4、金属切削机床、切削原理

硬质合金因其切削性能优良被广泛用来制作各种刀具。 在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金 制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工 刀具等也开始应用硬质合金制造。
刀具材料
表2-10 各种硬质合金的应用范围
牌 号 YG3X YG3 YG6X 硬度 、耐 磨性 、切 削速 度 抗弯 强度 、韧 性、 进给 量 应 用 范 围 铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷 铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷 普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工
螺纹运动传动链； 纵向、横向进给传动链
刀架快速运动传动链
M1
主轴箱
溜板箱
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
进给箱
230
Ⅰ5651源自34M150
80 39 50 63 20 51
Ⅱ Ⅲ
38
22
30
Ⅳ
26 50
43
41
50
44
Ⅴ
20 50
80 50 58
58 58
Ⅵ
M2
130
1450 r / m
铣削加工 Milling Cutting
Y X
图 2-13 六点定位原理
完全定位与不完全定位
工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由 度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。
欠定位
工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定 位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。
过定位
过定位 —— 工件某一个自由度（或某几个自由度） 被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。
定位误差：指一批工件在夹具中的位置不一致而引起的误差。 用△DW表示。 误差产生原因： 1.工序基准与定位基准不重合：基准不重合误差△不重合 2.工件定位表面或定位副制造不准确误差：基准位置误差△不准确 定位误差的计算：△DW= △不重合± △不准确 当工件以平面定位时: △DW= △不重合，（ △不准确=0）
机械制造工艺过程
机械制造过程中，凡是直接改变零件形状、尺 寸、相对位置和性能等，使其成为成品或半成 品的过程，称为机械制造工艺过程。 机械加工工艺过程由按照一定的顺序排列的 若干个工序组成，而每一个工序又可细分为 安装、工位、工步、及走刀等
零件表面形成方法
①轨迹法； ②成形法； ③相切法； ④展成法
工序基准：在工序图上确定本工序加工表面位置 的基准
E面
D面，为E面 的工序基准
F面
E面，为F面的 工序基准
图2-9a 支座零件第1工序（车削）
O—O轴心线 E面
图2-9b 支座零件第2工序（钻孔）
工件装夹
装夹的含义
装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。 定位 —— 使工件在机床或夹具上占有正确位置
定位误差
定位误差的概念
定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确 而引起的加工误差。
定位误差的来源
1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的 定位误差，称为基准位置误差△不准确。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位 误差，称为基准不重合误差△不重合。
定位误差分析与计算
71 4 38 3
Ⅴ
47
26
28 36
Ⅲ Ⅱ
33 18
19 4 39 82 3
54
Ⅰ
19
22
16
1440 r / min 26
71 4 38 3
47 26
Ⅴ Ⅴ
37
Ⅳ Ⅲ Ⅱ
Ⅳ
36
28
33 18
19 4 39 82 3
Ⅲ
54
Ⅱ
1440 r / min
Ⅰ
Ⅰ
19
22
16
26
16 18 39 47 19 19 28 71 26 电动机 —Ⅰ — — Ⅱ — — Ⅲ — — Ⅳ — —Ⅴ（主轴） 82 54 36 37 22 39 38 33 26
车床刀具
切削加工过程是一个动态过程， 在切削过程中，工件上通 常存在着三个不断变化的切削表面。即：
待加工表面 过渡表面
待加工表面： 工件上即将被切除的表面。 已加工表面： 工件上已切去切削层而形成的新表面。
已加工表面表面
过渡表面(加工表面)： 工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表 面之间。
抗弯 强度 、韧 性、 进给 量
抗弯强 度、韧 性、进 给量
