机械制造技术

1、长沙职业技术学院教 案系 别：机械工程系 课程名称：机械制造技术授课班级：1101班主讲教师： 程 鹏 2012 年 下 学期长沙职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：减速器的结构分析教学目的、要求：教学重点、难点：典型减速器的构造减速器主要由箱体、轴系零件和附件三部分所组成。下图为单级圆柱齿轮减速器的结构图， 减速器的基本结构1-箱座2-箱盖3-上下箱联接螺栓4-通气器5-检查孔盖板6-吊环螺钉7-定位销8-油标尺9-放油螺塞10-平键11-油封12-齿轮轴13-挡油盘14-轴承15-轴承端盖16-轴17-齿轮18-轴套减速机是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和

2、增大转矩，以满足工作需要（在某些场所也用来增速，称为增速机）。减速器的类型、特点及应用减速器的类型、特点及应用名 称运 动 简 图特点及应用单 级 齿 轮 减 速 器单级圆柱齿轮减速器轮齿可做成直齿、斜齿和人字齿。直齿用于速度较低（）、载荷较轻的传动；斜齿轮用于速度较高的传动，人字齿轮用于载荷较重的传动中。箱体通常用铸铁做成，单件或小批生产有时采用焊接结构。轴承一般采用滚动轴承，重载或特别高速时采用滑动轴承单级圆锥齿轮减速器齿轮可做成直齿、斜齿或曲线齿，用于两轴垂直相交的传动中，也可以用于两轴垂直相错的传动中。由于制造安装复杂、成本较高，所以仅在传动布置需要时才采用两 级 圆 柱 齿 轮 减

3、速 器展开式结构简单、单齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转距输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯距作用下产生的弯曲变形可部分的抵消，以减缓载荷沿轮齿宽度分布不均匀的现象。用于载荷比较平稳的场合。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿分流式结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀、轴承受载较均匀。中间轴危险截面上的转矩只相当于轴所传递转矩的一半。适用于变载荷的场合。高速级一般采用斜齿，低速级可用直齿或人字齿同轴式减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同。但轴向尺寸和重量较大，且中间轴较长、刚度较差，使沿齿宽载

4、荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用圆锥圆柱齿轮减速器特点同单级圆锥齿轮减速器，圆锥齿轮应在高速级，以使圆锥齿轮尺寸不致太大，否则加工困难单级蜗杆减速器蜗杆在蜗轮下方，啮合处的冷却和润滑都较好，蜗杆轴承润滑也较方便，但当蜗杆圆周速度高时，搅油损失大，一般用于蜗杆圆周速度的场合二级蜗杆减速器传动比大，结构紧凑，但效率低，为使高速级和低速级传动浸油深度大致相等可取单级NGW与普通圆柱齿轮减速器相比，尺寸小，质量轻，但制造精度要求较高，结构较重。在要求结构紧凑的动力传动中应用较广箱体结构箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁铸造，对于受冲击载荷

5、的重型减速器也可采用铸钢箱体。单件生产的减速器，为了简化工艺，降低成本，可采用钢板焊接箱体。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱座用普通螺栓联接成一整体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。轴系零件小齿轮与轴制成一体，称齿轮轴，这种结构用于齿轮直径与轴的直径相关不大的情况下采用这种结构。大齿轮。此时齿轮与轴的周向固定平键联接。轴上零件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。两轴均采用了深沟球轴承。这种组合，用于承受径向载荷和不大的轴向载荷的情况。箱座中油池的润滑油，被旋转的齿轮溅起

6、飞溅到啮合处润滑，轴承应采用润滑脂润滑，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可采用封油环将其分开接（轴唇形密封圈）。为防止润滑油流失和外界灰尘进入箱内，在轴承端盖和外伸轴之间装有密封元件。减速器的附件1）定位销为了精确地加工轴承座孔，并保证每次拆装后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，应在精加工轴承座孔前，在上箱盖和下箱座的联接凸缘上配装定位销。两个定位圆锥销安置在箱体纵向两侧联结凸缘上，并呈非对称布置以加强定位效果。2）观察孔及其盖板为了检查传动零件的啮合情况、接触斑点、侧隙，并向箱体内注入润滑油，应在箱体的上部适当位置设置观察孔。观察孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。观察孔多为长方形，下方应加

