1、1機(jī)械機(jī)械加工加工工藝工藝安康水電廠修配分場安康水電廠修配分場 車工班車工班 馮尚斌馮尚斌 2014年年9月月2第第1章材料切削加工基礎(chǔ)章材料切削加工基礎(chǔ)Material Removed Fundamental1.1金屬切削加工概述金屬切削加工概述1.1.1金屬切削加工的特點(diǎn)及應(yīng)用金屬切削加工的特點(diǎn)及應(yīng)用金屬切削加工金屬切削加工-是利用切削刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，從是利用切削刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，從工件（毛坯）上切去多余的金屬層，從而獲得符合一定質(zhì)工件（毛坯）上切去多余的金屬層，從而獲得符合一定質(zhì)量要求的零件的加工過程。量要求的零件的加工過程?；炯庸し椒ɑ炯庸し椒?車、銑、刨、磨、鉆等車、銑

2、、刨、磨、鉆等，另外還有，另外還有電火電火花、超聲波、激光、等離子等特種加工方法花、超聲波、激光、等離子等特種加工方法。一般所講的。一般所講的切削加工多指的是基本的機(jī)械加工。切削加工多指的是基本的機(jī)械加工。切削加工的地位切削加工的地位-切削加工在機(jī)器制造中所擔(dān)負(fù)的工作切削加工在機(jī)器制造中所擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器制造總工作量的量，約占機(jī)器制造總工作量的40% 60%。切削加工的技。切削加工的技術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。31.1.2零件的加工精度和表面粗糙度零件的加工精度和表面粗糙度1加工精度加工精度加工精度是指加工精度是指

3、工件加工后，尺寸、形狀和位置等參數(shù)的工件加工后，尺寸、形狀和位置等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值同它們絕對準(zhǔn)確的理論數(shù)值之間相符合的程度實(shí)際數(shù)值同它們絕對準(zhǔn)確的理論數(shù)值之間相符合的程度。相。相符合的程度越高，也就是說加工誤差越小，加工精度越高。符合的程度越高，也就是說加工誤差越小，加工精度越高。加工精度主要包括加工精度主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度尺寸精度、形狀精度、位置精度。（1）尺寸精度）尺寸精度尺寸精度尺寸精度-指加工后的零件的尺寸與理想尺寸相符合的程指加工后的零件的尺寸與理想尺寸相符合的程度。度。尺寸精度包含兩個(gè)方面：一是表面本身的尺寸精度，如尺寸精度包含兩個(gè)方面：一是表面本身的尺寸精度，如園柱

4、面的直徑；另一是表面間的尺寸精度，如孔間距。園柱面的直徑；另一是表面間的尺寸精度，如孔間距。401.025尺寸公差尺寸公差-尺寸允許變動(dòng)的最大范圍尺寸允許變動(dòng)的最大范圍即為尺寸公差。國家標(biāo)準(zhǔn)即為尺寸公差。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1800.21998規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)公差分為規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)公差分為20級，分別用級，分別用IT01、IT0、IT1、IT2、IT18表示。其中表示。其中IT表示公差表示公差，數(shù)字表示等級。，數(shù)字表示等級。IT01的公差值最小，精的公差值最小，精度最高。度最高。一般一般IT01IT13用于配合尺寸，其余的用于非配合尺寸。用于配合尺寸，其余的用于非配合尺寸。（2）形狀精度）形狀精度零件上的各

