1、 機械制造基礎 課程教案授課時間第 周 星期 第 節(jié)課次授課方式（請打）理論課 討論課 實驗課 習題課 其他課時安排8授課題目（教學章、節(jié)或主題）：第五章 切削加工成形教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：1 了解切削加工的基本原則，了解影響加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及成本的主要因素。2 了解常用刀具的結(jié)構(gòu)特點，熟悉車刀的主要角度。3 掌握常用加工方法的工藝特點，通過對各種表面加工的分析，具有較合理地選用加工方法的能力。4 熟悉機械加工工藝過程的基本內(nèi)容，了解制定加工工藝的原則和方法，具有制定典型零件加工工藝的初步能力。5 具有分析零件機械加工結(jié)構(gòu)工藝性的初步能力。6. 了解特種加工方法的特點和

2、應用。教學重點及難點：重點：金屬切削原理的基礎知識。刀具材料、刀具幾何角度的作用。金屬切削過程的物理現(xiàn)象，切削用量合理選用原則。各種加工內(nèi)容、特點、應用范圍。機械加工工藝過程分析。零件機械加工的結(jié)構(gòu)工藝性。難點：零件結(jié)構(gòu)工藝性問題分析教 學 基 本 內(nèi) 容方法及手段第五篇 金屬切削加工一、切削加工用刀具從金屬材料（毛坯）上切去多余的金屬層，獲得幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量都符合要求的零件的生產(chǎn)方法。二、零件的加工質(zhì)量尺寸精度：IT01、IT0IT6、IT7、IT8IT181. 加工精度： 形狀精度：圓柱度、平面度等位置精度：平行度、垂直度、同軸度等表面粗糙度：2. 表面質(zhì)量： 表面加工硬化的程

3、度和深度表面殘余應力的大小和性質(zhì)課程教案（續(xù)）教 學 基 本 內(nèi) 容方法及手段一 金屬切削加工基礎知識1 切削加工的運動分析及切削要素一、零件表面的形成平面、外圓面、內(nèi)圓面（孔）、錐面、曲面（成形面）二、切削運動為了形成零件表面形狀，刀具與工件之間的相對運動。1. 主運動：切下切屑最主要的運動。特點：在整個運動系統(tǒng)中 速度最高、消耗的功率最大。主運動只有一個。2. 進給運動：使金屬層不斷投入切削，加工出完整表面所需的運動。特點：速度低、消耗的功率小。有一個或多個。加工表面待加工表面3. 零件上的三個表面： 已加工表面n待加工表面已加工表面加工表面三、切削要素1. 切削用量三要素1）切削速度（v

4、）m/sf在單位時間內(nèi)，工件或刀具沿主運動方向的相對位移。旋轉(zhuǎn)運動： （m/s）往復直線運動： （m/s）2）進給量（f） （mm）在單位時間內(nèi)（主運動的一個循環(huán)內(nèi)），刀具或工件沿進給運動方向的相對位移。單位時間的進給量 進給速度（vf）。 （mm/s）Krapdmdwfndmdw12ff3）切削深度（ap）（mm）（mm）2. 切削層幾何參數(shù)切削層 指工件上正在被切削刃切削的那一層金屬。即兩個相鄰加工表面之間的那一層金屬。1)切削厚度（ac） （mm）acfapKraw兩相鄰加工表面之間的垂直距離。（mm）2)切削寬度（aw） （mm）沿主刀刃度量的切削層的長度。（mm）3)切削面積（AC）

5、 （mm2）（mm2）2 金屬切削刀具一、刀具的組成切削部分（刀頭）前刀面：切屑流出所經(jīng)過的表面。主后刀面：刀具上與工件的加工表面相對的表面。副后刀面：刀具上與工件的已加工表面相對的表面。夾持部分（刀體）刀尖主刀刃前刀面副刀刃夾持部分（刀體）切削部分（刀頭）主后刀面 副后刀面夾持部分（刀體）切削部分（刀頭）前刀面主后刀面副后刀面主刀刃副刀刃刀尖二、刀具材料1. 對刀具材料的基本要求 較高的硬度。一般要求在 HRC 60以上。 有足夠的強度和韌性。 有較好的耐磨性。 較高的耐熱性。 有較好的工藝性。2. 常用刀具材料 碳素工具鋼C= 0.71.4%；T8、T10、T10A、T12等特點：a. 淬

