工程材料成型基础 课件 第6单元 金属切削加工

机械加工基本知识机械加工基本知识1．工件的表面形状机械零件的形状多种多样，但构成其内、外轮廓表面的不外乎几种基本形状的表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成型面。一、工件表面成型方法2．工件表面的成型方法从几何学观点来看，机器零件上每一个表面都可看作是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的生线（生成线、成型线）。机械加工基本知识3．生线的形成方法轨迹法成型法相切法展成法机械加工基本知识1.主运动主运动是从工件上切下切屑所需要的最基本的运动，也是切削运动中速度最高、消耗功率最多的运动。在各类切削加工中的主运动只有一个。二、切削运动和切削用量2.进给运动：维持切削的过程,使待切除的金属层不断投入切削。进给运动可以是连续的运动，也可以是间歇运动，可以有一个或多个机械加工基本知识（a）车削

（b）铣削

（c）刨削

（d）钻削

（e）磨削图中1为主运动，2为进给运动机械加工基本知识1．切削过程中工件的表面（1）已加工表面工件上被刀具切削后形成的新表面。（2）待加工表面工件上等待被切除的表面。（3）过渡表面刀具切削刃正在切削的表面，也称加工表面，它是待加工表面与已加工表面的连接表面。三、切削用量机械加工基本知识2．切削用量（1）切削速度刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时线速度称为切削速度，用vc表示，单位为m/s或m/min。式中d──工件加工表面或刀具选定点的旋转直径（mm）；

n──主运动的转速（r/s或r/min）。（2）进给量刀具在进给方向上相对于工件的位移量称为进给量，通常用刀具或工件主运动每转或每行程的位移量来度量，用f表示，单位为mm/r。单位时间内刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，称为进给速度，用vf表示，单位为mm/s或m/min。当主运动为旋转运动时，进给量f与vf进给速度之间的关系为机械加工基本知识（3）背吃刀量工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，称为背吃刀量，也称切削深度。用ap表示，单位为mm。外圆车削时式中dw──待加工表面直径（mm）；dm──已加工表面直径（mm）。车削加工车削加工一、车削加工特点车削加工一、车削加工特点车外圆车孔攻螺纹钻中心孔钻孔铰孔车端面车槽车成型面车锥面滚花车螺纹一、车削加工特点车削加工由于加工过程连续，切削力变化不大，切削过程平稳，所以车削加工的加工精度较高。而且车削加工经一次装夹就能加工出外圆面、内圆面、锥面、台阶面以及端面等，因此，依靠车床自身的精度就能保证各加工面之间的位置精度。车削加工在一般情况下，车刀与工件始终接触，基本上没有冲击现象，可以采用很高的切削参数进行切削，所以生产率较高。而且，车削加工适应多种材料、多种表面、较大尺寸范围和精度等级，因此加工范围广泛。此外，车削加工还有刀具简单、生产成本较低的特点。车削加工二、车床简介1.CA6140卧式车床车削加工2．立式车床

立式车床是用来加工大型盘类零件，它的主轴处于垂直位置，要用于加工直径大、长度短的大型、重型工件和不易在卧式车床上装夹的工件。车削加工3.落地车床落地车床又称花盘车床、端面车床、大头车床或地坑车床。它适用于车削直径大、长度短、重量较轻的盘形、环形工件或薄壁筒形等工件。车削加工三、装夹方式1.三爪自定心卡盘装夹2.两顶尖装夹车削加工三、装夹方式3.一夹一顶装夹4.四爪单动卡盘装夹车削加工四、常用刀具车刀按结构分类a）直头外圆车刀b）弯头外圆车刀（c）90°外圆车刀（d）宽刃精车外圆车刀（e）内孔车刀（f）端面车刀（g）切断车刀（h）螺纹车刀车削加工四、常用刀具车刀按结构分类整体车刀焊接车刀可转位车刀车削加工四、常用刀具车刀按材料分类1.高速钢高速钢（锋钢）是含钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的合金工具钢。高速钢具有较好的强度和韧性，故能承受较大的冲击力。但是高速钢的耐热性较差，因而不能用于高速切削。常用于加工有色金属，铸铁等材料。加工碳钢时主要用于低速切削的精加工及修光。车削加工四、常用刀具车刀按材料分类高速钢的类别、常用牌号及性质类别常用牌号性质钨系W18Cr4V(18-4-1)

性能稳定，刃磨及热处理工艺控制较方便钨钼系W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)

高温塑性与冲击韧度都超过W18Cr4V钢，而其切削性能却大致相同W9Mo3Cr4V(9-3-4-1)

强度和韧性均优于

W6Mo5Cr4V2钢，高温塑性和切削性能良好车削加工四、常用刀具2.硬质合金

硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化合物和金属粘接剂通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。其硬度、耐磨性和耐热性均优于高速钢，能进行高速切削。其缺点是强度韧性较差，在冲击力作用下容易崩裂。车削加工常用硬质合金牌号及应用范围牌号应用范围YG3硬度、抗弯耐磨强度、性、韧性、切削进给速度量铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工，无冲击YA6冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YG6X铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6铸铁、有色金属、高温合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属、高温合金粗加工，可用于断续切削YT30硬度、抗弯耐磨强度、切削韧性、速度进给碳素钢、合金钢的精加工YT15碳钢、合金钢连续切时粗、半精加工，断续切精加工YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YW1同上高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的精、半精加工YW2高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的半精与粗加工K类P类M类车削加工金属切削过程金属切削过程一、刀具几何角度刀头即刀具的切削部分主要由刀面和切削刃两部分组成，我们总结为“三面两刃一尖”。（1）三面前刀面Ar：切屑流过的刀面；主后刀面Aα：与加工表面相对的刀面；副后刀面Aα′：与工件已加工表面相对的刀面；（2）两刃主切削刃S：前刀面与主后刀面相交的棱边，承担主要的切削工作；副切削刃S′：前刀面与副后刀面相交的棱边，承担少量的切削工作；（3）一尖刀尖：主切削刃与副切削刃的交点或两者连接处的一小段切削刃。1.刀具的构成金属切削过程一、刀具几何角度①基面Pr：通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。普通车刀的基面平行于刀具的底面；②切削平面Ps：通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面；③正交平面Po：通过切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面；④法平面Pn：通过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面；⑤工作平面Pf：通过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面的平面；⑥背平面Pp：通过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面与基面的平面。2.刀具静止参考系的主要参考平面金属切削过程一、刀具几何角度①正交平面参考系