7、防漏油的纸质密封垫片。3）通气器 减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大。为使箱内受热膨胀的空气能自由地排出以保证箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面和轴伸出段或其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。4）油面指示器为了检查减速器内油池油面的高度，以便经常保证油池内有适当的油量，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器。油面指示器分油尺和油标。5）放油螺塞换油时，为了排出污油和清洗剂，应在箱体底部、油池的最低位置处开设放油孔。平时放油孔用带有细牙螺纹的螺塞堵住。放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。6）启盖螺钉为了加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或密

8、封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧而使分开困难。为此常在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出12个螺孔，旋入启盖用的圆柱端或平端的启盖螺钉，旋动启盖螺钉便可将上箱盖顶起。7）起吊装置为了便于搬运，常需在箱体上设置起吊装置，如在箱体上铸出吊环或吊钩等。上箱盖设有两个吊环，下箱座铸出两个吊钩。作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：金属切削的基本概念教学目的、要求： 教学重点、难点：轴类零件是机械结构中用于传递运动和动力的重要零件之一，其加工质量直接影响到机械的使用性能和运动精度。轴类零件的主要表面是外圆，车削是外圆加工的主要方法。21金属切削的基本概念

9、金属切削加工是指利用刀具从工件上切除多余的金属，以获得符合要求的零件。21工件的加工表面与切削运动及其形成方法（1）工件的加工表面金属切削过程中是指在机床上通过刀具与工件的相对运动，利用刀具从工件上切下多余金属层，形成切削和已加工表面的过程。在切削过程中，由于工件表面的多余金属不断地被刀具切下，因此，被加工工件上有三个依次变化着的表面，即待加工表面、已加工表面和过度表面。待加工表面：工件上待切除的表面。已加工表面：工件上已被切去多余金属的表面。过渡表面：是由待加工表面向已加工表面过渡的表面，也是切削过程中不断变化的表面 （2）切削层参数在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下

10、的金属层，称为切削层。1）、切削层公称厚度hD：在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图得：hD=fsinkr其中：hD切削层公称厚度，(mm)；f进给量，(mm/r）； kr车刀主偏角，(。)。2）、切削层公称宽度bD：沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的工作长度。由图得：bD=ap/sinkr其中：bD切削层公称宽度，(mm)。3）、切削层公称横截面积AD：切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得：AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap 其中: AD切削层公称横截面积，(mm2)。（

11、3）工件表面的形成方法 工件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。表面可以看作是由渐开线（母线）沿直线（导线）运动而形成的。形成表面的母线和导线统称为发生线。常用的工件表面的形成方法有轨迹法、成形法、展成法、相切法等。（1）轨迹法轨迹法是指利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。（2）成形法成型法是指利用成形刀具对工件进行加工的方法。（3）相切法相切法是指利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。（3）范成法范成法是指切削刃是一条与需要形成的发生线共轭的切削线，主要用于齿形表面的加工。切削运动切削运动指切削过程中刀具相对于工件的运动。切削运动可分为：主运动和进

12、给运动。（1）主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动，称为主运动。主运动的速度最高，所以消耗的功率最大。一般机床的主运动只有一个。 如：车削、镗削加工时工件的回转运动，铣削和钻削时刀具的回转运动，刨削时刨刀的直线运动等都是主运动。切削速度计算公式：式中：d切削刃上选定点的回转直径，mm; n主运动的转速，r/s或r/min.2）进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。（3）辅助运动：实现机床

13、的各种辅助动作,为表面成形创造条件。 1）空行程运动 刀架、工作台的快速接近和退出工件等，可节省辅助时间。2）切入运动 为保证被加工面获得所需尺寸，刀具相对于工件表面的深入运动。3）分度运动 使工件或刀具回转到所需要的角度，多用于加工若干个完全相同的沿圆周均匀分布的表面，也有在直线分度机上刻直尺时，工件相对刀具的直线分度运动。4）操纵及控制运动 包括变速、换向、启停及工件的装夹等。切削用量切削用量是切削加工过程中的切削速度、进给量和切削深度的总称切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。大多数主运动为回转运动进给量f分进给速度Vf、和每齿进给量fz进给量f-刀具在进给运动方

