机械制造基础 课件 第五章

机械制造基础机械加工技术选用单元三第五章

金属切削加工基础Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知识思维导图第一节

金属切削机床的基本知识01金属切削机床的分类机床类别用途机床类别用途车床用于加工回转体零件铣床用于加工平面和成形面钻床用于粗加工孔刨、插床用于加工平面和沟槽镗床用于加工尺寸较大的孔和非标准孔拉床用于高效率加工零件的平面和孔等磨床用于零件表面的精加工电加工机床用于某些特种零件的成形加工齿轮加工机床专门用于加工齿轮切割机床用于下料和切割加工螺纹加工机床专门用于加工螺纹其他机床表5-1各类机床的用途02金属切削机床型号的识读

5-1车床及铭牌02金属切削机床型号的识读注：1)有“()”的代号或数字，当无内容时，则不表示；若有内容则不带括号。

2)有“○”符号者为大写的汉语拼音字母。

3)有“△”符号者为阿拉伯数字。

4)有“”符号者为大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有之。图5-2机床型号的表示方法02金属切削机床型号的识读1.机床的类代号类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其表5-2机床的类代号02金属切削机床型号的识读2.机床的特性代号

(1)通用特性代号通用特性代号有固定的含义，用大写汉语拼音字母表示。通用特性高精度自动半自动数控加工中心轻型加重型仿形柔性加工单元数显高速代号GZBKHQCFRXS读音高自半控换轻重仿柔显速表5-3机床的通用特性代号(2)结构特性代号对于主参数相同而结构与性能不同的机床，用结构特性加以区分。3.机床的组别和系列代号

4.机床主参数、主轴数和第二主参数02金属切削机床型号的识读5.机床的重大改进序号表5-4机床型号的含义机床型号表示含义CM6140AC—车床(类代号)M—精密(机床特性代号)6—组代号(落地及卧式车床)1—系代号(普通落地及卧式车床)40—主参数(最大工件回转直径为400mum）A—第一次重大改进(重大改进顺序号)XKA5032AX—铣床(类代号)K—数控(通用特性代号)A—(结构特性代号)50—立式升降台铣床(组、系代号)32—工作台面宽度320mm(主参数)A—第一次重大改进(重大改进顺序号)MGB1432M—磨床(类代号)G—高精度(通用特性代号)B—半自动(通用特性代号)14—万能外圆磨床(组、系代号)32—最大磨削直径为320mm(主参数)03机床的基本组成(一)机床的基本组成

1.动力源

2.传动系统

3.支撑件

4.工作部件

1)与主运动和进给运动有关的执行部件，例如主轴及主轴箱，工作台及其溜板和滑座，刀架及其溜板，以及滑枕等安装工件或刀具的部件。

2)与工件和刀具相关部件或装置，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等。

3)与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。5.控制系统

6.冷却系统

7.润滑系统

8.其他装置03机床的基本组成(二)机床常用的传动方式

1.机床上常用的传动副1)用于传递旋转运动并实现变速功能的传动副有：带传动、齿轮传动、蜗杆传动。

2)用于将旋转运动变为直线运动的传动副有：齿轮齿条传动、丝杠螺母传动等。图5-3机床上常用的传动副

a)带传动b)齿轮传动c)蜗杆传动d)齿轮齿条传动e)丝杠螺母传动03机床的基本组成(二)机床常用的传动方式

2.机床的变速机构图5-4常用变速机构

a)塔轮变速机构b)滑移齿轮变速机构c)牙嵌离合器变速机构第二节

机床夹具01夹具的作用、分类及组成1.机床夹具的作用采用夹具装夹工件，可保证工件与机床、刀具之间的相对位置，位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，因而能使工件可靠和稳定地获得加工精度，也可使一批零件稳定地获得同一加工精度。

保证加工精度的稳定采用夹具可使工件迅速地定位和夹紧，免去了工件逐个找正、对刀所花费的时间，缩短了辅助时间，有利于提高生产率和降低成本。

提高生产率机床配备专用夹具，可以使机床使用范围扩大。

扩大机床的使用范围010203夹具的作用01夹具的作用、分类及组成2.机床夹具的分类专用夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计和制造的夹具。

