1、切削原理2金属切削加工工艺系统机床刀具工件金属切削原理与刀具机械制造工艺金属切削机床刀具角度及合理角度的选择刀具材料刀具磨损、破损与使用寿命金属切削变形切削力切削热和切削温度切削液各种切削刀具工件材料的切削加工性已加工表面质量磨削3切削原理切削原理 金属切削的基本定义的认识金属切削的基本定义的认识知识点知识点l切削运动切削运动l切削形成的加工表面切削形成的加工表面l切削用量切削用量 l刀具的几何角度刀具的几何角度 l切削力与热等切削力与热等l认识切削运动、加工表面、切削用量等相关概念认识切削运动、加工表面、切削用量等相关概念l认识刀具的几何角度认识刀具的几何角度4 金属切削加工就是在机床上利用
2、切削工具金属切削加工就是在机床上利用切削工具从工件上切除多余金属，使之成为具有一定几从工件上切除多余金属，使之成为具有一定几何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。在何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。在切削加工过程中，除了要有一定切削性能的切切削加工过程中，除了要有一定切削性能的切削刀具外，还要有机床提供工件与切削刀具间削刀具外，还要有机床提供工件与切削刀具间所必需的相对运动，而且这种相对运动还要与所必需的相对运动，而且这种相对运动还要与工件各种表面的形成规律和几何特征相适应。工件各种表面的形成规律和几何特征相适应。本课题主要学习切削运动和切削用量、刀具的本课题主要学习切削运动和切削用量、刀
3、具的组成及其几何参数、车刀的工作角度等内容。组成及其几何参数、车刀的工作角度等内容。5切削加工切削加工：使用切削工具使用切削工具( (包括刀具、磨具和磨包括刀具、磨具和磨料料) )，在工具和工件的相对运动中，把工件上多，在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数( (尺寸、形状、位置尺寸、形状、位置) )和表面质量的加工方法。和表面质量的加工方法。切削加工的重要性切削加工的重要性：切削加工能获得较高的精度切削加工能获得较高的精度和表面质量，对被加工材料、工件几何形状及生和表面质量，对被加工材料、工件几何形状及生产批量具有
4、广泛的适应性，在机械制造业中占有产批量具有广泛的适应性，在机械制造业中占有十分重要的地位。十分重要的地位。6( (一一) )切削运动切削运动7 （1 1）主运动）主运动由机床或人力提供的刀具与由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动工件之间主要的相对运动, , 它使刀具切削刃及其邻近的它使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料，使刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切屑被切削层转变为切屑, , 从而从而形成工件的新表面。形成工件的新表面。在切削运动中，主运动在切削运动中，主运动(primary motion)(primary motion)速度最高、速度最高、耗功最大。耗功最大。主运
5、动只有一个。主运动只有一个。8 刀具与工件之间附加刀具与工件之间附加的相对运动的相对运动, , 它配合主运动它配合主运动依次地或连续不断地切除依次地或连续不断地切除切屑切屑, , 从而形成具有所需几从而形成具有所需几何特性的已加工表面。何特性的已加工表面。 进给运动进给运动(feed movement)(feed movement)可由刀可由刀具完成具完成( (如车削如车削) )，也可由工，也可由工件完成件完成( (如铣削如铣削) )，可以是间，可以是间歇的（如刨削）歇的（如刨削）, , 也可以是也可以是连续的（如车削）。连续的（如车削）。进给运动可以是进给运动可以是1 1个或多个个或多个 （
6、2 2） 进给运动进给运动主运动和进给运动主运动和进给运动合成的运动称为合合成的运动称为合成切削运动。成切削运动。（3 3）合成切削运动）合成切削运动9各种切削加工的切削运动各种切削加工的切削运动10进给进给运动运动主运动主运动待加工表面待加工表面过渡表面过渡表面已加工表面已加工表面二二: 车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面11三、切削用量三要素三、切削用量三要素 切削用量是指：切削用量是指： vc 、f、apmin)/(1000)/(601000mndvsmndvwcwcpp=或 切削速度切削速度vc:指在单位时间内工件和刀具沿主指在单位时间
7、内工件和刀具沿主 运动方向的位移运动方向的位移 单位单位: m/s 或或 m/min 车削等回转运动：车削等回转运动：12切削用量切削用量切削用量三要素切削用量三要素 切削速度切削速度VcVc 进给量进给量VfVf 背吃刀量背吃刀量apap。(1)切削速度切削速度切削速度切削速度 是单位时间内是单位时间内刀具和工件在主运动方向刀具和工件在主运动方向上的相对位移。上的相对位移。主运动为旋转运动（车削、主运动为旋转运动（车削、铣削），铣削）， VC为最大线速为最大线速度，度，VC =dwn/1000主运动为往复直线运动主运动为往复直线运动（刨削、插削），（刨削、插削）， VC为为平均速度，平均速度
8、，VC =2Lnr/ 100013(2)进给量进给量 f: 指工件或刀具每回转一周时指工件或刀具每回转一周时,两者两者 沿进给运动方向上的相对位移沿进给运动方向上的相对位移 单位单位: mm/rmm/z)r/min)mm/min);/(60/60/每齿进给量（刀具的齿数；刀具每分钟转数（或进给速度=zfzffZnsmmvZnffnv14(2)进给量进给量进给量进给量是指单位时间内刀具和工件在是指单位时间内刀具和工件在进给进给运动方向上相对位移。运动方向上相对位移。 当主运动是回转运动时，进给量当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相
