1、Fundamental of Mechanical Machining Technology,機械加工工藝基礎,冷加工課程內(nèi)容,第一章 金屬切削基礎 第二章 金屬加工機床基本知識 第三章 常用切削加工方法的工藝特點及應用 第四章 特種加工與精密加工技術 第五章 典型表面加工方案的選擇 第六章 機械零件的結構工藝性 第七章 機械加工工藝過程,緒 論,機械加工 machining 借助機械裝置將原材料或毛坯改變成零件的過程。 一個古老的概念 通常指常規(guī)切削加工或稱冷加工（machining）,非常規(guī)加工 nontraditional machining,2. 加工 processing 泛指對材料

2、的處理過程,冷加工金切加工 熱加工材料液態(tài) 成形或塑性成形,緒 論,3. 加工（ processing）方法分類：,去除加工 增材加工 變形加工,切削加工 腐蝕加工,機械切削加工： 鉗工加工, 焊、鍍、沉積、生長 , 鑄、鍛、壓、彎、擠、軋、 旋 壓、拉深、脹型 ,緒 論,4.切削加工的特點和地位（ cutting machining）：,加工精度高 目前的最高精度是切出來的 工藝范圍很寬 IT12IT3, Ra25Ra0.01 生產(chǎn)率高 加工成本較低 污染較小 要求刀具材料優(yōu)于工件材料（硬度、強度等） 得到了最廣泛的應用 占目前機械制造總量的4060,第一章 金屬切削基礎知識,第一節(jié) 切削運

3、動及切削要素,切削運動,1.1 基本成形表面,圓柱面 直母線旋轉 平面 直母線沿直線 曲面 曲母線沿直線或圓,切削三要素 包括：切削速度 進給量 背吃刀量,2. 切削用量,第一節(jié) 切削運動及切削要素,2.1 切削速度,定義： 切削刃上選定點相對于工件主運動的瞬時速度。 以 vc 表示，單位 m/s 或 m/min 計算公式： （1）主運動為旋轉運動時， vc 為最大線速度 d 工件或刀具的直徑，mm n 工件或刀具的轉速，r/s 或 r/min,第一節(jié) 切削運動及切削要素,（2）主運動為直線運動時， vc為平均速度 L 往復行程長度，mm n 主運動的往復速度，st/s或st/min,2.2

4、進給量,刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。 車削： 每轉進給量 用 f 表示，單位 mm/r 刨削： 每行程進給量 用 f 表示，單位 mm/st 銑削： 每齒進給量 用 fz 表示，單位mm/z,進給速度，即瞬時速度 用 vf 表示，單位mm/s 或 mm/min z 刀具齒數(shù),2.3 背吃刀量 back engagement of the cutting edge,在通過切削刃上選定點并垂直于該點主運動方向的切削層尺寸平面中，垂直于進給運動方向測量的切削層尺寸。 即切削深度，用 ap表示，單位mm,包括： 切削層公稱橫截面積 AD 切削層公稱寬度 bD 切削層公稱厚度 hD,3.切削層

5、參數(shù) parameters cutting layer,hD,切削層公稱橫截面積 AD= bD hD AD不包括殘留面積，但車削的殘留面積很小時,AD 用于計算切削力,FC= kc AD,AD =f ap,刀具材料 指刀頭的材料,1.1 基本要求,高硬度 以硬克軟 高強度、高韌性 高承載、抗沖擊 耐磨性 耐熱性（紅硬性、熱硬性） 制造工藝性 便于制造及熱處理,第二節(jié) 刀具材料及刀具構造,第一章,碳素工具鋼、合金工具鋼（如鉗工工具等） 高速鋼（W18Cr4V）（形狀復雜的刀具，如銑刀、齒輪刀具等） 硬質(zhì)合金（YG類（鎢鈷）、YT類（鎢鈷鈦） 新型材料 （陶瓷材料、金剛石、立方氮化硼 CBN）,1

6、.2 常用刀具材料,第一章 第二節(jié),第二節(jié) 刀具材料及刀具構造基,二 刀具角度 切削刀具的結構要素和幾何角度具有共性， 車刀具備代表性。,1 車刀切削部分的組成,刀頭（切削部分）,刀柄（裝夾部分）,三面 兩刃 一尖,2 車刀切削部分的主要角度 （1）刀具靜止參考坐標系,靜止參考系 刀具設計時表明刀具角度形狀 正交平面參考系（Pr、Ps、Po） 法平面參考系（Pr、Ps、Pn） 假定工作平面參考系（Pf、Pp、Pr）,基面Pr 通過切削刃上某一選定點，垂直于切削速度的平面 切削平面Ps 過切削刃選定點，與切削刃相切并垂直于基面 正交平面Po 通過切削刃上某一選定點，并同時垂直于基面和 切削平面的

