2022年金属切削的基础知识

1、第五篇 切削加工切削加工用切削刀具，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。目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。金属切削的基础知识第一章典型表面加工分析精密加工和特种加工简介常用加工方法综述金属切削机床的基本知识第三章第四章第五章第二章一、零件表面的形成及切削运动 1-1 切削运动及切削要素1主运动 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。（ ）；2进给运动使切削加工

2、保持连续进行，一种加工可以 有一种（或以上）的进给运动。（ ） （进 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： 是矢量和。二、切削用量切削速度Vc 选定点的主运动速度（m/s或m/min）,车削时一般算工件最大切削直径处的线速 度。 2 进给量f刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，车削时为（mm/r）；刨削时为（mm/str），其 他切削加工也可以用进给速度 （mm/s、mm/min、 m/min），和每齿进给量（mm/z）来衡量。3 背吃刀量ap（切削深度） 垂直与进给速度方向测量的切削层最大尺寸（mm）。三、切削层参数（如上页图） 1切削厚度hD垂直

3、与切削刃的方向上度量的切削层 截面的尺寸。（mm） 2切削宽度bD沿切削刃方向度量的切削层截面的尺 寸。(mm) 3切削面积AD给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面 里的横截面积。( ) 一、刀具材料1.对刀具材料的基本要求 （1）高硬度 刀具材料的硬度必须高，一般其常温硬度要求在 62HRC以上。 （2）足够的强度和韧度 以承受很大的切削力、冲击与振动。 （3）高耐磨性 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，耐磨性愈好。 （4）高的耐热性 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13， 耐热性是衡量刀具材料性能的主要指

4、标，它基本上决定了 刀具允许的切削速度。） （5）良好的工艺性 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。12 刀具材料及刀具结构 图13常用刀具材料的耐热性2.常用刀具材料 种 类常 用 牌 号主 要 性 能主 要 应 用碳素工具钢含碳量较高的优质碳钢T8A、T10A、T12A淬火后硬度高（达6365HRC）、价廉，但耐热性差（200以下）制造小型、手动和低速切削工具，如手用锯条和锉刀等合金工具钢碳素工具钢中加入少量Cr、Si、W、Mn等元素9SiCr、CrWMn、CrW5、GCr15淬透性、耐热性（220250）有所提高，热处理变形小，制造手用铰刀、圆板

5、牙、丝锥、刮刀等高速钢含Cr、W、V等元素较多的合金工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2它的耐热性大大提高（540650），从而耐磨性也有所提高，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，如麻花钻、铣刀、拉刀和齿轮刀具等，也可用以制作车刀、刨刀等简单刀具。硬质合金钨钴类【由WC和Co组成】以高硬度、高熔点的金属炭化物（WC、TiC等）作基体，以Co等为粘结剂的粉末冶金制品YG3、YG6、YG8(数字表示含钴量的百分数)【相当于ISO标准的K类】其相对塑韧性好，但切削塑性材料时耐磨性差，Co含量少的，相对较脆、较耐磨适用于加工铸铁、青铜等脆性材料钨钴钛类【由WC、TiC和Co

6、组成】YT5、YT15、YT30(数字表示TiC含量的百分数)【相当于ISO标准的P类】其耐热性，耐磨性均优于YG类，但韧性较差。TiC含量愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。适用加工一般钢件钨钛钽（铌）钴类【由WC、TiC、TaC（NbC）和Co组成】YW1、YW2【相当于ISO标准的M类】兼有YG、YT类的大部分优良性能，被称为通用合金，但价高既可加工铸铁也可加工钢，适合耐热钢、高锰钢和不绣钢的加工陶 瓷 材 料，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“金属陶瓷”后，其抗弯强度可大大提高

7、可用于切削高硬度等难加工材料的精加工3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 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。 （1）高速钢的改进:添加新元素，提高其硬度和耐热性（如 加Al）;或细化其晶粒，消除碳化物偏析。 （2）硬质合金的改进 ：添加合金成分（如TaC或NbC）来细化其晶粒， 提高其强度和韧性；或采用涂层刀片（涂TiC或TiN），提高其表 层的耐磨性。 （3）人造金刚石：硬度极高，可制成刀具或砂轮 ，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。 （4）立方氮化硼（CBN）：

8、高硬度、耐热、稳定性都高于金刚石。能加 工铁族金属，但较脆。 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。 1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 尖组成（图14）。 （1）前刀面刀具上切屑流过的表面（ ）。 （2）后刀面刀具上与过渡表面相对的是主后刀面( )。与已加 工表面相对的是副后刀面( )。 （3）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。前刀面与副后刀面相交形成的 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 （4）刀尖主、副切削刃的连接部位。 图14 外圆车刀 2车刀切削部分的主要角度 （

