机械制造工程第十章节汇编

第三篇零件去除成形一、去除成形子系统的作用从坯料上去除多余的材料，从而获得具有规定要求的几何形状、尺寸、精度和表面质量的零件。

二、加工工艺分类切削加工：车、铣、刨、镗、磨；特种加工：电火花加工、超声加工、激光加工等。概述

三、工艺系统组成四、特点1、加工过程不加热，又叫冷加工。2、加工质量好，最高可达到纳米级。第十章教学目的与要求:1、掌握切削运动与切削要素的基本概念及对加工的影响。2、了解刀具材料性能要求及其性能。3、了解车刀主要角度的定义及对加工的影响。4、了解常用的夹具的分类与应用。

5、掌握切削加工中物理现象产生的原因及对加工的影响。6、掌握加工质量及其影响因素。重点、难点：重点：切削用量的概念及对加工影响；车刀主要角度；切削加工中物理现象产生原因及对加工影响；机械加工质量及其影响因素。难点：车刀角度的概念；切削加工中物理现象产生原因及对加工的影响。参考文献1．沈其文主编.材料成形工艺基础(第三版).武昌：华中科技大学出版社，2001.2．陆建中，孙家宁主编.金属切削原理与刀具.北京：机械工业出版社，2005.3．卢秉恒主编.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，2005.第一节

切削运动与切削要素

一、零件上三个不断变化着的表面已加工表面过渡表面待加工表面nf已加工表面过渡表面待加工表面dwdm1.主运动：切下切屑最主要的运动。特点：在整个运动系统中——

速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。2.

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。速度低、消耗的功率小。有一个或多个。特点：为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。二、切削运动常用切削加工的运动三、切削要素1.

切削用量三要素1）切削速度（v）m/s在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。旋转运动：（m/s）往复直线运动：（m/s）2）进给量（f）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。单位时间的进给量——进给速度（vf）（mm/s）进给量单位：车削（mm/r）、铣削（mm/min）、

刨削（mm/str）3）切削深度（ap）（mm）（mm）2.

切削层几何参数切削层

—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。1)切削层公称厚度（ac）

（mm）两相邻加工表面之间的垂直距离。acfapKr（mm）2)切削层公称宽度（aw）

（mm）沿主刀刃度量的切削层的长度。aw（mm）3)切削层公称横截面积（AC）

（mm2）（mm2）第二节

切削刀具一、刀具的组成切削部分（刀头）夹持部分（刀体）前刀面：主后刀面：副后刀面：主刀刃副刀刃刀尖切屑流出所经过的表面。刀具上与工件的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。夹持部分（刀体）切削部分（刀头）前刀面主后刀面副后刀面主刀刃副刀刃刀尖二、刀具材料1.

对刀具材料的基本要求⑴

较高的硬度。一般要求在HRC60以上。⑵

有足够的强度和韧性。⑶

有较好的耐磨性。⑷

较高的耐热性。⑸

有较好的工艺性。2.

常用刀具材料⑴

碳素工具钢⑵

低合金刃具钢⑶高速钢⑷

硬质合金（1）

陶瓷材料主要成分是Al2O391~95HRA耐热温度—1200~1450℃；主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料。3.

新型刀具材料抗弯强度和冲击韧性很差；良好的抗粘结性和化学稳定性；（2）

人造金刚石HV10000耐热温度—700~800℃；不适合加工黑色金属材料，适合加工有色金属的精密切削和精密磨削，主要用于硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度材料的加工。

抗弯强度和冲击韧性极差；具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数；（3）立方氮化硼HV8000~9000耐热温度—1400~1500℃；适合于进行黑色金属和有色金属的半精加工和精加工，常用于淬硬钢、硬铸铁，高温合金的切削加工和磨削加工。

抗弯强度和冲击韧性很差；良好的化学稳定性、良好的导热性和较低的摩擦系数；新型刀具材料对比

三、刀体材料——夹持部分材料一般刀体常用碳钢或合金钢三、刀具的分类1.

按刀具结构来分⑴整体式刀具

⑵焊接式刀具。⑶机夹式刀具

。（4）机夹可转位刀片式刀具

。2.按加工工艺性质分

⑴切刀（2）孔加工刀具（3）拉刀（4）铣刀（5）螺纹刀具（6）齿轮刀具（7）磨具四、刀具主要角度及作用1.

三个辅助平面①

基面过主刀刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面。②

切削平面过主刀刃上一点，与该点加工表面相切的平面。③主剖面（正交平面）过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面。2.

