机械工艺基础08第四章12

1、陈永洁陈永洁（47章）章）机械学院机械学院手机手机话：电话：87542526E-mail:计划 第四章(材料切削加工基础 ） 7学时 第七章（机械加工工艺规程） 6学时 第五章（典型表面的加工）、第六章（特种加工）和总复习 5学时第四章第四章 材料切削加工基础材料切削加工基础第一节第一节、金属切削加工概述、金属切削加工概述第二节第二节、金属切削加工的基础理论、金属切削加工的基础理论第三节、切削加工的技术经济评价第三节、切削加工的技术经济评价第一节、（金属切削加工）概述第一节、（金属切削加工）概述提要：提要：l金属切削加工的特点及应用金属切削加工的特点及应用l零件的加工

2、精度和表面粗糙度零件的加工精度和表面粗糙度l切削用量及其选用（切削用量及其选用（基本概念、切削用量三要素基本概念、切削用量三要素）l切削刀具（切削刀具（类型、材料、几何参数）类型、材料、几何参数）4.1.1 金属切削加工的特点及应用金属切削加工的特点及应用 在现代机械制造工业中，加工机器零件的在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切削方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切削加工和各种特种加工等。其中加工和各种特种加工等。其中金属切削加金属切削加工是利用工是利用切削刀具切削刀具与工件的相对运动，从与工件的相对运动，从工件（毛坯）上工件（毛坯）上切去多余的金属层切去多余的

3、金属层，从而，从而获得符合一定质量要求的零件的加工过程获得符合一定质量要求的零件的加工过程。金属切削加工可分为钳工和机械加工（简金属切削加工可分为钳工和机械加工（简称机工）两大类。称机工）两大类。切削加工在机器制造中所担负的工作量，约切削加工在机器制造中所担负的工作量，约 占机器制造总工作量的占机器制造总工作量的40%60%40%60%。发展方向：发展方向：1 1，精密，精密精密、超精密加工精密、超精密加工2 2，高效，高效高速、超高速加工高速、超高速加工3 3，自动化和智能化，自动化和智能化 数控技术、人工智数控技术、人工智 能、能、FMSFMS、CIMSCIMS等等等等 4.1.2 零件的

4、加工精度和表面粗糙度零件的加工精度和表面粗糙度加工精度的概念：加工精度的概念： 加工精度是指工件加工后，尺寸、形状和位置等加工精度是指工件加工后，尺寸、形状和位置等参数的实际数值同它们绝对准确的理论数值之间参数的实际数值同它们绝对准确的理论数值之间相符合的程度相符合的程度。 相符合的程度越高，也就是说加工误差越小，相符合的程度越高，也就是说加工误差越小，加工精度越高。加工精度越高。加工精度主要包括加工精度主要包括尺寸精度尺寸精度、形形状精度状精度、位置精度位置精度表4-2 公差等级使用范围公差等级应 用加 工 方 法IT01IT1块规研磨IT1IT7量规研磨、珩磨、精磨IT5IT13一般配合尺

5、寸磨、拉、车、镗、铣、钻孔、铰孔、粉末冶金IT2IT5特别精密零件的配合研磨、珩磨、精磨、精车、精镗、拉IT12IT18用于非配合尺寸冲压、铸造、锻造IT8IT14原材料公差粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔表4-3 形状公差名称符号含义简介直线度零件被测要素直线（如轴线、平面交线等）与理想直线的符合程度平面度零件被测要素平面表面的凹凸不平程度园度回转体零件的横剖面上的实际轮廓与理想园形的符合程度园柱度园柱轮廓表面的实际形状与理想园柱相差的程度线轮廓度零件上被测的实际轮廓线与理想轮廓线相差的程度面轮廓度零件上被测的实际轮廓面与理想轮廓面相差的程度表4-4 位置公差类别名称符号含义简介定向平行度零件上

