机械制造基础6

第9章金属切削加工的基础知识

一、设计目的了解最基本的金属切削加工方法，了解切削的基本概念、金属切削性能，全面掌握金属切削加工艺知识。二、设计条件给出减速器轴类零件图及其性能要求，进行轴类零件工艺的制定及其制造过程设计。三、设计内容及要求（1）根据减速器轴类零件图及性能要求，分析零件，确定轴类零件工艺方法。（2）在掌握各金属切削方法中，进行典型轴类零件设计。（3）掌握一般轴类零件的机械加工工艺过程。

9.1金属切削加工方法选定说明

一、切削运动切削加工时,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，切削运动按其所起的作用可分为主运动和进给运动。二、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，它们分别是待加工表面，切削表面和已加工表面。9.2切削运动

三、切削用量1．切削速度vc

2．进给量f

3．

背吃刀量（切削深度）ap

dw－待加工表面直径

dm－已加工表面直径

一、车刀的组成

1.刀面（1）前刀面Aγ：刀具上切屑流过的表面。（2）后刀面Aα：与工件上切削表面相对的刀面。（3）副后刀面Aα'：与已加工表面相对的刀面。9.3金属切削刀具

2.切削刃（1）主切削刃S：前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作；（2）副切削刃S'：前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。（3）刀尖是主、副切削刃相交的一点，实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀尖圆弧。

二、刀具几何角度参考系1.刀具标注角度参考系2.正交平面参考系

三、刀具标注角度定义

1.在基面内测量的角度（1）主偏角r：主切削刃与进给运动方向之间的夹角。（2）副偏角r’：副切削刃与进给运动反方向之间的夹角。（3）刀尖角r：主切削平面与副切削平面间的夹角。刀尖角的大小会影响刀具切削部分的强度和传热性能。

2.在主切削刃正交平面内测量的角度（1）前角o：前刀面与基面间的夹角。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：后刀面与切削平面间的夹角。

（3）楔角o：前刀面与后刀面间的夹角。楔角的大小将影响切削部分截面的大小，决定着切削部分的强度，它与前角o和后角o的关系如下：

3.在切削平面内（S向）测量的角度刃倾角s是主切削刃与基面间的夹角。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处于最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零，4.在副切削刃正交平面内（O´-O´）测量的角度副后角o是副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。

