机电技术应用专业金属加工课程第五章--金属冷加工基础

1、 切削加工切削加工用切削刀具，在工具（刀具）与工件用切削刀具，在工具（刀具）与工件的相对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想的相对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。 分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，这分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。的。 目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来目前绝大多数零件的质量还要靠切削加

2、工的方法来保证。保证。金属切削加工基础金属切削加工基础第一节第一节零件生产过程基础知识零件生产过程基础知识特种加工与先进加工技术特种加工与先进加工技术常用加工方法综述常用加工方法综述金属切削机床的分类及应用金属切削机床的分类及应用第三节第三节第四节第四节第二节第二节补充一、零件表面的形成及切削运动一、零件表面的形成及切削运动 1主运动主运动 主要完成切削的动，消耗功率最多，一种主要完成切削的动，消耗功率最多，一种 加工主运动只有一个。（加工主运动只有一个。（ ）；）；2进给运动进给运动使切削加工保持连续进行，一种加工可以使切削加工保持连续进行，一种加工可以 有一种（或以上）的进给运动。（有一种

3、（或以上）的进给运动。（ ） （进（进 给运动可以是连续的也可以是间歇的）给运动可以是连续的也可以是间歇的）实际的切削运动是一个合成运动。合成切削速度：实际的切削运动是一个合成运动。合成切削速度： 是矢量和。是矢量和。cfecf二、切削用量切削速度切削速度Vc 选定点的主运动速度（选定点的主运动速度（m/s或或m/min）,车削时一般算工件最大切削直径处的线速车削时一般算工件最大切削直径处的线速 度。度。 2 进给量进给量f刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，车削时为（车削时为（mm/r）；刨削时为（）；刨削时为（mm/str），其），其 他切他切削加工

4、也可以用进给速度削加工也可以用进给速度 （mm/s、mm/min、 m/min），和每齿进给量（），和每齿进给量（mm/z）来衡量。）来衡量。3 背吃刀量背吃刀量ap（切削深度）（切削深度） 垂直与进给速度方向垂直与进给速度方向测量的切削层最大尺寸（测量的切削层最大尺寸（mm）。）。三、切削层参数三、切削层参数（如上页图）（如上页图） 1切削厚度切削厚度hD垂直与切削刃的方向上度量的切削层垂直与切削刃的方向上度量的切削层 截面的尺寸。（截面的尺寸。（mm） 2切削宽度切削宽度bD沿切削刃方向度量的切削层截面的尺沿切削刃方向度量的切削层截面的尺 寸。寸。(mm) 3切削面积切削面积AD给定瞬间，

5、切削层在切削层尺寸平面给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面 里的横截面积。里的横截面积。( ) 2mmDpDDAfab h一、刀具材料一、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 （1 1）高硬度）高硬度 刀具材料的硬度必须高，一般其常温硬度要求在刀具材料的硬度必须高，一般其常温硬度要求在 62HRC62HRC以上。以上。 （2 2）足够的强度和韧度）足够的强度和韧度 以承受很大的切削力、冲击与振动。以承受很大的切削力、冲击与振动。 （3 3）高耐磨性）高耐磨性 以抵抗切削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。以抵抗切削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。 一般情况，材料的硬度愈高，耐磨性愈

6、好。一般情况，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。 （4 4）高的耐热性）高的耐热性 刀具材料应在高温下仍能保持较高硬度，又刀具材料应在高温下仍能保持较高硬度，又 称为红硬性或热硬性。（常用刀具材料的耐热性见图称为红硬性或热硬性。（常用刀具材料的耐热性见图1 13 3， 耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了 刀具允许的切削速度。）刀具允许的切削速度。） （5 5）良好的工艺性）良好的工艺性 以便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、以便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、 焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能

7、等。1 12 2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构2.常用刀具材料 种种 类类常常 用用 牌牌 号号主主 要要 性性 能能主主 要要 应应 用用碳素工具钢碳素工具钢含碳量较高的优质碳钢含碳量较高的优质碳钢T8A、T10A、T12A淬火后硬度高（达淬火后硬度高（达6365HRC）、价廉，但耐热性差）、价廉，但耐热性差（200以下）以下）制造小型、手动和低速切削工具，制造小型、手动和低速切削工具，如手用锯条和锉刀等如手用锯条和锉刀等合金工具钢合金工具钢碳素工具钢中加入少量碳素工具钢中加入少量Cr、Si、W、Mn等元等元素素9SiCr、CrWMn、CrW5、GCr15淬透性、耐热性（淬透性、耐热

8、性（220250）有所提高，热处理变形）有所提高，热处理变形小，小，制造手用铰刀、圆板牙、丝锥、刮制造手用铰刀、圆板牙、丝锥、刮刀等刀等高速钢高速钢含含Cr、W、V等元素较等元素较多的合金工具钢多的合金工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2它的耐热性大大提高（它的耐热性大大提高（540650），从而耐磨性也有），从而耐磨性也有所提高，强度、韧度和工艺性都较好所提高，强度、韧度和工艺性都较好广泛用于制造较为复杂的各种刀具，广泛用于制造较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀和齿轮刀具如麻花钻、铣刀、拉刀和齿轮刀具等，也可用以制作车刀、刨刀等简等，也可用以制作车刀、刨刀等简单刀具。单刀具。硬硬

