1、机械制造工程训练机械制造工程训练 中南大学中南大学工程训练中心工程训练中心多媒体教学课件材料成形工艺基础：材料成形工艺基础：主要介绍机械零件毛坯成形方法的工艺特点、工艺参数的选择、各类零件毛坯的结构工艺性、零件的材料选择与成形方法选择的基本原则。机械加工工艺基础：机械加工工艺基础：主要介绍机械加工的基本概念、切削基本原理、切削机床与刀具、切削加工基本工艺过程、选择切削加工方法的基本原则，以及零件机械加工结构工艺性。机械加工工艺基础 中南大学 工业训练中心第一章第一章.切削加工的基础知识切削加工的基础知识第二章第二章.金属切削机床金属切削机床第三章第三章.机械加工工艺过程机械加工工艺过程第四章第
2、四章.零件表面的加工方案零件表面的加工方案第五章第五章.零件的结构工艺性零件的结构工艺性第六章第六章.数控加工技术数控加工技术 第一章第一章 切削加工的基础知识切削加工的基础知识返回索引1.1 钳工与机械加工钳工与机械加工 钳工钳工：通过工人手持工具进行切削加工。通过工人手持工具进行切削加工。机械加工机械加工：采用不同的机床（如车床、铣采用不同的机床（如车床、铣 床、刨床、磨床、钻床等）对工床、刨床、磨床、钻床等）对工 件进行切削加工。件进行切削加工。2.零件表面质量的概念零件表面质量的概念 零件几何参数：零件几何参数：宏观几何参数：宏观几何参数：包括：包括：尺寸、形状、位置尺寸、形状、位置等
3、要素。等要素。微观几何参数：微观几何参数：指：指：微观表面粗糙程度。微观表面粗糙程度。11/16/20222.1 加加 工工 精精 度度 加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、形状、位置等参数同理论参数的相符合的形状、位置等参数同理论参数的相符合的程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：a.尺寸精度：尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。零件尺寸参数的准确程度。b.b.形状精度：形状精度：零件形状与理想形状接近程度。零件形状与理想形状接近程度。c.c.位置精度：位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对零件上实际要素（点、线
4、、面）相对于基准之间位置的准确度。于基准之间位置的准确度。11/16/202211/16/20222.1 加加 工工 精精 度度 国家标准规定：常用的精度等级分为国家标准规定：常用的精度等级分为2020级，级，分别用分别用IT01IT01、IT0IT0、IT1IT1、IT2IT18IT2IT18表示。表示。数字越大，精度越低。其中数字越大，精度越低。其中IT5-IT13IT5-IT13常用。常用。高高 精精 度：度：IT5IT5、IT6 IT6 通常由磨削加工获得。通常由磨削加工获得。中等精度：中等精度：IT7-IT10 IT7-IT10 通常由精车、铣、刨获得。通常由精车、铣、刨获得。低低
5、精精 度：度：IT11-IT13 IT11-IT13 通常由粗车、铣、刨、钻通常由粗车、铣、刨、钻 等加工方法获得。等加工方法获得。2.1.1 尺尺 寸寸 精精 度度250-0.04 零件尺寸要素的误差大小。零件尺寸要素的误差大小。问：问：精度的高低与哪两个因精度的高低与哪两个因 素有关？素有关？基本尺寸和公差大小基本尺寸和公差大小。2.1.2 形形 状状 精精 度度 25 轴加工后可能产生的形状误差轴加工后可能产生的形状误差 00.0132.1.2 形形 状状 精精 度度 指指零件上实际要素的形状与理想形状相符零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；合的程度；国家标准规定了六类形状公差（
6、见下表）国家标准规定了六类形状公差（见下表）形状精度的标注：框格分为形状精度的标注：框格分为2 2格，格，箭头指向待表达的表面，数字表示箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。允许误差的大小，单位为毫米。2.1.3 位位 置置 精精 度度 指指零件的实际要素（点、线、面）相对零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。于基准之间位置的准确度。圆圈中的英文字母表示基准，框格分圆圈中的英文字母表示基准，框格分3 3格，箭头指向待格，箭头指向待表达的表面表达的表面精度等级精度等级尺寸精度范围尺寸精度范围Ra值范围值范围（m）相应的加工方法相应的加工方法低精度低精度IT1