四、切削层参数

切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。1.切削层公称厚度hD

简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。

hD＝fsinκr2.切削层公称宽度bD

简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。bD＝aP/sinκr

3.切削层公称横截面积AD

AD＝hD.bD＝f.aP

五、刀具材料在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受了很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此要求刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：1.高硬度2.耐磨性3.强度和韧性4.耐热性5.工艺性刀具材料种类很多，常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。金属切削过过程是指工工件上一层层多余的金金属被刀具具切除的过过程和已加加工表面的的形成的过过程。一、切屑的的形成过程程工件上的被被切削层在在刀具的挤挤压作用下下，沿切削削刃附近的的金属首先先产生弹性性变形，接接着由剪应应力引起的的应力达到到金属材料料的屈服极极限以后，，切削层金金属便沿倾倾斜的剪切切面变形区区示意图滑滑移，产生生塑性变形形，然后在在沿前刀面面流出去的的过程中，，受摩擦力力作用再次次发生滑移移变形，最最后形成切切屑。9.4金属切削过过程二、第Ⅰ变形区在一般的切切削速度范范围内，第第一变形区区的宽度大大约为0.02~0.2mm，速度越高高，宽度越越小。由于于工件材料料和切削条条件的不同同，切屑过过程中的变变形情况也也不同，因因而产生的的切屑形状状也不同，，从变形的的观点来看看，可将切切屑的形状状分为四种种类型如图图所示。1.切屑的类型型带状切屑挤挤裂切切屑粒粒状切屑崩崩碎切屑2.变形系数切削过程中中，变形量量的大小计计算很复杂杂，所以在在研究切削削变形规律律时，通常常用剪应变变εr或变形系数数Λh来衡量切削削变形的程程度，剪应应变是指切切削层在剪剪切面上的的滑移量；；三、第Ⅱ变形区1.摩擦系数2.积屑瘤3.焊缝的内部部缺陷四、第Ⅲ变形区第Ⅲ变形区在刀刀具后刀面面和已加工工表面接触触的区域上上，在分析析第Ⅰ、第Ⅱ两个变形区区的情况时时，假设刀刀具的切削削刃是绝对对锋利的，，实际上任任何刀具的的切削刃口口都很难磨磨得绝对锋锋利。一、刀具的的磨损形式式1．前刀面磨磨损2.后刀面磨损损后刀面与工工件表面实实际上接触触面积很小小，所以接接触压力很很大，存在在着弹性和和塑性变形形，因此，，磨损就发发生在这个个接触面上上。3.前后刀面同同时磨损9.5刀具磨损和和刀具耐用用度二、刀具磨磨损的原因因1.磨料磨损磨料磨损是是由于工件件材料中的的杂质、材材料基体组组织中的碳碳化物、氮氮化物、氧氧化物等硬硬质点对刀刀具表面的的刻划作用用而引起的的机械磨损损。2.粘结磨损粘结磨损是是硬质合金金刀具在中中等偏低切切削速度时时磨损的主主要原因。。3.扩散磨损当切削温度度很高时，，刀具与工工件材料中中的某些化化学元素能能在固体下下互相扩散散，使两者者的化学成成分发生变变化，削弱弱了刀具材材料的性能能，加速磨磨损进程。。一、刀具磨磨损的原因因1.磨料磨损磨料磨损是是由于工件件材料中的的杂质、材材料基体组组织中的碳碳化物、氮氮化物、氧氧化物等硬硬质点对刀刀具表面的的刻划作用用而引起的的机械磨损损。2.粘结磨损粘结磨损是是硬质合金金刀具在中中等偏低切切削速度时时磨损的主主要原因。。3.扩散磨损当切削温度度很高时，，刀具与工工件材料中中的某些化化学元素能能在固体下下互相扩散散，使两者者的化学成成分发生变变化，削弱弱了刀具材材料的性能能，加速磨磨损进程。。4.氧化磨损当切削温度度700~800℃时，空气中中的氧与硬硬质合金中中的钴、碳碳化钨、碳碳化钛等发发生氧化作作用生成疏疏松脆弱的的氧化物。。这些氧化化物容易被被切屑和工工件擦走，，加速了刀刀具磨损。。三、刀具的的磨损过程程及磨钝标标准（l）初期磨损损阶段（2）正常磨损损阶段（3）急剧磨损损阶段四、刀具寿寿命刀具寿命反反映了刀具具磨损的快快慢程度。。刀具寿命命长表明刀刀具磨损速速度慢；反反之表明刀刀具磨损速速度快。影影响切削温温度和刀具具磨损的因因素都同样样影响刀具具寿命。切切削用量对对刀具寿命命的影响较较为明显，，通过切削削实验可以以得出vc、、ap对刀具寿命命T的影响关系系式：一、刀具几几何参数的的选择1．前前角角的的选选择择2.后角角、、副副后后角角的的选选择择3.主偏偏角角、、副副偏偏角角的的选选择择4.刃倾倾角角的的选选择择二、、切切削削用用量量的的选选择择1.切削削液液的的作作用用2.常用用切切削削液液的的种种类类与与选选用用9.6典型型零零件件加加工工方方法法选选择择过过程程一、、机机床床的的分分类类及及型型号号机床床的的分分类类机床床型型号号的的编编制制1）通通用用机机床床型型号号的的表表示示方方法法9.7金属属切切削削机机床床介介绍绍二、、机机床床传传动动的的基基本本组组成成和和传传动动原原理理图图1.机床床传传动动的的基基本本组组成成部部分分机床床的的传传动动必必须须具具备备以以下下的的三三个个基基本本部部分分。。（1）运运动动源源（2）传传动动件件（3）执执行行件件2.机床床的的传传动动链链（1）外外联联系系传传动动链链（2）内内联联系系传传动动链链3.机床床传传动动原原理理图图三、、机机床床传传动动系系统统图图和和运运动动计计算算1.机床床传传动动系系统统图图2.传动动路路线线表表达达式式3.主轴轴转转数数级级数数计计算算4.运动动计计算算四、、工工件件表表面面成成形形方方法法与与机机床床运运动动分分析析1.工件件表表面面的的类类型型2.常见见工工件件表表面面的的成成形形方方法法五、、工工件件表表面面成成形形方方法法与与机机床床运运动动分分析析（1）表表面面成成形形运运动动（2）辅辅助助运运动动一、、轴轴类类零零件件的的特特性性及及加加工工工工艺艺分分析析1、轴轴精精度度类类零零件件的的功功用用、、结结构构特特点点及及技技术术要要求求1)尺寸寸2)几何何形形状状精精度度3)相互互位位置置精精度度4)表面面粗粗糙糙度度2、轴轴类类零零件件的的毛毛坯坯和和材材料料1)轴类类零零件件的的毛毛坯坯2)轴类类零零件件的的材材料料3、轴轴类类零零件件的的毛毛坯坯和和材材料料1)轴类类零零件件典典型型工工艺艺路路线线9.8轴类类零零件件加加工工工工艺艺4.细长长轴轴加加工工工工艺艺特特点点1）改改进进工工件件的的装装夹夹方方法