6、火后硬度高；HRC6165b. 價格低；.耐熱溫度低；250300.淬火后應力、變形大。應用：速度低、形狀簡單的手動工具。如銼刀、鋸條等。 合金工具鋼Me1影響切屑變形的因素： 刀具角度： 切削速度： 材料塑性： 刀具與切屑之間的摩擦系數(shù) 。 2. 切屑的種類1) 帶狀切屑特征：內(nèi)表面光滑，外表面呈毛茸狀。形成條件：塑性材料、速度中等、較大的g0 、較小的f 和ap。2) 節(jié)狀切屑特征：內(nèi)表面有時有裂紋，外表面呈鋸齒狀。形成條件：中等硬度的塑性材料、速度較低、較小的g0 、較小的f 和ap。3) 崩碎狀切屑特征：不規(guī)則的碎塊狀。形成條件：脆性材料。二、積屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料時，常

7、發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬稱為積屑瘤。oM滯留層1. 積屑瘤的形成1) 積屑瘤的形成過程2) 積屑瘤的形成條件： 工件材料：塑性材料； 切削速度：中等（1050m/min），溫度約300； 刀具角度： g0 偏??； 冷卻條件：不加切削液。2. 積屑瘤對加工過程的影響有利： 使 g0 增大，使切削過程變得輕快。 可代替主刀刃和前刀面進行切削，保護刀具。所以：粗加工時可以利用。不利： 積屑瘤不穩(wěn)定，易引起振動，使 Ra 增大。 會引起ap的變化，使加工精度降低。所以：精加工時應盡量避免。3. 積屑瘤的抑制 利用切削液； 控制切削速度； 加大刀具前度 g0 ； 對工件進行

8、正火、調(diào)質(zhì)處理，降低 d、ak。oMF彈、塑F摩1F摩2三、切削力和切削功率1. 切削力刀具切削工件時作用在刀具或工件上的力。1) 切削力的構(gòu)成 材料的彈性變形和塑性抗力； 切屑、工件表面與刀具的摩擦力。2) 切削力的分解將總切削力Fr沿速度方向、軸向和徑向三個相互垂直的發(fā)現(xiàn)分解為Fz、Fx、Fy。FrFzFxFyFX、Y 主切削力（切向分力）Fz是Fr在切削速度方向上的分力。主切削力占總切削力的80%90%，消耗的功率占總功率的95%以上。是計算機床動力及主要傳動零件強度和剛度的依據(jù)。 進給抗力（軸向分力）Fx是Fr在進給方向上的分力。消耗的功率僅占總功率的15%。是設計和計算進給機構(gòu)零件強

9、度和剛度的依據(jù)。 切深抗力（徑向分力）Fy是Fr在切削深度方向上的分力。3) 影響切削力的因素 切削用量：ap 、f 增大， Fr越大。工件材料：材料的強度、硬度越高，塑性韌性越好，F(xiàn)r越大。 刀具角度： 增大 g0 ，F(xiàn)r 減??；增大kr ，F(xiàn)y減小、Fz增大。 冷卻條件：加切削液，F(xiàn)r 減小。4) 切削力的估算生產(chǎn)中常用單位切削力p 估算切削力的大小。單位切削力切削單位面積所需要的切削力。單位：N/MM2（N）2. 切削功率（Pm） （W） （W）四、切削熱和切削溫度1. 切削熱的來源與傳散1) 切削熱的來源a . 切屑變形所產(chǎn)生的熱；b . 切屑與前刀面之間的摩擦；c . 工件與后刀面之

