第一章金属切削加工基础知识(与司乃钧主编《机械加工基础》配套)ppt课件.ppt

,金属零件切削加工：是通过刀具与工件之间的相对运动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的加工方法。 切削加工的基本形式有车削、铣削、刨削、磨削、钻削、钳工等。 一般情况下，通过铸造、锻造、焊接和各种轧制的型材毛坯精度低和表面粗糙度大，不能满足零件要求，必须进行切削加工才能成为零件。金属切削加工担负着几乎所有零件的加工任务，在机械制造过程中，处于十分重要的地位。,第1章 金属切削加工基础知识,1.1 基本概念1.1.1 成形运动与切削要素 成形运动（切削运动）是为了形成工件表面所必需的、刀具与工件之间的相对运动。成形运动（切削运动）包括主运动和进给运动。 主运动是切除工件多余金属所需要的最基本的运动，主运动速度高、消耗功率大。 进给运动是使金属层连续投入切削，从而加工出完整表面的运动。 切削过程中，主运动、进给运动合理的组合，便可以加工各种不同的工件表面。,切削过程中，工件上形成三个表面，如图1-2所示（以车削加工为例） 1）待加工表面将被切除的表面； 2）过渡表面正在切削的表面； 3）已加工表面切除多余金属后形成的表面。,图1-2 车削加工工件上的表面,切削过程中，为了提高生产效率，机床除切削运动外，还需要有辅助运动，如切入运动、分度转位运动、空程运动及送夹料运动等。,切削要素包括切削用量和切削层参数。1. 切削用量三要素 1）切削速度 ：切削刃的选定点相对于工件主运动的瞬时速度。主运动是旋转运动时，切削速度计算公式如下：,式中 工件加工表面或刀具某一点的回转直径（mm）； 工件或刀具的转速（r/s或r/min）。,2）进给量 ： 在工件或刀具的每一转或每一往复行程的时间内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。通常用 表示，单位为mm/r或mm行程。,3）背吃刀量 ：背吃刀量是在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的吃刀量，单位为mm，也就是工件待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，习惯上也将背吃刀量称为切削深度。外圆车削时:,式中 D 工件待加工表面的直径(mm)； d 工件已加工表面的直径(mm)。,2.切削层参数 切削层是指工件上正被刀具切削刃切削着的一层金属。也就是相邻的两过渡表面之间所夹着的一层金属，如图1-3所示。1）切削层厚度 ：是相邻两过渡表面之间的垂直距离。2）切削宽度 ：是沿主切削刃测量的切削层尺寸。3）切削面积 ：切削层公称横截面积。,图1-3切外圆时的切削层要素,1.1.2 切削刀具,刀具是金属切削加工中不可缺少的重要工具之一，无论是普通机床，还是先进的数控机床和加工中心，以及柔性制造系统，都必须依靠刀具才能完成各种需要的切削加工。实际证明，刀具的更新可以成倍、数十倍地提高生产效率。,1.刀具的分类 刀具的种类很多，根据用途和加工方法不同，通常把刀具分为以下类型。1）切刀：包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等。2）孔加工刀具：包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工刀具(如钻一铰复合刀具)等。,3）拉刀：包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀)等。4）铣刀：包括加工平面的圆柱铣刀、端铣刀等；加工沟槽的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等；加工特殊形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。5）螺纹刀具：包括螺纹车刀、丝锥、板牙、螺纹切刀、搓丝板等。6）齿轮刀具：包括齿轮滚刀、蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。7）磨具：包括砂轮、砂带、油石和抛光轮等。8）其他刀具：包括数控机床专用刀具、自动线专用刀具等。,2.刀具切削部分结构要素,刀具通常由工作部分和夹持部分组成。刀具切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态，其他各类刀具可看成是它的演变和组合，故以普通车刀为例，刀具切削部分的结构要素如图1-4所示。