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1、第1章精密切削加工第1页，共135页，编辑于2022年，星期一 第第1章章 精密切削加工精密切削加工1.11.1 概概 述述Introduction第2页，共135页，编辑于2022年，星期一1.1.1 概概 念念精密加工 精精密密加加工工是是指指加加工工精精度度和和表表面面质质量量达达到到极极高高程程度度的加工工艺。不同的发展时期，其技术指标有所不同。的加工工艺。不同的发展时期，其技术指标有所不同。目目前前，在在工工业业发发达达国国家家中中，一一般般工工厂厂能能稳稳定定掌掌握握的的加加工工精精度度是是1m1m，与与之之相相对对应应，将将加加工工精精度度为为0.010.01 1m1m，加加工工
2、表表面面粗粗糙糙度度RaRa在在0.020.020.1m0.1m范范围围内内的的加加工工方方法称为法称为精密加工精密加工。第3页，共135页，编辑于2022年，星期一19831983年年,日本田口教授经大量考察精密与特种加工厂日本田口教授经大量考察精密与特种加工厂后后,对当代多种加工方法所能达到的精度及其发展趋对当代多种加工方法所能达到的精度及其发展趋势有个预测势有个预测本本(下页下页)图分两个层面来看图分两个层面来看:各种加工方法的极限各种加工方法的极限;发展发展趋势趋势.1.1.1 概概 念念第4页，共135页，编辑于2022年，星期一多种加工方法所能达到的精度及具发展趋势预测见图。多种加
3、工方法所能达到的精度及具发展趋势预测见图。1.1.1 概概 念念第5页，共135页，编辑于2022年，星期一l英英国国Rolls-Royce公公司司的的资资料料表表明明，将将飞飞机机发发动动机机转转子子叶叶片片的的加加工工精精度度由由60m提提高高到到12m，加加工工表表面面粗粗糙糙度度由由Ra0.5m减减少少到到Ra0.2m，则则发发动动机机的的压压缩缩效效率率将从将从89提高到提高到94。1.1.1 概概 念念机械工业提高零件加工精度的主要原因机械工业提高零件加工精度的主要原因u提高零件的加工精度，可提高产品的性能和质量，提高零件的加工精度，可提高产品的性能和质量，提高产品的稳定性和可靠性
4、。提高产品的稳定性和可靠性。第6页，共135页，编辑于2022年，星期一l2020世世纪纪8080年年代代初初，前前苏苏联联从从日日本本引引进进了了四四台台精精密密数数控控铣铣床床，用用于于加加工工螺螺旋旋桨桨曲曲面面，使使其其潜潜艇艇的的水水下下航航行行噪噪声声大大幅幅度度下下降降，即即使使使使用用精精密密的的声声纳纳探探测测装装置置也很难发现潜艇的行踪。也很难发现潜艇的行踪。1.1.1 概概 念念第7页，共135页，编辑于2022年，星期一l传传动动齿齿轮轮的的齿齿形形及及齿齿距距误误差差直直接接影影响响了了其其传传递递扭扭矩矩的的能能力力。若若将将该该误误差差从从目目前前的的36m降降低
5、低到到1m，则则齿齿轮轮箱箱单单位位重重量量所所能能传传递递的的扭扭矩矩将将提提高高近近一一倍倍，从从而可使目前的齿轮箱尺寸大大缩小。而可使目前的齿轮箱尺寸大大缩小。lBM公公 司司 开开 发发 的的 磁磁 盘盘，其其 记记 忆忆 密密 度度 由由1957年年 的的300bit/cm2提提高高到到1982年年的的254万万bit/cm2，提提高高了了近近l万万倍倍，这这在在很很大大程程度度上上应应归归功功于于磁磁盘盘基基片片加加工工精精度度的的提提高和表面粗糙度的减小。高和表面粗糙度的减小。1.1.1 概概 念念u提高零件的加工精度可促进产品的小型化。提高零件的加工精度可促进产品的小型化。第8
