《机械制造基础》课件1.1金属切削的基础知识 .pptx

1、1.1金属切削的基础知识01切削运动及相关概念02切削用量与切削层参数03切屑的相关概念04切削过程中的相关概念1.1.1切削运动及相关概念1.零件的表面形状图1-1机械零件上常用的各种典型表面 1-平面 2-圆柱面 3-圆锥面 4-螺旋面（成形面）5-回转体成形面 6-渐开线表面（直线成形面）2.零件表面的成形方法 各种典型表面都可以看成一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。图1-2 零件表面的成形 1-母线 2-导线3.发生线的形成 在机床加工零件表面过程中，需要工件、刀具之一或两者同时按一定规律运动，形成两条发生线，从而生成所需加工表面。图1-3形成发生线所需的运动 a）成形法

2、b）轨迹法 c）相切法 d)展成法4.切削运动 在金属切削加工中必须的相对运动称为切削运动。图1-4车削运动：vc 主运动 ap 横向进给运动 f 纵向进给运动切削层：ABCD区域 工件上形成的表面：1 待加工表面 2 过渡表面 3 已加工表面 图1-5 切削过程中形成的表面 1.1.2 切削用量与切削层参数1.切削用量1000ndvwc1）切削速度 vc进给量 f背吃刀量 apzfnzfnfvmwpdd 21a2.切削层参数切削面积 AD切削层公称横截面面积（切削面积，AD）。是指工件被切下的金属层沿垂直于主运动方向所截取的横截面积。切削宽度 bD切削层公称宽度（切削宽度，bD）。是指平行于

3、工件加工表面测量的切削层横截面尺寸。切削厚度 hD切削层公称厚度（切削厚度，hD）。是指垂直于工件加工表面测量的切削层横截面尺寸。1.1.3 切屑的相关概念1.金属切削变形当切削刃切入工件时，切削层材料会产生弹性变形和塑性变形，最后形成切屑从工件上分离出去。图1-7 金属切削过程的三变形区第I变形区。切削层材料在第I变形区内会产生强烈的剪切滑移变形，同时出现加工硬化现象。第I 变形区的宽度仅为0.020.2mm，切削速度越高，宽 度越窄。经过第I变形区的变形后，被切除材料层变成切屑，从刀具前面流出。第II变形区。切屑流经前刀面时，在刀、屑界面上又受到严重挤压、摩擦和塑性变形。第II变形区内的挤

4、压、摩擦、变形及其温升，对刀具磨损影响很大。第III变形区。已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦，也会产生显著变形和纤维化，该变形区被称为第III变形区，其直接影响加工表面质量和刀具磨损。2.切屑的类型图1-8切屑的类型a)带状切屑 b)节状切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑 由于工件材料不同，切削过程中的变形程度也就不同，因而产生的切屑种类也就多种多样，如图1-8所示。图a至图c为切削塑性材料的切屑，图d为切削脆性材料的切屑。a)b)c)d)2.积屑瘤图1-9积屑瘤 （1）积屑瘤的形成。如图1-9所示，切削过程中，由于金属的挤压变形和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大的压力和很高的

5、切削温度。当压力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦阻力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成很薄的一层“滞流层”。当“滞流层”与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤。积屑瘤实质上是在切削过程中发生冷焊的结果。随着切削过程的进行，积屑瘤不断长大，当它达到一定高度后，又因受到切削冲击和振动面会破裂和脱落，被切屑带走或嵌附在工件表面上。这一过程基本上在重复进行。积屑瘤处于稳定状态时，可代替切削刃进行切削。（2）影响积屑瘤的主要因素工件材料 当工件材料的硬度低、塑性大时，切削过程中的金属变形大，切屑与前刀面间的摩擦系数和接触区长度比较大

6、。在这种条件下，易产生积屑瘤。当工件塑性小、硬度较高时，积屑瘤产生的可能性和积屑瘤的高度也减小，如淬火钢。切削脆性材料时产生积屑瘤的可能更小。刀具前角 刀具前角增大，可以减小切屑的变形、切屑与前刀面的摩擦、切削力和切削热，可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。切削速度 切削速度主要是通过切削温度和摩擦系数来影响积屑瘤的。当刀具没有负倒棱时，在极低的切削速度条件下，不产生积屑瘤。随着切削速度增大，相应的切削温度提高，积屑瘤的高度逐渐减小。切削厚度 切塑性材料时，切削力、切屑与前刀面接触区长度都将随切削厚度的增加而增大，将增加生成积屑瘤的可能性。所以，在精加工时除选取较大的刀具前角，在避免积屑瘤

7、的产生切削速度范围内切削外，应采用减小进给量或刀具主偏角来减小切削厚度。1.1.4 切过程的相关概念1.切削力和切削分力的作用01在纵车外圆时，如果加工工艺系统刚性不足，Fp是影响加工工件精度、引起切削振动的主要原因，但Fp不消耗切削功率。切削分力Fp的作用03切削力Fc是作用在工件上，并通过卡盘传递到机床主轴箱，它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据；由于Fc的作用，使刀杆弯曲、刀片受压，故用它决定刀杆、刀片尺寸；Fc也是设计夹具和选择切削用量的重要依据。在纵车外圆时，如果加工工艺系统刚性不足，是影响加工工件精度、引起切削振动的主要原因，但不消耗切削功率。切削分力Fc的作用0222

