学习情境1轴类零件机械加工工艺路线拟定课件

1学习情境1轴类零件机械加工

工艺路线拟定任务1-1阶梯轴的机械加工工艺规程制定任务1-2CA6140车床主轴的工艺路线拟定1学习情境1轴类零件机械加工

工艺路线拟定任务1-12给定任务任务分析基础理论知识任务实施拓展知识学习情境一：轴类零件机械加工工艺路线拟定任务1阶梯轴的机械加工工艺规程制定2给定任务学习情境一：轴类零件机械加工工艺路线拟定任务1阶3图1-1阶梯轴零件图

某企业生产的、年产量达870余件的阶梯轴零件图。试编制该零件的机械加工工艺规程，并填写工艺文件。给定任务3图1-1阶梯轴零件图某企业生产的、年产量达870余41．轴类零件的功用支撑传动零件,承受载荷；传递运动和扭矩,装夹工件。外圆用于安装轴承、齿轮、带轮等；轴肩用于轴上零件和轴本身的轴向定位；螺纹用于安装各种锁紧螺母和高速螺母；螺尾退刀槽供加工螺纹时退刀用；砂轮越程槽则是为了能完整地磨削出外圆和端面；键槽用来安装键，以传递扭矩。任务分析图1-1阶梯轴零件图41．轴类零件的功用任务分析图1-1阶梯轴零件图52.轴类零件的结构特点回转体零件长度大于直径；加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等；图1-1阶梯轴零件图52.轴类零件的结构特点图1-1阶梯轴零件图6.轴类零件的分类（按其结构特点）光轴；阶梯轴；空心轴；异形轴（曲轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）。按长径比分类：刚性轴L/d≤12挠性轴L/d>12(a)光轴(b)空心轴(c)半轴(d)阶梯轴(e)花键轴(f)十字轴(g)偏心轴(h)曲轴(i)凸轮轴图1-2轴的种类6.轴类零件的分类（按其结构特点）按长径比分类：(a)光轴7⑴加工精度

①尺寸精度：主要指轴的直径尺寸精度和轴的长度尺寸精度。主要加工表面:

支承轴颈

与轴承内圈配合的外圆轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，寸精度要求较高，通常为IT7~IT5；

配合轴颈与各类传动件配合的轴颈，其精度稍低，常为IT9~IT6。3.轴类零件的主要技术要求7⑴加工精度3.轴类零件的主要技术要求8②形状精度：主要指支承轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。

一般轴的形状精度应控制在直径公差之内；精密轴颈的形状精度需在零件图上另行规定其几何形状精度，应控制在直径公差的1/2～1/4之内。3.轴类零件的主要技术要求8②形状精度：3.轴类零件的主要技术要求9

③相互位置精度：

包括内、外表面、重要轴径的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

为保证轴上传动件的传动精度，必须规定支承轴颈与配合轴颈的位置精度。配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴为0.001～0.005mm。图1-1阶梯轴零件图9③相互位置精度：图1-1阶梯轴零件图10

(2)表面粗糙度。轴上的表面以支承轴颈的表面质量要求最高，其次是配合轴颈或工作表面。这是保证轴与轴承以及轴与轴上传动件正确可靠配合的重要因素。表面粗糙度Ra值，支承轴颈一般为1.6～0.2μm，配合轴颈一般为3.2-0.4图1-1阶梯轴零件图10(2)表面粗糙度。图1-1阶梯轴零件图114.轴类零件的材料、毛坯及热处理

(1)轴类零件的材料和热处理

对于承载不大或不太重要的轴

可选用Q235、Q255等普通碳素钢，但最常用45钢，这种材料经调质或正火后，能得到较好的切削性能及较高的强度和一定的韧性，具有较好的综合力学性能。

中等精度而转速较高

40Cr等合金结构钢，经调质和表面淬火处理后具有较好的综合力学性能。

114.轴类零件的材料、毛坯及热处理(1)轴类零件的12

较高精度

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等材料，经调质和表面高频感应加热淬火后再回火，表面硬度可达50～58HRC（洛氏硬度），并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性。

中碳合金氮化钢38CrMoAlA，经调质和表面氮化后，变形很小，且其硬度也很高，具有很高的心部强度，良好的耐磨性和耐疲劳性能；

12较高精度13

高转速和重载荷轴

20CrMnTi、20Cr等渗碳钢，经过淬火或氮化处理后获得更高的表面硬度、耐磨性和心部强度。

因此，耐冲击、韧性好，但其主要缺点是热处理变形较大。1314毛坯的选择（教材261页）（一）毛坯的类型和特点

（1）铸件常用作形状比较复杂的零件毛坯

铸造方法：砂型铸造、金属型铸造、压力铸造等。

木模手工造型：

特点：铸件精度低，加工表面余量大，生产率低，

应用：适用于单件小批生产或大型零件的铸造。

金属模机器造型：

特点：生产率高，铸件精度高，但设备费用高，铸件的重量也受到限制，

应用：适用于大批量生产的中小件。

注意：少量质量要求较高的小型铸件可采用特种铸造（如压力铸造、离心铸造、熔模铸造等）。14毛坯的选择（教材261页）（一）毛坯的类型和特点15（2）锻件特点：锻件能获得纤维组织的连续性和均匀分布，从而提高了零件的强度，所以适用于制造强度要求较高，形状比较简单的零件毛坯

自由锻造：

特点：加工余量较大，锻件精度低,生产率不高,而且锻件的结构必须简单；

应用：适用于单件和小批生产，以及制造大型锻件。模锻：

特点：精度和表面质量都比自由锻件好，而且锻件的形状也较复杂，减少了机械加工余量。模锻的生产率比自由锻高得多，但需要特殊的设备和锻模，

应用：故适用于批量较大的中小型锻件。15（2）锻件16

（3）型材型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢、管材、板材、带材等。

热轧的型材：特点及应用：精度低，但价格便宜，用于一般零件的毛坯；

冷拉的型材：

特点及应用：尺寸较小、精度高，易于实现自动送料，但价格较高，多用于批量较大的生产，适用于自动机床加工。16（3）型材17（4）焊接件

焊接件是用焊接方法而获得的结合件，

优点：制造简单、周期短、节省材料，

缺点：抗振性差、变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。

（5）其他冲压件、冷挤压件、粉末冶金等其他毛坯。17（4）焊接件18

选择毛坯的意义：

毛坯质量的提高，对减少机械加工量，降低加工成本，提高加工材料的利用率都是十分有利的。毛坯质量的提高也将伴随着毛坯制造难度的增加，也就意味着毛坯制造成本的增加。因此，在选择毛坯材料和制造方法时，应考虑如下几个问题。（二）选择毛坯应考虑的因素18选择毛坯的意义：（二）选择毛坯应考虑的191）毛坯材料及力学性能

