机械加工应用技术基础首页和教案Word文件下载.docx
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提高生产效率、提高加工质量、及经济性有作密切的关系。
●选择的方法:
在§
4-4中介绍。
1、切削速度:
用υ表示
(1)、刀具切削刃上的某一点相对于加工表面上该点在主运动方向上的瞬时速度,即主运动的线速度。
(2)、单位为m/s,m/min。
(3)、公式:
A、当主运动为旋转运动时
πDn
υ=------(m/min)
1000
n----工件或刀具每分钟转速(m/min)。
D----工件待加工表面直径或刀具的最大直径。
(mm)
B、当主运动是往复直线运动时
2Lnr
L--------往复直线运动的行程长度(mm)
nr-------主运动每分钟的往复次数(str/min)
切削刃上各点的切削速度是不相同的,一般应取最大的切削速度。
2、进给量f:
进给方向的位移量(mm/r,mm/str双行程)
3、背吃刀量(吃刀深度ap):
已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。
(1)、单位:
mm
(2)、公式:
dw-dm
A、车外圆:
ap=--------(mm)
2
dw-----待加工表面的直径
dm----已加工表面的直径
B、钻孔:
ap=dm/2(mm)
dm-----钻孔的直径或钻头直径。
第2节刀具材料
3
1、了解刀具的工作条件,掌握刀具材料应具备的性能
2、了解刀具材料的种类
3、了解碳素工具钢及合金工具钢、高速钢、硬质合金的特点
刀具材料应具备的性能及其各种刀具材料的特点
刀具材料应具备的性能,各种刀具材料的特点
可以做刀具材料特点的不同比较,加深学生的学习印象。
1-2刀具材料
一、刀具的工作条件
二、刀具材料应具备的性能
1、足够的硬度
2、良好的耐磨性
3、足够的强度和韧性
4、高耐热性
5、导热系数大
6、较好的工艺性能。
三、常用刀具材料的种类
可分为金属材料和非金属材料
也可分为工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料(见表3-1)
四、高速钢
高速钢是高速工具钢的简称,又称锋钢、白钢。
性能特点:
工艺性能好,具有较高的硬度、强度、耐磨性和韧性,切削速度可达30m/min
其分类:
普通高速钢和高性能高速钢。
(一)、普通高速钢
1、W18Cr4V
2、W6Mo5Cr4V2
3、W14Cr4MnRE
(二)、高性能高速钢
五、硬质合金
(一)硬质合金的组成与特点
1、钨钴类硬质合金(WC-Co)代号为YG(如YG8:
指含钴量为8%)
WC为基体,硬度的主要来源;
Co为粘结相,是韧性、塑性的主要来源。
2、钨钛钴类硬质合金(WC-TiC-Co),代号为YT(如YT15为含TiC为15%)
3、钨钛钽(铌)钴类硬质合金(WC-TiC-TaC(NbC)-Co),代号为YW。
(二)、硬质合金的选用
加工脆性材料选用YG,粗加工,切削用量大,选取钴量高的如YG8,YG10;
精加工选取钴量低的如YG3。
加工塑性材料选用YT,粗加工,切削用量大,选取TiC低的如YT5;
精加工选取TiC高的如YT15。
加工难加工材料选用YW
第3节刀具切削部分的组成及刀具的几何角度
4
1、了解刀具切削部分的组成。
2、了解测量刀具角度的坐标参考系。
3、掌握车刀的几何角度。
车刀的几何角度
具角度的坐标参考系。
1-3刀具切削部分的组成及刀具的几何角度
一、车刀切削部分的组成
它是一个几何体,是由几个面和多条由面相交而成的切削刃、刀尖组成的
1、前刀面Ar:
切屑流经的刀面
2、主后刀面Aa:
与加工表面相对的刀面
3、副后刀面A`a:
与已加工面相对的刀面
4、主切削刃S:
前刀面与主后刀面相交的部分,担负主要切削工作。
5、副切削刃S`:
前刀面与副后刀面相交的部位,协同主切削刃完成金属的切除工作。
6、刀尖(过渡刃):
主、副切削刃连接处的一小段切削刃。
外圆车刀有三面两刃一刀尖;
450车刀有四面三刃和两个刀尖。
二、测量刀具角度的坐标参考系
●分为标注参考系(静态参考系)和工作参考系(动态参考系)。
●标注参考系下定义的角度称为刀具的标注角度。
●工作参考系下定义的角度称为刀具的工作角度。
●从实质上讲,刀具的标注角度是在假定条件下的工作角度。
●确定标注角度的坐标系有:
正交平面坐标系、法平面坐标系、进给与背平面坐标系等,但大都有是采用正交平面标注坐标系。
