机械制造技术基础 张世昌 第2章 机械制造过程基础知识

机械制造过程基础知识

切削与磨削原理

机械加工质量

机械加工工艺过程设计

机械制造技术新发展

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机械制造技术概论第2章机械制造过程基础知识本章要点机械制造工艺零件机械加工方法定位原理与定位误差刀具材料与刀具几何角度机床与夹具机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess2.1

机械制造工艺过程MechanicalManufacturingProcess2.1.1机械加工工艺过程及其组成

机械加工工艺过程定义：采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各表面间相互位置及表面质量，使之成为合格零件的过程。由按一定顺序排列的若干个工序组成。包含：安装、工位、工步、走刀等工序2.1.1机械加工工艺过程及其组成φ20±0.072×10.8图2-1阶梯轴P43φ32φ40φ25±0.07φ350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1×45°3.22×1

工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。由零件结构复杂度、加工精度、生产类型等决定，如图2-1所示。安装——在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。2.1.1机械加工工艺过程及其组成工位——工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。图2-2多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔2.1.1机械加工工艺过程及其组成工步——指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步，如图2-3）

走刀——同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。a）立轴转塔车床的一个复合工步b）钻孔、扩孔复合工步图2-3复合工步2.1.2机械装配工艺过程

机械装配工艺过程将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程。最后阶段

机械装配工作包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等

装配工序、工步和操作◆装配工序——在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作◆装配工步——装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变◆装配操作——装配工步中各个装配动作2.1.3生产类型及其工艺特点

生产纲领：计划期内应当生产的产品数量

N=Qn（1+α%+β%）（2-1）◆单件小批生产◆批量生产◆大批大量生产P45，表2-3式中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；

β——废品率。

生产类型分成机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess2.2

零件机械加工方法MechanicalMachiningMethodforParts2.2.1零件表面形成方法

零件表面形成机理零件表面通常可看成是一条母线沿着另一条导线运动的轨迹。母线与导线统称为形成表面的生线（生成线或成形线）；切削加工实现？切削加工时刀具的切削刃与工件的相对运动实现表面切削成形。P46图2-4形成零件表面的方法包含如下几种：2.2.1零件表面形成方法

轨迹法生线均由轨迹运动生成；成形法刀刃的形状直接获得工件生线；相切法工件的一条生线即为刀刃运动轨迹的包络线；展成法工件的一条生线即为刀刃运动轨迹的包络线，且包络线需通过刀具与工件之间的范成运动生成。a）轨迹法b）成形法c）相切法d）展成法图2-5零件表面成形方法主运动

指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用vc（m/s）表示。

◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T

表示），也可以是回转运动（用

R

表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。进给运动

指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf—mm/min）表示。定位和调整运动

使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。2.2.2切削加工的成形运动3种

外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动进给运动表2-4外圆表面加工方法

刀具T/RT主运动进给运动

工件表面成形原理图RRRRRTRRT/R车削成形车削拉削研磨2.2.3典型表面加工方法5种表2-5内圆表面加工方法表面成形原理图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动进给运动刀具主运动进给运动工件RRTRRT/RTRTRTTRTT内圆磨无心磨2.2.3典型表面加工方法主运动进给运动表2-6平面加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T2.2.3典型表面加工方法车螺纹板牙主运动进给运动表2-7螺纹加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR2.2.3典型表面加工方法主运动进给运动表2-8齿形加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿2.2.3典型表面加工方法2.2.4切削用量与切削层截面参数切削用量

切削速度vc若主运动为往复运动时，其平均速度为：

（2-2）式中n——主运动转速（r/s）；

d——刀具或工件的最大直径（mm）。式中nr——主运动每秒钟往复次数（str/s）；

l——往复运动行程长度（mm）。

（2-3）进给量f：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。背吃刀量ap：主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。2.2.4切削用量与切削层截面参数切削层截面参数P55

切削厚度

（2-6）切削宽度

（2-7）图2-6切削层截面bDhD=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess2.3

定位与装夹LocationandFixing2.3.1基准基准

定位：使工件待加工表面加工后满足尺寸、位置精度要求，需占有某个正确的位置；保持该正确位置不动，需夹紧；而工件装夹依赖于相关的基准。确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。

设计基准

在设计图样上所采用的基准

图2-7定位支座零件2.3.1基准工艺基准

在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。

表2-9a支座零件第1工序（车削）粗基准2.3.1基准图2-9b支座零件第1工序（钻孔）2.3.1基准图2-9c支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）2.3.1基准图2-9d支座零件第4工序（磨内孔、端面）图2-9e支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）P592.3.2工件装夹划线找正装夹（图2-10）——

