機械加工技術課件.ppt

1、機械加工技術,第二章 金屬切削的基本知識,切削運動和切削要素,切削變形及對加工表面的影響,切削力來源與分解,切削熱與切削溫度,切削液,第一節(jié) 切削運動和切削要素,一、切削運動 是指在切削過程中刀具與工件之間的相對運動，它包括主運動和進給運動。,車削、銑削、刨削、鉆削、磨削、齒形加工,1、主運動,是指由機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，從而使刀具前面接近工件。 特點： 速度最高、消耗的功率最大，是提供切削可能性的運動。,2、進給運動,是指由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對運動，加上主運動，即可不斷地或連續(xù)地切削，并得出具有所需幾何特性的已加工表面。

2、,3、主運動和進給運動機床中的分配,一般情況下，主運動只有一個，而進給運動可能有一個或幾個。 主運動和進給運動可以由刀具和工件分別完成，也可以由刀具單獨完成；這兩種運動可同時進行，也可以交替進行。,車削加工中的主運動和進給運動,工件的轉(zhuǎn)動 為主運動方向,工件,刀具的移動為進給運動方向,刀具,銑削加工的主運動和進給運動,刀具的旋轉(zhuǎn)為主運動,工件的移運動為進給運動,鉆削加工的主運動和進給運動,工件,鉆頭,鉆頭的轉(zhuǎn)動為主運動,4、在加工過程中，工件上形成不斷變化的三個表面,（1）待加工表面：工件上有待切除的表面 （2）已加工表面：工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面 （3）過渡表面： 工件上由切削刃形成的那

3、部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一轉(zhuǎn)里被切除，或者由下一切削刃切除。,車削加工形成的三個不斷變化的表面,已加工表面,待加工表面,過渡表面,車刀,工件,鉆削加工形成的三個表面,待加工表面,已加工表面,過渡表面,二、切削要素,切削要素包括： 切削用量 切削層橫截面要素,1.切削用量,切削用量包括： 切削速度 進給量 背吃刀量 三個要素。 作用：對切削加工的生產(chǎn)率和加工質(zhì)量有著顯著的影響，應予以重視。,（1）切削速度,指切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。 表示符號：VC 單 位：m/s,(米/秒),當主運動是旋轉(zhuǎn)運動時，切削速度可按下式計算：,主轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與切削速度成正比，與刀具直徑

4、成反比。 為了提高生產(chǎn)效率，我們常常提高切削速度， （1）當?shù)毒咭赃x定，改變切削速度時主軸轉(zhuǎn)速度也需要跟著相應的改變 （2）主軸轉(zhuǎn)數(shù)不變，刀具直徑越大，切削速度越高。,從以上的各關系式中我們不難看出，為了使工件的加工達到一定好的加工效果，刀具、切削速度及主軸轉(zhuǎn)速是切削過程的幾個基本要素，也就是我們常說的切削三要素，他們之間的配合關系與工件的加工精度，刀具的使用壽命及機床的使用壽命都起著及其重要的作用。,（2）進給量,工件或刀具每轉(zhuǎn)一周, 刀具在進給方向上相對工件的位移量稱為每轉(zhuǎn)進給量, 簡稱進給量, 表示符號： f 單位：mm/r或mm/行程。,進給速度,單位時間內(nèi)刀具在進給運動方向上相對工件

5、的位移量, 稱為進給速度, 用 表示, 單位為 mm/min 表示符號：f 單位：mm/min,f=f n (mm/min),當主運動為旋轉(zhuǎn)運動時, 進給量f與進給速度f之間的關系為:,（3）背吃刀量,指在通過切削刃基點并垂直于工作平面的方向上測量的吃刀量。 表示符號用：ap ， 單 位：mm。,如車外圓、鏜孔、擴孔、鉸孔時，計算式： ap=(dw-dm)/2 dm工件已加工表面的直徑，mm dw工件待加工表面的直徑或刀具的最大直徑，mm。,對于鉆削加工時： ap=dm/2,選擇切削用量的基本原則：,一、盡量選擇較大的背吃刀量 二、在工藝裝備和技術條件允許的情況下選擇最大的進給量 三、根據(jù)刀具

6、耐用度確定合理的切削速度,2、切削層橫截面要素,切削層： 指刀具與工件相對移動一個進給量時，相鄰兩個過渡表面之間的部分。 切削層橫截面： 切削層的軸向剖面。 切削層橫截面要素： 切削寬度、切削厚度和切削面積三個要素。,（1）切削寬度,是指刀具切削刃與工件的接觸長度。 表示符號：aw ; 單位：mm。 若車刀主偏角為kr ，則aw為：,（2）切削厚度,指刀具或工件每移動一個進給量時，刀具切削刃相鄰的兩個位置之間的距離。 表示符號：ac; 單位：mm 。 當車削外圓時： ac=fsinkr,（3）切削面積,指切削層橫截面的面積。 表示符號：ac; 單位：mm2。 計算式： ac=fap=acaw,

