太原理工金属工艺学chaer三

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1－3，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。§1－2刀具材料及刀具结构

图1－3常用刀刀具材材料的的耐热热性2.常用刀刀具材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63～65HRC）、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（220～250℃）有所提高，热处理变形小，制造手用铰刀、圆板牙、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（540～650℃），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可用于切削高硬度等难加工材料的精加工3．其他新新型刀刀具材材料简简介高硬度度、高高强度度、高高韧性性、高高耐热热性等等难加加工材材料的的不断断增多多，要要求刀具具材料料也不不断改改进与与创新新，而而且新新材料料的引引入和和原有有材料料的改改进是刀刀具改改革的的根本本方向向。（1）高高速速钢钢的的改改进进:添加加新新元元素素，，提提高高其其硬硬度度和和耐耐热热性性（（如如加Al）;或细细化化其其晶晶粒粒，，消消除除碳碳化化物物偏偏析析。。（2）硬硬质质合合金金的的改改进进：：添添加加合合金金成成分分（（如如TaC或NbC）来来细细化化其其晶晶粒粒，，提高高其其强强度度和和韧韧性性；；或或采采用用涂涂层层刀刀片片（（涂涂TiC或TiN），提提高其其表层的耐耐磨性性。（3）人造造金刚刚石：：硬度度极高高，可可制成成刀具具或砂砂轮，，可可加工工硬质质合金金、陶瓷、、玻璃璃和有有色金金属及及其合合金，，但不不宜加加工铁铁族金金属。。（4）立方方氮化化硼（（CBN）：高高硬度度、耐耐热、、稳定定性都都高于于金刚刚石。。能加加工铁族族金属属，但但较脆脆。二、刀刀具角角度以车刀为例例说明刀具具的切削部部分的结构构要素和几几何角度。。1．刀具切削削部分的组组成外外圆车刀刀由三个刀刀面，两条条切削刃和和一个刀尖组成（图图1－4）。（1）前刀面――刀具上切屑屑流过的表表面（）。（2）后刀面――刀具上与过过渡表面相相对的是主主后刀面()。与已加工表面相对对的是副后后刀面()。（3）切削刃――前刀面与主主后刀面相相交形成的的交线称为为主切削刃刃（），它完成成主要的切切削工作。。前刀面与与副后刀面面相交形成成的是副切削刃刃()它完成部分分的切削工工作并最终终形成己加加工表面（4）刀尖――主、副切削削刃的连接接部位。图1－4外圆车刀2．车刀切削削部分的主主要角度（1）刀具静止止参考系――选定适当组组合的基准准坐标平面面作为参考系。。用于定义义刀具设计计、制造、、刃磨和测测量时几何参数的的参考系，，称为刀具具静止参考考系。①基面――过切削刃选选定点，垂垂直于该点点假定主运运动方向的平面面（Pr）；②切削平平面――过切削刃选选定点，与与切削刃相相切，并垂直于基面面的平面，，主切削平平面（Ps），副切削平面面（P´s）；③正交平平面――过切削刃选选定点，并并同时垂直直于基面和切削平面面的平面（（Po）；④假定工工作平面――过切削刃选选定点，垂垂直于基面面并平行于假定定进给运动动方向的平平面（Pf）。3.车刀的主要要角度为确定刀具具的主要角角度，须建建立三个相相互垂直的的参考平面构构成的静静止参考系系。(1)建立车刀静静止参考系系基面切削平面正交平面υc1)基面通过切削刃刃选定点的的平面，它它平行刀具具安装的一一个平面，，其方位要要垂直于主主运动方向向。υc2)切削平面通过切削刃刃选定点并并同时垂直直于基面的的平面。υc正交平面切削平面基面3)正交平面通过切削刃刃选定点并并同时垂直直于基面和和切削平面面的平面。。前角γ0基面投影线线前刀面投影影线在正交平面面内测量，，前刀面与与基面之间间的夹角。1)前角γ0υc(2)车刀切削削部分的的主要角角度前角越大大刀刃越锋锋利在-50~250内选取，，粗加工取取小，精精取大已加工表表面质量量越好主切削刃刃强度越越低，易崩刃切削平面面投影线线主后刀面面投影线线后角α0在正交平平面内测测量，主主后刀面面与切削削平面之之间的夹夹角。2)后角α0υc作用：减小后刀刀面与已已加工表表面之间间的摩擦擦;它和前角角一样影影响刃口口的强度度和锋利利程度。。后角应在在60~120内选取;粗加工取取小，精精加工取取大。3)主偏角κr主切削平平面与假假定工作作平面之之间的夹夹角。