毛坯材料的选择一般是根据零件在机器中的作用为依据的。主要是考虑机器工作对零件强度、刚度、韧性、耐磨性、耐腐蚀等方面的要求。零件的材料大致确定了毛坯的种类，但也要考虑力学性能的要求

2）生产类型

当零件产量较大时，应选择精度和生产率比较高的毛坯制造方法。在单件小批生产时，应选择精度较低和生产率较低的毛坯生产方法。（二）选择毛坯应考虑的因素191）毛坯材料及力学性能（二）选择毛坯应考虑的因素203）零件的结构形状和尺寸

零件形状的复杂程度、尺寸的大小对毛坯的制造方法确定有很大的影响。形状复杂的零件，一般不宜采用金属模铸造；尺寸较大的毛坯，往往不能采用模锻、压铸、精铸，而应选择砂型铸造、自由锻和焊接等方法制造毛坯。

4）现有的生产条件

毛坯的制造还必须考虑现有的生产条件，充分挖潜，提高毛坯质量。

（二）选择毛坯应考虑的因素20（二）选择毛坯应考虑的因素215）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精炼、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用，可大大减少机械加工量，甚至不需要进行加工，大大提高经济效益。（二）选择毛坯应考虑的因素21（二）选择毛坯应考虑的因素22（2）轴类零件的毛坯

常用圆棒料；锻件光轴或直径相差不大的阶梯轴，一般常用热轧圆棒料毛坯。当成品零件尺寸精度与冷拉圆棒料相符合时，其外圆可不进行车削，这时可采用冷拉圆棒料毛坯。

比较重要的轴，多采用锻件毛坯。由于毛坯加热锻打后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，从而能得到较高的机械强度。对于某些大型、结构复杂的轴（如曲轴等），可采用铸件毛坯。

22（2）轴类零件的毛坯23

⑵轴类零件的热处理

正火或退火：改善切削加工性能。

调质：安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

表面淬火：安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

低温时效处理：精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后进行。23⑵轴类零件的热处理24阶梯轴主要由外圆表面和键槽组成。其中精度要求较高的表面有四处：φ60外圆两处、φ80外圆一处和φ54.4外圆一处；三个表面的表面粗糙度均为Ra1.6μm。其形位精度要求分别是：（1）两个φ60mm的同轴度公差为φ0.02mm。（2）φ54.4mm与φ60mm同轴度公差为φ0.02mm。（3）φ80mm与φ60mm同轴度公差为φ0.02mm。5.阶梯轴的技术要求分析

其他要求有：（1）加工后保留两端中心孔。（2）调质处理28~32HRC。（3）材料为45。图1-1阶梯轴零件图24阶梯轴主要由外圆表面和键槽组成。5.阶梯轴的技术要求分一、金属切削的基础知识1.切削运动和加工表面

切削加工：

利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。切削运动：

在机械加工中，刀具与工件之间的相对运动称为切削运动。任务1-1基础理论知识一、金属切削的基础知识1.切削运动和加工表面任务1-1主运动

进给运动

切削运动的组成定义：直接切除工件上多余的金属层，使之转变为切屑，从而形成工件新表面的运动。特点：通常它的速度最高，消耗机床功率最多。个数：一般只有一个运动形式：旋转运动或者直线运动运动主体：工件（车削）或者刀具（牛头刨削）。主运动进给运动切削运动的组成定义：直

进给运动

定义：不断地把切削层投入切削的运动。特点：通常它的速度较低，消耗机床功率较少。个数：0~n运动形式：旋转运动或者直线运动运动主体：工件（牛头刨削）或者刀具（车削）。进给运动定义：不断地把切削层投入切削的运动。车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面。（1）待加工表面工件上待切除的表面。（2）已加工表面工件上已加工好的表面。（3）过渡表面工件上切削刃正在切削的表面。（3)工件上的加工表面车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面。（1）待加工表面学习情境1轴类零件机械加工工艺路线拟定课件2.切削要素及其选择切削用量三要素切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）背吃刀置ap切削层的几何参数切削厚度hD、切削宽度bD切削面积

2.切削要素及其选择切削用量三要素切削速度vc、切削层的几何①切削速度单位时间内刀具和工件在主运动方向上的相对位移。（m/min）

主运动为旋转运动（车削、铣削），vc为最大线速度，主运动为往复运动①切削速度单位时间内刀具和工件在主运动方向上的相对位②进给量

进给量(feedmovement)是指单位时间内刀具和工件在进给运动方向上相对位移。当主运动是旋转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位:mm/r；当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/str或mm/单行程；对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进给量fz，单位为mm/Z。它与进给量f的关系为f=Zfz

进给速度为Vf=fn②进给量进给量(feedmovement)是指单位

③背吃刀量ap

背吃刀量一般指已加工表面和待加工表面间的垂直距离，也就是每次进给时刀齿切入工件的深度。外圆车削:

ap

＝(dw-dm)/2

③背吃刀量ap背吃刀量一般指已加工表面和待加工表面图1-4圆周铣削的切削用量圆周铣削时的背吃刀量ap是铣刀刀齿与工件的实际接触长度图1-4圆周铣削的切削用量圆周铣削时的背图1-5车削外圆时的切削层参数(2）切削层的几何参数切削厚度hD、切削宽度bD切削面积图1-5车削外圆时的切削层参数(2）切削层的几何参数切削原则是：能达到零件的质量要求（主要指表面粗糙度和加工精度），并在工艺系统强度和刚性允许条件下，即在充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下选取一组最大切削用量。3）切削用量的选择原则原则是：能达到零件的质量要求（主要指表面粗糙度和加工选择切削用量主要考虑以下几个方面:（1）生产效率

