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作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:21
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第一章
机床运动与金属切削基础知识
第一节
概
述
一、零件表面的切削加工成形方法
机械零件的表面形状不外乎是几种基本形状的表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面。当精度和表面粗糙度要求较高时，需要在机床上用刀具经切削加工而形成。
机械零件的任何表面都可看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。请看书上P3.的图1-1，平面可看作是是由一根直线(母线)沿着另一根直线(导线)运动而形成 (图1-1a)；圆柱面和圆锥面可看作是由一根直线(母线)沿着一个圆(导线)运动而形成(图1-b和c)；普通螺纹的螺旋面是由“八”形线(母线)沿螺旋线(导线)运动而形成 (图l-1d)；直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面是由渐开线(母线)沿直线(导线)运动而形成(图1-1e)等等。形成表面的母线和导线统称为
发生线
。
图 1-1
零件表面的成形
1-母线
2--导线
由图1-1可以看出，有些表面，其母线和导线可以互换，如：平面、圆柱面和直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面等，称为可逆表面；而另一些表面，其母线和导线不可互换。如：圆锥面、螺旋面等，称为不可逆表面。
切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为以下四种：
图 1-2
形成发生线的方法
(1)
轨迹法
它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为
点接触
，发生线为接触点的轨迹线。图1-2a中母线Al(直线)和导线A2，(曲线)均由刨刀的轨迹运动形成。采用
轨迹法形成发生线需要一个成形运动
。
(2)
成形法
它是
利用成形刀具对工件进行加工
的方法。切削刃的形状和长度与所需形成的发生线(母线)完全重合。图1-2b中，曲线形母线由成形刨刀的切削刃直接形成，直线形的导线则由轨迹法形成。
(3)
相切法
它是利用
刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工
的方法。见图1-2c中，采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工时，在垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃可看作是点，当切削点绕着刀具轴线作旋转运动B1，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动A2时，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。
(4)
展成法
它是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动(展成运动或称范成运动)，切削刃与被加工表面相切 (点接触)，切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。例如，图1-2d所示，用齿条形插齿刀加工圆柱齿轮，刀具沿箭头A1方向所作的直线运动，形成直线形母线(轨迹法)，而工件的旋转运动B21和直线运动A22，使刀具能不断地对工件进行切削，其切削刃的一系列瞬时位置的包络线，便是所需要渐开线形导线(见图1-2e)。用展成法形成发生线需要一个成形运动(展成运动)。
二、机床的运动
由上述可知，在机床上，为了要获得所需的工件表面形状，必须形成一定形状的发生线 (母线和导线)。除成形法外，发生线的形成都是靠刀具和工件作相对运动实现的。这种运动称为表面成形运动。此外，还有多种辅助运动。
图 1-3
成形运动的组成
成形运动按其组成情况不同，可分为简单的和复合的二种。如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。例如，用尖头车刀车削外圆柱面时(见图1-3a)，工件的旋转运动B1和刀具直线运动A2就是两个简单运动；用砂轮磨削外圆柱面时(见图1-3b)，砂轮和工件的旋转运动B1、B2，以及工件的直线移动A3，，也都是简单运动。如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或(和)直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。例如，车削螺纹时(见图1-3c)，形成螺旋形发生线所需的刀具和工件之间的相对螺旋轨迹运动，为简化机床结构和较易保证精度，通常将其分解为工件的等速旋转运动B11和刀具的等速直线移动A12。B11和A12不能彼此独立，它们之间必须保持严格的运动关系，即工件每转1转时，刀具直线移动的距离应等于螺纹的导程，从而B11和Al2这两个单元运动组成一个复合运动。用轨迹法车回转体成形面时(见图1-3d)，尖头车刀的曲线轨迹运动，通常由相互垂直坐标方向上的、有严格速比关系的两个直线运动A21和A22来实现，A21和A22也组成一个复合运动。上述复合运动组成部分符号中的下标，第一位数字表示成形的序号 (第一个、第二个、……成形运动)，第二位数字表示同一个复合运动中单元运动的序号。
