金属切削加工.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,切削加工,用切削刀具，在工具（刀具）与工件的相对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。,分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。,目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。,第五篇 切削加工,12/8/2025,第一章 金属切削的基础知识,一、零件表面的形成及切削运动,1,主运动,主要完成切削的运动，消耗功率最多，,一种加工主运动只有一个。（）；,2,进给运动,使切削加工保持连续进行，一种加工可以有一种（或以上）的,进给运动。（）（进给运动可以是连续的也可以是间歇的）,实际的切削运动是一个合成运动。合成切削速度：,是矢量和。,1-1,切削运动及切削要素,12/8/2025,二、切削用量,二、切削用量,1.,切削速度,Vc,选定点的主运动速度（,m/s,或,m/min,）,车削时一般算工件最大切削直径处的线速度。,2,进给量,f,刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，车削时为（,mm/r,）；刨削时为（,mm/,str,），其他切削加工也可以用进给速度,（,mm/s,、,mm/min,、,m/min,），和每齿进给量（,mm/z,）来衡量。,3,背吃刀量ap,（切削深度）,垂直与进给速度方向测量的切削层最大尺寸（,mm,）。,12/8/2025,三、切削层参数,（如上页图）,1,切削厚度,h,D,垂直与切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。（,mm,）,2,切削宽度,b,D,沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。,(mm),3,切削面积,A,D,给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的横截面积。,(),12/8/2025,一、刀具材料,1.,对刀具材料的基本要求,（,1,）高硬度 刀具材料的硬度必须高，一般其常温硬度要求在,62HRC,以上。,（,2,）足够的强度和韧度 以承受很大的切削力、冲击与振动。,（,3,）高耐磨性 以抵抗切削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。一般情况，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。,（,4,）高的耐热性 刀具材料应在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。（常用刀具材料的耐热性见图,1,3,，耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了刀具允许的切削速度。）,（,5,）良好的工艺性 以便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。,1,2,刀具材料及刀具结构,图,1,3,常用刀具材料的耐热性,12/8/2025,2.,常用刀具材料,种 类,常 用 牌 号,主 要 性 能,主 要 应 用,碳素工具钢,含碳量较高的优质碳钢,T8A,、,T10A,、,T12A,淬火后硬度高（达,63,65HRC,）、价廉，但耐热性差（,200,以下）,制造小型、手动和低速切削工具，如手用锯条和锉刀等,合金工具钢,碳素工具钢中加入少量,Cr,、,Si,、,W,、,Mn,等元素,9SiCr,、,CrWMn,、,CrW5,、,GCr15,淬透性、耐热性（,220,250,）有所提高，热处理变形小，,制造手用铰刀、圆板牙、丝锥、刮刀等,高速钢,含,Cr,、,W,、,V,等元素较多的合金工具钢,W18Cr4V,、,W6Mo5Cr4V2,它的耐热性大大提高（,540,650,），从而耐磨性也有所提高，强度、韧度和工艺性都较好,广泛用于制造较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀和齿轮刀具等，也可用以制作车刀、刨刀等简单刀具。