外圆车刀的标注角度的定义:
1、标注参考系的假定条件
(1)、假定运动条件:
不考虑进给运动的影响,主运动矢量υ代替合成运动矢量。
(2)、假定安装条件:
规定刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削速度方向,同时,规定刀杆的轴线与进给运动方向垂直。
2、刀具标注角度的参考系
(1)、参考平面
A、基面Pr:
垂直于主运动方向的平面。
(与刀体底面平行的平面)
B、切削平面Ps:
通过切削刃上某一选定点,切于工件加工表面的平面为切削平面。
(过切削刃S与切削速度υ的平面)
C、正交平面Po:
通过主切削刃上某一选定点,并垂直于主切削刃在基面上的投影的平面。
D、法平面Pn:
通过主切削刃上某一选定点,并垂直于主切削刃的平面。
E、进给平面Pf(横向平面):
通过主切削刃上某一选定点,垂直于基面Pr,又平行于假定进给运动方向的平面。
(主运动方向与进给运动方向所组成的平面)
F、背平面Pp(纵向平面):
通过主切削刃上某一选定点,垂直于基面Pr,又垂直于进给平面Pf的平面。
(2)、参考系
A、正交平面坐标参考系:
Pr—Ps---Po组成
B、法平面参考系:
Pr—Ps---Po组成
C、进给与背平面参考系:
Pr—Pf---Pp组成
如果选定点在副切削刃上时,坐标平面右上角色应加上符号“`”,并在名称前冠以“副切削刃”。
三、车刀的几何角度--------刀具的标注角度
1、前角γo:
在正交平面中,测量的前刀面与基面间的夹角。
在正交平面,Ar与Ps的夹角小于900,γo为正,大于900,γo为负。
2、后角ao:
在正交平面中,测量的后刀面与切削平面间的夹角。
在正交平面,Aa与Pr的夹角小于900,γo为正,大于900,γo为负。
一般选30~120
3、主偏角kr:
在基面中,主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。
一般为450~900
4、副偏角kr`:
在基面中,主切削刃在基面上的投影与反进给方向的夹角。
5、刃倾角λs:
在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。
刀尖为切削刃的最高点时λs为正,刀尖为切削刃的最低点时λs为负。
(一般取-50~+100)
6、楔角βo:
在正交平面内,Ar与Aa的夹角。
γo+βo+ao=900
7、刀尖角εr:
主切削刃与副切削刃在基面内的投影的夹角。
Kr+kr`+εr=1800
四、刀具几何形状的图示方法
通常均采用简单画法,即取刀具在基面的投影为主视图,背平面或进给平面为侧视图,切削平面为向视图,并同时作出主、副切削刃的正交平面图。
角度标注数量按“一面二角分析法”
第4节金属切削的几个常用概念
6
1、了解切屑的种类
2、了解切屑变形区的划分
3、掌握切屑的变形规律
4、了解切削热和温度
5、了解切削液
6、熟悉刀具磨损和耐用度
切屑的变形规律、加工硬化、切削热和温度、刀具磨损和耐用度
切屑的变形规律、切削热和温度、刀具磨损和耐用度
1-4切屑变形
一、金属切削过程中变形区的划分
第一变形区
:
在刀具的挤压的情况下产生的变形,对塑性材料而言,主要是沿剪切面的滑移变形。
第二变形区:
是切屑在流出过程中与前刀面之间产生的挤压,摩擦变形。
第三变形区:
是靠近切削刃处已加工面表层内产生的变形。
二、金属切削过程的变形规律
第一变形区的剪切滑移变形
第二变形区的挤压变形
第三变形是已加工表面的变形
三、积屑瘤
1、概念:
加工塑性金属时,从切屑和工件上脱落下来的金属粘结(冷焊)并层积在前刀面上的楔块。
2、形成:
切屑“滞留”现象。
3、积屑瘤对加工的影响
有利方面:
(1)保护刀具
(2)增加实际前角
有弊方面:
(3)增大切削厚度;
(4)增大已加工表面粗糙值
4、各种因素对积屑瘤的影响
(1)工件材料的影响:
加工塑材易产生积屑瘤,加工脆性材料无积屑瘤产生。
(2)切削速度的影响:
中等速度(15~20m/min),切削温度约300℃左右,摩擦因数最大,易产生积屑瘤。
(3)刀具前角的影响:
小前角易产生积屑瘤。
(4)刀具表面粗糙度的影响:
减小表面粗糙度,可减少积屑瘤。
(5)切削液的影响:
切削液减小了切屑与刀具前刀面的摩擦,不易产生积屑瘤。
五、切削热和切削温度
(一)切削热的来源和传出
来源:
Q来=Q弹+Q塑+Q前摩+Q后摩
传出:
Q出=Q屑+Q工+Q刀+Q介
传出的比例见表3-1
(二)、切削区温度的分布和测定
1、切削区的温度:
是指切屑、工件与刀具接触表面上的平均温度。
2、切削区温度的分布:
见图3-18
3、切削区温度的测定:
(1)、人工电偶法
(2)、自然电偶法
(三)、影响切削温度的因素
1、切削用量
(1)V增加一倍,温度提高20~30%;
(2)、ap增加一倍,温度提高5~8%;
(3)、f提高一倍,温度提高10%左右。
2、刀具几何角度
(1)、
提高,温度下降,但不宜过大,否则散热慢。
(2)、
减小,刀刃工作长度增加,切削厚度减小,散热快,温度降低。
3、刀具的磨损
磨损越严重,
4、被加工材料
(2)、材料的导热系数越低,温度高。
(3)、加工脆性材料时,由于产生崩碎切屑,与前刀面的摩擦降低,温度降低。
(四)、切削热的利用与限制
一般均控制和减小切削热的产生。
但加工淬火钢时,由于硬度高,用负前角来提高刀具的刚性,则挤压摩擦越严重,温度高,来软化材料,以便切削。
六、刀具磨损与刀具耐用度
(一)刀具耐用度的概念
1、刀具磨损形式
(1)、正常磨损
其形式有三种
(2)、非正常磨损:
其形式有两种
2、刀具磨损的原因
(1)、磨粒磨损(或机械擦伤磨损)
是工件和切屑上的硬质点对刀面的划痕。
(2)、粘结磨损
是由于工件与后刀面,切屑与前刀面在较大压力和适当温度作用下,材料分子间产生吸附作用,使刀具强度下降,微粒被切屑和工件带走,从而使刀具磨损。
在中低速切削中易产生。
(3)扩散磨损
是在高温时,刀具和工件之间的合金元素相互扩散,使刀具的物理、力学性能发生改变,从而加剧刀具的磨损。
(4)、相变磨损
金相组织发生改变,硬度下降,磨损加剧。
(马氏体——奥氏体)。
1、刀具的磨损过程及磨钝标准
1、过程:
三个阶段
初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。
(如图)
2、刀具的磨钝标准(或磨损限度)
因后刀面磨损是常见的,故以后刀面上的棱面高度VB作为磨钝标准。
(三)、刀具的耐用度
1、刀具耐用度的概念
指刃磨后的刀具,自开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间称为刀具耐用度,用“T”表示。
也有用Lm(刀具有效行程)来表示:
Lm=V*T
T的意义:
它是衡量刀具切削性能好坏的重要标志,用T比用VB确定刀具是否该刃磨了,要简单得多。
2、影响T的各种因素
(1)工件材料
(2)、刀具材料:
影响T的主要因素
(3)、刀具的几何参数
(4)、切削用量
3、合理选择耐用度的原则
因为T提高,切削用量降低,生产效率降低,提高了加工成本;
反之,T过小,虽然切削用量提高了,缩短了机动时间,但刀具磨损加快,辅助时间增加,提高了成本,生产效率降低,故只有选取一个合理的T值。
T的两个合理值
七、切削液
(一)切削液的作用
1、切削液的冷却作用
冷却的主要目的是使切削区的切削温度降低,特别重要的是降低前刀面上最高温度,起到了减小工件因膨胀而引起的变形和保证刃口强度,减小刀具磨损的作用。
2、切削液的润滑作用
减小摩擦角并减小切屑与前刀面之间的摩擦因数和摩擦力,增大剪切角,减小切削变形从而使切削力减小,切削功率降低,由于降低了切削区的切削温度,致使刀具磨损减小,刀具耐用度提高;
使积屑瘤不易产生,提高已加工表面的质量。
3、切削液的清洗和排屑作用
清洗性能的好坏,与切削液的渗透性,流动性和压力有关。
4、切削液的防锈作用
切削液能减轻工件,机床,刀具受周围介质的腐蚀。
(二)切削液的种类与配方
5、水溶液
主要成分是水,再加入一定的添加剂,使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。
常用的有电解水溶液和表面活性水溶液。
6、乳化液
是在切削加工中使用较广的一种切削液,它是水与油的混合液体。
浓度低的乳化液含水比例大,主要起冷却作用,适用于粗加工和磨削,浓度高的乳化液,主要起润滑作用,适用于精加工。
7、切削油
主要起润滑作用。
8、极压切削油和极压添加剂
为了改善切削液的性能所能加入的化学物质称为添加剂。
(三)切削液的选用及使用方法
常见的使用方法有浇注法,高压冷却法和喷雾冷却法。
第5节车刀
实物
1、掌握车刀的种类、结构、用途和使用技术。
2、根据所学知识和车刀使用情况,能提出改进车刀的建议。
掌握车刀的种类、结构、用途和使用技术。
车刀的改进。
尽量采用实物进行教学,将各种车刀的特点及加工范围进行对比,以增强学生对车刀的了解。
1~5车刀
车刀可定成工件的外圆,端面,车槽或切断,以及车孔和车内外螺纹等加工工艺.
