金属工艺学—切削加工

1、金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 1 第五篇第五篇 切削加工切削加工 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 2 金属切削加工金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除， 以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方 法。法。 金属切削加工金属切削加工 钳工钳工 机械加工机械加工 加工方法有划线、加工方法有划线、 錾、锯、刮、研、錾、锯、刮、研、 攻螺丝、套螺丝等攻螺丝、套螺丝等 通过操作机床来完成通过操作机床来完成 切削加工的，如车

2、、切削加工的，如车、 钻、刨、磨、齿轮加钻、刨、磨、齿轮加 工等工等 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 3 1. 1. 加工精度加工精度 尺寸精度：尺寸精度： 形状精度：形状精度： 位置精度：位置精度： IT01IT01、IT0IT6IT0IT6、IT7IT7、IT8IT18IT8IT18 圆柱度、平面度、平面度等圆柱度、平面度、平面度等 平行度、垂直度、平行度等平行度、垂直度、平行度等 表面粗糙度：表面粗糙度： 表面加工硬化的程度和深度表面加工硬化的程度和深度 表面残余应力的大小和性质表面残余应力的大小和性质 Ra 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 202

3、1-7-29 4 第一节第一节 切削加工的运动分析及切削要素切削加工的运动分析及切削要素 第一章第一章 金属切削的基础知识金属切削的基础知识 一、零件表面的形成一、零件表面的形成 平面、外圆面、内圆面（孔）、锥面、曲面（成形面） 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 5 二、切削运动二、切削运动 为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。 1. 1. 主运动：主运动：切下切屑最主要的运动。切下切屑最主要的运动。 特点：特点：在整个运动系统中在整个运动系统中 速度最高、消耗的功速度最高、消耗的功 率最大。主运动只有一个

4、。率最大。主运动只有一个。 2. 2. 进给运动进给运动： 使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。 特点：特点：速度低、消耗的功率小。有一个或多个。速度低、消耗的功率小。有一个或多个。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 6 3. 3. 零件上的三个表面零件上的三个表面 已加工表面已加工表面 加工表面加工表面 待加工表面待加工表面 n f f 已加工表面已加工表面 加工表面加工表面待加工表面待加工表面 三、切削要素三、切削要素 1. 1. 切削用量三要素切削用量三要素 1 1）切削速度（）切削速度（v v） m

5、/s 在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。 d dw w d dm m 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 7 601000 nd v w 601000 2 r Ln v 旋转运动：旋转运动： （m/s） 往复直线运动：往复直线运动： （m/s） 2 2）进给量（）进给量（f f） （mmmm） 在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿 进给运动方向的相对位移。进给运动方向的相对位移。 单位时间的进给量单位时间的进给量 进给速度进给速度（v vf f）

6、nfv f （mm/s） 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 8 d dm m d dw w f f n 3 3）切削深度（）切削深度（apap）（mmmm） 2 mw p dd a （mm） 2. 2. 切削层几何参数切削层几何参数 切削层切削层 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。 即两个相邻加工表面之间的那一层金属。即两个相邻加工表面之间的那一层金属。 1 1 2 2 f f a ap p K K r r f f a ap p K K r r 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 9 1)1)切削厚

7、度（切削厚度（a ac c） （mmmm） 两相邻加工表面之间的垂直距离。两相邻加工表面之间的垂直距离。 a ac c f f a ap p K K r r rc kfasin（mm） 2)2)切削宽度（切削宽度（a aw w） （mmmm） 沿主刀刃度量的切削层的长度。沿主刀刃度量的切削层的长度。 a aw w r p w k a a sin （mm） 3)3)切削面积（切削面积（A AC C） （mm2mm2） wcpC aaafA （mm2） 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 10 刀具上与工件的加工表面相对的表面。刀具上与工件的加工表面相对的表面。 第二节第

8、二节 刀具材料及刀具构造刀具材料及刀具构造 一、刀具的组成一、刀具的组成 切削部分切削部分 （刀头）（刀头） 夹持部分（刀体）夹持部分（刀体） 前刀面：前刀面： 主后刀面：主后刀面： 副后刀面：副后刀面： 主刀刃主刀刃 副刀刃副刀刃 刀尖刀尖 切屑流出所经过的表面。切屑流出所经过的表面。 刀具上与工件的已加工表面相对的表面。刀具上与工件的已加工表面相对的表面。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 11 夹持部分夹持部分 （刀体）（刀体） 切削部分切削部分 （刀头）（刀头） 前刀面前刀面 主后刀面主后刀面 副后刀面副后刀面 主刀刃主刀刃 副刀刃副刀刃 刀尖刀尖 金属工艺

