金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí)概述課件

第9章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)

一、設(shè)計(jì)目的了解最基本的金屬切削加工方法，了解切削的基本概念、金屬切削性能，全面掌握金屬切削加工藝知識(shí)。二、設(shè)計(jì)條件給出減速器軸類(lèi)零件圖及其性能要求，進(jìn)行軸類(lèi)零件工藝的制定及其制造過(guò)程設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（1）根據(jù)減速器軸類(lèi)零件圖及性能要求，分析零件，確定軸類(lèi)零件工藝方法。（2）在掌握各金屬切削方法中，進(jìn)行典型軸類(lèi)零件設(shè)計(jì)。（3）掌握一般軸類(lèi)零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程。

9.1金屬切削加工方法選定說(shuō)明

第9章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)

一、設(shè)計(jì)目的

一、切削運(yùn)動(dòng)切削加工時(shí),為了獲得各種形狀的零件,刀具與工件必須具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),即切削運(yùn)動(dòng)，切削運(yùn)動(dòng)按其所起的作用可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。二、工件表面切削加工過(guò)程中，在切削運(yùn)動(dòng)的作用下，工件表面一層金屬不斷地被切下來(lái)變?yōu)榍行迹瑥亩庸こ鏊枰男碌谋砻?，在新表面形成的過(guò)程中，工件上有三個(gè)依次變化著的表面，它們分別是待加工表面，切削表面和已加工表面。9.2切削運(yùn)動(dòng)

一、切削運(yùn)動(dòng)9.2切削運(yùn)動(dòng)

三、切削用量1．切削速度vc

2．進(jìn)給量f

3．

背吃刀量（切削深度）ap

dw－待加工表面直徑

dm－已加工表面直徑

三、切削用量

一、車(chē)刀的組成

1.刀面（1）前刀面Aγ：刀具上切屑流過(guò)的表面。（2）后刀面Aα：與工件上切削表面相對(duì)的刀面。（3）副后刀面Aα'：與已加工表面相對(duì)的刀面。9.3金屬切削刀具

9.3金屬切削刀具

2.切削刃（1）主切削刃S：前刀面與后刀面的交線，承擔(dān)主要的切削工作；（2）副切削刃S'：前刀面與副后刀面的交線，承擔(dān)少量的切削工作。（3）刀尖是主、副切削刃相交的一點(diǎn)，實(shí)際上該點(diǎn)不可能磨得很尖，而是由一段折線或微小圓弧組成，微小圓弧的半徑稱(chēng)為刀尖圓弧。

二、刀具幾何角度參考系1.刀具標(biāo)注角度參考系2.正交平面參考系

三、刀具標(biāo)注角度定義

1.在基面內(nèi)測(cè)量的角度（1）主偏角r：主切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角。（2）副偏角r’：副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向之間的夾角。（3）刀尖角r：主切削平面與副切削平面間的夾角。刀尖角的大小會(huì)影響刀具切削部分的強(qiáng)度和傳熱性能。

2.在主切削刃正交平面內(nèi)測(cè)量的角度（1）前角o：前刀面與基面間的夾角。當(dāng)前刀面與基面平行時(shí)，前角為零?；嬖谇暗睹嬉詢?nèi)，前角為負(fù)?；嬖谇暗睹嬉酝猓敖菫檎?。（2）后角o：后刀面與切削平面間的夾角。

（3）楔角o：前刀面與后刀面間的夾角。楔角的大小將影響切削部分截面的大小，決定著切削部分的強(qiáng)度，它與前角o和后角o的關(guān)系如下：

3.在切削平面內(nèi)（S向）測(cè)量的角度刃傾角s是主切削刃與基面間的夾角。刀尖處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正；刀尖處于最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)；切削刃平行于底面時(shí)，刃傾角為零，4.在副切削刃正交平面內(nèi)（O′-O′）測(cè)量的角度副后角o是副后刀面與副切削刃切削平面間的夾角。

四、切削層參數(shù)

切削層是刀具切削部分切過(guò)工件的一個(gè)單程所切除的工件材料層。切削層參數(shù)就是指這個(gè)切削層的截面尺寸。1.切削層公稱(chēng)厚度hD