7、3IT 112512.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等中等精度精度IT10IT 96.33.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等扩孔等IT8IT 71.60.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗铰等铰等高精度高精度IT7IT 60.80.2精磨、精铰等精磨、精铰等特别特别精密精密精度精度IT5IT2Ra0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等研磨、珩磨、超精加工、抛光等零件精度等级及其相应的加工方法零件精度等级及其相应的加工方法2.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度 表面粗糙度：表面粗糙度：零件微观表面
8、高低不平的零件微观表面高低不平的 程度。程度。产生的原因产生的原因：1）切削时刀具与工件相）切削时刀具与工件相 对运动产生的磨擦；对运动产生的磨擦；2）机床、刀具和工件在加工时的振动；）机床、刀具和工件在加工时的振动；3）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；4）加工时零件表面发生塑性变形。）加工时零件表面发生塑性变形。2.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度 表面粗糙度对零件质量的影响：表面粗糙度对零件质量的影响：零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，主要有以下几个方面：主要有以下几个方面：
9、1）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触 变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快；变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快；2)表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损，表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损，造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰 挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低；挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低；3）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造
10、 成表面腐蚀；成表面腐蚀；4）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而 造成零件断裂。造成零件断裂。2.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra2.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度11/16/2022nh.hhhn321RaRah1 h2 h3hnldxxylRa0|)(|12.2 表 面 粗 糙 度 国家标准规定：表面粗糙度分为国家标准规定：表面粗糙度分为1414个等级，个等级，分别用分别用 表示，表示，数字越大，表面越粗糙。数字越大，表面越粗糙。表面粗糙度符
11、号上的数值表面粗糙度符号上的数值Ra,Ra,单位是微米单位是微米（mm）。）。11/16/20222.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度表面粗糙度符号的意义及应用表面粗糙度符号的意义及应用 符号符号 符号说明符号说明 意义及应用意义及应用基本符号基本符号单独使用无意义单独使用无意义基本符号上加一短基本符号上加一短划线划线表示表面粗糙度是用去表示表面粗糙度是用去除法获得除法获得基本符号内加一小基本符号内加一小圆圆表示表面粗糙度是用不表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得去除材料的方法获得 符号上加符号上加Ra值值用去除材料方法获得的用去除材料方法获得的表面，表面，Ra的最大允许值的最大允许值为为3
12、.2m2.3 2.3 常见加工方法的常见加工方法的RaRa表面特征表面特征加工加工方法方法Ra(Ra(微米微米)表面特征表面特征粗车粗车粗镗粗镗5050 可见明显刀痕可见明显刀痕粗铣粗铣粗刨粗刨2525 可见刀痕可见刀痕钻孔钻孔12.512.5 微微见见刀痕刀痕精精铣铣精刨精刨半精半精车车6.36.3 可见加工痕迹可见加工痕迹3.23.2 微微见见加工痕迹加工痕迹精车精车1.61.6 看不清加工痕迹看不清加工痕迹粗磨粗磨0.80.8 可可辨辨加工痕迹方向加工痕迹方向精磨精磨0.40.4 微微辨辨加工痕迹方向加工痕迹方向精密加工精密加工0.1-0.0120.1-0.012 只能按表面光泽辩识只能