7、平面。 參考工作面Pf 過切削刃選定點，垂直于基面并平行于假定進給運動方向的平面。,正交平面參考系（Pr、Ps、Po）,Ps、 Pr、 P0 互相垂直，構成正交平面參考系,（2）車刀主要角度 主偏角、副偏角（基面中）,（3）車刀角度對切削的影響 主偏角、副偏角對切削層的影響,f、ap一定，主偏角愈小，bD 愈大 hD愈小,（3）車刀角度對切削的影響 主偏角、副偏角對參與面積和切削力的影響,（2）車刀主要角度 前角、后角（主正交平面中）,（3）車刀角度對切削的影響 前角、后角的影響,大，切削刃鋒利，切削輕快，但受力不好 小，切削刃變鈍，刀尖強固，切削力變大,后角影響主后刀面與工件的摩擦 和前角一

8、起影響刀頭強度和鋒利程度,（2）車刀主要角度 刃傾角（主切削平面中）,（3）車刀角度對切削的影響 刃傾角對排屑方向的影響,（4）車刀實際工作角度 工作坐標系與靜止坐標系的區(qū)別： f0，Ve代替Vc 刀具安裝位置不準確 切削速度發(fā)生變化，使得各平面方向發(fā)生變化,（4）車刀實際工作角度,刀具角度總結,結構形式,2、焊接式,3、機夾式,1、整體式 例如鉆頭、絲錐,3. 刀具結構,第一章 第二節(jié),機夾銑刀,第一章 第二節(jié),1. 切屑,1. 形成過程 對金屬材料擠壓，變形，斷裂形成切屑 前角小，材料變形大，切削力大，切削溫度大,第三節(jié) 金屬切削過程,第一章 第三節(jié),2. 切屑的種類,1) 帶狀切屑 象一

9、條皮帶一樣，見圖 a),2) 節(jié)狀切屑 （見圖b）,3) 崩碎切屑（見圖c）,切屑為一節(jié)一節(jié)的，長度較帶狀短。,加工鑄鐵、青銅等脆性材料,條件：材料的中等，HRC中等 Vc f o 特點：切削力不夠平穩(wěn)，易引起輕度振動（F切 削力波動大）Ra較大。,條件：加工脆性材料 HRC 特點：切削力波動大易振動Ra；（切削熱集中在刀刃附近散熱困難，刀具壽命下降；切屑可沿不同方向飛出，易傷人?？梢酝ㄟ^改變主刃的形狀來改變切削的飛出方向，避免傷人）,2.積屑瘤（刀瘤） built-up edge,1.形成 在一定速度范圍內(nèi)，切削塑性金屬材料時，在切削刃上粘附的小塊工件材料，稱為積屑瘤。 硬度高，尺寸及位置不

10、穩(wěn)定。,中等切速: vc = 1050m/min,第一章 第三節(jié),2.對加工的影響 對切削刃有保護作用。 增大工作前角，使切削輕快。 周期性形成和脫落，使切削過程不穩(wěn)定，影響尺寸精度；還會粘在已加工表面上，影響表面質(zhì)量。 對粗加工有利 對精加工不利,第一章 第三節(jié),3.如何避免積屑瘤 （1）工件正火或調(diào)質(zhì)處理，以提高其強度，硬度。 （2）避開中速切削 低速時溫度低，摩擦小，如拉削、鉸削、精刨 vc 100/min,第一章 第三節(jié),3. 切削力,切削力的分解 主切削力Fc 進給力Ff 背向力Fp,第一章 第三節(jié),刀具切削時 必須克服的力：,主切削力Fc：試驗表明 Fc （0.85-0.90）F

11、他是選擇機床動力，計算車刀強度，設計主軸系統(tǒng)的主要依據(jù)。,(2) 進給力Ff：走刀抗力，實驗測定Ff（0.1-0.6）Fc（主要受Kr的 影響）且Kr, Ff；他是設計機床進給機構的依據(jù)。,(3) 背向力Fp：吃刀抗力，實驗測定 FP （0.1-0.7）Fc 該力易頂彎工件，易振動，使加工表面粗糙Ra增大，Kr, FP。 加工細長軸時，Kr75-90 其目的是使FP（工件變形）。,這三個切削分力與總切削力有如下關系：,第一章 第三節(jié),2.切削力和功率的估算,切削力經(jīng)驗公式,2.切削力和功率的估算 設計時要選電機，算功率，要估算切削力 Fc = kcAD kcapf (N ) kc 是切削層單位

12、面積切削力(N/mm 2) 切削功率 Pm= Fcvc10-3 (kW ) vc是切削速度 (m/s) 電機功率 PE = Pm / 傳動效率,第一章 第三節(jié),第一章 第三節(jié),3.切削熱,熱源 切削功大都變成熱能，形成切削熱。 （1）切屑變形，主要來源。 （2）切屑與前刀面摩擦。 （3）工件與后刀面摩擦。,第一章 第三節(jié),熱傳導 （高速鋼刀具） 切屑傳出 5086 工件 4010 刀具 9 3 輻射 1,第一章 第三節(jié),對切削溫度的影響因素 （1）切削用量 切削速度影響最大，其次為進給量，背吃刀量 （2）工件材料 強度、硬度越高，消耗功率越大，產(chǎn)生切削熱多，切削溫度高。（切鋼比鑄鐵發(fā)熱多）,（