簡(jiǎn)稱(chēng)切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削層尺寸。

hD＝fsinκr2.切削層公稱(chēng)寬度bD

簡(jiǎn)稱(chēng)切削寬度，是沿切削表面度量的切削層尺寸。bD＝aP/sinκr

3.切削層公稱(chēng)橫截面積AD

AD＝hD.bD＝f.aP

五、刀具材料在切削加工時(shí)，刀具切削部分與切屑、工件相互接觸的表面上承受了很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，刀具在高溫下進(jìn)行切削的同時(shí)，還承受著切削力、沖擊和振動(dòng)，因此要求刀具切削部分的材料應(yīng)具備以下基本條件：1.高硬度2.耐磨性3.強(qiáng)度和韌性4.耐熱性5.工藝性刀具材料種類(lèi)很多，常用的有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼等。

五、刀具材料

金屬切削過(guò)程是指工件上一層多余的金屬被刀具切除的過(guò)程和已加工表面的形成的過(guò)程。一、切屑的形成過(guò)程

工件上的被切削層在刀具的擠壓作用下，沿切削刃附近的金屬首先產(chǎn)生彈性變形，接著由剪應(yīng)力引起的應(yīng)力達(dá)到金屬材料的屈服極限以后，切削層金屬便沿傾斜的剪切面變形區(qū)示意圖滑移，產(chǎn)生塑性變形，然后在沿前刀面流出去的過(guò)程中，受摩擦力作用再次發(fā)生滑移變形，最后形成切屑。

9.4金屬切削過(guò)程

9.4金屬切削過(guò)程

二、第Ⅰ變形區(qū)

在一般的切削速度范圍內(nèi)，第一變形區(qū)的寬度大約為0.02~0.2mm，速度越高，寬度越小。由于工件材料和切削條件的不同，切屑過(guò)程中的變形情況也不同，因而產(chǎn)生的切屑形狀也不同，從變形的觀點(diǎn)來(lái)看，可將切屑的形狀分為四種類(lèi)型如圖所示。1.切屑的類(lèi)型帶狀切屑擠裂切屑粒狀切屑崩碎切屑

帶狀切屑擠裂切屑粒

2.變形系數(shù)切削過(guò)程中，變形量的大小計(jì)算很復(fù)雜，所以在研究切削變形規(guī)律時(shí)，通常用剪應(yīng)變?chǔ)舝或變形系數(shù)Λh來(lái)衡量切削變形的程度，剪應(yīng)變是指切削層在剪切面上的滑移量；

三、第Ⅱ變形區(qū)1.摩擦系數(shù)2.積屑瘤3.焊縫的內(nèi)部缺陷四、第Ⅲ變形區(qū)第Ⅲ變形區(qū)在刀具后刀面和已加工表面接觸的區(qū)域上，在分析第Ⅰ、第Ⅱ兩個(gè)變形區(qū)的情況時(shí)，假設(shè)刀具的切削刃是絕對(duì)鋒利的，實(shí)際上任何刀具的切削刃口都很難磨得絕對(duì)鋒利。

一、刀具的磨損形式1．前刀面磨損2.后刀面磨損后刀面與工件表面實(shí)際上接觸面積很小，所以接觸壓力很大，存在著彈性和塑性變形，因此，磨損就發(fā)生在這個(gè)接觸面上。3.前后刀面同時(shí)磨損9.5刀具磨損和刀具耐用度

9.5刀具磨損和刀具耐用度

二、刀具磨損的原因1.磨料磨損磨料磨損是由于工件材料中的雜質(zhì)、材料基體組織中的碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)刀具表面的刻劃作用而引起的機(jī)械磨損。2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金刀具在中等偏低切削速度時(shí)磨損的主要原因。3.擴(kuò)散磨損當(dāng)切削溫度很高時(shí)，刀具與工件材料中的某些化學(xué)元素能在固體下互相擴(kuò)散，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，削弱了刀具材料的性能，加速磨損進(jìn)程。

一、刀具磨損的原因1.磨料磨損磨料磨損是由于工件材料中的雜質(zhì)、材料基體組織中的碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)刀具表面的刻劃作用而引起的機(jī)械磨損。2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金刀具在中等偏低切削速度時(shí)磨損的主要原因。3.擴(kuò)散磨損當(dāng)切削溫度很高時(shí)，刀具與工件材料中的某些化學(xué)元素能在固體下互相擴(kuò)散，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，削弱了刀具材料的性能，加速磨損進(jìn)程。