5、形狀要素與理想形狀要素的符合程度零件上的各形狀要素與理想形狀要素的符合程度。當(dāng)零件的尺寸精度。當(dāng)零件的尺寸精度滿足要求時(shí)，并不意味著其形狀也符合要求。如加工一個(gè)滿足要求時(shí)，并不意味著其形狀也符合要求。如加工一個(gè) 的的軸，其實(shí)際尺寸為軸，其實(shí)際尺寸為24.95，符合精度要求。但軸的某一截面的實(shí)際形狀，符合精度要求。但軸的某一截面的實(shí)際形狀不是理想的圓形，故其形狀不一定滿足要求。關(guān)于形狀誤差方面，其不是理想的圓形，故其形狀不一定滿足要求。關(guān)于形狀誤差方面，其表達(dá)符號及相應(yīng)的含義詳見表表達(dá)符號及相應(yīng)的含義詳見表4-356（3）位置精度）位置精度位置精度是指零件上的位置精度是指零件上的表面、軸線等的實(shí)

6、際位置與表面、軸線等的實(shí)際位置與理想位置相符合的程度。理想位置相符合的程度。零件加工時(shí)應(yīng)允許有一定的誤零件加工時(shí)應(yīng)允許有一定的誤差，差，國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1182-1996、GB/T4249-1996、GB/T16671-1996規(guī)定了規(guī)定了3類共類共8種標(biāo)準(zhǔn)位置公差種標(biāo)準(zhǔn)位置公差，其表達(dá)符號，其表達(dá)符號及相應(yīng)的含義詳見表及相應(yīng)的含義詳見表4-4。782表面粗糙度無論用何種方法加工，在零件表面總會(huì)留下微細(xì)的凹凸不平的刀痕，出現(xiàn)交錯(cuò)起伏的現(xiàn)象。粗加工后的表面用肉眼就能看到，精加工后的表面用放大鏡或顯微鏡仍能觀察到。表面上微小峰谷間的高低程度稱為表面粗糙度，也稱微觀不平度。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/10

7、31-1995規(guī)定了表面粗糙度的評定參數(shù)和評定參數(shù)允許數(shù)值系列。常用參數(shù)是輪廓算術(shù)平均偏差Ra和微觀不平度十點(diǎn)高度Rz，其含義分別見圖4-1、圖4-2。圖圖4-1輪廓算術(shù)平均輪廓算術(shù)平均偏差偏差圖圖4-2微觀不平度十微觀不平度十點(diǎn)高度點(diǎn)高度Rayxxyp1yp2yp3yp4yp5yv5yv4yv3yv2yv1910加工方法加工方法表面粗糙表面粗糙度參數(shù)度參數(shù)(Ra/m)表面狀況表面狀況應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例粗車、鏜、刨、鉆粗車、鏜、刨、鉆100明顯可見的刀明顯可見的刀痕痕如粗車、粗刨、切斷等粗加工后的表面如粗車、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、粗鉆也壁等粗加工后的表面

8、，焊接前的焊縫、粗鉆也壁等粗車、銑、刨、鉆粗車、銑、刨、鉆12.5可見刀痕可見刀痕一般非結(jié)合表面，如軸的端面、倒角等一般非結(jié)合表面，如軸的端面、倒角等車、鏜、刨、銑、鉆、銼、車、鏜、刨、銑、鉆、銼、磨、粗鉸、銑齒磨、粗鉸、銑齒6.3可見加工痕跡可見加工痕跡不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外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、緊固件通孔殼等的端面。緊固件的自由表面、緊固件通孔的表面等。的表面等。車、鏜、刨、銑、拉、磨、車、鏜、刨、銑、拉、磨、銼、滾壓、銑齒、刮銼、滾壓、銑齒、刮12點(diǎn)點(diǎn)/23.2微見加工刀痕微見加工刀痕與其它零件連接，但不形成配合的表面。如