9、学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 12 二、刀具材料二、刀具材料 1. 1. 对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求 较高的硬度。较高的硬度。 一般要求在一般要求在 HRC 60HRC 60以上。以上。 有足够的强度和韧性。有足够的强度和韧性。 有较好的耐磨性。有较好的耐磨性。 较高的耐热性。较高的耐热性。 有较好的工艺性。有较好的工艺性。 2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料 碳素工具钢碳素工具钢 C= 0.71.4%C= 0.71.4%；T8T8、T10T10、T10AT10A、T12T12等等 HRC6165HRC6165 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工

10、2021-7-29 13 特点特点 a. a. 淬火后硬度高；淬火后硬度高； HRC6165HRC6165 b. b. 价格低；价格低； . .耐热温度低；耐热温度低； . .淬火后应力、变形大。淬火后应力、变形大。 250300250300 应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。 合金工具钢合金工具钢 MeMe5% 11 影响切屑变形的因素：影响切屑变形的因素： 刀具角度：刀具角度： 0 0 切削速度：切削速度： v v 材料塑性：材料塑性： 刀具与切屑之间的摩擦系数刀具与切屑之间的摩擦系数 ， 。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加

11、工切削加工 2021-7-29 30 2. 2. 切屑的种类切屑的种类 1) 1) 带状切屑带状切屑 特征：内表面光滑，外表面特征：内表面光滑，外表面 呈毛茸状。呈毛茸状。 形成条件：塑性材料、速度中等、较大的形成条件：塑性材料、速度中等、较大的 0 0 、较小的、较小的f f 和和a ap p。 2)2) 节状切屑节状切屑 特征：内表面有时有裂纹，特征：内表面有时有裂纹， 外表面呈锯齿状。外表面呈锯齿状。 形成条件：中等硬度的塑性材料、速度形成条件：中等硬度的塑性材料、速度 较低、较小的较低、较小的 0 0 、较小的、较小的f f 和和a ap p。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工

12、 2021-7-29 31 3) 3) 崩碎崩碎状切屑状切屑 特征：不规则的碎块状。特征：不规则的碎块状。 形成条件：脆性材料。形成条件：脆性材料。 二、积屑瘤二、积屑瘤 在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面 上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属称为积屑瘤。称为积屑瘤。 1. 1. 积屑瘤的形成积屑瘤的形成 o M 滞留滞留 层层 1) 1) 积屑瘤的形成过程积屑瘤的形成过程 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 32 2) 2) 积屑瘤的形成条件积屑瘤的形成条件

13、 工件材料：塑性材料；工件材料：塑性材料； 切削速度：中等（切削速度：中等（1050m/min1050m/min），温度约），温度约300300； 刀具角度：刀具角度： 0 0 偏小； 偏小； 冷却条件：不加切削液。冷却条件：不加切削液。 2. 2. 积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响 有利有利 使使 0 0 增大，使切削过程变得轻快。增大，使切削过程变得轻快。 可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。 所以：粗加工时可以利用。所以：粗加工时可以利用。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 33 3. 3. 积屑瘤的抑制

14、积屑瘤的抑制 不利不利 积屑瘤不稳定，易引起振动，使积屑瘤不稳定，易引起振动，使 Ra Ra 增大。增大。 会引起会引起a ap p的变化，使加工精度降低。的变化，使加工精度降低。 所以：精加工时应尽量避免。所以：精加工时应尽量避免。 利用利用切削液切削液； 控制切削速度；控制切削速度； 加大刀具前度加大刀具前度 0 0 ； 对工件进行正火、调质处理，降低对工件进行正火、调质处理，降低 、a ak k。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 34 三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率 1. 1. 切削力切削力 1) 1) 切削力的构成切削力的构成 o M 材料的弹性

15、变形和塑性抗力；材料的弹性变形和塑性抗力； 切屑、工件表面与刀具的摩擦力。切屑、工件表面与刀具的摩擦力。 2) 2) 切削力的分解切削力的分解 刀具切削工件时作用在刀具切削工件时作用在 刀具或工件上的力。刀具或工件上的力。 将将FrFr沿速度方向、轴向和径向三个相互沿速度方向、轴向和径向三个相互 垂直的发现分解为垂直的发现分解为FzFz、FxFx、FyFy。 F F弹、塑 弹、塑 F F摩 摩1 F F摩 摩2 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 35 Fr 主切削力（切向分力）主切削力（切向分力）FzFz Fz 是是FrFr在切削速度方向上的分力。在切削速度方向上的

16、分力。 主切削力占总切削力的主切削力占总切削力的80%90%80%90%， 消耗的功率占总功率的消耗的功率占总功率的95%95%以上。以上。 是计算机床动力及主要传动零件强是计算机床动力及主要传动零件强 度和刚度的依据。度和刚度的依据。 进给抗力（轴向分力）进给抗力（轴向分力）FxFx F x 是是FrFr在进给方向上的分力。在进给方向上的分力。 消耗的功率仅占总功率的消耗的功率仅占总功率的15%15%。是设计和。是设计和 计算进给机构零件强度和刚度的依据。计算进给机构零件强度和刚度的依据。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 36 切深抗力（径向分力）切深抗力（径向