主偏角κr主偏角κr减小，主主切削刃刃参加切切削的长长度增加加，刀具具磨损减减慢，但但作用于于工件的的径向力力会增加加。常用刀具的主主偏角κr有450、600、750、900。4)副偏角κr’副切削平面与与假定工作平平面之间的夹夹角。副偏角可减小副切削削刃与工件已已加工表面之之间的摩擦擦，减小已加加工表面的粗粗糙度。副偏角一般为50～150副偏角κr’基面投影线主切削刃刃倾角λs刀尖为切削刃刃最高点时为为正，反反之为负。。刃倾角一般–50～505)刃倾角λs在切削平面中中测量，主切切削刃与基面面的夹角。刃倾角可控制制切屑流出方方向和刀头强强度。υc（2）车刀的主要要标注角度及及选择要点――在车刀设计、、制造、刃磨磨和测量时，，必须确定的的角度。①前角γo――前刀面与基面面之间的夹角角。增大前角角，使主切削削刃锋利，减减小切削力和和切削热。但但前角过大，，刀刃很脆弱弱，易产生崩崩刃。前角有有正与负（如图）的区分。②后角αo――主后刀面与切切削平面之间间的夹角。后后角的主要作作用是减少刀刀具后刀面与与工件表面间间的摩擦和后后刀面的磨损损，并配合前前角影响切削削刃的锋利和和强度。③主主偏角角Κr――主切削削刃和和假定定进给给方向向在基基面（（Pr）上投投影的的夹角角。主主偏角角的大大小影影响切切屑断断面形形状和和切削削分力力的大大小。。有时时主偏偏角也也根据据工件件加工工形状状来定定。④副副偏角角Κ´r――副切削削刃和和假定定进给给的相相反方方向在在基面面Pr上投影影的夹夹角。。副偏偏角的的主要要作用用是减减少副副切削削刃与与工件件已加加工表表面的的摩擦擦，减减少刀刀具磨磨损和和防止止切削削时产产生振振动。。减小小副偏偏角可可减小小切削削残留留面积积，降降低己己加工工表面面的粗粗糙度度（如图）⑤刃刃倾角角λs――在主切切削平平面（（Ps）里测测量的的主切切削刃刃与基基面间间的夹夹角。。它与与前角角类似似，也也有正正、负负和零零值之之分（（如图）。刃刃倾角角主要要影响响刀头头的强强度、、切削削分力力和排排屑方方向。。选择刀刀具几几何角角度时时，应应遵循循“锐锐字当当先，，锐中中求固固”原原则。。即将将刀具具锋利利放在在第一一位，，同时时保证证刀具具有一一定的的强固固。国国内外外先进进刀具具在角角度的的变革革方面面，大大致有有“三三大一一小””的趋趋势，，即采采用大大的前前角、、刃倾倾角和和主偏偏角，，采用用小的的后角角。（3）车刀刀的工工作角角度――是在工工作参参考系系中定定义的的角度度。①刀刀尖安安装高高低的的影响响车车外外圆时时若刀刀尖高高于工工件的的回转转轴线线（图1－10a）），，则工工作前前角γoe＞γo，工作后后角αoe＜αo；若刀刀尖低低时（（图1－10c））则则反之之。②刀刀杆中中心线线安装装偏斜斜的影影响当当刀杆杆中心心线与与进给给方向向不垂垂直时时，工工作主主偏角角Κr和工作作副偏偏角Κ´r将发生生变化化（见见下左左图））。右右下图图是横横向进进给对对前角角和后后角的的影响响③进进给运运动对对工作作角度度的影影响通通常常进给给量不不大时时，角角度的的变化化常可可忽略略，但但在快快速切切断和和车丝丝杆、、蜗杆杆和多多头螺螺纹时时，必必须考考虑进进给运运动对对工作作角度度的变变化。。三、刀刀具结结构车刀按按结构构分类类，有有整体体式、、焊接接式、、机夹夹式和和可转转位式式四种种型式式（见见图））。（它们们的特特点与与常用用场合合见表表1－2。）表1－2车刀结结构类类型、、特点点与用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§1－3金属切切削过过程一、切切屑的的形成成及种种类（一））切屑屑的形形成过过程切削区区划分分为三三个变变形区区，如如图：：第Ⅰ变形区区：主主要发发生塑塑性材材料的的剪切切滑移移变形形。金金属材材料的的变形形程度度、切切削力力、切切削热热的大大小和和切屑屑形态态等，，主要要决定定于该区的的状况况。在在切削削速度度较大大时，，该区区就逐逐渐变变窄成成一个个面（图中中OM面），，通常常OM面的位位置就就反映映了金金属变变形程程度。。2第Ⅱ变形区：：发生刀刀具前刀刀面的磨损损和积屑屑瘤现象象。3．第Ⅲ变形区：：影响刀刀具后刀刀面的磨损损以及已已加工表表面的质量（包包括加工工硬化、、表面纤维化等等）。（二）切切屑的种种类工件材料料的塑性性不同、、刀具的的前角不不同或采采用不同同的切削削用量等等，会形形成不同同类型的的切屑，，同时也也反映了了对切削削加工的的不同影影响。常常见的切切屑种类类有以下下几种（（见图）1．带状切切屑：其其特征是是连绵不不断，底底部很光光滑。这这时切削削力稳定定，加工工表面较较光洁。。