14、向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述，单位是mm/r或mm/行程。 进给速度Vf-切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，单位是mm/s或mm/min。 每齿进给量fz -后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量,单位是mm/z每齿进给量是对于铣刀、拉刀等多齿刀具各进给量间的关系：Vf=nf=nfzZ背吃刀量ap 切削深度ap（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。 主运动是回转运动时：主运动是直线运动时：ap=Hw-Hm钻孔时：式中：dw-工件待加工表面直径 dm-工件已加工表面直径 Hw-工件等加工表面厚

15、度 Hm-工件已加工表面厚度切削用量的选择（1）粗车切削用量的选择：优先选用大的背吃刀量，其次选用大的进给量，最后根据刀具耐用度选定一个合格的切削速度。（2）精加工切削用量的选择：保证工件的加工质量的前题下，进给量根据工件表面粗糙度的要求来确定。精加工切削速度应避开积瘤区，一般高速切削采用硬质合金车刀。作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙职业技术学院教案(课次) 总第课时 授课题目：2.2刀具几何参数教学目的、要求： 教学重点、难点：车刀的组成车刀是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成。1、刀面（1）前刀面  刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。

16、（2）主后刀面  刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。（3）副后刀面  刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。2、切削刃（1）主切削刃  前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。（2）副切削刃  前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切 削工作，并最终形成已加工表面3、刀尖      主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。刀具角度刀具标注角度1、刀具标注角度参考系为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规定了如下假设条件：（1）假定运动条件：刀刃上选定

17、点x的切削速度方向与刀尖处的切削速度方向平行。（2）假定安装条件：车刀安装绝对正确。安装车刀时使刀尖与工件中心等高，车刀刀杆轴线垂直于工件轴心线。2、刀具标注角度参考系诸平面 基面r：通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。切削平面ps：通过切削刃某一点，与工件加工表面（或与主切削刃）相切的平面。切削平面ps与基面垂直。 1、在基面内测量的角度（1）主偏角Kr 主切削刃与进给方向之间的夹角（2）副偏角Kr 副切削刃与进给运动反方向之间的夹角（3）刀尖角 主切削刃与副切削刃之间的夹角。 2、在切削平面内测量的角度刃倾角s 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时

18、，s=0；刀尖为主切削刃最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高点是，s03、在正交平面（O-O）内测量的角度（1）前角o 前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度。当前刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以外，前角为正。 （2）后角o 主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。 （3）楔角0前刀面与后刀面间的夹角作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：刀具几何参数的合理选择教学目的、要求： 教学重点、难点：刃形、刀面形式与刃口形式刃形是指切削的形状，有直线、折线和曲线等多种形

19、式。刀面形式指前刀面上卷屑槽形状等。刃口的形式指切削刃的剖面形状,又称为刃区的形状；锋刃，负倒刃，消震棱，倒圆刃，刃带等刀具角度的选择前角的功用 1.影响切削区域的变形程度2.影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件 3. 影响切屑形态和断屑效果 4. 影响已加工表面质量前角的选用原则：在刀具强度许可条件下，尽可能选用大的前角。后角的功用 1.影响后刀面与加工表面之间的摩擦2. 影响加工工件的精度3. 影响刀具耐用度和刃口的强度4. 影响刀头强度及散热条件后角的选用原则：一般，切削厚度越大，刀具后角越小；工件材料越软，塑性越大，后角越大。工艺系统刚性较差时，应适当减小后角（切削时起支承作用，

20、增加系统刚性并起消振作用）；尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。粗加工以确保刀具强度为主，可在4o-6o范围内选取；主偏角和副偏角的功用 1.影响已加工表面残留面积的高度2.影响各切削分力的比例3.影响刀尖的强度和刀具耐用度4.影响断屑主偏角和副偏角选用原则在工艺系统刚性很好时，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工表面粗糙度，所以r宜取小值；一般取Kr=30o-45o 在工件刚性较差时，为避免工件的变形和振动，应选用较大的主偏角。一般取Kr=60o-75o 车削细长轴时，一般取Kr=90o-93o 以减小背向力Fp。副偏角的大小主要根据工表面粗糙度的要求选取，一般为5o-15o ，粗加工取

