切削加工成形

1）切刀：包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等。
2）孔加工刀具：包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工 刀具(如钻一铰复合刀具)等。
3）拉刀：包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀) 等。
4）铣刀：包括加工平面的圆柱铣刀、端铣刀等；加工沟槽 的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等；加工特殊 形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。 5）螺纹刀具：包括螺纹车刀、丝锥、板牙、螺纹切刀、搓 丝板等。 6）齿轮刀具：包括齿轮滚刀、蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、 花键滚刀等。 7）磨具：包括砂轮、砂带、油石和抛光轮等。 8）其他刀具：包括数控机床专用刀具、自动线专用刀具等。
d)崩碎切屑：切屑的形状不规则，加工表面凸凹不平。
2.积屑瘤 在用中等或较低的切削速度切削塑性较大的金属材料时， 往往会在切削刃上粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。 积屑瘤的产生：切削过程中，刀 — 屑间的摩擦，使刀 具前刀面十分洁净，在一定温度和压力下，切屑底层金属 与前刀面接触处发生粘结，形成了积屑瘤，如图7-9所示。 随后，积屑瘤逐渐长大，直到该 处的温度和压力不足以产生粘结 为止。积屑瘤在形成过程中是一 层层增高的，到一定高度会脱落， 经历了一个生成、长大、脱落的 周期性过程。
图7-9 积屑瘤的形成
积屑瘤的作用和影响： 1）保护刀具。 积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分 前刀面，能代替切削刃和前刀面进行切削，从而减少了刀 具磨损，起到保护刀具的作用。 2）增大前角。 积屑瘤具有30°左右的前角，因而减少了 切削变形，降低了切削力。 3）增大切削厚度。 积屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切 削厚度增加了△hD值，且是变化的，因而影响了工件的尺 寸精度。 4）增大已加工表面粗糙度值。 积屑瘤高度的周期性变化， 使切削厚度不断变化，以及由此而引起振动，积屑瘤粘附 在切削刃上很不规则，导致在已加工表面上刻划出深浅和 宽窄不同的沟纹，脱落的积屑瘤碎片留在已加工表面上。
1）刀具材料应具备的性能。 刀具切削部分在切削时要承 受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动。因此，刀具材 料应具备以下性能：
高的硬度和耐磨性； 足够的强度和韧性； 高的耐热性； 良好的工艺性；
好的导热性和小的膨胀系数。
2）刀具材料简介。 刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、 高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。目前， 刀具材料中使用最广泛的仍是高速钢和硬质合金。
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金属零件切削加工：是通过刀具与工件之间的相对 运动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的 加工方法。 切削加工的基本形式有车削、铣削、钻削、刨削、 钳工等。 一般情况下，通过铸造、锻造、焊接和各种轧制的 型材毛坯精度低和表面粗糙度大，不能满足零件要求， 必须进行切削加工才能成为零件。金属切削加工担负着 几乎所有零件的加工任务，在机械制造过程中，处于十 分重要的地位。
n ——工件或刀具的转速（r/s或r/min）。
2）进给量 f： 在工件或刀具的每一转或每一往复行程的时 间内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。通常 用 f 表示，单位为mm/r或mm／行程。
f f n f z z n
3）背吃刀量 p ：背吃刀量是在通过切削刃基点并垂直于 工作平面方向上测量的吃刀量，单位为mm，也就是工件待 加工表面与已加工表面之间的垂直距离，习惯上也将背吃 刀量称为切削深度。 外圆车削时
