机械加工技术项目二课件.pptx

1、机械加工技术朱跃建 主编项目二 切削加工基础知识项目描述金属切削加工是利用工件和刀具之间的相对（切削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，从而获得具有一定加工质量零件的过程。金属切削加工的方法有很多，尽管它们的形式有所不同，但是却有着许多共同的规律和现象。掌握这些规律和现象，对正确应用各种金属切削加工方法有着重要的意义。本项目主要介绍切削加工过程的切削运动、切削用量、切削力、切削温度与切削热、切削液等金属切削加工基础知识。项目重点1.切削运动的形式、切削三要素。2.影响切屑变形的主要因素。3.掌握切屑的类型及其特点。4.切削力的合力及其分解。5.影响切削温度的主要因素。6.切削液的类

2、型及作用。1.理解切削运动的基本概念，会找出常见切削加工的切削运动。2.能熟练地找到机械加工过程中的三种表面。3.会计算切削用量。生产中常见的切削加工方式有车削、铣削、刨削、磨削、钻削、钳工加工等。常见切削运动如图2-1所示。请说出各种加工方法的切削运动及加工表面。学习目标任务描述车削运动铣削运动钻削运动刨削运动磨削运动任务一认识切削运动与切削用量知识链接机器零件的形状虽然多种多样，但基本上是由平面、外圆柱(锥)面、内圆柱(锥)面和具有一定规律的曲面所组成的。这些表面一般是由一母线按某种运动规律运动形成的。例如，平面是以一直线为母线，做直线平移运动所形成的表面。内、外圆柱(锥)面是以一平行(相

3、交)于轴线的直线绕轴线做回转运动所形成的表面。曲面是以一曲线为母线，回转或平移所形成的表面。形成上述表面所需的母线及其运动，是通过各种机床的工件和刀具做相对运动来实现的。切削时，工件与刀具的相对运动称为切削运动。切削加工必须具备两种运动，即主运动和进给运动。主运动是切除工件表面多余材料所需的最基本的运动。进给运动是在切削过程中使刀具与工件之间产生附加的相对运动，用于保证连续切下切屑，得到所需的已加工表面。主运动和进给运动共同作用，即可间断地或连续地切除多余金属，并得到具有所需几何特性的加工表面。进给运动可以是连续的运动，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动，如图2-2所示；也可以是间断的运

4、动，如刨削时工作台的横向移动，如图2-3所示。一、切削运动任务一认识切削运动与切削用量以车削外圆为例，车削外圆时，工件做旋转运动，刀具做纵向直线运动，形成了工件的外圆表面。在新表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面，如图2-4所示。（1）待加工表面即将被切除金属层的表面。（2）已加工表面已被切除多余金属而形成符合要求的工件新表面。二、切削过程中工件上的加工表面1切削表面2待加工表面3主运动4已加工表面5进给运动任务一认识切削运动与切削用量知识链接（3）加工表面正处于加工的表面，该表面和车刀的主后刀面相对。在切削运动中，通常主运动的运动速度(线速度)较高，所消耗的功率也较大。车外圆时（图2

5、-4 a），工件做回转运动；铣平面时（图2-4 b），铣刀做回转运动；刨平面时（图2-4 c），刨刀做往复直线运动，这些都是主运动。图2-4所示为车削、铣削、刨削过程中工件上的加工表面。a）车削b）铣削c）刨削1待加工表面2加工表面3已加工表面任务一认识切削运动与切削用量知识链接任务一认识切削运动与切削用量切削用量是指切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）和背吃刀量ap，也常称为切削用量三要素。三、切削用量1切削速度vc切削速度是切削加工时刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度。简单地说，就是切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度(线速度)，通常选定点为线速度最大的点。