17、分力）FyFy 是是FrFr在切削深度方向上的分力。在切削深度方向上的分力。 F r Fz F x F y F FX X、 、Y Y 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 37 3) 3) 影响影响切削力的因素切削力的因素 工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，FrFr越大。越大。 切削用量：切削用量：a ap p 、f f 增大，增大， FrFr越大。越大。 刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 ， ，Fr Fr 减小；增大减小；增大krkr ，FyFy减小、减小、FzFz增大。增大。 冷却条件：加切削液，冷却条

18、件：加切削液，Fr Fr 减小。减小。 4) 4) 切削力的估算切削力的估算 生产中常用单位切削力生产中常用单位切削力p p 估算切削力的大小。估算切削力的大小。 单位切削力单位切削力切削单位面积所需要的切削力。切削单位面积所需要的切削力。单位：单位：N/MMN/MM2 2 p afpAcpFz （N N） 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 38 2. 2. 切削功率（切削功率（PmPm） vFzPm vFxvFzPm f （W） （W） 四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度 1. 1. 切削热的来源与传散切削热的来源与传散 1) 1) 切削热的来源切削热的来源

19、 a . a . 切屑变形所产生的热；切屑变形所产生的热； b . b . 切屑与前刀面之间的摩擦；切屑与前刀面之间的摩擦； c . c . 工件与后刀面之间的摩擦。工件与后刀面之间的摩擦。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 39 切屑：切屑： 介质：介质： 工件：工件： 刀具：刀具： 5080% 1% 4010% 93% 2) 2) 切削热的传散切削热的传散 2. 2. 切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素 切削温度切削温度 切削区的平均温度。切削区的平均温度。 切削区切削区 切屑、工件、刀具相接触的区域。切屑、工件、刀具相接触的区域。 金属工艺学第五篇第五篇

20、 切削加工切削加工 2021-7-29 40 影响切削温度的因素：影响切削温度的因素： 工件材料：工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好，材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好， 切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。 刀具刀具 冷却条件冷却条件：加切削液，切削温度降低。：加切削液，切削温度降低。 刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 ，切削温度降低；减小，切削温度降低；减小krkr 、krkr，切，切 削温度降低。削温度降低。 刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。 切削用量：切削用量： 、 、

21、愈大，愈大， 切削温度愈高。但切削温度愈高。但 的的 影响最大影响最大 、 次之、次之、 最小。最小。 vf p a vf p a 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 41 3. 3. 切削液切削液 在切削过程中，正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、在切削过程中，正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、 减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。 1) 1) 切削液的作用切削液的作用 a . a . 冷却作用：冷却作用： b . b . 润滑作用：润滑作用： c . c . 洗涤与排屑作用：洗涤与排屑作用：

22、 d . d . 防锈作用：防锈作用： 2) 2) 切削液的种类切削液的种类 乳化液：乳化油乳化液：乳化油+ +水；呈乳白色。应用最广泛。水；呈乳白色。应用最广泛。 切削油：矿物油；润滑作用。切削油：矿物油；润滑作用。 水溶液：水水溶液：水+ +防锈剂等；呈透明状。防锈剂等；呈透明状。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 42 3) 3) 切削液的选用切削液的选用 粗加工：粗加工：以冷却为主。以冷却为主。如水溶液、低浓度的乳化液等。如水溶液、低浓度的乳化液等。 精加工：精加工：以润滑为主。以润滑为主。高浓度的乳化液、切削油等。高浓度的乳化液、切削油等。 五、刀具磨损和

23、刀具耐用度五、刀具磨损和刀具耐用度 1. 1. 刀具磨损刀具磨损 1) 1) 刀具磨损形式刀具磨损形式 后刀面磨损：后刀面磨损： V B 这种磨损一般发生在切削脆性材料或以较小的切这种磨损一般发生在切削脆性材料或以较小的切 削厚度（削厚度（a ac c 0.5mm0.5mm） 切削塑性材料的条件下。切削塑性材料的条件下。 前后刀面同时磨损：前后刀面同时磨损：K T V B 这种磨损一般发生在以中等这种磨损一般发生在以中等 切削厚（切削厚（a ac c=0.10.5mm=0.10.5mm） 切削塑性材料的条件下。切削塑性材料的条件下。 由于多数情况下，后刀面都有磨损，它的由于多数情况下，后刀面都

24、有磨损，它的 磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对 方便，所以一般都用后刀面的磨损高度方便，所以一般都用后刀面的磨损高度VBVB来来 表示刀具的磨损程度。表示刀具的磨损程度。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 44 2) 2) 刀具的磨损过程刀具的磨损过程 V B t O A B C 初期磨损阶段初期磨损阶段 急剧磨损急剧磨损 阶段阶段 初期磨损阶段初期磨损阶段(OA) :(OA) : 磨合阶段磨合阶段 正常磨损阶段正常磨损阶段(AB) :(AB) : 急剧磨损阶段急剧磨损阶段(BC) :(BC) : 所以：应在刀具正常磨损阶

