第8章金属切削加工基础知识

1、1第第8 8章章 金属切削加工基础知识金属切削加工基础知识28.1 8.1 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识8.2 8.2 金属切削机床金属切削机床38.1 8.1 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识8.1.18.1.1切削运动及切削用量切削运动及切削用量 1.切削运动切削运动 在金属切削加工过程中，要想获取所需要的工件，就必须根据零件的不同表面，采用相应的加工方法才能达到要求，而这些加工方法是通过零件与不同的切削刀具之间的相对运动来进行的。因此，为了获得各种形状的零件，刀具与工件必须具有一定的相对运动，即切削运动我们称这些刀具与零件之间的相对运动为切削运动。 切削运动按

2、其作用可分为主运动和进给运动两种类型。切削运动按其作用可分为主运动和进给运动两种类型。 （1）主运动）主运动 使零件与刀具之间产生相对运动以进行切削的最基本运动，称为主运动。主运动是切削运动中速度最高，消耗机床功率最多的运动。在切削运动中，主运动只有一个。它可由零件完成，也可以由刀具完成；可以是旋转运动，也可以是直线运动。4（2）进给运动 不断地把被切削金属层投入切削，以逐渐加工出整个零件表面所需的运动，称为进给运动。进给运动一般速度较低，消耗的功率较少，可由一个或多个运动组成。它可以是连续的（如车削），也可以是间断的（如刨削）。图图8-1 8-1 切削运动与加工表面切削运动与加工表面1-1-

3、进给运动进给运动 2-2-待加工表面待加工表面 3-3-切削表面切削表面 4-4-已加工表面已加工表面 5-5-主运动主运动52.2.工件表面工件表面 切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面（如图8-1所示），它们分别是： 待加工表面：工件上即将被切削的表面； 已加工表面：工件上经切削后形成的表面； 切削表面（过渡表面）：工件上正在切削的表面，即已加工表面和待加工表面之间的表面。3.3.切削用量切削用量 在一般的切削加工中，切削速度 、进给量 和背吃刀量 合称切削用量，又称为切削

4、用量的三要素。cvfpa6（1）切削速度 在单位时间内，刀具相对于零件沿主运动方向的相对位移，即切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。单位为m/s或m/min。当主运动为回转运动时，车削时切削速度为： 式中 n工件或刀具的转速，单位为r/min； d工件或刀具选定点的旋转直径，单位为mm。 若主运动是往复运动时，则其平均速度： 式中 L往复运动行程长度，单位为mm 主运动每秒的往复次数，单位为str/s。cv1000dnvc10002Lnrvcrn7（2）进给量 f 在单位时间内，刀具相对于零件沿进给运动方向的相对位移。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。即工件每转一圈,刀具沿进

5、给运动方向移动的距离，即为(每转)进给量，单位为mm/r。在牛头刨床上刨平面时，刀具往复一次，零件移动的距离，单位为mm/str(即毫米/双行程)。车削时的进给运动速度为：（3）背吃刀量 在垂直于主运动和进给运动方向上测量的切削层最大尺寸，单位为mm，又称为切削深度。对于切削外圆时，背吃刀量为工件上已经加工表面与待加工表面之间的垂直距离：nfvfpa8式中 待加工表面直径，单位为mm； 已加工表面直径，单位为mm。8.1.2 8.1.2 刀具材料与刀具几何形状刀具材料与刀具几何形状1.1.刀具材料刀具材料刀具材料必须具备以下性能：刀具材料必须具备以下性能： 高的硬度和耐磨性。 足够的强度和韧性

6、。 具有高的热硬性。 良好的工艺性。常用的刀具材料常用的刀具材料 高速钢高速钢: :高速钢是含W、Cr、V 等合金元素较多的合金工具钢。 高速钢按其性能课分为普通型高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。2mwpddawdmd9 硬质合金。硬质合金是由硬度和熔点很高的金属碳化物（WC、TiC等）和金属粘结剂（Co、Ni、Mo等）通过粉末冶金工艺制成的。 常用的硬质合金类型主要有以下几种：钨钴类硬质合金（YG）、钨钛钴硬质合金（YT）、钨钛钽钴类硬质合金（YW）、碳化钛基类硬质合金（YN）。 2.2.刀具几何形状刀具几何形状 刀具的组成 金属切削刀具由切削部分和夹持部分组成。刀具切削部分的组成要素