一股情况下尽量优先增大ap

，以减少走刀次数。（2）机床功率

在粗加工时，应尽量增大进给量f。（3）刀具耐用度

优先增大背吃刀量（4）表面粗糙度

提高切削速度vc能降低表面粗糙度值，提高背吃刀量对表面粗糙度影响较小，影响加工表面祖糙度的主要是进给量选择切削用量主要考虑以下几个方面:（1）生产效率合理选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量，其次选择一个大的进给量，最后根据已确定的ap和f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度。结论：合理选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量，3.刀具切削部分的组成和定义(1)前刀面Aγ

:刀具上切屑流过的表面。(2)后刀面Aα

:刀具上与过渡表面相对的刀具表面。(3)副后刀面A′α

:刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。3.刀具切削部分的组成和定义(4)主切削刃S

:前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。(5)副切削刃S′:前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。(4)主切削刃S:前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削(6)刀尖:连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧．(6)刀尖:连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直（1）定义刀具角度的参考系（正交平面参考系）1）基面Pr

：2）切削平面Ps：3）主剖面Po：4、刀具的几何角度及其选用建立坐标系假设：在不考虑进给运动的影响、并假定车刀刀尖与机床主轴轴线等高、刀杆中心线垂直于进给运动方向的情况下所建立的参考系称为静止参考系。（1）定义刀具角度的参考系（正交平面参考系）1）基面Pr定义刀具角度的参考系（正交平面参考系）主切削刃后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）基面Pr

：通过切削刃选定点与切削速度方向垂直的平面。基面与刀具安装面平行。切削平面Ps基面Pr车刀主剖面坐标系2）切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。定义刀具角度的参考系（正交平面参考系）主切削刃后刀面前刀面副

基面Pγ：

Pγ⊥Vc、∥刀具安装面（车刀）正交平面Po:Po⊥Pγ⊥Ps切削平面Ps:与S相切且⊥Pγ

基面Pγ：Pγ⊥Vc、∥刀具安装面（车刀）正交平面P（2）刀具的标注角度及选用1)在正交平面Po内测量的角度①前角γo=∠Aγ与Pr：正负值：Aγ在Pr之上—>负，Aγ在Pr之下—>正（2）刀具的标注角度及选用1)在正交平面Po内测量的角度前角γo的选择前角γo正负图示γo主要影响切削过程中的变形和摩擦，同时也影响刀具的强度

。增大前角，可减小切削变形和摩擦，由此引起切削力变小、切削热减少，故加工表面质量高；过大的前角使刀具耐用度降低而影响切削。会使刀具强度降低，热传导变差。前角γo对加工过程的影响前角γo的选择前角γo正负图示γo主要影响切削过程中的变形前角γo的选择前角γo正负图示A、工件材料切削钢材等塑性材料时，由于切削力集中在离主切削刃较远处，为减小塑性变形，可能选取较大的前角。工件材料塑性越大，前角越大；工件材料的强度和硬度越高，前角应越小。切削铸铁等脆性材料时，应选取较小的前角。

前角γo的选择前角γo正负图示A、工件材料前角γo的选择前角γo正负图示B、刀具材料高速钢的抗弯强度和冲击韧度高于硬质合金，故其前角可比硬质合金刀具的大；陶瓷刀具的脆性大于前二者，故其前角最小。C、加工要求

粗加工时，尤其是工件表面有硬皮、不连续、形状误差较大时，前角取较小值；

精加工时前角则可取较大值。前角γo的选择前角γo正负图示B、刀具材料

②后角αo=∠Aα与Ps（一般无负）

②后角αo=∠Aα与Ps（一般(2)在基面内测量的角度

主偏角Κr=∠“S在基面上的投影”与进给运动方向

副偏角Κr′=∠“S′在基面上的投影”与“进给运动方向的反向”(2)在基面内测量的角度主偏角Κr=∠“S在基主偏角的选择主偏角小，则刀头强度高，散热条件好，加工表面粗糙度值小，主切削刃的作用长度长，切削负荷小；负面效应是背向力大，由于切削厚度和切屑厚度小而导致断屑效果差。主偏角的选择主偏角小，则刀头强度高，散热条件好，加主偏角的选择原则：①工艺系统的刚性

若工艺系统刚性足够，则选较小的主偏角，以提高刀具的耐用度；工艺系统刚性不足时，应选较大的主偏角，以减小背向力。主偏角的选择原则：①工艺系统的刚性主偏角的选择原则：②工件的材料加工工件材料的强度、硬度很高时，为提高刀具的强度和耐用度，一般取较小的主偏角。主偏角的选择原则：②工件的材料主偏角的选择原则：③工件的结构

加工阶梯轴时，常取Kr＝90º。为减少刀具种类和换刀时间，通常可采用一把45º弯头车刀同时完成端面、外圆和倒角加工。

主偏角的选择原则：③工件的结构1－45°弯头车刀；2－90°外圆车刀；3－外螺纹车刀；4－75°外圆车刀；5－成形车刀；6－90°外圆车刀；7－切断刀；8－内圆切槽刀；9－内螺纹车刀；10－盲孔镗刀；11－通孔镗刀1－45°弯头车刀；2－90°外圆车刀；3－外螺纹车刀；4－副偏角的选择：影响加工表面粗糙度和刀具强度。通常在不产生摩擦和振动条件下，应选取较小的副偏角。副偏角的选择：影响加工表面粗糙度和刀具强度。(3)在切削平面上测量的角度刃倾角λs=∠S与Pγ：刀尖最高—>正，刀尖最低—>负刃倾角λs立体图示(3)在切削平面上测量的角度刃倾角λs=∠S与Pγ①影响排屑方向：有些刀具常利用改变刃倾角λs来获得所需的切屑流向。②影响切削刃强度：λs愈小刀具强度越大③影响切削刃的锋利性：增大刃倾角使切削刃变得锋利。粗加工时选择较小的刃倾角，而精加工是选择较大的刃倾角刃倾角λs功用和选择①影响排屑方向：有些刀具常利用改变刃倾角λs来获得所需的切（1）高的硬度和耐磨性

刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材料的常温硬度必须HRC62以上。刀具在切削时承受着剧烈的摩擦，因此刀具材料应具有较强的耐磨性。一般材料的硬度越高，耐磨性越好。（2）足够的强度和韧性

刀具切削部分的材料在切削时承受着很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。5.刀具材料及其选用

1）刀具切削部分材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性5.刀具材料及其选用1）刀具切（3）高的耐热性和化学稳定性

