【文章內(nèi)容簡介】 （2）電解加工（3）激光加工（4）超聲波加工課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第 2 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 分鐘；授新課 100 分鐘討 論 分鐘；其它 分鐘授課類型（請打√）：理論課√ 討論課□ 實驗課□ 習(xí)題課□ 其它□教學(xué)方式（請打√）：講授√ 討論□ 示教□ 指導(dǎo)□ 其它□教學(xué)手段（請打√）：多媒體√ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它□教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）：第二章 金屬切削原理與刀具 刀具的結(jié)構(gòu)一、切削要素（重點）（1）切削表面 1）已加工表面；2）待加工表面；3）加工表面（過渡表面）（2）切削用量 1）切削速度；2）進(jìn)給量；3）背吃刀量（切削深度）（3）切削層幾何參數(shù) 1）切削寬度；2）切削厚度；3）切削面積二、刀具角度（重點、難點）（1）刀具切削部分組成（三面、兩刃、一尖）1）三面a）前（刀）面 刀具上與切屑接觸并相互作用的表面；b）主后（刀）面 刀具上與工件過渡表面接觸并相互作用的表面；c）副后（刀）面 刀具上與工件已加工表面接觸并相互作用的表面；2）兩刃a）主切削刃 前刀面與主后刀面的交線，它完成主要的切削工作；b）副切削刃 前刀面與副后刀面的交線，它配合主切削刃完成切削工作，最終形成已加工表面；3）一尖刀尖 連接主切削刃和副切削刃的一段切削刃，它可以是一個小的直線段或圓弧。其他類型的刀具，如刨刀、鉆頭和銑刀等，都可看作是車刀的演變和組合。（2）刀具角度的參考平面1）正交平面參考系 切削平面、基面和正交平面共同組成標(biāo)注刀具角度的正交平面參考系。a）切削平面 通過主切削刃上某一點并與工件加工表面相切的平面；b）基面 通過主切削刃上某一點并與該點切削速度方向相垂直的平面；c）正交平面 通過主切削刃上某一點并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面；2）法平面參考系3）（進(jìn)給－背）平面參考系（3）刀具的標(biāo)注角度1）前角γo：在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面之間的夾角。表示前面的傾斜程度，有正、負(fù)和零之分。2）后角αo：在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削平面之間的夾角。表示主后刀面的傾斜程度，一般為正。3）主偏角κr：在基面內(nèi)測量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向上的夾角。一般為正。4）副偏角κr ’：在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動反方向的夾角，一般為正值。5）刃傾角λs：在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。當(dāng)主切削刃呈水平時，λs=0；當(dāng)?shù)都鉃橹髑邢魅凶畹忘c時，λs0；當(dāng)?shù)都鉃橹髑邢魅猩献罡唿c時，λs0。（4）刀具的工作角度1） 刀具安裝位置對工作角度的影響2）進(jìn)給運動對工作角度的影響三、刀具種類（1）刀具分類1）按加工方式和具體用途：可分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型。2）按所用材料性質(zhì)：可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立體氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等。3）按結(jié)構(gòu)形式：可分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等。4）按是否標(biāo)準(zhǔn)化：可分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。（2）常用刀具（重點）1）車刀a）用途 車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具，它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽和切斷等。b）分類 車刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機(jī)械夾固刀片車刀。2）孔加工刀具a）分類 孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實體材料上加工出孔的刀具，如麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上已有孔進(jìn)行再加工用的刀具，如擴(kuò)孔鉆、絞刀及鏜刀等。b）麻花鉆 c）群鉆 d）中心鉆 b）擴(kuò)孔鉆 c）鉸刀 d）鏜刀3）銑刀 按用途可分為：a）加工平面用銑刀；b）加工溝槽用銑刀；c）加工復(fù)雜成形表面用銑刀。4）拉刀 是一種加工精度和切削效率都較高的多齒刀具。a）應(yīng)用場合 廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中，可加工各種內(nèi)外表面。b）分類 可分為內(nèi)拉刀和外拉刀兩類。