9、质质合合金金钨钴类钨钴类【由由WC和和Co组组成成】以高硬度、高熔点的金以高硬度、高熔点的金属炭化物（属炭化物（WC、TiC等）作基体，以等）作基体，以Co等为等为粘结剂的粉末冶金制品粘结剂的粉末冶金制品YG3、YG6、YG8(数字表示数字表示含钴量的百分数含钴量的百分数)【相当于相当于ISO标准的标准的K类类】其相对塑韧性好，但切削塑性材料时耐磨性差，其相对塑韧性好，但切削塑性材料时耐磨性差，Co含量含量少的，相对较脆、较耐磨少的，相对较脆、较耐磨适用于加工铸铁、青铜等脆性材料适用于加工铸铁、青铜等脆性材料钨钴钛类钨钴钛类【由由WC、TiC和和Co组成组成】YT5、YT15、YT30(数字表

10、数字表示示TiC含量的百分数含量的百分数)【相当相当于于ISO标准的标准的P类类】其耐热性，耐磨性均优于其耐热性，耐磨性均优于YG类，但韧性较差。类，但韧性较差。TiC含量含量愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。适用加工一般钢件适用加工一般钢件钨钛钽（铌）钴类钨钛钽（铌）钴类【由由WC、TiC、TaC（NbC）和）和Co组成组成】YW1、YW2【相当于相当于ISO标标准的准的M类类】兼有兼有YG、YT类的大部分优良性能，被称为通用合金，类的大部分优良性能，被称为通用合金，但价高但价高既可加工铸铁也可加工钢，适合耐既可加工铸铁也可加工钢，适合耐热钢、高锰钢

11、和不绣钢的加工热钢、高锰钢和不绣钢的加工陶陶 瓷瓷 材材 料料，它通常制成刀片，它通常制成刀片陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热性高，许用的切削速陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热性高，许用的切削速度较高，且价廉，它的主要缺点是性脆，怕冲击，抗弯度较高，且价廉，它的主要缺点是性脆，怕冲击，抗弯强度低，在加入各种金属元素制成强度低，在加入各种金属元素制成“金属陶瓷金属陶瓷”后，其后，其抗弯强度可大大提高抗弯强度可大大提高可用于切削高硬度等难加工材料的可用于切削高硬度等难加工材料的精加工精加工3其他新型刀具材料简介其他新型刀具材料简介 高硬度、高强度、高韧性、高耐热性等难加工材料的不断增多，要高硬度、高强

12、度、高韧性、高耐热性等难加工材料的不断增多，要 求刀具材料也不断改进与创新，而且新材料的引入和原有材料的改求刀具材料也不断改进与创新，而且新材料的引入和原有材料的改 进是刀具改革的根本方向。进是刀具改革的根本方向。 （1 1）高速钢的改进）高速钢的改进: :添加新元素，提高其硬度和耐热性（如添加新元素，提高其硬度和耐热性（如 加加AlAl）; ;或细化其晶粒，消除碳化物偏析。或细化其晶粒，消除碳化物偏析。 （2 2）硬质合金的改进）硬质合金的改进 ：添加合金成分（如：添加合金成分（如TaCTaC或或NbCNbC）来细化其晶粒，）来细化其晶粒， 提高其强度和韧性；或采用涂层刀片（涂提高其强度和韧

13、性；或采用涂层刀片（涂TiCTiC或或TiNTiN），提高其表），提高其表 层的耐磨性。层的耐磨性。 （3 3）人造金刚石：硬度极高，可制成刀具或砂轮）人造金刚石：硬度极高，可制成刀具或砂轮 ，可加工硬质合金、，可加工硬质合金、 陶瓷、玻璃和有色金属及其合金，但不宜加工铁族金属。陶瓷、玻璃和有色金属及其合金，但不宜加工铁族金属。 （4 4）立方氮化硼（）立方氮化硼（CBNCBN）：高硬度、耐热、稳定性都高于金刚石。能加）：高硬度、耐热、稳定性都高于金刚石。能加 工铁族金属，但较脆。工铁族金属，但较脆。 二、刀具角度二、刀具角度 以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。以车刀为例说明刀

14、具的切削部分的结构要素和几何角度。 1 1刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成 外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀 尖组成（图尖组成（图1 14 4）。）。 （1 1）前刀面）前刀面刀具上切屑流过的表面（刀具上切屑流过的表面（ ）。）。 （2 2）后刀面）后刀面刀具上与过渡表面相对的是主后刀面刀具上与过渡表面相对的是主后刀面( )( )。与已加。与已加 工表面相对的是副后刀面工表面相对的是副后刀面( )( )。 （3 3）切削刃）切削刃前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃 （ ），它完成主要的切削工作。前

15、刀面与副后刀面相交形成的），它完成主要的切削工作。前刀面与副后刀面相交形成的 是副切削刃是副切削刃( ) ( ) 它完成部分的切削工作并最终形成己加工表面它完成部分的切削工作并最终形成己加工表面 （4 4）刀尖）刀尖主、副切削刃的连接部位主、副切削刃的连接部位。 ArAsAs 2 2车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 （1 1）刀具静止参考系）刀具静止参考系选定适当组合的基准坐标平面作选定适当组合的基准坐标平面作 为参考系。用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时为参考系。用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时 几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。

16、基面基面过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动 方向的平面（方向的平面（PrPr）； 切削平面切削平面过切削刃选定点，与切削刃相切，并过切削刃选定点，与切削刃相切，并 垂直于基面的平面，主切削平面（垂直于基面的平面，主切削平面（PsPs），）， 副切削平面（副切削平面（P P s s）； 正交平面正交平面过切削刃选定点，并同时垂直于基面过切削刃选定点，并同时垂直于基面 和切削平面的平面（和切削平面的平面（PoPo）；）； 假定工作平面假定工作平面过切削刃选定点，垂直于基面并过切削刃选定点，垂直于基面并 平行于假定进给运动方向的平面（平行于假定进给运动方向的平面