,1）前刀面 2）主后刀面3）副后刀面4）主切削刃S5）副切削刃S6）刀尖,图1-4车刀切削部分结构要素,3.刀具几何角度参考系,刀具几何角度可分为静态角度（标注角度）和工作角度，分别对应静态参考系和工作参考系。如图1.4所示为静态参考系的各组成平面。,1）基面2）主切削平面3） 正交平面,图1-6车刀的标注角度,前角后角楔角,4.刀具的标注角度（图1-6）,1）正交平面内标注角度,2）基面内标注角度主偏角副偏角刀尖角3）切削平面内标注角度刃倾角,1.1.3 刀具材料及合理选用 刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。在切削过程中，刀具的切削能力，直接影响生产率、加工质量和加工成本。 刀具的切削性能，主要取决于刀具材料，其次是刀具几何参数和刀具结构的选择与设计是否合理。,1）刀具材料应具备的性能。 刀具切削部分在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动。因此，刀具材料应具备以下性能： 高的硬度和耐磨性； 足够的强度和韧性； 高的耐热性；良好的工艺性；好的导热性和小的膨胀系数。,2）刀具材料简介。 刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。目前，刀具材料中使用最广泛的仍是高速钢和硬质合金。 高速钢。高速钢是加入了钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的硬度（6267HRC）和耐热性（5506000C），较高的强度和韧性，抗冲击、振动的能力较强。适用于制造各种形状复杂的刀具（如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）。常用的通用型高速钢牌号为W6M05Cr4V2和W18Cr4V。,硬质合金。 硬质合金可分为K、P、M三个主要类别，是当今主要的刀具材料之一，大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀等均已采用硬质合金制造。 涂层刀具材料。 它是在硬质合金或高速钢基体上，涂敷一层几微米厚的高硬度、高耐磨性的金属化合物(如碳化钛、氮化钛、氧化铝等)而制成。 金刚石。 它是目前已知的最硬材料，硬度接近于10000HV（硬质合金为13001800HV）。能对陶瓷、硬质合金等高硬度耐磨材料进行切削加工，使用寿命极高。但金刚石的热稳定性较差，因此不宜加工钢铁材料。,立方氮化硼（CBN）。 其硬度为80009000HV，仅次于金刚石。热稳定性和化学惰性比金刚石好，可耐13001500的高温；能切削淬硬钢、冷硬铸铁和高温合金等。立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀杆上，也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起成为复合刀片。 陶瓷。 纯氧化铝AL2O3陶瓷、复合氧化铝AL2O3TiC陶瓷、复合氮化硅Si3N4TiCCo陶瓷。可用于加工钢、铸铁，对于冷硬铸铁、淬硬钢的车削和铣削特别有效，其使用寿命、加工效率和已加工表面质量常高于硬质合金刀具。其主要缺点是：抗弯强度低，冲击韧度差，导热能力低和线膨胀系数大；对冲击十分敏感，容易破裂。因此，应用受到限制。,1.2 切削过程1.2.1 切削变形 塑性材料的切屑形成过程如图1-7所示：当刀具相对被切削层材料作切削运动时，在切应力的作用下材料依次错动滑移成切屑，并沿前刀面流出，而其底面则由于刀具前刀面推挤关系已变得很光滑平整。,切削脆性材料时，由于这类材料的塑性变形能力差，在材料产生明显的塑性滑移前，内部的张应力已达到破坏强度，于是材料发生崩碎，并沿切削速度方向飞散，形成崩碎状的切屑。,图1-7 切屑的形成过程,1.切屑类型 由于工件材料性质和切削条件不同，切削层变形程度也不同，因而产生的切屑也多种多样。归纳起来，主要有以下四种类型，如图1-8所示。,图1-8切屑形态,a）带状切屑 ：切屑延续成较长的带状，内表面光滑，而外表面呈毛茸状。b)节状切屑：切屑内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿形。c)粒状切屑：切屑切离成单元切屑。d)崩碎切屑：切屑的形状不规则，加工表面凸凹不平。,积屑瘤的作用和影响： 1）保护刀具。 