1、机械加工工艺基础 索引切削加工的基础知识金属切削机床零件表面的加工方案第一章 切削加工的基础知识1.1 钳工与机械加工l 钳工：通过工人手持工具进行切削加工。l 机械加工：采用不同的机床（如车床、铣 床、刨床、磨床、钻床等）对工 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。2.1 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
2、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、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。2.1 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、I
3、T2IT2IT18IT18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 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
4、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 指零件上实际要素的形状与理想形状相符指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（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 指零件的实际
5、要素（点、线、面）相对指零件的实际要素（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IT13IT 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
6、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
7、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：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
8、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 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
9、偏差Ra2.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度nh.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）。）。Ra第一系列：0.012、0.025、0.050、0.100、0.20、0.40、0.80、1.6、3.2、6.3、12.5、25、50、1002.2 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
10、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3.2m2.3 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
11、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 微见刀痕微见刀痕精精铣铣精刨精刨半精车半精车6.36.3 可见加工痕迹可见加工痕迹3.23.2 微见加工痕迹微见加工痕迹精车精车1.61.6 看不清加工痕迹看不清加工痕迹粗磨粗磨0.80.8 可辨加工痕迹方向可辨加工痕迹方向精磨精磨0.40.4 微辨加工痕迹方向微辨加工痕迹方向精密加工精密加工0.1-0.1-0.0120.012 只能按表面光泽辩识只能按表面光泽辩识表面微观特性Ra加工方法应用举例粗糙可见微见刀痕10粗车、粗铣、毛锉、锯断倒角、钻孔、键槽底面半光表面微见加工痕迹5-10车、铣、钻、镗、粗铰普通配合表
12、面，退刀槽微见加工痕迹2.5-5车、铣、镗、拉、磨配合无要求的表面看不清加工痕迹1.25-2.5车、铣、镗、拉、磨齿轮的工作面、箱体镗孔表面光表面可辨加工痕迹方向0.63-1.25车、镗、铣、磨、精铰圆柱销、导轨面微辩加工痕迹方向0.32-0.63精铰、精镗、磨高精度导轨面、重要配合面不可辨加工痕迹方向0.16-0.32精磨、研磨、超精加工精密机床主轴及光表面暗、亮光泽面60 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
13、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T7T7、T8T8、T9T9T13T13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、
14、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，粗加工用等，粗加工用YT5,精加工用精加工用YT30;钨钴类（
15、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，其代号有铁、青铜等脆性材料，其代号有YG3、YG6、YG8等，粗加工用等，粗加工用YG8，精加工用，精加工用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
16、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：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抗弯强抗弯强度度GPaGPa热硬性热硬性工艺性能工艺性能用用 途途碳素工具钢碳素工具钢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
17、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89-9389-931.0-2.21.0-2.2800-1000800-1000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
18、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切削刃刀面和主后刀面的交线叫主切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切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
19、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：在基面：在基面上，副切削刃的投上，副切削刃的投影与进给反方向
20、的影与进给反方向的夹角。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
21、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
22、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：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
23、：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；横刃斜角横刃斜角 ：它是横刃与主切它是横刃与主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
24、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 刚刚玉玉棕刚玉棕刚玉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、青铜青铜白刚玉白刚玉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碳化硅黑碳化硅C锋利，导热性好锋利，导热性好铸铁、黄铜铸铁、黄铜绿碳化硅绿碳化硅GC
25、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、各种磨床双斜边双斜边PSX1用于精磨齿轮、螺纹用于精磨齿轮、螺纹双面凹双面凹PSA外圆磨、刀具磨外圆磨、刀具磨薄片砂轮薄片砂轮PB切断和开槽切断和开槽筒形砂轮筒
26、形砂轮N立式平面磨削立式平面磨削杯形砂轮杯形砂轮B端面刀具磨端面刀具磨碗形砂轮碗形砂轮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
27、的耐用度规定为焊接刀具的耐用度规定为6060分钟。分钟。刀具使用刀具使用磨钝磨钝刃磨刀具刃磨刀具包括：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 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
28、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
29、、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
30、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
31、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
32、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
33、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.
