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西安科技大學(xué)高新學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
系 別：
機(jī)電信息學(xué)院
專 業(yè)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
0900032026
設(shè)計(jì)(論文)題目：
大長細(xì)比深孔仿形加工刀具系統(tǒng)設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
2012 年 9月24日 — 2012 年12月16日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
西安科技大學(xué)高新學(xué)院
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)教研室負(fù)責(zé)人:
日期: 2012 年 月 日
摘 要
大長細(xì)比深孔仿形加工加工在機(jī)械加工領(lǐng)域中占有非常重要的地位，約占孔加工量的40%以上。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新型高強(qiáng)度、高硬度和高 價(jià)值難加工深孔零件的不斷出現(xiàn)，加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不斷提高，使得深孔加工成為機(jī)械加工的關(guān)鍵工序和加工難點(diǎn)。傳統(tǒng)的加工 方法由于工藝系統(tǒng)剛度，切削排出及冷卻潤滑的問題。越來越難以滿足甚至根本達(dá)不到現(xiàn)在的深孔加工在精度、效率、材料上的要求。所以這時(shí)的深孔加工需要一種 特定的鉆削技術(shù)的支持。隨著我國機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展，使得原本局限于軍事工業(yè)、航空航天等特定領(lǐng)域的深孔加工技術(shù)及裝備在我國各行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：深孔鉆，分析研究，鉆削
1
Abstract
Deep hole drilling process in the field of mechanical processing occupies a very important position, accounting for about40% of the volume of the above the hole processing. With the progress of science and technology, high strength, high hardness and high value of difficult to machining deep hole parts appear continuously, processing a workpiece in machining depth, machining precision and processing efficiency requirements continue to increase, the deep hole processing becomes the key process and mechanical processing machining. The traditional processing method due to the rigidity of processing system, cutting discharging and cooling lubrication problem. More and more difficult to meet or simply not up to now the deep hole processing in the precision, efficiency, material requirements. So when the deep hole processing require a specific drilling technical support. China's machinery manufacturing industry is developing rapidly, which was confined to the military industry, aerospace and other specific areas of deep hole machining technology and equipment in our country each industry has been widely applied.
Key Words: deep hole drilling, analysis, drilling
目錄
摘 要 2
Abstract 1
第1章 緒 論 1
1.1本課題研究的目的與意義 1
1.2國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 2
1.2.1大長細(xì)比深孔仿形加工技術(shù)的發(fā)展 2
1.2.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 3
1.3深孔加工簡介 5
1.3.1深孔的定義 5
1.3.2 深孔加工的分類 6
1.3.3 深孔加工的特點(diǎn) 6
第2章 內(nèi)排屑深孔鉆切屑的處理與控制 8
2.1 切屑形成的基本理論與屑形控制 8
2.1.1 滑移與滑移線 8
2.1.2 切屑的變形和卷曲 11
2.1.3 切屑屑形及其控制 11
2.1.4 切屑形成過程中的聲響與織構(gòu)現(xiàn)象 14
2.2切屑的基本形態(tài) 14
2.3 切屑的折斷原理 15
2.4 切屑的控制 18
2.5 幾種常用的斷屑方法 21
第3章 積屑瘤與切削 23
3.1 積屑瘤； 23
3.2 鉆削加工 26
第4章 大長細(xì)比深孔仿形加工系統(tǒng)比較與研究 29
第5章 大長細(xì)比深孔仿形加工分析與研究 32
5.1系統(tǒng)的鉆削原理 32
5.2 系統(tǒng)的構(gòu)成及總體布局 32
5.3 鉆削系統(tǒng)的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)一授油器的設(shè)計(jì) 33
5.4 大長細(xì)比深孔仿形加工時(shí)對刀具材料的要求 35
5.5 大長細(xì)比深孔仿形加工時(shí)常用刀具材料 35
第6章 大長細(xì)比深孔仿形加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)(實(shí)例分析) 37
6.1方案的確定 37
6.2分析與計(jì)算 38
6.2.1車床型號的選擇 38
6.2.2 冷卻排屑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39
6.3主要圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 40
6.4 鏜刀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41
6.4.1鏜刀頭 41
6.4.2 鏜桿選擇 41
6.5 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 42
6.6 鏜刀強(qiáng)度及鏜桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 44
