机修钳工培训(上).

1、 第一部分：机修钳工的基本操作第一章 钳工概述第二章 金属材料和热处理概述第三章 金属切削的基本知识第四章 机修钳工的基本操作第五章 金属切削机床和夹具的基本知识 第二部分：设备装修工艺第六章 设备装配和修理的基本知识 第七章 固定连接及其装修工艺第八章 常见机构的装配与修理第九章 轴承和轴组的装修工艺第十章 典型设备修理第一章 钳工概述 一、钳工的分类： 1、钳工的主要任务：加工工件、装配、维修设备以及工具的制造和修理。 2、钳工分类：工具钳工：使用钳工工具及设备，进行刃具、量具、模具、夹具和索具等的加工和修理，并进行组合装配、调试与修理。装配钳工：使用钳工工具及设备，按技术要求对工件进行加

2、工、维修和装配。机修钳工：使用工具、量具和辅助设备等，对各类设备的机械部分进行维护和修理。 3、钳工的基本操作：划线、錾削、锯削、锉削、孔加工（钻、扩、锪、铰）、攻螺纹和套丝、矫正和弯形、铆接、刮削和研磨、以及基本测量和简单热处理。 二、机修钳工专业技能知识范围二、机修钳工专业技能知识范围 1、画法几何与机械制图： 三视图、点线面的投影规律、截交和相贯、基本几何体和组合体的投影、视图的常用表达方法（剖视、断面、局部移出和放大、简化画法）、轴测图、机械零件图、装配图、尺寸标注。 2、互换性与技术测量： 互换性和标准化、公差与配合、长度测量（尺寸、基准）、形状位置检测、表面粗糙度检测。 3、钳工工

3、艺： 常用量具： 标准量具：量块、粗糙度对照块、塞尺 专用量具：卡规、塞规、通止规 万能量具：游标卡尺、千分尺、万能角度尺、百分表 钳工基本操作：划线、錾锯挫削、钻扩锪铰孔、攻套丝、刮削与研磨、矫正与弯形、焊接和粘接、简单的热处理。 4、金属切削原理与刀具： 切削加工的基本概念：切削运动（主运动、进给运动）、切削加工在工件上形成的包面（待加工、加工、已加工）、工件成形运动（成形法、展成法）、切削用量三要素（v、af、ap）、切削力（理力和材力的基本概念）、切削热和切削液、切屑和积屑瘤、加工表面质量。 刀具知识：刀具组成和分类、刀具切削部分（三面、两刃、一刀尖）、刀具角度、刀具的磨损和寿命、刀具

4、材料、复杂刀具。 5、机械零件（设计）和机械基础： 强度理论，零件（包括标准件）的参数和检测、零件设计，配合（啮合）传动参数的检测和设计；传动简图（传动符号）、螺纹连接和传动、摩擦传动、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、平面四杆机构、凸轮机构、棘轮和槽轮机构、联轴器与离合器、轴组。 6、金属材料和热处理： 金属材料的类型和牌号、铁碳合金相图、常用热处理方法。 7、金属切削机床和夹具： 机床的类型和型号、各类机床的加工工艺范围、典型加工机床的结构原理、机床典型部件、机床的传动分析和计算（转速拟合图）；机床设计、工件自由度和约束、六点定位、定位和卡紧元件、定位尺寸链和定位精度、通用和专用夹具及组

5、合夹具。 8、流体力学与液压传动、气动技术： 流体力学基础：帕斯卡定律、伯努力方程 液压传动：传动参数、液压元件（液压元件符号）、典型回路、油路分析。 气体动力学：摩尔定律、热力学方程 气动基础：元件（符号）、典型气动回路 9、机械加工工艺学： 金属切削加工的方法、典型表面加工方案（经济精度）、精密加工和特种加工、典型零件的加工工艺（轴类、盘套类、箱体类、底座和支架类）、机加工工艺过程（加工工艺规程制定、零件工艺分析、毛坯选择、基准的选择、工艺路线的拟定、加工余量的确定、工序尺寸的计算、加工生产率和工时、编写工艺文件）。 10、机修工艺学： 机修钳工常用设备：钳工工作台（台虎钳）、砂轮机、压力

6、机、千斤顶、轴承加热器、钻床、电动或风动工具、龙门吊架和手拉葫芦。 常用工具、量具和仪器：通用工具和专用修理工具、钳工量具、水平仪（框式、合像、电子）、光学平直仪、自准直仪、转速表、声级计、测震仪、温度测量仪、经纬仪（平行光管）、水准仪（或全站仪）、偏摆检查仪、表面粗糙度检测仪、万能测齿仪、数字式万能工具显微镜等（量具的测量精度和误差原理）。 设备修理基本知识：拆卸、修理、装配。 典型机构和部件的修理：固定连接的修理、传动机构的修理与装配、轴承和轴组的修理与装配、机床导轨的修理。 典型设备的修理。 11、数控技术基础： 数控机床的类型、数控机床的组成和典型机械部件的结构、数控装置的组成和特点、

7、数控编程基础。 12、电工学、电力拖动、控制工程和测试技术。 电路原理：电压、电流、电阻、电容、电感、欧姆定律、基尔霍夫定律、电压源、电流源、电路分析（电位、等效变换、节点电压和支路电流、戴纬南与诺顿定理、非线性电路、暂态分析）。 电子技术基础：二极管、三极管、场效应管和基本放大电路、集成运算放大器、直流稳压电源、电力电子、门电路和组合逻辑电路。 正弦交流电、三相电路、磁场和磁路、电机（交流电机、直流电机、控制电机）、电气开关和控制元件（符号、动作原理、整定）、电工仪表。 电力拖动：继电控制（自保、互锁、常开、常闭、得电延时、断电延时、点动、连续、顺序等基本概念）、PLC、常见的交流电机控制电