,硬,质,合,金,钨钴类,【,由,WC,和,Co,组成,】,以高硬度、高熔点的金属炭化物（,WC,、,TiC,等）作基体，以,Co,等为粘结剂的粉末冶金制品,YG3,、,YG6,、,YG8(,数字表示含钴量的百分数,)【,相当于,ISO,标准的,K,类,】,其相对塑韧性好，但切削塑性材料时耐磨性差，,Co,含量少的，相对较脆、较耐磨,适用于加工铸铁、青铜等脆性材料,钨钴钛类,【,由,WC,、,TiC,和,Co,组成,】,YT5,、,YT15,、,YT30(,数字表示,TiC,含量的百分数,)【,相当于,ISO,标准的,P,类,】,其耐热性，耐磨性均优于,YG,类，但韧性较差。,TiC,含量愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。,适用加工一般钢件,钨钛钽（铌）钴类,【,由,WC,、,TiC,、,TaC,（,NbC,）和,Co,组成,】,YW1,、,YW2【,相当于,ISO,标准的,M,类,】,兼有,YG,、,YT,类的大部分优良性能，被称为通用合金，但价高,既可加工铸铁也可加工钢，适合耐热钢、高锰钢和不绣钢的加工,陶 瓷 材 料,，它通常制成刀片,陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热性高，许用的切削速度较高，且价廉，它的主要缺点是性脆，怕冲击，抗弯强度低，在加入各种金属元素制成“金属陶瓷”后，其抗弯强度可大大提高,可用于切削高硬度等难加工材料的精加工,12/8/2025,3,其他新型刀具材料简介,高硬度、高强度、高韧性、高耐热性等难加工材料的不断增多，要求刀具材料也不断改进与创新，而且新材料的引入和原有材料的改进是刀具改革的根本方向。,（,1,）高速钢的改进,:,添加新元素，提高其硬度和耐热性（如加,Al,）,;,或细化其晶粒，消除碳化物偏析。,（,2,）硬质合金的改进：添加合金成分（如,TaC,或,NbC,）来细化其晶粒，提高其强度和韧性；或采用涂层刀片（涂,TiC,或,TiN,），提高其表层的耐磨性。,（,3,）人造金刚石：硬度极高，可制成刀具或砂轮，可加工硬质合金、陶瓷、玻璃和有色金属及其合金，但不宜加工铁族金属。,（,4,）立方氮化硼（,CBN,）：高硬度、耐热、稳定性都高于金刚石。能加工铁族金属，但较脆。,12/8/2025,二、刀具角度,以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。,1,刀具切削部分的组成 外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀尖组成（图,1,4,）。,（,1,）前刀面,刀具上切屑流过的表面（,）。,（,2,）后刀面,刀具上与过渡表面相对的是主后刀面,(),。与已加工表面相对的是副后刀面,(),。,（,3,）切削刃,前刀面与主后刀面相交,形成的交线称为主切削刃（,），,它完成主要的切削工作。前刀面与,副后刀面相交形成的是副切削刃,(),它完成部分的切削工作，,并最终形成己加工表面。,（,4,）刀尖,主、副切削刃的连接部位。,图,1,4,外圆车刀,12/8/2025,2,车刀切削部分的主要角度,（,1,）刀具静止参考系,选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。,基面,过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面（,Pr,）,；,切削平面,过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面，主切削平面（,Ps,），副切削平面（,P,s,）,；,正交平面,过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面（,Po,）；,假定工作平面,过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面（,Pf,）。,12/8/2025,12/8/2025,3.,车刀的主要角度,为确定刀具的主要角度，须建立三个相互垂直的参考平面构成的静止参考系。,(1),建立车刀静止参考系,基面,切削平面,正交平面,12/8/2025,c,1),基面,通过切削刃选定点的平面，它平行刀具安装的一个平面，其方位要垂直于主运动方向。,12/8/2025,c,2),切削平面,通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。,12/8/2025,c,正交平面,切削平面,基面,3),正交平面,通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,12/8/2025,前角,0,基面投影线,前角越大,前刀面投影线,刀刃越锋利,主切削刃强度越低，易崩刃,已加工表面质量越好,在,-5,0,25,0,内选取，粗加工取小，精取大,在正交平面内测量，前刀面与基面之间的夹角,。