机械制造基础(第二版）第3章z金属切削过程ppt课件

1、切削变形及其影响要素切削力及其影响要素切削热与切削温度刀具磨损与刀具耐用度刀具角度和切削用量的选择 FABOM45a正挤压正挤压FABOM45b偏挤压偏挤压OMFc切削切削图3-2 金属挤压与切削比较图3-3 切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角剪切角图3-4 切削变形实验设备与录像安装 图 切削部位三个变形区摩擦。此变形区的变形是呵斥前刀面磨损和产生积屑瘤的主要缘由。切削层经塑性变形后，厚度添加，长度减少，宽度根本不变。可用其表示切削层变的变形程度。LchhDhchLD图3-9 切屑与切削层尺寸 3-1 DchhhhchDLLL 3-2 1ChDDChLLhhysOM0

2、图3-10 相对滑移系数)cos(sincos00yS 3-3 由于刀屑接触面的粘结摩擦及滞流作用，在切削塑性金属时，在前面上的温度、压力适宜的时候，切屑底层金属粘结在刃口附近的前面上，构成一个硬度很高的楔块，这楔块称为积屑瘤，或称刀瘤，如图36所示。 积屑瘤在构成过程中是一层层增高的，到一定高度会零落，是一个生成、长大、零落的周期性过程。 积屑瘤对加工的影响 积屑瘤的存在可替代切削刃进展切削，对切削刃有一定的维护作用，还可增大刀具实践前角。对粗加工的切削过程有利。但是积屑瘤的顶端从刀尖伸向工件内层，使实践背吃刀量和切削厚度发生变化，将影响工件的尺寸精度，由于积屑瘤的高度变化使已加工外表粗糙度

3、的值变大，并易引起振动，所以在精加工应防止产生积屑瘤。影响积屑瘤产生的主要要素 塑性大的工件资料，刀屑之间的摩擦系数和接触长度大，生成积屑瘤的能够性就大，脆性资料普通不产生积屑瘤。切削速度对积屑瘤有很大影响，切削速度很低(c18mmin或很高(c80mmin)都很少产生积屑瘤，在中等速度范围内(加工普通钢c20mmin)最容易产生积屑瘤，此时，其高度也最大，如图36所示。 刀具前角增大可以抑制积屑瘤的生成或减小积屑瘤的高度，当前角o35时，普通就不会产生积屑瘤。运用光滑性能好的切削液可减小摩擦，有效地抑制或减小积屑瘤。 已加工外表表层金属硬度高于里层金属硬度的景象加工硬化产生的缘由经切削产生的

4、变形使得已加工外表层的金属晶格产生扭曲、挤紧和碎裂呵斥已加工外表的硬度增高。 加工硬化产生的后果加工硬化的控制硬化程度严重的资料使得切削变得困难。冷硬还使得已加工外表出现显微裂纹和剩余应力等，从而降低了加工外表的质量和资料的疲劳强度。 提高切速，加大前角，减小刃口半径；如加大后角，提高刀具刃磨质量；进展适当的热处置已加工外表上一种鳞片状毛刺的景象。它对外表粗糙度有严重的影响。 通常在较低的切削速度时对塑性金属进展车、刨、钻、拉螺纹加工和齿轮加工，都能够出现鳞刺。 采用减小切削厚度和运用光滑性能好的极压切削油或极压乳化液、高速切削、加热切削等措施，都可抑制鳞刺。 控制鳞刺的方法鳞刺产生的场所工件

5、资料工件资料工件资料的强度、硬度越高，刀屑之间的摩擦系数就越小，工件资料的强度、硬度越高，刀屑之间的摩擦系数就越小，所以切屑变形就越小所以切屑变形就越小 刀具的角度刀具的角度前角的影响前角的影响 刀具的前角越大，切削刃越锋利，刀具刀具的前角越大，切削刃越锋利，刀具前面对切削层的挤压作用越小，那么切屑变形就越小。前面对切削层的挤压作用越小，那么切屑变形就越小。刀尖圆弧半径的影响刀尖圆弧半径的影响 切削用量切削速度的影响 进给量的影响进给量添加变形减小 切削时，在刀具作用下切削层与加工外表层发生了弹性变形和塑性变形，因此有变形抗力作用在刀具上，这个变形抗力称为切削力。 作用在前面上的变形抗力Fnr

