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1、第一章 金屬切削基礎(chǔ) 各種機(jī)械產(chǎn)品的用途和零件結(jié)構(gòu)的差別雖然很大 ， 但它們的制造工藝卻有共同之處 ， 即都是構(gòu)成零件 的各種表面的成形過程 。 機(jī)械零件表面的切削加工 成形過程是通過刀具與被加工零件的相對運(yùn)動完成 的 。 這一過程要在由金屬切削機(jī)床 、 刀具 、 夾具 、 工件構(gòu)成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中完成 。 機(jī)床是加工 機(jī)械零件的工作機(jī)械 ， 刀具直接對零件進(jìn)行切削 ， 夾具用來固定加工對象即工件 ， 使之占有正確位置 。 本章從對構(gòu)成零件的表面及其成形方法的理論分析 入手 ， 介紹機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的構(gòu)成及特性 。 3-2 零件表面的成形和機(jī)械加工運(yùn)動 一、零件表面的成形
2、 任何一個機(jī)器零件的形狀都是由它的功用來確 定的。實(shí)現(xiàn)同樣的功用，可以有多種多樣的工 件表面形狀。在實(shí)際生產(chǎn)中常選用那些加工最 方便、最經(jīng)濟(jì)、最準(zhǔn)確和最迅速的工件表面形 狀。這往往是形狀比較簡單的表面，例如平面、 圓柱面、圓錐面、球面、螺旋面等。 任何一個表面都可以看作是一條曲線沿另一條 曲線運(yùn)動的軌跡。這兩條曲線 (包括直線，它 是曲線的特例 )叫作該表面的發(fā)生線，而前一 條發(fā)生線，稱為母線，后一條發(fā)生線，稱為導(dǎo) 線。 例如，為了形成平面須使直線形母線 1沿著直線形導(dǎo) 線 2移動，如圖 a)所示。 在形成表面的過程中，有些表面的兩條發(fā)生線的形狀 都保持固定不變，如圓柱面；有
3、些表面只有一條發(fā)生 線的形狀保持不變，如當(dāng)母線為圓，導(dǎo)線為直線形成 圓錐面；而另外一些表面則兩條發(fā)生線的形狀都要發(fā) 生變化，如螺旋槳的表面。 第一類表面的加工方法可以有很多種，第二類表面的 加工方法種數(shù)就受到了限制，第三類表面的加工方法 一般說來只有一種。 有些表面的兩條發(fā)生線是可以互換的，例如圓柱面亦 可以由圓母線沿著直線導(dǎo)線移動而成；有些表面的兩 條發(fā)生線則不可互換的，如圓錐面。前者叫 可逆表面 ， 后者叫 不可逆表面 。很明顯可逆表面的加工方法要比 不可逆表面的多。 要研究表面的形成方法，必須先研究表面發(fā)生線的形 成方法。 工件表面發(fā)生線的形成過程，與所用刀具的刀刃形
4、狀 有關(guān)。同樣一條發(fā)生線在采用不同刀刃形狀的情況下 就有不同的形成方法。切削加工過程中可能的刀刃形 狀有下列三種： 1)刀刃是一個點(diǎn) (實(shí)際上是很短的一段線 )，在切削加工 時，刀刃 2作軌跡運(yùn)動 3，切削點(diǎn)的軌跡形成發(fā)生線 。 例如外圓車刀、刨刀等。 2)刀刃是一段曲線，其輪廓與工件發(fā)生線相吻合。在 切削加工時，刀刃 2與被形成的表面作線接觸，刀具 無需任何運(yùn)動即可得到所需要的發(fā)生線。例如螺紋車 刀、模數(shù)銑刀等。 3)刀刃是一段曲線，其輪廓與工件發(fā)生線不相吻合 。 在切削加工時刀刃 2與被形成表面相切，工件發(fā)生 線 1是刀刃形狀 2的運(yùn)動軌跡的包絡(luò)線。因此，刀具與 工件需要有
