金属切削基础知识

2021/5/20 机 械 制 造 基 础 1 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 2 (1)掌 握 切 削 运 动 、 加 工 表 面 、 切 削 用 量 及 切 削层 参 数 概 念 和 分 析 方 法 ；(2)掌 握 刀 具 刀 具 角 度 和 工 作 角 度 的 概 念 、 合 理选 择 刀 具 角 度 ， 常 用 刀 具 材 料 的 性 质 与 选 用 ；(3)掌 握 切 削 过 程 中 的 物 理 现 象 及 其 对 加 工 过 程的 影 响 ；(4)掌 握 切 削 液 的 作 用 ， 合 理 选 用 切 削 液 。重 点 和 难 点 ： 刀 具 角 度 和 切 削 过 程 中 的 物 理 现 象 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 3 1.1.1零 件 表 面 的 形 成 平 面 ： 是 以 直 线 为 母 线 作 直 线 运 动 形 成 的 表 面 ；成 型 方 法 ： 铣 削 、 刨 削 、 平 面 磨 削 等 。 曲 面 ： 是 以 曲 线 为 母 线 作 旋 转 或 平 移 所 形 成 的表 面 ；成 型 方 法 ： 铣 削 、 成 形 磨 削 、 数 控 铣 削 、 电 火花 加 工 、 激 光 加 工 等 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 4 l 分 类 ：1） 主 运 动 ： 切 除 切 屑 所 需 的 基 本 运 动 。 3个 特 点 ： 速 度 最 快 ； 消 耗 功 率 最 大 ； 唯 一 性 。l 概 念 ： 刀 具 与 工 件 间 的 相 对 运 动 ， 以 切 除 多 余 的金 属2） 进 给 运 动 ： 使 金 属 层 不 断 投 入 被 切 削 的 运 动 。3个 特 点 ： 速 度 较 慢 ； 消 耗 功 率 较 小 ； 可 以 为 一个 或 多 个 。3） 其 它 运 动 ： 吃 刀 运 动分 度 运 动 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 5 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 6进 给 运 动 主 运 动待 加 工 表 面 加 工 表 面 已 加 工 表 面已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面主 运 动 进 给 运 动 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 7进 给 运 动 加 工 表 面待 加 工 表 面待 加 工 表 面 主 运 动 已 加 工 表 面加 工 表 面 进 给 运 动 已 加 工 表 面主 运 动 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 8进 给 量 ： 刀 具 相 对 工 件 沿 进 给 方 向 移 动 的 距 离 。1） （ 周 期 ） 进 给 量 f(mm/r)： 主 运 动 一 个 循 环2） 进 给 速 度 vf(mm/min)： 单 位 时 间 内3） 每 齿 进 给 量 af(mm/z)： 刀 具 每 个 刀 齿背 吃 刀 量 （ 切 削 深 度 ） ap(mm):已 加 工 表 面 与 待 加工 表 面 间 的 距 离 。补 充 定 义 ： 在 垂 直 于 进 给 运 动 方 向 上 测 量 的 主 切削 刃 切 入 工 件 的 深 度 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 9 l切 削 层 公 称 厚 度 hD（ 老 标 准 ac） ： hD=f sinKrl切 削 层 公 称 宽 度 bD（ 老 标 准 aw） : bD=ap/sinKrl切 削 层 公 称 截 面 积 AD： AD=ap f=bD hDl残 留 面 积 AD残 留 面 积 高 度 ： H =f/(ctgK r+ctgK r)r=0H =f2/8r r0 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 10 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 11r0时 22 2121 )2( frr EODOr 移 项 后 两 边 平 方 ,并 忽 略 H 2(H r)： 4 2H- 2222 frHrr 残 留 面 积 高 度 ： H =f2/8r 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 12 l 刀 具 结 构 及 其 几 何 形 状前 刀 面 Ar主 切 削 刃 S主 后 面 Aa刀 尖副 后 面 Aa副 切 削 刃 Sl 切 削 部 分 组 成 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 13（ 2） 辅 助 平 面 ：切 削 平 面 Ps： 过 切 削 刃 上 一 点 ， 与 加 工 表 面 相 切的 平 面 。基 面 Pr： 过 切 削 刃 上 同 一 点 ， 与 切 削 速 度 相 垂直 的 平 面 。正 交 平 面 Po（ 主 剖 面 ） ： 过 切 削 刃 上 同 一 点 ，与 切 削 平 和 基 面 相 垂 直 的 平 面 。 进 给 运 动 主 运 动 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 14前 角 的 作 用 ： 前 角 切 屑 变 形 切 削 力 刃 口 强度 前 刀 面 磨 损 导 热 体 积 刀 具 前 角 的 选 用 ： 加 工 塑 性 材 料 选 大 前 角加 工 脆 性 材 料 、 断 续 切 削 选 小 前 角加 工 硬 材 料 选 用 负 前 角进 给 运 动主 运 动 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面 基 面r 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 15后 角 的 作 用 ： 后 角 后 刀 面 与 加 工 表 面 间 的 摩 擦 后 刀 面 磨 损 刃 口 强 度 导 热 体 积 刀 具 后 角 的 选 用 ： 粗 加 工 选 小 后 角精 加 工 选 大 后 角选 