34、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。l第二章 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
35、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。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
36、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：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
37、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。
38、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
39、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 z2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
40、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（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前者运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前者居多。居多。齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时，齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时，传动的平稳性和准确性较差。传动的平稳性和准确性较差。3.5 丝杆、螺母传动丝杆、螺母传动 丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动，例丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动，例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后，如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母
41、后，刀架便作纵向运动。刀架便作纵向运动。其传动的优点是工作平稳，无噪音，其缺点是传其传动的优点是工作平稳，无噪音，其缺点是传动效率较低。动效率较低。4、机床的变速机构、机床的变速机构 在一般的通用机床上通过变速机构实在一般的通用机床上通过变速机构实现接近理想值的切削速度。现接近理想值的切削速度。变换机床转速的主要装置是机床的齿变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱，齿轮箱变速机构的形式多样，最常轮箱，齿轮箱变速机构的形式多样，最常见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮变速机构变速机构4.1 滑动齿轮变速机构滑动齿轮变速机构 带长键的从动轴带长键的从动轴上装有滑动
42、齿轮上装有滑动齿轮z2,z4,z6,通过通过手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴上的齿上的齿轮轮z1,z3,z5 相啮合，其传动比相啮合，其传动比 i 1 1=z1/z2 i 2 2=z3/z4 i 3 3=z5/z6 轴轴的转速分别为：的转速分别为：n2=i 1 1n n1 1 或或n2=i 2 2n n1 1或或 n2=i 3 3n n1 1 （式中（式中n n1 1为轴为轴的转速的转速,n2为轴为轴的转速）的转速）4.2 离合器式齿轮变速机构离合器式齿轮变速机构 从动轴从动轴两端空套有齿轮两端空套有齿轮z2和和z4，它们分别与固定，它们分别与固定在
43、主动轴在主动轴上的齿轮上的齿轮z1和和z3啮合。轴啮合。轴中部带有键中部带有键3，并装有压嵌式离合器并装有压嵌式离合器4。当手柄左移或右移离合器时，。当手柄左移或右移离合器时，离合器的爪离合器的爪1与齿轮与齿轮z2啮合或爪啮合或爪2与齿轮与齿轮z4啮合，这样轴啮合，这样轴可得到两种不同的转速，其传动比是：可得到两种不同的转速，其传动比是：i1 1=z1/z2 i 2 2=z3/z4 5、车床的基本结构主电机及变速机构挂轮箱床头箱进给箱卡盘中心架溜板箱尾架丝杆光杆 5.1车床的主传动车削的进给量车削的进给量如果工件的转速加快，进给量是否会变化？如果工件的转速加快，进给量是否会变化？答：所谓进给量