6、和摩擦力Ffr的合力为Fr；作用在后面上的变形抗力Fna和摩擦力Ffa的合力为Fa。Fr和Fa的合力F就是总切削力。 rFcFFpFDFfFDFDfv图3-15 切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力22222fPcDcFFFFFFrDfFFsinrDPFFcosFFccccFFppppFFffffxycFpFxypFpFxyfFpFFCafKFCafKFCafK3-6式中 CFc , CFp , CFf 与工件、刀具资料有关系数； xFc , xFp , xFf 切削深度ap 对切削力影响指数； yFc , yFp , yFf 进给量 f 对切削力影响指数； KFc ,

7、 KFp , KFf 思索切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等要素影响的修正系数。1FFFccccccFcxyxFpFFpcyDppCafKCaFpAafaf3-7式中 Fc 主切削力N； v 主运动速度m/s。 3-8310()ccPFvKW式中 机床传动效率，通常= 0.750.85 3-1063010(/)ccPppKWsmmV()cEPPKW3-9指单位时间切除单位体积 V0 资料所耗费的功率强度高加工硬化倾向大切削力大5 19 28 35 55 100 130 切削速度 vm/min 981784588主切削力FcN图3-16 切削速度对切削力的影响图3-17 前角对0切削力的影响前角

8、0切削力F0 - Fc0 Fp0 Ff图3-18 主偏角r对切削力的影响主偏角r / 切削力/ N3045607590r - Fcr Ffr Fp2006001000140018002200切削热由切屑、工件、刀具和周围介质切削液、空气)等传散出去工件切屑刀具图3-19 切削热的来源与传出cccvFPq3-11式中，QD , QFF , QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量TJ University750刀具图3-20 二维切削中的温度分布 工件资料：低碳易切钢； 刀具：o=30，o=7； 切削用量：ap=0.6mm， vc =0.38m/s； 切削条件：干切削， 预热61

9、1Cq 切削用量的影响 式中 用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)； C 与工件、刀具资料和其它切削参数有关的切削温度系数； Z、Y、X vc、f、ap 的指数。 阅历公式ZyxcpC vfa 3-12刀具资料加工方法高速钢车削1401700.350.480.10铣削80钻削150硬质合金车削320f (mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表3-2 切削温度的系数及指数q 刀具几何参数的影响 q 工件资料的影响 vcm/min图3-21 切削速度、工件资料对切削温度的影响1GH131 21Cr18Ni9Ti 345钢(正火) 4H

10、T200刀具资料：YT15；YG8刀具几何参数：o=15，o=68，r=75，1= -10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r103050709011013040060080010001243q 刀具磨损的影响 q 冷却液的影响 工件和刀具资料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温产生温差电势，经过电位差计测得切削区的平均温度。利用红外辐射原理，借助热敏感元件，丈量切削区温度。可丈量切削区侧面温度场。mV图3-22 人工热电偶工件刀具金属丝小孔磨削时去除单位体积资料所需能量为普通切削的1030倍，砂轮线速度高，且为非良导热体 磨削热多，

11、且大部分传入工件，工件外表最高温度可达1000以上。方式：月牙洼构成条件：加工塑性资料，v大，hD大影响：减弱刀刃强度，降低加工质量方式：后角=0的磨损面参数VB，VBmax构成条件：加工塑性资料, v 较小, hD 较小；加工脆性资料影响：切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量VBVBmaxa) KTKBb)图3-25 刀具磨损形状破损裂纹、崩刃、破碎等，卷刃刀刃塑性变形图3-26 刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间刀具磨损过程3个阶段图3-26常取后刀面最大允许磨损量VB磨钝规范粘结磨损加剧111TpmnpCTvfa3-14式中CT 、m、n、p 为与工件、