4.氧化磨損當(dāng)切削溫度700~800℃時(shí)，空氣中的氧與硬質(zhì)合金中的鈷、碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用生成疏松脆弱的氧化物。這些氧化物容易被切屑和工件擦走，加速了刀具磨損。三、刀具的磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（l）初期磨損階段（2）正常磨損階段（3）急劇磨損階段

四、刀具壽命

刀具壽命反映了刀具磨損的快慢程度。刀具壽命長(zhǎng)表明刀具磨損速度慢；反之表明刀具磨損速度快。影響切削溫度和刀具磨損的因素都同樣影響刀具壽命。切削用量對(duì)刀具壽命的影響較為明顯，通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)可以得出vc、、ap對(duì)刀具壽命T的影響關(guān)系式：

一、刀具幾何參數(shù)的選擇

1．前角的選擇2.后角、副后角的選擇3.主偏角、副偏角的選擇4.刃傾角的選擇二、切削用量的選擇1.切削液的作用2.常用切削液的種類(lèi)與選用9.6典型零件加工方法選擇過(guò)程

9.6典型零件加工方法選擇過(guò)程

一、機(jī)床的分類(lèi)及型號(hào)機(jī)床的分類(lèi)機(jī)床型號(hào)的編制1）通用機(jī)床型號(hào)的表示方法9.7金屬切削機(jī)床介紹

9.7金屬切削機(jī)床介紹

二、機(jī)床傳動(dòng)的基本組成和傳動(dòng)原理圖1.機(jī)床傳動(dòng)的基本組成部分機(jī)床的傳動(dòng)必須具備以下的三個(gè)基本部分。（1）運(yùn)動(dòng)源（2）傳動(dòng)件（3）執(zhí)行件2.機(jī)床的傳動(dòng)鏈（1）外聯(lián)系傳動(dòng)鏈（2）內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈3.機(jī)床傳動(dòng)原理圖

三、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖和運(yùn)動(dòng)計(jì)算1.機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.傳動(dòng)路線表達(dá)式

3.主軸轉(zhuǎn)數(shù)級(jí)數(shù)計(jì)算4.運(yùn)動(dòng)計(jì)算四、工件表面成形方法與機(jī)床運(yùn)動(dòng)分析1.工件表面的類(lèi)型2.常見(jiàn)工件表面的成形方法五、工件表面成形方法與機(jī)床運(yùn)動(dòng)分析（1）表面成形運(yùn)動(dòng)（2）輔助運(yùn)動(dòng)

一、軸類(lèi)零件的特性及加工工藝分析1、軸精度類(lèi)零件的功用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求1)尺寸2)幾何形狀精度3)相互位置精度4)表面粗糙度2、軸類(lèi)零件的毛坯和材料1)軸類(lèi)零件的毛坯2)軸類(lèi)零件的材料3、軸類(lèi)零件的毛坯和材料1)軸類(lèi)零件典型工藝路線9.8軸類(lèi)零件加工工藝

9.8軸類(lèi)零件加工工藝

4.細(xì)長(zhǎng)軸加工工藝特點(diǎn)1）改進(jìn)工件的裝夾方法2）采用跟刀架3）采用反向進(jìn)給4）采用車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸的車(chē)刀二、軸類(lèi)零件加工工藝分析

第9章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)

一、設(shè)計(jì)目的了解最基本的金屬切削加工方法，了解切削的基本概念、金屬切削性能，全面掌握金屬切削加工藝知識(shí)。二、設(shè)計(jì)條件給出減速器軸類(lèi)零件圖及其性能要求，進(jìn)行軸類(lèi)零件工藝的制定及其制造過(guò)程設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（1）根據(jù)減速器軸類(lèi)零件圖及性能要求，分析零件，確定軸類(lèi)零件工藝方法。（2）在掌握各金屬切削方法中，進(jìn)行典型軸類(lèi)零件設(shè)計(jì)。（3）掌握一般軸類(lèi)零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程。