6、页，共135页，编辑于2022年，星期一l自自动动化化装装配配是是提提高高装装配配生生产产率率和和装装配配质质量量的的重重要要手手段段。自自动动化化装装配配的的前前提提是是零零件件必必须须完完全全互互换换，这这就就要要求求严严格格控控制制零零件件的的加加工工公公差差，从从而而导导致致零零件件的的加加工精度要求极高，精密加工使之成为可能。工精度要求极高，精密加工使之成为可能。1.1.1 概概 念念u提提高高零零件件的的加加工工精精度度可可增增强强零零件件的的互互换换性性，提提高高装装配配生产率，促进自动化装配应用，推进自动化生产。生产率，促进自动化装配应用，推进自动化生产。第9页，共135页，编
7、辑于2022年，星期一1.1.1 概概 念念精密加工技术是综合性的技术。精密加工技术是综合性的技术。实现精密加工的条件：实现精密加工的条件：精密的机床工具设备和刀具；精密的机床工具设备和刀具；超精密加工的机理与工艺方法；超精密加工的机理与工艺方法；精密测量及误差补偿技术；精密测量及误差补偿技术；超精密加工中的工件材料；超精密加工中的工件材料；稳定的环境条件。稳定的环境条件。第10页，共135页，编辑于2022年，星期一1.1.1 概概 念念q 精密加工机床精密加工机床 精密加工机床是实现精密加工的精密加工机床是实现精密加工的首要条件首要条件首要条件首要条件。主主要要研研究究方方向向是是提提高高
8、机机床床主主轴轴的的回回转转精精度度，工工作作台台的的直线运动精度直线运动精度以及以及刀具的微量进给精度刀具的微量进给精度。采用超精密级的滚动轴承。采用超精密级的滚动轴承。采用液体静压轴承和空气静压轴承。其静、采用液体静压轴承和空气静压轴承。其静、动态性能更加优异。动态性能更加优异。v精精密密机机床床主主轴轴要要求求具具有有很很高高的的回回转转精精度度，转转动动平平稳稳，无振动，其关键在于主轴轴承。无振动，其关键在于主轴轴承。第11页，共135页，编辑于2022年，星期一1.1.1 概概 念念v 工作台的直线运动精度是由导轨决定的。工作台的直线运动精度是由导轨决定的。工作台的直线运动精度是由导
9、轨决定的。工作台的直线运动精度是由导轨决定的。精密机床使用的导轨有：精密机床使用的导轨有：滚动导轨滚动导轨液体静压导轨液体静压导轨气浮导轨气浮导轨空气静压导轨空气静压导轨普通车床精度普通车床精度0.015-0.002mm第12页，共135页，编辑于2022年，星期一 弹弹性性变变形形式式和和电电致致伸伸缩缩式式微微量量进进给给机机构构比比较较适适用用，尤尤其其是是电电致致伸伸缩缩微微量量进进给给装装置置，可可以以进进行行自自动动化化控控制制，有有较较好好的的动动态态特特性性，在在精精密密机机床床进进给给系系统统中中得得到到广广泛泛的的应用。应用。1.1.1 概概 念念v v 为了提高刀具的进给
10、精度，必须使用微量进给装置为了提高刀具的进给精度，必须使用微量进给装置为了提高刀具的进给精度，必须使用微量进给装置为了提高刀具的进给精度，必须使用微量进给装置第13页，共135页，编辑于2022年，星期一(1)(1)金刚石晶体的晶面选择，这对刀具的使用性能有重金刚石晶体的晶面选择，这对刀具的使用性能有重 要的影响；要的影响；(2)(2)金刚石刀具刃口的锋利性，即刀具刃口的圆弧半径，金刚石刀具刃口的锋利性，即刀具刃口的圆弧半径，它直接影响到切削加工的最小切削深度，影响到微它直接影响到切削加工的最小切削深度，影响到微 量切除能力和加工质量。量切除能力和加工质量。1.1.1 概概 念念q 金刚石刀具
11、金刚石刀具 金刚石刀具金刚石刀具 是精密切削加工的重要手段是精密切削加工的重要手段v v 金刚石刀具有两个重要的问题要解决：金刚石刀具有两个重要的问题要解决：金刚石刀具有两个重要的问题要解决：金刚石刀具有两个重要的问题要解决：第14页，共135页，编辑于2022年，星期一l先先进进国国家家刃刃磨磨金金刚刚石石刀刀具具的的刃刃口口半半径径可可以以小小到到数数纳纳米米的的水水平平。我我国国目目前前刃刃磨磨的的金金刚刚石石刀刀具具的的刃刃口口半半径径只只能能达到达到0.10.10.3m0.3m。l当刃口半径小于当刃口半径小于0.0lm0.0lm时，必须解决测量上的难题。时，必须解决测量上的难题。1.
