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1、机械制造技术基础全册配套最机械制造技术基础全册配套最 完整精品课件完整精品课件1 机械制造技术基础机械制造技术基础 参考教材：参考教材： n机械制造技术基础，贾振元、王福吉主编，科机械制造技术基础，贾振元、王福吉主编，科 学出版社，学出版社，2011 n机械制造技术基础（第机械制造技术基础（第3版），卢秉恒主编，版），卢秉恒主编， 机械工业出版社，机械工业出版社，2009 n金属切削原理（第金属切削原理（第2版），陈日曜主编，机械版），陈日曜主编，机械 工业出版社，工业出版社，2009 绪绪 论论 n制造业与制造技术制造业与制造技术 n零件与机器零件与机器 n单工序与制造系统单工序与制造系统

2、n本课程的内容与学习方法本课程的内容与学习方法 零件的成形原理零件的成形原理 1 1、质量变化、质量变化m m0 0的制造过程的制造过程 n去除成形：切削加工、磨削加工、电加工、去除成形：切削加工、磨削加工、电加工、 三束加工等。三束加工等。 n切削加工切削加工 通过刀具和工件之间的相对运动及力的作用通过刀具和工件之间的相对运动及力的作用 实现。实现。 切削过程中有力、热、变形、振动、磨损等切削过程中有力、热、变形、振动、磨损等 现象发生。现象发生。 这些运动和现象的综合决定了零件最终获得这些运动和现象的综合决定了零件最终获得 的几何形状及表面质量。的几何形状及表面质量。 2 2、质量变化、质

3、量变化m m0 0的制造过程的制造过程 n受迫成形：受迫成形：铸造、压力加工、模具成形等。铸造、压力加工、模具成形等。 n模具成形模具成形 现代工业产品的现代工业产品的6090需要使用模具加需要使用模具加 工。工。 模具成形制品适合于大批量生产。模具成形制品适合于大批量生产。 模具制造一般是单件或小批量生产。模具制造一般是单件或小批量生产。 3 3、质量变化、质量变化m m0 0的制造过程的制造过程 n堆积成形：焊接、涂覆、快速成形、堆积成形：焊接、涂覆、快速成形、3D3D打印等。打印等。 n快速成形快速成形 零件是通过材料逐渐累加成形，可以成形任意零件是通过材料逐渐累加成形，可以成形任意 复

4、杂形状的零件，而无需刀具、夹具等生产准复杂形状的零件，而无需刀具、夹具等生产准 备活动。备活动。 快速原型技术（快速原型技术（RPRP） 基于基于RPRP的快速模具制造技术的快速模具制造技术 3D3D打印打印 第第1 1章章 机械加工方法与切削机床机械加工方法与切削机床 学习目的与要求：学习目的与要求： （1 1）熟悉传统加工方法的加工范围。）熟悉传统加工方法的加工范围。 （2 2）熟悉主要加工机床的类型、结构及其加工）熟悉主要加工机床的类型、结构及其加工 工艺特点。工艺特点。 （3 3）了解各种刀具的结构和用途。）了解各种刀具的结构和用途。 （4 4）了解机床的分类和型号编制方法。）了解机床

5、的分类和型号编制方法。 （5 5）熟悉机床的传动方法和传动链。）熟悉机床的传动方法和传动链。 （6 6）了解特种加工与常规切削加工的区别。）了解特种加工与常规切削加工的区别。 （7 7）了解特种加工的原理、特点和应用范围。）了解特种加工的原理、特点和应用范围。 机械加工机械加工通过机床利用工具去除毛坯上多余通过机床利用工具去除毛坯上多余 的材料，获得零件所需的形状、尺寸和表面质的材料，获得零件所需的形状、尺寸和表面质 量。量。 也就是通过刀具和工件之间力的作用以及相对运也就是通过刀具和工件之间力的作用以及相对运 动去除材料形成工件表面。动去除材料形成工件表面。 n主（切削）运动：施加力的作用去

6、除材料。主（切削）运动：施加力的作用去除材料。 n进给运动：通过相对运动形成所需要的工件表进给运动：通过相对运动形成所需要的工件表 面。面。 机械加工方法机械加工方法运动关系和工具形式运动关系和工具形式 1.1 1.1 传统切削加工方法与切削机床传统切削加工方法与切削机床 1.1.1 1.1.1 车削与车床车削与车床 1 1、车削加工、车削加工 n最基本的机械加工方法。最基本的机械加工方法。 n以工件旋转作为主运动，通过刀具对工件实现以工件旋转作为主运动，通过刀具对工件实现 不同的进给运动，获得不同的工件形状。不同的进给运动，获得不同的工件形状。 n主要形成回转表面，也可以加工平面。主要形成回

7、转表面，也可以加工平面。 刀具沿平行于工件旋转轴线进给运动，形成内、刀具沿平行于工件旋转轴线进给运动，形成内、 外圆柱面。外圆柱面。 刀具沿与轴线相交的斜线进给运动，形成内、刀具沿与轴线相交的斜线进给运动，形成内、 外圆锥面。外圆锥面。 刀具沿一条曲线进给运动，形成特定的旋转曲刀具沿一条曲线进给运动，形成特定的旋转曲 面。面。 车削还可以加工螺纹面、端平面、偏心轴等。车削还可以加工螺纹面、端平面、偏心轴等。 n工艺特点工艺特点 适用范围广泛。适用范围广泛。 容易保证被加工零件各表面的位置精度。容易保证被加工零件各表面的位置精度。 可用于有色金属零件的精加工。可用于有色金属零件的精加工。 切削过

