【正文】 。 除金剛石刀具材料外 ， 還發(fā)展了立方氮化硼 、復(fù)方氮化硅和復(fù)合陶瓷等新型超硬刀具材料 ， 它們主要用于黑色金屬的精密加工 。 ? 在過去相當(dāng)長的一段時期，這種觀點限制了精密加工的應(yīng)用范圍，它主要應(yīng)用于軍事、航宇航天等部門。 在機械制造行業(yè) ，精密加工機床不再是僅用于后方車間加工工具 、卡具和量具 ， 工業(yè)發(fā)達(dá)國家已將精密加工機床直接用于產(chǎn)品零件的精密加工 ， 產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益 。 ?我國精密加上技術(shù)較落后 ， 當(dāng)前某些精密產(chǎn)品尚靠進(jìn)口 ， 還有些精密產(chǎn)品靠老工人手藝制造 ， 因而廢品率極高 。 精密加工與經(jīng)濟(jì)性 第 1章 精密切削加工 精密切削加工機理 金屬切削過程 ， 就其本質(zhì)而言 ， 是材料在刀具的作用下 ， 產(chǎn)生 剪切斷裂 、 摩擦擠壓和晶格滑移變形 的過程 。 以回轉(zhuǎn)刀具的切削情況為例 ， 分析在過渡切削過程中刀具切削刃與工件表面的接觸情況及工件材料的變形情況 。為了反映整個工藝系統(tǒng)的彈性特性 ， 假設(shè)刀具支持在具有一定彈性模數(shù)的支承上 。 切削刃在工件表面上的這種滑動稱為 彈性滑動 。切削刃在工件表面上的這種滑動稱為 塑性滑動。由于工件表面上產(chǎn)生了彈塑性變形，所以切削刃的運動軌跡與被加工表面上形成的輪廓線不重合。 ? 當(dāng)切削刃的最大干涉深度很小時 ， 即切入角 ?g很小時便是圖 (a)中的 （ 1） 狀態(tài) 。 切削變形和切削力 ? 當(dāng)?shù)毒吲c工件的最大干涉深度達(dá)到一定的數(shù)值時，形成如圖 (a)中的 (2)的切削狀態(tài)。 切削變形和切削力 ? 繼續(xù)增大刀具與工件的最大干涉深度，便形成圖（ a）中的 (3)的切削狀態(tài)。隨著切入深度的減小，之后又過渡到塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)。 切削變形和切削力 ? 零件的最終工序的最小切入深度應(yīng)等于或小于零件的加工精度 (允許的加工誤差 )。 ? 根據(jù)過渡切削過程的分析可知 ， 當(dāng)切入深度太小時 ，切削刃對工作表面的作用只是彈性滑動或塑性滑動 ，并沒有產(chǎn)生切屑 ， 因此最小切入深度要受到一些因素的限制 。 車削過程能夠成立，主要應(yīng)滿足下列 條件 ： 切削變形和切削力 ?① 切削過程應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的、穩(wěn)定的； ?② 應(yīng)當(dāng)保持有較高的加工精度和表面質(zhì)量； ?③ 刀具應(yīng)有較長的使用壽命。 切削變形和切削力 切削變形和切削力 ?如圖所示 ， 分析正交切削條件下 ， 切削刃口圓弧處任一質(zhì)點i的受力 。 水平力 pzi使被切削材料質(zhì)點向前移動 ， 經(jīng)過擠壓形成切屑 ， 而垂直力 pyi將被切削材料壓向被切削零件本體 ， 不能構(gòu)成切屑形成條件 。 ? 根據(jù)材料的最大剪切應(yīng)力理論可知 ， 最大剪切應(yīng)力應(yīng)發(fā)生在與切削合力 pi成 45186。 