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1、機電學(xué)院機自教研室 朱繼華 61315919,機械制造技術(shù)A,制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位,機械制造技術(shù)A主要內(nèi)容,金屬切削原理及刀具 金屬切削機床,考試: 占 80 考勤：占 10 實驗：占 5 作業(yè)：占 5 ,考核方式,第一章 金屬切削基礎(chǔ)知識,金屬切削加工：,,利用刀具與工件的相對運動（切削運動），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) 切削運動及切削用量 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,第一節(jié) 切削運動及切削用
2、量,刀 具,夾 具,機 床,工 件,,,,,,一、工藝系統(tǒng),（1）主運動 使工件與刀具產(chǎn)生相對運動,以進行切削的最基本的運動稱為主運動。主運動的速度最高，消耗的功率最大。 （2）進給運動 使主運動能夠繼續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表現(xiàn)所需的運動稱為進給運動。,二、切削運動,,,,,外圓車削的切削運動,平面刨削的切削運動,銑 削,鉆 孔,外 圓 磨 削,,注釋: 1、主運動可以是旋轉(zhuǎn)運動，也可以是往復(fù)運動； 2、主運動可以是工件來實現(xiàn)（車外圓）,也可以是刀具來實現(xiàn)（刨、銑加工）; 3、主運動只有一個，進給運動可以一個以上。,（1）待加工表面：即將被切去的表面。 （2）已加工表面：已
3、經(jīng)切去一層金屬，在工件上形成的新表面。 （3）加工表面（過渡表面）：切削刃正在切削的表面。,,三、加工表面,平面刨削的切削運動,車孔、切斷加工中的工件表面,指出車端面時的三個加工表面,四、切削用量三要素,切削用量:切削速度、進給量和切削深度三個量的總稱。,vf,,,,dw,,,,dm,（1）切削速度：主運動的線速度。 主運動為旋轉(zhuǎn)運動： 主運動為往復(fù)直線運動：,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)直線運動的行程長度(mm) nr主運動每分鐘的往復(fù)次數(shù),(m/s),(m/s),,,,切削用量:切削速度、進給量和切削深度三個量的總稱
4、。,vf,,,,dw,,,,dm,,車端面,討論：車端面或車斷時，工件旋轉(zhuǎn)速度不變，此時的切削速度是否有變化？,,（2）進給量 (走刀量) 工件或刀具的主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時，工件和刀具兩者在進給運動方向上的相對位移量。 進給速度 切削刃上選定點相對于工件的進給運動速度，在外圓車削中 式中 車刀每轉(zhuǎn)進給量（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。,,每齒進給量,,每轉(zhuǎn)進給量,每轉(zhuǎn)進給量f（mm/r）進給速度vf (mm/min)每齒進給量fz （mm/z）,銑削中進給量與進給運動速度、每齒進給量的關(guān)
5、系為 ：,,（3）切削深度 ap （吃刀量） 對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的表面。 副后刀面（ ）與工件上已加工表面相對的表面。,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
6、削刃的連接部位。,討論切斷刀或切槽刀有幾個面、刃、點？,切斷刀,二、刀具角度的參考平面,兩個平面所構(gòu)成的角度從不同的方向測量會得到不同的數(shù)值。,(a),(b),(c),三個參考平面 （一）基面（Pr）過切削刃上選定點并垂直于該點切削速度 的平面。對于普通車刀，當(dāng)切削刃上被選點與工件中心線等高時，則它的基面總是平行于刀桿的底面。,（二）切削平面（Ps ）過切削刃上選定點切于工件加工表面的平面。它也是包含該點切削速度 在內(nèi)并與切削刃相切的平面。,（三）剖面 1. 主剖面（ P0 ）過切削刃上選定點，并垂直于切削刃在基面上的投影的平面（同時垂直于該點基面 Pr 和切削平面 Ps 的平面）。
7、 2. 法剖面（ Pn ）過切削刃上選定點，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 ）過切削刃上選定點，并垂直于該點基面并平行于刀桿軸線的平面。 4. 橫向剖面（ Pf ）過切削刃上選定點，并垂直于該點基面并垂直于刀桿軸線的平面。,兩點說明：,（1）“切削刃上某一選定點”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、進行刃磨和測量時掌握的角度。 要確定外圓車刀的三面、兩刃、一尖的空間位置，須有六個
8、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 （簡稱后角）。,,S,A,3）主偏角 在基面內(nèi)測量，是主切削刃在基面上投影與進給方向的夾角。,S,A,4）副偏角 在基面內(nèi)測量，是副切削刃在基面上的投影與進給反方向的夾角。,S,A,5）刃傾角 切削平面內(nèi)測量，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
9、Pr 之間的夾角。 在主剖面P0內(nèi)度量的前角稱主前角 （簡稱前角） 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