9.1金屬切削加工方法選定說(shuō)明

第9章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)

一、設(shè)計(jì)目的

一、切削運(yùn)動(dòng)切削加工時(shí),為了獲得各種形狀的零件,刀具與工件必須具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),即切削運(yùn)動(dòng)，切削運(yùn)動(dòng)按其所起的作用可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。二、工件表面切削加工過(guò)程中，在切削運(yùn)動(dòng)的作用下，工件表面一層金屬不斷地被切下來(lái)變?yōu)榍行?，從而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的過(guò)程中，工件上有三個(gè)依次變化著的表面，它們分別是待加工表面，切削表面和已加工表面。9.2切削運(yùn)動(dòng)

一、切削運(yùn)動(dòng)9.2切削運(yùn)動(dòng)

三、切削用量1．切削速度vc

2．進(jìn)給量f

3．

背吃刀量（切削深度）ap

dw－待加工表面直徑

dm－已加工表面直徑

三、切削用量

一、車(chē)刀的組成

1.刀面（1）前刀面Aγ：刀具上切屑流過(guò)的表面。（2）后刀面Aα：與工件上切削表面相對(duì)的刀面。（3）副后刀面Aα'：與已加工表面相對(duì)的刀面。9.3金屬切削刀具

9.3金屬切削刀具

2.切削刃（1）主切削刃S：前刀面與后刀面的交線，承擔(dān)主要的切削工作；（2）副切削刃S'：前刀面與副后刀面的交線，承擔(dān)少量的切削工作。（3）刀尖是主、副切削刃相交的一點(diǎn)，實(shí)際上該點(diǎn)不可能磨得很尖，而是由一段折線或微小圓弧組成，微小圓弧的半徑稱(chēng)為刀尖圓弧。

二、刀具幾何角度參考系1.刀具標(biāo)注角度參考系2.正交平面參考系

三、刀具標(biāo)注角度定義

1.在基面內(nèi)測(cè)量的角度（1）主偏角r：主切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角。（2）副偏角r’：副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向之間的夾角。（3）刀尖角r：主切削平面與副切削平面間的夾角。刀尖角的大小會(huì)影響刀具切削部分的強(qiáng)度和傳熱性能。

2.在主切削刃正交平面內(nèi)測(cè)量的角度（1）前角o：前刀面與基面間的夾角。當(dāng)前刀面與基面平行時(shí)，前角為零。基面在前刀面以內(nèi)，前角為負(fù)?；嬖谇暗睹嬉酝猓敖菫檎?。（2）后角o：后刀面與切削平面間的夾角。

（3）楔角o：前刀面與后刀面間的夾角。楔角的大小將影響切削部分截面的大小，決定著切削部分的強(qiáng)度，它與前角o和后角o的關(guān)系如下：

3.在切削平面內(nèi)（S向）測(cè)量的角度刃傾角s是主切削刃與基面間的夾角。刀尖處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正；刀尖處于最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)；切削刃平行于底面時(shí)，刃傾角為零，4.在副切削刃正交平面內(nèi)（O′-O′）測(cè)量的角度副后角o是副后刀面與副切削刃切削平面間的夾角。

四、切削層參數(shù)

切削層是刀具切削部分切過(guò)工件的一個(gè)單程所切除的工件材料層。切削層參數(shù)就是指這個(gè)切削層的截面尺寸。1.切削層公稱(chēng)厚度hD

簡(jiǎn)稱(chēng)切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削層尺寸。

hD＝fsinκr2.切削層公稱(chēng)寬度bD

簡(jiǎn)稱(chēng)切削寬度，是沿切削表面度量的切削層尺寸。bD＝aP/sinκr

3.切削層公稱(chēng)橫截面積AD

AD＝hD.bD＝f.aP

五、刀具材料在切削加工時(shí)，刀具切削部分與切屑、工件相互接觸的表面上承受了很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，刀具在高溫下進(jìn)行切削的同時(shí)，還承受著切削力、沖擊和振動(dòng)，因此要求刀具切削部分的材料應(yīng)具備以下基本條件：1.高硬度2.耐磨性3.強(qiáng)度和韌性4.耐熱性5.工藝性刀具材料種類(lèi)很多，常用的有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼等。