成形运动中各单元运动根据其在切削中所起的作用不同，又可分为主运动和进给运动，我们将在第四节中讨论。
机床在加工过程中还需要一系列辅助运动，以实现机床的各种辅助动作，为表面成形创造条件，它的种类很多，一般包括：
(1)切人运动
刀具相对工件切人一定深度，以保证工件达到要求的尺寸。
(2)分度运动
多工位工作台、刀架等的周期转位或移位，多头螺纹的车削等。
(3)调位运动
加工开始前机床有关部件的移位，以调整刀具和工件之间的正确相对位置。
(4)各种空行程运动
切削前后刀具或工件的快速趋近和退回运动，开车、停车、变速、变向等控制运动，装卸、夹紧、松开工件的运动等。
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:22
第三讲 金属切削的基本定义
1刀具切削部分的基本定义
。
1.1刀具切削部分的组成
车刀切削部分 —— “三面两刃一尖”
1前面
：前面是刀具上切屑流过的表面，又称前刀面。
2主后面：主后面是刀具上与过渡表面相对的表面。
3副后面：副后面是刀具上与工件已加工表面相对的表面。
4主切削刃：主切削刃是前刀面与主后刀面的交线。
5副切削刃：副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。
6刀尖：刀尖指的是主切削刃与副切削刃连接处的那一小部分切削刃。
可见国标《金属切削基本术语》 (
GB/T12204-90
)
1.2确定刀具角度的参考系
刀具静止参考系（标注参考系）：不考虑进给运动，并在特定的安装条件下的参考系。
刀具工作参考系（动态参考系）：是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。考虑了进给运动及安装情况的影响。
组成刀具静止参考系的参考平面有：
1基面Ｐr
基面是通过主切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动方向的平面。车刀的基面平行于刀具底平面。
2切削平面Ps
切削平面是通过主切削刃上某一选定点，与主切削刃相切且垂直于基面的平面。
3正交平面Po
它是通过切削刃上的选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。因此，它必须垂直于切削刃在基面上的投影。
4法平面Pn
它是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。
5假定工作平面Pf
通过切削刃选定点并垂直于基面，而且平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要平行于假定的进给运动方向。
6背平面Pp
通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。
三种静止参考系：
正交平面参考系 Pr－Ps－Po：由基面、切削平面和正交平面组成。.
法平面参考系 Pr－Ps－Pn：由基面、切削平面和法平面组成。
背平面 -假定工作平面参考系Pr－Pp－Pf：由基面、背平面和假定工作平面组成。
1.3刀具的标注角度
1正交平面参考系内的刀具角度
1)主偏角kr：
在基面 Pr上，主切削平面(即主切削刃选定点处的切削平面)与假定工作平面之间的夹角，它总是正值。
2)刃倾角λs：
在主切削平面 Ps内，主切削刃与基面间的夹角。正负规定
如图
3)前角γo
在主切削刃上选定点的正交平面Po内，前面与基面间的夹角。正负规定如
4)后角αo
在同一正交平面内，后面与切削平面间的夹角。正负规定如
图
2法平面参考系内的刀具角度(Pr-Ps-Pn)
法平面参考系与正交平面参考系的区别，仅在于以法平面代替正交平面作为测量前角和后角的平面。
3假定工作平面，背平面参考系内的刀具角度(Pr-Ｐf－Ｐp)
在Pr-Pp-Pf参考系中，在主切削刃的某一选定点上由于有Pp和Pf两个测量平面，故有背前角γp、背后角αp、背楔角βp及侧前角γf、侧后角αf、侧楔角βf两套角度。而在基面和切削平面内测量的角度(kr、k′r、εr和λs)则与正交平面参考系相同。
不同参考系内的标注角度可以进行换算。
2 刀具的工作角度
若考虑实际进给运动和安装情况的影响，刀具角度的参考系将发生变化，其工作角度就不同于标注角度。在某些情况下，进给运动和刀具安装对工作角度产生的影响不能忽略的。
1刀具安装高低对工作角度的影响
提问： 1．当刀尖低于工件中心时，工作角度将怎样变化？
2．内孔镗削时刀尖安装高低对工作角度有何影响？
2刀具轴线与进给方向不垂直时对工作角度的影响
3进给运动对工作角度的影响
1)横车
2)纵车
结合金工实习讨论：