10、間的摩擦。2) 切削熱的傳散： 切屑：5080% 介質(zhì)：1% 工件：4010% 刀具：93%2. 切削溫度及其影響因素切削溫度 切削區(qū)的平均溫度。切削區(qū) 切屑、工件、刀具相接觸的區(qū)域。影響切削溫度的因素： 切削用量： 、 、 愈大， 切削溫度愈高。但 的影響最大， 次之， 最小。 工件材料：材料的強度、硬度越高，塑性、韌性越好，切削溫度越高；材料的導熱性愈好，切削溫度愈低。 刀具：刀具角度增大 g0 ，切削溫度降低；減小kr 、kr，切削溫度降低。刀具材料導熱性愈好，切削溫度愈低。 冷卻條件：加切削液，切削溫度降低。3. 切削液在切削過程中，正確的選擇和使用切削液。對降低切削溫度、減小刀具磨損

11、，提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量有著重要的意義。1) 切削液的作用a . 冷卻作用；b . 潤滑作用；c . 洗滌與排屑作用；d . 防銹作用。2) 切削液的種類 水溶液：水+防銹劑等；呈透明狀。VBKT 乳化液：乳化油+水；呈乳白色。應用最廣泛。 切削油：礦物油；潤滑作用。3) 切削液的選用粗加工：以冷卻為主。如水溶液、低濃度的乳化液等。精加工：以潤滑為主。高濃度的乳化液、切削油等。五、刀具磨損和刀具耐用度1. 刀具磨損1) 刀具磨損形式 后刀面磨損：這種磨損一般發(fā)生在切削脆性材料或以較小的切削厚度（ac0.5mm）切削塑性材料的條件下。 前后刀面同時磨損：這種磨損一般發(fā)生在以中等切削厚（ac=0.1

12、0.5mm）切削塑性材料的條件下。由于多數(shù)情況下，后刀面都有磨損，它的磨損對加工質(zhì)量的影響較大，而且測量相對方便，所以一般都用后刀面的磨損高度VB來表示刀具的磨損程度。VBtABC初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段2) 刀具的磨損過程 初期磨損階段(OA) : 磨合階段 正常磨損階段(AB) ： 急劇磨損階段(BC) ：所以：應在刀具正常磨損階段后期，急劇磨損階段之前刃磨刀具。判斷刀具鈍化的方法： 觀察法： 測定（限定）刀具后刀面的磨損高度VB：精加工：VB = 0.10.3mm粗加工：粗車中碳鋼：VB = 0.60.8mm； 粗車合金鋼：VB = 0.40.5mm。所以：在數(shù)控機車、加工中

13、心得到廣泛應用。 規(guī)定刀具使用時間： 刀具耐用度。2. 刀具耐用度（T）指刀具由開始切削到磨鈍為止的實際切削總時間。刀具在兩次刃磨之間的實際切削總時間。如粗加工：硬質(zhì)合金車刀：T = 60min 高速鋼鉆頭：T = 60120min3.影響刀具磨損與刀具耐用度的因素 切削用量： 、 、 愈大， 刀具磨損加劇。但 的影 響最大 、 次之、 最小。 工件材料：材料的強度、硬度越高，溫度越高；材料的導熱性愈差，刀具磨損愈快，降低刀具耐用度。 刀具：a）刀具角度增大 g0 、a0，可減小切屑變形、減小摩擦，從而減小刀具磨損，提高刀具耐用度。b）刀具材料：耐磨性、耐熱性愈好，刀具耐用度愈高。 冷卻條件：

14、合理使用切削液，可降低切削溫度降低、減小摩擦，提高刀具耐用度。4 材料的切削加工性材料的切削加工性是指材料被切削加工的難易程度。一、衡量材料切削加工性的指標1.一定刀具耐用度下的切削速度當?shù)毒叩哪陀枚葹門時，切削某種材料所允許的切削速度。，材料的切削加工性越好。若T = 60min，則2.相對加工性 kr各種材料的 與45鋼（正火態(tài)）的 之比值。若把45鋼的 作為基準，寫為 ： 材料具有良好的切削加工性。 ： 材料的切削加工性較差。常用材料的切削加工性分為八級；P27，表1-11。3.已加工表面質(zhì)量凡較容易獲得好的表面質(zhì)量的材料，其切削加工性較好；反之則較差。精加工時，常以此為衡量指標。4.切

