四川大学《机械制造工程学》复习要点Word文件下载.docx

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8.横向进给、纵向进给、刀具安装高度及刀杆中心线与进给方向不垂直对刀具工作角度的影响。

9.切削层是由刀具切削部分的一个单一动作所切除的工件材料。

它的度量参数有切削层公称横切面积、切削层公称切削宽度、切削层公称切削厚度。

第二章切屑形成过程及加工表面质量

1.研究切屑形成过程的意义：

切削过程中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损和加工质量都以切屑形成过程为基础，而生产中的许多问题如积屑瘤、鳞刺、振动、卷屑与断屑也与切屑形成有关。

2.研究金属切削变形过程的实验方法：

（1）侧面方格变形观察法；

（2）高频摄影法；

（3）快速落刀法（手锤敲击式和爆炸式）；

（4）扫描电镜和透视电镜显微观察法；

（5）光弹性和光塑性试验法。

3.金属切削过程——就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面（滑移面）产生剪切变形并转变为切屑的过程。

4.金属切削变形的基本特征：

金属材料受压其内部产生应力应变，大约与受力方向成45º

的斜平面内，剪应力随载荷增大而逐渐增大，并且有剪应变产生。

开始是弹性变形，此时若去掉载荷，则材料将恢复原状；

若载荷增大到一定程度，剪切变形进入塑性流动阶段，金属材料内部沿着剪切面发生相对滑移，于是金属材料被压扁（对于塑性材料）或剪断（对于脆性材料）。

5.第一变形区的变形及其特征：

（1）始滑移面OA和终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，位于前刀面附近。

第一变形区的厚度随切削速度的增大面变薄，故可近似用一个平面OM表不第一变形区，OM与切削速度方向的夹角称为剪切角。

（2）第一变形区的特征：

a）切削层金属产生沿滑移面的剪切变形，且变形会深入到切削层以下；

b）切削层金属经剪切滑移变成切屑后产生了加工硬化现象，即切屑的硬度大于工件材料基体的硬度；

c）切削层金属经剪切滑移后晶格扭曲，晶粒拉长，即金属组织纤维化。

d）切屑厚度变厚且大于切削层厚度，剪切变形越大，切屑厚度越大；

e）切削塑性金属时，切屑背面呈锯齿形。

（3）切屑变形程度的表示方法：

切屑厚度变形系数、切屑长度变形系数、剪切角、相对滑移。

6.第二变形区的变形及其特征

（1）切削塑性金属时，切屑从前刀面上流出时受前刀面的挤压和摩擦，在靠近前刀面处形成第二变形区。

（2）第二变形区的特征：

a）切屑底层靠近前刀面处流速减慢，甚至滞留在前刀面上，形成滞留层，使切屑产生内摩擦；

b）切屑底层流经前刀面时产生的摩擦热使切屑与前刀面的接触处温度进一点升高，达到几XX甚至上千度；

c）切屑底层因摩擦变形而纤维化，底层长度增加，切屑发生向上弯曲，与前刀面的接触面积减小；

d）切屑底层进一步产生加工硬化，硬度大于切屑的上层硬度，底面因摩擦呈光滑面。

（3）剪切角与前刀面上摩擦角的关系：

。

前角增大，则剪切角增大，切屑变形减小；

摩擦角增大，则剪切角减小，切屑变形增大。

（4）前刀面上的摩擦：

a）在有粘结情况下，切屑与前刀面之间就不是一般的外摩擦，而是切屑底层金属和刀具上的粘结层与其上层金属之间的内摩擦。

b）影响前刀面摩擦系数的因素有四个：

工件材料↓、切削厚度↓、切削速度↑↓、刀具前角↑。

（P15）

（5）积屑瘤：

a）产生原因：

切屑对前刀面接触处的摩擦使前刀面十分洁净，当两者接触达到一定温度同时压力又较高时，就会产生粘结现象，即“冷焊”。

这时切屑从粘结在前刀面的底层上流过，形成内摩擦。

如果温度、压力适当，底面上的金属因内摩擦变形也会发生加工硬化而被阻滞在底层，粘结成一体，这样粘结层逐渐增大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。