9、1）刀具静止参考系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 几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。 基面过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动 方向的平面（Pr）； 切削平面过切削刃选定点，与切削刃相切，并 垂直于基面的平面，主切削平面（Ps）， 副切削平面（Ps）； 正交平面过切削刃选定点，并同时垂直于基面 和切削平面的平面（Po）； 假定工作平面过切削刃选定点，垂直于基面并 平行于假定进给运动方向的平面（Pf）。3. 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 参考平面构 成的静止参考系。(1) 建立车刀静止参考系基面切削平面正交平面c1)

10、 基面 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。c2) 切削平面通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。c正交平面切削平面基面3) 正交平面通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。前角0基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。1)前角0c(2) 车刀切削部分的主要角度前角越大刀刃越锋利在-50250内选取，粗加工取小，精取大已加工表面质量越好主切削刃强度越低，易崩刃切削平面投影线主后刀面投影线后角0在正交平面内测量，主后刀面与切削平面之间的夹角。2) 后角0c作用：减小后刀面与已加工表面之间的摩擦; 它和前角一样影响刃口的强

11、度和锋利程度。后角应在60120内选取; 粗加工取小，精加工取大。3) 主偏角r主切削平面与假定工作平面之间的夹角。主偏角r主偏角r 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。 常用刀具的主偏角r 有450、600、750、900。4) 副偏角r副切削平面与假定工作平面之间的夹角。副偏角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。副偏角一般为50150副偏角r基面投影线主切削刃刃倾角s 刀尖为切削刃最高点时为正， 反之为负。刃倾角一般 50 505) 刃倾角s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。

12、c（2）车刀的主要标注角度及选择要点在车刀设计、制造、刃磨和测量时，必须确定的角度。 前角o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，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负（如图）的区分。 后角o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面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。 主偏角 r主切削刃和假定进给方向在基面（Pr）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。 副偏角r副切削刃和假定进给的相反方向在基面Pr上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工

13、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。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度（如图） 刃倾角s在主切削平面（Ps）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（如图）。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“锐字当先，锐中求固”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。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小”的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。（3）车刀的工作角度是在工作参考系中定义的角度。 刀尖安装高低的影响 车外圆时若刀尖高于工件的回转轴线 （图110a），则工

14、作前角oeo，工作后角oeo；若刀尖低时（图110c）则反之。 刀杆中心线安装偏斜的影响 当刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角r和工作副偏角r将发生变化（见下左图）。右下图是横向进给对前角和后角的影响 进给运动对工作角度的影响 通常进给量不大时，角度的变化常可忽略，但在快速切断和车丝杆、蜗杆和多头螺纹时，必须考虑进给运动对工作角度的变化。三、刀具结构 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）。（它们的特点与常用场合见表12。）表12 车刀结构类型、特点与用途名 称特 点适 用 场 合整体式用整体高速钢制造,刃口较锋利,但价高的刀具材料消耗较大小型车床或加工有色金

15、属焊接式焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上,结构紧凑,刚性好,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各类车刀机夹式避免了焊接式的缺陷,刀杆利用率高。刀片可集中精确刃磨,使用灵活。但刀具设计制造较为复杂外圆、端面、镗孔、割断、螺纹车刀。大刃倾角、小后角刨刀等可转位式不焊接、刃磨,刀片可快换转位,生产率高。可使用涂层刀片,断屑效果好。刀具已标准化，方便选用和管理大中型车床、特别适用自动、数控车床与加工中心等13 金属切削过程一、切屑的形成及种类（一）切屑的形成过程 切削区划分为三个变形区，如图：第变形区：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

16、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 （图中 OM面），通常OM面的位置就反映了金属变形程度。2 第变形区：发生刀具前刀 面的磨损和积屑瘤现象。3第变形区：影响刀具后刀 面的磨损以及已加工表面的 质量（包括加工硬化、表面 纤维化等）。（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，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（见图）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，加工表面较光洁。精加工时出现这种切屑较为理想，但必须采取断屑措施。2挤裂切屑：切屑的背面呈锯齿形，底面有

17、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。3崩碎切屑：切屑为不规则的碎块状，这时工件已加工表面凹凸不平。已加工表面质量差。在切削铸铁和黄铜等脆性材料时会产生。二、积屑瘤（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 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。（二）积屑瘤的形成 切屑与刀具在第变形区发生强烈的挤压和擦， 切屑底面金属的流动速度变慢而形成 “滞流层”，在适当的温度 和压力作用下，前刀面对滞流层的摩擦力和粘结力 超过切屑材料的内部分子

18、结合 力时，部分滞流层金属会粘结 在刀刃附近，形成积屑瘤。积 屑瘤是不稳定的，它不断地产 生、长大和破裂，或被切屑带 走，或嵌附在工件表面上。（三）积屑瘤在切削过程中的作用 1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实际工作前角，使切削轻快，所以粗加工时可以利用积屑瘤。2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，影响工件尺寸精度。3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1首先可控制切削速度，因为切削速