5、共同的范成運(yùn)動。例如插齒刀、齒輪滾刀 等。 1-發(fā)生線； 2-刀刃； 3-軌跡運(yùn)動 在切削加工中，發(fā)生線的形成方法有下列四種： 1)軌跡法 (描跡法 ) 刀刃 1為一個點(diǎn)，發(fā)生線 2是由刀刃 1作軌跡運(yùn)動 3而形成，這時刀具 5和工件 4之間需要有 一個相對運(yùn)動。 2)成型法 (仿型法 ) 刀刃為一線段 1， 它與工件發(fā)生線 2相吻合。因此發(fā)生線 2由刀刃 1實(shí)現(xiàn)，這時刀具 5和工 件 4之間不需要有相對運(yùn)動。 3)展成法 (范成法 ) 刀刃為一線段，它與工件發(fā)生線 2 不相吻合，發(fā)生線 2是由刀刃 1在刀具 5與工件 4作對滾 運(yùn)動 (又稱范成運(yùn)動 )時所形成的
6、一系列軌跡線的包絡(luò) 線。這時刀具與工件之間只需要一個相對運(yùn)動，稱為 范成運(yùn)動 (AB)， 由刀具運(yùn)動 A和工件轉(zhuǎn)動 B復(fù)合而成。 4)相切法 (旋切法 ) 刀刃為一個點(diǎn) 1，發(fā)生線 2是旋轉(zhuǎn) 著的刀刃的運(yùn)動軌跡的切線。切削時刀具 5的旋轉(zhuǎn)中 心按一定規(guī)律作軌跡運(yùn)動 3，刀刃 1運(yùn)動軌跡為一系列 圓，它們的切線形成了發(fā)生線 2。這時刀具和工件之 間要有二個相對運(yùn)動，一個是刀刃的轉(zhuǎn)動，另一個是 刀刃相對于工件的移動。 1-刀刃； 2-發(fā)生線； 3-軌跡運(yùn)動； 4-工件； 5-刀具 二、機(jī)械加工運(yùn)動 按機(jī)床上運(yùn)動的功用來看，可分為成形運(yùn)動和非成 形運(yùn)動兩大類。 1 表面成形運(yùn)動
7、 從幾何的角度來分析，為保證得到工件表面的形狀所 需的運(yùn)動，稱為成形運(yùn)動。它是機(jī)床上的刀具和工件 為了形成表面發(fā)生線而作的相時運(yùn)動，簡稱成形運(yùn)動， 是機(jī)床上最基本的運(yùn)動。為了在機(jī)床上加工出所需的 零件表面，機(jī)床必須具備成形運(yùn)動。 根據(jù)工件表面形狀和成形方法的不同 ， 成形運(yùn)動有以 下類型： (1)簡單成形運(yùn)動 是獨(dú)立的成形運(yùn)動 ， 都是最基本 的成形運(yùn)動 。 如果成形運(yùn)動僅僅是執(zhí)行件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 或直線運(yùn)動 ， 則稱為簡單的成形運(yùn)動 。 以車削回轉(zhuǎn)體表面為例 ， 工件回轉(zhuǎn) n和刀具直線移動 f 是速度各自獨(dú)立的運(yùn)動 ,即為兩個簡單的表面成形運(yùn)動 。 (2)復(fù)合成形運(yùn)動
8、是由兩個或兩個以上簡單運(yùn)動按照一 定的運(yùn)動關(guān)系合成的成形運(yùn)動。 車削螺紋時，為了保證被加工導(dǎo)程 T， 工件轉(zhuǎn)一周時 刀具必須移動 T， 工件轉(zhuǎn)動 n1和刀具移動 n2組成一個復(fù) 合的成形運(yùn)動 (n1 n2)。 1-導(dǎo)線； 2-母線 又如當(dāng)車削圓錐面時，刀具縱、橫向移動 f2和 f3必須 保持一定的速度比，稱為復(fù)合的成形運(yùn)動 (f2f3)， f2和 f3稱為單元運(yùn)動。 雖然復(fù)合成形運(yùn)動是由兩個或兩個以上單元運(yùn)動組合 而成的，但在形成表面的過程中，它們是相互依存的， 在它們之間應(yīng)保持準(zhǔn)確的速比關(guān)系，其中任一個運(yùn)動 都不是獨(dú)立的運(yùn)動， 一個復(fù)合運(yùn)動是一個獨(dú)立的運(yùn)動 。