17、（PfPf）。）。3. 车刀的主要角度车刀的主要角度 为确定刀具的主要角度，须建立三个相互垂直的为确定刀具的主要角度，须建立三个相互垂直的 参考平面构参考平面构 成的静止参考系成的静止参考系。(1) 建立车刀静止参考系建立车刀静止参考系基面基面切削平面切削平面正交平面正交平面c1) 基面基面 通过切削刃选定点的平面，它平行刀具安装的一通过切削刃选定点的平面，它平行刀具安装的一个平面，其方位要垂直于主运动方向个平面，其方位要垂直于主运动方向。c2) 切削平面切削平面通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。c正交平面正交平面切削平面切削平面基面基面3) 正交

18、平面正交平面通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。平面的平面。前角前角0基面投影线基面投影线前刀面投影线前刀面投影线在正交平面内测量，前刀面与基面之间的夹角在正交平面内测量，前刀面与基面之间的夹角。1)前角前角0 0c(2) 车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度前角越大前角越大刀刃越锋利刀刃越锋利在在-50250内选取，内选取，粗加工取小，精取大粗加工取小，精取大已加工表面质量越好已加工表面质量越好主切削刃强度越低，主切削刃强度越低，易崩刃易崩刃切削平面投影线切削平面投影线主后刀面投影线主后刀面投影线后角后角0在正交平面内测量，主后刀面

19、与切削平面之间在正交平面内测量，主后刀面与切削平面之间的夹角的夹角。2) 后角后角0 0c作用：作用：减小后刀面与已加工表面之间的摩擦减小后刀面与已加工表面之间的摩擦; 它和它和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。前角一样影响刃口的强度和锋利程度。后角应在后角应在60120内选取内选取; 粗加工取小，精粗加工取小，精加工取大。加工取大。3) 主偏角主偏角r r主切削平面与假定工作平面之间的夹角主切削平面与假定工作平面之间的夹角。主偏角主偏角r r主偏角主偏角r r 减小，主切削刃参加切削的长度增加，刀减小，主切削刃参加切削的长度增加，刀具磨损减慢，但作用于工件的径向力会增加。具磨损减慢，但作用于

20、工件的径向力会增加。 常用刀具的主偏角常用刀具的主偏角r r 有有45450 0、60600 0、75750 0、90900 0。4) 副偏角副偏角r r副切削平面与假定工作平面之间的夹角副切削平面与假定工作平面之间的夹角。副偏角副偏角可减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩可减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩 擦，减小已加工表面的粗糙度。擦，减小已加工表面的粗糙度。副偏角副偏角一般为一般为5 50 015150 0副偏角副偏角r r基面投影线基面投影线主切削刃主切削刃刃倾角刃倾角s s 刀尖为切削刃最高点时为正，刀尖为切削刃最高点时为正， 反反之为负。之为负。刃倾角刃倾角一般一般 550 0

21、 5 50 05) 刃倾角刃倾角s s在切削平面中测量，主切削刃与基面的夹角在切削平面中测量，主切削刃与基面的夹角。 刃倾角可控制切屑流出方向和刀头强度。刃倾角可控制切屑流出方向和刀头强度。c（2 2）车刀的主要标注角度及选择要点）车刀的主要标注角度及选择要点在车刀设计、制在车刀设计、制造、刃磨和测量时，必须确定的角度。造、刃磨和测量时，必须确定的角度。 前角前角oo前刀面与基面之间的夹角。增大前角，前刀面与基面之间的夹角。增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负（刃很脆弱，易产生崩刃。前角

22、有正与负（如图如图）的区分。）的区分。 后角后角oo主后刀面与切削平面之间的夹角。后角主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。 主偏角主偏角 rr主切削刃和假定进给方向在基面主切削刃和假定进给方向在基面（PrPr）上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑断面形状和）上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑断面形状和切削分力的大小。有时主偏角也根据工件加工形状来定切削分力的大小。有时主偏角也根据工件加工形状来定。 副偏角副偏角

23、r r副切削刃和假定进给的相反方向在基面副切削刃和假定进给的相反方向在基面PrPr上上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度（副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度（如如图图） 刃倾角刃倾角ss在主切削平面（在主切削平面（PsPs）里测量的主切削刃与基面）里测量的主切削刃与基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分（间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分（如

24、图如图）。）。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。 选择刀具几何角度时，应遵循选择刀具几何角度时，应遵循“锐字当先，锐中求固锐字当先，锐中求固”原则。原则。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小三大一小”的趋的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。（3 3）车刀的工作角度）车刀的工作角度是在工作参考系中定义的角是在工作参考系中定义

25、的角度。度。 刀尖安装高低的影响刀尖安装高低的影响 车外圆时若刀尖高于工件的车外圆时若刀尖高于工件的回转轴线回转轴线 （图（图1 110a10a），则工作前角），则工作前角oeo，工作后角工作后角oeo；若刀尖低时（图；若刀尖低时（图1 110c10c）则反之。）则反之。三、刀具结构三、刀具结构 车刀按结构分类，有整体式、焊接式、机夹式车刀按结构分类，有整体式、焊接式、机夹式和可转位式四种型式（见图）。和可转位式四种型式（见图）。（它们的特点与常用场合见表（它们的特点与常用场合见表1 12 2。）。）表表1 12 2 车刀结构类型、特点与用途车刀结构类型、特点与用途名名 称称特特 点点适适 用