7、車削外圓時的切削層要素,車削外圓時的切削層要素,第二節(jié) 切削對加工表面的影響,教學目的： 通過本次課程了解切削對加工表面的粗糙度及表層材質(zhì)的影響及減少其影響的措施。,教學內(nèi)容： 經(jīng)切削加工后，零件的已加工表面存在著一些缺陷，這些缺陷主要是以下幾種： 1、幾何形狀誤差 2、在一定深度的表層內(nèi)，金屬的晶粒組織發(fā)生嚴重的畸變，理化性能可能發(fā)生變化。,加工變質(zhì)層： 在加工的過程中，產(chǎn)生的各種缺陷的表面層通常稱為加工變質(zhì)層。 變質(zhì)層的厚度： 可能是幾微米到幾百微米之間。,加工變質(zhì)層對工件的影響,對零件的耐磨性、耐蝕性、疲勞強度、使用壽命等都有很大的影響。 特別是高溫、高速、重載條件下工作的零件其影響程度

8、最為顯著。,二、,由于切削條件和工件材料不同, 切削過程中生成的切屑形狀主要分為帶狀、節(jié)狀、粒狀和崩碎4種類型。,1. 帶狀切屑,帶狀切屑是連續(xù)不斷且呈帶狀, 內(nèi)表面是光滑的, 外表面是毛茸茸的，如左圖所示。 一般加工塑性金屬材料時, 當切削厚度較小、 切削速度較高、 刀具前角較大時, 往往得到這類切屑。,一、切屑的種類,2. 節(jié)狀切屑( 擠裂切屑),切屑的外表面呈鋸齒形, 內(nèi)表面有時有裂紋，如右圖所示。 這種切屑大多在加工較硬的塑性金屬材料且所用的切削速度較低、 切削厚度較大、 刀具前角較小的情況下產(chǎn)生。,3. 粒狀切屑(單元切屑),在切削塑性材料時, 如果被剪切面上的應力超過零件材料的強度

9、極限時, 裂紋擴展到整個面上, 切屑單元從被切材料上脫落, 形成粒狀切屑，如左圖所示。,加工金屬材料時, 當切削厚度較大, 切削速度較低、 刀具前角較小時, 易產(chǎn)生粒狀切屑。,4. 崩碎切屑,切削脆性材料時, 崩碎切屑的形狀不規(guī)則, 加工表面是凹凸不平的，如右圖所示。 崩碎切屑發(fā)生在加工脆性材料時( 如鑄鐵) , 零件材料越是硬脆, 刀具前角越小, 切削厚度越大時, 越易產(chǎn)生這類切屑。,前三種切屑是加工塑性金屬時常見的切屑類型, 可以隨切削條件變化而相互轉(zhuǎn)化。,二、切削對表面粗糙度的影響,1、殘余面積 殘余面積是在加工過程中，應切削而沒有被切削除去的剩余部分的軸向剖面的面積。,殘余面積,在車削

10、加工中，殘余面積的影響,在車削時，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具沿進給運動方向移動一個進給量f，也就是說刀尖在工件表面的運動軌跡是一條螺旋線，致使工件上始終有一個三角形區(qū)域殘存在工件的表面上，當f越大，三角形區(qū)域越大，反之，f越小，三角形區(qū)域就越小。 殘余面積一般以殘余高度即Ry的大小來表示。,2、積屑瘤,當摩擦阻力超過切屑內(nèi)部分子間的結合力時，一部分金屬停滯下來，常在刀具切削刃附近的前面上粘附上一塊很硬的金屬。這塊金屬稱為積屑瘤。,積屑瘤的特點,1、積屑瘤不穩(wěn)定，在切削時易脫落，粘附在工件的表面。 2、當積屑瘤穩(wěn)定時，代替刀刃進行切削，粗加工時對刀起保護作用。 3、積屑瘤的成分不同于刀具，也不同于工件，

11、硬度比較高。 缺點: 。,積屑瘤對工件的影響,1、積屑瘤的外形不規(guī)則，切削時將工件表面劃出深淺和寬窄不一的溝紋，可造成過切削量。 2、粘附在工件已加工表面形成鱗片狀毛刺。 以上原因均可增大表面粗糙度值。應引起我們的重視。,積屑瘤的防止方法,1、改變切削速度 2、改變刀具表面的光滑程度 3、改變工件的切削加工性能 4、應用切削液 5、應用刀具材料與工件材料的親合力較小的刀具,3、振動波紋,由于振動或其它原因使工件和刀具之間產(chǎn)生附加的相對位移，導致工件已加工表面出現(xiàn)周期性的縱橫向波紋，增大了表面粗糙度值。,振動或其它原因,振動的原因： 工藝系統(tǒng)剛度不足、切削力不穩(wěn)定。 其它原因： 產(chǎn)生的鱗刺、刀具