精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件直接找正装夹（图2-9）——

精度高，效率低，对工人技术水平高

夹具装夹（图2-11）——

精度和效率均高，广泛采用装夹的含义

装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位

——使工件在机床或夹具上占有正确位置；夹紧

——对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变。工件装夹方法2.3.2工件装夹

图2-9直接找正安装毛坯孔加工线找正线

图2-10划线找正安装2.3.2工件装夹图2-11工件在夹具上装夹（滚齿夹具）2.3.3定位原理

图2-12六点定位原理XZY

六点定位原理

要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度

将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。

任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度——用表示图2-13工件以平面3点定位XYZ

与理论力学、机构学自由度概念差别

——位置不定度

——夹紧与定位概念分开

——工件、夹具是弹性体

两点注意：“点”的含义

——对自由度的限制，与实际接触点不同2.3.3定位原理

工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况：①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。2.3.3定位原理

2.3.3定位原理

完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX图2-14工件应限制的自由度欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。图2-1X欠定位示例XZYa）b）BBB2.3.3定位原理

过定位

过定位——工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。

过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。2.3.3定位原理

过定位分析（桌子与三角架）图2-1X过定位分析2.3.3定位原理

过定位分析图2-16过定位示例a）ZYXYc）ZYXY2.3.3定位原理

b）ZYYX

过定位分析图2-17过定位示例XYa）ZYb）ZYXY2.3.3定位原理

一面两孔定位分析D1D2d2d1b图2-X一面两孔定位干涉分析2.3.3定位原理

2.3.4定位误差

定位误差的概念

例如在轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离H。若采用V型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置（图2-18）。实际加工时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化。不考虑加工过程误差，仅由于轴心位置变化而使工序尺寸H也发生变化。此变化量（即加工误差）是由于工件的定位而引起的，故称为定位误差。图2-18定位误差HOAO1O2ΔDW定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如图2-18所示例子。2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。

图2-19所示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a，即工序基准为工件顶面。如刀具已调整好位置，则由于尺寸b的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸a产生误差。bΔDWa图2-19由于基准不重合引起的定位误差工序基准

定位基准2.3.4定位误差

定位误差的来源2.3.4定位误差

定位误差计算在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。1.用几何方法计算定位误差

当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为：

ΔDW

=Dmax－dmin（2-8）式中ΔDW

——定位误差

Dmax——工件定位孔最大直径

dmin——夹具定位销最小直径【解】2.3.4定位误差

【例2-1】图2-20所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。图2-20a孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminOΔDWO1O22.3.4定位误差

某些情况，工件孔与夹具定位销保持固定边接触（图2-20），此时孔心在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为孔径公差的一半。若工件的定位基准仍为孔心，且工序尺寸方向与接触点和销子中心连线方向相同，则其定位误差为：图2-20b孔与销间隙配合固定边接触时定位误差DmaxO1DminOΔDWO2

ΔDW

=（Dmax－Dmin）=TD

（2-9）1212此时，孔在销上的定位已由定心定位转化为支承定位的形式，定位基准也由孔心变成了与定位销固定边接触的一条母线。这种情况下，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。2.3.4定位误差

2.用微分方法计算定位误差【例2-2】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：①槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2

）；②键槽对工件外圆中心的对称度OA=Sin(α/2)OB=Sin(α/2)d对上式求全微分，得到：d(OA)=Sin(α/2)1

d(d)－Sin(α/2)1

d(α)图2-21外圆表面在V型块上的定位误差HBαOA

对于第1项要求，考虑第1种情况（工序基准为圆心O，见图2-21），写出O点至加工尺寸方向上某一固定点（如V型块两斜面交点A）的距离：以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：2.3.4定位误差

定位（2-10）式中Td

——工件外圆直径公差；

Tα——V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（图2-33中尺寸H方向）上的定位误差为：（2-11）对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。2.3.4定位误差

若工件工序基准为外圆下母线或上母线时，用同样方法可求出其定位误差分别为：图2-21外圆表面在V型块上的定位误差c）b）H2BdOH1BOAC（2-12）机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess2.5

刀具与磨具CuttingToolandAbrasiveTool2.2.4切削用量与切削层截面参数切削层截面参数P55

切削厚度

（2-6）切削宽度

（2-7）图2-6切削层截面bDhD=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）2.5.1刀具切削部分的组成