19、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。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，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。2降低工件材料的塑性（如低碳钢、不锈钢等正火后切削）。3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。三、切削力（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，主要是第变形区的剪切滑移抗力，加上第、第变形区的摩擦阻力，这些力的合力就构成了作用在刀具上的总切削力F。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。

20、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F分解为三个互相垂直的分力。1主切削力Fc F在主运动方向上的分力（又称切向力），垂直于基面，其大小约占F的8090。其消耗的功率约占总功率的90以上。它是计算机床动力、刀具和夹具强度与刚度的主要依据，也是选择刀具角度和切削用量的依据。若Fc过大时，往往会使刀具损坏或使机床发生“闷车”现象。2进给力Ff F在进给运动方向上的分力（又称走刀抗力，轴向力），作用在基面内，它消耗的功率只占总功率的15。它是设计和校验进给机构强度的依据。3背向力Fp F在垂直进给方向上的分力（又称吃刀抗力，径向力），作用在基面内，它不消耗功率。但它一般作用在机床

21、、工件刚度较弱的方向上，易使刀架位移和工件变形，且易引起振动，影响工件的加工精度。当工件刚度较小（如车细长轴）时，应当设法减小或消除Fp的影响。常使主偏角r90，就是为了这个目的。 由图可知，总切削力与三个分力有如下关系：FfFDSinr FpFDCosr（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。1指数公式 车外圆时，计算主切削力F的指数公式如下：式中：C与工件材料、刀具材料及切削条件等有关的系数；a、f、v切削三要素，单位分别为mm、mm/r、m/m

22、in；x、y、n指数；K切削条件不同时的综合修正系数。 同样，进给力Ff、背向力Fp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手册中查到。 2.单位切削力公式 生产中，还常用切削层单位面积 切削力kc的大小来估算切削力Fc的大小。如下式： Fckc ADkc bD hDkc ap f (N) 式中：kc切削层单位面积切削力，MPa(N/mm)； AD、bD、hD切层削参数， 单位分别是mm 、 mm、mm。 kC的数值也可从有关手册中查到。 3切削功率Pm Pm是指切削过程的总功率，但背向力 FP 不消耗功率，进给力Ff消耗的功率很小，一般可 忽 略不计。因

23、此，Pm计算公式如下：PmPc10 Fc vc （kW） 式中：Fc切削力，（N）； vc 切削速度，（m/s） 机床电动机的功率P的计算式如下：PPm/m （Kw） 式中：m 机床传动效率，一般取0.750.85。 四、切削热和切削温度1切削热的产生与传散 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，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

24、削液等。 由切屑和周围介质传出的热量越多，对加工越有利。但是大量切屑堆积在机床上，形成热源，会使机床产生热变形，降低加工精度，因此要设法及时、经常地去除切屑。传入刀具的热量，比例虽然不大，但刀具切削部分体积很小，因此刀具的温度可以很高（高速切削时可达1000以上）。这就加速了刀具的磨损。 传入工件的热量会使工件热变形，产生形状和尺寸误差，特别在加工薄壁件、细长件和精密件时，影响更大。 2切削温度及其影响因素 切削温度是指切削区的平均温度，其高低除了用热电偶等仪器测定外，还可通过观察切屑的颜色来估计。如切削碳素结构钢时，切屑为银白色或淡黄色时，切削温度不高；当切屑变为深蓝色或紫黑色时，说明切削温

25、度已经非常高了。 影响切削温度高低的因素，有以下一些主要方面： 切削用量 切削速度增加时，消耗功率增加，切削热也增加，且散热传导速度跟不上，因此对温度的影响最大。进给量和背吃刀量增加时，切削力增大，切削热也会增加，但不如切削速度的影响那么明显。在切削面积相同的条件下，增加背吃刀量比增加进给量时，切削温度要低一些，因增加背吃刀量时，切削刃参加切削的长度增加，有利于将热传出。 工件材料 其强度与硬度愈高，切削力和切削功率就愈大，切削温度也愈高。同一材料，热处理状态不同时，其强度、硬度不同，切削温度差别很大。工件材料的导热系数高（如铝、镁合金），则切削温度低。切削脆性材料时，由于塑性变形和摩擦都很小

26、，产生切削热也少，切削温度自然就低。 刀具角度 增大前角，则减小了切削力和切屑变形；减小主偏角，主切削刃长度增加，都有利于降低切削温度。此外，在可能情况下，使用足够的切削液和有效的冷却方式，能减小摩擦、带走大量切削热，有效地降低切削温度。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，刀具实际切削时间的总和称为刀具寿命。1刀具磨损的形式 刀具在正常磨损时，由于切削条件的不同有三种形式（见图）： 后刀面磨损 当切削脆性材料，或以较小切削厚度切削塑性材料

