机械制造基础之切削加工.ppt

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1、1,第八讲,一、内容 1、切削加工概述 2、切削机床与切削运动 二、习题 1、名词解析：机械加工、切削运动、主运动、进给运动、切削速度、进给量、背吃刀量、粗加工、半精加工、精加工、精密加工、超精密加工。 2、切削加工主要具有哪些特点？ 3、机床由哪几个主要部分组成？ 4、齿轮传动的优点有哪些？ 5、机械传动的优缺点有哪些？ 6、液压传动的优缺点有哪些？ 7、对刀具材料的基本要求有哪些？,2,第六章切削加工 第一节 切削加工概述 一、切削加工的分类、特点、应用及发展方向 1切削加工的分类 切削加工是利用切削刀具从工件毛坯上切除多余的材料，以获得具有一定形状、尺寸、精度和表面粗糙度的零件的加工方法

2、。 目前，机械零件除了少数是利用精密铸造、精密锻造、粉末冶金等无屑加工方法获得，大多数零件还是靠切削加工的方法来完成。因此，切削加工在机械制造中占有重要的地位。,3,切削加工可分为机械加工和钳工两部分。 （1）机械加工又称（机加工、冷加工），是通过人工操纵机床设备来实现的。 主要有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、磨削及齿轮加工等。 所用的机床分别为车床、钻床、镗床、铣床、刨床、磨床及齿轮加工机床等。 （2）钳工是在平台上手持工具 来进行切削加工。 主要加工有画线、錾切、锯割、锉削、刮削、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套丝、机械装配和设备修理等。 对于有些加工工艺过程，例如钻孔和绞孔，机械加工和钳工并

3、没有明显的界限，两者均可进行。 目前，随着加工技术的发展和自动化程度的提高，钳工中的某些工种已逐渐实现机械化和自动化，而且这种替代将会愈来愈多。但在机器装配和修理等工艺过程中，钳工比机械加工更为灵活、方便和经济，并容易保证产品的质量，所以钳工加工具有独特的价值，是切削加工中不可缺少的一部分。,4,2切削加工的特点和作用 切削加工主要具有如下特点： (1)切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛，且可获得很高的加工尺寸精度和表面粗糙度精度精度。 目前，切削加工的尺寸公差等级为ITl2一IT3，甚至更高；表面粗糙度Ra值为0.008-25 m。 (2)切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的范围较大。

4、切削加工多用于金属材料的加工，如各种碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及其合金等，也可用于某些非金属材料的加工，如石材、木材、塑料和橡胶等。 对于零件的形状和尺寸一般不受限制，只要能在机床上实现装夹，大都可进行切削加工。 可加工常见的各种型面，如外圆、内圆、锥面、平面、螺纹，齿形及空间曲面等。 切削加工零件重量的范围很大，重的可达数百吨，如葛洲坝一号船闸的闸门，高30余米，重600 t；轻的只有几克，如微型仪表零件。,5,(3)切削加工的生产率较高。 在常规条件下，切削加工的生产率一般高于其他加工方法。只是在少数特殊场合，其生产率低于精密铸造、精密锻造和粉末冶金等方法。 (4)切削过程中存在切削力。

5、 刀具和工件均须具有一定的强度和刚度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度。 在现代机械制造中，目前除少数采用精密铸造、精密锻造以及粉末冶金和工程塑料压制成形等方法直接获得零件外，绝大多数机械零件要靠切削加工成形。因此，切削加工在机械制造业中占有十分重要的地位，目前占机械制造总工作量的40一60左右。 因为上述第四个特点，限制了切削加工在细微结构和高硬高强等特殊材料加工方面的应用，从而给特种加工留下了生存和发展的空间。,6,3切削加工的发展方向 随着科学技术和现代工业日新月异的飞速发展，切削加工正朝着高精度、高效率、自动化、柔性化和智能化方向发展，主要体现在以下三方面： (1)加工设备朝着数

6、控技术、精密和超精密、高速和超高速方向发展。据预测到2l 世纪初，数控技术、精密和超精密加工技术将进一步普及和应用。普通加工、精密加工和超精密加工的精度可分别达到1 m ，001 m ，和0001 m(即1nm)，向原子级加工靠近。 (2)刀具材料朝着超硬刀具材料方向发展。目前我国常用刀具材料是高速钢和硬质合金，预计2l世纪是超硬刀具材料的应用时代，陶瓷、聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬材料将被普遍应用于切削刀具，使切削速度可高达每分钟数千米。 (3)生产规模由目前的小批量、单品种、大批量，向多品种、变批量的方向发展；生产方式由目前的手工操作、机械化、单机自动化、刚性流水