13、3）刀具 主偏角小，作用切削刃長，散熱好 前角大，材料變形小，切削熱少 材料導熱性好，散熱也好,第一章 第三節(jié),4. 刀具磨損,磨損形式 前刀面磨損 后刀面磨損主要磨損形式 同時磨損。,第一章 第三節(jié),磨損階段 三階段： 初期磨損階段 OA 正常磨損階段 AB 急劇磨損階段 BC,第一章 第三節(jié),刀具磨損的影響因素 （1）切削用量大，則刀具磨損大 其中切削速度影響最大 （2）刀具材料和角度 （3）使用切削液可降低刀具磨損,第一章 第三節(jié),刀具耐用度 （1）定義： 刃磨后的刀具，自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準，所經(jīng)歷的實際切削時間，稱為刀具耐用度。用 T 表示。 （2）磨鈍標準 用后刀面的磨損

14、程度作為標準。 實際上按刀具切削時間來判斷。 粗加工，切削時間min； 精加工，走刀次數(shù)或零件個數(shù)。,第一章 第三節(jié),第四節(jié) 切削加工的技術經(jīng)濟分析,一、技術經(jīng)濟指標 二、影響因素,第一章 第四節(jié),一、主要技術經(jīng)濟指標,1、產(chǎn)品質(zhì)量 （1）加工精度： 尺寸精度、形狀精度、位置精度 經(jīng)濟精度：在正常情況下所能達到的精度 （2）表面質(zhì)量： 表面粗糙度、加工硬化和剩余應力 加工硬化：擠壓、摩擦使表面硬度提高,2、加工時間和成本 （1）加工時間 tw ：（一個零件） tw tm+tc+to tm ：基本工藝時間，也稱機動時間。 tc ：輔助時間，即調(diào)整、裝卸、空程時間。 to ：其他時間，清掃、休息時

15、間。 （2）加工成本Cw ：（不包括材料成本） Cw = tw M + (tm/T )Ct M ：單位時間全廠開支，包括工資、設備折舊等。 T ：刀具耐用度。 Ct ：刀具刃磨一次的費用。,提高生產(chǎn)率的途徑：,減少: 零件加工的基本工藝 時間tm 輔助時間tc 其他時間t0 。,（1）采用先進的毛坯制造方法，減少余量； （2）選擇盡量大的切削用量 （粗加工：f ap；精加工Vc）； （3）采用先進的自動化程度高的工夾量具； （4）采用先進的自動化加工機床（如數(shù)控機床，加工中心）； （5）采用提高刀具耐用度的措施減少刃磨，換刀等時間。,由上式可知，基本工藝時間越短，生產(chǎn)率越高。,二、影響因素,1

16、、切削用量 切削用量的選擇原則（次序）： 背吃刀量、進給量、切削速度 粗加工時，考慮加工效率，一般取較大的背吃刀量和進給量，而切削速度不高 精加工時，考慮加工質(zhì)量，常選取較小的背吃刀量和進給量，較高的切削速度,2、切削液 作用：冷卻、潤滑 分類： 水基：主要是冷卻作用，如乳化液。 油基：主要是潤滑作用，如切削油。 使用方法： 加工性質(zhì) 工件材料 刀具材料,加工性質(zhì) 粗加工時，主要考慮冷卻 精加工時，主要考慮潤滑 工件材料 一般鋼材-乳化液、硫化切削油 銅合金、有色金屬-不含硫化油 鑄鐵、黃銅、青銅-不用切削液 刀具材料 高速鋼刀具，用切削液 硬質(zhì)合金刀具，連續(xù)使用或不用切 削液 切削液使用：澆

17、注法-切削區(qū),3、工件材料的影響 切削加工性：指材料被切削加工的難易程度。 加工性指標：vt， Kr 常用熱處理改善切削加工性能 如： 高碳鋼退火 低碳鋼正火 冷拔,概念： 工件材料的切削性能工件材料被加工的難易程度。 衡量指標： 加工性指標：vt， Kr 粗加工：生產(chǎn)率的高低，刀具壽命的長短； 生產(chǎn)率高，刀具壽命長，材料的切削加工性好。 精加工：精度和表面粗糙度容易保證，則材料切削加工性好。,3 工件材料的切削性能,b、HRC：b HRC Fc 刀具耐用度下降。 ： 切屑變形大，切屑與刀具摩擦嚴重，刀具耐磨性，斷屑困難，表面質(zhì)量差，綜合可切削性差。 導熱性：導熱性好， 刀具耐磨性 可切削性好。,影響材料可切削性的因素；,常用材料的可切削性 鑄鐵：（QT KT HT）b HRC不高，石墨潤滑