8、程比较平稳（切削力稳定、惯性小、冲切削过程比较平稳（切削力稳定、惯性小、冲 击小）。击小）。 生产成本较低。生产成本较低。 加工的万能性好。加工的万能性好。 n加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度 普通车削：普通车削：IT8IT8IT7IT7，Ra6.3Ra6.31.61.6m(m(4 4 6)6)。 精密车削：精密车削：IT6IT6IT5IT5，Ra0.4Ra0.40.10.1m(m(8 8 10)10)。 超精密车削：超精密车削：Ra0.04Ra0.04m(m(1111以上以上) )。 2、车床、车床 卧式车床，立式车床，转塔车床，自动和半自动卧式车床，立式车床，转塔车床，自动和半自动

9、 车床，仿形车床，数控车床等。车床，仿形车床，数控车床等。 卧式车床：中小型零件加工。卧式车床：中小型零件加工。 立式车床：大型或重型零件加工。立式车床：大型或重型零件加工。 转塔车床：形状比较复杂的小型零件加工，不转塔车床：形状比较复杂的小型零件加工，不 能加工螺纹。能加工螺纹。 图图1.2 CA6140普通型卧式车床普通型卧式车床 1、11-床腿；床腿；2-进给箱；进给箱；3-主轴箱；主轴箱；4-床鞍；床鞍；5-中滑板；中滑板；6-刀架；刀架；7-回转盘回转盘 8-小滑板；小滑板；9-尾座；尾座；10-床身；床身；12-光杠；光杠；13-丝杠；丝杠；14-溜板箱溜板箱 图图1.4 1.4

10、普通转塔车床及加工零件普通转塔车床及加工零件 1-1-主轴箱主轴箱 2-2-前刀架前刀架 3-3-床身床身 4-4-前刀架溜板箱前刀架溜板箱 5-5-转塔刀架转塔刀架 1.1.2 1.1.2 铣削与铣床铣削与铣床 1 1、铣削加工、铣削加工 n以刀具的旋转作为主运动，工件通过装夹在以刀具的旋转作为主运动，工件通过装夹在 机床的工作台上完成进给运动。机床的工作台上完成进给运动。 普通铣削一般加工平面、沟槽面等。普通铣削一般加工平面、沟槽面等。 采用成形铣刀可以加工特定的曲面，如铣削采用成形铣刀可以加工特定的曲面，如铣削 齿轮等。齿轮等。 数控铣床通过控制几个轴按一定关系联动，数控铣床通过控制几个

11、轴按一定关系联动， 采用球头铣刀，可以加工复杂曲面，如模具采用球头铣刀，可以加工复杂曲面，如模具 型腔、叶轮叶片等。型腔、叶轮叶片等。 n铣削方式铣削方式 按照完成切削的铣刀刀刃区分：按照完成切削的铣刀刀刃区分： 周铣：由铣刀的外圆面刀刃完成加工表面。周铣：由铣刀的外圆面刀刃完成加工表面。 端铣：由铣刀的端面刀刃完成加工表面。端铣：由铣刀的端面刀刃完成加工表面。 加工特点：加工特点： 端铣：加工质量好，多用于大平面铣削。端铣：加工质量好，多用于大平面铣削。 周铣：适应性强，多用于小平面、沟槽和成形周铣：适应性强，多用于小平面、沟槽和成形 面铣削。面铣削。 按照铣削（周铣）时主运动速度方向与工件

12、进给按照铣削（周铣）时主运动速度方向与工件进给 方向的相同或相反区分：方向的相同或相反区分： 顺铣：铣削的主运动速度方向与工件进给运动顺铣：铣削的主运动速度方向与工件进给运动 方向相同。方向相同。 缺点：切削力容易使工件和工作台一起向前窜动，缺点：切削力容易使工件和工作台一起向前窜动， 进给量突然增大引起打滑；铣削有硬皮的铸件进给量突然增大引起打滑；铣削有硬皮的铸件 和锻件时，首先接触工件外皮，加剧刀具的磨和锻件时，首先接触工件外皮，加剧刀具的磨 损。损。 逆铣：铣削的主运动速度方向与工件进给运动逆铣：铣削的主运动速度方向与工件进给运动 方向相反。方向相反。 缺点：切削厚度从零逐渐开始增大，切

13、削之初存缺点：切削厚度从零逐渐开始增大，切削之初存 在切削刃在加工表面的挤压滑行过程，加剧刀在切削刃在加工表面的挤压滑行过程，加剧刀 具的磨损；逆铣将工件上抬，易引起振动。具的磨损；逆铣将工件上抬，易引起振动。 生产中多采用逆铣。生产中多采用逆铣。 n工艺特点工艺特点 多刃切削，生产率较高。多刃切削，生产率较高。 断续切削，散热条件较好。断续切削，散热条件较好。 应用范围广泛。应用范围广泛。 铣刀刀齿的切入切出形成冲击，切削过程容易铣刀刀齿的切入切出形成冲击，切削过程容易 产生振动，限制表面质量的提高。产生振动，限制表面质量的提高。 n加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度 普通铣削：普通铣