专用夹具可调夹具通用夹具随行夹具组合夹具0201030405随行夹具是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。组合夹具是一种模块化的夹具，由预先制造好的通用标准部件经组装而成。通用夹具是指结构、尺寸已规格化并具有很大通用性的夹具，使用时在一定范围内无须调整或稍加调整就可以装夹不同的零件，例如自定心卡盘、单动卡盘、万能分度头、机用虎钳等，这类夹具主要用于单件小批量生产中。图5-5机用虎钳01夹具的作用、分类及组成3.机床夹具的组成定位件夹紧装置夹具体对刀件对刀件用于确定夹具与刀具的相对位置。夹具体是夹具的基础件，用于连接夹具上各个零件或装置，使之成为一个整体。夹紧装置的作用是保证工件在夹具中已定位好的位置不受加工过程中外力的作用而被破坏，使加工得以顺利进行。定位件与零件的定位基准相接触，用以确定工件在夹具中的正确位置。图5-8钻床夹具

1—快速钻套2—导向套3—钻模板4—开口垫圈5—螺母6—定位销7—夹具体02常用机床夹具(一)自定心卡盘

1.自定心卡盘的结构2.自定心卡盘的应用图5-9自定心卡盘的结构

1—卡盘体2—小锥齿轮3—大锥齿轮02常用机床夹具(二)单动卡盘

1.单动卡盘的结构2.单动卡盘的应用图5-10单动卡盘02常用机床夹具(三)机用虎钳

1.机用虎钳的结构2.机用虎钳的应用图5-11回转式机用平口钳02常用机床夹具(四)万能分度头

1.万能分度头的结构图5-12FW250型万能分度头结构图02常用机床夹具(四)万能分度头

1.万能分度头的结构(1)底座分度头的本体，大部分零件都装在底座上。(2)主轴可绕轴线旋转，它是一根空心轴，前后两端均有莫氏4号的锥孔。

(3)分度盘作为主要分度部件，安装在分度手柄的轴上。

(4)插销安装在分度手柄的长槽中，沿分度盘半径方向调整位置，以便插入不同孔数的分度盘内，与分度叉配合准确分度。

(5)分度盘固定销当需要分度盘转动或固定时，可以松开或插上分度盘固定销来实现。

(6)本体安装分度头主轴等的壳体零件，主轴随回转体可沿着基座的环形导轨转动，使主轴轴线在-6°～95°的范围内做不同仰角的调整。

(7)主轴锁紧手柄其主要作用是分度后固定主轴位置，减少蜗杆和蜗轮承受的切削力，减小振动，以保证分度头的分度精度。02常用机床夹具(四)万能分度头

1.万能分度头的结构(8)蜗杆脱落手柄主要用来控制蜗杆和蜗轮之间的啮合和脱开。

(9)蜗杆副间隙调整螺母主要用于调整蜗杆副的轴向间隙，以保证分度的准确性。

(10)分度拨叉方便分度和防止分度出错。

(11)刻度盘直接分度时，刻度盘用来确定主轴转过的角度。

(12)游标游标所指示的是分度头上的卡盘轴线与铣床工作台的夹角。

(13)分度手柄主要用于分度，通过摆动分度手柄，根据分度头传动系统的传动比，手柄转一整圈，主轴转过相应的圈数。02常用机床夹具(四)万能分度头

2.万能分度头的分度过程3.万能分度头的应用图5-13万能分度头传动系统02常用机床夹具(五)顶尖

1.顶尖的种类图5-13万能分度头传动系统02常用机床夹具(五)顶尖

2.顶尖的应用

(1)固定顶尖固定顶尖刚性好，定心准确，但与工件中心孔之间会产生滑动摩擦而发热过多，容易将中心孔或顶尖烧坏。

(2)回转顶尖回转顶尖将工件与中心孔的滑动摩擦改为顶尖内部轴承的滚动摩擦，能在很高的转速下正常工作，克服了固定顶尖的缺点，因此应用日益广泛。第三节

刀具01常用刀具材料硬度和耐磨性强度和韧性工艺性能和经济性耐热性(一)刀具材料性能要求01常用刀具材料碳素工具钢合金工具钢超硬刀具材料(二)常用刀具材料高速钢硬质合金(1)金刚石金刚石是自然界中最硬的材料，其硬度可达10000HV。