<1.> 切断时，切断刀工作后角将怎样变化？刃磨刀具时应如何考虑？
<2.> 车削螺纹时刀具工作后角将怎样变化？
4加工表面的形状对工作角度的影响
图1-18
2 切削层参数与切削方式
这部分内容以自学为主。
2.1切削层参数
切削层是指由切削部分的一个单一动作所切除的工件材料层称为切削层。
1切削层公称横截面积AＤ
切削层在基面内的实际横截面积，单位为 mm２。常简称切削面积。
2切削层公称宽度bＤ
实际参加切削的那段主切削刃在基面上投影的两个端点间的距离，即在基面内沿过渡表面度量的切削层尺寸。常简称切削宽度。
3切削层公称厚度hD
指切削层横截面积 Ac(即切削层公称横截面积AＤ与残留面积Ar之和)与切削层公称宽度bＤ之比，即在基面内垂直于过渡表面度量的切削层尺寸，常简称切削厚度。
切削用量和切削层参数合称切削要素。
2.2切削方式
1自由切削与非自由切削
只有一条直线切削刃参加切削，称为自由切削。
2直角切削与斜角切削
切削刃与切削速度方向垂直的，亦即刃倾角 λs＝0的切削方式，称为直角切削，又叫正交切削。切削刃与切削速度方向不垂直，亦即刃倾角λs≠0的切削方式，称为斜角切削。大多数为斜角切削方式。
本章小结：
1．任何一种切削加工，刀具与工件之间必须作一定的相对运动。这种切削运动分为主运动和进给运动。
主运动和进给运动可用切削速度v和进给量f进行定量的描述。vc、f和背吃刀量asp三者称为切削用量三要素。切削用量选择是否合理，对切削过程的基本规律有很大影响。
2．车刀切削部分的几何形状是其它各种刀具切削部分的基本形态。车刀切削部分的几何要素虽然很多，但主要的可以归纳为“一点、二线、三面、四角”。对这“一、二、三、四”不仅要了解其定义，而且要有清晰的空间概念。能熟练地注出各个平面（各个参考系内）的角度。
3．无论前角还是后角，在不同参考系内的数值是不同的，不同参考系内的角度可以换算。
4. 刀具在设计、制造和测量时标注的角度称为标注角度。它是在不考虑进给运动的影响和在特定的工件安装条件下给定的。刀具在切削过程中的角度称为工作角度。一般情况下两种角度可等同看待，某些情况下，必须考虑进给运动和工件实际安装情况的影响。
5．切削层公称厚度hD和公称宽度bD，经常被用来说明切削过程的机理，要掌它们与ap、kr之间的关系。
6．要了解直角切削和斜角切削；自由切削和非自由切削的概念。
作者:
guan00zhuang
时间:
2011-5-14 21:25
顶一下。
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:25
第四讲 金属切削过程的基本规律
金属切削过程中的变形
一、切屑的形成过程
1．变形区的划分
切削层金属形成切屑的过程就是在刀具的作用下发生变形的过程。
图2-10是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金属切削滑移线和流线示意图。流线表明被切削金属中的某一点在切削过程中流动的轨迹。切削过程中，切削层金属的变形大致可划分为三个区域：
（1）第一变形区从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。OA线和OM线之间的区域（图中Ⅰ区）称为第一变形区。
（2）第二变形区切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，基本上和前刀面平行。这一区域（图中Ⅱ区）称为第二变形区。
（3）第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加工硬化。这一区（图中Ⅲ区）称为第三变形区。
在第一变形区内，变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。OA称作始滑移线，OM称作终滑移线。
当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长。晶粒伸长的方向与滑移方向（即剪切面方向）是不重合的，它们成一夹角ψ。在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0．02－0．2mm，所以可以用一剪切面来表示（图2－12）。剪切面与切削速度方向的夹角称作剪切角，以φ表示。
2．切屑的受力分析
在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff；剪切面上的正压力Fns和剪切力Fs；这两对力的合力互相平衡，如图2－14所示。
如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力Fc和Fp，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可求得前刀面对切屑作用的摩擦角β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:28
......................................不能超过10000字节，不能发了
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:29