精加工工时出现现这种切切屑较为为理想，，但必须须采取断断屑措施施。2．挤裂裂切屑屑：切切屑的的背面面呈锯锯齿形形，底底面有有时出出现裂裂纹，，这时时表明明材料料的剪剪切滑滑移量量较大大，使使切屑屑材料料局部部地方方加工工硬化化严重重，达达到了了断裂裂强度度。此此时切切削力力波动动较大大，已已加工工表面面粗糙糙度大大，粗粗加工工时才才允许许出现现。3．崩碎碎切屑屑：切屑为为不规规则的的碎块块状，，这时时工件件已加加工表表面凹凹凸不不平。。已加加工表表面质质量差差。在在切削削铸铁铁和黄黄铜等等脆性性材料料时会会产生生。二、积积屑瘤瘤（一））积屑屑瘤的的现象象在在一一定条条件下下切削削塑性性金属属时，，常发发现刀刀具前前刀面靠近近切削削刃的的部位位，粘粘附着着一小小块很很硬的的金属属，这这就是是积屑屑瘤，或或称刀刀瘤。（二））积屑屑瘤的的形成成切切屑屑与刀刀具在在第Ⅱ变形形区区发发生生强强烈烈的的挤挤压压和和擦擦，，切屑屑底底面面金金属属的的流流动动速速度度变变慢慢而而形形成成““滞滞流流层层””，，在在适适当当的的温温度度和压压力力作作用用下下，，前前刀刀面面对对滞滞流流层层的的摩摩擦擦力力和和粘粘结结力力超过过切切屑屑材材料料的的内内部部分分子子结结合合力时时，，部部分分滞滞流流层层金金属属会会粘粘结结在刀刃附近近，形成积积屑瘤。积积屑瘤是不稳稳定的，它它不断地产产生、长大和和破裂，或或被切屑带带走，或嵌附附在工件表表面上。（三）积屑屑瘤在切削削过程中的的作用1．积屑瘤的的硬度比工工件材料高高，能代替替切削刃进进行切削，，保护刀刃刃以减少磨磨损；此外外积屑瘤增增大了刀具具实际工作作前角，使使切削轻快快，所以粗粗加工时可可以利用积积屑瘤。2．积屑瘤的的顶端伸出出刀刃之外外，且不断断地产生与与脱落，使使切削层公公称厚度不不断变化，，影响工件件尺寸精度度。3．切削力的的变化又会会引起振动动，加上一一些积屑瘤瘤碎片会粘粘附在已加加工表面上上，增加工工件表面粗粗糙度。因因此，精加加工时应当当避免积屑屑瘤产生。。（四）影响响积屑瘤的的主要因素素及防止方方法1．首先可控控制切削速速度，因为为切削速度度与摩擦系系数、切削削温度关系系密切，从从而影响积积屑瘤的产产生和大小小。当切削削速度很低低，以及切切削速度很很高时，都都不会产生生积屑瘤。。因此，精精车和精铣铣一般采用用高速切削削，而铰削削、拉削、、宽刀精刨刨和精车丝丝杆、涡轮轮等情况，，则采用低低速加工，，以避免积积屑瘤的影影响。2．降低工件件材料的塑塑性（如低低碳钢、不不锈钢等正正火后切削削）。3．增大刀具具前角和选选用适当的的切削液等等，都是有有效地减少少或避免积积屑瘤的重重要措施。三、切削力力（一）切削削力的来源源与分解刀具切削工工件时，必必须首先克克服材料的的变形抗力力，主要是是第Ⅰ变形区的剪剪切滑移抗抗力，加上上第Ⅱ、第Ⅲ变形区的摩摩擦阻力，，这些力的的合力就构构成了作用用在刀具上上的总切削削力F。实际加工中中，总切削削力的方向向和大小的的测定既不不容易也没没有必要。。为了适应应设计和工工艺分析的的需要，又又便于测定定，通常将将总切削力力F分解为三个个互相垂直直的分力。1．主切削力力FcF在主运动方方向上的分分力（又称称切向力）），垂直于于基面，其其大小约占占F的80％～90％。其消耗耗的功率约约占总功率率的90％以上。它它是计算机机床动力、、刀具和夹夹具强度与与刚度的主主要依据，，也是选择择刀具角度度和切削用用量的依据据。若Fc过大时，往往往会使刀刀具损坏或或使机床发发生“闷车车”现象。。2．进给力FfF在进给运动动方向上的的分力（又又称走刀抗抗力，轴向向力），作作用在基面面内，它消消耗的功率率只占总功功率的1％～5％。它是是设计和和校验进进给机构构强度的的依据。。3．背向力力FpF在垂直进进给方向向上的分分力（又又称吃刀刀抗力，，径向力力），作作用在基基面内，，它不消消耗功率率。但它它一般作作用在机机床、工工件刚度度较弱的的方向上上，易使使刀架位位移和工工件变形形，且易易引起振振动，影影响工件件的加工工精度。。当工件件刚度较较小（如如车细长长轴）时时，应当当设法减减小或消消除Fp的影响。。常使主主偏角Κr＝90°，就是为为了这个个目的。。由图可知知，总切切削力与与三个分分力有如如下关系系：Ff＝FDSinΚΚrFp＝FDCosΚΚr（二）计计算切削削力的经经验公式式切削力的的大小是是由很多多因素决决定的，，一般影影响较大大的是工工件材料料和切削削用量。。目前用用实验测测量方法法总结的的经验公公式得到到广泛的的应用。。经验公公式的形形式主要要有指数数和单位位切削力力形式。。1．