9、 成形運(yùn)動是為了形成工件表面發(fā)生線的運(yùn)動 。 相同的 表面可以有不同的成形方法和不同的成形運(yùn)動 。 例如 在車削回轉(zhuǎn)曲面時 ， 用成形法加工 ， 只需工件回轉(zhuǎn)運(yùn) 動；用軌跡法加工 ， 則需要兩個獨(dú)立的成形運(yùn)動 。 1-刀刃； 2-發(fā)生線； 3-軌跡運(yùn)動； 4-工件； 5-刀具 從保證金屬切削過程的實(shí)現(xiàn)和連續(xù)進(jìn)行的角度看 ， 成 形運(yùn)動可分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動兩種： (1)主運(yùn)動 是進(jìn)行切削的最基本 、 最主要的運(yùn)動 ， 也稱 為切削運(yùn)動 ， 通常它的速度最高 ， 消耗機(jī)床動力最多 。 主運(yùn)動是必不可少的成形運(yùn)動 ， 一般機(jī)床的主運(yùn)動只 有一個 。 主運(yùn)動可由工件或刀具來實(shí)
10、現(xiàn) 。 例如車床主軸帶著工件的轉(zhuǎn)動和鉆床主軸帶動鉆頭的 轉(zhuǎn)動 、 刨削時刨刀的直線運(yùn)動等就是主運(yùn)動 。 主運(yùn)動可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 ， 也可是直線往復(fù)運(yùn)動 。 (2)進(jìn)給運(yùn)動 進(jìn)給運(yùn)動與主運(yùn)動配合 ， 使切削工作能 夠連續(xù)地進(jìn)行 。 通常它消耗動力較少 ， 可由一個或多 個運(yùn)動組成 。 當(dāng)表面成形運(yùn)動僅有一個運(yùn)動時，則只有主運(yùn)動而無 進(jìn)給運(yùn)動，如拉床等。當(dāng)表面成形運(yùn)動有兩個或兩個 以上時，其中一個為主運(yùn)動，其余為進(jìn)給運(yùn)動。 根據(jù)刀具相對于工件被加工表面運(yùn)動方向的不同 ， 進(jìn) 給運(yùn)動分為縱向進(jìn)給 、 橫向進(jìn)給 、 圓周進(jìn)給 、 徑向進(jìn) 給和切向進(jìn)給運(yùn)動等 。 此外 ， 進(jìn)給運(yùn)動
11、也可以分為軸 向 (鉆床 )、 垂直和水平 (銑床 )方向進(jìn)給運(yùn)動 。 進(jìn)給運(yùn) 動可以是連續(xù)的 (車削 )， 也可以是周期間斷的 (刨削 )。 2 輔助運(yùn)動 （ 非成形運(yùn)動 ） 在機(jī)床上除了上述表面成形運(yùn)動 主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn) 動外 ， 為完成機(jī)床工作循環(huán) ， 還需一些其他的輔助運(yùn) 動 ， 即與形成發(fā)生線無關(guān)的一些非成形運(yùn)動 。 (1)空行程運(yùn)動 刀架 、 工作臺的快速接近和退出工件 等 ， 可節(jié)省輔助時間 。 (2)切入運(yùn)動 為保證被加工面 獲得所需尺寸 ， 刀具相對于工件表面的深入運(yùn)動 。 (3) 分度運(yùn)動 使工件或刀具回轉(zhuǎn)到所需要的角度 ， 多用 于加工若干個完全相同的沿
12、圓周均勻分布的表面 ， 也 有在直線分度機(jī)上刻直尺時 ， 工件相對刀具的直線分 度運(yùn)動 。 (4)操縱及控制運(yùn)動 包括變速 、 換向 、 啟停 及工件的裝夾等 。 （ 5)校正運(yùn)動 在精密機(jī)床上為了 消除傳動誤差的運(yùn)動 ， 稱為校正運(yùn)動 ， 如精密螺紋車 床或螺紋磨床等中的螺距校正運(yùn)動 。 1-1 切削用量和切削層參數(shù) 1 切削過程中工件上的表面 刀具和工件相對運(yùn)動過程中 ， 在主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動作 用下 ， 工件表面的一層金屬不斷被刀具切下轉(zhuǎn)變?yōu)榍?屑 ， 從而加工出所需要的工件新表面 。 因此 ， 被加工 的工件上有三個依次變化著的表面：待加工表面 、 已 加工表面 、