由基面、切削平面和正交平面构成的空间三面投影体系称为正交平面参考系。由于该参考系中三个投影面均相互垂直，符合空间三维平面直角坐标系的条件，所以，该参考系是刀具标注角度最常用的参考系。②法平面参考系

由基面、切削平面和法平面构成的空间三面投影体系称为法平面参考系。③工作平面参考系

由基面、假定工作平面和背平面构成的空间三面投影体系称为假定工作平面参考系。金属切削过程一、刀具几何角度主偏角κr：主切削刃Ｓ与假定进给运动方向vf间的夹角；

副偏角κr′：副切削刃Ｓ′与假定进给运动反方向间的夹角。刃倾角λs：主切削刃Ｓ与过刀尖所作基面Pr间的夹角。前角γo：前刀面Ar与基面Pr间的夹角。后角αo：后刀面Aα与切削平面Ps间的夹角。金属切削过程二、金属切削过程1.切屑的形成过程切屑是被切材料受到刀具前刀面的推挤，沿着某一斜面剪切滑移形成的切削层不是由刀具切削刃削下来的或劈开来的，而是靠前刀面的推挤，滑移而成的。金属切削过程二、金属切削过程2.切削过程变形区的划分金属切削过程二、金属切削过程3.切屑类型及控制a）带状切屑

b）节状切屑

c）粒状切屑

d）崩碎切屑金属切削过程二、金属切削过程4.积屑瘤现象在切削塑性材料时，如果前刀面上的摩擦系数较大，切削速度不高又能形成带状切屑的情况下，常常会在切削刃上黏附一个硬度很高的鼻型或楔型硬块，称为积屑瘤。积屑瘤包围着刃口，将前刀面与切屑隔开，其硬度是工件材料的2~3倍，可以代替刀刃进行切削，起到增大刀具前角和保护切削刃的作用。金属切削过程三、切削过程基本规律1．切削力切削力Fc（主切削力Fz）──在主运动方向上的分力；

背向力Fp（切深抗力Fy）──在垂直于工作平面上的分力；

进给力Ff（进给抗力Fx）──在进给运动方向上的分力。合力F、推力FD与各分力之间关系：金属切削过程三、切削过程基本规律式中

vc──主运动的切削速度。计算切削功率Pc是为了核算加工成本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机床电机功率切削功率金属切削过程三、切削过程基本规律（3）影响切削力的主要因素①工件材料材料的强度和硬度愈高，切削力愈大。②切削用量切削用量三要素对切削力均有一定的影响，但影响程度不同，其中背吃刀量ap和进给量f影响较明显。若f不变，当ap增加一倍时，切削厚度ac不变，切削宽度aw增加一倍，刀具上的负荷也增加一倍，即切削力增加约一倍；若ap不变，当f增加一倍时，切削宽度aw保持不变，切削厚度ac增加约一倍，在刀具刃圆半径的作用下，切削力只增加68%~86%。可见在同样切削面积下，采用大的f较采用大的ap省力和节能。切削速度v对切削力的影响不大③刀具几何参数在刀具几何参数中刀具的前角γo和主偏角κr对切削力的影响较明显。当加工钢时，γo增大，切削变形明显减小，切削力减小的较多。κr适当增大，使切削厚度ac增加，单位面积上的切削力减小。在切削力不变的情况下，主偏角大小将影响背向力和进给力的分配比例，当κr增大，背向力FP减小，进给力Ff增加；当κr＝90°时，背向力FP＝0，对防止车细长轴类零件时减少弯曲变形和振动十分有利。金属切削过程三、切削过程基本规律2．切削热与切削温度在切削加工中，切削变形与摩擦所消耗的能量几乎全部转换为热能，即切削热。切削热通过切屑、刀具、工件和周围介质（空气或切削液）向外传散，同时使切削区域的温度升高。切削区域的平均温度称为切削温度。影响热传散的主要因素是工件和刀具材料的热导率、加工方式和周围介质的状况。热量传散的比例与切削速度有关，切削速度增加时，由摩擦生成的热量增多，但切屑带走的热量也增加，在刀具中热量减少，在工件中热量更少。所以高速切削时，切屑中温度很高，在刀具和工件中温度较低，这有利于切削加工顺利进行。金属切削过程三、切削过程基本规律影响切削温度的主要因素影响热量产生和传散的主要因素有：工件材料、切削用量、刀具几何参数和切削液等。①工件材料

工件材料主要是通过硬度、强度和导热系数影响切削温度的。加工低碳钢，材料的强度和硬度低，导热系数大，故产生的切削温度低；加工高碳钢，材料的强度和硬度高，导热系数小，故产生的切削温度高。②切削用量

当vc、f和ap增加时，由于切削变形和摩擦所消耗的功增大，故切削温度升高。③刀具几何参数

在刀具几何参数中，影响切削温度最明显的因素是前角γo和主偏角κr，其次是刀尖圆弧半径rε。前角γo增大，切削变形和摩擦产生的热量均较少，故切削温度下降。但前角γo过大，散热变差，使切削温度升高，因此在一定条件下，均有一个产生最低切削温度的最佳前角γo值。主偏角κr减小，使切削变形和摩擦增加，切削热增加，但κr减小后，因刀头体积增大，切削宽度增大，故散热条件改善。由于散热起主要作用，故切削温度下降。增大刀尖圆弧半径rε，选用负的刃倾角λs和磨制负倒棱均能增大散热面积，降低切削温度。④切削液

使用切削液对降低切削温度有明显效果。切削液有两个作用：一方面可以减小切屑与前刀面、工件与后刀面的摩擦；另一方面可以吸收切削热。两者均使切削温度降低。但切削液对切削温度的影响，与其导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有关。金属切削过程三、切削过程基本规律3．刀具磨损与刀具耐用度（1）刀具磨损方式①前刀面磨损