26、用 场场 合合整体整体式式用整体高速钢制造用整体高速钢制造,刃口较锋利刃口较锋利,但价高的刀具但价高的刀具材料消耗较大材料消耗较大小型车床或加工有色金小型车床或加工有色金属属焊接焊接式式焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上,结构紧结构紧凑凑,刚性好刚性好,灵活性大。但硬质合金刀片经过高灵活性大。但硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹各类车刀各类车刀机夹机夹式式避免了焊接式的缺陷避免了焊接式的缺陷,刀杆利用率高。刀片可刀杆利用率高。刀片可集中精确刃磨集中精确刃磨,使用灵活。但刀具设计制造较使用灵活。但刀具设计制造较为复杂为

27、复杂外圆、端面、镗孔、割外圆、端面、镗孔、割断、螺纹车刀。大刃倾断、螺纹车刀。大刃倾角、小后角刨刀等角、小后角刨刀等可转可转位式位式不焊接、刃磨不焊接、刃磨,刀片可快换转位刀片可快换转位,生产率高。可生产率高。可使用涂层刀片使用涂层刀片,断屑效果好。刀具已标准化，断屑效果好。刀具已标准化，方便选用和管理方便选用和管理大中型车床、特别适用大中型车床、特别适用自动、数控车床与加工自动、数控车床与加工中心等中心等1 13 3 金属切削过程金属切削过程一、切屑的形成及种类一、切屑的形成及种类（一）切屑的形成过程（一）切屑的形成过程 切削区划分为三个变形区，如图：切削区划分为三个变形区，如图：第第变形区

28、：主要发生塑性材料的剪切滑移变形。金属材料的变形区：主要发生塑性材料的剪切滑移变形。金属材料的变形程度、切削力、切削热的大小和切屑形态等，主要决定于变形程度、切削力、切削热的大小和切屑形态等，主要决定于 该区的状况。在切削速度较大时，该区就逐渐变窄成一个面该区的状况。在切削速度较大时，该区就逐渐变窄成一个面 （图中（图中 OMOM面），通常面），通常OMOM面的位置就反映了金属变形程度。面的位置就反映了金属变形程度。2 2 第第变形区：发生刀具前刀变形区：发生刀具前刀 面的磨损和积屑瘤现象。面的磨损和积屑瘤现象。3 3第第变形区：影响刀具后刀变形区：影响刀具后刀 面的磨损以及已加工表面的面的磨

29、损以及已加工表面的 质量（包括加工硬化、表面质量（包括加工硬化、表面 纤维化等）。纤维化等）。（二）切屑的种类（二）切屑的种类工件材料的塑性不同、刀具的前角不同或采用不同的切削用量等，工件材料的塑性不同、刀具的前角不同或采用不同的切削用量等，会形成不同类型的切屑，同时也反映了对切削加工的不同影响。会形成不同类型的切屑，同时也反映了对切削加工的不同影响。常见的切屑种类有以下几种（常见的切屑种类有以下几种（见图见图）1 1带状切屑：其特征是连绵不断，底部很光滑。这时切削力稳定，带状切屑：其特征是连绵不断，底部很光滑。这时切削力稳定，加工表面较光洁。精加工时出现这种切屑较为理想，但必须采取加工表面较

30、光洁。精加工时出现这种切屑较为理想，但必须采取断屑措施。断屑措施。2 2挤裂切屑：切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹，这时表明挤裂切屑：切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹，这时表明材料的剪切滑移量较大，使切屑材料局部地方加工硬化严重，达材料的剪切滑移量较大，使切屑材料局部地方加工硬化严重，达到了断裂强度。此时切削力波动较大，已加工表面粗糙度大，粗到了断裂强度。此时切削力波动较大，已加工表面粗糙度大，粗加工时才允许出现。加工时才允许出现。二、积屑瘤二、积屑瘤（一）积屑瘤的现象（一）积屑瘤的现象 在一定条件下切削塑性金属时，常发现刀具前刀在一定条件下切削塑性金属时，常发现刀具前刀 面靠近切削刃

31、的部位，粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑面靠近切削刃的部位，粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑 瘤，或称刀瘤瘤，或称刀瘤。（三）积屑瘤在切削过程中的作用（三）积屑瘤在切削过程中的作用 1 1积屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃进行切积屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃进行切削，保护刀刃以减少磨损；此外积屑瘤增大了刀具削，保护刀刃以减少磨损；此外积屑瘤增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，所以粗加工时可以利实际工作前角，使切削轻快，所以粗加工时可以利用积屑瘤。用积屑瘤。2 2积屑瘤的顶端伸出刀刃之外，且不断地产生与脱落，积屑瘤的顶端伸出刀刃之外，且不断地产生与脱落，使切削层公称厚度不断变化，

32、影响工件尺寸精度。使切削层公称厚度不断变化，影响工件尺寸精度。3 3切削力的变化又会引起振动，加上一些积屑瘤碎片切削力的变化又会引起振动，加上一些积屑瘤碎片会粘附在已加工表面上，增加工件表面粗糙度。因会粘附在已加工表面上，增加工件表面粗糙度。因此，精加工时应当避免积屑瘤产生。此，精加工时应当避免积屑瘤产生。（四）影响积屑瘤的主要因素及防止方法（四）影响积屑瘤的主要因素及防止方法1 1首先可控制切削速度，因为切削速度与摩擦系数、首先可控制切削速度，因为切削速度与摩擦系数、切削温度关系密切，从而影响积屑瘤的产生和大小。切削温度关系密切，从而影响积屑瘤的产生和大小。当切削速度很低，以及切削速度很高时

