等合金元素的高合金工具鋼。與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，,第二章 金屬切削原理與刀具,高速鋼具有較高的耐熱性，溫度達(dá) 時(shí)，仍能正常切削，其許用切削速度為3050m/min，是碳素工具鋼的56倍，而且它的強(qiáng)度、韌性和工藝性都較好，可廣泛用于制造中速切削及形狀復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、銑刀、拉刀、各種齒輪加工工具。,第二章 金屬切削原理與刀具,硬質(zhì)合金：它是以高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC，TiC）為基體，以金屬Co，Ni等為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成的一種合金。其硬度為HRC7482，能耐8001000 的高溫，因此耐磨、耐熱性好，許用切削速度是高速鋼的

46、6倍，但強(qiáng)度和韌性比高速鋼低，,第二章 金屬切削原理與刀具,工藝性差，因此硬質(zhì)合金常用于制造形狀簡(jiǎn)單的高速切削刀片，經(jīng)焊接或機(jī)械夾固在車刀、刨刀、端銑刀、鉆頭等刀體（刀桿）上使用。 陶瓷：是以氧化鋁（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經(jīng)壓制成型后燒結(jié)而成的刀具材料。,第二章 金屬切削原理與刀具,陶瓷的硬度高，化學(xué)性能高，耐氧化，所以被廣泛用于高速切削加工中。但由于其強(qiáng)度低、韌性差、長期以來主要用于精加工。 陶瓷刀具與于傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 可加工硬度高達(dá)HRC65的高硬度難加工材料；,第二章 金屬切削原理與刀具,可進(jìn)行扒荒粗車及銑、刨等大沖擊間斷切削； 耐用度可提

47、高幾倍至幾十倍； 切削效率提高310倍，可實(shí)現(xiàn)以車、銑代磨。,第二章 金屬切削原理與刀具,立方氮化硼（CBN）：這是一種70年代發(fā)展起來的一種人工合成的新型刀具材料，它是由立方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成的。其硬度很高，可達(dá)HV 80009000，僅次于金剛石，并具有很好的熱穩(wěn)定性，可承受1000度以上的切削溫度。其最大優(yōu)點(diǎn)是在高溫（14001500 ）時(shí) ，也不會(huì)與鐵族金屬起反應(yīng)，,第二章 金屬切削原理與刀具,因此，既能勝任淬硬鋼、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其它難加工材料的高速切削。 金剛石 ：人造金剛石是通過合金觸媒的作用，在高溫高壓下由石磨轉(zhuǎn)

48、化而成，可以達(dá)到很高的硬度，顯微硬度可達(dá)HV10000，,第二章 金屬切削原理與刀具,因此具有很高的耐磨性，其摩擦系數(shù)小，切削刃可以做得非常鋒利。但人造金剛石的熱穩(wěn)定性差，不得超過700800 ，特別是它與鐵元素的化學(xué)親和力很強(qiáng)，因此它不宜用來加工鋼鐵件。人造金剛石主要用作制作模具磨料，用作刀具材料時(shí)，多用與在高速下精細(xì)車削或鏜削有色金屬及非金屬材料。,第二章 金屬切削原理與刀具,尤其用它切削加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及高硬度、高耐磨性的材料時(shí)，具有很大的優(yōu)越性。,第二章 金屬切削原理與刀具,第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象 金屬切削過程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的過程，在這一過程

49、中會(huì)出現(xiàn)許多物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、積屑瘤、刀具磨損和加工硬化等。因此，研究切削過程對(duì)切削加工的發(fā)展和進(jìn)步，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率等，都有著重要意義。,第二章 金屬切削原理與刀具,一、切削過程與切屑種類 1.切屑形成過程 對(duì)塑性金屬進(jìn)行切削時(shí)，切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程，如圖a所示為低速直角自由切削工件側(cè)面時(shí)，用顯微鏡觀察得到的切削層金屬變形的情況，由該圖可繪制出圖中b、c所示的滑移線和流線示意圖。,第二章 金屬切削原理與刀具,(a),（b）,（c）,切屑的形成過程 金屬切削層變形圖像 (b)切削過程晶粒變形情況 (c)切削過程3個(gè)變形區(qū),第二章 金屬切削原理