8、路、变频调速、直流电机调速和控制。 自动控制：开闭环、反馈、传递函数、线性微分方程、数学建模、时域与频域分析、根轨迹法、采样、拉氏变换和Z变换、非线性分析、最优控制。 测试技术：传感器、信号采集、编码和译码、调制与解调、A/D和D/A转换、数据处理、频谱分析。第二章 金属材料及热处理概述课题一 金属材料的性能金属材料的性能主要是指力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。 名 称 代 号 含 意计量单位强度 抗拉强度 抗弯强度 抗压强度 b bb bc 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力 当所受外力是拉力时所表现出米的抵抗能力 当所受外力与材料的轴线相垂直，并在作用后使材料呈弯曲时所表现

9、出来的抵抗能力 当所受外力是压力时所表现出来的抵抗能力MPa硬度 布氏硬度 洛氏硬度HBS(压头为硬质合金球时用HBW)HRC HRB HRA 金属材料抵抗更硬物体压入表面的能力 用一定直径的淬硬钢球或硬质合金球作为压头，在一定的压力下，将压头压入金属材料的表面，测得压痕的直径，经过计算即得布氏硬度值 用l 470 N的力将金刚石的圆锥压头压入金属材料的表面，以压痕深度表示硬度的大小 用980 N的力和直径1.5 9mm淬硬钢球乐入金属表面求得的硬度 用580 N的力和圆锥形金刚石压入器求得的硬度塑性 金属在外力作用下，产生永久变形而不会被破坏的能力冲击韧性值 ak 金属在冲击载荷下，抵抗破坏

10、的能力Jcm!金属材料的物理性能是指金属的密度、熔点、热膨胀、导热性、导电性和磁性等 金属在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力称为化学性能，如耐腐蚀性和热稳定性等 四、工艺性能：金属材料是否易于加工成形的性能称为工艺性，如铸造性能、锻造性能、焊接性能、可切削加工性能和热处理工艺性能等， 洛氏硬度与布氏硬度有下列近似关系：HRC1/10 HBs洛氏硬度中的HRA与HRC有下列近似关系：HRA=HRC/2+521394912FeFeaFe體心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格铁碳合金的基本组织课题三 金属材料的分类和牌号 根据国家标准钢铁产品牌号表示方法的规定，我国钢号表示方法的基本原则如下： (1

11、)汉字牌号和汉语拼音字母牌号并用，其优点是汉字牌号容易记忆和识别，汉语拼音字母牌号容易书写和标记。 (2)钢号中化学元素采用国际化学符号或汉字表示，如Mn(锰)、Si(硅)、Cr(铬)等，但稀土元素(总称)用拉丁字母“RE”或汉字“稀土”表示。(3)钢中碳和合金元素含量用数字表示，碳含量标在钢号最前面，合金元素含量则标在相应元素符号的后面。合金钢编号采用汉字(或汉语拼音字母)、化学元素符号和数字混合组成。 我国非钢铁材料及合金产品的牌号表示是根据国家标准(GB3 4 0)的规定，采用汉字牌号和汉语拼音字母、国际化学元素符号、阿拉伯数字相结合的方法，其表示原则如下： (1)产品牌号以代号或元素符

12、号、成分和顺序号结合产品类别或组别名称表示， (2)产品的统称(如铜材、铝材)、类别(如黄铜、青铜)以及产品标记中的品种(如板、管、棒、带、箔)等均用汉字表示。 (3)产品的状态、加工方法和特性采用国家标准中规定的汉语拼音字母表示 铸造合金包括铸铁、铸钢和铸造非铁合金。1、碳素钢 含碳量低于211，并含有少量的磷、硫、硅、锰等杂质的铁碳合金称为碳素钢，又名碳钢。 1）普通碳素结构钢 这种钢内所含杂质较多，所以质量差些。根据国家标准规定，其中甲类钢只保证力学性能而不保证化学成分。这种钢多制成钢筋、槽钢、角钢和棒料等。一般用于制造力学性能要求不高的零件，如螺钉、螺母、垫圈、销、铆钉等。乙类钢只保证

13、化学成分而不保证力学性能，其用途基本上与甲类钢相同。特类钢既保证化学成分，又保证力学性能。但使用不多，往往被优质碳素结构钢所代替。2）优质碳素结构钢 这种钢中的有害杂质磷和硫的含量比较少，钢的质量好，它既保证化学成分又保证力学性能。一般用来制造力学性能要求较高的机器零件。3）低碳钢一般含碳量小于O2 5。它的强度比较低，但塑性、韧性都比较好，容易冲压。因此常用来制成各种板材，制造各种冲压零件与容器。低碳钢也常用来制造各种渗碳零件(经过淬火之后，钢件表面硬度高、耐磨性好，而心部保持着一定的强度和韧性)，如齿轮、短轴、销等。因此，这类钢又称渗碳钢。常用的低碳钢牌号有0 8、1 0、1 5、2 0和