7、线自动化向柔性自动化和智能自动化方向发展。,7,2l世纪的切削加工技术必将面临未来自动化制造环境的一系列新的挑战，它必然要与计算机、自动化、系统论、控制论及人工智能、计算机辅助设汁与制造(CADCAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等高新技术及理论相融合。向着精密化、柔性化、智能化方向发展，并由此推动其他各新兴学科在切削理论和技术中的应用。,8,二、零件的种类与组成 1零件的种类 机械加工的具体对象是组成机械产品的各种零件，机械零件随着其功能、结构、形状、尺寸和精度等具体因素的不同而千变万化；但是从结构上大体可以分成六大类。 每一类零件不仅结构类似 其加工方法也有很多共同之处，将零件分类有利

8、于掌握和简化其加工工艺。,9,（1）轴类,光軸,空心轴,半轴,)阶梯轴,花健轴,十字轴,偏心轴,曲轴,凸轮轴,轴类零件是机器的主要零件之一，其主要功能是支撑传动零件(齿轮、带轮、离合器等)和传递扭矩。,10,（2）套筒类,气缸套,滑动轴承,滑动轴承,钻模拟套,轴承衬套,液压缸,套筒类零件的应用也很广泛可以作为旋转轴径的支撑、运转零件的导向或者与其他零件组合成工作内腔。,11,组合机床主轴箱,车床进给箱,磨床尾座壳体,分离式减速箱,泵壳,曲轴箱,支架箱体类零件是各类零件的基础零件，它将机器结构中的有关零件连接成一个整体，井使之保持正确的位置，以完成规定的运动。,（3）支架箱体类,12,（4）六面

9、体类,13,（5）床身机座类,（6）特殊类零件,14,切削加工的对象是各种各样的机械零件，而零件又是由一个个表面所组成，所以，具体切削的是形状、位置、尺寸和精度等多样化的表面。从形状上，组成零件常见的表面有平面、外圆面、内圆面、圆锥面、螺纹、齿形、成形面和各种沟槽等。 如图的零件就是由外圆面、内圆面、外圆锥面、内圆锥面、外螺纹、内螺纹、直角槽、回转槽、轴肩平面和端平面等所组成。 切削加工就是通过各种各样的加工工艺加工出这些表面，从而形成一定要求的零件。,15,第二节 切削机床与切削运动 一、机床的类型与基本构造 金属加工机床简称机床 是将金属毛坯上的多余金属变成切屑，使毛坯变成所需机械零件的机

10、器。 现代制造业所加工的机械零件特别是精密机械零件的主要加工方法是切削加工，切削加工占机器总制造量的50左右，机床制造业的水平直接影响了机械制造业的产品质量和劳动效率等。 实际生产中需要加工的工件种类繁多，其形状、结构、尺寸、精度、表面质量和数量等各不相同。为了满足不同加工的需要，机床的品种和规格也应多种多样。各有特点，但它们在结构、运动及自动化等方面有许多类似之处，也有着共同的原理及规律。,16,1机床的类型 机床主要根据加工性质和所用刀具进行分类。根据国家制定的机床型号编制方法。 （1）按机床的工作原理、结构性能和使用范围可划分为12大类。 每一大类又根据工艺特点、布局形式、结构性能等不同

11、可分为若干分类。 其中最基本的机床是车床、铣床、刨床、磨床、钻床五种，其他各种机床都是由这五种机床演变而来。 机床的各类代号用大写的汉沿拼音字母表示。必要时，每类可分为若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，作为型号的首位。例如磨床分为M，2M，3M三类。,17,（2）分类 按加工精度不同，同一种机床可分为： 普通精度级、精密级和高精度级三种精度等级；。 按万能性程度分： 通用机床、专门化机床和专用机床。 按自动化程度分： 手动、机动、半自动和自动机床。 按加工件的大小和机床质量，分为： 仪表机床，中型机床、大型机床(10一30 t)、重型机床(30100 T)、超重型机床(100T以上)。,18