33、，都不会产当切削速度很低，以及切削速度很高时，都不会产生积屑瘤。因此，精车和精铣一般采用高速切削，生积屑瘤。因此，精车和精铣一般采用高速切削，而铰削、拉削、宽刀精刨和精车丝杆、涡轮等情况，而铰削、拉削、宽刀精刨和精车丝杆、涡轮等情况，则采用低速加工，以避免积屑瘤的影响。则采用低速加工，以避免积屑瘤的影响。2 2降低工件材料的塑性（如低碳钢、不锈钢等正火后降低工件材料的塑性（如低碳钢、不锈钢等正火后切削）。切削）。3 3增大刀具前角和选用适当的切削液等，都是有效地增大刀具前角和选用适当的切削液等，都是有效地减少或避免积屑瘤的重要措施减少或避免积屑瘤的重要措施。三、切削力三、切削力（一）切削力的来

34、源与分解（一）切削力的来源与分解 刀具切削工件时，必须首先克服材料的变形抗力，刀具切削工件时，必须首先克服材料的变形抗力，主要是第主要是第变形区的剪切滑移抗力，加上第变形区的剪切滑移抗力，加上第、第、第变形区的摩擦阻力，这些力的合力就构成了作用变形区的摩擦阻力，这些力的合力就构成了作用在刀具上的总切削力在刀具上的总切削力F F。 实际加工中，总切削力的方向和大小的测定既不容实际加工中，总切削力的方向和大小的测定既不容易也没有必要。为了适应设计和工艺分析的需要，易也没有必要。为了适应设计和工艺分析的需要，又便于测定，通常将总切削力又便于测定，通常将总切削力F F分解为三个互相垂分解为三个互相垂直

35、的分力直的分力。22222PfCDCFFFFFFFfFDSinr FpFDCosr（二）计算切削力的经验公式（二）计算切削力的经验公式 切削力的大小是由很多因素决定的，一般影响较大的是工件材切削力的大小是由很多因素决定的，一般影响较大的是工件材料和切削用量。目前用实验测量方法总结的经验公式得到广泛料和切削用量。目前用实验测量方法总结的经验公式得到广泛的应用。经验公式的形式主要有指数和单位切削力形式。的应用。经验公式的形式主要有指数和单位切削力形式。1 1指数公式指数公式 车外圆时，计算主切削力车外圆时，计算主切削力F F的指数公式如下：的指数公式如下：式中：式中：C C与工件材料、刀具材料及切

36、削条件等有关的系数；与工件材料、刀具材料及切削条件等有关的系数；a a、f f、v v切削三要素，单位分别为切削三要素，单位分别为mmmm、mm/rmm/r、m/minm/min；x x、y y、n n指数；指数；K K切削条件不同时的综合修正系数。切削条件不同时的综合修正系数。CccFcFCFFCyxPFCKVfaCF 同样，进给力同样，进给力FfFf、背向力背向力FpFp也有相同形式的指数公式，也有相同形式的指数公式， 只是下标要对应。所有系数和指数，都可从相关工艺或切削只是下标要对应。所有系数和指数，都可从相关工艺或切削手册中查到。手册中查到。C四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度1

37、 1切削热的产生与传散切削热的产生与传散 切削过程中，切削功几乎全部转切削过程中，切削功几乎全部转变为热能，这就是切削热的来源，变为热能，这就是切削热的来源，是由三个切削变形区中的变形功和是由三个切削变形区中的变形功和摩擦功转变而来。切削塑性材料时摩擦功转变而来。切削塑性材料时切削热主要来源于切屑塑性变形所切削热主要来源于切屑塑性变形所消耗的功。切削脆性材料时，切削消耗的功。切削脆性材料时，切削热主要来源于后刀面所消耗的摩擦热主要来源于后刀面所消耗的摩擦功。切削热通过切屑、工件、刀具和周围的介质传散。各部功。切削热通过切屑、工件、刀具和周围的介质传散。各部分传热的比例取决于工件材料、切削速度、

38、刀具材料及几何分传热的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及几何角度、加工方式以及是否使用切削液等。角度、加工方式以及是否使用切削液等。 五、刀具磨损和刀具耐用度 刀具使用一段时间以后，其刀刃会变钝，使切削力和功率消耗增刀具使用一段时间以后，其刀刃会变钝，使切削力和功率消耗增加，并影响加工质量。对于可重磨刀具，经重新刃磨，仍可继续使加，并影响加工质量。对于可重磨刀具，经重新刃磨，仍可继续使用，经过若干反复循环，刀具就会报废，从开始切削到报废，刀具实用，经过若干反复循环，刀具就会报废，从开始切削到报废，刀具实际切削时间的总和称为刀具寿命。际切削时间的总和称为刀具寿命。1 1刀具磨损的形式刀具磨

39、损的形式 刀具在正常磨损时，由于切削条件的不同有三刀具在正常磨损时，由于切削条件的不同有三种形式（见图）：种形式（见图）： 后刀面磨损后刀面磨损 当切削脆性材当切削脆性材料，或以较小切削厚度切削塑料，或以较小切削厚度切削塑性材料时，易产生这种情况（性材料时，易产生这种情况（图中图中VBVB表示后刀面的磨损尺寸）。表示后刀面的磨损尺寸）。金属切削的基础知识金属切削的基础知识第一章第一章典型表面加工分析典型表面加工分析精密加工和特种加工简介精密加工和特种加工简介常用加工方法综述常用加工方法综述金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识第三章第三章第四章第四章第五章第五章第二章第二章在机器制造业的