12、1.1 概概 念念q 金刚石刀具金刚石刀具 第15页，共135页，编辑于2022年，星期一 精精密密切切削削是是微微量量切切削削，微微量量切切削削过过程程中中许许多多机机理理方方面面的的问问题题都都有有其其特特殊殊性性，如如积积屑屑瘤瘤的的形形成成，鳞鳞刺刺的的产产生生，切切削削参参数数及及加加工工条条件件对对切切削削过过程程的的影影响响，以以及及它它们们对对加加工工精精度度和和表表面面质质量量的的影影响响，都都与与常常规规切切削削有有很很大大的不同。的不同。1.1.1 概概 念念q 精密切削机理精密切削机理 精精密密切切削削加加工工必必须须能能够够均均匀匀地地切切除除极极薄薄的的金金属属层层
13、，微量切除微量切除微量切除微量切除是精密加工的重要特征之一。是精密加工的重要特征之一。第16页，共135页，编辑于2022年，星期一1.1.1 概概 念念q 稳定的加工环境稳定的加工环境 精精密密加加工工必必须须在在稳稳定定的的加加工工环环境境下下进进行行，主主要要包包括括恒温恒湿、防振和空气净化恒温恒湿、防振和空气净化三个方面的条件。三个方面的条件。(1)(1)恒恒温温恒恒湿湿.精精密密加加工工必必须须在在严严格格的的多多层层恒恒温温条条件件下下进进行行，即即不不仅仅工工作作间间应应保保持持恒恒温温，还还必必须须对对机机床床本本身身采采取取特特殊殊的的恒恒温温措措施施，使使加加工工区区的的温
14、温度变化极小。度变化极小。第17页，共135页，编辑于2022年，星期一(2)(2)防防振振.为为了了提提高高精精密密加加工工系系统统的的动动态态稳稳定定性性，除除在在机机床床结结构构设设计计和和制制造造上上采采取取各各种种减减振振措措施施外外，还还必必须须用用隔隔振系统来消除外界振动的影响。振系统来消除外界振动的影响。(3)(3)空空气气净净化化.由由于于精精密密加加工工的的加加工工精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度要要求求极极高高，空空气气中中的的尘尘埃埃将将直直接接影影响响加加工工零零件件的的精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度，因因此此必必须须对对加加工工环环境境的的空空气气进进行行净净化化
15、，对对大大于于某某一一尺尺寸寸的的尘尘埃埃进进行行过过滤滤。国国外外已已研研制制成成功功了了对对0.1m0.1m的尘埃有的尘埃有9999净化效率的高效过滤器。净化效率的高效过滤器。1.1.1 概概 念念第18页，共135页，编辑于2022年，星期一 当当加加工工精精度度高高于于一一定定程程度度后后，若若仍仍然然采采用用提提高高机机床床的的制制造造精精度度，保保证证加加工工环环境境的的稳稳定定性性等等误误差差预预防防措措施施提提高高加加工工精精度度，这这将将会会使使所所花花费费的的成成本本大大幅幅度度增增加加。这这时时应应采采取取另另一一种种所所谓谓的的误误差差补补偿偿措措施施，即即是是通通过过
16、消消除除或或抵抵消误差本身的影响，达到提高加工精度的目的。消误差本身的影响，达到提高加工精度的目的。1.1.1 概概 念念q 误差补偿误差补偿第19页，共135页，编辑于2022年，星期一u测量分测量分:在线、在位和离线三种方式在线、在位和离线三种方式.u精精密密加加工工技技术术离离不不开开精精密密测测量量技技术术，精精密密加加工工要要求求测测量量精精度比加工精度高一个数量级。度比加工精度高一个数量级。u目目前前，精精密密加加工工中中所所使使用用的的测测量量仪仪器器多多以以非非接接触触式式:干干涉涉法法和和高高灵灵敏敏度度电电动动测测微微技技术术为为基基础础。如如激激光光干干涉涉仪仪，多次光波
17、干涉显微镜及重复反射干涉仪等。多次光波干涉显微镜及重复反射干涉仪等。1.1.1 概概 念念q 精密测量技术精密测量技术 第20页，共135页，编辑于2022年，星期一u国国外外广广泛泛发发展展非非接接触触式式测测量量方方法法并并研研究究原原子子级级精精度度的的测测量量技技术术。JohanessJohaness公公司司生生产产的的多多次次光光波波干干涉涉显显微微镜镜的的分分辨辨率率为为0.5nm0.5nm，最最近近出出现现的的隧隧道道扫扫描描显显微微镜镜的的分分辨辨率率为为0.0lnm0.0lnm，是是目目前前世世界界上上精精度度最最高高的的测测量量仪仪之之一一。最最新新的的研研究究证证实实，在
18、在扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜下下可可移移动动原原子子，实实现现精精密密工程的最终目标工程的最终目标-原子级精密加工。原子级精密加工。1.1.1 概概 念念第21页，共135页，编辑于2022年，星期一1.1.1 概概 念念隧道扫描显微镜：隧道扫描显微镜：扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜的的基基本本原原理理是是将将原原子子线线度度的的极极细细探探针针和和被被研研究究物物质质的的表表面面作作为为两两个个电电极极，当当样样品品与与针针尖尖的的距距离离非非常常接接近近 (通通常常小小于于1nm)1nm)时时，在在外外加加电电场场的的作作用用下下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。电子会穿过两个电