刀具的主要标注角度及作用dwdmnf切削平面主剖面前刀面和基面之间的夹角。在主剖面内度量。0主后刀面和切削平面之间的夹角。在主剖面内度量。0krKr’主切削刃在基面内的投影与进给方向间的夹角。副切削刃在基面内的投影与进给反方向间的夹角。1)

前角（0）2）后角（0）3）主偏角（kr）4）副偏角（kr’）主切削刃的投影与基面之间的夹角。在切削平面内度量5）刃倾角（S）刀具角度对切削过程的影响刀具几何形状的选择前角（0）的作用：①减小切屑的变形；②减小前刀面与切屑之间的摩擦力;所以0

：a.减小切削力和切削热；b.减小刀具的磨损；c.提高工件的加工精度和表面质量。刀具角度对加工过程的影响选择：加工塑性材料和精加工—取大前角（）0加工脆性材料和粗加工—取小前角（）0前角（0）可正、可负、也可以为零。后角（

0）的作用：减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力所以

0a.减小切削力和切削热；b.减小刀具的磨损；c.提高工件的加工精度和表面质量。选择：加工塑性材料和精加工—取大后角（）

0加工脆性材料和粗加工—取小后角（）

0后角（

0）只能是正的。精加工：

0=80~120粗加工：

0=40~80nfdwdmkrkr’ap选择系统刚性好：取较小的kr。100~300、450。系统刚性差：取较大的kr。600、750、900。但减小kr

Fy

增大、Fx

减小，加大工件的变形挠度，使工件精度降低。同时，容易引起系统振动。主偏角（kr）的作用：改善切削条件，提高刀具寿命。减小kr：当ap、f

不变时，则aw

增大、ac减小——使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。副偏角（kr’）的作用：最终形成已加工表面。选择：在不产生振动的前提下，取小值。Kr’：使已加工表面残留密集的高度减小，降低工件的表面粗糙度。刃倾角（S

）的作用：作用①影响切削刃的锋利程度；②影响切屑流出方向；③影响刀头强度和散热条件；④影响切削力的大小和方向。选择：粗加工：可取零或负（S

=0、-S

）精加工：取正（+S

）五、砂轮⑴磨料的种类⑵磨料的粒度⑶砂轮的硬度⑷结合剂⑸砂轮的组织⑹砂轮的形状和尺寸1.概念2.磨削过程3.砂轮的主要特性第三节

金属切削机床简介一、分类和型号1、按机床的加工功能分类2、按机床的通用性分类⑶专用机床

⑴通用机床⑵专门化机床3．按机床的自动化程度分类手动、机动、半自动、自动机床特点：效率低、单件小批特点：效率高、某一类件的大批量生产特点：在加工范围内，加工效率最高5．按机床的质量和尺寸分类

4．按机床的工作精度分类普通机床、精密机床、高精密机床仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床、超重型机床二、金属切削机床型号的编制方法

三、常用机床车床类机床主要用于加工各种回转表面。在车床上使用的刀具，主要是各种车刀，有些车床还可以采用各种孔加工刀具和螺纹刀具进行加工。1、车床2、刨床刨床类机床有：牛头刨床、龙门刨床和插床该类机床主要用来加工各种平面和直线型沟槽铣床类机床有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床。3、铣床铣床是用回转多刃刀具对工件进行切削加工的机床，应用于几乎所有的机械制造及修理部门。这类机床主要加工平面和沟槽。4、钻床钻床是指主要用钻头在工件上加工孔的机床。在钻床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔等。镗床是孔加工类机床，主要用旋转的镗刀镗削箱体、机架类零件上已铸出的孔或粗钻出的孔及孔系。镗床主要分为卧式镗床、坐标镗床。

5、镗床这类机床主要加工平面和沟槽。钻床类机床有：立式钻床、摇臂钻床、台式钻床等。钻床主要对各类零件上的孔进行加工。6、磨床用磨料或磨具（砂轮、砂带、油石）对工件表面进行加工的机床通称为磨床。

常用磨床有：万能外圆磨床、内圆磨床、平面磨床。

磨床适应于各种零件表面（内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮齿形表面等）的精加工。7、拉床原来有孔，使孔截面变大，孔的形状和拉刀一样。液压传动，主运动为油缸带动拉杆，无进给运动。四、组合机床1、何谓组合机床？组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量（约占1/4）专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的专用机床，是一种适用于大批量生产的高效自动化机床。

