機(jī)械加工技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)課件引言：走進(jìn)機(jī)械加工的世界機(jī)械加工，作為現(xiàn)代制造業(yè)的基石，是將原材料通過一系列物理切除過程，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ㄐ螤睢⒊叽绾捅砻尜|(zhì)量的機(jī)械零件的技術(shù)。從微小的精密儀表零件到大型的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，無不依賴于精湛的機(jī)械加工技術(shù)。本課件旨在為初學(xué)者系統(tǒng)梳理機(jī)械加工技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，建立對(duì)這一領(lǐng)域的整體認(rèn)知，為后續(xù)的深入學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。我們將從機(jī)械加工的基本概念出發(fā)，逐步探討材料、刀具、設(shè)備、工藝等核心要素，力求理論與實(shí)踐相結(jié)合，突出知識(shí)的實(shí)用性與指導(dǎo)性。第一章：機(jī)械加工材料基礎(chǔ)1.1常用金屬材料的性能與應(yīng)用在機(jī)械加工中，金屬材料占據(jù)主導(dǎo)地位。了解材料的性能是合理選擇加工方法和制定工藝參數(shù)的前提。*力學(xué)性能：是材料在外力作用下表現(xiàn)出的特性，主要包括硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性等。*硬度：材料抵抗局部變形，特別是壓痕或劃痕的能力。硬度高的材料通常難以切削，但加工后表面耐磨性好。*強(qiáng)度：材料抵抗破壞的能力，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度。強(qiáng)度高的材料在加工中可能需要更大的切削力。*塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。塑性好的材料易于進(jìn)行塑性加工（如鍛造），但在切削時(shí)可能產(chǎn)生較長的切屑，影響排屑和表面質(zhì)量。*韌性：材料在斷裂前吸收能量的能力。韌性好的材料不易脆斷，但切削時(shí)可能需要鋒利的刀具和合適的切削角度。*常用金屬材料舉例：*碳素結(jié)構(gòu)鋼：如Q235，價(jià)格低廉，易于加工，常用于一般結(jié)構(gòu)件。*合金結(jié)構(gòu)鋼：如45鋼、40Cr，通過合金元素強(qiáng)化，綜合力學(xué)性能較好，常用于制造重要的機(jī)械零件，如軸、齒輪等。*不銹鋼：如304、316，具有良好的耐腐蝕性，加工難度相對(duì)較大，常用于食品、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域。*鑄鐵：如灰鑄鐵、球墨鑄鐵，具有良好的鑄造性能和減震性，硬度適中，切削加工性各異，常用于機(jī)床床身、箱體等。1.2材料的切削加工性材料的切削加工性是指材料被刀具切削加工成合格零件的難易程度。這一特性直接影響生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和刀具壽命。評(píng)價(jià)切削加工性的指標(biāo)通常包括：刀具壽命、切削力與切削溫度、已加工表面質(zhì)量、切屑控制等。*影響因素：材料的化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能（尤其是硬度和塑性）都會(huì)影響其切削加工性。一般而言，硬度適中（如HB____）、塑性較低的材料切削加工性較好。*改善途徑：對(duì)于難加工材料，可以通過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ㄈ缤嘶鸾档陀捕?、改善組織）、選擇合適的刀具材料和幾何參數(shù)、優(yōu)化切削用量等方法來改善其切削加工性。第二章：金屬切削的基本原理2.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量金屬切削加工的本質(zhì)是通過刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從工件毛坯上切除多余材料。*切削運(yùn)動(dòng)：*主運(yùn)動(dòng)：直接切除工件上的切削層，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而形成工件新表面的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是切削加工中速度最高、消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。