指数公公式车车外圆圆时，计计算主切切削力F的指数公公式如下下：式中：C——与工件材材料、刀刀具材料料及切削削条件等等有关的的系数；；a、f、v——切削三要要素，单单位分别别为mm、mm/r、m/min；x、y、n——指数；K——切削条件件不同时时的综合合修正系系数。同样，进进给力Ff、背向力Fp也有相同同形式的的指数公公式，只是下标标要对应应。所有有系数和和指数，，都可从从相关工工艺或切切削手册册中查到到。2.单位切削削力公式式生生产中中，还常常用切削削层单位位面积切削力kc的大小来来估算切切削力Fc的大小。。如下式式：Fc＝kcAD＝kcbDhD≈kcapf(N)式中：kc——切削层单单位面积积切削力力，MPa(N/mm)；AD、bD、hD——切层削参数，，单位分别是mm、mm、mm。kC的数值也可从从有关手册中中查到。3．切削功率PmPm是指切削过程程的总功率，，但背向力FP不消耗功率，，进给力Ff消耗的功率很很小，一般可可忽略不计。。因此，Pm计算公式如下下：Pm≈Pc＝10Fcvc（kW）式中：Fc—切削力，（N）；vc——切削速度，（（m/s）机床电动机的的功率P的计算式如下下：P≥Pm/ηηm（Kw）式中：ηm——机床传动效率率，一般取0.75～0.85。四、切削热和和切削温度1．切削热的产产生与传散切削过程中，，切削功几乎乎全部转变为热能，这这就是切削热热的来源，是由三个切削削变形区中的的变形功和摩擦功转变而而来。切削塑塑性材料时切削热主要来来源于切屑塑塑性变形所消耗的功。切切削脆性材料料时，切削热主要来源于于后刀面所消消耗的摩擦功。切削热通通过切屑、工工件、刀具和和周围的介质质传散。各部部分传热的比例例取决于工件件材料、切削削速度、刀具具材料及几何何角度、加工方方式以及是否否使用切削液液等。由切屑和周围围介质传出的的热量越多，，对加工越有有利。但是大大量切屑堆积积在机床上，，形成热源，，会使机床产产生热变形，，降低加工精精度，因此要要设法及时、、经常地去除除切屑。传入刀具的热热量，比例虽虽然不大，但但刀具切削部部分体积很小小，因此刀具具的温度可以以很高（高速速切削时可达达1000℃以上）。这就就加速了刀具具的磨损。传入工件的热热量会使工件件热变形，产产生形状和尺尺寸误差，特特别在加工薄薄壁件、细长长件和精密件件时，影响更更大。2．切削温度及及其影响因素素切削温温度是指切削削区的平均温温度，其高低低除了用热电电偶等仪器测测定外，还可可通过观察切切屑的颜色来来估计。如切切削碳素结构构钢时，切屑屑为银白色或或淡黄色时，，切削温度不不高；当切屑屑变为深蓝色色或紫黑色时时，说明切削削温度已经非非常高了。影响切削温度度高低的因素素，有以下一一些主要方面面：①切削用量量切削速速度增加时，，消耗功率增增加，切削热热也增加，且且散热传导速速度跟不上，，因此对温度度的影响最大大。进给量和和背吃刀量增增加时，切削削力增大，切切削热也会增增加，但不如如切削速度的的影响那么明明显。在切削削面积相同的的条件下，增增加背吃刀量量比增加进给给量时，切削削温度要低一一些，因增加加背吃刀量时时，切削刃参参加切削的长长度增加，有有利于将热传传出。②工件材料料其强度度与硬度愈高高，切削力和和切削功率就就愈大，切削削温度也愈高高。同一材料料，热处理状状态不同时，，其强度、硬硬度不同，切切削温度差别别很大。工件件材料的导热热系数高（如如铝、镁合金金），则切削削温度低。切切削脆性材料料时，由于塑塑性变形和摩摩擦都很小，，产生切削热热也少，切削削温度自然就就低。③刀具角度度增大前前角，则减小小了切削力和和切屑变形；；减小主偏角角，主切削刃刃长度增加，，都有利于降降低切削温度度。此外，在可能能情况下，使使用足够的切切削液和有效效的冷却方式式，能减小摩摩擦、带走大大量切削热，，有效地降低低切削温度。。五、刀具磨损损和刀具耐用用度刀具使用一段段时间以后，，其刀刃会变变钝，使切削削力和功率消消耗增加，并影响加加工质量。对对于可重磨刀刀具，经重新新刃磨，仍可可继续使用，经过若干干反复循环，，刀具就会报报废，从开始始切削到报废废，刀具实际切削时间的的总和称为刀刀具寿命。1．刀具磨损的的形式刀刀具在正常磨磨损时，由于于切削条件的的不同有三种种形式（见图图）：①后刀面面磨损当当切削脆脆性材料，或以较较小切削厚厚度切削塑塑性材料时，，易产生这这种情况（（图中VB表示后刀面面的磨损尺尺寸）。②前刀面面磨损在在以较高高的切削速速度和较大大的切削厚厚度，切削削塑性材料时，往往往在前刀刀面上离主主切屑刃一一定距离处处，被磨出出月牙洼。月牙洼洼扩大至一一定程度，，刀具会崩崩刃。③前、后后刀面同时时磨损当当以一般般的切削厚厚度（h＝0.1～0.5mm）,切削塑性材材料时，常常见到这种种磨损。2．减少刀刀具磨损的的主要措施施在在切削用量量中，对刀刀具磨损的的影响，，切切削削速速度度最最大大，，背背吃吃刀刀量量最最小小。。