14、削：IT8IT7，Ra6.31.6m(4 6)。 高速铣削：高速铣削：IT6以上，以上， Ra0.80.4m(7 8)以上。以上。 2、铣床、铣床 升降台式铣床，床身式铣床，龙门铣床，工具铣升降台式铣床，床身式铣床，龙门铣床，工具铣 床，仿形铣床，数控铣床等。床，仿形铣床，数控铣床等。 升降台式铣床：工作台升降，单件小批量中小升降台式铣床：工作台升降，单件小批量中小 型零件加工。型零件加工。 床身式铣床：刀具升降，大批量中等尺寸零件床身式铣床：刀具升降，大批量中等尺寸零件 加工。加工。 龙门铣床：大型零件加工。龙门铣床：大型零件加工。 图图1.10 立式升降台铣床立式升降台铣床 1-立铣头立铣

15、头 2-主轴主轴 3-工作台工作台 4-床鞍床鞍 5-升降台升降台 图图1.8 卧式升降台铣床卧式升降台铣床 1-床身床身 2-悬臂悬臂 3-铣刀心轴铣刀心轴 4-挂架挂架 5-工作台工作台 6-床鞍床鞍 7-升降台升降台 8-底座底座 图图1.11 双轴圆形工作台铣床双轴圆形工作台铣床 1-主轴主轴 2-立柱立柱 3-圆工作台圆工作台 4-滑座滑座 5-底座底座 图图1.9 万能升降台铣床万能升降台铣床 图图1.12 龙门铣床龙门铣床 1-床身床身 2、8-卧铣头卧铣头 3、6-立铣头立铣头 4-立柱立柱 5-横梁横梁 7-控制器控制器 9-工作台工作台 1.1.3 1.1.3 刨削与刨床刨

16、削与刨床 1 1、刨削、刨削 n刀具的往复直线运动作为主运动，垂直于主刀具的往复直线运动作为主运动，垂直于主 切削运动方向的刀具与工件之间的相对移动切削运动方向的刀具与工件之间的相对移动 为进给运动。为进给运动。 n工艺特点工艺特点 机床与刀具简单，加工成本低。加工精度低，生机床与刀具简单，加工成本低。加工精度低，生 产率低。产率低。 n加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度 普通刨削：普通刨削：IT8IT7，Ra6.31.6m(4 6)。 精密刨削：平面度精密刨削：平面度0.02/1000，Ra0.8 0.4m(78)。 2、刨床、刨床 牛头牛头刨床刨床：中小型工件的单件生产。：中小型工件

17、的单件生产。 龙门龙门刨床刨床：加工大型工件。：加工大型工件。 插床：可以看成立式的牛头刨床，可以加工工插床：可以看成立式的牛头刨床，可以加工工 件的内表面如键槽、花键槽、多边形孔等，还件的内表面如键槽、花键槽、多边形孔等，还 可加工渐开线齿轮齿面。可加工渐开线齿轮齿面。 图图1.16 插床插床图图1.15 牛头刨床牛头刨床 图图1.14 龙门刨床龙门刨床 1.1.4 1.1.4 钻削与钻床钻削与钻床 1 1、钻削加工、钻削加工 钻削是最常用的孔加工方法，钻头的旋转运动为钻削是最常用的孔加工方法，钻头的旋转运动为 主运动，钻头的轴向运动为进给运动。主运动，钻头的轴向运动为进给运动。 单件小批量

18、生产单件小批量生产 中小型零件中小型零件DD13,13,台式钻床加工。台式钻床加工。 中小型零件中小型零件1313DD50,50,立式钻床加工。立式钻床加工。 大型零件，摇臂钻床加工。大型零件，摇臂钻床加工。 大批量生产中，采用钻模、多轴钻或组合机大批量生产中，采用钻模、多轴钻或组合机 床加工。床加工。 精度高和表面质量要求高的小孔，在钻削后精度高和表面质量要求高的小孔，在钻削后 常常采用扩孔（扩孔钻头）和铰孔（铰刀）常常采用扩孔（扩孔钻头）和铰孔（铰刀） 进行半精加工和精加工。进行半精加工和精加工。 图图1.20 分屑槽分屑槽 n工艺特点工艺特点 （1）钻孔）钻孔 加工精度低，表面质量差，用

19、于粗加工。加工精度低，表面质量差，用于粗加工。 容易产生容易产生“引偏引偏”。 排屑困难。排屑困难。 不易散热。不易散热。 图图1.18 钻孔引偏钻孔引偏图图1.19 减少引偏的措施减少引偏的措施 （2）扩孔）扩孔 半精加工，铰孔前的预加工。半精加工，铰孔前的预加工。 刚性较好。刚性较好。 导向性较好。导向性较好。 切削条件较好。切削条件较好。 （3）铰孔）铰孔 精加工。精加工。 刚性和导向性好，容易保证孔的尺寸精度和形刚性和导向性好，容易保证孔的尺寸精度和形 状精度。状精度。 不能校正原有孔的轴线偏斜。不能校正原有孔的轴线偏斜。 钻钻-扩扩-铰不能保证孔与孔之间的尺寸精度和位铰不能保证孔与孔

