《金属切削加工》PPT课件.ppt

1,第六章 金属切削加工,2,一 金属切削加工的基础知识,1）加工精度尺寸精度：分为20级：T00、T01、T1、T2-T18 T7 T6常用于机床、机器、车辆和仪表；T9 T8属于中等精度，用于重型机械。形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度等。位置精度：平行度、垂直度、同轴度、对称度等。,（一）加工质量要求,3,2）表面加工质量以表面粗糙度标记 标记：、数字为Ra（m）。Ra越小，表面愈光洁。,3.2,4,（二）切削运动与切削要素.切削运动切削机床上刀具与工件的相对运动。,车 削,铣 削,根据其作用不同而分为主运动和进给运动。,5,主运动 速度最高；消耗功率最大；切下金属的主体运动。如车削中工件的旋转运动；铣削中刀具的旋转等。,进给运动（个或多个）维持新的金属层连续 投入切削，消耗功率小。如车削中车刀的直线平移（轴向或径向进给）和铣 削中工作台带着工件的直 线移动。,6,切削速度主运动速度c,.切削要素运动参数,包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。,主运动为旋转：,式中 d工件或刀具直径（mm）；n工件或刀具转速（r/s或r/min）；,7,进给速度或 进给量（f）切削刃上任一点相对 于工件的进给运动速度，单位为mm/s或mm/min，此称进给速度。,进给量（常以 f 表示）是主运动旋转一周或一个往复行程时，工件和刀具在进给方向上的相对位移量，单位为mm/r或mm/dst。,8,背吃刀量（p）背吃刀量，比如车削，是 工件已加工表面与待加工表 面的垂直距离，即,式中 dw工件待加工表面直径（mm）；dn工件已加工表面直径（mm）。,9,主运动为往复直线运动，如刨削：,式中 nr主运动（直线）每秒或每分钟的 往复次 数（st/s 或st/min）；L往复行程长度（mm）。,10,（三）刀具 了解刀具材料、刀头 几何形状及典型刀具结 构特点。,1刀具材料 1）刀具性能要求 高硬度 足够强度和冲击韧度；高热硬性，即具有高温（600700）硬度（红硬度）；良好的工艺性能和低成本。,11,2）常用刀具材料,高速钢：W18Cr4V（600时48HRC）W6Mo5Cr4V3（630650可 保持60HRC的硬度）（用于高 速切削）；,合金工具钢：9Mn2V、9SiCr、CrWMn等 一般刀具；,碳素工具钢：T8、T10A等（钳工刀具）；,12,硬质合金：用粉末冶金制取，用于切削难加工材料；YG（K）：WCCo YT（P）：WCTiCCo YW（M）：WCTiCTaC,其他类：（用于切削难加工材料），包括：涂层（TiC）刀具；陶瓷（Al2O3TIC）和金刚石（刻划玻璃）刀具等。,13,2.刀头几何参数 1）“三面两刃一刀尖”以车刀为例。,14,前刀面 切屑沿其流出的表面（刀头上面）；,副后刀面 与工件已加工表面相对应的刀头平 面，包容副切削刃；,主后刀面 与工件加工 表面相对应的刀头平面包容主切削刃；,15,主切削刃 前刀面与主后刀面的交棱；承担主 体切削工作。,副切削刃 前刀面与副后刀面的交棱。,刀 尖（实为小圆弧状或线形）两刀刃的交点。,16,2）借助三个辅助面（正交平面参考系）基面、切削平面、正交平面,基面 通过主切削刃上某一点而垂直于切削速度方向的平面，用Pr表示，可视为水平面。,17,切削平面 通过主切削刃上某一点且垂直基面的平面（包容切削速方向），以Ps表示。,18,正交平面（主剖面）通过主切削刃上某一点且与切削刃在基面上的投影垂直，也必然分别垂直于基面Pr和切削平面Ps。