12、刀具资料等有关的常数 。52.250.75TpCTvfa3-15可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。用硬质合金刀具切削碳钢b= 0.763GP a时，有：图3-27 不同刀具资料的耐用度比较硬质合金VB=0.4mm陶瓷刀具VB=0.4mm高速钢刀具耐用度Tmin1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度vm/min式中to 、 tm 、 ta 、 tc 分别为工序时间、根本时间、辅助时间和换刀时间；T 为刀具寿命。令f，ap为常数，有：10001000mwwwwmppLdLdtTvfaA fa 使工序时间最短

13、的刀具寿命。以车削为例，工序时间：mv TA将上式代入式4-14，对T求导，并令其为0，可得到最大消费率刀具寿命为：momactttttT3-163-171opcmTtm又：0mmmamcmttCtCtCtCCT3-18式中 C0 工序本钱； Cm 机时费； Ct 刀具费用； tm ，ta ，tc ，T 含义同前。使工序本钱最小的刀具寿命。仍以车削为例，工序本钱为：3-191topcmCmTtmC仍令f，ap为常数，采用一样方法，可得到经济寿命为图3-28tmCm刀具费用taCmC0刀具耐用度Top本钱 图3-28 经济寿命规定刀具切削时间，离线检测切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工

14、件之间摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。正常切削时，声发射信号小而延续，刀具严重磨损后声发射信号会增大，而当刀具破损时声发射信号会忽然增大许多，到达正常切削时的几倍 钻头破损 检测器图3-29 声发射钻头破损检测安装系统图交换机床控制器工件折断任务台声发射传感器破损信号flashv 为使切削过程正常进展和保证已加工外表质量，应使切屑卷曲和折断。v 切屑的卷曲是切屑根本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果图3-7图3-7 切屑的卷曲图3-8 断屑的产生v断屑是对已变形的切屑再附加一次变形常需有断屑安装，图3-8 带状切屑Real挤裂切屑Real节状切屑Real崩碎切屑Real图3-6 切屑形

15、状照片构成条件影响称号简图形状变形带状，底面光滑，反面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，反面呈锯齿状粒状不规那么块状颗粒剪切滑移尚未到达断裂程度部分剪切应力到达断裂强度剪切应力完全到达断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性资料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性资料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件资料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆资料， 刀具前角较小切削过程平稳，外表粗糙度小， 妨碍切削任务，应设法断屑切削过程欠平稳，外表粗糙度欠佳切削力动摇较大，切削过程不平稳，外表粗糙度不佳切削力动摇大，有冲击，外表粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑v表3-1

16、 切屑类型及构成条件从加工过程的平稳、保证加工精度和加工外表质量思索，带状切屑是较好的类型。 容易缠绕在工件或刀具上，影响切削过程的进展，甚至伤人 在数控机床上C状切屑是较好的外形，但高频折断会影响切削的平稳性 自动线上宝塔状切屑不会缠绕，清理也方便 精车时螺卷状切屑较好，过程平稳，清理方便 自动线上宝塔状切屑不会缠绕，清理方便 重型机床上常使切屑卷曲成发条状 切屑的流向对工件质量和加工平安有直接的影响。由于切削条件的不同，切屑流向的控制目的和方法也不仅一样。刃倾角对切屑的流向影响最大，如图326所示。 切屑的卷曲是由于切屑内部变形或碰到断屑槽等妨碍物呵斥的。如图327所示 断屑的缘由 切屑经