例如，車削時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，銑削時(shí)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。*進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：使新的切削層不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)的（如車削的縱向進(jìn)給），也可以是間歇的（如刨削的橫向進(jìn)給）。*合成切削運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)。刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，即為該點(diǎn)的合成切削運(yùn)動(dòng)軌跡。*切削用量三要素：*切削速度(v)：刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。單位通常為米每分鐘(m/min)。*進(jìn)給量(f)：工件或刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（或每行程），兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移。單位通常為毫米每轉(zhuǎn)(mm/r)或毫米每行程(mm/st)。*背吃刀量(ap)：又稱切削深度，指待加工表面與已加工表面之間的垂直距離。單位為毫米(mm)。切削用量的合理選擇，對(duì)保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低加工成本具有重要意義。2.2切削過程與切屑形成切削過程是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，伴隨著彈性變形、塑性變形、裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展等現(xiàn)象。*切屑的形成：當(dāng)?shù)毒咔腥牍ぜr(shí)，切削層金屬受到刀具前刀面的擠壓，首先發(fā)生彈性變形，隨后進(jìn)入塑性變形階段，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，金屬層被擠裂而形成切屑，并沿刀具前刀面流出。*切屑的類型：根據(jù)切屑的外形和內(nèi)部變形程度，常見的切屑有帶狀切屑、節(jié)狀切屑（擠裂切屑）、粒狀切屑（單元切屑）和崩碎切屑。帶狀切屑形成過程平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量好，但需注意排屑安全；崩碎切屑則加工表面粗糙，切削力波動(dòng)大。*積屑瘤：在一定的切削條件下，切屑底層金屬由于受到強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，會(huì)黏結(jié)在刀具前刀面上，形成一個(gè)硬度很高的楔塊，稱為積屑瘤。積屑瘤對(duì)切削過程有雙重影響，它可以保護(hù)刀具、增大實(shí)際前角，但也會(huì)導(dǎo)致加工表面粗糙度增大、尺寸精度不穩(wěn)定。2.3切削力與切削熱*切削力：切削過程中，刀具對(duì)工件的作用力稱為切削力。它是由克服被加工材料變形的力、克服刀具與切屑間摩擦的力以及刀具與工件已加工表面間摩擦的力所組成。切削力是設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具的重要依據(jù)，也是選擇切削用量、分析加工精度和表面質(zhì)量的重要因素。*切削熱：切削過程中所消耗的能量，絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，稱為切削熱。切削熱主要來源于切削層金屬的彈塑性變形和刀具與切屑、工件表面的摩擦。切削熱通過切屑、工件、刀具以及周圍介質(zhì)傳導(dǎo)出去。切削熱會(huì)使刀具溫度升高，加速刀具磨損；也會(huì)使工件溫度升高，可能導(dǎo)致工件變形，影響加工精度。第三章：金屬切削刀具基礎(chǔ)3.1刀具的基本構(gòu)成與幾何角度刀具是實(shí)現(xiàn)切削加工的重要工具，其性能直接影響加工質(zhì)量、效率和成本。*刀具的基本構(gòu)成：盡管刀具種類繁多，但任何刀具都由刀體和刀頭（切削部分）兩部分組成。刀體是刀具的夾持部分，刀頭是刀具上直接參與切削的部分。*刀具切削部分的基本形態(tài)：以外圓車刀為例，其切削部分由“三面兩刃一尖”構(gòu)成，即前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。*前刀面(Ar)：切屑流出時(shí)所經(jīng)過的刀面。