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1、第一章第一章 切削加工概论切削加工概论主要内容主要内容1、切削运动及切削要素切削运动及切削要素2、刀具刀具3、金属的切削过程金属的切削过程4、金属切削过程的规律金属切削过程的规律本章重难点本章重难点1 1、金属切削过程中的各种物理现象金属切削过程中的各种物理现象2、刀具角度的标注刀具角度的标注第一节第一节 切削加工的基本概念切削加工的基本概念一、零件表面的形成及切削运动一、零件表面的形成及切削运动任何复杂的机器零件，均由一些简单的几何任何复杂的机器零件，均由一些简单的几何表面组成：回转体表面、平面和成形表面。表面组成：回转体表面、平面和成形表面。1.1.回转体表面回转体表面以某一条线（直线或曲
2、线）为准线，以某一条线（直线或曲线）为准线，其运动轨迹为圆时所形成的表面。其运动轨迹为圆时所形成的表面。2.2.平面平面以一直线为准线，而以另一直线为运动以一直线为准线，而以另一直线为运动轨迹作平移运动时所形成的表面。轨迹作平移运动时所形成的表面。3.3.成形表面成形表面准线和运动轨迹皆为任意曲线。准线和运动轨迹皆为任意曲线。在切削加工过程中，刀具和工件之间在切削加工过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作的相对运动称为切削运动。按其所起的作用，切削运动分为用，切削运动分为主运动主运动和和进给运动进给运动.主运动：主运动：切下切屑所必需的基本运动称为切下切屑所必需的基本运动称
3、为主运动。主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。主运动只有一个，其形耗的功率也最大。主运动只有一个，其形式可以是式可以是旋转运动旋转运动或或直线运动直线运动。进给运动：进给运动：使被切削的金属层不断投入切使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。削的运动称为进给运动。进给运动速度较低，消耗功率较少。进给运动速度较低，消耗功率较少。进给运动可以是连续的或断续的，其形式进给运动可以是连续的或断续的，其形式可以是可以是直线运动直线运动、旋转运动旋转运动或或两者的组合两者的组合。待加工表面待加工表面：指加工时工件上有待切除的表：指加工时工件上
4、有待切除的表面；面；已加工表面已加工表面：指工件上经刀具切削后产生的：指工件上经刀具切削后产生的表面表面;加工表面加工表面：指工件上由刀具切削刃形成的表指工件上由刀具切削刃形成的表面。面。1.1.切削用量切削用量 切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。总称。1 1）切削速度）切削速度:单位时间内，刀具相对于工件沿主单位时间内，刀具相对于工件沿主运动方向的相对位移。切削刃上各点的切削速度运动方向的相对位移。切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时取最大值。可能是不同的，计算时取最大值。旋转运动：旋转运动：（m/s）往复直线运动：往复直线运动：
5、（m/s）2 2）进给速度：）进给速度：单位时间内，刀具相对于工件沿进给运单位时间内，刀具相对于工件沿进给运动方向的相对位移。用进给速度动方向的相对位移。用进给速度v vf f或进给量或进给量f f、a af f来表来表示。示。-当主运动为旋转运动时，进给量当主运动为旋转运动时，进给量f f的单位是的单位是mmmm/r/r，即工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向之相，即工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向之相对位移；对位移；-当主运动为往复直线运动时，则进给量当主运动为往复直线运动时，则进给量f f的单位的单位是是mmmm/strstr。-a af f是多刃刀具的每齿进给量，单位是是多刃刀具的
6、每齿进给量，单位是mm/Zmm/Z。3 3）背吃刀量：）背吃刀量：背吃刀量背吃刀量a ap p为工件上已加工表面和为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。待加工表面间的垂直距离。外圆车削时外圆车削时钻孔时钻孔时2.2.切削层几何参数切削层几何参数d dm md dw wf fn 车刀移动车刀移动f f之后，切下的金属层称为切削之后，切下的金属层称为切削层。切削层的大小和形状，决定了切削部分所层。切削层的大小和形状，决定了切削部分所承受的载荷大小及切下的切屑的形状和尺寸。承受的载荷大小及切下的切屑的形状和尺寸。1)1)切削厚度（切削厚度（a ac c）（mmmm）两相邻加工表面之间的垂直距离