13、按表面光泽辩识2.4零件的加工精度与表面粗糙度的关系零件的加工精度与表面粗糙度的关系 精度精度：宏观几何参数的误差：宏观几何参数的误差 表面粗糙度表面粗糙度：微观几何参数的误差：微观几何参数的误差 加工精度高，必须采用一系列的高精度的加工方法，而加工精度高，必须采用一系列的高精度的加工方法，而经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低，反之，表经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低，反之，表面粗糙度低，零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的面粗糙度低，零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的加工方法，而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度加工方法，而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度的加工方法。的加工
14、方法。实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度不高。不高。11/16/2022零件的加工精度与表面零件的加工精度与表面粗糙度的关系如何？粗糙度的关系如何？提问 机器零件的基本表面包括：外圆、内机器零件的基本表面包括：外圆、内圆（孔）、平面和成型面圆（孔）、平面和成型面 基本表面主要由如下的加工方法获得基本表面主要由如下的加工方法获得3.切削运动与切削用量 要完成零件表面的切削加工，刀具和工件应具备形成表面的基本运动，即切削运动切削运动：切削运动：刀具和工件的相对运动刀具和工件的相对运动切削运动分为主运动和进给运动切削运动分为主运动和进给运
15、动主运动：主运动：提供切削可能性的运动。主运动只有提供切削可能性的运动。主运动只有 一个一个进给运动：进给运动：提供连续切削可能性的运动。进给提供连续切削可能性的运动。进给 运动可以有多个运动可以有多个3.1 切削运动3.1 切削运动机床名称机床名称主运动主运动进给运动进给运动卧式车床卧式车床工件旋转运动工件旋转运动车刀纵向、横向、斜向直线移动车刀纵向、横向、斜向直线移动钻钻 床床钻头旋转运动钻头旋转运动钻头轴向移动钻头轴向移动卧铣、立铣卧铣、立铣铣刀旋转运动铣刀旋转运动工件纵向、横向、斜向直线移动工件纵向、横向、斜向直线移动牛头刨床牛头刨床刨刀往复运动刨刀往复运动工件横向间歇移动或刨刀垂向、
16、斜向工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向间歇移动间歇移动龙门刨床龙门刨床工件往复运动工件往复运动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动外圆磨床外圆磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动横向移动内圆磨床内圆磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动横向移动平面磨床平面磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件往复移动，砂轮横向、垂向移动工件往复移动，砂轮横向、垂向移动机床的切削运动机床的切削运动3.2切削用量切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量切削速度切削速度：切削刃上选
17、定点相对于工件主运动的瞬切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬 时速度时速度,用用V V表示，单位为表示，单位为m/sm/s 进进 给给 量量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位刀具在进给运动方向上相对于工件的位 移量，用移量，用f f表示，车、钻和铣削时单位表示，车、钻和铣削时单位 为为mm/rmm/r背吃刀量背吃刀量:已加工表面和待加工表面之间的垂直距已加工表面和待加工表面之间的垂直距 离，用离，用a ap p表示，单位为表示，单位为mmmm，如下图：如下图：3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算V:切削速度切削速度d:工件直径工件直径n:工件转速工件转速)(2minmaxmmddap背吃刀量
18、：背吃刀量：切削速度：切削速度：dmax:待加工待加工表面直径表面直径dmin:已加工已加工表面直径表面直径ap:背吃刀量背吃刀量(m/s)dnv1000603.3 切削用量的合理选择问题(1)(1)粗加工按粗加工按a ap pf fv v的顺序选择的顺序选择 a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多 余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛 坯尺寸首先选择坯尺寸首先选择ap b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大确定后，选取大 的的f，减少走刀时间减少走
