《数控加工工艺技术》课件项目一

项目一金属切削加工基础知识1.1数控切削加工概述一、数控切削加工概述数控加工技术是基于数字信息来控制零件和刀具动作与位移的机械加工方法，数控机床的机械结构相对简单，但电气控制技术却相当专业复杂，以专业的数控系统为核心，通过数控程序控制刀具完成复杂的轨迹运动

数控机床的主轴速度与进给速度变换方便，无级调速，可在加工过程中用数控程序改变参数，并可用相应的倍率调节开关在一定的范围内进行修调

外圆车刀往往同时具备加工端面、外圆、锥面和圆弧面等的功能

铣削刀具往往同时用到圆柱切削刃与端面切削刃加工，圆角铣刀(又称圆鼻铣刀)和球头铣刀在企业已经得到普遍采用二、数控切削加工特点1.自动化程度高数控铣床的切削加工时间占总加工时间的70%左右，加工中心可达90%以上2.加工精度高

3.加工适应性强数控加工改变了传统机械加工通过机床专用夹具使工件位置适应刀具位置的特点，转而以刀具位置的变化适应工件表面的复杂性，这一点在多轴加工机床上更为明显4.适应高速加工新技术要求1．2切削运动和切削用量一、切削运动

在金属切削加工时，为了切除工件上多余的材料，形成工件要求的合格表面，刀具和工件间须完成一定的相对运动，即切削运动。切削运动按其所起的作用不同，可分为主运动和进给运动，如图1-2所示１．主运动

一般切削加工中主运动只有一个。

车削时主运动是工件的旋转运动；铣削和钻削时主运动是刀具的旋转运动；磨削时主运动是磨轮的旋转运动；刨削时主运动是刀具（牛头刨）或工件（龙门刨床）的往复直线运动等。

2.进给运动

在切削加工中为使金属层不断投入切削，保持切削连续进行，而附加的刀具与工件之间的相对运动称为进给运动，进给运动可以是一个或多个。

车削时进给运动是刀具的移动；铣削时进给运动是工件的移动；钻削时进给运动是钻头沿其轴线方向的移动；内、外圆磨削时进给运动是工件的旋转运动和移动等。二、工件表面如图1-3和图1-4所示。1. 待加工表面即将被切去金属层的表面。2. 切削表面切削刃正在切削而形成的表面,切削表面又称加工表面或过渡表面。3. 已加工表面已经切去多余金属层而形成的新表面。三、切削用量

如图1-3所示。1．切削速度2．进给量

工件或刀具每转一周，刀具在进给方向上相对工件的位移量，称为每转进给量，简称进给量，用f表示，单位为mm/r3．背吃刀量（切削深度）

工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，称为背吃刀量，用ap表示，单位为mm。

四、切削用量的合理选择1．切削用量对加工质量的影响ap增大、f增大，切削力增大，振动大，表面粗糙度增大；vc增大，切削变形、切削力、表面粗糙度等均有所减小。2.背吃刀量ap的合理选择粗加工时，ap=8～10mm，可分几次走刀。半精加工时，ap=0.5～2mm；精加工时，ap=0.1～0.4mm。3.进给量f的合理选择精加工时，进给量主要受表面粗糙度限制，一般取较小值。4.选择切削速度的一般原则（1）粗车时，ap、f均较大，故vc较小；

精车时ap、f均较小，所以vc较大。（2）工件材料强度、硬度较高时，应选较小的vc；

工件材料加工性能越差，vc较低。

易切削钢的vc较同等条件的普通碳钢高，加工灰铸铁vc较碳钢低，加工铝合金、铜合金的vc较加工钢高得多。（3）刀具材料的性能越好，vc也选得越高。1.3金属切削过程金属切削过程是指从工件表面切除多余金属形成已加工表面的过程，在切削过程中，工件受到刀具的推挤，通常会产生变形，形成切屑。一、切削变形1．切屑的形成过程切屑是被切材料受到刀具前刀面的推挤，沿着某一斜面剪切滑移形成的，如图1-4所示，切削层不是由刀具切削刃削下来的或劈开来的，而是靠前刀面的推挤，滑移而成的。2．切削过程变形区的划分

图中Ⅰ（AOM）为第一变形区，加工硬化。图中Ⅱ为第二变形区，靠近前刀面处金属纤维化。图中Ⅲ为第三变形区，造成纤维化和加工硬化。图1-6剪切滑移线与三个变形区示意图3.切屑类型及控制⑴ 带状切削：加工塑性材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时，往往会得到此类屑型。⑵ 节状切屑：切屑底层表面有裂纹，上层表面呈锯齿形。⑶ 粒状切屑：当切削塑性材料，剪切面上剪切应力超过工件材料破裂强度时，挤裂切屑便被切离成粒状切屑。切削时采用较小的前角或负前角、切削速度较低、进给量较大，易产生此类屑型。⑷ 崩碎切屑：在加工铸铁等脆性材料时，形成不规则的碎块状切屑。工件材料越脆、切削厚度越大、刀具前角越小，越容易产生这种切屑。3． 前刀面上的摩擦与积屑瘤现象⑴ 前刀面上的摩擦特性切屑从工件上分离流出时与前刀面接触产生摩擦（2）积屑瘤现象

