1、机机 械械 加加 工工 工工 艺艺 第一章 加工方法大致分类 第二章 金属切削的基础常识 第三章 常用加工方法综述 第四章 机加工精度 第五章 粗糙度 第六章 机加工表面质量 第七章 提高劳动生产率的途径一一.生产过程生产过程定义定义 在机电产品的生产中，生产过程是指将原材料变为成在机电产品的生产中，生产过程是指将原材料变为成品之间各个相互关联的劳动过程的总和。它包括从原材料到品之间各个相互关联的劳动过程的总和。它包括从原材料到成品所经过的机械制造、涂漆、运输、保管等所有的过程，成品所经过的机械制造、涂漆、运输、保管等所有的过程，以及开发设计、计划管理、经营决策等所有的生产活动。以及开发设计、
2、计划管理、经营决策等所有的生产活动。生产过程的实质是由原材料（或半成品）变为产品的过生产过程的实质是由原材料（或半成品）变为产品的过程。因此一个工厂的生产过程，又可按车间分成若干个车间程。因此一个工厂的生产过程，又可按车间分成若干个车间的生产过程。的生产过程。第一章第一章 加工方法大致分类加工方法大致分类 生产过程生产过程生产过程包括：生产过程包括：产品设计、生产准备、原材料的运输和保管、产品设计、生产准备、原材料的运输和保管、毛坯制造、机械加工、热处理、装配和调试、检验毛坯制造、机械加工、热处理、装配和调试、检验和试车、喷漆和包装等。和试车、喷漆和包装等。零件的机械制造过程 加工方法大致分类
3、加工方法大致分类一一.切削加工切削加工 金属切削加工，从其本质上来说，就是使用各种类型的切削刀具，把金属工件毛坯上多余的材料剥离，得到图纸所要求的零件。切削加工分机加工和钳工切削加工分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。机加工机加工 包括车削、铣削、刨削、镗削、磨削、拉削、钻孔、扩孔、铰孔、研磨、珩磨、抛光、超精加工及由它们组成的自动技术、数控技术、成组技术、组合机床、流水线、自动线。特点：特点：1、以金属材料来制造机械零件，其主要加工手段仍然是切
4、削加 工，因切削加工精度高、质量好因切削加工精度高、质量好。2、切削加工工序多、需要的设备多、投资大工序多、需要的设备多、投资大。金属切削加工的工艺过程大致可以分为三类：金属切削加工的工艺过程大致可以分为三类：1.工件进行回转运动，切削刀具进行平动。主要为车削和镗削等。2.切削刀具进行回转运动，工件毛坯进行平动。主要为铣削、磨削、钻削等。3.切削刀具和工件毛坯做相对运动（平动或转动）。主要为拉削、刨削等。二二.少、无切屑加工少、无切屑加工 精密铸造类；压力加工类；压力光整加工；还有精密焊接，粘结技术，快速成形等。特点：特点：采用以上方法都是为了减少切削加工。有的是精化毛坯来减少机加工量；有的是
5、无屑成形；有的是利用新材料、新属性直接制造三三.特种加工特种加工 常见的特种加工方法有：电火花加工、线切割加工、电解加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、电磁加工、水力切削等。特点：特点：1、属于非接触式加工，能以柔克刚，刀具硬度可低于工件的硬度。加工时不存在显著的机械力。2、不是依靠机械力和机械能，而是利用电能、电化学能、光能、热能等切除材料，能量密度高。3、切削原理在这些加工中不适用，不产生宏观切屑。4、加工能量易控制和转换，易自动化，加工范围广、适应性强。第二章第二章 金属切削的基础知识金属切削的基础知识 一、零件表面的形成及切削运动一、零件表面的形成及切削运动 图1-1
6、常见零件表面类型1母线 2导线1主运动：主运动：主运动是切除工件上的被切削层，使之变为切屑的主要运动，是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。主运动的速度最高，消耗的功率最大。在切削运动中，主运动只有一个主运动只有一个。它可以由工件完成，也可以由刀具完成。可以是旋转运动，也可以是直线运动。2进给运动：进给运动：进给运动是不断地把被切削层投入切削，逐渐加工出整个工件表面的运动。进给运动的速度较低，消耗的功率也较小。可由一个或多个运动组成。可以是连续的，也可以是间断的。实际的切削运动是一个合成运动。图1-2 常见切削运动类型1主运动 2进给运动 3.辅助运动辅助运动 零件的表面成形运动只
7、能使被加工表面得到一个轮廓形状，若要得到符合图纸要求的尺寸精度和表面质量，机床就需要多次重复表面成形运动。为此，机床还需要一系列辅助运动，如刀具退离工件、刀具接近工件、快速退回起始位置等运动。另外，还有多工位工作台和多工位刀架的周期性转位和分度运动等。总之，机床上除了表面成形运动外的所有运动，都是辅助运动。4.运动方向运动方向图1-3 卧式车床的运动方向5切削用量图1-4 机械加工示意图切削用量三要素包括：切削用量三要素包括：切削速度切削速度vc、进给量、进给量f 和切削深度和切削深度 ap切削速度vc 选定点的主运动速度（m/s或m/min）,车削时一般算工件最大切削直径处的线速度。D工件或