第7章 自激振動及抑制 47
7.1 振動對機(jī)械加工的影響 47
7.2 機(jī)械加工中振動的種類 47
7.3 機(jī)械加工中振動的產(chǎn)生、特征及抑制 48
總 結(jié) 52
參考文獻(xiàn) 53
致 謝 54
23
第1章 緒 論
1.1本課題研究的目的與意義
深孔加工技術(shù)最初應(yīng)用于國防軍工制造業(yè)，加工槍管和炮筒。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，
工業(yè)的發(fā)展，深孔加工技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到各機(jī)器制造部門，如石油化工機(jī)械、航空工業(yè)、
造船、冶金、發(fā)電設(shè)備、橡膠機(jī)械等，從而使深孔加工成為機(jī)械加工中必不可少的一種
工藝方法。特別是近年來隨著宇航制造業(yè)、原子能工業(yè)、電力工業(yè)等行業(yè)的迅速發(fā)展，
對機(jī)器及其零部件的綜合性能提出了更高的的要求。新型高強(qiáng)度、高硬度的材料如鈦合
余、不銹鋼、耐熱合金、高錳鋼、復(fù)合材料等應(yīng)用越來越多，這些材料具有良好的物理
機(jī)械性能、抗腐性能、抗磁性能和抗高溫氧化性能，在某些方面非常優(yōu)良。但它們的切
削加工性一般較差，表現(xiàn)為切削力大、切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重、斷屑、排屑困難。
在這類材料上加工長徑比大的孔，就顯得十分困難。所以，難加工材料深孔加工問題是
否解決好，將直接影響機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。特別是在重型機(jī)器制造中，能否掌握
它，運(yùn)用自如，將對生產(chǎn)起著決定性的作用。
大長細(xì)比深孔仿形加工條件比較惡劣，它是在封閉或半封閉的狀況下進(jìn)行的，因此，不能直接觀
察刀具的切削情況，切削熱不易傳散，而且排屑困難，工藝系統(tǒng)剛性差，切削效果不理
想。難加工材料由于其切削性能差，切削熱量大，刀具耐用度很低，容易堵屑，而造成
刀具、工件甚至機(jī)床損壞。大長細(xì)比深孔仿形加工對工藝、刀具和設(shè)備有著比較特殊的要求，目前專
門化的研究機(jī)構(gòu)還比較少，因此，該項(xiàng)技術(shù)目前在許多企業(yè)中都屬于“瓶頸”問題。如
果該項(xiàng)技術(shù)能夠得到有效推廣，必將大大地提高我國機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)水平，產(chǎn)生巨大
的社會及經(jīng)濟(jì)效益，市場前景非常樂觀。
深孔加工在各行各業(yè)應(yīng)用都比較普遍，如槍炮管深孔加工，發(fā)動機(jī)輸水孔、活塞銷、
曲軸通油孔，車輛的減振器筒、液壓缸，火箭發(fā)射裝置的精密高強(qiáng)度導(dǎo)管，航空儀表的
測流、測壓精密管，核電站的不銹鋼管的加工，石油測井儀器等等。這是一項(xiàng)具有代表
性既關(guān)系到產(chǎn)品性能質(zhì)量，又關(guān)系到工藝成本和生產(chǎn)周期的關(guān)鍵技術(shù)。如能以最少的投
入，最快的速度使我國深孔加工技術(shù)提高到國際先進(jìn)水平，對于我國制造行業(yè)的技術(shù)改
造和綜合國力的提高將有巨大促進(jìn)。
專門用于加工深孔的鉆頭。在機(jī)械加工中通常把孔深與孔徑之比大于6的孔稱為深孔。大長細(xì)比深孔仿形加工時(shí),散熱和排屑困難，且因鉆桿細(xì)長而剛性差，易產(chǎn)生彎曲和振動。一般都要借助壓力冷卻系統(tǒng)解決冷卻和排屑問題。
大長細(xì)比深孔仿形加工的鉆孔長度（或深度）大于等于孔直徑的三倍。 所用鉆有時(shí)稱為 BTA 或噴吸鉆。 冷卻液通過鉆頭內(nèi)部送到切削邊。
大長細(xì)比深孔仿形加工在機(jī)械加工中占有非常重要的地位，但由于有一些技術(shù) 問題尚未解決，至今仍是金屬切削加工的“瓶頸”工序。在深孔加工中，常常發(fā)生鉆頭刀齒突然崩刃或斷齒，即鉆頭破損，其結(jié)果是工件孔表面損傷，鉆桿扭彎、斷裂，甚至機(jī)床被損壞。破損是深孔鉆最主要的損壞形式。
1.2國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀
1.2.1大長細(xì)比深孔仿形加工技術(shù)的發(fā)展
人類對深孔加工技術(shù)的需求，至少可以追溯到14世紀(jì)歐洲滑膛槍的問世，遠(yuǎn)比第一次工業(yè)革命后現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的發(fā)展要早很多。
工具和工具制造技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，源于人類生產(chǎn)活動和戰(zhàn)爭的需要。中國是火藥的發(fā)源地。早在元、明時(shí)期已普遍使用金屬管型火器——手銃、火銃及火槍。金屬管型火器是最早出現(xiàn)的深孔零件，比現(xiàn)代意義上的機(jī)械零件早出若干世紀(jì)。
最早的管式火器是采用鑄造、鍛造方法制成。由于精度很低使用范圍十分有限。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對深孔工件的精度有了越來越高的要求。深孔加工工藝的革新問題顯得迫在眉睫。
圖 1-1 扁鉆
最早用于加工大長細(xì)比深孔仿形加工的深孔鉆頭是扁鉆（圖1-1），它發(fā)明于18世紀(jì)初。1860年美國國人對扁鉆進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)明了麻花鉆。1930年出現(xiàn)了第一支能夠連續(xù)供油排屑并具有自動導(dǎo)向功能的深孔鉆頭——槍鉆（圖1-2），其因用于加工槍孔而得名。1943年，德國海勒公司研制出畢斯涅爾加工系統(tǒng)（即目前我國常稱的內(nèi)排屑大長細(xì)比深孔仿形加工系統(tǒng)）。
圖
1-2 槍鉆 圖 1-3 BTA深孔鉆
二戰(zhàn)結(jié)束以后，英國的維克曼公司、瑞典的卡爾斯德特公司、德國的海勒公司、美國的孔加工協(xié)會、法國的現(xiàn)代設(shè)備商會聯(lián)合組成了深孔加工國際孔加工協(xié)會(Boring and Trepanning Association),簡稱BTA協(xié)會。該協(xié)會對畢斯涅爾加工系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，定名為BTA系統(tǒng)。后來由瑞典的山特維克公司首先設(shè)計(jì)出了可轉(zhuǎn)位深孔鉆及分屑多刃錯齒深孔鉆（圖1-3）。BTA法存在著切削壓力高，密封困難等缺點(diǎn)，為克服這些不足，1963年山特維克公司發(fā)明了噴吸鉆法。
20世紀(jì)70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出DF(Double Feeder)法為單管雙進(jìn)油裝置，它是把BTA法與噴吸鉆法兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來的一種加工方法，用于生產(chǎn)后得到了令人滿意的結(jié)果，目前廣泛應(yīng)用于中、小直徑內(nèi)排屑大長細(xì)比深孔仿形加工。
1.2.2國內(nèi)外現(xiàn)狀