6、被测要素（面或直线）与基准要素平行的程度垂直度零件上被测要素（面或直线）与基准要素垂直的程度倾斜度零件上被测要素（面或直线）与基准要素有一定的倾斜，实际倾斜的程度与理想倾斜的程度的差值定位同轴度被测回转面的轴线与基准轴线相重合的程度对称度被测要素（平面、轴线、直线）相对于基准要素对称的程度位置度被测要素（点、线、面）的实际位置与理想位置偏离的程度跳动园跳动被测的回转表面相对于以基准轴线为轴线的理论回转面的偏离程度。根据测量方向的不同，有端面、径向、斜向园跳动全跳动含义与园跳动相似，不同的是反映整个表面的跳动。有端面、径向两种粗糙度粗糙度 加工表面微观的凹凸不平的程度 常用的评定参数： 1，轮廓

7、算术平均偏差Ra在取样长度内，轮廓偏距绝对值的算术平均值 2，微观不平度10点高度Rz在取样长度内，5个最大的轮廓峰高的算术平均值和5个最大的轮廓谷深的算术平均值之和图4-1 轮廓算术平均偏差图4-2 微观不平度十点高度Rayxxyp1yp2yp3yp4yp5yv5yv4yv3yv2yv1ladxxylR0| )(|1 或近似地 niiaynR1|1)(515151iivipizyyR表4-5 表面粗糙度选用举例加工方法表面粗糙度参数(Ra/m)表面状况应用举例粗车、镗、刨、钻100明显可见的刀痕如粗车、粗刨、切断等粗加工后的表面25.5粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻也壁等粗车、铣、刨、钻

8、12.5可见刀痕一般非结合表面，如轴的端面、倒角等车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿6.3可见加工痕迹不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面。紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面等。车、镗、刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿、刮12点/23.2微见加工刀痕与其它零件连接，但不形成配合的表面。如箱体、外壳等的端面。车、镗、刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿、刮12点/21.6看不清加工刀痕安装直径超过80的G级轴承的外壳孔、普通精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面。车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮310点/20.8可辨加工痕迹的方向要求保证定心及配合特性的表面。如锥销与园柱销的表面，磨削的轮齿

9、表面、中速转动的轴颈等。铰、磨、镗、拉、滚压、刮310点/20.4微辨加工痕迹的方向要求长期保持配合性质稳定的配合表面。如IT7级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表面等。布轮磨、磨、研磨、超级加工0.2不可辨加工痕迹的方向工作时受变应力作用的重要零件的表面。保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面。布轮磨、磨、研磨、超级加工0.2不可辨加工痕迹的方向工作时受变应力作用的重要零件的表面。保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面。超级加工0.1暗光泽面工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面。保证精确定心的锥体表面等0.05亮光泽面保证高度气密性

10、接合的表面。如活塞、柱塞和汽缸内表面等0.025镜状光泽面高压柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面等精密表面0.012雾状光泽面仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过100的块规工作面0.008镜面块规的工作表面，高精度测量仪器的测量面及其磨擦机构的支承表面4.1.3 切削用量及其选用切削用量及其选用4.1.3.1 4.1.3.1 几个术语几个术语 切削运动切削运动刀具与工件之间的相对运动，即为刀具与工件之间的相对运动，即为切削运动切削运动 主运动主运动主运动是切下切屑所需要的最基本主运动是切下切屑所需要的最基本的运动，其特点是速度高、消耗功率大的运动，其特点是速度高、消耗功率大 进给运动进给运动是使金

11、属层不断投入切削，从而是使金属层不断投入切削，从而获得所需几何特性的已加工表面的运动。其特点获得所需几何特性的已加工表面的运动。其特点是速度较低、消耗功率小是速度较低、消耗功率小 举例说明举例说明车削、铣削、刨削、钻削车削、铣削、刨削、钻削4.1.3.2 切削要素（切削用量三要素）切削要素（切削用量三要素）图4-4 车削时的切削要素待加工表面加工表面已加工表面apraphDbD几个术语：几个术语：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切削速度，进给量，背吃刀量切削速度，进给量，背吃刀量 称为称为切削用量三要素切削用量三要素，其数值的大小反映了切削运动的快慢和刀具切入其数值的大