9、对位移量，单位为给方向的相对位移量，单位为mm/rmm/r； 当主运动是直线运动时，进给量当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位两者沿进给方向的相对位移量，单位为为mm/strmm/str或或mm/mm/单行程；单行程； 对于多齿的旋转刀具对于多齿的旋转刀具( (如铣如铣刀、切齿刀刀、切齿刀) )，常用每齿进给量，常用每齿进给量 f fz z，单位为单位为mm/zmm/z或或mm/mm/齿。它与进给量齿。它与进给量f f的的关系为关系为f=zf=zf fz z 进给速度为进给速度为 v vf f=fn=z=f
10、n=zf fz zn n15(3)切削深度切削深度ap :指待加工表面与已加工表面指待加工表面与已加工表面 的垂直距离（单位的垂直距离（单位mm）。）。2a2apmpmwddd=钻孔是：车外圆时：。已加工表面的直径（mm)md称为切削用量三要素。、pcafv164.4.刀具的几何参数刀具的几何参数(1)(1)切削刀具结构切削刀具结构 由工作部分和非工作部分构成。由工作部分和非工作部分构成。 车刀车刀(turning tools)(turning tools)的工作部分比较简单，的工作部分比较简单，只由切削部分构成，非工作部分就是车刀只由切削部分构成，非工作部分就是车刀的柄部的柄部( (或刀杆或
11、刀杆) )。不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参数。数。17车刀切削部分的组成（三面二刃一刀尖 ） 车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成。(1) 前刀面前刀面 刀具上切屑流过的表面。 (2) 主后刀面主后刀面 刀具上与工件上的加工表面相对着并且相互作用的表面，称为主后刀面。 (3) 副后刀面副后刀面 刀具上与工件上的已加工表面相对着并且相互作用的表面，称为副后刀面。 (4
12、) 主切削刃主切削刃 刀具的前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃。 (5) 副切削刃副切削刃 刀具的前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。 (6) 刀尖刀尖 主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。刀尖实际是一小段曲线或直线，称修圆刀尖和倒角刀尖。 科普一下 刃磨车刀时绝对不要戴手套或裹毛巾等，如果你不想残废的话！18测量车刀切削角度的辅助平面 为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平面作为基准，这三个辅助平面是切削平面、基面和正交平面，如图所示。 1）切削平面切于主切削刃某一选定点并垂直于刀杆底平面的平面。 2）基面过主切削刃的某一选定点并平行于刀杆底面的平面。 3）正交平面垂直于切削平面又垂
13、直于基面的平面。 可见这三个坐标平面相互垂直，构成一个空间直角坐标系。19三个坐标平面相互垂直，构成一个空间直角坐标系。20 车刀的主要几何角度 1）前角(0 ) 前角是在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。前角的正负方向按图示规定表示，即刀具前刀面在基面之下时为正前角，刀具前刀面在基面之上时为负前角。前角一般在-5 25之间选取。0 基面基面21 车刀的主要几何角度 ）后角(0 ) 在正交平面内测量的主后刀面与切削平面间的夹角。后角不能为零度或负值，一般在612之间选取。00 AA22进给方向进给方向 车刀的主要几何角度 3）主偏角( Kr ) 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运
14、动方向的夹角。主偏角一般在30 90之间。Kr 进给方向进给方向23 车刀的主要几何角度 ）副偏角( Kr ) 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。Kr 进给方向进给方向进给方向进给方向Kr 24S 基面基面刀尖为主切刃上最高点，所以刀尖为主切刃上最高点，所以S 0K 向向 车刀的主要几何角度 ）刃倾角(S ) 在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。当主切削刃呈水平时， S =0；刀尖为主切刃上最高点时， S 0；刀尖为主切削刃上最低点时， S 0。刃倾角一般在-105之间选取。K 向向2526问题延伸无论切削刀具如何变化，其原理都与车刀相同。27
15、 车刀的主要几何角度的选择 1）前角(0 ) 选择的原则：前角的大小主要解决刀头的坚固性与锋利性的矛盾。因此首先要根据加工材料的硬度来选择前角。加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值。其次要根据加工性质来考虑前角的大小，粗加工时前角要取小值，精加工时前角应取大值。前角一般在-5 25之间选取。 0 基面基面28 通常，制作车刀时并没有预先制出前角（0） ，而是靠在车刀上刃磨出排屑槽来获得前角的。排屑槽也叫断屑槽，它的作用大了去了 折断切屑，不产生缠绕； 控制切屑的流出方向，保持已加工表面的精度； 降低切削抗力，延长刀具寿命。 0 排屑槽由操作者刃磨出排屑槽29 车刀的主要几何角度的选择 ）后