深孔加工技術(shù)從20世紀(jì)80年代末以來，在西方國家一直處于停滯狀態(tài)。20世紀(jì)80年代以來，以槍鉆、BTA鉆為代表的的深孔加工技術(shù)在西方工業(yè)國未出現(xiàn)任何重要突破性的改進(jìn)和發(fā)展。針對BTA鉆的種種弊端，雖然在六七十年代曾經(jīng)先后推出雙管噴吸鉆、DF系統(tǒng)兩種改進(jìn)方案，但均未取得很好的效果。學(xué)術(shù)方面，20世紀(jì)80年代以來學(xué)術(shù)研究出現(xiàn)了低潮期。20世紀(jì)50~70年代有關(guān)國際性學(xué)術(shù)會議增舉辦過幾次，國際上流傳的為數(shù)不多的深孔加工專著和大批論文絕大多數(shù)是在20世紀(jì)70~80年代出版和發(fā)表的。近20年來，國際學(xué)術(shù)研究沉寂，很少出現(xiàn)有創(chuàng)新意義的成果和論著。此外，國際深孔加工裝備處于壟斷狀態(tài)，裝備產(chǎn)品的進(jìn)口價(jià)格居高不下。
目前國際上主要的深孔刀具供應(yīng)商是瑞典的山特維克可樂滿(SANDVIK Coromant)公司。由資料[5,44]可知，如圖1-4所示，其生產(chǎn)的深孔鉆可加工直徑由15mm到75mm以上，鉆削深度達(dá)到，孔公差達(dá)到IT9級。
圖1-4 山特維克可樂滿大長細(xì)比深孔仿形加工刀具加工范圍
我國20世紀(jì)下半葉才開始工業(yè)化進(jìn)程，比歐洲晚了20年。80年代改革開放后才逐步加快了與國際接軌的步伐，90年代計(jì)入工業(yè)發(fā)展快車道，1997年以來，中國經(jīng)濟(jì)連續(xù)以8%左右的速度增長，成為世界上經(jīng)濟(jì)增長速度最快的國家。但是我們也必須清楚地看到，盡管我國機(jī)電產(chǎn)品已成為出口貿(mào)易的最強(qiáng)大支柱和國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長的發(fā)動機(jī)，但其中大多數(shù)仍屬于勞動力密集型和資金密集型產(chǎn)品，技術(shù)密集型和創(chuàng)新型機(jī)電產(chǎn)品所占比重極為10%左右。主要機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)來源的57%和大多數(shù)電子信息設(shè)備的核心技術(shù)均依靠國外引進(jìn)。近年來機(jī)電裝備的進(jìn)口增長率和總額逐年均超過出口。截止2005年，據(jù)統(tǒng)計(jì)深孔鉆加工裝備的90%都是進(jìn)口產(chǎn)品。至70年代末我國改革開放時(shí)，中國的深孔加工技術(shù)已整整比西方落后了30年[1]。
1978年DF法在我國設(shè)計(jì)完成并與1979年正式用于生產(chǎn)，現(xiàn)廣泛用于中、小直徑內(nèi)排屑大長細(xì)比深孔仿形加工。國內(nèi)幾家重型機(jī)器制造廠相繼研制成和采用了深孔套料鉆，已成功加工出12m長的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)自內(nèi)孔。西安石油大學(xué)與1989年成功地將噴吸效應(yīng)原理應(yīng)用到外排屑槍鉆系統(tǒng)，使槍鉆的加工性能大大提高；1994年又研制成功多尖齒內(nèi)排屑深孔鉆，使大長細(xì)比深孔仿形加工的穩(wěn)定性和耐用度大大提高[6]。
1.3深孔加工簡介
1.3.1深孔的定義
在機(jī)械加工工藝中，孔的加工主要分為淺孔加工和深孔加工兩大類。兩類加工之間沒有準(zhǔn)確的界限。一般規(guī)定孔深L與孔徑之比大于5，即的孔稱為深孔；反之的孔被稱之為淺孔[6]。
在機(jī)械加工中淺孔一般采用麻花鉆加工。麻花鉆結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。其結(jié)構(gòu)直徑、螺旋角和螺旋槽導(dǎo)程之間的關(guān)系為：
(1-1)
人們在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，為了順利排屑，麻花鉆一次鉆削的鉆削深度L不應(yīng)超過螺旋槽導(dǎo)程P的3/4，即。將其帶入式(1.1)得
(1-2)
圖 1-5 麻花鉆的螺旋角
由GB1441—78查得，麻花鉆的螺旋角取值在之間。代入式(1-2)得
。所以麻花鉆的良好工作的鉆深L是小于5倍孔徑。因此，盡管麻花鉆在鉆淺孔時(shí)是功效很高的機(jī)夾刀具，但是受鉆深L限制，使用麻花鉆加工深孔時(shí)必須頻繁退刀和進(jìn)刀（有時(shí)還需要對鉆頭和被加工孔進(jìn)行冷卻潤滑），使功效大大降低[1]。
1.3.2 深孔加工的分類
深孔加工可分為一般深孔加工（鉆、鏜、鉸等）、精密深孔加工（珩磨、滾壓等）和電深孔加工（電火花、電解等）。一般深孔加工又可按多種方式分類。
按加工方式分類分為：
1.實(shí)心鉆孔法，用于加工無孔毛坯。如圖1-6(a)。
2.鏜孔法，用于提高孔的精度和降低孔的內(nèi)表面粗糙度。如圖1-6(b)。
3.套料鉆孔法，使用空心鉆頭鉆孔，加工后可取出一根芯棒。如圖1-6(c)
圖1-6 深孔加工方式
按運(yùn)動形式分類分為：
1.工件旋轉(zhuǎn)，刀具做進(jìn)給運(yùn)動。
2.工件不動，刀具作旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動。
3.工件旋轉(zhuǎn)，刀具做反向旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動。
4.工件作旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動，刀具不動。（此方法很少采用）
按排屑方式分為：內(nèi)排屑、外排屑兩種方式。外排屑又分為前排屑、后排屑兩種方式。按加工系統(tǒng)冷卻分類分為槍鉆系統(tǒng)、BTA系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)、DF系統(tǒng)。
1.3.3 深孔加工的特點(diǎn)
深孔加工是處于封閉或半封閉狀態(tài)下進(jìn)行的，故其具有以下特點(diǎn)：
1.不能直接觀察到刀具的切削情況。目前只能憑經(jīng)驗(yàn)，通過聽聲音、看切屑、觀察機(jī)床負(fù)荷及壓力表、觸摸振動等外觀現(xiàn)象來判斷切削過程是否正常。
2.切削熱不易傳散。一般切削過程中80%的切削熱被切屑帶走，而大長細(xì)比深孔仿形加工只有40%，刀具占切削熱的比例較大，擴(kuò)散遲、易過熱，刃口切削溫度可達(dá)600℃必須用強(qiáng)制有效的冷卻方式。
3.切屑不易排出。由于孔深，切屑經(jīng)過的路線長，容易發(fā)生阻塞，造成鉆頭崩刃。因此，切屑的長短和形狀要加以控制，并要進(jìn)行強(qiáng)制性排屑。
4.工藝系統(tǒng)剛性差。因受孔徑尺寸限制，孔的長徑比較大，鉆桿細(xì)而長，剛性差，易產(chǎn)生振動，鉆孔易走偏，因而支撐導(dǎo)向極為重要。
BTA加工法，也就是內(nèi)排屑高效率鉆削法。 它是在槍炮鉆基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用圓形空心鉆桿和高壓密封裝置，將大量高壓切削液壓入鉆桿和工件孔壁之間的環(huán)形間隙中，流入切削區(qū)，然后和切屑一起從鉆桿的內(nèi)孔中排出。由于切屑不會劃傷工件孔壁，加之環(huán)形間隙中的高壓切削液能起到阻尼鉆桿振動的作用(見圖1)。因此 BTA加工方法具有加工表面粗糙度值低、精度高，鉆孔效率高及刀具系統(tǒng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。
1-1 BTA法工作原理圖
第2章 內(nèi)排屑深孔鉆切屑的處理與控制
