金属切削加工基础课件 ppt.ppt

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1、第一章 金属切削加工基础,1.1 刀具的几何形状及刀具材料 一、刀具的组成,第一章 金属切削加工基础,1.1刀具的几何形状及刀具材料,刀具的组成：,切削部分,夹持部分,一、刀具的组成,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,一、刀具的组成,刀具的组成：,切削部分,夹持部分,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削

2、加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,二、刀具的几何形状,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,1.刀具切削部分的组成,三个刀面：,二、刀具的几何形状,：刀具上切屑流

3、过的表面 ：与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形成主切削刃 ：与已加工表面相对，同前刀面相交形成副切削刃,两个刀刃：,：切出过渡表面的切削刃 ：前刀面与副后面相交形成的切削刃,：主切削刃与副切削刃的连接处,(1)前刀面 (2)主后刀面 (3)副后刀面,(1)主切削刃 (2)副切削刃,一个尖：刀尖,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr 主切削平面ps 副切削平面ps 正交平面po 假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr 主切削

4、平面ps 副切削平面ps 正交平面po 假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr 主切削平面ps 副切削平面ps 正交平面po 假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr 主切削平面ps 副切削平面ps 正交平面po 假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr 主切削平面ps 副切削平面ps 正交平面po 假定工作平面pf,2

5、.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr：通过主切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面 主切削平面ps：通过主切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面 副切削平面ps：通过副切削刃选定点，与副切削刃相切并垂直于基面 正交平面po ：通过主切削刃选定点，同时垂直于基面和主切削平面 假定工作平面pf ：通过主切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进 给运动方向,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr，主切削平面ps，副切削平面ps，正交平面po，假定工

6、作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr，主切削平面ps，副切削平面ps，正交平面po，假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(1).辅助平面, 基面pr，主切削平面ps，副切削平面ps，正交平面po，假定工作平面pf,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(2).标注角度 在基面pr内标注的角度 .主偏角kr:主切削平面与假定工作平面间夹角，即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角（4090）。

7、 .副偏角kr:副切削平面与假定工作平面间夹角，即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(2).标注角度,主偏角kr、副偏角kr 越大，残留面积越大,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(2).标注角度,主偏角kr、越大，进给抗力越大，切深抗力越小,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(2).标注角度 在正交平面po标注的角度,.前角o:前刀面与基面间夹角（015）。,.后角o :主后刀面 与主切削平

8、面间夹角（612）,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,前角的作用,前角越大，刀越锋利、切削轻快， 强度下降、不利散热,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,后角的作用,减小主后刀面与加工表面的摩擦,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(2).标注角度,在主切削平面ps标注的角度,刃倾角s:主切削刃与基面间夹角（-5+5）。,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,刃倾角的作用,刃倾角对切屑排出方向的影

9、响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(3).工作角度, 刀具装夹位置的影响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(3).工作角度,刀具装夹位置的影响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(3).工作角度,刀具装夹位置的影响,2.车刀切削部分的主要角度,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,(3).工作角度, 进给运动的影响,三、刀具材料 1、对刀具材料的要求,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,2、常

10、用刀具材料的性能及用途,（1）较高硬度，常温下60HRC以上 （2）足够的强度和韧性 （3）良好的耐磨性 （4）良好耐热性 （5）良好工艺性,三、刀具材料,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,铣刀、齿轮刀具,铰刀、拉刀,手工工具,用途,小,小,大,热处理变形,0.51.08 （1）,20%碳素工具钢 （0.50.6）,0.13 （0.20.4）,许用切削速度 m/s （速比）,600,300400,200250,耐热性 OC,HRC6265,HRC6165,HRC6165,硬度,W18Cr4V,CrWMn、9SiCr,T10、T10A T12,例,高速钢,合金工具钢,碳素

11、工具钢,2、常用刀具材料的性能及用途,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,碳素钢刀具,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,高速钢刀具,1.1刀具的几何形状及刀具材料,第一章 金属切削加工基础,硬质合金刀块,第一章 金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类 1.金属切削过程,弹性变形,塑性变形,挤裂,切离,切屑,第一章 金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类 三个变形区,（1）第一变形区：,（2）第二变形区：,（3）第三变

12、形区：,第一章 金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,带状切屑,粒状切屑,第一章 金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,崩碎切屑,第一章 金属切削加工基础,1.2金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,(4)崩碎切屑,(1)带状切屑,(2)节状切屑,(3)粒状切屑,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,一、切削过程及切屑种类,2.切屑的种类,粗糙,较粗糙,较光洁,表面质量Ra,波动大、振动,波动更大,有波动,平稳波动小,切削力,