大 前 角 时 选 小 后 角 以 增 大 刃 口强 度 进 给 运 动主 运 动 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面 基 面r 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 16主 偏 角 的 作 用 ： 主 偏 角 切 削 刃 工 作 长 度 刀 尖 强度 导 热 体 积 径 向 分 力 刀 具 主 偏 角 的 选 用 ： 一 般 为 3075加 工 细 长 工 件 采 用 9093副 偏 角 的 作 用 ： 副 偏 角 副 后 面 与 工 件 已 加 工 表 面摩 擦 刀 尖 强 度 表 面 粗 糙 度 刀 具 副 偏 角 的 选 用 ： 一 般 为 520特 殊 要 求 可 采 用 K r=0 的 修 光 刃进 给 运 动主 运 动 加 工 表 面 正 交 平 面 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 17刀 具 刃 倾 角 的 选 用 ：精 加 工 取 S0 粗 加 工 取 S 0加 工 细 长 工 件 采 用 S 0 刃 倾 角 的 作 用 ：（ 1） 影 响 排 屑 方 向 ： S 0 排 向 待 加 工 表 面 ；S 0 排 向 已 加 工 表 面 ； S=0 前 刀 面 上 卷 曲 （ 2） 影 响 切 入 切 出 的 稳 定 性（ 3） 影 响 背 向 分 力 大 小 向进 给 运 动主 运 动 正 交 平 面切 削 平 面 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 18 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 19进 给 运 动主 运 动待 加 工 表 面 加 工 表 面 已 加 工 表 面正 交 平 面切 削 平 面 基 面进 给 运 动主 运 动待 加 工 表 面 加 工 表 面 已 加 工 表 面正 交 平 面切 削 平 面 基 面向进 给 运 动主 运 动 待 加 工 表 面 加 工 表 面 已 加 工 表 面正 交 平 面切 削 平 面 基 面 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 20进 给 运 动主 运 动 已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面 基 面 进 给 运 动主 运 动 已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面基 面 KrKrK 向进 给 运 动主 运 动 已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面基 面 KrKr 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 21进 给 运 动 主 运 动 待 加 工 表 面加 工 表 面已 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面 基 面进 给 运 动主 运 动 待 加 工 表 面加 工 表 面已 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面 基 面K 向进 给 运 动主 运 动 待 加 工 表 面加 工 表 面已 加 工 表 面 正 交 平 面切 削 平 面 基 面 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 22进 给 运 动 主 运 动 已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面正 交 平 面 切 削 平 面 基 面进 给 运 动主 运 动 已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面正 交 平 面 切 削 平 面 基 面K向 进 给 运 动主 运 动 已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面正 交 平 面 切 削 平 面 基 面 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 23v vf cvf 1. 刀 具 工 作 参 考 系 （ PrePsePoe）刀 具 工 作 角 度 又 称 刀 具 切 削 角 度 ： 刀 具 实 际 切 削 条件 下 的 实 际 角 度 。工 作 参 考 系 与 静 止 参 考 系 的 差 别 ： 工 作 条 件 下 ， 合成 切 削 速 度 为 主 运 动 与 进 给 运 动 的 合 成 速 度 ； 而 静止 条 件 下 合 成 速 度 与 切 削 速 度 是 一 致 的 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 24（ 3） 刀 杆 中 心 线 与 进 给 方 向 不 垂 直 时 工 作 角度 变 化（ 2） 刀 尖 安 装 高 低 对 工 作 角 度 的 影 响车 外 圆 刀 尖 安 装 偏 高 （ 低 ） ： 工 作 前 角 增 大 （ 小 ） ，工 作 后 角 减 小 （ 大 ） ；镗 内 孔 刀 尖 安 装 偏 高 （ 低 ） ： 工 作 前 角 减 小（ 大 ） ， 工 作 后 角 增 大 （ 小 ） 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 25 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 26 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 27崩 碎 切 屑 ： 不 规 则 屑 片 ， 较 低 vc， 较 大 ap， f加 工 脆 性 金属 时 产 生 。l 切 屑 的 种 类 （ 不 考 虑 刀 具 断 屑 等 因 素 的 影 响 ）带 状 切 屑 ： 上 表 面 毛 茸 状 ， 下 表 面 光 滑 的 连 续 切 屑 ， 大0， 高 vc， 小 ap， f加 工 塑 性 金 属 时 产 生 。节 状 （ 挤 裂 ） 切 屑 ： 上 表 面 锯 齿 状 ， 下 表 面 光 滑 的 连续 切 屑 ， 较 低 vc， 较 大 ap， f加 工 中 等 硬 度 塑 性 金 属 时 产 生 。