第五篇金属切削加工.docx

1、第五篇金属切削加工第五篇 金属切削加工教学内容1.1. 金属切削加工的基本知识，包括切削运动和切削要素，刀具材料和刀具几何形状，金属切削过程。2.2. 2.常用切削机床和加工方法，介绍车削、钻削、刨削、铣削和磨削等加工的工艺特点及应用范围。3.3. 先进切削机床和加工方法介绍，数控机床和自动机床；柔性制造系统和智能制造；先进加工和精密加工简介。4.4. 各种基本表面的加工、方案分析及典型零件机械加工工艺过程举例。5.5. 零件结构工艺性概念，切削加工对零件结构工艺性的要求及示例。目的与要求本篇是金属切削加工的基础理论部分，掌握“切削运动、切削要素”，“刀具材料和刀具的几何形状”，基本知识。了解

2、常见机床的主运动和进给运动。常用切削机床和加工方法着重了解各种机床的加工方法、工艺特点及应用。机械加工工艺过程的基本知识，着重掌握选择定位粗基准和精基准的原则，尤其要学会选择轴、盘套、支架箱体等典型零件的定位精基准。其它内容只作一般了解。学习零件的结构工艺性的目的是掌握切削加工和装配对零件结构的要求，先进切削机床和加工方法，重点了解数控机床的分类及加工特点，在学时充足的条件下也可增加数控机床其它内容和特种加工方法介绍。一、金属切削加工的基础知识第一节 切削运动和切削要素 一、切削运动 在切削进程中，为了完成各类表面的加工，刀具与工件必需具有必然的相对运动，即切削运动依照它们在切削进程中所起的作

3、用不同，分为主运动和进给运动两部份 主运动是切下切屑所需要的最大体的运动，它促使刀具的前面接近工件主运动一样只有一个进给运动是使金属层不断投入切削，从而取得具有所需几何特性的已加工表面的运动。进给运动能够多于一个 图1l为经常使用的几种切削加工的运动简图。 图I1(a)为车外圆，工件的旋转运动是主运动，车刀的直线运动是进给运动 图11(b)为在牛头刨床上刨平面，刨刀的往复直线运动是主运动，工件的间歇直线移动是进给运动 图11(c)为钻孔，钻头的旋转运动为主运动，钻头的轴向直线移动是进给运动。 图1-1(d)为铣平面，铣刀的旋转运动是主运动，工件的直线移动是进给运动。图11(e)为磨外圆，砂轮的

4、旋转运动是主运动，工件的旋转及直线移动是进给运动。第二节 刀具材料和刀具的几何形状 在金属切削加工进程中，刀具直接担负着切削任务。“工欲善其事，必先利其器”，刀具的好坏在专门大程度上决定了加工精度、表面质量、生产率和加工本钱等。切削部份直接切削工件，必需采纳符合要求的刀具材料，井具有合理的几何形状，方可保证优良的切削性能。 一、刀具材料 1对刀具材料的大体要求 刀具材料一样指切削部份的材料，在切削进程中，刀具切削部份要经受专门大的切削力、摩擦力、冲击和很高的温度，因此，刀具切削部份的材料应具有以下大体性能。 (1)较高的硬度 硬度必需高于工件材料的硬度，金屑切削刀具材料的常温硬度，一样要求在H

5、RC60以上。 (2)有足够的强度和韧性，以便经受切削力和切削时的冲击。 (3)有较好的耐磨性，以抗击切削进程的磨损，维持必然的切削时刻。 (4)较高的热硬性。热硬性是指在高温下材料仍能维持硬度、强度、韧性和耐磨性的性能。 红硬度那么指材料能维持正常热硬性的最高温度热硬性是衡量刀具材料的一个重要指标。 另外，还要求刀具材料有良好的工艺性能，好的导热性，抗粘结性工艺性能包括锻、轧、焊、切削加工、磨削加工和热处置性能等 目前尚没有一种刀具材料，能全面知足上述要求因此，必需了解经常使用刀具材料的性能特点，以便依照工件材料的性能和切削要求，选用适合的刀具材料。同时应进行新型刀具材料的研制。 2经常使用