15、屑的控制或斷屑的難易凡切屑較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好；反之則較差。在自動機床或自動線上加工時，常以此為衡量指標。5.切削力在相同切削條件下，凡切削力較小的材料，其切削加工性較好；反之則較差。在粗加工中，當機床剛性或動力不足時，常以此為衡量指標。二、影響材料切削加工性的因素1.物理性能材料的導熱性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈高，材料的切削加工性愈好。2.材料的力學性能材料的強度、硬度愈高，切削力愈大，切削溫度愈高，刀具磨損加劇， 切削加工性愈差。材料的塑性、韌性愈高，切削時切屑的變形加大，摩擦力提高，切削力愈大，切削溫度愈高，刀具磨損加劇， 切削加工性愈差。三、改善材料切

16、削加工性的途徑1.調(diào)整材料的化學成分在鋼中加入 S、Pb 等元素，可有效的改善材料的切削加工性。“易切削鋼”2.熱處理高碳鋼 退火；低碳鋼 正火。二 切削加工方法1 車削加工車削 用車刀在車床上加工工件的工藝過程。加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=1.66.3um主運動 工件的旋轉(zhuǎn)運動。進給運動 刀具的直線運動。所以：車削加工適宜各種回轉(zhuǎn)體表面的加工。普通車床 適于各種中、小型軸、盤、套類零件的單件、小批量生產(chǎn)。轉(zhuǎn)塔式六角車床 適于加工零件尺寸較小、形狀較復雜的中、小型軸、盤、套類零件。立式車床 適于直徑較大、長度較短的重型零件。（L/D=0.30.8）數(shù)控車床 適于多品種、小批量生產(chǎn)

17、復雜形狀的零件。一、工件裝夾的方法1.卡盤裝夾：適用于L/D 4的工件。2.頂尖裝夾：適用于L/D = 410的工件。3.心軸裝夾：適用于盤、套類零件的精加工。4.其它附件：跟刀架、中心架、花盤等。二、車削加工的應用1.車外圓面 粗車：精車2.車內(nèi)園面（車床上鏜孔）3.車端面、切槽、切斷4.車錐面1) 轉(zhuǎn)動小刀架法：可加工內(nèi)外圓錐面，且不受工件錐角大小的限制。2) 成形刀法：適于加工錐面較短的內(nèi)外圓錐面，且不受工件錐角大小的限制。3) 偏移尾架法：可加工較長的錐面，但不能加工錐孔及錐角較大的錐面。4) 靠模尺法：適用于大批量生產(chǎn)，可加工內(nèi)外錐面。5.車成形面：1) 雙手控制法；2) 成形刀法；

18、3) 靠模尺法(軌跡法）6.車螺紋7. 滾花二、車削的工藝特點1. 易于保證各表面的位置精度。2. 加工過程平穩(wěn)。3. 適合有色零件的精加工。鋼鐵：粗車 半精車 精車 磨削有色金屬：粗車 半精車 精車 精細車4. 刀具簡單。2 鉆、擴、鉸、鏜削加工一、鉆削加工鉆削加工 用鉆頭在實體零件上加工孔的方法。加工精度：IT13IT11，表面粗糙度：Ra=2512.5um刀具 鉆頭；設備 鉆床（車床、鏜床、銑床）鉆床：臺式鉆床；立式鉆床；搖臂鉆床。 柄部（尾部） 夾持1. 鉆頭 頸部 連接（過渡）作用 工作部分 導向部分 導向作用 切削部分 擔負主要的切削工作2. 鉆削用量鉆削深度： 進給量 ： 鉆削速

