《机械制造基础》课件-第一章 车削加工

第一章车削加工车削加工的应用加工回转体车削加工的应用金属切削加工基础知识01车削铣削刨削磨削1.1切削运动和切削表面1.切削运动切削过程中刀具相对于工件的运动主运动指切削金属、形成加工表面所必需的运动。一般，主运动是切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动，机床的主运动只有一个。主运动可以由工件或刀具完成，其形式可以是直线运动或旋转运动。进给运动指主运动能够依次或连续地切除工件上多余的金属，以形成全部已加工表面的运动。进给运动的速度很低，消耗的功率一般比主运动要小。1.1切削运动和切削表面2.切削表面即将被切除的表面工件上经刀具切削后产生的表面刀具正在切削的表面，介于已加工表面和待加工表面之间1.2切削用量三要素切削速度进给量背吃刀量1.2切削用量三要素

若主运动为旋转运动，切削速度为其最大的线速度。若主运动为往复直线运动，则以其平均速度作为切削速度。1.2切削用量三要素在进给运动方向上，刀具相对于工件的位移量，称为进给量，用f表示。进给量也可用进给速度来表示，指切削刃选定点相对工件进给运动的瞬时速度，单位为mm/s或mm/min。车削时进给运动速度为

1.2切削用量三要素

1.2切削用量三要素例1已知工件毛坯直径为φ80mm的轴，要求一次进给车至φ73mm，如果选用切削速度Vc＝50m/min，求背吃刀量及主轴转速各等于多少?例2在车床上车削φ60mm的轴，选用主轴转速为600r/min，如果用相同的切削速度车削φ30mm的轴，求主轴的转速是多少?1.2切削用量三要素刀具寿命切削热刀具强度表面质量切削速度进给量背吃刀量粗加工精加工大中小大中小大中小大中小大小小回顾车削加工中的主运动和进给运动分别是什么？（

）Q1切削用量三要素是什么？（

）Q2车床022.1金属切削机床的分类2.2机床的型号车削加工中GB/T15375-2008《金属切削机床型号编制方法》2.2机床的型号MKG1340Z3040×16CA6140最大磨削直径为400mm的高精度数控外圆磨床最大钻孔直径为40mm，最大跨距为1600mm的摇臂钻床最大回转直径为400mm的卧式车床2.3车床的结构主轴箱进给箱挂轮箱刀架尾座溜板箱床身床腿丝杠光杠改变传动比，调整转速与进刀比，以车出不同的螺牙将主轴的旋转运动传给光杠或丝杠将丝杠或光杠传来的运动传给刀架提供主运动并将旋转运动传给进给箱实现纵向、横向或斜向进给运动传递转矩使溜板箱移动，一般用来车外圆、端面、内孔等传递转矩使溜板箱移动，一般用来车螺纹可安装顶尖、钻头、铰刀2.3车床的结构机床上为了得到所需要的运动，需要通过一系列的传动件把执行件和动力源(例如把主轴和电动机)，或者把执行件和执行件(例如把主轴和刀架)之间连接起来，以构成传动联系。构成一个传动联系的一系列传动件，称为传动链。2.4其他车床2.4.1转塔车床转塔车床和普通车床有什么不同？（

）2.4其他车床2.4.1转塔车床转塔车床与卧式车床在结构上最主要的区别是：它没有尾座和丝杠，而在尾座的位置上有一个可以装夹多把刀具的刀架。优点缺点适用于成批生产，生产效率高。适于加工形状比较复杂，特別是带有内孔及内、外螺纹的工件，如各种台阶小轴、套筒、管接头、法兰盘等。没有丝杠，只能用丝锥和板牙加工内、外螺纹。2.4其他车床2.4.2立式车床与卧式车床相比，立式车床有什么特点？（