高 速 钢 。 高 速 钢 是 加 入 了 钨 （ W ） 、 钼 （ Mo ） 、 铬 （ Cr ）、钒（ V ）等合金元素的高合金工具钢。它具有较 高的硬度（62～67HRC）和耐热性（550 ～6000C），较高 的强度和韧性，抗冲击、振动的能力较强。适用于制造各 种形状复杂的刀具（如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿 轮刀具等）。常用的通用型高速钢牌号为 W6M05Cr4V2和 W18Cr4V。
3.影响切削变形的主要因素
1）工件材料。 强度和硬度越大，则摩擦系数越小。变形系 数减小。 2）刀具前角。 刀具前角越大，切削刃越锋利，前刀面对切 削层的挤压作用越小，则切削变形就越小。 3）切削速度。 在切削塑性金属材料时，切削速度对切削变 形的影响比较复杂，如图7-10所示，切削脆性材料时，一般 不形成积屑瘤。当切削速度增大时，切削变形相应减小。 4）切削厚度。 切削厚度对切削变形的影响是通过摩擦系数 影响的。切削厚度增加，作用在前刀面上的法向力增大，摩 擦系数减小，从而使摩擦角减小，剪切角增大，因此切削变 形减小。
7.1.3 切削过程
7.1.3.1 切削变形
塑性材料的切屑形成过程如图 7-7 所示：当刀具相对 被切削层材料作切削运动时，在切应力的作用下材料依次 错动滑移成切屑，并沿前刀面流出，而其底面则由于刀具 前刀面推挤关系已变得很光滑平整。 切削脆性材料时，由于 这类材料的塑性变形能力差， 在材料产生明显的塑性滑移 前，内部的张应力已达到破 坏强度，于是材料发生崩碎， 并沿切削速度方向飞散，形 成崩碎状的切屑。
图7-12 切削力的分解
ap
式中
Dd 2
D——工件待加工表面的直径(mm)； d ——工件已加工表面的直径(mm)。
2.切削层参数
切削层是指工件上正被刀 具切削刃切削着的一层金属。 也就是相邻的两过渡表面之间 所夹着的一层金属，如图7-3所 示。 1）切削层厚度 hD：是相邻两过 渡表面之间的垂直距离。 2）切削宽度 bD ：是沿主切削刃 测量的切削层尺寸。 3）切削面积 AD ：切削层公称横 截面积。 图7-3切外圆时的切削层要素
刃倾角
s
图7-6车刀的标注角度
4）法断面内标注角度
前角 n 后角 n 楔角 n
图7-6车刀的标注角度
5）进给断面内标注角度
前角 f 后角 f 楔角 f 6）切深断面内标注角度
前角 p
后角 p 楔角 p
图7-6车刀的标注角度
5.刀具材料及合理选用
刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。在切削过程 中，刀具的切削能力，直接影响生产率、加工质量和加工 成本。 刀具的切削性能，主要取决于刀具材料，其次是刀具 几何参数和刀具结构的选择与设计是否合理。
6）刀尖
图7-4车刀切削部分结构要素
3.刀具几何角度参考系 刀具几何角度可分为静态角度（标注角度）和工作角 度，分别对应静态参考系和工作参考系。如图 7-5 所示为静 态参考系的各组成平面。 1）基面
pr
2）主切削平面 ps
3）主断面 p0 和主断面参考 系 pr ps p0
4）法断面 pn 和法断面参考 系 pr ps pn
切削过程中，主运动、进给运动合理的组合，便可以加 工各种不同的工件表面。
切削过程中，工件上形成三个表面，如图7-2所示
1）待加工表面——将被切除的表面； 2）过渡表面——正在切削的表面；
3）已加工表面——切除多余金属后形成的表面。
切削过程中，为了提 高生产效率，机床除切削 运动外，还需要有辅助运 动，如切入运动、分度转 位运动、空程运动及送夹 料运动等。
图7-5 车刀的参考系
pf 6）切深断面 pp
5）进给断面 进给切深断面参考系
pr pf pp
图7-5 车刀的参考系
4.刀具的标注角度（图7-6） 1）主断面内标注角度 前角 0 后角 0 楔角 0 2）基面内标注角度
主偏角 r
副偏角 刀尖角
r
' r
余偏角 r 3）切削平面内标注角度
2.刀具切削部分结构要素 刀具通常由工作部分和夹持部分组成。刀具切削部分总 是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态，其他各类刀具 可看成是它的演变和组合，故以普通车刀为例，刀具切削部 分的结构要素如图7-4所示。 1）前刀面 Aγ 2）主后刀面 Aα
' 3）副后刀面 Aα
4）主切削刃S
5）副切削刃S