切屑 的 處 理與控制是深孔鉆鉆削難于解決的問題，關(guān)系到鉆削是
否順利，生產(chǎn)效率的高低，經(jīng)濟(jì)效益等一切問題。
2.1 切屑形成的基本理論與屑形控制
由于金屬切削過程是在高溫、高壓、高速下進(jìn)行，因此切屑的形成機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。為了在切削加工中有效控制屑形，提高加工效率，改善加工表面質(zhì)量，有必要對金屬切削過程的一些基本理論進(jìn)行深入研究和探討。
2.1.1 滑移與滑移線
機(jī)械制造是利用金屬塑性變形機(jī)理，采取滾壓、軋制、冷拔或切削加工等方法，使零件達(dá)到要求的形狀和尺寸。根據(jù)金屬塑性變形理論可知，金屬產(chǎn)生塑性變形的基本機(jī)理是滑移，即清移是金屬最主要的塑性變形方式。
金屬的滑移僅在剪應(yīng)力作用下才能發(fā)生，即當(dāng)剪應(yīng)力t達(dá)到金屬材料的剪切強(qiáng)度極限ts時(shí)，便會產(chǎn)生塑性變形。在平面變形條件下，多晶體金屬中的滑移是沿最大剪應(yīng)力方向發(fā)生的，即滑移帶與最大剪應(yīng)力跡線相重合。假設(shè)在連續(xù)應(yīng)力場(塑性區(qū))內(nèi)最大剪應(yīng)力跡線是無限密集的，則沿最大剪應(yīng)力方向不斷由一點(diǎn)到與其無限接近的另一點(diǎn)，即可在變形平面上繪出兩組相互正交的曲線(如圖1所示)，從而形成由切屑形成過程中第一變形區(qū)內(nèi)部分滑移線與流線(或相鄰部分)組成的格子。
滑移線的微分方程為
第一組滑移線： dy/dx=tanw
第二組滑移線： dy/dx =-tanw
圖2-1 滑移線和最大剪應(yīng)力跡線
圖2-2 與滑移線相切的直角坐標(biāo)系
第一、第二滑移線的參變量分別用a和b代替。選取滑移線oa、ob為兩曲線坐標(biāo)軸，用坐標(biāo)軸的曲線坐標(biāo)(a，b)表示平面上p點(diǎn)的位置（見圖2-2）。這樣，在曲線坐標(biāo)網(wǎng)的任一a線上坐標(biāo)b等于常值；在任一b線上坐標(biāo)a等于常值。因此，在無限接近p點(diǎn)處，坐標(biāo)曲線a和b與選取的直角坐標(biāo)軸相重合，因此可認(rèn)為
dx=dsa，dy=dsb 1-1
式中，dsa和dsb分別為曲線a和b的弧長微分。因此有
（1-2）
由于直角坐標(biāo)軸與滑移線相切，因此對于a而言，w=0。由于沿曲線a和b的角度w是不斷變化的，因此偏導(dǎo)數(shù)
不等于零，從而使切屑在形成過程中產(chǎn)生變形和卷曲。
圖2-3 兩滑移線間的滑移線轉(zhuǎn)角
圖2-4 切屑中的應(yīng)力
2.1.2 切屑的變形和卷曲
根據(jù)滑移線性質(zhì)的漢基定理可知，滑移線a1與a2、b1與b2是無限接近的。b1線在 p點(diǎn)與f點(diǎn)的法線的交點(diǎn)O1 為b1線在p點(diǎn)的曲率中心；b2線在e點(diǎn)與 d點(diǎn)的法線的交點(diǎn) O2 為b2線在 e點(diǎn)的曲率中心。在圖3中，wpf=wed，wpe=wfd。b2線在p點(diǎn)的曲率半徑等于b2線在e點(diǎn)的曲率半徑加上滑移線a1由 e點(diǎn)與p點(diǎn)的弧長增量Δs。由于弧長pf＞ed(見圖3)，從而使切屑發(fā)生變形。同理，由于弧長pe＞fd，切屑必然發(fā)生卷曲。
在圖2-4中，用一個(gè)剪切面oM代替第一變形區(qū)，如果用點(diǎn)流動到剪切面上的p點(diǎn)，第二滑移線與第一滑移線在p點(diǎn)的切線垂直，即剪應(yīng)力t與平行于第一滑移線在p點(diǎn)的切線的正應(yīng)力s形成直角。在坐標(biāo)系xpy內(nèi)，p為原點(diǎn)，OM即為第二滑移線的切線，X軸即為s和t的合力方向，并與t成45°的夾角，與第一滑移線在p點(diǎn)的切線的夾角為p/4。由于s和t的夾角為p/2。 s和-s形成一個(gè)力矩，使切屑以p(空間坐標(biāo)時(shí)為Z)為軸發(fā)生卷曲。
此外，隨著切屑在前刀面上流動，其底層受到擠壓，晶粒被拉長，造成切屑底部膨脹，促使切屑進(jìn)一步彎曲變形，引起切屑卷曲。
2.1.3 切屑屑形及其控制
金屬材料的性能不同，其滑移性質(zhì)也不相同，即使在相同條件下進(jìn)行切削，所得切屑的類型、尺寸(變形程度)也不相同。
對于多晶體的塑性金屬，切應(yīng)力與作用于滑移線上的正應(yīng)力的大小和方向無關(guān)，引起滑移面切變的原子移動是依次發(fā)生的，因此在切削塑性金屬時(shí)容易得到連續(xù)狀切屑。低塑性金屬(或因形變硬化使塑性變差的金屬)的切應(yīng)力與正應(yīng)力的大小和方向有關(guān)，容易產(chǎn)生剛性滑移(或稱機(jī)械滑移)，它與塑性金屬發(fā)生的位錯式滑移明顯不同，由原子層組成的原子群在滑移面上相對于另一些材料層同時(shí)滑動，隨著滑移的產(chǎn)生，滑移帶的不完整性破壞增大，結(jié)果將導(dǎo)致宏觀完整性破壞。因此，切削脆性金屬時(shí)，容易因機(jī)械滑移而得到崩碎切屑。
2-5 車刀幾何參數(shù)示意圖
切削塑性金屬時(shí)，斷屑是需要解決的主要矛盾。為有利于斷屑，應(yīng)盡可能增大切屑的基本變形和附加變形。如以較高切削速度切削碳鋼或合金鋼時(shí)，為得到螺旋卷屑、長緊卷屑或C形切屑，車刀應(yīng)采用外斜式卷屑槽(見圖2-5)，刀具合理幾何參數(shù)范圍：t=5°-15°，h=0.5-1.5mm，s=65°-80°；k值由背吃刀量則和進(jìn)給量f決定，當(dāng) ap=0.4=20mm、f=0.15-1mm/r時(shí)，k=1.5-7mm。文獻(xiàn)[2]、[7]等給出了這方面的一些參考數(shù)據(jù)，但文獻(xiàn)中給出的切削用量、刀具幾何參數(shù)(尤其是倒棱、卷屑槽等參數(shù))以及附加斷屑臺(或斷屑器)結(jié)構(gòu)、尺寸等與切削用量相匹配的數(shù)據(jù)多是在特定試驗(yàn)條件下得出的，如工件材料性質(zhì)或切削條件改變，刀具幾何參數(shù)、斷屑臺(或斷屑器)尺寸等也需通過試驗(yàn)重新確定。
切削灰鑄鐵等脆性金屬時(shí)，如何得到連續(xù)屑形也是一大難題。脆性金屬的切削過程如圖6所示。當(dāng)?shù)毒邉偳腥牍ぜr(shí)，被切削金屬層首先發(fā)生彈性變形(見圖6a)；隨即切屑在切削刃部開始產(chǎn)生裂口(見圖6b) ；刃前裂口以每秒上千米的速度發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，使被切削金屬層產(chǎn)生不同方向的裂紋(見圖6c)；裂紋貫穿整個(gè)切削厚度，形成不規(guī)則的崩碎切屑(見圖6d)。
加工HT200材料時(shí)，刀具前角和切削速度對切屑長度的影響如圖7所示。當(dāng)切削速度v ＞2.5m/s，刀具前角γ0＜=30°時(shí)，由于切削溫度較高，切屑呈暗紅色被“擠”出，雖然可得到硬度較高的連續(xù)形切屑(類似鋼屑)，但在此切削條件下切削力太大，切削溫度過高，不適用于實(shí)際生產(chǎn)。選取較大的刀具前角雖可減小切屑變形，但在較高切削速度下，因切屑與前刀面接觸長度減小，使切屑長度也縮短。此外，前角過大可能引起“自動切入”現(xiàn)象。在實(shí)際加工中，刀具前角取值一般在=10°-25°之間為宜。
圖2-6 脆性金用切削過程示意圖
圖2-7 1:v=0.484m/s 2:v=1.545m/s 3:v=2.547m/s
試件材料：HT200，ac=0.1414mm，aw=5.66mm
如圖2-7 刀具前角和切削速度對切屑長度的影響
圖2-8 織構(gòu)現(xiàn)象形成的切屑橫截面形狀
2.1.4 切屑形成過程中的聲響與織構(gòu)現(xiàn)象