）立式车床在结构上的主要特点是主轴垂直布置，主轴上端有一个直径很大的圆形工作台，台面上有多条用于装夹工件的T形槽。工作台安装在底座的环形导轨上，台面处于水平位置，这使大重量工件的装夹和找正比较方便。此外，由于工件及工作台的重力由底座导轨推力轴承承受，大大减轻了主轴及其轴承的负荷，因而机床自身的精度保持性好，较易保证加工精度。2.4其他车床2.4.2立式车床单柱式双柱式加工直径较小，最大加工直径一般小于1600mm加工直径较大，最大的立式车床其加工直径超过2500mm2.4其他车床2.4.2立式车床立式车床用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型和重型零件。车刀03回顾251346879103.1车刀的种类和用途3.2车刀的组成和结构3.2.1车刀的组成任何车刀都是由刀头(或刀片)和刀柄两部分组成。刀头部分担负切削工作，所以又称切削部分。刀柄是刀具的夹持部分，用来将车刀装夹在刀架上。3.2车刀的组成和结构3.2.1车刀的组成名称外观优点缺点整体式焊接式机夹式可转位式便于加工，刚性好对贵重刀具材料消耗很大结构简单、紧凑，刚性好，便于加工，硬质合金利用较充分切削性能不稳定，材料利用率低，可能产生热应力不产生应力和裂纹，材料利用率很高，刀片可更换大大缩短换刀和刃磨时间，降低劳动强度，提高刀柄利用率价格较高价格较高3.2车刀的组成和结构3.2.2车刀的结构前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖“三面、两刃、一刀尖”3.3刀具的几何角度3.4刀具材料的选用3.4.1刀具材料应具备的性能足够的硬度和耐磨性足够的强度和韧性较高的耐热性和传热性较高的工艺性和经济性3.4刀具材料的选用3.4.2刀具材料的种类和选用（1）工具钢碳素工具钢合金工具钢优点：工艺性能良好，有较高的硬度和耐磨性，价格低廉缺点：热硬性差，允许的切削速度较低用途：制造手用刀具、低速及小进给量的机用刀具优点：较高的韧性、耐磨性和耐热性用途：制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具，

如铰刀、丝锥、板牙等。3.4刀具材料的选用3.4.2刀具材料的种类和选用（2）高速钢普通高速钢高性能高速钢优点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、

耐磨性和韧性。用途：制造各种刃形复杂的刀具优点：更高的耐热性和耐磨性，寿命更长用途：加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢粉末冶金高速钢优点：耐磨性好，可磨削性显著改善用途：制造各种精密刀具和形状复杂的刀具3.4刀具材料的选用3.4.2刀具材料的种类和选用（3）硬质合金钨钴类硬质合金钨钴钛类硬质合金优点：较高的抗弯强度、耐磨性、韧性、导热性用途：加工形成短切屑的铸铁、有色金属及非金属

等脆性材料优点：较强的硬度、耐磨性、抗氧化能力用途：加工形成长屑的钢材等塑性材料含添加剂硬质合金优点：更高的硬度、高温硬度、韧性和耐磨性用途：钢料和难加工材料的半精加工和精加工缺点：导热性、抗弯强度、韧性、可磨削性、

可焊性降低TiC基硬质合金优点：更高的耐磨性、耐热性、抗氧化能力用途：工具钢的半精加工和精加工，淬硬钢的加工缺点：热导率低、韧性较差3.4刀具材料的选用3.4.2刀具材料的种类和选用（4）陶瓷材料优点：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在1200℃高温下仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数，抗扩散和抗粘结能力强。缺点：强度低、韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的1/3～1/2；热导率低，仅为硬质合金的1/5～1/2。用途：适用于钢、铸铁及塑性大的材料(如纯铜)的半精加工和精加工，对冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料的加工特别有效;但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。3.4刀具材料的选用3.4.2刀具材料的种类和选用（5）金刚石优点：很好的耐磨性，刀具寿命比硬质合金提高几倍甚至几百倍；金刚石刀具有非常锋利的切削刃，能切下极薄的切屑；金刚石抗粘结能力强，不产生积屑瘤。缺点：耐热性差，切削温度不得超过700～800℃；强度低、脆性大，对振动很敏感。用途：用于磨具及磨料，作为刀具多在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削。3.4刀具材料的选用3.4.2刀具材料的种类和选用（6）立方氮化硼优点：硬度极高，仅次于金刚石，耐热性却比金刚石好得多，在高于1300℃时仍可切削，且立方氮化硼的化学惰性大，与铁系材料在1200～1300℃高温下也不易起化学作用。缺点：立方氮化硼刀具在生产过程中容易形成缺陷。用途：加工钢铁等黑色金属，特别是加工高温合金、淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料。3.4刀具材料的选用3.4.2刀具材料的种类和选用（7）涂层刀片涂层刀片是在韧性和强度较高的硬质合金或高速钢的基体上，采用化学气相沉积(CVD)、物理化学气相沉积(PVD)、真空溅射等方法，涂覆一薄层(512m)颗粒极细的耐磨、难熔、耐氧化的硬化物后获得的新型刀片。具有较高的综合切削性能，能够适应多种材料的加工。金属切削过程的基本规律及其应用04回顾车刀是有哪几个部分组成的？（