,1),前角,0,c,(2),车刀切削部分的主要角度,12/8/2025,切削平面投影线,减小后刀面与已加工表面之间的摩擦,;,它和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。,主后刀面投影线,作用：,后角,0,后角应在,6,0,12,0,内选取,;,粗加工取小，精加工取大。,在正交平面内测量，主后刀面与切削平面之间的夹角,。,2),后角,0,c,12/8/2025,3),主偏角,r,主切削平面与假定工作平面之间的夹角,。,主偏角,r,主偏角,r,减小，主切削刃参加切削的长度增加，刀具磨损减慢，但作用于工件的径向力会增加。,常用刀具的主偏角,r,有,45,0,、,60,0,、,75,0,、,90,0,。,12/8/2025,4),副偏角,r,副切削平面与假定工作平面之间的夹角,。,副偏角,可减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，减小已加工表面的粗糙度。,副偏角,一般为,5,0,15,0,副偏角,r,12/8/2025,基面投影线,主切削刃,刃倾角,s,刀尖为切削刃最高点时为正，反之为负。,刃倾角,一般,5,0,5,0,5),刃倾角,s,在切削平面中测量，主切削刃与基面的夹角,。,刃倾角可控制切屑流出方向和刀头强度。,c,12/8/2025,（,2,）车刀的主要标注角度及选择要点,在车刀设计、制造刃磨和测量时，必须确定的角度。,前角,o,前刀面与基面之间的夹角。增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负（,如图,）的区分。,后角,o,主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。,主偏角,r,主切削刃和假定进给方向在基面（,Pr,）上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑断面形状和切削分力的大小。有时主偏角也根据工件加工形状来定。,12/8/2025,12/8/2025,副偏角,r,副切削刃和假定进给的相反方向在基面,Pr,上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度（,如图,）,刃倾角,s,在主切削平面（,Ps,）里测量的主切削刃与基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分（,如图,）。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。,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。,12/8/2025,12/8/2025,（,3,）车刀的工作角度,是在工作参考系中定义的角度刀尖安装高低的影响 车外圆时若刀尖高于工件的回转轴线,（图,1,10a,），则工作前角,oe,o,，,工作后角,oe,o,；若刀尖低时（图,1,10c,）则反之。,12/8/2025,刀杆中心线安装偏斜的影响 当刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角,r,和工作副偏角,r,将发生变化（见下左图）。右下图是横向进给对前角和后角的影响,进给运动对工作角度的影响 通常进给量不大时，角度的变化常可忽略，但在快速切断和车丝杆、蜗杆和多头螺纹时，必须考虑进给运动对工作角度的变化,。,12/8/2025,三、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（见图）。,（它们的特点与常用场合见表,1,2,。）,12/8/2025,表,1,2,车刀结构类型、特点与用途,名 称,特 点,适 用 场 合,整体式,用整体高速钢制造,刃口较锋利,但价高的刀具材料消耗较大,小型车床或加工有色金属,焊接式,焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上,结构紧凑,刚性好,灵活性大。但硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹,各类车刀,机夹式,避免了焊接式的缺陷,刀杆利用率高。刀片可集中精确刃磨,使用灵活。但刀具设计制造较为复杂,外圆、端面、镗孔、割断、螺纹车刀。大刃倾角、小后角刨刀等,可转位式,不焊接、刃磨,刀片可快换转位,生产率高。可使用涂层刀片,断屑效果好。刀具已标准化，方便选用和管理大中型车床、特别适用自动、数控车床与加工中心等,12/8/2025,1,3,金属切削过程,一、切屑的形成及种类,（一）切屑的形成过程,切削区划分为三个变形区，如图：,1,第,变形区：主要发生塑性材料的剪切滑移变形。