7、有三面、两刃、一尖。 前刀面。刀具切削部分流出所经过的表面。 主后刀面。刀具上与零件的过渡表面相对的表面。 副后刀面。刀具上与零件的已加工表面相对的表面。 主切削刃。前刀面与主后刀面的交线，切削时承担主要的切削工作。 副切削刃。前刀面与副后刀面的交线，也起一定的切削作用。 刀尖。主切削刃与副切削刃相交之处，刀尖是一段过渡圆弧或折线。10刀具几何角度的参考系 刀具角度是用来确定刀具切削部分各刀面和刀刃在空间相互位置和相互关系的方位角度，为确定这些角度，需要引入假设的参考系来度量，此参考系是标注和测量角度的基准，在此基准下标注的刀具角度称为刀具的标注角度。 在建立刀具标注角度参考坐标系时，特作一下

8、假设：不考虑进给速度的影响，即f=0；安装车刀时，刀柄底面水平放置，刀柄中心线与进给运动方向垂直，且刀尖与工件中心等高。 正交平面参考系及其标注角度。正交平面参考系有三个平面组成：基面Pr、切削平面Ps和正交平面Po； 基面Pr是或切削刃某选定点，与该点的切削速度方向相垂直的平面。 切削平面Ps是指过主切削刃上的某选定点，与该点切削表面相切的平面。 正交平面Po是过切削刃某选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。1112刀具的工作角度。 刀尖安装高度对工作角度的影响。车削时刀具的安装常会出现刀刃安装高于或低于回转中心的情况，工作基面、工作切削平面相对于参考系偏转角（如图8-6）所示。刀尖高于零

9、件轴心线时，工作切削平面变为Pse，工作基面变为Pre，则工作前角oe增大，工作后角oe减小；刀尖低于零件轴心线时，工作角度的变化则正好相反ooeooe13 刀柄安装偏斜对工作角度的影响。在车削时会出现刀柄与进给方向不垂直的情况，进给方向与刀柄垂直方向产生一定的角度。工作主偏角re和工作副偏角re将发生一定的变化14 进给运动对工作角度的影响。车端面或断面时，车刀则横向运动，切削轨迹为阿基米德螺旋线，实际上基面和切削平面相对于标注参考系都要偏转一定的角度，而改变车刀的前角和后角，即前角增大，后角减小158.1.3 8.1.3 金属切削过程金属切削过程1.切削形成 通过实验分析证明，金属切削过程

10、是被切金属层在刀具的挤压、摩擦作用下产生变形后转变为切削形成已加工表面。根据实验可绘制出金属切削过程中的滑移线和流线示意图162.切削力 金属切削时，切削力来源于两个方面：一是切削金属、切削和工件表面层金属的弹性形变和塑性形变所产生的抗力；二是克服切削与前刀面和后刀面的摩擦阻力。这些阻力的合力就形成了作用在刀具上的总切削力F，常把合力F分解为互相垂直的Fc、Fp和Ff三个分力， （1）切削力Fc（切向力）。切削力F在主运动上的分力。Fc垂直于基面，与切削速度的方向一致。 （2）背向力Fp（径向力）。切削力F在加工表面法线方向上的分力。Fp作用在基面，并与刀具纵向进给方向相垂直。 （3）进给力F

11、f（轴向力）。切削力F在进给方向上的分力。作用在基面内，并与刀具纵向进给方向相平行。173.切削热和切削温度 切削加工过程中，切削力所做的功绝大部分转化为热能，这些大量的热量称为切削热。其主要来源有：切削层变形产生的热量；工件与后刀面摩擦产生的热量；切削与前刀面摩擦产生的热量。 切削温度一般是指切屑、零件和刀具接触区域的平均温度。切削温度的高低直接反映出切削热产生的多少和热量传递的快慢。4.切削液的选择 （1）切削液的作用 切削液主要通过冷却和润滑的作用来改善金属切削过程。切削液能带走切削区域大量的热，从而降低切削温度起到冷却的作用；切削液在刀具与切削和加工表面之间形成一层润滑膜，减小摩擦起润

12、滑作用。除此之外，切削液还有清洗和防锈的作用。18（2）切削液的种类和选用 常用的切削液有水溶液、乳化液和切削油等。 水溶液的主要成分是水，在其中加入防锈剂、清洗剂、油性添加剂等。 乳化液主要是由矿物油与表面活性乳化剂配制，用水稀释而成。低浓度的乳化液冷却作用较好，主要用于磨削和粗加工等；高浓度的乳化液润滑作用较好。 切削油主要有矿物油（机油、轻柴油、煤油）、动植物油（棉籽油、菜油、豆油、猪油等）或复合油等。5.刀具磨损和刀具耐用度 （1）刀具的磨损的形态 在金属切削过程中，刀具的失效主要有磨损和破损两类，在此仅研究刀具的磨损。 1）前刀面磨损。 2）后刀面磨损。 3）前后刀面同时磨损。19