）车刀的切削部位是有哪几个部分组成的？（

）车刀的前角和主偏角分别指哪两个角？（

）Q1Q2Q34.1金属切削过程4.1.1切屑的形成金属切削过程也是切屑的形成过程，其实质是一种挤压过程。在挤压过程中，被切削的金属主要经过剪切滑移变形而形成切屑。4.1金属切削过程4.1.2切屑的种类带状切屑塑性大的金属材料较小的背吃刀量较高的切削速度较大的刀具前角产生条件影响切削较平稳切削力波动较小表面粗糙度较小容易划伤工件4.1金属切削过程4.1.2切屑的种类节状切屑中等塑性金属材料较大的背吃刀量较低的切削速度较小的刀具前角产生条件影响切削力波动较大表面粗糙度较大4.1金属切削过程4.1.2切屑的种类粒状切屑塑性较差金属材料更大的背吃刀量更低的切削速度更小的刀具前角产生条件影响切削力波动更大表面粗糙度更大有鳞片状毛刺4.1金属切削过程4.1.2切屑的种类崩碎切屑脆性金属材料较大的背吃刀量产生条件影响切削力波动最大表面凹凸不平对刀具和机床不利4.1金属切削过程4.1.3积屑瘤切削过程中，切屑和前刀面之间产生很大的压力和较高的温度。当温度和压力条件适当时，被切金属和前刀面之间会产生很大的摩擦力。当摩擦力大于被切金属内部的结合力时，切屑底层的一部分金属就“冷焊”在切削刃附近的前刀面上形成积屑瘤。形成原因4.1金属切削过程4.1.3积屑瘤保护刀刃，代替刀刃切削，减少刀具磨损影响好处坏处增大前角，减少切削变形，降低切削力增大切削厚度，影响尺寸精度不稳定，脱落时粘在已加工表面，影响表面粗糙度4.1金属切削过程4.1.3积屑瘤影响积屑瘤形成的因素工件材料切削速度刀具前角粗糙度切削液V<5m/min时，不会产生积屑瘤15<V<30m/min时，最易产生积屑瘤V>70m/min时，不会产生积屑瘤在精加工时，为了避免产生积屑瘤，减小工件表面粗糙度值，应用高速钢车刀低速切削(<5m/min)，或用硬质合金车刀高速切削(>70m/min)。4.1金属切削过程4.1.4切削加工的硬化现象解决：尽量减小刃口钝圆半径，使切削刃锋利；选用较大的进给量和背吃刀量。危害：使下道工序的刀具加快磨损，难以切削。4.2切削力和切削功率4.2.1切削力的来源克服被加工材料弹性变形的抗力克服被加工材料塑性变形的抗力克服摩擦力4.2切削力和切削功率4.2.2切削合力与分力主切削力（80%~90%）使刀片受压，刀杆受弯曲。是计算机床动力，以及主传动系统零件、刀具、夹具强度和夹具夹紧力的依据，也是选择刀具几何角度和切削用量的主要依据。如果切削过程中Fc过大，可能使刀具崩刃或使机床发生“闷车”现象。背向力易使工件弯曲变形，刚性较差的工件，变形更为明显。这不仅影响尺寸精度和形状精度，还会引起振动，增大表面粗糙度值。进给力设计和验算进给系统零件强度的依据。4.2切削力和切削功率4.2.3影响切削力的因素刀具角度03切削用量02工件材料.01强度、硬度越高，切削力越大；塑性、韧性越好，切削力越大。进给量、背吃刀量增大，切削力增大；切削速度增大，切削力先减小，再增大，后减小。前角增大，主切削力减小；主偏角增大，背向力减小，进给力增大。4.3切削热和切削温度4.3.1切削热的来源和传散1）切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功来源2）切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形所消耗的变形功切削热传散途径切屑、工件、刀具、周围介质4.3切削热和切削温度4.3.1切削热的来源和传散影响切削热传散的因素01工件刀具热导率02周围介质03接触时间4.3切削热和切削温度4.3.2切削温度及其影响因素切削温度一般是指切削区域的平均温度。它的高低受热量的产生和传散两方面的综合影响。01020304工件材料刀具角度切削用量冷却介质强度、硬度、热导率前角、主偏角切削速度、进给量、背吃刀量冷却液、吹气作业P671-16、1-33回顾切屑的形式有哪几种？（

