金属切削原理与刀具复习课件

金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具复习大纲复习大纲金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具第一章第一章刀具几何角度及切削要素刀具几何角度及切削要素n n1-1切削运切削运动与切削用量与切削用量1.切削运切削运动分分为主运主运动与与进给运运动2.切削用量三要素切削用量三要素v=d n/1000m/s或或m/minap=(D-d)/2mm/r切削刃上各点速度不一样，一般取切削刃上各点速度不一样，一般取dw第一章第一章刀具几何角度及切削要素刀具几何角度及切削要素1-1切削运动与切削用量切削运动与切削用量v1-2 1-2 刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的基本定义n n一一一一 三面二刃一尖三面二刃一尖三面二刃一尖三面二刃一尖n n3 3 3 3 面：前刀面、后刀面、副后刀面面：前刀面、后刀面、副后刀面面：前刀面、后刀面、副后刀面面：前刀面、后刀面、副后刀面n n2 2 2 2刃：主切削刃、副切削刃刃：主切削刃、副切削刃刃：主切削刃、副切削刃刃：主切削刃、副切削刃n n1 1 1 1尖：刀尖尖：刀尖尖：刀尖尖：刀尖n n二、刀具角度参考系二、刀具角度参考系二、刀具角度参考系二、刀具角度参考系n n正交平面参考系：正交平面参考系：正交平面参考系：正交平面参考系：基面（基面（基面（基面（PrPrPrPr )、切削平面（、切削平面（、切削平面（、切削平面（PsPsPsPs)、正、正、正、正交平面交平面交平面交平面(PoPoPoPo)n n法平面参考系：法平面参考系：法平面参考系：法平面参考系：基面基面基面基面(PrPrPrPr)、切削平面切削平面切削平面切削平面(PsPsPsPs)、法平面法平面法平面法平面（PnPnPnPn)n n假定工作平面参考系假定工作平面参考系假定工作平面参考系假定工作平面参考系：基面（：基面（：基面（：基面（PrPrPrPr ）、假定进给平面）、假定进给平面）、假定进给平面）、假定进给平面（PfPfPfPf)、假定切深平面、假定切深平面、假定切深平面、假定切深平面(PpPpPpPp)n n基面、切削平面、正交平面的定义。基面、切削平面、正交平面的定义。基面、切削平面、正交平面的定义。基面、切削平面、正交平面的定义。1-2刀具切削部分的基本定义一刀具切削部分的基本定义一三面二刃一尖三面二刃一尖二、刀具切削部分的几何角度二、刀具切削部分的几何角度（以外圆车刀为例）（以外圆车刀为例）1 1、车刀的组成、车刀的组成刀刀头头刀刀杆杆前刀面前刀面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀刀尖尖三面、两刃、一尖三面、两刃、一尖二、刀具切削部分的几何角度二、刀具切削部分的几何角度（以外圆车刀为例）（以外圆车刀为例）1、车刀的组成、车刀的组成2 2、车刀的几何角度、车刀的几何角度（1 1）辅助平面）辅助平面基基面面基基面面切削平面切削平面切削平面切削平面正交平面正交平面正交平面正交平面三三个个辅辅助助平平面面2、车刀的几何角度（、车刀的几何角度（1）辅助平面基）辅助平面基面基面基面切削平面切削平面面切削平面切削平面（2 2）车刀的主要几何角度）车刀的主要几何角度前角前角0后角后角0楔角楔角00+0+0=90o主偏角主偏角kr副偏角副偏角kr刀尖角刀尖角kr+kr+=180o七个角（正交平面七个角（正交平面3个，基面个，基面3个，切削平面个，切削平面1个）个）刃倾角刃倾角0（现（现在在0=0）（2）车刀的主要几何角度前角）车刀的主要几何角度前角0后角后角0楔角楔角00三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：主偏角：主偏角：“主主切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影影与与进进给给方方向的夹角向的夹角”。副偏角：副偏角：“副副切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影影与与进进给给方方向的夹角向的夹角”。刀尖角：刀尖角：“主主切切削削刃刃与与副副切切削削刃刃之之间间的的夹夹角角”。