②后刀面磨损

③刀尖磨损（2）刀具磨损的原因①磨料磨损由于在工件材料中含有的硬质点（如碳化物、氮化物和氧化物），在铸、锻工件表面存在着硬夹杂物，在切屑和工件表面黏附着硬的积屑瘤残片，这些硬质点的作用使刀具表面刻划出沟痕，致使刀具表面磨损。磨料磨损又称机械磨损。②黏结磨损切削塑性材料时，在很大压力和强烈摩擦作用下，切屑、工件与前、后刀面间的吸附膜被挤破，形成新的表面紧密接触，因而发生黏结现象。刀具表面局部强度较低的微粒被切屑和工件带走，这样形成的磨损称为黏结磨损。黏结磨损一般在中等偏低的切削速度下较严重。黏结磨损又称冷焊磨损。金属切削过程三、切削过程基本规律（2）刀具磨损的原因损称为黏结磨损。黏结磨损一般在中等偏低的切削速度下较严重。黏结磨损又称冷焊磨损。③扩散磨损扩散磨损产生于切削温度很高时，工件与刀具材料中合金元素相互扩散，改变了原来刀具材料中化学成分的比值，使其性能下降，加快了刀具的磨损。因此，切削加工中选用的刀具材料，应具有高的化学稳定性。扩散磨损往往与黏结磨损同时产生。硬质合金刀具前刀面上的月牙洼最深处的温度最高，则此处的扩散速度也快，磨损也严重。月牙洼处又容易黏结，因此月牙洼磨损是由扩散与黏结磨损共同造成的。④氧化磨损在一定切削温度下，刀具材料与周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物而被切屑带走。刀具材料还及易被周围介质腐蚀，造成刀具的氧化磨损。金属切削过程四、切削过程基本规律应用1．改善工件材料的切削加工性改善工件材料切削加工性的措施①选择易切钢②进行适当的热处理③合理选择刀具材料④根据加工材料的性能和要求，选择与之相适应的加工方法。2.切削液的合理选择切削液的作用①冷却作用②润滑作用③清洗与防锈作用金属切削过程四、切削过程基本规律应用

切削液的种类和选用序号名称组成主要用途1水溶液以硝酸钠、碳酸纳等溶于水的溶液，用100~200倍的水稀释而成磨削2乳化液（1）矿物油很少，主要为表面活性剂的乳化油，用40~80倍的水稀释而成，冷却和清洗性能好车削、钻孔（2）以矿物油为主，少量表面活性剂的乳化油，用10~20倍的水稀释而成，冷却和润滑性能好车削、攻螺纹（3）在乳化液中加入添加剂高速车削、钻削3切削油（1）矿物油（L-AN15或L-AN32全损耗系统用油）单独使用滚齿、插齿（2）矿物油加植物油或动物油形成混合油，润滑性能好精密螺纹车削（3）矿物油或混合油中加入添加剂形成极压油高速滚齿、插齿、车螺纹等4其他液态的CO2主要用于冷却二硫化钼+硬脂酸+石蜡做成蜡笔，涂于刀具表面攻螺纹金属切削过程四、切削过程基本规律应用3．刀具几何参数的合理选择（1）前角的选择通常根据以下三个方面：①根据工件材料

当工件材料的强度低、塑性较大时，为使变形减小，应选择较大的前角；当工件材料的强度、硬度大时，为增加刃口强度，降低切削温度，增加散热体积，应选择较小的前角；加工脆性材料，塑性变形很小，切屑为崩碎切屑，切削力集中在刀尖和刀刃附近，为增加刃口强度，宜选用较小的前角。②根据刀具材料

选择强度和韧性较高的刀具材料时，如高速钢强度高，韧性好，可选择较大的前角；硬质合金脆性大，怕冲击，应选择较小的前角；而陶瓷刀应比硬质合金刀的合理前角还要小些。③根据加工性质

工件表面的加工要求不同，刀具所选择的前角大小也不相同。粗加工时，为增加刀刃的强度，宜选用较小的前角；加工高强度钢断续切削时，为防止脆性材料的破损，常采用负前角；精加工时，为增加刀具的锋利性，宜选择较大前角；工艺系统刚性较差和机床功率不足时，为使切削力减小，减小振动、变形，故选择较大的前角。金属切削过程四、切削过程基本规律应用3．刀具几何参数的合理选择（2）后角的选择

刀具后角αo的作用是减小切削过程中刀具后刀面与工件切削表面之间的磨擦。后角增大，可减小后刀面的摩擦与磨损，刀具楔角减小，刀具变得锋利，可切下很薄的切削层。在相同的磨损标准VB时，所磨去的金属体积减小，使刀具寿命提高。但是后角太大，楔角减小，刃口强度减小，散热体积减小，αo将使刀具寿命减小，故后角不能太大（3）主偏角的选择①粗加工、半精加工和工艺系统刚性较差时，为减小振动提高刀具耐用度，选择较大的主偏角。②加工很硬的材料时，为提高刀具耐用度，选择较小的主偏角。③根据工件已加工表面形状选择主偏角。如加工阶梯轴时，选κr＝90°；需45°倒角时，选κr＝45°等。④有时考虑一刀多用，常选通用性较好的车刀，如κr＝45°或κr＝90°等。金属切削过程四、切削过程基本规律应用3．刀具几何参数的合理选择（4）副偏角的选择