19、刀时间 c、ap和和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提 下选择下选择v(2)(2)精加工按精加工按v v f f a ap p的顺序选择的顺序选择 精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的v，然后选择达然后选择达到表面粗糙度要求的到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定最后再根据精加工余量决定ap 4.切切 削削 刀刀 具具 刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素，刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素，刀
20、具性能主要取决于两个因素：即刀具性能主要取决于两个因素：即刀具材料刀具材料和和刀具的几何角度刀具的几何角度4.1 刀具材料应具备如下五个基本特性刀具材料应具备如下五个基本特性：1.高硬度：高硬度：HRC60 HRC60 以上以上;2.2.高的强度与韧性：保证能够承受切削力的作用而不破高的强度与韧性：保证能够承受切削力的作用而不破坏；坏；3.3.高的热硬性：材料在高温下仍然保持高硬度的性能，高的热硬性：材料在高温下仍然保持高硬度的性能，热硬性用热硬温度表示；热硬性用热硬温度表示；4.4.良好的耐磨性；良好的耐磨性；5.5.良好的工艺性和经济性；良好的工艺性和经济性；碳素工具钢碳素工具钢：如：如T
21、7T7、T8T8、T9T13T9T13等。适合于制造等。适合于制造简单的手工工具，如锉刀、锯条等；简单的手工工具，如锉刀、锯条等；合金工具钢合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素，耐热性较低，如锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr9SiCr等，适合于等，适合于制造低速成型刀具，如丝锥；制造低速成型刀具，如丝锥；高速钢高速钢：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有：的有：W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4VW6Mo5Cr4V等。适合于制造中速等。适合于制造中速精加工刀具；精加工刀具；硬质合金硬质
22、合金：成分由：成分由WCWC、TiCTiC和和CoCo组成，采用烧结方组成，采用烧结方法获得法获得4.1.1 常用的刀具材料常用的刀具材料4.1.1 常用的刀具材料常用的刀具材料 常用的硬质合金有：常用的硬质合金有：钨钴钛类（牌号钨钴钛类（牌号YT）硬质合金硬质合金：适合于加工：适合于加工钢等塑性材料，其代号有钢等塑性材料，其代号有YT5、YT15、YT30等，粗加工等，粗加工用用YT5,精加工用精加工用YT30;钨钴类（牌号钨钴类（牌号YG）硬质合金：硬质合金：适合于加工铸适合于加工铸铁、青铜等脆性材料，其代号铁、青铜等脆性材料，其代号有有YG3、YG6、YG8等，粗加工等，粗加工用用YG8
23、，精加工精加工用用YG3。4.1.2其它刀具材料其它刀具材料 陶瓷：陶瓷：常用的刀具陶瓷有两种：常用的刀具陶瓷有两种：AlAl2 2O O3 3基陶瓷基陶瓷和和SiSi3 3N N4 4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受较大的冲击载荷。较大的冲击载荷。金刚石：金刚石：它分三种它分三种 天然单晶金刚石刀具天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片金刚石复合刀片 立方氧化硼
24、：立方氧化硼：由软的立方氧化硼在高温高压下由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成加入催化剂转变而成种种 类类硬度硬度HRCHRC抗弯抗弯强强度度GPaGPa热热硬性硬性工艺性能工艺性能用用 途途碳素碳素工具钢工具钢60-6560-652.162.16200-250200-250热成型热成型手工刀具手工刀具合金工具钢合金工具钢60-6560-652.352.35300-400300-400同上同上低速刀具低速刀具高速钢高速钢63-7063-701.9-4.41.9-4.4600-700600-700同上同上中速刀具中速刀具硬质合金硬质合金89-9389-931.0-2.21.0-2.28