因因此此，，在在保保证证一一定定的的金金属属切切除率率时时，，适适当当增增加加背背吃吃刀刀量量和和进进给给量量，，降降低低切切削削速速度度，，对对减减少少刀刀具磨磨损损是是有有重重要要意意义义的的。。此此外外，，刀刀具具材材料料的的硬硬度度高高、、与与工工件件材材料料的亲亲和和力力小小，，尤尤其其是是耐耐热热性性好好时时，，就就不不易易磨磨损损；；适适当当增增加加刀刀具具前前角，，也也可可减减少少刀刀具具磨磨损损；；合合理理使使用用切切削削液液也也是是较较有有效效的的方方法法。。3．磨磨钝钝标标准准与与刀刀具具耐耐用用度度刀刀具具磨磨损损到到一一定定限限度度就就不不能能继继续续使使用用，，因因此此有有必必要要规规定定刀刀具具的的磨磨钝钝标标准准。。通通常常刀刀具具的的后后刀刀面面都都会会磨磨损损，，因因此此规定定以以后后刀刀面面磨磨损损带带中中间间平平均均磨磨损损量量的的最最大大磨磨损损尺尺寸寸VB为磨磨钝钝标标准准。。根根据据刀刀具具材材料料，，粗粗、、精精加加工工的的不不同同，，磨磨钝钝标标准准也也有有变变化化，，一一般般推推荐荐VB＝0.3mm,VBmax＝0.6mm，具具体体数数值值可可查查专专业业手手册册。。实际际加加工工中中，，常常以以刀刀具具进进行行切切削削的的时时间间来来判判断断刀刀具具是是否否已已达达磨磨损损限限度度。。刃刃磨磨后后的的刀刀具具从从开开始始切切削削到到磨磨损损量量达达到到磨磨钝钝标标准准所所经经历历的的实实际际切切削削时时间间，，称称为为刀刀具具耐耐用用度度，，以以T表示示，，单单位位一一般般是是min。凡凡是是影影响响刀刀具具磨磨损损的的因因素素，，都都会会影影响响刀刀具具耐耐用用度度。。它它数数值值的的选选择择与与生生产产率率和和成成本本都都有有密密切切关关系系。。目目前前硬硬质质合合金金焊焊接接车车刀刀的的耐耐用用度度约约为为60min，高速钢钢钻头约约为80～120min,硬质合金金端铣刀刀为120～180min，齿轮刀刀具的耐耐用度取取为200～300min。一般复复杂刀具具刃磨较较困难，，综合考考虑耐用用度取大大一些。。金属切削削的基础础知识第一章典型表面面加工分分析精密加工工和特种种加工简简介常用加工工方法综综述金属切削削机床的的基本知知识第三章第四章第五章第二章在机器制制造业的的装备中中，机床床一般要要占50%以上，它它在机器器制造中中担负着着40～60%的工作量量，是机机械工业业的基本本生产设设备。它它的品种种、质量量和加工工效率将将直接影影响机械械产品的的生产技技术水平平和经济济效益。。传统的““机床””概念，，是指““切削机机床”。。即：用用各种不不同的方方法从被被加工零零件的毛毛坯上逐逐步去除除预留的的部分、、获得零零件需要要的各种种形状和和尺寸——是进行减减法加工工的设备备。随着信息息技术的的飞速发发展，现现代加工工装备技技术中已已经开始始考虑““从无到到有”的的新型零零件制备备方式（（即：加加法加工工设备）），快速速成型设设备就是是其中之之一。§2－1机床的类类型和基基本构造造一、机床床的类型型长期以来来，机床床的种类类都与切切削加工工的方式式直接联联系。如如工件回转转、刀具具相对工工件进行行进给运运动（一一般是直直线运动动）的加加工方式式称为““车削””，实现现这种加加工的机机床便称称为“车车床”；；刀具回回转、工工件作相相对进给给运动的的加工方方式称为为“铣削削”，实现这种种加工的的机床便便称为““铣床””。由此此出现了了车、铣铣、刨、、磨、钻钻、镗、、齿轮加加工、螺螺纹加工工、电加加工等各各类机床床。我国标准准规定：：机床类类别代号号以机床床名称汉汉语拼音音的第一一个字母（（大写））来表示示。我国国机床的的类别和和代号见见表2－1。当某类机床除除有普通型式式外，还有某某种通用特性性时，则在类类代号之后按按表2－2所示加通用特特性代号予以以区别。完整的机床型型号还包含以以数字表示的的组代号、系系代号和主参数等，如如CK6140数控车床。具具体型号的信信息涵义可查查阅机床手册册。金属切削机床床型号根据国标GB/T15375－1994规定，车床型型号由汉语拼拼音字母和数数字组成。例：C6132车床主要参数数代号（车床床能加工最大大直径的1/10，即320mm）机床系别代号号（卧式车床床型）机床组别代号号（落地及卧卧式车床组））机床类别代号号（车床类））二、机床的基基本构造1.主传动部件：：有主轴箱、变变速箱、磨头等等。2.进给传动部件：有进给箱箱溜板箱、磨床床液压传动装置置等。3.工件安装装置：有卡盘、、尾架、工作台台等。4.刀具安装装置置：有刀架、、主轴、刀轴轴和砂轮轴等等。5.支承件：各类类机床床身、、立柱、底座座、横梁等。。