20、之间的尺寸精度和位 置精度。置精度。 2、钻床、钻床 钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪钻等。钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪钻等。 台式钻床，立式钻床，摇臂钻床，深孔钻床，中台式钻床，立式钻床，摇臂钻床，深孔钻床，中 心孔钻床等。心孔钻床等。 图图1.21 钻床的加工方法钻床的加工方法 台式钻床：小型零件的单件小批量加工。台式钻床：小型零件的单件小批量加工。 立式钻床：中小型零件的单件小批量加工。立式钻床：中小型零件的单件小批量加工。 摇臂钻床：大中型零件的单件小批量加工。摇臂钻床：大中型零件的单件小批量加工。 图图1.22 立式钻床立式钻床 图图1.23 摇臂钻床摇臂钻床 1.1.5 1.1.5 镗削与

21、镗床镗削与镗床 1 1、镗削加工、镗削加工 n镗床镗孔：镗刀随镗杆一起转动，形成主切削镗床镗孔：镗刀随镗杆一起转动，形成主切削 运动，工件轴向移动为进给运动。运动，工件轴向移动为进给运动。 n车床镗孔：工件旋转形成主切削运动，刀具轴车床镗孔：工件旋转形成主切削运动，刀具轴 向移动为进给运动。向移动为进给运动。 n工艺特点工艺特点 （1）加工箱体、机座、支架等大型零件上已有）加工箱体、机座、支架等大型零件上已有 预孔的孔和孔系。预孔的孔和孔系。 （2） 可有效地校正原孔的轴线偏斜，保证孔和可有效地校正原孔的轴线偏斜，保证孔和 孔系的位置精度。孔系的位置精度。 （3）能获得较高的精度和较低的表面粗

22、糙度。）能获得较高的精度和较低的表面粗糙度。 （4）加工范围广泛。）加工范围广泛。 （5）加工效率低。）加工效率低。 2、镗床、镗床 卧式镗床，坐标镗床，金刚镗床等。卧式镗床，坐标镗床，金刚镗床等。 图图1.26 卧式镗床卧式镗床 图图1.27 立式单柱坐标镗床立式单柱坐标镗床 n扩孔、铰孔与镗孔的区别扩孔、铰孔与镗孔的区别 扩孔、铰孔无法提高原底孔轴线的位置精度和扩孔、铰孔无法提高原底孔轴线的位置精度和 直线度。直线度。 镗孔后的轴线以镗杆的回转轴线决定，因此可镗孔后的轴线以镗杆的回转轴线决定，因此可 以校正原底孔轴孔轴线的位置精度。以校正原底孔轴孔轴线的位置精度。 n加工精度和表面粗糙度加

23、工精度和表面粗糙度 钻孔：钻孔：IT10IT10，Ra12.5Ra12.56.36.3m(m(3)3) 扩孔：扩孔：IT10IT10IT9IT9，Ra6.3Ra6.33.23.2m(m(4)4) 铰孔：铰孔：IT9IT9IT6IT6，Ra1.6Ra1.60.40.4m(m(6 68)8) 镗孔：镗孔：IT9IT9IT7IT7，Ra1.6Ra1.60.80.8m(m(6 67)7) 1.1.6 1.1.6 磨削与磨床磨削与磨床 1 1、磨削加工、磨削加工 n磨削是通过砂轮或其他磨具对工件进行加工，磨削是通过砂轮或其他磨具对工件进行加工， 砂轮的旋转运动是主运动，砂轮与工件之间砂轮的旋转运动是主运

24、动，砂轮与工件之间 的相对直线移动为进给运动。的相对直线移动为进给运动。 n磨削方式主要有外圆磨削、内圆磨削和平面磨削方式主要有外圆磨削、内圆磨削和平面 磨削。磨削。 n加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度 IT6以上，以上，Ra120012001400-1400- 15001500 700-700- 800800 强度强度 (GPa)(GPa) 2.22.22.42.42.5-42.5-4 0.9-0.9- 2.452.45 0.45-0.45- 0.80.8 0.30.30.21-0.21- 0.490.49 思考题思考题 1、刀具材料应具备哪些性能？常用刀具材料有哪些？各、刀具材料应

25、具备哪些性能？常用刀具材料有哪些？各 有何优缺点？有何优缺点？ 2、硬质合金的主要种类及用途是什么？、硬质合金的主要种类及用途是什么？ 3、超硬材料、超硬材料（立方氮化硼和人造金刚石）的特点及（立方氮化硼和人造金刚石）的特点及用途用途 是什么？是什么？ 4、试选择合理的刀具材料及牌号：、试选择合理的刀具材料及牌号： 1 1）4545钢锻件粗车；钢锻件粗车； 2 2）HT200HT200灰铸铁精车；灰铸铁精车；3 3）低速精）低速精 车合金钢蜗杆；车合金钢蜗杆；4 4）精车调质钢轴；）精车调质钢轴；5 5）高速精车铝合）高速精车铝合 金；金；6 6）高速精车淬硬钢轴；）高速精车淬硬钢轴；7 7）

