《切削加工概论》PPT课件.ppt

第一章 切削加工概论,主要内容,1、切削运动及切削要素,2、刀具,3、金属的切削过程,4、金属切削过程的规律,本章重难点,1、金属切削过程中的各种物理现象,2、刀具角度的标注,第一节 切削加工的基本概念,一、零件表面的形成及切削运动,任何复杂的机器零件，均由一些简单的几何表面组成：回转体表面、平面和成形表面。,1.回转体表面,以某一条线（直线或曲线）为准线，其运动轨迹为圆时所形成的表面。,2.平面,以一直线为准线，而以另一直线为运动轨迹作平移运动时所形成的表面。,3.成形表面,准线和运动轨迹皆为任意曲线。,在切削加工过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作用，切削运动分为主运动和进给运动.主运动：切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。主运动只有一个，其形式可以是旋转运动或直线运动。,进给运动：使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。进给运动速度较低，消耗功率较少。进给运动可以是连续的或断续的，其形式可以是直线运动、旋转运动或两者的组合。,待加工表面：指加工时工件上有待切除的表面；已加工表面：指工件上经刀具切削后产生的表面;,加工表面：指工件上由刀具切削刃形成的表面。,1.切削用量 切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。1）切削速度:单位时间内，刀具相对于工件沿主运动方向的相对位移。切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时取最大值。,旋转运动：,（m/s）,往复直线运动：,（m/s）,2）进给速度：单位时间内，刀具相对于工件沿进给运动方向的相对位移。用进给速度vf或进给量f、af来表示。,当主运动为旋转运动时，进给量f的单位是mm/r，即工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向之相对位移；当主运动为往复直线运动时，则进给量f的单位是mm/str。af是多刃刀具的每齿进给量，单位是mm/Z。,3）背吃刀量：背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。,外圆车削时,钻孔时,2.切削层几何参数,车刀移动f之后，切下的金属层称为切削层。切削层的大小和形状，决定了切削部分所承受的载荷大小及切下的切屑的形状和尺寸。,1)切削厚度（ac）（mm）,两相邻加工表面之间的垂直距离。,（mm）,2)切削宽度（aw）（mm）,沿主刀刃度量的切削层的长度。,（mm）,3)切削面积（AC）（mm2）,（mm2）,一、刀具材料,较高的硬度。一般要求在 HRC 60以上。有足够的强度和韧性。有较好的耐磨性。较高的耐热性。有较好的工艺性。,第二节 切削刀具,1.对刀具材料的基本要求,二、刀具材料的种类,1.碳素工具钢,C=0.71.3%；T8、T10、T10A、T12等,HRC6165,特点,a.淬火后硬度高；,b.价格低；,.耐热温度低；,250300,.淬火后应力、变形大。,应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。,2.合金工具钢,应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板牙、丝锥等。,在碳素工具钢中加入少量的铬、钨、锰、硅等合金元素，以提高热硬性和耐磨性，并减少热处理变形，耐热温度为350400.,Me5%；9SiCr、CrWMn等。,3.高速钢,是在钢中加入钨、铬、钒、鉬等合金元素的高合金钢。常用牌号：W18Cr4V、CrWMn。,高速钢回火稳定性好，热硬性高，在600下仍保持其硬度，故其允许切削速度可达0.5m/s，比碳素工具钢高好几倍。高速钢的强度和韧性较高，能承受较大的载荷和冲击；且刃磨性好，热处理变形小。,应用：各种形状复杂的刀具。如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。,高速钢材料制成的中心钻,4.硬质合金,硬质合金是由WC、TiC等高熔点的金属碳化物粉末，用Co或Ni、Mo等作粘结剂，用粉末冶金的方法烧结而成。,硬质合金不仅硬度高达8792HRA，并且与很高的热硬性，当切削温度高达1000时，尚能保持良好的切削性能。,硬质合金刀具的切削效率约510倍于高速钢。能切削一般工具钢刀具无法切削的材料，如淬火钢之类的硬材料。缺点是性脆、抗弯强度和冲击韧性比高速钢低。,应用：车刀和端铣刀大多使用硬质合金，钻头、深孔钻、铰刀、齿轮滚刀等刀具中，使用硬质合金的也日益增多。,5.陶瓷材料,陶瓷的主要成分是Al2O3，加少量添加剂，压制高温烧结而成。,陶瓷的硬度、耐磨性和热硬性均比硬质合金好。硬度为9394HRA，在1200的高温下仍能继续切削。