积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面，能代替切削刃和前刀面进行切削，从而减少了刀具磨损，起到保护刀具的作用。 2）增大前角。 积屑瘤具有30左右的前角，因而减少了切削变形，降低了切削力。3）增大切削厚度。 积屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切削厚度增加了hD值，且是变化的，因而影响了工件的尺寸精度。4）增大已加工表面粗糙度值。 积屑瘤高度的周期性变化，使切削厚度不断变化，以及由此而引起振动，积屑瘤粘附在切削刃上很不规则，导致在已加工表面上刻划出深浅和宽窄不同的沟纹，脱落的积屑瘤碎片留在已加工表面上。,3.影响切削变形的主要因素1）工件材料。 强度和硬度越大，则摩擦系数越小。变形系数减小。2）刀具前角。 刀具前角越大，切削刃越锋利，前刀面对切削层的挤压作用越小，则切削变形就越小。3）切削速度。 在切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响比较复杂，切削脆性材料时，一般不形成积屑瘤。当切削速度增大时，切削变形相应减小。4）切削厚度。 切削厚度对切削变形的影响是通过摩擦系数影响的。切削厚度增加，作用在前刀面上的法向力增大，摩擦系数减小，从而使摩擦角减小，剪切角增大，因此切削变形减小。,1.切削力的分解（图1-12）1）主切削力（切向力）Fc 。 主运动方向上的切削分力，切于过渡表面并与基面垂直，消耗功率最多，它是计算刀具强度、设计机床零件、确定机床功率的主要依据。,2）进给力（轴向力）Ff： 作用在进给方向上的切削分力，处于基面内并与工件轴线平行。是设计进给机构、计算刀具进给功率的依据。,图1-12 切削力的分解,3）背向力（径向力或吃刀力）Fp 。 作用在吃刀方向上的切削分力，处于基面内并与工件轴线垂直的力。它是确定与工件加工精度有关的工件挠度、切削过程的振动的力。,2.切削功率 消耗在切削过程中的功率叫切削功率Pc，单位是kW，它是Fc、Fp、Ff在切削过程中单位时间内所消耗的功的总和。在进行外圆车削时，因Fp方向没有位移，故消耗功率为零。,式中 Fc主切削力（N）； Ff进给力（N）； f 进给量（mm/r）； 切削速度（m/s）； nw工件转速（r/s）。,3.影响切削力的主要因素1）工件材料。 材料的强度愈高，硬度愈大，切削力愈大；在强度、硬度相近的材料中，塑性、韧性大的，或加工硬化严重的，切削力大。2）切削用量。 当 和 增大时，分别会使 、 增大，即切削面积 增大，从而使变形力、摩擦力增大，引起切削力增大。3）刀具几何参数。 增大，切削力减小。主偏角 适当增大，使切削厚度 增加，单位切削面积上的切削力 减小。在切削力不变的情况下，当主偏角 增大，背向力 减少；当主偏角 时，背向力 ，对防止加工细长轴类零件弯曲变形、减少振动十分有利。,1.2.4 切削热和切削温度 切削过程中的切削热和由它引起的切削温度升高，直接影响刀具的磨损和寿命，并影响工件的加工精度和已加工表面质量。1.切削热的产生和传出,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。所以三个变形区就是三个发热源，如图1-13所示。 产生的热由切屑、刀具、工件和周围介质传导出去。影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的热导率、加工方式和周围介质的状况。,图1-13 切削热的产生和传出,2. 影响切削温度的主要因素 1）切削用量。 当 、f、ap增大时，单位时间金属切除量增多，变形和摩擦加剧，切削中消耗的功率增大，产生的热量多。2）刀具几何参数。 前角增大，切削热减小，使切削温度降低；主偏角减小，使切削厚度减小，切削宽度增大，刀刃散热条件得到改善，故切削温度下降。 3）工件材料。 当工件材料的强度、硬度、塑性增加时，切削中消耗的功率增多，产生的热量多，使切削温度升高。热导率大时则热量传出多，使切削温度降低。4）刀具磨损的影响。 刀具后刀面磨损时，使刃前区塑性变形增加，刀具与工件间的摩擦加剧，均使切削温度升高。在切削中使用切削液，可降低切削温度。,1.2.5 刀具磨损和刀具寿命： 磨损是在切削过程中，由于在工件刀具切屑的接触区里发生着强烈的摩擦，以致刀具表面某些部位(如前、后刀面)的材料被切屑或工件逐渐带走。刀具的磨损影响加工质量、生产率及加工成本。1.