第五章(金属切削加工)

第五章金属切削加工金属切削加工：钳工：手持工具划线、锯、锉、刮、钻孔┅┅机械加工：操作机械车、铣、刨、磨、镗┅┅5.1概述

一、加工质量尺寸精度：IT01、IT0、IT1……IT18形状精度：O、/O/位置精度：//加工质量加工精度表面粗糙度表6-1表6-2二、切削运动和切削用量1．切削表面

3212．切削运动

3．切削用量切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量，称为切削用量三要素。Ⅰ．切削速度m/min或m/s。主运动为旋转运动时主运动为住复运动时式中L——往复运动行程长度(mm)；

nr——主运动每分钟的住复次数(住复次数/min)Ⅱ．进给速度、进给量进给速度（feedspeed）vfmm/s或mm/min进给量（feedperrevolution）mm/r或mm/dst.进给速度与进给量的关系：vf=fnⅢ.背吃刀量（backengagement）

背吃刀量（backengagement）ap是指在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量，其单位为mm。即工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离，对于外圆切削：5．2

切削刀具一、刀具的几何形状外圆车刀切削部分的组成：三面、两刃、一尖。（一）刀具切削部分的组成前面

主后面副后面主切削刃

副切削刃

刀尖（二）参考平面(1)切削平面通过主切削刃上某一点并与工件过渡表面相切的平面。(2)基面通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向相垂直的平面。(3)正交平面通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面三者共同组成标注刀具角度的正交平面参考系。正交平面参考系（三）刀具的标注角度-前角（1）前角γ0

在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分。前角越大，刀具越锋利，但太大会削弱刀头坚固性，一般取10º～25º

（三）刀具的标注角度－后角（2）后角α0

在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。一般取6º～12º（三）刀具的标注角度－主偏角、副偏角（3）主偏角在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。30º～90º

（4）副偏角在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给方向反方向的夹角。副偏角一般为正值。5º～10º二、刀具材料1．对刀具材料的性能要求：（1）较高的硬度。（2）良好的耐磨性。（3）良好的耐热性。（4）足够的强度和韧性。（5）良好的工艺性。2．常用刀具材料的性能和用途（1）碳素工具钢制造切削速度低的简单手动工具（2）合金工具钢制造低速加工和要求热处理变形小的刀具（3）金属陶瓷和金刚石目前主要用于难加工材料的精加工在近代切削加工中，高速钢和硬质合金互相补充，成为应用最广泛的刀具付料。（4）高速钢又称白钢，锋钢，含有较多的W、Cr等合金元素。硬度、耐热性和耐磨性都有显著提高，淬火硬度为HRC62-65，耐热性可达600℃，允许的切削速度为30-50m/min（0.5-1.08m/s），热处理变形小，刃磨性能较硬质合金好，广泛用于制造各种复杂的刀具，如钻头，铣刀，拉刀和齿轮刀具等。（5）硬质合金由硬度和熔点都很高的碳化钨（WC）、碳化钛（Tic）等金属碳化物作基体，用钴作粘结剂，采用粉末冶金法制成的合金，硬度可达HRA89-91（相当于HRC74-78），耐热性可达850-1000℃，V达100-300m/min（1.7—5m/s）。抗弯强度、冲击韧性差。通常制成各种形式的刀片，将其焊接或夹固在刀体上使用。常用硬质合金的种类和牌号(1)钨钴(YG)类硬质合金其成分为WC和Co,抗弯强度较高，韧性较好，适于加工脆性金属。又因YG类硬质合金容易磨出锐利的刃口。所以也常用于加工有色金属及其合金。(2)钨钛钴(YT)类硬质合金其成分为WC、TiC和Co。硬度、耐磨性和耐热件均较YG类硬质合金高，但抗弯强度较低，因此常用来加工钢件。(3)钨钛钽（铌）(YW)类硬质合金这是在YT类硬质合金中加入少量TaC(NbC)，以细化晶粒，提高韧性和耐磨性。这类合金既可用来加工铸铁和有色金属，又可加工钢以及高温合金等难加工材料，因此常称为通用硬质合金。涂层刀具

2．切削运动第9次课重点内容第9次课重点内容5．2

切削刀具一、刀具的几何形状外圆车刀切削部分的组成：三面、两刃、一尖。326451第9次课重点内容5.3切削加工的工艺特点一、零件表面的形成二、切削过程

1．切屑的形成及其类型由于工件材料性质、刀具角度、切削用量的不同，切削过程中的变形情况也就不同，因而产生了不同类型的切屑。(1)带状切屑(2)崩碎切屑(3)挤裂切屑1、带状切屑带状切屑Real2.挤裂切屑挤裂切屑Real3.单元切屑单元切屑Real4.崩碎切屑崩碎切屑Real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断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，刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料，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，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件2．切削力及切削功率

