第五章(金屬切削加工)

第五章金屬切削加工金屬切削加工：鉗工：手持工具劃線、鋸、銼、刮、鉆孔┅┅機械加工：操作機械車、銑、刨、磨、鏜┅┅5.1概述

一、加工質(zhì)量尺寸精度：IT01、IT0、IT1……IT18形狀精度：O、/O/位置精度：//加工質(zhì)量加工精度表面粗糙度表6-1表6-2二、切削運動和切削用量1．切削表面

3212．切削運動

3．切削用量切削用量包括切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量，稱為切削用量三要素。Ⅰ．切削速度m/min或m/s。主運動為旋轉(zhuǎn)運動時主運動為住復(fù)運動時式中L——往復(fù)運動行程長度(mm)；

nr——主運動每分鐘的住復(fù)次數(shù)(住復(fù)次數(shù)/min)Ⅱ．進(jìn)給速度、進(jìn)給量進(jìn)給速度（feedspeed）vfmm/s或mm/min進(jìn)給量（feedperrevolution）mm/r或mm/dst.進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系：vf=fnⅢ.背吃刀量（backengagement）

背吃刀量（backengagement）ap是指在通過切削刃基點并垂直于工作平面的方向上測量的吃刀量，其單位為mm。即工件已加工表面與待加工表面間的垂直距離，對于外圓切削：5．2

切削刀具一、刀具的幾何形狀外圓車刀切削部分的組成：三面、兩刃、一尖。（一）刀具切削部分的組成前面

主后面副后面主切削刃

副切削刃

刀尖（二）參考平面(1)切削平面通過主切削刃上某一點并與工件過渡表面相切的平面。(2)基面通過主切削刃上某一點并與該點切削速度方向相垂直的平面。(3)正交平面通過主切削刃上某一點并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面三者共同組成標(biāo)注刀具角度的正交平面參考系。正交平面參考系（三）刀具的標(biāo)注角度-前角（1）前角γ0

在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分。前角越大，刀具越鋒利，但太大會削弱刀頭堅固性，一般取10o～25o

（三）刀具的標(biāo)注角度－后角（2）后角α0

在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。一般取6o～12o（三）刀具的標(biāo)注角度－主偏角、副偏角（3）主偏角在基面內(nèi)測量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動方向的夾角。主偏角一般為正值。30o～90o

（4）副偏角在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向反方向的夾角。副偏角一般為正值。5o～10o二、刀具材料1．對刀具材料的性能要求：（1）較高的硬度。（2）良好的耐磨性。（3）良好的耐熱性。（4）足夠的強度和韌性。（5）良好的工藝性。2．常用刀具材料的性能和用途（1）碳素工具鋼制造切削速度低的簡單手動工具（2）合金工具鋼制造低速加工和要求熱處理變形小的刀具（3）金屬陶瓷和金剛石目前主要用于難加工材料的精加工在近代切削加工中，高速鋼和硬質(zhì)合金互相補充，成為應(yīng)用最廣泛的刀具付料。（4）高速鋼又稱白鋼，鋒鋼，含有較多的W、Cr等合金元素。硬度、耐熱性和耐磨性都有顯著提高，淬火硬度為HRC62-65，耐熱性可達(dá)600℃，允許的切削速度為30-50m/min（0.5-1.08m/s），熱處理變形小，刃磨性能較硬質(zhì)合金好，廣泛用于制造各種復(fù)雜的刀具，如鉆頭，銑刀，拉刀和齒輪刀具等。（5）硬質(zhì)合金由硬度和熔點都很高的碳化鎢（WC）、碳化鈦（Tic）等金屬碳化物作基體，用鈷作粘結(jié)劑，采用粉末冶金法制成的合金，硬度可達(dá)HRA89-91（相當(dāng)于HRC74-78），耐熱性可達(dá)850-1000℃，V達(dá)100-300m/min（1.7—5m/s）?？箯潖姸?、沖擊韌性差。通常制成各種形式的刀片，將其焊接或夾固在刀體上使用。常用硬質(zhì)合金的種類和牌號(1)鎢鈷(YG)類硬質(zhì)合金其成分為WC和Co,抗彎強度較高，韌性較好，適于加工脆性金屬。又因YG類硬質(zhì)合金容易磨出銳利的刃口。所以也常用于加工有色金屬及其合金。(2)鎢鈦鈷(YT)類硬質(zhì)合金其成分為WC、TiC和Co。硬度、耐磨性和耐熱件均較YG類硬質(zhì)合金高，但抗彎強度較低，因此常用來加工鋼件。(3)鎢鈦鉭（鈮）(YW)類硬質(zhì)合金這是在YT類硬質(zhì)合金中加入少量TaC(NbC)，以細(xì)化晶粒，提高韌性和耐磨性。這類合金既可用來加工鑄鐵和有色金屬，又可加工鋼以及高溫合金等難加工材料，因此常稱為通用硬質(zhì)合金。涂層刀具