积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的压力和温度分布有关。

b）产生条件：

①塑性材料的加工硬化（加工硬化倾赂愈强愈易产生积屑瘤）；

②切削温度的影响（实质反映切削速度对积屑瘤高度的影响）。

c）对切削过程的影响：

①实际前角增大；

②增大了切削厚度；

③使加工表面粗糙度增大；

④对刀具耐用度的影响（稳定时提高刀具耐用度，不稳定时可使刀具产生粘结磨损）

d）防止积屑瘤的措施：

①降低切削速度；

②高速切削；

③采用润滑性能良好的切削液；

④增大刀具前角以减小刀—屑接触区的压力；

⑤提高工件材料的硬度，减小加工硬化，这可以通过对工件材料正火或调质来实现。

7.第三变形区的变形

（1）刀刃圆弧OB、后刀面磨损带宽度VB和CD三部分对工件已加工表面金属的挤压和摩擦便构成了第三变形区。

（2）加工变质层：

已加工表面的金属受多次挤压和摩擦，其组织与基体材料的性质不同，金属的晶粒被拉得更细更长，其纤维方向平行于已加工表面。

8.已加工表面质量

（1）已加工表面质量包括表面几何学方面和表层材质的变化两个方面的内容。

（2）表面粗糙度：

已加工表面的微观不平度。

对零件使用性能的影响：

①减小了连接表面的接触面积，接触表面有相对运动时，降低了连接表面的接触刚度；

②影响液压元件的密封性；

③受交变载荷的零件易产生应力集中，降低了抗疲劳强度的能力；

④在表面粗糙度的凹谷处容易储存有害介质，使零件易被腐蚀。

（3）表面粗糙度产生的原因：

a）残留面积：

减小进给量可减小残留面积的最大高度，所以精加工时宜用很小的进给量。

增大刀尖圆弧半径或减小主偏角同样能减小残留面积的最大高度，但会使径向分力增大，工艺系统刚性不足时易引起振动使已加工表面产生振纹。

生产中多用减小副偏角的方法来减小残留面积的最大高度，甚至用副偏角为零的修光刃，此时修光刃长度必须大于进给量。

b）积屑瘤的影响：

对表面粗糙度的影响公次于残余面积高度所形成的已加工表面粗糙度。

c）鳞刺的影响：

鳞刺是在较低及中等切削速度下切削塑性材料斗时在已加工表面出现的鳞片状毛刺。

其形成过程分为四个阶段：

抹拭阶段、导裂阶段、层积阶段、切成阶段。

抑制鳞刺的措施：

①减小切削厚度以减小切屑作用在前刀面上的压力；

②采用润滑性能良好的切削液；

③采用硬质合金刀具高速切削；

④当切削速度的提高受到限制时，可采用加热切削，以降低工件材料的硬度。

d）切削过程中的变形的影响：

单元切屑周期性的断裂深入到切削表面以下，在表面留下波浪形纹路；

由于刀刃两端没有来自侧面的约束力，工件材料被挤压而隆起。

e）刀具边界磨损的影响：

副后刀面上的边界磨损。

f）切削过程中的振动的影响：

*减小或消除振动的措施：

①提高工艺系统的刚度；

②对高速回转的零件进行动、静平衡，降低往复运动部件的速度；

③提高机床传动件的制造精度和装配精度；

④合理选择切削用量，在允许的情况下适当增大进给量和切削速度；

⑤采用减振措施。

（4）加工硬化：

a）对零件使用性能的影响：

①有助于提高零件的耐磨性，但容易出现微裂纹，影响零件的疲劳强度；

②给后继工序加工带来困难，加剧刀具的磨损，降低刀具的耐用度。

b）产生的原因：

①第一变形区的变形深入到切削层以下；

②刀刃圆弧的挤压和摩擦产生附加塑性变形；

③里层金属的弹性恢复使已加工表面与后刀面继续产生挤压和摩擦，已加工表面经上述多次挤压和摩擦后产生强烈的塑性变形，晶格扭曲，晶粒拉长，晶粒破碎而强化，硬度显著提高。