25、00-1000800-1000烧结成型烧结成型高速刀具高速刀具陶瓷材料陶瓷材料91-9591-950.4-0.90.4-0.91100-1100-12001200同上同上连续精加连续精加工刀具工刀具常用的刀具材料常用的刀具材料 各种多齿刀具或复杂各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把车刀。都相当于一把车刀。车刀分为切削部分和车刀分为切削部分和夹持部分，切削部分由三夹持部分，切削部分由三个刀面组成：前刀面、主个刀面组成：前刀面、主后刀面、副后刀面。后刀面、副后刀面。前前刀面和主后刀面的交线叫主刀面和主后刀面的交线叫主切削刃切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切
26、削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对尖锐尖锐 为了研究刀具的几何角为了研究刀具的几何角度，建立三个辅助平面：度，建立三个辅助平面：基面基面：通过主切削刃上的某：通过主切削刃上的某一点，与该点切削速度方向一点，与该点切削速度方向垂直的平面。垂直的平面。切削平面切削平面：通过主切削刃上：通过主切削刃上的某一点，与该点加工表面的某一点，与该点加工表面相切的平面。相切的平面。正交平面正交平面：通过主切削刃上：通过主切削刃上的某一点，与主切削刃在基的某一点，与主切削刃在基面上的投影垂直的平面面上的投影垂直的平面4.2 刀具的几何
27、角度刀具的几何角度(车刀的基本形状车刀的基本形状)前角前角。：在正交平在正交平面中，前刀面与基面中，前刀面与基面之间的夹角；面之间的夹角；后角后角。：在正交平在正交平面中，主后刀面与面中，主后刀面与切削平面之间的夹切削平面之间的夹角；角；主偏角主偏角Kr：在基面在基面上，主切削刃的投上，主切削刃的投影与进给方向的夹影与进给方向的夹角。角。副偏角副偏角Kr：在基在基面上，副切削刃的面上，副切削刃的投影与进给反方向投影与进给反方向的夹角。的夹角。刃倾角刃倾角s4.2.1 车刀的几何角度车刀的几何角度4.2.2 前角的正与负前角的正与负 一般加工韧性材料，应取较大的前角；加工脆性材料，一般加工韧性材
28、料，应取较大的前角；加工脆性材料，应取较小的前角；前角的取值范围常在应取较小的前角；前角的取值范围常在-5 +25之间。之间。4.2.3 刃倾角刃倾角s刃倾角刃倾角s：在切削平面中，主切削刃与基面在切削平面中，主切削刃与基面 之间的夹角。之间的夹角。它主要影响刀头的强度和它主要影响刀头的强度和 排屑方向。排屑方向。一般取一般取s=10 +10,粗加工时常取粗加工时常取负值，增加刀头强度；精加工时常取正值，负值，增加刀头强度；精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。避免切屑擦伤已加工表面。4.2.4 刃倾角刃倾角s的正与负的正与负 当刀尖在主切削刃上最高点时，当刀尖在主切削刃上最高点时，s为为
29、正值，反之为负值。正值，反之为负值。4.3 刀具角度的合理选择问题刀具角度的合理选择问题 原原 则：则：粗加工时，为了提高切削效率，切削力粗加工时，为了提高切削效率，切削力会较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，会较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，为了保证零件质量因此刀具较锋利为了保证零件质量因此刀具较锋利。粗加工：前角、后角均小，强度高粗加工：前角、后角均小，强度高 精加工：前角、后角均大，刀具锋利精加工：前角、后角均大，刀具锋利 主偏角：车台阶轴：取主偏角：车台阶轴：取9090度度 既车外圆又车端面，取既车外圆又车端面，取4545度度 副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为：
30、副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为：5-155-15度度 刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值 麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成，工麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成，工作部分又包括导向部分和切削部分作部分又包括导向部分和切削部分4.4 麻花钻的基本形状螺旋角螺旋角：刃带切线与钻头轴线刃带切线与钻头轴线的夹角的夹角,一般一般=18-30=18-30度；度；前角：前角：。后角：后角：f f 顶角顶角22：两个主切削刃在垂直两个主切削刃在垂直钻头轴线平面上投影的夹角，通钻头轴线平面上投影的夹角，通常常2=116-1202=116-120度之间；度之间；横刃横
