期末复习(应用技术学院)

二．刀具角度（一）刀具切削部分的组成1.车刀的组成

2.切削部分的组成三面

两刃

一尖刀尖—主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃

（二）确定刀具角度的参考平面1.前角γo

作用：它反映了前刀面的倾斜程度。γo↑→切削刃越锋利→切削越轻快γo↑↑→会削弱刀头的强度→崩刃。选择：工件材料的σb、HRC↑→γo↓,反之取大值。刀具材料：高速钢→γo↑；硬质合金→γo↓。范围：通常γo=-5°～+25°

粗加工：γo↓精加工：γo↑2.后角αo

作用：αo↑→摩擦越小→切削刃越锋利；αo↑↑→会削弱刀头的强度，散热条件变差，容易崩刃。减少刀具主后刀面和工件过渡表面之间的摩擦。范围：αo=6°～12°。精加工时选得大些，粗加工选小些。

2、积屑瘤在用中等或较低的切削速度切削塑性较大的金属材料时，往往会在切削刃上粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。积屑瘤的产生：切削过程中，刀—屑间的摩擦，使刀具前刀面十分洁净，在一定温度和压力下，切屑底层金属与前刀面接触处发生粘结，形成了积屑瘤，如图7-9所示。随后，积屑瘤逐渐长大，直到该处的温度和压力不足以产生粘结为止。积屑瘤在形成过程中是一层层增高的，到一定高度会脱落，经历了一个生成、长大、脱落的周期性过程。图7-9积屑瘤的形成3、影响切削力的主要因素：1）工件材料：材料的强度愈高、硬度愈大，切削力愈大；在强度、硬度相近的材料中，塑性、韧性大的，或加工硬化严重的，切削力大。2）切削用量：当ap和f增大时，分别会使aw、ac增大，即切削面积Ac增大，从而使变形力、摩擦力增大，引起切削力增大。3）刀具几何参数：前角γ0增大，切削力减小。主偏角κr适当增大，使切削厚度αc增加，单位切削面积上的切削力P减小。在切削力不变的情况下，当主偏角κr增大，背向力Ff减少；当主偏角κr=90°时，背向力Fp=0时，对防止车细长轴类零件弯曲变形减少振动十分有利。

积屑瘤的作用和影响：

1）保护刀具：积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。能代替切削刃和前刀面进行切削，从而减少了刀具磨损，起到保护刀具的作用。2）增大前角：积屑瘤具有30°左右的前角，因而减少了切削变形，降低了切削力。3）增大切削厚度：积屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切削厚度增加了△hD值是变化的，因而影响了工件的尺寸精度。4）增大已加工表面粗糙度：积屑瘤高度的周期性变化，使切削厚度不断变化，以及由此而引起振动，积屑瘤粘附在切削刃上很不规则，导致在已加工表面上刻划出深浅和宽窄不同的沟纹；脱落的积屑瘤碎片留在已加工表面上。3、影响切削变形的主要因素1）工件材料：强度和硬度越大，则摩擦系数越小。变形系数减小。2）刀具前角：刀具前角越大，切削刃越锋利，前刀面对切削层的挤压作用越小，则切削变形就越小。3）切削速度：在切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响比较复杂，切削脆性材料时，一般不形成积屑瘤。当切削速度增大时，切削变形相应减小。4）切削厚度：切削厚度对切削变形的影响是通过摩擦系数影响的。切削厚度增加，作用在前刀面上的法向力增大，摩擦系数减小，从而使摩擦角减小，剪切角增大，因此切削变形减小。

1.材料切削加工性的概念及衡量指标—切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。不同的工件材料，加工的难易程度也不相同。材料的切削加工性的好坏，按不同的加工性质有不同的评定标准。粗加工时，切削加工性主要反映在生产率或刀具寿命的高低；精加工时，则以是否容易得到规定的加工精度和表面质量来衡量。常用的指标主要有如下几个：1)一定刀具耐用度下的切削速度VT

即刀具耐用度为T时切削某种材料所允许的切削速度。VT越高，材料切削加工性越好。若取T=60，则VT可写作V60。2)相对加工性Kr即各种材料的V60与45钢（正火）的V60之比值。由于把后者的V60作为比较的基准，故写作(V60)j，于是Kr=V60/(V60)j常用材料的相对加工性可分为8级。凡Kr>1的材料，其切削加工性比45钢好，反之较差。3)已加工表面质量凡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。4)切屑控制和断屑的难易凡切屑容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；反之较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡量指标。5)切削力在相同的切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削加工性较好；反之较差。在粗加工中，当机床刚度或动力不足时，常以此为衡量指标。VT和Kr是最常用的切削加工性指标，对于不同的加工条件都能适用