14、2 5钢等。4）中碳钢的含碳量一般在0306之问。它具有较高的强度，但塑性和韧性差些。 中碳钢可用调质处理来提高强度和韧性，因此可用来制造各种轴类、杆件、套筒、螺栓和螺母等。如调质之后再经表面淬火，则可使表面硬而耐磨，可用来制造各种耐磨零件，如齿轮、花键轴等。这类钢又称调质钢。常用的中碳钢牌号有3 0、4 0、4 5和5 0钢等。 5）高碳钢的含碳量一般大于06。这种钢的硬度和强度高，但塑性和韧性差。如经过淬火并中温回火之后，不但具有较高的硬度，而且具有良好的弹性，因此可以用来制造对性能要求不太高的弹簧，如板弹簧、螺旋弹簧等。常用的高碳钢牌号有6 5、7 0钢等。6）碳素工具钢 在碳素工具钢中

15、，由于磷、硫含量较少，所以钢的质量较好。 碳素工具钢具有较高的硬度、耐磨性和足够的韧性，一般用来制造各种工具、模具、量具和切削刀具(低速)等。常用的碳素工具钢牌号有优质钢T7、T8、Tl 3和高级优质钢T7 A、T8 A、T l 3 A等两大类。1）合金结构钢：合金结构钢分普通低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢五种。普通低合金钢 在普通碳素结构钢的基础上加入少量合金元素，成为普通低合金钢。普通低合金钢的强度比普通碳素结构钢高，且白重轻、韧性好、耐腐蚀。 渗碳钢 这种钢是指经渗碳、淬火和低温回火后使用的钢，主要用来制造表面承受强烈磨损，并承受冲击载荷的零件 调质钢 指经调质处理后使用的

16、钢，主要用于制造承受很大的交变载荷与冲击载荷或各种复合应力下工作的零件。 弹簧钢 指用于制造各种弹簧的钢 。滚动轴承钢 指用于制造各种滚动轴承内外套圈及滚动体的专用钢种。 2）合金工具钢： 合金工具钢是指制造各种刃具、模具和量具的钢。刃具钢 主要用于制造切削刀具，要求它具有足够的硬度和耐热性，并有一定的抗弯强度。常用的有碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢等。模具钢 主要用于制造冷冲模及冷挤压模等，能承受压力、摩擦或冲击，因此要求它有较高硬度、高耐磨性及足够的强度和韧性。 量具钢 主要用于制造量具，如游标尺、千分尺、块规、样板等。要求这种钢经热处理后具有较高的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。常用的量具钢

17、有5 0、5 5、6 0、6 5、T10 A、T12 A、CrWMn、GCr15、4 Crl 3、9 Cr18等。3特殊性能钢 特殊性能钢具有特殊的物理或化学性能，用来制造除要求有一定的力学性能外，还要求有特殊性能的零件。常用的特殊性能钢有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。1)不锈钢 能抵抗大气腐蚀和在化学介质(如酸类)中抵抗腐蚀的钢统称为不锈钢。不锈钢分马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢三类， 2)耐热钢 具有良好耐热性的钢称为耐热钢，它能在高温下抗氧化，并有较高的高温强度。耐热钢有抗氧化钢和热强钢两类，3)耐磨钢 它是指在强力冲击载荷下才能发生硬化的高锰钢，典型钢号如ZG Mn13。高锰钢主

18、要用于制造坦克、拖拉机履带、破碎机颚板、防弹钢板等。非铁材料又称有色金属，它有铜、铝、镁、钛及其合金等。常用的非铁材料分四类： 1)重金属 密度大于5 gcm2，如铜、镍、钴、铅、锌、锡等。 2)轻金属 密度小于5gcm2，如铝、镁、钠、钙、钾等。 3)贵金属 金、银等。 4)稀有金属 包括稀有轻金属(钛、锂、铍等)和稀有难熔金属(钨、钼、钽、铌等)。含碳量大于211的铁碳合金称为铸铁。工业上常用的铸铁一般含碳量是254。铸铁除含碳量较高之外，还有较高的含硅量，杂质元素硫和磷也较多。 铸铁中含有石墨。石墨本身具有润滑作用和吸油能力，因此它有良好的减摩性和切削加工性。此外，由于铸铁的含碳量较高，

19、使它的熔点低，流动性好，因此易于铸造。常用的铸铁有下面几种： 1)白口铸铁 白口铸铁的断口呈亮白色。它的硬度较高，脆性大，不易切削加工，因此工业上很少直接用它制造机械零件，而是用来作炼钢原料。但也有用来制造轧辊、拉丝模、球磨机等零件的。 2)灰口铸铁 灰口铸铁的断口呈灰色。它的硬度低，性质较软，容易切削加工；抗拉强度小，抗压强度大(与抗拉强度相比)，塑性差，不能进行压力加工；熔点低，流动性好，冷却凝固时收缩量小，因此其铸造性能较好。但灰口铸铁中的石墨呈片状，对基体有割裂作用，当铸铁受拉力或冲击力作用时，容易破裂。 3)可锻铸铁 可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体割裂作用小，所以它的强度、韧性和塑

20、性都比灰口铸铁高，可锻铸铁并不能锻造，这个名称仅表示它比一般铸铁具有较高的韧性和塑性。 4)球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用很小，所以它的力学性能与钢相近。对于有些零件可以用球墨铸铁代替钢， 铸造合金 铸造合金有铸铁、铸钢和铸造非铁合金三大类二十余种。 课题四 钢的热处理 把钢件加热到一定的温度，进行必要的保温后，以适当的速度冷却到室温，改变钢件的内部组织，从而获得所需要性能的工艺方法称为热处理。按加热和冷却方法不同，热处理大致可分为以下几种 名 称 热处理过程 目 的 退 火 将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温(1)降低钢的硬度，提高塑性，以利 于切削加