金属材料的变形程度、切削力、切削热的大小和切屑形态等，主要决定于该区的状况。在切削速度较大时，该区就逐渐变窄成一个面（图中,OM,面），通常,OM,面的位置就反映了金属变形程度。,2,第,变形区：发生刀具前刀,面的磨损和积屑瘤现象。,3,第,变形区：影响刀具后刀,面的磨损以及已加工表面的质,量（包括加工硬化、表面纤维,化等）。,12/8/2025,（,二）切屑的种类,工件材料的塑性不同、刀具的前角不同或采用不同的切削用量等，会形成不同类型的切屑，同时也反映了对切削加工的不同影响。常见的切屑种类有以下几种（,见图,）,1,带状切屑：其特征是连绵不断，底部很光滑。这时切削力稳定，加工表面较光洁。精加工时出现这种切屑较为理想，但必须采取断屑措施。,2,挤裂切屑：切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹，这时表明材料的剪切滑移量较大，使切屑材料局部地方加工硬化严重，达到了断裂强度。此时切削力波动较大，已加工表面粗糙度大，粗加工时才允许出现。,12/8/2025,3,崩碎切屑：,切屑为不规则的碎块状，这时工件已加工表面凹凸不平。已加工表面质量差。在切削铸铁和黄铜等脆性材料时会产生。,12/8/2025,二、积屑瘤,（,一）积屑瘤的现象 在一定条件下切削塑性金属时，常发现刀具前刀面靠近切削刃的部位，粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，或称刀瘤,。,（二）积屑瘤的形成 切屑与刀具在第,变形区发生 强烈的挤压和摩擦，切屑底面金属的流动速度变慢而形成“滞流层”，在适当的温度和压力作用下，前刀面对滞流层的摩擦力和粘结力超过切屑材,料的内部分子结合力时，部分滞,流层金属会粘结在刀刃附近，形,成积屑瘤。积屑瘤是不稳定的，,它不断地产生、长大和破裂，或,被切屑带走，或嵌附在工件表面上。,12/8/2025,（三）积屑瘤在切削过程中的作用,1,积屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃进行切削，保护刀刃以减少磨损；此外积屑瘤增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，所以粗加工时可以利用积屑瘤。,2,积屑瘤的顶端伸出刀刃之外，且不断地产生与脱落，使切削层公称厚度不断变化，影响工件尺寸精度。,3,切削力的变化又会引起振动，加上一些积屑瘤碎片会粘附在已加工表面上，增加工件表面粗糙度。因此，精加工时应当避免积屑瘤产生。,12/8/2025,（四）影响积屑瘤的主要因素及防止方法,1,首先可控制切削速度，因为切削速度与摩擦系数、切削温度关系密切，从而影响积屑瘤的产生和大小。当切削速度很低，以及切削速度很高时，都不会产生积屑瘤。因此，精车和精铣一般采用高速切削，而铰削、拉削、宽刀精刨和精车丝杆、涡轮等情况，则采用低速加工，以避免积屑瘤的影响。,2,降低工件材料的塑性（如低碳钢、不锈钢等正火后切削）。,3,增大刀具前角和选用适当的切削液等，都是有效地减少或避免积屑瘤的重要措施。,12/8/2025,三、切削力,（一）切削力的来源与分解,刀具切削工件时，必须首先克服材料的变形抗力，主要是第,变形区的剪切滑移抗力，加上第,、第,变形区的摩擦阻力，这些力的合力就构成了作用在刀具上的总切削力,F,。,实际加工中，总切削力的方向和大小的测定既不容易也没有必要。为了适应设计和工艺分析的需要，又便于测定，通常将总切削力,F,分解为三个互相垂直的分力。,12/8/2025,1,主切削力,Fc,F,在主运动方向上的分力（又称切向力），垂直于基面，其大小约占,F,的,80,90,。其消耗的功率约占总功率的,90,以上。它是计算机床动力、刀具和夹具强度与刚度的主要依据，也是选择刀具角度和切削用量的依据。若,Fc,过大时，往往会使刀具损坏或使机床发生“闷车”现象。,2,进给力,Ff F,在进给运动方向上的分力（又称走刀抗力，轴向力），作用在基面内，它消耗的功率只占总功率的,1,5,。它是设计和校验进给机构强度的依据。,12/8/2025,3,背向力,F,p,F,在垂直进给方向上的分力（又称吃刀抗力，径向力），作用在基面内，它不消耗功率。但它一般作用在机床、工件刚度较弱的方向上，易使刀架位移和工件变形，且易引起振动，影响工件的加工精度。当工件刚度较小（如车细长轴）时，应当设法减小或消除,F,p,的影响。常使主偏角,r,90,，就是为了这个目的。,由图可知，总切削力与,三个分力有如下关系：,F,f,F,D,Sin,r,，,F,p,F,D,Cos,r,12/8/2025,（二）计算切削力的经验公式,切削力的大小是由很多因素决定的，一般影响较大的是工件材料和切削用量。