12、的邊界磨損、排屑不暢而劃傷工件已加工表面。,三、表層材質(zhì)的變化,1、加工硬化 加工硬化是指在切削過程中，工件已加工表面受刀刃和后面的擠壓和摩擦而產(chǎn)生塑性變形，使表層組織發(fā)生變化、硬化顯著提高的現(xiàn)象。 硬化層深度可以達到0.020.30mm。 表層硬度約為原工件材料的1.22倍左右。,加工硬化產(chǎn)生的原因,工件在加工的過程中，在工件的表面產(chǎn)生很大的塑性變形且溫度升高。 塑性變形產(chǎn)生晶格扭曲，晶粒長大、破碎，阻礙了表層金屬的進一步變形，使材料強化，硬度提高。 溫度的升高引起金屬的相變，可能提高其硬度也可能降低其硬度。 以上兩項條件的綜合作用的最終結果。,2.殘余應力,是指在沒有外力作用的條件下，物體

13、內(nèi)部保持平衡而存留的應力。,殘余應力產(chǎn)生原因,1、機械應力引起的塑性變形、 2、熱應力引起的塑性變形、 3、相變引起的體積變化。 以上三者的綜合作用決定殘余應力的性質(zhì)、大小、分布。,總結,綜上所述，要減小表面粗糙度值、加工硬化、殘余應力等不良影響，就必須減小殘余面積、積屑瘤、振動波紋、切削力、切削熱等。 可采取以下的方法：從刀具的材料、刀具角度、切削用量、工件材料、切削液等多方面著手，盡可能地減輕以上因素對工件已加工表面質(zhì)量的不良影響。,第三節(jié) 切削力,切削力： 切削力是切削時將刀具切入工件，使工件發(fā)生變形而成為切屑所需要的力，稱力切削力。 作用： 對機床、夾具、刀具的設計和使用，都有十分重要

14、的意義。,一、總切削力的來源,在切削過程中，被切層金屬產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，就有變形抗力作用在刀具上；切屑與刀具的摩擦，產(chǎn)生了摩擦阻力，這些力的綜合作用就產(chǎn)生了總切削力。,二、總切削力的分解,為了實際生產(chǎn)或作為設計機床、夾具和刀具的依據(jù)，通常將切削力分解為具有既定方向的三個分力：切削力、進給力、背向力。,1.切削力,是指總切削力在主運動方向上的正投影所產(chǎn)生的分力。（用Fc表示） 意義： 它消耗的功率最多，是計算機床動力、設備強度和剛度、刀具強度的基本依據(jù)。,2.進給力,是指總切削力在進給運動方向上的正投影上的分力。（用Fi表示） 意義： 它是設計和校驗走刀機構的主要依據(jù)。,3.背向力,是指總

15、切削力在垂直于進給運動方向上的分力。（用Fp表示） 意義： 是設計和校驗工藝系統(tǒng)剛度和精度的基本數(shù)據(jù)。 它作用在工藝系統(tǒng)剛度最薄弱的方向上，容易引起振動和形狀誤差。,切削力的分解,三、影響總切削力的因素,1.工件材料 2.刀具角度 3.切削用量 4.切削液,三、影響總切削力的因素,由以上分析可知：凡對切削過程中的變形和摩擦有影響的因素，都將對總切削力產(chǎn)生影響，其中主要是工件材料的力學性能、刀具的幾何角度、切削用量和切削液等因素。,四、切削分力和功率的估算,1.切削分力的估算 在生產(chǎn)實踐中，一般只采用下列公式來估算切削分力的大?。?車削鋼料時： FC=2000aPf 車削鑄鐵時： FC=1000

16、aPf,FC切削力，N; ap背吃刀量，mm; f進給量，mm/r.,四、切削分力和功率的估算,通常情況下， 取FP=0.4Fc ， Ff=0.25Fc 。,2.切削功率的估算,切削功率是各切削分力所消耗的功率的總和。 但在一般情況下，背向力不做功，進給力所消耗的功率很小，故切削功率常以下式計算：,Pm-切削功率，KW; VC-切削速度，m/s。,2.切削功率的估算,機床電機的功率PE為： 式中： m機床傳動效率，一般取0.750.85。,第四節(jié) 切削熱,切削熱： 是指在切削過程中，由變形抗力和摩擦阻力所消耗的能量而轉(zhuǎn)變的熱能。,一、切削熱的產(chǎn)生,切削熱主要產(chǎn)生于三個變形區(qū)： 1.切削層剪切滑