*主后刀面(Aα)：與工件上過渡表面相對(duì)的刀面。*副后刀面(Aα')：與工件上已加工表面相對(duì)的刀面。*主切削刃(S)：前刀面與主后刀面的交線，承擔(dān)主要的切削工作。*副切削刃(S')：前刀面與副后刀面的交線，協(xié)助主切削刃切削，并參與形成已加工表面。*刀尖：主切削刃與副切削刃的連接部分。為提高刀尖強(qiáng)度和耐磨性，常將刀尖磨成小圓角或修磨出過渡刃。*刀具幾何角度：刀具角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參數(shù)，直接影響切削性能。為了便于定義和測(cè)量刀具角度，通常采用正交平面參考系，它由基面(Pr)、切削平面(Ps)和正交平面(Po)三個(gè)相互垂直的平面組成。在正交平面參考系中，主要的刀具角度包括前角(γo)、后角(αo)、主偏角(Kr)、副偏角(Kr')和刃傾角(λs)。這些角度的大小和正負(fù)，決定了刀具的鋒利程度、強(qiáng)度、散熱條件和排屑方向。3.2刀具材料的性能要求與常用種類刀具材料是決定刀具切削性能的關(guān)鍵因素。*刀具材料應(yīng)具備的性能：高硬度和耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性、良好的耐熱性（紅硬性）、良好的導(dǎo)熱性和工藝性。*常用刀具材料：*高速鋼(HSS)：是一種加入了較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼刀具制造工藝簡(jiǎn)單，刃磨方便，能承受較大的沖擊載荷，常用于制造形狀復(fù)雜的刀具，如鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具等。但其耐熱性相對(duì)較低。*硬質(zhì)合金：是以難熔金屬碳化物（如WC、TiC、TaC等）為基體，以鈷或鎳等為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成的合金。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨性好、耐熱性高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的刀具材料之一，常用于制造車刀、銑刀、鏜刀等刀片。但其韌性較低，性脆。*陶瓷刀具：以氧化鋁(Al2O3)或氮化硅(Si3N4)為主要成分，具有更高的硬度、耐磨性和耐熱性，但脆性更大，適用于高速切削硬材料。*超硬刀具材料：如金剛石和立方氮化硼(CBN)，硬度極高，耐磨性極好，主要用于加工高硬度材料和高精度零件，但價(jià)格昂貴，脆性大。第四章：切削液及其應(yīng)用4.1切削液的作用在金屬切削過程中，合理使用切削液可以顯著改善切削條件。*冷卻作用：通過切削液的流動(dòng)和汽化，帶走大量切削熱，降低切削區(qū)溫度，從而減少刀具磨損，提高刀具壽命，防止工件因熱變形而影響加工精度。*潤滑作用：切削液能滲透到刀具與切屑、刀具與工件表面之間，形成一層潤滑膜，減少摩擦系數(shù)，從而降低切削力和切削熱，減輕刀具磨損，改善加工表面質(zhì)量，抑制積屑瘤的產(chǎn)生。*清洗與排屑作用：切削液可以沖走切削區(qū)域的切屑和磨屑，防止切屑堵塞或劃傷已加工表面，特別是在深孔加工和磨削加工中尤為重要。*防銹作用：切削液能在金屬表面形成一層保護(hù)膜，防止工件、刀具和機(jī)床導(dǎo)軌等在加工過程中生銹。4.2常用切削液的種類與選用*水溶液：以水為主要成分，加入防銹劑、清洗劑等添加劑。冷卻性能好，成本低，但潤滑性能較差。主要用于磨削、粗加工等對(duì)冷卻要求高的場(chǎng)合。*乳化液：由乳化油加水稀釋而成。乳化油主要由礦物油、乳化劑和添加劑組成。乳化液兼具一定的冷卻和潤滑性能，應(yīng)用廣泛，可用于車、銑、鉆、刨等多種加工。根據(jù)其濃度不同，潤滑和冷卻性能可有所側(cè)重。*切削油：主要成分是礦物油，或在礦物油中加入油性添加劑、極壓添加劑等。潤滑性能好，但冷卻性能較差。常用于低速精加工、攻螺紋、鉸孔等對(duì)潤滑要求高的場(chǎng)合。*切削液的選用：應(yīng)根據(jù)工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求以及操作環(huán)境等因素綜合考慮。例如，加工高強(qiáng)度鋼、不銹鋼等難加工材料時(shí)，宜選用極壓乳化液或極壓切削油；高速鋼刀具一般比硬質(zhì)合金刀具需要更多的潤滑；磨削加工則主要強(qiáng)調(diào)冷卻和清洗作用。同時(shí)，還需注意切削液的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。第五章：機(jī)械加工常用方法簡(jiǎn)介5.1車削加工車削是在車床上利用工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來加工工件的方法。