张-第1章 金属切削的基础知识

GoodmorningeveryoneFundamentalofMechanicalMachiningTechnology机械加工工艺基础2014.02.26课程简介关于课程名称：原名《金属工艺学-冷加工部分》根据教育部95大纲《高校工科本科基础课程——工程材料及机械制造基础课程教学基本要求》改用现名《机械加工工艺基础》

金属工艺学系列课程1、工程材料课程2、热加工工艺基础课程3、机械加工工艺基础课程课程简介教材：

《金属工艺学下册》

邓文英主编，高等教育出版社参考书：

《机械制造工艺基础》傅水根主编，清华大学版，2004

《工程训练实习教材》……

《机械精度设计与检测技术》陈隆德，赵福令，机械工业版，2000课程简介课程性质：机械类专业制造技术基础课——研究机器零件的加工方法和工艺过程的基础性课程课程任务：

学习工艺知识，培养工程素质。

课程简介课程要求：熟悉切削加工的基本原理和刀具基本结构掌握常用机械加工方法的工艺特点，形成零件结构工艺性分析能力和初步制定工艺规程的能力了解先进加工工艺方法和机械制造的发展趋势学习方法提示：

理论联系实际，特别是紧密联系工程训练经历，逐步提高分析问题的能力。课程简介讲授计划：切削加工部分（22学时）第一章金属切削基础4

第二章金属加工机床基本知识

2

第三章常用切削加工方法的工艺特点及应用

4

第四章特种加工与精密加工技术

2

第五章

典型表面加工方案的选择

4

第六章机械零件的结构工艺性4

第七章机械加工工艺过程2

考试

2

课程简介作业要求：

每次请用单页纸做。按时交作业。累计3次未按时交作业者，取消本课成绩。课程成绩：

＝平时作业+考试成绩＝30％+70％让我们共同来打好机械加工工艺知识的基础绪论机械加工

machining

借助机械装置将原材料或毛坯改变成零件的过程。

——一个古老的概念

通常指常规切削加工或称冷加工（machining）非常规加工nontraditionalmachining2.加工

processing

——泛指对材料的处理过程冷加工——金切加工热加工——材料液态成形或塑性成形绪论3.加工（processing）方法分类：

去除加工增材加工变形加工——切削加工腐蚀加工机械切削加工钳工加工——焊、镀、沉积、生长……——铸、锻、压、弯、挤、轧、旋压、拉深、胀型……绪论4.切削加工的特点和地位（cuttingmachining）：

加工精度高——目前的最高精度是切出来的工艺范围很宽——IT12~IT3,Ra25～Ra0.01生产率高加工成本较低污染较小要求刀具材料优于工件材料（硬度、强度等）得到了最广泛的应用

——占目前机械制造总量的40～60％第一章金属切削基础知识第一节切削运动及切削要素

切削运动1.1基本成形表面圆柱面－直母线旋转平面－直母线沿直线曲面－曲母线沿直线或圆ⅠⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅡ切削三要素包括：切削速度进给量背吃刀量2.切削用量第一节切削运动及切削要素2.1切削速度定义：

切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。以

vc

表示，单位m/s或m/min计算公式：（1）主运动为旋转运动时，

vc

为最大线速度

d——工件或刀具的直径，mm

n——工件或刀具的转速，r/s或r/min第一节切削运动及切削要素（2）主运动为直线运动时，

vc为平均速度

L——往复行程长度，mm

nτ——主运动的往复速度，st/s或st/min2.2进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。车削：每转进给量用

f

表示，单位mm/r刨削：每行程进给量用

f表示，单位mm/st铣削：每齿进给量用fz

表示，单位mm/zfz进给速度，即瞬时速度

用vf

表示，单位mm/s

或mm/min

z

——刀具齿数2.3背吃刀量

backengagementofthecuttingedge

在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。即切削深度，用

ap表示，单位mm包括：切削层公称横截面积AD

切削层公称宽度bD

切削层公称厚度hD

3.切削层参数parameterscuttinglayerhD切削层公称横截面积

AD=bD

×hDAD不包括残留面积，但车削的残留面积很小时AD用于计算切削力FC=kc

×

ADAD=f×ap刀具材料

——指刀头的材料1.1

基本要求

高硬度——以硬克软高强度、高韧性——高承载、抗冲击耐磨性耐热性（红硬性、热硬性）制造工艺性——便于制造及热处理第二节刀具材料及刀具结构第一章碳素工具钢、合金工具钢（如钳工工具等）高速钢（形状复杂的刀具，如铣刀、齿轮刀具等）硬质合金（YG类、YT类）新型材料（陶瓷材料、金刚石、立方氮化硼CBN）1.2常用刀具材料第一章第二节2.刀具角度2.1刀具参考系（静止）第一章第二节第一章第二节2.2主偏角、副偏角