若 pyi= pzi ， 則作用在材料質(zhì)點 i上的最大剪應(yīng)力與切削運動方向一致 ， 該質(zhì)點 i處材料被刀具推向前方 ， 形成切屑 ， 而質(zhì)點 i處位置以下的材料不能形成切屑 ， 只產(chǎn)生彈性 、 塑性變形 。 ? pyi= pzi時所對應(yīng)的切入深度 便是最小切入深度。 45??? ? ?( 1 c os )h? ? ?? ? ? ? ? 切削變形和切削力 這時質(zhì)點 i對應(yīng)的角度 對應(yīng)的最小切入深度 Δ可表示為 微量切削過程中 ， 在刀具刃口圓弧附近的材料 ， 一部分形成切屑被切除 ， 另一部分材料被擠壓而產(chǎn)生彈 、 塑性變形 ，并沿著切削刃兩側(cè)方向塑性流動 ， 形成兩側(cè)方向 毛剌 ， 如圖所示 。 切削變形和切削力 ? 毛刺與虧缺 在刀具接近工件終端面時 ， 由于終端部支承剛度較小 ， 在刀尖的斜下方將產(chǎn)生負(fù)剪切區(qū)域 ， 稱之為 第Ⅳ 變形區(qū) ， 如圖所示 。 切削變形和切削力 ? 在刃口圓弧處 ， 不同的切削深度 ， 刀具的實際前角是變化的 。 當(dāng)切削深度很小時 ， 實際前角為較大的負(fù)前角 ， 在刀具刃口圓弧處將產(chǎn)生很大的擠壓摩擦作用 ， 稱之為 碾壓效應(yīng) 。 ??? 切削變形和切削力 ? 微量切削的碾壓過程 圖 刃口圓弧處的碾壓 ? 在精密車削加工中 ， 加工余量很小 ， 刀刃的直線部分通常不參加切削 ， 而只是部分圓弧刃參加切削 。 刀尖圓弧上各點切削厚度也是變化的 ， 最小厚度為零 。 由于圖中有剖面線的部分作為切屑被除去之后 ，由刀尖圓弧在被加工零件上留下的圓弧形表面并非全部留下形成加工表面 ， 其中大部分將在后續(xù)的加工中被切除 ， 僅在刀尖附近留下的圓弧形輪廓才成為最終的加工表面 。 結(jié)論： 在被加上表面形成過程中伴隨的碾壓作用占很大的比重，可以認(rèn)為，被加工表面的質(zhì)量在很大程度上受碾壓效果的影響 。 切削力 切削變形和切削力 ? 切削力的來源 ? 作用在車刀前刀面上的正壓力 N1和摩擦力 F1可以合成為 Q1；作用在車刀后刀面上的正壓力 N2和摩擦力 F2可以合成為 Q2。 切削變形和切削力 ?主切削力 FZ 它垂直于水平面 ， 通常與切削速度的方向一致 ， 在一般切削情況下 ， 該分力最大 。 FY是沿切削深度力向上的分力 ， 它不做功 ，但能使工件變形或造成振動 ， 對工件加工精度和表面粗糙度影響較大 。 切削變形和切削力 切削力 F可分解為以下三個分力： ? 采用硬質(zhì)合金車刀時， 切削速度對切削力的影響不明顯 。 切削變形和切削力 ? 影響切削力的因素 ? 切削速度 ?不考慮積屑瘤的存在 因此當(dāng) v增加時，這部分變形及摩擦減小很不明顯；同時由于硬質(zhì)合金車刀切削刀刃口半徑 ρ 較大，刃口圓弧部分對加工面所產(chǎn)生的擠壓所占的比例較大，切削速度的增加，對其影響很小。 切削變形和切削力 ? 低速時切削力隨切削速度增加而急劇下降 ， 到 200～300m/min后 ， 切削力基本保持不變 ， 這規(guī)律和積屑瘤高度隨切削速度的變化規(guī)律一致 (精密切削時 ,切削速度增加而積屑瘤高度變低 )， 即積屑瘤高時切削力大 ， 積屑瘤小時切削力也小 ，這和普通切削時規(guī)律正好相反 。這些因素都將使切削力增加。 切削力 F（ ) 進(jìn)給量 f(mm/r) FZ 6 10 35 50 96 FY 24 28 58 70 FX 6 7 11 13 結(jié)論： 進(jìn)給量對切削力有明顯的影響， 進(jìn)給量對 FZ的影響比對 FY及 FX的影響大。 切削變形和切削力 ? 