16、角(0 ) 选择的原则：首先考虑加工性质。精加工时，后角取大值，粗加工时，后角取小值。其次考虑加工材料的硬度，加工材料硬度高，主后角取小值，以增强刀头的坚固性；反之，后角应取小值。后角不能为零度或负值，一般在612之间选取。0AA30进给方向进给方向 车刀的主要几何角度的选择 3）主偏角( Kr ) 的选用原则：首先考虑车床、夹具和刀具组成的车削 工艺系统的刚性，如系统刚性好，主偏角应取小值，这样有利于提高车刀使用寿命、改善散热条件及表面粗造度。其次要考虑加工工件的几何形状，当加工台阶时，主偏角应取90，加工中间切入的工件，主偏角一般取60 。主偏角一般在30 90之间，最常用的是45 、75
17、 、90 。Kr 进给方向进给方向31 车刀的主要几何角度的选择 4）副偏角( Kr )的选择原则：首先考虑车刀、工件和夹具有足够的刚性，才能减小副偏角；反之，应取大值；其次，考虑加工性质，精加工时，副偏角可取1015，粗加工时，副偏角可取5左右。进给方向进给方向Kr 3233带状切屑Real挤裂切屑Real节状切屑Real崩碎切屑Real图3-6 切屑形态照片34 第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图3-5 切削部位三个变形区第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。第变形区：靠
18、近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。35形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙
19、度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑表3-1 切屑类型及形成条件36v 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。v 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果（图3-7）图3-7 切屑的卷曲图3-8 断屑的产生v断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置，图3-8） 37优点: 表示切削力平稳,对刀具与工件变形破坏小缺点:太长不利于排屑也不利于安全,又破坏已加工表面 质量,影响粗糙度等刀具磨断屑槽或刀具磨断屑槽或使用压块式断屑器使用压块式断屑器 3839rFcFFpFf pFfFf pFf pfv图3-
20、15 切削力的分解 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力F 切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力40切削深度与切削力近似成正比；进给量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度对切削力影响复杂（图3-16） 强度高加工硬化倾向大切削力大5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）图3-16 切削速度对切削力的影响41 前角0 增大，切削力减小（图3-17） 主偏角r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ r Fp，Ff，图3-18）图3-17 前角对0切削力的影响前角0切削力F0 - Fc0
21、 Fp0 Ff图3-18 主偏角r对切削力的影响主偏角r / 切削力/ N3045607590r - Fcr Ffr Fp200600100014001800220042 与主偏角相似，刃倾角s对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ s Fp，Ff） 刀尖圆弧半径 r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ r Fp，Ff） ； 刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力 ； 切削液：有润滑作用，使切削力降低 ； 后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著 ；4344 切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热切削热由切屑、工件、刀具
22、和周围介质（切削液、空气)等传散出去工件切屑刀具图3-19 切削热的来源与传出 主要来源 QA=QD+QFF+QFR （3-12）cccvFPq（3-11）式中，QD , QFF , QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量45q 刀具几何参数的影响 q 工件材料的影响 vc（m/min）图3-21 切削速度、工件材料对切削温度的影响1GH131 21Cr18Ni9Ti 345钢(正火) 4HT200刀具材料：YT15；YG8刀具几何参数：o=15，o=68，r=75，1= -10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r（）103050
23、709011013040060080010001243q 刀具磨损的影响 q 冷却液的影响 4647 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化 增大前角，保护刀刃 影响加工精度和表面粗糙度滞留粘接长大切屑刀具图3-23 积屑瘤积屑瘤RealReal48未施加任何外力作用情况下，材料内部保持平衡而存在的应力。 残余张应力： 易使加工表面产生裂纹，降低零件疲劳强度残余压应力： 有利于提高零件疲劳强度残余应力分布不均： 会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度49热塑变形效应：表层张应力，里层压应力里层金属弹性恢复：若里层金属产生压缩变形，则弹性恢复后表层得到压应