19、度 ： 3. 鉆削工藝特點1) 鉆孔時鉆頭易產(chǎn)生“引偏” “引偏”方式： 軸線引偏 刀具旋轉(zhuǎn) 鉆床上鉆孔； 孔徑擴大 工件旋轉(zhuǎn) 車床上鉆孔?！耙痹颍?橫刃的存在； 鉆頭的剛性和導向性差。防止“引偏”的措施： 預鉆錐形定心坑； 采用鉆套導向鉆孔； 刃磨時，應盡量使兩個主刀刃對稱一致。2) 排屑困難： 使工件表面質(zhì)量降低； 卡死、甚至折斷鉆頭。3) 散熱條件差 4. 鉆削的應用鉆孔主要用于粗加工。如螺釘孔、油孔、內(nèi)螺紋底孔等。單件、小批生產(chǎn)中、小型工件上的小孔（D13mm），常用臺式鉆床加工。中、小型工件上較大的孔（D50mm），常用立式鉆床加工。大型工件上的孔，則采用搖臂鉆床加工?；剞D(zhuǎn)體工

20、件上的孔，多在車床上加工。二、擴孔和鉸孔1. 擴孔用擴孔鉆對工件上已有的孔進行擴大加工。加工精度：IT10IT9，表面粗糙度：Ra=3.21.6um2. 鉸孔用絞刀對工件上已有的孔進行精加工。加工精度：IT9IT7，表面粗糙度：Ra=1.60.4um鉆擴鉸 是非常典型的工藝。鉆、擴、鉸只能保證孔本身的精度，不易保證孔與孔之間的尺寸精度和位置精度。三、鏜削加工用鏜刀對已有的孔進行再加工。一般鏜孔加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=1.60.8um精細鏜加工精度：IT7IT6，表面粗糙度：Ra=0.80.2um回轉(zhuǎn)體零件上的孔在車床上加工；箱體類零件上的孔或孔系在鏜床上加工。在鏜床上除可加工

21、孔或孔系外，還可加工平面、溝槽、鉆、擴鉸孔等。3 刨、拉削加工一、刨削加工刨削是平面加工的主要方法之一。加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=6.31.6um 牛頭刨床：適于加工中、小型零件。刨床 龍門刨床：適于加工大型零件。插床：主要加工工件內(nèi)表面，如鍵槽、花鍵等1. 刨削的工藝特點：1) 生產(chǎn)率較低； 2) 通用性好。 2. 刨削的應用；主要用于加工平面，也廣泛用于加工各種溝槽、成形面等。二、拉削加工用拉刀在拉床加工工件的工藝方法。加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=0.40.8um拉削的特點： 生產(chǎn)率高； 加工范圍廣； 加工精度高，表面粗糙度低； 拉床結(jié)構(gòu)簡單； 拉刀壽命長。4

22、 銑削加工銑削是平面加工的主要方法之一。加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=6.31.6um一、銑削加工設備銑床：龍門銑床；升降臺式銑床（立式銑床、臥式銑床）。二、銑削方式周銑 用圓柱銑刀銑平面。端銑 用端銑刀銑平面。1周銑順銑：在切削部位銑刀的旋轉(zhuǎn)方向與工件的進給方向相同。逆銑：在切削部位銑刀的旋轉(zhuǎn)方向與工件的進給方向相反。 順銑：刀具壽命長；工件表面質(zhì)量高；有利于工件的加緊。逆銑：刀具磨損嚴重；工件表面質(zhì)量低：不利于工件的加緊。 但由于工作臺傳動間隙的影響，實際生產(chǎn)中大多使用逆銑。2端銑對稱銑：銑刀軸線與工件銑削寬度的對稱中心線重合。不對稱銑：銑刀軸線與工件銑削寬度的對稱中心線不重合

23、。三、銑削的特點1生產(chǎn)率較高；2容易產(chǎn)生振動；3刀齒散熱條件好。5 磨削加工用砂輪作為刀具磨削工件的工藝過程。是零件精加工的主要方法之一。砂輪磨粒結(jié)合劑空隙工件加工精度：IT7IT6，表面粗糙度：Ra=0.80.2um高精度磨削：表面粗糙度：Ra=0.10.008um一、磨削過程指砂輪表面的磨粒從工件表面切除細微金屬層的過程。凸起、鋒利的磨粒：起切削作用。切削厚度較大。凸起較小、較鈍的磨粒：起刻滑、擠壓作用。凹下、更鈍的磨粒：起滑擦作用。磨削 切削、刻滑、滑擦三個作用的綜合。二、磨削工藝特點1精度高、表面粗糙度低；2磨削溫度高；80010003砂輪具有自銳性；4徑向分力Fy較大。三、磨削的應用