耐热性指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。耐热性越好，则允许的切削速度越高，抵抗切削刃变形的能力也越强。耐热性是评价刀具材料性能的主要指标之一。化学稳定性是指刀具材料在高温下不易与工件材料和周围介质发生化学反应的能力。化学稳定性好，刀具的磨损就慢。

（4）具有良好的工艺性既要求刀具材料本身具有良好的可切削性能、可磨性能、热处理性能、焊接性能等，（5）较好的经济性

资源丰富，价格低廉。（3）高的耐热性和化学稳定性刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括非合金工具钢、合金工具钢和高速钢）硬质合金、陶瓷超硬材料（金刚石（天然和人造）和立方氮化硼）等

目前应用最多的是高速钢和硬质合金刚（2）常用刀具材料刀具材料种类很多，常用的有（2）常用刀具材料◆高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，热处理后的常温硬度可达62~66HRC，刃磨时能够获得锋利的刃口，故又有“锋钢”之称。

特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；

2）韧性高，比硬质合金高九到十倍；

3）工艺性好，价格也比硬质合金钢低。

应用：常用于以条状刀坯直接刃磨切削刀具、制造各种复杂及大型成形刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。◆高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素

①普通高速钢普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：

a）W18Cr4V（简称W18）

特点：综合性能较好，可用于制造各种复杂刀具。

缺点：碳化物分布不均匀，影响薄刃和小截面刀具的耐用度。

应用：目前已日渐减少，在国外由于W较贵也很少使用。

b）W6Mo5Cr4V2（简称M2）

特点：碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V

缺点：磨削性能较差，应用：制造热轧麻花钻和齿轮滚刀及承受冲击较大的插齿刀、刨齿刀等

。

①普通高速钢普通高速钢常见用途普通高速钢常见用途②高性能高速钢

成分：高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，适当增加C、V的含量和添加一些其它合金元素（如钒、钴、铝等），

性能：进一步提高耐热性和耐磨性

应用：它主要用来加工不锈钢、钛合金、高温合金和超高强度钢等难加工材料。②高性能高速钢◆硬质合金形成：硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。特点：硬质合金的硬度、耐磨性、热硬性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足：与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，冲击韧性也较差。◆硬质合金形成：硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（◆硬质合金应用：硬质合金是目前最主要的刀具材料之一，在我国，绝大多数的车刀、端铣刀、深孔钻等刀具均已采用硬质合金，但它不易做成形状较复杂的整体刀具，因此目前还不能完全取代高速钢刀具。◆硬质合金应用：常用的硬质合金按碳化物不同分类：①钨钴类硬质合金由WC和Co组成，代号为YG。常用牌号有YG3、YG6和YG8Y、G3X、YG6X等，其中数字表示含Co的百分比，X表示细晶粒合金。其余为含WC的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用，含Co愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，YG6适于半精加工，YG3适于精加工和连续切削。细晶粒合金耐磨性稍高，且切削刃可磨得更锋利，用于脆性材料的精加工，常用的硬质合金按碳化物不同分类：①钨钴类硬质合金

组成：由WC、TiC和Co组成，代号为YT。

特点：此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性（900～1000℃）均比YG类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。

应用：适于加工碳钢等塑性材料。

常用牌号：YT30、YT15、YT14和YT5等，数字表示含TiC的百分比。YT30适于对钢料的精加工和连续切削，YT15适于半精加工，YT5适于粗加工和断续切削。②钨钛钴类硬质合金 ②钨钛钴类硬质合金③钨钛钽（铌）钴类硬质合金

又称通用合金，由WC、TiC、TaC（NbC）、Co组成，代号为YW。

特点：韧性和抗粘附性较高，耐磨性亦较好，应用：适应范围广，既能切削铸铁，又能切削钢材，特别适于加工各种难加工的合金钢，如耐热钢、高锰钢、不锈钢等，

常用牌号：YW1和YW2，前者用于半精加工和精加工；后者用于半精加工和粗加工。

③钨钛钽（铌）钴类硬质合金各种硬质合金的应用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度各种硬质合金的应用范围牌号应用范④碳化钛基硬质合金（YN），组成：以TiC为主体，Ni和Mo为粘结剂并添加少量其他碳化物的合金。优点：硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化能力均较高，切削速度可达300~400m/min。常用牌号：YN10、YN05。前者用于碳钢、合金钢、工具钢及淬硬钢等连续表面的精加工；后者用于低、中碳钢、铸铁、铸钢和合金铸铁的精加工。④碳化钛基硬质合金（YN），根据国际标准化组织（ISO）标准，硬质合金可分为P、M、K三大类：P——适合加工长切屑的黑色金属（钢、铸钢），以蓝色为标志。YT、YN类硬质合金属于这一类。M——适合加工长切屑或短切屑的金属材料，以黄色为标志。YW类硬质合金属于这一类。K——适合加工短切屑的金属或非金属材料，以红色为标志。YG类硬质合金属于这一类。牌号后面的数字越大，耐磨性越低而韧度越高

根据国际标准化组织（ISO）标准，硬质合金可分为P、M、K三（1）涂层刀具

形成：是在韧度较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。优点：刀具的硬度、耐磨性、耐用度可大幅提高。缺点：涂层刀具不适合切削高温合金、钛合金、有色金属及某些非金属材料，不能采用焊接结构，不能重磨。应用：工业发达国家中，涂层刀片已占可转位硬质合金刀片的50%以上。（1）涂层刀具◆

陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点都很高的Al2O3等氧化物，采用粉末冶金工艺方法经制粉，压制烧结而成。优点：陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA93～94）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强。主要缺点：强度、韧性低。应用：钢料、铸铁、高硬材料（如淬火钢等）连续切削的半精加工或精加工◆陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点都很高的A②人造金刚石

人造金刚石是在高温高压和金属触媒作用的条件下，由石墨转化而成。

金刚石刀具的性能特点是：有极高的硬度和耐磨性，切削刃非常锋利，有很高的导热性。但耐热性较差，且强度很低。

应用：人造金刚石主要用于制作磨具和磨料，在高速下精细车削或镗削有色金属及非金属材料。但由于金刚石中的碳原子和铁有很强的化学亲合力，故金刚石刀具不适合加工铁族材料。②人造金刚石③立方氮化硼（简称CBN）

