機械工藝基礎08第四章12

1、陳永潔陳永潔（47章）章）機械學院機械學院手機手機話：電話：87542526E-mail:計劃 第四章(材料切削加工基礎 ） 7學時 第七章（機械加工工藝規(guī)程） 6學時 第五章（典型表面的加工）、第六章（特種加工）和總復習 5學時第四章第四章 材料切削加工基礎材料切削加工基礎第一節(jié)第一節(jié)、金屬切削加工概述、金屬切削加工概述第二節(jié)第二節(jié)、金屬切削加工的基礎理論、金屬切削加工的基礎理論第三節(jié)、切削加工的技術經(jīng)濟評價第三節(jié)、切削加工的技術經(jīng)濟評價第一節(jié)、（金屬切削加工）概述第一節(jié)、（金屬切削加工）概述提要：提要：l金屬切削加工的特點及應用金屬切削加工的特點及應用l零件的加工

2、精度和表面粗糙度零件的加工精度和表面粗糙度l切削用量及其選用（切削用量及其選用（基本概念、切削用量三要素基本概念、切削用量三要素）l切削刀具（切削刀具（類型、材料、幾何參數(shù)）類型、材料、幾何參數(shù)）4.1.1 金屬切削加工的特點及應用金屬切削加工的特點及應用 在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，加工機器零件的在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，加工機器零件的方法有多種，如鑄造、鍛造、焊接、切削方法有多種，如鑄造、鍛造、焊接、切削加工和各種特種加工等。其中加工和各種特種加工等。其中金屬切削加金屬切削加工是利用工是利用切削刀具切削刀具與工件的相對運動，從與工件的相對運動，從工件（毛坯）上工件（毛坯）上切去多余的金屬層切去多余的

3、金屬層，從而，從而獲得符合一定質量要求的零件的加工過程獲得符合一定質量要求的零件的加工過程。金屬切削加工可分為鉗工和機械加工（簡金屬切削加工可分為鉗工和機械加工（簡稱機工）兩大類。稱機工）兩大類。切削加工在機器制造中所擔負的工作量，約切削加工在機器制造中所擔負的工作量，約 占機器制造總工作量的占機器制造總工作量的40%60%40%60%。發(fā)展方向：發(fā)展方向：1 1，精密，精密精密、超精密加工精密、超精密加工2 2，高效，高效高速、超高速加工高速、超高速加工3 3，自動化和智能化，自動化和智能化 數(shù)控技術、人工智數(shù)控技術、人工智 能、能、FMSFMS、CIMSCIMS等等等等 4.1.2 零件的

4、加工精度和表面粗糙度零件的加工精度和表面粗糙度加工精度的概念：加工精度的概念： 加工精度是指工件加工后，尺寸、形狀和位置等加工精度是指工件加工后，尺寸、形狀和位置等參數(shù)的實際數(shù)值同它們絕對準確的理論數(shù)值之間參數(shù)的實際數(shù)值同它們絕對準確的理論數(shù)值之間相符合的程度相符合的程度。 相符合的程度越高，也就是說加工誤差越小，相符合的程度越高，也就是說加工誤差越小，加工精度越高。加工精度越高。加工精度主要包括加工精度主要包括尺寸精度尺寸精度、形形狀精度狀精度、位置精度位置精度表4-2 公差等級使用范圍公差等級應 用加 工 方 法IT01IT1塊規(guī)研磨IT1IT7量規(guī)研磨、珩磨、精磨IT5IT13一般配合尺

