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1、机械加工工艺基础,第一章 金属切削加工的基本原理 用刀具从金属材料（毛坯）切去多余金属，获得符合要求的几何形状、尺寸、表面粗糙度的加工过程。,1-1切削运动和切削要素,一、零件的表面 1、已加工面 2、待加工面 3、加工表面（过渡表面） 二、切削运动：工件和工具的相对运动 1、主运动；切下切屑最基本的运动，速度最高，耗功最大。（如：车削中，工件旋转。钻削中，钻头旋转） 2、进给运动：使金属层不断投入切削，从而加工出完整表面的运动。（如：车削中，刀具移动。钻削中，钻头下移）。切削运动可以是连续的、间歇的，也可是直线或圆周送进等。,三、切削用量 1、切削速度（Vc）：单位时间内， 工件和刀具沿着主
2、运动方向相对 移动距离。单位m/s。 主运动为旋转运动 D：待加工面直径， n：每分钟转数。 主运动直线运动 L：行程长度， n：每分钟往复次数 2、吃刀量（）：两平面之间的距离，该两平面都垂直于选定的测量方向，并分别通过作用切削刃上两个使上述两平面间的距离为最大的点，mm，影响切削刃长度， 3、进给量（f）：主运动一个循环内（或单位时间）刀具与工件沿进给方向相对位移，如车刀，工件转一周，刀尖移动距离f。,四、切削层参数：是指工件上被刀刃切削掉的一层金属，包括切削宽度，切削厚度，切削面积。 1切削厚度：hD：刀具与工件每运动一个进给量 f 后，主切刃相邻两位置间的垂直距离。 hD =fsink
3、。 2切削宽度bD：沿主切削刃量得已加工表面与待加工面间的 距离。 3、切削面积Ac：工件被切下金属层沿垂直于主运动方向所截取面积，Ac= hD bD=fP。,g,k,a,bD,p,sin,=,12金属切削刀具,一、刀具材料： 1对刀具材料的要求： （1）高硬度：高于工件硬度1.31.5倍以上，HRC60以上。 （2）足够强、韧性，能承受切削力产生冲击和振动。 （3）高耐热性；在高温下保持硬度、强度、韧性、耐磨性。 （4）耐磨性好。 （5）良好的工艺性和经济性，便于制造，热处理和刃磨。,2常用的刀具材料 （1）碳素工具钢：0.71.3%C，T8AT13，HRC60-64，热硬性200，bK较低
4、，V10m/min，手动工具，丝锥、板牙、铰力、锯条。 （2）合金工具钢：加Cr，W，Mn1、等。如：9Crsi、CrWMn，HRC6065、耐热250350，b、K较好，v=2025m/min，低速刀具：丝维、板牙、拉刀。 （3）高速钢：W18Cr4V，（1901年）白钢，风钢，HRC6070，耐热540650，b、k好，工艺性好，v=3050m/min，制造复杂刀具，铣刀，拉刀，车刀，齿轮刀具，钻头主要刀具材料之一。,（4）硬质合金：（1927年）用高硬度难熔碳化物（WC，Tic）为基和粘结剂（CO）烧结而成。（HRC7378）HRA8998，耐热8001000，v=100400m/min
5、，但脆性大差，主要刀具材料。 钨钴类：YG（WC+Co），YG3、YG6韧性好，硬度、耐磨性差一些，适于加工脆性金属、铸铁、青铜。 钨钛钴类：YT（WC+Tic+Co），YT5，YT15，Tic分别5%、15%。硬度、耐磨性、热硬性更高，但强度，韧性下降，脆性大，适于加工塑性好材料，碳钢，合金钢。 钨钛钽（铌）钴类：YW（WC+Tic+TaC+NbC）高温硬度、强度，耐热、耐磨性也高，即可加工脆性材料又可加工韧性材料, （5）其他刀具材料，陶瓷、金刚石、立方氮化硼。,二、刀具构造： 刀具种类繁多，形状不一，无论多么复杂，都可看成是车刀的组合，车刀是最简单，最基本、最有代表性、最常用。 车刀的组
