切削加工的基础知识ppt课件.ppt

切削加工的基础知识,1.1,钳工与机械加工,?,钳工,：,通过工人手持工具进行切削加工。,?,机械加工,：,采用不同的机床（如车床、铣,床、刨床、磨床、钻床等）对工,件进行切削加工。,2.,零件表面质量的概念,零件几何参数：,宏观几何参数：,包括：,尺寸、形状、位置,等要素。,微观几何参数：,指：,微观表面粗糙程度。,2.1,加,工,精,度,?,加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、,形状、位置等参数同理论参数的相符合的,程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：,a.,尺寸精度：,零件尺寸参数的准确程度。,b.,形状精度：,零件形状与理想形状接近程度。,c.,位置精度：,零件上实际要素（点、线、面）相对,于基准之间位置的准确度。,2.1,加,工,精,度,?,国家标准规定：常用的精度等级分为,20,级，,分别用,IT01,、,IT0,、,IT1,、,IT2,IT18,表示。,数字越大，精度越低。其中,IT5-IT13,常用。,?,高,精,度：,IT5,、,IT6,通常由磨削加工获得。,?,中等精度：,IT7-IT10,通常由精车、铣、刨获得。,?,低,精,度：,IT11-IT13,通常由粗车、铣、刨、钻,等加工方法获得。,2.1.1,尺,寸,精,度,25,0,-0.04,零件尺寸要素的误差大小。,问：,精度的高低与哪两个因,素有关？,基本尺寸和公差大小,。,2.1.2,形,状,精,度,25,轴加工后可能产生的形状误差,0,0.013,2.1.2,形,状,精,度,?,指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；,?,国家标准规定了六类形状公差（见下表）,?,形状精度的标注：框格分为,2,格，,箭头指向待表达的表面，数字表示,允许误差的大小，单位为毫米。,2.1.3,位,置,精,度,?,指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间,位置的准确度。,圆圈中的英文字母表示基准，框格分,3,格，箭头指向待,表达的表面,精度等级,尺寸精度范围,Ra,值范围,（,m,）,相应的加工方法,低精度,IT13,IT 11,25,12.5,粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等,中等,精度,IT10,IT 9,6.3,3.2,半精车、半精镗、半精铣、半精刨、,扩孔等,IT8,IT 7,1.6,0.8,精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗,铰等,高精度,IT7,IT 6,0.8,0.2,精磨、精铰等,特别,精密,精度,IT5,IT2,Ra,0.2,研磨、珩磨、超精加工、抛光等,零件精度等级及其相应的加工方法,2.2,表,面,粗,糙,度,?,表面粗糙度：,零件微观表面高低不平的,程度。,产生的原因,：,1,）切削时刀具与工件相,对运动产生的磨擦；,2,）机床、刀具和工件在加工时的振动；,3,）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；,4,）加工时零件表面发生塑性变形。,2.2,表,面,粗,糙,度,表面粗糙度对零件质量的影响：,零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，,主要有以下几个方面：,1,）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触,变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快；,2),表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损，,造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰,挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低；,3,）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造,成表面腐蚀；,4,）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而,造成零件断裂。