6.动力源：电动动机，液压泵泵等。§2－2机床的传动机床的机械传传动1、带传动2、齿轮传动3、蜗杆传动4、齿轮齿条传传动传动链及传动动比i总=i1×i2×i3×i4×i5---机床常用变速速机构1、滑动齿轮变变速2、离合器式齿齿轮变速卧式车床的组组成及传动分分析（1）卧式车床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）卧式车床床的传动分析析电动机变速箱带传动主轴箱主轴工件转动换向机构变换机构进给箱光杠丝杠溜板箱刀架车刀纵横移动动车床的主运动动车床的进给运运动金属切削的基基础知识第一章典型表面加工工分析精密加工和特特种加工简介介常用加工方法法综述金属切削机床床的基本知识识第三章第四章第五章第二章常用的加工方方法有车削、、钻削、镗削、刨削削、拉削、铣铣削和磨削等等§3－1车削的工艺特特点及其应用用车削特别适于于加工回转面面，车床类型型有卧式、立立式、转塔、自自动和数控车车床。一、车削工艺艺特点1、易于保证工工件各加工面面的位置精度度﹡例如易于保证证同轴度要求求：利用卡盘盘安装工件，，回转轴线是是车床主轴回回转轴线；利利用前后顶尖尖安装工件，，回转轴线是是两顶尖的中中心连线。﹡易于保证端面面与轴线垂直直度要求：由由横溜板导轨轨，与工件回回转轴线的垂垂直度保证。。2、切削过程较较平稳避免了惯性力力与冲击力，，允许采用较较大的切削用用量，高速切切削，利于生生产率提高。。3、适于有色金金属零件的精精加工有色金属零件件表面粗糙度度大Ra值要求较小时时，不宜采用用磨削加工，，需要用车削削或铣削等。。用金刚石车车刀进行精细细车时，可达达较高质量。。4、刀具简单车刀制造、刃刃磨和安装均均较方便。二、车削的应应用﹡车床上使用不不同的车刀或或其它刀具，，可加工各种种回转表面如如：内、外圆圆柱面，内外外圆锥面、螺螺纹，沟槽，，端面和成形形面等。﹡车削可加工单单一轴线轴、、盘、套类等等零件，也可可加工多轴线线零件（改变变工件安装位位置图3－2）﹡加工精度IT8~IT7，Ra=1.6~0.8§3－2钻、镗削的工工艺特点及其其应用一、钻削工艺艺特点由于钻头的强强度、刚度有有限。容屑、、排屑、导向向、冷却和润滑都困难，，因此钻削的的加工困难，，质量不高。。1.容易产生“引引偏”﹡引偏概念1)由于钻头弯曲曲而引起孔径径扩大，孔不不圆；2)孔的轴线歪斜斜。﹡引偏原因：1)麻花钻是最常常用刀具，由由于其细长而而又有两条较较深的螺旋槽，刚性差差（下页图）2)钻头仅有两条条很窄二棱边边与孔壁接触触，接触刚度度和导向作用也很差差。钻孔可在钻钻床上，也也可在镗床床、车床、、铣床上进进行，常用用钻床有台台式钻床、、立式钻床床、摇臂钻钻床。图3－4麻花钻图3－5减少引偏的措施图3－6扩孔图3－7铰刀a)b)

图3－9浮动镗刀片及其加工情况3)钻头横刃处处前角有很很大负值，，切削条件件极差，钻钻孔时一半半以上的轴向向力由横刃刃产生，稍稍有偏斜将将产生较大大附加力矩矩，使钻头弯曲曲。此外，两切切削刃不对对称，工件件材料不均均匀，也易易引偏。﹡避免引偏的的措施（见图）1)预钻锥形定定心坑预钻时钻头头刚度好一一些，锥形形坑不易偏偏。2)用钻套为钻钻头导向可减少钻孔孔开始时的的引偏，特特别是在斜斜面或曲面面上。3)钻头的两个个主切削刃刃，刃磨对对称。2.排屑困难﹡切屑较宽，，排屑困难难，与孔壁壁有较大的的摩擦和挤挤压，降低了了孔壁的质质量，有时时切削阻塞塞在容屑槽槽里，卡死钻钻头，甚至至将钻头扭扭断。﹡排屑是钻孔孔重要问题题之一，可可多次退出出，或修磨磨出分屑槽。。3.切削热不易易传散，限限制了生产产力的提高高。二、钻削的的应用IT10以下，Ra大于12.5，要求高时时需进一步步加工,成批大量生生产中，广广泛用钻模模，多轴钻钻，组合机机床三、扩孔、、铰孔1、扩孔（见图）用扩孔钻，，扩孔可作作为孔的半半精加和钻钻孔比的特特点(1)切削刃不到到中心，避避免了横刃刃和横刃引引起的一些些不良影响响(2)切屑窄，易易排出，不不易擦伤已已加工表面面。容屑可可做的较小小较浅，提高高了刚度(3)刀齿多(3～4个)，导向作用用好，切削削平稳，生生产率高，，一般情况，IT10~IT9，Ra为3.2～6.32、铰铰孔孔铰孔孔是是精精加加工工方方法法之之一一,一般般，，IT9~IT7，Ra为0.4～1.6铰孔孔特特点点:(1)铰刀刀具具有有修修光光部部分分，，可可以以修修光光孔孔壁壁，，校校准准孔孔（（见图））(2)铰孔孔余余量量小小，，使使切切削削力力较较小小，，且且切切削削速速度度较较低低，，所以以切切削削热热较较少少，，因因此此工工件件的的受受力力变变形形和和受受热热变变形较较小小。。