r=180-(r+r)三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：主偏角：副偏角：刀尖角三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：主偏角：副偏角：刀尖角三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度在正交平面内测量的角度后角：后角：o o“后后刀刀面面与与切切削削平平面的夹角面的夹角”前角：前角：o o“前前刀刀面面与与基基面面之之间间的的夹角夹角”。三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度后角：三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度后角：o前角：前角：o在切削平面内：刃倾角：刃倾角：S S“主主切切削削刃刃与与基基面之间的夹角面之间的夹角”在切削平面内：刃倾角：在切削平面内：刃倾角：S1-5刀具的工作角度切削刃安装高低对工作前、后角影响：偏高：，工作前角 增大 工作后角 减小重点：作图法做出表示外圆、端面、镗孔、切槽刀的几何角度重点：作图法做出表示外圆、端面、镗孔、切槽刀的几何角度切削三要素及切削层参数的计算切削三要素及切削层参数的计算1-5刀具的工作角度切削刃安装高低对工作前、后角影响：工作前刀具的工作角度切削刃安装高低对工作前、后角影响：工作前1-6 1-6 切削层参数切削层参数1-6切削层参数切削层参数1.1.刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能（1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性（2 2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性（3 3）高的耐热性与化学稳定性）高的耐热性与化学稳定性（4 4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性（5 5）导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。第二章第二章 刀具材料刀具材料1.刀具材料应具备的性能（刀具材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性（）高的硬度和耐磨性（2）足够的）足够的 2.2.常用刀具材料常用刀具材料高速钢高速钢能制造结构复杂的成形刀具硬质合金硬质合金有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。陶瓷陶瓷超硬刀具材料超硬刀具材料 推广使用新型刀具材料如涂层刀具、陶瓷刀具、天然金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼等。2.常用刀具材料高速钢能制造结构复杂的成形刀具硬质合金有常用刀具材料高速钢能制造结构复杂的成形刀具硬质合金有（1 1）硬质合金的分类）硬质合金的分类 钨钴类（钨钴类（WC+Co）；）；YG,属属K类（类（1）硬质合金的分类）硬质合金的分类第三章第三章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律第一变形区：（基本变形区）第一变形区：（基本变形区）OAOM之之间间的的区区域域，是是切切削削过过程程中中的的主主要要变变形形区区，是是切切削削力和切削热的主要来源。力和切削热的主要来源。主要特征：主要特征：剪切面的滑移变形剪切面的滑移变形第二变形区：第二变形区：切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面之之间间的的摩摩擦擦变变形形区区。主主要要影影响响切切屑屑的的变变形形和积屑瘤的产生。和积屑瘤的产生。第三变形区第三变形区第二变形区第二变形区第一变形区第一变形区第三变形区：第三变形区：工工件件已已加加工工表表面面与与刀刀具具后后刀刀面面之之间间的挤压、摩擦变形区域。的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬化。造成工件表面的纤维化与加工硬化。该该区区域域对对工工件件表表面面的的残残余余应应力力以以及及后刀面的磨损有很大的影响。后刀面的磨损有很大的影响。1.切削变形区切削变形区第三章第三章金属切削过程的基本规律第一变形区：（基本变形区）第二金属切削过程的基本规律第一变形区：（基本变形区）第二二、二、切屑的种类切屑的种类带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑崩脆切屑崩脆切屑切塑性材料切塑性材料带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑切脆性材料切脆性材料二、二、切屑的种类带状切屑切塑性材料带状切屑节状切屑粒状切屑切屑的种类带状切屑切塑性材料带状切屑节状切屑粒状切屑在不同的切削条件下，形成的切屑种类不同，当条件改变时它们在不同的切削条件下，形成的切屑种类不同，当条件改变时它们可以互相转化。