5、寸磨、拉、車、鏜、銑、鉆孔、鉸孔、粉末冶金IT2IT5特別精密零件的配合研磨、珩磨、精磨、精車、精鏜、拉IT12IT18用于非配合尺寸沖壓、鑄造、鍛造IT8IT14原材料公差粗車、粗鏜、粗銑、粗刨、鉆孔表4-3 形狀公差名稱符號含義簡介直線度零件被測要素直線（如軸線、平面交線等）與理想直線的符合程度平面度零件被測要素平面表面的凹凸不平程度園度回轉體零件的橫剖面上的實際輪廓與理想園形的符合程度園柱度園柱輪廓表面的實際形狀與理想園柱相差的程度線輪廓度零件上被測的實際輪廓線與理想輪廓線相差的程度面輪廓度零件上被測的實際輪廓面與理想輪廓面相差的程度表4-4 位置公差類別名稱符號含義簡介定向平行度零件上

6、被測要素（面或直線）與基準要素平行的程度垂直度零件上被測要素（面或直線）與基準要素垂直的程度傾斜度零件上被測要素（面或直線）與基準要素有一定的傾斜，實際傾斜的程度與理想傾斜的程度的差值定位同軸度被測回轉面的軸線與基準軸線相重合的程度對稱度被測要素（平面、軸線、直線）相對于基準要素對稱的程度位置度被測要素（點、線、面）的實際位置與理想位置偏離的程度跳動園跳動被測的回轉表面相對于以基準軸線為軸線的理論回轉面的偏離程度。根據(jù)測量方向的不同，有端面、徑向、斜向園跳動全跳動含義與園跳動相似，不同的是反映整個表面的跳動。有端面、徑向兩種粗糙度粗糙度 加工表面微觀的凹凸不平的程度 常用的評定參數(shù)： 1，輪廓

7、算術平均偏差Ra在取樣長度內，輪廓偏距絕對值的算術平均值 2，微觀不平度10點高度Rz在取樣長度內，5個最大的輪廓峰高的算術平均值和5個最大的輪廓谷深的算術平均值之和圖4-1 輪廓算術平均偏差圖4-2 微觀不平度十點高度Rayxxyp1yp2yp3yp4yp5yv5yv4yv3yv2yv1ladxxylR0| )(|1 或近似地 niiaynR1|1)(515151iivipizyyR表4-5 表面粗糙度選用舉例加工方法表面粗糙度參數(shù)(Ra/m)表面狀況應用舉例粗車、鏜、刨、鉆100明顯可見的刀痕如粗車、粗刨、切斷等粗加工后的表面25.5粗加工后的表面，焊接前的焊縫、粗鉆也壁等粗車、銑、刨、鉆

8、12.5可見刀痕一般非結合表面，如軸的端面、倒角等車、鏜、刨、銑、鉆、銼、磨、粗鉸、銑齒6.3可見加工痕跡不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外殼等的端面。緊固件的自由表面、緊固件通孔的表面等。車、鏜、刨、銑、拉、磨、銼、滾壓、銑齒、刮12點/23.2微見加工刀痕與其它零件連接，但不形成配合的表面。如箱體、外殼等的端面。車、鏜、刨、銑、拉、磨、鉸、滾壓、銑齒、刮12點/21.6看不清加工刀痕安裝直徑超過80的G級軸承的外殼孔、普通精度齒輪的齒面、定位銷孔等重要表面。車、鏜、拉、磨、立銑、滾壓、刮310點/20.8可辨加工痕跡的方向要求保證定心及配合特性的表面。如錐銷與園柱銷的表面，磨削的輪齒

9、表面、中速轉動的軸頸等。鉸、磨、鏜、拉、滾壓、刮310點/20.4微辨加工痕跡的方向要求長期保持配合性質穩(wěn)定的配合表面。如IT7級的軸、孔配合表面，精度較高的輪齒表面等。布輪磨、磨、研磨、超級加工0.2不可辨加工痕跡的方向工作時受變應力作用的重要零件的表面。保證零件的疲勞強度、防腐性和耐久性，并在工作時不破壞配合性質的表面。布輪磨、磨、研磨、超級加工0.2不可辨加工痕跡的方向工作時受變應力作用的重要零件的表面。保證零件的疲勞強度、防腐性和耐久性，并在工作時不破壞配合性質的表面。超級加工0.1暗光澤面工作時承受較大變應力作用的重要零件的表面。保證精確定心的錐體表面等0.05亮光澤面保證高度氣密性