21、工及冷变形加工；(2)细化晶粒，均匀钢的组织，改善 钢的性能及为以后的热处理作 准备；(3)消除钢中的内应力，防止零件 加工后变形及开裂 退 火 完 全 退 火 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是710750，个别合金钢的临界温度可达800900)以上3050，保温一定时问，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却) 细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力。 完全退火适用于含碳量在0.8以下的锻件或铸钢件 类 别球化退火 将钢件加热到临界温度以上2030，经过保温以后，缓慢冷却至500以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和丌裂。 球

22、化退火适用于含碳量大于0.8的碳素钢和合金工具钢 名 称 热处理过程 目 的 退 火 类 别 去 应 力 将钢件加热到500650，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，以防止以后加工和使用过程中发生变形。 去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等 正 火 将钢件加热到临界温度以上4060 0C，保温一定时问，然后在空气中冷却(1)改善组织结构和切削加工性 能；(2)对力学性能要求不高的零件， 常用正火作为最终热处理；(3)消除内应力 淬 火 将钢件加热到淬火温度，保温一段时问，然后在水、盐水或油(个别

23、材料在空气中)中急速冷却(J_)使钢件获得较高的硬度和耐磨 性；(2)使钢件在回火以后得到某种特 殊性能，如较高的强度、弹性和 单 液 洋 火 将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却。 单液淬火只适用于形状比较简单，技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。淬火时，对于直径或厚度大于58 rnzn的碳素钢件，选用盐水或水冷却；合金钢件选用油冷却 韧性等 淬双液淬火 将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，先在水中快速冷却至300400，然后移入油中冷却 火 类 别火焰表面洋火 用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即用水向零件表面喷射。 火焰表面淬火适用

24、于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨，并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件，如曲轴、齿轮和导轨等表面感应洋火 将钢件放在感应器中，感应器在一定频率的交流电的作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表而迅速加热(2 名 称 热处理过程 目 的 淬 火 类 别 表 面 感 应 淬 火 1 0 min)到淬火温度，这时立即将水 喷射到钢件表面。 经表面感应淬火的零什，表面硬而耐磨，而心部保持着较好的强度和韧性。 表面感应淬火适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件 回 火 将淬火后的钢件加热到临界温度以下，保温一段时问，然后在空气或油L卜I冷却。 回火是紧接着淬火以后进行的，也是热处理的最

25、后一道工序(1)扶得所需的力学性能。在通常 情况下，零件淬火后的强度和 硬度有很大提高，但塑性和韧 性却有明显降低，而零件的实 际工作条什要求有良好的强度 和韧性。选择适当的回火温度 进行回火后，可以获得所需的 力学性能；(2)稳定组织，稳定尺寸；(3)消除内应力低温回火 将淬硬的钢件加热到1 50250，并在这个湍度保温一定时问，然后在卒气中冷却。 低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承和渗碳零件等 消除钢件凶淬火而产生的内应力回火类 中 温 回 火 将淬火的钢件加热到350450，经保温一段时问冷却下米。 一般用于各类弹簧及热冲模等零件 使钢件获得较高的弹性、一定的韧性和硬度别 高

26、温 同 火 将淬火后的钢什加热到500650，经过保温以后冷却。 土要用丁要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等 使钢什获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件凶淬火而产生的内应力 调 质 将淬火后的钢件进行高温(500600)回火。 多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等。 调质一般是在粗加工之后进行的 细化晶粒，使钢件获得较高韧性和足够的强度，使其具有良好的综合力学性能 名 称 热处理过程 目 的 人 工 时 效 将经过淬火的钢什加热到1001 60，经过长时问的保温，随后冷却 消除内应力，减少零什变形，稳定尺寸，对精度要求较高的零件

27、更为重要 时 效 处 理 自 然 时 效 将铸什放在露天；钢什(如长轴、丝杠等)放在海水中或长期悬吊或轻轻敲打。 要经自然时效的零件，最好先进行粗加工 化 当 丁 执 处 理 将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能钢的渗碳 将碳原子渗入钢件表层。 常用丁耐磨并受冲击的零件，如凸轮、齿轮、轴、活塞销等 使表面具有高的硬度(HRC6065)和耐磨性，而中心仍保持高的韧件化学执处理钢的淬氮 将氮原子渗入钢件表层。 常用于重要的螺栓、螺母、销钉等零件 提高钢件

28、表层的硬度、耐磨性、耐蚀性类别钢的氰化 将碳和氮原子同时渗入到钢件表层。 适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零什，也可用于高速钢刀具 提高钢件表层的硬度和耐磨性 发 黑 将金属零件放在很浓的碱和氧化剂溶液中加热氧化，使金属零件表面生成一层带有磁性的四氧化三铁薄膜。 常用丁低碳钢、低碳合金工具钢。 由于材料和其他因素的影响，发黑层的薄膜颜色有蓝黑色、黑色、红棕色、棕褐色等，其厚度为0.60.8 um 防锈、增加金属表面美观和光泽，消除淬火过程中的应力第三章金属切削加工的基本知识课题一 切削加工的基本定义 用金属切削刀具切除工件上多余的(或预留的)金属，从而使工件的形状、尺寸精度及表面质量都合乎预定要求