用Po表示。,Pr、Ps和Po三者构成了空间正交平面的参考系，借用于反映刀头角度。,19,3）“前角、后角两偏角”刀头标注角度 用于刀头设计、制造、刃磨和测量。标示 前刀面、后刀面（三面）的空间位向。以外圆车刀为例：,20,前角 正交平面P0内前刀面与基面的夹角，以 0 表示,在正交平面内测量。0 增大，车刀锋利，减小与切屑的磨损。,主后角 正交平面P0内主后刀面与切削平面的夹角。以0表示。0增大，减小刀头与工件的磨损。,21,两偏角 主偏角和副偏角，表示两切削刃偏离进给方向的空间位向。即：主切削刃在基面Pr的投影与进给方向 f 的夹角称为主偏角，以Kr表示。一般取值3075。,22,Kr增大（90），用于切削的刃长减小，刀具耐用度增加，径向力降低。车削细长轴时弯曲变形小。,副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。以Kr表示，一般取值510。Kr减小，减小刀具磨损，有利于降低表面粗糙度。,23,还有一个“刃倾角”切削平面Ps上主切削刃对基面的倾角，以0表示。,24,刃倾角的正负：刃尖为最高点，主切削刃向下倾斜，0定为正。刃尖处于最低点，主切削刃向上倾斜，0定为负。0 取负值时，刀头强度加大，适于铸铁粗加工。0 取正值时，切屑流向待加工表面。,0取负值，对于带状切屑，切屑流向已加工表面，有可能刮伤加工表面。这一点，需要注意。,25,3、车刀磨刃技巧,取0=+3，切屑流向待加工表面。,主切削刃磨有0.150.2mm的倒棱，能提高刀刃 强度。,大前角，令0=1530，切削力小，前刀面上 磨有平行于主切削刃的圆形卷屑槽（46mm深）。,主偏角Kr=90，切削刃长度最小，工件受力（径 向力）变形最小。用于细长轴精加工。,26,4、刀具耐用度 即用经验规定的刀具投入切削时间作为限定刀具磨损量的实用标准。,如：高速钢车刀、刨刀、镗刀，耐用度 3060min；钻头：80120min；硬质合金铣刀：90180min；切削自动线刀具：240280min。涂层刀具：耐用率提高12倍。,刀具耐用度指各类刀具从开始投入切削到实用标准规定的磨损限度为止的切削时间（min）。显然，不同刀具的耐用度会有差异。,27,（四）切削力和切削功率,刀具刀头挤压工件，使之变形、挤裂而在前刀面上产生切屑，并克服与工件、切屑间的摩擦，这都需要力的作用，这些力的总和即为切削力。,28,切削力分解为：,背向力（Fx）为基面内且与工件轴线垂直的水平分力。,进给力（Fy）为进给方向的分力，与工件轴线平行，与走刀方向相反，消耗功率15%。,主切削力（Fz）为切削速度方向的力，又称为切削力，消耗功率95%左右，是最大的分力。,29,切削合力,式中 Fz主切削力（N）c切削速度（m/s）,切削功率（Pm）为三项分力消耗功率的总和。车外圆时，,30,（五）切削热和切削液,2）切削热由切屑、工件、刀具及周围介质（空气）传出。以切屑传热为主。散热条件不好，切削温度提高。切削温度过高会影响工件加工精 度和刀具耐用度。,1切削热 1）切削热来源 切削过程中工件弹、塑性变形直至分离所产生的 热；切削与刀头前刀面的摩擦热；工件与刀头后刀面的摩擦热。,31,2切削液 作用：改善润滑条件，减小摩擦热；冷却降 温，改善散热条件；清洗工件等。,2)矿物油 同时起润滑和冷却作用，以 润滑 为主；用于精加工。,1)水溶液（加一定量的防锈剂苏打）主要起冷 却降温作用；用于粗加工。,分类：,32,乳化液（乳化油加水稀释，70%98%的水），可用于粗、精加工。,加工铸铁一般不用切削液。