陶瓷和金属的亲和力小，切削不易粘刀，不易产生积屑瘤，加工表面光洁。但陶瓷刀具性脆，抗弯强度和冲击韧性低。,应用：一般用于钢、铸铁以及高硬度材料的半精加工和精加工。,6.金刚石,金刚石是目前已知最硬材料，其硬度为10000HV，精车有色金属时，加工精度可达IT5，表面粗糙度值为0.0250.012m。耐磨性好，在切削耐磨材料时，刀具耐用度通常为硬质合金的10100倍。,金刚石的耐热性较差，一般低于800，且不适合加工钢铁材料。,应用：多用于在高速下对有色金属及其合金进行精细车削和镗削，常用于连杆、活塞、气缸等关键零件的最终加工。,天然单晶金刚石晶体,聚晶金刚石刀具,7.立方氮化硼（CBN）,它的硬度仅次于金刚石（80009000HV），但热稳定性高于金刚石，可耐13001500的高温。且CBN不与铁原子起作用。,应用：适于加工不能用金刚石加工的铁基合金，如高速钢、脆火钢、冷硬铸铁等，还适于切削钛合金和高铝合金。,立方氮化硼刀具,4.砂轮的组成与特性,砂轮是由磨料和粘接剂烧结而成的多孔体。（1）磨料它是承担切削加工的材料，必须锋利，并具有高的硬度、耐热性和一定的韧性。（2）粒度指磨料颗粒的大小，分微粒和微粉两类。（3）粘结剂是用以将磨料粘结在一起的材料，砂轮能否,耐腐蚀、承受冲击和经受高速旋转而不破裂，主要取决于结合剂的强度。（4）硬度是指磨料在外力作用下脱落的难易程度，它主要取决于结合剂的粘结力。磨料易脱落，表示砂轮的硬度软，反之则硬。（5）组织表示磨料排列的疏密程度，即磨料占磨具的容积比率。,三、刀具结构 车刀按结构分类，有整体式、焊接式、机夹式和可转位式四种型式。,上压式车刀实物照片,可转位式车刀,可转位式车刀在切削加工,四、刀具的组成,切削部分（刀头）,夹持部分（刀体）,前刀面A：,主后刀面A：,副后刀面A：,主刀刃,副刀刃,刀尖,切屑流出所经过的表面。,刀具上与工件的加工表面相对的表面。,刀具上与工件的已加工表面相对的表面。,夹持部分（刀体）,切削部分（刀头）,前刀面,主后刀面,副后刀面,主刀刃,副刀刃,刀尖,主切削刃S前刀面与主后刀面的相交部位，它完成主要的切削工作。副切削刃S前刀面与副后刀面的相交部位，它完成部分的切削工作，并最终形成已加工表面。刀尖主切削刃和副切削刃的联结部位。为了增强刀尖，很多刀具都在刀尖处磨出圆弧或直线过渡刃。,一、刀具几何形状,1.刀具标注角度的参考系,在设计刀具图时，为了表示出刀具几何角度的大小以及刃磨和测量刀具角度的需要，必须表示出上述刀面和切削刃的空间位置。而要确定它们的空间位置，就应当建立假想的参考平面坐标系，称为刀具标注角度参考系。它是在不考虑进给运动大小，并假定车刀刀尖与工件中心等高，刀杆中心线垂直于进给方向的条件下建立的，是参照ISO标准，兼用主剖面参考系和法剖面参考系。,静态参考系：又称标注角度参考系，用于刀具的设计、制造刃磨和测量时定义几何参数的参考系。工作参考系：用于确定刀具在切削过程中几何参数 的参考系。,三个辅助平面,基面Pr,过主刀刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面。,切削平面Ps,过主刀刃上一点，与该点加工表面相切的平面。,切削平面,主剖面Po,主剖面,过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面。,主剖面Po：Ps P,基面P：PVc 刀具安装面（车刀）,切削平面Ps:与 S相切 且 P,假定主运动方向Vc,主剖面参考系（Pr-Ps-Po),主切削刃上选定点,2.刀具的标注角度,1)前角（0）,前刀面和基面之间的夹角。,0,2）后角（0）,主后刀面和切削平面之间的夹角。,0,3）主偏角（kr）,4）副偏角（kr）,kr,Kr,主切削刃和假定进给方向在基面上的投影。,副切削刃和假定进给相反方向在基面上的投影。,5）刃倾角（S）,主切削刃与基面之间的夹角。,刀具角度正负的规定：如图所示：前刀面与基面平行时前角为零。前刀面与切削平面间夹角小于90度时，前角为正，大于90度时，前角为负。后刀面与基面间夹角小于90度时，后角为正，大于90度时，后角为负。刃倾角是前刀面与基面在切削平面中的测量值，其正负与前角判断类似：切削刃与基面平行时，刃倾角为零；刀尖相对于车刀的底平面处于最高点时，刃倾角为正；处于最低点时，刃倾角为负。,车刀前、后角和刃倾角正、负的规定 a）前、后角 b）刃倾角,1前角和前刀面形状的选择,3主偏角、副偏角的选择,2后角及形状的选择,4刃倾角的选择,在一定切削条件下的基本选择方法：,刀具几何参数的合理选择是指在保证加工质量的前提下，选择能提高切削效率，降低生产成本，获得最高刀具耐用度的刀具几何参数。,刀具几何参数的合理选择,*前角的选择在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋利，同时也要兼顾刀刃的强度与耐用度。刀具前角的合理选择，主要由刀具材料和工件材料的种类与性质决定。