13、（2）刀具磨损的原因 在金属切削加工过程中，刀具在高温、高压的工作条件下，刀具的磨损经常是机械、热和化学的三者作用的综合结果。 1）磨料磨损。 2）粘结磨损。 3）扩散磨损。 4）相变磨损。 5）氧化磨损。 （3）刀具磨损的过程 刀具的磨损可分名为三个阶段： 第一阶段：初期磨损阶段。新刃磨后的刀具表面存在微观凸凹不平面，接触面积小，压强大，因而磨损较快。 第二阶段：正常磨损阶段。经过初期磨损后，后刀面的微观凸凹已经磨平，接触面积增大，压强减小且分布均匀，因此，磨损缓慢，时间较长。 第三阶段：急剧磨损阶段。刀具经过正常磨损后，刀具磨损钝化，切削力增大，切削温度升高，切削状态逐渐恶化，磨损量急剧增

14、大，以致丧失切削能力。20 （4）刀具的磨钝标准和耐用度 刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。一般的刀具的磨损多数情况出现在刀具的后刀面，而后刀面的磨损量容易测量。常用VB值作为刀具的磨钝标准。ISO标准统一规定以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损带高度VB作为刀具磨钝标准。218.28.2金属切削机床金属切削机床8.2.18.2.1机床的分类机床的分类 根据国家制定的金属切削机床型号编制方法，将机床划分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床12大类。 按机床的工作精度又可分：普通精度级、精密级和高精度级

15、机床 按自动化程度可分为：手动操作机床、半自动机床和自动机床3种。半自动和自动机床在机床型号中分别用汉语拼音字母B和Z表示。 按加工零件大小和机床重量可分为：仪表机床、中小型机床、大型机床(1030 t)、重型机床(30100 t)和超重型机床(100 t 以上)。 按机床工作部件的数目可分为：单刀和多刀机床或单轴和多轴机床等。22 GB/T 153752008金属切削机床型号编制方法规定：机床的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排列组成，适用于各类通用机床和专用机床（组合机床除外）。其中：表示数字；表示大写汉语拼音或英文字母；括号中表示可选项，当无内容时不表示，有内容时则不带括号；表示

16、大写汉语拼音字母或阿拉伯数字，或两者兼有之。 1.通用机床型号的编制方法 （1）机床的类别代号 机床的类别代号用大写的汉语拼音字母表示，需要时，每一大类又可以分为若干类，表示方法是在类别代号之前用数字表示，当分类为“1”时不予表示，“2”和“3”分类代号应表示清楚。232425（2）机床的特性代号 1）通用特性代号。当某种类型机床除有普通型外，还有如表8-2所示的某种通用特性时，则在类代号之后加上相应特性代号。如“CM”表示精密车床，通用特性代号在各类机床中表示的意义相同。 2）结构特性代号。对于主参数相同，而结构、性能不同的机床，在类别代号后加上结构特性代号用于区分。 （3）机床的组别代号和

17、系列代号 在机床型号中，机床的组别代号和系列代号用两位阿拉伯数字表示，第一位数字代表组别，第二位数字代表系别。每类机床按其用途、性能、结构等分为10个组，每组又可分为10系(系别)，分别用数字09表示 （4）机床的主参数和第二主参数 机床的主参数代表机床规格大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示。26（5）机床的重大改进顺序号 当机床的结构、性能有重大改进和提高时，按其设计改进的次序在机床型号的末尾加上重大改进号，以示区别。序号分别用大写英文字母A、B、C、D表示。（6）其它特性代号 其它特性代号主要反映各类机床的特性，如对数控机床，可用来反映不同的控制系统；对于多功能机床，可用来补充表示某

18、些功能。其它特性代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者组合表示。2728 2.专用机床的型号 专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成。设计单位代号包括机床生产厂和机床研究单位号；设计顺序号按各单位设计制造专用机床的先后顺序排列。8.2.38.2.3机床的传动机床的传动 1.机床传动的基本组成部分 机床的传动必须具备以下的三个基本部分。 （1）运动源 运动源是为执行件提供动力和运动的装置。通常为电动机，例如步进电动机、直流电动机、交流异步电动机、交流变频调速电动机、直流和交流伺服电动机等。 （2）传动件 传动件是将动力和输送的零件。例如齿轮、链轮、带轮、丝杠、螺母等，除机械传动外，还有液压传动和电气传动元件等。 （3）执行件 执行件是夹持刀具或工件执行运动的部件，也是传递运动的末端件。常用执行件有主轴、刀架、工作台等。292.机床传动链 依据传动链的性质，将传动链分为外联系传动链和内联系传动链两类 （1）外联系传动链 外联系传动链是指联系运动源与执行件的传动链。其作用是将运动源的动力传递出去，并使执行件获得一定的速度。同时对执行元件还起换向和变速的作用。 （2）内联系传动链 内联系传动链是指联系两个执行件，以形成复合