6、切削速度的单位为m/min或m/s。（1）主运动为旋转运动大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径处的线速度，计算公式式中vc切削速度(m/min)；d完成主运动的刀具或工件的最大直径(mm)；n主运动的转速(r/min)。知识链接（2）主运动为直线往复运动例如，牛头刨床刨刀的直线往复运动为主运动，切削速度计算公式式中n工件或刀具的转速或往复次数（r/min）；L工件或刀具往复单行程（mm）。2进给量进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移来表示和度量。车削外圆时的进给量为工件每转一转刀具沿进给运动方向所移动的距离，单位为mm/r；刨削时的进

7、给量为刀具(或工件)每往复一次，工件(或刀具)沿进给运动方向所移动的距离，单位为mm/str(毫米/往复行程)。（1）进给速度vf切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动速度，即单位时间的进给量，单位是mm/s(mm/min)。任务一认识切削运动与切削用量知识链接（2）进给量f刀具或工件的主运动每转一转或一个往复行程，工件和刀具在进给运动方向上的相对位移量，以mm/r或mm/str（毫米/往复行程）表示。（3）每齿进给量fz对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿在进给运动方向上的相对位移量，单位是mm/z（毫米

8、/齿）。3背吃刀量ap背吃刀量指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，以ap表示，单位为mm。对于车削和刨削加工而言，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm，车外圆的背吃刀量如图2-6所示。外圆柱表面车削的背吃刀量可用下式计算式中dw待加工表面外圆直径（mm）；dm已完成加工后的表面外圆直径（mm）。任务一认识切削运动与切削用量知识链接任务一：指出下列各种运动方式的主运动和进给运动（表2-1）。任务一认识切削运动与切削用量1加工表面2已加工表面3刀4待加工表面任务实施任务一认识切削运动与切削用量任务实施任务二：在上述五种加工方法示意图中，分别指出加工过程中形成的待加

9、工表面、已加工表面和加工表面。任务三：计算切削用量。车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为2mm，求切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap三要素。完成以上任务后，请在教师的指导下检测是否正确，正确打“”，错误打“”并及时纠正，任务评价见表2-2。任务一认识切削运动与切削用量任务评价任务二认识切削力与切削温度1.了解切削力及其分力之间的关系。2.能说出常见影响切削力的因素。3.会使用合理方法降低切削温度。图2-11所示为常见机械加工方法。学习目标任务描述a)车端面b）铣削加工c）加工中心钻孔d

10、）卧式车床车蜗杆e）车外圆切削过程中，切削热和切削温度直接影响刀具磨损和刀具寿命，并影响工件加工精度和表面质量。切削温度对工件、刀具和切削过程有何影响？如何来降低切削温度？切削过程中如何正确使用切削液？下面我们将解决这些问题。【分 析】两种车刀都是外圆车刀，主要加工外轮廓，但是在选用中需要考虑径向切削分力对工件加工表面质量的影响。一般来讲，90车刀加工外圆件，而45车刀主要用来倒角、车端面。考虑到主偏角对径向切削分力的影响，在加工细长轴时宜采用90外圆车刀。知识链接任务二认识切削力与切削温度一、切削力和切削抗力金属切削时，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称为切削力F。切削力

11、来源于三个方面：克服被加工材料对弹性变形的抗力；克服被加工材料对塑性变形的抗力；克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。1.切削力切削力是一个空间矢量，在切削过程中，它的方向和大小不易直接给出，为了便于研究和分析它对加工的影响，通常将切削力分解成三个相互垂直的切削分力。图2-13所示为车外圆时切削力的分解图。（1）主切削力Fc主切削力是切削力F在主运动方向上的正投影，与切削速度vc方向一致。它消耗功率最大，约占总消耗功率的95%。（2）背向力Fp 背向力是切削力F在垂直于工作平面方向上的分力，车外圆时，刀具与工件在这个方向上无相对运动，所以它不做功。（3）进给力