8、刀具的直径（mm），n工件或刀具的转速（r/s，r/mm）。进给量f 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，车削时为（mm/r）；刨削时为（mm/str），其他切削加工也可以用进给速度 （mm/s、mm/min、m/min），和每齿进给量（mm/z）来衡量。背吃刀量（切削深度）ap 垂直与进给速度方向测量的切削层最大尺寸（mm）。车外圆时：D工件带加工表面直径（mm），d工件已加工表面直径（mm）。ap=(Dd)/2vc=Dn/10006 6、切削层参数（如上图）、切削层参数（如上图）切削厚度切削厚度h hD D垂直与切削刃的方向上度量的切削层截面的尺垂直与切削刃的方向上度量的切削层截面的尺
9、寸。（寸。（mmmm）切削宽度切削宽度b bD D沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。(mmmm)切削面积切削面积A AD D给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的横截给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的横截面积。面积。()()2mmDpDDAfab h一、刀具材料一、刀具材料 1.对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求 （1）高硬度）高硬度 刀具材料的硬度必须高于工件 材料的硬度，一般其常温硬度要求在62HRC 以上。（2）足够的强度和韧度）足够的强度和韧度 以承受很大的切削力、冲击与振动。图2-1 常用刀具材料的耐热性 （3）高耐磨性）高耐磨性 以抵抗切
10、削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。一般情况，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。（4）高的耐热性）高的耐热性 刀具材料应在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。（常用刀具材料的耐热性见图2-1，耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了刀具允许的切削速度。）（5）良好的工艺性）良好的工艺性 以便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。2.常用刀具材料常用刀具材料 种 类常 用 牌 号主 要 性 能主 要 应 用碳素工具钢碳素工具钢含碳量较高的优质碳钢T8A、T10A、T12A淬火后硬度高（达6365HRC）、价廉，但耐热性差（200以下）制造小型、手动和
11、低速切削工具，如手用锯条和锉刀等合金工具钢合金工具钢碳素工具钢中加入少量Cr、Si、W、Mn等元素9SiCr、CrWMn、CrW5、GCr15淬透性、耐热性（220250）有所提高，热处理变形小，制造手用铰刀、圆板牙、丝锥、刮刀等高速钢高速钢含Cr、W、V等元素较多的合金工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2它的耐热性大大提高（540650），从而耐磨性也有所提高，强度、韧度和工艺性都较好广泛用于制造较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀和齿轮刀具等，也可用以制作车刀、刨刀等简单刀具。硬硬质质合合金金钨钴类【由WC和Co组成】以高硬度、高熔点的金属炭化物（WC、TiC等）作基体，以Co等
12、为粘结剂的粉末冶金制品YG3、YG6、YG8(数字表示含钴量的百分数)【相当于ISO标准的K类】其相对塑韧性好，但切削塑性材料时耐磨性差，Co含量少的，相对较脆、较耐磨适用于加工铸铁、青铜等脆性材料钨钴钛类【由WC、TiC和Co组成】YT5、YT15、YT30(数字表示TiC含量的百分数)【相当于ISO标准的P类】其耐热性，耐磨性均优于YG类，但韧性较差。TiC含量愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。适用加工一般钢件钨钛钽（铌）钴类【由WC、TiC、TaC（NbC）和Co组成】YW1、YW2【相当于ISO标准的M类】兼有YG、YT类的大部分优良性能，被称为通用合金，但价高既可加工铸铁也可加工
13、钢，适合耐热钢、高锰钢和不绣钢的加工陶陶 瓷瓷 材材 料料它通常制成刀片陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热性高，许用的切削速度较高，且价廉，它的主要缺点是性脆，怕冲击，抗弯强度低，在加入各种金属元素制成“金属陶瓷”后，其抗弯强度可大大提高可用于切削高硬度等难加工材料的精加工3 3其他新型刀具材料简介其他新型刀具材料简介 高硬度、高强度、高韧性、高耐热性等难加工材料的不断增多，要求刀具材料也不断改进与创新，而且新材料的引入和原有材料的改进是刀具改革的根本方向。（1 1）高速钢的改进）高速钢的改进 为了提高高速钢的硬度个耐热性，可在高速钢中添加新的元素。（2 2）硬质合金的改进）硬质合金的改进 硬质合
14、金的缺点是强度和韧度低，对冲击和振动敏感，改进方法是添加合金元素和细化晶粒等。（3 3）人造金刚石）人造金刚石 人造金刚石硬度极高，除了可以加工硬度高而且耐磨的一直合金、陶瓷、玻璃外，还能加工有色金属及其合金但不宜与加工铁族金属，由于铁和碳原子亲和力较强，易产生粘结作用加快刀具磨损。（4 4）立方氮化硼（）立方氮化硼（CBNCBN）也是人工合成的一种高硬度材料，硬度仅次于金刚石，它的切削性能好，不但 才能加工非铁族难加工的材料，也适用于铁族材料的加工。二、刀具角度二、刀具角度以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。1 1刀具切削部分的