27、时，易产生这种情况（图中VB表示后刀面的磨损尺寸）。 前刀面磨损 在以较高的切削速度和较大的切削厚度，切削塑性 材料时，往往在前刀面上离主切屑刃一定距离处，被磨出月牙 洼。月牙洼扩大至一定程度，刀具会崩刃。 前、后刀面同时磨损 当以一般的切削厚度（h0.10.5mm）, 切削塑性材料时，常见到这种磨损。2 减少刀具磨损的主要措施 在切削用量中，对刀具磨损的影 响，切削速度最大，背吃刀量最小。因此，在保证一定的金属切 除率时，适当增加背吃刀量和进给量，降低切削速度，对减少刀 具磨损是有重要意义的。此外，刀具材料的硬度高、与工件材料 的亲和力小，尤其是耐热性好时，就不易磨损；适当增加刀具前 角，也

28、可减少刀具磨损；合理使用切削液也是较有效的方法。3磨钝标准与刀具耐用度 刀具磨损到一定限度就不能继续使用，因此有必要规定刀具的磨钝标准。通常刀具的后刀面都会磨损，因此规定以后刀面磨损带中间平均磨损量的最大磨损尺寸VB为磨钝标准。根据刀具材料，粗、精加工的不同，磨钝标准也有变化，一般推荐VB0.3mm,VBmax0.6mm，具体数值可查专业手册。 实际加工中，常以刀具进行切削的时间来判断刀具是否已达磨损限度。刃磨后的刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具耐用度，以T表示，单位一般是min。凡是影响刀具磨损的因素，都会影响刀具耐用度。它数值的选择与生产率和成本都有密切关系

29、。目前硬质合金焊接车刀的耐用度约为60min，高速钢钻头约为80120min,硬质合金端铣刀为120180min，齿轮刀具的耐用度取为200300min。一般复杂刀具刃磨较困难，综合考虑耐用度取大一些。金属切削的基础知识第一章典型表面加工分析精密加工和特种加工简介常用加工方法综述金属切削机床的基本知识第三章第四章第五章第二章在机器制造业的装备中，机床一般要占50%以上，它在机器制造中担负着4060%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平和经济效益。传统的“机床”概念，是指“切削机床”。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

30、分、获得零件需要的各种形状和尺寸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“从无到有”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。 21机床的类型和基本构造一、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 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“车削”，实现这种加工的机床便称为“车床”；刀具回转、工件作相对进给运动的加工方式称为“铣削”， 实现这种加工的机床便称为“铣床”。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。 我国标准规定：机床类别代号以机床名称汉语拼音的

31、第一 个字母（大写）来表示。我国机床的类别和代号见表21。 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22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 主参数等，如CK6140数控车床。具体型号的信息涵义可查阅机床手册。 金属切削机床型号根据国标GB/T153751994规定，车床型号由汉语拼音字母和数字组成。例： C 6 1 32车床主要参数代号（车床能加工最大直径的1/10，即320mm）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）机床类别代号（车床类）二、机床的基本构造 1.主传动部件： 有主轴箱、变 速箱、磨头等。

32、2.进给传动部 件：有进给箱 溜板箱、磨床 液压传动装置 等。 3.工件安装装 置：有卡盘、 尾架、工作台等。4.刀具安装装置：有刀架、主轴、刀轴和砂轮轴等。5.支承件：各类机床床身、立柱、底座、横梁等。6.动力源：电动机，液压泵等。22机床的传动机床的机械传动 1、带传动 2、齿轮传动 3、蜗杆传动 4、齿轮齿条传动传动链及传动比 i总=i1i2i3i4i5 -机床常用变速机构 1、滑动齿轮变速 2、离合器式齿轮变速 卧式车床的组成及传动分析（1） 卧式车床的组成变速箱进给箱主轴箱刀 架溜板箱尾 座床 身床 腿（2） 卧式车床的传动分析 电动机 变速箱 带传动 主轴箱 主 轴 工件转动 换向

33、机构 变换机构 进给箱 光杠 丝杠 溜板箱刀架 车刀纵横移动车床的主运动车床的进给运动金属切削的基础知识第一章典型表面加工分析精密加工和特种加工简介常用加工方法综述金属切削机床的基本知识第三章第四章第五章第二章 常用的加工方法有车削、钻削、 镗 削、刨削、拉削、铣削和磨削等31 车削的工艺特点及其应用 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。一、车削工艺特点 1、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。 易于保证端面与轴线垂直度要求：由横溜板导轨，与工件回

34、转轴线的垂直度保证。 2、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，利于生产率提高。 3、适于有色金属零件的精加工 有色金属零件表面粗糙度大Ra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，可达较高质量。4、刀具简单 车刀制造、刃磨和安装均较方便。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、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（改变工件安装位置图32）加工精度 IT8IT7，Ra=1.60.832 钻、镗削的工艺特点及其应用一、钻削工艺

35、特点 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。 1.容易产生“引偏” 引偏概念 1)由于钻头弯曲而引起孔径扩大，孔不圆； 2)孔的轴线歪斜。 引偏原因： 1)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（下页图） 2)钻头仅有两条很窄二棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。 钻孔可在钻床上，也可在镗床、车床、铣床上进行，常用钻床有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床。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 3)钻头横刃处前角有很大负值，切削条件极差，钻孔时一半以上的轴