2．切削運動第9次課重點內(nèi)容第9次課重點內(nèi)容5．2

切削刀具一、刀具的幾何形狀外圓車刀切削部分的組成：三面、兩刃、一尖。326451第9次課重點內(nèi)容5.3切削加工的工藝特點一、零件表面的形成二、切削過程

1．切屑的形成及其類型由于工件材料性質(zhì)、刀具角度、切削用量的不同，切削過程中的變形情況也就不同，因而產(chǎn)生了不同類型的切屑。(1)帶狀切屑(2)崩碎切屑(3)擠裂切屑1、帶狀切屑帶狀切屑Real2.擠裂切屑擠裂切屑Real3.單元切屑單元切屑Real4.崩碎切屑崩碎切屑Real形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑切屑類型及形成條件2．切削力及切削功率

一、切削力的來源及其分解1.切削力切削力概念：金屬切削時，刀具切削入工件，使被加工材料發(fā)生變形并稱為切屑所需的力稱為切削力。切削力的來源：

總的合力F可分解為相互垂直的Fx(Ff)、Fy(Fp)

、Fz(Fc)

（3）切削力的估算

a用經(jīng)驗公式估算

CFc——與工件材料和刀具材料有關(guān)的系數(shù)；

ap——背吃力刀量mm；

f——進(jìn)給量；XFc，YFc——指數(shù)；KFC——與切削用量、刀具角度、刀具磨損及切削液有關(guān)的修正系數(shù)

b用單位切削力P來估算（4）切削功率（1）（2）（3）例：車外圓時，工件轉(zhuǎn)速為n=240r/min，切削速度vc=50m/min，測得此時電機功率為2.4kw，設(shè)計機床傳動功率為0.8，試求工件直徑和主切削力。解：已知：PE=2.4=0.8vc=50m/min=50m/60s（5）影響切削力的因素工件材料刀具角度切削用量3.切削熱和切削液（1）切削熱（2）切削溫度

（3）降低切削溫度的措施（4）切削液

1）切削液的作用：

2）切削液的分類：

注意以下兩點：第一，硬質(zhì)合金刀具由于耐熱性好，一般不用切削液。必要時，可采用低含量的乳化液或水溶液，但切削液必須連續(xù)地、充分地澆注，以免硬質(zhì)合金刀片因驟冷驟熱產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。第二，加工鑄鐵件時，一般不用切削液。因為鑄鐵本身含有大量的石墨，能起到潤滑作用；同時，因呈崩碎切屑，切削液易把切屑的某些硬質(zhì)顆粒帶至機床運動部分，增加機床磨損。但在精加工時，可采用滲透性、清洗性好的煤油。4．刀具的磨損和刀具壽命

刀具壽命（耐用度）

T=刀具壽命（耐用度）是指刀具由開始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的實際切削時間(min)，以符號t（T）表示。刀具總壽命是一把新刀從開始使用到報廢為止的切削總時間。三、切削加工性1.衡量切削加工性的指標(biāo)

a一定耐用度下的切削速度VTb相對加工性Kr,Kr=V60/(V60)j

以45鋼為基準(zhǔn)

c切削力、切削溫度、已加工表面質(zhì)量。切屑的控制，斷屑的難易程度。工件材料的切削加工性主要決定于材料的物理、力學(xué)性能。

灰鑄鐵切削加工性較好。低碳鋼切削加工性較差。高碳鋼切削加工性亦很差。中碳鋼其切削加工性比高碳鋼和低碳鋼都好。2.改善切削加工性的途徑

1)．采用熱處理高碳鋼、工具鋼——球化退火，降低硬度。熱軋中碳鋼——正火，組織與硬度均勻。低碳鋼——正火、降低塑性，提高硬度。馬氏體不銹鋼——調(diào)質(zhì)。鑄鐵件——切削加工前退火，降低表層硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。