在形成可以互相转化。在形成节状切削节状切削情况下情况下,改变切削条件改变切削条件,进一步进一步减小减小减小减小切削速度，减小前角切削速度，减小前角切削速度，减小前角切削速度，减小前角,增大切削厚度增大切削厚度增大切削厚度增大切削厚度,就可以得到粒状切削就可以得到粒状切削;反之反之,如如增大切削速度增大切削速度,增大前角增大前角,减小切削厚度减小切削厚度,即可得到带状切削即可得到带状切削.掌握其掌握其变化规律，有助于控制切屑形态，控制切削过程。变化规律，有助于控制切屑形态，控制切削过程。节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑带状切屑带状切屑在不同的切削条件下，形成的切屑种类不同，当条件改变时它们可以在不同的切削条件下，形成的切屑种类不同，当条件改变时它们可以三、变形程度的表示方法三、变形程度的表示方法1.1.变形系数：变形系数：(切削厚度压缩比切削厚度压缩比h h h h)厚度变形系数：厚度变形系数：长度变形系数：长度变形系数：根据体积不变原理数：根据体积不变原理数：三、变形程度的表示方法变形系数：三、变形程度的表示方法变形系数：(切削厚度压缩比切削厚度压缩比h)厚厚切塑性金属时前刀面上应力分布切塑性金属时前刀面上应力分布情况情况刀刀-屑接触区可分两部分：屑接触区可分两部分：粘接区粘接区l lf f1 1:剪切滑移，内摩擦剪切滑移，内摩擦滑动区滑动区l lf f2 2:滑动摩擦，外摩擦滑动摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的一般内摩擦力约占总摩擦力的85%85%四、四、前面上摩擦特点前面上摩擦特点切屑流出时与刀具前面接触长度为切屑流出时与刀具前面接触长度为Lf=Lfi+Lfo切塑性金属时前刀面上应力分布情况切塑性金属时前刀面上应力分布情况刀刀-屑接触区可分两部分：四屑接触区可分两部分：四五五 积屑瘤积屑瘤1 1）什么是积屑瘤）什么是积屑瘤五五积屑瘤积屑瘤在一定速度范围下，切削塑性金属材料在一定速度范围下，切削塑性金属材料（1）积屑瘤硬度比工件材料高）积屑瘤硬度比工件材料高2-3倍倍,可以可以代替切削刃及前刀面代替切削刃及前刀面进行切削进行切削,可以保护切削刃、减小前刀面的磨损；可以保护切削刃、减小前刀面的磨损；3 3积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响（5）积屑瘤积屑瘤脱落的碎片脱落的碎片会粘结或嵌入工件表面，影响工件已加会粘结或嵌入工件表面，影响工件已加工表面的质量。因此精加工时必须设法抑制积屑瘤的形成。工表面的质量。因此精加工时必须设法抑制积屑瘤的形成。（4）积屑瘤高低不平积屑瘤高低不平，会在工件表面造成，会在工件表面造成“犁沟犁沟”现象，影响现象，影响工件的表面粗糙度；工件的表面粗糙度；（3）对于积屑瘤突出于切削刃之外，使实际切削厚度增大，形成）对于积屑瘤突出于切削刃之外，使实际切削厚度增大，形成“过切现象过切现象”，影响工件的尺寸精度；，影响工件的尺寸精度；（2）在积屑瘤形成后，刀具的）在积屑瘤形成后，刀具的实际前角将明显增大实际前角将明显增大，对减小，对减小切屑变形及降低切削力起了积极作用；切屑变形及降低切削力起了积极作用；（1）积屑瘤硬度比工件材料高）积屑瘤硬度比工件材料高2-3倍倍,可以代替切削刃及前刀面可以代替切削刃及前刀面 凡有利于减轻刀和屑界面摩擦，减小粘结接触面积的因素，凡有利于减轻刀和屑界面摩擦，减小粘结接触面积的因素，都有利于抑制积屑瘤。都有利于抑制积屑瘤。4积屑瘤的控制措施6 6、采用、采用润滑性能好的润滑性能好的切削液，减小摩擦。切削液，减小摩擦。5 5、对工件材料进行适当的、对工件材料进行适当的热处理热处理，提高其硬度，提高其硬度，减小塑性；减小塑性；4 4、提高刀具刃磨质量提高刀具刃磨质量，降低刀面的表面粗糙度；，降低刀面的表面粗糙度；3 3、减小进给量减小进给量；2 2、增大刀具的前角增大刀具的前角，以减小刀，以减小刀屑接触压力；屑接触压力；1 1、采用、采用低速或高速切削低速或高速切削，避开容易形成积屑瘤，避开容易形成积屑瘤的切削速度的切削速度；凡有利于减轻刀和屑界面摩擦，减小粘结接触面积的因素，凡有利于减轻刀和屑界面摩擦，减小粘结接触面积的因素，第二节 切削力一、切削力的来源：1.1.