2.改善材料切削加工性的主要途径材料的使用要求经常与其切削加工性发生矛盾。加工部门应与设计部门和冶金部门密切配合，在保证零件使用性能的前提下，通过各种途径来改善材料的切削加工性。工件材料的物理、力学性能对切削性能的影响改善材料切削加工性的主要途径

导热性↑→Q切屑、Q工件↑→切削加工性↑δ↑→变形↑→切削加工性↓σb

、HB↑→Fc↑→Q↑→切削加工性↓1)通过适当调整材料的化学成分来改善其切削加工性

在钢中加入S、Pb、Ca等易切元素→易切钢2）通过适当的热处理，可以改变材料的显微组织和机械性能，从而达到改善其切削加工性

直接影响材料切削加工性的主要因素是其力学性能和物理性能。

金属零件切削加工：是通过刀具与工件之间的相对运动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的加工方法。切削加工的基本形式有车削、铣削、钻削、刨削、钳工等。一般情况下，通过铸造、锻造、焊接和各种轧制的型材毛坯精度低和表面粗糙度大，不能满足零件要求，必须进行切削加工才能成为零件。金属切削加工担负着几乎所有零件的加工任务，在机械制造过程中，处于十分重要的地位。

组成零件的各种典型表面，如外圆面、孔、平面、一般成形面、螺纹面、齿轮齿面等，不仅有一定的形状和尺寸，而且还有一定的技术要求，如尺寸精度、形状和位置精度、表面质量等。因而工件表面的加工过程，也就是逐步实现符合技术要求的过程。其加工方法和工艺的选配都应遵循以下两个基本原则：（1）粗、精加工要分开。粗加工是切除大部分赘余的材料，为精加工准备好条件；精加工则是获得符合技术要求的表面。

（2）要组合采用多种不同的加工方法。

二、孔的加工

孔加工的技术要求，主要有：尺寸精度、形状精度、位置精度、表面质量。根据孔的结构和用途，可以将孔分为以下几种类型：1）紧固孔和辅助孔；2）回转体零件的轴心孔；3）箱体支架类零件的轴承孔。孔的加工方法较多，常用的有钻、扩、铰、镗、拉、磨、研磨和珩磨等。1、钻孔和扩孔加工（1）钻孔钻孔是用钻头在零件的实体部分加工出孔的唯一方法，也是最基本的孔加工方法。钻孔的精度较低，表面粗糙度大，一般为IT10级以下，Ra为50~12.5m，所以只能用作粗加工。钻孔的主要问题有：1）钻孔的精度低，表面质量差，易于产生“引偏”现象；

2）钻孔的生产率低，钻头易于磨损。钻孔的两种基本方式如图7-16所示，引偏分别造成轴线歪斜和孔径变化。1）切削深度小，切屑窄，易于排出，也不易刮伤已加工表面；2）切削刃不必自外缘延伸到中心，避免了横刃及横刃引起的不良影响，生产率和加工质量较高；3）由于容屑槽较浅窄，刀体上可做出3~4个刀齿，导向性好，切削平衡，可提高生产率。（2）扩孔：扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔进行加工，以扩大孔径，并提高加工质量。扩孔后，精度可达IT10~IT9，表面粗糙Ra为6.3~3.2m。

扩孔加工如图7-17所示。其特点如下：

图7-17扩孔加工示图

铰孔的工作特点，主要有：1）铰孔只能保证孔本身的精度，而纠正位置误差和原孔轴线的歪斜的能力很差；2）铰刀是定径刀具，较易保证铰孔的加工质量；3）铰孔的适应性差，一把铰刀只能加工一种尺寸与公差的孔；4）铰削可加工一般的金属工件，如普通钢、铸铁和有色金属，但不适宜加工淬火钢等硬度过高的材料。

2、孔的铰、镗、拉、磨削加工（1）铰孔铰孔是用铰刀从工件孔壁上切削下微量的金属的加工方法。铰孔的精度可达IT8~IT6，表面粗糙度Ra为1.6~0.4m。

镗孔的特点主要有：1）镗孔的适应性强；2）镗削能通过多次走刀来校正原孔的轴线偏斜；3）镗刀的制造和刃磨较简单，费用较低；4）镗孔生产率较低；5）对于直径较大的孔，镗孔是唯一合适的加工方法；6）镗削可加工钢、铸铁和和有色金属零件，但不适宜加工淬火钢等硬度过高的材料。