(2)立方氮化硼立方氮化硼是用高温高压的方法制成的。(3)陶瓷材料陶瓷的主要成分是氧化铝(Al2O3)，其硬度、耐热性和耐磨性均比硬质合金高，允许的切削速度比硬质合金高20％～25％。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的选用1.切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配

(1)刀具材料硬度顺序为：金刚石>立方氮化硼>陶瓷>硬质合金>高速钢。

(2)刀具材料的抗弯强度顺序为：高速钢>硬质合金>陶瓷>金刚石和立方氮化硼。

(3)刀具材料的韧性大小顺序为：高速钢>硬质合金>立方氮化硼、金刚石和陶瓷。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的选用2.切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配3.切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配

(1)各种刀具材料抗粘结温度高低为：聚晶立方氮化硼(PCBN)>陶瓷>硬质合金>高速钢(HSS)。

(2)各种刀具材料抗氧化温度高低为：陶瓷>聚晶立方氮化硼(PCBN)>硬质合金>金刚石>高速钢(HSS)。

4.切削刀具材料的合理选择02切削刀具(一)车刀的几何形状1.车刀的组成2.车刀切削部分的组成

(1)三面

(2)两刃

(3)一尖图5-15车刀

a)车刀的组成b)车刀切削部分的组成02切削刀具(二)刀具的几何参数1.刀具角度的参考平面图5-16切削平面、基面和正交平面02切削刀具(二)刀具的几何参数2.车刀的主要角度图5-17车刀的主要角度02切削刀具(二)刀具的几何参数2.车刀的主要角度(1)前角γo在正交平面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。(2)后角αo在正交平面中测量，是主后刀面与切削平面之间的夹角。

(3)主偏角κr在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角。

(4)副偏角κ′r在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。

(5)刃倾角λs在切削平面中测量，是主切削刃与基面的夹角。02切削刀具图5-19刃倾角与排屑方向

a)λs=0°b)+λsc)-λs

图5-18刃倾角的正负

a)λs=0°b)+λsc)-λs

02切削刀具(三)车刀角度的初步选择1.前角(γo)1)工件材料较软、车削塑性材料时，前角取较大值；工件材料较硬、车削脆性材料时，前角取较小值。

2)粗加工时，前角取较小值；精加工时，前角取较大值。

3)车刀材料的强度、韧性较差时，前角取较小值；反之，前角取较大值。02切削刀具(三)车刀角度的初步选择2.后角(αo)3.主偏角(κr)

4.副偏角(κ′r)

5.刃倾角(λs)图5-20立铣刀第四节金属切削原理01零件表面切削加工的成形方法轨迹法成形法展成法相切法图5-21零件表面的成形方法

1—母线2—导线图5-22形成发生线的方法02切削运动图5-23常见切削加工方法的切削运动

a)车削b)刨削c)钻削d)铣削02切削运动1.基本运动(1)主运动主运动是指形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动，也就是切下切屑的基本运动。(2)进给运动进给运动是指使工件多余的材料不断被去除的工作运动。图5-24切削运动及加工表面

a)车削b)钻削c)镗削d)刨削e)铣削f)磨削

1—待加工表面2—过渡表面3—已加工表面

vc——主运动vf、vfa、vw—进给运动02切削运动2.切削过程中形成的三种表面

(1)已加工表面已加工表面是指工件上经刀具切削后形成的表面。

(2)过渡表面工件上切削刃正在切削着的表面，它总是处在待加工表面与已加工表面之间，也称切削表面或加工表面。

(3)待加工表面待加工表面是指工件上有待切除的表面。03切削用量1.切削速度(vc)

例1：车削工件Z4012台钻的套筒工件，下料毛坯为ϕ55mm，选定车床主轴转速为560r/min，求切削速度vc?

