機(jī)電學(xué)院機(jī)自教研室 朱繼華 61315919,機(jī)械制造技術(shù)A,制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,機(jī)械制造技術(shù)A主要內(nèi)容,金屬切削原理及刀具 金屬切削機(jī)床,考試: 占 80 考勤：占 10 實(shí)驗(yàn)：占 5 作業(yè)：占 5 ,考核方式,第一章 金屬切削基礎(chǔ)知識(shí),金屬切削加工：,利用刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn)動(dòng)），使毛坯上多余的金屬（通常稱為加工余量）變成切屑的一種加工，目的是制成一定的形狀、尺寸精度和相互位置精度以及表面質(zhì)量都合乎技術(shù)要求的零件或半成品。,第一節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)及切削用量 第二節(jié) 刀具切削部分概述 第三節(jié) 切削層參數(shù) 第四節(jié) 刀具材料,第一章 金屬切削基礎(chǔ)知識(shí),第一節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)及切削用量,刀 具,夾 具,機(jī) 床,工 件,一、工藝系統(tǒng),（1）主運(yùn)動(dòng) 使工件與刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),以進(jìn)行切削的最基本的運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的速度最高，消耗的功率最大。 （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 使主運(yùn)動(dòng)能夠繼續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,二、切削運(yùn)動(dòng),外圓車削的切削運(yùn)動(dòng),平面刨削的切削運(yùn)動(dòng),銑 削,鉆 孔,外 圓 磨 削,注釋: 1、主運(yùn)動(dòng)可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 2、主運(yùn)動(dòng)可以是工件來(lái)實(shí)現(xiàn)（車外圓）,也可以是刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)（刨、銑加工）; 3、主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以一個(gè)以上。,（1）待加工表面：即將被切去的表面。 （2）已加工表面：已經(jīng)切去一層金屬，在工件上形成的新表面。 （3）加工表面（過(guò)渡表面）：切削刃正在切削的表面。,三、加工表面,平面刨削的切削運(yùn)動(dòng),車孔、切斷加工中的工件表面,指出車端面時(shí)的三個(gè)加工表面,四、切削用量三要素,切削用量:切削速度、進(jìn)給量和切削深度三個(gè)量的總稱。,vf,dw,dm,（1）切削速度：主運(yùn)動(dòng)的線速度。 主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)： 主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)：,式中 dw工件待加工表面或刀具的最大直徑(mm) n工件或刀具每分鐘轉(zhuǎn)數(shù),式中 L往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng)度(mm) nr主運(yùn)動(dòng)每分鐘的往復(fù)次數(shù),(m/s),(m/s),切削用量:切削速度、進(jìn)給量和切削深度三個(gè)量的總稱。,vf,dw,dm,車端面,討論：車端面或車斷時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)速度不變，此時(shí)的切削速度是否有變化？,（2）進(jìn)給量 (走刀量) 工件或刀具的主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，工件和刀具兩者在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量。 進(jìn)給速度 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度，在外圓車削中 式中 車刀每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） 工件轉(zhuǎn)速（r/s）,(mm/s),不同的加工方法，切削用量三要素的含義和表示方法有所不同。