且且切切削削速速度度较较低低，，不不易易产产生生积积屑屑瘤瘤。。四、、镗镗孔孔﹡用镗镗刀刀对对已已有有孔孔进进行行再再加加工工，，称称为为镗镗孔孔。。对对较较大大孔孔，，内内成成形形面面，，孔孔内环环槽槽和和位位置置精精度度较较高高的的孔孔系系等等，，镗镗削削是是唯唯一一合合适适的的加加工工方方法法。。﹡一般般镗镗孔孔：：IT8~IT7，Ra为0.8～1.6精细细镗镗：：IT7~IT6，Ra为0.2～0.81、单单刃刃镗镗刀刀镗镗孔孔(刀头头结结构构与与车车刀刀类类似似)(1)适应应性性较较广广，，灵灵活活性性较较大大,可粗粗加加工工，，半半精精加加工工，，精精加加工工。。一一把把镗刀刀可可加加工工直直径径不不同同的的孔孔。。(2)可以以校校正正原原有有孔孔轴轴线线歪歪斜斜或或位位置置偏偏差差。。(3)生产产率率较较低低，，较较适适用用于于单单件件小小批批量量生生产产单单刃刃镗镗刀刀的的刚刚度度较较低低，，为为减减少少变变形形和和振振动动，，采采用用较较小小的的切切削削用用量量，，另另外外，，仅仅有有一一个个主主切切削削刃刃工工作作，，所所以以生生产产率率较较低低。。（（见图）2、多刃镗刀镗镗孔多刃镗刀的镗镗刀片是浮动动的，两个对对称的切削刃刃产生的切削削力，自动平平衡其位置。。(1)加工质量较高高刀片浮动可抵抵偿偏摆引起起不良影响，，较宽的修光光刃可减少孔孔壁粗糙度值。(2)生产率较高，，两刀刃同时时工作，故生生产率较高。。(3)刀具成本较较单刃镗刀刀高。浮动镗刀主主要用于批批量生产，，精加工箱箱体零件上上直径较大大的孔。（见图）§3－3刨、拉削的的工艺特点点及其应用用一、刨削的的工艺特点点1、通用性好好可加工垂直直、水平的的平面，还还可加工T型槽、V型槽，燕尾槽等。。2、生产率低低往复运动，，惯性大，，限制速度度，单次加加工，但狭狭长表面不比铣铣削低3、加工精度度不高IT8~7，Ra为1.6~6.3但在龙门刨刨床上用宽宽刀细刨，，Ra为0.4~0.8（见图）刨削常用机机床有牛头头刨床，龙龙门刨床和和插床等二、刨削应应用﹡刨削主要用用在单件，，小批生产产中，维修修车间中﹡主要应用：：图3—19﹡牛头刨：一一般不超过过1000mm长度。龙门刨：加加工长度、、宽度都较较大，济南南二机床，，B236龙门刨：20×6.3m﹡插床（立式式牛头刨，，见图）可加工内表表面、四方方孔、六方方孔、键槽槽等。也可加工盲盲孔、有台台肩内表面面。图3－11圆孔拉刀图3－12拉孔过程三、拉削（见图）﹡根据施力方方式，有拉拉刀、推刀刀两种，施施以拉力的的用拉床，施施以推力的的在压力机机上进行﹡特点(1)生产率高一一次次完成粗——半精——精加工(2)加工精度高高，粗糙度度值较小切削量小，，仅切去工工件的弹性性恢复量，，拉刀上的校准部部分校准、、修光作用用，切削削速度较低低，避免积屑瘤瘤，切削过过程平稳，，粗糙度度较低：(3)拉床结构，，操作较简简单.(4)拉刀价格昂昂贵，加工工批量大时时，可使成成本下降.(5)加工范围较较广：可加加工通孔：：圆孔、方方孔、内齿轮等。还还有：平平面，键槽槽等。（见图）﹡对盲孔、深深孔、阶梯梯孔等不能能加工，推推削时L/D<12~15，硬度低于于45HRC§3－4铣削工艺特特点及其应应用一、铣削的的工艺特点点1.生产率较高高多齿工作，，旋转运动动利于高速速铣削2.容易产生振振动由于多齿工工作，每个个齿切削厚厚度变化，，切削力变变化，切削过过程不稳定定，易产生生振动,影响加工质质量；3.刀齿散热条条件较好多齿工作，，每个齿间间歇工作，，有冷却时时间，散热热条件好，但但切入切出出时冲击可可能引起刀刀片碎裂a)对称铣b)逆铣c)顺铣图3－18端铣方式图周铣与端铣二、铣削方方式1、周铣法（（见图）﹡逆铣△切削层由由0增大到最大大值；△切削开始始刀刃不切切入工件，，而是挤压压滑行，刀刀刃磨损，，工件表面质量下降降；△切削力上上抬工件，，增加了工工件振动可可能；△逆铣时，，螺母中间间隙处于有有利位置，，不至使工工件窜动，，不易损坏刀具；△目前常用用逆铣法。。﹡顺铣由于螺母中中间隙处于于不利位置置，工件可可能会窜动动，可能会会损坏刀具，损损坏工件件﹡工件有黑黑皮时常常用逆铣铣法（见图）2、端铣法法逆铣顺铣3、周铣法法与端铣铣法的比比较﹡参加工作作齿数△周铣法法，与ae有关(ae：铣削宽宽度，垂垂直于铣铣刀轴线线)，一般1~2齿(ap：铣削深深度，同同铣刀轴轴线)△端铣法，，与ae有关(相当于工工件宽度度)一般较多多△端铣的的切削过过程比周周铣时平平稳，有有利于提提高质量量﹡切削层厚厚度端铣：切切削层厚厚度均匀匀，刀具具磨损小小，并减减少表面面粗糙度度周铣：切切削层厚厚度不均均匀，刀刀具磨损损稍大，，表面粗粗糙度稍稍差，两者比较较后，端端铣可达达较小的的表面粗粗糙度。。