7、。两相邻加工表面之间的垂直距离。（mm）2)2)切削宽度（切削宽度（a aw w）（mmmm）沿主刀刃度量的切削层的长度。沿主刀刃度量的切削层的长度。（mm）3)3)切削面积（切削面积（A AC C）（mmmm2 2）（mm2）一、刀具材料一、刀具材料 较高的硬度。一般要求在较高的硬度。一般要求在 HRC 60 HRC 60以上。以上。有足够的强度和韧性。有足够的强度和韧性。有较好的耐磨性。有较好的耐磨性。较高的耐热性。较高的耐热性。有较好的工艺性。有较好的工艺性。第二节第二节 切削刀具切削刀具1.1.对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求二、二、刀具材料的种类刀具材料的种类1.1.碳素工具
8、钢碳素工具钢C=0.71.3%C=0.71.3%；T8T8、T10T10、T10AT10A、T12T12等等HRC6165HRC6165特点特点a.a.淬火后硬度高；淬火后硬度高；b.b.价格低；价格低；.耐热温度低耐热温度低；250300250300.淬火后应力、变形大。淬火后应力、变形大。应用：速度低、形状简单的手动工具。应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。如锉刀、锯条等。2.2.合金工具钢合金工具钢应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板牙、丝锥等。牙、丝锥等。在碳素工具钢中加入少量的铬、钨、锰、硅在碳素工具钢中加入少量的铬、钨、锰、
9、硅等合金元素，以提高热硬性和耐磨性，并减少热等合金元素，以提高热硬性和耐磨性，并减少热处理变形，耐热温度为处理变形，耐热温度为350400.350400.Me5%Me6mmh6mm；2 2）加工余量极不均匀；工艺系统刚度不足；）加工余量极不均匀；工艺系统刚度不足；3 3）断续切削、刀片尺寸较小，如作用切削刃长度超过工）断续切削、刀片尺寸较小，如作用切削刃长度超过工作切削刃的作切削刃的6060时，采用两次进给。第一次进给的时，采用两次进给。第一次进给的a ap p值应值应选得大些，一般选得大些，一般a ap p=（2/3 2/3 3/4 3/4）h h。当加工余量极不均。当加工余量极不均匀时，视
10、具体情况应先切去不均匀部分。匀时，视具体情况应先切去不均匀部分。（2 2）切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等加工硬化严切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等加工硬化严重的材料时，应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度，以重的材料时，应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度，以预防刀尖过早磨损。预防刀尖过早磨损。（3 3）半半精精加加工工的的余余量量较较小小，约约在在l l2mm2mm左左右右，精精加加工工余余量量更小，约在之间。更小，约在之间。（4 4）在在半半精精加加工工、精精加加工工时时，应应在在一一次次进进给给中中切切除除工工序序余余量量。在在采采用用硬硬质质合合金金车车刀刀精精车车时时，考考
11、虑虑到到刀刀尖尖圆圆弧弧半半径径r r与与切切削削刃刃钝钝圆圆半半径径r rn n对对挤挤压压和和摩摩擦擦作作用用的的影影响响，a ap p不宜过小，一般应大于不宜过小，一般应大于0.3mm0.3mm。2 2）确定进给量）确定进给量f f（1 1）粗加工时，进给量）粗加工时，进给量f f的选择受切削力的限制。在的选择受切削力的限制。在工艺系统强度和刚度允许的情况下选择较大的进给量，工艺系统强度和刚度允许的情况下选择较大的进给量，一般取一般取r r。（2 2）生生产产实实际际中中多多采采用用查查表表法法确确定定合合理理的的进进给给量量。粗粗加加工工时时，根根据据工工件件材材料料、车车刀刀刀刀杆杆
12、的的尺尺寸寸、工工件件直直径径及已确定的背吃刀量来选择进给量。及已确定的背吃刀量来选择进给量。（3 3）半半精精加加工工和和精精加加工工的的a ap p值值较较小小，产产生生的的切切削削力力不不大大，故故进进给给量量主主要要受受到到表表面面粗粗糙糙度度的的限限制制，一一般般选选得得较较小小，常常取取r r。但但也也不不能能太太小小，否否则则切切削削层层公公称称厚厚度度太太薄薄不不易易切切下下切切屑屑，对对已已加加工工表表面面质质量量反反而而不不利利。当当取取合合理理的的刀刀尖尖参参数数或或修修光光刃刃和和高高的的切切削削速速度度与与之之配配合合时时，进进给给量量f f可可适适当当选选大些，以提