17、移變形區(qū)的彈性變形和塑性變形產(chǎn)生的熱 2.切屑塑性滑動變形區(qū)的切屑底層與刀具前面的劇烈摩擦產(chǎn)生的熱 3.工件彈性擠壓變形區(qū)的已加工表面與刀具后面擠壓和摩擦產(chǎn)生的熱,切削時的變形區(qū),二、切削熱的傳散,1.大部分的切削熱由切屑傳散 2.工件和刀具傳散 3.周圍介質(zhì)傳散 在傳散的過程中，傳散熱量的比例隨工件材料、刀具材料、切削用量、刀具角度及切削方式等加工條件的不同而各異。,在一般情況下， 切削塑性金屬時，切削熱主要來源于剪切滑移變形區(qū)和塑性滑動變形區(qū)； 切削脆性金屬時，切削熱主要來源于剪切滑移變形區(qū)和彈性擠壓變形區(qū)。,中等切削速度，無切削液車削鋼件時切削熱的傳遞比例,切屑為5086、 工件為104

18、0、 刀具為39、 空氣為1。,切削熱傳散產(chǎn)生的影響,切削熱傳散給切屑和周圍介質(zhì),對切削加工沒影響。,切削熱傳散給刀具,使刀具切削性能降低、磨損加快、 使用壽命縮短。,切削熱傳散給機床和夾具,會對工件加工精度產(chǎn)生不良影響。,切削熱傳散給工件,會使工件變形、表面燒傷,影響工件的 加工精度和表面質(zhì)量。,減少切削熱對加工質(zhì)量的不良影響的措施,1.減小工件金屬的變形抗力和摩擦阻力，降低功率消耗和減少切削熱 2.加速切削熱的傳散，以降低切削溫度,三、切削溫度,1.切削溫度的概念 是指刀具表面與切屑及工件接觸處的平均溫度。,切削區(qū)部位的溫度,1.切削塑性金屬時，刀具前面靠近刀尖和主切削刃處溫度最高 2.切

19、削脆性金屬時，靠近刀尖后面上的溫度最高,切削溫度的判斷,切削溫度可以測量得到，但實際生產(chǎn)中，常常憑經(jīng)驗目測切屑的顏色來判斷切削溫度。不同的切屑顏色其溫度高低也不一樣。 銀白色：200C左右 深藍色：600C左右 即切屑顏色越深，切削溫度就越高。,2.影響切削溫度的因素,影響 因素,工件 材料,刀具角度,切削液,切削用量,1.工件材料,在工件材料的各種物理及力學性能中，對切削溫度影響最大的是強度、硬度和導熱系數(shù)。 工件材料的強度、硬度高，切削力大，切削過程中消耗的能量就多，轉(zhuǎn)換成的熱量也愈多，故切削溫度高。 材料的導熱系數(shù)小，導熱性就差，由工件和切屑傳散的熱量就少，切削溫度就越高。,2.切削用量

20、,增大切削用量，必然使單位時間內(nèi)金屬的切除量增多，消耗的能量就多，切削溫度勢必升高。 在切削用量三要素中，切削速度對切削溫度的影響最大，其次是進給量，背吃刀量影響最小。,3.刀具角度,在刀具幾何角度中，前角和主偏角對切削溫度的影響較大。 此外，刀具磨鈍后繼續(xù)切削，會增大變形抗力和摩擦阻力，將使切削溫度迅速升高。,4.切削液,在切削過程中，合理選用并正確加注切削液可改善刀具和工件的潤滑條件及散熱條件，并能帶走一部分熱量，可以有效地降低切削溫度。,第五節(jié) 切削液,一、切削液的作用,1.冷卻作用,切削液能將切削熱迅速地從切削區(qū)帶走，使切削溫度降低，從而提高加工質(zhì)量和延長刀具壽命。 切削液的流動性、導

21、熱系數(shù)、熱容和汽化熱等參數(shù)越大，冷卻性就越好。,2.潤滑作用,切削液能滲到刀具、切屑及工件之間，形成不完全的潤滑膜，以減少金屬表面的直接接觸、降低摩擦系數(shù)、減少切屑變形、抑制積屑瘤的生長、減小已加工表面的表面粗糙度值并提高刀具的耐用度。,3.清洗和排屑作用,切削液以將切屑、金屬粉塵和砂輪上脫落的磨粒等及時地從工件、切削工具上沖走，以免其堵塞并劃傷已加工表面。 注意：這一作用對磨削加工和深孔加工等工序尤其重要。,4.防銹作用,為了防止機床、刀具、工件等不受周圍介質(zhì)的腐蝕，除切削液本身具有的防銹性能外，還要適當加入一些防銹添加劑，以確保切削液的防銹功能。,二、切削液的種類,常用的切削液分為： 水溶液 乳化液 切削油三大