制造工藝裝備

第二章制造工藝裝備

ManufacturingProcessEquipment內容提要：◆金屬切削刀具（與砂輪）◆機床◆機床夾具2.1金屬切削刀具

Metalcuttingtools一.金屬切削加工的基本概念1.切削運動與切削用量為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須有相對運動，即切削運動。切削運動可分為主運動和進給運動,如P6圖2－1和圖2－2。切削用量

:是指切削速度Vc，進給量f(或進給速度Vf)和背吃刀量ap三者的總稱。切削運動主運動進給運動合成切削運動工件表面待加工表面已加工表面過渡表面⑴主運動:使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最基本運動。主運動通常是切削運動中速度最高、消耗功率最多的運動，且主運動只有一個。主運動的速度以Vc表示，稱作切削速度。當主運動為旋轉運動時，刀具或工件以最大直徑處的切削速度來計算，如下式：

式中n--主運動轉速（r/min）；

d--刀具或工件的最大直徑（mm）。若主運動為往復運動時，其平均速度為：式中nr--主運動每秒鐘往復次數（str/s）；

l--往復運動行程長度（mm）。進給運動：是指不斷地把切削層投入切削的運動。它的速度較低。進給運動可能是連續(xù)性的運動，也可能是間歇性的。進給運動有時僅有一個，但也可能有幾個。進給運動的速度用進給量f或進給速度vf表示。

進給速度vf的單位是mm/s或mm/min。進給量f分為：每轉或每行程進給量f單位是mm/r或mm/st。每齒進給量fz單位是mm/z。切削用量三要素

threeessentialfactorsofmachiningdata切削速度v進給量f背吃刀量ap①切削速度Vc(主運動速度）：刀具切削刃上選定點相對于工件主運動的速度，單位為m/min或m/s。

◆計算方法：由于切削刃上各點的切削速度可能是不同，計算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度。②進給量：在主運動每轉一轉或每一行程時，刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量，單位是mm/r(用于車削、鏜削等)或mm/行程(用于刨削、磨削等)?！鲞M給量表示進給運動的速度。◆計算方法：進給運動速度還可以用進給速度Vf（mm/min)或每齒進給量fz(用于銑刀、鉸刀等多刃刀具，mm/齒)表示。