目前用实验测量方法总结的经验公式得到广泛的应用。经验公式的形式主要有指数和单位切削力形式。,1,指数公式 车外圆时，计算主切削力,F,的指数公式如下：,式中：,C,与工件材料、刀具材料及切削条件等有关的系数；,a,、,f,、,v,切削三要素，单位分别为,mm,、,mm/r,、,m/min,；,x,、,y,、,n,指数；,K,切削条件不同时的综合修正系数。,12/8/2025,同样，进给力,Ff,、,背向力,Fp,也有相同形式的指数公式，,只是下标要对应。所有系数和指数，都可从相关工艺或切削手册中查到。,2.,单位切削力公式 生产中，还常用切削层单位面积,切削力,kc,的大小来估算切削力,Fc,的大小。如下式：,Fc,kc,AD,kc,bD,hDkc,ap,f (N),式中：,kc,切削层单位面积切削力，,MPa(N,/mm),；,AD,、,bD,、,hD,切层削参数，,单位分别是,mm,、,mm,、,mm,。,kC,的数值也可从有关手册中查到。,12/8/2025,3,切削功率,Pm,Pm,是指切削过程的总功率，但背向力,F,P,不消耗功率，进给力,F,f,消耗的功率很小，一般可忽,略不计。因此，,Pm,计算公式如下：,P,m,P,c,10,F,c,v,c,（,kW,）,式中：,Fc,切削力，（,N,）；,v,c,切削速度，（,m/s,）,机床电动机的功率,P,的计算式如下：,PPm/m,（,Kw,）,式中：,m,机床传动效率，一般取,0.75,0.85,。,12/8/2025,四、切削热和切削温度,1,切削热的产生与传散,切削过程中，切削功几乎,全部转变为热能，这就是切削,热的来源，是由三个切削变形,区中的变形功和摩擦功转变而,来。切削塑性材料时切削热主,要来源于切屑塑性变形所消耗,的功。切削脆性材料时，切削,热主要来源于后刀面所消耗的,摩擦功。切削热通过切屑、工,件、刀具和周围的介质传散。各部分传热的比例取决,于工件材料、切削速度、刀具材料及几何角度、加工,方式以及是否使用切削液等。,12/8/2025,由切屑和周围介质传出的热量越多，对加工越有利。但是大量切屑堆积在机床上，形成热源，会使机床产生热变形，降低加工精度，因此要设法及时、经常地去除切屑。,传入刀具的热量，比例虽然不大，但刀具切削部分体积很小，因此刀具的温度可以很高（高速切削时可达,1000,以上）。这就加速了刀具的磨损。,传入工件的热量会使工件热变形，产生形状和尺寸误差，特别在加工薄壁件、细长件和精密件时，影响更大。,2,切削温度及其影响因素 切削温度是指切削区的平均温度，其高低除了用热电偶等仪器测定外，还可通过观察切屑的颜色来估计。如切削碳素结构钢时，切屑为银白色或淡黄色时，切削温度不高；当切屑变为深蓝色或紫黑色时，说明切削温度已经非常高了。,12/8/2025,影响切削温度高低的因素，有以下一些主要方面：,切削用量 切削速度增加时，消耗功率增加，切削热也增加，且散热传导速度跟不上，因此对温度的影响最大。进给量和背吃刀量增加时，切削力增大，切削热也会增加，但不如切削速度的影响那么明显。在切削面积相同的条件下，增加背吃刀量比增加进给量时，切削温度要低一些，因增加背吃刀量时，切削刃参加切削的长度增加，有利于将热传出。,工件材料 其强度与硬度愈高，切削力和切削功率就愈大，切削温度也愈高。同一材料，热处理状态不同时，其强度、硬度不同，切削温度差别很大。工件材料的导热系数高（如铝、镁合金），则切削温度低。切削脆性材料时，由于塑性变形和摩擦都很小，产生切削热也少，切削温度自然就低。,刀具角度 增大前角，则减小了切削力和切屑变形；减小主偏角，主切削刃长度增加，都有利于降低切削温度。,此外，在可能情况下，使用足够的切削液和有效的冷却方式，能减小摩擦、带走大量切削热，有效地降低切削温度。,12/8/2025,五、刀具磨损和刀具耐用度,刀具使用一段时间以后，其刀刃会变钝，使切削,力和功率消耗增加，并影响加工质量。对于可重磨刀,具，经重新刃磨，仍可继续使用，经过若干反复循,环，刀具就会报废，从开始切削到报废，刀具实际切,削时间的总和称为刀具寿命。,1,刀具磨损的形式 刀具在正常磨损时，由于切削条件的不同有三种形式（见图）：,后刀面磨损 当切削,脆性材料，或以较小切,削厚度切削塑性材料时，,易产生这种情况（图中,VB,表示后刀面的磨损尺,寸）。,12/8/2025,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屑刃一定距离处，被磨出月牙洼。月牙洼扩大至一定程度，刀具会崩刃。,前、后刀面同时磨损 当以一般的切削厚度（,h,0.1,0.5mm,）,切削塑性材料时，常见到这种磨损。,2,减少刀具磨损的主要措施 在切削用量中，对刀具磨损的影响，切削速度最大，背吃刀量最小。