组织内有石墨能起润滑作用。用硬质合金刀具，也不用切削液。,33,（六）切削用量（Vc、f、p）的合理 选择,2）方案 粗车：p与 f 较大，Vc较低；精车：p与 f 较小，Vc较高；对于表面较硬和难加工材料，Vc较低；刀具材料好，Vc可适当提高。,1）原则 在充分利用刀具的耐用性能和维护机床安全使用的前提下，以“质量、效率、成本”三准则来合理选择。,34,复习题,分别指出车端面和铣（镗）平面的主运动和进给运动，并同时用示意图表示。说明切削用量三要素的物理意义。绘制外圆车刀刀头工作示意图，分别说明“三面两刃一刀尖”和“前角后角两偏角”。,35,4.对刀具材料有何要求？常用刀具材料有哪几种？举例说明其应用特点。5.何谓刀具耐用度？6.说明切削热的产生原因和切削液的种类及其作用。7.简述切削用量的一般选择原则。,36,零件典型表面切削加工方法及工艺方案的制订,（一）圆柱表面切削加工及工艺方案的制订,挂轮轴,1加工方法分类：车削：粗车、半精车、精车及精细车；外圆磨削：粗磨、半精 磨、精磨、超精磨等。,37,2加工方案制订,粗车半精车精车（T7 T8；R0.83.2）。用于：非铁金属件的最终加工；盘壳类（有孔）零件的外圆；短轴销的外圆；难以装夹磨削零件的外圆。,粗车半精车（T9 T10；R3.26.3）。用于不重要的配合表面或非配合表面。,粗车（T10 T13；R6.312.5）。用于外 圆表面的预加工，提高生产率为主要目的。,2）方案,1）原则 粗精分开，先粗后精；先面后孔。,38,粗车半精车磨削（T8 T9;R0.81.6）用于淬火钢质且精度要求高的轴、套类零 件。半精车后，磨削前要插入表面淬火。,粗磨精磨研磨（或精细磨）T3 T5;R0.0080.1 用于精度很高和表面 粗糙度很小的表面淬 硬件。粗磨前进行车 削和表面淬火。,39,3车削与磨削的工艺特点,车削工艺特点：刀具简单，装 夹方便，生产效率高，成本低，应用广泛，加工材料范围广。,车床：分普通卧式车床、立式车床、专用车床、自动车床等；,1）车削,40,2）外圆磨削在外圆磨床上进行。用砂轮作为切削刀具，为外圆精加工的主要方法，不宜用于非淬火钢铁件和非铁金属件。,41,砂轮依靠砂轮磨粒对被加工表面起着“挤压、滑擦和刻划”作用。砂轮具有“自锐性”，即砂轮内新旧磨粒在磨削时通过推陈出新而始终保持锐利的性能。磨削需要切削液（乳化液）进行冷却。加工精度高，表面质量好。,42,（二）零件平面加工方法及加工方案的制订,柴油机油底壳件,双面铣削,1平面加工方法 几乎所有普通加工方法（钻削 除外）都可以 应用，即车削、铣削、刨削、拉 削、镗削、磨削、刮研及抛光等。以铣削、刨削为主。,43,这里指在一次拉削汽车连杆大头三个侧平面。,用车、铣、拉、刨削加工平面，加工质量一般情况下可达到“六六、七七、八八”，即：表面粗糙度R1.66.3：加工精度T7 T8。当然，进一步精车、精铣、精刨，还可提高加工精度。,44,平面磨削通常用于平面精加工。,45,2平面加工方案制订1）粗车精车（端面）T7 T8；R1.612.5。2）粗铣（刨）T11 T13；R12.525。3）粗铣精铣（粗刨精刨）T7 T10；R1.66.3。4）粗铣拉削 T6 T7；R0.40.8。5）粗铣（刨）精铣（刨）表面淬火（钢 质）磨削 T5 T6；R0.20.8。,应用：非结合面，一般粗铣、粗刨或粗车即可。结合面，先粗后精，粗精配合；重要结合面，如机床床身导轨面，还要精磨。,46,1）刨削机床：牛头刨床（中小件）、龙门刨床（中、大件）主 运动和进给运动均为直线。质量：T7 T8；R1.66.3，加工精度不高；效率：较低。