工件、切屑的变形抗力工件、切屑的变形抗力工件、切屑的变形抗力工件、切屑的变形抗力2.2.刀刀刀刀具具具具与与与与切切切切屑屑屑屑、工工工工件件件件与与与与刀具之间的摩擦阻力刀具之间的摩擦阻力刀具之间的摩擦阻力刀具之间的摩擦阻力Fc:Fp:Ff=1:(0.4-0.5):(0.3-0.4)主运动方向上的力，主运动方向上的力，95%-99%95%-99%功率功率不做功不做功进给力进给力1%-5%功耗功耗第二节第二节切削力一、切削力的来源：工件、切屑的变形抗力刀具与切切削力一、切削力的来源：工件、切屑的变形抗力刀具与切二、影响切削力的因素二、影响切削力的因素1.切削用量切削用量apfVc(ap影响最大，影响最大，f次之次之，Vc影响最小）影响最小）2.刀具几何参数刀具几何参数前角前角o:o-Fc主偏角主偏角kr：kr(30-60)-Fc,kr(60-70)-Fc二、影响切削力的因素二、影响切削力的因素1.切削用量切削用量apfV3-3 3-3 切削热切削热切削层挤切削层挤裂变形裂变形前刀面与切前刀面与切屑摩擦屑摩擦一、切削热的来源：一、切削热的来源：切削热的分布：切削热的分布：热量的热量的20%20%50%50%传给刀具传给刀具刀具磨损、硬度降低刀具磨损、硬度降低3-3切削热切削层挤裂变形前刀面与切屑摩擦一、切削热的来源切削热切削层挤裂变形前刀面与切屑摩擦一、切削热的来源二、影响切削温度的因素分析1、切削用量对切削温度的影响：Vcfapvc、f、ap 用用YT15刀具，切削刀具，切削45#钢时钢时(b b=75kg/cm=75kg/cm2 2)二、影响切削温度的因素分析二、影响切削温度的因素分析1、切削用量对切削温度的影响：、切削用量对切削温度的影响：Vc（二）刀具几何参数的影响二）刀具几何参数的影响 1.1.前角前角0 0 的影响的影响 0 0 变形程度变形程度F F Q Q 但但0 0 2020时，会使刀头时，会使刀头部分散热体积部分散热体积，对，对的降低有的降低有影响。影响。2.2.主偏角主偏角r r的影响的影响 r r，切削宽度，切削宽度a aw w ，散热面积散热面积 （二）刀具几何参数的影响（二）刀具几何参数的影响2.主偏角主偏角r的影响的影响3-4刀具磨损n n一、刀具磨损概念一、刀具磨损概念n n切削时刀具在高温条件下，受到工件、切削时刀具在高温条件下，受到工件、切屑的摩擦作用，使刀具材料逐渐被磨切屑的摩擦作用，使刀具材料逐渐被磨耗或出现磨损。耗或出现磨损。3-4刀具磨损一、刀具磨损概念刀具磨损一、刀具磨损概念二、刀具磨损形式二、刀具磨损形式 正常磨损前刀面磨损（前面磨损）前刀面磨损（前面磨损）形式：月牙洼形成条件：加工塑性材料，v大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量 后刀面磨损（主后面磨损）后刀面磨损（主后面磨损）形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料,v较小,hD较小；加工脆性材料影响：切削力,切削温度,产生振动，降低加工质量VBVBmaxa)KTKBb)图3-25刀具磨损形态边界磨损（副后面磨损）边界磨损（副后面磨损）二、刀具磨损形式二、刀具磨损形式正常磨损前刀面磨损（前面磨损）形式：月牙正常磨损前刀面磨损（前面磨损）形式：月牙三、刀具的磨钝标准三、刀具的磨钝标准n n四、刀具磨损机理四、刀具磨损机理四、刀具磨损机理四、刀具磨损机理n n 1.1.磨粒磨损磨粒磨损n n 2.2.相变磨损相变磨损n n 3.3.粘结磨损粘结磨损n n 4.4.扩散磨损扩散磨损 都与温度影响有关都与温度影响有关n n 5.5.氧化磨损氧化磨损“指指指指后后后后刀刀刀刀面面面面磨磨磨磨损损损损带带带带中中中中间间间间部部部部分分分分平平平平均均均均磨磨磨磨损损损损量量量量允允允允许许许许达达达达到的最大磨损尺寸到的最大磨损尺寸到的最大磨损尺寸到的最大磨损尺寸”。以。以。以。以VBVB表示表示表示表示三、刀具的磨钝标准四、刀具磨损机理三、刀具的磨钝标准四、刀具磨损机理“指后刀面磨损带中间部分平指后刀面磨损带中间部分平五、刀具的使用寿命一）一）刀具寿命概念：刀具寿命概念：“刀具从开始切削一直到磨损量刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切削时间达到磨钝标准为止的总的切削时间”。记为：。记为：T切削用量与刀具使用寿命的关系：切削用量与刀具使用寿命的关系：切削用量与刀具使用寿命的关系：切削用量与刀具使用寿命的关系：可见：可见：vc对对T的的影影响响最最大大，f次次之之，aP最最小小。