17、第、第变形区的严重变形后，硬度添加，塑性大大降低，性能变脆，从而为断屑发明了先决条件。由切屑经变形自然卷曲或经断屑槽等妨碍物强迫卷曲产生的拉应变超越切屑资料的极限应变值时，切屑即会折断。 断屑的措施 磨制断屑槽 改动刀具角度：主偏角和刃倾角对断屑的影响最大。主偏角越大，切屑厚越大，切屑卷曲时的弯曲应力越大，易于折断，普通来说Kr在7590范围较好。还可改动刃倾角的正、负值，控制切屑流向到达断屑的目的。改动切削用量：切削速度提高，易构成带状切屑，不易断屑；增大进给量使切屑厚度增大，普通来说hD/bD(切削厚度/切削宽度)值较小时，断屑较困难，hD/bD较大时，易于断屑。 工件资料的切削加工性是指

18、资料进展切削加工的难易程度。研讨资料加工性的目的是为了改善资料切削加工性的途径。 在一样的切削条件，一定刀具耐用度T下，切削某种工件资料所允许的切削速度VCT与加工性能较好的正火形状45钢(VCT )J相比较，那么相对切削加工性Kr为： JcTcTrk)(普通取T60min，对于难加工资料可用T20min。 凡Kr1的资料，其加工性能较好，小于1者，其加工性能较差。常用的分为八级，如表32所示。 加工性 等级表3-2 资料相对加工性等级资料称号及种类相对加工性Kr代 表 性 材 料1很易切削资料普通有色金属3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金2容易切削资料易切削钢2.53退火l5Cr，b0.37

19、3o.441GPa自动机钢，b0.3930.491GPa3较易切削钢1.62.5正火30钢，b0.4410.549GPa4普通资料普通钢、铸铁1.01.645钢，灰铸铁5稍难切削资料0.651.02Crl3，调质b0.834GPa85，钢b0.883GPa6难加工资料较难切削资料0.50.6545Cr，调质b1.03GPa65Mn，调质b0.9320.9817难切削资料0.150.550CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金8很难切削资料0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金在一样的切削条件下，凡是切削力大，切削温度高的资料难加工，即加工性能差；反之，加工性能好。 精加工时，常以此作为切

20、削加工性目的。凡容易获得好的加工外表质量的资料，其切削加工性较好，反之较差。例如，低碳钢的加工性不如中碳钢，纯铝的加工性不于硬铝合金。 凡切屑容易控制或容易断屑的资料，其加工性能较好，反之较差。在自动线和数控机床上常以此作为切屑加工性目的。 1工件资料常温硬度对切削加工性影响：工件资料硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快。2工件资料高温硬度的影响：工件资料高温硬度越高，加工性越差。这是由于切削温度对切削过程的有利影响软化对高温硬度高的资料不起作用。3金属资料中硬质点对加工性的影响：金属中硬质点越多，外形越锋利、分布越广，那么资料的加工性越差。4资料的加工硬化对切削加工性的影响：加工

21、硬化性越严重，切削加工性越差。强度越高的资料，产生的切削力越大，切削时耗费的功率越多，切削温度亦越高，刀具容易磨损。因此，在普通情况下，加工性随工件资料强度提高而降低。韧性大的资料，切削加工性较差：在断裂前吸收的能量多，切削功率耗费多；且断屑困难。资料的弹性模量E是衡量资料刚度抵抗弹性变形的性能的目的，E值越大，资料刚度越大，切削加工性越差。100图3-47 碳钢硬度与可切削性的关系0100200300400500255075可切削性布氏硬度HB如镁合金易熄灭，钛合金切屑易构成硬脆化合物等，不利于切削进展。表 工件资料加工性分级表切削加工易切削较易切削较难切围难 切 削等级代号01234567

22、899a9b硬度HB5050100100 150150200200 250250300300350350 400400480480635635 HRC 1424.824.832.332.338.138.1434350506060 抗拉强度bGPa0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.981.1761.1761.3721.372l.5681.6581.7641.7641.961.962.452.45延伸率()101015152020252530303535404050506060100100 冲击值k(kJ/m2)19619639239258

