1、1,機(jī)械加工工藝,主講教師：周世權(quán),2,第1章材料切削加工基礎(chǔ)Material Removed Fundamental,1.1金屬切削加工概述1.1.1金屬切削加工的特點(diǎn)及應(yīng)用金屬切削加工-是利用切削刀具與工件的相對運(yùn)動，從工件（毛坯）上切去多余的金屬層，從而獲得符合一定質(zhì)量要求的零件的加工過程?；炯庸し椒?車、銑、刨、磨、鉆等，另外還有電火花、超聲波、激光、等離子等特種加工方法。一般所講的切削加工多指的是基本的機(jī)械加工。切削加工的地位-切削加工在機(jī)器制造中所擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器制造總工作量的40% 60%。切削加工的技術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。,3,1.1.2零件

2、的加工精度和表面粗糙度,1加工精度 加工精度是指工件加工后，尺寸、形狀和位置等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值同它們絕對準(zhǔn)確的理論數(shù)值之間相符合的程度。相符合的程度越高，也就是說加工誤差越小，加工精度越高。加工精度主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度。 （1）尺寸精度 尺寸精度-指加工后的零件的尺寸與理想尺寸相符合的程度。尺寸精度包含兩個方面：一是表面本身的尺寸精度，如園柱面的直徑；另一是表面間的尺寸精度，如孔間距。,4,尺寸公差-尺寸允許變動的最大范圍即為尺寸公差。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1800.21998規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)公差分為20級，分別用IT01、IT0、IT1、IT2、IT18表示。其中IT表示公差，數(shù)字表示等級

3、。IT01的公差值最小，精度最高。一般IT01IT13用于配合尺寸，其余的用于非配合尺寸。 （2）形狀精度 零件上的各形狀要素與理想形狀要素的符合程度。當(dāng)零件的尺寸精度滿足要求時，并不意味著其形狀也符合要求。如加工一個 的軸，其實(shí)際尺寸為24.95，符合精度要求。但軸的某一截面的實(shí)際形狀不是理想的圓形，故其形狀不一定滿足要求。關(guān)于形狀誤差方面，其表達(dá)符號及相應(yīng)的含義詳見表4-3,5,6,（3）位置精度 位置精度是指零件上的表面、軸線等的實(shí)際位置與理想位置相符合的程度。零件加工時應(yīng)允許有一定的誤差，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1182-1996、GB/T4249-1996、GB/T16671-1996規(guī)定了

4、3類共8種標(biāo)準(zhǔn)位置公差，其表達(dá)符號及相應(yīng)的含義詳見表4-4。,7,8,2表面粗糙度 無論用何種方法加工，在零件表面總會留下微細(xì)的凹凸不平的刀痕，出現(xiàn)交錯起伏的現(xiàn)象。粗加工后的表面用肉眼就能看到，精加工后的表面用放大鏡或顯微鏡仍能觀察到。表面上微小峰谷間的高低程度稱為表面粗糙度，也稱微觀不平度。 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/1031-1995規(guī)定了表面粗糙度的評定參數(shù)和評定參數(shù)允許數(shù)值系列。常用參數(shù)是輪廓算術(shù)平均偏差Ra和微觀不平度十點(diǎn)高度Rz，其含義分別見圖4-1、圖4-2。,9,10,表1-5 表面粗糙度選用舉例,11,續(xù)表1-5表面粗糙度選用舉例,12,1切削要素 切削用量三要素-指切削速度vc、進(jìn)給量

5、f、背吃刀量ap， 切削速度vc切削刃上選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動的瞬時速度，單位為m/s。 若主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，切削速度一般為其最大線速度。計算公式為： （m/s） 式中：D工件待加工表面的直徑或刀具的最大直徑（） n主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速（r/s）,1.1.3 切削用量及選用,13,若主運(yùn)動為往復(fù)直線運(yùn)動，則以其平均速度為切削速度，其計算公式為： （m/s） 式中：l往復(fù)運(yùn)動行程長度（） nr主運(yùn)動每秒往返次數(shù)（str/s）,進(jìn)給量f工件或刀具運(yùn)動的一個循環(huán)（或單位時間）內(nèi)，刀具在進(jìn)給方向上相對工件的位移量?？捎玫毒呋蚬ぜ哭D(zhuǎn)或每行程的位移量來表述和度量 車削時，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿工件軸線方向移動的距