车刀a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀图2-X车刀的结构

外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由3个刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2个刀刃（主切削刃和副切削刃）和1个刀尖组成。2.5.2刀具坐标系与刀具角度

刀具标注角度坐标系（主剖面坐标系）主切削刃主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主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr图2-X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。1）前角γo

在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γo定为正值；位于刀头实体之内时γo定为负值。γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。Aκr′A向f图2-X车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ02.5.2刀具坐标系与刀具角度

刀具标注角度

用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。Aκr′A向f图2-X车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）后角αo

后角αo在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。

后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。α02.5.2刀具坐标系与刀具角度

粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。

主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。3）主偏角κr

在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。κr的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。2.5.2刀具坐标系与刀具角度

Aκr′A向f图2-X车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκrκr′AA向f图2-X车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。

副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。2.5.2刀具坐标系与刀具角度

κr′

在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。a）b）c）图2-X刃倾角对排屑方向的影响2.5.2刀具坐标系与刀具角度

5）刃倾角λs——切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之位负。

λs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。2.5.2刀具坐标系与刀具角度

刀具工作角度的计算[工作(角度)坐标系]2.5.2刀具坐标系与刀具角度

2.5.2刀具坐标系与刀具角度

刀具工作角度◆刀具安装对工作角度的影响图2-X车刀安装高度对工作角度的影响γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr

2.5.2刀具坐标系与刀具角度

2.5.2刀具坐标系与刀具角度

切削速度的方向2.5.2刀具坐标系与刀具角度

刀具工作角度

式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。◆进给运动对工作角度的影响横切（图2-37）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPes图2-37切断刀的工作角度fxα0（2-14）2.5.2刀具坐标系与刀具角度

（2-15a）

纵切（图2-38）

在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：在主剖面内：O—O图2-38外圆车刀工作角度μffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe2.5.2刀具坐标系与刀具角度

2.5.2刀具坐标系与刀具角度

计算示意图αoeαo2.5.3刀具材料

对刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的热硬性4）良好的工艺性5）经济性2.5.3刀具材料

刀具材料的发展刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。◆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。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。2.5.3刀具材料

常用刀具材料表2-15常用高速钢牌号及其应用范围类别牌号主要用途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵

2.5.3刀具材料

◆硬质合金

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。

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。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，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。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。

硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。2.5.3刀具材料

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。表2-16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2.5.3刀具材料

◆超硬刀具材料

天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。

聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK6500～8000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。

金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。

聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV3000～4500，耐热性达1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。2.5.3刀具材料

机床的分类与型号编制金属切削机床型号的编制机床的类别代号机床的特性代号主要参数代号传动系统图2.5.4砂轮

一、砂轮：由磨料加结合剂用烧结的方法而制成的多孔物体。

1.磨料：起切削作用，

2.结合剂：把磨料结合起来，使之具有一定的形状、硬度和强度。

3.气孔：结合剂没有填满磨料之间的全部空间，因而有气孔存在。二、砂轮的基本参数磨料的种类、磨料颗粒大小、结合剂的种类、砂轮硬度及组成三、砂轮的特性

磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形状和尺寸等砂轮的特性与选择1磨料天然磨料：一般含杂质多，质地不匀；天然金刚石虽好，但价格昂贵。人造磨料：目前主要采用人造磨料。氧化物系:主要成分为Al2O3碳化物系:以碳化硅、碳化硼为基体，添加的金属元素

超硬磨料系:主要有人造金刚石和立方氮化硼。常用磨料的特性及使用范围简表2-172.5.4砂轮

2粒度表示磨料颗粒的大小一般磨粒微细磨粒粒度号---磨粒刚好可通过的筛网每英寸长度上（25.4mm）上的孔眼数。单位称为“目”。粒度号越大，磨粒的实际尺寸越小

粒度号---在显微镜下测得的该颗粒最大尺寸的微米数。粒度号越大，微粉颗粒尺寸越大。2.5.4砂轮

类别粒度号适用范围磨粒8#10#12#14#16#20#22#24#30#36#40#46#54#60#70#80#90#100#120#150#180#220#240#

荒磨一般磨削,加工表面粗糙度可达Ra0.8m半精磨,精磨和成型磨削,加工表面粗糙度可达Ra0.8~0.16μm精磨,精密磨,超精磨,成型磨,刀具刃磨,珩磨微粉W63W50W40W28W20W