10、接合的表面。如活塞、柱塞和汽缸內表面等0.025鏡狀光澤面高壓柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面等精密表面0.012霧狀光澤面儀器的測量表面和配合表面，尺寸超過100的塊規(guī)工作面0.008鏡面塊規(guī)的工作表面，高精度測量儀器的測量面及其磨擦機構的支承表面4.1.3 切削用量及其選用切削用量及其選用4.1.3.1 4.1.3.1 幾個術語幾個術語 切削運動切削運動刀具與工件之間的相對運動，即為刀具與工件之間的相對運動，即為切削運動切削運動 主運動主運動主運動是切下切屑所需要的最基本主運動是切下切屑所需要的最基本的運動，其特點是速度高、消耗功率大的運動，其特點是速度高、消耗功率大 進給運動進給運動是使金

11、屬層不斷投入切削，從而是使金屬層不斷投入切削，從而獲得所需幾何特性的已加工表面的運動。其特點獲得所需幾何特性的已加工表面的運動。其特點是速度較低、消耗功率小是速度較低、消耗功率小 舉例說明舉例說明車削、銑削、刨削、鉆削車削、銑削、刨削、鉆削4.1.3.2 切削要素（切削用量三要素）切削要素（切削用量三要素）圖4-4 車削時的切削要素待加工表面加工表面已加工表面apraphDbD幾個術語：幾個術語：已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工表面切削速度，進給量，背吃刀量切削速度，進給量，背吃刀量 稱為稱為切削用量三要素切削用量三要素，其數(shù)值的大小反映了切削運動的快慢和刀具切入其數(shù)值的大

12、小反映了切削運動的快慢和刀具切入工件的深淺工件的深淺，它們對切削過程的影響很大。它們對切削過程的影響很大。它們的定義和計算方法如下：它們的定義和計算方法如下：1，切削速度切削速度v vc c切削刃上選定點相對于工件主運動切削刃上選定點相對于工件主運動的瞬時速度，單位為的瞬時速度，單位為m/sm/s（m/min)m/min)。 若主運動為旋轉運動（車、銑等等），切削速度若主運動為旋轉運動（車、銑等等），切削速度一般為其最大線速度。計算公式為（見黑板）：一般為其最大線速度。計算公式為（見黑板）：2 2、進給量進給量f f 工件或刀具運動的一個循環(huán)（或單工件或刀具運動的一個循環(huán)（或單位時間）內，刀具

13、在進給方向上相對工件的位移位時間）內，刀具在進給方向上相對工件的位移量?？捎玫毒呋蚬ぜ哭D或每行程的位移量來表量?？捎玫毒呋蚬ぜ哭D或每行程的位移量來表述和度量。常用單位是述和度量。常用單位是mm/rmm/r或或mm/str.mm/str.舉例：舉例：車、銑、刨車、銑、刨3 3、背吃刀量背吃刀量已加工表面和待加工表面之間的垂已加工表面和待加工表面之間的垂直直距離距離關于切削層參數(shù)關于切削層參數(shù) 切削厚度切削厚度h hD D 刀具或工件每移動一個進給量的刀具或工件每移動一個進給量的距離后，刀具切削刃相鄰兩個位置間的垂直距離，距離后，刀具切削刃相鄰兩個位置間的垂直距離，單位為單位為 切削寬度切削寬