Vf=nf=nzfz

其中：n—主運動的轉速，(mm/s)；

z—刀齒齒數。

③背吃刀刀量（（切削削深度度）ap：在垂直直于主主運動動方向向和進進給方方向的的工作作平面面內測測量的的刀具具切削削刃與與工件件切削削表面面的接接觸長長度。?！粲嬎惴椒椒ǎ海簩τ谕馔鈭A車車削，，背吃吃刀量量為工工件上上已加加工表表面和和待加加工表表面間間的垂垂直距距離，，單位位為mm。ap=(dw-dm)/2其中：：dw—工件待待加工工表面面的直直徑，，(mm)；dm—工件已已加工工表面面的直直徑，，(mm)。2、切削削時的的工件件表面面◆在切切削過過程中中，工工件上上通常常存在在著三三個不斷變變化的切削削表面面。即即：（1）待加加工表表面:工件上上即將將被切切除的的表面面．（2）已加加工表表面：：工件上上已切去去切削削層而形成成的新表面面．（3）過渡渡表面面(加工表表面)：工件件上正被刀刀具切切削著的表表面，，介于于已加加工表表面和和待加加工表表面之之間。。切削層層參數數Cutparameter■切削層層公稱稱厚度度hD■切削層層公稱稱寬度度bd■切削削層公公稱橫橫截面面積AD=hDbD=fap▲切削層層：在切削削過程程中，，刀具具的切切削刃刃在一一次走走刀(feed)中從工工件待待加工工表面面切下下的金金屬層層。①切削層層公稱稱厚度度ac（hD）在過渡渡表面面法線線方向向測量量的切切削層層尺寸寸，即即相鄰鄰兩過過渡表表面之之間的的距離離。ac反映了了切削削刃單單位長長度上上的切切削負負荷。。由圖圖得：：ac=fsinkr其中：：ac—切削層層公稱稱厚度度，(mm)；f—進給量量，(mm/r）；kr—車刀刀主主偏偏角角，，(。)。②切切削削層層公公稱稱寬寬度度aw(bD)沿過過渡渡表表面面測測量量的的切切削削層層尺尺寸寸。。aw反映映了了切切削削刃刃參參加加切切削削的的工工作作長長度度。。由由圖圖得得：：aw=ap/sinkr其中中：：aw—切削削層層公公稱稱寬寬度度，，(mm)。③切切削削層層公公稱稱橫橫截截面面積積Ac(AD)切削削層層公公稱稱厚厚度度與與切切削削層層公公稱稱寬寬度度的的乘乘積積。。由圖圖得得：：Ac=acaw=fsinkrap/sinkr=fap其中中:Ac—切削削層層公公稱稱橫橫截截面面積積，，(mm2)。二、、刀刀具具角角度度（一一））刀刀具具切切削削部部分分的的組組成成前刀刀面面主后后刀刀面面副后后刀刀面面主切切削削刃刃副切切削削刃刃刀尖尖■定定義義：：（1）前前刀刀面面:切屑屑流流過過的的表表面面。。（2）主主后后刀刀面面:與工工件件上上過過渡渡表表面面相相對對的的表表面面。。（3）副副后后刀刀面面:與工工件件上上已已加加工工表表面面相相對對的的表表面面。。（4）主主切切削削刃刃:前刀刀面面與與主主后后刀刀面面的的交交線線。。它它完完成成主主要要的的切切削削工工作作。。（5）副副切切削削刃刃:前刀刀面面與與主主后后刀刀面面的的交交線線。。它它配配合合主主切切削削刃刃完完成成切切削削工工作作，，并并最最終終形形成成已已加加工工表表面面。。（6）刀刀尖尖:主切切削削刃刃和和副副切切削削刃刃連連接接處處的的一一段段刀刀刃刃。。它它可可以以是是小小的的直直線線段段或或圓圓弧弧。。車刀刀演演變變——其其他他刀刀具具（二二））確確定定刀刀具具角角度度的的參參考考平平面面■刀具具標標注注角角度度參參考考系系:①基基面面Pr②切削削平平面面Ps③正交交平平面面P0①②②③③組成成標標注注刀刀具具角角度度的的正交交平平面面參參考考系系。（1）基基面面Pr:通過主主切切削削刃刃上某某一一選選定定點點并并與與該該點點切削削速速度度方方向向相相垂垂直直的的平面面。。（2）切切削削平平面面Ps:通過過主主切切削削刃刃上某某一一選選定定點點，，與主主切切削削刃刃相相切切，且且垂直直于于該該點點基基面面的平平面面。。（3）正正交交平平面面Po:通過過主主切切削削刃刃上某某一一點點并并與主主切切削削刃刃在基基面面上上的的投投影影相相垂直直的平平面面。。（三三））刀刀具具的的標標注注角角度度◆刀具具的的標標注注角角度度：：是制造造和刃磨磨刀刀具具所需需要要的的，，并并在在刀具具設設計計圖圖上上予以以標標注注的的角角度度。。刀具具的的標標注注角角度度主主要要有有五五個個，，以以車車刀刀為為例例，，表表示示了了幾幾個個角角度度的的定定義義。。⑴前角角:在正正交交平平面面內內測測量量的的前刀刀面面與與基基面面之間間的的夾夾角角。?！羟扒敖墙潜肀硎臼厩扒暗兜睹婷娴牡膬A傾斜斜程程度度◆有有正正、、負負和和零零值值之之分分，，其其符符號號規(guī)規(guī)定定如如圖圖所所示示。。⑵后角角:在正交交平平面面內測測量量的的主后后刀刀面面與與切切削削平平面面之間間的的夾夾角角。?！