在切削塑性材料时，如果前刀面上的摩擦系数较大，常常会在切削刃上粘附一个硬度很高的鼻型或楔型硬块，积屑瘤。如图1-7所示，积屑瘤包围着刃口，将前刀面与切屑隔开，其硬度是工件材料的2～3倍，可以代替刀刃进行切削，起到增大刀具前角和保护切削刃的作用。图1-8积屑瘤二、切削力与切削功率切削力是被加工材料抵抗刀具切入所产生的阻力，它是影响工艺系统强度、刚度和加工工件质量的重要因素，是设计机床、刀具和夹具、计算切削动力消耗的主要依据。三、切削热与切削温度１．切削热的产生和传散在切削加工中，切削变形与摩擦所消耗的能量几乎全部转换为热能，切削热通过切屑、刀具、工件和周围介质（空气或切削液）向外传散，同时使切削区域的温度升高，切削区域的温度称为切削温度。

例如，干车削的切削热除极少部分（约1%）传给周围空气外，绝大部分传给切屑、刀具和工件，切屑带走切削热的50%～86%，传给车刀10%～40%，传给工件3%～9%。

钻削加工时，切屑带走切削热的28%，刀具传出14.5%，工件传出52.5%，周围介质传出5%。

高速切削时，切屑中温度很高，在刀具和工件中温度较低，这有利于切削加工顺利进行。

图1-11切削热的产生与传出

图1-12直角自由切削正交平面内温度场四、切削液1.切削液的作用(1)冷却作用(2)润滑作用(3)清洗作用(4)防锈作用2.常用切削液的种类与选用(1)水溶液水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削。(2)乳化液低浓度的乳化液冷却效果较好，主要用于磨削、粗车、钻孔加工等，高浓度的乳化液润滑效果较好，主要用于精车、攻丝、饺孔、插齿加工等。(3)切削油普通车削、攻丝时，可选用机油；精加工有色金属或铸铁时，可选用煤油；加工螺纹时，可选用植物油；在矿物油中加入一定量的添加剂，可用于精铣、铰孔、攻丝及齿轮加工。1．4金属切削刀具一、刀具切削部分的构成要素⑴前面（前刀面）Ar⑵后面（后刀面）Aα⑶副后面（副后刀面）Aα′⑷主切削刃S⑸副切削刃S′(6)刀尖图1-17车刀切削部分的结构二、刀具的标注角度刀具标注角度主要有四种类型，即前角、后角、偏角和倾角１．正交平面参考系中的刀具标注主偏角κr、副偏角κr′、刃倾角λs、前角γＯ、后角αＯ刀尖角εr=180°-（κr+κr′）余偏角ψr=90°-κr；楔角βＯ=90°-（γＯ+αＯ）四、刀具几何参数的合理选择前角的选择

增大前角可使刀刃锋利，但是增大前角会使刃口楔角减小，削弱刀刃的强度当材料的塑性较大时，应选择较大的前角加工脆性材料，塑性变形很小，切屑为崩碎切屑，宜选用较小的前角粗加工时，为增加刀刃的强度，宜选用较小的前角精加工时，为增加刀具的锋利性，宜选择较大前角2.后角的选择刀具后角的作用是减小切削过程中刀具后刀面与工件切削表面之间的磨擦。材料较软，塑性较大时，应取较大的后角当工件材料的强度或硬度较高时，应选取较小的后角精加工时，因背吃刀量ap及进给量f较小，使得切削厚度较小，刀具磨损主要发生在后面，此时宜取较大的后角粗加工或刀具承受冲击载荷时，为使刃口强固，应取较小后角3.主偏角的选择(1)粗加工、半精加工和工艺系统刚性较差时，为减小振动提高刀具寿命，选择较大的主偏角。

(2)加工很硬的材料时，为提高刀具寿命，选择较小的主偏角。

(3)据工件已加工表面形状选择主偏角，如加工阶梯轴时，选κr=90°；需45°倒角时，选κr=45°等。

(4)有时考虑一刀多用，常选通用性较好的车刀，如κr=45°或κr=90°等。4.副偏角的选择副偏角κr‘的作用是减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面间的磨擦。一般精加工κr′=5°～10°；粗加工κr′=10°～15°有些刀具因受强度及结构限制（如切断车刀），取κr′=1°～2°。5.刃倾角的选择刃倾角λs的作用是控制切屑流出的方向、影响刀头强度和切削刃的锋利程度。粗加工时宜选负刃倾角，以增加刀具的强度；在断续切削时，