2)．調(diào)整材料的化學(xué)成份例如，在鋼中加少量的硫、鉛、磷等元素，形成金屬夾雜物(如MnS)，在鋼中彌散分布，使之容易斷屑，刀具磨損減輕，加工表面質(zhì)量好，這類鋼稱為易切削鋼。5.3切削加工的工藝特點一、零件表面的形成二、切削過程

1．切屑的形成及其類型由于工件材料性質(zhì)、刀具角度、切削用量的不同，切削過程中的變形情況也就不同，因而產(chǎn)生了不同類型的切屑。(1)帶狀切屑(2)崩碎切屑(3)擠裂切屑

2．切削力及切削功率（1）切削力（2）切削分力a主切削力(切向力)Fc

b進(jìn)給力（軸向力）Ff

c背向力（徑向力）Fp

（4）切削功率（1）（2）（3）例：車外圓時，工件轉(zhuǎn)速為n=240r/min，切削速度vc=50m/min，測得此時電機功率為2.4kw，設(shè)計機床傳動功率為0.8，試求工件直徑和主切削力。解：已知：PE=2.4=0.8vc=50m/min=50m/60s3.切削熱和切削液切削液

1）切削液的作用：

a冷卻作用b潤滑作用c洗滌和排屑作用d防銹作用

2）切削液的分類：水溶液水加入防銹添加劑。作用以冷卻為主，主要用于粗加工。切削油這類切削液潤滑、防銹性能好，一般用于低速精加工。乳化液具有良好的冷卻作用和一定的潤滑性能。低含量的乳化液常用于粗車和磨削，高含量的乳化液用于精車和銑削等。三、切削加工性

灰鑄鐵切削加工性較好。低碳鋼切削加工性較差。高碳鋼切削加工性亦很差。中碳鋼其切削加工性比高碳鋼和低碳鋼都好。4．刀具的磨損和刀具壽命5．4

切削工藝一、機床CA6140類別（車床類）結(jié)構(gòu)特性（結(jié)構(gòu)不同）組別（落地及臥式車床組）系別（普通車床系）主參數(shù)（最大車削直徑400mm）二、車削1.車床的組成2．工件的在車床上的裝夾方法（1）常用的附件：三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、頂尖、心軸、中心架、跟刀架、花盤、彎板。（2）工件的裝夾方法：①三爪自定心卡盤裝夾：

特點：l/d4可保證一次裝夾所加工各表面間的位置精度要求。②雙頂尖裝夾：③頂尖——中心架/跟刀架特點：l/d

>10的細(xì)長軸④四爪單動卡盤

特點：4<l/d10多次調(diào)頭裝夾均可保證各表面間的位置精度要求。三、鉆削加工1．鉆孔鉆孔是用鉆頭在實體材料上加工孔。鉆孔屬粗加工，可達(dá)到的尺寸公差等級為IT11，表面粗糙度Ra值一般為12.5um。1)．麻花鉆：兩個主切削刃、兩上副切削刃、一個橫刃2)．鉆孔的工藝特點（1）容易產(chǎn)生“引偏”，減小“引偏”產(chǎn)生采取的措施：①預(yù)鉆錐形定心孔。②用鉆套為鉆頭導(dǎo)向。③刃磨時，盡量把鉆頭的兩個主切削刃刃磨得對稱一致。（2）排屑困難。（3）切削熱不易傳散。工件吸收的熱量約占52.5%，鉆頭約占14.5%，切屑約占28%，而介質(zhì)僅占5%左右。3)．鉆孔機床的選擇臺式鉆床：單件小批生產(chǎn)，中小型工件上的小孔。立式鉆床：中小型工件上直徑較大的孔。搖臂鉆床：大中型工件上的孔?；剞D(zhuǎn)體工件上的孔：多在車床上加工。在成批和大量生產(chǎn)中：鉆模、多軸鉆或組合機床進(jìn)行孔的加工。立式排鉆床萬向搖臂鉆床搖臂和主軸箱可以回轉(zhuǎn)或傾斜，使主軸可在空間任意方向都可以進(jìn)行鉆削，適用于重型機器，機車車輛，船舶和鍋爐等制造業(yè)中加工大型工件。車式搖臂鉆床的底座有車輪，可以在軌道上移動，適用于橋梁和機床等行業(yè)窄長形工件的孔加工。