主要用于平面加工，小批量生产和维修。成本:加工成本低。,3、工艺特点,47,2）铣削机床：卧式铣床、立式铣床和龙门铣床。主运动：刀具旋转；进给运动：工件直线运动。,卧式铣床（X6125）,立式铣床（X5030）,48,分类：依刀齿在铣刀上的分布分：周铣刀齿分布于刀盘圆周上，一般为卧铣（绕水 平轴旋转）。铣刀依旋转方向和工件进给方向 是否相同而分为逆铣和顺铣。生产中多用逆铣。,49,端铣刀齿分布于刀盘端面。一般为立铣（绕水平 轴线旋转）。端铣加工质量比周铣高，生产效率也比周铣高。端铣只用于铣削平面，难以加工孔内沟槽和成形面。,50,铣刀：,带 柄 铣 刀,带 孔 铣 刀,51,铣削生产率比刨削高，属于多刀齿切削；加工质量适中；工件便于安装，生产成本低。但加工时因切削不连续，有冲击和振动，影响加工质量。适用范围广。可加工大小平面、凸台、沟槽（V形、T形、燕尾形等）,52,3）拉削 为多刀刨削，一次加工成，属于高效、高质量的加工方法。,53,刀具为拉刀，由多排刀具组成。各排刀齿切削分量之和等于切削层厚。,54,拉削加工精度 T6 T7；R0.40.8。应用 平面、圆孔、型孔等；大量生产。如汽车缸体上、下底面、侧面的拉削，一共由1754把刀组成刀排，上、下底面经往返两次拉削成。,55,（三）孔的加工及方案制订,1孔的加工方法 主要有钻孔、扩孔、铰孔、镗削、拉削、磨削等。,1）钻孔多为粗加工，刀具为麻花钻头，加工精度低（T11T13；R12.525）。加工孔径D小于 50mm。,56,2）扩孔（用扩孔钻）和铰孔（用铰刀）指对已钻出或铸出、锻制的原孔作为最终加工，以提高孔的加工精度和表面质量。扩孔可达 T10，R3.26.3；铰孔可达T6 T8；R0.41.6。,57,3）镗孔 用镗刀对已钻出、铸出或锻制的预加工孔进一步加工，可在车床、铣床或镗床上进行。,58,加工精度可达T6 T8（精镗），R1.66.3。精细镗可达R0.20.8。镗削生产率低。采用多刃镗刀可提高生产率。镗削适应广，灵活性大。,镗削是大孔、孔内环槽合适的加工方法，且不受孔径限制，可矫正原孔轴线。,59,4）磨削（内圆磨）孔的精加工方法。加工精度达T6 T8，R0.41.6。加工质量不如外圆磨和平面磨，砂轮直径受限。生产率较低。一般用于不宜用其他方法加工的高精度孔及淬硬孔，如冲压模的淬硬凹模孔。,5）拉削用圆孔花键和内齿拉刀加工，用于 大量生产。,60,2孔加工方案的制订,3）粗镗半精镗铰（T7 T8 R0.81.6）,中 批量生产，可加工孔 径30100。,2）钻铰或钻扩铰（T7 T8；R1.63.2）用于非淬火钢件、铸铁 件和非铁金属件小孔、细长孔加工（50）。,1）钻孔 用于任何批量、实体上的装配孔 加 工。,61,6）（钻）粗镗半精镗磨削（T7 T8；R0.81.6）用于淬火钢件的精加工。,5）粗镗半精镗精镗（T7 T8；R0.81.6）。中、小批生产，非淬火件的加工。,4）（钻）粗镗拉削（T7 T8；R0.41.6）,成批、大量生产。,62,（四）齿轮齿形加工 1齿轮齿形一般为渐开线。齿轮齿形加工方法主要有成形法 和展成法。,63,成形法（仿形法）用成形刀具直接切出，如铣齿、刨齿、磨齿等。,铣齿刀,铣齿,磨齿,64,展成法（范成法或包络法）利用滚齿或插齿刀具与被切齿轮坯的啮合运动切出齿形。如插齿机上插齿，滚齿机上滚齿等。,滚齿刀,滚齿,插齿,65,这是用剃齿刀和珩磨轮对齿轮进行精加工，也属于展成法。,剃齿刀,珩磨轮,剃齿,珩磨,刀具,66,（五）数控加工 在数控机床（数控车床、数控铣床、数控磨床等）上用计算机数控程序实现自动加工。