（5）残余应力：

①使加工后的零件变形，影响其形状精度；

②容易产生微裂纹，影响受交变载荷的零件的抗疲劳强度能力。

b）产生原因：

机械应力引起的塑性变形、热应力引起的塑性变形、相变引起的体积变化。

9.切屑类型：

带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑。

（注意各切屑类型的形成条件！

）

10.切屑形状及控制：

（1）切屑形状的形成过程：

①基本变形阶段；

②卷曲变形阶段；

③附加变形和折断阶段。

（2）控制切屑的方法：

①改变前角、切削速度及进给量以控制基本变形；

②用断屑槽控制切屑运动轨迹生卷曲半径及螺距。

第三章切削过程中的物理现象及影响因素

1.切削力：

（1）在切削过程中，切削力直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具磨损、刀具寿命、加工精度和已加工表面质量。

（2）来源：

两个正压力，两个摩擦力。

弹性变形抗力、塑性变形抗力、前刀面和后刀面的摩擦力。

（3）切削力经验公式可分为指数公式和单位切削力两类。

（4）影响切削力的因素：

a）被加工工件材料的影响：

铜、铝等有色金属的强度低，虽然塑性较大，但加工硬化倾向小，故切削力小；

加工铸铁等脆性材料时，因工件材料的塑性小，加工硬化小，形成的是崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，接触面积小，摩擦力小，所以加工铸铁的切削力比刚小。

b）切削用量的影响：

c）刀具几何角度的影响：

①前角：

加工钢时，Fx、Fy、Fz都会随刀具前角的增大而减小且影响程度随切削速度的增大而减小，加工脆性金属时，前角对切削力的影响不明显；

②主偏角：

κr增大时，Fx增大，Fy减小；

κr<

60°

~75°

时，Fz减小，κr>

时，Fz增大；

③刃倾角：

λs增大时，Fx增大，Fy减小，Fz没影响；

④负倒棱：

在正前角相同时，有负倒棱的刀具切削力大；

⑤刀尖圆弧半径：

半径增大，切削力增大，相当于主偏角减小的影响。

d）刀具材料的影响：

通过刀具材料与工件材料之间的摩擦系数影响摩擦力，从而直接影响切削力的。

e）切削液的影响：

减小摩擦，降低切削力。

f）刀具磨损的影响：

前刀面月牙洼增大了前角，减小了切削力；

后刀面磨损棱面宽度越大，切削力越大。

2.切削热和切削温度:

（1）切削热和由它产生的切削温度能改变刀具前刀面上的摩擦系数，直接影响刀具的磨损和刀具耐用度；

切削温度能改变工件材料的切削性能，影响积屑瘤的产生和消失，直接影响工件的加工精度和表面质量。

（2）*切削热的产生与传出：

a）三个发热区：

剪切面发热区、切屑与前刀面接触区、后刀面与加工表面接触区。

b）切屑热的传出：

切屑、工件、刀具、周围介质（空气、切削液）。

（3）*影响切削温度的因素：

切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料、切削液等。

3.刀具磨损和刀具耐用度：

（1）刀具磨损形式：

前刀面—月牙洼（加工塑性金属时产生）、后刀面磨损、边界磨损（原因：

应力梯度、温度梯度）。

（2）刀具磨损原因：

机械磨损、热磨损和化学磨损

a）硬质点磨损（机械磨损或磨粒磨损）：

由于工件材料中含有杂质和硬质点，在刀具表面上划出的沟纹造成硬质点磨损，是低速时刀具磨损的主要原因。

b）粘结磨损：

刀具和工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象或粘结、冷焊现象，两摩擦表面的粘结点因相对运动，晶粒或晶粒群受剪或受拉而被对方带走。