按所加工的表面特征分油外圆车刀.车槽车刀.螺纹车刀.内孔车刀等.
按车刀结构的不同.可分为整体式.焊接式和机械夹固式车刀.其中机械夹固式可分为机夹重磨式和机夹可转位式两种.
一、焊接车刀的概念及特点.
焊接车刀由刀片和用45号钢制成的力杆通过焊接连接而成.
1.与其他形式的刀具相比.焊接车刀的结构简单,刚性号,制造方便.
2.通过刃磨可获得比较理想的形状的角度.
3.由于刀杆和刀片的线膨胀系数不同.钎焊时易产生内应力而使刀片出现裂缝,材料消耗较大.
4.刀杆不能重复使用.材料消耗较大.
二、硬质合金焊接刀片.
我国利用的硬质合金分为A.B.C.D.E五类.刀片型号由一个字母和一个或两个数字组成.后面的数字表示刀片的主要尺寸.
三、车刀刀片的焊接工艺
刀片的焊接过程使采用比母材(刀片和刀体)熔点低的金属材料作钎料.将焊接件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔点温度,利用液态钎料固润滑母材,填充接头间歇,并于母材相互扩散冷却固化后实现.
1.铜镍合金或纯铜:
熔点1000~1200℃
2.铜镍合金或105#钎料:
熔点在900~950℃.
3.银铜合金或106#.107#钎料:
熔点在820℃
根据加热方式的不同.主要由气焰钎焊,炉中钎焊.漫铜钎焊和高步页钎焊.
四、机械夹固.
机械夹固式车刀式一种机械夹固方法.
1.刀片不经过高温焊接,避免了因焊接而引起地裂纹,硬度下降等缺陷,提高了刀具耐用度.
2.由于刀具耐用度地提高,且换刀时缩短,从而提高了生产效率.
3.刀杆可以重复使用,节省了制造刀杆费用,
4.刀片可多次重复刃磨使用,还可加以利用.
五、卷屑槽断屑
在车刀的前刀面上磨出卷屑槽.
切屑在流径卷屑槽时,受外力作用产生力矩而使切屑强制卷曲,增加其变形内应力,促使其折断.
六、加工不锈钢车刀改进.
1.车削不锈钢的特点:
(1).高温强度和高温硬度高,所以切削力大.
(2).不锈钢的塑性大,刃性高,切削变形大,相应的切削力.热大.
(3).不锈钢的导热系数低切屑的热量很小.加速磨损.
(4).不锈钢的粘附性强,刀刃易磨损.
(5).不锈钢的加工表面容易产生冷硬现象.
(6).不锈钢的刃性大.