12、小反映了切削运动的快慢和刀具切入工件的深浅工件的深浅，它们对切削过程的影响很大。它们对切削过程的影响很大。它们的定义和计算方法如下：它们的定义和计算方法如下：1，切削速度切削速度v vc c切削刃上选定点相对于工件主运动切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，单位为的瞬时速度，单位为m/sm/s（m/min)m/min)。 若主运动为旋转运动（车、铣等等），切削速度若主运动为旋转运动（车、铣等等），切削速度一般为其最大线速度。计算公式为（见黑板）：一般为其最大线速度。计算公式为（见黑板）：2 2、进给量进给量f f 工件或刀具运动的一个循环（或单工件或刀具运动的一个循环（或单位时间）内，刀具

13、在进给方向上相对工件的位移位时间）内，刀具在进给方向上相对工件的位移量。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表量。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。常用单位是述和度量。常用单位是mm/rmm/r或或mm/str.mm/str.举例：举例：车、铣、刨车、铣、刨3 3、背吃刀量背吃刀量已加工表面和待加工表面之间的垂已加工表面和待加工表面之间的垂直直距离距离关于切削层参数关于切削层参数 切削厚度切削厚度h hD D 刀具或工件每移动一个进给量的刀具或工件每移动一个进给量的距离后，刀具切削刃相邻两个位置间的垂直距离，距离后，刀具切削刃相邻两个位置间的垂直距离，单位为单位为 切削宽度切削宽

14、度b bD D 沿主切削刃所量得的待加工表面沿主切削刃所量得的待加工表面与已加工表面间的距离，即切削刃与工件接触的与已加工表面间的距离，即切削刃与工件接触的长度，单位为长度，单位为。 切削面积切削面积A AD D 垂直于主运动方向上切削层的截垂直于主运动方向上切削层的截面面积，即背吃刀量和进给量的乘积，或切削宽面面积，即背吃刀量和进给量的乘积，或切削宽度与切削厚度的乘积度与切削厚度的乘积 4.1.3.3 4.1.3.3 切削用量的选择原则切削用量的选择原则 粗加工时的选择原则：粗加工时的选择原则： （补充讲一点三因素公式）（补充讲一点三因素公式）1，首先选尽可能大的背吃刀量，首先选尽可能大的背

15、吃刀量2，其次选尽可能大的进给量，其次选尽可能大的进给量3，计算切削速度，计算切削速度4.1.4 切削刀具切削刀具4.1.4.1 刀具的分类（刀具的分类（139）按用途分：车刀、铣刀、刨刀、拉刀等等按用途分：车刀、铣刀、刨刀、拉刀等等按材料分：硬质合金、高速钢和陶瓷等等按材料分：硬质合金、高速钢和陶瓷等等按结构分：焊接式刀具和机夹式刀具等等按结构分：焊接式刀具和机夹式刀具等等按用途分按用途分各种车刀按用途分按用途分各种铣刀按用途分按用途分钻头按用途分按用途分拉刀按用途分按用途分铰刀按用途分按用途分齿轮刀具（滚刀）按用途分按用途分齿轮刀具（剃齿刀）按结构分按结构分机夹可转位刀具按结构分按结构分焊

16、接式车刀4.1.4.2 4.1.4.2 刀具材料（刀具材料（p139p139） 1 1，刀具材料应该具备的基本性能，刀具材料应该具备的基本性能 硬度硬度必须大于工件材料的硬度，以便刀具能切入必须大于工件材料的硬度，以便刀具能切入工件。常温下，刀具材料的硬度一般要求在工件。常温下，刀具材料的硬度一般要求在60HRC60HRC以上以上 足够的足够的强度和韧度强度和韧度，以便承受切削力和切削时的，以便承受切削力和切削时的冲击。冲击。 高的高的耐磨性耐磨性，使刀具有足够长的寿命，以满足加，使刀具有足够长的寿命，以满足加工的需要。工的需要。 高的高的耐热性耐热性。在高温下刀具仍有足够的硬度和耐。在高温下