26、精车冷硬铸铁；）精车冷硬铸铁；8 8）精）精 车不锈钢法兰盘；车不锈钢法兰盘；9 9）粗车）粗车40Cr40Cr铸件；铸件；1010）机用丝锥；）机用丝锥； 1111）加工中碳钢用的齿轮滚刀；）加工中碳钢用的齿轮滚刀；1212）精车冷硬合金轧）精车冷硬合金轧 辊；辊；1313）粗铣灰铸铁床身平面；）粗铣灰铸铁床身平面；1414）粗加工镍基高温）粗加工镍基高温 合金；合金；1515）精加工镍基高温合金。）精加工镍基高温合金。 1 1）4545钢锻件粗车钢锻件粗车 2 2）HT200HT200灰铸铁精车灰铸铁精车 3 3）低速精车合金钢蜗杆）低速精车合金钢蜗杆 4 4）精车调质钢轴）精车调质钢轴

27、5 5）高速精车铝合金）高速精车铝合金 6 6）高速精车淬硬钢轴）高速精车淬硬钢轴 7 7）精车冷硬铸铁）精车冷硬铸铁 8 8）精车不锈钢法兰盘）精车不锈钢法兰盘 9 9）粗车）粗车40Cr40Cr铸件铸件 1010）机用丝锥）机用丝锥 1111）加工中碳钢用的齿轮滚刀）加工中碳钢用的齿轮滚刀 1212）精车冷硬合金轧辊）精车冷硬合金轧辊 1313）粗铣灰铸铁床身平面）粗铣灰铸铁床身平面 1414）粗加工镍基高温合金）粗加工镍基高温合金 1515）精加工镍基高温合金）精加工镍基高温合金 2.3 2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 金属切削过程：刀具与工件作用使材料变形破坏

28、金属切削过程：刀具与工件作用使材料变形破坏 形成切屑。形成切屑。 挤压过程挤压过程剪切变形剪切变形 材料变形和摩擦材料变形和摩擦物理现象物理现象 物理现象：切削力物理现象：切削力 切削热切削热 积屑瘤积屑瘤 刀具磨损刀具磨损 加工硬化加工硬化 2.3.1 切屑形成过程切屑形成过程 n三个变形区划分及其基本特征三个变形区划分及其基本特征 第一变形区（基本变形区，主剪切区）第一变形区（基本变形区，主剪切区） 切削层投入切削的塑性变形区域。从切削层投入切削的塑性变形区域。从OA开始发生塑性变开始发生塑性变 形，到形，到OE晶粒的剪切滑移完成。晶粒的剪切滑移完成。 特征：沿滑移线剪切变形，并产生加工硬

29、化。特征：沿滑移线剪切变形，并产生加工硬化。 第一变形区的塑性变形行为决定了所形成的切屑类型，第一变形区的塑性变形行为决定了所形成的切屑类型， 对切屑的控制具有一定影响。对切屑的控制具有一定影响。 第二变形区（摩擦变形区）第二变形区（摩擦变形区） 切屑与前刀面摩擦的区域。切屑沿前刀面流出时进一步切屑与前刀面摩擦的区域。切屑沿前刀面流出时进一步 受到挤压和摩擦，使靠近前刀面的切屑底层再次发生受到挤压和摩擦，使靠近前刀面的切屑底层再次发生 塑性变形。塑性变形。 特征：切屑底层材料纤维化，流速减慢，滞留粘结前刀特征：切屑底层材料纤维化，流速减慢，滞留粘结前刀 面；切屑与前刀面接触区温度升高；切屑弯曲

30、。面；切屑与前刀面接触区温度升高；切屑弯曲。 第二变形区直接影响到前刀面的磨损。第二变形区直接影响到前刀面的磨损。 第三变形区（加工表面变形区）第三变形区（加工表面变形区） 已加工表面与后刀面的接触区域。已加工表面受到后刀已加工表面与后刀面的接触区域。已加工表面受到后刀 面的挤压和摩擦，产生变形和回弹。面的挤压和摩擦，产生变形和回弹。 特征：表面层材料加工硬化，应力集中。特征：表面层材料加工硬化，应力集中。 第三变形区影响到工件的表面粗糙度和表面完整性。第三变形区影响到工件的表面粗糙度和表面完整性。 n变形程度的表示方法变形程度的表示方法 切屑变形规律切屑变形规律 变形程度变形程度 1）剪切角

31、）剪切角 剪切面与切削速度之间的夹角。剪切面与切削速度之间的夹角。 切削方程式切削方程式 根据塑性力学以及滑移线场理论建立。根据塑性力学以及滑移线场理论建立。 1）麦钱特剪切角公式）麦钱特剪切角公式 /4/20/2 2）李和谢夫剪切角公式）李和谢夫剪切角公式 /40 2）相对滑移）相对滑移 第一变形区剪应变。第一变形区剪应变。 3）变形系数）变形系数 切屑厚度与切削厚度之比。切屑厚度与切削厚度之比。 n变形程度分析的定性结果变形程度分析的定性结果 剪切角与变形系数、相对滑移成反比。剪切角与变形系数、相对滑移成反比。 （1）前角增大，剪切角增大，变形系数减小）前角增大，剪切角增大，变形系数减小