24、可加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般結(jié)構(gòu)材料，也能加工高硬度的淬硬鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃等難切削材料，但不適宜塑性較大的有色金屬。磨削加工表面：外圓面、內(nèi)圓面、平面、各種成形面。1外圓磨削1) 縱磨法 2) 橫磨法 3) 深磨法 4) 無心外圓磨 2. 內(nèi)圓磨削內(nèi)圓磨與外圓磨相比較： 表面粗糙度大； 三爪卡盤砂輪工件 生產(chǎn)率低。 內(nèi)圓磨與鉸孔和拉孔相比較： 可以加工淬硬工件的孔； 不僅能保證孔本身的尺寸精度和表面質(zhì)量，還可以提高孔的位置精度和形狀精度。 生產(chǎn)率低比鉸孔低，比拉孔更低。磨孔一般僅用于淬硬工件孔的精加工。3. 平面磨削周磨：多用于加工質(zhì)量要求較高的工件。端磨：多用于加工質(zhì)量要求不高的工

25、件，或代替銑削作為精磨前的預加工。4. 成形面磨削5. 磨削發(fā)展簡介1）高精度、小粗糙度磨削精密磨削（Ra=0.040.1um）超精磨削（Ra=0.0120.025um）鏡面磨削（Ra=0.040.1um）2）高效磨削高速磨削： 強力磨削：以大的磨削深度、小的磨削速度進行磨削。 砂帶磨削：以砂帶代替砂輪進行磨削。6 光整加工表面粗糙度：Ra=0.025um1. 研磨加工精度：IT6IT5，表面粗糙度：Ra=0.20.012um。主要用于外園面和平面的高精加工。2. 珩磨加工精度：IT6IT5，表面粗糙度：Ra=0.20.012um。主要用于內(nèi)園面高精加工。三 零件表面加工方法的選擇1 外圓面的

26、加工外園面的加工方法有：車、磨、研磨外圓面的技術要求：尺寸精度：本身的尺寸精度（直徑、長度等）；形狀精度：圓度、圓柱度等； 位置精度：同軸度、垂直度等； 表面質(zhì)量：表面粗糙度等。序號加工方法尺寸公差等級表面粗糙度（Ra）um適用范圍1粗車IT13IT115012.5適用各種金屬（未淬硬）、非金屬材料2粗車半精車IT10IT96.33.23粗車半精車精車IT8IT71.60.84粗車半精車磨削IT7IT60.80.4適用于淬火鋼、未淬火鋼、鑄鐵等5粗車半精車粗磨精磨IT6IT50.40.26粗車半精車粗磨精磨研磨IT5IT30.10.0087粗車半精車精車精細車研磨IT13IT115012.5有色金屬2 內(nèi)圓面的加工內(nèi)園面的加工方法有：鉆、擴、鉸、車、鏜、拉、銑、磨、珩磨。內(nèi)圓面的技術要求：尺寸精度：本身的尺寸精度（直徑、長度等）；形狀精度：圓度、圓柱度等； 位置精度：同軸度、垂直度等； 表面質(zhì)量：表面粗糙度等。序號加工方法尺寸公差等級表面粗糙度（Ra）um適用范圍1鉆IT13IT115012.5適用各種實體工件2鉆擴IT96.33.2f304鉆鉸IT83.21.6f206鉆粗鉸精鉸IT70.80.4f128粗鏜半精鏜 淬 粗磨精磨珩磨IT7IT60.40.025已鑄出、鍛出孔9粗鏜半精鏜精鏜精細鏜有色金屬3 平面的加工平面的加工方法有：銑、刨、拉、車（端面）、磨、