36、向力由横刃产生，稍有偏斜将产生较大附加力 矩，使钻头弯曲。 此外，两切削刃不对称，工件材料不均匀，也易引偏。避免引偏的措施（见图） 1)预钻锥形定心坑 预钻时钻头刚度好一些，锥形坑不易偏。 2)用钻套为钻头导向 可减少钻孔开始时的引偏，特别是在斜面或曲面上。 3)钻头的两个主切削刃，刃磨对称。2. 排屑困难 切屑较宽，排屑困难，与孔壁有较大的摩擦和挤 压，降低了孔壁的质量，有时切削阻塞在容屑槽 里，卡死钻头，甚至将钻头扭断。 排屑是钻孔重要问题之一，可多次退出，或修磨 出分屑槽。3. 切削热不易传散，限制了生产力的提高。二、钻削的应用 IT10以下，Ra大于12.5，要求高时需进一步加工, 成

37、批大量生产中，广泛用钻模，多轴钻，组合机床三、扩孔、铰孔 1、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 (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 (2)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 (3)刀齿多(34个)，导向作用好，切削平稳，生产率高，一 般情况，IT10IT9，Ra为3.26.3 2、铰孔 铰孔是精加工方法之一,一般，IT9IT7，Ra为 0.41.6 铰孔特点: (1)铰刀具有修光部分，可以修光孔壁，校准孔（见 图） (2)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 形较

38、小。且切削速度较低，不易产生积屑瘤。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 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：IT8IT7，Ra为0.81.6 精细镗： IT7IT6 ，Ra为0.20.8 1、单刃镗刀镗孔(刀头结构与车刀类似) (1) 适应性较广，灵活性较大,可粗加工，半精加工，精加工。一把 镗刀可加工直径不同的孔。 (2) 可以校正原有孔轴线歪斜或位置偏差。 (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） 2、多刃镗刀镗孔 多

39、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。 (1) 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 粗糙度值。 (2) 生产率较高，两刀刃同时工作，故生产率较高。 (3) 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。 （见图）33 刨、拉削的工艺特点及其应用一、刨削的工艺特点 1、通用性好 可加工垂直、水平的平面，还可加工T型槽、V型槽， 燕尾槽等。 2、生产率低 往复运动，惯性大，限制速度，单次加工，但狭长 表面不比铣削低 3、加工精度不高 IT87，Ra为1.66.3 但在龙门刨床上用宽刀细刨， Ra为0

40、.40.8（见图）刨削常用机床有牛头刨床，龙门刨床和插床等二、刨削应用 刨削主要用在单件，小批生产中，维修车间中 主要应用：图319 牛头刨：一般不超过1000mm长度。 龙门刨：加工长度、宽度都较大，济南二机床， B236龙门刨：206.3m 插床（立式牛头刨，见图） 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。图311 圆孔拉刀 图312 拉孔过程三、拉削（见图） 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 特点 (1)生产率高 一次完成粗半精精加工 (2)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 的校 准

41、部分校准、修光作用， 切削速度较低， 避免积屑瘤，切削过程平稳， 粗糙度较低： (3)拉床结构，操作较简单. (4)拉刀价格昂贵，加工批量大时，可使成本下降. (5)加工范围较广：可加工通孔：圆孔、方孔、内 齿轮等。 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 L/D1215，硬度低于45HRC34 铣削工艺特点及其应用一、铣削的工艺特点 1.生产率较高 多齿工作，旋转运动利于高速铣削 2.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 化，切削过程不稳定，易产生振动,影响加工质 量； 3.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 条件好

42、，但切入切出时冲击可能引起刀片碎裂a ) 对称铣b ) 逆铣c ) 顺铣图318 端铣方式图 周铣与端铣二、铣削方式 1、周铣法 （见图）逆铣 切削层由0增大到最大值； 切削开始刀刃不切入工件，而是挤压滑行，刀刃磨损，工件表 面质量下降； 切削力上抬工件，增加了工件振动可能； 逆铣时，螺母中间隙处于有利位置，不至使工件窜动，不易损 坏刀具； 目前常用逆铣法。顺铣 由于螺母中间隙处于不利位置，工件可能会窜动，可能会损坏 刀具，损坏工件工件有黑皮时常用逆铣法（见图） 2、端铣法逆铣顺铣 3、周铣法与端铣法的比较 参加工作齿数 周铣法，与ae有关(ae ：铣削宽度，垂直于铣刀轴线)，一般12齿 (a