粒 状 （ 单 元 ） 切 屑 ： 菱 形 单 元 分 离 体 ， 较 低 vc， 较 大ap， f加 工 硬 度 较 高 塑 性 较 差 金 属 时 产 生 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 28 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 29 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 30 n形 成 条 件 ： 中 低 速 切 削 塑 性 金 属n冷 焊 现 象 ： 挤 压 与 摩 擦 产 生 高 温 高 压 ， 同 时 摩 擦带 走 杂 质 ， 刀 具 表 面 与 切 屑 表 面 新 鲜 金 属 粒 子 间 的亲 合 力 和 摩 擦 力 之 和 大 于 切 屑 材 料 内 部 粒 子 间 的 亲合 力 ， 就 会 从 切 屑 上 撕 下 一 小 块 金 属 粘 接 在 前 刀 面上 ， 形 成 积 屑 瘤 。n特 性 ： 无 有 小 大 脱 落 周 期 性n对 切 削 过 程 的 影 响 ： 保 护 刀 刃 ； 使 工 作 前 角 增 大 ，切 削 刀 减 小 ； 切 削 平 稳 性 差 ； 影 响 加 工 精 度 和 表 面粗 糙 度 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 31 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 32 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 33 l切 削 力 估 算 与 切 削 功 率（ 1） Fc=kcAD=kcapf其 中 ； kc为 单 位 切 削 力 ， 同 一 材 料 ， 在 一 定 切 削条 件 下 kc是 不 变 的 ， 可 测 定（ 2） 切 削 功 率 Pc=FcVc 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 34 （ 1） 工 件 材 料 ： 材 料 成 分 、 组 织 和 力 削 性 能 是 影响 切 削 力 的 主 要 因 素 。 强 度 、 硬 度 、 塑 性 、 韧 性越 大 切 削 力 越 大 ；（ 2） 切 削 用 量 ： 影 响 最 大 的 是 ap， 其 次 是 f， 切削 速 度 c最 小 ， Fc与 c是 1： 1， f影 响 7080%， c影 响 积 屑 瘤 的 存 在 ， 有 积 屑 瘤 时 F明 显 减 小 。（ 3） 刀 具 几 何 角 度 ： 0增 大 ， 刃 口 锋 利 、 切 削 变形 小 ， 摩 擦 小 ， 切 削 力 减 小 ； o增 大 、 摩 擦 减 小 ，切 削 力 减 小 ； K r增 大 Fp减 小 ； 正 s， Fp减 小 Ff增 大 。（ 4） 其 它 因 素 ： 切 削 液 使 用 润 滑 条 件 好 ， 切 削力 减 小 ， 刀 具 磨 损 后 切 削 力 剧 增 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 35l 切 削 温 度 及 其 影 响 因 素切 削 温 度 取 决 于 切 削 热 的 产 生 与 传 热 的 综 合 因 素 ， 切 削温 度 太 高 ， 工 件 产 生 热 变 形 ， 加 工 精 度 下 降 ， 刀 具 寿 命 降低 。影 响 切 削 温 度 的 因 素 ： 切 削 用 量 、 工 件 材 料 、 刀 具 几 何角 度 、 其 它 条 件切 削 量 中 影 响 最 大 的 是 切 削 速 度 c， 其 次 是 f， ap影 响最 小 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 36 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 37 l 刀 具 磨 损 形 式（ 1） 后 面 磨 损 ： 切 削 脆 性 材 料 ， 切 削 塑 性 材 料 hD0.5mm用月 牙 洼 最 大 深 度 K T表 示 。（ 3） 前 后 面 同 时 磨 损 ： 切 削 塑 性 材 料 hD在 0.10.5mm之 间大 多 数 情 况 下 前 、 后 刀 具 都 有 磨 损 ， 后 刀 面 磨 损 对 加 工 质量 影 响 最 大 ， 测 量 方 便 ， 通 常 以 VB来 表 示 刀 具 磨 损 程 度 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 38l 刀 具 寿 命 及 其 影 响 因 素磨 钝 标 准 ： 通 常 指 刀 具 后 刀 面 允 许 的 最 大 磨 损 量 。 刀 具 寿 命 T： 刀 具 开 始 切 削 到 达 到 磨 钝 标 准 中 切削 时 间 。影 响 刀 具 寿 命 的 因 素 ： 切 削 用 量 ； 工 件 材 料 ； 刀具 材 料 及 几 何 角 度 ； 其 它 因 素 。切 削 量 中 影 响 最 大 的 是 切 削 速 度 c， 其 次 是 f，ap影 响 最 小 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 39 1） 粗 加 工 时 ， 为 提 高 机 械 加 工 效 率 ， 首 先 选 择较 大 的 切 削 深 度 ， 其 次 是 较 大 的 进 给 量 ， 最 后 选择 中 低 切 削 速 度 ， 以 保 证 刀 具 寿 命 。2） 精 加 工 时 ， 为 保 证 加 工 质 量 ， 首 先 选 择 较 小的 切 削 深 度 （ 保 证 加 工 尺 寸 精 度 ） ， 其 次 选 择 较小 的 进 给 量 （ 保 证 表 面 粗 糙 度 要 求 ） ， 最 后 选 择低 速 （ 高 速 钢 刀 具 ） 或 高 速 （ 硬 质 合 金 刀 具 ） 切削 ， 以 保 证 刀 具 寿 命 。 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 40 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 41 1.4.2影响切削加工性的因素及其改善措施 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 42 2021/5/20 机 械 制 造 基 础 43