一、切削力的来源及其分解1.切削力切削力概念：金属切削时，刀具切削入工件，使被加工材料发生变形并称为切屑所需的力称为切削力。切削力的来源：

总的合力F可分解为相互垂直的Fx(Ff)、Fy(Fp)

、Fz(Fc)

（3）切削力的估算

a用经验公式估算

CFc——与工件材料和刀具材料有关的系数；

ap——背吃力刀量mm；

f——进给量；XFc，YFc——指数；KFC——与切削用量、刀具角度、刀具磨损及切削液有关的修正系数

b用单位切削力P来估算（4）切削功率（1）（2）（3）例：车外圆时，工件转速为n=240r/min，切削速度vc=50m/min，测得此时电机功率为2.4kw，设计机床传动功率为0.8，试求工件直径和主切削力。解：已知：PE=2.4=0.8vc=50m/min=50m/60s（5）影响切削力的因素工件材料刀具角度切削用量3.切削热和切削液（1）切削热（2）切削温度

（3）降低切削温度的措施（4）切削液

1）切削液的作用：

2）切削液的分类：

注意以下两点：第一，硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削液。必要时，可采用低含量的乳化液或水溶液，但切削液必须连续地、充分地浇注，以免硬质合金刀片因骤冷骤热产生内应力而出现裂纹。第二，加工铸铁件时，一般不用切削液。因为铸铁本身含有大量的石墨，能起到润滑作用；同时，因呈崩碎切屑，切削液易把切屑的某些硬质颗粒带至机床运动部分，增加机床磨损。但在精加工时，可采用渗透性、清洗性好的煤油。4．刀具的磨损和刀具寿命

刀具寿命（耐用度）

T=刀具寿命（耐用度）是指刀具由开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的实际切削时间(min)，以符号t（T）表示。刀具总寿命是一把新刀从开始使用到报废为止的切削总时间。三、切削加工性1.衡量切削加工性的指标

a一定耐用度下的切削速度VTb相对加工性Kr,Kr=V60/(V60)j

以45钢为基准

c切削力、切削温度、已加工表面质量。切屑的控制，断屑的难易程度。工件材料的切削加工性主要决定于材料的物理、力学性能。

灰铸铁切削加工性较好。低碳钢切削加工性较差。高碳钢切削加工性亦很差。中碳钢其切削加工性比高碳钢和低碳钢都好。2.改善切削加工性的途径

1)．采用热处理高碳钢、工具钢——球化退火，降低硬度。热轧中碳钢——正火，组织与硬度均匀。低碳钢——正火、降低塑性，提高硬度。马氏体不锈钢——调质。铸铁件——切削加工前退火，降低表层硬度，消除内应力。

2)．调整材料的化学成份例如，在钢中加少量的硫、铅、磷等元素，形成金属夹杂物(如MnS)，在钢中弥散分布，使之容易断屑，刀具磨损减轻，加工表面质量好，这类钢称为易切削钢。5.3切削加工的工艺特点一、零件表面的形成二、切削过程

1．切屑的形成及其类型由于工件材料性质、刀具角度、切削用量的不同，切削过程中的变形情况也就不同，因而产生了不同类型的切屑。(1)带状切屑(2)崩碎切屑(3)挤裂切屑

2．切削力及切削功率（1）切削力（2）切削分力a主切削力(切向力)Fc

b进给力（轴向力）Ff

c背向力（径向力）Fp

（4）切削功率（1）（2）（3）例：车外圆时，工件转速为n=240r/min，切削速度vc=50m/min，测得此时电机功率为2.4kw，设计机床传动功率为0.8，试求工件直径和主切削力。解：已知：PE=2.4=0.8vc=50m/min=50m/60s3.切削热和切削液切削液

1）切削液的作用：

a冷却作用b润滑作用c洗涤和排屑作用d防锈作用

2）切削液的分类：水溶液水加入防锈添加剂。作用以冷却为主，主要用于粗加工。切削油这类切削液润滑、防锈性能好，一般用于低速精加工。乳化液具有良好的冷却作用和一定的润滑性能。低含量的乳化液常用于粗车和磨削，高含量的乳化液用于精车和铣削等。三、切削加工性