21、大值，精加工取小值。刃倾角的功用与选择 刃倾角s主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。刃倾角s选用原则：主要根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。粗加工时，为提高刀具强度，s取负值；精加工时，为不使切屑划伤已加工表面，s常取正值或0。作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：刀具材料教学目的、要求： 教学重点、难点：刀具材料应具备的性能1）高的硬度2）耐磨性。3）足够的强度和韧性。4）高的耐热性（耐热性指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能，也包括刀具材料在高温下抗氧化、粘结、扩散的性能）。（红硬性）5）良好的热物理性能和耐热冲击

22、性能6）良好的工艺性能高速钢高速钢是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 性能：有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。 分类：按用途分：通用型高速钢和高性能高速钢；按制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。1、通用型高速钢通用型高速钢是切削硬度在HBS250280以下的大部分结构钢和铸铁的基本刀具材料，应用最为广泛。通用型高速钢一般可分为钨钢和钼钢两类，常用牌号分别是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 2、高性能高速钢高性能高速钢（如9W6Mo5Cr4V2和W6Mo5C

23、r4V3）较通用型高速钢有着更好的切削性能，适合于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金和超高强度钢等难加工材料。3、粉末冶金高速钢 具有良好的力学性能和可磨削加工性能。适应于制造切削难加工材料的刀具，大尺寸刀具，也。适应于制造成精密、复杂刀具。硬质合金 硬质合金是用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物（碳化钨，碳化钛，碳化钽，碳化铌等）与金属粘结剂（钴，镍，钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，很少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。 常用的硬质合金有3类: （1）钨钴类硬质合金（YG） YG类硬质合金主要由碳化钨和钴组成

24、，常用牌号有YG3，YG6，YG8等。YG类硬质合金的抗弯强度和冲击韧性较好，不易崩刃，很适宜切削切屑呈崩碎状的铸铁等脆性材料。YG类硬质合金的刃磨性较好，刃口可以磨得较锋利，故切削有色金属及合金的效果也较好。适用于粗加工,含钴量少的,用于精加工. （2）钨钛钴类硬质合金（YT）  YT类硬质合金主要由碳化钨，碳化钛和钴组成，常用的牌号有YT5，YT15，YT30等。它里面加入了碳化钛后，增加了硬质合金的硬度，耐热度，抗粘接性和抗氧化能力。 （3）钨钛钽（铌）钴硬质合金类（YW） 它是在普通硬质合金中加入了碳化钽和碳化铌，从而提高了硬质合金的韧性和耐热性，使其具有了较好的综合性能。Y

25、W类硬质合金主要用于不锈钢，耐热钢，高锰钢的加工，也适用于普通碳钢和铸铁的加工，因此被称为通用型硬质合金，常用的牌号有YW1，YW2等。 涂层刀具材料和其他刀具材料一. 涂层刀具：在硬质合金或高速钢基体上，涂敷一层几微米厚的高硬度、高耐磨性的金属化合物(如碳化钛、氮化钛、氧化铝等)而制成的。涂层刀具.特点：涂层硬质合金的刀具寿命至少可提高l3倍涂层高速钢的刀具寿命可提高210倍二、陶瓷材料陶瓷刀具是以AL2O3为主要成份，在高温下，烧结而成的一种刀具材料。1.常用陶瓷（1）纯AL2O3陶瓷（2）AL2O3TiC混和陶瓷（3）.很高的耐热性，760 HRA87 1200 ，HRA80，切削速度比

26、硬质合金高25倍，抗弯强度，韧性下降极小。（4）.很高的化学稳定性，与金属亲和力小，抗粘结，抗扩散，抗氧化能力强。（5）.较低的摩擦系数，切屑不易粘刃，不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度较小。缺点：（1）脆性大，强度、韧性低，为硬质合金的 1/21/3，不能承受冲击负荷，崩刃、破损。（2）导热率低，1/21/5，不宜温度波动，不能用切削液。3.应用范围：（1）.高速切削（2）.加工硬材料（硬铸铁、淬硬钢）（3）.大件、高精件加工（4）.车削、铣削例：Si3N4氮化硅基陶瓷，硬度仅次于金刚石、立方氮化硼，作为连续切削用的刀具材料，今后将很有发展前途。三、人造金刚石1.特点：最硬的材料。耐磨性很高，耐