刀具磨损的形成,切削时刀具的前、后刀面在高温、高压下，与切屑、工件相互接触，产生剧烈摩擦，因而在前、后刀面上产生磨损，如图1-14所示。,图1-14 刀具的磨损形式,1）后刀面磨损（磨损程度用平均磨损高度VB表示）原因：切削脆性材料或以较低切削速度和较小切削厚度切削塑性材料。2）前刀面磨损（磨损程度用月牙洼深度KT表示）原因：以较高的切削速度和较大的切削厚度切削塑性材料。3）前、后刀面同时磨损原因：以中等切削速度和中等切削厚度切削塑性材料。,2.刀具寿命 刀具寿命是指刀具新刃磨之后，从开始使用起到刀具磨损至规定的磨损限度为止的实际切削时间。 在磨损限度已确定后，刀具寿命与磨损速度有关。磨损速度愈慢，刀具寿命愈高。为了提高刀具寿命，一般可从改善工件材料的可加工性、合理设计刀具的几何参数、改进刀具材料的切削性能、采用性能优良的切削液及合理选择切削用量等多方面着手。 在实际使用中，在使刀具寿命降低较少而又不影响生产率的前提下，应尽量选取较大的背吃刀量和较小的切削速度，使进给量大小适中。,刀具磨损过程可分为三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。,1.3 加工质量与检验,1.3.1 加工精度加工精度的概念 加工精度是加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合程度。理想的几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸；对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面和直线等；对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴、对称等。零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值称为加工误差。,1、尺寸精度 指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。 公差等级 确定尺寸精度的标准公差共分20级: IT01、IT0、IT1、IT2、到IT18。 IT标准公差。 IT7表示标准公差7级。 从IT01至IT18，公差等级依次降低，相应的标准公差数值依次增大。,选择公差等级，既要满足设计要求，又要考虑加工的可能性与经济性。选用原则如下： 1）IT01、IT0、IT1级公差一般用于高精度量块和其它精密标准量块的尺寸。 2）IT2-IT5级公差用于特别精密的零件尺寸。 3）IT5（孔到IT6）级公差用于高精度和重要表面的配合尺寸； 4）IT6（孔到IT7）级公差用于零件较精密的配合尺寸； 5）IT7-IT8级用于一般精度要求的配合尺寸； 6）IT9-IT10级常用于一般要求的配合尺寸，或精度要求较高的与键配合的槽宽尺寸。 7）IT11-IT12级公差用于不重要的配合尺寸。 8）IT12-IT18级公差用于未注公差的尺寸。,2、形状精度和位置精度 形状精度 指加工后的零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。 位置精度 指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。,GB/T118296规定的14种形位公差特征项目,1）直线度公差,在给定一个方向上的直线度公差带,给定一个方向上的直线度公差带,2）平面度公差,平面度公差是实际被测要素对理想平面的允许变动量，其公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。,平面度公差带,3）圆度公差,实际被测要素对理想圆的允许变动量，其公差带是垂直于轴线的任一截面上半径差为公差值t的两个同心圆间的区域。,圆度公差带,4） 圆柱度公差,实际被测要素对理想圆柱的允许变动量，其公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域。,圆柱度公差带,5）定向位置公差平行度,被测实际要素相对于基准要素的方向成0的要求。,以平面为基准的平行度公差带,6）定向位置公差垂直度,被测实际要素相对于基准要素的方向成90的要求。,以轴线为基准的垂直度公差带,7）定位位置公差同轴度,要求被测实际要素与基准要素同轴。,同轴度公差带,8）径向圆跳动,径向圆跳动用于控制圆柱表面任一横截面上的跳动量。,径向圆跳动公差带,9）端面圆跳动,端面圆跳动用于控制端面任一测量直径处，在轴向方向的跳动量。