（2）镗孔镗孔是用镗刀对已有的孔进行加工的常用方法之一。镗孔可分为粗镗、半精镗、精镗和精细镗，精镗时精度可达IT7，表面粗糙度Ra为1.6~0.8m。精细镗则可达IT6，表面粗糙度Ra为0.2~0.6m。可在车床和镗床上进行。

拉孔加工的特点主要有：1）拉孔的精度高，表面粗糙度小；2）生产率高；3）与铰孔相似，拉孔不能纠正孔的位置误差，原孔的位置精度应由前道工序来保证。4）拉孔对孔的前工序加工要求不高，一般在钻孔、扩孔或粗镗后即可进行；5）拉刀的制造和刃磨复杂，成本较高；6）拉削只适宜于加工短孔。

（3）拉孔拉孔是一种高生产率的孔加工方法。一般加工精度可达IT7，表面粗糙度Ra为0.8~0.4m。

磨孔加工的特点主要有：1）磨削的适应性广；2）不仅能磨削普通钢件和铸铁件，也能磨削淬火钢等硬度很高的材料；3）不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可提高位置精度和形状精度，纠正原孔的轴线偏斜；4）生产率比铰孔低。（4）磨孔

磨孔是用砂轮对已经粗加工或半精加工的孔进行进一步精加工的方法。磨孔也可分为粗磨和精磨，精磨的精度可达IT7，表面粗糙度Ra为1.6~0.4m。

六、齿轮齿形的加工齿轮是机器中传递运动和动力的重要零件。常用的齿轮有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗轮等。圆柱齿轮应用最广，又可分为直齿、斜齿和人字齿齿轮，齿轮的齿廓有渐开线、摆线和圆弧等，但常用的是渐开线齿轮。这里主要介绍渐开线圆柱齿轮的加工。根据齿轮传动的特点和不同用途，对其精度提出以下三个组别的不同的要求：1）运动的准确性，或称为第Ⅰ公差组。要求齿轮在一转范围内，最大的转角误差应限制在一定范围内，以保证传递运动的准确性。2）传动的平衡性，或称为第Ⅱ公差组。要求齿轮传动的瞬时速比变化小，以免引起冲击和噪声。

3）载荷分布的均匀性，或称为第Ⅲ公差组。要求齿轮啮合时齿面接触良好，以免引起载荷集中，造成齿面局部磨损，影响齿轮寿期。圆柱齿轮的加工，按齿形的形成原理不同可分为两大类：一类是成形法，如铣齿、拉齿和成形磨齿等。另一类是展成法，也称包络法，如滚齿、插齿、剃齿等。获得形状精度的方法利用切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于这种成形运动的精度。1)轨迹法：车刀刀尖1的运动轨迹形成了工件的表面形状，车刀运动的精度决定了工件的形状精度。利用成形刀具刀刃的几何形状切出工件的形状。这种方法所能达到的精度，主要取决于刀刃的形状精度和刀具的装夹精度。

2)成形法：成形铣刀刀刃几何形状铣出工件表面形状；精度由刀具形状和装夹决定。典型：齿轮成形加工利用刀具和工件作展成切削运动，刀刃在被加工面上的包络面形成的成形表面。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。3)展成法：滚齿法加工齿轮，滚刀刀刃在被切齿轮上形成的包络线即为齿形，滚刀主运动与被切齿轮转速必须符合设定要求，以保证加工精度。获得位置精度的方法零件位置精度的获得主要取决于工件的定位（装夹）和加工方法。工件在一次装夹下加工多个表面时，这些表面之间的相互位置精度一般较高，主要取决于机床的精度。利用组合刀具或一把刀具上的几个刀刃，同时加工工件上的多个表面，则这些表面之间的相互位置精度一般也较高，主要取决于刀具的精度。机械加工工艺系统：在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成的一个完整的系统。加工工艺系统误差是根源，加工误差是表现；分析原始误差和加工误差之间的定性与定量关系，是保证和提高零件加工精度的必要的理论基础。

原始误差：加工工艺系统的误差概念：原始误差与加工误差：加工过程中可能出现的原始误差二、机床误差机床误差的三个方面：机床本身的制造、磨损和安装

静误差：在没有切削载荷的情况下测得的各项误差;床身导轨在垂直面和水平面内的直线度和平行度；主轴轴线对床身导轨的平行度；主轴的回转精度；传动链精度；刀架各溜板移动时，对主轴轴线的平行度和垂直度。车床的各项静误差：当导轨水平面内出现误差