19、极之间的势垒流向另一电极。第22页，共135页，编辑于2022年，星期一 隧隧道道电电流流强强度度对对针针尖尖和和样样品品之之间间的的距距离离有有着着指指数数依依赖赖关关系系，当当距距离离减减小小0.1nm0.1nm，隧隧道道电电流流即即增增加加约约一一个个数数量量级级。因因此此，根根据据隧隧道道电电流流的的变变化化，可可以以得得到到样样品品表表面面微微小小的的高高低低起起伏伏变变化化的的信信息息，如如果果同同时时对对x-yx-y方方向向进进行行扫扫描描，就就可可以以直直接接得得到到三三维维的的样样品品表表面面形形貌貌图图，这这就是扫描隧道显微镜的工作原理。就是扫描隧道显微镜的工作原理。1.1
20、.1 概概 念念第23页，共135页，编辑于2022年，星期一 根根据据加加工工表表面面及及加加工工刀刀具具的的特特点点，精精密密切切削削加加工工可可分分为四类，见下表。为四类，见下表。1.1.2 精密切削加工分类精密切削加工分类第24页，共135页，编辑于2022年，星期一1.1.2 精密切削加工分类精密切削加工分类金刚石车削金刚石车削u应用天然单晶金刚石车刀对铝、铜和其它软金属应用天然单晶金刚石车刀对铝、铜和其它软金属及其合金进行切削加工，可以得到极高的加工精及其合金进行切削加工，可以得到极高的加工精度和极低的表面粗糙度，从而产生了度和极低的表面粗糙度，从而产生了金刚石精密金刚石精密车削加
21、工方法车削加工方法。第25页，共135页，编辑于2022年，星期一 它它们们分分别别用用于于加加工工平平面面、型型面面和和内内孔孔，也也可可以以得得到到极高的加工精度和表面质量。极高的加工精度和表面质量。金金刚刚石石刀刀具具精精密密切切削削是是当当前前加加工工软软金金属属材材料料最最主要的精密加工方法。主要的精密加工方法。除除金金刚刚石石刀刀具具材材料料外外，还还发发展展了了立立方方氮氮化化硼硼、复复方方氮氮化化硅硅和和复复合合陶陶瓷瓷等等新新型型超超硬硬刀刀具具材材料料，它它们们主主要要用用于于黑色金属的精密加工。黑色金属的精密加工。金刚石精密铣削和镗削1.1.2 精密切削加工分类精密切削加
22、工分类第26页，共135页，编辑于2022年，星期一l由由于于精精密密加加工工机机床床价价格格昂昂贵贵，加加工工环环境境条条件件要要求求极极高高，因此精密加工总是与高加工成本联系在因此精密加工总是与高加工成本联系在起。起。l在过去相当长的一段时期，这种观点限制了精密加工的在过去相当长的一段时期，这种观点限制了精密加工的应用范围，它主要应用于军事、航宇航天等部门。应用范围，它主要应用于军事、航宇航天等部门。1.1.3 精密加工与经济性精密加工与经济性第27页，共135页，编辑于2022年，星期一近近十十几几年年来来，随随着着科科学学技技术术的的发发展展和和人人们们生生活活水水平平的的提提高高，精
23、精密密加加工工的的产产品品已已进进入入了了国国民民经经济济和和人人民民生生活活的的各各个个领领域域，其其生生产产方方式式也也从从过过去去的的单单件件小小批批量量生生产产走走向向大大批批量量生生产产。在在机机械械制制造造行行业业，精精密密加加工工机机床床不不再再是是仅仅用用于于后后方方车车间间加加工工工工具具、卡卡具具和和量量具具，工工业业发发达达国国家家已已将将精精密密加加工工机机床床直直接接用用于于产产品品零件的精密加工，产生了显著的经济效益。零件的精密加工，产生了显著的经济效益。1.1.3 精密加工与经济性精密加工与经济性第28页，共135页，编辑于2022年，星期一u加加工工一一块块直直
24、径径为为l00mml00mm的的离离轴轴抛抛物物面面反反射射镜镜，用用金金刚刚石石精精密密车车削削工工艺艺成成本本只只有有用用研研磨磨-抛抛光光-手手工工修修琢琢的的传传统统工工艺艺的的成成本本的的十十几几分分之之一一，而而且且精精度度更更高高，加加工工周周期期由由1212个个月月缩缩短短为为3 3周。周。u我我国国精精密密加加上上技技术术较较落落后后，当当前前某某些些精精密密产产品品尚尚靠靠进进口口，还有些精密产品靠老工人手艺制造，因而废品率极高。还有些精密产品靠老工人手艺制造，因而废品率极高。u我我国国现现在在生生产产的的某某种种高高精精度度惯惯性性仪仪表表，从从十十几几台台甚甚至至几几十