12、Ff 进给力是切削力F在进给运动方向上的正投影，与进给速度vf方向一致，由于进给力和进给速度远小于切削力和切削速度，所以它消耗的功率非常小（5%）。知识链接任务二认识切削力与切削温度随着车刀材料、车刀几何参数、切削用量、工件材料和车刀磨损情况的不同，Fc、Fp、Ff之间的比例在一定范围内变化，但三个分力与合力之间的关系总是符合以下规律 2.切削抗力切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削抗力F，它产生的原因如下。1）被切层材料成为切屑前后对刀具前刀面的挤压变形（包括弹性变形和塑性变形）抗力和摩擦阻力。知识链接任务二认识切削力与切削温度2）工件过渡表面和已加工表面表层材料对刀具后刀面

13、的挤压变形抗力和摩擦阻力。工件抵抗切削的切削抗力F与切削时刀具对工件的切削力F是一对作用力和反作用力，它们大小相等、方向相反，分别作用在刀具和工件上。1.工件材料工件材料强度大、硬度高，剪切力大，切削力就大，但是切削力的大小不单纯受工件原始强度和硬度的影响，还与其他因素有关。通常情况下，对韧性材料主要以强度来判别其对切削力的影响，而对脆性材料主要以硬度来判别其对切削力的影响。知识链接任务二认识切削力与切削温度二、影响切削力的因素实践证明，切削力的影响因素有很多，主要有工件材料、切削用量、刀具角度、切削液等。【分 析】在加工这两种钢材时，影响切削力的因素主要表现在材料强度、硬度上，所以强度、硬度

14、高的45钢在切削时需要更大的切削力。3.刀具角度刀具前角增大，能使被切层材料所受挤压变形和摩擦力减小，排屑顺畅，切削抗力减小；刀具后角增大，刀具刀面与工件过渡表面和已加工表面的挤压变形和摩擦力减小，切削抗力减小。主偏角对切削抗力F影响较小，但对背向抗力Fp和进给抗力Ff的影响明显，增大主偏角会使进给抗力Ff增大，使背向抗力Fp减小。因此在车削细长轴时，可以利用增大主偏角的方法来减小或防止工件弯曲变形。刀具角度与切削力关系如图2-14所示。知识链接任务二认识切削力与切削温度背吃刀量ap和进给量f增大时，切削层面积增大，变形抗力和摩擦力增大，切削力增大。2.切削用量 金属切削时，由于被切削材料层的

15、变形、分离及刀具和被切削材料间的摩擦而产生的热量称为切削热，切削区域的温度称为切削温度。知识链接任务二认识切削力与切削温度影响切削力的因素还有很多，如合理使用切削液，减小工件材料的变形抗力和摩擦阻力等。三、切削热与切削温度知识链接任务二认识切削力与切削温度切削过程中产生的切削热大部分由切屑带走。例如，在车削外圆时，由切屑带走的热量占总切削热的70%80%，传入刀具的占15%20%，传入工件的占5%10%。虽然传入刀具的切削热只占很小的一部分，但由于刀具切削部分（尤其刀尖部位）体积很小，温度容易升高，在高速切削时仍可高达1000C以上，导致刀具材料软化，切削性能降低，磨损加快，进而影响加工质量和

16、缩短刀具寿命。传入工件的切削热会导致工件受热伸长和膨胀，影响加工精度。对于细长轴、薄壁套和精密零件的加工，切削热引起的热变形影响尤为严重，在生产中要合理控制切削温度。切削热传导如图2-15所示。【分 析】2.合理选择刀具角度刀具前角增大，变形和摩擦减小，因而切削热少，切削温度低。但前角大于20后，对切削温度的影响减小。刀具主偏角减小时，切削刃工作长度增加，切削宽度增大，切削厚度减小，散热条件改善，故切削温度下降。从切削温度小的角度来看，主偏角应取小值。刀具刀尖圆弧半径增大时，刀具切削刃的平均主偏角减小，切削宽度增大，刀具传热能力增大，切削温度降低。知识链接任务二认识切削力与切削温度背吃刀量和进