（基面投影）第一章第二节2.3前角orthogonalrake、

（正交平面投影）

后角orthogonalclearance

（正交平面投影）第一章第二节2.4刃倾角edgeinclinationangle

（主切削平面投影）

第一章第二节主、副偏角的影响主偏角对切削层的影响第一章第二节f、ap一定，主偏角愈小，bD

愈大hD愈小主偏角对残留面积、切削力的影响第一章第二节前角、后角的影响大，切削刃锋利，切削轻快，但受力不好小，切削刃变钝，刀尖强固，切削力变大后角主要是减小主后刀面与工件的摩擦第一章第二节刃倾角对排屑方向的影响第一章第二节刀具角度总结第一章第二节结构形式2、焊接式3、机夹式1、整体式例如钻头、丝锥3.刀具结构第一章第二节机夹铣刀第一章第二节CoroMill®

铣刀系列CoroMill200多用途的刀盘CoroMill300高精度的立铣刀CoroMill245端面铣削的首选CoroMill331尺寸可调的三面刃铣刀CoroMill290方肩铣削的首选CMR-00086ENG多用途的立铣加工–CoroMill®390坡铣满槽铣插补铣面铣方肩铣插铣含加工录象CMR-00023ENG4、机夹重磨式第一章第二节其它刀具f第一章第二节4.刀具的工作角度第一章第二节1.切屑1.形成过程对金属材料挤压，变形，断裂形成切屑前角小，材料变形大，切削力大，切削温度高

第三节金属切削过程第一章第三节2. 切屑种类（1）带状切屑：高速小进给，切削连续，平稳，Ra低，不安全（2）节状切屑：低速大进给，切削力波动大，Ra高，粗加工（3）崩碎切屑：切削铸铁，黄铜等脆性材料。切削热，切削力在主切削刃和刀尖上，易振动，崩刃，影响表面质量。第一章第三节2.积屑瘤（刀瘤）

built-upedge1. 形成

在一定速度范围内，切削塑性金属材料时，在切削刃上粘附的小块工件材料，称为积屑瘤。硬度高，尺寸及位置不稳定。中等切速:

vc

=10~50m/min第一章第三节

2. 对加工的影响

对切削刃有保护作用。增大工作前角，使切削轻快。周期性形成和脱落，使切削过程不稳定，影响尺寸精度；还会粘在已加工表面上，影响表面质量。

对粗加工有利对精加工不利第一章第三节3. 如何避免积屑瘤（1）工件正火或调质处理，以提高其强度，硬度。（2）避开中速切削

低速时温度低，摩擦小，如拉削、铰削、精刨

vc

<

5m/min

高速时温度高，摩擦小，如精车、精铣

vc

>

100m/min

(3)使用切削液第一章第三节3.切削力1.切削力的分解

切削力Fc

90％总功率；进给力Ff

很小；背向力Fp

不做功，

＝工件材料变形抗力＋刀具与切屑摩擦力＋刀具与工件摩擦力第一章第三节第一章第三节2. 切削力的估算

设计时要选电机，算功率，要估算切削力

Fc

=kc×AD≈kc×ap×f

(N)

kc

是切削层单位面积切削力(N/mm2)

切削功率

Pm=Fc×vc×10-3(kW)

vc是切削速度(m/s)

电机功率

PE=Pm/η

η

传动效率第一章第三节第一章第三节第一章第三节4.切削热1. 热源切削功大都变成热能，形成切削热。（1）切屑变形，主要来源。（2）切屑与前刀面摩擦。（3）工件与后刀面摩擦。第一章第三节2.热传导

（高速钢刀具）切屑传出50％～86％工件40％～10％刀具9％～3％辐射1％第一章第三节3. 对切削温度的影响因素（1）切削用量切削速度影响最大，其次为进给量，背吃刀量（2）工件材料强度、硬度越高，消耗功率越大，产生切削热多，切削温度高。（切钢比铸铁发热多）（3）刀具

主偏角小，作用切削刃长，散热好前角大，材料变形小，切削热少材料导热性好，散热也好第一章第三节5.刀具磨损1. 磨损形式前刀面磨损

后刀面磨损——主要磨损形式同时磨损。第一章第三节2. 磨损阶段三阶段：初期磨损阶段OA

正常磨损阶段AB

急剧磨损阶段BC第一章第三节3. 刀具磨损的影响因素（1）切削用量大，则刀具磨损大其中切削速度影响最大（2）刀具材料和角度（3）使用切削液可降低刀具磨损第一章第三节4. 刀具耐用度（1）定义：刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准，所经历的实际切削时间，称为刀具耐用度。用T表示。（2）磨钝标准用后刀面的磨损程度作为标准。实际上按刀具切削时间来判断。粗加工，切削时间min；

精加工，走刀次数或零件个数。第一章第三节第四节切削加工的技术经济分析一、技术经济指标二、影响因素第一章第四节一、主要技术经济指标1、产品质量（1）加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度经济精度：在正常情况下所能达到的精度（2）表面质量：表面粗糙度、加工硬化和剩余应力加工硬化：挤压、摩擦使表面硬度提高2、加工时间和成本（1）加工时间tw

：（一个零件）tw＝tm+tc+totm：基本工艺时间，也称机动时间。

tc

：辅助时间，即调整、装卸、空程时间。to：其他时间，清