25、十台台中中才才挑挑选选出出一一台台合合格格品品，磁磁盘盘生生产产质质量量尚尚未未完完全全过过关关，激激光光打印机的多面棱镜尚不能生产。打印机的多面棱镜尚不能生产。1.1.3 精密加工与经济性精密加工与经济性第29页，共135页，编辑于2022年，星期一 第第1章章 精密切削加工精密切削加工1.21.2 精密切削加工机理精密切削加工机理 金金属属切切削削过过程程，就就其其本本质质而而言言，是是材材料料在在刀刀具具的的作作用用下下，产产生生剪剪切切断断裂裂、摩摩擦擦挤挤压压和和晶晶格格滑滑移移变变形形的的过过程程。在在精精密密切切削削中中，采采用用的的是是微微量量切切削削方方法法,影影响响因因素素
26、就就不不同。同。第30页，共135页，编辑于2022年，星期一 以以回回转转刀刀具具的的切切削削情情况况为为例例，分分析析在在过过渡渡切切削削过过程程中中刀刀具具切切削削刃刃与与工工件件表表面面的的接接触触情情况况及及工工件件材材料的变形情况。料的变形情况。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力切削变形切削变形q 过渡切削过渡切削第31页，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第32页，共135页，编辑于2022年，星期一u如如图图所所示示为为单单刃刃回回转转刀刀具具铣铣削削平平面面的的切切削削过过程程。为为了了反反映映整整个个工工艺艺系系统统的
27、的弹弹性性特特性性，假假设设刀刀具具支支持持在在具具有有一一定定弹弹性性模模数数的的支支承承上上。图图(b)(b)为为切切削削剖剖面面的的情情况况，从从刀刀具具切切削削刃刃和和工工件件接接触触开开始始，刀刀具具在在工工件件上上滑滑动动一一定定的的距距离离，工工件件表表面面仅仅产产生生弹弹性性变变形形，在在切切削削刃刃移移开开之之后后，工工件件表表面面仍仍能能恢恢复复到到原原来来的的状状态态。切切削削刃刃在在工工件件表表面面上上的的这这种种滑动称为滑动称为弹性滑动弹性滑动。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力经历了了弹性、塑性和切削三个过程经历了了弹性、塑性和切削三个过程.第33页，共1
28、35页，编辑于2022年，星期一u随着刀具的继续回转，刀刃上的切削深度不断增随着刀具的继续回转，刀刃上的切削深度不断增大，在工件表面上开始产生塑性变形，在此塑性变大，在工件表面上开始产生塑性变形，在此塑性变形区内，切削刃在工件表面滑过之后，工件表面被形区内，切削刃在工件表面滑过之后，工件表面被刻划出沟痕，但此时并没有真正切除材料。切削刃刻划出沟痕，但此时并没有真正切除材料。切削刃在工件表面上的这种滑动称为在工件表面上的这种滑动称为塑性滑动。塑性滑动。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第34页，共135页，编辑于2022年，星期一u 在塑性滑动之后，随着刀具切入深度的增加，前刀面在塑性
29、滑动之后，随着刀具切入深度的增加，前刀面上产生了切屑，开始了上产生了切屑，开始了切削过程切削过程。由于工件表面上产生了。由于工件表面上产生了弹塑性变形，所以切削刃的运动轨迹与被加工表面上形成弹塑性变形，所以切削刃的运动轨迹与被加工表面上形成的轮廓线不重合。的轮廓线不重合。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第35页，共135页，编辑于2022年，星期一改改变变刀刀具具的的切切入入角角g g 可可以以依依次次改改变变刀刀具具与与工工件件的的最最大大干涉深度，得到如图干涉深度，得到如图1.2(a)1.2(a)的曲线。的曲线。当当切切削削刃刃的的最最大大干干涉涉深深度度很很小小时时，即即切切
30、入入角角 g g很很小小时时便便是是图图1.2(a)1.2(a)中中的的（1 1）状状态态。此此时时，刀刀具具仅仅在在工工件件表表面面滑滑过过，工工件件表表面面没没有有刀刀具具切切入入的的痕痕迹迹，在在刀刀具具和和被加工表面的全部接触长度上处于弹性变形区域。被加工表面的全部接触长度上处于弹性变形区域。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第36页，共135页，编辑于2022年，星期一 当刀具与工件的最大干涉深度达到一定的数值时，形当刀具与工件的最大干涉深度达到一定的数值时，形成如图成如图1.2(a)1.2(a)中的中的(2)(2)的切削状态。在切削开始的一的切削状态。在切削开始的一段长度
31、内为弹性滑动区域，然后进入塑性变形区，在段长度内为弹性滑动区域，然后进入塑性变形区，在刀刃滑动过去后，在塑性变形区域内将留下沟痕，但刀刃滑动过去后，在塑性变形区域内将留下沟痕，但并不产生切屑。并不产生切屑。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第37页，共135页，编辑于2022年，星期一 继续增大刀具与工件的最大干涉深度，便形成图（继续增大刀具与工件的最大干涉深度，便形成图（a a）中的）中的(3)(3)的切削状态。在切削刃和工件表面的接触初期的切削状态。在切削刃和工件表面的接触初期为弹性滑动区域，随着切削深度的增大，之后为塑性滑动为弹性滑动区域，随着切削深度的增大，之后为塑性滑动区域