44、，是指主轴转一圈（一个工作循答：所谓进给量，是指主轴转一圈（一个工作循环）、刀架沿进给方向移动的距离，只要进给箱环）、刀架沿进给方向移动的距离，只要进给箱的挂轮手柄没有调整，主轴到进给箱的传动比没的挂轮手柄没有调整，主轴到进给箱的传动比没有变化，进给量就不会发生变化。有变化，进给量就不会发生变化。5.1.1 车床的传动框图车床的传动框图 5.2车削的加工范围车削的加工范围 车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以加工：外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、加工：外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、切断、切槽、滚花、车螺纹、车
45、成型面、绕弹簧等。切断、切槽、滚花、车螺纹、车成型面、绕弹簧等。5.3 车削的工艺特点车削的工艺特点1.1.粗加工：经济精度可达到粗加工：经济精度可达到IT10IT10，表面粗糙度在，表面粗糙度在25-25-12.512.5之间之间;精加工：经济精度可达精加工：经济精度可达IT7IT7左右，表面粗糙度左右，表面粗糙度Ra6.3-Ra6.3-1.61.6之间。之间。2.2.易于保证相互位置精度要求。一次装夹可加工几个不易于保证相互位置精度要求。一次装夹可加工几个不同的表面，避免安装误差。同的表面，避免安装误差。3.3.刀具简单，制造、刃磨和安装方便，容易选用合理的刀具简单，制造、刃磨和安装方便，
46、容易选用合理的几何形状和角度，有利于提高生产率。几何形状和角度，有利于提高生产率。4.4.应用范围广泛，几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体应用范围广泛，几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体表面及端面，均可以用车削方法达到要求。表面及端面，均可以用车削方法达到要求。5.5.可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）6 铣削加工铣削加工主轴箱主轴箱主轴主轴横溜板横溜板工作台工作台升降台升降台底座底座6.1立式铣床的基本结构立式铣床的基本结构6.2 铣削的主要加工范围6.3 铣
47、床的分度加工功能铣床的分度加工功能分度头手柄工件铣刀卡盘尾架扇形夹1.1.分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为4040：1 1，即手柄转，即手柄转 4040圈，卡盘或工件转圈，卡盘或工件转1 1圈。圈。2.2.孔圈和扇形夹的张开角度用于非整数圈的定位孔圈和扇形夹的张开角度用于非整数圈的定位孔圈问题：问题：今欲在铣床上加工一个今欲在铣床上加工一个1212等分的零件，分度手等分的零件，分度手柄应转多少圈，用分度盘的哪个孔圈，扇形夹应张开多柄应转多少圈，用分度盘的哪个孔圈，扇形夹应张开多少个孔距？（已知：分度盘孔圈孔数有：少个孔距？（已知：分度盘孔圈孔数有：242
48、4、2525、2828、3030、3737）解：解：因为主轴上固定有齿数为因为主轴上固定有齿数为4040的蜗轮，它与单头蜗杆相啮的蜗轮，它与单头蜗杆相啮合。当分度手柄转一圈的同时，主轴合。当分度手柄转一圈的同时，主轴(工件工件)转动了转动了1/40 1/40 转转 即即 设工件等分数为设工件等分数为Z Z，则每次分度时，工件应转过，则每次分度时，工件应转过1/Z1/Z，因此手柄转数，因此手柄转数 根据题中已知条件，可选孔圈数根据题中已知条件，可选孔圈数2424、扇形夹张开、扇形夹张开孔距为孔距为8 8孔，可选孔圈数孔，可选孔圈数3030，扇形夹张开孔距为，扇形夹张开孔距为1010孔孔6.3 铣
49、床的分度加工功能404011工件转速手柄转速n313124040140zzn6.4 逆铣和顺铣逆铣和顺铣逆铣：逆铣：铣刀旋向（或铣削力）与进给方向相反铣刀旋向（或铣削力）与进给方向相反顺铣：顺铣：铣刀旋向与进给方向一致铣刀旋向与进给方向一致FFVV齿轮的种类和用途6.5 铣削的工艺特点铣削的工艺特点1.铣削加工的精度可达铣削加工的精度可达IT10-IT7IT10-IT7，表面粗糙度，表面粗糙度可达可达6.3-1.66.3-1.6左右左右2.2.生产效率高，铣刀是多刀齿刀具，铣削时有生产效率高，铣刀是多刀齿刀具，铣削时有几个刀齿同时参加切削，主运动是刀具的旋转，几个刀齿同时参加切削，主运动是刀具
50、的旋转，所以铣削的生产效率比刨削高。所以铣削的生产效率比刨削高。3.3.容易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出时产容易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出时产生振动，加工过程中切削面积和切削力变化较生振动，加工过程中切削面积和切削力变化较大。大。4.4.刀齿的散热条件较好，在刀具旋转过程的不刀齿的散热条件较好，在刀具旋转过程的不切削时间内，刀具可以得到一定的冷却。切削时间内，刀具可以得到一定的冷却。5.5.与刨床相比，铣床价格高，适用于批量生产与刨床相比，铣床价格高，适用于批量生产。7.7.刨（插）削加工刨（插）削加工刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种牛头刨床牛头刨床:刨刀