立方氮化硼（CBN）。 其硬度为 8000~9000HV，仅 次于金刚石。热稳定性和化学惰性比金刚石好，可耐 1300~1500℃的高温；能切削淬硬钢、冷硬铸铁和高温合 金等。立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定 在刀杆上，也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起 成为复合刀片。 陶瓷。 纯氧化铝 AL2O3 陶瓷、复合氧化铝 AL2O3— TiC 陶瓷、复合氮化硅 Si3N4—TiC—Co 陶瓷。可用于加 工钢、铸铁，对于冷硬铸铁、淬硬钢的车削和铣削特别 有效，其使用寿命、加工效率和已加工表面质量常高于 硬质合金刀具。其主要缺点是：抗弯强度低，冲击韧度 差，导热能力低和线膨胀系数大；对冲击十分敏感，容 易破裂。因此，应用受到限制。
图7-11 切削力的来源
1.切削力的分解（图7-12）
1）主切削力（切向力）Fc 。 主运动方向上的切削分力， 切于过渡表面并与基面垂直，消耗功率最多，它是计算 刀具强度、设计机床零件、确定机床功率的主要依据。 2 ）进给力（轴向力） Ff ： 作用在进给方向上的切削分力， 处于基面内并与工件轴线平行。是设计进给机构、计算刀 具进给功率的依据。 3 ）背向力（径向力或吃刀力） Fp 。 作用在吃刀方向上的切削 分力，处于基面内并与工件轴线 垂直的力。它是确定与工件加工 精度有关的工件挠度、切削过程 的振动的力。
第1节 切削加工基础知识
7.1.1 切削运动与切削要素
7.1.1.1 切削运动
切削运动是为了形成工件表面所必需的、刀具与工件之 间的相对运动。切削运动分为主运动和进给运动，如图 7-1 所示。 主运动是切除工件多余金属所需要的最基本的运动，主 运动速度高、消耗功率大。
进给运动是使金属层连续投入切削，从而加工出完整表 面的运动。
7.1.3.2 切削力和切削功率
在切屑形成过程，切屑与刀具的前刀面之间及切削表面 与刀具的后刀面之间要发生摩擦，因此刀具在切削加工时必 然要克服材料的变形抗力及前、后刀面上的摩擦阻力。这些 作用在刀具上所有力的合力称之为刀具的一个切削部分上的 总切削力，也称切削合力。 总切削力的方向、大小将 随工件材料的性质、切削 用量的大小及刀具的几何 形状的变化而变化，因此 通常将其分解成几个方向 既定的分力。图 7-11 所示 体现了切削力的来源。
硬质合金。 硬质合金可分为K、P、M三个主要类别，是 当今主要的刀具材料之一，大多数车刀、端铣刀和部分立 铣刀等均已采用硬质合金制造。
涂层刀具材料。 它是在硬质合金或高速钢基体上，涂 敷一层几微米厚的高硬度、高耐磨性的金属化合物(如碳化 钛、氮化钛、氧化铝等)而制成。
金刚石。 它是目前已知的最硬材料，硬度接近于 10000HV（硬质合金为1300∼1800HV）。能对陶瓷、硬质合 金等高硬度耐磨材料进行切削加工，使用寿命极高。但金 刚石的热稳定性较差，因此不宜加工钢铁材料。
7.1.2 切削刀具
刀具是金属切削加工中不可缺少的重要工具之一，无 论是普通机床，还是先进的数控机床和加工中心，以及柔 性制造系统，都必须依靠刀具才能完成各种需要的切削加 工。实际证明，刀具的更新可以成倍、数十倍地提高生产 效率。
1.刀具的分类
刀具的种类很多，根据用途和加工方法不同，通常把刀 具分为以下类型。
图7-2 车削加工工件上的表面
7.1.1.2 切削要素
切削要素包括切削用量和切削层参数。 1. 切削用量三要素 1）切削速度 υc ：切削刃的选定点相对于工件主运动的瞬 时速度。主运动是旋转运动时，切削速度计算公式如下：
πdn c 1000
式中
d ——工件加工表面或刀具某一点的回转直径（mm）；
图7-7 切屑的形成过程源自1.切屑类型 由于工件材料性质和切削条件不同，切削层变形程 度也不同，因而产生的切屑也多种多样。归纳起来，主 要有以下四种类型，如图7-8所示。
图7-8切屑形态
a）带状切屑 ：切屑延续成较长的带状，内表面光滑，而外 表面呈毛茸状。 b)挤裂切屑：切屑内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿形。 c)单元切屑：切屑切离成单元切屑。
根据产品的尺寸大小和特征生产纲领批量及投入生产的连续性机械制造业的生产类型分为单件生产成批生产和大量生产三732零件机械加工工艺规程的制订7321工艺规程及其应用将工艺过程的各项内容写成文件用来指导生产组织和管理生产这些技术文件就是工艺规程
第7章
7.1 7.2 7.3 7.4
切削加工成形
切削加工基础知识 常规切削加工方法 切削加工工艺基础 切削加工件的结构工艺性