32、，再之后为切削区域，在工件表面上有塑性变形和除区域，再之后为切削区域，在工件表面上有塑性变形和除去切屑所形成的沟槽。随着切入深度的减小，之后又过渡去切屑所形成的沟槽。随着切入深度的减小，之后又过渡到塑性变形区和弹性变形区。到塑性变形区和弹性变形区。必须指出，在塑性滑动区域内也存在弹性变形区，必须指出，在塑性滑动区域内也存在弹性变形区，而在切削区域内则既存在切屑去除区，也存在塑性变而在切削区域内则既存在切屑去除区，也存在塑性变形区和弹性变形区。形区和弹性变形区。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第38页，共135页，编辑于2022年，星期一u零零件件的的最最终终工工序序的的最最小小切切
33、入入深深度度应应等等于于或或小小于于零零件件的的加加工工精精度度(允允许许的的加加工工误误差差)。因因此此，一一种种加加工工方方法法的的最最小小切入深度反映了它的精加工能力。切入深度反映了它的精加工能力。u根根据据过过渡渡切切削削过过程程的的分分析析可可知知，当当切切入入深深度度太太小小时时，切切削削刃刃对对工工作作表表面面的的作作用用只只是是弹弹性性滑滑动动或或塑塑性性滑滑动动，并并没没有有产产生生切切屑屑，因因此此最最小小切切入入深深度度要要受受到到一一些些因因素素的限制。的限制。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力q 最小切入深度最小切入深度第39页，共135页，编辑于2022年
34、，星期一u以车削过程为例进行切入深度的分析。以车削过程为例进行切入深度的分析。车削过程能够成立，主要应满足下列车削过程能够成立，主要应满足下列条件条件：1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力l 切削过程应当是连续的、稳定的；切削过程应当是连续的、稳定的；l 应当保持有较高的加工精度和表面质量；应当保持有较高的加工精度和表面质量；l 刀具应有较长的使用寿命。刀具应有较长的使用寿命。第40页，共135页，编辑于2022年，星期一在精密切削中，采用的是微量切削方在精密切削中，采用的是微量切削方法，切入深度较小，切削功能主要由法，切入深度较小，切削功能主要由刀具切削刃的刃口圆弧承担。刀具切削刃的
35、刃口圆弧承担。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第41页，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力如如图图所所示示，分分析析正正交交切切削削条条件件下下，切切削削刃刃口口圆圆弧弧处处任任一一质质点点i的的受受力力。质质点点i仅仅有有两两个个方方向向的的切切削削力力，即即垂垂直直力力pyi和和水水平平力力pzi。水水平平力力pzi使使被被切切削削材材料料质质点点向向前前移移动动，经经过过挤挤压压形形成成切切屑屑，而而垂垂直直力力pyi将将被被切切削削材材料料压压向向被被切切削削零零件件本本体体，不能构成切屑形成条件。不能构成切屑形成条件。第42页
36、，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力 最终能否形成切屑，最终能否形成切屑，取决于作用在此质点取决于作用在此质点上的切削力上的切削力pyi 和和pzi 的比值。的比值。第43页，共135页，编辑于2022年，星期一u 根根据据材材料料的的最最大大剪剪切切应应力力理理论论可可知知，最最大大剪剪切切应应力力应应发发生生在在与与切切削削合合力力p pi i成成4545角角的的方方向向上上。若若p pyiyi=p pzizi ，则则作作用用在在材材料料质质点点i i上上的的最最大大剪剪应应力力与与切切削削运运动动方方向向一一致致，该该质质点点i i处处材材料
37、料被被刀刀具具推推向向前前方方，形形成成切切屑屑，而而质质点点i i处处位位置置以以下下的的材材料料不不能能形形成成切切屑屑，只只产产生生弹弹性性、塑塑性性变形。变形。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力u故：故：l当当p pzizippyiyi 时，材料质点被推向切屑运动方向，形成切屑；时，材料质点被推向切屑运动方向，形成切屑；l当当p pzizipF FZ Z，这是，这是精密切削时切削力变化的特殊规律。精密切削时切削力变化的特殊规律。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力v v 进给量进给量第59页，共135页，编辑于2022年，星期一用天然金刚石车刀进行精密切削试验，其试验