12、,（3）通用特性 当某类机床除了普通型，还有某种通用特性时，可在机床类型代号之后加特性代号予以区别。通用特性代号排在类别代号之后，用汉语拼音字母表示，如表所示。 若有两个通用代号，则连加，例如MK表示数控磨床。MBG表示半自动高精度磨床，THK表示自动换刀数控镗床。,我国机床型号现行的编制方法，可参阅机械工业部部颁标准JB1838-85“金属切削机床型号编制方法”。,19,2、机床的基本构造 在各类机床中，车床、钻床、刨床、铣床和磨床是五种最基本的机床。,20,牛头刨床 龙门刨床 插床,21,22,镗 床,23,7,液压拉床,24,如图所示，尽管这些机床的外形、布局和构造各不相同，但归纳起来，

13、它们都是由如下几个主要部分组成的。 (1)主传动部件：实现机床的主运动；例如车床、钻床、铣床的主轴箱，刨床的变速箱和磨床的磨头等。 (2)进给传动部件 ：实现机床的进给运动；也用来实现机床的调整、退刀及快速运动等。例如车床的进给箱、溜板箱，钻床、铣床的进给箱，刨床的进给机构，磨床的液压传动装置等。 (3)工件安装装置 用来安装工件。 例如卧式车床的卡盘和尾架，钻床、刨床、铣床和平面磨床的工作台等。 (4)刀具安装装置 用来安装刀具。 例如车床、刨床的刀架，钻床、立式铣床的主轴，卧式铣床的刀轴，磨床磨头的砂轮轴等。 (5)支承件 用来支承和连接机床的各零部件，是机床的基础构件，例如各类机床的床身

14、、立柱、底座、横梁等。 (6)动力源 为机床运动提供动力，即电动机。 其他类型机床的基本构造与上述机床类似，可以看成是它们的演变和发展。,25,3、机床的机械传动 （1）传动形式,（7）机床的传动 机床的传动 有机械、液压、气动、电气等多种传动形式，其中最常见的是机械传动和液压传动。 机床上的回转运动多为机械传动。 而直线运动则是机械传动和液压传动都有应用。,1）带传动 ： 带传动是利用传动带与带轮之间的摩擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮。 带传动有平带传动和V型带传动，在机床的传动中，一般常用V型（三角型）带传动。如果不考虑传动带与带轮之间的相对滑动，带轮的圆周速度V1、V2和传动带速度

15、V带的大小是相同的。,26,式中：d1、 d2分别为主动、从动带轮的直径 n1、 n2分别为主动、从动带轮的转速 从上式可知，带传动的传动比等于主动带轮直径与从动带轮直径之比。或在带传动中，带轮转速与其直径成反比。 传动比：如果考虑传动带与带轮之间的滑动，则其传动比为i=n2/n1=d1/d2 （为滑动系数，约为0.98) 带传动的优点：是传动平稳；轴间距离较大；结构简单，制造和维护方便；过载时打滑，不致引起机器损坏。但带传动不能保证准确的传动比，并且摩擦损失大，传动效率较低。,V1=V2=V带 V1=d1n1 V2= d2n2 i=n2/n1=d1/d2,27,n1.z1=n2.Z2 传动比

16、i=n2/n1=z1/z2 既传动比等于主动齿轮与从动齿轮齿数之比。 齿轮传动的优点是结构紧凑，传动比准确，可传递较大的圆周力，传动效率高。缺点是制造比较复杂，当精度不高时传动不平稳，有噪声。,2）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。这种传动种类很多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等，其中最常用的是直齿圆柱齿轮传动，如图 设z1、z2和n1、n2分别为主动轮、从动轮的齿数和转速，则：,11,28,传动比设蜗杆的头数为k，转速为n1； 蜗轮的齿数为Z，转速为n2，则传动比为 i=n2/n1=k/z 蜗杆传动的优点是可以获得较大的降速比，而且传动平稳，无噪声，结构紧凑。但传动效率

17、低，需要有良好的润滑条件。,3）蜗杆传动 蜗杆为主动件，将其转动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮转，反之则不可能。,29,4）齿轮齿条传动 ：若齿轮按箭头所指方向旋转，则齿条向左作直线移动，其移动速度为： V=p z n / 60=mzn/60（mm/s） 式中z齿轮齿数；n齿轮转数r/min； p齿条齿距，P= m，（mm）；m齿轮、齿条模数，（mm）。 特点 齿轮齿条传动可以将旋转运动变成直线运动（齿轮为主动轮）；也可以将直线运动变为旋转运动， （齿条为主动）。 齿轮齿条传动的效率较高，但制造精度不高时传动的平稳性和准确性较差。,13,30,5）螺杆传动： 如图2-10，若是螺杆（