,2.2,表,面,粗,糙,度,评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差,Ra,2.2,表,面,粗,糙,度,n,h,.,h,h,h,n,3,2,1,?,?,?,?,?,Ra,Ra,h1 h2 h3hn,?,?,l,dx,x,y,l,Ra,0,|,),(,|,1,2.2,表,面,粗,糙,度,?,国家标准规定：表面粗糙度分为,14,个等级，,分别用,表示，,数字越大，,表面越粗糙。,?,表面粗糙度符号上的数值,Ra,单位是微米,（m）。,2.2,表,面,粗,糙,度,表面粗糙度符号的意义及应用,符号,符号说明,意义及应用,基本符号,单独使用无意义,基本符号上加一短,划线,表示表面粗糙度是用去,除法获得,基本符号内加一小,圆,表示表面粗糙度是用不,去除材料的方法获得,符号上加,Ra,值,用去除材料方法获得的,表面，,Ra,的最大允许值,为,3.2,m,2.3,常见加工方法的,Ra,表面特征,加工,方法,Ra(,微米,),表面特征,粗车,粗镗,50,可见明显刀痕,粗铣,粗刨,25,可见刀痕,钻孔,12.5,微见刀痕,精铣,精刨,半精,车,6.3,可见加工痕迹,3.2,微见加工痕迹,精车,1.6,看不清加工痕迹,粗磨,0.8,可辨加工痕迹方向,精磨,0.4,微辨加工痕迹方向,精密加工,0.1-,只能按表面光泽辩识,2.4,零件的加工精度与表面粗糙度的关系,?,精度,：宏观几何参数的误差,?,表面粗糙度,：微观几何参数的误差,?,加工精度高，必须采用一系列的高精度的加工方法，而,经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低，反之，表,面粗糙度低，零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的,加工方法，而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度,的加工方法。,?,实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度,不高。,零件的加工精度与表面,粗糙度的关系如何？,提问,机器零件的基本表面包括：外圆、内圆,（孔）、平面和成型面,基本表面主要由如下的加工方法获得,3.,切削运动与切削用量,要完成零件表面的切削加工，刀具和,工件应具备形成表面的基本运动，即切削,运动,切削运动：,刀具和工件的相对运动,切削运动分为主运动和进给运动,主运动：,提供切削可能性的运动。主运动只有,一个,进给运动：,提供连续切削可能性的运动。进给,运动可以有多个,3.1,切削运动,3.1,切削运动,机床名称,主运动,进给运动,卧式车床,工件旋转运动,车刀纵向、横向、斜向直线移动,钻,床,钻头旋转运动,钻头轴向移动,卧铣、立铣,铣刀旋转运动,工件纵向、横向、斜向直线移动,牛头刨床,刨刀往复运动,工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向,间歇移动,龙门刨床,工件往复运动,刨刀横向、垂向、斜向间歇移动,外圆磨床,砂轮高速旋转,工件转动，同时工件往复移动，砂轮,横向移动,内圆磨床,砂轮高速旋转,工件转动，同时工件往复移动，砂轮,横向移动,平面磨床,砂轮高速旋转,工件往复移动，砂轮横向、垂向移动,机床的切削运动,3.2,切削用量,切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量,切削速度,：,切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬,时速度,用,V,表示，单位为,m/s,进,给,量,：,刀具在进给运动方向上相对于工件的位,移量，用,f,表示，车、钻和铣削时单位,为,mm/r,背吃刀量,:,已加工表面和待加工表面之间的垂直距,离，用,a,p,表示，单位为,mm,，如下图：,3.2.1,车削切削速度、背吃刀量的计算,V:,切削速度,d:,工件直径,n:,工件转速,),(,2,min,max,mm,d,d,a,p,?,?,背吃刀量：,切削速度：,dmax:,待加工,表面直径,dmin:,已加工,表面直径,ap:,背吃刀量,(m/s),dn,v,1000,60,?,?,3.3,切削用量的合理选择问题,(1),粗加工按,a,p,f,v,的顺序选择