29、，这样的加工称为金属切削加工。由刀具切除的多余金属变为切屑而排离工件。在切削加工过程中，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它可以通过人手或金属切削机床的作用来实现。机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统，切削过程的各种现象和规律，都要在这个工艺系统的运动状态中去考察研究。1、车削运动和工件上的加工表面 车削加工是一种最常见的、典型的切削加工方法。如图所示，普通外圆车削加工中的切削运动是由两种运动单元组合而成的：其一是工件的回转运动，它是切除多余金属以形成工件新表面的基本运动；其二是车刀的纵向进给运动，它保证了切削工作的连续进行。在这两个运动合成的切削运动作用下，工件表而的一层金属

30、不断地被车刀切下来并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在新表面的形成过程中。工件上有三个依次变化着的表面；待加工表面、过渡表面和已加工表面。 (1)待加工表面：加工时即将被切除的工件表面。 (2)已加工表面：已被切去多余金属面形成符合要求的工件新表面。 (3)过渡表而(或称切削表面)：加工时由切削刃在工件上正在形成的那个表面。它是待加工表而和已加工表而之问的表面。 上述车削运动和加工表而的分析认识，也适用于其他切削加工。2、各种切削加工的切削运动动和加工表面 金属切削加工的种类很多。各种切削加工的目的都是为了形成台乎要求的工件表面，因此，表而形成问题是切削加工的基本问题。从这个意义上来

31、说，切削刃相对于工件的运动过程，就是表面形成过程。在这个过程中，切削刃相对于工件运动的轨迹面就是工件上的过渡表面和已加工表面。这里有两个要素，一是切削刃，二是切削运动。不同形状的切削刃加上不同切削运动的组合，即可形成各种加工表面。3、主运动、进给运动与合成切削运动 各种切削加工中的运动单元，按照它们在切削过程中所起的作用，可以分为主运动和进给运动两种。这两个运动的向量和，称为合成切削运动。所有切削运动的速度及方向都是相对于工件定义的。（1）主运动 由机床或手动提供的刀具与工件之间主要的相对运动，它使刀具切削刃及其毗邻的刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切屑，从而形成工件新表而。如图l_2所

32、示，在车削时，工件的回转运动是主运动。在钻削、铣削和磨削时，刀具或砂轮的回转运动是主运动。在刨削时，刀具或工作台的往复直线运动是主运动。 由于切削刃上各点的运动情况不一定相同，在研究问题时，应选取切削刃上某一适宜点，这一为便于研究问题所选取的适宜点，称为切削刃选定点。研究清楚该点的运动情况，再研究整个切削刃就比较容易了。 主运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。 切削速度：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。（2）进给运动 由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动依次地或连续不断地切除切屑，同时形成具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可以是间歇的，也可以是连续进行

33、的。进给运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向。进给速度：切削刃选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。对于间歇的进给运动，例如刨削加工，可不规定进给速度 （3）合成切削运动 由同时进行的主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向。合成切削速度：切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。 进给运动角：在同一瞬间的主运动方向和进给运动方向之间的夹角。对于龙门刨、牛头刨的刨削和拉削之类的加工，这个角度不作规定。合成切削速度角：主运动方向与合成切削方向之间的夹角。4、切削用量三要素 在切削加工过程中，需要针对不同的工件材料、刀具材料

34、和其他技术经济要求来选定适宜的切削速度V0，进给量f或进给速度Vf，还要选定适宜的切削深度ap值。V0、f、ap称之为切削用量三要素。 （1）切削速度V0大多数切削加工的主运动采用回转运动。圆转体(刀具或工件)上外圆或内孔某-点的切削速度计算公式如下：min/10000msmdnv或式中：d ： 工件或刀具上某一点的回转直径，mm。n： 工件或刀具的转速，r/s或rmin。 在当前生产中，磨削速度单位用米秒(ms)，其他加工的切削速度单位尚习惯用米每分钟(mmin)。 即使转速一定，而切削刃上各点由于工件直径不同，切削速度也就不相同。考虑到：切削速度对刀具磨损和已加工质量有影响，在计算时，应取

35、最大的切削速度；如外圆车削时计算待加工表面上的速度，内孔车削时计算已如工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。（2）进给速度Vf、进给量f和每齿进给量fz 进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mms(或mmm in)。进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mmr 对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定进给速度，却需要规定间歇进给的进给量，其单位为mmdstr(毫米双行程)。 在铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具进行切削时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mmz(毫米齿)。 min)/(mms

36、mmnzffnvzf或 （3）切削深度ap。 对于车削和刨削来说，切削深度ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。 外圆柱表面车削时的切削深度可用下式计算： 2dmdwap对于钻削：2dwapdw已加工表面直径，mm；dm待加工表面直径，mm。 1、刀具切削部分的结构要素 金属切削刀具的种类虽然很多，但它们的切削部分的几何形状与参数都有着共性，即不论刀具结构如何复杂，它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态。前刀面A 前刀面A是切屑流过的表面。如果前刀面是由几个相互倾斜表面组成的，则可从切削刃开始，依次把它们称为第一前刀面A1(有时称为倒棱)、笫二前刀面A2等

37、。 还可以根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况区分：与主切削刃毗邻韵称为主前刀面，与副切削刃毗邻的称为副前刀面。 后刀面Aa 后刀面Aa是与工件上新形成的过渡表面相对的刀具表面。同样，也可以分为第一后刀面Aa1(有时称为刃带)、第二后刀面Aa2等。与副切削刃毗邻的与工件上已加工表面相对的刀面，称为副后刀面Aa，伺样，也可分为第一副后刀面Aa1第二副后刀面Aa2等。切削刃S 切削刃是前露面上直接进行切削的边锋。有主切削刃S和副切削刃S之分。连接主副两条切削刃之间的一小段切削刃，可以是直线，也可以是圆弧，它常称过渡刃。刀尖 刀尖是指主切削刃与副切削刃的连接处相当短的一部分切削刃。常用力尖有三种：交