14、度b bD D 沿主切削刃所量得的待加工表面沿主切削刃所量得的待加工表面與已加工表面間的距離，即切削刃與工件接觸的與已加工表面間的距離，即切削刃與工件接觸的長度，單位為長度，單位為。 切削面積切削面積A AD D 垂直于主運動方向上切削層的截垂直于主運動方向上切削層的截面面積，即背吃刀量和進給量的乘積，或切削寬面面積，即背吃刀量和進給量的乘積，或切削寬度與切削厚度的乘積度與切削厚度的乘積 4.1.3.3 4.1.3.3 切削用量的選擇原則切削用量的選擇原則 粗加工時的選擇原則：粗加工時的選擇原則： （補充講一點三因素公式）（補充講一點三因素公式）1，首先選盡可能大的背吃刀量，首先選盡可能大的背

15、吃刀量2，其次選盡可能大的進給量，其次選盡可能大的進給量3，計算切削速度，計算切削速度4.1.4 切削刀具切削刀具4.1.4.1 刀具的分類（刀具的分類（139）按用途分：車刀、銑刀、刨刀、拉刀等等按用途分：車刀、銑刀、刨刀、拉刀等等按材料分：硬質合金、高速鋼和陶瓷等等按材料分：硬質合金、高速鋼和陶瓷等等按結構分：焊接式刀具和機夾式刀具等等按結構分：焊接式刀具和機夾式刀具等等按用途分按用途分各種車刀按用途分按用途分各種銑刀按用途分按用途分鉆頭按用途分按用途分拉刀按用途分按用途分鉸刀按用途分按用途分齒輪刀具（滾刀）按用途分按用途分齒輪刀具（剃齒刀）按結構分按結構分機夾可轉位刀具按結構分按結構分焊

16、接式車刀4.1.4.2 4.1.4.2 刀具材料（刀具材料（p139p139） 1 1，刀具材料應該具備的基本性能，刀具材料應該具備的基本性能 硬度硬度必須大于工件材料的硬度，以便刀具能切入必須大于工件材料的硬度，以便刀具能切入工件。常溫下，刀具材料的硬度一般要求在工件。常溫下，刀具材料的硬度一般要求在60HRC60HRC以上以上 足夠的足夠的強度和韌度強度和韌度，以便承受切削力和切削時的，以便承受切削力和切削時的沖擊。沖擊。 高的高的耐磨性耐磨性，使刀具有足夠長的壽命，以滿足加，使刀具有足夠長的壽命，以滿足加工的需要。工的需要。 高的高的耐熱性耐熱性。在高溫下刀具仍有足夠的硬度和耐。在高溫下

17、刀具仍有足夠的硬度和耐磨性，以保持切削的連續(xù)進行磨性，以保持切削的連續(xù)進行 2，常用的刀具材料常用的刀具材料 碳素工具鋼，合金工具鋼，碳素工具鋼，合金工具鋼，高速鋼，硬質合金高速鋼，硬質合金表4-6 刀具材料主要性能表種類硬度承受最高溫度（）抗彎強度MN/工藝性能用途碳素工具鋼6066HRC(81.584.5HRA)20025002800可冷熱加工成形，刃刃性能好，需熱處理用于手動工具，如鋸條、銼刀等合金工具鋼6066HRC(81.584.5HRA)25030025002800同上用于低速、成形刀具，如絲錐、板牙等高速工具鋼6370HRC(8387HRA)55060025004500同上，但鋇

18、類差用于鉆頭、銑刀、車刀等硬質合金8994HRA800100010002500壓制燒結后使用，不能冷熱加工，多鑲片使用用于車刀刀頭、銑刀等陶瓷材料94HRA9001200500700同上車刀刀頭，適于連續(xù)刀削立方氮化硼80009000H制燒結而成，可用金剛石砂輪磨削硬度、強度極高的材料精加工，在空氣中10001100極保持穩(wěn)定金剛石10000HV700800300用天然金剛石刃磨極因難有色金屬的高精度、高光潔度切削高速鋼和硬質合金高速鋼和硬質合金1 1）高速鋼（白鋼）高速鋼（白鋼 鋒鋼？）鋒鋼？） 類型：類型：按制造工藝：粉末冶金高速鋼、冶煉高速鋼按制造工藝：粉末冶金