,a,、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多,余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛,坯尺寸首先选择,a,p,b,、粗加工不必考虑表面粗糙度，在,a,p,确定后，选取大,的,f,，减少走刀时间,c,、,a,p,和,f,确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提,下选择,v,(2),精加工按,v,f,a,p,的顺序选择,精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表,面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的,v,，然后选择达到,表面粗糙度要求的,f,，最后再根据精加工余量决定,a,p,4.,切,削,刀,具,刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素，,刀具性能主要取决于两个因素：即,刀具材料,和,刀具的几何角度,4.1,刀具材料应具备如下五个基本特性,：,1.,高硬度：,HRC60,以上,;,2.,高的强度与韧性：保证能够承受切削力的作用而不破,坏；,3.,高的热硬性：材料在高温下仍然保持高硬度的性能，,热硬性用热硬温度表示；,4.,良好的耐磨性；,5.,良好的工艺性和经济性；,?,碳素工具钢,：如,T7,、,T8,、,T9,T13,等。适合于制,造简单的手工工具，如锉刀、锯条等；,?,合金工具钢,：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、,锰、硅等元素，耐热性较低，如,9SiCr,等，适合于,制造低速成型刀具，如丝锥；,?,高速钢,：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用,的有：,W18Cr4V,、,W6Mo5Cr4V,等。适合于制,造中速精加工刀具；,?,硬质合金,：成分由,WC,、,TiC,和,Co,组成，采用烧结,方法获得,4.1.1,常用的刀具材料,4.1.1,常用的刀具材料,常用的硬质合金有：,钨钴钛类（牌号,YT,）硬质合金,：适合于加工钢等,塑性材料，其代号有,YT5,、,YT15,、,YT30,等，粗加,工用,YT5,精加工用,YT30;,钨钴类（牌号,YG,）硬质合金：,适合于加工铸铁、,青铜等脆性材料，其代号有,YG3,、,YG6,、,YG8,等，,粗加工用,YG8,，精加工用,YG3,。,4.1.2,其它刀具材料,陶瓷：,常用的刀具陶瓷有两种：,Al,2,O,3,基陶瓷,和,Si,3,N,4,基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有,很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要,缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受,较大的冲击载荷。,金刚石：,它分三种,天然单晶金刚石刀具,整体人造聚晶金刚石刀具,金刚石复合刀片,立方氧化硼：,由软的立方氧化硼在高温高压下,加入催化剂转变而成,种,类,硬度,HRC,抗弯强,度,GPa,热硬性,工艺性能,用,途,碳素工具钢,60-65,2.16,200-250,热成型,手工刀具,合金工具钢,60-65,2.35,300-400,同上,低速刀具,高速钢,63-70,1.9-4.4,600-700,同上,中速刀具,硬质合金,89-93,1.0-2.2,800-1000,烧结成型,高速刀具,陶瓷材料,91-95,0.4-0.9,1100-,1200,同上,连续精加,工刀具,常用的刀具材料,各种多齿刀具或复杂,刀具，就其一个刀齿而言，,都相当于一把车刀。,车刀分为切削部分和,夹持部分，切削部分由三,个刀面组成：前刀面、主,后刀面、副后刀面。,前,刀面和主后刀面的交线叫主切削刃,前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃,两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对,尖锐,为了研究刀具的几何角度，,建立三个辅助平面：,基面,：通过主切削刃上的某,一点，与该点切削速度方向,垂直的平面。