是用六方氮化硼（俗称白石墨）为原料，利用超高温高压技术，继人造金刚石之后人工合成的又一种新型无机超硬材料。其主要性能特点是：硬度高（高达8000～9000HV），耐磨性好，能在较高切削速度下保持加工精度。热稳定性好，化学稳定性好，且有较高的热导率和较小的摩擦系数，但其强度和韧性较差。主要用于对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁等材料进行半精加工和精加工。③立方氮化硼（简称CBN）图2-55刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金刚石（PCD）图2-55刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性图2-56刀具材料的耐磨性与断裂韧性天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC（1）切削变形和切屑

金属切削过程是指通过切削运动，刀具从工件表面上切除金属，形成切屑和已加工表面的过程。

6、金属切削过程的基本规律及其应用

（1）切削变形和切屑6、金属切削过程的基切屑形成过程：切削层金属是在前刀面和切削刃的不断挤压作用下，产生了弹性、塑性变形继而剪切滑移而成为切屑。

当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在始滑移面OA以左发生弹性变形。在OA面上，应力达到材料的屈服强度，则发生塑性变形，产生滑移现象。当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在始滑移面OA以左发随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也逐渐加大。在终滑移面OE上，应力和变形达到最大值。越过OE面，切削层金属将脱离工件基体，沿着前刀面流出而形成切屑。切屑刀具图3-23积屑瘤积屑瘤RealReal随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面上的金属不断向刀

第Ⅰ变形区：即剪切变形区金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图3-5切削部位三个变形区ⅠⅢⅡ第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。三个变形区分析

第Ⅱ变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。第Ⅰ变形区：即剪切变形区金属切削过程的塑性变形主要带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Real崩碎切屑Real图3-6切屑形态照片(2)切屑的种类带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Real崩碎切屑Re形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到破裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小加工塑性材料切削速度极低大的切削厚度刀具前角较小或负前角加工硬脆材料，刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状（2）积屑瘤积屑瘤定义◆当采用中速或低速切削塑性金属材料且能形成带状切屑的情况下，往往会在刀具前刀面上粘结一些工件材料而形成一个楔形硬块，它的硬度通常为工件材料硬度的2～3.5倍，切屑刀具积屑瘤积屑瘤Real（2）积屑瘤积屑瘤定义◆当采用中速或低速切削塑性金属材料且◆

①增大刀具前角有利于减小切削变形和切削力。②增大切削厚度造成工件过切，影响了尺寸精度。③影响刀具的耐用度它可以代替切削刃进行切削，刀具的磨损减轻，提高了刀具耐用度。④影响加工表面的粗糙度使得表面粗糙度显著增大精加工时要避免积屑瘤产生。积屑瘤影响切屑刀具积屑瘤积屑瘤RealReal◆①增大刀具前角有利于减小切削变形和切削力。积屑瘤影学习情境1轴类零件机械加工工艺路线拟定课件

（3）影响积屑瘤的因素及控制（精加工）措施：①切削速度用低速切削或用高速切削，切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的。以45钢为例，在切削速度小于3m/min和大于60m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤。在切削速度为20m/min左右时，切削温度约300℃，产生的积屑瘤高度达到最大值。②进给量降低进给量进给量增大，增加了刀具与切屑的接触长度，从而具备形成积屑瘤的基础。若适当降低进给量的值，则可削弱积屑瘤的生成基础。（3）影响积屑瘤的因素及控制（精加工）措施：③刀具前角

前角增大，切削力减少，切削温度下降，减少了积屑瘤生成基础。实践表明，前角增大到35º时，一般不产生积屑瘤。提高刀具刃磨质量，使摩擦系数减少，可达到抑制积屑瘤的作用。④切削液

采用润滑良好的切削液可减少或降低积屑瘤的生成。⑤工件材料对工件材料进行正火或调质处理，以提高其强度和硬度，降低其塑性，也可达到抑制积屑瘤的目的。③刀具前角前角增大，切削力减少，切削温度下降，减κrFcFFpFf·pFfFf·pfv图3-15切削力的分解切削力——工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力切削力来源★3个变形区产生的弹、塑性变形阻力★

切屑、工件与刀具间摩擦阻力F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力切削力分解（3）切削力和切削功率κrFcFFpFf·pFfFf·pfv图3-15切削（2）影响切削力因素

工件材料◆背吃刀量与切削力近似成正比；◆进给量增加，切削力增加，但不成正比；◆切削速度对切削力影响较小强度高硬度大塑性、韧性大切削力大切削用量（2）影响切削力因素工件材料◆背吃刀量与切削力近似成◆

前角γ0

增大，切削力减小（图3-17）◆

主偏角κr

对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（κr

↑——Fp↓，Ff↑，图3-18）图3-17前角对γ0切削力的影响前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ff图3-18主偏角κr对切削力的影响主偏角κr/°切削力/N3045607590κr-Fcκr–Ffκr–Fp2006001000140018002200刀具几何角度影响◆前角γ0增大，切削力减小（图3-17）◆主偏角κr刀具几何角度影响◆

刃倾角λs对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（λs

↑——Fp↓，Ff↑）◆

刀尖圆弧半径rε

对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（rε

↑——Fp↑，Ff↓）；其他因素影响◆

刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力；◆

切削液：有润滑作用，使切削力降低；◆

后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著；刀具几何角度影响◆刃倾角λs对主切削力影响不大，对吃刀抗力（4）切削热与切削温度

切削热来源★切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热★主要来源

①切屑变形所产生的热量——主要来源。②切屑与刀具前刀面之间的摩擦③工件与刀具后刀面之间的摩擦（4）切削热与切削温度切削热来源★切削过程变形和摩擦所消切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去工件切屑刀具切削热的来源与传出切削热传出

切屑刀具工件介质车削50~8640~109~31钻削2814.552.55切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去切削热传入工件，引起工件受热变形，从而影响加工精度。特别是加工薄壁零件、细长零件和精密零件时，热变形的影响更大。磨削淬火钢件时，磨削温度过高，往往使零件表面产生烧伤和裂纹，影响零件的耐磨性和使用寿命。使刀具的强度和硬度下降，加速了刀具的磨损。传入刀具的切削热比例虽不大，但由于刀具的体积小、热容量小，因而温度很高。高速切削时，切削温度可达1000℃。切削热传入工件，引起工件受热变形，从而影响加工精度。影响切削温度的因素