因此，在保证一定的金属切除率时，适当增加背吃刀量和进给量，降低切削速度，对减少刀具磨损是有重要意义的。,此外，刀具材料的硬度高、与工件材料的亲和力小，尤其是耐热性好时，就不易磨损；适当增加刀具前角，也可减少刀具磨损；合理使用切削液也是较,有效的方法。,12/8/2025,3,磨钝标准与刀具耐用度 刀具磨损到一定限度就不能继续使用，因此有必要规定刀具的磨钝标准。通常刀具的后刀面都会磨损，因此规定以后刀面磨损带中间平均磨损量的最大磨损尺寸,VB,为磨钝标准。根据刀具材料，粗、精加工的不同，磨钝标准也有变化，一般推荐,VB,0.3mm,VBmax,0.6mm,，具体数值可查专业手册。,实际加工中，常以刀具进行切削的时间来判断刀具是否已达磨损限度。刃磨后的刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具耐用度，以,T,表示，单位一般是,min,。凡是影响刀具磨损的因素，都会影响刀具耐用度。它数值的选择与生产率和成本都有密切关系。目前硬质合金焊接车刀的耐用度约为,60min,，高速钢钻头约为,80,120min,硬质合金端铣刀为,120,180min,，齿轮刀具的耐用度取为,200,300min,。一般复杂刀具刃磨较困难，综合考虑耐用度取大一些。,12/8/2025,第二章金属切削机床的基本知识,在机器制造业的装备中，机床一般要占,50%,以上，它在机器制造中担负着,40,60%,的工作量，是机械工业的基本生产设备。它的品种、质量和加工效率将直接影响机械产品的生产技术水平和经济效益。,传统的“机床”概念，是指“切削机床”。即：用各种不同的方法从被加工零件的毛坯上逐步去除预留的部分、获得零件需要的各种形状和尺寸,是进行减法加工的设备。,随着信息技术的飞速发展，现代加工装备技术中已经开始考虑“从无到有”的新型零件制备方式（即：加法加工设备），快速成型设备就是其中之一。,12/8/2025,2,1,机床的类型和基本构造,一、机床的类型,长期以来，机床的种类都与切削加工的方式直接联系。如,工件回转、刀具相对工件进行进给运动（一般是直线运动）的加工方式称为“车削”，实现这种加工的机床便称为“车床”；刀具回转、工件作相对进给运动的加工方式称为“铣削”，,实现这种加工的机床便称为“铣床”。由此出现了车、铣、刨、磨、钻、镗、齿轮加工、螺纹加工、电加工等各类机床。,我国标准规定：机床类别代号以机床名称汉语拼音的第一,个字母（大写）来表示。我国机床的类别和代号见表,2,1,。,当某类机床除有普通型式外，还有某种通用特性时，则在类代号之后按表,2,2,所示加通用特性代号予以区别。,完整的机床型号还包含以数字表示的组代号、系代号和,主参数等，如,CK6140,数控车床。具体型号的信息涵义可查阅机床手册。,12/8/2025,12/8/2025,12/8/2025,金属切削机床型号,根据国标,GB/T15375,1994,规定，车床型号由汉语拼音字母和数字组成。,例：,C 6 1 32,车床主要参数代号（车床能加工最大直径的,1/10,，,即,320mm,）,机床系别代号（卧式车床型）,机床组别代号（落地及卧式车床组）,机床类别代号（车床类）,12/8/2025,二、机床的基本构造,1.,主传动部件：,有主轴箱、变,速箱、磨头等。,2.,进给传动部,件：有进给箱,溜板箱、磨床,液压传动装置,等。,3.,工件安装装,置：有卡盘、尾,架、工作台等。,12/8/2025,4.,刀具安装装置：有刀架、主轴、刀轴和砂轮轴等。,5.,支承件：各类机床床身、立柱、底座、横梁等。,6.,动力源：电动机，液压泵等。,12/8/2025,12/8/2025,2,2,机床的传动,机床的机械传动,1,、带传动,2,、齿轮传动,3,、蜗杆传动,4,、齿轮齿条传动,传动链及传动比,i,总,=i1i2i3i4i5 -,机床常用变速机构,1,、滑动齿轮变速,2,、离合器式齿轮变速,12/8/2025,卧式车床的组成及传动分析,（,1,）,卧式车床的组成,变速箱,进给箱,主轴箱,刀 架,溜板箱,尾 座,床 身,床 腿,12/8/2025,（,2,）,卧式车床的传动分析,电动机,变速箱,带传动,主轴箱,主 轴,工件转动,换向机构,变换机构,进给箱,光杠,丝杠,溜板箱,刀架,车刀纵横移动,车床的主运动,车床的进给运动,12/8/2025,第三章 常用加工方法综述,常用的加工方法有车削、钻削、,镗 削、刨削、拉削、铣削和磨削等,12/8/2025,3,1,车削的工艺特点及其应用,车削特别适于加工回转面，车床类型有卧式、立,式、转塔、自动和数控车床。,一、车削工艺特点,1,、易于保证工件各加工面的位置精度,例如易于保证同轴度要求：利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线；利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线。