18、丝杠）旋转，螺母不转，则它们之间沿轴线方向相对移动的速度为 V=np/60 mm/S式中n螺杆转速，r/min； P单头螺杆螺距，mm。多头螺杆传动时，P为导程。 螺杆传动一般是将旋转运动变为直线运动。 优点是传动平稳，无噪声，可以达到较高的传动精度，但传动效率较低。,14,31,如图传动过程，若已知n1、d1、d2、z1、z2、z3、z4、z5、z6、k及z7的具体数值，则可确定传动链中任何一轴的转速。如求轴VI的转速nvl，可按下式进行计算：nVI=n1.i总=n1.i1.i2.i3.i4.i5=n1.d1/d2.z1/z2.z3/z4.z5/z6.k/z7 式中:i1i5分别为传动链中相

19、应传动副的传动比。 i总传动链的总传动比，即等于各传动副传动比的积。,（2）传动链及其传动比 传动链是指实现从首端件向末端件传递运动的一系列传动件的总和。它是由若干传动副按一定方法依次组合起来的。,15,32,为了便于分析传动链中的传动关系，把各种传动件进行简化，并规定了一些简图符号来表示各种传动件。,33,34,（3）机床常用的变速机构 机床的传动装置，应保证加工时能得到最有利的切削速度。实际上，计算出来的理论切削速度只能在无级变速的机床上得到，而在一般的机床上，只能从机床现有的若干转速中，通过变速机构，来选取接近于所要求的转速。 变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱。齿轮箱中的变速机构是由

20、一些基本的机构组成的。基本变速机构是多种多样。最常用有以下两种。,35,i1=Z1/Z2 i2=Z3/Z4 i3=Z5/Z6 这种变速机构的传动路线可 用传动链的形式表示如下：,1）滑动齿轮变速机构 如图，带长键的从动轴上，装有三联滑动齿轮(Z2、Z4和Z6) 通过手柄可使它们分别与固定在主动轴上的齿轮Z1、Z2和Z3，相啮合，轴可得到三种转速，其传动比为,36,2）离合器式齿轮变速机构 从动轴两端套有齿轮Z2和Z4它们可以分别与固定在主动轴上的齿轮Z1和Z3相啮合。轴的中部带有键3，并装有牙嵌式离合器4。当由手柄5左移或右移离合器时，可使离合器的爪1或爪2与齿轮Z2或Z4相咬合，轴可得到两种

21、不同的转速。 其传动比为：i1=Z1/Z2 i2=Z3/Z4 传动链为：,37,（4）卧式车床传动简介：C6160（新编号C6132）型卧式车床的传动系统图,38,图为C6160型（新编号C6132）卧式车床的传动系统图， 它用规定的简图符号表示出整个机床的传动链。图中各传动件按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来。传动系统图只能表示传动关系，而不能代表各传动件的实际尺寸和空间位置。图中：罗马数字表示传动轴的编号，啊啦伯数字表示齿轮齿数或带轮直径，字母M表示离合器。 1）主运动传动链位： 主轴可获得2X3X2=12级转速，反转是通过电机反转实现,39,2）进给运动传动链为,40,（5）机

22、床机械传动的组成 主要由以下几部分组成： （1）定比传动机构 具有固定传动比或固定传动关系的传机构。 （2）变速机构 改变机床部件运动速度的机构。 （3）换向机构 变换机床部件运动方向的机构。为了满足加工的不同需要，机床的主传动部件和进给传动部件往往需要正、反向的运动。机床运动的换向，可以直接利用电动机反转，也可以利用齿轮换向机构等。 （4）操纵机构 用来实现机床运动部件变速、换向、启动、停止、制动及调整的机构。机床上常见的操纵机构包括手柄、手轮、杠杆、齿轮齿条等。 （5）箱体及其他装置 箱体用以支承和连接各机构，并保证它们相互位置的精度。为保证传动机构的正常工，还要设有开停装置、制动装置、润