刀具几何参数的影响前角o↑→切削温度↓主偏角r↓→切削温度↓

工件材料的影响工件材料机械性能↑→切削温度↑工件材料导热性↑→切削温度↓

刀具磨损的影响

冷却液的影响切削用量

vc、f、ap增大时，变形和摩擦加剧，切削功耗增大，切削温度升高。但程度不一，vc最为显著，f次之，ap最小。影响切削温度的因素刀具几何参数的影响前角o↑→切削温7、刀具磨损和刀具耐用度

刀具磨损形态◆正常磨损前刀面磨损形成条件：加工塑性材料，v大，切削层厚度大形式：月牙洼，通常以月牙洼的最大深度KT来表示。影响：削弱刀刃强度，容易引起切削刃的破坏。图1-13车刀典型磨损形态示意图7、刀具磨损和刀具耐用度刀具磨损形态◆正常磨损前刀面磨损后刀面磨损形成条件：加工塑性材料或者加工脆性材料,v较小,hD较小形式：刀具后刀面中区平均磨损值VB，影响：切削力↑,切削温度↑,产生振动，降低加工质量前、后刀面磨损图1-13车刀典型磨损形态示意图后刀面磨损形成条件：加工塑性材料或者加工脆性材料,v较刀具的非正常磨损形式：刀具的脆性破损，包括崩刃、碎断、剥落、裂纹破损和塑性流动等。主要原因：刀具材料选择不合理、刀具结构和制造工艺或者刀具几何参数不合理、切削用量选择不当、刀具刃磨或使用操作不当等。刀具的非正常磨损◆

磨粒磨损——工件表面或切屑底层存在氧化物、碳化物等的微小硬质点，其硬度往往超过刀具材料的硬度

——各种切速下均存在◆

粘结磨损（冷焊）主要取决于刀具材料与工件材料分子间的亲和作用◆

扩散磨损——高温下发生，它常常和粘结磨损同时产生。◆

氧化磨损

——高温情况下，在切削刃工作边界发生◆

相变磨损——工具钢刀具被迅速磨损的主要原因。（2）刀具磨损原因◆磨粒磨损◆扩散磨损（2）刀具磨损原因刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间（3）刀具磨损过程3个阶段刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间（4）磨钝标准定义：当刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后刀面磨损量VB值作为刀具的磨损限度，即磨钝标准。ISO统一规定，1/2背吃刀量处后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间（4）磨钝标准定义：当刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后（5）刀具耐用度◆刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T表示。◆刀具总寿命

——一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。（5）刀具耐用度◆刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T8.工件材料的切削加工性定义：指在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。注意：材料切削加工性的好坏往往是相对于另一种材料来说的。切削加工的具体条件不同，衡量工件材料的切削加工性指标也不同。8.工件材料的切削加工性材料切削加工性能的指标（1）刀具耐用度指标（切削速度指标）

即在一定的刀具耐用度条件（一般材料取T=60min，难加工材料取T=30min）下，切削某种材料所允许的切削速度。允许的切削速度越高，材料的切削加工性越好。相对加工性：一般常用该材料的允许切削速度vt与σb=0.637GPa的45钢的允许的切削速度的比值Kv来表示。Kv越大，表示材料的相对加工性越好。

材料切削加工性能的指标Kv越大，表示材料的相对加工性越好。（2）加工表面粗糙度指标

精加工时，容易获得很小的表面组糙度的工件材料，其切削加工性好；反之，则加工性差。从这项指标出发，低碳钢的切削加工性不如中碳钢，纯铝的切削加工性不如硬铝。（2）加工表面粗糙度指标（3）切削力或切削温度指标

在相同的切削条件下，加工某种材料时产生的切削力小或切削温度低，则这种材料的切削加工性好；反之，则切削加工性差。从这项指标出发，铜、铝及其合金的加工性比钢料好，灰铸铁的加工性比冷硬铸铁好。（4）切屑控制或断屑的难易指标

在自动线上或自动机床上，常以切屑控制或断屑的难易程度作为衡量材料切削加工性的指标。切屑容易控制或容易断屑的工件材料，其切削加工性好；反之，则加工性差。（3）切削力或切削温度指标表1-5常见材料切削加工性分级等级名称及种类相对加工性Kv代表性材料1很容易切削材料一般有色金属＞3.05-5-5铜铅合金、9-4铝铜合金、铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.5~3.015Cr退火，σb=350~450MPa自动机床加工用钢，σb=400~500MPa3较易切削钢1.6~2.530正火钢，σb=450~560MPa4普通材料一般钢及铸铁1.0~1.645钢、灰铸铁5稍难切削材料0.65~1.02Cr13调质，σb=850MPa85钢，σb=900MPa6难切削材料较难切削材料0.5~0.6545Cr调质，σb=1050MPa65Mn调质，σb=950~1000MPa7难切削材料0.15~0.550CrV调质，1Cr18Ni9Ti，某些钛合金8很难切削材料＜0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金表1-5常见材料切削加工性分级名称及种类相对加工性Kv代2）改善材料切削加工性的主要途径（1）调整工件材料的化学成分

——改善材料切削加工性的根本措施。注意：在调整工件材料的化学成分以改善工件材料切削加工性时，只能在不影响材料使用性能的前提下，改善工件材料切削加工性。方法：在钢中加入一些元素，如S、P、Pb、Ca等，可得到切削加工性较好的“易切钢”。加工“易切钢”时，切削力小、刀具耐用度高、容易断屑、已加工表面质量好。2）改善材料切削加工性的主要途径（2）采用适当的热处理方法

例如对高碳钢进行球化退火可以降低硬度，对低碳钢进行正火可以降低塑性，都能够改善切削加工性。（3）选择加工性好的毛坯

如低碳钢冷拉后，塑性大大降低，加工性好；锻造毛坯余量不均匀，且有硬皮，加工性差，如能改为热轧毛坯，则加工性好得多。（4）其他方面

如合理选择刀具材料、几何角度，合理选择切削用量和切削液等。（2）采用适当的热处理方法9.切削液1）切削液的作用（1）冷却作用

切削液将切削区内切屑、刀具和工件上的热量带走作用：降低切削温度，提高刀具耐用度和工件的加工质量。取决因素：热导率、比热容、汽化热、汽化速度、流量和流速等，常用冷却液的冷却效果：水溶液>乳化液>油类9.切削液（2）润滑作用

作用原理：形成润滑膜，从而减小了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件之间的摩擦。取决因素：切削液的浸透性、润滑膜的形成能力及其强度。作用：对抑制鳞刺和积屑瘤、减小加工表面粗糙度和刀具磨损、提高刀具耐用度都有显著作用。（2）润滑作用（3）清洗作用