,每齒進(jìn)給量,每轉(zhuǎn)進(jìn)給量,每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f（mm/r）進(jìn)給速度vf (mm/min)每齒進(jìn)給量fz （mm/z）,銑削中進(jìn)給量與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度、每齒進(jìn)給量的關(guān)系為 ：,（3）切削深度 ap （吃刀量） 對(duì)外圓車削和平面刨削而言，切削深度ap等于工件已加工表面與待加工表面間的垂直距離。,(mm),本小節(jié)完返回本章目錄,外圓車削的背吃刀量：,第二節(jié) 刀具切削部分概述,一、刀具切削部分的構(gòu)造要素,主切削刃,車刀切削部分的結(jié)構(gòu)要素,前刀面（ ）切屑沿其流出的表面。 主后刀面（ ）與工件上加工表面相對(duì)的表面。 副后刀面（ ）與工件上已加工表面相對(duì)的表面。,主切削刃（S）前刀面與主后刀面的交線。它承擔(dān)主要的金屬切除工作并形成工件上的過(guò)渡表面。 副切削刃（S）前刀面與副后刀面的交線。參與部分的切削工件并最終形成工件上的已加工表面。 刀尖刀尖是主、副切削刃的連接部位。,討論切斷刀或切槽刀有幾個(gè)面、刃、點(diǎn)？,切斷刀,二、刀具角度的參考平面,兩個(gè)平面所構(gòu)成的角度從不同的方向測(cè)量會(huì)得到不同的數(shù)值。,(a),(b),(c),三個(gè)參考平面 （一）基面（Pr）過(guò)切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)切削速度 的平面。對(duì)于普通車刀，當(dāng)切削刃上被選點(diǎn)與工件中心線等高時(shí)，則它的基面總是平行于刀桿的底面。,（二）切削平面（Ps ）過(guò)切削刃上選定點(diǎn)切于工件加工表面的平面。它也是包含該點(diǎn)切削速度 在內(nèi)并與切削刃相切的平面。,（三）剖面 1. 主剖面（ P0 ）過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，并垂直于切削刃在基面上的投影的平面（同時(shí)垂直于該點(diǎn)基面 Pr 和切削平面 Ps 的平面）。 2. 法剖面（ Pn ）過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，并垂直于切削刃的平面。,p0,pn,ps,pr,主剖面和法剖面,3. 縱向剖面（ Pp ）過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，并垂直于該點(diǎn)基面并平行于刀桿軸線的平面。 4. 橫向剖面（ Pf ）過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，并垂直于該點(diǎn)基面并垂直于刀桿軸線的平面。,兩點(diǎn)說(shuō)明：,（1）“切削刃上某一選定點(diǎn)”的提法是十分必要的。 （2）在任何情況下，切削平面都垂直于基面；除法剖面外，其它各種剖面也都垂直于基面；基面、切削平面和主剖面總是相互垂直。,三、刀具的標(biāo)注角度,刀具的標(biāo)注角度是畫刀具圖、進(jìn)行刃磨和測(cè)量時(shí)掌握的角度。 要確定外圓車刀的三面、兩刃、一尖的空間位置，須有六個(gè)基本角度。,1）前角 是前刀面與基面的夾角。 在主剖面內(nèi)度量的前角為主前角 （簡(jiǎn)稱前角）,2）后角 是后刀面與切削平面的夾角。 在主剖面內(nèi)度量的后角為主后角 （簡(jiǎn)稱后角）。,S,A,3）主偏角 在基面內(nèi)測(cè)量，是主切削刃在基面上投影與進(jìn)給方向的夾角。,S,A,4）副偏角 在基面內(nèi)測(cè)量，是副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給反方向的夾角。,S,A,5）刃傾角 切削平面內(nèi)測(cè)量，是主切削刃與基面的夾角。,S,A,討論：,有了上面的前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角5個(gè)角度，刀具的空間位置能否唯一確定？,S,A,6）副后角 在副主剖面內(nèi)測(cè)量，是副后刀面與副切削平面的夾角,S,A,1、前角 前刀面 與基面Pr 之間的夾角。 在主剖面P0內(nèi)度量的前角稱主前角 （簡(jiǎn)稱前角） 在法剖面Pn內(nèi)度量的前角稱法前角 在縱向剖面Pp內(nèi)度量的前角稱縱向前角 在橫向剖面Pf 內(nèi)度量的前角稱橫向前角 2、后角 后刀面 與切削平面Ps 之間的夾角。,說(shuō)明：,3、副切削刃上同樣有切削平面和基面，也可以作各種剖面，所以同樣也有副前角 、副后角 及副刃傾角 等。 4、前角、后角和刃傾角均有正負(fù)之分。,A）前角、后角的正負(fù),B）刃傾角的正負(fù),負(fù) 前 角,負(fù) 后 角,正、負(fù)刃傾角,討論：,有了六個(gè)基本角度（ ），外圓車刀的三面、兩刃、一尖的空間位置就確定了。刀具除基本角度外還有派生角度。 楔角 前刀面與后刀面的夾角，在主剖面 內(nèi)度量的為主楔角 ， 刀尖角 在基面 內(nèi)測(cè)量，主、副切削刃在基面上投影之間的夾角，,作業(yè)1：如圖所示為一刨刀，畫圖表示出它的標(biāo)注角度：,參考圖,（2）刀具在法平面參考系中的角度 法前角 、法后角 的定義與主前角 、主后角 相同。