10、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、制造、刃磨和檢驗中，常
11、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,,,,,補充:,,,,,,,O,O,O,O,五、刀具的工作角度 如果考慮進給運動和實際安裝情況，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 .假定運動條件 暫不考慮進給運動（vf = 0），即用主運動向量近似代替切削刃與工件之間相對運動的合成速度向量。 2 .假定安裝條件 刀具安裝處于
12、理想狀態(tài)，即刀具水平安裝時所選點與工件中心線等高，刀桿軸線垂直于進給運動方向。 所以，刀具標(biāo)注角度的參考平面是在相對靜止?fàn)顟B(tài)下（進給運動vf = 0）確定的。故稱之為“靜止系”。,,b)刀具安裝位置對工作角度的影響:,,,刀尖安裝高低對工作角度的影響：,刀桿軸線與進給方向不垂直時工作角度變化：,a)進給運動對工作角度的影響：,進給運動對工作角度的影響,橫向進給運動對工作角度的影響： 實際的切削平面和基面都要偏轉(zhuǎn)一個附加的螺旋升角，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，則應(yīng)考慮螺旋升角的影響。,,進給運動對工作角度的影響,,,縱向進給運動對工作角度的影響：
13、 實際的切削平面和基面都要偏轉(zhuǎn)一個附加的螺旋升角，使車刀的工作前角增大，工作后角減小。一般車削時，進給量比工件直徑小很多，故螺旋升角很小，它對車刀工作角度影響不大，可忽略不計。,當(dāng)?shù)都飧哂诠ぜS線時： 工作前角變大，工作后角減小。,,,,當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜS線時： 工作前角變小，工作后角變大。,,,,,刀桿軸線與進給方向不垂直時工作角度變化： 車刀刀桿與進給方向不垂直時,工作主偏角和工作副偏角將發(fā)生變化： 式中 G即進給運動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) (假設(shè)：切削刃
14、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：,ap,ac,aw,aw,ac,殘留面積：指刀具副偏角 時,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。,實際切削面積：,計算殘留面積:,,,減低已加工表面粗糙度的措施有哪些?,進給量 主偏角 副偏角 刀尖圓弧半徑,,,,,一、對刀具材料性能的基
15、本要求,1. 硬度要高和熱硬性要好 2. 要有足夠的強度和韌性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：如T10A、T12A。 適用場合：手動工具。 2.合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入合金元素如W、Cr、Mn、Mo
16、等制成的。T=250300C； 牌號：如9SiCr、CrWMn、3Cr2W8V。 適用場合：細(xì)長刀具和刃形復(fù)雜的刀具,如絲錐、板牙、手用、機用絞刀等 3.高速鋼：是工具鋼中W、Cr、Mo、Ba 等含量較高的鋼。 T=540620C； 牌號：如W18Cr4V2、W6Mo5Cr4V W12Cr4V3Mo3Co5Si、W6Mo5Cr4V2Al 適用場合：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
17、性 3）強度、韌性 4）導(dǎo)熱差、不耐沖擊 5）不易磨刃口 適用場合：簡單刀具,,,,,硬質(zhì)合金分類： (1)鎢鈷類(YG) 成分：WC+Co 主要牌號有YG3、YG6、YG8，后綴數(shù)字表示Co的質(zhì)量百分含量。 適用場合：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：YT5、YTl4、YTl5、YT30，后綴數(shù)字表示TiC的質(zhì)量百分含量。 適用場合：塑性材料(3)通用類(YW) 成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co 牌號： YW1、YW2 適用場合：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。,,
18、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：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、抗彎強度差 適用場合：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：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)了金屬切削過程的基
19、礎(chǔ)知識。它包括基本定義與刀具材料兩方面的內(nèi)容。一、金屬切削過程中的三個方面的基本定義： 1切削運動方面：切削運動，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：已知進給量f，主偏角 和副偏角 ，切削深度ap，求實際切削面積 。,本節(jié)完返回本章目錄,
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