24、力，里层为张应力表层金属相变：影响复杂，若切削区温度超过相变温度，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体，体积膨胀，表层产生压应力实际应力状态是上述各因素影响的综合结果控制切削过程：尽可能减小残余应力时效处理：最大限度减小残余应力残余压应力的利用：采用滚压、喷丸等方法50已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表层组织硬化硬化程度00100%HHNH=（3-13）式中 H 硬化层显微硬度（HV）； H0 基体层显微硬度（HV）。硬化层深度指硬化层深入基体的距离hd（m）51减小切削变形：提高切速，加大前角，减小刃口半径等减小摩擦
25、：如加大后角，提高刀具刃磨质量等进行适当的热处理距表面深度HVH0hiH0图3-24 加工硬化与表面深度的关系5253正常磨损形式：月牙洼形成条件：加工塑性材料，v大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料, v 较小, hD 较小；加工脆性材料影响：切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量VBVBmaxa) KTKBb)图3-25 刀具磨损形态54非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）图3-26 刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间刀具磨损过程3个阶段（图3-26）常取后刀面最
26、大允许磨损量VB磨钝标准55 磨粒磨损 各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 粘结磨损（冷焊） 刀具材料与工件材料亲和力大 刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切速粘结磨损加剧 扩散磨损 高温下发生 氧化磨损 高温情况下，在切削刃工作边界发生56刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。111TpmnpCTvfa=（3-14）式中CT 、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数 。52.250.75TpCTvfa=（3-15）可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。用硬质合金刀具切削碳钢（b
27、= 0.763GP a）时，有：57图3-27 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）580mmmamcmttCtCtCtCCT=（3-18）式中 C0 工序成本； Cm 机时费； Ct 刀具费用； tm ，ta ，tc ，T 含义同前。使工序成本最小的刀具寿命。仍以车削为例，工序成本为：（3-19）1topcmCmTtmC=仍令f，ap为常数，采用相同方法，可得到经济寿命为（图3-28）tmCm
28、刀具费用taCmC0刀具耐用度Top成本 图3-28 经济寿命59601. 确定切削深度 ap尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分 2 次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的 2/33/4 。2. 确定进给量 f粗切时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表）精切时根据加工表面粗糙度要求确定（计算或查表）3. 确定切削速度 v根据规定的刀具耐用度确定切削速度 v （计算或查表）4. 校验机床功率(仅对粗加工) 310cF vP 310cPvF （3-20）式中 P 机床电机功率（KW）； 机床传动效率； Fc 主切削力（N）。由：，可导出：6162q 高速加工定义63图3-31 Salo
29、mon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区0 600 1200 1800 2400 3000青铜铸铁钢硬质合金980高速钢650碳素工具钢450Stelite合金8501600 1200800400切削温度/切削适应区非铁金属64图3-32 高速与超高速切削速度范围 10 100 1000 10000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金q 高速加工的切削速度范围车削：700-7000 m/min铣削：300-6000 m/min钻削：200-1100 m/min磨削：50-300 m/s65加工效率高：加工效率高：进给率较常规切削提高5-
30、10倍，材料去除率可提高3-6倍切削力小：切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件切削热小：切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件加工精度高：加工精度高：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易于保证加工精度和表面质量工序集约化：工序集约化：可获得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定条件下，可对硬表面进行加工，从而可使工序集约化。这对于模具加工具有特别意义q 高速加工的特点66航空航天：航空航天：汽车工业