43、p ：铣削深度，同铣刀轴线) 端铣法，与ae有关(相当于工件宽度)一般较多 端铣的切削过程比周铣时平稳，有利于提高质量 切削层厚度 端铣：切削层厚度均匀，刀具磨损小，并减少表面粗糙度 周铣：切削层厚度不均匀，刀具磨损稍大，表面粗糙度稍差， 两者比较后，端铣可达较小的表面粗糙度。 端铣刚度较好，且多半采用硬质合金刀片，而周铣多半用高 速钢，端 铣可用高速铣削，生产率高，也提高工件表面质量。 目前铣削平面时多采用端铣法。 周铣法适应性广，除平面外，还有铣沟槽、齿形等，也常采用三、铣削的应用 应用广泛，刀具种类最多： 可加工平面、沟槽、成形面等 精度IT87，Ra为1.63.2 单件小批量加工中小型

44、工件可用升降台式铣床，中 大型工件可采用龙门铣 铣沟槽。图331 按划线、手动进给进行铣削 在圆形工作台上铣圆弧槽 35 磨削的工艺特点及其应用 磨削用砂轮作为切削刀具来进行加工的。砂轮是由磨料加结合剂烧结而成的。砂轮的特性包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、以及形状和尺寸。 磨床的种类很多，常见的有：外圆、内圆和平面磨床等。一、磨削过程 磨削是磨粒对工件表面进行切削、刻划和滑擦三种作用的综合。 砂轮有“自鋭性”，使磨削不断进行。但“自鋭性”使砂轮失去了“等高性”，即失去了外形精度，因此精磨前（或磨了一段时间）后，要修整砂轮。二、磨削的工艺特点1.精度高、表面粗糙度小 达IT7IT6，Ra0.

45、20.8，甚至达0.0080.1，属于 精加工；2.砂轮有“自鋭性” 所以可采用强力磨削以提高生产率；3.背向力Fp较大（见图） 磨细长工件容易弯曲，最后一般要几次光磨走刀；4.磨削温度高 工件表面易“烧伤”，一般磨钢材要用切削液，磨 铸铁、青铜用吸尘器。 磨后的工件形状三、磨削的应用与发展 以前磨削一般用于半精加工和精加工，现在随着技术 的进步也用于直接磨削毛坯。 磨削能加工一般铸铁、碳钢和合金钢，也能加工淬硬 钢、硬质合金、陶瓷与玻璃等，但不适应加工塑性大的有 色金属工件。 磨削可以加工外圆面、内孔、平面、成形面、螺纹、齿轮等 1. 外圆磨削（见图） （1）在外圆磨床上进行 : 磨法有纵磨

46、法、横磨法、综合 磨、深磨法； （2）无心外圆磨：圆面必须连续，不能有较长键槽等 （见图） 2.孔的磨削(见图) 与外圆磨一样，也有纵磨与横磨，但砂轮轴的刚度很差，不能深 磨。大多数情况下是采用纵磨法。 磨孔和铰孔与拉孔的比较： （1）可加工淬硬的工件孔； （2）不仅能保证孔本身的形状尺寸精度和表面粗糙度，还能保证 孔的位置精度和孔轴线的直线度； （3）同一个砂轮能磨不同直径的孔，可以磨阶梯孔、盲孔，特别 是非标孔，灵活性大； （4）生产率比铰孔低，比拉孔更低。 与磨外圆相比，磨孔的主要问题： （1）磨削速度受限制，切削液不易进入，故表面粗糙度大； （2）磨轴刚度低，砂轮磨损快，故生产率低。3

47、.平面磨削 可分为周磨与端磨： 周磨散热、冷却和排屑情况较好，加工质量较高，但 生产率较低。用卧轴平面磨床加工。端磨时磨头伸出长度短，刚度好，故生产率较高，但 加工质量相对不高，多用于要求不高的工件，或作为 精磨前的预加工。用立轴平面磨床加工。4.磨削发展简介（1）高精度、小粗糙度磨削 精密磨削Ra0.050.1；超精磨削Ra0.0120.025；镜面磨削Ra0.008以下。可以代替研磨加工。（2）高效磨削 有高速磨削（Vs50m/s）,既提高生产效率，也提高加工质量；强力磨削（ap可达十几毫米，纵向进给速度很小），也称缓进深切磨削，可直接从毛坯磨出合格零件，生产率大大提高； 砂带磨是发展极为

48、迅速的高效、高质量的磨削方法，且设备简单。金属切削的基础知识第一章典型表面加工分析精密加工和特种加工简介常用加工方法综述金属切削机床的基本知识第三章第四章第五章第二章 当前许多工业部门的产品，尤其是国防、航天、电子等工业部门的产品，要求高精度、高速度、大功率、耐高温、耐高压、小型化等方向发展，产品所需的材料也越来越难加工，传统的常用方法已不能满足加工要求，因此精密加工和特种加工就应运而生，并不断完善和发展。下面仅简要地介绍一些较常用的方法。41精整和光整加工 精整加工是生产中常用的精密加工，切除的材料层很 薄，以提高工件精度和减小表面粗糙度； 光整加工基本不切除材料层，以减小工件表面粗糙度 为

