教学课件：第1章-金属切削基本知识.ppt

,机械制造技术基础,周春晓,机械制造技术基础,第一篇 金属切削加工原理第二篇 金属切削加工方法与设备第三篇 机械零部件精度标准与精度设计第四篇 机械零件加工工艺第五篇 现代加工制造技术,第一篇 金属切削加工原理,1、掌握关于金属切削加工的基本知识第1章2、研究金属切削变形、切削力、切削热及刀具磨损的机理及其规律第2章3、掌握正确选择刀具几何参数、刀具材料、刀具结构的方法；掌握合理选择切削液及切削用量的原则；讨论提高刀具材料的切削性能、改善工件材料切削加工性的途径第3章,本篇主要任务：,研究目的：保证质量，提高效率，降低成本,机械制造技术基础,第一章 金属切削基本知识,本章主要内容：1、切削加工概述 切削加工及其分类、零件表面的形成 2、机床的切削运动与切削用量 3、刀具切削部分的几何要素 4、切削层参数与切削方式,第一章 金属切削基本知识,第一章 金属切削基本知识,本章基本要求：1、了解金属切削加工的基本知识 2、掌握切削运动、切削用量的基本概念 3、掌握刀具切削部分的几何要素，了解其定义，建立清晰的空间概念，4、能熟练的标注各参考平面下的刀具角度 5、了解切削层参数与切削方式,关于机加工,机加工的基本模型 刀具装在机床上 工件装在机床上 切削运动是机床带动刀具和工件来实现的 零件：可以装配到机器上的成品 毛坯：切削加工前的零件 工件：切削加工中的零件 常见机加工机床：车、铣、刨、磨、钻,切削加工工艺方法的特点,对零件有基本要求 有切削力，零件刀具必须有一定强度和刚度 应能找到比零件材料硬的刀具材料 方法种类多，适应性强 精度范围宽：IT13IT3 Ra250.008 加工零件的尺寸、重量、形状、材料范围宽 型面类型不受限制，只要能装在机床上 大小尺寸不受限制（轻的几克、葛洲坝船闸30米600吨）生产效率高,因此：切削加工是制造业的基础,只有少数零件：通过精密铸造、精密锻造、粉末冶金成形 塑料制品通过压制成形 绝大多数机器零件是切削加工最终成形 占机器制造总工作量的 4060 但是少数零件难以成形：细微结构零件、高硬度或高强度零件 解决方法：发展特种加工方法,一、切削加工的特点,第一节 切削加工概述,金属切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余的或预留的材料使零件获得符合图样要求的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。,刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能。,切削加工必须具备三个条件：,机械零件上常见表面,二、零件表面的形成,二、零件表面的形成,表面 一条线（母线）沿另一条线（导线）运动的轨迹。,母线和导线可以互换 可逆表面母线和导线不可互换 不可逆表面,母线导线,发生线,二、零件表面的形成,发生线的形成刀具的切削刃和工件的 相对运动,形成方法：轨迹法，成形法，相切法，展成法,1、轨迹法(Locus/Tracing method)利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖轨迹形成发生线的方法。,-轨迹法形成发生线需一个成形运动,2、成形法(Shaping/Forming method)利用成形刀具对工件进行加工的方法。切削刃的形状和长度与所需形成的发生线(母线)完全重合。,-成形法形成发生线不需成形运动,3、相切法(Tangent method)利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。,-相切法形成发生线需二个成形运动（一个旋转运动，一个轨迹运动）,4、展成法（范成法）(Generated method)利用工件和刀具作展成切削运动（具有确定的运动关系）进行加工的方法。切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。,-展成法形成发生线需一个成形运动（展成运动）,图1-2 形成发生线的方法 1刀尖或切削刃；2发生线；3刀具轴线的运动轨迹,三、表面成形运动,由单独的旋转运动或直线运动构成的成形运动。A直线运动 B旋转运动 下标成形运动的序号。,发生线的形成主要是靠刀具和工件作相对运动实现的。这种运动称为表面成形运动。,1、简单成形运动,三、表面成形运动,2、复合成形运动,如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或(和)直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。,复合运动组成部分符号中的下标，第一位数字表示成形运动的序号，第二位数字表示同一个复合运动中单元运动的序号。复合成形运动也可以分解为3个甚至更多个部分（单元运动）。,注意：复合成形运动虽然可以分解成几个部分，每个部分是一个旋转或直线运动，与简单运动相似，但这些部分之间保持着严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。所以复合成形运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。,四、辅助运动,1、各种空行程运动2、切入运动3、分度运动4、操纵及控制运动,第一节切削加工概述结束,在机床上加工各种表面时，刀具与工件之间的相对运动。