31、刃斜角斜角 ：它是横刃与主它是横刃与主切切削刃在钻头垂直轴线平面上投影削刃在钻头垂直轴线平面上投影的夹角。通常为的夹角。通常为47-5547-55度；度；4.4.1 麻花钻的主要几何角度麻花钻的主要几何角度 砂轮：砂轮：是磨削加工的刀具，它是由磨料和结是磨削加工的刀具，它是由磨料和结合剂烧结而成的。合剂烧结而成的。磨料：磨料：磨料是砂轮的主要组成因素，担负切磨料是砂轮的主要组成因素，担负切削作用，所以磨料有很高的硬度。削作用，所以磨料有很高的硬度。粒度：粒度：是指磨料颗粒的大小。是指磨料颗粒的大小。结合剂结合剂：结合剂起粘结磨粒的作用。：结合剂起粘结磨粒的作用。硬度：硬度：指砂轮上的磨粒脱落的
32、难以程度指砂轮上的磨粒脱落的难以程度。4.5 砂轮的材料及形状砂轮的材料及形状系系 别别名名 称称代代 号号特特 性性适合于磨削适合于磨削 刚刚玉玉棕棕刚玉刚玉A 硬度高，韧性硬度高，韧性好，价廉好，价廉碳钢、可锻铸铁、碳钢、可锻铸铁、青铜青铜白白刚玉刚玉WA硬度稍低，锋利硬度稍低，锋利 淬火钢、高速钢淬火钢、高速钢碳碳化化硅硅黑黑碳化硅碳化硅C锋利，导热性好锋利，导热性好铸铁、黄铜铸铁、黄铜绿绿碳化硅碳化硅GC硬度高，导热好硬度高，导热好 硬质合金、宝石硬质合金、宝石超超硬硬材材料料金刚石金刚石D硬度最高，韧性硬度最高，韧性差差硬质合金、宝石、硬质合金、宝石、陶瓷等陶瓷等立方氮化硼立方氮化硼
33、CBN硬度仅次于金刚硬度仅次于金刚石，韧性略好。石，韧性略好。不锈钢、高矾高不锈钢、高矾高速钢速钢4.5.1 常用的磨料的特性及用途常用的磨料的特性及用途砂轮名称砂轮名称代号代号断面简图断面简图基本用途基本用途平行砂轮平行砂轮P用途广泛、各种磨床用途广泛、各种磨床双双斜边斜边PSX1用于精磨齿轮、螺纹用于精磨齿轮、螺纹双面凹双面凹PSA外圆外圆磨、刀具磨磨、刀具磨薄片砂轮薄片砂轮PB切断和开槽切断和开槽筒形筒形砂轮砂轮N立式平面磨削立式平面磨削杯形杯形砂轮砂轮B端面刀具磨端面刀具磨碗形碗形砂轮砂轮BW刀具磨、导轨磨刀具磨、导轨磨4.5.2 砂轮的形状、代号及用途砂轮的形状、代号及用途5.刀具磨
34、损和刀具耐用度刀具磨损和刀具耐用度 刀具经过一定时间的使用后，由于摩擦刀具经过一定时间的使用后，由于摩擦和切削热的作用，使刀具变钝，切削温和切削热的作用，使刀具变钝，切削温度上升，影响加工精度和表面质量，因度上升，影响加工精度和表面质量，因此必须及时刃磨。此必须及时刃磨。刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间。例：硬质合金损限度为止的切削时间。例：硬质合金焊接刀具的耐用度规定为焊接刀具的耐用度规定为6060分钟。分钟。11/16/2022刀具使用刀具使用磨钝磨钝刃刃磨刀具磨刀具包括：三种磨损形式与三个磨损阶段5.1 刀具的使用过程刀具的使用过程
35、 金属切削过程是指从工件表面切除一层金属切削过程是指从工件表面切除一层多余的金属，从而形成切屑的过程：多余的金属，从而形成切屑的过程：1.1.金属在刀具前刀面的作用下，受到挤压产生弹性金属在刀具前刀面的作用下，受到挤压产生弹性变形。变形。2.2.应力逐渐变大，产生塑性变形应力逐渐变大，产生塑性变形滑移。滑移。3.3.应力达到强度极限，剪切滑移被挤裂形成切屑。应力达到强度极限，剪切滑移被挤裂形成切屑。4.4.切离切离。1弹性变形 2 塑性变形 3 挤裂切屑6.金属的切削过程金属的切削过程常见的切屑有如下三种：常见的切屑有如下三种：a.带状切屑：带状切屑：用大前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性
36、用大前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性材料时出现。材料时出现。形成带状切屑时，切削力平稳，表面光洁，但形成带状切屑时，切削力平稳，表面光洁，但切屑连续不断，不安全或容易刮伤已加工表面。切屑连续不断，不安全或容易刮伤已加工表面。b.节状切屑：节状切屑：用低切削速度，大进给量加工中等硬度的钢材时用低切削速度，大进给量加工中等硬度的钢材时出现。形成出现。形成这种切屑时，金属经弹性变形、塑性变形、挤裂这种切屑时，金属经弹性变形、塑性变形、挤裂和切离阶段，是典型的切削过程，但切削力波动大，工件表和切离阶段，是典型的切削过程，但切削力波动大，工件表面粗糙。面粗糙。c.崩碎切屑：崩碎切屑：加工铸铁、黄铜
37、等脆性材料时出现，加工铸铁、黄铜等脆性材料时出现，形成这种切形成这种切屑时，切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖，刀具容易磨损。屑时，切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖，刀具容易磨损。6.1 金属的切屑类型金属的切屑类型 6.2 积积 屑屑 瘤瘤积屑瘤积屑瘤：当切屑沿前刀面流出时，与前刀面当切屑沿前刀面流出时，与前刀面接触的切屑底层受到摩擦阻力，速度变慢，形接触的切屑底层受到摩擦阻力，速度变慢，形成滞流层，于是，金属粘附在切削刃附近，形成滞流层，于是，金属粘附在切削刃附近，形成了积屑瘤。成了积屑瘤。积屑瘤的影响：积屑瘤的影响：1 1、保护切削刃，粗加工时，、保护切削刃，粗加工时，希望产生积屑瘤希望产