40、装备中，机床一般要占在机器制造业的装备中，机床一般要占50%50%以上，它在机器制以上，它在机器制造中担负着造中担负着404060%60%的工作量，是机械工业的基本生产设备。的工作量，是机械工业的基本生产设备。它的品种、质量和加工效率将直接影响机械产品的生产技术水它的品种、质量和加工效率将直接影响机械产品的生产技术水平和经济效益。平和经济效益。传统的传统的“机床机床”概念，是指概念，是指“切削机床切削机床”。即：用各种不同的。即：用各种不同的方法从被加工零件的毛坯上逐步去除预留的部分、获得零件需方法从被加工零件的毛坯上逐步去除预留的部分、获得零件需要的各种形状和尺寸要的各种形状和尺寸是进行减法

41、加工的设备。是进行减法加工的设备。 随着信息技术的飞速发展，现代加工装备技术中已经开始考虑随着信息技术的飞速发展，现代加工装备技术中已经开始考虑“从无到有从无到有”的新型零件制备方式（即：加法加工设备），快的新型零件制备方式（即：加法加工设备），快速成型设备就是其中之一速成型设备就是其中之一。 2 21 1机床的类型和基本构造机床的类型和基本构造一、机床的类型一、机床的类型 长期以来，机床的种类都与切削加工的方式直接联系。如长期以来，机床的种类都与切削加工的方式直接联系。如 工件回转、刀具相对工件进行进给运动（一般是直线运动）工件回转、刀具相对工件进行进给运动（一般是直线运动）的加工方式称为的

42、加工方式称为“车削车削”，实现这种加工的机床便称为，实现这种加工的机床便称为“车床车床”；刀具回转、工件作相对进给运动的加工方式称为刀具回转、工件作相对进给运动的加工方式称为“铣削铣削”， 实现这种加工的机床便称为实现这种加工的机床便称为“铣床铣床”。由此出现了车、铣、。由此出现了车、铣、刨、磨、钻、镗、齿轮加工、螺纹加工、电加工等各类机床。刨、磨、钻、镗、齿轮加工、螺纹加工、电加工等各类机床。 我国标准规定：机床类别代号以机床名称汉语拼音的第一我国标准规定：机床类别代号以机床名称汉语拼音的第一 个字母（大写）来表示。我国机床的类别和代号见表个字母（大写）来表示。我国机床的类别和代号见表2 2

43、1 1。 当某类机床除有普通型式外，还有某种通用特性时，则在类代号当某类机床除有普通型式外，还有某种通用特性时，则在类代号之后按表之后按表2 22 2所示加通用特性代号予以区别。所示加通用特性代号予以区别。 完整的机床型号还包含以数字表示的组代号、系代号和完整的机床型号还包含以数字表示的组代号、系代号和 主参数等，如主参数等，如CK6140CK6140数控车床。具体型号的信息涵义可查阅机床数控车床。具体型号的信息涵义可查阅机床手册。手册。 金属切削机床型号金属切削机床型号 根据国标根据国标GB/T153751994规定，车床型号由汉语拼音规定，车床型号由汉语拼音字母和数字组成。字母和数字组成。

44、 例：例： C 6 1 32车床主要参数代号（车床能加工最大直径车床主要参数代号（车床能加工最大直径的的1/10，即，即320mm）机床系别代号（卧式车床型）机床系别代号（卧式车床型）机床组别代号（落地及卧式车床组）机床组别代号（落地及卧式车床组）机床类别代号（车床类）机床类别代号（车床类）二、机床的基本构造二、机床的基本构造 1.1.主传动部件：主传动部件： 有主轴箱、变有主轴箱、变 速箱、磨头等。速箱、磨头等。 2.2.进给传动部进给传动部 件：有进给箱件：有进给箱 溜板箱、磨床溜板箱、磨床 液压传动装置液压传动装置 等。等。 3. 3.工件安装装工件安装装 置：有卡盘、置：有卡盘、 尾架

45、、工作台等尾架、工作台等。2 22 2机床的传动机床的传动 机床的机械传动机床的机械传动 1 1、带传动、带传动 2 2、齿轮传动、齿轮传动 3 3、蜗杆传动、蜗杆传动 4 4、齿轮齿条传动、齿轮齿条传动 传动链及传动比传动链及传动比 i i总总=i1=i1i2i2i3i3i4i4i5 -i5 - 机床常用变速机构机床常用变速机构 1 1、滑动齿轮变速、滑动齿轮变速 2 2、离合器式齿轮变速、离合器式齿轮变速 卧式车床的组成及传动分析卧式车床的组成及传动分析（1） 卧式车床的组成卧式车床的组成变速箱变速箱进给箱进给箱主轴箱主轴箱刀刀 架架溜板箱溜板箱尾尾 座座床床 身身床床 腿腿（2） 卧式车

46、床的传动分析卧式车床的传动分析 电动机电动机 变速箱变速箱 带传动带传动 主轴箱主轴箱 主主 轴轴 工件转动工件转动 换向机构换向机构 变换机构变换机构 进给箱进给箱 光杠光杠 丝杠丝杠 溜板箱溜板箱刀架刀架 车刀纵横移动车刀纵横移动车床的主运动车床的主运动车床的进给运动车床的进给运动金属切削的基础知识金属切削的基础知识第一章第一章典型表面加工分析典型表面加工分析精密加工和特种加工简介精密加工和特种加工简介常用加工方法综述常用加工方法综述金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识第三章第三章第四章第四章第五章第五章第二章第二章3 31 1 车削的工艺特点及其应用车削的工艺特点及其应用 车削特