-成形运动中各单元运动,第二节 机床切削运动与切削用量,一、切削运动,可分为主运动，进给运动,一、机床的切削运动,主运动 含义：由机床或人力提供的，促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使前刀面接近工件 作用：是完成切削任务的主要运动 特征：速度较高，消耗机床功率多 任何切削过程有且仅有一个主运动,机床的切削运动,进给运动 含义 使刀具和工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除材料，并获得具有一定几个特征的表面 作用 使工件不断投入切削过程中 特征 速度较主运动低，消耗机床功率少，对于某个机床加工零件时，进给运动可以是一个或多个,机械制造基础,主运动与进给运动,图1-4 各种切削加工的切削运动1主运动；2进给运动；3合成运动；4待加工表面；5加工表面；6已加工表面,注释:,1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；,2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主运动 也可以是刀具来实现（切断、刨、铣加工）;,3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。,1、已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面；2、待加工表面 工件上有待切除之表面；3、过渡表面 切削刃正在切削的表面。它通常位于 已加工表面和待加工表面之间。,二、加工中的工件表面,仔细观察,切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。,三、切削用量三要素,1、切削速度(Vc)(cutting speed)切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。,cd n/（100060）（m/s）,a.若主运动为旋转运动-最大的线速度,b.若主运动为往复直线运动-平均速度 c L nr/（100060）(m/s),课堂练习,计算切削速度Vc（单位：m/min）车外圆，外圆直径为mm，主轴转速为r/min Vc.m/min 刨平面，行程长度为mm，滑枕每分钟往返次 Vc.m/min,2、进给量(f)(amount of feed),在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量f。（mm/r，mm/str）,每齿进给量：多齿刀具每转或每行程中每个刀齿相对于工件在进给运动方向上的位移量。,进给速度(Vf)：单位时间的进给量,3、背吃刀量ap（切削深度）（depth of cut/cutting depth）,指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。在一般情况下，也就是工件上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。,ap(dw-dm)/2(mm）,图1-6切削用量三要素,不同切削工艺的进给量和被吃刀量,在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量f。,指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。,4、合成切削速度（resultant cutting speed）,切削刃选定点相对工件的合成切削运动的瞬时速度。,第二节切削运动与切削用量结束,a.对于间歇进给机床,b.对于连续进给机床,刀头,外圆车刀,第三节 刀具几何参数,一、刀具切削部分的组成,刀体,图1-7 刀具的切削部分,刀具上切屑流过的表面。,刀具上与过渡表面相对的表面。,1、前面()rake face,2、主后面()tool flank,3、副后面()secondary tool flank,刀具上与工件已加工表面相对的表面。,一、刀具切削部分的组成,图1-8 车刀的组成,主切削刃是前刀面与主后刀面的交线。在切削过程中担任主要切削工作。,4、主切削刃(S)(main/major/lead cutting edge),副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。靠近刀尖部分参加少量切削工作。,5、副切削刃(S)(end/front-/side-cutting edge),主切削刃与副切削刃连接处的那一小部分切削刃。,6、刀尖(end land;nose of tool;tool nose),主切削刃副切削刃,刀尖,主后刀面 前刀面副后刀面,三面两刃一尖,GB/T 12204-1990金属切削基本术语,在不考虑进给运动，并在特定的安装条件下的参考系。是在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系。,二、确定刀具角度的参考系,刀具静止参考系（标注参考系）,刀具动态参考系(刀具工作参考系),考虑了进给运动及实际安装条件下的参考系。它是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。,通过主切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动方向的平面。,参考平面（静止系）：,1、基面（Pr）,2、切削平面（Ps）通过主切削刃上某一选定点，与主切削刃相切且垂直于基面的平面。（平行于该点主运动方向）,参考平面（静止系）：,Pr Ps,二、确定刀具角度的参考系,测量平面：,3、正交平面（Po）,通过切削刃上的选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,Pr Ps Po,二、确定刀具角度的参考系,4、法平面（Pn）：它是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。,通过切削刃选定点平行于假定的进给运动方向并垂直于基面的平面。