作用原理：冲走切削过程中粘附在工件、刀具和机床表面的细屑和磨粒，作用：防止刮伤加工表面和机床导轨面。取决因素：切削液的浸透性、流动性和使用压力，对于精密加工、磨削加工和自动线加工尤为重要。（4）防锈作用切削液中加入了亚硝酸钠、磷酸三钠、三乙醇胺和石油磺酸钡等防锈添加剂，可使金属表面生成保护膜，从而防止工件、机床和刀具受周围介质及切削液本身的腐蚀。（3）清洗作用2）切削液的种类常用的切削液有水溶液、切削油、乳化液和极压切削液等。（1）水溶液其主要作用是冷却。种类：电解水溶液是在水中加入各种电解质，能浸透到表面油薄膜内部起冷却作用，用于磨削、钻孔、粗车等；表面活性水溶液是在水中加入皂类、硫化蓖麻油等表面活性物质，以增强其润滑作用，用于精车、精铣和铰孔等。2）切削液的种类（2）乳化液

是用水和油混合而成的液体，常可用于代替动、植物油。生产中使用的乳化液是由乳化剂加水配制而成的。浓度低的乳化液含水比例高，主要起冷却作用，适合粗加工和磨削使用；浓度高的乳化液，主要起润滑作用，适于精加工。（2）乳化液（3）切削油

切削油的润滑作用高于水溶液和乳化液，冷却作用却低于前两者。切削油的主要成分是矿物油，少数采用矿物油和动、植物油的复合油（4）极压切削油加入极压添加剂的切削油称为极压切削油。由于矿物油在高温高压下润滑性能欠佳，所以常加入极压添加剂，以改善其在高温高压下的润滑条件。常用的极压添加剂有S、Cl、P等的化合物。（3）切削油3）切削液的选用（1）按刀具材料来选

高速钢刀具——耐热性差，粗加工时切削液的主要作用是降低其切削温度，应选用冷却效果好切削液，如3%~5%的乳化液或水溶液。精加工时提高加工质量则是主要目的，宜选用润滑性能较好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。硬质合金刀具——耐热性好，一般不使用切削液。如确有必要，可采用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续充分地供应；否则，刀片会因受热不均匀而产生较大的内应力，甚至出现裂纹。3）切削液的选用（2）按工件材料来选

加工钢材等塑性金属材料，需加切削液；加工铸铁等脆性材料，一般不用切削液。但精加工铸铁及铜、铝等有色金属及其合金时，为获得较好的表面粗糙度，可用10%~20%的乳化液，加工铸铁时还可用煤油。加工难加工材料时，通常要选用极压切削油或极压乳化液。（2）按工件材料来选（3）按加工方法来选

半封闭状态下的切削，如钻孔、铰孔、攻螺纹、拉削等，刀具工作条件较差，切削液一般选用极压乳化液或极压切削油，起冷却润滑和冲洗切屑的作用。磨削加工时，切削区温度很高，产生的细小磨屑还会粘附到工件表面破坏磨削表面的质量，因此要求切削液具有一定的冷却性能、清洗性能和防锈性能，故常选用乳化液。（3）按加工方法来选任务1-1二、机械加工工艺规程的基本知识任务1-1二、机械加工工艺规程的基本知识一．机械产品的生产过程与工艺过程（一）生产过程定义：将原材料或半成品转变为成品的过程。可分为如下几个加工阶段：一．机械产品的生产过程与工艺过程（一）生产过程定义：（1）基本生产过程

是指对构成产品实体的劳动对象直接进行工业加工的过程。基本生产过程是企业的主要生产活动。（2）辅助生产过程

是指为保证基本生产过程的正常进行而从事的各种辅助生产活动的过程。如为基本生产提供动力、工具和维修工作等。（3）生产技术准备过程

是企业正式生产前所进行的一系列生产技术上的准备工作过程，包括产品设计、工艺设计、工装设计与制造等。（4）生产服务过程

是指为保证生产活动顺利进行而提供的各种服务性工作。如供应工作、运输工作和检验工作等。生产过程的组成可分为以下几部分（1）基本生产过程生产过程的组成可分为以下几部分（二）工艺过程

在生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置及其性质，使其成为成品或半成品的过程。（三）机械加工工艺过程:

采用机械加工的方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使之成为合格零件的全部劳动过程。（二）工艺过程采用机械加工的方法，直接用于改二、机械加工工艺过程的组成组成：工序、安装、工位、工步和走刀。工序又可依次细分为：安装、工位、工步和走刀。基本组成部分：工序二、机械加工工艺过程的组成组成：工序、安装、工1、工序

是指一个（或一组工人），在一个工作地点点或一台机床上，对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据：工作地点是否改变和加工是否连续完成。1、工序是指一个（或一组工人），在一个工作地点点举例：（1）一工人在加工过程中由于某种原因中断加工，稍后继续加工。（3）一工人把一工件在一台机床上加工完毕后，移到另一机床继续加工，后又移回第一台机床上继续加工。（2）一工人把一工件在一台机床上加工完毕后移到另一机床继续加工。1个工序2个工序3个工序举例：（1）一工人在加工过程中由于某种原因中断加工，稍后1．加工小端面2.小端面钻中心孔3．加工大端面4.大端面钻中心孔5．加工大端外圆6.加工大端倒角7．加工小端外圆8.加工小端倒角9．加工键槽10．去毛刺加工内容：工序的内容需根据被加工零件的批量及生产条件而定。图1-15阶梯轴1．加工小端面2.小端面钻中心孔5．加表1-6单件小批生产的工艺过程工序号工序名称工序内容工步安装设备10锻造锻造毛坯20车车端面，打中心孔1.车一端面2.钻中心孔3.调头车另一端面，保证总长4.钻中心孔2卧式车床30车粗、精车外圆，倒角1.车大外圆2.倒角3.调头车小外圆4.倒角2卧式车床40铣铣键槽，去毛刺1.铣键槽2.锉刀去毛刺1立式铣床50检检查检查各处尺寸表1-6单件小批生产的工艺过程工序号工序名称工序内容工步表1-7大批大量生产的工艺过程工序号工序名称工序内容工步安装设备10锻造锻造毛坯20铣铣端面，打中心孔1.两端同时铣端面，保证总长2.两端同时钻中心孔1铣端面打中心孔机床30车粗、精车大端外圆，倒角1.车大外圆2.倒角1卧式车床40车粗、精车小端外圆，倒角1.车小外圆2.倒角1卧式车床50铣铣键槽铣键槽1立式铣床60钳去毛刺钳工锉刀去毛刺钳工台70检检查检查各处尺寸表1-7大批大量生产的工艺过程工序名称工序内容工步安2、安装