具体又应该从下面来考虑：刀具材料 工件材料 加工条件,刀具材料 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。下图是不同刀具材料韧性的变化,工件材料加工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前刀面接触长度长，压力与摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般采用选择大的前角。加工脆性材料时，切屑为碎状，切屑与前刀面接触短，切削力主要集中在切削刃附近，受冲击时易产生崩刃，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。,加工条件 粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；,总之，前角选择的原则是在满足刀具耐用度的前提下，尽量选取较大前角。,通常硬质合金车刀的前角可在-5+25的范围内选取。,后角的选择 后角用以减少刀具主后刀面与工件之间的摩擦和主后刀面的磨损。后角的选择考虑因素：（1）切削厚度当切削厚度hD（和进给量f）较小时，后角o应取大些 粗车时，切削厚度hD较大，刀具承受冲击载荷作用。为保证刀刃强度，取较小后角，通常为4 7.精车时，为保证加工表面质量，减少后刀面磨损，应取较大后角，取o8o12o。,（2）工件材料工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小后角。对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，一般取较大后角。选择后角的原则：在不产生摩擦的条件下，应适当减小后角。,所谓的工艺系统刚性，它包括机床的刚性、刀具的刚性、工件的刚性（包括装夹刚性）等。金属切削加工中的刚性问题，主要反映在加工过程中在切削力的作用下抵抗振动能力的大小。例如：-新机床的刚性好于旧机床的刚性；-机床主要运动部件的质量大、精度高的比机床主要运动部件的质量小、精度低的刚性好；-长径比小的轴类工件的刚性比长径比大的轴类工件（如细长轴）好；-工件和刀具的悬伸长度大时刚性较差等,*主偏角、副偏角的选择（1）主偏角的选择主偏角的大小影响切削断面形状和切削分力的大小。综合考虑选择原则：、工艺系统刚性较好时，主偏角r可以取小值，将得到薄而宽的切屑。由于主切削刃参加工作长度增加，增大散热面积，使刀具寿命得到提高，但使径向分力增加。、工艺系统刚性较差时，或带有冲击性的切削，主偏角r可以取大值，一般r60o75o，甚至主偏角r可以大于90o，以避免加工时振动。,车刀常见的主偏角有45、60、75、90 几种。,（2）副偏角的选择副偏角的作用是为了减少副切削刃与工件已加工表面间的摩擦，防止切削时产生振动。考虑的各种综合因素：、工艺系统刚性好时，加工高强度高硬度材料，一般r5o10o；加工外圆及端面，能中间切入，r45o。、工艺系统刚度较差时，粗加工、强力切削时，r10o15o；车台阶轴、细长轴、薄壁件，r5o10o。、切断切槽，为了保证刀头强度和重磨后主刀刃宽度变化小，r1o2o。副偏角的选择原则是：在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。,*刃倾角的选择刃倾角主要影响刀头强度和排屑方向。刃倾角对切屑流向的影响(下图),因此：一般大前角刀具通常选用负的刃倾角。,当s0时，增大刃倾角的绝对值，还会增大刀具的实际工作前角，使切削轻快。粗加工和断续切削时，为了增加刀头强度，s常取负值。精加工时，为了防止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零度。通常车刀的刃倾角s=-5+10。,选择刀具几何角度时，应遵循“锐字当先，锐中求固”原则。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小”的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。,3.车刀的工作角度,切削加工过程中，由于车刀安装位置的变化以及进给运动的影响，使得参考平面坐标系的位置发生变化，从而导致了刀具角度大小的变化。按照切削工作中的参考平面坐标系所确定的角度，称为工作角度。,刀具工作参考系有三种：工作平面参考系，工作假定工作平面、背平面参考系，工作法平面参考系。其中工作平面参考系应用最多。,1）刀尖安装高低对工作角度的影响,当刀尖与工件中心等高，工作角度与刃磨角度相同，即：oe=o,oe=o.当刀尖高于工件中心时，工作前角增大，工作后角减小。即oe o,oeo。当刀尖低于工件中心时，工作前角减小，工作后角增大。即oeo,oe o。,2）刀杆中心线安装偏斜对工作角度的影响,当刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化。,3）进给运动对工作角度的影响,以切断刀为例，若不考虑进给运动，则oe=o,oe=o。