,数控车床,数控铣床,67,特点 1）加工精度高，质量稳定。2）工件加工周期短，自动控制，生产效率提高。3）不用换刀，由计算机自动调整，按程序运行加 工。改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度。4）有利于生产管理。通过CAD/CAE/CAM柔性系 统，实现从产品设计，加工工艺分析、制造到 自动检测的零件生产全过程自动化，一秆子插 到底。5）应用广泛。对于小批量复杂的各种零件，数控 加工最为理想。但生产效率不如流水线高。,68,复习题,说明车削加工的应用范围及工艺特点。说明磨削加工的工艺使用范围及工艺特点。简述外圆表面的加工工艺方案并作比较。试述平面加工方法及工艺方案的制订。说明孔加工方法及工艺方案的对比分析。镗削和铣削有何异同，分别说明其工艺特点。齿轮齿形加工分哪两类，说明其工作原理。试述数控加工的内容及其应用。,69,三 机械加工工艺知识,（一）标准名词术语 1生产过程和工艺过程 生产过程 指将原材料制成毛坯，再由毛坯加工成零件，经过装配成为机器的全过程。,生产过程,成形,装配,材料,毛坯,零件,产品,加工,70,工艺过程 直接改变毛坯尺寸、形状和材 料性能，使之变为成品的过程。,工艺过程连同原材料运输、保管、生产设备、产品检验、试车和包装等环节组成生产过程。,下面请看一段关于汽车总装工艺过程的录像。,71,2工序与工步 工序 指在同一工作地点，对一个或一组零件所连续完成的部分工艺过程。工序组成工艺过程。同一工序内还需若干次安装。每一次安装又可分为若干工步。下面以阶梯轴为例提出两种加工工序组合方案。,72,73,74,3、生产类型（生产纲领）,75,1）单件生产：重复件少。重型机械制造和工 厂修理车间对单个零件的修理、配制属于 单件生产。2）成批生产：成批地生产相同零件。3）大量生产：如汽车制造，标准轴承加工。生产类型不同，对设备、夹具、刀具、检具和毛坯要求各不相同。单件小批量生产车间，通用机床和夹具用得多。对大量生产，专用机床、专用夹具用的多。,76,（二）工件安装中的几个要点,1工件定位的意义 无论是单个零件在机 床上的安装与加工或多个 零件的同类加工工序，工 件相对于刀具都必须始终 保持有一个准确的位置。这就称为工件的定位。工 件定位不准或加工中位置 错动，其尺寸、形状和位 置精度都不可能得到保证，导致零件报废，这是不能 容许的。,77,2 工件定位准则1）完全定位 对于工件的加工，比如在长方体上加工出一定尺寸要求的不同槽，空间X、Y、Z三个方向都不得有任何位置的移动或旋转，需要完全定位。,78,2）不完全定位 由于工件加工的要求不同，比如铣削或刨削平面，在轴上铣削平面等，工件在空间X、Y、Z方向上位置有所变动或未作限制，并不影响工件的加工精度要求，即称不完全定位。不完全定位中，工件定位与安装比实现完全定位来得容易。,79,3）实现完全定位的六点定位原理,80,4）工件上定位基准的选择,81,选择定位基准的意义 要把无数被加工的工件依次准确定位并快速安装在机床上，必须选择工件的合适表面作为基准，以此保证加工和测量出图纸上所要求的尺寸和定位精度要求，并能提高生产效率，减小定位误差。,82,定位基准选择类型粗基准 工件加工前选择合适毛坯表面作为第一次定位基准，亦称毛基准。该零件选择有两个粗基准。分别保证了对各加工表面的位置精度要求；要求表面光滑、平整；,83,84,精基准 以已加工表面作为加工或测量 的基准面。,85,3.工件的装夹 工件准确定位后需要及时夹紧，使得加工过程中不得使工件因切削力、重力、离心力的作用而错动位置。工件安装是先定位后夹紧的全过程。