通常也平行或垂直于刀具上制造、刃磨和测量时的基准。,5、假定工作平面(进给平面)（Pf）,6、背平面（切深平面）（Pp）,通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。,Pr Pp Pf,Pp Vf,Pf Vf,二、确定刀具角度的参考系,假定工作平面-背平面参考系,正交平面参考系,法平面参考系,Pr-Ps-Po,Pr-Ps-Pn,Pr-Pf-Pp,三、刀具角度标注,在主剖面中（正交平面）测量的角度 前角o 在主切削刃上选定点的正交平面内，前刀面与基面间的夹角。前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。525 后角o 在同一正交平面内，后刀面与切削平面间的夹角。增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。412,三、刀具角度标注,在基面中测量的角度 主偏角Kr 在基面上，主切削平面(即主切削刃选定点处的切削平面)与假定工作平面之间的夹角，它总是正值。影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少r，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。副偏角Kr 副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少r，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量。,注意：车外圆与车端面主、副偏角的变化,三、刀具角度标注,在切削平面中测量的角度 刃倾角s在主切削平面内，主切削刃与基面的夹角影响刀尖强度和切屑流向,楔角（）在同一正交平面内，前刀面与后刀面的夹角。,6)刀尖角（）在基面内，主切削平面与副切削平面间的夹角。,o90-（oo）,r180-（krkr）,3、假定工作平面，背平面参考系内的刀具角度,1、正交平面参考系内的刀具角度,2、法平面参考系内的刀具角度,o，o，kr，kr，s，o（o，r),n，n，kr，kr，s（o，r),f，f，p，p，kr，kr，s（f，p，r),2007 金工教研室,机械制造基础,仔细观察：外圆车刀,图1-12车刀的标注角度,机械制造基础,刀具角度标注,外圆车刀,机械制造基础,刀具角度标注,镗孔车刀,图1-13 车刀角度正、负的规定方法,四、刀具的工作角度（车削加工）,刀具的工作角度即刀具在工作参考系中的角度。工作参考系中各平面的定义与标注参考系类似，只需将定义中的主运动改成合成切削运动即可。其符号在相应符号中加下标e。,Pre，Pse，Poe，Pne，Pfe，Ppe,刀具的工作角度1.产生原因:在实际的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。2.定义:以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。3.影响：刀具安装位置对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响。,1、刀具安装高低对工作角度的影响 a.当刀尖高于工件中心时 使工作背前角 比 增大；使工作背后角 比 减小。,前角o 在主切削刃上选定点的正交平面内，前刀面与基面间的夹角。后角o 在同一正交平面内，后刀面与切削平面间的夹角。,图1-14 刀具安装高低对工作角度的影响,b.当刀尖低于工件中心时（车削加工）使工作背前角 比 减小；使工作背后角 比 增大。,思考：镗内孔时刀尖安装高低对工作角度的影响？,图1-15 刀杆轴线与进给方向不垂直,2、刀具轴线与进给方向不垂直 使工作主偏角和工作副偏角发生变化。,在基面中测量的角度 主偏角Kr 在基面上，主切削平面(即主切削刃选定点处的切削平面)与假定工作平面之间的夹角，它总是正值。副偏角Kr 副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。,a.横向进给运动的影响 使工作前角 比静态 增大；使工作后角 比静态 减小。,3、进给运动对工作角度的影响,图1-16 横向进给运动对工作角度的影响,b.纵向进给运动的影响 使工作前角 比静态 增大；使工作后角 比静态 减小。,图1-17 纵向进给对工作角度的影响,4.加工表面的形状对工作角度的影响,图1-18加工表面形状对工作角度的影响,切削层几何参数1.切削层:工件上正被切削刃切削的一层金属，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属。,第四节 切削层参数与切削方式,2.切削层参数 切削层参数共有三个，它们通常都在垂直于切削速度v的平面内度量。切削宽度：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。,车削外圆时切削宽度：,切削厚度：两相邻加工表面间的垂直距离。,车外圆时，切削厚度：,切削面积：切削层垂直与切削速度截面内的面积。,车外圆时：,二、切削方式1、自由切削与非自由切削a.自由切削 只有一条直线切削刃参加切削。b.非自由切削 切削刃为曲线或直线的主、副切削刃均参加切削。,图1-20 自由切削与非自由切削,2、直角切削与斜角切削a.直角切削(正交切削)切削刃与切削速度方向垂直的，亦即刃倾角s的切削方式。b.斜角切削 切削刃与切削速度方向不垂直，亦即刃倾角s的切削方式。,图1-21 直角切削与斜角切削,图1-1 零件表面的形成,图 1-3a 车削外圆柱表面时的成形运动,已加工表面,待加工表面,加工表面,图 1-3c车螺纹时的成形运动,成形铣刀铣螺纹时的成形运动,车锥螺纹时的成形运动,B11,本章结束,本章结束,