,易于保证端面与轴线垂直度要求：由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度保证。,2,、切削过程较平稳,避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利于生产率提高。,12/8/2025,3,、适于有色金属零件的精加工,有色金属零件表面粗糙度大,Ra,值要求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。,4,、刀具简单,车刀制造、刃磨和安装均较方便。,二、车削的应用,车床上使用不同的车刀或其它刀具，可加工各种回转表面如：内、外圆柱面，内外圆锥面、螺纹，沟槽，端面和成形面等。,车削可加工单一轴线轴、盘、套类等零件，也可加工多轴线零件（改变工件安装位置图,3,2,）,加工精度,IT8IT7,，,Ra=1.60.8,12/8/2025,12/8/2025,3,2,钻、镗削的工艺特点及其应用,一、钻削工艺特点,由于钻头的强度、刚度有限。容屑、排屑、导向、冷却和,润滑都困难，因此钻削的加工困难，质量不高。,1.,容易产生“引偏,”,引偏概念,1),由于钻头弯曲而引起孔径扩大，孔不圆；,2),孔的轴线歪斜。,引偏原因：,1),麻花钻是最常用刀具，由于其细长而又有两条较深的螺,旋槽，刚性差（,下页图,）,2),钻头仅有两条很窄二棱边与孔壁接触，接触刚度和导向,作用也很差。,钻孔可在钻床上，也可在镗床、车床、铣床上进行，常用钻床有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床。,12/8/2025,图,3,4,麻花钻 图,3,5,减少引偏的措施,图,3,6,扩孔,图,3,7,铰刀,12/8/2025,a)b),图,3,9,浮动镗刀片及其加工情况,12/8/2025,4),钻头横刃处前角有很大负值，切削条件极差，钻孔时一半,以上的轴向力由横刃产生，稍有偏斜将产生较大附加力 矩，,使钻头弯曲。,此外，两切削刃不对称，工件材料不均匀，也易引偏。,避免引偏的措施,（,见图,）,1),预钻锥形定心坑,预钻时钻头刚度好一些，锥形坑不易偏。,2),用钻套为钻头导向,可减少钻孔开始时的引偏，特别是在斜面或曲面上。,3),钻头的两个主切削刃，刃磨对称。,2.,排屑困难,切屑较宽，排屑困难，与孔壁有较大的摩擦和挤压，降低,了孔壁的质量，有时切削阻塞在容屑槽里，卡死钻头，甚至将钻头扭断。,排屑是钻孔重要问题之一，可多次退出，或修磨出分屑槽。,3.,切削热不易传散，限制了生产力的提高。,12/8/2025,二、钻削的应用,IT10,以下，,Ra,大于,12.5,，要求高时需进一步加工,成批大量生产中，广泛用钻模，多轴钻，组合机床,三、扩孔、铰孔,1,、扩孔（,见图,）,用扩孔钻，扩孔可作为孔的半精加和钻孔比的特点,(1),切削刃不到中心，避免了横刃和横刃引起的一些不良影响,(2),切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。容屑可做的较小较浅，提高了刚度,3),刀齿多,(3,4,个,),，导向作用好，切削平稳，生产率高，一般情况，,IT10IT9,，,Ra,为,3.2,6.3,12/8/2025,2,、铰孔,铰孔是精加工方法之一,一般，,IT9IT7,，,Ra,为,0.4,1.6,铰孔特点,:,(1),铰刀具有修光部分，可以修光孔壁，校准孔（,见图）,(2),铰孔余量小，使切削力较小，且切削速度较低，,所以切削热较少，因此工件的受力变形和受热变形较小。,且切削速度较低，不易产生积屑瘤。,12/8/2025,四、镗孔,用镗刀对已有孔进行再加工，称为镗孔。对较大孔，内,成形面，孔内环槽和位置精度较高的孔系等，镗削是唯一,合适的加工方法。,一般镗孔IT8IT7,，,Ra,为,0.8,1.6,精细镗：,IT7IT6,，,Ra,为,0.2,0.8,1,、单刃镗刀镗孔,(,刀头结构与车刀类似,),(1),适应性较广，灵活性较大,可粗加工，半精加工，精,加工。一把镗刀可加工直径不同的孔。,(2),可以校正原有孔轴线歪斜或位置偏差。,(3),生产率较低，较适用于单件小批量生产单刃镗刀的,刚度较低，为减少变形和振动，采用较小的切削用量，另,外，仅有一个主切削刃工作，所以生产率较低。（,见图,）,12/8/2025,2,、多刃镗刀镗孔,多刃镗刀的镗刀片是浮动的，两个对称的切削刃产,生的切削力，自动平衡其位置。,(1),加工质量较高,刀片浮动可抵偿偏摆引起不良影响，较宽的修光刃,可减少孔壁粗糙度值。,(2),生产率较高，两刀刃同时工作，故生产率较高。