第2章机械制造基础ppt课件

1、第二章 零件切削刀具n2.1金属切削的基本概念n2.2 金属切削的基本规律n2.3 金属切削加工参数的选择2.1.1 切削运动n1.切削运动的构成n(1)主运动n 在车削加工时，刀具要将工件上多余的金属切除掉，工件必须产生一个旋转运动，这个旋转运动就称为主运动。 n(2)进给运动n 进给运动是刀具和工件之间产生的附加的相对运动，它是配合主运动将切削层连续不断地或重复地切成切屑，以便形成所需几何特性的已加工表面。 2.1.1 切削运动 图2-1 外圆车削时的切削运动2.1.1 切削运动n合成切削运动：在切削时，实际的切削运动是主运动和进给运动的合成切削运动。n 2.1.1 切削运动n2.工件上的

2、加工表面n在金属切削过程中，工件上会形成三个表面：n(1) 待加工表面：工件上将被切除金属层的表面。n(2) 已加工表面：工件上经刀具切削后的表面。n(3) 切削表面过渡表面）：工件上由切削刃正在切削的那一部分表面，它属于待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。2.1.2 切削用量三要素n切削用量三要素 ：n1. 切削速度vcn2. 进给量 fn3. 背吃刀量ap2.1.2 切削用量三要素图2-3 切削用量2.1.2 切削用量三要素n1. 切削速度vcn 指切削刃上选定点相对于工件沿主运动方向的瞬时速度，可按下式计算：n vc = n式中 vc 切削速度，m /s 或 m /minn dw 工件

3、待加工表面的直径，mmn n 工件转速，r /s 或 r /minw1000d n2.1.2 切削用量三要素n2. 进给量 fn 指每转或每次往复行程中，工件与刀具间沿进给方向的相对位移量。n 进给速度vf 是指单位时间内工件与刀具之间的相对位移量。可按下式计算：n vf = f nn式中 vf 进给速度，mm /s 或 mm /minn n 主轴转速，r /s 或 r/minn f 进给量，mm /r 2.1.2 切削用量三要素n3. 背吃刀量apn 指通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，也称作切削深度。车外圆时可用下式计算：n a

4、p = n式中 dw 工件待加工表面直径， mm n dm 工件已加工表面直径， mmwm2d d2.1.3 刀具角度1.刀具切削部分的组成要素 图2-4 外圆车刀切削部分组成要素1刀柄 2主切削刃S 3后刀面A 4切削部分 5刀尖 6副后刀面A 7副切削刃S 8前刀面A 2.1.3 刀具角度n(1) 三个表面： 即前刀面、主后刀面和副后刀面n前刀面A）：切下的切屑延其流出的表面；n后刀面A）：与加工表面相对的表面也称主后刀面）；n副后刀面A）：与已加工表面相对的表面； 2.1.3 刀具角度n(2) 两个切削刃：即主切削刃和副切削刃n主切削刃S）：前刀面与主后刀面的交线，它担负着主要的切削工作

5、；n副切削刃S）：前刀面和副后刀面的交线，它配合切削刃完成切削工作，并形成已加工表面；2.1.3 刀具角度n(3) 刀尖：n 主、副切削刃连接处相当少的一部分切削刃。它可以是一个点、一小段直线或圆弧。2.1.3 刀具角度n2.刀具角度标柱坐标系2.1.3 刀具角度n(1)基面Prn 基面是过切削刃上某选定点的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于n 安装或定位的一个平面或轴线，一般来说其方位要垂直于假定的主运动方向。n 车刀的基面都平行于它的底面；对于钻头、铣刀等旋转刀具则为通过切削刃上某选定点并包含刀具轴线的平面。 2.1.3 刀具角度n(2)主切削平面Psn 主切削平面是指通过

6、主切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。n(3) 副切削平面Psn 副切削平面是指通过副切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。n(4)主剖面Pon 正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。2.1.3 刀具角度n(5)假定工作平面Pf n 假定工作平面是指通过切削刃选定点并垂直基面的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线。n(6)法平面Pn n 法平面是指通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。 2.1.3 刀具角度n3.刀具的几何角度n(1) 刀具的标柱角度n(2) 刀具的工作角度2.1.3 刀具角度2.1.3 刀具角度