17、给量对切削温度的影响很小，而切削速度对切削温度的影响很大。因此在选择切削用量时，为使切削速度较低，应选择大的背吃刀量，较小的进给量和低的切削速度。1.合理选择切削用量3.合理选用切削液合理选用切削液，可以有效地减小切削过程中的摩擦，改善散热条件；而降低切削力、切削温度和刀具磨损，可提高刀具寿命、切削效率和已加工表面质量以及降低产品的加工成本。任务二认识切削力与切削温度在车床上加工图2-16所示从动轴25mm外圆，在教师的指导下亲手做一做，根据切削参数完成任务内容，并记录切削过程，任务实施见表2-3。任务实施任务二认识切削力与切削温度任务评价一、判断题任务二认识切削力与切削温度1.金属切削加工是

18、用切削刀具将坯料或工件上多余材料切除，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的方法。（）2.主运动是切下切屑所需要的最基本的运动。任何切削过程，通常只有一个主运动，最多不超过两个主运动。（）3.进给运动可以有一个或几个，运动形式有平移的、旋转的、连续的、间歇的。（）4.切削速度是指切削加工时，刀具切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度。车削加工的主运动为旋转运动，切削速度为最大线速度。（）5.车削时，待加工表面与已加工表面的垂直距离称为进给量。（）6.切削加工时，切削热传入刀具使刀头温度升高，刀头温度称为切削温度。（）7.金属切削时，刀具与工件之间的相对运动包括主运动和进给运动。（）思考与练

19、习二、选择题1成形面是以曲线为母线，以圆或（）为运动轨迹所形成的表面。A.椭圆B.折线C.直线2车削时，车刀的纵向或横向移动是（）。A.主运动B.进给运动3切削用量对切削温度的影响中，影响最大的是（）。A.切削速度 B.进给量C.背吃刀量4工件材料的强度和硬度越高，切削力就（）。A.越大B.越小 C.一般不变任务二认识切削力与切削温度8.根据切削材料和切削条件不同，常见的切屑种类有带状切屑、节状切屑、崩碎切屑三种。（）9.切削过程中所消耗的功绝大部分转变为热，称为切削热。切削热通过切屑、工件、刀具及机床传散。（）10.粗加工时允许产生一些积屑瘤，精加工时应避免产生积屑瘤。（）任务二认识切削力与

20、切削温度5当刀具前角增大时，切屑容易从前刀面流出，且变形小，因此要求（）。A.增大切削力B.降低切削力C.切削力不变6合理选择切削液，可减小刀具的塑性变形和刀具与工件间摩擦，使切削力（）。A.增大B.减小 C.不变7切削用量三要素对刀具寿命的影响由大到小依次为（）。A切削速度、背吃刀量、进给量B进给量、切削速度、背吃刀量 C切削速度、进给量、背吃刀量D背吃刀量、进给量、切削速度 8切削热来源于（）与前刀面，（）与后刀面间消耗的摩擦功转化成的热能。（）A切屑、工件B工件、刀具C切屑、刀具D工件、切屑三、简答题1什么是主运动？主运动有什么特点？金属切削过程中主运动是必须存在的吗？2什么是进给运动？进给运动有什么特点？金属切削过程中进给运动是必须存在的吗？3切削过程中，工件上的加工表面可分为哪些？4什么是切削用量的三要素？什么是切削速度，它是由主运动速度和进给运动速度合成的吗？5金属切削过程主要包括哪两类变形？切削加工过程主要包括哪三个变形区？这三个变形区分别包括哪些变形？6分析影响切削温度的主要因素。7积屑瘤对切削过程有什么影响？如何控制积屑瘤的产生？8切屑有哪些类型？各种类型有什么特征？各种类型切屑在什么情况下形成？9切削液的主要作用有哪些？切削液有哪些种类？如何选用？10粗、精加工分别选用什么切削液？加工哪些材料时不用切削液，为什么？任务二认识切削力与切削温度