25、段后期，急剧磨损阶段之前所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前 刃磨刀具。刃磨刀具。 判断刀具钝化的方法：判断刀具钝化的方法： 观察法：观察法： 正常磨损阶段正常磨损阶段 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 45 测定（限定）刀具后刀面的磨损高度测定（限定）刀具后刀面的磨损高度VBVB： 精加工：精加工：VB = 0.10.3mmVB = 0.10.3mm 粗加工粗加工 粗车中碳钢：粗车中碳钢：VB = 0.60.8mmVB = 0.60.8mm 粗车合金钢：粗车合金钢：VB = 0.40.5mmVB = 0.40.5mm 但但VBVB的测量的测量 a.a.

26、须经验丰富；须经验丰富； b.b.影响生产率。影响生产率。 所以：在数控机车、加工中心得到广泛应用。所以：在数控机车、加工中心得到广泛应用。 规定刀具使用时间：规定刀具使用时间： 刀具耐用度。刀具耐用度。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 46 2. 2. 刀具耐用度（刀具耐用度（T T） 指刀具由开始切削到磨钝为止的指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间实际切削总时间。 刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。 如粗加工：如粗加工： 硬质合金车刀：硬质合金车刀：T = 60minT = 60min 高速钢钻头：高速钢钻头：T =

27、 60120minT = 60120min 3. 3.影响影响刀具磨损与刀具耐用度的因素刀具磨损与刀具耐用度的因素 75. 0 5 . 25 p T afv G T 切削用量：切削用量： 、 、 愈大，愈大， 刀具磨损加剧。但刀具磨损加剧。但 的的 影响最大影响最大 、 次之、次之、 最小。最小。 v v f p a f p a 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 47 工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料的工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料的 导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具耐用度。导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具耐用度。 刀具刀具 冷却条

28、件：合理使用切削液，可降低切削温度降低、减小冷却条件：合理使用切削液，可降低切削温度降低、减小 摩擦，提高刀具耐用度。摩擦，提高刀具耐用度。 a.a. 刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 、 0 0，可减小切屑变形、减，可减小切屑变形、减 小摩擦，从而减小刀具磨损，提高刀具耐用度。小摩擦，从而减小刀具磨损，提高刀具耐用度。 b.b.刀具材料：耐磨性、耐热性愈好，刀具耐用度愈高。刀具材料：耐磨性、耐热性愈好，刀具耐用度愈高。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 48 第四节第四节 材料的切削加工性材料的切削加工性 60 v T v T v 材料的切削加工性是指材料被

29、切削加工的难易程度。材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。 一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标 2. 2.相对加工性相对加工性 kr 1. 1.一定一定刀具耐用度下的切削速度刀具耐用度下的切削速度 当刀具的耐用度为当刀具的耐用度为T T时，切削某种材料所允许的切削速度。时，切削某种材料所允许的切削速度。 材料的切削加工性越好。材料的切削加工性越好。 T v 若若T = 60minT = 60min，则，则 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 49 若把若把4545钢的钢的 作为基准，写为作为基准，写为 60 v 60 v 各种材料各种材料

30、与与4545钢（正火态）钢（正火态）之比值。之比值。 60 v j v )( 60 j r v v k )( 60 60 1 r k 1 r k 材料具有良好的切削加工性。材料具有良好的切削加工性。 材料的切削加工性较差。材料的切削加工性较差。 常用材料的切削加工性分为八级常用材料的切削加工性分为八级 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 50 3. 3.已加工表面质量已加工表面质量 5.切削力切削力 4.切屑的控制或断屑的难易切屑的控制或断屑的难易 凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好；凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好； 反之则较差。精加工

31、时，常以此为衡量指标。反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。 凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好； 反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡 量指标。量指标。 在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削 加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机床刚加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机床刚 性或动力不足时，常以此为衡量指标。性或动力不足时，常以此为衡量指标。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29

32、 51 二、影响材料切削加工性的因素二、影响材料切削加工性的因素 1. 1.物理性能物理性能 2.材料的力学性能材料的力学性能 材料的导热性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈材料的导热性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈 高，材料的切削加工性愈好。高，材料的切削加工性愈好。 材料的强度、硬度愈高，切削力愈大，切削温度愈高，材料的强度、硬度愈高，切削力愈大，切削温度愈高， 刀具磨损加剧，刀具磨损加剧， 切削加工性愈差。切削加工性愈差。 材料的塑性、韧性愈高，切削时切屑的变形加大，摩擦材料的塑性、韧性愈高，切削时切屑的变形加大，摩擦 力提高，切削力愈大，切削温度愈高，刀具磨损加力提高，切削力愈大，