,端面圆跳动公差带,一、表面粗糙度的基本概念,表示零件表面具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，称为表面粗糙度。,表面粗糙度对零件的配合性质、耐磨性、强度、抗腐蚀性、密封性、外观要求等影响很大，因此，零件表面的粗糙度的要求也有不同。一般说来，凡零件上有配合要求或有相对运动的表面，表面粗糙度参数值要小。,二、评定表面粗糙度的参数, 轮廓算术平均偏差Ra, 微观不平度十点高度Ry, 轮廓最大高度Rz,优先选用轮廓算术平均偏差Ra,1.3.2 表面粗糙度,1、表面粗糙度的符号,三、表面粗糙度的代号（符）号及其标注,2、表面粗糙度参数:,表面粗糙度参数的单位是m。,注写Ra时，只写数值; 注写Rz、Ry时，应同时注出Rz、Ry和数值。,例如：,用任何方法获得的表面, Ra的上限值为3.2m。,只注一个值时，表示为上限值；注两个值时，表示为上限值和下限值。,用去除材料的方法获得的表面, Ra的上限值为3.2m，下限值为1.6m。,用任何方法获得的表面, Ry的上限值为3.2m。,四、表面粗糙度的选用（GB/T10311995）1、原则：首先应满足零件表面的功能要求，同时还应顾及工艺的经济性。即：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。 同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；摩擦表面比非摩擦表面要小；受循环载荷的表面要小；配合要求高、联接要求可靠、受重载的表面粗糙度值都应小；同一精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。2、参数的选用：首选主要评定参数1-2个，在常用尺寸段内，选用Ra。附加评定参数必须与主要评定参数连用。常用数值范围内，Ra=0.0256.3m， Rz=0.125m，优先选用Ra.,五、表面粗糙度的常用测量方法比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。 常用于测量Rz为0.560m。干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量Rz和Ry值。,1.3.3 零件加工质量的检验 将测量结果与零件图样或装配图样上的技术要求进行对比，从而判断零件、原材料、毛坯件及工艺装备等是否合格或超差多少的过程称为检验。 检验具有测量和验收的双重意义。 机械加工精度的测量一般可归结为“长度”和“角度”这两个量的测量，而角度也可通过长度比值来表示。所以，机械加工精度的测量，实质上就是长度的测量。,补充：公差与配合一有关“尺寸” 的术语及定义1、尺寸：用特定单位表示长度的数字。,2、基本尺寸 基本尺寸是由设计者经过计算或按经验确定后，再按标准选取的标注在设计图上的尺寸。,3、实际尺寸 实际尺寸是通过测量所得的尺寸。,4、极限尺寸 极限尺寸是允许尺寸变化的两个界限值。 其中：较大的一个称为最大极限尺寸 较小的一个称为最小极限尺寸,公差与配合,二. 有关“偏差、公差、”的术语和定义,1、尺寸偏差 尺寸偏差=某一尺寸-基本尺寸 偏差包括： 实际偏差=实际尺寸-基本尺寸 上偏差=最大极限尺寸-基本尺寸 ES（孔）、es（轴） 下偏差= 最小极限尺寸-基本尺寸 EI（孔）、ei（轴）,2、尺寸公差（公差） 尺寸公差是指尺寸允许的变动量。 公差 = 最大极限尺寸-最小极限尺寸 = 上偏差-下偏差,例：一根轴的直径为 500.008,基本尺寸： 50,最大极限尺寸： 50.008,最小极限尺寸： 49.992,上偏差 = 50.008 - 50 =+ 0.008下偏差 = 49.992 50 = -0.008,公差 = 50.008-49.992 = 0.016 或 = 0.008-(-0.008) =0.016,3、零线 零线是在公差带图中，确定偏差的一条基准直线，也叫零偏差线。,4、公差带,4、公差带 在公差带图中，由代表上、下偏差两条直线所限定的一个区域称为公差带。 在国家标准中，公差带包括： 公差带大小 由标准公差确定 公差带位置 由基本偏差确定,5、标准公差 标准公差就是国家标准所确定的公差。,6、基本偏差 基本偏差就是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。,国标对孔轴各规定了28种公差位置，用字母表示，大写字母为孔的基本偏差，小写字母为轴的基本偏差。