47、别适于加工回转面，车床类型有卧式、立车削特别适于加工回转面，车床类型有卧式、立式、转塔、自动和数控车床。式、转塔、自动和数控车床。一、车削工艺特点一、车削工艺特点 1 1、易于保证工件各加工面的位置精度、易于保证工件各加工面的位置精度 例如易于保证同轴度要求：利用卡盘安装工件，回转轴线是车床例如易于保证同轴度要求：利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线；利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心主轴回转轴线；利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线。连线。 易于保证端面与轴线垂直度要求：由横溜板导轨，与工件回转轴易于保证端面与轴线垂直度要求：由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度

48、保证。线的垂直度保证。 2 2、切削过程较平稳、切削过程较平稳 避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利于生产率提高。于生产率提高。 3 3、适于有色金属零件的精加工、适于有色金属零件的精加工 有色金属零件表面粗糙度大有色金属零件表面粗糙度大RaRa值要求较小时，不宜采用磨削加工，值要求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。质量。4 4、刀具简单、刀具简单 车刀制造、刃磨和安装均较方便。车刀制造、刃磨和安装均较方便。二

49、、车削的应用二、车削的应用车床上使用不同的车刀或其它刀具，可加工各种回转表面如：内、车床上使用不同的车刀或其它刀具，可加工各种回转表面如：内、外圆柱面，内外圆锥面、螺纹，沟槽，端面和成形面等。外圆柱面，内外圆锥面、螺纹，沟槽，端面和成形面等。车削可加工单一轴线轴、盘、套类等零件，也可加工多轴线零件车削可加工单一轴线轴、盘、套类等零件，也可加工多轴线零件（改变工件安装位置图（改变工件安装位置图3 32 2）加工精度加工精度 IT8IT7IT8IT7，Ra=1.60.8Ra=1.60.83 32 2 钻、镗削的工艺特点及其应用钻、镗削的工艺特点及其应用一、钻削工艺特点一、钻削工艺特点 由于钻头的强

50、度、刚度有限。容屑、排屑、导向、冷却和由于钻头的强度、刚度有限。容屑、排屑、导向、冷却和润滑都困难，因此钻削的加工困难，质量不高。润滑都困难，因此钻削的加工困难，质量不高。 1.1.容易产生容易产生“引偏引偏” 引偏概念引偏概念 1)1)由于钻头弯曲而引起孔径扩大，孔不圆；由于钻头弯曲而引起孔径扩大，孔不圆； 2)2)孔的轴线歪斜。孔的轴线歪斜。 引偏原因：引偏原因： 1)1)麻花钻是最常用刀具，由于其细长而又有两条较深的螺麻花钻是最常用刀具，由于其细长而又有两条较深的螺旋槽，刚性差（旋槽，刚性差（下页图下页图） 2)2)钻头仅有两条很窄二棱边与孔壁接触，接触刚度和导向钻头仅有两条很窄二棱边与

51、孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差作用也很差。 图34 麻花钻 图35 减少引偏的措施图36 扩孔图37 铰刀a) b)图39 浮动镗刀片及其加工情况二、钻削的应用二、钻削的应用 IT10IT10以下，以下，RaRa大于大于12.512.5，要求高时需进一步加工，要求高时需进一步加工, , 成批大量生产中，广泛用钻模，多轴钻，组合机床成批大量生产中，广泛用钻模，多轴钻，组合机床三、扩孔、铰孔三、扩孔、铰孔 1 1、扩孔（见图）、扩孔（见图） 用扩孔钻，扩孔可作为孔的半精加和钻孔比的特点用扩孔钻，扩孔可作为孔的半精加和钻孔比的特点 (1)(1)切削刃不到中心，避免了横刃和横刃引起的一些不良影响切

52、削刃不到中心，避免了横刃和横刃引起的一些不良影响 (2)(2)切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。容屑可做的较小切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。容屑可做的较小 较浅，提高了刚度较浅，提高了刚度 (3)(3)刀齿多刀齿多(3(34 4个个) )，导向作用好，切削平稳，生产率高，一，导向作用好，切削平稳，生产率高，一 般情况，般情况，IT10IT9IT10IT9，RaRa为为3.23.26.36.3 2 2、铰孔、铰孔 铰孔是精加工方法之一铰孔是精加工方法之一, ,一般，一般，IT9IT7IT9IT7，RaRa为为 0.40.41.61.6 铰孔特点铰孔特点: : (1) (1)铰刀具有修光部

53、分，可以修光孔壁，校准孔（见铰刀具有修光部分，可以修光孔壁，校准孔（见 图）图） (2)(2)铰孔余量小，使切削力较小，且切削速度较低，铰孔余量小，使切削力较小，且切削速度较低， 所以切削热较少，因此工件的受力变形和受热变所以切削热较少，因此工件的受力变形和受热变 形较小。且切削速度较低，不易产生积屑瘤。形较小。且切削速度较低，不易产生积屑瘤。四、镗孔四、镗孔用镗刀对已有孔进行再加工，称为镗孔。对较大孔，内成形面，孔用镗刀对已有孔进行再加工，称为镗孔。对较大孔，内成形面，孔 内环槽和位置精度较高的孔系等，镗削是唯一合适的加工方法。内环槽和位置精度较高的孔系等，镗削是唯一合适的加工方法。一般镗孔