考虑横向进给运动，刀尖的运动轨迹为阿基米德旋线，这时工作前角增大，而工作后角减小。,第三节 金属切削过程,金属切削过程实质上是一种挤压过程。在挤压过程中，被切削层金属主要经过剪切滑移变形而变成切屑。,金属在切削过程中，会出现一系列物理现象，如金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等，这些都是以切屑形成过程为基础而生产中出现的许多问题，如积屑瘤、振动、卷屑、断屑等，都与切削过程密切相关。,一、切屑的形成及种类,切屑形成过程,切削层的金属,弹性变形,塑性变形,挤裂,切离,切屑,切削层的金属受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形,随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性变形而滑移,刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度时，金属材料被挤裂,沿刀具前刀面流出,切削变形区 根据切削过程中整个切削区域金属材料的变形特点，可将切削层划分为三个变形区，如图所示。分为：第一变形、第二变形区、第三变形区。,2、切屑的种类,1)带状切屑,特征：内表面光滑，外表面呈毛茸状。,形成条件：塑性材料、速度中等、较大的0、较小 的f 和ap。,2)挤裂切屑,特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿状。,形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的0、较小的f 和ap。,3)崩碎状切屑,特征：不规则的碎块状。,形成条件：工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和进给量越大，越易产生此类切削。,(1)切屑的形态可随切削条件不同而改变,(2)可控制切削条件，使切屑形态向有利于生产的方面转化，保证切削加工的顺利进行和工件的加工质量,增大前角,提高切削速度,减小进给量,有利于,使粒状切屑、节状切屑向带状切屑转化,使切削过程平稳,降低加工表面粗造度数值,二、积屑瘤,在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属称为积屑瘤。,积屑瘤的形成,切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的“滞流层”，当滞流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤.,1)积屑瘤的形成过程,滞流层与积屑瘤a)滞流层 b）刀刃处积屑瘤 c）积屑瘤在切削,有利方面,保护刀具,增加工作前角,积屑瘤硬度很高,可代替切削刃进行切屑，减少刀具的磨损,积屑瘤的存在，使刀具的实际工作前角增大,可减小切削变形和切削力，使切削轻快,2）积屑瘤对加工过程的影响,不利方面,影响工件尺寸精度,影响工件表面粗造度,积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损,会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大,时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动,积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化,影响积屑瘤的因素,工件材料：塑性材料,切削用量：中等（1050m/min），温度300；,刀具角度：0 偏小；,切削液等：不加切削液。,控制措施,要避免在中温、中速加工塑性材料,增大前角可减小切削变形，降低切削温度，减小积屑瘤的高度,采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤,3）积屑瘤的控制,切削速度对积屑瘤的影响 加工条件：工件45钢、硬质合金刀具、ap=4.5mm、f=0.67mm/r,三、切削力和切削功率,1.切削力的来源于分解,1)切削力的构成,材料的弹性变形和塑性抗力；,切屑、工件表面与刀具的摩擦力。,2)切削力的分解,刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。,将Fr沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的发现分解为Fz、Fx、Fy。,F弹、塑,F摩1,F摩2,Fr,主切削力（切向分力）FC,Fz,是Fr在切削速度方向上的分力。,主切削力占总切削力的80%90%，消耗的功率占总功率的95%以上。是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据，也是选择刀具几何角度和切削用量的依据。,进给力（走刀抗力或轴向分力）Ff,Fx,是Fr在进给方向上的分力。