38、点(点状)刀尖、圆弧(修圆)刀尖和倒棱(倒角)刀尖。2、刀具角度的参考系 刀具切削部分必须具有合理的几何形状，才能保证切削加工的顺利进行和获得预期的加工质量。刀具切削部分的几何形状主要是由一些刀面和刀刃的方位角度来表示。为了确定刀具的这些角度，必须将刀具置于相应的参考系里。按构造参考系时所依据的切削运动的差异，参考系可分为：刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。前者由主运动方向确定，而后者则由合成切削运动方向确定。 （1）刀具标注角度的参考系：构成刀具标注角度参考系的参考平面，通常有基平面、切削平面、主剖面、切削刃法剖面、进给剖面和切深剖面。 a、基平面(简称基面)Pr：通过切削刃选定点，垂

39、直于主运动方向的平面。通常，基面应平行或垂直于刀具上制造、刃磨和测量时的某一安装定位平面或轴线。 普通车刀、刨刀的基面Pf，它平行于刀具底面。要做到这一点，必须假设切削刃选定点与工件旋转轴线同高(以刀具底面为测量基准)。 钻头、铣刀和丝锥等旋转类刀具，其切削刃各点的主运动（即旋转运动)方向都垂直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，故其基面Pr就是这些刀具的轴向剖面。b、切削平面Ps：通过切削刃选定点，与切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是切削刃S与切削速度方向构成的平面。基面和切削平面十分重要。这两个平面加上以下所讲的任一剖面，便构成各种不同的刀具标注角度参考系。C、主剖面Po和主剖面

40、参考系：主剖面是通过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr，和切削平面Ps的平面。由此可知，主剖面垂直于主切削刃在基面上的投影。Pr-Ps-Po组成一个正交的主剖面参考系。这是目前生产中最常用的刀具标注角度参考系。 d、切削刃法剖面Pn和法剖面参考系：法剖而Pn是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。Pr-Ps一Pn组成一个法剖面参考系。 e、进给剖面Pf和切深剖面Pp及其组成的进给、切深剖面参考系：进给剖面Pf是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面。通常，它也平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。例如，普通车刀和刨刀的Pf垂直于刀柄底面，钻头、拉刀

41、、端面车刀、切断刀等的Pf平行于刀具轴线，铣刀的Pf则垂直于铣刀轴线。 切深剖面Pp是通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。 由Pr-Pf-Pp组成一个进给、切探剖面参考系。（2)刀具工作角度参考系：上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都是只考虑主运动，不考虑进给运动，却在假定运动条件下确定的参考系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合成切削运动方向来确定参考系，才符合切削如工的实际。 刀具工作角度参考系同标往角度参考系的唯一区别是构造参考系时，前者以合成切削方向为依据，后者以主运动方向为依据。3、刀具的标注角度 在刀具标注

42、角度参考系中确定的切削刃与各刀面的方位角度，称为刀具标注角度。 由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的刀具角度均应指明是切削刃选定点处的角度；凡未特殊注明者，则指切削刃上与刀尖毗邻的那一点的角度。在切削刃是曲线或者前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具角度对，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面。 （1）主剖面参考系的标注角度将主剖面参考系中的参考平面Pr、Po、Ps按工程制图规则移置在一平面上，便可得到R向(Pr)、S向(Ps)视图和O-0剖面翻(Po)。在Pr、Ps、Po内有如下一些标注角度：在主剖面Po内的标注角度： 前角o在主剖面内度量的基面Pr与前刀面A的

43、夹角。 后角o在主剖面内度量的后刀面A与切削平面Ps的夹角。楔角o在主剖面内度量的后刀面A与前刀面A的夹角。在切削平面Ps内的标注角度：刃倾角s：在切削平面内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。在基面Pr内的标注角度：主偏角Kr：在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf的夹角。它也是主切削刃S在基面上投影与进给运动方向的夹角。 余偏角r：在基面Pr内度量的切削平面Ps与切深剖面Pp的夹角。也是主偏角Kr的余角。r=900-Kr 在主剖面参考系里，前角o、后角o、刃倾角s、主偏角Kr为四个基本角度。若给定这四个独立的角度，那么这把刀切削部分的主切削刃的几何形状便被确定。 具有主切削刃S和副切削

44、刃S的刀具，还得给定与副切削刃有关的四个独立角度：副偏角Kr、副刃倾角s、副前角o和副后角o，这把刀切削部分的几何形状才能确定。这些冠以“副”字的角度，须在副剖面参考系中加以定义。副剖面参考系的建立和角度的定义，可以仿照主剖面参考系的办法去做。 刀尖角r：在基面内度量的切削平面Ps和副切削平面Ps的夹角。可以定义为刀尖角r是主切削刃S和副切削刃S在基面上投影的夹角。 前角o、后角o、刃倾角s是有正负号的。 o正负号判定：在主剖面Po里，若前刀面A在基面Pr的下方，o取正号，反之便取负号。 o正负号作如下规定：当后刀面A在切削平面Ps的右边时，o取正号，在左边时取负号。 s正负号作如下趣定：当刀