,(3),刀具成本较单刃镗刀高。,浮动镗刀主要用于批量生产，精加工箱体,零件上直径较大的孔。（,见图,）,12/8/2025,3,3,刨、拉削的工艺特点及其应用,一、刨削的工艺特点,1,、通用性好,可加工垂直、水平的平面，还可加工,T,型槽、,V,型槽，燕尾槽等。,2,、生产率低,往复运动，惯性大，限制速度，单次加工，但狭长表面不比铣削低,3,、加工精度不高,IT87,，,Ra,为,1.66.3,但在龙门刨床上用宽刀细刨，,Ra,为,0.40.8,（,见图,）,刨削常用机床有牛头刨床，龙门刨床和插床等,12/8/2025,二、刨削应用,刨削主要用在单件，小批生产中，维修车间中,主要应用：图,319,牛头刨：一般不超过,1000mm,长度。,龙门刨：加工长度、宽度都较大，济南二机床，,B236,龙门刨：,206.3m,插床（立式牛头刨，,见图,）,可加工内表面、四方孔、六方孔、键槽等。也可加工盲孔、有台肩内表面。,12/8/2025,12/8/2025,图,3,11,圆孔拉刀 图,3,12,拉孔过程,12/8/2025,三、拉削,（,见图,）,根据施力方式，有拉刀、推刀两种，施以拉力的用拉床，施,以推力的在压力机上进行,特点,(1),生产率高 一次完成粗,半精,精加工：,(2),加工精度高，粗糙度值较小：,切削量小，仅切去工件的弹性恢复量，拉刀上的校准部分校准、修光作用，切削速度较低，避免积屑瘤，切削过程平稳，粗糙度较低：,12/8/2025,(3),拉床结构，操作较简单：,(4),拉刀价格昂贵，加工批量大时，可使成本下降：,(5),加工范围较广：可加工通孔：圆孔、方孔、内齿轮等。还有：平面，键槽等。（,见图,）,对盲孔、深孔、阶梯孔等不能加工，推削时,L/D1215,，硬度低于,45HRC,12/8/2025,3,4,铣削工艺特点及其应用,一、铣削的工艺特点,1.,生产率较高,多齿工作，旋转运动利于高速铣削,2.,容易产生振动,由于多齿工作，每个齿切削厚度变化，切削力变化，切削过程不稳定，易产生振动,影响加工质量；,3.,刀齿散热条件较好,多齿工作，每个齿间歇工作，有冷却时间，散热条件好，但切入切出时冲击可能引起刀片碎裂,12/8/2025,a),对称铣,b),逆铣,c),顺铣,图,3,18,端铣方式,图,周铣与端铣,12/8/2025,二、铣削方式,1,、周铣法,（,见图,）,逆铣,切削层由,0,增大到最大值；,切削开始刀刃不切入工件，而是挤压滑行，刀刃磨损，工件表,面质量下降；,切削力上抬工件，增加了工件振动可能；,逆铣时，螺母中间隙处于有利位置，不至使工件窜动，不易损,坏刀具；,目前常用逆铣法。,顺铣,由于螺母中间隙处于不利位置，工件可能会窜动，可能会损坏,刀具，损坏工件,工件有黑皮时常用逆铣法（,见图,）,2,、端铣法,12/8/2025,逆铣,顺铣,12/8/2025,3,、周铣法与端铣法的比较,参加工作齿数,周铣法，与,a,e,有关,(,a,e,：铣削宽度，垂直于铣刀轴线,),，一般,12,齿,(,a,p,：铣削深度，同铣刀轴线,),端铣法，与,a,e,有关,(,相当于工件宽度,),一般较多,端铣的切削过程比周铣时平稳，有利于提高质量,切削层厚度,端铣：切削层厚度均匀，刀具磨损小，并减少表面粗糙度,周铣：切削层厚度不均匀，刀具磨损稍大，表面粗糙度稍差，,两者比较后，端铣可达较小的表面粗糙度。,端铣刚度较好，且多半采用硬质合金刀片，而周铣多半用高,速钢，端铣可用高速铣削，生产率高，也提高工件表面质量。,目前铣削平面时多采用端铣法。,周铣法适应性广，除平面外，还有铣沟槽、齿形等，也常采用,12/8/2025,三、铣削的应用,应用广泛，刀具种类最多：,可加工平面、沟槽、成形面等,精度,IT87,，,Ra,为,1.63.2,单件小批量加工中小型工件可用升降台式铣床，中,大型工件可采用龙门铣,铣沟槽。图,331,按划线、手动进给进行铣削,在圆形工作台上铣圆弧槽,12/8/2025,3,5,磨削的工艺特点及其应用,磨削用砂轮作为切削刀具来进行加工的。砂轮是由,磨料加结合剂烧结而成的。砂轮的特性包括磨料、粒度、,硬度、结合剂、组织、以及形状和尺寸。,磨床的种类很多，常见的有：外圆、内圆和平面磨,床等。,一、磨削过程,磨削是磨粒对工件表面进行切削、刻划和滑擦三种,作用的综合。,砂轮有“自鋭性”，使磨削不断进行。但“自鋭性”使,砂轮失去了“等高性”，即失去了外形精度，因此精磨前,（或磨了一段时间）后，要修整砂轮,。,12/8/2025,二、磨削的工艺特点,1.,精度高、表面粗糙度小,达,IT7IT6,，,Ra0.20.8,，甚至达,0.008,0.1,，属于精加工；,2.,砂轮有“自鋭性”,所以可采用强力磨削以提高生产率；,3.,背向力,Fp,较大（,见图,）,磨细长工件容易弯曲，最后一般要几次光磨走刀；,4.,磨削温度高,工