,基本偏差系列,三. 有关“配合”的术语和定义,1、配合 配合就是基本尺寸相同的、相互结合的孔与轴公差带之间的相配关系。 基孔制：基孔制是基本偏差固定不变的孔公差带，与不同基本偏差的轴公差带形成各种配合的一种制度。 基孔制的孔为基准孔，它的下偏差为零。基准孔的代号为“H”。,基轴制：基轴制是基本偏差固定不变的轴公差带，与不同基本偏差的孔公差带形成各种配合的一种制度。 基轴制的轴为基准轴，它的上偏差为零。基准轴的代号为“h”。,基孔制配合与基轴制配合,2、配合类型：,间隙配合过渡配合过盈配合,1.4 提高加工质量与生产率的途径 提高产品质量、降低成本和提高生产率，就是提高金属切削加工的技术经济效益。 影响切削加工的技术经济效益的主要因素包括加工质量、生产率和生产成本。,1.4.1 生产率 生产率指在单位时间内生产合格零件的数量。 提高生产率的途径：缩短基本工艺时间缩短辅助时间缩短其他时间,1.4.2 刀具角度的合理选择 （一）前角的选择 1.前角的功用 增大前角能减小切削变形和摩擦，降低切削力、切削温度，减少刀具磨损，改善加工质量，抑制积屑瘤等。但前角过大会削弱刀头强度和散热能力，容易造成崩刃。因而前角不能太小，也不能太大， 应有一个合理数值。 2.前角的选择原则 （1）主要根据工件材料的性质选择 （2）兼顾根据刀具材料的性质和加工性质,（二）后角、副后角及后刀面的选择,1.后角的功用 增大后角能减小后刀面与工件上加工表面间的摩擦，减少刀具磨损，还可以减小切削刃钝圆半径，使刀刃锋利，可减小工件表面粗糙度值。但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。2.后角的选择原则 后角主要根据切削厚度选择。3.副后角的选择 副后角通常等于后角的数值。,(三)主、副偏角的选择,1.主、副偏角的功用 主偏角r 影响切削分力的大小，增大r ，会使Ff力增加，Fp力减小； 主偏角影响加工表面粗糙度值的大小，增大主偏角，加工表面粗糙度值增 大； 主偏角影响刀具耐用度，增大主偏角，刀具耐用度下降； 主偏角也影响工件表面形状，车削阶梯轴时，选用r =90o，车削细长轴 时，选用r =75o90o；为增加通用性，车外圆、端面和倒角时，可选用 r =45o。 减小副偏角r。，会增加副切削刃与己加工表面的接触长度，能减小表 面粗糙度数值，并能提高刀具耐用度。但过小的副偏角会引起振动。2.主、副偏角的选择 主偏角的选择原则是，在工艺系统刚度允许的情况下，选择较小的主偏 角这样有利于提高刀具耐用度。在生产中，主要按工艺系统刚性选取。副偏角r，主要是根据加工性质选取，一般情况下选取r =1015精加工时取小值。特殊情况，如切断刀，为了保证刀头强度，可选r =1o2o 。,（四）刃倾角的选择,1.刃倾角的功用 (1) 控制切屑的流向 (2) 控制切削刃切入时首先与工件接触的位置 (3) 控制切削刃在切入与切出时的平稳性 断续切削时，当刃倾角为零，切削刃与工件同时接触，同时切离，会引起振动；若刃倾角不等于零则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件，故切削过程平稳。 (4) 控制背向力与进给力的比值2.刃倾角的选择 选择刃倾角时，应按照刀具的具体工作条件进行具体分析，一般情况可按加工性质选取。精车s =0o5o；粗车s =0o-5o；断续车削s-30o-45o；大刃倾角精刨刀s75o80o。,1.4.3切削用量的合理选择,切削用量三要素c、ap （一）切削用量选择的基本原则 1. 根据工件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量。 2. 根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量。 3. 根据刀具耐用度，确定切削速度。 4. 所选定的切削用量应该是机床功率允许的。,（二）合理切削用量的选择方法 1. 确定背吃刀量 2. 确定进给量 3. 确定切削速度 在选择切削速度时，还应注意考虑以下几点： (1) 精加工时,应尽量避免积屑瘤和鳞刺的产生区域； (2) 断续加工时,宜适当降低切削速度； (3) 加工大型、细长、薄壁工件时,应选用较低的切削速度；端面车削应比外圆车削的速度高一些； (4) 在易发生振动的情况下,切削速度应避开自激振动的临界速度。,1.4.4 切削液的合理选择1切削液的作用 （1）冷却作用 （2）润滑作用 （3）清洗与防锈作用 2切削液的种类 （1）水溶性切削液 水溶性切削液主要有水溶液、乳化液和化学合成液三种。 （2）油溶性切削液 油溶性切削液主要有切削油和极压切削油两种。 （3）固体润滑剂 常用的固体润滑剂是二硫化钼。,3切削液的合理选用 切削液应根据工件材料、刀具材料、加工方法和技术要求等具体情况进行选用。高速钢刀具耐热性差，需采用切削液。通常粗加工时，主要以冷却为主，同时也希望能减少切削力和降低功率消耗，可采用3%5%的乳化液；精加工时，主要目的是改善加工表面质量，降低刀具磨损，减少积屑瘤，可以采用15%20%的乳化液。 硬质合金刀具耐热性高，一般不用切削液。若要使用切削液，则必须连续、充分地供应，否则因骤冷骤热，产生的内应力将导致刀片产生裂纹。切削铸铁一般不用切削液。 切削铜合金等有色金属时，一般不用含硫的切削液，以免腐蚀工件表面。切削铝合金时一般可不用切削液，但在铰孔和攻丝时，常加5:1的煤油与机油的混合液或轻柴油，要求不高时，也可用乳化液。4切削液的使用方法 切削液的其浇注部位、充足的程度与浇注方法的差异，将直接影响切削液的使用效果。切削变形区是发热的核心区，切削液应尽量浇注在该区。,1.4.5 工件材料的切削加工性,工件材料的可切削加工性(machinability)是指对某种材料进行切削加工的难易程度。,1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性；2）以切削力或切削温度衡量加工性；3）以加工表面质量衡量加工性；4）以切屑控制或断屑的难易衡量加工性；,5）相对加工性 Kv=60/(60)j 刀具寿命为60min时所允许的切削速度，用60表示以b=0.735GPa的45钢的60为基准（60)j。 其它工件材料的60与(60)j的比值即为相对加工性Kv。 当 Kv 1时，该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv 3； 当 Kv 1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金 Kv 0.65，均属难加工材料。,1.碳素钢 低碳钢(0.8%）：性硬而脆，切削时刀具易磨损，故其切削加工性不好。 可通过球化退火来改善其切削加工性。,2.合金结构钢 合金结构钢的切削加工性一般低于含碳量相近的碳素结构钢。,3.普通铸铁 与具有相同基体组织的碳素钢相比，切削加工性好，其金相组织是金属基体加游离态石墨。 石墨：降低了铸铁的塑性，切屑易断，有润滑作用，使切削力小，刀具磨损小。 但石墨易脱落，使已加工表面粗糙。切削铸铁时形成崩碎切屑，造成切屑与前刀面的接触长度非常短，使切削力、切削热集中在刃区，最高温度在靠近切削刃的后刀面上。,4.铝、镁等非铁合金 硬度较低，且导热性好，故具有良好的切削加工性。 加工铝合金时，不宜采用陶瓷刀具。一般不使用切削液。铝合金：乳化液和煤油镁合金：严禁使用水剂和油剂，宜于自然空冷和采用压缩空气冷却。,可通过热处理方法，改变材料的金相组织和物理力学性能，也可通过调整材料的化学成分等途径。生产实际中，热处理是常用的处理方法。,难加工材料包括难切金属材料和难切非金属材料两大类。难切金属材料：高锰钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金、高熔点金属及其合金、喷涂(焊)材料等。难切非金属材料：陶瓷,(1) 改善切削加工条件 要求机床有足够大的功率，并处于良好的技术状态；加工工艺系统 应具有足够的强度和刚性，装夹要可靠；在切削过程中，要求均匀的机械进给，切忌手动进给，不容许刀具中途停顿。,(2) 选用合适的刀具材料 (3) 优化刀具几何参数和切削用量 (4) 对材料进行适当热处理 (5) 选用合适的切削液 切削液供给要充足，且不要中断。(6) 重视切屑控制 根据加工要求控制切屑的断屑、卷屑、排屑并有足够的容屑空间，以提 高刀具寿命和加工质量。,1.5 基准与装夹1.5.1 基准设计基准工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准,1.5.2 工件的装夹,定位：机械加工时，必须使工件在机床或夹具上相对刀具及其切削成形运动占有某一正确位置的过程。 夹紧：为了在加工中使工件能承受切削力，并保持定位位置不变，还需把它压紧或夹牢，此操作过程称为夹紧。从定位到夹紧的过程称为装夹。,装夹方法：1）通用夹具装夹 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。 