副偏角κr′的作用是减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面间的摩擦。车刀副切削刃形成已加工表面，副偏角对刀具耐用度和已加工表面粗糙度都有影响。副偏角减小，会使残留面积高度减小，已加工表面粗糙度减小；同时，副偏角减小，使副后刀面与已加工表面间摩擦增加，径向力增加，易出现振动。但是，副偏角太大，使刀尖强度下降，散热体积减小，刀具耐用度减小。（5）刃倾角的选择刃倾角λs的作用是控制切屑流出的方向、影响刀头强度和切削刃的锋利程度。当刃倾角λs＞0°时，切屑流向待加工表面；λs＝0°时，切屑沿主剖面方向流出；λs＜0°时，切屑流向已加工表面。粗加工时宜选负刃倾角，以增加刀具的强度；当工件刚性较差时，不易采用负刃倾角。精加工时宜选用正刃倾角，可避免切屑流向已加工表面，保证已加工表面不被切屑碰伤。金属切削过程四、切削过程基本规律应用4．切削用量的合理选择（1）切削用量对生产率的影响切削用量vc、f和ap中任一参数增加都会提高生产率。（2）切削用量对刀具耐用度的影响vc、f和ap中任一参数增大，Ｔ都会下降。但其影响度不一样，vc最大，f次之，ap最小。故从刀具耐用度出发选择切削用量时，首先选择大的ap，其次选择大的f，最后再根据已定的Ｔ确定合理的vc值。（3）切削用量对加工质量的影响切削用量的选择会影响切削变形、切削力、切削温度和刀具耐用度，从而会对加工质量产生影响。ap增大，切削力成比例增大，工艺系统变形大、振动大、工件加工精度下降，表面粗糙度增大。f增大，切削力也增大（但不成正比例），使表面粗糙度的增大更为显著。vc增大，切削变形、切削力、表面粗糙度等均有所减小。因此，精加工应采用小的ap、f，为避免积屑瘤、鳞刺的影响，可用硬质合金刀具高速切削（vc＞80m/min），或用高速钢刀具低速切削（vc＝3~8m/min）。金属切削过程四、切削过程基本规律应用4．切削用量的合理选择（4）切削用量的确定①背吃刀量ap的合理选择背吃刀量ap一般是根据加工余量确定。粗加工（表面粗糙度Ra为50~12.5μm），一次走刀尽可能切除全部余量，在中等功率机床上，ap＝3~6mm；如果余量太大或不均匀、工艺系统刚性不足、断续切削时，可分几次走刀。半精加工（表面粗糙度Ra为6.3~3.2μm）时，ap＝0.5~2mm。精加工（表面粗糙度Ra为1.6~0.8μm）时，ap＝0.1~0.4mm。②进给量f的合理选择粗加工时，对表面质量没有太高的要求，而切削力往往较大，合理的f应是工艺系统（机床进给机构强度、刀杆强度和刚度、刀片的强度、工件装夹刚度等）所能承受的最大进给量。生产中f常根据工件材料材质、形状尺寸、刀杆截面尺寸、已定的ap，从切削用量手册中查得。一般情况当刀杆尺寸、工件直径增大，f可较大；ap增大，因切削力增大，f就选择较小的；加工铸铁时的切削力较小，所以f可大些。精加工时，进给量主要受加工表面粗糙度限制，一般取较小值。但进给量值过小，切削深度太薄，刀尖处应力集中，散热不良，使刀具磨损加快，反而使表面粗糙度加大。所以，进给量也不易太小。金属切削过程四、切削过程基本规律应用4．切削用量的合理选择③切削速度vc的合理选择在背吃刀量和进给量确定后，再根据合理的刀具耐用度值，计算出切削速度。此外，生产中经常按实践经验和有关手册来选取切削速度。铣削加工铣削加工一、铣削加工特点铣削加工一、铣削加工特点二、铣床简介1.卧式升降台铣床1—床身2—悬梁3—主轴4—工作台5—床鞍6—刀杆支架7—升降台8—底座卧式升降台铣床其主要特征是铣床主轴轴线与工作台台面平行。因主轴呈横卧位置，

所以称为卧式铣床。铣削时，将铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上，

随主轴做旋转运动，被切工件装夹在工作台面上，对铣刀做相对进给运动从而完成切削工作。卧式铣床加工范围很广，可以加工沟槽、平面、特形面等。铣削加工二、铣床简介2.万能升降台铣床1.床身2.电动机3.主轴变速机构4.主轴5.横梁6.刀杆7.吊架8.纵向工作台9.转台10.横向工作台11.升降台万能升降台铣床的结构与一般卧式铣床基本相同，只是其纵向工作台与横向工作台之间有一回转盘，并具有回转刻度线。使用时可以按照需要在±45°范围内扳转角度，以适应用圆盘铣刀加工螺旋相等工件。铣削加工二、铣床简介3.立式升降台铣床立式铣床外形，其主要特征是铣床主轴轴线与工作台台面垂直。因主轴呈竖立位置，所以称为立式铣床。铣削时，铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上，绕主轴做旋转运动，被切削工件装夹在工作台上，对铣刀做相对运动完成铣削过程。立式铣床加工范围很广，通常在立铣上可以应用端铣刀、立铣刀、特形铣刀等，铣削各种沟槽、表面。铣削加工二、铣床简介4.龙门铣床龙门铣床也是无升降台铣床的一种类型，属于大型铣床。铣削动力头安装在龙门导轨上，可做横向和升降运动；工作台安装在固定床身上，仅做纵向移动。铣削加工三、铣刀铣削加工（a）圆柱铣刀（b）镶齿端铣刀（c）三面刃铣刀（d）锯片铣刀（e）立铣刀（f）键槽铣刀（g）指状铣刀（f）角度铣刀（i）成型铣刀四、铣削用量与切削层参数铣削加工1.铣削用量（1）铣削速度vc铣削速度vc是指铣刀最大直径处切削刃的圆周速度(m/min)式中

D——铣刀外径（mm）；n——铣刀每分钟转数（r/min）。四、铣削用量与切削层参数铣削加工（2）进给量f

vf

=

fn

·

n

=

fz

·

zn

(mm/min)

（z为铣刀齿数）四、铣削用量与切削层参数铣削加工2.切削层参数

（1）切削厚度hD它是铣刀相邻两刀齿主切削刃运动轨迹（即切削平面）间的垂直距离（mm）。（2）切削宽度bD

它是铣刀主切削刃与工件的接触长度（mm），即铣刀主切削刃参加工作的长度。

（3）切削面积Ac

铣刀每齿的切削面积等于切削宽度和切削厚度的乘积（mm2）。五、铣削方式铣削加工1.圆周铣削圆周铣削有两种铣削方式：逆铣和顺铣。如图a所示，铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣（图b）。