6、離即為進(jìn)給量，單位為/r，稱為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 刨削時，刀具每往復(fù)一次，工件移動的距離即為進(jìn)給量，單位為/str，稱為每行程進(jìn)給量。 銑平面時，銑刀每轉(zhuǎn)一齒或一分鐘，工件沿進(jìn)給方向移動的距離，分別稱為每齒進(jìn)給量（/z）、每分鐘進(jìn)給量（/min）。,14,背吃刀量ap待加工表面、已加工表面、加工表面。待加工表面與已加工表面之間的垂直距離，即為背吃刀量，單位為。 ap值的大小直接影響主切削刃的工作長度，反映了切削負(fù)荷的大小。,15,切削用量的選擇原則 粗加工階段：以提高生產(chǎn)率為主，因此應(yīng)盡可能多地切除加工余量，在選擇合理的刀具耐用度后，把背吃刀量選得大些，其次選擇較大的進(jìn)給量，最后確定合適的切削速度；

7、對于有硬皮的鑄件、鍛件的第一刀加工，其背吃刀量應(yīng)大于硬皮厚度； 精加工階段：為保證工件獲得需要的尺寸精度和表面粗糙度，應(yīng)選擇較小的進(jìn)給量和背吃刀量，較高的切削速度。只有在受到刀具等工藝條件限制不能使用較高切削速度時，才考慮選用較低的切削速度。,16,背吃刀量的選擇：不論是粗加工還是精加工，最佳方法是一次走刀就能完成切削加工。但當(dāng)切削余量較大時，切削力較大，這時就會由于機(jī)床功率、剛度、刀具強(qiáng)度等方面的不足而無法一次完成。因此，生產(chǎn)中往往需要多次走刀，第一次走刀的背吃刀量，應(yīng)在機(jī)床工藝系統(tǒng)的承受能力范圍內(nèi)盡可能取大值，其后的背吃刀量相對的可取小些。,17,進(jìn)給量的選擇：當(dāng)選定背吃刀量后，切削力的大

8、小主要受進(jìn)給量的影響。因此，粗加工時，由于對加工表面質(zhì)量的要求不高，可在工藝系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)盡可能取大值。精加工時，為減小切削力，同時保證較高的表面質(zhì)量，宜選擇較小數(shù)值。 切削速度的選擇：在選定了背吃刀量及進(jìn)給量后， 可根據(jù)合理的刀具耐用度，用計算法或查表法選擇切削速度。粗加工時，若所選的切削速度較大，使得切削功率超過機(jī)床承受能力，這時應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。,18,1.1.4切削刀具,1常用刀具切削部分材料 目前機(jī)械加工中常用的刀具切削部分的材料主要有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷材料等。 碳素工具鋼 是一種含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼(含碳量一般為0.7%1.3%)。其優(yōu)點(diǎn)是淬火后硬度

9、較高，可達(dá)6066HRC，刃磨容易，價格低廉，但不能耐高溫，在200250時即開始失去原來的硬度，所以切削速度不能太高。常用的牌號主要有T10A、T12A等，多用于制造鋸條、銼刀等手工工具。,19,合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入一定的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時還可減小熱處理時的變形，淬火后具有較高的硬度（6066HRC）。其含碳量一般為0.85%1.5%，能耐350400的高溫，常用的牌號為9SiCr、CrWMn等。由于具有刃磨容易、熱處理性能好、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，常用于制造絲錐、板牙、鉸刀等形狀復(fù)雜、切削速度較低（v0.15m/s）的