5）螺紋刀具 螺紋可用切削法和滾壓法進(jìn)行加工。a）外螺紋 在車床上車削完成；b）內(nèi)螺紋 手動或在鉆床上用絲錐進(jìn)行加工。6）齒輪刀具 用于加工齒輪齒形。a）成形齒輪刀具 盤形齒輪銑刀和指形齒輪銑刀。b）展成齒輪刀具 常用的展成齒輪刀具有插齒刀、滾刀和剃齒刀等。課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第 3 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 分鐘；授新課 100 分鐘討 論 分鐘；其它 分鐘授課類型（請打√）：理論課√ 討論課□ 實驗課□ 習(xí)題課□ 其它□教學(xué)方式（請打√）：講授√ 討論□ 示教□ 指導(dǎo)□ 其它□教學(xué)手段（請打√）：多媒體√ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它□教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）： 刀具材料一、刀具材料應(yīng)具備的性能（重點）（1）高硬度（2）高耐磨性（3）高耐熱度（4）足夠的強(qiáng)度和韌性（5）良好的工藝性（6）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能二、常用刀具材料（1）碳素工具鋼與合金工具鋼1）碳素工具鋼2）合金工具鋼3）應(yīng)用場合（2）高速鋼1）定義2）特點3）應(yīng)用場合4）為提高硬度和耐磨性，常采用的措施（3）硬質(zhì)合金1）定義2）特點3）應(yīng)用4）分類 a）鎢鈷類（YG類）；b）鎢鈦鈷類（YT類）5）為了克服硬質(zhì)合金強(qiáng)度和韌性低、脆性大、易崩刃的缺點，常采用的措施（4）新型刀具材料1）陶瓷刀具2）立體氮化硼（CBN）刀具3）人造金剛石刀具 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象一、切屑形成過程對塑性金屬進(jìn)行切削時，切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。（1）切屑形成所經(jīng)歷的階段1）當(dāng)工件受到刀具的擠壓以后，切削層金屬在滑移面OA以左發(fā)生彈性變形，愈靠近OA面，彈性變形愈大。在OA面上，應(yīng)力達(dá)到了材料的屈服極限，則發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。2）隨著刀具的連續(xù)移動，原來處于始滑移面上的金屬不斷向刀具靠攏，應(yīng)力和變形也逐漸加大，晶粒被越拉越長。3）在終滑移面OE上，應(yīng)力和變形達(dá)到最大值，晶粒的形狀不再變化。4）越過OE面，切削層金屬將脫離工件基體，沿著前面流出而形成切屑，完成切離階段。經(jīng)過塑性變形的金屬，其晶粒沿大致相同的方向伸長?？梢?，金屬切削過程的實質(zhì)是一種擠壓過程，在這一過程中產(chǎn)生的許多物理現(xiàn)象，都是由切削過程中的變形和摩擦所引起的。（2）切削塑性金屬時，刀具與工件接觸的區(qū)域可分為3個變形區(qū)（重點）1）第一變形區(qū)（基本變形區(qū)）2）第二變形區(qū)（摩擦變形區(qū)）3）第三變形區(qū)（加工表面變形區(qū)）二、切屑的類型及控制（1）切屑分類1 由于工件材料不同，切削過程中變形程度也就不同。因而產(chǎn)生的切屑種類也不同。（重點）1）單元切屑2）擠裂切屑3）單元切屑4）崩碎切屑（2）切屑分類（ISO）所謂切屑控制（又稱為切屑處理，工廠中一般簡稱為斷屑），是指在切屑加工中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬⒘舫雠c折斷，使形成“可接受”的良好屑形。從切屑控制的角度出發(fā)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了切屑分類標(biāo)準(zhǔn)。（3）衡量切屑可控性的主要標(biāo)準(zhǔn)1）不妨礙正常的加工，即不纏繞在工件上、刀具上，不飛濺到機(jī)床運動部件中；2）不影響操作者安全；3）易于清理、存放和搬運。三、積屑瘤現(xiàn)象（1）產(chǎn)生機(jī)理 在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或其他塑性材料時，常常在刀具前面粘著一塊剖面有時呈三角形的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的2～3倍，在處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時，能夠代替切削刃進(jìn)行切削。這塊冷焊在前刀面上金屬稱為積屑瘤或刀瘤。（2）優(yōu)點 會引起刀具實際角度的變化，如可增大前角，有時可延長刀具壽命。（3）缺點 不穩(wěn)定，增大到一定程度后會碎裂，這樣容易嵌入在已加工表面內(nèi)，增加了工件表面的粗糙度值。（4）避免措施 積屑瘤在加工過程中是不可控的，只能通過改變切削條件防止其產(chǎn)生?？衫m(xù)頁 課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第 4 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 分鐘；授新課 100 分鐘討 論 分鐘；其它 分鐘授課類型（請打√）：理論課√ 討論課□ 實驗課□ 習(xí)題課□ 其它□教學(xué)方式（請打√）：講授√ 討論□ 示教□ 指導(dǎo)□ 其它□教學(xué)手段（請打√）：多媒體√ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它□教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）： 切削力與切削功率一、切削力和切削功率的概念（1）切削力的定義金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。