49、目的。一、研磨 1.加工原理 在研具与工件之间置以研磨剂，对工件表面进行精 整加工。研具上加一定压力，通过研磨剂的机械及化学 作用从工件表面切除很薄材料。2.特点及应用(1)加工简单，设备不复杂(2)可达高的尺寸精度、形状精度和小的表面粗糙度， Ra0.025以下(3)生产率较低，加工余量0.010.03(4)污染环境 应用：精密量块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、 光学镜头等二、珩磨1.加工原理 用带油石的珩磨头对孔进行加工，边转边上下，形成 工件表面网纹，可获得很高的精度和很低的粗糙度。2.特点及应用(1)生产率较高，比研磨余量大(2)精度高(3)珩磨表面耐磨(4)珩磨头结构较复杂 应用：加工

50、孔、外圆平面、齿面等，典型零件发动机 气缸 缸套、油缸等三、超级光磨1.加工原理 用装有细磨粒、低硬度油石的磨头，在一定压力下对工件表面加工，加工时工件旋转，油石作轴向进给并轴向微小振动，加工中注入光磨剂(煤油等)。2.特点及应用(1)设备简单，操作方便(2)加工余量较少(3)过程短，生产率高(4)表面质量好 应用：轴承、精密量具，可加工轴外圆、锥面、孔、平面、球面等四、抛光1.加工原理 用高速抛轮涂上磨膏，对工件表面进行光整加工，抛光 轮一般用毛毡、橡胶、皮革、布等。2.特点及应用 (1)方法简便经济 (2)容易对曲面加工 (3)只能减少粗糙度 (4)劳动条件差应用：主要用于零件表面的装饰上

51、述四种方法比较应用范围：珩磨主要加工孔，抛光主要装饰用工具设备：抛光最简单，珩磨较复杂生产效率：抛光、超级光磨高，珩磨其次，研磨最低四、超精密加工概述42特种加工不属于传统加工方法，用电、磁、声、光、化学能或其组合，直接施加在被加工部位上，从而去除变形或改变性能的加工，尤其对传统加工难于加工的材料，如高硬度、高强度、高韧性、高脆性、耐高温材料等。一、电火花加工1.加工的基本原理 电极与工件之间相对最靠近点，电离击穿电火花脉冲放电，将电极形状尺寸复制到工件上去。2.电火花加工机床简介 (1)脉冲电源 (2)间隙自动调节器 (3)机床本体 (4)工作液及循环过滤系统3.特点及应用 (1)主要用于加

52、工硬、脆、韧、软、高熔点的导电材料 (2)无切削力，有利加工小孔、窄槽、型腔 (3)热影响小 (4)脉冲范围可调，能进行粗、半精、精加工 应用：加工型腔及各种孔，锻模模膛、异型孔、喷 丝孔、切断切割等二、电解加工1.加工原理 用阳极溶解的电化学反应，将工具电板形状极与工件之间相对最靠近点，电离击穿电火花脉冲放电，将电极形状尺寸复制到工件上去。2.电解加工机床简介 (1)机床本体 主轴稳定进给，抗蚀、密封、绝缘、供电 (2)直流稳压电源 (3)电解液系统3.特点及应用 (1)简单的一次进给运动，加工出复杂形状 (2)可加工高硬高强高韧等难切削金属材料 (3)无切削力无切削热，适合加工薄壁工件 (

53、4)加工后Ra达0.20.8 (5)工具阴极不损耗 (6)难实现高精度的稳定加工 (7)有腐蚀作用，有污染 应用：加工型孔、型腔、刻印等。 电火花与电解对比，电解加工生产率高但加工精度低，机床费用高，适用于成批和大量生产，电火花加 工单件小批产品三、超声加工 1、基本原理 2、加工机床简介 3、特点与应用四、高能束加工基本原理、特点与应用 激光加工； 电子束加工； 离子束加工；金属切削的基础知识第一章典型表面加工分析精密加工和特种加工简介常用加工方法综述金属切削机床的基本知识第三章第四章第五章第二章 选择某表面加工方法时应遵循的基本原则(1)所选加工方法的经济精度和表面粗糙度与加工表面的 要求

54、相符(2)所选方法与零件材料切削加工性和产品生产类型相适 应(3)几种方法配合使用(4)表面加工分阶段进行，一般分粗、半精、精加工阶 段，保证质量。外圆面是轴、套、盘类零件的主要(或辅助)表面，它的常用加工方法有车削、磨削。其精整和光整加工有研磨、超精加工和抛光，这部分内容在另节研究51 外圆面加工一、外圆面的加工方法及其特点1车削加工 是外圆加工的主要方法，它可以完成从粗车、半精车、精车和精细车各个阶段的加工，它们所能达到的加工精度和表面粗糙度等级见表110，表111。 精细车所用的车床应有很高的精度和刚度；其刀具采用金刚石或细晶硬质合金，经仔细刃磨与研磨获得很锋利的刀刃；以高速（2.6m/