54、：一般镗孔：IT8IT7IT8IT7，RaRa为为0.80.81.61.6 精细镗：精细镗： IT7IT6 IT7IT6 ，RaRa为为0.20.20.80.8 1 1、单刃镗刀镗孔、单刃镗刀镗孔( (刀头结构与车刀类似刀头结构与车刀类似) ) (1) (1) 适应性较广，灵活性较大适应性较广，灵活性较大, ,可粗加工，半精加工，精加工。一把可粗加工，半精加工，精加工。一把 镗刀可加工直径不同的孔。镗刀可加工直径不同的孔。 (2) (2) 可以校正原有孔轴线歪斜或位置偏差。可以校正原有孔轴线歪斜或位置偏差。 (3) (3) 生产率较低，较适用于单件小批量生产单刃镗刀的刚度较低，为生产率较低，较

55、适用于单件小批量生产单刃镗刀的刚度较低，为减少变形和振动，采用较小的切削用量，另外，仅有一个主切削刃减少变形和振动，采用较小的切削用量，另外，仅有一个主切削刃工作，所以生产率较低。（见图）工作，所以生产率较低。（见图） 2 2、多刃镗刀镗孔、多刃镗刀镗孔 多刃镗刀的镗刀片是浮动的，两个对称的切削刃产生的切削力，自多刃镗刀的镗刀片是浮动的，两个对称的切削刃产生的切削力，自动平衡其位置。动平衡其位置。 (1) (1) 加工质量较高加工质量较高 刀片浮动可抵偿偏摆引起不良影响，较宽的修光刃可减少孔壁刀片浮动可抵偿偏摆引起不良影响，较宽的修光刃可减少孔壁 粗糙度值。粗糙度值。 (2) (2) 生产率较

56、高，两刀刃同时工作，故生产率较高。生产率较高，两刀刃同时工作，故生产率较高。 (3) (3) 刀具成本较单刃镗刀高。刀具成本较单刃镗刀高。 浮动镗刀主要用于批量生产，精加工箱体零件上直径较大的孔。浮动镗刀主要用于批量生产，精加工箱体零件上直径较大的孔。 （见图）（见图）33 刨、拉削的工艺特点及其应用一、刨削的工艺特点一、刨削的工艺特点 1 1、通用性好、通用性好 可加工垂直、水平的平面，还可加工可加工垂直、水平的平面，还可加工T T型槽、型槽、V V型槽，型槽， 燕尾槽等。燕尾槽等。 2 2、生产率低、生产率低 往复运动，惯性大，限制速度，单次加工，但狭长往复运动，惯性大，限制速度，单次加工

57、，但狭长 表面不比铣削低表面不比铣削低 3 3、加工精度不高、加工精度不高 IT87IT87，RaRa为为1.66.3 1.66.3 但在龙门刨床上用宽刀细刨，但在龙门刨床上用宽刀细刨， Ra Ra为为0.40.80.40.8（见图）（见图）二、刨削应用二、刨削应用 刨削主要用在单件，小批生产中，维修车间中刨削主要用在单件，小批生产中，维修车间中 主要应用：图主要应用：图319319 牛头刨：一般不超过牛头刨：一般不超过1000mm1000mm长度。长度。 龙门刨：加工长度、宽度都较大，济南二机床，龙门刨：加工长度、宽度都较大，济南二机床， B236B236龙门刨：龙门刨：20206.3m6.

58、3m 插床（立式牛头刨，见图）插床（立式牛头刨，见图） 可加工内表面、四方孔、六方孔、键槽等。可加工内表面、四方孔、六方孔、键槽等。 也可加工盲孔、有台肩内表面。也可加工盲孔、有台肩内表面。图311 圆孔拉刀 图312 拉孔过程三、拉削三、拉削（见图）（见图） 根据施力方式，有拉刀、推刀两种，施以拉力的根据施力方式，有拉刀、推刀两种，施以拉力的 用拉床，施以推力的在压力机上进行用拉床，施以推力的在压力机上进行 特点特点 (1) (1)生产率高生产率高 一次完成粗一次完成粗半精半精精加工精加工 (2)(2)加工精度高，粗糙度值较小加工精度高，粗糙度值较小 切削量小，仅切去工件的弹性恢复量，拉刀上

59、切削量小，仅切去工件的弹性恢复量，拉刀上 的校的校 准部分校准、修光作用，准部分校准、修光作用， 切削速度较低，切削速度较低， 避免积屑瘤，切削过程平稳，避免积屑瘤，切削过程平稳， 粗糙度较低：粗糙度较低： (3)(3)拉床结构，操作较简单拉床结构，操作较简单. . (4)(4)拉刀价格昂贵，加工批量大时，可使成本下降拉刀价格昂贵，加工批量大时，可使成本下降. . (5)(5)加工范围较广：可加工通孔：圆孔、方孔、内加工范围较广：可加工通孔：圆孔、方孔、内 齿轮等。齿轮等。 还有：平面，键槽等。（见图）还有：平面，键槽等。（见图） 对盲孔、深孔、阶梯孔等不能加工，推削时对盲孔、深孔、阶梯孔等不

60、能加工，推削时 L/D1215 L/D1215，硬度低于，硬度低于45HRC45HRC3 34 4 铣削工艺特点及其应用铣削工艺特点及其应用一、铣削的工艺特点一、铣削的工艺特点 1.1.生产率较高生产率较高 多齿工作，旋转运动利于高速铣削多齿工作，旋转运动利于高速铣削 2.2.容易产生振动容易产生振动 由于多齿工作，每个齿切削厚度变化，切削力变由于多齿工作，每个齿切削厚度变化，切削力变 化，切削过程不稳定，易产生振动化，切削过程不稳定，易产生振动, ,影响加工质影响加工质 量；量； 3.3.刀齿散热条件较好刀齿散热条件较好 多齿工作，每个齿间歇工作，有冷却时间，散热多齿工作，每个齿间歇工作，有