32、。 （2）摩擦角增大，剪切角减小，变形系数增）摩擦角增大，剪切角减小，变形系数增 大。大。 n 切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律 刀具前角对切屑变形的影响刀具前角对切屑变形的影响 切削速度和切削厚度对切屑变形的影响切削速度和切削厚度对切屑变形的影响 2.3.2 切屑的类型及其控制切屑的类型及其控制 工件材料，变形程度。工件材料，变形程度。 形态特征，产生条件，相互转化。形态特征，产生条件，相互转化。 1）带状切屑）带状切屑 切削加工中最常见的一种切屑，内表面光滑，切削加工中最常见的一种切屑，内表面光滑， 外表面毛茸。外表面毛茸。 切削塑性材料，刀具前角较大，切削速度较高切削塑性材料，刀具前

33、角较大，切削速度较高 ，切削厚度较小。，切削厚度较小。 切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面 粗糙度值较小。粗糙度值较小。 2）挤裂切屑）挤裂切屑 外表面呈锯齿形，内表面时有裂纹，第一变形外表面呈锯齿形，内表面时有裂纹，第一变形 区局部剪切滑移量较大，可能达到材料的破裂区局部剪切滑移量较大，可能达到材料的破裂 强度。强度。 切削塑性材料，刀具前角较小，切削速度较低切削塑性材料，刀具前角较小，切削速度较低 ，切削厚度较大。，切削厚度较大。 3）单元切屑）单元切屑 切屑沿整个剪切面断裂，切屑呈梯形单元。切屑沿整个剪切面断裂，切屑呈梯形单元。 切削某些塑性

34、材料，刀具前角更小，切削速度切削某些塑性材料，刀具前角更小，切削速度 更低，切削厚度更大。更低，切削厚度更大。 n切削塑性材料切削塑性材料 带状切屑常见；挤裂切屑时有；单元切屑少见。带状切屑常见；挤裂切屑时有；单元切屑少见。 刀具前角减小刀具前角减小 切削速度降低切削速度降低 切削厚度增大切削厚度增大 4）崩碎切屑）崩碎切屑 切屑形状不规则，呈崩碎状，加工表面凸凹不切屑形状不规则，呈崩碎状，加工表面凸凹不 平。平。 切削脆性材料，切削过程中工件材料发生脆性切削脆性材料，切削过程中工件材料发生脆性 断裂。断裂。 切削过程很不平稳，已加工表面粗糙。切削过程很不平稳，已加工表面粗糙。 n 切屑控制切

35、屑控制 不良切屑不良切屑 划伤工件已加工表面，使表面粗糙度恶化。划伤工件已加工表面，使表面粗糙度恶化。 划伤机床，切屑卡在机床运动付之间。划伤机床，切屑卡在机床运动付之间。 碰撞刀具，造成刀具的早期破损。碰撞刀具，造成刀具的早期破损。 影响操作者的安全。影响操作者的安全。 限制了数控机床、自动线、柔性制造系统等自动限制了数控机床、自动线、柔性制造系统等自动 化加工设备能力的发挥。化加工设备能力的发挥。 切屑控制（切屑处理，断屑）切屑控制（切屑处理，断屑） 在切削加工中采取适当的措施以控制切屑的卷曲在切削加工中采取适当的措施以控制切屑的卷曲 、流出和折断，使之形成、流出和折断，使之形成“可接受可

36、接受”的良好切的良好切 屑形状。屑形状。 切屑可控性的主要衡量标准切屑可控性的主要衡量标准 不妨碍正常加工，切屑不缠绕在工件和刀具上，不妨碍正常加工，切屑不缠绕在工件和刀具上， 不飞溅到机床运动部件中。不飞溅到机床运动部件中。 不影响操作者的安全。不影响操作者的安全。 易于清理、存放和搬运。易于清理、存放和搬运。 实际措施实际措施 断屑槽；断屑槽； 断屑台；断屑台； 可转位刀具。可转位刀具。 断屑槽断屑槽 断屑台断屑台 2.3.3 积屑瘤积屑瘤 n在形成连续切屑的一定切削速度范围内，加工在形成连续切屑的一定切削速度范围内，加工 一般钢料或某些塑性材料时，前刀面刀刃处常一般钢料或某些塑性材料时，

37、前刀面刀刃处常 常粘附一块剖面近似呈三角状具有较高硬度的常粘附一块剖面近似呈三角状具有较高硬度的 金属硬块，代替刀刃进行切削，这块冷焊在前金属硬块，代替刀刃进行切削，这块冷焊在前 刀面上的金属称为积屑瘤（刀瘤）。刀面上的金属称为积屑瘤（刀瘤）。 n积屑瘤与切削速度的关系积屑瘤与切削速度的关系 n 积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 1 1）刀具实际前角增大；）刀具实际前角增大； 2 2）实际切削厚度增大；）实际切削厚度增大； 3 3）已加工表面粗糙度增大；）已加工表面粗糙度增大； 4 4）积屑瘤相对稳定时可代替刀刃切削，减少刀）积屑瘤相对稳定时可代替刀刃切削，减少刀 具磨损。具磨损。