23、滑与密封装置等,41,（6）机械传动的优缺点 机械传动与液压传动、电气传动相比较，其主要优点如下： （1）传动比准确，适用于定比传动; （2）实现回转运动的结构简单。并能传递较大的扭矩; （3）故障容易发现，便于维修。 但是，机械传动一般情况下不够平稳，制造精度不高时，振动和噪声较大；实现无级变速结构较复杂，成本高，因此，机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动。,42,4、机床的液压传动 （1）外圆磨床液压传动简介 如图,油箱20,齿轮油泵13,换向阀6,节流阀11,安全阀12,油缸19,工作台2,手动换向阀17,43,控制磨床工作台往复运动的液压传动系统的分析 1）组成：它主要由油箱20、

24、齿轮油泵13、换向阀6、节流阀11、安全阀12、油缸19等组成。工作时，压力油从油泵13经管路输送到换向阀6，由此流到油缸19的右端或左端，使工作台2向左或向右作进给运动。此时，油缸19另一端的油，经换向阀6、滑阀10及节流阀11流回油箱。节流阀11是用来调节工作台运动速度的 2） 工作台的往复换向动作：由挡块5使换向阀6的活塞自动转换实现的。工作台向左移动，挡块5固定在工作台2侧面槽内，按照要求的工作台行程长度，调整两挡块之间的距离。当工作台向左行程终了时，挡块5先推动杠杆8到垂直位置；然后借助作用在杠杆8滚柱上的弹簧帽15使杠杆8及活塞继续向左移动，从而完成换向动作。此时，换向阀6的活塞位

25、置如图2-15所示，工作台开始向右移动，换向阀6的活塞转换快慢，由油阀16调节，它将决定工作台换向的快慢及平稳性。,44,3）用手向右搬动操纵杠杆17，滑阀的油腔14使油缸19的右导管和左导管接通，便停止了工作台的移动。此时，油筒 18中的活塞在弹簧压力作用下向下移动，使油筒18中的油液经油管流回油箱，Z=17的齿轮与Z=31的齿轮啮合，便可利用手轮9移动工作台。,45,（2）机床液压传动的组成： 主要由以下几部分组成: 1）动力元件油泵。其作用是将电动机输入的机械能转换为液体的压力能，是能量转换装置（能源） 2）执行机构油缸或油马达。其作用是把油泵输入的液体压力能转变为工作部件的机械能，它也

26、是一种能量转换装置（液动机）。 3）控制元件各种阀。其作用是控制和调节油液的压力、流通量（速度）及流动方向。 4）辅助装置油箱、油管、滤油器、压力表等。其作用是创造必要的条件，以保证液压系统正常工作。 5）工作介质矿物油。它是传递能量的介质。,46,（3）液压传动的优缺点 液压传动与机械传动、电气传动相比较，其主要优点如下： 易于在较大范围内实现无级变速； 传动平稳，便于实现频繁的换向和自防止过载; 便于采用电液联合控制，实现自动化； 机件在油中工作，润滑好，寿命长。 由于油有一定的可压缩性，并有泄漏现象，所以液压传动不适于作定比传动。,47,5、 自动机床简介 自动化生产，是一种较理想的生产

27、方式。各种高效率的机器设备，代替了人所担负的繁重体力劳动；各种自动控制装置，代替人对生产过程的管理和部分脑力劳动。在产品质量、生产效率、经济效益及改善劳动条件等方面，自动化生产都取得了较好的效果。 在机械制造业中，对于大批大量生产，采用自动机床或由自动机床、组合机床和专用机床组成的自动生产线（简称自动线），较成功地解决了生产自动化的问题。但是对于中小批生产的自动化问题，长时间未得到较好地解决。直到在切削加工中应用了数控技术和计算机，才为解决这一问题开拓了新的途径。下面仅简单介绍自动机床，数控机床后面转题介绍。,48,自动和半自动机床经调整以后，不需人工操作便能完成自动循环的机床，称为自动机床。

28、除装卸工件是由人操作外，能完成半自动循环的机床，称为半自动机床。,49,图表示单轴自动车床的工作原理。棒科4穿过自动车床的空心主轴1，并夹紧在弹簧卡头3中，刀具分别安装在刀架5和6上，由分配轴7和固定在它上面的鼓轮8(通过模板13、12推动拨杆17）及盘形凸轮14的慢速旋转，控制刀架自动进给。刀架6的移动是通过与盘型凸轮14接触的杠杆18完成的。鼓轮9上的模板11可通过拨杆16控制弹簧卡头作轴向移动，以便按时松开或 卡紧棒科。模饭10可通过拨杆15完成自动送抖工作。当分配轴7转动一周时，自动车床完成一个工作循环也即加工出来一个完整的零件。 特点：自动和半自动车床适于大批和大量地生产形状不太复杂