,消耗的功率仅占总功率的15%。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。,背向力（吃刀抗力或径向分力）Fp,是Fr在切削深度方向上的分力。,Fy,FX、Y,它作用在机床、工件刚性最弱的方向上，使刀架移位和工件弯曲，容易引起振动，影响加工质量。,2.切削功率Pm,切削功率是各切削分力消耗功率的总和，但在车外圆时，FY不作功，FX方向的运动速度很小，且FXFZ，FX消耗的功率很小，可忽略不计。,或,设计机床时，应根据切削功率确定机床电动机功率PE，还要考虑机床的传动效率，,机床传动效率，一般取0.750.85.,四、切削热与切削温度,1.切削热的来源与传散1）在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形，这是切削热的一个来源。2）同时，切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的摩擦功，也将转化为热能，这是切削热的又一个来源。3）切削热由切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去。4）影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质的状况。,切削热产生与传散区域,2.切削温度的分布 切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。在切削过程中，切屑、刀具和工件不同部位的温度分布是不均匀的。,切削温度的高低，除了用仪器进行测定外，还可以通过观察切屑的颜色大致估计出来。例如切削碳钢时，随着切削温度的升高，切屑的颜色也发生相应的变化：淡黄色约200，蓝色约320.,切削温度分布 a）刀具、切屑和工作中温度分布 b）刀具中温度分布 加工条件：刀具材料P20（YT20）、c=60m/min 加工条件：工件材30Mn4，a p=3mm、f=0.25mm/r,3.影响切削温度的因素,（1）切削速度对切削温度有显著的影响。实验证明，随着切削速度的提高，切削温度将明显上升。（2）进给量f对切削温度也有一定的影响。随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，切削过程产生的切削热也增多，使切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那样显著。（3）切削深度ap对切削温度的影响很小。因为切削深度ap增大以后，切削区产生的热量虽然成正比例地增多，但因改善了散热条件，所以切削温度的升高并不明显。,1）切削用量对切削温度的影响,2）工件材料对切削温度的影响工件材料主要是通过它的硬度、强度和热导率不同而影响切削温度的。工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功就越多，产生的切削热也多，切削温度就越高。3）刀具几何参数切削温度的影响1前角：前角。的数值直接影响切削过程中的变形和摩擦，所以它对切削温度有明显的影响。前角大，产生的切削热少，切削温度低；前角小，切削温度高。2主偏角：随着主偏角的增大，切削温度将逐渐升高。3负倒棱：负倒棱宽度b1在(02)f范围内变化，基本上不影响切削温度。4刀尖圆弧半径：刀尖圆弧半径r在01.5mm范围内变化，基本上不影响平均切削温度。,5）切削液,4）刀具材料,导热性好的刀具材料，可使切削热很快传出，降低切削温度。,切削液的作用,在切削过程中，正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。,a.冷却作用,b.润滑作用,c.排屑作用,d.清洗和防锈作用,切削液的种类,水溶液：水+防锈剂等；呈透明状。,乳化液：乳化油+水；呈乳白色。应用最广泛。,切削油：矿物油；润滑作用。,切削液的选用,粗加工：以冷却为主。,如水溶液、低浓度的乳化液等。,精加工：以润滑为主。,如高浓度的乳化液、切削油等。,加工一般钢材时，通常选用乳化液或硫化切削油。加工铜合金和有色金属时，不宜采用含硫化油的切削液，以免腐蚀工件。加工铸铁、青铜、黄铜等脆性材料时，为了避免崩碎的切屑进入机床运动部件，一般不选用切削液。但在低速精加工中，为了提高表面质量，可用煤油作为切削液。高速钢刀具应根据价格的性质和工件材料选用合适的切削液。硬质合金刀具一般不用切削液。如果要用，必须连续地、充分地供给，切不可断断续续，以免硬质合金刀片因骤冷骤热而开裂。,五、刀具磨损与刀具寿命,1.刀具磨损刀具的损坏分为：正常磨损和非正常磨损。前者是连续的、逐渐的过程；后者是随机的，突发的破坏。刀具磨损的特点：刀具表面所接触的切屑底面是活性很高的新鲜表面，刀面上的接触压力很大，接触面温度很高。所以，刀具磨损是一个复杂的磨损过程。,2.刀具磨损的主要原因,1)磨料磨损 由于切屑或工件表面有一些微小的硬质点，在刀具表面刻划出沟纹而造成的磨损。是低速下工作的刀具（如拉刀、手铰刀）磨损的主要原因。