38、结果见下表。用天然金刚石车刀进行精密切削试验，其试验结果见下表。结论：结论：用天然金刚石车刀进行精密切削时，用天然金刚石车刀进行精密切削时，F FZ ZFFY Y。切削力F（0.01N)进给量f(mm/r)0.010.020.040.100.20FZ20264896160FY451217301.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第60页，共135页，编辑于2022年，星期一切削深度对切削力影响的试验结果见下表。切削深度对切削力影响的试验结果见下表。切削力F（0.01N)切削深度(mm)（硬质合金车刀）0.0020.0040.0080.0160.032FZ 15375267FY252733
39、3739结论：结论：使用硬质合金车刀时，切削深度对切削力有明显使用硬质合金车刀时，切削深度对切削力有明显的影响，且对的影响，且对F FZ Z的影响大于对的影响大于对F FY Y的影响。切削深度小于一的影响。切削深度小于一定值时，则定值时，则F FY Y F FZ Z 。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力v 切削深度切削深度第61页，共135页，编辑于2022年，星期一切削力F（0.01N)切削深度ap(mm)（金刚石车刀）0.0030.0060.010.020.03FZ 1017264550FY23579结论：结论：使用天然金刚石车刀时，使用天然金刚石车刀时，F FZ Z仍然大于仍然
40、大于F FY Y。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第62页，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力原因：原因：切切削削用用量量直直接接影影响响主主切切削削力力F FZ Z的的大大小小。当当切切削削用用量量减减小小时时，F FZ Z随随之减小。之减小。切切削削刃刃口口半半径径的的大大小小决决定定后后刀刀面面上上正正压压力力大大小小，直直接接影影响响着着径向切削力（垂直轴向）径向切削力（垂直轴向）F FY Y的大小的大小。由由于于切切削削刃刃口口半半径径是是一一固固定定值值，所所以以当当切切削削用用量量减减小小到到一一定定值值之之后后，F FY
41、 Y才才能能大大于于F FZ Z。但但是是由由于于天天然然金金刚刚石石车车刀刀可可以以磨磨得得很很锋锋利利，切切削削刃刃口口半半径径可可以以比比硬硬质质合合金金的的小小许许多多倍倍，因因此此由由刃刃口口圆圆弧弧部部分分产产生生的的挤挤压压小小，后刀面上的正压力小，从而后刀面上的正压力小，从而F FY Y小，虽然是微量切削，小，虽然是微量切削，F FZ Z仍然大于仍然大于F FY Y 。第63页，共135页，编辑于2022年，星期一对比：对比：对比：对比：F FZ Z与与F FY Y的比值的比值apap、f f 对切削力的影响对切削力的影响一般切削一般切削总是大于总是大于1 1apap影响大于影
42、响大于f f精密切削精密切削可以小于可以小于1 1（当切削用量同刃口半（当切削用量同刃口半径之比值达到一定数值径之比值达到一定数值时）时）f f影响大于影响大于apap原因原因取决于切削用量取决于切削用量(f(f、ap)ap)同刀具刃口半径的同刀具刃口半径的比值比值精密切削时通常采用进给精密切削时通常采用进给量量f f 大于切削深度大于切削深度apap的切的切削方式有关削方式有关1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第64页，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力v v 刀具材料刀具材料刀具材料刀具材料 天天然然金金刚刚石石对对金金属属的的摩摩擦
43、擦系系数数比比其其它它刀刀具具材材料料要要小小得得多多，而而且且天天然然金金刚刚石石能能刃刃磨磨出出极极小小的的刃刃口口半半径径，所所以以在在精精密密切切削削时时，采采用用天天然然金金刚刚石石刀刀具具所所产产生生的的切切削削力力要要比比其其它它材料刀具小。材料刀具小。第65页，共135页，编辑于2022年，星期一v 其它其它其它其它 刀刀具具几几何何角角度度、切切削削液液等等对对切切削削力力的的影影响响同同一一般般切切削相似。削相似。1.2.1 切削变形和切削力切削变形和切削力第66页，共135页，编辑于2022年，星期一u变形所消耗的功转变为热变形所消耗的功转变为热 包包括括两两部部分分：弹
44、弹性性变变形形所所消消耗耗的的功功和和塑塑性性变变形形所所消消耗的功。耗的功。1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液切削热q 切削热的来源切削热的来源 切切削削热热来来自自三三个个切切削削变变形形区区的的金金属属弹弹性性变变形形、塑塑性变形和摩擦。性变形和摩擦。u摩擦所消耗的功转变为热摩擦所消耗的功转变为热 包包括括两两部部分分：前前刀刀面面与与切切屑屑摩摩擦擦所所产产生生的的热热和和后后刀刀面面与工件已加工表面摩擦所产生的热。与工件已加工表面摩擦所产生的热。第67页，共135页，编辑于2022年，星期一 切切削削温温度度:一一般般是是指指切切屑屑、工工件件和和刀刀具具接接触触表表面面 上的