50、與刀具,當(dāng)工件受到刀具的擠壓以后，如圖b所示，切削層金屬在始滑移面OA以左發(fā)生彈性變形，愈靠近OA面，彈性變形愈大。在OA面上，應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度 ，則發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。隨著刀具的連續(xù)移動(dòng)，原來處于始滑移面上的金屬不斷向刀具靠攏，應(yīng)力和變形也逐漸加大。在始滑移面OE上，應(yīng)力和變形達(dá)到最大值。,第二章 金屬切削原理與刀具,越過OE面，切削層金屬將脫離工件基體，沿著前刀面流出而形成切屑，完成切離階段。經(jīng)過塑性變形的金屬，其晶粒沿大致相同的方向伸長?？梢?，金屬切削過程實(shí)質(zhì)是一種擠壓過程，在這一過程中產(chǎn)生的許多物理現(xiàn)象，都是由切削過程中的變形和摩擦所引起的。,第二章 金屬切削原理與刀具,

51、切削塑性金屬材料時(shí)，刀具與工件接觸的區(qū)域可分為3個(gè)變形區(qū)，如圖c所示。OA與OE之間是切削層的塑性變形區(qū)I，稱為第一變形區(qū)，或稱基本變形區(qū)。基本變形區(qū)的變形量最大，常用它來說明切削過程的變形情況。切屑與前刀面磨擦的區(qū)域II稱為第二變形區(qū)，或稱摩擦變形區(qū)。,第二章 金屬切削原理與刀具,切屑形成后與前刀面之間存在壓力，所以沿前刀面流出時(shí)必然有很大的摩擦，因而使切屑底層又一次產(chǎn)生塑性變形。工件已加工表面與后刀面接觸的區(qū)域III稱為第三變形區(qū)，或稱加工表面變形區(qū)。金屬的被切削層就在此處與工件基體發(fā)生分離，大部分變成切屑，很小一部分留在已加工表面上。,第二章 金屬切削原理與刀具,2.切屑的種類及其控制

52、由于工件材料不同，切削過程中的變形程度也就不同，因而產(chǎn)生的切屑種類也就多種多樣，主要有：帶狀切屑 、擠裂切屑 、單元切屑 、崩碎切屑 。,切屑類型 a)帶狀切屑 b)擠裂切屑 c)單元切屑 d)崩碎切屑,第二章 金屬切削原理與刀具,所謂切屑控制（又稱切屑處理，工廠中一般簡(jiǎn)稱為“斷屑”），是指在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?、流出與折斷，使形成“可接受”的良好屑形。從切屑控制的角度出發(fā)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制訂了切屑分類標(biāo)準(zhǔn)。 衡量切屑可控性的主要標(biāo)準(zhǔn)是：不妨礙正常的加工，即不纏繞在工件、刀具上，,第二章 金屬切削原理與刀具,不飛濺到機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件中；不影響操作者的安全；易于清理、存

53、放和搬運(yùn)。 在實(shí)際加工中，應(yīng)用最廣的是使用可轉(zhuǎn)位刀具，并且在前刀面上磨制出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器。 切屑控制的目的：環(huán)保、操作安全、機(jī)床零部件的安全（如高速直線導(dǎo)軌的防護(hù)） 。,第二章 金屬切削原理與刀具,3.積屑瘤現(xiàn)象 在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時(shí)，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時(shí)呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，能夠代替刀刃進(jìn)行切削。,第二章 金屬切削原理與刀具,這塊冷焊在前刀面上的金屬稱為積屑瘤或刀瘤。如圖所示。,積屑瘤現(xiàn)象,第二章 金屬切削原理與刀具,積屑瘤的產(chǎn)生會(huì)引起刀具實(shí)際角度的變化，如可增大前角

54、，有時(shí)可延長刀具壽命等，但是積屑瘤是不穩(wěn)定的，增大到一定程度后會(huì)碎裂，這樣容易嵌入在已加工表面內(nèi)，增大了粗糙度。積屑瘤在加工過程中是不可控的，只能通過改變切削條件防止其產(chǎn)生。,第二章 金屬切削原理與刀具,第四節(jié) 切削力與切削功率 一、切削力的來源、切削合力及其分解、切削功率 金屬切削時(shí)，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。由前面對(duì)切削變形的分析知，切削力來源于三個(gè)方面：,第二章 金屬切削原理與刀具, 克服被加工材料彈性變形的抗力； 克服被加工材料塑性變形的抗力； 克服切屑與前刀面的摩擦力和刀具后刀面與過渡表面和已加工表面之間的摩擦力。,第二章 金屬切削原理與刀具,