9、箱與其它零件連接，但不形成配合的表面。如箱體、外殼等的端面。體、外殼等的端面。車、鏜、刨、銑、拉、磨、車、鏜、刨、銑、拉、磨、鉸、滾壓、銑齒、刮鉸、滾壓、銑齒、刮12點(diǎn)點(diǎn)/21.6看不清加工刀看不清加工刀痕痕安裝直徑超過安裝直徑超過80的的G級軸承的外殼孔、普通級軸承的外殼孔、普通精度齒輪的齒面、定位銷孔等重要表面。精度齒輪的齒面、定位銷孔等重要表面。車、鏜、拉、磨、立銑、車、鏜、拉、磨、立銑、滾壓、刮滾壓、刮310點(diǎn)點(diǎn)/20.8可辨加工痕跡可辨加工痕跡的方向的方向要求保證定心及配合特性的表面。如錐銷與園要求保證定心及配合特性的表面。如錐銷與園柱銷的表面，磨削的輪齒表面、中速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸柱銷的表面

10、，磨削的輪齒表面、中速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸頸等。頸等。表表1-5 表面粗糙度選用舉例表面粗糙度選用舉例 11鉸、磨、鏜、拉、滾壓、鉸、磨、鏜、拉、滾壓、刮刮310點(diǎn)點(diǎn)/20.4微辨加工痕跡微辨加工痕跡的方向的方向要求長期保持配合性質(zhì)穩(wěn)定的配合表面。如要求長期保持配合性質(zhì)穩(wěn)定的配合表面。如IT7級的軸、孔配合表面，精度較高的輪齒表級的軸、孔配合表面，精度較高的輪齒表面等。面等。布輪磨、磨、研磨、超級布輪磨、磨、研磨、超級加工加工0.2不可辨加工痕不可辨加工痕跡的方向跡的方向工作時(shí)受變應(yīng)力作用的重要零件的表面。保證工作時(shí)受變應(yīng)力作用的重要零件的表面。保證零件的疲勞強(qiáng)度、防腐性和耐久性，并在工作零件的疲勞強(qiáng)度、

11、防腐性和耐久性，并在工作時(shí)不破壞配合性質(zhì)的表面。時(shí)不破壞配合性質(zhì)的表面。超級加工超級加工0.1暗光澤面暗光澤面工作時(shí)承受較大變應(yīng)力作用的重要零件的表面。工作時(shí)承受較大變應(yīng)力作用的重要零件的表面。保證精確定心的錐體表面等保證精確定心的錐體表面等0.05亮光澤面亮光澤面保證高度氣密性接合的表面。如活塞、柱塞和保證高度氣密性接合的表面。如活塞、柱塞和汽缸內(nèi)表面等汽缸內(nèi)表面等0.025鏡狀光澤面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高壓柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面等精密表面表面0.012霧狀光澤面霧狀光澤面儀器的測量表面和配合表面，尺寸超過儀器的測量表面和配合表面，尺寸超過100的塊規(guī)工

12、作面的塊規(guī)工作面0.008鏡面鏡面塊規(guī)的工作表面，高精度測量儀器的測量面及塊規(guī)的工作表面，高精度測量儀器的測量面及其磨擦機(jī)構(gòu)的支承表面其磨擦機(jī)構(gòu)的支承表面續(xù)表續(xù)表1-5表面粗糙度選用舉例表面粗糙度選用舉例 121切削要素切削要素切削用量切削用量三要素三要素-指切削速度指切削速度vc、進(jìn)給量、進(jìn)給量f、背吃刀量背吃刀量ap，切削速度切削速度vc切削刃上選定點(diǎn)相對于工件切削刃上選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位為主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位為m/s。若主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切削速度一般若主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切削速度一般為其最大線速度。計(jì)算公式為：為其最大線速度。計(jì)算公式為： （m/s） 式中：式中：D工件

13、待加工表面的直徑或刀工件待加工表面的直徑或刀具的最大直徑（）具的最大直徑（） n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/s）1000Dnvc1.1.3 切削用量及選用切削用量及選用13若主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，則以其平均速度為切削速度，其計(jì)算公式為： （m/s）式中：l往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程長度（） nr主運(yùn)動(dòng)每秒往返次數(shù)（str/s）1000ln2rcv 進(jìn)給量進(jìn)給量f f工件或刀具運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)（或單位時(shí)間）內(nèi)，刀具在進(jìn)給方向上相對工件的位移量。可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述和度量車削時(shí)車削時(shí)，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿工件軸線方向移動(dòng)的距離即為進(jìn)給量，單位為/r，稱為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。刨削時(shí)刨削時(shí)，刀具每往復(fù)

