北航加工工艺学-6加工(3章切削加工)

1、第三章 切削加工工艺 3.1切削加工概述3.1.1切削加工的分类切削加工：是指利用刀具从毛坯上切去多余的资料，从而获得一定几何外形、尺寸和外表质量的加工方法。分类 ： 机械切削加工普通/数控 切削加工 机械加工 钳工 特种.3.1.2零件外表的分类与成形原理1.零件外表的分类 根本外表 零件的外表 型面 各种沟槽、螺纹、齿轮及特型面 回转型 二维特型面 平移型 特型面 列表曲面 三维特型面 函数曲面 仿生曲面 . 二维特型面 列表曲面 三维 .2.零件外表的成形原理成形法 以切削刃的外形来保证工件外表形 状的成形原理。特点：刀具切削刃的几何外形 复杂，而刀具相对工件 的进给运动极为简单。包络法

2、 以切削刃相对于工件外表的运动轨 迹而构成的包络面即成为工件外表 的成形原理 。特点：普通刀具相对简单 而切削运动较为复杂。 动画.3.1.3切削运动与切削用量1.切削运动 是指刀具与工件之间的相对运动。主运动 即刀具从工件上切下切屑所需求的根本 运动。 进给运动 即使工件继续投入切削的运动。 (常见机床的切削运动见表3-1)2.加工中的工件外表 .3.切削用量 是调整机床用的参量。切削速度、进给量和背吃刀量称作切削用量三要素。 切削速度 主运动为旋转运动，那么： vc= d n /100060 (m/s) 式中：d-工件或刀具的直径，mm； n-工件或刀具的转速 r/min。 主运动为往复运

3、动，那么： vc= 2 Lnr /100060 (m/s) 式中：L-往复运动行程长度，mm; nr -工件或刀具每分钟往复的次数，str/min。.进给量 刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量 ，用 f 表示 。 车、钻、镗、铣削时单位为mm/r 背吃刀量 又称切削深度，指在垂直于进给运动方向上丈量的主切削刃切入工件的深度，用ap表示。 单位为 mm。车削外圆时： ap=dwdm/2 (mm) 式中：dw-待加工外表的直径，mm； dm-已加工外表的直径，mm。 .3.2车刀的几何构造及刀具资料.3.2.1车刀的几何构造1.车刀切削部分的构成要素几何外表前面 又称前刀面， 刀具上切屑流过的

4、外表；主后面 又称主后刀面， 刀具上与前面相交构成 主切削刃的外表。 副后面 又称副后刀面，刀具上与前面相交构成副切削刃的外表。 . 切削刃主切削刃 起始于切削刃 上主偏角为零的点，并至 少有一段切削刃拟用来在 工件上切出过渡外表的那个整段切削刃、它担 负着主要的切削任务；副切削刃 切削刃上除主切削刃以外的刃，亦 起始于主偏角为零的点，但它向背叛主切削刃的方向延伸。它担负着部分切削任务。 刀尖 指主切削刃与副切削刃的衔接处相当少的一部分切削刃。 . 刀具的角度1 为什么要讲刀具的角度2 标注角度和任务角度 前提条件： 刀尖与工件轴线等高，进给量为零，刀柄中心线垂直于进给方向等。.2.刀具角度参

5、考系基面 pr 经过主切削刃选定点的平面 ，普通其方位要垂直于假定的主运动方向。主切削平面 ps 经过主切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。 正交平面 po 经过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。正交平面原称作主剖面。.3.车刀的标注角度及作用前角0前面与基面间的夹角。 后角0 后面与切削平面间的夹角。主偏角kr 主切削平面与假定任务平面之间的夹角。副偏角kr副切削平面与假定任务平面之间的夹角。刃倾角s 主切削刃与基面间的夹角。 .角度的作用 ： 前角0 前角越大， 刀刃锋利，越利于切削， 但前角过大会减弱切削 刃的强度。后角0 影响主后面与工件过渡外表间的摩擦及刀刃的

6、强度。 主偏角kr 主要影响切削条件和刀具寿命，也影响切削分力之间的比例。副偏角kr影响副切削刃与工件间的摩擦及外表质量。刃倾角s 主要影响切屑流向和刀体的强度。 .3.2.2刀具资料1.对刀具资料的要求 高硬度 普通应在HRC60以上。高耐磨性 含有硬质点的数量越多、晶粒越细，分布越均匀，那么耐磨性越好。 足够的强度和韧性 别用抗弯强度和冲击韧度来衡量。 高耐热性 又称红硬性，指刀具资料在高温下坚持其常温硬度的才干。是衡量刀具资料优劣的一项重要目的。 此外，刀具资料还应具有良好的工艺性和经济性。 .2.常用刀具资料普通分为以下四类： 高速钢 按其性能分为通用型高速钢和高性能高速钢两种。通用型