在金屬切削過程中，如將機(jī)床、電機(jī)等發(fā)出的其它噪聲排除在外，在塑性金屬切屑的形成過程中可聽到“咯吱、咯吱”的聲響；在脆性金屬切屑的形成過程中則可聽到“咯酥、咯酥”的聲響。根據(jù)金屬學(xué)原理可知，點(diǎn)陣過渡到新的位置幾乎是瞬時(shí)完成的，因此發(fā)出的聲響并不是單純的平直音。金屬切削過程中原子鍵被破壞而引起的原子位置改變?nèi)缇ЯＦ扑?沿晶或穿晶)、晶格扭曲等會發(fā)出爆裂聲，這就為確定切削過程是否正常提供了一個(gè)判別條件。
金屬材料切削變形時(shí)，不僅切屑和已加工表面中的晶粒被拉長或破碎，而且各晶粒的晶格位向也會沿變形方向同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動，使金屬材料組織出現(xiàn)織構(gòu)現(xiàn)象，由此形成的切屑橫截面形狀如圖8所示。已加工表面的織構(gòu)現(xiàn)象對加工表面質(zhì)量不利(表面鱗刺的產(chǎn)生即與其有關(guān))。由于切屑變形越大，織構(gòu)現(xiàn)象越嚴(yán)重，因此精加工時(shí)應(yīng)采用可減小切屑變形的切削條件，如高速切削、選取較大刀具前角和較小切削厚度、提高刃磨質(zhì)量、使用潤滑性能好的切削液、通過熱處理工藝降低工件材料塑性等。
2.2切屑的基本形態(tài)
1、帶狀切屑
帶狀切屑 這是最常見的一種切屑。它的內(nèi)表面是光滑的，外表面呈毛茸狀。加工塑性金屬時(shí)，在切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大的工況條件下常形成此類切屑。
2、節(jié)狀切屑
又稱擠裂切屑。它的外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時(shí)有裂紋。在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)常產(chǎn)生此類切屑。
3、粒狀切屑
又稱單元切屑。在切屑形成過程中，如剪切面上的剪切應(yīng)力超過了材料的斷裂強(qiáng)度，切屑單元從被切材料上脫落，形成粒狀切屑。
4、崩碎切屑
切削脆性金屬時(shí)，由于材料塑性很小、抗拉強(qiáng)度較低，刀具切入后，切削層金屬在刀具前刀面的作用下，未經(jīng)明顯的塑性變形就在拉應(yīng)力作用下脆斷，形成形狀不規(guī)則的崩碎切屑。加工脆性材料，切削厚度越大越易得到這類切屑。
圖 2-9
2.3 切屑的折斷原理
金屬切削加工是典型的材料去除不可逆過程。加工過程中，金屬材料伴隨著大應(yīng)變和高溫狀態(tài)產(chǎn)生的的塑性變形和斷裂并最終形成切屑．在現(xiàn)代高精度、高效率和高自動化的金屬切削加工中，切屑控制問題越來越成為切削加工中的重要課題。不利的屑形將嚴(yán)重影響操作安全、加工質(zhì)量、刀具壽命、機(jī)床精度和生產(chǎn)效率．隨著虛擬制造技術(shù)的深入研究，為我們對切削加工過程的切屑仿真研究提供了良好的途徑，它將其生成、卷曲、折斷過程的運(yùn)動控制溶人參數(shù)化驅(qū)動的實(shí)時(shí)加工過程仿真演示中，真正建立起具有“沉韞感”的加工環(huán)境的虛擬體現(xiàn)．因此有必要對切屑的形成、變形和折斷的機(jī)制與規(guī)律進(jìn)行深人的研究，以便對切屑形態(tài)進(jìn)行有效的控制并為實(shí)時(shí)加工過程仿真提供切屑造型的依據(jù)．并能進(jìn)一步通過切屑控制和預(yù)測來優(yōu)化切削參數(shù)。
1 切屑形成的復(fù)雜性
金屬切削加工的過程是一個(gè)很復(fù)雜的過程，包含和涉及到很多物理機(jī)理因素，如切削力、切削熱、刀具磨損以及工件表面質(zhì)量等，它們都是以切屑的件都是未知的，甚至連邊界本身也無法確定．因此我們很難用簡單的解析法得出切削中過程形成、流出的解析解。
削加工中對切屑形成及切屑形狀的影響因素很多，并且關(guān)系復(fù)雜，影響結(jié)果相當(dāng)大．在實(shí)際加工中，許多不穩(wěn)定的因素如刀具的磨損，工件材料的不均勻性及機(jī)床的動態(tài)特性都會導(dǎo)致切屑形狀的改變。而對于不同的刀具刃形，材料及不同的加工參數(shù)，其切屑形狀的差異就更大、園此，切屑形成的因素錯綜復(fù)雜，如不經(jīng)過預(yù)先試驗(yàn)，一般很難準(zhǔn)確地預(yù)測出切屑的形狀。但是，切削過程與切屑形成有其本身的規(guī)律，當(dāng)切削條件在一定范圍內(nèi)變更時(shí)，切屑形狀的變化有一定的規(guī)律可循，切削加工實(shí)踐及研究證明，使切屑的形狀控制在一定的允許范圍內(nèi)是能夠做到的。
2 切屑的形成、卷曲及折斷切屑的分類方法有很多，其中以國際生產(chǎn)加工研究協(xié)會的CIRP分類法和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO分類法應(yīng)用最為廣泛。CIRP切屑分類法比較系統(tǒng)地反映了切屑流出、卷曲、折斷與切屑類型之間的密切關(guān)系，有利于研究切屑的卷曲規(guī)律和斷屑原理。
我們下面的討論將以這種分類法為基礎(chǔ)展開。
2．1 切屑的形成、卷曲
刀具切人工件時(shí)，被切金屬層經(jīng)剪切面發(fā)生彈塑性措移變形成為切屑。對于切屑的卷曲，文獻(xiàn) 認(rèn)為，前刀面的摩擦作用是切屑卷曲的主要原因．這是因?yàn)榍暗睹娴臄D壓作用使切屑厚度方向存在不同的殘余應(yīng)變，使切屑晶粒翻轉(zhuǎn)從而引起切屑的卷曲。同時(shí)，刀具卷屑槽的存在將在很大程度上影響切屑的卷曲。日本的中山一雄指出：正常狀態(tài)的切屑一般是螺旋形切屑，其形狀可由螺旋外徑2p，螺距P，螺旋面與軸線的夾角0確定。切屑流出后，受到工件、刀具、機(jī)床等的阻礙引起變形或折斷，從而形成各種類型的切屑。因此，其它形狀的切屑可以看成是螺旋切屑的演變和組合。
圖2-10 螺旋形切削形狀參數(shù)
由切削機(jī)理可知，對螺旋形切屑產(chǎn)生影響的參數(shù)有：切屑上卷曲率ltp．，橫卷曲率ltp．，流屑角璣則螺旋切屑的形狀參數(shù)可表示為
（2-3）
（2-4）
（2-5）
切削加工過程中，影響及因素
很多，諸如，被加工材料的性質(zhì)，切削用量，刀具幾何參數(shù)，冷卻液及加工方式等．通過對主要影響因素的分析計(jì)算和對其它因素進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)，我們得到如下公式
（2-6）
（2-7）
（2-8）
（2-9）
2．2 切屑的折斷
確定了切屑螺旋參數(shù)后，為了得到預(yù)期的屑型和最優(yōu)的斷屑效果，我們還必須對斷屑機(jī)理進(jìn)行研究．從CIRP分類法中，我們可以看到，當(dāng)切屑的卷曲曲率很小時(shí)，容易形成長帶屑或纏亂屑；當(dāng)成切屑的卷曲曲率較大時(shí)，如果切屑流出時(shí)沒有受到工件或刀具的阻礙，或受到阻礙后又脫離了阻礙，則會形成連續(xù)的螺旋屑；如果切屑受到阻礙后不能脫離阻礙，則形成各種類型的折斷屑．可見，切屑卷曲曲率對切屑的類型有很大的影響．但是，我們同時(shí)看到，切屑的幾何尺寸、工件和刀具的形狀以及切屑相對于工件和刀具的位置決定了切屑流出后是否碰到阻礙或碰到什么樣的阻礙以及切屑受阻后的行為．此時(shí)，阻礙將對切屑的最終形狀起決定作用．切屑相對于工件和刀具的位置可由切屑卷曲曲率、流屑角和切屑螺旋形狀參數(shù)來計(jì)算得到 ．?dāng)嘈嫉膽?yīng)變條件決定了切屑碰到工件或刀具阻礙時(shí)是否會折斷．切屑受前刀面和和斷屑槽作用后，得到向上的卷曲半徑 。，然后碰到后刀面使其卷曲半徑增大到見，當(dāng)應(yīng)變E達(dá)到斷裂應(yīng)變 時(shí)，