6、成；可分为刀头与刀杆。 （1）前刀面（Ar）： 刀具上切屑流过表面。 （2）主后面（Aa）： 与工件加工表面相对的表面。 （3）付后面（Aa）： 与工件已加工面相对的表面。 （4）主切削刃（S）： 前刀面与主后面的交线， 担负主要切削任务。 （5）付切削刃：（S）前刀面与付后面的交线，担负少量的削任务。 （6）刀尖（）：主切削刃与付切削刃交汇处，切削负荷最重，为增加强度和耐磨性，制成圆弧和折线，称为过渡刃。,三、刀具角度的参考系：刀具切削部分必须具有合理的几何形状，才能保证切削加工的顺利进行和获得预期的加工质量。,1、刀具标注角度参考系 （主剖面Po和主剖面参考系） (1)基面Pr: 通过切削
7、刃上 选定点，垂直于主运动 方向的平面。 (2)切削平面Ps: 通过切削刃 上选定点，与切削刃S相切， 垂直于基面Pr的平面。 （3）主剖面Po: 通过切削刃 上选定点，垂直于基面Pr、垂直于切削平面Ps的平面。 另外：还有工作法剖面参考系和工作进给、切深剖面参考系。,2、主剖面参考系（图中 O-O（PO）内的标注角度 在主剖面参考系中的参考平面Pr,Po和Ps内有如下一些标注角度。 (1)Po内: 前角o: 在Po内度量的Pr与Ar的夹角。 后角o: 在Po内度量的A与Ps的夹角。 楔角o: 在Po内度量的A与Ar的夹角。 显然： o=90-(o+o) (2)Ps内: 刃倾角s: 在Ps内度
8、量的S与Pr的夹角。 (3)Pr内: 主偏角r: 在Pr内度量的Ps与Pf的夹角, 即S在Pr内的投影与进给运动方向之间的夹角 副偏角r: 在Pr内度量的Ps(副切削平面) 与Pf的夹角,13金属切削过程,是指切屑和已加工面形成的过程， 还会产生切削热、切削力、刀具磨损、 残余应力等。 一、切屑形成过程和切屑种类： 1切屑的形成过程： 金属切削过程 和实际金属挤压过程 很相似，开始发生弹 性变形，应力达到s （屈服点）时，发生塑变，当应力大于b （断裂强度）时，发生挤裂，形成切屑，当刀具继续前进，新的切屑又产生了。,2切屑的种类 （1）带状切屑：连续 不断的带状，底面光滑，顶面毛茸状，用高速切
9、削塑性钢材。 （2）挤裂切屑（节状切屑）：顶面呈锯齿形，底面有裂纹，较低切削速度，较大进给量，加工中等硬度钢材。 （3）崩碎切屑：切屑是不规律碎块，加工铸铁、青铜等脆性材料。 3积屑瘤： 在加工塑性材料，在前刀面上粘附一小块 很硬的金属，称为积屑瘤。 （1）积屑瘤形成：高温，高压下，由于摩 擦力而阻留在前刀面上的部分切屑转化而 成。滞流层。 （2）对切削过程的影响： 保护刀刃，减小刀具摩擦，粗加工有利， 精加工使尺寸精度，粗糙度下降。,二、切削力和切削功率 1切削力的来源； 在切削工件时，必须要 克服材料的弹性和塑性变形 抗力，刀具与工件，刀具与 切屑的摩擦力，这种抗力组 成切削力。 2切削力
10、的分解： 按着空间的三维坐标， 分解切削力为Fc，Ff，Fp， （1）主切削力Fc：是切削力F在切削速度方向分力。占总功率9599%，是设计机床的依据。 （2）背向抗力Fp（吃刀抗力）：切削力在垂直于工作平面上分力。易使工件变形，加工细长杆要注意。 （3）进给力Ff（走刀抗力、轴向力）：与进给方向平行。设计进给机构的依据，占总功率15%。 3影响切削力的主要因素： （1）工件材料，（2）切削层参数： （3）切削用量：（4）刀具角度：,三、切削热及冷却液： 1切削热的产生、传出及其对加工影响 （1）切削热产生与传出： 产生：切屑变形，切屑与前刀面摩擦，工件与后刀面摩擦。 （2）切削热对加工影响：
11、 刀具温度升高，加速磨损。工件受热膨胀，影响加工精度。 2切削液：（冷却润滑液） （1）切削液作用： 冷却，润滑，清洗，防锈，提高工作质量，精加工。 （2）切削液分类及选用：水溶液、乳化液、切削油,1刀具磨损形式 （1）后刀面磨损; （2）前刀面磨损; （3）前后刀面同时磨损。 2刀具磨损过程： （1）初期磨损：快、刀不平、 OA段。 （2）正常磨损：慢、AB （3）急剧磨损：很快、AC 3刀具的使用寿命：最大允许磨损值，用后刀面磨损量。 刀具耐用度（使用寿命），是指刀具从开始切削达到磨钝标准的时间，用分钟表示。 4影响刀具耐用度因素： 切削用量，工件材料，刀具材料，,1-4 工件材料切削加工