23、858878478498098022176417641962196224502450294029403920 导热系数k(W/mK)418.68293.08293.08167.47167.4783.7483.4762.8062.8041.8741.8733.533.525.1225.1216.7516.758.378.37 有色金属如铝及铝合金，铜及铜合金等通常属于易切削资料。铸铁的加工性普通较碳钢好。比较各种铸铁加工性的好坏，主要取决于石墨的存在方式、基体组织形状、金属组织成分和热处置的影响。例如：灰铸铁，可锻铸铁和球墨铸铁中，石墨分别呈片状、团絮状和球状，因此它们的强度依次提高，加工性随之

24、变差。，表2-14 难切削金属资料的切削加工性比较恶化顺序1234影响切削加工性的要素难切削金属资料淬火或析出硬化形状高锰钢高 强 度 钢不 锈 钢高温 合金低合金高合金马氏体时效钢沉淀硬化型奥氏体型马氏体型索氏体型铁基镍基钴基钛合金硬度1234234131223122322高温强度11221l21123332微观硬质点 121231111123321与刀具亲和性111112222334导热性42223322343444加工硬化性4221232133432粘附件21111231133421相对切削加工性0.50.70.

25、8，采取适当的热处置 经过热处置可以改动资料的金相组织，改动资料的物理力学性能。例如，低碳钢采用正火处置或冷拔形状以降低其塑性、提高外表加工质量，高碳钢采用退火处置以降低硬度以减少刀具的磨损，马氏体不锈钢经过调质处置以降低塑性，热轧形状的中碳钢，经过正火处置使其组织和硬度均匀，中碳钢有时也要退火，铸铁件普通在切削前都要进展退火以降低表层硬度，消除应力。 ，调整工件资料的化学成分 在大批量消费中，应经过调整工件资料的化学成分来改善切削加工性。例如易切钢就是在钢中适当添加一些化学元素(S、Pb等)以金属或非金属夹杂物形状分布、不与钢基

26、体固溶，从而使得切削力小、容易断屑，且刀具耐用度高，加工外表质量好。 此外，还应针对工件资料难加工的要素，采取其他相应的对策。例如：选择或研制最适宜的刀具资料；选择最正确的刀具几何参数；选择合理的切削用量；选择适宜的切削液等等。 采用工艺手段 前角是刀具上重要的几何参数之一，前角的大小决议着刀刃的锋利程度。 前角大小的选择总的原那么是，在保证刀具耐用度满足要求的条件下，尽量取较大值。详细选择应根据以下几个方面思索： 1根据刀具切削部分资料选 高速钢强度、韧性好，可选较大前角；硬质合金的强，度、韧性较高速钢低，故前角较小；陶瓷刀具前角应更小。2根据工件资料选 加工塑性金属前角较大，而加工脆性资料

27、前角较小；资料的塑性越大，前角越大；资料的强度和硬度越高，前角越小，甚至取负值。3根据加工要求选 粗加工和断续切削选较小前角；精加工时前角应大些。 后角的主要作用是减小刀具后面与工件外表之间的摩擦，所以后角不能太小。后角也不能太大，后角过大虽然能使刃口锋利，另一方面会使刃口强度降低，从而降低刀具耐用度。 后角大小选择总的原那么是，在不产生较大摩擦条件下，尽量取较小后角。详细选择大小时，根据以下几个要素思索。 1根据加工要求选 粗加工时，切削用量较大，刃口需求有较好的强度，后角应选小些。精加工时，切削用量较小，工件外表质量要求高，为了减小摩擦，使刃口锋利，后角应选得大些。2根据加工工件资料选 加