6、刀具材料 目前在切削加工中经常使用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等 (1)碳素工具钢 是含碳量为0.7%1.3%的优质碳素钢。经常使用牌号为TIOA、T12A等，其淬火硬度可达HRC6065刃磨易锋利，价钱低廉，但热硬性差，在200250时硬度便会显著下降。热处置时淬透性差，变形大。要紧用于制造锯条、锉刀等手动刃具。(2)合金工具钢 含碳量为0.85%1.5%,含合金属元素总量在5%以下，加入的合金元素有Si、Mn、Mo、W、V等。经常使用牌号有9SiCr、CrWMn等。与碳素工具钢相较，它有较好的耐磨性、韧性，热处置变形小，热硬温度达350左右，淬火硬度达H

7、RC6066经常使用于制造丝锥、板牙、铰刀等形状复杂、切削速度不高(vc0.15ms)的刀具。 (3)高速钢 又称锋钢、白钢它是含有W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。经常使用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2高速钢的耐磨性、热硬性较前面的工具钢有显著提高，热硬温度达550600。与硬质合金相较，它的耐热性、硬度和耐磨性虽较低，但抗弯强度、冲击韧性较高，工艺性能、热处置性能较好，刃磨易锋利因此经常使用于钻头、铣刀、拉刀和齿轮刀具等形状复杂刀具的制造许诺切削速度v1 变形系数对切削力、切削温度和表面粗糙度有重要影响。在其他条件不变时，切屑变形系数愈大，切削力愈大，切削温度愈高，表面愈

8、粗糙因此，在加工过程中，可根据具体情况采取相应的措施，来减小变形程度，改善切削过程例如在中速或低速切削时，可增大前角以减小变形，或对工件进行适当的热处理，以降低材料的塑性，使变形减小等。 2，切屑种类 切屑的类型与材料的塑性、刀具的角度、切削用量等密切相关在材料一定的情况下，不同的刀具角度和切削用量，对切屑形成过程的影响也不同，从而产生的切屑形状各不相同切屑一般可分为以下3类。 (1)带状切屑 切削塑性较好的材料时，表层金屑受到刀具挤压，产生很大的塑性变形，而后沿剪切面滑移，在尚未完全剪裂以前，刀具又开始挤压一层金属，于是形成连续的带状切屑如图118(a)所示用较大的前角，较高的切削速度和较薄

9、的切削厚度，加工塑性好的金属材料时，容易形成这类切屑形成带状切屑时，切屑的变形小，切削力平稳，加工表面光洁但带状切屑往往连绵很长，容易缠绕在工件或刀具上，会刮伤工件，损坏刀刃，且不够安全，故应采取断屑措施。 (2)节状切屑 切屑的顶面有明显挤裂裂痕，而底面仍旧相连，呈一节一节的形状如图l18(b)所示。切削速度较低、切削厚度较大以及用较小的刀具前角，加工中等硬度的塑性金属材料时，容易得到这类切屑节状切屑的变形很大，切削力也较大，且有波动，因此加工表面较粗糙 (3)崩碎切屑 切削铸铁、青铜等脆性材料时，切削层金属几乎在挤压产生弹性变形之后， 一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块状屑片，

10、即为崩碎切屑如图118(c)所示产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨损，并容易产生振动，影响表面质量 图 1-18 切削的种类 由于不同类型的切屑对切削效率、刀具寿命和加工质量等有不同的影响，因此在实际生产中可根据具体情况采取相应措施，使切屑的变形得到控制，以保证切削加工的顺利进行例如，选用大的前角、提高切削速度或减小进给量可将节状切屑转变成带状切屑，使加工的表面较为光洁 二、切削力和切割功率 1切削力及构成 刀具在切削金属时，必须克服材料的变形抗力以及工具与工件，切屑之间的摩擦阻力，才能切下切屑这些抗力就构成了作用在刀具上的总切削力在切削过程中，切削力使工艺系

11、统(机床一工件一刀具)变形，影响加工精度切削力还直接影响着切削热的产生，井进一步影响刀具磨损和已加工面质量切削力还是设计和使用机床、刀具、夹具的重要依据 总切削力受很多因素的影响，其大小和方向是不固定的，难以直接测量为了适应设计和工艺分析的需要，一般不是直接研究总切削力，而是研究它在一定方向上的分力。以车削外圆为例，总切削力Fr可以分解为以下3个互相垂直的分力(如图119所示)。 图 1-19 切削力的分解 (1)主切削力(切向力)Fz总切削力Fr在速度v的方向上的分力，大小约占总切削力Fr的8090Fz消耗的功率也最多，约占车削总功率的90以上是计算机床动力，以及主传动系统零件强度和刚度的主