,2）粘结磨损 当切屑与前刀面之间在较高的温度和一定的压力下，分子间的吸附力使切屑底层与前刀面粘结在一起，由于刀具表面层的疲劳、热应力等原因，切屑在流出时将刀具表面层表面的颗粒带走而造成磨损。当工件材料与刀具材料的亲和力大，在积屑瘤产生的速度范围内，很容易产生粘结磨损。,3）相变磨损 工具钢刀具在切削温度高于相变温度时，其金相组织由回火马氏体转变为回火托氏体、回火索氏体等组织，硬度大大降低，而使磨损加剧。是高速钢刀具、工具钢刀具磨损的主要原因。,4）扩散磨损 高速切削时，切削温度可高达9001000，这时硬质合金中的钨、钴、钛等元素会扩散到斜切底面，而切屑中的铁则扩散到硬质合金刀具的表面，改变其化学成分，使硬质合金硬度下降，而加剧磨损。,3.刀具的磨损形式*正常磨损刀具的磨损发生在与切屑和工件接触的前刀面和后刀面上，其磨损形式如右图所示。(1)前刀面磨损。(2)后刀面磨损。(3)前、后刀面同时磨损。,(1)前刀面磨损。在以较高的切削速度和较大的切削厚度，切削塑性材料时，往往在前刀面上离主切削刃一定距离处，被磨出月牙洼。刀具前刀面磨损量以月牙洼最大深度KT表示。,(2)后刀面磨损切削脆性材料时，或以较小切削厚度切削塑性材料。,具体原因：切削时，工件的新鲜加工表面与刀具后刀面接触，相互摩擦，引起后刀面磨损。后刀面虽然有后角，但由于切削刃不是理想的锋利，而有一定的钝圆，后刀面与工件表面的接触压力很大，存在着弹性和塑性变形;因此，后刀面与工件实际上是小面积接触，磨损就发生在这个接触面上。切削铸铁和以较小的切削厚度切削塑性材料时，主要发生这种磨损，后刀面磨损带往往不均匀。,(3)前、后刀面同时磨损以一般的切削厚度切削塑性材料。,2、减少刀具磨损的主要措施切削速度提高切削速度使切削温度增高，磨损加剧，而使刀具寿命降低。进给量与背吃刀量进给量与背吃刀量增大，均使刀具寿命降低，但进给量增大后，切削温度升高较多，对刀具寿命影响较大；背吃刀量增大，改善散热条件，使切削温度上升小，对刀具寿命影响较小。,刀具几何参数的影响在刀具几何参数中，影响刀具寿命的主要有：前角、主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径。增大前角，切削温度降低，刀具寿命提高，但前角太大，强度低，散热差，刀具寿命反会下降。减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，都能起到提高刀具强度和降低切削温度作用，因此，均有利于提高刀具寿命。工件材料加工材料的强度、硬度越高和韧性越高，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。刀具材料刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，例如刀具材料的热导率，耐磨性越高，切削时刀具寿命越长，因此，选用涂层刀具和高性能刀具材料，是提高刀具寿命的有效途径。,4.磨钝标准和刀具耐用度,1）磨损过程曲线,(1)刀具的正常磨损过程初期磨损阶段：这阶段磨损速度较快。新刃磨的刀具表面较粗糙，存在显微裂纹、氧化和脱碳等缺陷，后刀面与工件接触面积小，压力较大，故磨损较快。正常磨损阶段：经初期磨损后，刀具的粗糙表面被磨平，缺陷减小，刀具与后刀面的接触面积变大，压强减小，磨损缓慢，是刀具的有效工作时期。急剧磨损阶段：当刀具磨损到一定程度后，由于刀具钝化，刀面与 工件的摩擦过大，使切削温度快速上升，刀具磨损急增。,刀具耐用度指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间。,刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。,如粗加工：,硬质合金车刀：T=60min,高速钢钻头：T=60120min,生产中常用达到正常磨损VB=0.3mm时的刀具寿命。,刀具耐用度,刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度 称为磨钝标准。,第四节 切削加工的经济性,一、生产率和提高生产率的途径,生产率是指单位时间内制造出合格产品的数量，或生产一个产品所花费的工人劳动时间。,在机床上加工一个零件所用的时间包括以下三个方面：,T 基基本工艺时间（机动时间），即加工一个零件所需的总的切削时间；T辅辅助时间，是操作者为完成基本工艺时间所消耗的除T基以外的操作时间，包括操纵机床，刃磨、装卸、空移刀具，装卸工件和检验等时间；T其他其他与加工没有直接关系的时间，包括擦拭机床、清洗切屑和自然需要等时间。,提高切削加工生产率的主要途径：1、尽可能采用先进的毛坯制造方法和工艺，减少加工余量。2、合理选择切削用量，粗加工时可采用强力切削，精加工时可采用高速切削。3、尽量选用：先进的夹具；快换刀夹、自动换刀装置和先进刀具结构；先进量具。4、采用多工位、多件、多刀及成形刀具加工。5、尽可能采用先进、高效的机床设备和自动化控制系统。,以上措施均能减少操作时间。