,切削平面,：通过主切削刃上,的某一点，与该点加工表面,相切的平面。,正交平面,：通过主切削刃上,的某一点，与主切削刃在基,面上的投影垂直的平面,4.2,刀具的几何角度,(,车刀的基本形状,),?,前角,。,：在正交平,面中，前刀面与基,面之间的夹角；,?,后角,。,：在正交平,面中，主后刀面与,切削平面之间的夹,角；,?,主偏角,Kr,：,在基面,上，主切削刃的投,影与进给方向的夹,角。,?,副偏角,Kr,：在基面,上，副切削刃的投,影与进给反方向的,夹角。,?,刃倾角,s,4.2.1,车刀的几何角度,4.2.2,前角的正与负,一般加工韧性材料，应取较大的前角；加工脆性材料，,应取较小的前角；前角的取值范围常在,-5, +25,之间。,4.2.3,刃倾角,s,刃倾角,s,：,在切削平面中，主切削刃与基面,之间的夹角。,它主要影响刀头的强度和,排屑方向。一般取,s,=,10, +10,粗加工时常取负值，增加刀头强度；,精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。,4.2.4,刃倾角,s,的正与负,当刀尖在主切削刃上最高点时，,s,为正值，反,之为负值。,4.3,刀具角度的合理选择问题,?,原,则：,粗加工时，为了提高切削效率，切削力会,较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，为,了保证零件质量因此刀具较锋利,。,?,粗加工：前角、后角均小，强度高,?,精加工：前角、后角均大，刀具锋利,?,主偏角：车台阶轴：取,90,度,既车外圆又车端面，取,45,度,?,副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为：,5-15,度,刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值,麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成，工,作部分又包括导向部分和切削部分,4.4,麻花钻的基本形状,螺旋角：,刃带切线与钻头轴线的,夹角,一般=18,-30,度；,前角：。,后角：,f,顶角2：,两个主切削刃在垂直钻,头轴线平面上投影的夹角，通常,2 =116,-120,度之间；,横刃斜角 ：,它是横刃与主切削,刃在钻头垂直轴线平面上投影的夹,角。通常为,47-55,度；,4.4.1,麻花钻的主要几何角度,?,砂轮：,是磨削加工的刀具，它是由磨料和结,合剂烧结而成的。,?,磨料：,磨料是砂轮的主要组成因素，担负切,削作用，所以磨料有很高的硬度。,?,粒度：,是指磨料颗粒的大小。,?,结合剂,：结合剂起粘结磨粒的作用。,?,硬度：,指砂轮上的磨粒脱落的难以程度,。,4.5,砂轮的材料及形状,系,别,名,称,代,号,特,性,适合于磨削,刚,玉,棕刚玉,A,硬度高，韧性,好，价廉,碳钢、可锻铸铁、,青铜,白刚玉,WA,硬度稍低，锋利,淬火钢、高速钢,碳,化,硅,黑碳化硅,C,锋利，导热性好,铸铁、黄铜,绿碳化硅,GC,硬度高，导热好,硬质合金、宝石,超,硬,材,料,金刚石,D,硬度最高，韧性,差,硬质合金、宝石、,陶瓷等,立方氮化硼,CBN,硬度仅次于金刚,石，韧性略好。,不锈钢、高矾高,速钢,4.5.1,常用的磨料的特性及用途,砂轮名称,代号,断面简图,基本用途,平行砂轮,P,用途广泛、各种磨床,双斜边,PSX,1,用于精磨齿轮、螺纹,双面凹,PSA,外圆磨、刀具磨,薄片砂轮,PB,切断和开槽,筒形砂轮,N,立式平面磨削,杯形砂轮,B,端面刀具磨,碗形砂轮,BW,刀具磨、导轨磨,4.5.2,砂轮的形状、代号及用途,5.,刀具磨损和刀具耐用度,?,刀具经过一定时间的使用后，由于摩擦,和切削热的作用，使刀具变钝，切削温,度上升，影响加工精度和表面质量，因,此必须及时刃磨。,?,刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨,损限度为止的切削时间。例：硬质合金,焊接刀具的耐用度规定为,60,分钟。,刀具使用,磨钝,刃磨刀具,包括：三种磨损形式与三个磨损阶段,5.1,刀具的使用过程,金属切削过程是指从工件表面切除一层,多余的金属，从而形成切屑的过程：,1.,金属在刀具前刀面的作用下，受到挤压产生弹性,变形。,2.,应力逐渐变大，产生塑性变形,滑移。,3.,应力达到强度极限，剪切滑移被挤裂形成切屑。,4.,切离,。