,外圓車刀在法平面參考系的角度,（3）刀具在縱向平面和橫向平面參考系中的角度 有縱向前角 、縱向后角 和橫向前角 、橫向后角 等角度。,外圓車刀在縱向剖面和橫向剖面參考系的角度,四、刀具角度換算 （一）主剖面與法剖面的角度換算,在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和檢驗(yàn)中，常常需要知道刀具在法剖面內(nèi)的角度。 已知主剖面內(nèi)的角度，求法剖面內(nèi)刀具的相應(yīng)角度。,法剖面和主剖面內(nèi)的角度換算,1,2,3,4,PS,以前角計(jì)算公式為例，公式推導(dǎo)如下： 在直角Mac中, 在直角Mab中, 在直角abc中,補(bǔ)充:,O,O,O,O,五、刀具的工作角度 如果考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和實(shí)際安裝情況，刀具的參考系將發(fā)生變化。,按照切削工作的實(shí)際情況，在刀具工作角度參考系中所確定的角度，稱為工作角度。,刀具標(biāo)注角度的假設(shè)條件 1 .假定運(yùn)動(dòng)條件 暫不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（vf = 0），即用主運(yùn)動(dòng)向量近似代替切削刃與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成速度向量。 2 .假定安裝條件 刀具安裝處于理想狀態(tài)，即刀具水平安裝時(shí)所選點(diǎn)與工件中心線等高，刀桿軸線垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。 所以，刀具標(biāo)注角度的參考平面是在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下（進(jìn)給運(yùn)動(dòng)vf = 0）確定的。故稱之為“靜止系”。,b)刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響:,刀尖安裝高低對(duì)工作角度的影響：,刀桿軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)工作角度變化：,a)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響：,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響,橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響： 實(shí)際的切削平面和基面都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋升角，使車刀的工作前角增大，工作后角減小。在車端面、切斷和加工凸輪、偏心輪時(shí)，則應(yīng)考慮螺旋升角的影響。,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響,縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響： 實(shí)際的切削平面和基面都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋升角，使車刀的工作前角增大，工作后角減小。一般車削時(shí)，進(jìn)給量比工件直徑小很多，故螺旋升角很小，它對(duì)車刀工作角度影響不大，可忽略不計(jì)。,當(dāng)?shù)都飧哂诠ぜS線時(shí)： 工作前角變大，工作后角減小。,當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜS線時(shí)： 工作前角變小，工作后角變大。,刀桿軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)工作角度變化： 車刀刀桿與進(jìn)給方向不垂直時(shí),工作主偏角和工作副偏角將發(fā)生變化： 式中 G即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的垂線和刀桿軸線間的夾角。,切削層:工件上正被切削刃切削的一層金屬，亦即相鄰兩個(gè)加工表面之間的一層金屬。,第三節(jié) 切削層參數(shù),切削層參數(shù)(三個(gè)) (假設(shè)：切削刃為直線且 ) 切削寬度：沿加工表面度量的切削層尺寸。,切削厚度：垂直于加工表面度量的切削層尺寸。,ap,ac3,ac1,ac2,ap,aw,曲線切削刃產(chǎn)生的切削寬度ac,ap,ac,aw,aw,ac,切削寬度aw與切削深度ap的關(guān)系：,切削厚度ac與進(jìn)給量 f 的關(guān)系：,討論:,切削面積：切削層橫截面的面積Ac。,車外圓時(shí)：,ap,ac,aw,aw,ac,殘留面積：指刀具副偏角 時(shí),經(jīng)刀具切削后,殘留在已加工表面上的不平部分剖面面積。,實(shí)際切削面積：,計(jì)算殘留面積:,減低已加工表面粗糙度的措施有哪些?,進(jìn)給量 主偏角 副偏角 刀尖圓弧半徑,一、對(duì)刀具材料性能的基本要求,1. 