此外改进生产管理，改善劳动条件，做好各项技术准备等，均能减少其他时间的消耗。尽量扩大生产批量，在小批量生产时采用成组工艺可降低准备终结时间的影响。,二、切削用量的合理选择,1.切削用量的选择原则,从金属切除率公式Qz=1000Vcapf(mm3/s)看，增大三要素中任何一个似乎都可以提高生产率，但从刀具耐用度与三要素关系式 看，三者的影响程度是不同的，vc影响最大，f次之，ap最小。,在刀具寿命已确定的条件下，欲使vc、f、ap三者乘积即金属切除率最大，无疑应首先选择尽量大的背吃刀量ap，其次再根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度的要求选择尽量大的进给量f，最后依据三要素与刀具寿命关系式计算确定切削速度Vc。这是选择切削用量的基本原则。实际合理切削用量的选择与机床、刀具、工件及工艺等多种因素有关。按上述基本原则和步骤选择的切削用量，严格讲只是合理切削用量的一个初始值。真正合理的切削用量是在综合考虑零件工艺及工艺系统状态后并细心体察，逐步探索改善才能达到最佳状态。,切削用量的选择还是一项现场性并具有很大灵活性的工作。刀具寿命常常也不一定有什么较严格的规定，表面看也不一定按上述步骤选择切削用量，但上述基本原则仍然适用。此时前人的经验和技术资料及从业者、操作者本人的经验积累就显得尤为重要。也应是上述基本原则的一个体现。,2.切削用量的选择方法,1）确定背吃刀量ap：,粗加工背吃刀量ap根据工序余量来确定。除留给以后工序的余量外，其余的粗加工余量尽可能一次切除，以使走刀次数最少。,（1）下列情况之一可选用两次或数次进给：1）粗加工余量h过大，如外圆车削的单边余量h6mm；2）加工余量极不均匀；工艺系统刚度不足；3）断续切削、刀片尺寸较小，如作用切削刃长度超过工作切削刃的60时，采用两次进给。第一次进给的ap值应选得大些，一般ap=（2/3 3/4）h。当加工余量极不均匀时，视具体情况应先切去不均匀部分。,（2）切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等加工硬化严重的材料时，应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度，以预防刀尖过早磨损。,（3）半精加工的余量较小，约在l2mm左右，精加工余量更小，约在0.050.80mm之间。,（4）在半精加工、精加工时，应在一次进给中切除工序余量。在采用硬质合金车刀精车时，考虑到刀尖圆弧半径r与切削刃钝圆半径rn对挤压和摩擦作用的影响，ap不宜过小，一般应大于0.3mm。,2）确定进给量f,（1）粗加工时，进给量f的选择受切削力的限制。在工艺系统强度和刚度允许的情况下选择较大的进给量，一般取f=0.30.9mmr。,（2）生产实际中多采用查表法确定合理的进给量。粗加工时，根据工件材料、车刀刀杆的尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量。,（3）半精加工和精加工的ap值较小，产生的切削力不大，故进给量主要受到表面粗糙度的限制，一般选得较小，常取f=0.080.50mmr。但也不能太小，否则切削层公称厚度太薄不易切下切屑，对已加工表面质量反而不利。当取合理的刀尖参数或修光刃和高的切削速度与之配合时，进给量f可适当选大些，以提高生产率。,3）确定切削速度vc,在ap和f选定后，再根据规定达到的合理寿命T(min)，就可以确定切削速度vc(单位：ms)。,在生产中选择切削速度的一般原则是：(1)粗车时，ap和f较大，故选择较低的vc；精车时，ap和f均较小，故选择较高的vc,(2)工件材料强度、硬度高时，应选较低的vc；加工奥氏体不锈钢、钛合金和高温合金等难加工材料时，只能取较低的vc,(3)切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低2030；切削调质状态的钢比切削正火、退火状态钢要降低切削速度2030；切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高100%300。,(5)精加工时，应尽量避开积屑瘤产生的区域。,6)断续切削时，为减少冲击和热应力，宜适当降低切削速度。,(7)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。,(8)加工大件、细长件和薄壁工件或加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。,(4)刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。如硬质合金的切削速度比高速钢刀具可高好几倍，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具要高，陶瓷、金刚石和CBN刀具可采用更高的切削速度。,衡量材料切削加工性的指标,1.