,工件装夹方法有直接安装法和夹具安装法两种。,86,直接安装法 先对毛坯画（轴心线、基准平面或定位点），安装前找正（如车外圆，使工件轴心线与机床主轴重合），然后夹紧。,该方法费工，定位误差大，适于单件、小批量生产。,87,夹具安装法 按照先定位后夹紧，安装牢固的原则，选准工件和基准面，设计、制造专用夹具，以迅速找正，作到准确定位、快速夹紧。适用于成批大量生产。,88,4夹具设计与制造1）夹具分类：通用夹具（车床上的卡盘、平口钳、万能分度头、电磁吸盘等）。专用夹具：根据工件形状和定位要求设计。2）夹具结构：有定位元件（平板、V形铁等），夹紧机构、导向元件和夹具体组成。,89,（三）零件的加工工艺1编制零件机械加工工艺的工作内容 零件图纸下达后，如何分析和编制零件的加工 工艺，形成指导生产的技术文件，这是工艺人员的职责。具体工作内容包括：1）认定零件加工的技术要求；2）针对技术要求对零件进行加工工艺分 析；3）选择定位基准；,90,2.实例 1）轴类零件顶尖式心轴，单件、小批量生产,91,坯料：45圆钢（35），表面淬火硬 度4060HRC。工艺分析：中间轴（18）与之相邻的左端轴肩要求高，有位置精度要求，垂直度为0.01mm。两端顶尖中心孔为中心轴段定位基准，圆柱定位基准，圆柱度全跳动公差不超过0.01mm。,92,加工方法与方案 精车半精车铣左端头四方平面淬火（回火）粗磨精磨定位基准选择 以两端中心孔作为轴段及其他部位精加工 的定位基准，符合基准统一和基准重合原 则。编写工艺卡 注明：加工方法、工序内容、加工简图、选定设备。淬火回火工艺另行送热 处理车间安排。,93,2）盘套类零件（大量生产）图示为柴油机调速套筒。,94,工艺分析：右端止口（30）对套筒内圆（25）有同轴度要求；左端卡口（16mm槽）对称于内圆（25）中心线有对称度要求（公差值0.03mm）；左端卡口底面M与25内圆轴线有垂直度要求（公差为0.025mm）;内圆25、止口30与槽宽尺寸16mm三个尺寸都有公差要求，尺寸精度相对较高;零件调质 2631HRC;M面淬火硬度 5155HRC。,95,加工方法与工艺方案 25：钻扩铰（成批生产）或 钻拉（大量生产）30:粗糙度R12.5，可用精车替代 磨削。可先加工孔25后再以孔定位加工30。16mm5mm槽先行铣削，淬火后再磨削。坯料用44圆钢。（工件外圆最大直径为 40）。,0,+0.045,+0.002,-0.017,96,基准选择 粗基准棒料外圆（拉削时，基准为孔本身）。精基准选择孔25轴心线。这符合基准统一原则。端面加工以右端止口为基准，使设计基准与定位基准重合。,97,复习题,说明机械加工生产过程、工艺过程、工序等的名词意义。机加工中，工件定位的意义是什么？如何区分完全定位和不完全定位？何谓六点定位原理？加工时，可不可以实行不完全定位？举例说明。什么是定位基准？基准分哪几类？基准选择应遵循什么原则？分析方头小轴的机加工零件在单件小批量生产中的工艺规程。分析如图1031所示钻模夹具的主要组成及工件的定位情况。,98,四机加工零件的结构工艺性 前面几章已分析过铸件、锻件等产品的结构工艺性,从中可知零件的结构工艺性就是其制造或加工的难易程度。对机加工零件而言,考虑结构工艺性的一般原则仍然是:1)使用性能方便用户;2)工艺要求方便厂家。(做到二者兼顾)同时必须考虑具体生产条件。结构工艺性将随生产条件不同而异,生产条件主要指设备、批量等。,99,1采用标准化 设计 用标准件：螺钉、垫圈、销子、轴承 等,100,选标准参数：孔 径、锥 度、螺 距、模 数 等。,图中：左边为误；右边为正确。,