8、222fpccDFFFFFF合力在基面中的分力与各分力之间的关系：Ff作用在机床进给机构上，是计算进给机构薄弱环节零件的强度和检测进给机构强度的主要依据，Ff消耗总功率 的1%5%。0304切削分力Ff 的作用2）切削功率主运动消耗的切削功率Pc（单位为kW）应为：式中 主运动的切削速度。cccFpc根据上式求出切削功率 后，再按下式计算主电动机的功率 （kW）：cpEpccEPp/式中 机床传动功率，一般取=0.750.85。您的内容打在这里，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。标题内容您的内容打在这里，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。标题内容您的内容打在这里，在此框中选择粘贴，并选择只

9、保留文字。标题内容您的内容打在这里，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。标题内容 1）切削热的来源与传导 在切削加工中，由于切削变形和摩擦而产生热量。切削热 Q 向切屑、刀具、工件和周围介质（空气或切削液）中传散。例如，在干车削钢时，其传热比例为：2.切削热与切削温度%1%3%9%10%40%86%50介质工件刀具切屑，QQQQ 热量传散的比例与切削速度有关，切削速度增加时，由摩擦生成的热量增多，但切削带走的热量也增加，在刀具中热量减少，在工件中热量更少。Vc、ap和 f 增加，由于切削变形功和摩擦功增大，故切削温度升高切削用量通过硬度、强度和导热系数影响切削温度。工件材料在刀具几何参数中，影

10、响切削温度最为明显的因素是前角和主偏角，其次是刀尖圆弧半径。刀具几何参数浇注切削液是降低切削温度的重要措施。切削液 切削温度高低决定于：产生热量多少和传散热量的快慢两方面因素。如果生热少、散热快，则切削温度低，或者上述之一占主导作用，也会降低切削温度。2）影响切削温度的因素 3.刀具磨损与刀具耐用度正常磨损 正常磨损是指随着切削时间的增加，磨损逐渐扩大的磨损，它包括前刀面磨损、后刀面磨损和副后刀面磨损。非正常磨损 非正常磨损也称破损，常见的有塑性变形、切削刃崩刃、剥落、热裂等。1）刀具磨损的形态 刀具磨损是指切削时刀具在高温条件下，受到工件、切屑的摩擦作用，刀具材料逐渐被磨耗或出现其它形式的损

11、坏。2）磨损过程和磨损标准图1-11磨损过程（1）刀具的磨损过程 刀具的磨损一般分为三个阶段，以后刀面磨损为例，它的磨损量VB和切削时间的关系可用图4-11来表示。初期磨损阶段（图1-11中区）：由于刀面上表面粗糙度值大，表面组织不耐磨，磨损较快；正常磨损阶段（图1-11中区）：随着切削时间增加，磨损量VB逐渐加大，这是刀具工作的有效时间；急剧磨损阶段（图1-11中区）：磨损量VB到了一定数值后，磨损急剧增大，引起切削力增大，切削温度急剧升高，如果继续使用，则刀具切削刃将产生破坏。（2）刀具的磨钝标准 磨钝标准亦称磨损判据，是指刀具从开始切削到不能继续使用为止，在刀面上的那段磨损量。这个磨损量

12、也叫磨损极限，刀具磨损值达到了规定的标准应该重磨或更换切削刃。3）刀具使用耐用度（1）刀具耐用度的概念刀具耐用度 T 定义为刀具从开始切削至达到磨损极限为止的总切削时间（单位为min）。（2）影响刀具耐用度的因素提高切削速度，使切削温度增高，磨损加剧，而使刀具耐用度T降低。进给量和背吃刀量增大，均使刀具耐用度T降低，但增大后，使切削温度升高较多，故对T影响较大；而增大，使切削温度升高较少，故对刀具耐用度影响较小。合理选择刀具几何参数能提高刀具耐用度。增大前角，切削温度降低，刀具耐用度提高，但前角太大，强度低、散热差，刀具耐用度反而会降低，因此，刀具前角有一个最佳值，该值可通过切削实验求得。适当

13、减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，可提高刀具强度和降低切削温度，均能提高刀具耐用度。加工材料的强度、硬度越高和韧性越高、延伸率越小，切削时均能使切削温度升高，刀具耐用度较低。刀具材料是影响刀具耐用度的重要因素，合理选用刀具材料、采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具耐用度的有效途径。4.切削用量 合理的切削用量应该是在充分发挥机床效能、刀具切削性能和保证加工质量的前提下，能够获得高的生产率和低的加工成本。1)切削用量的选择原则 选取切削用量的合理顺序应是：首先选取尽可能大的吃刀量；其次根据机床动力与刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选择尽可能大的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提

14、下，选取尽可能大的切削速度，以达到吃刀量、进给量、切削速度三者乘积值最大。2)切削用量的选择方法 （1）背吃刀量的选择。粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达810mm；半精加工的背吃刀量取0.55mm；精加工的背吃刀量取0.21.5mm。（2）进给速度（进给量）的确定。粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因

15、素来选取进给速度。进给速度f可以按公式f=fn计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.30.8mmr；精车时常取0.10.3mm/r；切断时常取0.050.2mm/r。（3）切削速度的确定。切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/D 来确定主轴转速n（r/min）。3.选择切削用量时应注意的几个问题（1）主轴转速。应根据

16、零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定，需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。根据切削速度可以计算出主轴转速。（2）车螺纹时的主轴转速。数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴（多为Z轴）方向位移一个螺距即可。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为：n（1200/P）k。式中P被加工螺纹螺距，mm；k保险系数，一般取为80。课后练习 1.什么切削运动？切削运动的种类有哪些？2.切屑的种类有哪些？3.切削用量三要素分别是什么？切削用量的选择原则是什么？