10、刀具。,20,高速鋼 又稱鋒鋼、白鋼，含有較多的鎢、鉻、鉬、釩等合金元素。常用牌號為W18Cr4v和W6Mo5Cr4V2，能耐550600的高溫。與前面的工具鋼相比，高速鋼的耐磨性、耐熱性有顯著的提高。與后面的硬質(zhì)合金相比，具有較高的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性，工藝性能、熱處理性能也較好，容易刃磨鋒利。因此，常用于制造鉆頭、銑刀、拉刀和齒輪刀具等形狀復(fù)雜的刀具。由于耐熱性不高，多用于切削速度不高的場合（v0.5m/s），是目前使用最廣的刀具材料之一。,21,硬質(zhì)合金 由耐磨性和耐熱性都很高的碳化物（WC、TiC等）粉末，用Co、Mo、Ti等做粘結(jié)劑燒結(jié)而成。硬度可達(dá)7482HRC，耐溫高達(dá)85010

11、00，故可用于高速切削（1.55m/s）。但與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、承受沖擊能力較差、刃口也不能太鋒利。硬質(zhì)合金也是目前國內(nèi)使用最廣泛的刀具材料之一，常制成各種形式的刀片，焊接或夾固在車刀、刨刀等刀具的刀柄上使用。,22,常用的硬質(zhì)合金有三類： 1、由WC和Co組成的鎢鈷類（YG類）； 2、WC、TiC和Co組成的鎢鈷鈦類（YT類）； 3、在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金中添加少量碳化鉭（TaC）或碳化鈮（NbC）而成的通用硬質(zhì)合金（YW類）。,23,2刀具的幾何形狀及參數(shù),24,1)車刀的組成 前刀面刀具上切屑流過的表面 主后刀面與工件上的加工表面 相對的表面 副后刀面與工件上已加工表面 相對的表面

12、 主切削刃前刀面與主后刀面的相交線，切削時，該線擔(dān)負(fù)主要的切削任務(wù) 副切削刃前刀面與副后刀面的相交線，也起一定的切削作用，但不明顯。 刀尖主切削刃與副切削刃相交的部位。為增強(qiáng)刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出一直線或一段園弧，而非一個尖點(diǎn)。,25,2)車刀切削部分的幾何參數(shù) 基面通過主切削刃上選定點(diǎn)，與該點(diǎn)切削速度方向垂直的平面。 切削平面過主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切，且垂直于基面的平面。 正交平面過主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面和切削平面的平面,26,27,28,3車刀各參數(shù)的作用及選擇 前角：前角較大時，切屑的塑性變形較小，同時切屑與前刀面間的磨擦也較小，有利于降低切削溫度、減輕刀具

13、磨損等。但前角過大時，將導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度下降，刀頭散熱體積減小，影響刀具使用壽命。 后角： 較大的后角可減少主后刀面與工件已加工表面間的磨擦，但后角過大時，會影響切削刃強(qiáng)度，并減小刀頭的散熱體積。,29,主偏角： 主偏角較小，則主切削刃參加切削的長度較大，使刀刃單位長度上的受力減小，刀具壽命較長。但過小的主偏角，使得刀具切削時的徑向分力加大，從而增大工件已加工表面的彈性回復(fù)量及加工時的振動。所以加工細(xì)長軸時，一般要取較大的主偏角。 通常，加工細(xì)長軸時，宜選用7590、甚至大于90的主偏角；單件或小批生產(chǎn)時，選用通用性好的45車刀及90偏刀。,30,副偏角： 取較大值時，可減小副后刀面與已加工表面間的磨擦。但當(dāng)主偏角選定后，副偏角增大時，加工殘留面積也會增大，已加工表面也就越粗糙。 一般粗加工時取510，精加工時取05。 刃傾角： 刃傾角一般取-105。由于負(fù)的刃傾角可使遠(yuǎn)離刀尖的切削刃先接觸工件，故可避免刀頭受到?jīng)_擊、加強(qiáng)刀頭強(qiáng)度，所以粗加工時一般取負(fù)值。精加工時，為