29、的小型零件，如螺钉、螺母等。它的加工精度较低，生产率较高。但是当产品变更时，需要根据新的零件设计和制造一套新的轮，并需要重新调整机床，这势必花费大量的生产准备时间，生产周期较长，不能适应多品种、中小批量生产自动化的需要。,50,二、切削运动及切削要素 1、切削运动：由图可知，要对这些表面进行加工，刀具与工件之间必须有一定的相对运动，即切削运动。 切削运动包括主运动（图中）和进给运动（图中）。,51,（1）主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实现切削。它的速度最高，消耗功率最大。 （2）进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配合，即可连续地切除切屑，获得具有

30、所需几何特性的已加工表面。 各种切削加工方法（如车削、钻削、刨削、磨削和齿轮齿形加工等）都是为了加工某种表面而发展起来的，因此也都有其特定的切削运动。切削运动有旋转的，也有直行的；有连续的，也有间歇的。,52,（3）实际的切削运动是一个合成运动，其方向是由合成切削速度n确定的。,53,2、切削用量 切削用量是用来衡量切削运动量的大小。 切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。 （1）切削速度c 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。 以c表示，单位为m/s或m/min。 若主运动为旋转运动，切削速度一般为其最大线速度，c按下式计算： c=dn/1000 式中：d工件或刀具

31、的直径，mm ； n工件或刀具的转速，r/s或r/min。 若主运动为往复直线运动（如刨削、插削等），则常以其平均速度为切削速度，c=2Lnr/1000 式中：L往复行程长度，mm； nr 主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s或st/min。,54,（2）进给量 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。不同的加工方法，由于所用刀具和切削运动形式不同，进给量的表述和度量方法也不相同。 （1）用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行程，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以表示，单位为mm/r或mm/st。 也可用每分钟进给

32、量来表示，mm/min。,55,（3）背吃刀量ap 在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量。以 ap 表示，单位为mm。车外圆时，ap 可用下式计算： ap=（dwdm）/2 式中dw工件待加工表面（图1-4）直径，mm dm工件已加工表面直径，mm.,（2）用多齿刀具（如铣刀、钻头等）加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以f表示，单位为mm/s或mm/min。刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量，称每齿进给量，以z表示，单位为mm/z。 z、f之间有如下关系： f n= z z n mm/s或mm/m

33、in 式中：n刀具或工件转速，r/s或r/min； Z刀具的齿数。,56,3、切削层参数 （1）切削层 刀具切削部分的一个单一动作（如车削进工件转一圈，车刀主切削刃移动一段距离）所切除的工件材料层。它决定了切屑的尺寸及刀具切削部分的载荷。切削层的尺寸和形状，通常是在切削层尺寸平面中测量的。 （2）切削层参数 1）切削层公称横截面积AD 在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mm2 。 2）切削层公称宽度bD 在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量，单位为mm。 3）切削层公称厚度hD 在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为m

34、m。 由定义可知 AD = bD hD mm2 因AD 不包括残留面积，而且在各种加工方法中，AD 与进给量和背吃刀量的关系不同，所以AD 不等于 和ap 的积。只有在车削加工中，当残留面积很小时 才能近似地认为它们相等，即 AD ap mm2,57,4、切削加工的阶段划分 为了加工出具有一定形状、尺寸和精度的合格零件，保证切削加工质量，工件表面的加工余量往往并不是一次切除，而是逐步减少被吃刀量分阶段加工的。加工工艺过程按照加工性质和目的的不同可以划分为粗加工，半精加工、精加工，精密加工、超精密加工几个阶段。 （1）粗加工：快速从毛坯上切除多于材料，使其接近零件的形状和尺寸。 精度等级：IT1

35、2-IT11 Ra 25-12.5 加工方法：粗车、粗铣、粗镗粗刨、钻孔等。 （2）半精加工：进一步提高加工精度和降低表面租糙度，并留下合适的加工余量，为精加工做准备。 精度等级：IT10-IT9 Ra 6.3-3.2 加工方法：半精车、半精铣、半精镗、半精刨、扩孔等,58,（3）精加工：一般零件的表面达到技术要求，或为要求很高的主要表面的精密加工做准备。 精度等级：IT8-IT6 Ra 1.6-0.2 加工方法：精车、精铣，精刨、精镗，粗磨、粗拉、粗铰等。 （4）精密加工：在精加工的基础上进一步提高精度和降低表面租糙度。 精度等级：IT5-IT3 Ra 0.1-0.008 加工方法：研磨、珩