加工工件直径误差：可见卧式车床导轨水平面内的误差对加工误差影响较大可见卧式车床导轨水平面内的误差对加工误差影响较大假设则所以不同方向的误差对加工误差的影响是不同的，即存在误差的敏感方向原始误差所引起的刀刃与工件间的相对位移，如果产生在加工表面的法线方向，则对加工误差有直接的影响；如果产生在加工表面的切线方向，就可以忽略不计。把加工表面的法向称之为误差的敏感方向。误差的敏感方向如转塔车床刀具垂直安装，此时导轨垂直平面内的误差直接影响加工精度，是误差的敏感方向。由于切削力变化引起的加工误差-误差复映规律由于毛坯加工余量和材料硬度的变化，在加工过程中引起了切削力的变化，进而引起工艺系统受力变形的变化，产生了工件的尺寸误差和形状误差。在工件每一转的过程中，切削深度将从最小值增加到最大值，然后再减小，切削深度的变化引起了切削力变化；偏心毛坯变化的切削力作用在工艺系统上，使它的受力变形也发生了相应的变化。切削力大时，变形也大；切削力小时，变形相应地变小；误差复映加工偏心毛坯之后得到的工件仍然是略有偏心的。这种现象在工艺学中称为误差复映。上式表示了加工误差与毛坯误差之间的比例关系，说明了“误差复映”的规律，定量地反映了毛坯误差经加工所减小的程度，称之为“误差复映系数”；可以看出：工艺系统刚度越高，ε越小，也即是复映在工件上的误差越小。当加工过程分成几次走刀进行时，每次走刀的复映系数为：、、，则总的复映系数由于总是小于，复映系数总是小于1，经过几次走刀后，降到很小的数值，加工误差也就降到允许的范围以内。七、保证和提高加工精度的途径

听其自然，因势利导，直接消除或减小柔性工件受力变形的方法

细长轴的加工

传统的方法都采用中心架或跟刀架，可以有效的减小工件受到径向力的作用产生的变形，但是细长轴的加工往往还要受到轴向力作用产生的变形和由于热伸长导致的弯曲变形；

采用大进给反向切削细长轴的加工方法消除轴向切削力引起的弯曲变形。1.进给方向由卡盘指向尾座，和一般车削法的进给方向刚好相反。

采用大进给量和大的主偏角车刀伸缩性的活顶尖使工件在热伸长下有伸缩的余地。在卡盘一端的工件上车出一个缩颈部分，消除由于坯料本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心线歪斜的影响。

薄片零件在热处理淬硬以后的磨削加工1.可以采用弹性的夹紧机构，使工件在自由状态下定位和夹紧，消除夹紧变形或提高工件刚性。这项加工问题中的主要矛盾是工件薄、刚性差，很容易引起夹紧变形。因此要消除这类薄片工件在磨削加工中的夹紧变形：采用环氧树脂粘合剂将摩擦片在自由状态下粘结到一块平板上。平板连同工件一起放到磁力吸盘上，磨平工件的上端面。再将工件从平板上取下来，以磨平了的一面放到磁力吸盘上，再磨另一面。也可采用厚油脂填充在工件和磁力吸盘之间的间隙中，加强了工件的刚性，也取得了较好的效果。一、加工误差的性质：系统性误差——连续加工一批零件时，这类误差的大小和方向保持不变，或是按一定的规律而变化。前者称为常值系统性误差，后者称为变值系统性误差。随机性误差——在加工一批零件中，这类误差的大小和方向是不规律地变化着的。毛坯误差（余量大小不一，硬度不匀等)的复映、定位误差（基准面尺寸不一，间隙影响等)、夹紧误差（夹紧力大小不一）、多次调整的误差、内应力引起的变形误差等等都是随机性误差两类误差解决途径：系统性误差——可以在查明其大小和方向后，通过相应的调整或检修工艺装备的办法来解决，有时候还可以人为地用一种常值误差去抵偿本来的常值误差。例如：刀具的调整误差引起的工件的加工误差就是常值系统性误差，可以通过重新调整刀具加以消除;变值系统性误差——可以在摸清其变化规律后，通过自动连续补偿、自动周期补偿等办法来解决。例如：磨床上对砂轮磨损和砂轮修正的自动补偿；机床热变形则采用空车运转使机床达到热平衡后再加工的方法来减少热变形的影响。正态分布曲线除了用来进行加工误差性质的判断外，还常常用来进行工艺能力(工序能力)的计算。所谓工艺能力是用工艺能力系数来表示的，它是公差范围和实际加工误差之比，即：1.表面的几何形状特性，主要由以下两个部分组成：(1)表面粗糙度：表面的微观几何形状误差；(2)波度：介于加工精度（宏观）和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差，它主要是加工过程中工艺系统的振动所引起的。2.表面层的物理、机械性能的变化，主要有以下三个方面的内容：(1)表面层因塑性变形引起的冷作硬化；(2)表面层因切削热引起的金相组织的变化；(3)表面层中产生的残余应力。二、表面质量对零件使用性能的影响1.表面质量对零件耐磨性的影响零件的耐磨性主要与摩擦副的材料及润滑条件有关;但在这些条件已经确定的情况下，零件的表面质量就起决定性的作用。