逆铣时，切削厚度从零逐渐增大。铣刀刃口有一钝圆半径R，造成开始切削时前角为负值，刀齿在过渡表面上挤压，滑行，使工件表面产生严重冷硬层，并加剧了刀齿磨损。顺铣时，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压，滑行现象，并且F始终压向工作台，有利于工件夹紧，可提高铣刀寿命和加工表面质量。若在丝杠与螺母副中存在间隙情况下采用顺铣，当进给力F逐渐增大，超过工作台摩擦力时，使工作台带动丝杆向左窜动，造成进给不均，严重时会使铣刀崩刃。逆铣时，由于进给力F作用，使丝杠与螺母传动面始终贴紧，故铣削过程较平稳。五、铣削方式铣削加工2.端面铣削在端铣时，根据面铣刀相对于工件安装位置不同，也可分为逆铣和顺铣。如图a所示，面铣刀轴线位于铣削弧长的中心位置，上面的顺铣部分等于下面的逆铣部分，称为对称端铣。图b中的逆铣部分大于顺铣部分，称为不对称逆铣。图c中的顺铣部分大于逆铣部分称为不对称顺铣。钻削加工钻削加工一、钻削加工特点钻削加工一、钻削加工特点用钻头或铰刀、锪刀在工件上加工孔的方法统称钻、铰、锪加工，它可以在台式钻床、立式钻床、摇臂钻床上进行，也可以在车床铣床、镗床或专用机床上进行。（a）钻孔（b）扩孔（c）铰孔（d）攻丝（e）锪孔倒角（f）锪沉头孔（g）锪端面钻削加工一、钻削加工特点钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的一种加工方法，是最常见的孔加工方法之一。钻孔属于粗加工，按深径比(孔深与孔径之比)可分为浅孔钻和深孔钻。（1）浅孔钻是深径比L/D<5的孔。加工浅孔使用的刀具通常为麻花钻，加工精度等级一般为IT12-T10，表面粗糙度R值为2.5-3.2pμm。（2）深孔钻是深径比L/D>5的孔。其中L/D=5-20的孔称为普通深孔，加工普通可用深孔刀具或接长麻花钻在车床或钻床上完成；L/D=20-100的孔称为特殊深孔，加工特殊深孔需用深孔刀具在深孔加工机床上进行。钻孔加工有两种方式，种是钻头旋转，例如在钻床、镗床上钻孔；另一种是工件旋转，例如在车床上钻孔。1.钻孔钻削加工一、钻削加工特点

扩孔是用扩孔刀具扩大工件孔径的一种加工方法。扩孔钻与钻头类似，结构形式有:整体锥柄扩孔钻，扩孔直径为φ10-32mm；镶齿套式扩孔钻，扩孔直径为φ25-φ80mm；此外还有硬质合金可转位扩孔钻。扩孔属于半精加工.加工精度等级一般为IT10-IT9，表面粗糙度R，值为6.3-3.2μm。2.扩孔3.铰孔

铰孔是用铰刀在未淬硬工件孔壁上切除微量金属层，以提高工件尺寸精度和降低表面粗糙度的加工方法。铰孔可加工圆柱孔和圆锥孔，可以机铰，也可以手铰，铰孔属于精加工，可分为粗铰和精铰。粗铰的尺寸精度为IT8-1T7，表面粗糙度R，值为1.6-0.8μm；精铰的尺寸精度为IT7-IT6，表面粗糙度Ra值为0.8-0.4μm。钻削加工一、钻削加工特点

扩孔是用扩孔刀具扩大工件孔径的一种加工方法。扩孔钻与钻头类似，结构形式有:整体锥柄扩孔钻，扩孔直径为φ10-32mm；镶齿套式扩孔钻，扩孔直径为φ25-φ80mm；此外还有硬质合金可转位扩孔钻。扩孔属于半精加工.加工精度等级一般为IT10-IT9，表面粗糙度R，值为6.3-3.2μm。2.扩孔3.铰孔

铰孔是用铰刀在未淬硬工件孔壁上切除微量金属层，以提高工件尺寸精度和降低表面粗糙度的加工方法。铰孔可加工圆柱孔和圆锥孔，可以机铰，也可以手铰，铰孔属于精加工，可分为粗铰和精铰。粗铰的尺寸精度为IT8-1T7，表面粗糙度R，值为1.6-0.8μm；精铰的尺寸精度为IT7-IT6，表面粗糙度Ra值为0.8-0.4μm。4.锪孔锪孔是用锪钻加工各种沉头螺栓孔、锥孔、凸台面、孔口倒角等的加工方法。锪孔一般在钻床上完成。钻削加工二、钻床简介1.台钻

台式钻床简称台钻，它实质上是一种加工小孔的立式钻床。台钻的钻孔直径一般在15mm以下，最小可达十分之几毫米。因此，台钻主轴的转速很高，最高可达每分钟几万转。台钻结构简单，使用灵活方便，适于加工小型零件上的孔。但其自动化程度较低，通常用手动进给。1一工作台2一主轴3一主轴箱

4-立柱5一手轮钻削加工二、钻床简介2.立钻立式钻床是钻床中应用较广的一种，其特点为主轴轴线垂直布置，而且其位置是固定的。加工时，为使刀具旋转中心线与被加工孔的中心线重合，必须移动工件(相当于调整坐标位置)，因此立式钻床只适于加工中小型工件上的孔，立钻外形如如图6-46所示。钻削加工二、钻床简介1一底座2一内立柱3一外立柱4-摇臂升降丝杠5一摇臂6一主轴箱7一主轴8一工作台3.摇臂钻

由于大而重的工件移动费力，找正困难，加工时希望工件固定，主轴能任意调整坐标位置，因而产生了摇臂钻床。工件和夹具可以安装在底座1或工作台8上。立柱为双层结构，内立柱2固定在底座1上，外立柱3由滚动轴承支承，可绕内立柱转动。摇臂可沿外立柱3升降。主轴箱6可沿摇臂的导轨水平移动。这样，就可在加工时使工件不动而方便地调整主轴7的位置。钻削加工三、常用刀具1.麻花钻