27、冲击，但是切削区域温度不能高于600，与铁族元素发生亲和反应，不能加工含有铁元素的材料，不可以加工高应力的韧性强的材料，要求切削工艺环境稳定、无冲击。2.应用：修磨硬质合金刀具，修磨砂轮等。四、立方氮化硼：1.特点：硬度仅次于金刚石，是高硬度、高耐磨性和高热硬性材料。它的韧度比陶瓷高一些，有一定的抗冲击性。2.应用：主要加工锻造钢的硬皮，淬硬钢，冷硬铸铁，钴基和铁基的粉末冶金材料。因为它的价格大大高于陶瓷，所以应用受到限制。作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：刀具切削过程教学目的、要求：了解金属切削过程中的基本规律、掌握切屑的类型及控制

28、、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响教学重点、难点：积屑瘤的形成及其对切削过程的影响、切屑的类型金属切削过程是工件的被切削层刀具前刀面的挤压下产生塑性变形、形成切屑过程。在这个过程中产生一系列现象，如形成切屑，产生切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等，研究这些现象和规律，对于合理使用和设计刀具、机床、夹具，保证加工质量，提高生产效率有很重要的意义。切屑形成过程金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：塑性金属受压缩时，随着外力的增加，金属先后产生弹性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑移，而后断裂。金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。金属材料受到刀具的作用以后，开始产生弹性变形；随着刀具继续切入

29、，金属内部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈服点时，开始产生塑性变形，并使金属晶格产生滑移；刀具再继续前进，应力进而达到材料的断裂强度，便会产生挤裂。 金属切削过程的变形塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形划分为三个变形区：第一变形区（剪切滑移）、第二变形区（纤维化）、第三变形区（纤维化与加工硬化）。1、 I变形区（剪切区、塑性变形区）：从开始发生塑性变形到晶粒剪切滑移基本完成。切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用，使近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，并同时使金属晶格产生滑移。金属产生大

30、量的切削热，并消耗大部分功率，此区域较窄，一般约为0.02一0.2mm2、II变形区（摩擦区）滞流现象: 切削塑性金属时，由于切屑底层与刀具的挤压和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。积屑瘤：在一定温度、压力条件下，滞流层与前刀面之间的摩擦力大于切屑底层内部晶粒的间的亲和力，滞流层部分金属粘结在前刀面切屑刃附近，形成的一块硬的金属层（由于塑性变形，硬比度比工件材料高23倍）应该指出，第一变形区与第二变形区是相互关联的。前刀面上的摩擦力大时，切屑排出不顺，挤压变形加剧，以致第一变形区的剪切滑移变形增大。3、III变形区（挤压区）变形强化（加工硬化）已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造

31、成纤维化和加工硬化。积屑瘤的形成及其对切削过程的影响在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤（或刀瘤）。它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。1、积屑瘤是如何形成的?       1）切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。2）当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。3）如果温度与

32、压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。4）这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。2、形成积屑瘤的条件：主要决定于切削温度。此外，接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。1）一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；2）温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。3）走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。  3、积屑瘤对切削过程的影响1）实际前角增大  它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起积极的作

33、用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。2）增大实际切削厚度 对工件切削尺寸控制不利。3）使加工表面粗糙度增大   积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。4）对刀具寿命的影响   积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。4、防止积屑瘤的主要方法1）降低切削速度

34、，使温度较低，粘结现象不易发生；2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4）增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；5）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。切屑的类型与变形系数切屑的类型由于工件材料不同，切削过程中的变形程度也就不同，因而产生的切屑种类也就多种多样，如下图示。图中从左至右前三者为切削塑性材料的切屑，最后一种为切削脆性材料的切屑。切屑的类型是由应力-应变特性和塑性变形程度决定的1.带状切屑它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料（如碳素钢、合金钢、铜和铝合金），当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得

35、到这类切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。2挤裂切屑 这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削黄铜或切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。切削过程不太平稳，工件已加工表面粗糙度较大。3、节状切屑（单元切屑）如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑，切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。切削力波动大，切削振动大，切削过程不平稳，工件表面粗糙度大，生产中应避免出现此种切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在

36、生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。4.崩碎切屑这是属于脆性材料（如铸铁、黄铜等）的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。

37、由于它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。变形系数切削层金属形成切屑后，由于变形的结果，其形状和尺寸都 发生了改变，这个变化量叫变形系数、剪切滑移量为。、变形系数h是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。如右图所示，切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较，它的长度缩短、厚度增加，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。剪切角与前角0是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角0和剪切角，使相对滑移、变形系数h减小，则切削变形减小。影响切削变