14、一次，工件移動(dòng)的距離即為進(jìn)給量，單位為/str，稱為每行程進(jìn)給量。銑平面時(shí)銑平面時(shí)，銑刀每轉(zhuǎn)一齒或一分鐘，工件沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離，分別稱為每齒進(jìn)給量（/z）、每分鐘進(jìn)給量（/min）。14背吃刀量背吃刀量ap待加工表待加工表面、已加工表面、加工面、已加工表面、加工表面。表面。待加工表面與已待加工表面與已加工表面之間的垂直距加工表面之間的垂直距離，即為背吃刀量離，即為背吃刀量，單，單位為。位為。ap值的大小直接影響主值的大小直接影響主切削刃的工作長度，反切削刃的工作長度，反映了切削負(fù)荷的大小。映了切削負(fù)荷的大小。15 切削用量的選擇原則 粗加工階段：以提高生產(chǎn)率為主，因此應(yīng)盡可能多地切除加工余

15、量，在選擇合理的刀具耐用度后，把背吃刀量選得大些，其次選擇較大的進(jìn)給量，最后確定合適的切削速度；對于有硬皮的鑄件、鍛件的第一刀加工，其背吃刀量應(yīng)大于硬皮厚度； 精加工階段：為保證工件獲得需要的尺寸精度和表面粗糙度，應(yīng)選擇較小的進(jìn)給量和背吃刀量，較高的切削速度。只有在受到刀具等工藝條件限制不能使用較高切削速度時(shí)，才考慮選用較低的切削速度。16 背吃刀量的選擇：不論是粗加工還是精加工，最佳方法是一次走刀就能完成切削加工。但當(dāng)切削余量較大時(shí)，切削力較大，這時(shí)就會(huì)由于機(jī)床功率、剛度、刀具強(qiáng)度等方面的不足而無法一次完成。因此，生產(chǎn)中往往需要多次走刀，第一次走刀的背吃刀量，應(yīng)在機(jī)床工藝系統(tǒng)的承受能力范圍內(nèi)

16、盡可能取大值，其后的背吃刀量相對的可取小些。17 進(jìn)給量的選擇：當(dāng)選定背吃刀量后，切削力的大小主要受進(jìn)給量的影響。因此，粗加工時(shí)，由于對加工表面質(zhì)量的要求不高，可在工藝系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)盡可能取大值。精加工時(shí)，為減小切削力，同時(shí)保證較高的表面質(zhì)量，宜選擇較小數(shù)值。切削速度的選擇：在選定了背吃刀量及進(jìn)給量后， 可根據(jù)合理的刀具耐用度，用計(jì)算法或查表法選擇切削速度。粗加工時(shí)，若所選的切削速度較大，使得切削功率超過機(jī)床承受能力，這時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。181.1.4切削刀具切削刀具1常用刀具切削部分材料常用刀具切削部分材料目前機(jī)械加工中常用的刀具切削部分的材料主要有：碳目前機(jī)械加工中常用的刀具切削部分

17、的材料主要有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷材料等。素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷材料等。碳素工具鋼碳素工具鋼是一種含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼是一種含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼(含碳量一般為含碳量一般為0.7%1.3%)。其優(yōu)點(diǎn)是淬火后硬度較高，可達(dá)其優(yōu)點(diǎn)是淬火后硬度較高，可達(dá)6066HRC，刃磨容易，價(jià)格刃磨容易，價(jià)格低廉，但不能耐高溫，在低廉，但不能耐高溫，在200250時(shí)即開始失去原來的硬度，時(shí)即開始失去原來的硬度，所以切削速度不能太高。常用的牌號主要有所以切削速度不能太高。常用的牌號主要有T10A、T12A等，等，多用于制造鋸條、銼刀等手工工具。多用于制造鋸條、銼刀等手工工