7、高速钢热处置后的硬度可达HRC6266，在550600时仍能坚持正常的切削性能。常用牌号有W18Cr4V称W18W6Mo5Cr4V2简称M2等。 高性能高速钢硬度可达HRC6770，在600650时仍可坚持HRC60的硬度。常用牌号有W2Mo9Cr4VCo8简称M42和W6Mo5Cr4V2Al简称501等 。 .硬质合金 硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC、NbC、TaC等)粉末为基体，以熔点较低的金属(Co或Ni等)粉末为粘结剂经高压后烧结制成的。 常温硬度为HRC7482，耐热温度可达8001000。允许的切削速度远高于高速钢，可达1.75m/s。 硬质合金的抗切削振动和

8、冲击才干较差，目前在复杂构造的刀具上运用还遭到一定限制。P类 即YT类，适于加工长切屑的黑色金属。 M类 即YW类，适于加工长、短切屑的黑色和有 色金 属。 K类 即YG类，适于加工短切屑的黑色、有色金属及非 金属 。 硬质合金代号和运用范围见表3-2 .涂层刀具资料 是指经过气相堆积或其它技术方法，在硬质合金(或高速钢)的基体上，涂覆一薄层耐磨性极高的难熔金属化合物。常用涂层资料有TiC碳化钛、TiN氮化钛和Al2O3及其复合资料等。超硬刀具资料陶瓷刀具资料 在1200时仍能坚持HRA9095的硬度。 人造聚晶金刚石 硬度可达HV10000，是目前人工制成的硬度最高的刀具资料金刚石刀具，温度

9、到达700 800 时就会失去硬度，不宜加工黑色金属。立方氮化硼 硬度为HV80009000，仅次于金刚石，其耐热性可达1400。 .3.3金属切削过程 3.3.1切屑的构成及三个变形区切削过程本质：弹性变形塑性变形分别.三个变形区 始滑移线 OA 终滑移线 OM 第变形区 剪切区 第变形区 滞流区第变形区 塑变区.常见的切屑形状带状切屑：切削力变化比较小，切削过程较平稳。节状切屑：切削过程不够平稳，外表粗糙度Ra值较大 。崩碎切屑：切削过程极不稳定，刀具刃口易崩刃或磨损。 .3.3.2积屑瘤1.构成 (在第变形区) 条件:外摩擦力内摩擦力 有瘤好不好？要不要？ . 2.作用增大任务前角,维护

10、切削刃.使实践切削深度变化,易引起震动, 降低工件外表质量. 粗加工允许存在(切削轻快). 精加工 不允许存在(保证质量). 能否想要就要？.3.影响要素工件资料: 塑性,积屑瘤;可正火,调质。切削速度: 低速(0.08m/s )或很高速(1.67m/s ), 积屑瘤 中速(0.081.67m/s ),积屑瘤 (300)刀具： 增大前角，减小走刀量，提高刀具外表质量及合理运用光滑液，可使积屑瘤. 3.3.3切削力与切削功率1.切削力切削过程中，刀具对工件所施加的力称为切削力。 来源于两个方面：被切资料层因弹性变形和塑性变形而产生的变形抗力 P变；刀具前刀面与切屑之间、后刀面与工件过渡外表之间相

11、对运动而产生的摩擦阻力 P摩。总切削力 F 是一个空间矢量，其大小和方向随切削条件而变化。可分解为三个相互垂直的分力。. 三个分力 主切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力。 它垂直于任务基面， 与切削速度方向平行， 故又称切向力。 耗费机床总功率 的95以上， 是计算切削功率和车刀强度、确定机床动力的 主要根据。.背向力 Fp 总切削力F在垂直于任务平面方向 上的分力。 它投影在任务基面上， 并与工件轴线垂直， 故又称径向力。它普通不耗费机床功率， 但易使工件变形、振动， 是影响工件加工质量的主要分力。 .进给力Ff 总切削力F在进给运动方向上的分力， 它投影在任务基面上， 并与工件轴线

12、平行， 故又称轴向力。只耗费机床功率的 15， 是机床进给机构强度与刚度设计的主要根据。 .关系： F = Fc 2 Fp 2 Ff 2 Fp = (0.15 0.7 ) Fc Ff = (0.1 0.6 ) Fc影响要素：工件资料的硬度和强度愈高，那么变形抗力愈大，因此切削力愈大。切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量，其次是进给量，而切削速度影响最小。刀具前角增大，被切金属的变形减小，故切削力减小。 此外，刀具的主偏角和刃倾角的大小、刀具的安装与磨损及冷却光滑情况等对切削力大小和各分力间的比例都存在程度不同的影响。 .2.切削功率 背向力Fp方向运动速度为零不做功，进给力Ff 很小，往往忽

13、略不计，切削功率： Pm = Fc vc 10 -3 ( KW )式中，vc 切削速度，m /s。机床电动机功率为： Pe Pm / 式中， 机床传动效率，普通取0.750.85。.3.3.4切削热与切削温度1.切削热切削层金属弹性变形和塑性变形-Q变刀具前刀面与切屑 ,后刀面与工件之间的摩擦-Q摩散热比例 中等速度车削钢件时: (大约) 切屑带走5086, 传入工件93, 传入刀具4010, 散入空气1% 钻削：见书 .影响 (传入切屑和空气的热量无影响) 传入工件和刀具的热量:使工件升温变形,产生尺寸、外形误差,精度“烧伤工件外表,外表质量刀具部分温度硬度,加速 磨损(导致工件质量).2.