進(jìn)給量 用天然金剛石車刀進(jìn)行精密切削試驗，其試驗結(jié)果見下表。 切削力 F（ ) 進(jìn)給量 f(mm/r) FZ 20 26 48 96 160 FY 4 5 12 17 30 切削變形和切削力 切削深度對切削力影響的試驗結(jié)果見下表 。切削深度小于一定值時，則 FY FZ 。 切削變形和切削力 切削變形和切削力 原因： 切削用量直接影響主切削力 FZ的大小 。 切削刃口半徑的大小決定后刀面上正壓力大小 ， 直接影響著徑向切削力 （ 垂直軸向 ） FY的大小 。 但是由于天然金剛石車刀可以磨得很鋒利 ， 切削刃口半徑可以比硬質(zhì)合金的小許多倍 ， 因此由刃口圓弧部分產(chǎn)生的擠壓小 ， 后刀面上的正壓力小 ， 從而 FY小 ，雖然是微量切削 ， FZ仍然大于 FY 。 ? 其它 刀具幾何角度 、 切削液等對切削力的影響同一般切削相似 。 切削熱和切削液 切削熱 ? 切削熱的來源 切削熱來自 三個切削變形區(qū) 的金屬彈性變形 、塑性變形和摩擦 。 ? 切削溫度 :一般是指切屑 、 工件和刀具接觸表面 上的平均溫度 。 切削溫度的高低決定于切削時切削熱 產(chǎn)生 的多少和 散熱 條件。 一般地 ， 切屑傳出的熱量最多 ，其余依次為刀具 、 工件及周圍介質(zhì) 。 切削熱和切削液 切削熱和切削液 ?① 金屬材料是由數(shù)微米到數(shù)百微米的微細(xì)晶粒組成 ， 在晶粒內(nèi)部 ， 一般情況下大約 1μm 左右的間隔內(nèi)就有一個位錯缺陷 。 原因： 切削熱和切削液 ?② 當(dāng)切削單位小于位錯缺陷平均間隔 1μm 時 ， 在這狹窄區(qū)域內(nèi)是不會發(fā)生由于位錯線移動而產(chǎn)生的材料滑移變形的 ， 因此也就使其剪切強度接近理論剪切強度 ， 這時 ， 刀具刀尖部分受到的平均應(yīng)力將很大 ， 使 刀尖局部區(qū)域產(chǎn)生極高的溫度 。 ?在精密加工中 ， 由于 熱變形 引起的加工誤差占總誤差的 40％ ～ 70％ 。 ?切削熱對精密加工影響很大 . ?例如精密加工 l00mm長的鋁合金零件 ， 溫度每變化1℃ ， 將產(chǎn)生 m的誤差 。 ℃ 的范圍內(nèi) 。 ℃ 的切削液噴射到工件上，使整個工件被包圍在恒溫油內(nèi)，工件溫度便可控制在 20177。 切削熱和切削液 減小切削熱對精密加工影響的主要措施： ? ① 采用切削液澆注工件的方法 。 必要時還可以在冷卻水箱中放入冰塊 ， 通過冰水混合液能可靠地把切削溫度控制在所要求的范圍內(nèi) 。 右圖的曲線是在 SI125精密車床上用金剛石刀具切削鋁合金時 ， 干切削與使用切削液的切削對比 。 切削熱和切削液 切削液 ? 切削液對精密加工的影響 試驗結(jié)論： 我國 ,30％ 的豆油加 70％混合油效果最好 。 20％ 氯化石蠟加 80％ 的混合油效果次之 。 切削熱和切削液 ?切削液通過滲透到接觸面上 ， 濕潤刀具表面 ， 并牢固地 附著 在刀具表面上形成一層潤滑膜 ， 達(dá)到減少刀具與工件材料之間摩擦的效果 。 ?試驗結(jié)果表明 ， 由混合油分子形成一層物理吸附薄膜的效果最差 。由氯化物 、 硫化物形成的化學(xué)膜效果更好 。 切削熱和切削液 ? 切削液的作用機理 ?一般情況下 ， 化學(xué)膜比物理吸附膜能耐更高的溫度及應(yīng)力 。 ?物理吸附厚膜即使脫落也不會影響刀具表面的粗糙度 。 切削熱和切削液 (1)抑制積屑瘤的生成 。 (2)降低加工區(qū)域溫度 ， 穩(wěn)定加工精度 。 切削液可使刀具與切屑及工件加工表面之間的摩擦減少 ， 從而使切削力減少 。