二、切削变形程度
切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。
1．变形系数
在切削过程中，刀具切下的切屑厚度hch通常都大于工件切削层厚度hD，而切屑长度lch却小于切削层长度lc。切屑厚度hch与切削层厚度hD之比称为厚度变形系数 ；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系数 。
由于切削层变成切屑后，宽度变化很小，根据体积不变原理，可求得
＝ =
2．相对滑移。
既然切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，当然就可以用相对滑移（剪应变）。来衡量切削过程的变形程度。图2-l7中，平行四边形OllNM发生剪切变形后，变为平行四边形OCPM，其相对滑移
3．剪切角φ
在剪切面上，金属产生了滑移变形，最大剪应力就在剪切面上。图2-15为直角自由切削状态下的作用力分析，在垂直于切削合力F方向的平面内剪应力为零，切削合力F的方向就是主应力的方向。根据材料力学平面应力状态理论，主应力方向与最大剪应力方向的夹角应为45，即Fs与F的夹角应为45，故有
分析上式可知：
1）前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。这表明增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。
2）摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性
能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。
三、前刀面上的摩擦
经测定，切削钢材时，刀具前刀面对被切材料产生的正应力σ和切向应力τ。在切屑与刀具前刀面接触的OB长度内存在两种不同的接触状态。在靠近切削刃的OA区，由于正应力值大，切屑在前刀面上形成粘结接触，在此区域内，各点的切应力τ基本相同，它等于被切材料的剪切屈服强度τs；在AB区，由于正应力小，切屑在前刀面上形成滑动接触，切屑相对于前刀面的摩擦特性服从古典摩擦法则，各点的摩擦系数μ相同，切应力τ=μσ。
粘结接触区上各点的摩擦系数
由于σ(x)随x变化，故在粘结接触区切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值，离切削刃越远，摩擦系数越大，其平均摩擦系数
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:30
四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
1．积屑瘤的形成及其影响
在切削速度不高而又能形成带状切屑的情况下，加工一般钢料或铝合金等塑性材料时，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块（图2－19），它的硬度很高，通常是工件材料硬度的2－3倍，这块粘附在前刀面上的金属称为积屑瘤。
切削时，切屑与前刀面接触处发生强烈摩擦，当接触面达到一定温度，同时又存在较高压力时，被切材料会粘结（冷焊）在前刀面上。连续流动的切屑从粘在前刀面上的底层金属上流过时，如果温度与压力适当，切屑底部材料也会被阻滞在已经“冷焊”在前刀面上的金属层上，粘成一体，使粘结层逐步长大，形成积屑瘤。积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力分布有关。塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；温度太高时，由于材料变软，也不易产生积屑瘤。对碳钢来说，切削区温度处于300－350℃时积屑瘤的高度最大，切削区温度超过500℃积屑瘤便自行消失。在背吃刀量ap和进给量f保持一定时，积屑瘤高度Hb与切削速度vc有密切关系，因为切削过程中产生的热是随切削速度的提高而增加的。图2－20中，Ⅰ区为低速区，不产生积屑瘤；Ⅱ区积屑瘤高度随vc的增大而增高；Ⅲ区积屑瘤高度随vc的增大而减小；Ⅳ区不产生积屑瘤。
2．积屑瘤对切削过程的影响
（1）使刀具前角变大
（2）使切削厚度变化
（3）使加工表面粗糙度增大
（4）对刀具寿命的影响
积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生，可采取的控制措施有：
l）正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。
2）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。
3）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。
4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
五、影响切屑变形的因素
1．工件材料