五、刀具材料

金屬切削過(guò)程是指工件上一層多余的金屬被刀具切除的過(guò)程和已加工表面的形成的過(guò)程。一、切屑的形成過(guò)程

工件上的被切削層在刀具的擠壓作用下，沿切削刃附近的金屬首先產(chǎn)生彈性變形，接著由剪應(yīng)力引起的應(yīng)力達(dá)到金屬材料的屈服極限以后，切削層金屬便沿傾斜的剪切面變形區(qū)示意圖滑移，產(chǎn)生塑性變形，然后在沿前刀面流出去的過(guò)程中，受摩擦力作用再次發(fā)生滑移變形，最后形成切屑。

9.4金屬切削過(guò)程

9.4金屬切削過(guò)程

二、第Ⅰ變形區(qū)

在一般的切削速度范圍內(nèi)，第一變形區(qū)的寬度大約為0.02~0.2mm，速度越高，寬度越小。由于工件材料和切削條件的不同，切屑過(guò)程中的變形情況也不同，因而產(chǎn)生的切屑形狀也不同，從變形的觀點(diǎn)來(lái)看，可將切屑的形狀分為四種類(lèi)型如圖所示。1.切屑的類(lèi)型帶狀切屑擠裂切屑粒狀切屑崩碎切屑

帶狀切屑擠裂切屑粒

2.變形系數(shù)切削過(guò)程中，變形量的大小計(jì)算很復(fù)雜，所以在研究切削變形規(guī)律時(shí)，通常用剪應(yīng)變?chǔ)舝或變形系數(shù)Λh來(lái)衡量切削變形的程度，剪應(yīng)變是指切削層在剪切面上的滑移量；

三、第Ⅱ變形區(qū)1.摩擦系數(shù)2.積屑瘤3.焊縫的內(nèi)部缺陷四、第Ⅲ變形區(qū)第Ⅲ變形區(qū)在刀具后刀面和已加工表面接觸的區(qū)域上，在分析第Ⅰ、第Ⅱ兩個(gè)變形區(qū)的情況時(shí)，假設(shè)刀具的切削刃是絕對(duì)鋒利的，實(shí)際上任何刀具的切削刃口都很難磨得絕對(duì)鋒利。

一、刀具的磨損形式1．前刀面磨損2.后刀面磨損后刀面與工件表面實(shí)際上接觸面積很小，所以接觸壓力很大，存在著彈性和塑性變形，因此，磨損就發(fā)生在這個(gè)接觸面上。3.前后刀面同時(shí)磨損9.5刀具磨損和刀具耐用度

9.5刀具磨損和刀具耐用度

二、刀具磨損的原因1.磨料磨損磨料磨損是由于工件材料中的雜質(zhì)、材料基體組織中的碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)刀具表面的刻劃作用而引起的機(jī)械磨損。2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金刀具在中等偏低切削速度時(shí)磨損的主要原因。3.擴(kuò)散磨損當(dāng)切削溫度很高時(shí)，刀具與工件材料中的某些化學(xué)元素能在固體下互相擴(kuò)散，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，削弱了刀具材料的性能，加速磨損進(jìn)程。

一、刀具磨損的原因1.磨料磨損磨料磨損是由于工件材料中的雜質(zhì)、材料基體組織中的碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)刀具表面的刻劃作用而引起的機(jī)械磨損。2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金刀具在中等偏低切削速度時(shí)磨損的主要原因。3.擴(kuò)散磨損當(dāng)切削溫度很高時(shí)，刀具與工件材料中的某些化學(xué)元素能在固體下互相擴(kuò)散，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，削弱了刀具材料的性能，加速磨損進(jìn)程。

4.氧化磨損當(dāng)切削溫度700~800℃時(shí)，空氣中的氧與硬質(zhì)合金中的鈷、碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用生成疏松脆弱的氧化物。這些氧化物容易被切屑和工件擦走，加速了刀具磨損。三、刀具的磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（l）初期磨損階段（2）正常磨損階段（3）急劇磨損階段

四、刀具壽命

刀具壽命反映了刀具磨損的快慢程度。刀具壽命長(zhǎng)表明刀具磨損速度慢；反之表明刀具磨損速