*工藝特點(diǎn)：主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面（內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形回轉(zhuǎn)面等），還可以加工端面、螺紋等。車削加工精度一般可達(dá)IT8-IT7，表面粗糙度Ra值可達(dá)1.6-0.8μm。車削生產(chǎn)率高，刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。*典型應(yīng)用：軸類、盤套類零件的外圓、內(nèi)孔、端面、溝槽、螺紋等加工。5.2銑削加工銑削是在銑床上利用銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來加工工件的方法。*工藝特點(diǎn)：銑刀是多刃刀具，加工效率高?？梢约庸て矫?、臺(tái)階面、溝槽、成形表面、型腔等。銑削加工精度一般可達(dá)IT9-IT7，表面粗糙度Ra值可達(dá)6.3-1.6μm。銑削方式多樣，有順銑和逆銑之分。*典型應(yīng)用：箱體類零件的平面、導(dǎo)軌面、T形槽、鍵槽，齒輪的齒形等。5.3鉆削與鏜削加工*鉆削：在鉆床上利用鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在實(shí)體材料上加工孔的方法。鉆孔精度較低（IT10以下），表面粗糙度較大（Ra50-12.5μm），主要用于孔的粗加工。擴(kuò)孔和鉸孔是對(duì)已鉆孔的半精加工和精加工方法，可提高孔的精度和降低表面粗糙度。*鏜削：主要在鏜床或銑床上進(jìn)行，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件或鏜刀作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鏜削主要用于加工箱體、機(jī)架等結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件上的大孔、深孔、異形孔以及孔系，可保證孔的尺寸精度和位置精度。5.4磨削加工磨削加工是在磨床上利用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪（或其他磨具）對(duì)工件表面進(jìn)行切削加工的方法。*工藝特點(diǎn)：磨削是一種精加工方法，加工精度高（IT6-IT5，甚至更高），表面粗糙度Ra值?。蛇_(dá)0.8-0.01μm）。磨削可以加工各種表面（外圓、內(nèi)孔、平面、成形面等），尤其適合加工高硬度材料（如淬火鋼、硬質(zhì)合金等）。但磨削效率相對(duì)較低，砂輪消耗較快。*典型應(yīng)用：零件的最終精加工工序，如導(dǎo)軌面、軸承內(nèi)外圈、刀具刃口等的磨削。第六章：機(jī)械加工質(zhì)量與安全生產(chǎn)6.1加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的使用性能和壽命。*加工精度：指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀、位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。*尺寸精度：零件實(shí)際尺寸與理想尺寸的接近程度。*形狀精度：零件上實(shí)際表面的形狀與理想表面形狀的接近程度（如平面度、圓度、圓柱度等）。*位置精度：零件上各表面之間或表面上各要素之間的實(shí)際位置與理想位置的接近程度（如平行度、垂直度、同軸度等）。*表面質(zhì)量：又稱表面完整性，主要包括表面粗糙度、表面波度、表面層加工硬化、殘余應(yīng)力、金相組織變化等。表面質(zhì)量對(duì)零件的耐磨性、耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度等使用性能有重要影響。6.2影響加工質(zhì)量的因素簡(jiǎn)介影響加工質(zhì)量的因素眾多，主要包括：*機(jī)床：機(jī)床的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、剛度等。*刀具：刀具的幾何角度、磨損情況、材料性能。*夾具：夾具的定位精度、夾緊力的大小和分布。*工件：工件的材質(zhì)、剛度、裝夾方式。*加工工藝：切削用量的選擇、加工方法的合理性。*操作者：操作者的技能水平、責(zé)任心、操作規(guī)范程度。*環(huán)境：溫度、濕度、振動(dòng)、清潔度等。6.3安全生產(chǎn)與文明操作安全生產(chǎn)是機(jī)械加工過程中必須始終堅(jiān)持的首要原則。*安全生產(chǎn)的重要性：保障操作者的人身安全和健康，防止設(shè)備損壞和產(chǎn)品報(bào)廢，確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行。*基本安全操作規(guī)程：*嚴(yán)格遵守