33、切削温度愈高，刀具磨损加 剧，剧， 切削加工性愈差。切削加工性愈差。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 52 三、三、改善材料切削加工性的途径改善材料切削加工性的途径 1. 1.调整材料的化学成分调整材料的化学成分 2.热处理热处理 在钢中加入在钢中加入 S S、PbPb 等元素，可有效的改善材料的切削等元素，可有效的改善材料的切削 加工性。加工性。“易切削钢易切削钢”。 高碳钢高碳钢 退火退火 低碳钢低碳钢 正火正火 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 53 第二章第二章 金属切削机床的基础知识金属切削机床的基础知识 第一节第一节 切削机

34、床的类型和基本构造切削机床的类型和基本构造 类型类型 车（车（C C）床、钻（）床、钻（Z Z）床、镗（）床、镗（T T）床、磨（）床、磨（M M）床、铣（）床、铣（X X）床、）床、 刨（刨（B B）插床、拉（）插床、拉（L L）床、螺纹（）床、螺纹（S S）加工机床、齿轮（）加工机床、齿轮（Y Y）加工）加工 机床、锯（机床、锯（G G）床、其他（）床、其他（Q Q）机床及特种加工机床。）机床及特种加工机床。 仪表机床、中小机床、大型机床（仪表机床、中小机床、大型机床（101030t30t）、重型机床）、重型机床 （3030100t100t）和超重型机床（）和超重型机床（100t100t）

35、。）。 机床的种类很多，可以有不同的分类方法；机床的种类很多，可以有不同的分类方法； 1.1.可分为：可分为： 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 54 二、机床型号二、机床型号 例例:CA6140B MG1432A 三、三、 机床主要组成部分：机床主要组成部分： 主传动部主传动部件件、进给传动、进给传动部部件、工件安装件、工件安装装置装置、刀具、刀具安装安装 装置、支承件和装置、支承件和动力源动力源。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 55 第二节第二节 机床的传动机床的传动 一、机床上常用的传动副及传动关系一、机床上常用的传动副及传动关

36、系 1.1.皮带传动皮带传动 如忽略胶带与带轮之间的相对滑动，则如忽略胶带与带轮之间的相对滑动，则 两带轮边缘各点的线速度是一样的，即：两带轮边缘各点的线速度是一样的，即：v v 线线 = n1pd1 = n2pd2 n2/ n1 = d1/ = n1pd1 = n2pd2 n2/ n1 = d1/ d2 d2 ； n2 = n1d1/ d2 n2 = n1d1/ d2 ； d1/ d2 = d1/ d2 = i i称为传动比。称为传动比。 如考虑相对滑动，则如考虑相对滑动，则 i = d1/ i = d1/ d2(d2(为相对滑动系数为相对滑动系数) )。 特点：特点：结构简单，制造维修方便

37、，能进结构简单，制造维修方便，能进 行较远距离传送，传动平稳，过载打滑不损行较远距离传送，传动平稳，过载打滑不损 坏电机和零件。但传动不准确，传动效率低，坏电机和零件。但传动不准确，传动效率低， 传动比较小。传动比较小。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 56 2.2.齿轮传动齿轮传动 在相同的时间内，两齿轮转过在相同的时间内，两齿轮转过 的齿数是相等的。的齿数是相等的。 故：故：n1Z1 = n2Z2 n1Z1 = n2Z2 ； n2 = n1Z1/ Z2 n2 = n1Z1/ Z2 ； i = Z1/ Z2 i = Z1/ Z2 特点：机构紧凑，传动准确，特点：

38、机构紧凑，传动准确， 传递的圆周力大，效率高，但制传递的圆周力大，效率高，但制 造复杂，加工精度不高时，传动造复杂，加工精度不高时，传动 不平稳，噪音较大。不平稳，噪音较大。 从动轮齿数乘积 主动轮齿数乘积 主动轮（轴）转速 从动轮（轴）转速 i 主动轮 从动轮 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 57 3.3.蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆主动，蜗轮从动，反之则不蜗杆主动，蜗轮从动，反之则不 行。如蜗杆头数为行。如蜗杆头数为1 1，则蜗杆转一圈，则蜗杆转一圈， 蜗轮转过一个齿。如头数为蜗轮转过一个齿。如头数为k k，齿数为，齿数为 Z Z，就如同，就如同k k个齿的齿轮与个

39、齿的齿轮与Z Z个齿的蜗轮个齿的蜗轮 啮合，啮合，n n1 1k = nk = n2 2Z Z ； n n2 2 = n = n1 1k/Z k/Z i = k/Zi = k/Z降速利害。降速利害。 涡轮蜗杆传动 特点：结构紧凑，特点：结构紧凑， 传动平稳，降速传动平稳，降速 比大，但传动效比大，但传动效 率低。率低。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 58 4.4.齿轮齿条传动齿轮齿条传动 可实现旋转运动和直线运动的互换，齿条主动则齿轮为可实现旋转运动和直线运动的互换，齿条主动则齿轮为 旋转运动，齿轮主动则齿条作直线运动旋转运动，齿轮主动则齿条作直线运动 齿条移动

