1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),本章內(nèi)容,本章學(xué)習(xí)目的和要求： 1、掌握切削加工的運動和切削要素 2、了解常用刀具材料 3、掌握刀具幾何角度 4、了解切削過程的切削熱、變形、刀具的耐用度,重點內(nèi)容： 1、掌握切削加工的運動和切削三要素 2、掌握刀具幾何角度 本章難點：車刀幾何角度,機(jī)械制造中的加工方法：,0：材料去除加工,0：材料成形加工：如鑄造、鍛造、擠壓、粉 末冶金等,0：材料累積：利用微體積材料逐漸疊加的方式使零件成形。傳統(tǒng)方法有焊接、粘接或鉚接等，近幾年發(fā)展起來的快速原型制造技術(shù),切削加工：指利用切削刀 具從工件上切除多余材料 特種加工：指利用機(jī)械能以外的其他能量直接去除材料，如電火花加工、電解加工

2、等,第1章 金屬切削加工的基礎(chǔ)知識,切削加工,鉗工 （ 用手持工具） 如劃線、鏨削、鋸削、銼削、刮研、鉆孔和鉸孔、攻絲、套扣等,切削加工,機(jī)械加工 （用機(jī)床） 如車、銑、刨、鉆、磨及齒輪加工等,切削加工用切削刀具從毛坯上切除多余的材料，獲得幾何形狀、尺寸和表面粗糙度等方面符合圖紙要求的零件的加工過程。,1.1 切削運動和切削要素,1.1.1 零件的種類及其表面的形成 零件主要有以下四種表面組成： （1）圓柱面： （2）圓錐面： （3）平面： （4）成形面：,加工方法,上述表面，可以用以下相應(yīng)加工方法獲得：,（a）車外圓面,（b）磨外圓面,（c）鉆孔,（d）車床上鏜孔,（e）刨平面,（f）銑平面

3、,（g）車成形面,（h）銑成形面,圖1.2 零件表面的成形,工件表面的成形方法,1. 雖然母線和導(dǎo)線相同，但若兩者間起始位置不同，形成的表面也不同，如圖1.2中的b及c。 2 . 有些表面，其母線和導(dǎo)線可以互換，如圖1.2中a、d和f等，稱為可逆表面；另一些表面則不能互換，如圖中b和e，稱為不可逆表面。 切削加工中發(fā)生線是由刀具的切削刃和軌跡的相對運動得到的，不同的加工運動、不同的切削刃形狀，形成發(fā)生線的方式不同，獲得的零件表面就不同。形成零件表面的方法可以歸納為以下4種： （1）軌跡法 利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運動對工件進(jìn)行加工的方法。切削刃與被加工表面為點接觸，發(fā)生線為接觸點的軌跡線。圖1

4、.3中母線2，工件作回轉(zhuǎn)運動形成導(dǎo)線，最終獲得回轉(zhuǎn)曲面。采用軌跡法形成發(fā)生線需要一個成形運動。,需要指出：,圖1.3 形成零件表面的4種方法,（2）成形法 利用成形刀具對工件進(jìn)行加工的方法。如圖1.3b所示，切削刃1的形狀和長度與所需形成的發(fā)生線（母線2）完全吻合，工件作回轉(zhuǎn)運動形成導(dǎo)線，最終也獲得回轉(zhuǎn)曲面。 （3）相切法 利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運動對工件進(jìn)行加工的方法。如圖1.3c所示，刀刃1作回轉(zhuǎn)運動，同時刀具軸線沿著發(fā)生線的等距線作軌跡運動，切削點運動軌跡的包絡(luò)線就是所需的發(fā)生線。為了用相切法得到發(fā)生線，需要二個成形運動，即刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具中心按一定規(guī)律運動。 （4）展成法 利用刀具

5、和工件作展成切削運動進(jìn)行加工的方法。如圖1.3d所示，加工時，刀具1與工件按確定的運動關(guān)系作相對運動，切削刃與被加工表面相切，切削刃各瞬時位置的包絡(luò)線，就是所需的發(fā)生線。用展成法形成發(fā)生線需要一個成形運動（即刀具運動A與工件運動B組合而成的展成運動3）。,1.1.2 機(jī)床的切削運動,主運動 是切下切屑所需要的最基本的運動，對切削起主要作用，消耗機(jī)床的功率95%以上。機(jī)床主運動只有1個。 主運動,切削運動,進(jìn)給運動 使工件不斷投入切削，從而加工出完整表面所需的運動。消耗機(jī)床的功率5%以下。機(jī)床的進(jìn)給運動可以有一個或幾個。 進(jìn)給運動,切削運動用刀具切除工件材料，刀具和工件之間必須要有一定的相對運動