硬度要高和熱硬性要好 2. 要有足夠的強(qiáng)度和韌性3. 耐磨性要好 4. 要有良好的工藝性,第四節(jié) 刀具材料,1）可加工性 2）可磨削性 3）熱處理,返回本章目錄,碳素工具鋼 合金工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷和超硬刀具材料,刀具材料的種類,刀具切削部分材料,碳素工具鋼 合金工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷和超硬刀具材料,工具鋼,二、工具鋼 1.碳素工具鋼:含碳量為0.65%1.35% 的優(yōu)質(zhì)高碳鋼。 HRC6064；T=200C；淬火變形大，淬透性差。 牌號(hào)：如T10A、T12A。 適用場(chǎng)合：手動(dòng)工具。 2.合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入合金元素如W、Cr、Mn、Mo等制成的。T=250300C； 牌號(hào)：如9SiCr、CrWMn、3Cr2W8V。 適用場(chǎng)合：細(xì)長(zhǎng)刀具和刃形復(fù)雜的刀具,如絲錐、板牙、手用、機(jī)用絞刀等 3.高速鋼：是工具鋼中W、Cr、Mo、Ba 等含量較高的鋼。 T=540620C； 牌號(hào)：如W18Cr4V2、W6Mo5Cr4V W12Cr4V3Mo3Co5Si、W6Mo5Cr4V2Al 適用場(chǎng)合：復(fù)雜刀具（螺紋車刀、銑刀、孔加工刀具、拉刀、滾刀等）,三、硬質(zhì)合金是由硬度很高的金屬碳化物（如WC、TiC等）+金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等），以粉末冶金法制成的。 1）硬度、熱硬性 （T=1000C） 2）耐磨性 3）強(qiáng)度、韌性 4）導(dǎo)熱差、不耐沖擊 5）不易磨刃口 適用場(chǎng)合：簡(jiǎn)單刀具,硬質(zhì)合金分類： (1)鎢鈷類(YG) 成分：WC+Co 主要牌號(hào)有YG3、YG6、YG8，后綴數(shù)字表示Co的質(zhì)量百分含量。 適用場(chǎng)合：脆性材料 (2)鎢鈷鈦(YT) 成分：WC+TiC+Co 組成：WC和Co、還含有5%30%的TiC。 牌號(hào)：YT5、YTl4、YTl5、YT30，后綴數(shù)字表示TiC的質(zhì)量百分含量。 適用場(chǎng)合：塑性材料(3)通用類(YW) 成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co 牌號(hào)： YW1、YW2 適用場(chǎng)合：脆性材料、塑性材料，主要用于加工耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。,陶瓷材料陶瓷刀是以AL2O3為主要成份，在高溫下，燒結(jié)而成的一種刀具材料。 特點(diǎn)：1）硬度高、熱硬性好（T：12001450C） 2）耐磨性好 3）與金屬的親和力小 4）抗沖擊、抗彎強(qiáng)度差 適用場(chǎng)合：連續(xù)切削的精加工、半精加工 人造金剛石 人工制造的最硬材料。 特點(diǎn)：1）硬度高、熱穩(wěn)定性差（ T：800C ） 2）與鐵親和力大 金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。 適用場(chǎng)合：切削有色金屬、非金屬和制作砂輪。 立方氮化硼 硬度僅次于金剛石。 T：13001500C,四、其它刀具材料,l 常用刀具材料的種類及應(yīng)用,刀具材料,本章小結(jié) 本章主要學(xué)習(xí)了金屬切削過(guò)程的基礎(chǔ)知識(shí)。它包括基本定義與刀具材料兩方面的內(nèi)容。一、金屬切削過(guò)程中的三個(gè)方面的基本定義： 1切削運(yùn)動(dòng)方面：切削運(yùn)動(dòng)，切削用量三要素，加工表面等。 2刀具切削部分：車刀構(gòu)造，參考平面(基面、切削平面、主剖面等)，刀具標(biāo)注角度(前角、后角、主偏角、刃傾角、副偏角、副后角等)與工作角度。 3工件方面：工件切削層參數(shù)(切削厚度、切削寬度與切削面積)。,二、刀具材料： 1刀具材料的性能：硬度要高和熱硬性要好要有足夠的強(qiáng)度和韌性，耐磨性要好，要有良好的工藝性 2常用的刀具材料： (1)高速鋼，具有較好的綜合性能，熱處理變形小，適宜制造復(fù)雜刀具； (2)硬質(zhì)合金，硬度高，但抗沖擊能力差，適用于高速切削。 本章的難點(diǎn)是刀具標(biāo)注角度方面的基本定義。因此要理解建立參考平面的必要性,清晰了解三個(gè)參考平面(基面、切削平面、主剖面)的概念。這樣,才容易掌握刀具角度的基本定義。,返回本章目錄,Thank you for your listening!,本 章 結(jié) 束,作業(yè),2、刀具標(biāo)注角度和工作角度有何不同，原因是什么？ 3、畫出如圖所示45度端面車刀的主偏角、副偏角、前角、后角、刃傾角、法前角、法后角。,作業(yè)2：已知進(jìn)給量f，主偏角 和副偏角 ，切削深度ap，求實(shí)際切削面積 。,本節(jié)完返回本章目錄,