40、速度：齿条移动速度： 6060 vv pznmzn v 齿条 nv-与齿条啮合的齿轮的转速与齿条啮合的齿轮的转速, r/min ; m-齿条、齿轮模数，齿条、齿轮模数，mm ; z-齿轮齿数齿轮齿数 p-齿条齿距齿条齿距,mm。 (mm/s) 特点：传动精度低，特点：传动精度低， 但传动效率高。但传动效率高。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 59 5.5.丝杆螺母传动丝杆螺母传动 可将旋转运动转变为直线运动。一般丝杠主动，螺母从动。可将旋转运动转变为直线运动。一般丝杠主动，螺母从动。 特点：传动精度高，特点：传动精度高， 传动效率低。传动效率低。 螺母移动速度：螺

41、母移动速度： 60 P v n v螺母 nv-丝杠转速丝杠转速, r/min ; p-单头螺杆螺距单头螺杆螺距,mm。 (mm/s) 丝杠螺母传动 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 60 二、传动链及传动比二、传动链及传动比 传动链：传动链：把多个传动副连在一起的传动系把多个传动副连在一起的传动系 统称为传动链。统称为传动链。 如图所示的传动链，其结构式为：如图所示的传动链，其结构式为： d1/d2 d1/d2 Z1/Z2 Z1/Z2 Z3/Z4 Z3/Z4 Z5/Z6 Z5/Z6 k/Z7 k/Z7 其中：其中：i i1 1= d1/d2 = d1/d2 ； i

42、i2 2= Z1/Z2 = Z1/Z2 ；i i3 3= = Z3/Z4 Z3/Z4 ； i i4 4= Z5/Z6 = Z5/Z6 ；i i5 5= k/Z7= k/Z7 如果知道如果知道轴的转速为轴的转速为n1n1，则其它轴的转，则其它轴的转 速均可方便地求得。速均可方便地求得。 如如轴的轴的n3=n1n3=n1d1/d2d1/d2Z1/Z2= Z1/Z2= n1n1i i1 1i i2 2 传动比：传动比：i i总 总= i = i1 1i i2 2i i3 3i i4 4i i5 5 传动系统中总的传动比等于各传动副传传动系统中总的传动比等于各传动副传 动比的乘机。动比的乘机。 金属工

43、艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 61 三、三、 机床的变速机构机床的变速机构 1、滑动齿轮变速机构、滑动齿轮变速机构 图示变速机构的图示变速机构的轴可轴可 得到三种转速。得到三种转速。 其传动比为：其传动比为：i1 =Z1/Z2； i2 = Z3/Z4；i3 = Z5/Z6 其传动链为：其传动链为： Z1/Z2 Z3/Z4 Z5/Z6 Z5 Z3 Z1 Z6 Z4 Z2 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 62 2、离合器式、离合器式 齿轮变速机构齿轮变速机构 图示变速机构可得到两种转速。图示变速机构可得到两种转速。 其传动比为：其传动比为：i

44、1 =Z1/Z2；i2 = Z3/Z4； 其传动链为：其传动链为： Z1/Z2 Z3/Z4 M Z4 Z2 Z3 Z1 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 63 四、四、卧式车床传动系统卧式车床传动系统 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 64 1、主运动分析、主运动分析 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 65 主运动传动系统主运动传动系统 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 66 （1 1）主运动传动路线表达式：）主运动传动路线表达式： = 电动机 33/22 19/34 34/32 2

45、2/45 28/39 176/200 M1右移 M1左移 27/27 27/63 17/58 主轴 (1440r/min) 144033/2234/32176/20027/270.98 =1980(r/min) n主min= 144019/3422/45176/20027/6317/580.98= n主max （2 2）主轴转速的计算：）主轴转速的计算： 43(r/min) 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 67 2、进给运动传动系统、进给运动传动系统 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 68 进给运动传动系统进给运动传动系统 金属工艺学第

46、五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 69 主轴主轴 （光杆）（光杆） 55 35 35 55 55 55 58 29 4 3 2 1 Z Z Z Z 36 27 24 21 52 26 48 30 24 27 52 26 52 26 52 26 39 39 26 52 52 26 26 52 39 39 39 39 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 70 45 2 横向进给横向进给丝杆 纵向进给齿条小齿轮 右 左 P )4（ 13 47 47 38 M 2)/14(m 55 25 M 60 24 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-

47、29 71 24 60 24 24 6060 1 2 24 60 24 24 6060 1 2 24 60 24 24 6060 1 2 2 1 24 2424 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 72 (M1开、开、M2开）开）24/6024/6024/60 (M1开、开、M2合）合）24/60 (M1合、合、M2开）开）24/60 (M1合、合、M2合）合）60/24 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 73 第三章第三章 常用切削加工方法综述常用切削加工方法综述 车削车削 用车刀在车床上加工工件的工艺过程。用车刀在车床上加工工件的工艺过