6、，該相對運動由主運動和進(jìn)給運動組成。,1.1.3 工件上的幾個表面,小結(jié)：,1. 在切削過程中，切削刃相對于工件運動軌跡面，就是工件上的過渡表面和已加工表面。 這里有兩個要素，一是切削刃，二是切削運動。 2. 不同形狀的切削刃與不同的切削運動組合，即可形成各種工件表面。,各種切削運動和已加工表面,1切削速度 （ms或mmin） 切削刃相對于工件的主運動速度稱為切削速度。即在單位時間內(nèi)，工件和刀具沿主運動方向的相對位移。,1.1.4 切削用量,切削用量是指切削速度 、進(jìn)給量f（或進(jìn)給速度）和切削深度 。三者又稱為切削用量三要素。,當(dāng)主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，切削速度為：,式中： dW待加工表面直徑（m

7、m） n工件或刀具的轉(zhuǎn)速(r/min),當(dāng)主運動為往復(fù)直線運動（如刨削）時，切削速度為：,(m/s),(m/s),式中： nr 主運動每分鐘往復(fù)次數(shù)（次/min）； L 往復(fù)直線運動行程長度（mm）。,工件或刀具轉(zhuǎn)一周（或每往復(fù)一次），兩者在進(jìn)給運動方向上的相對位移量稱為進(jìn)給量，其單位是mmr（或mm雙行程）。,2進(jìn)給量f,進(jìn)給速度 指單位時間的進(jìn)給量。 進(jìn)給量與進(jìn)給速度 之間的關(guān)系為：,(mm/s),切削用量,3切削深度 （mm）,式中: 待加工表面直徑（mm） 已加工表面直徑（mm）,切削深度指待加工表面與已加工表面之間的垂直 距離。如車外圓時，,切削用量三要素與材料切除率,vc、f、ap

8、外圓車削的切削用量三要素。 切削用量三要素影響切削效率的高低，三要素的乘積，為材料切除率。 材料切除率用Qz （mm3/min）表示： Qz=1000vc f ap (17),由切削刃正在切削的這一層金屬叫作切削層。切削層的截面尺寸稱為切削層參數(shù)。它決定了刀具切削部分所承受的負(fù)荷和切屑尺寸的大小，通常在垂直于切削速度的平面內(nèi)度量。,1.1.5 切削層的幾何參數(shù),切削層參數(shù),切削層參數(shù):,切削層:,在切削過程中，由刀具在切削部分的一個單一動作所切除的工件材料層。,在基面中測量的切削層長度、寬度和面積。,1.2 金屬切削刀具,刀具切削部分的刀具材料是決定刀具切削性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。,材料、結(jié)構(gòu)

9、和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評估的三要素。,1.對刀具材料有如下要求： (1)高的硬度和耐磨性。 (2)足夠的強(qiáng)度和韌性。 (3)高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性。 (4)良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。 下圖示為各類刀具材料的使用范圍。,1.2.1刀具材料,常用的刀具材料有: 工具鋼； 硬質(zhì)合金； 陶瓷和超硬刀具材料。 機(jī)械加工使用最多的是高速鋼和硬質(zhì)合金，推廣使用陶瓷和超硬刀具材料。,2.常用刀具材料, 陶瓷刀具材料,陶瓷材料比硬質(zhì)合金具有更高的硬度和耐熱性，在1200的溫度下仍能切削，耐磨性和化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小，能以更高的速度切削，并可切削難加工的高硬度材料。,主要缺點是性脆、抗沖擊韌性差，抗彎強(qiáng)度低。,新型刀具材料, 超硬刀具材料,天然金剛石是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01m，刀具壽命可達(dá)數(shù)百小時。因價格昂貴，主要用于高速、精密加工。 聚晶金剛石（PCD）由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料。 金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。 聚晶立方氮化硼（PCBN）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度很高，耐熱性達(dá)1200，化學(xué)惰性很好，在1000的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、