,1,弹性变形,2,塑性变形,3,挤裂切屑,6.,金属的切削过程,常见的切屑有如下三种：,a.,带状切屑：,用大前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性,材料时出现。,形成带状切屑时，切削力平稳，表面光洁，但切,屑连续不断，不安全或容易刮伤已加工表面。,b.,节状切屑：,用低切削速度，大进给量加工中等硬度的钢材时,出现。形成,这种切屑时，金属经弹性变形、塑性变形、挤裂和,切离阶段，是典型的切削过程，但切削力波动大，工件表面粗,糙。,c.,崩碎切屑：,加工铸铁、黄铜等脆性材料时出现，,形成这种切,屑时，切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖，刀具容易磨损。,6. 1,金属的切屑类型,6.2,积,屑,瘤,积屑瘤,：,当切屑沿前刀面流出时，与前刀面,接触的切屑底层受到摩擦阻力，速度变慢，形,成滞流层，于是，金属粘附在切削刃附近，形,成了积屑瘤。,积屑瘤的影响：,1,、保护切削刃，粗加工时，,希望产生积屑瘤,2,、本身不断形成和脱落，,会引起振动，影响工件表,面粗糙度，精加工不希望,产生积屑瘤。,6.3,切削力,1,、,切向力（切削力）,Fz,：,总切削力在主运动方向上,的正投影，其大小约占总切削力的,9599%,是三个分力,中最大的。消耗功率最多的分力，它是机床动力、重要,零件的强度和刚度设计和校核的主要依据；,2,、,轴向力（进给力）,Fx :,总切削力在进给方向上的正,投影，其大小约占总切削力的,15%,它是设计和验算机,床进给机构必须的参数；,3,、,径向力（背向力）,Fy:,总切削力在垂直工作平面上,的分力，它作用在工件刚性较差的方向，容易使工件变,形，同时引起振动，影响加工精度。所以加工刚性较差,的工件（如细长轴）时，应该力求减少切削力。,6.3,切削力,Fy,切削力,Fr,的方向如左下图：可以沿三个方向分解为：,1.,切向力,Fz,2.,轴向力,Fx,3.,径向力,Fy,2,2,2,Z,y,X,F,F,F,Fr,?,?,?,6.3,切削力,主偏角影响径向力的分配：,6.4,切削热,切削热产生原因：,1.,切屑变形；,2.,工件与刀具的摩擦；,切削热传出途径：,a.,由切屑带走，带走越多越有利；,b.,由周围空气和冷却介质带走，同样带走越多,越有利；,c.,传入工件，使工件温度升高,，引起工件变形，,产生误差；,d.,传入刀具，使刀具温度升高。刀具硬度降低，,磨损加快。,6.5,降低切削温度的措施,1.,减少切削热的产生：,包括选择合理的刀具几何角度和,切削用量，比如适当增大刀具的前角以减少切屑变形，,选用大的背吃刀量和小的进给量,。,2.,改善散热条件：,包括使用冷却液等各种冷却措施；,冷却液一般有：,水溶液：,比热大，导热性好，但不能起润滑作用，如,苏打水，苏打用于防锈。用于粗磨。,切削油：,如矿物油；比热小，但有润滑作用。,乳化液：,具有良好的流动性和导热性，它由乳化油加,水稀释而成，应用最广泛。,复习思考题,1,、试说明下列加工方法的主运动和进给运动：,（,1,）车端面；,（,2,）在车床上钻孔；,（,3,）在钻床上钻孔；,（,4,）在铣床上铣平面；,（,5,）在平面磨床上磨平面；,（,6,）在外圆磨床上磨孔。,2,、试说明车削的切削用量（包括名称、定义、代号和,单位），简述切削用量选择的原则。,3,、对刀具材料的性能有那些要求？,4,、高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是,什么？各适合做什么刀具？,5,、积屑瘤是如何形成的？它对切削加工有何,影响？,6,、试分析车外圆时各切削分力的作用和影,响。,7,、切削热对切削加工有什么影响？,8,、简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和,刃倾角的作用及选择原则。,9,、切削液的主要作用是什么？常根据哪些主要因,素选用切削液？,10,、已知下列车刀的主要角度，试画出它们切削部,分的示意图：,（,1,）外圆车刀：,o,=10 ,o,=8,=60,=,10,s =4,(2),切断刀：,o,=10,o,=6,=90,=,2,s =0,11,、车削外圆时，工件转速,n,360 r/min,，切削速,度,v =150 m/min ,试求工件直径,d,。,12,、为什么不宜用碳素工具钢制造铣刀、钻花等复,杂刀具？为什么目前常采用高速钢制造这类刀,具？而较少采用硬质合金？,