19、高速鋼、冶煉高速鋼按性能：普通高速鋼按性能：普通高速鋼 、 高性能高速鋼高性能高速鋼按成分：鎢系按成分：鎢系 （典型牌號（典型牌號 W18CW18Cr r4V4V） 鉬系鉬系 （典型牌號（典型牌號 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2） 性能特點：性能特點：優(yōu)點：強度和韌性好，工藝性和經(jīng)濟性好優(yōu)點：強度和韌性好，工藝性和經(jīng)濟性好缺點：硬度、耐磨性及耐熱性差缺點：硬度、耐磨性及耐熱性差用途廣泛用途廣泛，可以加工各種金屬和非金屬材料，可以加工各種金屬和非金屬材料可以用于制造各種成型刀具，如各種螺紋刀具，各可以用于制造各種成型刀具，如各種螺紋刀具，各種齒輪刀具，各種銑刀、鉆頭和拉刀等等。種齒輪刀

20、具，各種銑刀、鉆頭和拉刀等等。能耐能耐600度以下高溫，速度范圍小于度以下高溫，速度范圍小于30m/min2) 硬質合金硬質合金性能特點：性能特點：優(yōu)點：硬度、耐磨性及耐熱性好優(yōu)點：硬度、耐磨性及耐熱性好缺點：強度和韌性差，工藝性和經(jīng)濟性差缺點：強度和韌性差，工藝性和經(jīng)濟性差組織結構：硬質相（組織結構：硬質相（WC,TiC,TaC,NbC)粘接相粘接相 (Co,Mo,Ni)類型和牌號：（我國原來按組織和成份）類型和牌號：（我國原來按組織和成份）YG,YT和和YW類類 YGYG鑄鐵，有色金屬，非金屬材料鑄鐵，有色金屬，非金屬材料 YG3,YG6,YG8YG3,YG6,YG8 YTYT鋼鋼 YT5

21、,YT15,YT30YT5,YT15,YT30 YW-YW-難加工材料，不銹鋼等等難加工材料，不銹鋼等等 YW1,YW2YW1,YW2國際標準化組織國際標準化組織ISOISO的分類方法：的分類方法：按用途分：按用途分：P P加工長切屑的黑色金屬加工長切屑的黑色金屬K K加工短切屑的黑色金屬，有色金屬和非金屬材料加工短切屑的黑色金屬，有色金屬和非金屬材料M-M-難加工材料（不繡鋼，高溫合金等等）難加工材料（不繡鋼，高溫合金等等） 近幾年又細分近幾年又細分P（鋼）（鋼）K-K,K-H（淬硬材料）（淬硬材料）,K-N（鋁鋁和非金屬）和非金屬）M-M（不銹鋼）（不銹鋼）,M-S（高溫合金和鈦合金）（高

22、溫合金和鈦合金）即分為即分為6類：類：P、M、K、S、H和和N硬質合金著名制造商硬質合金著名制造商 株洲硬質合金廠（株洲硬質合金集團公司）株洲硬質合金廠（株洲硬質合金集團公司） 自貢硬質合金廠（自貢硬質合金有限公司）自貢硬質合金廠（自貢硬質合金有限公司） 廈門金鷺特種合金有限公司廈門金鷺特種合金有限公司 崇義章源鎢制品有限公司崇義章源鎢制品有限公司 Sandvik（瑞典）瑞典） Kennametal（美國）（美國） Iscar（以色列）（以色列） 東芝東芝 住友住友 三菱三菱4.1.4.34.1.4.3刀具的幾何形狀及參數(shù)刀具的幾何形狀及參數(shù)問題的簡化：問題的簡化： 刀具的種類很多，用途不同結