7、n(1)刀具的标柱角度n1)主偏角：指主切削平面与假定工作平面 间的夹角。n n2)副偏角：指副切削平面与假定工作平面 间的夹角。n3)前角：指前刀面与基面间的夹角。 2.1.3 刀具角度n4)后角：指后刀面与切削平面间的夹角。n5)楔角：指前刀面与后刀面间的夹角。n6)刃倾角s：指主切削刃与基面间的夹角。 2.1.3 刀具角度n(2) 刀具的工作角度n1)刀柄中心线与进给方向不垂直时对主偏角、副偏角的影响n2)切削刃安装高于或低于工件中心时， 对前角、后角的影响2.1.3 刀具角度图2-7 刀柄中心线不垂直于进给方向 2.1.3 刀具角度n1)刀柄中心线与进给方向不垂直时对主偏角、副偏角的影

8、响n 在加工工件的过程中，当车刀刀柄与进给方向不垂直时，主偏角和副偏角将发生变化：如果车刀中心线向右向左偏斜，这时主偏角将随之变大减小）；而副偏角将随之减小变大）。其变化的数值可用下式计算：n e = Gn e= Gn式中G 进给运动方向的垂线和刀柄中心线之间的夹角即平面上的安装角）2.1.3 刀具角度图2-8 切断刃安装高度对、的影响2.1.3 刀具角度n2)切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的影响n切削刃高于工件中心时，可用下式计算：n e = n e = n切削刃低于工件中心时，可用下式计算：n e = n e = 2.1.3 刀具角度n可由下式计算求得：n sin = n式中

9、h 刃口高于或低于工件中心的距离, mmn dw 工件切削表面的直径，mmw2 hd2.2.1 金属切削过程中的变形n1. 切削层变形区2.2.1 金属切削过程中的变形n1. 切削层变形区n 第变形区：是由靠近切削刃的OA线处开始发生塑性变形，到OM线处的剪切滑移基本完成，曲线OAMO所包围的区域称为第变形区。它是在切削过程中形成的主要变形区域，会消耗大部分功率且产生大量的切削热。2.2.1 金属切削过程中的变形n1. 切削层变形区n 第变形区：是指切屑在沿刀具前刀面流出的过程中，受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层的金属继续产生滑移变形的区域。n n 第变形区：是指已加工表面受到切削刃钝圆部分

10、和后刀面的挤压、摩擦和回弹，产生晶粒纤维化和加工硬化的区域。2.2.1 金属切削过程中的变形n2. 变形系数n 经过滑移变形后形成的切屑，其外形尺寸有所变化，如下图所示，切屑的变形程度用变形系数来表示： 刀 具2.2.1 金属切削过程中的变形n2. 变形系数：n = =n n式中 lc 切削层的长度，mmn lch 切屑的长度，mmn ach 切屑的厚度，mmn ac 切削层的厚度，mmcchllchcaa2.2.1 金属切削过程中的变形n3切屑种类2.2.1 金属切削过程中的变形n3切屑种类n带状切屑n 这类切屑呈连续的带状，与刀具前刀面接触的底面是光滑的，背面呈微小的锯齿形。一般加工塑性较

11、大的材料如碳素钢、合金钢、铜合铝合金等）、刀具前角较大且切削速度较高时，常常形成这类切屑。其切削过程比较平稳，切削力的波动小，加工表面质量高，但必要时需采取断屑措施。2.2.1 金属切削过程中的变形n3切屑种类n节状切屑挤裂切屑）n 这类切屑的外表面呈较大的锯齿形，它是由于切削层局部所受的切应力达到材料强度极限的结果。在加工塑性较低的材料、刀具前角较小且切削速度低时容易形成此类切屑。其切削过程不平稳，切削力的波动较大，加工表面质量稍差。2.2.1 金属切削过程中的变形n3切屑种类n粒状切屑单元切屑）n 在切屑形成过程中，当整个剪切面上的应力都超过了材料的强度极限时，会形成一个个梯形状的粒状切屑