38、生积屑瘤2 2、本身不断形成和脱落，、本身不断形成和脱落，会引起振动，影响工件表会引起振动，影响工件表面粗糙度，精加工不希望面粗糙度，精加工不希望产生积屑瘤。产生积屑瘤。6.3 切削力切削力1、切向力（切削力）切向力（切削力）Fz：总切削力在主运动方向上总切削力在主运动方向上的正投影，其大小约占总切削力的的正投影，其大小约占总切削力的9599%,是三个分力是三个分力中最大的。消耗功率最多的分力，它是机床动力、重要中最大的。消耗功率最多的分力，它是机床动力、重要零件的强度和刚度设计和校核的主要依据；零件的强度和刚度设计和校核的主要依据；2、轴向力（进给力）轴向力（进给力）Fx:总切削力在进给方向
39、上的正总切削力在进给方向上的正投影，其大小约占总切削力的投影，其大小约占总切削力的15%,它是设计和验算机它是设计和验算机床进给机构必须的参数；床进给机构必须的参数；3、径向力（背向力）径向力（背向力）Fy:总切削力在垂直工作平面上总切削力在垂直工作平面上的分力，它作用在工件刚性较差的方向，容易使工件变的分力，它作用在工件刚性较差的方向，容易使工件变形，同时引起振动，影响加工精度。所以加工刚性较差形，同时引起振动，影响加工精度。所以加工刚性较差的工件（如细长轴）时，应该力求减少切削力。的工件（如细长轴）时，应该力求减少切削力。6.3 切削力切削力Fy切削力切削力Fr的方向如左下图：可以沿三个方
40、向分解为：的方向如左下图：可以沿三个方向分解为：1.切向力切向力Fz 2.轴向力轴向力Fx3.径向力径向力Fy222ZyXFFFFr6.3 切削力切削力主偏角影响径向力的分配：主偏角影响径向力的分配：6.4 切削热切削热切削热产生原因：切削热产生原因：1.切屑变形；切屑变形；2.工件与刀具的摩擦；工件与刀具的摩擦；切削热传出途径：切削热传出途径：a.a.由切屑带走，带走越多越有利；由切屑带走，带走越多越有利；b.b.由周围空气和冷却介质带走，同样带走越由周围空气和冷却介质带走，同样带走越多越有利；多越有利；c.c.传入工件，使工件温度升高传入工件，使工件温度升高 ，引起工件变，引起工件变形，产
41、生误差；形，产生误差；d.d.传入刀具，使刀具温度升高。刀具硬度降传入刀具，使刀具温度升高。刀具硬度降低，磨损加快。低，磨损加快。6.5 降低切削温度的措施降低切削温度的措施1.1.减少切削热的产生：减少切削热的产生：包括选择合理的刀具几何角度包括选择合理的刀具几何角度和切削用量，比如适当增大刀具的前角以减少切屑变和切削用量，比如适当增大刀具的前角以减少切屑变形，选用大的背吃刀量和小的进给量形，选用大的背吃刀量和小的进给量。2.2.改善散热条件：改善散热条件：包括使用冷却液等各种冷却措施；包括使用冷却液等各种冷却措施；冷却液一般有：冷却液一般有：水溶液：水溶液：比热大，导热性好，但不能起润滑作
42、用，比热大，导热性好，但不能起润滑作用，如苏打水，苏打用于防锈。用于粗磨。如苏打水，苏打用于防锈。用于粗磨。切削油：切削油：如矿物油；比热小，但有润滑作用。如矿物油；比热小，但有润滑作用。乳化液：乳化液：具有良好的流动性和导热性，它由乳化油具有良好的流动性和导热性，它由乳化油加水稀释而成，应用最广泛。加水稀释而成，应用最广泛。第八章第八章 零件表面的加工方案零件表面的加工方案 复习思考题复习思考题1、试说明下列加工方法的主运动和进给运动：、试说明下列加工方法的主运动和进给运动：（1）车端面；）车端面；（2）在车床上钻孔；）在车床上钻孔；（3）在钻床上钻孔；）在钻床上钻孔；（4）在铣床上铣平面；
43、）在铣床上铣平面；（5）在平面磨床上磨平面；）在平面磨床上磨平面；（6）在外圆磨床上磨孔。）在外圆磨床上磨孔。2、试说明车削的切削用量（包括名称、定义、代号和、试说明车削的切削用量（包括名称、定义、代号和单位），简述切削用量选择的原则。单位），简述切削用量选择的原则。3、对刀具材料的性能有那些要求？、对刀具材料的性能有那些要求？4、高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是、高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是 什么？各适合做什么刀具？什么？各适合做什么刀具？5、积屑瘤是如何形成的？它对切削加工有何、积屑瘤是如何形成的？它对切削加工有何 影响？影响？6、试分析车外圆时各切削分力的作用和影、试分析车外
44、圆时各切削分力的作用和影 响。响。7、切削热对切削加工有什么影响？、切削热对切削加工有什么影响？8、简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和、简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和 刃倾角的作用及选择原则。刃倾角的作用及选择原则。第八章第八章 零件表面的加工方案零件表面的加工方案9、切削液的主要作用是什么？常根据哪些主要因、切削液的主要作用是什么？常根据哪些主要因素选用切削液？素选用切削液？10、已知下列车刀的主要角度，试画出它们切削部、已知下列车刀的主要角度，试画出它们切削部分的示意图：分的示意图：（1）外圆车刀：）外圆车刀：o=10 o=8 =60 =10 s=4 (2)切断刀：切断刀：o=10