38、形的因素1）工件材料：工件材料硬度、强度提高，切削变形减少。2）刀具几何参数：增大前角0，使剪切角增大，变形系数h减小，因此，切削变形减小。 生产实践表明：采用大前角刀具切削，刀刃锋利、切入金属容易，切屑与前刀面接触长度减短、流屑阻力小，因此，切削变形小、切削省力。刀尖圆弧半径对切削变形也有影响，刀尖圆弧半径越大，表明刀尖越钝，对加工表面挤压越大，表面的切削变形也越大。3）切削速度Vc在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度 越大，变形系数越小。主要是因为塑性变形的传播速度较弹性变形慢，切削速度 越高，切削变形越不充分，导致变形系数 下降。此外，提高切削速度 还会使切削温度增高，切屑底层材料的

39、剪切屈服强度s因温度的增高而略有下降，导致前刀面摩擦系数减小，使变形系数 下降4）切削厚度（进给量）：进给量f增大，使变形系数h减小。作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：切削力教学目的、要求：1、了解切削力的来源，切削合力及其分解；2、了解切削功率和单位切削功率；3、掌握影响切削力的因素教学重点、难点：掌握影响切削力的因素(一）切削力的来源       研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意

40、义。金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三个方面：1克服被加工材料对弹性变形的抗力；2克服被加工材料对塑性变形的抗力；3克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。 （二）切削合力及其分解 上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr（国标为F）。为了实际应用，Fr可分解为相互垂直的Fx（国标为Ff）、Fy（国标为Fp）和Fz（国标为Fc）三个分力。在车削时： Fz主切削力或切向力。它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。Fx进给抗力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件

41、轴线平行与走刀方 向相反的力。Fx是设计进给（走刀）机构，计算车刀进给功率所必需的。Fy切深抗力、或背向力、径向力 、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关。 （三）切削功率 1、单位切削力   单位切削力p是指切除单位切削层面积所产生的主切削力，可用下式表示： 单位切削力p可查手册，利用单位切削力P来计算主切削力Fz较为简易直观。2、切削功率Pm消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm(国标为Po)。切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗

42、功率。于是 Pm=(Fz*Vc+Fx*nw*f/1000)×10-3   其中：Pm切削功率（KW）；      Fz切削力（N）；      Vc切削速度（m/s）；      Fx进给力（N）；      nw工件转速（r/s）；      f进给量（mm/s）。  式中等号右侧的第二

43、项是消耗在进给运动中的功率，它相对于F所消耗的功率来说，一般很小（<1%2%），可以略去不计，于是            Pm=FzV×10-3二、响切削力的变化的因素   实践证明，切削力的影响因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料刀具磨损状态和切削液等。 1、工件材料   （1）硬度或强度提高，剪切屈服强度s增大，切削力增大。   （2）塑性或韧性提高，切屑

44、不易折断，切屑与前刀面摩擦增大，切削力增大。 2、切削用量     （1）背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大，切削层面积增大，变形抗力和摩擦力增大，切削力增大。 由于背吃刀量ap对切削力的影响比进给量对切削力的影响大( 通常XFz=1,YFz=0.75-0.9），所以在实践中，当需切除一定量的金属层时，为了提高生产率，采用大进给切削比大切深切削较省力又省功率。（2）切削速度vc 1）加工塑性金属时，切削速度Vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样，它们都是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的。2）切削脆性金属时，因为变形和摩擦均较小，故切削速度Vc改变时切削力变化不

45、大。3、刀具几何角度（1）前角：前角增大，变形减小，切削力减小。（2）主偏角：主偏角Kr在300-600范围内增大，由切削厚度hD的影响起主要作用，使主切削力 Fz减小；主偏角Kr在600-900范围内增大，刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出，故主切削力Fz增大。一般地，Kr=600-750,所以主偏角Kr增大，主切削力Fz增大。实践应用，在车削轴类零件，尤其是细长轴，为了减小切深抗力Fy的作用，往往采用较大的主偏角r>600的车刀切削。(3)刃倾角s：s对Fz影响较小，但对Fx、Fy影响较大。s 由正向负转变，则Fx减小、Fy增大。实践应用，从切削力观点分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角