55、s）、小切深（0.030.05mm）和小的进给量（0.020.2mm/r）进行切削，它可达IT6以上的加工精度和Ra0.4以下的表面粗糙度。精细车是小型有色金属零件的主要精整加工方法，也可用于加工大型精密外圆表面，以代替磨削。 车削加工的特点： 切削过程比较平稳 除断续切削外，车削一般是连续进行的，无冲击，切削力变化小，允许采用较大的切削用量，如高速切削和强力切削（较大），以提高生产率。 刀具简单 车刀是各种刀具中最简单的一种，其制造、刃磨和安装都很方便，选用合理的切削角度较为灵活，刀具成本也低。 易于保证工件各加工面的位置精度 在一次安装中可同时加工其他外圆、内孔、端面和切槽等，可以保证这些

56、表面之间的位置精度，如同轴度、垂直度等。 适应加工各种材料 如钢料、铸铁和非金属材料，尤其是适应加工不宜磨削的有色金属零件的精细切削。 2磨削加工 是精加工的主要方法，一般在外圆车削后用作精加工工序，对精确的毛坯（如精密模锻件）也可直接磨削。采用不同的粗细粒度的砂轮和磨削用量，可得到不同精度和表面粗糙度的加工表面，因此磨削可分为粗磨与精磨（参看表110，表111）。（1）外圆磨削方式 外圆磨削常在外圆磨床和万能外圆磨床上进行，也可在无心磨床上加工，有多种磨削加工方式。（图31） 纵磨法 砂轮高速旋转为主运动，工件旋转为圆周进给，工件直线往复运动为纵向进给。 每一往复行程终了，砂轮作周期性横向进

57、给（磨削深度），多次较小的累积，最终磨去全部磨削余量。为了得到较高的加工精度和表面质量，最后几次往复运动可以无横向进给，称为光磨。 纵磨法的精度较高，表面粗糙度较小，此外用一个砂轮可以加工不同长度的外圆面。其缺点是生产率较低，故广泛用于单件小批生产，特别适于细长轴的精磨。 横磨法 又称切入磨法，工件不作纵向往复运动，而由砂轮作慢速的连续横向进给，直到磨去全部余量。 横磨法生产率高，适用于成批及大量生产宽度不大、刚性较好的工件。但是横磨时工件与砂轮接触面大，磨削力大，发热量多，工件易发生变形与烧伤；砂轮的修整精度和磨钝情况，均会影响工件的尺寸、形状精度和表面质量，只适于加工精度较低的表面。一、外

58、圆面的技术要求 1.本身精度 2.位置精度 3.表面质量二、外圆面加工方案的分析作为零件基本表面的孔有多种多样，它们的加工要求差别也很大，因此要分别选择合适的加工方法和加工方案。一、孔的分类 根据孔的结构和用途，可以分为以下几种类型：1紧固孔和辅助孔 如螺钉孔和螺栓过孔；油孔、气孔和减重孔等。它们的技术要求不高，精度一般为IT12IT11，表面粗糙度为Ra12.56.3。52 孔的加工2回转体零件的轴心孔 套筒、轴承盖、齿轮等类零件的轴心孔； 一般是与轴类零件相配合的表面，还可能是加工带孔零件其他表面（如齿轮的齿面）的基准面； 此类孔本身的精度、表面粗糙度以及与其他表面的位置精度（如孔与外圆表

59、面的同轴度、孔与端面的垂直度），一般均有较高的要求。例如齿轮轴心孔的精度为IT8IT6，表面粗糙度是Ra1.60.4。3箱体支架类零件的轴承孔 这类孔分布在一条或几条轴线上，往往构成“孔系”。 除孔本身的加工精度与表面粗糙度要求较高外，孔与孔（或基准面）之间，也有较高的位置精度，如平行度、同轴度、垂直度等。例如机床主轴箱的轴承孔，其尺寸精度为IT7（或以上），Ra1.60.8，轴承孔距公差0.050.12，平行度公差值小于孔距公差等。 根据孔的形状，可分为圆柱孔和圆锥孔。按照孔的长度L与孔径D的比值，可将L/D5的孔称为深孔。本节只讨论一般圆柱孔的加工。 一、孔的技术要求 1.本身精度 2.位

60、置精度 3.表面质量二、外圆面加工方案的分析平面是盘形和板形零件的主要表面,也是箱体,支架类零件的主要表面之一.平面的分类 根据功用，平面可分为以下两大类：1非工作面 这类是非结合表面，一般没有技术要求，只有在考虑外观或防腐蚀要求时，才进行加工。有时这种表面要求的表面粗糙度Ra值较低。53 平面的加工2工作表面 根据作用和所处位置不同，又可分为：(1) 结合面和重要结合面 如支架与机座、车床主轴箱与床身、减速箱体与箱盖的固定联接面，其技术要求有高有低。一般有平面度和表面粗糙度要求。(2)导向平面 如机床上的导轨面，要求具有良好的导向精度，因此对表面本身的平面度、直线度、表面粗糙度，与其他导向面