麻花钻是使用最广泛的一种孔加工刀具，不仅可以在一般材料上钻孔，经过修磨还可在一些难加工材料上钻孔。麻花钻属于粗加工刀具，可达到的尺寸公差等级为IT13~IT11，表面粗糙度Ra值为25~12.5μm。麻花钻的工作部分包括切削部分和导向部分。两个对称的、较深的螺旋槽用来形成切削刃和前角，并起着排屑和输送切削液的作用。钻削加工三、常用刀具麻花钻的主要几何参数如下：（1）后角αo：是在平行于进给运动方向上的假定工作平面（以钻头为轴心，过切削刃上选定点的圆柱面）中测量的后面与切削平面间的夹角（外缘处的圆周后角），不能为负后角。（2）顶角2φ：两条主切削刃在与之平行的中心截面上的投影的夹角，如图5.5所示。标准麻花钻的顶角2φ为118°±2°，顶角的一半为59°±1°。（3）横刃斜角ψ：主切削刃与横刃在钻头端面上的投影的夹角，如图5.5所示。标准麻花钻的横刃斜角ψ=55°±2°。（4）两主切削刀：长度相差≤0.1mm，两条主切削刃平直、无锯齿，两条主切削刃刃口不能退火。钻削加工三、常用刀具2.中心钻中心钻是用来加工轴类零件中心孔的刀具，其结构主要有三种形式：带护锥中心钻（图a），无护锥中心钻（图b）和弧型中心钻（图c）。钻削加工三、常用刀具3.深孔钻

通常把孔深与孔径之比大于5~10倍的孔称为深孔，加工所用的钻头称为深孔钻。

由于孔深与孔径之比大，钻头细长，强度和刚度均较差，工作不稳定，易引起孔中心线的偏斜和振动。为了保证孔中心线的直线性，必须很好地解决导向问题；由于孔深度大，容屑及排屑空间小，切屑流经的路程长，切屑不易排除，必须设法解决断屑和排屑问题；深孔钻头是在封闭状态下工作，切削热不易散出，必须设法采取措施确保切削液的顺利进入，充分发挥冷却和润滑作用。深孔钻有很多种，常用的有：外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻及套料钻等。钻削加工三、常用刀具4.扩孔钻

扩孔钻专门用来扩大已有孔（如图6-50所示），它比麻花钻的齿数多（Z＞3），容屑槽较浅，无横刃，强度和刚度均较高，导向性和切削性较好，加工质量和生产率比麻花钻高。钻削加工三、常用刀具5.锪钻锪钻用于加工各种埋头螺钉沉孔、锥孔和凸台面等。常见的锪钻有三种：圆柱形沉头锪钻（图a）、锥形沉头锪钻（图b）及端面凸台锪钻（图c）。钻削加工三、常用刀具6.铰刀

铰刀常用来对已有孔进行最后精加工，也可对要求精确的孔进行预加工。其加工公差等级可达IT8~IT6级，表面粗糙度Ra值达1.6~0.2μm。

铰刀可分为手动铰刀和机动铰刀。手动铰刀如图a所示，用于手工铰孔，柄部为直柄；机动铰刀如图b所示，多为锥柄，装在钻床或车床上进行铰孔。

镗削加工镗削加工一、镗削加工特点

镗削一般在镗床或镗铣床上进行，也可以在车床上进行镗孔加工。在镗床上镗削时镗刀作旋转主运动，工件或镗刀作进给运动。镗削加工一般用于加工大型零件的孔或孔系，加工灵活性大，适用性强，加工精度可以达到IT7~IT6级，表面质量可以达到Ra6.3μm。镗削加工二、镗床简介1.卧式镗床卧式铣镗床的工艺范围十分广泛，因而得到普遍应用。卧式镗床除镗孔外，还可车端面，铣平面，车外圆，车内、外螺纹，钻、扩、铰孔等。零件可在一次安装中完成大量的加工工序，而且其加工精度比钻床和一般的车床、铣床高，因此特别适合加工大型、复杂的箱体类零件上精度要求较高的孔系及端面。由于机床的万能性较大，所以又称为万能镗床。1一后支架；2一后立柱；3一工作台；4-镗轴；5一平旋盘；6一径向刀具溜板；7一前立柱；8一主轴箱；9一后尾筒；10一床身；11一下滑座；12一上滑座镗削加工二、镗床简介2.坐标镗床坐标镗床是一种高精度机床，其特征是具有测量坐标位置的精密测量装置。为了保证高精度，这种机床的主要零部件的制造和装配精度都很高，并具有较好的刚度和抗振性。它主要用来镗削精密孔(IT5级或更高)和位置精度要求很高的孔系(定位精度可达0.002一0.01mm)。1一上滑座2-回转工作台3一主轴4一立柱5一主轴箱6一床身7一下滑座镗削加工三、镗刀简介镗刀有单刃镗刀和多刃镗刀之分，单刃镗刀与车刀类似，只在镗杆轴线的一侧有切削刃，其结构简单，制造方便，既可粗加工，也可半精加工或精加工。一把镗刀可加工直径不同的孔。单刃镗刀的刚度比较低，为减少镗孔时镗刀的变形和振动，不得不采用较小的切削用量，加之仅有一个主切削刃参加工作，所以生产率比扩孔或铰孔低。因此，单刃镗刀比较适用于单件小批生产。