14、 切削温度 切削温度是指工件、刀具和切屑三者接触外表上的平均温度。 是产生和传散切削热综协作用的结果。 工件资料 工件资料的强度、硬度越高，切削温度也就越高。资料的导热性好，可使切削温度降低。 切削用量 加大切削用量会使切削温度升高。切削用量中对切削温度影响最大的是切削速度，其次是进给量,而背吃刀量的影响最小。 刀具角度 刀具的前角增大，切削层变形小，切削温度降低。 切削液 运用适当的切削液可明显降低切削温度。 .3.3.5刀具磨损与耐用度1.刀具磨损刀具磨损的方式 前刀面磨损 高速、大厚度塑性资料 KT表示后刀面磨损 脆性、小厚度塑性资料 VB表示前后刀面同时磨损.刀具磨损的过程 刀具后面磨

15、损量VB与切削时间之间的磨损曲线。分为三个阶段：AB段 初期磨损BC段 正常磨损CD段 猛烈磨损. 2.刀具耐用度 刀具磨钝规范是指刀具允许的最大磨损量， 通常以主后面中间部分平均磨损量VB作为磨 钝规范。 刀具寿命是指一把新刀由开场切削到报废为止的总切削时间，用 t 表示。 显然，刀具耐用度T与刀具寿命 t 之间存在以下关系： t = n T min 式中，n 刀具刃磨次数。. 通常，耐用度 T: 硬质合金车刀 T = 6090 min； 高速钢钻头 T= 80120 min； 硬质合金面铣刀 T= 90180 min； 齿轮滚刀 T= 200300 min。选择刀具耐用度有两种方法：根据单

16、件工时最短的原那么来确定的最高消费率耐用度 Tp ；根据工序本钱最低的原那么来确定的经济耐用度 Tc 。 Tc Tp . 3.3.6 工件资料的切削加工性 切削加工性是指对某种工件资料进展切削加工的难易程度。资料的相对加工性 K v 普通以抗拉强度b= 735MPa的45钢的v60作基准，写作v60j K v= v60 /v60j K v值越大,其相对切削加工性越好。 工件资料的相对切削加工性分为八级，如表3-3。 1很容易切削 23-容易切削 45-普通 68-难切削.常用金属资料的切削加工性构造钢低碳钢(含C0.25%) 较差 (改善:正火)中碳钢(0.30.6%C) 较好 (改善:正火)

17、高碳钢(0.6-0.8%c,含P) 稍难 (次于中碳钢)高碳钢(大于0.8%c,含F3C) 不好 (改善:球化退火)合金构造钢 低于含C量一样的碳钢.铝、镁合金 良好 (但热膨胀系数大)不锈钢 较差(比低碳钢差,比高碳钢(含F3C) 也差)高温合金 极差钛合金 难切 (比不锈钢差,比高温合金好) 切削加工性排序铝合金 镁合金 中碳钢 高碳钢(含P) 低碳钢 高碳钢(含F3C) 不锈钢 钛合金 高温合金.3.4 精细加工1.精细加工的概念目前精细与超精细加工的范畴可划分如下：普通加工 指加工精度在10m左右，相当于公差等级IT6IT5，外表粗糙度为Ra0.80.2m的加工方法，如车、铣、磨等。适

18、用于普通机械制造行业。精细加工 指加工精度在10.1m，公差等级在IT5以上，外表粗糙度值在Ra0.10.03m的加工方法，如精细车削、研磨、抛光、精细磨削等。适用于精细机床、精细丈量仪器等行业的精细零件加工。. 超精细加工 指加工精度在0.10.01m，表面粗糙度值在Ra0.0250.001m或称为亚微米级的加工方法，如金刚石刀具超精细切削、超精细磨削等。它主要运用于一些精细仪器或安装的制造上，如惯性导航仪静电陀螺球、超大规模集成电路基片等的加工。精细与超精细加工方法主要可分为两类：采用金刚石刀具对工件进展超精细的微细切削和运用磨料磨具对工件进展珩磨、研磨、抛光、精细和超精细磨削等，后者习惯

19、上又称作光整加工；采用激光加工、等离子体加工、超声波加工等特种加工方法。.电子束、活性离子、受控腐蚀加工等特种加工方法主要用于加工尺寸微小，精度极高的零器件，被称为微细加工技术。 2. 精细加工的特点切削区的温度低； 消费率低 ；加工余量少 ；许多情况下是机械切削作用和化学腐蚀作用共同去除余量 ；对机床设备、加工环境要求高恒温、超净、防振，并且要与精细丈量相配合 。.3.4.1光整加工 工件光整加工后，可获得很高的加工精度尺寸精度可达IT6IT5和良好的外表质量粗糙度可达Ra0.10.008m。 1.研磨 研磨是指在相对运动的研具与工件外表之间添加研磨剂，并施加一定的压力，对工件外表进展光整加工的方法。 . 研磨工件可获得IT6IT4的尺