安装是指工件（或装配单元）通过一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。

如果在一个工序中要对工件进行几次装夹，则每次装夹下所完成的那部分加工内容都称为一个安装。

20车车端面，打中心孔1.车一端面2.钻中心孔3.调头车另一端面，保证总长4.钻中心孔2卧式车床30车粗、精车外圆，倒角1.车大外圆2.倒角3.调头车小外圆4.倒角2卧式车床2、安装安装是指工件（或装配单元）通过一次装夹后所完3、工位相对刀具或设备的固定部分，工件在机床上所占据的每一个位置称为工位。

利用回转工作台或回转夹具加工时，工件相对于刀具或机床床身可以变换加工位置，使工件在一次装夹后完成多个工位的加工。图2-4多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔flash3、工位图2-4多工位加工flash多工位加工优点：既可缩短工时，提高效率，又可减少安装误差，提高精度。多工位加工优点：既可缩短工时，提高效率，又可减4、工步——指在一个工序中，当工件的加工表面、切削刀具和切削用量中的切削速度与进给量均保持不变时所完成的那部分工序内容组成工步的任一因素（刀具、切削用量，加工表面）改变后，一般变为另一工步。20车车端面，打中心孔1.车一端面2.钻中心孔3.调头车另一端面，保证总长4.钻中心孔2卧式车床30车粗、精车外圆，倒角1.车大外圆2.倒角3.调头车小外圆4.倒角2卧式车床4、工步——指在一个工序中，当工件的加工表面、切削刀具和切削1）对连续进行的若干相同的工步，为简化工艺，习惯看作为一个工步。如一个加工4-φ15的孔。2）复合工步——一个工步用几把刀具同时加工几个待加工表面；注意：复合工步优点：既可提高效率，又可提高相互位置精度。1）对连续进行的若干相同的工步，为简化工艺，习惯注意：复合工——在一个工步内，若加工表面加工余量较大，可以分作几次切削，每次切削所完成的工步内容称为一次走刀。一个工步内可包含一次或数次走刀。5、走刀——在一个工步内，若加工表面加工余量较大，可以分作几次切削，机械加工工艺过程各组成部分的关系：机械加工工艺过程各组成部分的关系：三、生产纲领与生产类型生产纲领

式中N

——零件的年产量（件/年）；

Q——产品年产量（件/年）；n——每台产品中该零件数量（件/台）；α——备品率；单位为%

β——废品率。单位为%

1．生产纲领：

企业在计划期内，应生产的产品产量和进度计划称为生产纲领，计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。三、生产纲领与生产类型生产纲领式中1．生产纲领：2、生产类型

根据产品的大小和特征、生产纲领、批量及其投入生产的连续性划分：1）单件生产：2）成批生产（大批、中批、小批）：3）大量生产：从工艺角度划分：

◆单件小批生产◆批量生产◆大批大量生产2、生产类型根据产品的大小和特征、生产纲领、批量及其投1）单件生产

生产的产品品种很多，同一产品的产量很小，各个工作地的加工对象经常改变，而且很少重复生产。

例如，重型机器、大型船舶制造及新产品试制等常属于这种生产类型。生产类型及其工艺特征

1）单件生产生产类型及其工艺特征

2）成批生产

是指一年中分批轮流生产几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的生产对象周期性地重复。

例如，通用机床（一般为车、铣、刨、钻、磨床）等产品制造往往属于这种生产类型。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。2）成批生产3）大量生产

相同产品的数量很多，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地点长期重复的进行某一零件的某一工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等产品的制造，通常是以大量生产方式进行的。3）大量生产表1-11生产类型与生产纲领的关系生产类型零件年生产纲领/（件/年）工作地每月担负的工序数/（单位为工序数/月）重型机械或重型零件（>100kg）中型机械或中型零件（10～100kg）小型机械或轻型零件（<10kg）单件生产≤5≤10≤100不作规定成批生产小批生产>5～100>10～200>100～500>20～40中批生产>100～300>200～500>500～5000>10～20大批生产>300～1000>500～5000>5000～50000>1～10大量生产>1000>5000>500001生产类型的划分除了与生产纲领有关外，还应考虑产品的大小及复杂程度

表1-11生产类型与生产纲领的关系零件年生产纲领/（件/表1-12各种生产类型主要工艺特点工艺特点单件小批生产中批生产大批大量生产工件的互换性一般是配对制造，缺乏互换性，广泛用钳工修配大部分有互换性，少数用钳工修配全部有互换性，某些精度较高的配合件用分组选择法装配毛坯的制造方法及加工余量铸件，用木模手工造型。锻件，采用自由锻工艺。毛坯精度低，加工余量大部分铸件用金属模造型；部分锻件采用模锻。毛坯精度中等；加工余量中等铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用模锻，以及其他高生产率的毛坯制造方法。毛坯精度高，加工余量小机床设备采用通用机床。按机床种类及大小采用“机群式”排列部分通用机床和部分高生产率机床，按加工零件类别分工段排列广泛采用高生产率的专用机床及自动机床。按流水线形式排列（3）各生产类型的主要工艺特点表1-12各种生产类型主要工艺特点单件小批生产中批生产大夹具多用标准附件，极少采用专用夹具，靠划线及试切法达到精度要求广泛采用专用夹具，部分靠划线法达到精度要求广泛采用高生产率夹具及调整法达到精度要求刀具与量具采用通用刀具和万能量具较多采用专用刀具及专用量具广泛采用高生产率刀具和量具对工人的要求需要技术熟练的工人需要一定熟练程度的工人对操作工人的技术要求较低,对调整工人的技术要求较高工艺规程有简单的工艺路线卡有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程有详细的工艺规程生产率低中高成本高中低发展趋势箱体类复杂零件采用加工中心加工采用成组技术、数控机床或柔性制造系统等进行加工在计算机控制的自动化制造系统中加工，并可能实现在线故障诊断，自动