切屑就被折斷從而得到c形屑(圖2)．所以此時(shí)切屑折斷的條件為 （2-10）
圖 2-11 切削的生成 卷曲 折斷
圖2-11所示后刀面障礙型的折斷方式是在實(shí)際的車削加工中最為常見的一種切屑折斷方式。
2.4 切屑的控制
在生產(chǎn)實(shí)踐中，有的切屑打成螺卷狀，到一定長度時(shí)自行折斷；有的切屑折斷成C形、6字形；有的呈發(fā)條狀卷屑；有的碎成針狀或小片，四處飛濺，影響安全；有的帶狀切屑纏繞在刀具和工件上，易造成事故。不良的排屑狀態(tài)會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
圖2-12 切削碎
切屑經(jīng)第I、第Ⅱ變形區(qū)的劇烈變形后，硬度增加，塑性下降，性能變脆。在切屑排出過程中，當(dāng)碰到刀具后刀面、工件上過渡表面或待加工表面等障礙時(shí)，如某一部位的應(yīng)變超過了切屑材料的斷裂應(yīng)變值，切屑就會折斷。
圖2-13 切削碰到刀具或工件折斷
研究表明，工件材料脆性越大(斷裂應(yīng)變值小)、切屑厚度越大、切屑卷曲半徑越小，切屑就越容易折斷。可采取以下措施對切屑實(shí)施控制：
(1)采用斷屑槽 通過設(shè)置斷屑槽對流動中的切屑施加一定的約束力，使切屑應(yīng)變增大，切屑卷曲半徑減小。
斷屑槽的尺寸參數(shù)應(yīng)與切削用量的大小相適應(yīng)，否則會影響斷屑效果。常用的斷屑槽截面形狀有折線形、直線圓弧形和全圓弧形。
圖2-14 斷屑槽截面形狀
前角較大時(shí)，采用全圓弧形斷屑槽刀具的強(qiáng)度較好。斷屑槽位于前刀面上的形式有平行、外斜、內(nèi)斜三種。
外斜式常形成C形屑和6字形屑，能在較寬的切削用量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)斷屑；內(nèi)斜式常形成長緊螺卷形屑，但斷屑范圍窄；平行式的斷屑范圍居于上述兩者之間。
圖2-15 前刀面上的斷削槽形狀
2)改變刀具角度
增大刀具主偏角Kr，切削厚度變大,有利于斷屑;
減小刀具前角可使切屑變形加大，切屑易于折斷;
刃傾角λs可以控制切屑的流向，λs為正值時(shí)，切屑常卷曲后碰到后刀面折斷形成C形屑或自然流出形成螺卷屑；λs為負(fù)值時(shí)，切屑常卷曲后碰到已加工表面折斷成C形屑或6字形屑。
(3)調(diào)整切削用量
提高進(jìn)給量f使切削厚度增大，對斷屑有利；但增大f會增大加工表面粗糙度;
適當(dāng)?shù)亟档颓邢魉俣仁骨邢髯冃卧龃?，也有利于斷屑，但這會降低材料切除效率。須根據(jù)實(shí)際條件適當(dāng)選擇切削用量。
2.5 幾種常用的斷屑方法
作出斷屑槽
圖2-16 a),b)加工碳鋼、合金鋼、工具鋼和不銹鋼 c)加工塑性更高的材料
斷屑槽位置及刃傾角作用
圖2-17 斷屑槽位置及刃傾角作用
外傾式刃傾角-λs，斷屑范圍廣，粗加工；
平行式刃傾角λs =0，碰到切削表面折斷，用于粗加工、半精加工；
內(nèi)傾式刃傾角+λs，半精加工、精加工。
2.改變切削用量
f -, 斷屑-,影響較大（aＣ影響），
ap-，f -時(shí)有效，
v的影響較小， v ˉ時(shí)容易斷屑。
3. 其它斷屑方法
固定附近斷屑擋塊；
采用間斷切削；
切削刃上開分屑槽
第3章 積屑瘤與切削
3.1 積屑瘤；
1、積屑瘤的形成
當(dāng)前刀面與切屑底層金屬的摩擦力超過切屑材料本身分子之間的結(jié)合力時(shí)，滯留層的部分金屬就會粘附到刀具的前刀面上靠近刀刃處，逐漸累計(jì)便會形成一塊很硬的楔狀金屬瘤，通常稱為積屑瘤，也叫刀瘤 。
圖3-1 積削瘤
在加工過程中，由于工件材料是被擠裂的，因此切屑對刀具的前面產(chǎn)生有很大的壓力，并摩擦生成大量的切削熱。在這種高溫高壓下，與刀具前面接觸的那一部分切屑由于摩擦力的影響，流動速度相對減慢，形成“滯留層”。當(dāng)摩擦力一旦大于材料內(nèi)部晶格之間的結(jié)合力時(shí)，“滯流層”中的一些材料就會粘附在刀具*近刀尖的前面上，形成積屑瘤。
2、影響積屑瘤的主要因素
由于積屑瘤是在很大的壓力、強(qiáng)烈摩擦和劇烈的金屬變形的條件下產(chǎn)生的。因而，切削條件也必然通過這些作用而影響積屑瘤的產(chǎn)生、長大與消失。
（1）工件材料:當(dāng)工件材料的硬度低、塑性大時(shí)，切削過程中的金屬變形大，切屑與前刀面間的摩擦系數(shù)（大于1）和接觸區(qū)長度比較大。在這種條件下，易產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)工件塑性小、硬度較高時(shí)，積屑瘤產(chǎn)生的可能性和積屑瘤的高度也減小，如淬火鋼。切削脆性材料是產(chǎn)生積屑瘤的可能更小。?
（2）刀具前角:刀具前角增大，可以減小切屑的變形、切屑與前刀面的摩擦、切削力和切削熱，可以抑制積屑瘤的產(chǎn)生或減小積屑瘤的高度。據(jù)有關(guān)資料介紹，刀具前角γ0≥40時(shí)，積屑瘤產(chǎn)生的可能就小。
（3）切削速度:切削速度主要是通過切削溫度和摩擦系數(shù)來影響積屑瘤的。當(dāng)?shù)毒邲]有負(fù)倒棱時(shí)，在極低的切削速度條件下，不產(chǎn)生積屑瘤。以中碳鋼為例，切削速度Vc<2m/min時(shí)，不產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)Vc>2m/min～30m/min時(shí)，積屑瘤從生產(chǎn)到生長到最大。也即是說，切削溫度為300℃ 左右時(shí)，切屑與刀具間的摩擦系數(shù)最大，積屑瘤達(dá)到最高高度。隨著切削速度相應(yīng)的切削溫度提高，積屑瘤的高度逐漸減小。高速切削時(shí)（Vc> 120m/min），由于切削溫度很高（800℃以上），切屑底層的滑移抗力和摩擦系數(shù)顯著降低，積屑瘤也將消滅。所以我們?nèi)粘＞庸r(shí)，為了達(dá)到較低的已加工表面粗糙度的辦法是采用在刀具耐熱性答應(yīng)范圍內(nèi)的高速切削，或采用低速（Vc<5m/min）切削，以防止積屑瘤的產(chǎn)生，提高已加工表面的質(zhì)量。
（4）切削厚度:切塑性材料時(shí)，切削力、切屑與前刀面接觸區(qū)長度都將隨切削厚度的增加而增大，將增加生成積屑瘤的可能性。所以，在精加工時(shí)除選取較大的刀具前角，在避免積屑瘤的產(chǎn)生切削速度范圍內(nèi)切削外，應(yīng)采用減小進(jìn)給量或刀具主偏角來減小切削厚度。
3. 積屑瘤對加工過程的影響
（1）積屑瘤附著在刀尖上，代替刀刃進(jìn)行切削，保護(hù)刀刃。
（2）增大工作前角，可減小切屑變形和使得切削變得輕快。
（3）積屑瘤時(shí)生時(shí)滅，使切削深度aP不斷變化，影響工件尺寸精度。
（4）積屑瘤在工件已加工表面上刻劃出一些不均勻的溝痕，影響表面粗糙度。
積屑瘤對粗精加工的影響
粗加工：可利用積屑瘤保護(hù)刀尖，常采用中速切削。
精加工：應(yīng)避免積屑瘤，以保證加工質(zhì)量，常采用高速
（Vc> 100m/min)或低速（Vc<5/min ）。
影響積屑瘤的因素：
工件材料
塑性越大，越容易產(chǎn)生積屑瘤。
切削速度
當(dāng)工件材料一定時(shí)，切削速度是影響積屑瘤的主要因素 。
規(guī)律：高速或低速不易產(chǎn)生積屑瘤。
圖3-2 切削速度是影響積屑瘤的主要因素
3、積屑瘤的作用
（1）優(yōu)點(diǎn)：積屑瘤的硬度比原材料的硬度要高，可代替刀刃進(jìn)行切削，提高了刀刃的耐磨性；同時(shí)積屑瘤的存在使得刀具的實(shí)際前角變大，刀具變得較鋒利。
（2） 缺點(diǎn)：積屑瘤的存在，在實(shí)際上是一個(gè)形成、脫落、再形成、再脫落的過程.