2.擴孔擴孔是用擴孔鉆對工件上已有的孔進(jìn)行擴大加工，提高孔的精度和減小表面粗糙度Ra值。擴孔的公差等級為IT10～I(xiàn)T9，表面粗糙度Ra值為6.3～3.2um，屬于半精加工。擴孔鉆與麻花鉆在結(jié)構(gòu)上相比有以下特點：1)．剛性較好。2)．導(dǎo)向性較好。3)．切削條件較好。在一定程度上可校正原孔軸線的偏斜。3、鉸孔鉸孔是在擴孔或半精鏜的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是孔的精加工方法。公差等級為IT8～I(xiàn)T6，表面粗糙度Ra值為1.6～0.4um。提高工件的尺寸精度和形狀精度，但不能提高孔的位置精度。鉆一擴一鉸是生產(chǎn)中典型的孔加工方案。四、鏜孔鏜孔是位置精度要求嚴(yán)格的箱體上的孔系加工，可在車床、鏜床或銑床上進(jìn)行。鏜孔可分粗鏜、半精鏜和精鏜。另外孔加工還有拉孔、磨孔磨孔是孔的精加工方法，尺寸公差等級：IT8～I(xiàn)T6，Ra：1.6～0.4um。磨孔主要用于不宜或無法進(jìn)行鏜削、鉸削或拉削的高精度的孔以及淬硬孔的精加工。拉孔是孔進(jìn)行精加工，尺寸公差等級為IT8～I(xiàn)T7，Ra值為0.8～0.4um。五、刨削刨削加工的尺寸公差等級一般為IT9～I(xiàn)T7，Ra值為6.3～1.6um。用寬刀進(jìn)行精刨，表面粗糙度Ra值為1.6～0.8um。牛頭刨床是由滑枕帶著刀架作直線往復(fù)運動龍門刨床由工作臺帶著工件通過龍門框架作直線往復(fù)運動六、銑削銑削加工公差等級可達(dá)IT9~IT7，表面粗糙度Ra值可達(dá)6.3~1.6um。銑削平面的工藝特點：(1)銑刀是多齒刀具，切削過程不平穩(wěn)，容易產(chǎn)生振動，Ra較大。(2)刀齒的散熱條件好。但切入和切出有熱和力的沖擊，加速刀具的磨損，甚至引起硬質(zhì)合金刀片的碎裂。(3)銑削加工的應(yīng)用范圍廣。(4)銑平面比刨平面的生產(chǎn)率高。轉(zhuǎn)盤銑床

七、磨削縱磨法

橫磨法

精密萬能外圓磨床平面磨床定梁龍門磨床

5.5特種加工不象機械加工那樣主要依靠機械能來切除被加工材料，而是直接利用電能、化學(xué)能、光能及聲能等進(jìn)行加工。利用能源：電能、化學(xué)能、光能及聲能等；工具材料：硬度可以比工件材料的硬度低；切削力：加工時一般沒有明顯的切削力；切削速度：加工去除工件材料的速度比切削加工低。一、電火花加工（EDM）利用脈沖放電對導(dǎo)電材料的腐蝕作用去除材料，以獲得一定形狀和尺寸的一種加工方法。二、電解加工（ECM）電解加工：以電化學(xué)陽極溶解的方式來實現(xiàn)對工件進(jìn)行加工的。

三、超聲波加工（USM）聲波：人耳能感受到，16-16000Hz四、激光加工利用激光的亮度高、方向性強、單色性好的相干光，光束的發(fā)散角不超過0.1，在理論上聚焦到尺寸與光波波長相近的小斑點上，其焦點處的功率密度要達(dá)108-1010w/cm2，溫度可高達(dá)萬度左右的特點，使任何材料均在瞬間被急劇熔化和氣化，并通過所產(chǎn)生的強烈的沖擊波被噴發(fā)出去。五、電子束加工（EBM）利用高速電子的沖擊動能對材料進(jìn)行加工。一、概述