13、 過渡表面 。 2 切削用量 在切削加工過程中 ， 針對不同的工件材料 、 工件結(jié)構(gòu) 、 加工精度 、 刀具材料和其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求 ， 所需的成 形運(yùn)動的量值也不相同 。 根據(jù)加工要求選定適宜的成 形運(yùn)動量值 ， 就是切削要素的選擇 。 主運(yùn)動速度 、 進(jìn) 給運(yùn)動速度或進(jìn)給量 ， 還有切入運(yùn)動的切入量等切削 要素稱為 切削用量 。 (1) 切削速度 vc 切削速度是主運(yùn)動的線速度 。 主運(yùn)動 為回轉(zhuǎn)運(yùn)動時 ， 運(yùn)動著的回轉(zhuǎn)體 (刀或工件 )上某一點(diǎn) 的瞬時線速度為切削速度 ， 單位是 m min， 其計(jì)算 公式如下： 式中： d 作主運(yùn)動的回轉(zhuǎn)體上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑
14、 mm； n 作主運(yùn)動的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速 ， r min或 r s。 當(dāng)轉(zhuǎn)速值 n一定時 ， 選定點(diǎn)不同 ， 其切削速度也不同 ， 計(jì)算時取最大切削速度 。 如車外圓時 ， 計(jì)算待加工表 面速度 ， 鉆削時計(jì)算鉆頭外徑處的速度 。 當(dāng)主運(yùn)動為 直線運(yùn)動時 ， 切削速度是刀具相對于工件的直線運(yùn)動 速度 。 1 0 0 0 dnv c (2)進(jìn)給速度 vf、 進(jìn)給量 f 和每齒進(jìn)給量 fz 刀具上選定點(diǎn)相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動時的瞬時速度 ， 稱為進(jìn)給速度 (單位： mm/min或 mm s)。 進(jìn)給量是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時 ， 二者沿進(jìn)給方向
15、的相對位移量 (單位： mm/r)。 當(dāng)主運(yùn)動是直線往復(fù)運(yùn) 動時 ， 進(jìn)給量是每一往復(fù)行程沿進(jìn)給方向的相對位移 量 (單位： mm/行程 )。 每齒進(jìn)給量：對于銑刀 、 拉刀等多齒刀具 ， 在每轉(zhuǎn)或 每行程中 ， 每個刀齒相對于工件在進(jìn)給方向上的位移 量 ， 稱為每齒進(jìn)給量 fz ， 即后一個刀齒相對于前一 個刀齒的進(jìn)給量 (單位： mm z)。 各進(jìn)給量有如下關(guān)系： vf nf nfzz (3)背吃刀量 ap 背吃刀量是在與主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動方向相垂直的方向 上測量的工件上已加工表面和待加工表面間的距離 ， 單位為 mm。 主運(yùn)動是回轉(zhuǎn)運(yùn)動時： 主運(yùn)動是直線運(yùn)動時： 式中： dw 工件待加工表面直徑 dm 工件已加工表面直徑 Hw 工件待加工表面厚度 Hm 工件已加工表面厚度 對于鉆孔加工： mwp dda 21 mwp HHa mp da 2 1 作業(yè)： 3-2， 1-1
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