部分脫落的積屑瘤會粘附在工件表面上。刀具刀尖的實(shí)際位置也會隨著積屑瘤的變化而改變.。同時(shí)，由于積屑瘤很難形成較鋒利的刀刃，在加工中會產(chǎn)生一定的振動。所以這樣加工后所得到的工件表面質(zhì)量和尺寸精度都會受到影響。
4、積屑瘤的控制
（1）材料的性質(zhì) 材料的塑性越好，產(chǎn)生積屑瘤的可能性越大。因此對于中、低碳鋼以及一些有色金屬在精加工前應(yīng)對于它們進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，如正火或調(diào)質(zhì)等，以提高材料的硬度、降低材料的塑性。
（2）切削速度 當(dāng)加工中出現(xiàn)不想要的積屑瘤時(shí)，可提高或降低切削速度，亦可以消除積屑瘤。但要與刀具的材料、角度以及工件的形狀相適應(yīng)。
（3）冷卻潤滑 冷卻液的加入一般可消除積屑瘤的出現(xiàn)，而在冷卻液中加入潤滑成分則效果更好。
5、在精加工時(shí)怎樣避免產(chǎn)生積屑瘤
在精加工時(shí)，為了減少積屑瘤對加工表面質(zhì)量的影響，可采取下列措施減少或避免。積屑瘤的產(chǎn)生：
（1）提高切削速度或降低切削速度。因?yàn)榉e屑瘤是在一定的切削條件下形成的，中等切削速度最容易形成積屑瘤，應(yīng)盡量避開。
（2）增大刀具前角、后角和刃傾角，使切削刃鋒利，減小摩擦，排屑暢快。
（3）減小刀具前刀面的表面粗糙度值，減少切屑與前刀面的摩擦。
（4）澆注充分的切削液。
3.2 鉆削加工
利用孔加工刀具在鉆床上進(jìn)行各種類型的孔加工的切削方法。
鉆削運(yùn)動
可進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。
主運(yùn)動：刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；
進(jìn)給運(yùn)動：刀具或工件的平動。
一、鉆削特點(diǎn)與加工范圍
特點(diǎn)：鉆削加工屬于定尺寸切削加工，孔徑尺寸受到刀具直徑的限制。
加工范圍：主要用于鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔，也可以用來攻螺紋、锪沉頭孔及锪凸臺端面。
圖3-3
鉆削工藝特點(diǎn)
(1)容易產(chǎn)生“引偏”
●引偏：
a)由于鉆頭彎曲而引起孔徑擴(kuò)大，孔不圓。
b)被加工孔的端面和軸線不垂直。
●避免引偏的措施：
1)預(yù)鉆錐形定心坑
2)用鉆套為鉆頭導(dǎo)向
3)鉆頭的兩個(gè)主切削刃，刃磨對稱。
（2）排屑困難
（3）切削熱不易傳散
2. 鉆削的應(yīng)用
IT10以下，Ra大于12.5，要求高時(shí)需進(jìn)一步加工。
成批大量生產(chǎn)中，廣泛用鉆模，多軸鉆，組合機(jī)床。
3. 擴(kuò)孔、鉸孔
（1）擴(kuò)孔
用于對已鉆孔的進(jìn)一步加工，可作為孔的半精加工或最終加工。
特點(diǎn)（和鉆孔比）
a）刀齒數(shù)多（3～4個(gè)），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；生產(chǎn)率高
b）刀體強(qiáng)度和剛性較好；
c）沒有橫刃，改善了切削條件。
因此，大大提高了切削效率和加工質(zhì)量。一般情況，IT10~IT9，Ra為3.2~6.3
（2）鉸孔
用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工。
一般，IT9~IT7，Ra為0.4~1.6
鉸孔特點(diǎn)
a)刀齒數(shù)多（6～12個(gè)），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；
b)刀體強(qiáng)度和剛性較好（容屑槽淺，芯部直徑大）；
c）鉸孔余量小，故工件的受力變形和受熱變形較小。且切削速度較低，不易產(chǎn)生積屑瘤。因此，鉸孔的加工質(zhì)量更好。
10鉸刀的類型
（a）直柄機(jī)用鉸刀（b）錐柄機(jī)用鉸刀c）硬質(zhì)合金錐柄機(jī)用鉸刀（d）手用鉸刀（e）可調(diào)節(jié)手用鉸刀（f）套式機(jī)用鉸刀（g）直柄 莫式圓錐鉸刀（h）手用1:50錐度鉸刀
12搖臂鉆床
在大型工件上鉆孔，希望工件不動，鉆床主軸能任意調(diào)整其位置。這就需用搖臂鉆床。搖臂鉆床廣泛地用于大、中型工件的加工。
第4章 大長細(xì)比深孔仿形加工系統(tǒng)比較與研究
深孔加工時(shí), 必須將切屑從孔內(nèi)排出。對孔深孔徑超過一定大小的孔來說, 只要排屑能力差, 無論怎樣提高刀具系統(tǒng)的性能!如使用能重切削和大走刀進(jìn)給的刀具 都是毫無意義的。因此, 前人采用了各種排屑法也稱為深孔加工系統(tǒng), 由于加工精度、效率的關(guān)系, 經(jīng)淘汰只剩下三種系統(tǒng), 即槍鉆系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)、DF系統(tǒng)。
最近日本冶金株式會社把被稱為 (系統(tǒng)的大長細(xì)比深孔仿形加工應(yīng)用于生產(chǎn)取得了很好的效果。下面把系統(tǒng)和上述三種系統(tǒng)進(jìn)行比較并加以說明。各深孔加工系統(tǒng)的共同點(diǎn), 第一是用高壓冷卻液使切屑排出, 其次是用硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行高速、高精度切削加工槍鉆系統(tǒng)如圖) 所示, 冷卻液由鉆桿內(nèi)部到達(dá)切削刃, 切屑從孔內(nèi)壁與鉆桿形槽之間被冷卻液的壓
力推出, 即所謂冷卻液推屑法。因?yàn)榕判伎臻g大, 切屑較易于排出。這種刀具的缺點(diǎn)是加工效率低, 這是因?yàn)槭褂昧藰屝毋@桿, 會引起扭曲和彎曲, 不能高速進(jìn)給。
圖4-1 槍鉆系統(tǒng)
使用硬質(zhì)合金刀具加工鋼件時(shí), 如果加工時(shí)進(jìn)給量很小, 則將會使刀具后刃面的磨損增大, 因此不得不使用耐磨性好的硬質(zhì)合金,系硬質(zhì)合金和鋼的親和力大, 易于產(chǎn)生刀瘤而使加工表面光潔度變差, 一般在加工鋼件時(shí)加工表面上會產(chǎn)生劃痕。這種劃痕隨刀瘤的增大而增大。但是因刀具磨損量大而不能使用。DF系統(tǒng)如圖4-4所示, 冷卻液從孔的內(nèi)壁和鉆桿外徑之間的縫隙里到達(dá)切削刃, 切屑被冷卻液從鉆桿內(nèi)孔中推出。由于刀具的柄，即鉆桿是管狀的, 因而剛度好, 有可能進(jìn)行大進(jìn)給量的高效切削。但在加工小孔時(shí), 由于冷卻液通道小, 排屑困難, 故加工直徑14以下的孔效果不好。
圖4-2 BTA系統(tǒng)
噴吸鉆系統(tǒng)如圖4-3所示，使用雙層管, 應(yīng)用真空效應(yīng)將切屑吸出, 稱為冷卻液吸引排屑法。