2.表面质量对疲劳强度的影响在交变载荷的作用下，零件表面的粗糙度、划痕和裂纹等缺陷容易引起应力集中而萌生和扩展疲劳裂纹造成疲劳损坏;表面层的残余应力对疲劳强度的影响极大。表面层的残余压缩应力能够提高零件的疲劳强度。而残余拉伸应力容易使已加工表面产生裂纹因而降低疲劳强度;表面的冷作硬化层能提高零件的疲劳强度，这是因为硬化层能阻碍已有裂纹的扩大和新的疲劳裂纹的产生。2、降低表面粗糙度的措施由几何因素引起的粗糙度过大，可通过减小切削层残留面积来解决。减小进给量、刀具的主、副偏角，增大刀尖园角半径，均能有效地降低表面粗糙度;由物理因素引起的粗糙度过大，主要应采取措施减少加工时的塑性变形，避免产生刀瘤和鳞刺，对此影响最大的是切削速度和被加工材料的性能。切削速度v的影响从实验知道，v愈高，切削过程中切屑和加工表面的塑性变形程度就愈轻，因而粗糙度也愈小。刀瘤和鳞刺都在较低的速度范围产生，此速度范围随不同的工件材料、刀具材料、刀具前角等变化。采用较高的切削速度常能防止刀瘤、鳞刺的产生。图所示即为不同速度对表面粗糙度的关系曲线。实线表示只受塑性变形影响，虚线表示受刀瘤影响时的情况。切削速度对表面粗糙度的影响被加工材料性能的影响一般来说，韧性较大的塑性材料，加工后粗糙度愈大;脆性材料的加工粗糙度比较地接近理论粗糙度。对于同样的材料，晶粒组织愈是粗大，加工后的粗糙度也愈大;因此为了降低加工后的表面祖糙度，常在切削加工前进行调质或正火处理，以得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。刀具的几何形状、材料、刃磨质量的影响

刀具的前角对切削过程的塑性变形有很大影响;

前角值增大时，塑性变形程度减小，粗糙度也就能减小;为负值时，塑性变形增大，粗糙度也增大;后角

过小会增加摩擦。刃倾角

的大小又会影响刀具的实际前角，因此都会影响加工表面的粗糙度。二、磨削加工后的表面粗糙度磨削加工与切削加工有许多不同处，从几何因素看，砂轮上的磨削刃形状和分布很不均匀、很不规则，且随着砂轮工作表面的修正、磨粒的磨耗不断改变;磨削加工表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽形成的;在磨削过程中由于磨粒大多具有很大的负前角，所以产生了比切削加工大得多的塑性变形。磨粒在工件上的刻痕影响磨削表面粗糙度的主要因素有：⑴砂轮的粒度

砂轮的粒度愈细，则砂轮工作表面的单位面积上的磨粒数愈多，因而在工件上的刻痕也愈密而细，所以粗糙度愈小。但是粗粒度砂轮如果经过细修整，在磨粒上车出微刃后也能加工出低粗糙度表面。磨粒上的微刃(2)砂轮的修整修整砂轮的金刚石工具愈锋利，修整导程愈小，修整深度愈小，表面粗糙度值愈小。(3)砂轮速度提高砂轮速度可以显著降低工件表面粗糙度。(4)砂轮的硬度（5）冷却(6)磨削切深与工件速度增大磨削切深和工件速度将增加塑性变形的程度，从而增大粗糙度。

二、机械加工工艺过程的组成1.工序、工步和工作行程；2.装夹和工位。工序工序是组成加工工艺过程的基本单元；一个工序是指一个（或一组）工人，在一台机床（或一个工作地点），对同一工件（或同时对几个工件）所连续完成的那一部分工艺过程；制订机械加工工艺过程中，列出