13、弹性变形崩碎,典型切削过程,脆性材料 铸铁、黄铜,同,中等硬度 (中碳钢),塑性好,工件材料,再大,较大,小,f、ap,再减小,小,大,o,再降低,较低,高,Vc,崩碎切屑,粒状切屑,节状切屑,带状切屑,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力 （1）切削力的产生,变形 摩擦,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力 （2）切削力的分解 三个分力： 切削力 Fc 进给力Ff 背向力Fp 总切削力：F,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生

14、的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力 (3)背向力对加工的影响,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力 解决背向力不利影响办法,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,1.切削力的产生及切削分力 解决背向力不利影响办法,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,2.切削力的估算,（1）经验公式计算,例：用o=15o、Kr=75o的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆，计算公式为,N,N,可见对切削力的影响： 工件、刀

15、具材料影响最大； 背吃刀量影响进给量,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,二、切削力及切削功率,2.切削力的估算,3.切削功率,（2）单位切削力估算,KW,Fc单位为N, vc单位未m/s,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,三、积屑瘤,1.积屑瘤的形成,2.对加工的影响,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,三、积屑瘤,3.影响积屑瘤的因素及控制方法,主要的影响因素,切削速度 （切中碳钢） 100 m/min不形成,冷却润滑条件 300500oC最易产生 500oC趋于消失,降低塑性,低速或高速,选用切削液,控

16、制措施,工件材料,塑性越大，越易产生,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,四、切削热,1.切削热的产生、传散及其对加工方法的影响,（1）产生及传散,（2）对加工的影响,产生：三个变形区,传散：工件 刀具 介质,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,四、切削热,2.切削温度、影响切削温度的因素,（1）切削温度:刀具表面上与切屑和工件接触处的平均温度,（2）影响因素,例：车削钢材时,-切削温度 C-常数,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,四、切削热,3.切削液,（1）种类,（2）作用,（3）使用方法,冷却 润滑,水

17、基切削液 油基切削液,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,五、加工硬化与残余应力,1.加工硬化的产生及其影响 加工硬化：切削塑性材料时，由于刀具的挤压和摩擦作用，使得工件已加工表面的硬度比加工前有明显提高，塑性下降,2.残余应力的产生及其影响,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,1.磨损形式,（1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 （3）前后刀面同时磨损,(通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度),第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,2.刀具磨损过程,（1

18、）初期磨损阶段 （2）正常磨损阶段 （3）急剧磨损阶段,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,3.刀具耐用度,粗车：VB=0.41.2mm 精车：VB=0.10.3mm,第一章 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,3.刀具耐用度,（1）刀具耐用度T、刀具寿命,（2）影响刀具耐用度的因素 例：硬质合金车削b=735MPa碳素结构钢,刀具耐用度：刃磨锋利以后，自开始切削到磨钝为止，实 际切削工作时间,刀具寿命：新刀从第一次切削开始，经多次刃磨切削到不 能再刃磨使用，实际切削工作时间总和,第一章

19、 金属切削加工基础,1.2 金属切削过程及伴生的物理现象,六、刀具的磨损及刀具的耐用度,3.刀具耐用度,（2）影响刀具耐用度的因素 例：硬质合金车销b=735MPa碳素结构钢,切削用量对刀具耐用度的影响：vc f ap,CT-与工件材料和刀具材料有关的常数,第一章 金属切削加工基础,1.3加工质量及生产率 一、加工质量,1.加工精度,尺寸精度,形状精度,位置精度,2.表面质量,表面粗糙度,加工硬化,残余应力,加工质量,第一章 金属切削加工基础,1.3加工质量及生产率 一、生产率及提高生产率的途径,1.生产率,生产率Ro,工时定额Tp,min,单位时间内生产合格零件的数量Ro,第一章 金属切削加

20、工基础,1.3加工质量及生产率 一、生产率及提高生产率的途径,1.生产率,基本工艺时间的计算,第一章 金属切削加工基础,1.3加工质量及生产率 一、生产率及提高生产率的途径,2.提高生产率途径,在切削用量中vc 、f、 ap对生产率的影响是等效的,第一章 金属切削加工基础,1.4切削加工用量的合理选择,切削用量对切削过程的影响,（1）对加工质量的影响,（2）对生产率的影响的影响,影响生产率,影响刀具耐用度,切削速度-积屑瘤,进给量-残留面积,被吃刀量-系统刚度,第一章 金属切削加工基础,1.4切削加工用量的合理选择,选择顺序,尽可能大的背吃刀量ap,尽可能大的进给量f,切削速度vc,选择原则,