12、。当切削速度更低、前角更小且增加切削厚度时，容易生成此类切屑。 2.2.1 金属切削过程中的变形n3切屑种类n崩碎切屑n 这类切屑在加工脆性材料如黄铜、铸铁等时容易形成，它是由于切削层金属塑性小，刀具切入后，未发生塑性变形就突然崩断成不规则的碎块状。其切削过程容易产生振动，工件加工表面质量较为粗糙。2.2.2 积屑瘤 当切削塑性材料且切削速度不高时，常有一些从工件和切屑上带来的金属粘附在刀具前刀面上，在靠近切削刃处形成一个硬度很高的楔块硬度约为工件硬度的23.5倍），并使刀具的实际前角增大，这个楔块就是积屑瘤， 图2-2 积屑瘤2.2.2 积屑瘤n1. 积屑瘤的形成原因n 在切削过程中，切屑与

13、前刀面之间产生剧烈的摩擦和巨大的压力，使切屑在流动过程中，其底层与前刀面接触处的流速较上层缓慢很多，呈现“滞流现象；同时在高温高压下，由于分子间的亲和力，切屑底层金属与前刀面紧密接触而发生“冷焊现象并粘结在前刀面上，形成第一层积屑瘤。由于切屑还在不停的流动，第一层积屑瘤会逐渐增大，直到该处的温度和压力不足以造成粘结为止。以后，切屑就沿着积屑瘤的表面流出。2.2.2 积屑瘤n2. 积屑瘤的影响 n 积屑瘤在切削过程中是不稳定的，在外力和振动的作用下，常发生局部的断裂和脱落。由于积屑瘤时大时小，使切削力的大小也发生波动，因此便造成了切削过程的不稳定。对刀具来说，积屑瘤的产生使切削刃的几何形状发生畸

14、变，直接影响加工精度。破碎的积屑瘤有一部分会粘附在已加工表面上，使其高低不平，非常粗糙，硬度不均匀。2.2.2 积屑瘤n3. 影响积屑瘤的因素n(1)工件材料n(2)切削速度n(3)刀具前角n(4)切削液 2.2.3 刀具磨损和耐用度刀具磨损示意图：a)c)b)a) 刀具磨损 b) 后刀面磨损 c) 前刀面磨损 2.2.3 刀具磨损和耐用度n1.刀具磨损的形式n(1) 正常磨损的形式n 1) 前刀面磨损n 2) 后刀面磨损n n 3) 前、后刀面同时磨损2.2.3 刀具磨损和耐用度n1.刀具磨损的形式n（2） 非正常磨损的形式n 1) 破损n 破损是指在切削刃或刀面上产生裂纹、崩刃或破碎打刀的

15、现象。n 2) 卷刃n 卷刃是指在切削过程中，切削刃或刀面上产生隆起或塌陷的塑性变形现象，这是由于切削温度过高产生的。2.2.3 刀具磨损和耐用度n2.刀具磨损的原因n(1) 硬质点磨损n 切削时，工件材料中的硬质点杂质、积屑瘤碎片等硬粒在刀具表面上刻划出深浅不一的沟痕，使刀具磨损。当低速切削时，刀具磨损的主要原因是硬质点磨损。n(2) 粘结磨损n 切削塑性材料时，切屑与前刀面、工件与后刀面在较大的压力和适当的温度下发生粘结，刀具表面局部强度较低的微粒被切屑或工件带走，从而发生刀具的磨损。粘结磨损与切削速度有关，也与材料之间的亲和力有关。 2.2.3 刀具磨损和耐用度n2.刀具磨损的原因n （