2、组合机床的组成组合机床示意图3、组合机床的配置⑴单工位组合机床⑵多工位组合机床单工位组合机床的配置多工位组合机床的配置

4、特点

（1）与传统机床相比

设计制造周期短，灵活性大，加工成本低。

（2）与通用机床相比

加工效率高，加工质量容易保证，对工人技术要求不高。5、应用

多用于较大批量加工、箱体上的孔类。五、数控机床1、何谓数控机床？数控机床是一种以数字量作为指令信息形式，通过专用或通用的电子计算机控制的机床。

2、数控机床的工作原理3、分类(1)按运动轨迹分类A、点位控制B、直线控制C、连续控制(2)按伺服机构控制方式分类A、开环控制B、闭环控制4、特点(1)具有较强的适应性和通用性

(3）具有较高的生产率（2）具有更高的加工精度和稳定加工质量较小批量加工、形状复杂、质量要求高的。5、应用(5）便于现代化管理（4）改善了劳动条件工件挡铁V形块夹紧机构钻套夹具体1、定位元件及装置夹具上用来确定工件正确位置的元件及装置。夹具是加工工件时，为完成某道工序，用来正确迅速安装工件的装置。第四节

夹具一、夹具的组成夹具的组成2、夹紧机构及装置3、导向及对刀元件5、其它元件及装置4、联接元件6、夹具体夹具上工件定位后，将其夹紧以承受切削力等作用的机构或装置。夹具上用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的元件。分度机构、导向键、平衡块等。夹具上用来确定夹具和机床正确位置的元件。是夹具的基准零件。所以：定位精度不易保证，生产率低，仅适用于单件小批量生产。2)专用夹具为某一特定零件的特定工序专门设计和制造的夹具。所以：定位精度高，生产率高，适用于大批量生产。3)其它夹具组合夹具；成组夹具；随行夹具等。2.夹具的种类1)通用夹具已标准化的夹具。如：三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳等。金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程。一、金属切屑过程第五节

金属切削过程金属切削过程中的滑移线示意线

第一变形区金属的滑移(一)切屑的形成过程及切屑变形oMLacL’切屑的变形程度用变形系数K表示。K=L/L’=ac’/ac>1ac’即切削中的物理现象之一——切屑收缩切屑变形:金属切削过程1)

带状切屑特征：内表面光滑，外表面呈毛茸状。形成条件：塑性材料、速度中等、较大的0

、较小的f和ap。2)

节状切屑（挤裂切屑）特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿状。形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的0

、较小的f

和较大的ap。（二）切屑的种类4)崩碎状切屑特征：不规则的碎块状。形成条件：脆性材料。3)单元切屑（粒状切削）特征：整个单元被切离，成为梯形的单元切屑。

形成条件：对于塑性材料是整个剪切面上剪应力超过了材料的断裂强度；脆性材料。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——称为积屑瘤或刀瘤。1.

积屑瘤的形成oM滞留层1)积屑瘤的形成过程二、积屑瘤积屑瘤产生及影响2)积屑瘤的形成条件①工件材料：塑性材料；②切削速度：中等（10~50m/min），温度约300℃；③刀具角度：0

偏小；④冷却条件：不加切削液。2.

积屑瘤对加工过程的影响有利①使0

增大，使切削过程变得轻快。②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。3.

积屑瘤的抑制不利①积屑瘤不稳定，易引起振动，使Ra增大。②会引起ap的变化，使加工精度降低。所以：精加工时应尽量避免。①控制切削速度；②进给量；③加大刀具前度0

；④利用切削液；⑤对工件进行正火、调质处理，降低、ak

；三、切削力和切削功率1.

切削力1)切削力的构成oM①材料的弹性变形和塑性抗力；②切屑、工件表面与刀具的摩擦力。2)切削力的分解刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。将Fr沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的方向分解为Fz、Fx、Fy。F弹、塑F摩1F摩2Fr①主切削力（切向分力）FzFz是Fr在切削速度方向上的分力。主切削力占总切削力的80%~90%，消耗的功率占总功率的95%以上。是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据。②进给抗力（轴向分力）FxFx是Fr在进给方向上的分力。消耗的功率仅占总功率的1~5%。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。③

切深抗力（径向分力）Fy是Fr在切削深度方向上的分力。FrFzFxFyFx、y3)影响切削力的因素②工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，Fr越大。①切削用量：ap

、f增大，Fr越大。③刀具角度：增大0

，Fr减小；增大kr

，Fy减小、Fz增大。④冷却条件：加切削液，Fr减小。4)切削力的估算生产中常用单位切削力p估算切削力的大小。单位切削力——切削单位面积所需要的切削力。单位：N/mm2（N）2.