28、工塑性金属资料，后角适中选大值；加工脆性金属资料，后角应适当减小；加工高强度、高硬度钢时，应取较小后角。 主偏角较小时，刀刃参与切削的长度长，刀尖角增大，提高了刀尖强度，改善了刀刃散热条件，对提高刀具耐用度有利。但是，主偏角较小时，吃刀抗力FP大，容易使工件或刀杆(孔加工刀)产生挠度变形而引起“让刀景象，以及引起工艺系统振动，影响加工质量。因此，工艺系统刚性好时，常采用较小的主偏角；工艺系统刚性差时要取较大主偏角。主偏角影响切削厚度及切削宽度的比例，主偏角越大，切削厚度越大，切削宽度越小，越容易断屑。因此，当出现带形切屑时，可思索增大主偏角。 副偏角的大小主要影响已加工外表粗糙度，为了降低工件

29、外表粗糙度，通常取较小的副偏角。 粗加工普通钢材铸铁时，s=0-5；精车时取s=0+5，有冲击载荷时取s= -5-15。 刃倾角的主要作用是它可以控制切屑流出方向，添加刀刃的锋利程度；添加刀刃参与任务的长度，使切削过程平稳以及维护刀尖。 粗加工时宜选负刃倾角，以添加刀具的强度；在断续切削时，负刃倾角有维护刀尖的作用。当工件刚性较差，不宜采用负刃倾角，由于负刃倾角将使吃刀抗力添加。精加工时宜选用正刃倾角，可防止切屑流向已加工外表，保证已加工外表不被切屑碰伤。大刃倾角刀具可使排屑平面的实践前角增大，刃口圆弧半径减小，使刀刃锋利。因此在微量切削时，经常采用很大的刃倾角，如在精镗孔、精刨平面时，常采用

30、s=3075。 正确地选择切削用量对提高消费率、保证加工质量有着很重要的作用。下面以以下图为例来论述选择切削用量的普通原那么。 工件资料:45钢 (正火)=0.893Gpa；加工要求：外表粗糙度为Ra=6.3m;刀具资料:YT15;刀杆尺寸:16mm25mm;刀具:o=15,o=o=6,r=75,r=15,s=0,r=0.5mm;机床：C6120-1。 粗加工选择切削用量的原那么是，在保证刀具一定耐用度前提下，要尽能够提高在单位时间内的金属切除量。车削时，单位时间内金属切除量(单位为mm3s)：Zw=1000cfap由上式可见，提高切削用量三要素中任何一个，都能提高金属切除率，从而到达提高消费

31、率降低本钱的目的。但是三个要素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度c，其次是进给量f，影响最小的那么是背吃刀量ap，因此，在选择粗加工切削用量时，应优先采用大的背吃刀量ap，其次采用较大进给量f，最后根据刀具耐用度的限定选一个合理的切削速度c，这样的选择可在T一定时使(c、f、ap)三者的乘积最大，ap大还可减少走刀次数，到达减少切削时间，提高消费率。 精加工或半精加工选择切削用量的原那么是，在保证加工质量的前提下，兼顾必要的消费率。 背吃刀量ap是根据尺寸精度要求和切削用量确定的。进给量f是根据工件外表粗糙度的要求来确定。根据加工条件从表34选取f=0.3mm/r切削速度c确实定应避开积屑瘤产

32、生区。普通硬质合金车刀应采用高速切削，其速度普通要80100m/min以上；高速钢车刀普通采用低速切削，其速度普通在38m/min之间。根据切削条件选取c150r/min。 冷却作用 在切削过程中，切削液能带走大量的切削热，有效地降低切削温度，提高刀具耐用度。在刀具资料的耐热性较差及工件资料导热系数较差的情况下，切削液的冷却作用显得更为重要。 切削液冷却性能的好坏，主要取决于它的导热系数、比热、汽化热、流量的大小。普通说来，水溶液冷却效果最好，乳化液其次，油类最差。 光滑作用 是经过切削液浸透到刀具与切屑、工件外表之间构成光滑油膜，由干摩擦(摩擦系数大)变为边境光滑摩擦(摩擦系数较小)而实现的