在在优优选选切切削削用用量量以以提提高高生生产产率率时时，首首先先应应尽尽量量选选大大的的aP，然然后后根根据据加加工工条条件件和和要求选允许最大的要求选允许最大的f，最后根据，最后根据T选取合理的选取合理的vc。五、刀具的使用寿命一）五、刀具的使用寿命一）刀具寿命概念：刀具寿命概念：“刀具从开始切削一直到刀具从开始切削一直到第四章第四章切削基本理论的应切削基本理论的应用用第一节第一节 切屑控制切屑控制第二节第二节 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性第三节第三节 切削液的选择切削液的选择第四节第四节 已加工表面质量已加工表面质量第五节第五节 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择第六节第六节 切削用量的合理选择切削用量的合理选择第四章第四章切削基本理论的应用第一节切削基本理论的应用第一节切屑控制切屑控制n n一、切屑形状的分类1 1 带状切屑带状切屑 2 2 管状切屑管状切屑 3 3 盘旋状切屑盘旋状切屑 6 6 弧形切屑弧形切屑 5 5 锥形螺旋切屑锥形螺旋切屑4 4 环形螺旋切屑环形螺旋切屑7 7 单元切屑单元切屑8 8 针形切屑针形切屑一、切屑形状的分类一、切屑形状的分类1带状切屑带状切屑2管状切屑管状切屑3二.切屑的卷曲与流向1 1 切屑的卷曲切屑的卷曲 切屑的卷曲是由于切屑内部变形，或碰到刀具前刀面上磨出的断屑槽、凸台、附加挡块以及碰到其它障碍物后造成的。2 2 切屑的流向切屑的流向 切屑的流向主要受刃倾角的影响。二二.切屑的卷曲与流向切屑的卷曲与流向4-2工件材料的切削加工性“指对某种材料进行加工的难易程度”相对加工性：相对加工性：Kr1.1.铸铁铸铁2.2.碳素合金钢：碳素合金钢：加入硫加入硫S S、磷、磷P P、铅、铅PbPb、钙、钙CaCa等一种或几种元素等一种或几种元素 可改善切削的难易程度可改善切削的难易程度3.3.难加工材料难加工材料4-2工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性“指对某种材料进行加工的难易程指对某种材料进行加工的难易程4-3切削液的选用切削液的选用一、切削液的作用一、切削液的作用 切削液切削液(cutting(cutting fluid)fluid)的冷却作用主要靠的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，热传导带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀从而降低切削温度，提高刀具寿命；减少工件、刀具的具寿命；减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；降热变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。止刀具热裂破损等。1 1）.切削液的冷却作用切削液的冷却作用2 2）.切削液的润滑作用切削液的润滑作用 使用切削液后，切屑、工件与使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，成刀面之间形成完全的润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实际情况是属于边界润滑摩擦，小；实际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，但小于其摩擦系数大于流体润滑，但小于干摩擦。干摩擦。3 3）切削液的排屑和清洗作用）切削液的排屑和清洗作用4 4）切削液的防锈作用）切削液的防锈作用4-3切削液的选用一、切削液的作用切削液的选用一、切削液的作用切削液切削液(cu二二.切削液的分类切削液的分类水溶液水溶液:主要成分是水，并主要成分是水，并加入少量的防锈剂等添加加入少量的防锈剂等添加剂剂,有良好的冷却作用和清有良好的冷却作用和清洗作用。洗作用。（1 1）水溶液）水溶液 矿物油矿物油 少量动植物油少量动植物油非溶性切削液主要起润滑作非溶性切削液主要起润滑作用。用。（3 3）切削油）切削油（2 2）乳化液）乳化液乳化液乳化油用水稀释而乳化液乳化油用水稀释而成，具有良好的流动性和成，具有良好的流动性和冷却作用，并有一定的润冷却作用，并有一定的润滑作用滑作用 二二.切削液的分类水溶液切削液的分类水溶液:主要成分是水，并加入少量的防锈剂等添主要成分是水，并加入少量的防锈剂等添n n1.1.1.1.水溶液水溶液水溶液水溶液n n组成：水组成：水组成：水组成：水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂（增加润滑性防锈剂、清洗剂、油性添加剂（增加润滑性防锈剂、清洗剂、油性添加剂（增加润滑性防锈剂、清洗剂、油性添加剂（增加润滑性和清洗性）。