45、平均温度。上的平均温度。1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液q 切削温度切削温度刀具刀尖附近的温度最高，对切削过程的影响最刀具刀尖附近的温度最高，对切削过程的影响最大。大。切削温度的高低决定于切削时切削热切削温度的高低决定于切削时切削热产生产生的多少和的多少和散热散热条件。条件。第68页，共135页，编辑于2022年，星期一切切削削时时大大量量的的切切削削热热是是由由切切屑屑、工工件件、刀刀具具和和周周围围介介质质传传导导的的。一一般般地地，切切屑屑传传出出的的热热量量最最多多，其其余余依依次次为为刀具、工件及周围介质。刀具、工件及周围介质。精精密密切切削削时时，当当切切削削单单位位从从数
46、数微微米米缩缩小小到到小小于于1m1m时时，刀刀具具的的刀刀尖尖部部分分会会受受到到很很大大的的应应力力作作用用，在在单单位位面面积积上上会会产产生生很很大大的的热热量量，使使刀刀尖尖局局部部区区域域产产生生极极高的温度。高的温度。1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液第69页，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液l金金属属材材料料是是由由数数微微米米到到数数百百微微米米的的微微细细晶晶粒粒组组成成，在在晶晶粒粒内内部部，一一般般情情况况下下大大约约1m1m左左右右的的间间隔隔内内就就有有一一个个位位错错缺缺陷陷。当当切切削削单单位位较较大大时时，在在
47、切切削削力力作作用用下下，工工件件材材料料不不是是整整个个晶晶体体的的滑滑移移面面上上的的原原子子一一起起产产生生位位移移，而而是是通通过过位位错错运运动动形形成成滑滑移移（塑塑性性变变形形），所所以以实实际际剪剪切切强强度度远远远远小小于于理理论论剪剪切切强强度度，刀具刀尖部分受到的平均应力并不很大。刀具刀尖部分受到的平均应力并不很大。原因：原因：第70页，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液l当当切切削削单单位位小小于于位位错错缺缺陷陷平平均均间间隔隔1m1m时时，在在这这狭狭窄窄区区域域内内是是不不会会发发生生由由于于位位错错线线移移动动而而产产生
48、生的的材材料料滑滑移移变变形形的的，因因此此也也就就使使其其剪剪切切强强度度接接近近理理论论剪剪切切强强度度，这这时时，刀刀具具刀刀尖尖部部分分受受到到的的平平均均应应力力将将很很大大，使使刀尖局部区域产生极高的温度。刀尖局部区域产生极高的温度。措施：措施：采用耐热性高、耐磨性强，有较好的高温硬度和采用耐热性高、耐磨性强，有较好的高温硬度和高温强度的刀具材料。高温强度的刀具材料。第71页，共135页，编辑于2022年，星期一在在精精密密加加工工中中，由由于于热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差占占总总误误差差的的40407070。因因此此，在在精精密密加加工工中中必必须须严严格格控控制制工
49、工件件的的温温升升和和环环境境温温度度的的变变化化，否否则则无无法法达达到到精精密密加加工工所所要要求的高精度。求的高精度。切削热对精密加工影响很大切削热对精密加工影响很大.例例如如精精密密加加工工l00mml00mm长长的的铝铝合合金金零零件件，温温度度每每变变化化11，将将产产生生2.25m2.25m的的误误差差。若若要要求求确确保保0.1m0.1m的的加加工工精精度度，则则工工件件及及环环境境温温度度变变化化就就必必须须控控制制在在0.050.05的的范范围围内。内。1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液q 切削热的影响及控制切削热的影响及控制第72页，共135页，编辑于2022年，星
50、期一l 切削液的浇注方式切削液的浇注方式：采用浇注加淋浴式，若将大量的采用浇注加淋浴式，若将大量的200.5200.5的切削液喷的切削液喷射到工件上，使整个工件被包围在恒温油内，工件温度便射到工件上，使整个工件被包围在恒温油内，工件温度便可控制在可控制在200.5200.5的范围内。的范围内。1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液减小切削热对精密加工影响的主要措施：减小切削热对精密加工影响的主要措施：u 采用切削液浇注工件的方法采用切削液浇注工件的方法。第73页，共135页，编辑于2022年，星期一1.2.2 切削热和切削液切削热和切削液l 切削液的冷却方式：切削液的冷却方式：通过在切削液箱