12、性,一、切削加工性概念： 是指工件材料被加工成合格零件的难易程度。材料在切削加工中，刀具耐用度高。切削速度高，粗糙度小，断屑容易，切削力小，切削加工性好，反之则差。 二、切削加工性的衡量指标： 1一定刀具使用寿命下的切削速度； 2. 相对加工性Kv，Kv反映了不同材料对刀具磨损和刀具使用寿命的影响程度。可分为8级，见P234表3-1-1，,三、影响切削加工性因素： 1工件材料硬度对切削加工性的影响： 材料HB，加工性差。 材料高温硬度高，加工性差。 材料硬质点多，加工性差。 材料加工硬化严重，加工性差。,2强度对加工性影响： b，加工性差。 高温强度高，加工性差。 3塑性对加工性影响： 塑性大
13、，粘刀，切削加工性差，塑性太小也差。 4韧性对切削加工性影响： K，切屑不易断，切削加工性差 5导热系数对加工性影响： 导热系数小的材料，切削加工性差 四、改善切削加工性： （1）调整化学成分：加入P，Pb，S，易切钢Y20。 （2）热处理、低碳钢正火，高碳钢球化退火。,第二章 金属切削机床基本知识,2-1 金属切削机床分类及传动 一、机床的分类及编号 金属切削机床种类很多 按着加工性质和使用刀具不同分为12大类： 车C、钻Z、刨B、铣X、磨M、镗T、拉L、齿轮Y、螺纹S、电加工D、G切断、Q其他。,二、机床上常用机械传动方式 一种是用于传递旋转运动和对运动的变速和换向，另一种把旋转运动变为直
14、线运动。 1、传递旋转运动 （1）皮带传动 （2）齿轮转动 （3）蜗杆蜗轮传动 2、变换运动性质机构 （1）齿轮齿条传动 （2）丝杠缧母传动： 3、变速机构 （1）滑动齿轮变速 （2）离合器齿轮变速,2-2 切削加工自动化生产简介,一、自动和半自动机床： 二、切削加工自动线 1、自动生产线的组成 2、自动线的类型 刚性自动线 柔性自动线： 刚性自动线分为 通用机床自动线，自动，半自动机床 组合机床自动线，组合机床联成 专用机床自动线，自动化专用机床联成 转子机床自动线，转子机床通过转子联成,三、数控机床： 是用数控装置或计算机进行程序控制的一种高效能自动化机床 1、数控机床工作原理 根据零件图
15、进行程序设计 按规定代码编程序单 制作穿孔纸带 光电读带机，把电脉冲输入数控装置 数控装置输往伺服驱动机构 伺服驱动机构带动机床各运动部件。 2、特点及用途： 具有高度柔性，准备时间短 显著减少辅助时间，机床利用率高 生产率高，5-10倍 可加工复杂表面 加工精度高，,第三章 光整加工及特种加工,3-1 光整加工 是指能获得很高表面质量（Ra0.2以下）的一种精密加工方法，如研磨、珩磨、超级光磨 一、研磨： 1、加工原理：是用研具和研磨剂对工件表面进行光整加工方法， 2、研磨的特点及应用： （1）设备简单，成本低 （2）不仅提高表面精度，还能提高尺寸，形状精度 （3）生产率较低，加工0.01-0.03mm,二、珩磨： 1、加工原理：用装有磨条（油石）的珩磨头对孔进行光整加工。 2、珩磨特点及应用： （1）生产率较高 （2）能提高孔表面质量，尺寸和形状精度，但不能提高位置精度 （3）表面耐磨：交叉网纹利于形成油膜 （4）不易加工有色金属 （5）珩磨头结构复杂,三、超级光磨： 1、加工原理：用细磨粒，低硬度磨条的磨头，在一定压力下对工件表面进行光整加工。 2、特点及应用 （1）设备简单，操作方便 （2）加工余量极小 （3）表面质量好，Ra=0.012mm （4）生产率较高 （5）只能提高表面质量 四、抛光： 1、1、加工原理：利用高速旋转的涂有磨膏