灰铸铁切削加工性较好。低碳钢切削加工性较差。高碳钢切削加工性亦很差。中碳钢其切削加工性比高碳钢和低碳钢都好。4．刀具的磨损和刀具寿命5．4

切削工艺一、机床CA6140类别（车床类）结构特性（结构不同）组别（落地及卧式车床组）系别（普通车床系）主参数（最大车削直径400mm）二、车削1.车床的组成2．工件的在车床上的装夹方法（1）常用的附件：三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、心轴、中心架、跟刀架、花盘、弯板。（2）工件的装夹方法：①三爪自定心卡盘装夹：

特点：l/d4可保证一次装夹所加工各表面间的位置精度要求。②双顶尖装夹：③顶尖——中心架/跟刀架特点：l/d

>10的细长轴④四爪单动卡盘

特点：4<l/d10多次调头装夹均可保证各表面间的位置精度要求。三、钻削加工1．钻孔钻孔是用钻头在实体材料上加工孔。钻孔属粗加工，可达到的尺寸公差等级为IT11，表面粗糙度Ra值一般为12.5um。1)．麻花钻：两个主切削刃、两上副切削刃、一个横刃2)．钻孔的工艺特点（1）容易产生“引偏”，减小“引偏”产生采取的措施：①预钻锥形定心孔。②用钻套为钻头导向。③刃磨时，尽量把钻头的两个主切削刃刃磨得对称一致。（2）排屑困难。（3）切削热不易传散。工件吸收的热量约占52.5%，钻头约占14.5%，切屑约占28%，而介质仅占5%左右。3)．钻孔机床的选择台式钻床：单件小批生产，中小型工件上的小孔。立式钻床：中小型工件上直径较大的孔。摇臂钻床：大中型工件上的孔。回转体工件上的孔：多在车床上加工。在成批和大量生产中：钻模、多轴钻或组合机床进行孔的加工。立式排钻床万向摇臂钻床摇臂和主轴箱可以回转或倾斜，使主轴可在空间任意方向都可以进行钻削，适用于重型机器，机车车辆，船舶和锅炉等制造业中加工大型工件。车式摇臂钻床的底座有车轮，可以在轨道上移动，适用于桥梁和机床等行业窄长形工件的孔加工。

2.扩孔扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工，提高孔的精度和减小表面粗糙度Ra值。扩孔的公差等级为IT10～IT9，表面粗糙度Ra值为6.3～3.2um，属于半精加工。扩孔钻与麻花钻在结构上相比有以下特点：1)．刚性较好。2)．导向性较好。3)．切削条件较好。在一定程度上可校正原孔轴线的偏斜。3、铰孔铰孔是在扩孔或半精镗的基础上进行的，是孔的精加工方法。公差等级为IT8～IT6，表面粗糙度Ra值为1.6～0.4um。提高工件的尺寸精度和形状精度，但不能提高孔的位置精度。钻一扩一铰是生产中典型的孔加工方案。四、镗孔镗孔是位置精度要求严格的箱体上的孔系加工，可在车床、镗床或铣床上进行。镗孔可分粗镗、半精镗和精镗。另外孔加工还有拉孔、磨孔磨孔是孔的精加工方法，尺寸公差等级：IT8～IT6，Ra：1.6～0.4um。磨孔主要用于不宜或无法进行镗削、铰削或拉削的高精度的孔以及淬硬孔的精加工。拉孔是孔进行精加工，尺寸公差等级为IT8～IT7，Ra值为0.8～0.4um。五、刨削刨削加工的尺寸公差等级一般为IT9～IT7，Ra值为6.3～1.6um。用宽刀进行精刨，表面粗糙度Ra值为1.6～0.8um。牛头刨床是由滑枕带着刀架作直线往复运动龙门刨床由工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动六、铣削铣削加工公差等级可达IT9~IT7，表面粗糙度Ra值可达6.3~1.6um。铣削平面的工艺特点：(1)铣刀是多齿刀具，切削过程不平稳，容易产生振动，Ra较大。(2)刀齿的散热条件好。但切入和切出有热和力的冲击，加速刀具的磨损，甚至引起硬质合金刀片的碎裂。(3)铣削加工的应用范围广。(4)铣平面比刨平面的生产率高。转盘铣床

七、磨削纵磨法

横磨法

精密万能外圆磨床平面磨床定梁龙门磨床

5.5特种加工不象机械加工那样主要依靠机械能来切除被加工材料，而是直接利用电能、化学能、光能及声能等进行加工。利用能源：电能、化学能、光能及声能等；工具材料：硬度可以比工件材料的硬度低；切削力：加工时一般没有明显的切削力；切削速度：加工去除工件材料的速度比切削加工低。一、电火花加工（EDM）利用脉冲放电对导电材料的腐蚀作用去除材料，以获得一定形状和尺寸的一种加工方法。二、电解加工（ECM）电解加工：以电化学阳极溶解的方式来实现对工件进行加工的。