33、。 作为一种性能优良的切削液，除了具有良好的冷却、光滑性能外，还应具有防锈作用、不污染环境、稳定性好，价钱低廉等。 水溶液 主要成分是水，并在水中参与一定的防锈剂。它的冷却性能好，光滑性能差，呈透明状，便于操作者察看，它常在磨削中运用。 乳化液 是将乳化油用水稀释而成。呈乳白色，普通水占9598，故冷却性能好。乳化液中常参与极压添加剂以提高油膜强度，起到良好的光滑作用。普通资料的粗加工常运用乳化液，难加工资料的切削常运用极压乳化液。 (3)切削油 主要是矿物油(机油、煤油、柴油)，有时采用少量的动、植物油及它们的复合油。切削油的光滑性能好，但冷却性能差。为了提高切削油在高温高压下的光滑性能，在

34、切削油中加人极压添加剂以构成极压切削油。普通资料的精加工，常运用切削油。难加工资料的精加工，常运用极压切削油。 求设计变量：X = x1, x2, , xn T ，使目的函数 f (X)min ，并满足约束条件：g i (X)0 i = 1, 2, , m3-211111000momacwwmPTpmnptttttTDLtvfaCTvfa 1以最大消费率为优化目的使工序时间为最短3-221111000mommamcmtwwmPTpmnptCtCtCtCCTDLtvfaCTvfa 3-231111000mctmPTpmnpMRRHCtCCTMRRvfaCTvfa2以最小消费本钱为优化目的使工序本

35、钱为最小3以最大利润为优化目的使单位本钱金属去除率最大minmaxminmaxfffvvv3-241机床构造参数限制2加工外表粗糙度限制0.0321afRr3-25式中 Ra 外表粗糙度m； r 刀尖圆弧半径mm。3机床功率的限制FFccccxyFpFCafKvP3-26式中各符号含义同前。即函数求极值的方法。不能思索约束条件，只适于处置简单问题。21(,)()max(),0nPPiiP XMfXMgX3-27可利用设置惩罚函数，将约束优化问题转化为无约束优化问题处置。惩罚函数的表达式：式中 Ra 惩罚函数； r 原目的函数； Mp 惩罚因子一个很大的数； 21max(),0npiiMgX 惩

36、罚项；0()0max(),0()()0iiiigXgXgXgXfv0图3-30 田川法寻优过程表示图fminfmaxvminvmaxPPmax约束边境Pop可行域等值线Pcopq 高速加工定义图3-31 Salomon切削温度与切削速度曲线切削顺应区软铝切削速度v/(m/min)切削不顺应区0 600 1200 1800 2400 3000青铜铸铁钢硬质合金980高速钢650碳素工具钢450Stelite合金8501600 1200800400切削温度/切削顺应区非铁金属图3-32 高速与超高速切削速度范围 10 100 1000 10000切削速度Vm/min塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金q

37、 高速加工的切削速度范围q 高速加工的特点q 高速加工的运用公用机床5轴4工序 = 20轴3万件/月刚性零件、孔数、孔径、孔型固定不变1234钻孔 外表倒棱 内侧倒棱 铰孔外表和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心1台1轴1工序3万件/月柔性零件、孔数、孔径、孔型可变图3-33 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例日产公司b高速模具加工的过程图3-34 两种模具加工过程比较1硬化毛坯 2粗铣 3半精铣 4精铣 5手工磨修 a传统模具加工的过程1毛坯 2粗铣 3半精铣 4热处置 5电火花加工6精铣 7手工磨修 电极制造图3-35 采用高速加工缩短模具制造周期日产汽车公司与最终尺寸差值/mm加工时间 100 %10

38、10.10.010.001粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修刀具资料种类 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN资料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100热稳定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 较高 高 最高 最高 很高 普通精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削加工对象低速加工普通钢材、铸铁普通钢材、铸铁粗、精加工普通钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度资料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工资料 表3-3 普通刀具资料与超硬刀具资料性能与用途对比