和清洗性）。和清洗性）。和清洗性）。n n常用于普通磨削、粗加工常用于普通磨削、粗加工常用于普通磨削、粗加工常用于普通磨削、粗加工n n2.2.2.2.乳化液乳化液乳化液乳化液n n组成：乳化油组成：乳化油组成：乳化油组成：乳化油+水（混合后再搅拌）水（混合后再搅拌）水（混合后再搅拌）水（混合后再搅拌）n n适用于：粗加工，普通磨削（低浓度乳化液）适用于：粗加工，普通磨削（低浓度乳化液）适用于：粗加工，普通磨削（低浓度乳化液）适用于：粗加工，普通磨削（低浓度乳化液）n n 精加工和复杂刀具加工（高浓度乳化液）精加工和复杂刀具加工（高浓度乳化液）精加工和复杂刀具加工（高浓度乳化液）精加工和复杂刀具加工（高浓度乳化液）n n3.3.3.3.合成切削液合成切削液合成切削液合成切削液n n组成：水组成：水组成：水组成：水+表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂+化学添加剂化学添加剂化学添加剂化学添加剂n n常用于不锈钢、钛合金等难加工材料的钻孔、铣削和攻常用于不锈钢、钛合金等难加工材料的钻孔、铣削和攻常用于不锈钢、钛合金等难加工材料的钻孔、铣削和攻常用于不锈钢、钛合金等难加工材料的钻孔、铣削和攻螺纹。螺纹。螺纹。螺纹。（一）水溶性切削液（一）水溶性切削液1.水溶液（一）水溶性切削液水溶液（一）水溶性切削液1.切削油n n组成：矿物油、+动植物油+复合油n n常用于：滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工 n n煤油渗透作用和冲洗作用比较突出，故用于精加工铝合金、精刨铸铁平面和高速钢铰孔2.极压切削油n n组成：切削油+硫、氯和磷极压添加剂n n常用于难加工材料的精加工（二）油溶性切削液二）油溶性切削液1.切削油（二）油溶性切削液切削油（二）油溶性切削液n n二硫化钼（MoS2 2）n n摩擦系数小、熔点高n n抗压性能高和牢固的附着能力，能防止和抑制积屑瘤产生，减小切削力，显著延长刀具寿命、减小表面粗糙度。（三）固体润滑液三）固体润滑液二硫化钼（二硫化钼（MoS2）（三）固体润滑液）（三）固体润滑液一一已加工表面质量已加工表面质量表表面面粗粗糙糙度度表表面面波波度度表面物理力学表面物理力学表面物理力学表面物理力学性能的变化性能的变化性能的变化性能的变化表面微观几何表面微观几何表面微观几何表面微观几何形状特征形状特征形状特征形状特征表表表表面面面面层层层层冷冷冷冷作作作作硬硬硬硬化化化化表表表表面面面面层层层层残残残残余余余余应应应应力力力力表表表表面面面面层层层层金金金金相相相相组组组组织织织织的的的的变变变变化化化化4-4已加工表面质量的含义已加工表面质量的含义一一已加工表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学表面微观几何已加工表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学表面微观几何刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r主偏角主偏角k kr r、副偏角、副偏角k kr r进给量进给量f fH=f/(cotr+cotr)H=f2/(8r)二、影响加工表面粗糙度的主要因素及其二、影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制控制H残留面积高度残留面积高度H粗糙度粗糙度1 1、几何因素几何因素机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为 r rfHHfr 2 2、影响切削加工、影响切削加工表面粗糙度的因素表面粗糙度的因素A)理论粗糙度理论粗糙度刀具切削进给时，刀具对刀具切削进给时，刀具对工件表面的不完全切除造工件表面的不完全切除造成的残留面积所形成。成的残留面积所形成。影响残留面积高度影响残留面积高度H H的因素的因素主偏角主偏角 r r 副偏角副偏角 r r刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r 进给量进给量f f加大加大r r 或减小或减小f f、r r、r r 可以得到数值小可以得到数值小的横向粗糙度的横向粗糙度XaorrfHHfr2、影响切削加工表面粗糙度的因素理、影响切削加工表面粗糙度的因素理（1 1）积屑瘤和鳞刺影响）积屑瘤和鳞刺影响在较低的切削速度，切削塑性材料时，会在工件已加工表面在较低的切削速度，切削塑性材料时，会在工件已加工表面上形成近似与切削方向相垂直的横向裂纹，并有鳞片状毛刺出上形成近似与切削方向相垂直的横向裂纹，并有鳞片状毛刺出现，即所谓现，即所谓“鳞刺鳞刺”。