艉蠛蠼墙潜肀硎臼局髦骱蠛蟮兜睹婷娴牡膬A傾斜斜程程度度◆后后角角一一般般為為正正值值。。⑶主主偏偏角角：：在基面面內測測量量的的主切切削削刃刃在基基面面上上的投投影影與與進進給給運運動動方方向向的的夾夾角角。◆主偏偏角角一一般般為為正正值值。。⑷副副偏偏角角：：在基面面內測測量量的的副切切削削刃刃在基基面面上上的的投影影與與進進給給運運動動反反方方向向的夾夾角角。?！舾逼墙且灰话惆銥闉檎抵?。。⑸刃刃傾傾角角λs：在切削削平平面面內測測量量的的主切切削削刃刃與與基基面面之間間的的夾夾角角。。當主主切切削削刃刃呈呈水水平平時時，，λs=0；刀刀尖尖為為主主切切削削刃刃最最低低點點時時，，λs＜0；刀刀尖尖為為主主切切削削刃刃上上最最高高點點是是，，λs＞0，如如圖圖示示。。刀具具標標注注角角度度歸歸納納前角角γo：：前刀刀面面——基基面面（（正正交交平平面面內內））后角角αo：：主后后刀刀面面——切切削削平平面面（（正正交交平平面面內內））主偏偏角角κr：：主刃刃投投影影——假假定定進進給給方方向向（（基基面面內內））副偏偏角角κr′′：：副刃刃投投影影－－進進給給反反方方向向（（基基面面內內））刃傾傾角角λs：：主刃刃——基基面面（（切切削削平平面面內內））（四四））刀刀具具的的工工作作角角度度◆提提出出背背景景：：在在實實際際的的切切削削加加工工中中，，由由于于刀具具安安裝裝位位置置和進給給運運動動的影影響響，，上上述述標標注注角角度度會會發(fā)發(fā)生生一一定定的的變變化化。。◆角角度度變變化化的的根本本原原因因：：是切切削削平平面面、、基基面面和和正正交交平平面面位置置的的改改變變?！舳x義：：以切切削削過過程程中中實實際際的的切切削削平平面面、、基基面面和和正正交交平平面面為為參參考考平平面面所所確確定定的的刀刀具具角角度度稱稱為為刀刀具具的的工工作作角角度度，，又稱稱實實際際角角度度。1.橫向向進進給給運運動動對對工工作作角角度度的的影影響響Pre和Pse均相相對對于于Pr和Ps轉動動了了一一個個μ角。。使使刀刀具具的的工工作作前前角角、、工工作作后后角角變變?yōu)闉椋海害淌侵髦鬟\運動動方方向向與與合合成成切切削削速速度度方方向向間間的的夾夾角角。。式中中：：f－進進給給量量，，即即工工件件每每轉轉一一周周，，車車刀刀沿沿進進給給方方向向移移動動的的距距離（（mm/r）；；dw–工件件瞬瞬時時加加工工直直徑徑（（mm）。。切斷斷刀刀加加工工分析析：：（1）μ值隨隨著著切切削削刃刃趨趨近近工工件件中中心心而而增增大大。。（2）當當直直徑徑很很小小時時，，μ值會會急急劇劇變變大大，，可可能能使使工工作作后后角角變變?yōu)闉樨撠撝抵担?，此此時時工工件件常常常常被被擠擠斷斷。。切削削平平面面Ps垂直直于刀刀柄柄底底面面、、基基面Pr平行行于于刀刀柄柄底面面，，正正交交平平面面Po中標標注注角角度度有γo及αo，在進進給給剖剖面面中中分分別為為γ0ｅ及α0e。2．縱縱向進進給給運運動動對對工工作作角角度度的的影影響響切外圓圓車車刀刀的的工工作作角角度度(假設設λs=0°°)考慮慮進進給給運運動動后后，，在在進進給給剖剖面面內內，，合合成成切切削削運運動動速速度度ve方向向相相對對于于主運運動動vｃ方向向轉轉動動了了一一個個μｆ角；；因因而而，，工工作作基基面面Pre、工工作作切切削削平平面Pse也相相對對于于Pr、Ps面轉轉過過了了同同樣樣的的μｆ角。。于于是是Pre、Pse和Poe構成了工工作坐標標系，則則正交平平面內的的工作角角度為:而在進給給剖面（（平行于于進給方方向且垂垂直于基基面的平平面）中中，根據螺旋線線展開后后的關系系，可得得：將其換算算到正交交平面內內得到：：分析：（1）μ值不僅與與進給量量f有關，也也與加工工直徑dw有關。（2）在車削削螺紋或或蝸桿，，尤其是是導程大大的多頭頭螺紋時時，μf值很大。。為此，對對于右旋旋工件應應將螺紋紋刀左切切削刃的的后角磨磨得大一一些；而而右切削削刃的后后角磨得得小一些些。以車刀車車外圓為為例，若若不考慮慮進給運運動，當當刀尖安安裝得高高于或低低于工件件軸線時時，將引引起工作作前角γoe和工作后后角αoe的變化,如下圖示示。3、刀具安安裝高度度對工作作角度的的影響工作角度度為：ｈ－刀尖尖高于或或低于工工件軸線線的距離離（ｍｍｍ）4、車刀安裝裝偏斜對對工作角角度的影影響當車刀刀刀桿的縱縱向軸線線與進給給方向不不垂直時時，將會會引起工工作主偏偏角κre和工作副副偏角κre，的變化,如下圖示示。工作角度度為：三、刀具具材料materialofcuttingtool◆與刀具具切削性性能的好好壞有關關◆加工時時要承受受高溫高高壓、強強烈的摩摩擦，沖沖擊和振振動?！舻毒卟牧狭蠎邆鋫涞男阅苣?1)高高的硬度度