工件材料强度越高，切屑和前刀面的接触长度越短，导致切屑和钢刀面的接触面积减小，前刀面上的平均正应力σav增大，前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角β减小，剪切角φ增大，变形系数Λh将随之减小。
2．刀具前角
增大刀具前角γo，剪切角φ将随之增大，变形系数Λh将随之减小；但γo增大后，前刀面倾斜程度加大，切屑作用在前刀面上的平均正应力σav减小，使摩擦角β和摩擦系数μ增大而导致φ减小。由于后一方面影响较小，Λh还是随的γo增加而减小。
3．切削速度vc
在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度vc越大，变形系数Λh越小。主要是因为塑性变形的传播速度较弹性变形慢，切削速度越高，切削变形越不充分，导致变形系数下降。此外，提高切削速度还会使切削温度增高，切屑底层材料的剪切屈服强度τs因温度的增高而略有下降，导致前刀面摩擦系数μ减小，使变形系数Λh下降。
4．切削层公称厚度hD
在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层公称厚度hD越大，变形系数Λh越小。
屑的类型及控制
一、切屑的类型
由于工件材料不同，切削条件各异，切削过程中生成的切屑形状是多种多样的。切屑的形状主要分为带状、节状、粒状和崩碎四种类型，如图所示。
（1）带状切屑
它的内表面是光滑的，外表面呈毛茸状。加工塑性金属时，在切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的工况条件下常形成此类切屑。
（2）节状切屑
又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时常产生此类切屑。
（3）粒状切屑
又称单元切屑。在切屑形成过程中，如剪切面上的剪切应力超过了材料的断裂强度，切屑单元从被切材料上脱落，形成粒状切屑。
（4）崩碎切屑
加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这类切屑。
前三种切屑是加工塑性金属时常见的切屑类型。形成带状切屑时，切削过程最平稳，切削力波动小，已加工表面粗糙度较小；形成粒状切屑时切削过程中的切削力波动最大。前三种切屑类型可以随切削条件变化而相互转化，例如，在形成节状切屑工况条件下，如进一步减小前角、降低切削速度或加大切削厚度，就有可能得到粒状切屑；反之，加大前角、提高切削速度或减小切削厚度，就可得到带状切屑。
二、切屑的控制
切屑经第1、第11变形区的剧烈变形后，硬度增加，塑性下降，性能变脆。在切屑排出过程中，当碰到刀具后刀面、工件上过渡表面或待加工表面等障碍时，如某一部位的应变超过了切屑材料的断裂应变值，切屑就会折断。图2－22所示为切屑碰到工件或刀具后刀面折断的情况。
研究表明，工件材料脆性越大（断裂应变值小）、切屑厚度越大、切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。可采取以下措施对切屑实施控制。
（1）采用断屑槽
通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。
（2）改变刀具角度
增大刀具主偏角 ，切削厚度变大，有利于断屑。减小刀具前角 可使切屑变形加大，切屑易于折断。刃倾角 可以控制切屑的流向， 为正值时，切屑常卷曲后碰到后刀面折断形成C形屑或自然流出形成螺卷屑。 为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成C形屑或6字形屑。
（3）调整切削用量
提高进给量f使切削厚度增大，对断屑有利；但增大f会增大加工表面粗糙度。适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实际条件适当选择切削用量。
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:30
有很多公式，发不上来，自已去看吧，:em05: :em05:
http://www2.tzvtc.com/jxzz/jianggaoml.htm
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 21:33
在切削方面有很多要注意的地方，这上面进的很清楚，普通车铣切削的计算对很多朋友有帮助
作者:
csh0007
时间:
2011-5-14 21:47
:em26:
作者:
khhlnj
时间:
2011-5-14 21:51
驻足观看
作者:
mayzxh
时间:
2011-5-14 22:23
感觉挺深奥的，太多新名词了，看不懂，我们业余玩小床也要搞清楚这些吗？呵呵
作者:
dtwxq
时间:
2011-5-14 22:43
非常好的教程
作者:
ccjjo
时间:
2011-5-14 23:22
这东东都是最基础的，转速，切销面，走刀方向的，吃刀深度，掌握好了对加工事半功倍，
作者:
Wisdon
时间:
2011-5-14 23:24
有用 ，呵呵
作者:
qwbhbwz
时间:
2011-5-14 23:29
好教程，感谢分享，好像有的章节是空的
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