碳素钢、合金钢的精加工 碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断 续切削时的精加工
同YT15 碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削 高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有 色金属及其合金的半精加工和精加工 高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有 色金属及其合金的粗加工和半精加工
YG6
YG8 YG6A
铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工
铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削 冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬 硬钢的半精加工和精加工
YT30
YT15 YT14 YT5 YW1 YW2
硬度 、耐 磨性 、切 削速 度
硬度、 耐磨性 、切削 速度
夹紧 —— 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置 在加工过程中保持不变
定位原理
六点定位原理
任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度—— 用 X , Y , Z , a, b , c 表示 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度 Z 将 6 个支承抽象 为6个“点”，6个 点限制了工件的 6 个自由度，这就是 六点定位原理。
• 逆铣——铣刀切入工件时 的切削速度方向和工件的 进给方向相反
顺逆铣的特点：
1、逆铣时，切削厚度由零逐渐增大，由于刃口钝圆半径的影响，开始 切削时前角为负值，刀齿在工件表面上挤压、滑行，造成工件表面加 工硬化严重，并加剧了刀齿的磨损。 顺铣时，切削厚度由最大开始，刀具磨损小，耐用度高。
2、顺铣时，铣削力在进给方向的分力与工件的进给方向相同，由于工
刀具几何角度
刀具标注角度坐标系（主剖面坐标系）
1）基面 Pr ：通过切 削刃选定点与主运动 方向垂直的平面。基 面与刀具底面平行。 2 ）切削平面 Ps ：通 过切削刃选定点与主 切削刃相切且垂直于 基面Pr的平面。 3）主剖面 Po：通过 切削刃选定点垂直于 基面Pr和切削平面 Ps 的平面。
主剖面 Po 前刀面 A 基面 Pr 切削平面 Ps 主切削刃 副切削刃 主后刀面
传动路线表达式：
16 18 39 47 19 19 28 71 26 电动机 —Ⅰ — — Ⅱ — — Ⅲ — — Ⅳ — —Ⅴ（主轴） 82 54 36 37 22 39 38 33 26
例：用α=90°的V形块定位铣轴上键槽，计算定位误差；若 不考虑其它误差，判断其加工精度能否满足加工要求？
解：
D 0.207D 0.207 0.12 0.025 mm
D为0.025 mm
远小于工件尺寸公差0.25 ㎜， 所以能够满足加工要求
600 0.12
工件的夹紧
方向
普通车床
卧式车床的工艺范围 卧式车床通用性强，结构复杂，自动化程度低，适 合单件、小批量生产 适合加工各种轴类、套类、盘类零件上的回转表面： 内、外圆柱面； 圆锥面； 环槽； 成形回转面； 端面； 螺纹； 钻孔、扩孔、铰孔； 滚花
普通车床
卧式车床的传动系统 以CA6140型车床为例： 主运动传动链； 进给运动传动链：
切削速度vc
1000 vc vc n 1000 D
Dn
（2-2）
式中 n —— 主运动转速（r/s）； D—— 刀具或工件的最大直径（mm）。
若主运动为往复运动时，其平均速度为：
2 l nr vc 1000
（2-3）
式中 nr —— 主运动每秒钟往复次数（str/s）； l —— 往复运动行程长度（mm）。
定位误差分析与计算
当工件以内孔定位时:△不准确=1/2（D+d）
d D
定位误差计算
D 不准确
2 sin 2
D
2
а
不重合
H
不准确 - 不重合
D
D 1 1 2 sin 2
当工件以外圆柱面定位时: △D=0.207D （90°V型块定位）
机床的分类
1.
金属切削机床 （Metal cutting machine tools） 用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件 的机器。占机器总制造工作量的40%—60%。 木工机床 锻压机械
2. 3.
按加工性质分类：
拉床（L）； 车床（C）； 齿轮加工机床（Y）； 铣床（X）； 刨床（插床）（B）； 螺纹加工机床（S）； （组合机床）； 磨床（M）； 特种加工机床（D）； 钻床（Z）； 锯床（G）； 镗床（T）； 其它机床（Q）
变速级数 Z=3×3×2=18
nmax
26 22 39 62 1440 r / min 54 33 26 28
nmin
26 16 18 19 1440 r / min 30r / min 54 39 47 71
Z1
Ⅰ
Z3
Z5
M1
Ⅱ
Z2
Z4
M2