切削功率（Pm）（W）（W）四、切削热和切削温度1.

切削热的来源与传散1)切削热的来源a.切屑变形所产生的热；b.切屑与前刀面之间的摩擦；c.工件与后刀面之间的摩擦。切屑：介质：工件：刀具：50~80%1%40~10%9~3%2)切削热的传散2.

切削温度切削温度—切削区的平均温度。切削区—切屑、工件、刀具相接触的区域。②工件材料：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。③刀具④冷却条件：加切削液，切削温度降低。刀具角度：增大

0

，切削温度降低；减小kr

、kr’，切削温度降低。刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。3.

影响切削温度的因素①切削用量：v、f、ap

愈大，切削温度愈高，但v的影响最大、f次之、ap

最小。五.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、减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。1)切削液的作用a.冷却作用；b.润滑作用；c.洗涤与排屑作用；d.防锈作用。2)切削液的种类②乳化液：乳化油+水；呈乳白色。应用最广泛。③切削油：矿物油；润滑作用。①水溶液：水+防锈剂等；呈透明状。3)切削液的选用粗加工：以冷却为主。如水溶液、低浓度的乳化液等。精加工：以润滑为主。高浓度的乳化液、切削油等。六、刀具磨损和刀具耐用度1.

刀具磨损1)刀具磨损形式①后刀面磨损：这种磨损一般发生在切削脆性材料或以较小的切削厚度（ac<0.1mm）切削塑性材料的条件下。②前刀面磨损：这种磨损一般发生在以较大的切削厚度（ac>0.5mm）切削塑性材料的条件下。③边界磨损：这种磨损一般发生切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹。在以中等切削厚（ac=0.1~0.5mm）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VB来表示刀具的磨损程度。2)刀具的磨损过程VBtOABC初期磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段①初期磨损阶段(OA):磨合阶段②正常磨损阶段(AB):③急剧磨损阶段(BC):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。②测定（限定）刀具后刀面的磨损高度VB精加工：VB=0.1~0.3mm粗加工粗车中碳钢：VB=0.6~0.8mm粗车合金钢：VB=0.4~0.5mm但VB的测量a.须经验丰富；b.影响生产率。所以：在数控机车、加工中心得到广泛应用。③规定刀具使用时间：—刀具耐用度。判断刀具钝化的方法：①观察法2.

刀具耐用度（T）指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间。刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。如粗加工：硬质合金车刀：T=60min高速钢钻头：T=60~120min3.影响刀具磨损与刀具耐用度的因素①切削用量：v、f、ap

愈大，刀具磨损加剧。但v的影响最大、f次之、ap最小。②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。③刀具④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。刀具角度：增大0

、0，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。b.刀具材料：耐磨性、耐热性愈好，刀具耐用度愈高。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当刀具的耐用度为T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。若T=60min，则七、材料的切削加工性1.一定刀具耐用度下的切削速度各种材料与45钢（正火态）之比值。若把45钢的作为基准，写为材料具有良好的切削加工性。材料的切削加工性较差。常用材料的切削加工性分为八级P231，表10-42.相对加工性kr3.已加工表面质量5.切削力4.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；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；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。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，当机床刚性或动力不足时，常以此为衡量指标。（二）影响材料切削加工性的因素1.物理性能2.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，刀具磨损加剧，—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，摩擦力提高，切削力愈大，切削温度愈高，刀具磨损加剧，—切削加工性愈差。二、改善材料切削加工性的途径1.调整材料的化学成分2.热处理在钢中加入S、Pb

等元素，可有效的改善材料的切削加工性。——“易切削钢”。高碳钢——退火低碳钢——正火第六节机械加工质量一、加工精度与加工误差加工精度是指零件在加工之后的实际几何参数与理想零件几何参数相符合的程度。

加工误差零件实际几何参数与理想零件几何参数的差异，称为加工误差。（一）尺寸精度尺寸精度是指加工后零件表面本身或表面与表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度尺寸精度，尺寸精度用尺寸误差的大小来表示。

标准等级：IT01、IT0…IT6、IT7、IT8…IT18高低（二）形状精度形状精度是指加工后零件各表面