机械制造技术课件05.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,*,第五篇 切削加工,5/18/2026,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,切削运动及切削要素,二、切削用量,二、切削用量,1.,切削速度,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（切削深度）,垂直与进给速度方向测量的切削层最大尺寸（,mm,）。,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。,(),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于工件材料的硬度，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。图,1,3,常用刀具材料的耐热性,（,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。,2,刀具材料及刀具结构,图,1,3,常用刀具材料的耐热性,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,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,（,2,）硬质合金的改进,（,3,）人造金刚石,（,4,）立方氮化硼（,CBN,）,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,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（,Ps,）,；,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,）。,（,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,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,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。,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。,（,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,工作后角,；若刀尖低时（图,1,10c,）则反之。,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,和工作副偏角,将发生变化（图,1,11,）。图,1,12,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。,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,。）,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,第三章 常用加工方法综述,5/18/2026,3.1,车削工艺特点及应用,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,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。,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。,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）,加工精度,IT8IT7,，,Ra=1.60.8,3.2,钻、镗削的工艺特点及其应用,一、钻削工艺特点,1,、,容易产生“引偏,”,引偏：,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，由于细长而刚性差,2),麻花钻上有两条较深的螺旋槽，刚性差,3),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。,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。,钻孔可在钻床上进行，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、摇臂床。,避免引偏的措施：,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,切削较宽，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,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,用扩孔钻，扩孔可作为孔的半精加工,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),刀赤多,(34,个,),，导向作用好，切削平稳，,生产率高,一般情况，,IT10IT9,，,Ra,为,3.26.3,2,、铰孔,铰孔是精加工方法之一,一般，,IT9IT7,，,Ra,为,0.41.6,铰孔特点,(1),铰刀具有修光部分，可以修光孔壁，,校准孔径,(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。,四、镗孔,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，孔内环槽等，镗削是唯一,合适的加工方法。,一般镗孔：,IT8IT7,，,Ra,为,0.81.6,精细镗：,IT7IT6,，,Ra,为,0.20.8,1,、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，半精加，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。,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。,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,0.40.8,二、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）,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,刨削常用机床有牛头刨床，龙门刨床和插床等,三、拉削,根据施力方式，有拉刀、推刀两种,施以拉力为拉床,施以推力在压力机上进行,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,拉刀上的校准部分具有校准、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,(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,通孔：圆孔、方孔、内齿轮等。,还有：平面，键槽等。,对盲孔、深孔、阶梯孔等不能加工,推削时,L/D1215,，硬度低于,45HRC,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,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,二、铣削方式,1,、周铣法,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,2,、端铣法,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,三、铣削的应用,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,3.5,磨削的工艺特点及其应用,磨削可以加工外圆面、内孔、平面、成形面、螺纹、齿轮等,外圆磨削,1,、在外圆磨床上进行,磨法：纵磨法 横磨法 综合磨 深磨法,2,、无心外圆磨,圆面必须连续，不能有较长键槽等,孔的磨削,平面磨削,周磨质量较高，但较慢,端磨较快，但质量不高,第六章,工艺,过程的基本知识,5/18/2026,毛坯的选择要考虑如下因素,1,、零件材料的工艺特征,某些箱体需铸造，轴、齿轮等多半要锻造,2,、零件的结构形状和外形尺寸,轴可选用圆棒料,机架、大齿轮可考虑铸钢,3,、生产纲领的大小,例如：模锻和自由锻对零件数量要求不同,4,、现有生产条件,定位基准的选择,基准有设计基准和工艺基准两大类,1,、设计基准,在零件图上用来确定其他面、线、点的位置的基准，,称为设计基准,2,、工艺基准,(,制造基准,),定位基准,a,、粗基准,第一道工序中只能使用毛坯的表面来定位，,这种定位基准称为粗基准,b,、精基准,以后各工序中，采用已加工表面作为定位基准，,称为精基准,测量基准,装配基准,粗基准的选择,具体选择时应考虑以下原则,1,、多个加工表面的工件，选择粗基准时应,合理分配各加工表面的加工余量,a,、保证各加工表面都有足够的加工余量,b,、主要表面，特别是重要表面和内表面，,尽可能使加工余量均匀,c,、工件表面上各加工表面总的金属切削量最小,2,、以不加工表面做粗基准，力保壁厚均匀,3,、选粗基准，必须考虑定位准确，夹紧可靠,4,、粗基准一般只使用一次，尽量避免重复使用,精基准的选择,1,、基准重合原则,2,、基准统一的原则,同一定位基准为精基准，,尽量多加工几个表面,3,、互为基准原则,以,A,面为精基准加工,B,面，再以,B,面,为精基准加工,A,面，反复进行,4,、自为基准原则,以加工表面本身为精基准，,例如浮动饺刀饺孔,工艺定位基准,(,辅助基准,),的应用,为了安装或其它目的，人为制造一种定位基准,定位误差,1,、基准不重合误差,B,定位基准与设计,(,工序,),基准不重合，造成误差,2,、基准位移误差,定位基准与限位基准不重合，造成误差,6.1,外圆面加工,外圆面技术要求,1,、本身精度 尺寸、形状,2,、位置精度,3,、表面质量,外圆面加工方案分析,1,、粗车,2,、粗车,半精车,3,、粗车,半精车,磨,粗车,半精车,粗磨式半精磨,4,、粗车,半精车,粗磨,精磨,5,、粗车,半精车,粗磨,精磨,研磨,6,、粗车,精车,精细车,(,有色金属,),6.2,孔的加工,孔的技术要求,1,、本身精度 尺寸、形状,2,、位置精度,3,、表面质量 粗糙度、物理力学性能,孔加工方案分析,可在,1,、粗车,2,、粗车,半精车,3,、粗车,半精车,磨,粗车,半精车,粗磨式半精磨,4,、粗车,半精车,粗磨,精磨,5,、粗车,半精车,粗磨,精磨,研磨,6,、粗车,精车,精细车,(,有色金属,),紧固孔、箱体上孔,(,孔系,),