单刃镗刀a）盲孔镗刀b）通孔镗刀镗削加工三、镗刀简介双刃镗刀是镗杆轴线两侧对称装有两个切削刃，可消除径向力对镗孔质量的影响，多采用装配式浮动结构。浮动镗刀及其工作情况a）可调节浮动镗刀块b）浮动镗刀工作情况刨削与插削加工刨削与插削加工一、刨削与插削加工特点刨床主要用于加工平面、斜面、沟槽和成型表面，利用仿形装置还可加工一些空间曲面等。由于刨床及刨刀的制造、安装和调整比较简单，故适用于单件小批生产及维修工作，尤其对较长工件的加工更为适宜。插床实质上是立式刨床，插削时插刀随滑枕上的刀架作直线往复运动，圆工作台作纵向，横向及旋转运动，并可进行分度，插床主要用于单件和小批生产中加工内孔键槽、内外多边形和其他型面。刨削与插削加工一、刨削与插削加工特点（a）刨平面（b）刨垂直面（c）刨台阶面（d）刨直角沟槽（e）刨斜面（f）刨燕尾槽（g）刨梯形槽（h）刨V形槽（i）刨曲面（j）刨孔内键槽（k）刨齿条（l）刨复合表面刨削与插削加工二、刨床与插床简介牛头刨床主要用于加工小型零件，其外形如图6-58所示。主运动为滑枕3带动刀架2在水平方向所作的直线往复运动。滑枕3装在床身4顶部的水平导轨中，由床身4内部的曲柄摇杆机构传动实现主运动。刀架2可沿刀架座的导轨上下移动，以调整刨削深度，也可在加工垂直平面和斜面时作进给运动。调整刀架2，可使刀架2左右旋转60°，以便加工斜面或斜槽。加工时，工作台1带动工件沿横梁8作间歇的横向进给运动。横梁可沿床身上的垂直导轨上下移动，以调整工件与刨刀的相对位置。1一工作台2一刀架3一滑枕4一床身5-摇臂机构6一变速机构7一进给机构8一横梁刨削与插削加工二、刨床与插床简介龙门刨床主要用于加工大型或重型零件上的各种平面、沟槽和各种导轨面也可在工作台上一次装夹数个中小型零件进行加工。刨削与插削加工二、刨床与插床简介插床主要用途是加工工件的内部表面，如内孔中的键槽、平面、多边形孔等，有时也用于加工成型内外表面。插床与刨床一样，生产率低，对工人技术要求高。在插床上加工孔内表面时，刀具要穿入工件的孔内进行插削，因此工件的加工部分必须先有一个孔，如果工件原来没有孔，就需要先加工一个足够大的孔，才能进行插削加工。刨削与插削加工三、刀具简介1.刨刀刨刀的结构与车刀类似，常根据加工的需要选择不同类型的刀具，常用刨刀类型如图所示。刨削与插削加工三、刀具简介2.插刀插刀常见有成型插刀和小刀头，如图所示。成型刀根据工件表面形状的需要刃磨而成，对较小的工件，常用小刀头刃磨成各种形状，装夹于刀杆中，适用于粗、精加工和成型加工。磨削加工磨削加工一、磨削加工特点磨削加工一、磨削加工特点磨削是一种应用十分广泛的精加工方法，加工类型如图所示。它是用砂轮在通用磨床（包括外圆磨床、内圆磨床、平面磨床以及无心磨床等）上进行的磨削加工。磨削可以获得较高的加工精度和表面粗糙度，精度可达IT6-IT5级，表面粗糙度Ra可达0.4-0.2μm。磨削可以加工硬度较高的金属和非金属，弥补切削加工的不足。磨削加工一、磨削加工特点磨削的进给运动一般有三种。以外圆磨削为例：（1）工件旋转进给运动进给速度为工件切线速度vw（单位m/min）；（2）工件相对砂轮的轴向进给运动进给量用工件每转相对砂轮的轴向移动量fa（单位为mm/r）表示，进给速度va为nfa（单位为mm/min，其中n为工件的转速，单位为r/min）；（3）砂轮径向进给运动即砂轮切入工件的运动，进给量用工作台每单行程或双行程砂轮切入工件的深度（磨削深度）fr（单位为mm/单行程或mm/双行程）表示。磨削加工二、磨床简介1.外圆磨床外圆磨床主要用于磨削内、外圆柱和圆锥表面，也能磨削阶梯轴的轴肩和端面，可获得IT6~IT7级精度，表面粗糙度R值为1.25~0.08μm。外圆磨床的主要类型有万能外圆磨床、普通外圆磨床、无心外圆磨床、宽砂带外圆磨床和端面外圆磨床等。磨削加工二、磨床简介（1）万能外圆磨床。图6-65所示为万能外圆磨床外形图，用于磨削IT6~7级精度的内、外旋转表面。其主要结构有床身、工作头架、工作台、砂轮架、内圆磨具、尾座等部件。万能外圆磨床比普通外圆磨床多一个内圆磨头，且砂轮架和工件头架都能逆时针旋转一定角度。主运动是砂轮的高速旋转运动，进给运动有:工作台带动工件的纵向进给运动；工件旋转的周向进给运动；砂轮架在工作台两端间歇切入的横向进给运动.1.床身2.工作头架3.工作台4.内圆磨具5.砂轮架6.尾座7.液压控制箱磨削加工二、磨床简介（3）无心磨床。它通常是指无心外圆磨床，其工作原理如图6-66所示。磨削时，工件不用顶尖定心和支承，而将工件放在磨削砂轮1与导轮3之间，并用托板4支承定位进行磨削。导轮是用树脂或橡胶为粘结剂制成的刚玉砂轮，不起磨削作用，它与工件之间的摩擦系数较大，靠摩擦力带动工件旋转，实现圆周进给运动。导轮的线速度在10~50m/min范围内，砂轮的转速很高，一般为50m/s左右，从而在砂轮和工件间形成很大的相对速度，即磨削速度。用无心磨床加工时，工件精度较高。由于无须打中心孔，且装夹省时省力，可连续磨削，所以生产率很高。若配以自动装卸料机构，可实现自动化生产。适于在大批量生产中磨削细长轴以及不带中心孔的轴、套、销等零件。1.磨削砂轮2.工件3.导轮4.托板磨削加工二、磨床简介2.内圆磨床