48、程。 加工精度：加工精度：IT8IT7IT8IT7，表面粗糙度：，表面粗糙度：Ra=1.66.3umRa=1.66.3um 主运动主运动 工件的旋转运动。工件的旋转运动。 进给运动进给运动 刀具的直线运动。刀具的直线运动。 所以：车削加工适宜各种回转体表面的加工。所以：车削加工适宜各种回转体表面的加工。 第一节第一节 车削的工艺特点及其应用车削的工艺特点及其应用 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 74 普通车床普通车床 适于各种中、小适于各种中、小 型轴、盘、套类零件的单件、型轴、盘、套类零件的单件、 小批量生产。小批量生产。 转塔式六角车床转塔式六角车床 适于加工

49、适于加工 零件尺寸较小、形状较复杂的零件尺寸较小、形状较复杂的 中、小型轴、盘、套类零件。中、小型轴、盘、套类零件。 立式车床立式车床 适于直径较大、适于直径较大、 长度较短的重型零件。长度较短的重型零件。 （L/D=0.30.8L/D=0.30.8） 数控车床数控车床 适于多品种、适于多品种、 小批量生产复杂形状的零件。小批量生产复杂形状的零件。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 75 一、工件装夹的方法一、工件装夹的方法 1. 1.卡盘装夹卡盘装夹 适用于适用于L/D L/D 4 4的工件。的工件。 2.顶尖装夹顶尖装夹 适用于适用于L/D L/D = 410=

50、 410的工件。的工件。 3.心轴装夹心轴装夹 适用于盘、套类零件的精加工适用于盘、套类零件的精加工。 4.其它附件其它附件 跟刀架、中心架、花盘等。跟刀架、中心架、花盘等。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 76 p a f v 1. 1.车车外圆面外圆面 2. 2.车内园面车内园面（车床上镗孔）（车床上镗孔） 3. 3.车端面、切槽、切断车端面、切槽、切断 粗车：粗车： 精车：精车： v f p a 实体零件：实体零件：钻孔钻孔 车（镗）车（镗） 扩、铰扩、铰 已铸出、锻出孔：已铸出、锻出孔： 镗孔镗孔 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-2

51、9 77 4. 4.车锥面车锥面 Dd l 1) 1) 转动小刀架法转动小刀架法 2) 2) 成形刀法成形刀法 3) 3) 偏移尾架法偏移尾架法 4) 4) 靠模尺法靠模尺法 可加工内外圆锥面，且不受可加工内外圆锥面，且不受 工件锥角大小的限制。工件锥角大小的限制。 适于加工锥面较短的内外圆锥面，适于加工锥面较短的内外圆锥面， 且不受工件锥角大小的限制。且不受工件锥角大小的限制。 可加工较长的锥面，但不能加可加工较长的锥面，但不能加 工锥孔及锥角较大的锥面。工锥孔及锥角较大的锥面。 0 8 适用于大批量生产，可加工内外锥面。适用于大批量生产，可加工内外锥面。 0 12 金属工艺学第五篇第五篇

52、切削加工切削加工 2021-7-29 78 5.5.车成形面车成形面 1) 1) 双手控制法双手控制法 2) 2) 成形刀法成形刀法 3) 3) 靠模尺法靠模尺法( (轨迹法）轨迹法） 6.6.车螺纹车螺纹 7. 7. 滚花滚花 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 79 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 80 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 81 1. 1. 易于保证各表面的位置精度。易于保证各表面的位置精度。 2. 2. 加工过程平稳。加工过程平稳。 3. 3. 适合有色零件的精加工。适合有色零件的精加工。

53、钢铁：粗车钢铁：粗车 半精车半精车 精车精车 磨削磨削 有色金属：粗车有色金属：粗车 半精车半精车 精车精车 精细车精细车 4. 4. 刀具简单。刀具简单。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 82 第二节第二节 钻、扩、铰、镗削加工钻、扩、铰、镗削加工 一、钻削加工一、钻削加工 钻削加工钻削加工 用钻头在实体零件上加工孔的方法。用钻头在实体零件上加工孔的方法。 加工精度：加工精度：IT13IT11IT13IT11，表面粗糙度：，表面粗糙度：Ra=2512.5umRa=2512.5um 刀具刀具 钻头；钻头；设备设备 钻床（车床、镗床、铣床）钻床（车床、镗床、铣床）