例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。2）专用夹具装夹 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。 当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。 只适用于产品固定且批量较大的生产中。,1.6 生产过程与生产类型,1.6.1 生产过程与工艺过程 生产过程 将原材料转变为成品的全过程叫生产过程。 生产过程包括原材料运输和保存、生产准备工作、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、检测、调试、油漆和包装等。 工艺过程 生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和表面质量等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。 工艺过程是生产过程中的主要部分。 机械加工生产过程中的主要部分，称为机械加工工艺过程。,1.6.2 机械加工工艺过程的组成,1. 工序 一个或一组工人在一个工作地（机械设备）对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。2. 安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。3. 工步 工步是指在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序内容。4. 走刀 在一个工步中，有时因所需切除的金属层较厚而不能一次切完，需分几次切削，则每一次切削称为一次走刀。 5. 工位 为了完成一定的工序内容，工件一次装夹后，与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。,例：,阶梯轴,两次,两次,一次,一次,一次,一次,一次,讨论：,安装次数多好还是少好？,工位,在三个工位上钻、铰圆盘零件上的孔,工件,机床夹具回转部分,夹具固定部分,分度机构,例：,1.6.3 生产纲领与生产类型,1. 生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量。 零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：,式中 Q产品的年生产纲领，单位：台/年； n每台产品中所含零件的数量，单位：件/台； a%备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要； b%废品率。,2. 生产类型及其工艺特征 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为： 1）大量生产 2）成批生产 3）单件生产,1）大量生产 产品的数量很大，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地的加工对象是单一不变的。 例如，汽车、拖拉机、轴承等产品的制造，通常是以大量生产方式进行的。2）成批生产 产品数量较多，每年生产的产品结构和规格可以预先确定，而且在某一段时间内是比较固定的，生产可以分批进行，大部分工作地的加工对象是周期轮换的。 根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。 例如，通用机床（一般为车、铣、刨、钻、磨床）等产品制造往往属于这种生产类型。,3）单件生产 产品数量少，但种类、规格较多，多数产品只能单个或少数几个地生产，很少重复。 例如，重型机器、大型船舶制造及新产品试制等常属于这种生产类型。,1.7 金属切削机床的分类,1.7.1 机床的分类分类目的： 便于区别、使用、管理、交流分类方法：按加工方式和所用的刀具分为12大类（车、钻、铣、镗、磨、齿轮加工、螺纹加工、刨、拉、特种加工、锯、其他）按某些辅助特征（精度、自动化程度、万能性等）如万能性：通用机床专门化机床-某一类零件专用机床-某一种零件,1.7.2 机床型号的编制方法,遵从标准： GB/T15375-1994（1994年颁布）金属切削机床型号编制方法编制规则: 采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规则组合而成,例1,C M 6 1 32,例2,举例: T 4 1 6 3 B,