21、在机床功率、系统刚度允许情况下尽可能大，最好一次走刀切去全部余量，如需多次走刀，第一次也要大些（80%左右）,机床进给系统功率和刚度、刀具和工件所能承受的切削力的限制、表面粗糙度,考虑机床功率,主要考虑工件表面粗糙度,考虑刀具耐用度,积屑瘤,第一章 金属切削加工基础,1.5工件材料的切削加工性,一、切削加工性的概念,二、衡量指标 (1)vT:一定刀具耐用度下的切削速度（例：v60） (2)Kr:相对加工性,三、改善切削加工性的途径,指某种材料被切削加工的难易程度,Kr=v60/(v60)j (v60)j -切削正火状态的45钢的v60,(1)热处理 (2)调整化学成分,第一章 金属切削加工基础

22、,1.6几个名词术语及六点定位原理,加工余量 ：切削加工时需从毛坯上切除的那层材料。,加工总余量：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差。 工序余量：相邻两工序的尺寸之差。,工序：一个工人或一组工人在一台机床或一个工作场地，对一个（或同时几个）工件进行连续加工所完成的那一部分工艺过程。可能经过几次安装。 安装：指工件经一次装夹后所完成的那部分工序,基准：就是依据（1）设计基准 （2）工艺基准,第一章 金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,物体的六个自由度,第一章 金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,一、六点定位原理,A 面上三个点限制三个自由度,B 面上两个点限制两个自由

23、度,C 面上一个点限制一个自由度,第一章 金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,二、完全定位,为保证尺寸B、W、H、L，必须限定的自由度有：,第一章 金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,三、不完全定位,为保证尺寸B、W、H，必须限定的自由度有：,第一章 金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,三爪自定心卡盘定位限定的自由度,用较长的卡抓定位时可限定的自由度：,用短长的卡抓定位：,第一章 金属切削加工基础,前后顶尖定位限定的自由度,第一章 金属切削加工基础,1.6几个名词术语及六点定位原理,前后顶尖定位限定的自由度,用短长的卡抓定位：,超定位,第一章 金

24、属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号 二、车床主运动传动系统 三、车床进给运动传动系统,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析 一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析 一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,空套连接,普通平键连接,导向平键连接,花键连接,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符

25、号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图

26、符号,常用传动副的传动关系,传动比i：,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,一、车床常用传动件的简图符号,第一章 金属切削加工基础,1.7 卧式车床传动系统分析,常用传动副的传动关系,传动比i：,常用传动副的传动关系,第一章 金属切削加工基础,涡轮蜗杆传动,第一章 金属切削加工基础,齿条移动速度：,nv-与齿条啮合的齿轮的转速, r/min ; m-齿条、齿轮模数，mm ; z-齿轮齿数 p-齿条齿距,mm。,(mm/s),常用传动副的传动关系,第一章 金属切削加工基础,螺母移动速度：,nv-丝杠转速, r/min ; p-单头螺杆螺距,mm。,(mm/s),常用传动副的传

27、动关系,丝杠螺母传动,机床常用变速机构,第一章 金属切削加工基础,第一章 金属切削加工基础,二、主运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,第一章 金属切削加工基础,二、主运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,二、机床主运动传动系统,主运动传动路线表达式：,=,1440,33/22,34/32,176/200,27/27,0.98,=,1980(r/min),n主min,=,1440,19/34,22/45,176/200,27/63,17/58,0.98,=,43(r/min),n主max,主轴转速的计算：,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析

28、,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,换向结构,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,进给量的计算：,螺母移动速度：,nv-丝杠

29、转速, r/min ; p-单头螺杆螺距,mm。,(mm/s),齿条移动速度：,nv-与齿条啮合的齿轮的转速, r/min ; m-齿条、齿轮模数，mm ; z-齿轮齿数 p-齿条齿距,mm。,(mm/s),第一章 金属切削加工基础,三、进给运动传动系统,1.7 卧式车床传动系统分析,进给量的计算：,（1）用丝杠进给的计算,（2）用齿轮尺条进给的计算,p-单头螺杆螺距,mm。,m-齿条、齿轮模数，mm ; z-齿轮齿数 p-齿条齿距,mm。,二、机床主运动传动系统,主运动传动路线表达式：,电动机,33/22,19/34,34/32,22/45,28/39,176/200,M1右移,M1左移,27/27,27/63,17/58,主轴,n,max,=,(1440r/min),1440,33/22,34/32,176/200,27/27,0.98,=,1980(r/min),n,min,=,1440,19/34,22/45,176/200,27/63,17/58,0.98,=,43(r/min),