23、構各異，但是，它們有共同的特點，其刀具的切削部分可以簡化成車刀（見下圖）。因此，我們后面講述刀具的幾何參數(shù)時，是以平刀面、直線刃的外圓車刀為例，其它的刀具類推不同的刀具的切削部分可以簡化成一把車刀不同的刀具的切削部分可以簡化成一把車刀圖4-5 刀具的切削部分1 1，車刀的組成（刀具切削部分幾何要素），車刀的組成（刀具切削部分幾何要素）刀桿前刀面副切削刃刀尖副后刀面主后刀面主切削刃圖4-6 外園車刀2、車刀切削部分的幾何參數(shù)（刀具角、車刀切削部分的幾何參數(shù)（刀具角度）度）l角度的作用角度的作用1 1）描述刀具的形狀）描述刀具的形狀2 2）描述刀具相對于工件的位置和運動）描述刀具相對于工件的位置和

24、運動l兩種角度：兩種角度：標注角度和工作角度標注角度和工作角度（例子見黑板）（例子見黑板）標注角度及其參考系標注角度及其參考系 為了給定刀具的標注角度，需要建立一個參考系，用于給定刀具標注角度的參考系稱為刀具的標注角度參考系。簡歷刀具的標注角度參考系要考慮的問題： 1 1，要便于定義便于使用，要便于定義便于使用 2 2，所定義的標注角度要盡量和工作角度接，所定義的標注角度要盡量和工作角度接近近刀具的標注角度參考系刀具的標注角度參考系正交平面參考系正交平面參考系（主剖面參考系）（主剖面參考系）基面基面通過主切削刃上選定點，與該點通過主切削刃上選定點，與該點( (假定假定）切削速度方向垂直的平面）

25、切削速度方向垂直的平面 切削平面切削平面過主切削刃上選定點，與主切削過主切削刃上選定點，與主切削刃相切，且垂直于基面的平面刃相切，且垂直于基面的平面 正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）-過主切削刃上選定點，過主切削刃上選定點，同時與基面和切削平面都垂直的平面同時與基面和切削平面都垂直的平面 基面主切削平面正交平面v圖4-7刀具參考坐標系的平面標注角度（標注角度（6 6個）個）前角前角前刀面與基面之間的夾角，在正交平前刀面與基面之間的夾角，在正交平面中測量。面中測量。后角后角主后刀面與主切削平面之間的夾角，主后刀面與主切削平面之間的夾角，在正交平面中測量在正交平面中測量 。副后角副后角副后刀面

26、與副刀刃切削平面之間的副后刀面與副刀刃切削平面之間的夾角，在副刀刃正交平面中測量。夾角，在副刀刃正交平面中測量。主偏角主偏角主切削平面與假定工作平面間的夾主切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面中測量。角，在基面中測量。副偏角副偏角副切削刃與假定工作平面間的夾角，副切削刃與假定工作平面間的夾角，在基面中測量。在基面中測量。刃傾角刃傾角主切削刃與基面間的夾角。在主切主切削刃與基面間的夾角。在主切削平面中測量削平面中測量。 向向圖4-8 車刀的主要角度3 3、刀具的工作角度及影響刀具工作角度的因、刀具的工作角度及影響刀具工作角度的因素素 刀具的工作角度參考系刀具的工作角度參考系正交平面參考系正交平面參考系基面基面通過主切削刃上選定點，與該點合成切通過主切削刃上選定點，與該點合成切削速度方向垂直的平面削速度方向垂直的平面 切削平面切削平面過主切削刃上選定點，與主切削刃相切，過主切削刃上選定點，與主切削刃相切，且垂直于基面的平面且垂直于基面的平面 正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）-過主切削刃上選定點，同時過主切削刃上選定點，同時與基面和切削平面都垂直的平面與基面和切削平面都垂直的平面工作角度工作角度前角前角前刀面與基面之間的夾角，在正交平面中測量。前刀面與基面之間的夾角，在正交平面中測量。后角后角主后刀面與主切削平面之間的夾角，在正交平面中測主后刀面與主