36、磨、超精加工、抛光等 （5）超精密加工：更高级的亚微米加工和纳米加工 精度等级：IT3以上 Ra 0.012或更底 加工方法：金刚石刀具切削超精密研磨和抛光等,59,5、加工过程划分成阶段的原因 (1)可保证加工质量。 粗加工中切除的余量大，切削用量和切削力较大，内应力引起的变形也相应增大，从而导致工件加工精度不高和加工表面比较粗糙。因此，必须通过后续的加阶段，以较小的加工余量和切削用量来逐步消除或减少已产生的误差，降低表面粗糙度。同时，各加工阶段之间的时间间隔可以起到自然时效处理的功效，有利于消除内应力并产生充分变形，以便于在后续工序中使变形消除。 (2)可合理使用机床及其他设备。 粗加工时

37、加工余量和切削用量大，应该在功率大、刚性好、效率高而精度一般的设备上进行加工。精加工对加工质量要求较高，加工余量和切削用量比较小，因此在较为精密的机床上进行加工，可以延长机床的寿命，使精密机床较长期保持高精度。,60,(3)便于安排热处理工序。 热处理工序穿插于粗加工和精加工之间，将加工过程自然地分为前后阶段。粗加工之后安排热处理工序，可以充分消除粗加工时产生的内应力，在热处工序之后安排精加工，可修正热处理过程中产生的变形。 (4)有利于及早发现毛坯的缺陷。 在粗加工的工序中，如果及时发现了毛坯的缺陷，例如铸件的砂眼、气孔、尺寸不足等缺陷，可以及时修补或报废，以免继续盲目加工而造成资源和人力的

38、浪费。 工艺过程阶段的划分也不是绝对化的，而且对于绝大多数零件，一般只经过粗加工、半精加工、精加工三个阶段，只有极少数零件才需要精密加工，在某些特殊场合使用的极个别零件才需要超精密加工。对于批量较小、形状简单及毛坯精度高而加工精度要求低的零件，也可不必划分加工阶段。,61,第三节 切削刀具及切削过程 切削过程中，直接完成切削工作的是刀具。无论哪种刀具，一般都由切削部分（刀头）和夹持部（分刀杆）组成。夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分，要求它能保证刀具正确的工作位置，传递所需要的运动和动力，并且夹固可靠装卸方便。切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分，刀具切削性能的优劣，取决于切削部分的材料

39、、角度和结构。 一、刀具材料 1、对刀具材料的基本要求： 刀具材料是指切削部分的材料。它在高温下工作，并要承受较大的压力、摩擦、冲击和振动等，因此要求它具备以下基本性能。,62,（1）较高的硬度 刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度一般在60HRC以上。 （2）足够的强度和韧度 以承受切削力、冲击和振动。 （3）较好的耐磨性 以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间。 （4）较高的耐热性 以便在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。 （5）较好的工艺性 以便于制造各种刀具。工艺性包括锻造、焊接、刀削加工、磨削加工和热处理性能等。 目前尚没有一种刀具材料能全面满足上述要求。因

40、此，必须了解常用刀具材料的性能和特点，以便根据工件材料的性能和切削要求，选用合适的刀具材料。同时应进行新型刀具材料的研制。,63,2、常用的刀具材料： 目前，在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。 （1）碳素工具钢是含碳量较高的优质钢（含碳量为0.7%1.2%,如T10A等），淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差。 在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成合金工具钢（如9SiCr等），可适当减少热处理变形和提高耐热性。 由于这两种刀具 材料的耐热性较低，常用来制造一些切削速度不高的手工工具，如锉刀、锯条、铰刀等，较少用于制造其他刀具

41、。 目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金，而陶瓷刀具主要用于精加工。,64,65,(2)高速钢,高速钢是含有较多钨、钼、铬、钒等元素的高合金工具钢。 高速钢具有较高的硬度（热处理硬度可达HRC6267）和耐热性（切削温度可达550600）。 与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢能提高切削速度13倍，提高刀具耐用度1040倍，甚至更多。 它可以加工从有色金属到高温合金在内的范围广泛的材料。也是成形刀具的首选材料。 常用W18Cr4V,66,（3）硬质合金： 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC）作基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法制成的一种合金。 1）特点：它的硬度