46、s。特别是在工艺系统刚度较差的情况下，往往因负刃倾角s增大了切深抗力Fy的作用而产生振动。4、刀具材料和切削液等。 工件材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着摩擦力的变化。切削液的正确使用，可以降低摩擦力，减小切削力。作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：切削热与切削温度教学目的、要求： 了解切削热和切削温度的产生及影响因素教学重点、难点：了解切削热和切削温度的产生及影响因素切削热与切削温度是切削过程中产生的又一重要物理现象。切削时做的功，可转化为等量的热。功削热除少量散逸在周围介质中外，其余均传入刀具、切屑和工件中

47、，并使它们温度升高，引起工件变形、加速刀具磨损。因此，研究切削热与切削温度具有重要的实用意义。一、切削热的产生和传导切削热是由切削功转变而来的。其中包括：剪切区变形功形成的热、切屑与前刀面摩擦功形成的热、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热,因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与已加工表面接触区，如图示，三个发热区与三个变形区相对应。所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。    实验表明：产生总的切削热Q，分别传入切屑、刀具、工件和周围介质 ，分别占5080、4010、93%和1左右。切削塑性金属时切削热主要由剪

48、切区变形热和前刀面摩擦热形成；切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。二、切削温度的分布1）前刀面切削最高温度点不在切削刃上，而是在离切削刃有一定距离的地方。对于45钢，约在离刀刃1MM处的温度最高。2）后刀面温度的分布与前刀面类似，最高温度也在切削刃附近，但比前刀面温度低。3）终剪切面后方，沿切削流出的垂直方向温度变化较大，越靠近面，温度越高，这说明切屑在刀面附近被摩擦升温，而且切屑在前刀面上的摩擦热集中在切屑底层。三、影响切削温度的因素根据理论分析和大量的实验研究知，切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响，以下对这几个主要因素加以分析。分析各因素对切削温度

49、的影响，主要应从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的影响入手。如果产生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。1、切削用量的影响    切削用量是影响切削温度的主要因素。通过测温实验可以找出切削用量对切削温度的影响规律。切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。进给量对切削温度影响次之，而背吃力量ap变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故ap对切削温度的影响很小。2、刀具几何参数的影响    切削温度随前角o的增大而降低。这是因为前角增

50、大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于18°20°后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。主偏角r减小时，使切削宽度hD增大，切削厚度hD减小，因此，切削变形和摩擦增大，切削温度升高。但当切削宽度hD增大后，散热条件改善。由于散热起主要作用，故随着主偏角kr减少，切削温度下降。负倒棱b1在(02)f 范围内变化，刀尖圆弧半径re在01.5mm范围内变化，基本上不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切

51、削温度影响很小。 3、工件材料的影响    工件材料的强度（包括硬度）和导热系数对切削温度的影响是很大的。由理论分析知，单位切削力是影响切削温度的重要因素，而工件材料的强度（包括硬度）直接决定了单位切削力，所以工件材料强度（包括硬度）增大时，产生的切削热增多，切削温度升高。工件材料的导热系数则直接影响切削热的导出。 4、切削液的影响    切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。作业布置：主要参考资料：课后自我总结分析：长沙

52、职业技术学院教案(课次) 总第 课时 授课题目：刀具的磨损与使用寿命教学目的、要求： 了解刀具的磨损和耐用度教学重点、难点：了解刀具的磨损和耐用度一、刀具磨损的形态    切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。 刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损，属正常磨损；后者包括脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）和塑性破损两种，属非正常磨损。刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能继续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。刀具正常磨损的形式有以下几种

53、： 1.前刀面磨损    2.后刀面磨损    3.边界磨损(前、后刀面同时磨损)  从对温度的依赖程度来看，刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象）、扩散（刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。二、刀具磨损过程及其原因随着切削时间的延长，刀具磨损增加。根据切削实验，可得图示的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线。该图分别以切削时间和后刀面磨损量VB（或前刀面月牙洼磨损深度KT）为横坐

54、标与纵坐标。从图可知，刀具磨损过程可分为三个阶段：1.初期磨损阶段     2.正常磨损阶段     3.急剧磨损阶刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象）、扩散（刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。(1)磨粒磨损   在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。磨粒磨损对高速钢作用较明显。(2)粘结磨损    刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。(3)扩散磨损    切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换，使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用，刀具容易被磨损。扩散磨损是一种