38、 n防止积屑瘤产生的方法防止积屑瘤产生的方法 1）降低或提高切削速度，避开积屑瘤产生的切）降低或提高切削速度，避开积屑瘤产生的切 削速度范围。削速度范围。 2）增大刀具前角，减小刀具切屑接触区压力。）增大刀具前角，减小刀具切屑接触区压力。 3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦。）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦。 4）改变材料加工特性，减小加工硬化倾向。）改变材料加工特性，减小加工硬化倾向。 思考题思考题 1、金属切削过程有何特征？用什么参数来表示、金属切削过程有何特征？用什么参数来表示 和比较？和比较？ 2、切削过程的三个变形区各有何特点？它们之、切削过程的三个变形区各有何特点？它们之 间有

39、什么关联？间有什么关联？ 3、分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响，、分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响， 生产中最有效的控制积屑瘤的手段是什么？生产中最有效的控制积屑瘤的手段是什么？ 2.4 2.4 切削力与切削功率切削力与切削功率 2.4.1 2.4.1 切削力及其来源；切削合力及其分解；切削力及其来源；切削合力及其分解； 切削功率切削功率 n切削力切削力 切削加工时，刀具切入工件，使被加工材料发生切削加工时，刀具切入工件，使被加工材料发生 变形并成为切屑所需的力。变形并成为切屑所需的力。 n切削力的实际意义切削力的实际意义 计算功率消耗；计算功率消耗； 设计机床、刀具、夹具；设计机床、

40、刀具、夹具； 制定合理的切削用量；制定合理的切削用量； 优化刀具几何参数；优化刀具几何参数； 监控切削过程和刀具工作状态。监控切削过程和刀具工作状态。 n切削力的来源切削力的来源 1 1）克服被加工材料弹性变形的抗力。）克服被加工材料弹性变形的抗力。 2 2）克服被加工材料塑性变形的抗力。）克服被加工材料塑性变形的抗力。 3 3）克服切屑与前刀面的摩擦力、后刀面与过渡）克服切屑与前刀面的摩擦力、后刀面与过渡 表面和已加工表面之间的摩擦力。表面和已加工表面之间的摩擦力。 n切削合力切削合力F及其分解及其分解 由切屑变形过程所需各力的总和，形成作用在刀由切屑变形过程所需各力的总和，形成作用在刀 具

41、上的合力。具上的合力。 为了便于测量与应用，为了便于测量与应用， F可分解为相互垂直的三可分解为相互垂直的三 个分力（矢量关系）。个分力（矢量关系）。 主切削力主切削力FzFz（切向力）（切向力） 与过渡表面相切并与基面垂直。与过渡表面相切并与基面垂直。 用于计算刀具强度、设计机床零件、确定机床功用于计算刀具强度、设计机床零件、确定机床功 率等。率等。 进给力进给力F Fx（轴向力）（轴向力） 处于基面内并与工件轴线平行，方向与进给方向处于基面内并与工件轴线平行，方向与进给方向 相反。相反。 用于设计进给机构、计算进给运动功率等。用于设计进给机构、计算进给运动功率等。 背向力背向力F Fy（径

42、向力）（径向力） 处于基面内并与工件轴线垂直。处于基面内并与工件轴线垂直。 用于计算工件挠度、刀具强度、机床零件强度等。用于计算工件挠度、刀具强度、机床零件强度等。 使工件在切削过程中产生振动的主要因素之一。使工件在切削过程中产生振动的主要因素之一。 n各分力之间的关系各分力之间的关系 F Fz FN Fz Fx Fy 外圆车削实验外圆车削实验 当当r=45=45，s=0=0，0=15=15时：时： Fy （0.40.40.50.5）Fz Fx （0.30.30.40.4）Fz 计算得到：计算得到： F （1.121.121.181.18）Fz 比例系数的变化范围与刀具材料、工件材料、比例系数

43、的变化范围与刀具材料、工件材料、 刀具几何参数、切削用量、刀具磨损程度等刀具几何参数、切削用量、刀具磨损程度等 因素有关。因素有关。 n切削功率切削功率Pc（kWkW） 消耗在切削过程中的功率，为主切削力和进给消耗在切削过程中的功率，为主切削力和进给 力所消耗的功率之和。力所消耗的功率之和。 Pc（FzvFxnwf/1000）10 进给运动消耗的功率很小，可以忽略。进给运动消耗的功率很小，可以忽略。 Pc Fzv10 考虑机床的传动效率考虑机床的传动效率，机床电动机功率：，机床电动机功率： PE Pc/ 一般取一般取0.750.85。 2.4.2 切削力的测量切削力的测量 n切削力的理论计算切