45、 o=6 =90 =2 s=011、车削外圆时，工件转速车削外圆时，工件转速n360 r/min，切削速切削速 度度v=150 m/min,试求工件直径试求工件直径d。12、为什么不宜用碳素工具钢制造铣刀、钻花等复为什么不宜用碳素工具钢制造铣刀、钻花等复杂刀具？为什么目前常采用高速钢制造这类刀杂刀具？为什么目前常采用高速钢制造这类刀具？而较少采用硬质合金？具？而较少采用硬质合金？第二章第二章 金属切削机床金属切削机床返回索引 1、机床的类型、机床的类型 金属切削机床是用来对工件进行加工的机金属切削机床是用来对工件进行加工的机器，故称为器，故称为“工作母机工作母机”，习惯上称机床。，习惯上称机床
46、。按加工性质和所用刀具分类：按加工性质和所用刀具分类：分为车床、铣床、分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类；大类；按精度分类：按精度分类：分为普通精度、精密和高精度三种；分为普通精度、精密和高精度三种；按重量分类：按重量分类：分为一般机床、大型机床和重型机分为一般机床、大型机床和重型机床。床。机床的型号：如：机床的型号：如：C6136表示表示2、机床的基本结构、机床的基本结构1.主传动部件：主传动部件：用来实现机床主运动；用来实现机床主运动；2.进给传动部件：进给传动部件：主要用来实现机床进给运动；主要用来实现机床进给运动；3.工件安装装置：工件安装装置
47、：用来安装工件；用来安装工件；4.刀具安装装置刀具安装装置：用来安装刀具；用来安装刀具；5.支承件：支承件：用来支承和连接机床各零部件，是机用来支承和连接机床各零部件，是机 床的基础构件；床的基础构件；6.机床动力部件：机床动力部件：为机床提供动力。为机床提供动力。3、机床的传动、机床的传动 机床的传动有机械、液压、气动、电机床的传动有机械、液压、气动、电气等多种形势，最常见的是机械传动和液气等多种形势，最常见的是机械传动和液压传动。压传动。机械传动包括皮带传动、齿轮传动、机械传动包括皮带传动、齿轮传动、涡轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和丝杆螺母涡轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和丝杆螺母传动传动3.1 皮
48、带传动皮带传动 皮带传动皮带传动是靠胶带与带轮之间的磨擦作用，是靠胶带与带轮之间的磨擦作用，将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮上去的。上去的。皮带传动的优点是传动平稳、轴间距较大，皮带传动的优点是传动平稳、轴间距较大，结构简单、制造维修方便，过载时皮带打滑。结构简单、制造维修方便，过载时皮带打滑。不易引起机器损坏；其缺点是不能保证精确的不易引起机器损坏；其缺点是不能保证精确的传动比，且磨擦损失大，传动效率较低。传动比，且磨擦损失大，传动效率较低。3.1 皮带传动皮带传动 如果考虑皮带与皮带轮之间的滑动，其传动比为：如果考虑皮带与皮带轮之间的滑动，其
49、传动比为：i=(d1/d2)=(n2/n1)式中：式中：d1 主动皮带轮的直径主动皮带轮的直径 d2 被动皮带轮的直径被动皮带轮的直径 n1 主动皮带轮的转速主动皮带轮的转速 n2 被动皮带轮的转速被动皮带轮的转速 滑动系数，约为滑动系数，约为0.983.2 齿轮传动齿轮传动 齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式，这齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式，这种传动方式种类多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿轮传种传动方式种类多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿轮传动等，最常见的是直齿圆柱齿轮。动等，最常见的是直齿圆柱齿轮。设设：z1和和n1分别为主动轮的齿数和转速分别为主动轮的齿数和转速 z
50、2和和n2分别为被动轮的齿数和转速分别为被动轮的齿数和转速 传动比传动比 i=(z1/z2)=(n2/n1)3.3 涡轮、蜗杆传动涡轮、蜗杆传动 采用这种方式，只能由蜗杆带动蜗轮传动，采用这种方式，只能由蜗杆带动蜗轮传动，其传动的优点是：可获得较大的降速比，传动其传动的优点是：可获得较大的降速比，传动平稳、噪音小，结构紧凑。其缺点是传动效率平稳、噪音小，结构紧凑。其缺点是传动效率低，并需要良好的润滑条件低，并需要良好的润滑条件 3.4 齿轮、齿条传动齿轮、齿条传动 齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋转