（2）切削力的來源（三個方面）1）克服被加工材料彈性變形的抗力；2）克服被加工材料塑性變形的抗力；3）克服切屑與前面的摩擦力和刀具后面與過渡表面和已加工表面之間的摩擦力。（3）切削合力及其分解作用在刀具上的合力Fr（國標(biāo)為F）可分解成三個相互垂直的Fx（國標(biāo)稱為Ff）、Fy（國標(biāo)稱為Fp）和Fz（國標(biāo)稱為Fc）。在車削時：1） Fz（Fc ）——主切削力（切向力），方向與過渡表面相切并與基面垂直。是計算車刀強(qiáng)度、設(shè)計機(jī)床主軸系統(tǒng)、確定機(jī)床功率所必需的。2）Fx（Ff ）——進(jìn)給力（軸向力），處于基面內(nèi)與工件軸向平行并與進(jìn)給方向相反。是設(shè)計進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計算車刀進(jìn)給功率所必需的。3）Fy（Fp ）——切深抗力（背向力，徑向力或吃刀力），處于基面內(nèi)與工件軸向垂直。是計算工件撓度、機(jī)床零件和車刀強(qiáng)度的依據(jù)。工件在切削過程中產(chǎn)生的振動往往與它相關(guān)。（4）切削功率消耗在切削過程中的功率。它為Fz和Fz所消耗的功率之和（Fy方向沒有位移，所以不消耗功率）。（kW）二、切削力的測量（1）測定機(jī)床功率，計算切削力（2）用測力儀測量切削力三、切削力的經(jīng)驗公式和切削力估算（1）計算切削力的指數(shù)公式式中，、為系數(shù)，由被加工材料性質(zhì)和切削條件所決定；、、為三個分力公式中，被吃刀量ap、進(jìn)給量f和切削速度v的指數(shù)；、分別為三個分力公式中，當(dāng)實際加工條件與求得經(jīng)驗公式時的條件不符時，各種因素對切削力的修正系數(shù)的積。式中的系數(shù)、和、、可在切削用量手冊中查到。手冊中的數(shù)值是在特定的刀具幾何參數(shù)（包括幾何角度和刀尖圓弧半徑等）下針對不同的加工材料、刀具材料和加工形式，由大量的實驗結(jié)果處理而來的。（2）按單元切削力計算切削力和切削功率1）單位切削力kc（N/mm2）2）單位切削功率（kW/mm3S1） 切削熱與切削溫度一、切削熱的產(chǎn)生及傳導(dǎo)（1）切削熱的產(chǎn)生 切削時所消耗的能量，除了1％～2％用以形成新表面和以晶格扭曲等形式形成潛能外，有98％～99％轉(zhuǎn)換為熱能，因此可近似認(rèn)為切削時所消耗的能量全面轉(zhuǎn)換成熱。（2）三個發(fā)熱區(qū)域 切削時共有三個發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、切屑和前面接觸區(qū)、后面與過渡表面接觸區(qū)。三個發(fā)熱區(qū)與三個變形區(qū)相對應(yīng)。（3）切削熱的來源 切削熱的來源就是切屑變形功和前、后面的摩擦功。（4）切削熱的影響因素 被吃刀量影響最大；切削速度v的影響次之；進(jìn)給量f的影響最??；其他因素對切削熱的影響和它們對切削力的影響完全相同。（5）切削熱的傳導(dǎo) 切削區(qū)域的熱量被切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出。在干切削（不用切削液）時，向周圍介質(zhì)直接傳出的熱量所占比例在1％以下，可忽略不計。（6）切削熱的傳出比例 1）車削；2）鉆削二、切削溫度的測量（1）切削溫度的計算 與切削力不同，對于切削溫度已有很多理論推算方法可較為準(zhǔn)確地（與實驗結(jié)果相比）計算切削溫度，但這些方法都有一定局限性，且應(yīng)用較繁。（2）可用有限元仿真的方法求出切削區(qū)域的近似溫度場，但由于工程問題的復(fù)雜性，難免有一些假設(shè)。（3）切削溫度的測量 最為可靠的方法是對切削溫度進(jìn)行實際測量。切削溫度的測量方法很多，大致可分為熱電偶法、輻射溫度計法等。目前應(yīng)用較廣的是自然熱電偶法和人工熱電偶法。三、影響切削溫度的主要因素（重點、難點）（1）切削用量的影響 切削速度v的影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量ap最小。（2）工件材料的影響 工件材料對切削溫度的影響與材料的強(qiáng)度、硬度及導(dǎo)熱性有關(guān)。（3）刀具角度的影響 前角和主偏角對切削溫度的影響較大。（4）刀具磨損的影響（5）切削液的影響四、切削液（1）作用 1）冷卻；2）潤滑；3）清洗；4）防銹（2）分類 1）水溶液；2）乳化液；3）切削油（3）選擇 1）加工性質(zhì)；2）工件材料；3）刀具材料五、切削溫度對工件、刀具和切削過程和影響（1）切削溫度對工件材料強(qiáng)度和切削力的影響（2）切削溫度對刀具材料的影響（3）切削溫度對工件尺寸精度的影響（4）利用切削溫度自動控制切削速度和進(jìn)給量（5）利用切削溫度與切削力控制刀具磨損課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第 5 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 分鐘；授新課 100 分鐘討 論 分鐘；其它 分鐘授課類型（請打√）：理論課√ 討論課□ 實驗課□ 習(xí)題