31、：汽车工业：q 高速加工的应用模具制造：模具制造：仪器仪表：仪器仪表：67专用机床5轴4工序 = 20轴（3万件/月）刚性（零件、孔数、孔径、孔型固定不变）1234钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心1台1轴1工序（3万件/月）柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）图3-33 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）68b）高速模具加工的过程图3-34 两种模具加工过程比较1硬化毛坯 2粗铣 3半精铣 4精铣 5手工磨修 a）传统模具加工的过程1毛坯 2粗铣 3半精铣 4热处理 5电火花加工6精铣 7手工磨修 电极制造69图3-35 采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车
32、公司）与最终尺寸差值/mm加工时间 100 %1010.10.010.001粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具生产成本。7071刀具材料种类 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2
33、.8GPa 1.5GPa导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100热稳定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 较高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、
34、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料 表3-3 普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比72图3-36 金刚石（左）与CBN（右）原子结构碳原子氮原子硼原子73q 天然金刚石74q 聚晶金刚石75聚晶金刚石应用实例表3-4 聚晶金刚石应用实例加工对象 硬度 加工方式 工艺参数 加工效果铝合金 端铣 v=4000m/mim Ra0.8-0.4m共晶硅 HRC71 车削 v=600m/mim 一次刃磨切削行程800km铝合金 f = 0.1mm/r Ra0.8m，刀具寿命为 硬质合金的50倍共晶硅 HRC71 铣削 v=2900m/mim 刀具寿命为硬质合金的80倍 vf=0.018mm/齿 Ra0.8
35、m玻璃纤维 HRA87 车削 v=500m/mim 刀具寿命为硬质合金的强化塑料 150倍，Ra0.8-0.4m热塑性醋 铣削 v = 4500m/s 比硬质合金寿命提高380倍酸盐 vf=10mm/min Ra=0.8m高Si-Al 铣削 v=2200m/mim Ra=0.8m铸造件 铝合金 钻削 v=360m/mim 以钻代镗， Ra=0.8m76PCBN切削性能切削性能q 聚晶立方氮化硼(PCBN/Polycrystalline Cubic Boron Nitride) 1970年问世500040003000200010000硬度/HV0 200 400 600 800 1000 温度/
36、BN100BN20陶瓷硬质合金图3-37 PCBN刀具高温硬度7778PCBN刀具应用刀具应用800750700650600 30 40 50 60 70 硬度HRC（V=320m/mim，f=0.2mm/r，a=0.1mm）切削温度/图3-38 切削温度与硬度关系79PCBN刀具应用实例刀具应用实例加工对象 硬度 加工方式 工艺参数 加工效果GCr15 HRC71 车削 V=180m/mim 以车代磨，工效提高4-5倍钢轧辊 f = 5.6mm/r Ra0.8-0.4mYG15 HRA87 镗孔 V=50m/mim 工效较电火花加工提高30冷挤压模 倍，Ra0.8-0.4mA3热压板 端铣
37、V = 800m/mim 以铣代磨，工效提高6-7倍 Vf = 100m/mim Ra1.6-0.8m，平面度0.02凸轮轴 HRC60 磨削 V= 80m/s 比单晶刚玉砂轮寿命提高 20倍，生产效率提高50%GCr15 HRC62 磨削 V= 65m/s 比棕刚玉砂轮耐用度提高轴承内孔 170倍，生产效率提高一倍Cr、Cu 端铣 V = 800m/mim Ra0.8m，平面度0.02铸铁 Vf = 0.1mm/齿40Cr钢 HRC38 立铣 V = 850m/mim 以铣代磨，工效提高5-6倍 Ra0.8m表3-5 PCBN刀具应用实例80图3-39 陶瓷轴承高速主轴陶瓷球轴承密封圈旋转变
38、压器电主轴陶瓷球轴承冷却水出口冷却水入口q 陶瓷轴承高速主轴结构81q 陶瓷轴承高速主轴结构特征8283电磁铁绕组通过电流 I0，对转子产生吸力 F，与转子重量平衡，转子处于悬浮平衡位置（图3-32）。转子受扰动后，偏离其平衡位置。传感器检测出转子位移，将位移信号送至控制器。控制器将位移信号转换成控制信号，经功放变换为控制电流，改变吸力方向，使转子重新回到平衡位置位移传感器通常为非接触式，其数量一般为5-7个，对其灵敏度和可靠性要求均较高。控制器设计较复杂，使磁悬浮轴承成本较高（一套磁悬浮轴承售价约1万美元）。放大器电磁铁（定子）传感器转子图3-32 磁悬浮轴承工作原理控制器84前辅助轴承电主轴双面轴向推力轴承前径向轴承后径向轴承后辅助轴承前径向传感器后径向传感器轴向传感器图3-41 磁浮轴承高速主轴q 磁浮轴承主轴结构85q 磁浮轴承主轴特点86q 自检测磁悬浮轴承系统