55、切削合力和分力,第二章 金屬切削原理與刀具,式中，F(xiàn)z主切削力或切向力。它的方向與過渡表面相切并與基面垂直。Fz是計(jì)算車刀強(qiáng)度、設(shè)計(jì)機(jī)床主軸系統(tǒng)、確定機(jī)床功率所必需的。,第二章 金屬切削原理與刀具,Fx進(jìn)給力、軸向力。它是處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反的力。Fx是設(shè)計(jì)走刀機(jī)構(gòu)，計(jì)算車刀進(jìn)給功率所必需的。 Fy切深抗力、徑向力 、吃刀力。它是處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力。Fy是計(jì)算工件撓度、機(jī)床零件和車刀強(qiáng)度的依據(jù)。,第二章 金屬切削原理與刀具,工件在切削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)往往與Fy有關(guān)。 消耗在切削過程中的功率稱為切削功率 。,第二章 金屬切削原理與刀具,二、切削力的測(cè)量,車削力計(jì)算

56、機(jī)輔助測(cè)量系統(tǒng)框圖,第二章 金屬切削原理與刀具,三、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式（車削、銑削）,正常切削 工藝下：,第二章 金屬切削原理與刀具,第五節(jié) 切削熱和切削溫度 一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo) 切削熱是切削過程中的重要物理現(xiàn)象之一。被切削的金屬在刀具的作用下，發(fā)生彈性和塑性變形而耗功，這是切削熱的一個(gè)重要來源。此外，切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦也要耗功，也產(chǎn)生出大量的熱量。,第二章 金屬切削原理與刀具,因此，切削時(shí)共有三個(gè)發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與過渡表面接觸區(qū)，如圖所示，三個(gè)發(fā)熱區(qū)與三個(gè)變形區(qū)相對(duì)應(yīng)，所以，切削熱的來源就是切屑變形功和前、后刀面的摩擦功。,切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)

57、,第二章 金屬切削原理與刀具,對(duì)于磨損量較小的刀具，其切削功率： 由上式可知，切削用量中， 增加一倍時(shí)，相應(yīng)的成比例地增大一倍，因而切削熱也增大一倍；切削速度 的影響次之，進(jìn)給量 的影響最??；其它因素對(duì)切削熱的影響和它們對(duì)切削力的影響完全相同。,第二章 金屬切削原理與刀具,切削區(qū)域的熱量被切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出。 二、切削溫度的測(cè)量 盡管切削熱是切削溫度升高的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度。切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。,第二章 金屬切削原理與刀具,前刀面的平均溫度可近似地認(rèn)為是剪切面的平均溫度和前刀面與切屑接觸面摩擦溫度之和。 切削溫度的測(cè)量方法很多，大致可分

58、為熱電偶法、輻射溫度計(jì)法以及其它測(cè)量方法。目前應(yīng)用較廣的是自然熱電偶法和人工熱電偶法、紅外熱像儀。,第二章 金屬切削原理與刀具,三、影響切削溫度的主要因素 切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、刀具磨損和切削液的影響，以下對(duì)這幾個(gè)主要因素加以分析。 1.切削用量的影響,第二章 金屬切削原理與刀具,式中， 為實(shí)驗(yàn)得出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度， 。 可見：在切削用量三要素中， 的指數(shù)最大， 次之， 最小。 2.工件材料的影響 工件材料對(duì)切削溫度的影響與材料的強(qiáng)度、硬度及導(dǎo)熱性有關(guān)。,第二章 金屬切削原理與刀具,材料的強(qiáng)度、硬度愈高，切削時(shí)消耗的功愈多，切削溫度也就愈高。材料的導(dǎo)熱性好，可

59、以使切削溫度降低。例如，合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度普遍高于45鋼，而導(dǎo)熱系數(shù)又多低于45鋼，故切削溫度一般均高于切削45鋼的切削溫度。鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)只有碳素鋼的1/3-1/4 ，故切削溫度較高，刀具易磨損（粘刀）。,第二章 金屬切削原理與刀具,3.刀具角度的影響 前角和主偏角對(duì)切削溫度影響較大。前角加大，變形和摩擦減小，因而切削熱少。但前角不能過大，否則刀頭部分散熱體積減小，不利于切削溫度的降低。主偏角減小將使刀刃工作長度增加，散熱條件改善，因而使切削溫度降低。,第二章 金屬切削原理與刀具,4.刀具磨損的影響 在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對(duì)切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。 5.切削液的影響 切削液對(duì)切削溫度的影響，與切削