42、高，耐磨性好，耐热性高，允许的切削速度比高速钢高数倍，但其强度和韧性均较高速钢低，工艺性也不如高速钢。 因此，硬质合金常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄（刀体）上使用。 2)分类：根据GB207587切削加工用硬质合金分类、分组代号的规定，硬质合金按照切削时排出切屑的形状可分为P，M，K三类。 P类硬质合金主要用于加工较长切屑的黑色金属，采用蓝色标志，相当于原国标代号YT类硬质合金。P类硬质合金主要由WC，TiC，Co组成，常用牌号有YT5，YTl5，YT30等，其中数字表示TiC的百分含量，TiC的加入增加了硬质合金的硬度，耐热性、抗黏结性和抗氧化能力，但其抗弯

43、强度和冲击韧性较差。,67, M类主要用于黑色和有色金属的切削，采用黄色标志。相当于原国标的YW类，其牌号有YWl，YW2等。它是在普通硬质合金中加入了TaC，NbC等，从而提高了硬质合金的韧性和耐热性，使其具有较好的综合切削性能。 K类主要用于短切屑的黑色、有色金属和非金属材料的切削，采用红色标志。相当于原国标的YG类，常用的牌号有YG3，YG6，YG8等，其中数字表示Co的百分含量。K类硬质合金的抗弯强度和冲击韧性较好，很适于切削脆性材料。其刃磨性较好，刃口可以磨得很锋利，故切削有色金属及其合金的效果也较好。由于K类硬质合金耐热性和耐磨性较差，一般不用于普通钢材的切削加工。,68,（4）陶

44、瓷材料 它的主要成分是Al2O3。陶瓷刀片的硬度高，耐磨性好，耐热性高，允许用较高的切削速度，加之Al2O3的价格低廉，原料丰富，因此很有发展前途。但陶醉瓷材料性脆怕冲击，切削时容易崩刃，所以，如何提高其抗弯强度已成为各国研究工作的重点。近十年来，各国已先后研究成功“金属陶瓷”。如我国制成的AM、AMF、AMT、AMMC等牌号的金属陶瓷，其成分除Al2O3外，还含有各种金属元素，抗弯强度比普通陶瓷刀片的高。 （5）其他新型刀具材料简介 随着科学技术和工业的发展，出现了一些高强度、高硬度的难加工材料，需要性能更好的刀具，所以国内外对新型刀具材料进行了大量的研究和探索。,69,高速钢的改进 为了提

45、高高速钢的硬度和耐热性，可在高速钢中增添新的元素。如我国制成的铝高速钢，即增添了Al等元素，它的硬度达到70HRC，耐热性超过600属于高性能高速钢，又称超高速钢；也可以用粉末冶金法细化晶粒，消除碳化物的偏析，致使韧度大、硬度高，热处理时变形小，适于制造各种高精度的刀具 。 硬质合金的改进 硬质合金的缺点是强度和韧性低，对冲击和振动敏感。改进的方法是增添合金和细化晶粒，例如加入碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）形成万能型硬质合金YW1和YW2，既适于加工铸铁等脆性材料，又适于加工钢等塑性材料。 近年来还发展了涂层刀片，就是在韧性较好的硬质合金（YG类）基体表面，涂敷约5m厚的一层TiC或TiN

46、（氮化钛）或二者的复合，以提高其表层的耐磨性。,70,人造金刚石 人造金刚石硬度极高（接近10000HV，而硬质合金仅达10002000HV），耐热性为700-800。聚晶金刚石大颗粒可制成一般切削工具，单晶微粒主要制成砂轮。金刚石除可以加工高硬度而且耐磨的硬质合金、陶瓷、玻璃等外，还可以加工有色金属及其合金。但不宜于加工铁族金属，这是由于铁和碳原子的亲和力较强，易产生粘结作用加快刀具磨损。 立方氮化硼（CBN） 是人工合成的又一种高硬度材料，硬度（73009000HV）仅次于金刚石。但它的耐热性和化学稳定性都大大高于金刚石，能耐13001500的高温，并且与铁族金属的亲和力小。因此，它的切削性能好，不但适于非铁族难加工材料的加工，也适于铁族材料的加工。 CBN和金刚石刀具脆性大，故使用时机床刚性要好，主要用于连续切削，尽量避免冲击和振动。,