c）扩散磨损：

化学元素的相互扩散改变了刀具材料的化学成分，削弱了刀具材料的切削性能。

是硬质合金刀具磨损的主要原因之一。

d）化学磨损：

刀具材料与周围环境起化学反应生成硬度低的化合物被切屑带走，加快刀具磨损。

（3）刀具磨损过程及磨钝标准：

a）磨损过程：

初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。

b）磨钝标准：

最大允许磨损量：

ISO规定后刀面磨损带中间部分（即1/2切削深度处）的平均磨损量作为磨钝标准。

（4）刀具耐用度：

a）刀具从开始切削直到磨损量达到规定的磨钝标准的总切削时间称为刀具耐用度。

b）影响刀具耐用度的因素：

工件材料的切削加工性、刀具材料的切削性能、刀具几何参数、切削液、切削用量等。

c）切削用量对刀具耐用度的影响：

切削速度影响最大（vTm=C0），其次是进给量，影响最小的是切削深度。

第四章影响切削加工效率和表面质量的因素

1.影响切削加工效率及表面质量的因素：

工件材料的切削加工性；

刀具材料的合理选择；

刀具几何参数的合理选择；

切削液的类型、作用机理及选择；

切削用量的合理选择。

2.工件材料的切削加工性：

（1）所谓工件材料的切削加工性是指工件材料切削加工的难易程度。

它是一个相对概念，根据切削加工的具体条件和要求不同而不同。

（2）*切削加工性的衡量指标：

①以加工质量衡量：

容易获得很小表面粗糙度的材料切削加工性高，反之则低；

②以刀具耐用度衡量；

③以切削力和切削温度衡量；

④以断屑性能衡量。

（3）影响切削加工性的因素：

工件材料的硬度、强度、塑性、韧性、导热系数、化学成分、金相组织等。

3.刀具材料的合理选择：

（1）刀具材料应具备的切削性能：

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；

经济性；

切削性能的可预测性。

（2）常用刀具材料：

碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金钢、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。

（3）高速钢：

a）高速钢是一种在合金工具钢基础上加入较多的合金元素钨、钼、铬、钒等所形成的刀具材料。

b）特点：

①有较高的耐热性；

②有较高的强度和韧性；

③硬度高、耐磨性好；

④制造工艺性好，可用于复杂刀具制造；

⑤性能较硬质合金和陶瓷稳定。

c）分类：

i.通用型高速钢：

允许的切削速度不高，一般分为钨钢（淬火热倾向性小，磨加工性好，热塑性差，不宜制造热成形刀具）、钨钼钢或不含钨的钼钢（热塑性好，磨加工性好，热处理易脱碳，易氧化，淬火范围窄，可作尺寸较大，承受冲击力较大的刀具。

ii.高性能高速钢（热稳定性好，硬度高）

iii.粉末冶金高速钢（组织均匀，强度和韧性比熔炼高速钢大大提高；

磨加工性好；

淬火变形小；

耐磨性好；

常用于加工难加工材料，制造大尺寸刀具、小截面薄刃刀具、成形刀具、精密刀具、形状复杂刀具）

（4）硬质合金：

a）特点：

硬度高，耐磨性好；

热稳定性好；

化学稳定性好；

不能承受切削振动和冲击载荷；

b）分类与性能：

P类（YT类），用于加工长切屑的黑色金属（钢材）；

K类（YG类），用于加工短切屑的黑色金属（铸铁），有色金属和非金属材料；

M类（YW类），用于加工长的或短切屑的黑色金属和有色金属（主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料）。