：比比工件高高，>HRC60(2)高高的耐磨磨性：耐耐用度(3)足足夠的強強度和韌韌性：不不崩刃，，不斷(4)高高的耐熱熱性（熱熱穩(wěn)定性性）：高高溫時可可以加工工(5)良良好的熱熱物理性性能和耐耐熱沖擊擊性能(6)良良好的工工藝性能能：刀具具制造成成本低常用刀具具材料typicalmaterialsofcuttingtools刀具材料料有碳素素工具鋼鋼、合金金工具鋼鋼、高速速鋼、硬硬質合金金、陶瓷瓷、金剛剛石、立立方炭化化硼等高速鋼-含有較多多鎢、鉬鉬、烙、、釩等元元素的高高合金工工具鋼較高的硬硬度（熱熱處理硬硬度達HRC62—67）和耐熱性性（切削削溫度可可達550—600oo）切速比碳碳素工具具鋼和合合金工具具鋼高1—3倍倍（因此此而得名名），刀刀具耐用用度高10—40倍，，甚至更更多可以加工工從有色色金屬到到高溫合合金的范范圍廣泛泛的材料料制造工藝藝簡單，，能鍛造造，容易易磨出鋒鋒利的刀刀刃在復雜刀刀具（鉆鉆頭、絲絲錐、成成形刀具具、拉刀刀、齒輪輪刀具等等）的制制造中占占有重要要地位。。用途分：：通用型型高速鋼鋼和高性性能高速速鋼制造工藝藝分：熔熔煉高速速鋼和粉粉末冶金金高速鋼鋼硬質合金金hardalloy/hardmetal/carbide用高耐熱熱性和高高耐磨性性的金屬碳化化物（碳化鎢，，碳化鈦鈦，碳化化鉭，碳碳化鈮等等）與金屬粘結結劑（鈷，鎳鎳，鉬等等）在高溫下燒燒結而成的粉粉末冶金金制品。。硬度：HRA89-93，能耐850-1000oC的高溫，，良好的的耐磨性性，切速速可達100~300m/min，，可加工包包括淬硬硬鋼在內內的多種種材料，，廣泛應用用硬質合金金的抗彎彎強度低低，沖擊擊韌性差差，不鋒鋒利，較較難加工工，不易易做成形形狀復雜雜的整體體刀具常用的硬硬質合金金有鎢鈷鈷類（YG類），鎢鎢鈦鈷類類（YT類）和通通用硬質質合金（（YW類）3類類。涂層刀具具和其它它刀具材材料coatedcuttingtoolsandothermaterials涂層刀具具：耐磨性高高的難熔熔金屬化化合物：：炭化鈦鈦、氮化化鈦、氧氧化鋁耐用度至至少可提提高1——3倍（（刀片）），或2—10倍（高高速鋼））。加工工材料的的硬度愈愈高，效效果愈好好。陶瓷材料料：以氧化鋁鋁為主要要成分，，經壓制制而成在1200°C時可保持持HRA80的硬度可以用于于高速切切削的場場合;不足:強度差,對工藝系系統(tǒng)的剛剛性要求求比較高高.涂層刀具具和其它它刀具材材料coatedcuttingtoolsandothermaterials人造金剛剛石：在高溫高高壓下由由石墨轉轉化而成成極高的硬硬度（顯顯微硬度度可達HV10000）和耐磨性，摩摩擦系數小，，切削刃非常常鋒利。很高高的加工表面面質量熱穩(wěn)定性較差差（不得超過過700～800℃），，與鐵元素的的化學親和力力很強，不宜宜加工鋼鐵件件。加工硬質質合金硬度熱穩(wěn)定性性很高（可達達1300——1400°°C）立方氮化硼：：由六方氮化硼硼在高溫高壓壓下轉變而成成最大的優(yōu)點：：在高溫（1200—1300°C）時也不易與鐵鐵族金屬起反反應。最大的不足:貴四、刀具角度度的選擇selectionofcuttingtoolangle1.選擇前角角gO2.選擇后角αo3.選擇主偏角κr和副偏角κ′r4.選擇刃傾角lsNote:刀具各角度之之間是相互聯(lián)聯(lián)系，相互影影響的，孤立立地選擇某一一角度并不能能得到所希望望的合理值。。選擇前角selectionofrakeangel影響對切削的難易易程度影響很很大。↖前前角，使刀刃刃變得鋒利，，使切削更輕輕快，切屑變變形↘，切削削力和切削功功率↘↖前角，刀刃刃和刀尖強度度↘，散熱熱體積↘，，影響刀具壽壽命。對表面面粗糙度，排排、斷屑等有有一定的影響響。選擇依據：工工件材料、刀刀具材料、加加工要求工件強度、硬硬度較低時，，取較大的前前角，反之取取較小的前角角；加工塑性性材料（如鋼鋼）選較大的的前角，脆性性材料（如鑄鑄鐵）選較小小的前角。刀具材料韌性性好（如高速速鋼），前角角可選得大些些，反之（如如硬質合金））則前角應選選得小一些。。粗加工時，特特別是斷續(xù)切切削時，應選選用較小的前前角，精加工工時應選用較較大前角。