当有鳞刺出现时，表面粗糙度会增大。当有鳞刺出现时，表面粗糙度会增大24级。所以，为改善已加工表面粗糙度，必须对鳞刺加以控级。所以，为改善已加工表面粗糙度，必须对鳞刺加以控制。一般地说，凡是使积屑瘤减小的措施对减轻鳞刺也是适用制。一般地说，凡是使积屑瘤减小的措施对减轻鳞刺也是适用的。的。B)B)实际粗糙度实际粗糙度理论粗糙度上叠加非正常因素理论粗糙度上叠加非正常因素。（2 2）刀具磨损影响）刀具磨损影响（3 3）振动影响）振动影响（1）积屑瘤和鳞刺影响）积屑瘤和鳞刺影响B)实际粗糙度实际粗糙度理论粗糙度理论粗糙度影响切削加工表面影响切削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素刀具几何形状刀具几何形状刀具材料、刃磨质量刀具材料、刃磨质量切削用量切削用量工件材料工件材料残留面积残留面积 RaRa前角前角 RaRa后角后角摩擦摩擦RaRa刃倾角会影响实际工作前角刃倾角会影响实际工作前角 v Rav Raf Raf Raapap对对RaRa影响不大，太小会影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面打滑，划伤已加工表面材料塑性材料塑性 RaRa同样材料晶粒组织大同样材料晶粒组织大 RaRa，常用正火、调质处理，常用正火、调质处理刀具材料强度刀具材料强度 RaRa刃磨质量刃磨质量 RaRa冷却、润滑冷却、润滑 RaRa影响切削加工表面粗糙度的因素刀具几何形状刀具材料、刃磨质量切影响切削加工表面粗糙度的因素刀具几何形状刀具材料、刃磨质量切“锐字当先、锐字当先、锐中求固锐中求固”4-5刀具几何参数选择刀具几何参数选择一、前角的功用及选择一、前角的功用及选择“锐字当先、锐中求固锐字当先、锐中求固”4-5刀具几何参数选择一、前角的功用刀具几何参数选择一、前角的功用二、后角的功用及选择二、后角的功用及选择二、后角的功用及选择二、后角的功用及选择1.1.主偏角的作用主偏角的作用 racaw单位刃长负荷单位刃长负荷 T T 刀尖强度刀尖强度散热体积散热体积，RaRa F Fp p变形变形加工精度加工精度，易振动，易振动RaRa，T T 在一定的条件下，存在一个合理值在一定的条件下，存在一个合理值2.2.合理主偏角的选择原则合理主偏角的选择原则主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，r r取较取较 小值；若刚性差（细长轴），小值；若刚性差（细长轴），r r取较大值（取较大值（9090）；）；考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取 90 90；镗盲孔；镗盲孔90 90；r r小切屑成长螺旋屑不易断；小切屑成长螺旋屑不易断；较小较小r r，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。三、主偏角的功用及选择三、主偏角的功用及选择rr、rr选择总原则：选择总原则：在不产生振动的条件下，取小值。在不产生振动的条件下，取小值。在不产生振动的条件下，取小值。在不产生振动的条件下，取小值。1.主偏角的作用主偏角的作用2.合理主偏角的选择原则三、主偏角的功用及选合理主偏角的选择原则三、主偏角的功用及选l.4-6.4-6 切削用量的选择原则切削用量的选择原则l粗加工时，应在保证必要的刀具使用寿命的前提下，以粗加工时，应在保证必要的刀具使用寿命的前提下，以尽可能提高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿命尽可能提高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿命与切削用量的关系式，与切削用量的关系式，切削用量切削用量，T T ，其中速度，其中速度 v v 对对T T 影响最大，进给量影响最大，进给量f f 次之，背吃刀量次之，背吃刀量a ap p影响最小。影响最小。p粗加工粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀量吃刀量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f，最后根据刀具合理使用寿命，用计算法或查表法确定切最后根据刀具合理使用寿命，用计算法或查表法确定切削速度削速度v。