機械加工工藝過程是指用機械加工方法，按一定順序逐步改變毛坯的形狀尺寸和表面質(zhì)量，使之成為合格零件的全過程。5.6機械加工工藝過程1．機械加工工藝過程的組成機械加工工藝過程由一系列工序組成。工序：一個（或一組）工人在一臺機床（或一個工作地點）上，對一個（或同時幾個）工件進(jìn)行連續(xù)加工所完成的那一部分工藝過程。2．生產(chǎn)類型3．機械加工工藝規(guī)程

將產(chǎn)品或零部件的制造工藝過程的所有內(nèi)容用圖、表、文字的形式規(guī)定下來的工藝文件匯編稱為工藝規(guī)程。

工藝規(guī)程的作用技術(shù)的儲備和交流組織、管理和指導(dǎo)生產(chǎn)各項生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的技術(shù)依據(jù)機械加工工藝規(guī)程的格式

工藝過程卡片機械加工工藝卡片

機械加工工序卡片4．制訂機械加工工藝規(guī)程的步驟及內(nèi)容

1)研究圖樣。

2)確定毛坯。

3)選擇定位基準(zhǔn)。

4)擬定工藝路線。這是制訂工藝規(guī)程的核心。其主要內(nèi)容是：選擇加工方法、劃分加工階段，合理安排各表面的加工順序等。在擬定工藝路線則、一般需要提出幾個方案進(jìn)行分析比較，確定一個最佳方案。

5)確定各工序所采用的設(shè)備。

6)確定各工序所需要的刀具、夾具、量具和輔助工具，即選擇上藝裝備。

7)確定加工余量，計算工序尺寸。

8)確定切削用量和工時定額。

9)填寫工藝文件。二、零件的結(jié)構(gòu)工藝性在具體設(shè)計零件結(jié)構(gòu)時，除滿足使用要求外，通常還應(yīng)注意以下幾方面的因素。

1)零件加工表面的幾何形狀應(yīng)盡量簡單。2)盡量減少加工勞動量。3)便于安裝、加工和測量。其主要目的是減少消耗，保證質(zhì)量。零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

1.退刀槽零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

1.退刀槽零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

1.退刀槽零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

1.退刀槽零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

1.退刀槽螺紋、內(nèi)槽、雙齒輪及磨削加工時需要設(shè)計退刀槽零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

2.進(jìn)退刀零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

2.進(jìn)退刀零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

2.進(jìn)退刀進(jìn)退刀要安全：足夠的進(jìn)退刀空間、孔進(jìn)口與出口設(shè)計成平臺零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

3.減少輔助時間（減少刀具種類和換刀次數(shù)）零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

3.減少輔助時間（減少刀具種類和換刀次數(shù)）零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

3.減少輔助時間（減少安裝次數(shù)）零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

3.減少輔助時間（減少安裝次數(shù)或調(diào)刀次數(shù)）盡量減少輔助時間：槽、孔、凸臺設(shè)計成同一尺寸，同一方向零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

4.減少加工面積零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

5.定位零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

5.定位零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

6.便于加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

6.便于加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

6.便于加工盡量避免深孔加工、腔體內(nèi)加工、內(nèi)表面加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性總結(jié)盡量避免深孔加工、腔體內(nèi)加工、內(nèi)表面加工螺紋、內(nèi)槽、雙齒輪及磨削加工時需要設(shè)計退刀槽進(jìn)退刀要安全：足夠的進(jìn)退刀空間、孔進(jìn)口與出口設(shè)計成平臺減少加工面積定位可靠盡量減少輔助時間：槽、孔、凸臺設(shè)計成同一尺寸，同一方向練習(xí)零件結(jié)構(gòu)的裝配工藝性

三、工藝路線的擬定1.加工方法的選擇

(1)經(jīng)濟加工精度和表面粗糙度經(jīng)濟加工精度：在正常加工條件下（采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級的工人，不延長加工時間）所能保證的加工精度。(2)典型表面的加工路線

實際選擇加工方法時，應(yīng)考慮到被加工零件的結(jié)構(gòu)形狀，尺寸大小，零件材料的性質(zhì)，生產(chǎn)類型以及工廠的現(xiàn)有條件。

2．工序順序的安排

(1)加工階段的劃分劃分加工階段的好處是：1)易于保證加工質(zhì)量2)能夠提高生產(chǎn)率3)利于合理使用設(shè)備4)便于安排熱處理工序必須指出，劃分加工階段并不是絕對的。在實際生