15、组成刀具切削部分的组成 外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀尖外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀尖组成（图组成（图2-22-2）。）。（1 1）前刀面前刀面刀具上切屑流过的表面（）。（2 2）后刀面）后刀面刀具上与过渡表面相对的是主后刀面主后刀面()。与已加工表面相对的是副后刀面副后刀面()。（3 3）切削刃）切削刃前刀面与主后刀面相交 形成的交线称为主切削刃（主切削刃（），），它完成主要的切削工作。前刀面与 副后刀面相交形成的是副切削刃副切削刃(S)(S)它完成部分的切削工作，并最终形成 己加工表面。（4 4）刀尖）刀尖主、副切削刃的连接部位。主、副切削刃的连接部位。ArAsA2 2车
16、刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 （1 1）刀具静止参考系选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。基面基面:过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面（Pr）；切削平面切削平面:过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面，主切削平面（Ps），副切削平面（Ps）；正交平面正交平面:过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面（Po）；假定工作平面假定工作平面:过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面（Pf）。（2 2）车刀的主要标注角度及选择要点）车刀的主要标注角度及选择要点(在车刀设
17、计、制造、刃磨和测量时，在车刀设计、制造、刃磨和测量时，必须确定的角度必须确定的角度)前角前角:前刀面与基面之间的夹角。增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负（如图）的区分。后角后角:主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。主偏角主偏角 rr:主切削刃和假定进给方向在基面（Pr）上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑断面形状和切削分力的大小。有时主偏角也根据工件加工形状来定。副偏角副偏角 r r:副切削刃和假定进给的相反方向在基面Pr上投影的夹角。副偏角的
18、主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度（如图）刃倾角刃倾角ss:在主切削平面（Ps）里测量的主切削刃与基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分（如图）。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。选择刀具几何角度时，应遵循“锐字当先，锐中求固”原则。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小”的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。（3 3）车刀的工作角度）车刀的工作角度是在工作参考系中定义的角度。是在工作参考系中定义的角
19、度。刀尖安装高低的影响刀尖安装高低的影响 车外圆时若刀尖高于工件的回转轴线（图a），则工作前角oeo工作后角oeo；若刀尖低时（图c）则反之。刀杆中心线安装偏斜的影响刀杆中心线安装偏斜的影响 当刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化（下左图）。图112 横向进给对前角和后角的影响 进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响 通常进给量不大时，角度的变化常可忽略，但在快速切断和车丝杆、蜗杆和多头螺纹时，必须考虑进给运动对工作角度的变化。三、刀具结构三、刀具结构 车刀按结构分类，有整体式、焊接式、机夹式和可转位式四种型式（见图）。（它们的特点与常用场合见表2。）名名
20、称称特特 点点适适 用用 场场 合合整体式整体式用整体高速钢制造用整体高速钢制造,刃口较锋利刃口较锋利,但价高的刀具材料消耗较大但价高的刀具材料消耗较大小型车床或加工有色金属小型车床或加工有色金属焊接式焊接式焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上,结构紧凑结构紧凑,刚性好刚性好,灵活性大。灵活性大。但硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹但硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹各类车刀各类车刀机夹式机夹式避免了焊接式的缺陷避免了焊接式的缺陷,刀杆利用率高。刀片可集中精确刃磨刀杆利用率高。刀片可集中精确刃磨,使用使用灵活。但刀具设计制造较为复杂灵