45、具底面处于水平位置，如果刀尖处在切削刃最高位置，s取正号，倘若刀尖处于切削刃的最低位置，则s取负号。也可以仿照判定前角正负号的办法来判定s，即切削刃S处在基面Pr下方时，s取正号，切削刃处在基面上方时，s则取负号。 （2）法剖面参考系的标注角度 法剖面参考系和主剖面参考系的差别足在于剖面的不同。以法剖面Pn代替主剖面Po，主剖面参考系便变为法剖面参考系。因此只有法剖面的标法角度和主剖面的注角度不相同，其余角度是对应相同的。 (1)法前角n：在法削面内度量的前刀面与基面的夹角。 (2)法后角n：在法剖面内度量的切削平面与后刀面九的夹角。 (3)法楔角n：在法剖面内测量的前刀而与后刀面的夹角。 （

46、3）进给、切深剖面参考系及其标注角度 进给、切深参考系由基面Pr进给剖面Pf和切深剖面Pp构成。Pr的定义同前述主剖面参考系。其他待定的有：进给剖面Pf：过切削刃上选定点平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。切深剖面Pp：过切削刃上选定点垂直于基面Pr和进给剖面Pf的平面。 将进给、切深剖面参考系的参考平面按工程制图规则移置到一平面内，便可得到R向视图Pr、F-F(Pf)和PP(Pp)剖面图。本参考系基面内的标注角度与主剖面参考系基面内的标注角度相同。 进给剖面Pf内的标注角度有进给前角f、进给后角f和进给楔角f；切深剖面Pp内的标注角度有切深前角p、切深后角p和切深楔角p。这些角度可以参

47、照给主剖面参考系标注角度下定义的方法加以定义。 在设计和制造刀具时，需要对不同参考系内的标注角度进行换算，也就是主剖面、法剖面、切深剖面、进给剖面之间的角度换算。1、主剖面与法剖面内的角度换算 在刀具设计、制造、刃磨和检验中，常常需要知道法剖面内的角度；许多斜角切削刀具，特别是大刃倾角刀具，必须标注法剖面角度。法剖面内的角度一般是从主剖面内的角度换算得来。换算公式如下：以前角计算为例，公式推导如下 2、主剖面与其他剖面内的角度换算AGBE为通过主切削刃上A点的基面， Po(AEF)在主剖面上， Pf和Pp分别为切深剖面、进给剖面，P(ABG)为垂直于基面的任意剖面，它与主切削刃AH在基面上投影

48、AG间的夹角为；AHCF在前刀面上。 求解任意剖面P内的前角：最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之间夹角rmax为：同理，可求出任意剖面内的后角： 以上所讲的是在假定运动条件和安装条件下的标注角度，如果考虑合成运动和实际安装情形，则刀具的参考系将发生变化。按照切削工作的实际情况，在刀具工作角度的参考系中所确定的角度，称为工作角度。由于通常的进给速度远小于主运动速度，所以在一般的安装条件下，刀具的工作角度近似地等于标注角度，这样，在大多数场合下(如普通车削、镗削，端铣、周铣)不必考虑工作角度。只有在角度变化值较大时(如车螺纹或丝杠、铲背和钻孔时，研究钻心附近的切削条件以及刀具特殊安装时)，才

49、需要计算工作角度。1、进给运动对工作角度的影响 a、横车 以切断车刀为倒，在不考虑进给运动时，车刀主切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一圆周，切削平面Ps为通过切削刃上该点切于圆周的平面，基面Pr为平行于刀杆底面同时垂直于Ps的平面。当考虑横向进给运动之后，切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线，切削平面变为通过切削刃切于螺旋面的平面Ps，基面也相应倾斜为Pr，角度变化值为。工作主剖面Po仍为Po平面。此时，在工作参考系Ps，Pr，Po内的工作角度o、o为：o=o +；o=o 。刀角称为合成切削速度角。它是主运动方向与合成切削运动方向的夹角。dfvvtgf0式中d为随着车刀进给

50、而不断变化着的切削刃选定点处工件旋转直径，值是随着切削刃趋近工件中心而增大的；在常用进给量下，当切削刃距离工件中心1mm时，=1040，再靠近中心，其值急剧增大，工作后角变为负值。在铲背加工时，值很大，它是不可忽略的。b、纵车 同理，也是由于工作中基面和切削平面发生了变化，形成了一个合成切削速度角，引起了工作角度的变化。在不考虑进给运动时，切削平面Ps垂直于刀柄底而，基面Pr平行于刀柄底面，标注角度为o、o；考虑进给运动后，工作切削平面Ps为切于螺旋面的平面，刀具工作角度度参考系【Pr，Ps】倾斜了一个角，则工作进给剖面（仍为原进给剖面)内的工作角度为： 上述角度变化可以换算至主剖面内 由上式

51、可知：值不仅与进给量f有关，也同工件直径dw有关，dw越小，角度变化值越大；实际上，一般外圆车削的值不过3040，因此可以忽略不计。但在车螺纹，尤其是车大螺旋升角的多头螺纹时，的数值很大，必须进行工作角度的计算。2、刀刃上选定点安装高低对工作角度的影响当刀刃上选定点安装得高于工件中心线时，工作切削平面将变为Psp，工作基面变为Prp，工作角度p增大，p减小。在工作切深剖面(P-P仍为标注切深剖面)内角度变化值为：则工作角度为： 当刀刃上选定点低于工件中心时，上述计算公式符号相反；镗孔时计算公式符号同外圆车削计算公式符号相反。3、刀柄中心线与进给方向不垂直时工作角的的变化 车刀刀柄与进给方向不垂