18、具。19合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入一定的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時(shí)還可減小熱處理時(shí)的變形，淬火后具有較高的硬度（6066HRC）。其含碳量一般為0.85%1.5%，能耐350400的高溫，常用的牌號為9SiCr、CrWMn等。由于具有刃磨容易、熱處理性能好、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，常用于制造絲錐、板牙、鉸刀等形狀復(fù)雜、切削速度較低（v0.15m/s）的刀具。20高速鋼 又稱鋒鋼、白鋼，含有較多的鎢、鉻、鉬、釩等合金元素。常用牌號為W18Cr4v和W6Mo5Cr4V2，能耐550600的高溫。與前面的工具鋼相比，高速鋼的耐磨性、耐熱性有顯著

19、的提高。與后面的硬質(zhì)合金相比，具有較高的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性，工藝性能、熱處理性能也較好，容易刃磨鋒利。因此，常用于制造鉆頭、銑刀、拉刀和齒輪刀具等形狀復(fù)雜的刀具。由于耐熱性不高，多用于切削速度不高的場合（v0.5m/s），是目前使用最廣的刀具材料之一。21硬質(zhì)合金 由耐磨性和耐熱性都很高的碳化物（WC、TiC等）粉末，用Co、Mo、Ti等做粘結(jié)劑燒結(jié)而成。硬度可達(dá)7482HRC，耐溫高達(dá)8501000，故可用于高速切削（1.55m/s）。但與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、承受沖擊能力較差、刃口也不能太鋒利。硬質(zhì)合金也是目前國內(nèi)使用最廣泛的刀具材料之一，常制成各種形式的刀片，焊接或夾固在車刀、刨

20、刀等刀具的刀柄上使用。22常用的硬質(zhì)合金有三類：1、由WC和Co組成的鎢鈷類（YG類）；2、WC、TiC和Co組成的鎢鈷鈦類（YT類）；3、在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金中添加少量碳化鉭（TaC）或碳化鈮（NbC）而成的通用硬質(zhì)合金（YW類）。232刀具的幾何形狀及參數(shù) 241)車刀的組成車刀的組成前刀面前刀面刀具上切屑流過的表面刀具上切屑流過的表面主后刀面主后刀面與工件上的加工表面與工件上的加工表面相對的表面相對的表面副后刀面副后刀面與工件上已加工表面與工件上已加工表面相對的表面相對的表面主切削刃主切削刃前刀面與主后刀面的相交線，切削時(shí)，該線擔(dān)負(fù)主前刀面與主后刀面的相交線，切削時(shí)，該線擔(dān)負(fù)主要的切削任務(wù)

21、要的切削任務(wù)副切削刃副切削刃前刀面與副后刀面的相交線，也起一定的切削作用，前刀面與副后刀面的相交線，也起一定的切削作用，但不明顯。但不明顯。刀尖刀尖主切削刃與副切削刃相交的部位。主切削刃與副切削刃相交的部位。為增強(qiáng)刀尖的強(qiáng)度與為增強(qiáng)刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出一直線或一段園弧，而非一個(gè)尖點(diǎn)。耐磨性，一般在刀尖處磨出一直線或一段園弧，而非一個(gè)尖點(diǎn)。25 2)車刀切削部分的幾何參數(shù)基面通過主切削刃上選定點(diǎn)，與該點(diǎn)切削速度方向垂直的平面。切削平面過主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切，且垂直于基面的平面。正交平面過主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面和切削平面的平面2627283車刀各參數(shù)的作用及選擇前角：前角較大時(shí)，切屑的塑性變形較小，同時(shí)切屑與前刀面間的磨擦也較小，有利于降低切削溫度、減輕刀具磨損等。但前角過大