44、削力的理论计算 n切削力的测量方法切削力的测量方法 通过测定机床功率计算切削力通过测定机床功率计算切削力 采用测力仪测量切削力采用测力仪测量切削力 测量原理：利用切削力作用在测力仪的弹性元件测量原理：利用切削力作用在测力仪的弹性元件 上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的 电荷经过转换处理后，得到各切削分力电荷经过转换处理后，得到各切削分力Fz、Fx、 Fy的值。的值。 n常用的切削力测量仪常用的切削力测量仪 电阻应变片测力仪：灵敏度较高，量程范围较大，电阻应变片测力仪：灵敏度较高，量程范围较大， 测量精度较高。测量精度较高。 电阻应变仪电阻应变仪电流

45、参数电流参数 压电晶体测力仪：灵敏度高，刚度大，线性度和压电晶体测力仪：灵敏度高，刚度大，线性度和 抗干扰性都较好且无惯性的高精度测量仪，特抗干扰性都较好且无惯性的高精度测量仪，特 别适用于测量动态力及瞬时力。别适用于测量动态力及瞬时力。 电荷放大器电荷放大器电压参数电压参数 2.4.3 切削力经验公式和切削力估算切削力经验公式和切削力估算 （1）计算切削力的指数经验公式）计算切削力的指数经验公式 表表2.2刀具几何参数刀具几何参数 硬质合金刀具：硬质合金刀具： r=45=45，0=10=10，s=0=0； 高速钢刀具：高速钢刀具： r=45=45，0=20=202525，r r=1.0mm=

46、1.0mm。 当当刀具几何参数等条件不符时，可进行相应修刀具几何参数等条件不符时，可进行相应修 正，修正系数的积正，修正系数的积KFz、KFy、KFx受到工件材受到工件材 料、刀具材料和刀具几何参数等条件的影响，料、刀具材料和刀具几何参数等条件的影响， 可查阅切削用量手册（金属切削原理）计算。可查阅切削用量手册（金属切削原理）计算。 （2）按照单位切削力计算切削力和切削功率）按照单位切削力计算切削力和切削功率 单位切削力单位切削力kc（N/mm）：单位切削面积上的）：单位切削面积上的 主切削力。主切削力。 kcFz/AcFz/apfFz/acaw 单位切削功率单位切削功率Ps（kW/mms-）

47、：单位时间内）：单位时间内 切除单位体积金属所消耗的功率。切除单位体积金属所消耗的功率。 PsPc/Qz Qz（mm/s）：单位时间内的金属切除量。）：单位时间内的金属切除量。 Qz1000vapf 切削功率切削功率PcFzv10-kcapfv10- Pskcapfv10-/1000vapfkc10-6 2.4.4 影响切削力的因素影响切削力的因素 第一变形区：塑性变形。第一变形区：塑性变形。 第二变形区：摩擦。第二变形区：摩擦。 （1）工件材料）工件材料 物理机械性能物理机械性能 加工硬化加工硬化 化学成分（含碳量，易切钢）化学成分（含碳量，易切钢） 热处理状态及金相组织热处理状态及金相组织

48、 （2）切削用量）切削用量 背吃刀量和进给量背吃刀量和进给量 切削速度切削速度 1）背吃刀量）背吃刀量 背吃刀量增大，切削面积增大，变形力、摩擦背吃刀量增大，切削面积增大，变形力、摩擦 力增大，切削力增大；不影响变形系数和摩力增大，切削力增大；不影响变形系数和摩 擦系数；影响指数基本为擦系数；影响指数基本为1，与切削力成正，与切削力成正 比。比。 2）进给量）进给量 进给量增大，切削面积增大，变形力、摩擦力进给量增大，切削面积增大，变形力、摩擦力 增大，切削力增大；进给量增大，变形系数增大，切削力增大；进给量增大，变形系数 和摩擦系数减小；影响指数小于和摩擦系数减小；影响指数小于1大于大于0，

49、与，与 切削力成正比。切削力成正比。 3）切削速度）切削速度 无积屑瘤条件下，切削速度提高，变形系数和无积屑瘤条件下，切削速度提高，变形系数和 摩擦系数减小，切削力减小；切削温度提高，摩擦系数减小，切削力减小；切削温度提高， 被加工材料强度硬度降低，切削力减小；影被加工材料强度硬度降低，切削力减小；影 响指数小于响指数小于0，与切削力成反比。，与切削力成反比。 （3）刀具几何参数）刀具几何参数 前角前角 主偏角主偏角 刃倾角刃倾角 负倒棱负倒棱 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径 1）前角）前角 前角增大，变形系数减小，摩擦系数减小，前角增大，变形系数减小，摩擦系数减小， 切削力减小。切削力减小。 2）

50、负倒棱）负倒棱 3 3）主偏角）主偏角 n主偏角增大，受几何关系影响，进给力增大，主偏角增大，受几何关系影响，进给力增大， 背向力减小。背向力减小。 n主偏角增大，切削厚度增大（图主偏角增大，切削厚度增大（图2.342.34），变形），变形 减小，主切削力减小；继续增大，受刀尖圆弧减小，主切削力减小；继续增大，受刀尖圆弧 半径影响，主切削力增大。总体变化较小。半径影响，主切削力增大。总体变化较小。 4）刀尖圆弧半径）刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径增大相当于主偏角减小对切削力的刀尖圆弧半径增大相当于主偏角减小对切削力的 影响。影响。 5）刃倾角）刃倾角 刃倾角增大：主切削力不变；进给方向前角减小，刃