21、活。但刀具设计制造较为复杂外圆、端面、镗孔、割断、螺纹外圆、端面、镗孔、割断、螺纹车刀。大刃倾角、小后角刨刀等车刀。大刃倾角、小后角刨刀等可转位式可转位式不焊接、刃磨不焊接、刃磨,刀片可快换转位刀片可快换转位,生产率高。可使用涂层刀片生产率高。可使用涂层刀片,断屑断屑效果好。刀具已标准化，方便选用和管理效果好。刀具已标准化，方便选用和管理大中型车床、特别适用自动、数大中型车床、特别适用自动、数控车床与加工中心等控车床与加工中心等一.切屑的形成及切屑种类1.切屑形成过程 切削塑性金属时，材料受到刀具的作用以后，开始产生弹性变形。随着刀具继续切入，金属内部的应力、应变继续加大。当应力达到材料的屈服
22、点时，产生塑性变形。刀具再继续前进，应力进而达到材料的断裂强度，金属材料被挤裂，并沿着刀具的前面流出而形成切屑。2.切屑的种类 a)带状切屑 b)节状切屑 c)崩碎切屑 如下图二.积屑瘤积屑瘤 在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具的前面靠近切削刃的部位粘附这一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，也成刀瘤。1.1.积屑瘤的形成积屑瘤的形成 在加工过程中，由于工件材料是被挤裂的，因此切屑对刀具的前面产生有很大的压力，并摩擦生成大量的切削热。在这种高温高压下，与刀具前面接触的那一部分切屑由于摩擦力的影响，流动速度相对减慢，形成“滞留层”。当摩擦力一旦大于材料内部晶格之间的结合力时，“滞流层”
23、中的一些材料就会粘附在刀具刀尖的前面上，形成积屑瘤。2.2.积屑瘤的作用积屑瘤的作用 优点优点：积屑瘤的硬度比原材料的硬度要高，可代替刀刃进行切削，提高了刀刃的 耐磨性；同时积屑瘤的存在使得刀具的实际前角变大，刀具变得较锋利 缺点缺点：积屑瘤的存在，在实际上是一个形成、脱落、再形成、再脱落的过程，（1）部分脱落的积屑瘤会粘附在工件表面上，（2）而刀具刀尖的实际位置也会随着积屑瘤的变化而改变，（3）同时，由于积屑瘤很难形成较锋利的刀刃，在加工中会产生一定的振动。所以这样加工后所得到的工件表面质量和尺寸精度都会受到影响。3.3.影响积屑瘤的主要因素影响积屑瘤的主要因素 由于积屑瘤是在很大的压力、强
24、烈摩擦和剧烈的金属变形的条件下产生的。因而，切削条件也必然通过这些作用而影响积屑瘤的产生、长大与消失。工件材料。工件材料。当工件材料的硬度低、塑性大时，切削过程中的金属变形大，切屑与前刀面间的摩擦系数(大于1)和接触区长度比较大。在这种条件下，易产生积屑瘤。当工件塑性小、硬度较高时，积屑瘤产生的可能性和积屑瘤的高度也减小，如淬火钢。切削脆性材料是产生积屑瘤的可能更小切削脆性材料是产生积屑瘤的可能更小。刀具前角。刀具前角。刀具前角增大，可以减小切屑的变形、切屑与前刀面的摩擦、切削力和切削热，可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。据有关资料介绍，刀具前角刀具前角o o4040时，积屑瘤产生的可能
25、就小时，积屑瘤产生的可能就小。切削速度切削速度。切削速度主要是通过切削温度和摩擦系数来影响积屑瘤的。当刀具没有负倒棱时，在极低的切削速度条件下，不产生积屑瘤。以中碳钢为例，切削速度Vc2m/min30m/min时，积屑瘤从生产到生长到最大。也即是说，切削温度为300 左右时，切屑与刀具间的摩擦系数最大，积屑瘤达到最高高度。随着切削速度相应的切削温度提高，积屑瘤的高度逐渐减小。高速切削时(Vc 120m/min)，由于切削温度很高(800以上)，切屑底层的滑移抗力和摩擦系数显著降低，积屑瘤也将消灭。所以我们日常精加工时，所以我们日常精加工时，为了达到较低的已加工表面粗糙度的办法是采用在刀具耐热性
26、允许范围内的高为了达到较低的已加工表面粗糙度的办法是采用在刀具耐热性允许范围内的高速切削，或采用低速速切削，或采用低速(Vc5m/min)(Vc5m/min)切削，以防止积屑瘤的产生，提高已加工表面切削，以防止积屑瘤的产生，提高已加工表面的质量。的质量。切削厚度。切削厚度。切塑性材料时，切削力、切屑与前刀面接触区长度都将随切削厚度的增加而增大，将增加生成积屑瘤的可能性。所以，在精加工时除选取较大的刀具前角，在避免积屑瘤的产生切削速度范围内切削外，应采用减小进给量或刀应采用减小进给量或刀具主偏角来减小切削厚度。具主偏角来减小切削厚度。4 4、积屑瘤的控制、积屑瘤的控制 （1）材料的性质材料的性质 材料的塑性越好，产生积屑瘤的可能性越大。因此对 于中、低碳钢以及一些有色金属在精加工前应对于它们进行相应的热处理，如正火或调质等，以提高材料的硬度、降低材料的塑性。（2）切削速度切削速度 当加工中出现不想要的积屑瘤时，可提高或降低切削速度，亦可以消除积屑瘤。但要与刀具的材料、角度以及工件的形状相适应。（3）冷却润滑冷却润滑 冷却液的加入一般可消除积屑瘤的出现，而在冷却液中加入润滑成分则效果更好