内圆磨床主要用于磨削圆柱孔和圆锥孔表面，其类型主要有普通内圆磨床.无心内圆磨床和行星内圆磨床等。其中普通内圆磨床比较常用。内圆磨床的自动化程度不高，磨削尺寸通常是靠人工测量来加以控制，适用于单件小批生产.1.床身2.工作台3.头架4.砂轮架5.滑座磨削加工二、磨床简介3.平面磨床平面磨床用于磨削各种零件的平面。根据砂轮的工作面不同，平面磨床可分为用砂轮周边和端面进行磨削两类。用砂轮周边磨削的平面磨床，砂轮主轴常处于水平位置（卧式）；而用砂轮端面磨削的平面磨床，砂轮主轴常为立式的。根据工作台的形状不同，平面磨床又可分为矩形工作台和圆形工作台两类。所以，根据磨削方法和机床布局不同，平面磨床主要有下列四种类型:卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床。其中，卧轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床最为常见。磨削加工二、磨床简介

图a为砂轮架移动式，工作台只做纵向往复运动，而由砂轮架沿滑鞍上的燕尾导轨移动来实现周期的横向进给运动。滑鞍和砂轮架一起可沿立柱导轨移动，做周期的垂直进给运动。图b为十字导轨式，工作台装在床鞍上，它除了做纵向往复运动外，还随床鞍一起沿床身导轨做周期的横向进给运动，而砂轮架只做垂直周期进给运动。这类平面磨床工作台的纵向往复运动和砂轮架的横向周期进给运动，一般都采用液压传动。砂轮架的垂直进给运动通常是手动的。为了减轻工人的劳动强度和节省辅助时间，有些机床具有快速升降机构，用以实现砂轮架的快速机动调位运动。砂轮主轴采用内联电动机直接传动。1.床身2.工作台3.头架4.砂轮架5.滑座磨削加工二、磨床简介图示是立轴圆台平面磨床的外形。圆形工作台装在床鞍上，它除了做旋转运动实现圆周进给外，还可以随同床鞍一起，沿床身导轨纵向快速退离或趋近砂轮，以便装卸工件。

磨削加工三、砂轮1.磨料磨料是砂轮的主要成分，常用的磨料有氧化物系和碳化物系和高硬磨料系三类，氧化物系磨料的主要成分是三氧化二铝；碳化物系磨料的主要成分是碳化硅和碳化氮。高硬磨料系中主要有人造金刚石和立方氮化硼（CBN）。系列磨料名称代号颜色特性用途氧化物系棕刚玉A棕褐色硬度高，韧性大，价格便宜磨削、研磨和珩磨碳钢、合金钢、可锻铸铁及硬青铜白刚玉WA白色硬度比棕刚玉高，韧性比棕刚玉低磨削、研磨和珩磨淬火钢、高速钢、高碳钢等碳化物系黑碳化硅C黑色有光泽硬度比白刚玉高，性脆而锋利，导热性和导电性良好磨削和研磨铸铁、黄铜和铝及非金属材料绿碳化硅GC绿色硬度和脆性比黑炭化硅高，具有良好的导热性和导电性磨削和研磨硬质合金、宝石、陶瓷、玉石、玻璃高硬磨料系人造金刚石D无色透明或淡黄色、黄绿色、黑色硬度高，比天然金刚石脆磨削和研磨硬质合金、宝石等脆性材料立方氮化硼CBN黑色或淡白色立方晶体，硬度仅次于金刚石，耐磨性高磨削和研磨各种高混合金、不锈钢等各种高硬度高韧性材料磨削加工三、砂轮2.粒度粒度表示磨料尺寸的大小。当颗粒尺寸较大时(磨料直径>40μm)，常用粒度号表示其粒度。其粒度号数值就是该种颗粒能通过的筛网上每英寸(25.4mm)长度上的孔数，如60号粒度表示磨料能通过每英寸有60个孔眼的筛网。粒度号越大，磨料越细。当磨料直径≤40μm时，粒度以实际尺寸表示，称为微粉。如粒度号为W20，表示用显徽镜测得实际尺寸为20μm的微粉。w后的数字越小，微粉越细。类别粒度颗粒尺寸/μm应用范围类别粒度颗粒尺寸/μm应用范围磨料12#~36#2000~1600荒磨微粉W40~W2840~28珩磨500~400打毛刺28~20研磨46#~80#400~315粗磨、半精磨、精磨W20~W1420~14研磨、超级加工、超精磨削200~16014~10100#~280#160~125精磨W10~W510~7研磨、超级加工、超精磨削50~40珩磨5~3.5磨削加工三、砂轮3.结合剂结合剂的作用是将磨料粘合，使砂轮具有一定的强度和形状。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性、抗腐蚀性及抗潮湿等性能，主要取决于结合剂的性能。常用的结合剂有陶瓷、树脂、橡胶和金属结合剂代号性能适用范围陶瓷V耐热、耐蚀，气孔率大，易保持廓形，弹性差最常用，适用于各类型磨削加工树脂B强度较陶瓷高，弹性好，耐热性差适用于高速磨削，切断、开槽等橡胶R强度更高，弹性更好，耐热性差，易堵塞适用于切断、开槽及做作无心磨导轮金属M强度最高，型面保持性好，磨损少，自锐性差常用的是青铜结合剂，适用于金刚石砂轮磨削加工三、砂轮4.硬度砂轮的硬度是指砂轮上磨料受力后从砂轮表层脱落的难易程度，它反映了磨料与结合剂的粘结强度。砂轮硬度高，磨料不易脱落；反之，磨料容易脱落。磨削时，若砂轮太硬，则磨钝了的磨料不能及时脱落，会使磨削温度升高而造成工件烧伤；若砂轮太软，则磨料脱落过快而不能充分发挥磨料的磨削效能。砂轮硬度的选用应遵循以下原则。（1）工件材料较硬时应选用较软的砂轮，工件材料较软时应选用较硬的砂轮；但若工件材料太软，则材料易使砂轮堵塞，故也要选用软些的砂轮，这样可使堵塞处较易脱落。（2）砂轮与工件的磨削接触面大时，应选用较软的砂轮，使磨料容易脱落，以防止砂轮堵塞；砂轮颗粒较细时，选用较软的砂轮，以防止砂轮堵塞。