这样使。这样使v、f、ap的乘积最大，以获得最大的生的乘积最大，以获得最大的生产率产率.p精加工精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。削用量。.4-6切削用量的选择原则切削用量的选择原则粗加工中选择切削用量时，应首粗加工中选择切削用量时，应首机床型号示例机床型号示例 1.CA6140A 1.CA6140A C-C-类代号类代号(车床类机床车床类机床)A-A-结构特性代号结构特性代号 6-6-组代号组代号(落地及卧式车床组落地及卧式车床组)1-1-系代号系代号(卧式车床系卧式车床系)40-40-主参数主参数(最大工件回转直径的最大工件回转直径的1/10)1/10)A A重大改进顺序号重大改进顺序号机床型号示例机床型号示例1.CA6140A2.XK50302.XK5030 X-X-类代号类代号(铣床类机床铣床类机床)K-K-通用特性代号通用特性代号(数控数控)5-5-组代号组代号(立式升降台铣床组立式升降台铣床组)0-0-系代号系代号(立式铣床系立式铣床系)30-30-主参数主参数(工作台面宽度的工作台面宽度的1/10)1/10)机床型号示例机床型号示例2.XK5030机床型号示例机床型号示例第三节第三节 机床的传动原理及运动计算机床的传动原理及运动计算一、机床的传动原理一、机床的传动原理机床必须具备三个基本部分：机床必须具备三个基本部分：执执 行行 件件 运运 动动 源源 传动装置传动装置 执行机床运执行机床运动的部件动的部件为执行件提供为执行件提供运动和动力装运动和动力装置置传递运动和传递运动和动力的装置动力的装置机床上直接夹持刀具或工件并实机床上直接夹持刀具或工件并实现所需运动的零部件，如主轴、现所需运动的零部件，如主轴、刀架、工作台等。刀架、工作台等。通常为电动机，包括交流电动机、通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、变频调直流电动机、伺服电动机、变频调速电机、步进电机等。速电机、步进电机等。如齿轮、丝杠螺如齿轮、丝杠螺母、液压传动件母、液压传动件等等第三节第三节机床的传动原理及运动计算机床的传动原理及运动计算一、机床的传动原理一、机床的传动原理机床机床机床的传动装置机床的传动装置 几个基本概念几个基本概念传传 动动 链链 外联系传动链外联系传动链 内联系传动链内联系传动链 定比传动机构定比传动机构 换向机构换向机构 其传动比和传动方向固定不变，其传动比和传动方向固定不变，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等杠螺母副等可根据加工要求变换传动比和传可根据加工要求变换传动比和传动方向、如滑移齿轮变速机构、动方向、如滑移齿轮变速机构、挂轮变换机构、离合器换向机构挂轮变换机构、离合器换向机构等。等。使运动源和执行件以及两个有使运动源和执行件以及两个有关的执行件保持运动联系的一关的执行件保持运动联系的一系列顺序排列的传动件，称为系列顺序排列的传动件，称为传动链。传动链。联系运动源和执行件的传动链，联系运动源和执行件的传动链，称为外联系传动链称为外联系传动链联系两个执行件间的传动链，联系两个执行件间的传动链，称为内联系传动链称为内联系传动链机床的传动装置机床的传动装置几个基本概念传几个基本概念传动动链链其传动比和传动方其传动比和传动方立式钻床传动变速系统图立式钻床传动变速系统图立式钻床传动变速系统图立式钻床传动变速系统图由电动机至主轴的传动，可用传动路线表达式来表示：27/55 电动机I140/17034/48 21/61 17/6834/4835/34 （主轴）35/50主轴的变速级数主轴的变速级数Z等于各变速组变速方式等于各变速组变速方式P的乘积。的乘积。P=P-P-P-由电动机至主轴的传动，可用传动路线表达式来表示：由电动机至主轴的传动，可用传动路线表达式来表示：主轴极限转速电动机1440rmin主轴转n（rmin）1440140/170i1440140/170iii-ii-=n=n主轴主轴式中式中i i-轴间的传动比：轴间的传动比：27/5527/55、34/4834/48、21/6121/61 i i-轴间的传动比：轴间的传动比：34/4834/48 i i-轴间的传动比：轴间的传动比：17/6817/68、65/3465/34、35/5035/50nmax=1440r/min140/1700.9834/4865/34=1140r/minnmin=1440r/min140/1700.9821/6134/4817/68=72r/min主轴极限转速电动机主轴极限转速电动机1440rmin主轴转主轴转n（rmin