圖4-3 噴吸鉆系統(tǒng)
噴吸鉆的刀柄即外管和DF 系統(tǒng)一樣是管狀的, 因此剛度較高, 可采用大進(jìn)給量加工。但加工太深的孔時(shí), 用真空效應(yīng)排屑比較困難， 此外因?yàn)槭褂秒p管, 由于冷卻液通道的關(guān)系, 不能加工直徑，8以下的孔, 還有一個(gè)缺點(diǎn)是, 冷卻液的供給方式不能抑制外管的振動。而DF系統(tǒng)則由于孔內(nèi)壁和鉆桿外徑之間有高壓冷卻液, 可使鉆桿的振動受到抑制。僅從振動阻尼效果這一點(diǎn)來看, 可以說DF系統(tǒng)較之噴吸鉆漂統(tǒng)剛性更高,更容易保證精度。系統(tǒng)綜合了上述推壓、吸引排屑法的長處, 它是在工件孔端面處安裝了液壓頭, 供給推壓的冷卻液,
在鉆桿尾部裝備了能產(chǎn)生真空吸引作用的裝置，如圖4 -4。
圖4-4 DF系統(tǒng)
BTA是美國鏜削和套料加工協(xié)會的簡稱，編者這個(gè)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是, 由于兼用推、吸兩種方式,冷卻液流速加快, 提高了排屑能力。在小直徑孔,特別是14以下的孔的加工方面, 采用槍鉆系統(tǒng), 刀具剛度差, 效率很低。由于冷卻液通道小, 則需要很高的壓力, 使鉆削加工不容易穩(wěn)定. 而采用DF系統(tǒng)。
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第5章 大長細(xì)比深孔仿形加工分析與研究
BT A鉆削方法是二戰(zhàn)期間歐洲國家在比斯涅耳加工系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究
出來的，經(jīng)過多次改進(jìn)，發(fā)展成現(xiàn)代的BTA鉆削系統(tǒng)。
5.1系統(tǒng)的鉆削原理
BT A 系 統(tǒng)屬于內(nèi)排屑方式。見圖6-8，其工作原理是:切削液通過授油
器從鉆桿外壁與已加工表面之間進(jìn)入，達(dá)到頭部進(jìn)行冷卻潤滑，并將切屑經(jīng)
鉆桿內(nèi)部推出。
圖5-1 BTA系統(tǒng)切削原理圖
5.2 系統(tǒng)的構(gòu)成及總體布局
系統(tǒng)主要由工件、鉆頭、中心架、授油器、鉆桿和尾架
構(gòu)成。其中，授油器是此系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。
BTA系統(tǒng)整體布局 圖5-2
BTA大長細(xì)比深孔仿形加工系統(tǒng)總體布局如圖6-9，它主要由機(jī)座、床頭箱、卡盤、工件、中心架、授油器、鉆頭與尾架構(gòu)成。與DF系統(tǒng)總體布局主要區(qū)別在
于尾架處，DF系統(tǒng)在此處安裝了負(fù)壓裝置。
5.3 鉆削系統(tǒng)的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)一授油器的設(shè)計(jì)
內(nèi)排屑鉆削系統(tǒng)中受油器的主要作用有:
（1）將切削液導(dǎo)入鉆桿外壁與工件已加工表面之間，進(jìn)入切削區(qū)，進(jìn)行冷
卻、潤滑及排屑;
（2）在鉆頭切入工件前，為鉆頭提供導(dǎo)向;
（3）為鉆桿提供支撐。
授油器是內(nèi)排屑深孔鉆加工系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的作用是形成機(jī)床一工件一鉆桿間的封閉切削液通道，可提供一定壓力的冷卻液并支承鉆桿，消除振動。因此，要求授油器密封不漏油，導(dǎo)向準(zhǔn)確，消振性好。授油器與工件的密封一般有兩種形式，一種是用橡膠環(huán)與工件端面接觸密封;另一種是用帶錐度的金屬環(huán)與工件接觸密封，其密封性好，磨損小，適用于大批量生產(chǎn)。授油器的結(jié)構(gòu)較多，但總的可分為兩種類型，一種是旋轉(zhuǎn)式，另一種是固定式。本試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)式授油器，其結(jié)構(gòu)如圖6-5所示。
旋轉(zhuǎn)式受油器 5-3
本試驗(yàn)用受油器結(jié)構(gòu)如圖6-5所示，為旋轉(zhuǎn)式受油器。由支架1，前密封圈2，軸承3，伸縮軸4，軸承5，導(dǎo)向套6，軸承座7，旋轉(zhuǎn)手輪8，支撐螺母9，后密封圈10等組成。支架1可沿機(jī)床導(dǎo)軌移動并固緊。鉆孔時(shí)，旋轉(zhuǎn)手輪8使伸縮軸4靠向工件表面，將前密封圈2壓緊在工件表面上，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動導(dǎo)向套6一起旋轉(zhuǎn)(導(dǎo)向套與工件同時(shí)旋轉(zhuǎn)，可以提高刀具入鉆時(shí)的導(dǎo)向精度)。壓力油通過伸縮軸進(jìn)入，經(jīng)由鉆頭體與導(dǎo)向套6形成的環(huán)形縫隙進(jìn)入切削區(qū)，冷卻潤滑鉆頭。后密封圈10是為了防止壓力油從鉆桿漏出而設(shè)置的。鉆頭進(jìn)入工件時(shí)，由導(dǎo)向套6引導(dǎo)穩(wěn)定鉆削，當(dāng)導(dǎo)向套6磨損后需及時(shí)更換。
6.2內(nèi)排屑深孔鉆鉆頭的設(shè)計(jì)與制造內(nèi)排 屑 深 孔鉆可分為單刃內(nèi)排屑深孔鉆和多刃錯齒內(nèi)排屑深孔鉆。一般孔徑為6-30mm時(shí)用單刃內(nèi)排屑深孔鉆，孔徑大于30mm時(shí)用多刃錯齒內(nèi)排屑深孔鉆。內(nèi)排屑深孔鉆頭的設(shè)計(jì)
(1)0 6一 0 30 mm內(nèi)排屑深孔鉆的結(jié)構(gòu)
圖5-4 魚肚形分割槽形
圖5-5 單刃內(nèi)切削排削圖
在切削加工領(lǐng)域內(nèi)，刀具材料占有很重要的地位。刀具材料的切削性能，對切削加工技術(shù)水平的影響極大。切削難加工材料時(shí)，必須盡可能采用高性能的刀具材料。由于難加工材料種類繁多，性質(zhì)迥異，在選用刀具時(shí)，必須注意刀具材料與被加工材料在力學(xué)、物理性能和化學(xué)性能之間的匹配。
5.4 大長細(xì)比深孔仿形加工時(shí)對刀具材料的要求
內(nèi)排屑大長細(xì)比深孔仿形加工是在封閉或半封閉的狀況下進(jìn)行的，因此不能直接觀察刀具的切削情況、切削熱不易傳散，而且排屑困難、工藝系統(tǒng)剛性差，切削效果不理想。由于切屑不斷或排屑不好，堵在孔中，至使刀具崩刃或扭斷;冷卻液進(jìn)不到切削區(qū)，冷卻潤滑不良，使刀具溫度急劇上升，加速刀具磨損;
隨著孔的深度增加，刀具懸伸量增大，刀具和鉆桿的強(qiáng)度，剛度越來越低等。
刀具材料的合理選擇是內(nèi)排屑深孔鉆鉆削順利進(jìn)行重要保證。故對刀片材料
有如下