經驗值：硬質合金車刀刀的前角γ0在－5°～＋＋20°范圍圍內選，高速速鋼刀具的前前角應比硬質質合金刀具大大5°～10°，而陶瓷瓷刀具的前角角一般?。?°～15°。選擇后角selectionofbackangle影響：主要是后刀面面與工件摩擦擦（磨損后刀刀面）；刀具具耐用度；加加工表面質量量選擇依據：①↗切削厚厚度（或進給給量），↘↘αo②工件材料軟（（塑性大），，↗αo③工藝系統(tǒng)剛性性差，↘αo選擇主偏角和和副偏角selectionofenteringangleandfrontreliefangle影響：刀具耐用度;加工的表面面粗糙度選擇依據：κr，κ′r↘，則改善散熱熱條件，耐用用度↗。①增大κr，背向力↘，利于減小工工藝系統(tǒng)的彈彈性變形和振振動。故車細細長軸，取κr＝90o~93O，相反，剛度越越好（短粗）），選小值（（30o～45o)②粗加工，κ′r取大值，精加加工取小值。。一般5o～15o選擇刃傾角cuttingedgeinclination影響：刀頭強度；切切屑流動的方方向(正角度度，流向待加加工表面）。選擇依據：工件材料；負負荷狀況；精精度要求①一般鋼材和和鑄鐵，無沖沖擊，粗車，，ls＝0o～－5o;精車，ls＝0o～＋5o有沖擊，ls＝－5o～－15o；沖擊特別大時時，ls＝－30o～－45o②高強度鋼、冷冷硬鋼，取ls＝－30o～－10o，目的是提高刀刀頭強度。9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December8,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。09:55:3509:55:3509:5512/8/20229:55:35AM11、以我我獨沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2209:55:3509:55Dec-2208-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。09:55:3509:55:3509:55Thursday,December8,202213、乍見見翻疑疑夢，，相悲悲各問問年。。。12月月-2212月月-2209:55:3509:55:35December8,202214、他他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生生白白發(fā)發(fā)，，舊舊國國見見青青山山。。。。08十十二二月月20229:55:35上上午午09:55:3512月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:55上上午午12月月-2209:55December8,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/89:55:3509:55:3508December202217、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點的的射線線向前前。。。9:55:36上上午9:55上上午午09:55:3612月月-229、沒有失失敗，只只有暫時時停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December8,202210、很多事情情努力了未未必有結果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。09:55:3609:55:3609:5512/8/20229:55:36AM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2209:55:3609:55Dec-2208-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。09:55:3609:55:3609:55Thursday,December8,202213、不知香積寺寺，數里入云云峰。。12月-2212月-2209