（5）涂层刀具：

a）涂层刀具的硬度比基体硬度高得多；

b）涂层刀具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力；

c）涂层刀具有低的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，可大大提高刀具耐用度。

（6）陶瓷特点：

a）硬度和耐磨性很高；

b）耐热性很高；

c）化学稳定性很高；

d）摩擦系数较低，切屑与刀具不易产生粘结，加工表面粗糙度较小；

e）陶瓷的最大缺点是抗弯强度很低，冲击韧性很差。

（7）金刚石特点：

a）有极高的硬度和耐磨性；

b）金刚石的切削刃非常锋利；

c）金钢石的摩擦系数低；

d）金刚石的热稳定性较低；

e）金刚石刀具不适于加工钢铁材料。

目前金刚石主要用于磨具及磨料。

（8）立方氮化硼特点：

a）有很高的硬度及耐磨性，已接近金刚石的硬度。

b）有比金刚石高得多的热稳定性。

c）立方氮化硼的化学惰性很大，可用于加工淬硬钢和冷硬铸铁

4.*合理的刀具几何参数的选择

（1）前角的功用：

a）影响切屑变形、切削力、刀具磨损和刀具耐用度：

前角增大，切屑变形减小，切削力减小，切削温度降低，刀具耐有度提高；

b）影响切削刃及刀头的强度：

前角大于零时，刀刃和刀尖受弯曲变形易造成崩刃或损环刀头。

c）增大前角可以提高已加工表面质量：

加工塑性材料时，增大前角可以抑制积屑瘤和鳞刺的生成，有利于减小切削层的塑性变形和加工硬化层的深度，也有利于减小工件表层残余应力。

（2）后角的功用：

a）适当增大后角可减小加工表面的弹性恢复层与后刀面的接触长度，从而减小了后刀面的摩擦和磨损，可提高刀具耐用度和加工质量；

b）前角不变时，适当增大后角可减小刀具的楔角和刀刃钝圆半径，使刀具更加锋利，容易切入工件；

c）VB值一定时，增大后角刀具磨钝时磨去的体积增大，刀具耐用度提高。

（3）主偏角的功用：

a）影响刀具耐用度：

主偏角减小，刀具耐有度提高。

b）影响残余面积高度：

主偏角减小，残留面积高度最大值减小。

c）影响切削力的大小和方向：

主偏角减小，径向力增大，工件可能变形，易产生振动，影响加工精度。

d）影响断屑效果：

主偏角增大，切削厚度增大，切屑容易折断。

（4）副偏角的功用：

影响刀具耐用度和已加工表面粗糙度。

（5）刃倾角的功用：

a）控制切削流出方向

b）影响刀头强度及断续切削时切削刃上受冲击的位置：

断续切削，宜选负值。

c）影响主切削刃的锋利程度：

d）影响切削分力的大小：

刃倾角减小时，径向力增大。

e）影响切削过程的平稳性：

刃倾角为零时，整个切削刃同时切入切出，切削过程不平稳，冲击大。

f）影响主刀刃的工作长度：

刃倾角的绝对值增大时，主刀刃工作长度增长，平均切削刃长度负荷减轻，刀具耐用度提高。

5.切削液：

在金属切削过程中，正确选择和使用切削液可以减小切削力和降低切削温度，改善切屑、工件和刀具的摩擦状态，减小刀具磨损，提高刀具耐用度，同时还能减小工件的热变形、抑制积屑瘤和鳞刺的生长，提高加工精度，减小表面粗糙度，提高切削效率。