54、钻床钻床 台式钻床台式钻床 立式钻床立式钻床 摇臂钻床摇臂钻床 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 83 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 84 进给量进给量 ： 1. 1. 钻头钻头 柄部（尾部）柄部（尾部） 夹持夹持 颈部颈部 连接（过渡）作用连接（过渡）作用 工作部分工作部分 导向部分导向部分 导向作用导向作用 切削部分切削部分 担负主要的切削工作担负主要的切削工作 2. 钻削用量钻削用量 钻削深度钻削深度 ： p a 2 w p d a f 钻削速度钻削速度 ： v 601000 nd v w （m/sm/s） L 柄部柄部 工作部

55、分工作部分 颈颈 部部 导向部导向部 分分 切削部分切削部分 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 85 3. 3. 钻削工艺特点钻削工艺特点 1) 1) 钻孔时钻头易产生钻孔时钻头易产生“引偏引偏” “引偏引偏”方式方式 轴线引偏轴线引偏 刀具旋转刀具旋转 钻床上钻孔钻床上钻孔 孔径扩大孔径扩大 工件旋转工件旋转 车床上钻孔车床上钻孔 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 86 “引偏引偏”原因原因 横刃的存在横刃的存在 钻头的刚性和导向性差钻头的刚性和导向性差 防止防止“引偏引偏”的措施：的措施： 预钻锥形定心坑；预钻锥形定心坑； 采用钻套导

56、向钻孔；采用钻套导向钻孔； 刃磨时，应尽量使两个主刀刃对称一致。刃磨时，应尽量使两个主刀刃对称一致。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 87 2) 2) 排屑困难排屑困难 3) 3) 散热条件差散热条件差 使工件表面质量降低；使工件表面质量降低； 卡死、甚至折断钻头。卡死、甚至折断钻头。 钻削产生的热量大部分钻削产生的热量大部分 集中在工件和钻头中，集中在工件和钻头中， 而且不易传散出去。使而且不易传散出去。使 刀具磨损加剧。刀具磨损加剧。 4. 4. 钻削的应用钻削的应用 钻孔主要用于粗加工。如螺钉孔、油孔、内螺纹底孔等。钻孔主要用于粗加工。如螺钉孔、油孔、内螺纹

57、底孔等。 单件、小批生产中、小型工件上的单件、小批生产中、小型工件上的小孔（小孔（DD13mm13mm），）， 常用台式钻床加工。常用台式钻床加工。 中、小型工件上中、小型工件上较大的孔（较大的孔（D50mmD50mm），），常用立式钻床加工。常用立式钻床加工。 大型工件上的孔大型工件上的孔，则采用摇臂钻床加工。，则采用摇臂钻床加工。 回转体工件上的孔回转体工件上的孔，多在车床上加工。，多在车床上加工。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 88 二、扩孔和铰孔二、扩孔和铰孔 1. 1. 扩孔扩孔 2. 2. 铰孔铰孔 用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工。用扩孔钻对工

58、件上已有的孔进行扩大加工。 2 wm p dd a 加工精度：加工精度：IT10IT9IT10IT9，表面粗糙度：，表面粗糙度：Ra=3.21.6umRa=3.21.6um 用绞刀对工件上已有的孔进行精加工。用绞刀对工件上已有的孔进行精加工。 加工精度：加工精度：IT9IT7IT9IT7，表面粗糙度：，表面粗糙度：Ra=1.60.4umRa=1.60.4um 钻钻扩扩铰铰 是非常典型的工艺。是非常典型的工艺。 钻、扩、铰只能保证孔本身的精度，不易钻、扩、铰只能保证孔本身的精度，不易 保证孔与孔之间的尺寸精度和位置精度。保证孔与孔之间的尺寸精度和位置精度。 w d m d 金属工艺学第五篇第五篇

59、 切削加工切削加工 2021-7-29 89 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 90 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 91 三、镗削加工三、镗削加工 用镗刀对已有的孔进行再加工。用镗刀对已有的孔进行再加工。 一般镗孔一般镗孔加工精度：加工精度：IT8IT7IT8IT7，表面粗糙度：，表面粗糙度：Ra=1.60.8umRa=1.60.8um 精细镗精细镗加工精度：加工精度：IT7IT6IT7IT6，表面粗糙度：，表面粗糙度：Ra=0.80.2umRa=0.80.2um 回转体零件上的孔回转体零件上的孔在车床上加工；在车床上加工； 箱体类零

60、件上的孔或孔系箱体类零件上的孔或孔系在镗床上加工。在镗床上加工。 在镗床上除可加工孔或孔系外，还可加工平面、沟槽、在镗床上除可加工孔或孔系外，还可加工平面、沟槽、 钻、扩铰孔等。钻、扩铰孔等。 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 92 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 93 金属工艺学第五篇第五篇 切削加工切削加工 2021-7-29 94 第三节第三节 刨、拉削加工刨、拉削加工 一、刨削加工一、刨削加工 刨削是平面加工的主要方法之一。刨削是平面加工的主要方法之一。 加工精度：加工精度：IT8IT7IT8IT7，表面粗糙度：，表面粗糙度：R