﹡端铣刚度度较好，，且多半半采用硬硬质合金金刀片，，而周铣铣多半用用高速速钢，端端铣可用高高速铣削削，生产产率高，，也提高高工件表表面质量量。﹡目前铣削削平面时时多采用用端铣法法。周铣法适适应性广广，除平平面外，，还有铣铣沟槽、、齿形等等，也常常采用三、铣削削的应用用应用广泛泛，刀具具种类最最多：△可加工工平面、、沟槽、、成形面面等△精度IT8~7，Ra为1.6~3.2△单件小批批量加工工中小型型工件可可用升降降台式铣铣床，中中大型工件件可采用用龙门铣铣△铣沟槽槽。图3—31△按划线、、手动进进给进行行铣削△在圆形形工作台台上铣圆圆弧槽§3－5磨削的工工艺特点点及其应应用磨削用砂砂轮作为为切削刀刀具来进进行加工工的。砂砂轮是由由磨料加结合合剂烧结结而成的的。砂轮轮的特性性包括磨磨料、粒粒度、硬硬度、结合合剂、组组织、以以及形状状和尺寸寸。磨床的种种类很多多，常见见的有：：外圆、、内圆和和平面磨磨床等。一、磨削削过程磨削是磨磨粒对工工件表面面进行切切削、刻刻划和滑滑擦三种种作用的的综合合。砂轮有有“自自鋭性性”，，使磨磨削不不断进进行。。但““自鋭鋭性””使砂轮轮失去去了““等高高性””，即即失去去了外外形精精度，，因此此精磨磨前（或或磨了了一段段时间间）后后，要要修整整砂轮轮。二、磨磨削的的工艺艺特点点1.精度高高、表表面粗粗糙度度小达IT7~IT6，Ra0.2~0.8，甚至至达0.008～0.1，属于于精加工工；2.砂轮有有“自自鋭性性”所以可可采用用强力力磨削削以提提高生生产率率；3.背向力力Fp较大（（见图）磨细长长工件件容易易弯曲曲，最最后一一般要要几次次光磨磨走刀刀；4.磨削温温度高高工件表表面易易“烧烧伤””，一一般磨磨钢材材要用用切削削液，，磨铸铁、、青铜铜用吸吸尘器器。磨后的的工件件形状状三、磨磨削的的应用用与发发展以前磨磨削一一般用用于半半精加加工和和精加加工，，现在在随着着技术术的进步步也用用于直直接磨磨削毛毛坯。。磨削能能加工工一般般铸铁铁、碳碳钢和和合金金钢，，也能能加工工淬硬硬钢、硬硬质合合金、、陶瓷瓷与玻玻璃等等，但但不适适应加加工塑塑性大大的有有色金属属工件件。磨削可可以加加工外外圆面面、内内孔、、平面面、成成形面面、螺螺纹、、齿轮轮等1.外圆磨磨削（（见图）（1）在外外圆磨磨床上上进行行:磨法有有纵磨磨法、、横磨磨法、、综合合磨、深深磨法法；（2）无心心外圆圆磨：：圆面面必须须连续续，不不能有有较长长键槽槽等（见图）2.孔的磨磨削(见图)与外圆圆磨一一样，，也有有纵磨磨与横横磨，，但砂砂轮轴轴的刚刚度很很差，，不能能深磨。大大多数数情况况下是是采用用纵磨磨法。。△磨磨孔和和铰孔孔与拉拉孔的的比较较：（1）可加加工淬淬硬的的工件件孔；；（2）不仅仅能保保证孔孔本身身的形形状尺尺寸精精度和和表面面粗糙糙度，，还能能保证证孔的的位位置置精精度度和和孔孔轴轴线线的的直直线线度度；；（3）同同一一个个砂砂轮轮能能磨磨不不同同直直径径的的孔孔，，可可以以磨磨阶阶梯梯孔孔、、盲盲孔孔，，特特别别是非非标标孔孔，，灵灵活活性性大大；；（4）生生产产率率比比铰铰孔孔低低，，比比拉拉孔孔更更低低。。△与与磨磨外外圆圆相相比比，，磨磨孔孔的的主主要要问问题题：：（1）磨磨削削速速度度受受限限制制，，切切削削液液不不易易进进入入，，故故表表面面粗粗糙糙度度大大；；（2）磨磨轴轴刚刚度度低低，，砂砂轮轮磨磨损损快快，，故故生生产产率率低低。。3.平面面磨磨削削可分分为为周周磨磨与与端端磨磨：：△周周磨磨散散热热、、冷冷却却和和排排屑屑情情况况较较好好，，加加工工质质量量较较高高，，但但生生产产率率较较低低。。用用卧卧轴轴平平面面磨磨床床加加工工。。△端端磨磨时时磨磨头头伸伸出出长长度度短短，，刚刚度度好好，，故故生生产产率率较较高高，，但但加工工质质量量相相对对不不高高，，多多用用于于要要求求不不高高的的工工件件，，或或作作为为精磨磨前前的的预预加加工工。。用用立立轴轴平平面面磨磨床床加加工工。。4.磨削削发发展展简简介介（1）高高精精度度、、小小粗粗糙糙度度磨磨削削精密密磨磨削削Ra0.05～0.1；超超精精磨磨削削Ra0.012～0.025；镜镜面面磨磨削削Ra0.008以下下。。可可以以代代替替研研磨磨加加工工。。（2）高高效效磨磨削削有高高速速磨磨削削（（Vs≥≥50m/s）,既提提高高生生产产效效率率，，也也提提高高加加工工质质量量；；强强力力磨磨削削（（ap可达十十几几毫毫米米，，纵纵向向进进给给速速度度很很小）），，也也称称缓缓进进深深切切磨磨削削，，可可直直接从从毛毛坯坯磨磨出出合合格格零零件件，，生生产产率率大大大提提高高；；砂带带磨磨是是发发展展极极为为迅迅速速的的高