52、直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化。G进给剖面Pf与工作进给剖面Pfg之间的夹角，在基面内测量。也就是进给运动方向的垂线与刀柄中心线间的夹角。各种切削加工的切削层参数，可用典型的外圆纵车来说名。如图所示，车刀主切削刃上任意一点相对于工件的运动轨迹是一条空间螺旋线。s=0时，主切削刃所切出的过渡表面为阿基米德螺旋面。工件每转一转，车刀沿工件轴线移动一段距离，即进给量(f，mmr)。这时，切削刃从加工表面的位置移至相邻的过度表面的位置上。于是、之间的金属层转变为切屑。由车刀正在切削着的这一层金属就叫做切削层。切削层的大小和形状直接决定了车刀切削部分所承受的负荷大小及切下切屑的形状和尺寸。 1、

53、切削层在各种切削加工中，刀具向对手工件沿进给运动方向每移动f(mmr)或fz (mmz)之后，一个刀齿正在切削的金属层称为切削层。切削层的尺寸称为切削参数。2、切削厚度 垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸称为切削厚度，以hp袭示。在外圆纵车(s=0=0)时 hp=fsinkr。3、切削宽度 沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削宽度，以bD表示 。 外回纵车(s=0时) ，bD=apsinkr 可见，在f与ap一定的条件下，切削层面积一定，主樯角越太，切削厚度也越大，但切削宽度越小。当主偏角为900时，hp=f。 曲线形主切削刃，切削层各点的切削厚度互不相等 4、切削面积 切削层在基面Pr内的面积，

54、称为切削面积，以AD表示。其计算公式为： 对于车削，不论切削刃形状如何，切削面积均为：上面所计算的均为名义切削面积(图1-24中的AGDB)。实际切削面积Ads等于名义切削面积AD减去残留面积AD所得之差。 5、正切屑和倒切屑 当hD、bD与f、ap的关系属于fsinkr apsinKr的情况，这时切下来的切屑称为倒切屑。介于两者之间fsinkr=apsinKr称为对等屑。显然，对于倒切屑来说，主要的切削工作已经由主切削刃转到副切削刃上了，其切削厚度hD=ap，切削宽度bD=f在这种情况下，刀具的副前角应该是设计、刃磨的重点，而原来的主切削刃的前角变为次要的角度。可见，对于各条切削刃在实际切削

55、工作中的“主”与“副”要做具体的分析。6、正切削与斜切削 切削刃垂直于合成切削方向的切削称为正切削或直角切削。如切削刃不垂直于切削运动方向则称为斜切削或斜角切削。 7、自由切削与非自由切削 只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为自由切削，曲线形主切削刃或主、副切削刃都参加切削者，称为非自由切削。这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分的。 课题二 刀具材料在切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。由此可见刀具材料的重要性，它对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本影极大。因此，应当重

56、视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。 在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求。 1、硬度 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度须在HRC62以上，并要求保持较高的高温硬度。 2、耐磨性耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能(力学性能)、组织结构和化学性能的综台反映。例如，组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布对抗磨料磨损的能力有很大影响，面抗冷焊磨损(粘结磨损)、抗扩散磨损和抗氧化磨损的能力还与刀具材料的化学稳定性有关。 3、强

57、度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性；一般，强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。刀具材料中强度高者，韧性也较好，但硬度和耐磨性常因此而下降，这两个方面的性能是互相矛盾的。一种好的刀具材料，应当根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，而有所侧重。4、耐热性 刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。这就是刀具材料的耐热性。 5、导热性和膨胀系数 在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数(热导率)越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。对子焊接刀具和沫层

58、刀具，还应考虑刀片与刀杆材料、涂层与基体材料线膨胀系数的匹配。 6、工艺性 为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性等。材料的高温塑性对热轧刀具十分重要。可磨削性可用磨削比磨削量与砂轮磨损体积之比来表示，磨削比大，则可磨削性好。 此外，在选用刀具材料时，还应考虑经济性。性能良好的刀具材料，如成本和价格较低，且立足于国内资源，则有利于推广应用。刀具材料种类很多，常用的有工具钢(包括碳索工具钢、合金工具钢和高速钢)、硬质合金、陶瓷、金刚石(天然和人造)和立方氮化硼等。碳索工具钢(如Tl0A、Tl2A)和合金工具钢(如9CrSi、CrWMn)，因其

59、耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前尚只在较小的范围内使用。当今，用的最多的刀具材料为高速钢和硬质合金。高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具铜。按重量计，钨和钼占l020，铬约占4，钒占l以上，它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成丁高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。另外，高速钢采用了接近熔点的淬火温度，得到细品粒的合金化的马氏体组织，它在低温回火(约5600C)时卫使台金碳化物析出，从而进一步提高了硬度与耐磨性。在高速钢中，钼和钨的作用基本相同，l和的钼可代替2的钨。

60、钼并能减少钢中碳化物的不均匀性，细化碳化物品粒，提高韧性。1、高速钢另外，在某些高速钢中，为了提高高温硬度，添加钴、铝、硅、铌等元素；为了提高耐磨性，可适当增加含钒量。但是，随着含钒量的增加，可磨削性变差，钒的含量不宜超过3。高速钢在600。C时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳钢时，切削速度可达05ms(30mmin)左右。 高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能进行锻造，磨出的切削刃比较锋利，熔炼质量稳定，使用比较可算。各种刀具都可用高速钢制造尤其是形状复杂的刀具和小型刀具，均大量使用着高速钢。目前，高速钢占刀具材料总使用量的60以上。 按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