（1）切削液的作用：

冷却、润滑、清洗、防锈。

（2）切削液的种类：

水溶液、乳化液、切削油。

（3）*切削液的选择：

粗加工时选用以冷却为主的乳化液或离子型切削液。

较低速切削时选以润滑为主的切削油，较高切削速度时选择以冷却为主的乳化液或离子型切削液。

6.*切削用量选择

第五章金属切削机床与刀具（略）

1.机床必须具备三个部分：

执行件、动力源、传动装置。

2.传动链：

实现简单运动的传动链称为外联系传动链，外联传动链不要求运动源与执行件间有严格的传动比关系。

实现复杂运动的传动链称为内联系传动链，传动链所联系的执行件之间的相对速度（及相对位移量）有严格的要求。

通常传动链中包含两类传动机构：

一类是定比传动机构，一类是换向机构。

3.机床的传动系统图是表示机床全部运动传动关系的示意图。

4.CA6140能车削米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹。

5.深孔钻床在加工时，由主轴带动工件旋转实现主运动，特制的深孔钻头只作直线进给运动。

6.坐标镗床是一种高精度机床。

其主要特点是依靠坐标测量装置，能精确地确定工作台、主轴箱等移动部件的位移量，实现工件和刀具的精确定位。

7.深孔钻必须合理解决断屑和排屑、冷却和润滑、导向等问题才能正常工作。

生产中常见的深孔钻有下述三种：

（1）外排屑深孔钻；

（2）内排屑深孔钻；

（3）喷吸钻。

8.采用展成原理加工齿轮的机床有滚齿机、插齿机、磨齿机、剃齿机和珩齿机等。

9.剃齿刀是一个齿面上加工有许多容屑槽的高精度变位螺旋齿轮。

容屑槽与齿面的交线为切削刃，剃齿刀加工齿轮的过程属于螺旋齿轮啮合过程

第六章机械加工精度

1.零件的机械加工质量包括加工精度和加工表面质量两大方面。

2.机械加工精度的概念

（1）机械加工精度——零件经过加工后的尺寸、几何形状以及各表面相互位置等参数的实际值与理想值相符合的程度，而它们之间的偏离程度则称为加工误差。

（2）加工精度包括：

尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度

（3）误差分类：

系统误差（常值系统误差和变值系统误差）与随机误差、静态误差与切削状态误差

3.获得尺寸精度的方法：

试切法（生产率低，工人技术水平要求高，多用于单件小批量生产）、调整法（动调整法由于考虑了加工过程中的影响因素，其精度比静调整法高）、定尺寸刀具法（大多用于孔加工刀具，成形刀具加工也属于这一类，由于成本较高，多用于大批、大量生产中）、自动控制法（精度高，质量稳定，生产率高，多用于大批量生产，同时对前一工序的加工精度要有一定要求）。

4.影响加工精度的因素：

（1）零件的加工精度主要取决于工艺系统的结构要素和运行方式。

工艺系统的误差称为原始误差。

（2）加工原理误差的影响：

由于采用了近似的运动或者近似的刀具轮廓而产生的误差，如用阿基米德滚刀加工渐开线齿轮。

（3）工艺系统的制造误差和磨损的影响：

a）机床的制造精度和磨损：

①导轨误差：

水平面内的弯曲变形引起的误差比垂直面内的误差大得多；

②主轴误差：

主轴的回转误差可分为四类，即纯径向跳动、纯角度摆动、纯轴向窜动、轴心漂移。

主轴的纯轴向窜动对于孔加工和外圆加工并没有影响，但在加工端面时造成端面与内外圆不垂直。

b）刀具的制造误差和尺寸磨损：

减小刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施：

①进行尺寸补偿；

②降低切削速度，增长刀具寿命；

③选用耐磨性较高的刀具材料。

c）夹具的制造误差和磨损：

夹具中定位元件、对刀装置和导向元件的磨损会直接影响加工精度。

（4）工艺系统受力变形对加工精度的影响

a）刚度：

工艺系统的切削力综合作用下的y方向（加工表面的法线方向）的切削分力与y方向的变形的比值。

动刚度主要造成工艺系统的振动。

b）切削力作用点的位置变化产生的误差

c）切削力大小的变化而引起的误差：

“误差复映”

d）*减小工艺系统变形的措施：

①提高机床部件或夹具部件的刚度；

②提高零件间接触表面的接触精度；

③当工件刚度成为产生加工误差的薄弱环节时，应采用合理的加工方法或装夹，以提高工件加工时的刚度；

④当机床部件、夹具部件刚度或工件刚度的提高受到条件限制时，则应尽量设法减小径向力。

（5）工艺系统热变形对加工精度的影响

a）工艺系统的热源：

内部热源（切削热、摩擦热、电机）和外部热源（环境温度、辐射热源）

b）机床热变形的影响：

对加工精度影响最大的仍然是主轴部件、床身导轨以及两者的相对位移。

*减小机床热变