12、要依据主切削力过大时，可能使刀具崩刃或使机床发生“闷车”现象。 (2)进给抗力(轴向力)Fx 总切削力Fr在进给方向上的分力，作用在机床进给机构上，是设计和验算进给机构强度的依据。它所消耗的功率只占总功率的1左右(3)(1) 切深抗力(径向力)Fy 总切削力Fr在切削深度方向上的分力。因为切削时这个方向上运动的速度为零，所以Fy不做功，但它一般作用在工件刚性较弱的方向上，容易使工件变形，如图121所示，磨削轴类零件时，径向切削力引起轴的弯曲变形，而使磨削后轴的各处直径不同，产生加工误差同时可能引起振动由于工件在这个方向上的变形对加工精度的影响较大，所以，应当设法减小或消除Fy的影响如车细长轴时

13、，常用Kr=90就是为了减小Fy图1-21 这3个互相垂直的分力与总切削力Fr有如下的关系： Fr=Fz2+Fy2+Fx2 一般情况下，主切削力F是三个分力中最大的一个，进给抗力Fx次之，切深抗力Fy最小。因此，除特殊情况下，通常所说的切削力就是指主切削力。 切削力的大小是由许多因素决定的。例如，工件材料的硬度和强度愈高，变形抗力愈大，则切削力愈大，切削深度和进给量增加使切削层面积增大，从而切削力也增大，增大刀具前角，切屑容易从前刀面流出，变形较小，故切削力减小。 切削力的大小可用经验公式来计算。经验公式是建立在实验基础上的，并综合了影响切削力的各个因素例如车削外圆时，计算Fx的经验公式如下；

14、 Fz=CFzapxFzfyFxKFx 式中 Fz主切削力，单位为N； CFz与工件材料、刀具材料等有关的系数， ap切削深度，单位为mm； f进给量，单位为mm； xFZyFz-指数 KFz-切削条件不同时的修正系数。 经验公式中的系数和指数，可从有关资料(如“切削用量手册”等)中查出。例如用r。15，Kr75的硬质合金车刀，车削结构钢件外圆时，CFz1609，xFz1，yFz0.84。指数xFz比yFz大，说明切削深度ap对Fz的影响比进给量f对Fz的影响大 生产中常用单位切削力户来估算切削力的大小所谓单位切削力，就是切削单位切削面积(如lmm2)所需要的主切削力，单位为Nmm2 FzpA

15、cpapf计算出Fz的单位为N。p的数值可从有关资料中查得，表12列出几种常用材料的单位切削力若知道实际的切削深度ap和进给量f，便可利用上式估算出主切削力。2.切削功率 应是单位时间内3个切削分力消耗功率的总和但在车外圆时，如上所述，径向力Fy作功，轴向分力凡所消耗的功率很小，可忽略不计。因此，切削功率P。一般按下式计算：Pm(Fzv)1000 式中 Pm切削切串，单位为KW； Fz主切削力，单位为N；v切削速度，单位为ms。 三、切削热 在切削过程中，由于绝大部分的切削功都转变成热，所以有大量的热产生，这些热称为切削热切削热主要来潭于3个方面如图122所示 (1)切屑变形所产生的热，是切削

16、热的主要来源； (2)切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热，工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热。 随着刀具材料、工件材料、切削条件的不同，三个热源的发热量亦不相同。 切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围介质(如空气、冷却润滑液等)传出用高速钢车刀及与之相适应的切削速度切削钢料时，切削热传出的比例是：5086由切屑带走，4010传人工件，9一3传人刀具，l传人空气传人工件的热使工件温度升高而发生变形，影响加工精度特别是细长工件和薄壁工件更为显著传人刀具的热量虽然比例不大，但刀具体积小，因而温度高，加速了刀具的磨损 因此，在切削加工中应采取措施，减少切削热的产生和改善散热条件，以减少高温对刀具和工件的不良影响为了降低切削温度，减少摩擦和刀具磨损，提高生产