三、超声波加工（USM）声波：人耳能感受到，16-16000Hz四、激光加工利用激光的亮度高、方向性强、单色性好的相干光，光束的发散角不超过0.1，在理论上聚焦到尺寸与光波波长相近的小斑点上，其焦点处的功率密度要达108-1010w/cm2，温度可高达万度左右的特点，使任何材料均在瞬间被急剧熔化和气化，并通过所产生的强烈的冲击波被喷发出去。五、电子束加工（EBM）利用高速电子的冲击动能对材料进行加工。一、概述

机械加工工艺过程是指用机械加工方法，按一定顺序逐步改变毛坯的形状尺寸和表面质量，使之成为合格零件的全过程。5.6机械加工工艺过程1．机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由一系列工序组成。工序：一个（或一组）工人在一台机床（或一个工作地点）上，对一个（或同时几个）工件进行连续加工所完成的那一部分工艺过程。2．生产类型3．机械加工工艺规程

将产品或零部件的制造工艺过程的所有内容用图、表、文字的形式规定下来的工艺文件汇编称为工艺规程。

工艺规程的作用技术的储备和交流组织、管理和指导生产各项生产准备工作的技术依据机械加工工艺规程的格式

工艺过程卡片机械加工工艺卡片

机械加工工序卡片4．制订机械加工工艺规程的步骤及内容

1)研究图样。

2)确定毛坯。

3)选择定位基准。

4)拟定工艺路线。这是制订工艺规程的核心。其主要内容是：选择加工方法、划分加工阶段，合理安排各表面的加工顺序等。在拟定工艺路线则、一般需要提出几个方案进行分析比较，确定一个最佳方案。

5)确定各工序所采用的设备。

6)确定各工序所需要的刀具、夹具、量具和辅助工具，即选择上艺装备。

7)确定加工余量，计算工序尺寸。

8)确定切削用量和工时定额。

9)填写工艺文件。二、零件的结构工艺性在具体设计零件结构时，除满足使用要求外，通常还应注意以下几方面的因素。

1)零件加工表面的几何形状应尽量简单。2)尽量减少加工劳动量。3)便于安装、加工和测量。其主要目的是减少消耗，保证质量。零件的结构工艺性分析

1.退刀槽零件的结构工艺性分析

1.退刀槽零件的结构工艺性分析

1.退刀槽零件的结构工艺性分析

1.退刀槽零件的结构工艺性分析

1.退刀槽螺纹、内槽、双齿轮及磨削加工时需要设计退刀槽零件的结构工艺性分析

2.进退刀零件的结构工艺性分析

2.进退刀零件的结构工艺性分析

2.进退刀进退刀要安全：足够的进退刀空间、孔进口与出口设计成平台零件的结构工艺性分析

3.减少辅助时间（减少刀具种类和换刀次数）零件的结构工艺性分析

3.减少辅助时间（减少刀具种类和换刀次数）零件的结构工艺性分析

3.减少辅助时间（减少安装次数）零件的结构工艺性分析

3.减少辅助时间（减少安装次数或调刀次数）尽量减少辅助时间：槽、孔、凸台设计成同一尺寸，同一方向零件的结构工艺性分析

4.减少加工面积零件的结构工艺性分析

5.定位零件的结构工艺性分析

5.定位零件的结构工艺性分析

6.便于加工零件的结构工艺性分析

6.便于加工零件的结构工艺性分析

6.便于加工尽量避免深孔加工、腔体内加工、内表面加工零件的结构工艺性总结尽量避免深孔加工、腔体内加工、内表面加工螺纹、内槽、双齿轮及磨削加工时需要设计退刀槽进退刀要安全：足够的进退刀空间、孔进口与出口设计成平台减少加工面积定位可靠尽量减少辅助时间：槽、孔、凸台设计成同一尺寸，同一方向练习零件结构的装配工艺性

三、工艺路线的拟定1.加工方法的选择

(1)经济加工精度和表面粗糙度经济加工精度：在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。(2)典型表面的加工路线

实际选择加工方法时，应考虑到被加工零件的结构形状，尺寸大小，零件材料的性质，生产类型以及工厂的现有条件。

2．工序顺序的安排

(1)加工阶段的划分划分加工阶段的好处是：1)易于保证加工质量2)能够提高生产率3)利于合理使用设备4)便于安排热处理工序必须指出，划分加工阶段并不是绝对的。在实际生