解：vc=πdn/1000≈3.14×55×560/1000≈97(m/min)

例2：在CA6140型车床上粗加工Z4012台钻的轴承座，下料毛坯为ϕ80mm×57mm，毛坯材料为45钢，刀具材料选用P10，选用切削速度为100m/min，求车床主轴转速n?

解：n=1000/πd≈1000×100/3.14×80≈398(r/min)03切削用量2.进给量(f)

3.背吃刀量(ap)4.切削用量的选择原则

例3：在CA6140车床粗加工Z4012台钻的立柱，下料圆钢为ϕ75mm×625mm，在车床上用一夹一顶方式装夹，一次车削外圆至ϕ71mm,长度至600mm。进给量f采用0.3mm/r，主轴转速为450r/min，求:

(1)背吃刀量ap是多少？

(2)车削长度600mm所需的时间t？(时间单位:1h=60min，1min=60s)

解：(1)ap=-/2=75mm-71mm/2=2mm

(2)车削一次所需时间t=600mm/450r/min×0．3mm/r≈4.44min04切削力(一)切削力的产生

1.变形抗力

2.摩擦阻力

(二)切削力的分解图5-25切削力的分解04切削力(三)影响切削力的因素

1.工件材料的影响

1)工件材料的物理和力学性能、加工硬化程度、热处理状态以及切削前的加工状态都对切削力的大小产生影响。

2)工件材料的强度、硬度、冲击韧性、塑性和加工硬化程度越大，则切削力越大。

3)工件材料的化学成分、热处理状态等因素都直接影响其物理和力学性能，因而也影响切削力的大小。04切削力(三)影响切削力的因素

2.刀具几何参数的影响

(1)前角对切屑力的影响1)加工塑性材料时，前角增大，变形系数减小，因此切削力降低。2)加工脆性材料(如加工铸铁、青铜)时，由于切屑变形很小，所以前角对切削力的影响不显著。(2)主偏角对切屑力的影响

1)主偏角κr对切削力Fc的影响较小，影响程度不超过10%。

2)主偏角κr对背向力Fp和进给力Ff的影响较大。

3)刀尖圆弧半径对切削力的影响：刀尖圆弧半径增大，使切削刃曲线部分的长度和切削宽度增大，但切削厚度减小，各点的κr减小。

04切削力(三)影响切削力的因素

2.刀具几何参数的影响

(3)刃倾角对切屑力的影响1)刃倾角λs在很大范围(-40°～40°)内变化时对切削力Ff没有什么影响。

2)刃倾角λs对Fp和Ff影响较大，随着λs的增大，Fp减小，而Ff增大。

3.切削用量的影响

4.其他影响因素05切削热与切削温度(一)切削热

(二)切削温度

1.切削用量

2.刀具几何参数图5-26前角与切削温度的关系图5-27主偏角与切削温度的关系05切削热与切削温度3.工件材料

1)材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削温度也越高。

2)材料的热导率越低，由工件和切屑带走的热量就越少，切削温度就越高。

3)切削脆性金属材料时，由于塑性变形很小，且切屑呈崩碎状，与前刀面的摩擦小，产生的热量也就少，故切削温度一般较塑性材料低。4.切削液06切削液(一)切削液的种类

切削液的种类切削油水溶液乳化液06切削液(二)切削液的作用冷却作用清洗作用润滑作用其他作用防锈作用020103040506切削液(三)切削液的选用

1.根据工件材料选择

1)切削铸铁、青铜时，一般不用切削液；精加工时，使用煤油。

2)切削铝材时，用煤油；切削镁合金时，用矿物油。

3)切削非铁金属时，不宜用含硫的切削液。

4)切削一般钢时，采用乳化液；切削难切削材料时，