17、刀具仍有足够的硬度和耐磨性，以保持切削的连续进行磨性，以保持切削的连续进行 2，常用的刀具材料常用的刀具材料 碳素工具钢，合金工具钢，碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金高速钢，硬质合金表4-6 刀具材料主要性能表种类硬度承受最高温度（）抗弯强度MN/工艺性能用途碳素工具钢6066HRC(81.584.5HRA)20025002800可冷热加工成形，刃刃性能好，需热处理用于手动工具，如锯条、锉刀等合金工具钢6066HRC(81.584.5HRA)25030025002800同上用于低速、成形刀具，如丝锥、板牙等高速工具钢6370HRC(8387HRA)55060025004500同上，但钡

18、类差用于钻头、铣刀、车刀等硬质合金8994HRA800100010002500压制烧结后使用，不能冷热加工，多镶片使用用于车刀刀头、铣刀等陶瓷材料94HRA9001200500700同上车刀刀头，适于连续刀削立方氮化硼80009000H制烧结而成，可用金刚石砂轮磨削硬度、强度极高的材料精加工，在空气中10001100极保持稳定金刚石10000HV700800300用天然金刚石刃磨极因难有色金属的高精度、高光洁度切削高速钢和硬质合金高速钢和硬质合金1 1）高速钢（白钢）高速钢（白钢 锋钢？）锋钢？） 类型：类型：按制造工艺：粉末冶金高速钢、冶炼高速钢按制造工艺：粉末冶金

19、高速钢、冶炼高速钢按性能：普通高速钢按性能：普通高速钢 、 高性能高速钢高性能高速钢按成分：钨系按成分：钨系 （典型牌号（典型牌号 W18CW18Cr r4V4V） 钼系钼系 （典型牌号（典型牌号 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2） 性能特点：性能特点：优点：强度和韧性好，工艺性和经济性好优点：强度和韧性好，工艺性和经济性好缺点：硬度、耐磨性及耐热性差缺点：硬度、耐磨性及耐热性差用途广泛用途广泛，可以加工各种金属和非金属材料，可以加工各种金属和非金属材料可以用于制造各种成型刀具，如各种螺纹刀具，各可以用于制造各种成型刀具，如各种螺纹刀具，各种齿轮刀具，各种铣刀、钻头和拉刀等等。种齿轮刀

20、具，各种铣刀、钻头和拉刀等等。能耐能耐600度以下高温，速度范围小于度以下高温，速度范围小于30m/min2) 硬质合金硬质合金性能特点：性能特点：优点：硬度、耐磨性及耐热性好优点：硬度、耐磨性及耐热性好缺点：强度和韧性差，工艺性和经济性差缺点：强度和韧性差，工艺性和经济性差组织结构：硬质相（组织结构：硬质相（WC,TiC,TaC,NbC)粘接相粘接相 (Co,Mo,Ni)类型和牌号：（我国原来按组织和成份）类型和牌号：（我国原来按组织和成份）YG,YT和和YW类类 YGYG铸铁，有色金属，非金属材料铸铁，有色金属，非金属材料 YG3,YG6,YG8YG3,YG6,YG8 YTYT钢钢 YT5

21、,YT15,YT30YT5,YT15,YT30 YW-YW-难加工材料，不锈钢等等难加工材料，不锈钢等等 YW1,YW2YW1,YW2国际标准化组织国际标准化组织ISOISO的分类方法：的分类方法：按用途分：按用途分：P P加工长切屑的黑色金属加工长切屑的黑色金属K K加工短切屑的黑色金属，有色金属和非金属材料加工短切屑的黑色金属，有色金属和非金属材料M-M-难加工材料（不绣钢，高温合金等等）难加工材料（不绣钢，高温合金等等） 近几年又细分近几年又细分P（钢）（钢）K-K,K-H（淬硬材料）（淬硬材料）,K-N（鋁鋁和非金属）和非金属）M-M（不锈钢）（不锈钢）,M-S（高温合金和钛合金）（高