）什么是积屑瘤？（

）什么是切削力和切削分力？（

）Q1Q2Q34.4刀具磨损和寿命4.4.1刀具磨损的形式切削脆性金属或以较小的切削厚度(h＜0.1mm)切削塑性金属1后刀面磨损2前刀面磨损较高的切削速度和较大的切削厚度(h＞0.5mm)切削塑性金属3前后刀面磨损中等切削速度和切削厚度(h=0.1～0.5mm)切削塑性金属4.4刀具磨损和寿命4.4.2刀具磨损的原因010305020406磨粒磨损粘结磨损扩散磨损相变磨损化学磨损（氧化磨损）热电磨损4.4刀具磨损和寿命4.4.3刀具磨损的过程4.5切削液及其选用4.5.1切削液的作用冷却润滑排屑吸收并带走切削区大量的热量，改善散热条件，降低刀具和工件的温度，从而延长了刀具的使用寿命，并能防止工件因热变形而引起的尺寸误差，也为提高生产率创造了有利条件。吸收并带走切削区大量的热量，改善散热条件，降低刀具和工件的温度，从而延长刀具的使用寿命，并能防止工件因热变形而引起的尺寸误差，也为提高生产率创造了有利条件。可将切屑迅速冲走，使切削顺利进行。防止细小切屑吸附在工件和刀具上，影响工件的表面粗糙度和刀具寿命。4.5切削液及其选用4.5.2切削液的分类乳化液主要起冷却作用。这类切削液的比热容大，粘度小、流动性好(散热较好)，可以吸收大量的热量。可冷却刀具和工件，延长刀具寿命，减少热变形。但因其中水的成分较多，所以润滑和缓蚀性能较差。主要用于粗加工;高浓度乳化液润滑效果好，主要用于精加工。切削油的比热容较小，粘度较大。但流动性差(散热效果较差)，主要起润滑作用。水溶性切削液主要成分为水，并加入缓蚀剂，也可加入适量的表面活性剂和油性添加剂，使其具有一定的润滑性能。4.5切削液及其选用4.5.3切削液的选用·加工情况切削液根据加工性质选用粗加工乳化液精加工极压切削油或高浓度的极压乳化液钻削、铰削和深孔加工粘度较小的极压乳化液和极压切削液根据工件材料选用钢件粗加工乳化液精加工极压切削液铸铁粗加工不加切削液精加工粘度较小的煤油有色金属及其合金煤油或粘度较小的切削油镁铝合金不能用切削油根据刀具材料选用高速钢刀具粗加工极压乳化液精加工极压乳化液或极压切削油硬质合金刀具一般不加切削液4.6刀具几何角度的合理选择4.6.1前角的选用根据被加工材料强度、硬度低塑性好根据加工要求粗加工精加工根据刀具材料高速钢刀具硬质合金刀具陶瓷刀具大大小大大小小4.6刀具几何角度的合理选择4.6.2主偏角的选用主偏角根据加工材料高强度、高硬度、热导率小和表面有硬化层的材料根据加工工艺系统刚性加工工艺系统刚性不足根据加工表面形状细长轴、台阶轴外圆、断面和倒角小大90°45°4.7切削用量的选择背吃刀量粗加工铸、锻件或不锈钢精加工进给量粗加工断续切削半精加工/精加工切削速度粗加