第6节铣刀
1、掌握铣刀种类、结构、用途及使用技术。
2、了解改进铣刀结构的途径。
铣刀种类、结构、用途及使用技术
改进铣刀结构的途径。
对于铣刀的几何角度。
铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀,切削部分的几何参数及切削的基本规律与车刀相似。
铣刀的特点:
(1)切削力是波动的,引起铣削过程不平稳,产生振动。
(2)铣削属于断续切削,刀刃受到周期性的冲击,甚至崩刃。
(3)刀齿在逆铣时与工件产生很大的挤压与摩擦,加剧刀齿后刀面的磨损。
(4)铣刀的排屑槽与车刀不一样,属于半封闭式。
1~6铣刀的种类及用途
一、按铣刀的用途分类:
1、加工平面的铣刀:
2、
(1)加工圆柱铣刀
用于卧式铣床上加工平面,由高速钢制造。
采用螺旋形刀齿可提高切削工作的平稳性。
(2)端面铣刀
用于立式铣床上加工平面,刀齿由硬质合金制造。
3、加工沟槽用的铣刀
槽铣刀、两面三刃铣刀、三面刃铣刀
4、加工成形面铣刀
成形铣刀
二、按铣刀齿背铣刀分类:
1、尖刀铣刀:
多为直线齿背铣刀,磨钝后可沿后刀面进行重磨。
2、铲齿铣刀:
齿背是用铲齿方法加工出来的,适用于切削廓形较复杂的铣刀。
三、铣刀的几何参数
1、前角:
螺旋齿圆柱铣刀,规定法向前角为其标注角度(γ)
端面铣刀,用正交平面内的前角(α)。
选择铣刀前角的原则是:
根据工件材料和刀具材料选择。
2、后角:
规定铣刀的后角在正交平面内测量。
为了减少后刀面的磨损,应选择较大的后角。
3、主偏角和副偏角
圆柱铣刀的主偏角90,无副切削刃,无副偏角。
4、刃倾角
圆柱铣刀的刃倾角等于刀齿的螺旋角。
四、铣削要素:
1、铣削用量:
(1)铣削速度v:
是指在切削过程中,铣刀的线速度。
(2)进给量:
A:
每齿进给量:
铣刀每转过一个刀齿时,工件与铣刀的相对位移。
B:
每转进给量
铣刀每转一转,铣刀与工件的相对位移。
C:
进给运动:
铣刀相对于工件的移动速度。
(3)铣刀背吃刀量
平行于铣刀轴线测得的切削层尺寸。
(4)铣削宽度
垂直于铣刀轴线测得的切削层尺寸。
2、铣削层参数
铣削层是铣削时铣刀相邻两个刀齿在工件上形成加工表面之间的一层金属。
(1)切削厚度
是相邻两个刀齿主切削刃运动轨迹间的距离。
(2)切削宽度
是指铣刀主切削刃参加工作的长度。
(3)切削面积
是切削宽度和切削厚度的乘积。
五、铣削方式
1、周铣与端铣
凡用铣刀圆周上的刀齿进行铣削的称为周铣。
凡用铣刀端面上的刀齿进行铣削的称为端铣。
端铣的残留面积高度比周铣小,可获得较小的表面粗糙度,端铣刀具的刚性好,生产率高。
3、逆铣与顺铣
铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反是逆铣,反之则是顺铣.
铣削方式不同,对刀具耐用度,表面粗糙度,铣削平稳性,工件在机床上的装夹方式,机床传动精度及生产率都有很大影响.
六、铣刀的结构
(一)尖齿铣刀的结构特点与应用范围.
1.圆柱铣刀
用于加工平面,可分为粗齿和细齿两种.
圆柱铣刀有直齿和螺旋齿两种.
粗齿圆柱铣刀的特点是:
辞数少刀辞强度高容屑空间大,可进行多次重磨.使用寿命长.适用于对工件的粗加工.
细齿圆柱铣刀的齿数多,工作平稳.容屑空间小,适用于加工余量小或精加工.
在保证铣刀心轴具有足够的刚度和强度,刀齿又具有足够的容屑空间和能够进行多次重磨的前提下,尽量采用较小直径的铣刀.
2.套式端铣刀.
主要用于加工平面及各种台阶面.分整体式和壤齿式两种.
3.立铣刀:
主要用来加工凹槽.台阶面以及利用靠模加工或形表面等.有粗.细齿直柄或锥柄立铣刀.
(二)硬质合金端铣刀.
主要用于铣削平面.且适用于高速铣削.
1.整体焊接式端面铣刀:
是将硬质合金刀片直接壤焊在铣刀到体上.
2.机夹一焊接式端面铣刀:
是将硬质合金刀片焊接在小刀头上.再将小刀头用机械夹固的方式安装在端铣刀的到体上.
3.机夹可转式硬质合金铣刀:
是将硬质合金可转位铣刀片夹固在铣刀刀体上.一个切削刃用钝后.可将刀片转换一个位置.使用另一个切削刃.当刀片上各切削刃都磨钝后.再更换新的刀片.
(1).铣刀直径(d)和齿数(z):
粗铣刚件.需要较大的容屑空间,应选粗齿铣刀.粗铣带断读表面的铸件及在平稳切削条件下铣削刚件,可选用细齿铣刀,加工薄壁件个选用密齿铣刀.
(2).可转位端铣刀片的定位:
刀片形状有三角形和四边形两种.采用三点定位方法.
(3).可转位刀片的夹紧结构:
a:
契块夹紧结构:
结构简单,夹紧力较大,夹紧可靠,且制造工艺性好.
b弹性夹紧结构:
可以实现刀片快速转位,结构紧凑.
C契快拉杆夹紧结构:
所占空间小,结构紧凑.
d上压夹紧结构:
第7节孔加工刀具
1、掌握常用孔加工刀具的结构、几何角度及
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