16、3扩散磨损n 切削温度很高时，刀具和工件中的合金元素相互扩散，降低刀具的切削性能，从而加剧刀具的磨损。n （4相变磨损n 当切削温度超过刀具材料的相变温度时，刀具表面的金相组织发生变化，使刀具的硬度急剧降低而造成的磨损。2.2.3 刀具磨损和耐用度n2.刀具磨损的原因n（5氧化磨损n 在高温下（700800），空气中的氧与硬质合金中的WC、Co、TiC等发生氧化作用而生成较软的氧化物，它易被工件和切屑带走，从而降低刀具的切削性能而造成的磨损。2.2.3 刀具磨损和耐用度n3.刀具耐用度n(1) 刀具耐用度及相关概念n 刀具磨损限度也称磨钝标准）：是指规定的刀具磨损量的最大值，通常用刀具后刀面上

17、的平均磨损量VB表示。n 刀具耐用度：是指一把新刃磨的刀具，它从开始切削至达到磨损限度所经历的时间，用T表示。n 刀具寿命：是指一把新刀具从使用到报废为止的总切削时间，用H表示。 2.2.3 刀具磨损和耐用度n3.刀具耐用度n(2) 刀具耐用度的影响因素n 从刀具耐用度和刀具磨损的关系可知，凡是影响刀具磨损的因素，也都同样影响着刀具的耐用度。刀具磨损的主要影响因素是切削温度，而切削速度对切削温度的影响最大，因此对刀具耐用度的最大影响因素是切削速度。2.2.3 刀具磨损和耐用度n3.刀具耐用度n(3) 刀具的合理耐用度n 合理耐用度的确定原则有两个：一是根据单件工序工时最短确定的最大生产率耐用度

18、；一是根据单件工序成本最低确定的经济耐用度。n n 我国目前通常采取经济耐用度，即最低成本耐用度。 2.2.4 切削力n1. 切削力的来源n 金属切削过程中，刀具切入工件，使正在被切削的一层金属发生变形而成为切屑，这种刀具作用于工件上的力称为切削力。n 切削力来源于以下两个方面：n (1) 克服被加工材料对弹性变形、塑性变形的抗力n (2) 刀具与切屑、工件之间的摩擦阻力2.2.4 切削力n2. 切削合力与分力，如下图所示：2.2.4 切削力n2. 切削合力F与分力n主切削力Fc：又称切向力，是指沿主运动速度方向的分力。 n进给力Ff：又称轴向力，是指沿进给运动方向的分力。 n背向力Fp：又称

19、径向力，是指在基面内与进给方向工件轴线方向垂直的分力。n F = 222+cfpFFF2.2.4 切削力n3.计算切削力的经验公式n 计算切削力的经验公式有两种：n （1一种是指数公式n （2一种是按单位切削力计算2.2.4 切削力n4. 切削力的影响因素n(1)工件材料n(2) 切削用量n(3)刀具几何参数n(4)其他因素2.2.5 切削热、切削温度、切削液n1.切削热和切削温度n(1) 切削热的来源与传出n 切削热来源于两个方面：一方面是被切削金属在刀具的作用下产生的弹性和塑性变形功，另一方面是切屑与前刀面、工件与后刀面之间产生的摩擦功。n 切削热产生以后，分别通过切屑、工件、刀具和周围介

20、质传出。通常情况下切屑带走的热量最多，其次为工件、再次为刀具和周围介质。 2.2.5 切削热、切削温度、切削液n1.切削热和切削温度n(2) 切削温度n 切削温度通常指切削区域的平均温度。实验证明，切削温度在工件、刀具、切屑上的分布是不均匀的，工件材料塑性大，切削温度的分布就相对较均匀；工件材料脆性大，则分布不均匀，温度梯度大。工件和刀具的最高温度都在刀尖附近，切屑中的最高温度在积屑瘤附近。2.2.5 切削热、切削温度、切削液n1.切削热和切削温度n(3) 切削温度的影响因素n 1)切削用量n 2)工件材料n 3)刀具几何角度n 4)其它因素2.2.5 切削热、切削温度、切削液n2.切削液n(1) 切削液的作用n 1)冷却作用n 2) 润滑作用n 3) 清洗作用n 4) 防锈作用2.2.5 切削热、切削温度、切削液n2.切削液