22、温合金和钛合金）即分为即分为6类：类：P、M、K、S、H和和N硬质合金著名制造商硬质合金著名制造商 株洲硬质合金厂（株洲硬质合金集团公司）株洲硬质合金厂（株洲硬质合金集团公司） 自贡硬质合金厂（自贡硬质合金有限公司）自贡硬质合金厂（自贡硬质合金有限公司） 厦门金鹭特种合金有限公司厦门金鹭特种合金有限公司 崇义章源钨制品有限公司崇义章源钨制品有限公司 Sandvik（瑞典）瑞典） Kennametal（美国）（美国） Iscar（以色列）（以色列） 东芝东芝 住友住友 三菱三菱4.1.4.34.1.4.3刀具的几何形状及参数刀具的几何形状及参数问题的简化：问题的简化： 刀具的种类很多，用途不同结

23、构各异，但是，它们有共同的特点，其刀具的切削部分可以简化成车刀（见下图）。因此，我们后面讲述刀具的几何参数时，是以平刀面、直线刃的外圆车刀为例，其它的刀具类推不同的刀具的切削部分可以简化成一把车刀不同的刀具的切削部分可以简化成一把车刀图4-5 刀具的切削部分1 1，车刀的组成（刀具切削部分几何要素），车刀的组成（刀具切削部分几何要素）刀杆前刀面副切削刃刀尖副后刀面主后刀面主切削刃图4-6 外园车刀2、车刀切削部分的几何参数（刀具角、车刀切削部分的几何参数（刀具角度）度）l角度的作用角度的作用1 1）描述刀具的形状）描述刀具的形状2 2）描述刀具相对于工件的位置和运动）描述刀具相对于工件的位置和

24、运动l两种角度：两种角度：标注角度和工作角度标注角度和工作角度（例子见黑板）（例子见黑板）标注角度及其参考系标注角度及其参考系 为了给定刀具的标注角度，需要建立一个参考系，用于给定刀具标注角度的参考系称为刀具的标注角度参考系。简历刀具的标注角度参考系要考虑的问题： 1 1，要便于定义便于使用，要便于定义便于使用 2 2，所定义的标注角度要尽量和工作角度接，所定义的标注角度要尽量和工作角度接近近刀具的标注角度参考系刀具的标注角度参考系正交平面参考系正交平面参考系（主剖面参考系）（主剖面参考系）基面基面通过主切削刃上选定点，与该点通过主切削刃上选定点，与该点( (假定假定）切削速度方向垂直的平面）

25、切削速度方向垂直的平面 切削平面切削平面过主切削刃上选定点，与主切削过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于基面的平面刃相切，且垂直于基面的平面 正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）-过主切削刃上选定点，过主切削刃上选定点，同时与基面和切削平面都垂直的平面同时与基面和切削平面都垂直的平面 基面主切削平面正交平面v图4-7刀具参考坐标系的平面标注角度（标注角度（6 6个）个）前角前角前刀面与基面之间的夹角，在正交平前刀面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。面中测量。后角后角主后刀面与主切削平面之间的夹角，主后刀面与主切削平面之间的夹角，在正交平面中测量在正交平面中测量 。副后角副后角副后刀面

26、与副刀刃切削平面之间的副后刀面与副刀刃切削平面之间的夹角，在副刀刃正交平面中测量。夹角，在副刀刃正交平面中测量。主偏角主偏角主切削平面与假定工作平面间的夹主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。角，在基面中测量。副偏角副偏角副切削刃与假定工作平面间的夹角，副切削刃与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。在基面中测量。刃倾角刃倾角主切削刃与基面间的夹角。在主切主切削刃与基面间的夹角。在主切削平面中测量削平面中测量。 向向图4-8 车刀的主要角度3 3、刀具的工作角度及影响刀具工作角度的因、刀具的工作角度及影响刀具工作角度的因素素 刀具的工作角度参考系刀具的工作角度参考系正交平面参考系正交平面参考系基面基面通过主切削刃上选定点，与该点合成切通过主切削刃上选定点，与该点合成切削速度方向垂直的平面削速度方向垂直的平面 切削平面切削平面过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于基面的平面且垂直于基面的平面 正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）-过主切削刃上选定点，同时过主切削刃上选定点，同时与基面和切削平面都垂直的平面与基面和切削平面都垂直的平面工作角度工作角度前角前角前刀面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。前刀面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。后角后角主后刀面与主切削平面之间的夹角，在正交平面中测主后刀面与主