一定刀具耐用度下的切削速度,当刀具的耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度。,材料的切削加工性越好。,若T=60min，则,三、工件的切削加工性,材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。,若把45钢的 作为基准，写为,材料具有良好的切削加工性。,材料的切削加工性较差。,常用材料的切削加工性分为八级。,2.相对加工性 kr,3.已加工表面质量,5.切削力,4.切屑的控制或断屑的难易,凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。,凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡量指标。,在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机床刚性或动力不足时，常以此为衡量指标。,影响材料切削加工性的因素,1.物理性能,2.材料的力学性能,材料的导热性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈高，材料的切削加工性愈好。,材料的强度、硬度愈高，切削力愈大，切削温度愈高,刀具磨损加剧，切削加工性愈差。,材料的塑性、韧性愈高，切削时切屑的变形加大，摩擦力提高，切削力愈大，切削温度愈高，刀具磨损加剧，切削加工性愈差。,改善材料切削加工性的途径,1.调整材料的化学成分,2.热处理,在钢中加入 S、Pb 等元素，可有效的改善材料的切削加工性。“易切削钢”。,高碳钢 退火,低碳钢 正火,第六节 机械加工质量,零件的机械加工质量包括加工精度和表面质量，它直接影响着产品的使用性能和寿命。,一、加工精度,加工精度是指零件在加工以后，其几何参数的实际数值和设计数值相符合的程度。相符合的程度越高，加工误差越小，加工精度就越高。零件的加工精度包括零件的尺寸精度、形状精度和位置精度，在零件图上分别以尺寸公差、形状公差和位置公差来表示。,国标规定，尺寸公差分为20级，即IT01、IT0、IT1IT18，IT表示标准公差，公差的等级代号用阿拉伯数字表示，从IT01IT18，精度等级依次降低，公差数值依次增大。,其中IT01IT1用于块规公差，IT1IT7用于量规公差，IT5IT6用于精密零件的配合尺寸公差，如活塞销与活塞销孔等。IT6IT7广泛用于机床、较精密机器与仪表上重要零件的配合尺寸公差，如车床主轴与轴承、尾座与套筒、动力机中的活塞与气缸等。IT8IT9用于重型机械、农用机械中重要零件的公差。IT14以下为非配合尺寸的公差。,*尺寸公差,*形状和位置精度,表面形状和位置精度是衡量产品质量的重要指标之一。国标中制定了形状和位置公差，形状公差有6项，位置公差有8项。,同一尺寸的零件，规定的公差越小，表示精度要求越高，零件的制造工艺越长，这就增加了零件的加工成本，降低了生产率。因此必须根据各个零件在机器中的作用，合理地制定精度、表面粗糙度和其他技术要求，在保证使用要求的前提下，选用较低的精度等级。,*影响零件加工精度的因素：,1.机床的制造误差-以车床为例，车床前后顶尖不等高，在加工锥面时就会产生双曲线误差；-车床刀架的横向运动方向与车床回转轴线不垂直，车出的工件端面将呈现出中凸形或中凹形；-车床前后顶尖的连线与刀尖运动轨迹在水平面内部平行，将产生锥度等。,2.刀、夹具的制造误差和使用过程中的磨损 采用定尺寸刀具（如铰刀、拉刀、键槽铣刀等）加工时，刀具的尺寸直接决定了工件加工面的尺寸，刀具磨损后会使其尺寸变小；在车长轴时，车刀的磨损将使工件产生锥度。,3.在切削力作用下，工艺系统（机床-夹具-刀具-工件在加工时组成的系统）的变形 车细长轴时，由于切削力作用，轴产生弹性弯曲变形，使得轴呈两头细中间粗的要孤星；在内圆磨床上采用切入式磨孔时，内圆磨头在切削力作用下产生弹性变形，使得磨出的孔出现锥度。,4.工艺系统的热变形 在切削过程中，由于切削热、摩擦热以及环境温度的影响，使得工艺系统产生热变形。经验表明：在精密加工和大件加工中，由热变形产生的误差常占加工总误差的4070%。,影响加工精度的因素尚有：工件的定位误差，由夹紧变形所引起的误差，测量及调整误差等多种因素。,在切削过程中，应采取相应的措施，保证零件的加工精度。例如车细长轴时，为了防止轴产生腰鼓形，采用主偏角为90的偏刀，使吃刀抗力为零，并采用跟刀架，以增强工件的刚性，减少弹性变形；为了防止其在热膨胀受阻时变弯，采用带有弹簧的活动后顶尖支承，使工件能自由伸缩，以消除热变形的影响。,二、表面质量,零件的表面质量直接影响零件的耐磨性、疲劳强度、配合性质以及抗腐蚀等性能，从而影响零件的使用寿命。特别是在高温、高速、高压和交变载荷条件下工作的机器零件，对表面质量有很高的要求。表面质量包括表面粗糙度、工件表面层的加工硬化程度和残余应力性质及大小。,国标规定，表面粗糙度分为14个等级，以参数值Ra或Rz表示。,一般说来，零件的精度要求越高，相应的表面粗糙度值就越小。根据零件的功用，也