13、高生产率。大些，以提高生产率。3 3）确定切削速度）确定切削速度v vc c 在在a ap p和和f f选选定定后后，再再根根据据规规定定达达到到的的合合理理寿寿命命T(min)T(min)，就可以确定切削速度，就可以确定切削速度v vc c(单位：单位：m ms)s)。在生产中选择切削速度的一般原则是：在生产中选择切削速度的一般原则是：(1)(1)粗车时，粗车时，a ap p和和f f较大，故选择较低的较大，故选择较低的v vc c；精车时，精车时，a ap p和和f f均较小，故选择较高的均较小，故选择较高的v vc c(2)(2)工工件件材材料料强强度度、硬硬度度高高时时，应应选选较较低
14、低的的v vc c；加加工工奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢、钛钛合合金金和和高高温温合合金金等等难难加加工工材材料料时时，只只能取较低的能取较低的v vc c(3)(3)切切削削合合金金钢钢比比切切削削中中碳碳钢钢切切削削速速度度应应降降低低20203030；切切削削调调质质状状态态的的钢钢比比切切削削正正火火、退退火火状状态态钢钢要要降降低低切切削削速速度度20203030；切切削削有有色色金金属属比比切切削削中中碳碳钢钢的的切切削削速速度度可可提提高高100%100%300300。(5)(5)精加工时，应尽量避开积屑瘤产生的区域。精加工时，应尽量避开积屑瘤产生的区域。6)6)断续切削时，为减少冲
15、击和热应力，宜适当降断续切削时，为减少冲击和热应力，宜适当降低切削速度。低切削速度。(7)(7)在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。振动的临界速度。(8)(8)加加工工大大件件、细细长长件件和和薄薄壁壁工工件件或或加加工工带带外外皮皮的的工工件时，应适当降低切削速度。件时，应适当降低切削速度。(4)(4)刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。如硬质合金的切削速度比高速钢刀具可高好几倍，涂如硬质合金的切削速度比高速钢刀具可高好几倍，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具要高，陶瓷、金刚石层刀具的
16、切削速度比未涂层刀具要高，陶瓷、金刚石和和CBNCBN刀具可采用更高的切削速度。刀具可采用更高的切削速度。衡量材料切削加工性的指标衡量材料切削加工性的指标1.1.一定一定刀具耐用度下的切削速度刀具耐用度下的切削速度当刀具的耐用度为当刀具的耐用度为T T时，切削某种材料所允许的切削速度。时，切削某种材料所允许的切削速度。材料的切削加工性越好。材料的切削加工性越好。若若T=60minT=60min，则，则三、三、工件的切削加工性工件的切削加工性材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。各种材料各种材料与与4545钢（正火态）钢（正火态）之比值。之比
17、值。若把若把4545钢的钢的 作为基准，作为基准，写为写为材料具有良好的切削加工性。材料具有良好的切削加工性。材料的切削加工性较差。材料的切削加工性较差。常用材料的切削加工性分为八级。常用材料的切削加工性分为八级。2.2.相对加工性相对加工性 kr3.3.已加工表面质量已加工表面质量5.5.切削力切削力4.4.切屑的控制或断屑的难易切屑的控制或断屑的难易 凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；凡切屑较容
18、易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡量反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡量指标。指标。在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机切削加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机床刚性或动力不足时，常以此为衡量指标。床刚性或动力不足时，常以此为衡量指标。影响材料切削加工性的因素影响材料切削加工性的因素1.1.物理性能物理性能2.2.材料的力学性能材料的力学性能 材料的导热性愈好、一定刀具耐用度下的切削速材料的导热性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈
19、高，材料的切削加工性愈好。度愈高，材料的切削加工性愈好。材料的材料的强度、硬度强度、硬度愈高，切削力愈大，切削温度愈愈高，切削力愈大，切削温度愈高高,刀具磨损加剧，刀具磨损加剧，切削加工性愈差。切削加工性愈差。材料的材料的塑性、韧性塑性、韧性愈高，切削时切屑的变形加大，愈高，切削时切屑的变形加大，摩擦力提高，切削力愈大，切削温度愈高，刀具磨损加摩擦力提高，切削力愈大，切削温度愈高，刀具磨损加剧，剧，切削加工性愈差。切削加工性愈差。改善材料切削加工性的途径改善材料切削加工性的途径1.1.调整材料的化学成分调整材料的化学成分2.2.热处理热处理 在钢中加入在钢中加入 S S、Pb Pb 等元素，可
20、有效的改善材料的等元素，可有效的改善材料的切削加工性。切削加工性。“易切削钢易切削钢”。高碳钢高碳钢 退火退火低碳钢低碳钢 正火正火第六节第六节 机械加工质量机械加工质量零件的机械加工质量包括零件的机械加工质量包括加工精度加工精度和和表面质量表面质量，它直接影响着产品的使用性能和寿命。它直接影响着产品的使用性能和寿命。一、加工精度一、加工精度加工精度是指零件在加工以后，其几何参数的实加工精度是指零件在加工以后，其几何参数的实际数值和设计数值相符合的程度。相符合的程度越高，际数值和设计数值相符合的程度。相符合的程度越高，加工误差越小，加工精度就越高。加工误差越小，加工精度就越高。零件的加工精度包
21、括零件的零件的加工精度包括零件的尺寸精度尺寸精度、形状精度形状精度和和位置精度位置精度，在零件图上分别以尺寸公差、形状公差，在零件图上分别以尺寸公差、形状公差和位置公差来表示。和位置公差来表示。国标规定，尺寸公差分为国标规定，尺寸公差分为2020级，即级，即IT01IT01、IT0IT0、IT1IT18IT1IT18，ITIT表示标准公差，公差的等级代号用阿拉伯数字表示，从表示标准公差，公差的等级代号用阿拉伯数字表示，从IT01IT18IT01IT18，精度等级依次降低，公差数值依次增大。，精度等级依次降低，公差数值依次增大。其中其中IT01IT1IT01IT1用于块规公差，用于块规公差，IT
22、1IT7IT1IT7用于量规公差，用于量规公差，IT5IT6IT5IT6用于精密零件的配合尺寸公差，如活塞销与活塞销孔用于精密零件的配合尺寸公差，如活塞销与活塞销孔等。等。IT6IT7IT6IT7广泛用于机床、较精密机器与仪表上重要零件的广泛用于机床、较精密机器与仪表上重要零件的配合尺寸公差，如车床主轴与轴承、尾座与套筒、动力机中配合尺寸公差，如车床主轴与轴承、尾座与套筒、动力机中的活塞与气缸等。的活塞与气缸等。IT8IT9IT8IT9用于重型机械、农用机械中重要零用于重型机械、农用机械中重要零件的公差。件的公差。IT14IT14以下为非配合尺寸的公差。以下为非配合尺寸的公差。*尺寸公差尺寸公
23、差*形状和位置精度形状和位置精度 表面形状和位置精度是衡量产品质量的重要指标之一。表面形状和位置精度是衡量产品质量的重要指标之一。国标中制定了形状和位置公差，形状公差有国标中制定了形状和位置公差，形状公差有6 6项，位置公差项，位置公差有有8 8项。项。同一尺寸的零件，规定的公差越小，表示精度要求越高，同一尺寸的零件，规定的公差越小，表示精度要求越高，零件的制造工艺越长，这就增加了零件的加工成本，降低了零件的制造工艺越长，这就增加了零件的加工成本，降低了生产率。因此必须根据各个零件在机器中的作用，合理地制生产率。因此必须根据各个零件在机器中的作用，合理地制定精度、表面粗糙度和其他技术要求，在保
24、证使用要求的前定精度、表面粗糙度和其他技术要求，在保证使用要求的前提下，选用较低的精度等级。提下，选用较低的精度等级。*影响零件加工精度的因素：影响零件加工精度的因素：1.1.机床的制造误差机床的制造误差 -以车床为例，车床前后顶尖不等高，在加工以车床为例，车床前后顶尖不等高，在加工锥面时就会产生双曲线误差；锥面时就会产生双曲线误差；-车床刀架的横向运动方向与车床回转轴线不车床刀架的横向运动方向与车床回转轴线不垂直，车出的工件端面将呈现出中凸形或中凹形；垂直，车出的工件端面将呈现出中凸形或中凹形；-车床前后顶尖的连线与刀尖运动轨迹在水平车床前后顶尖的连线与刀尖运动轨迹在水平面内部平行，将产生锥
25、度等。面内部平行，将产生锥度等。2.2.刀、夹具的制造误差和使用过程中的磨损刀、夹具的制造误差和使用过程中的磨损 采用定尺寸刀具（如铰刀、拉刀、键槽铣刀等）采用定尺寸刀具（如铰刀、拉刀、键槽铣刀等）加工时，刀具的尺寸直接决定了工件加工面的尺寸，加工时，刀具的尺寸直接决定了工件加工面的尺寸，刀具磨损后会使其尺寸变小；在车长轴时，车刀的刀具磨损后会使其尺寸变小；在车长轴时，车刀的磨损将使工件产生锥度。磨损将使工件产生锥度。3.3.在切削力作用下，工艺系统（机床在切削力作用下，工艺系统（机床-夹具夹具-刀具刀具-工工件在加工时组成的系统）的变形件在加工时组成的系统）的变形 车细长轴时，由于切削力作用
26、，轴产生弹性弯曲车细长轴时，由于切削力作用，轴产生弹性弯曲变形，使得轴呈两头细中间粗的要孤星；在内圆磨床变形，使得轴呈两头细中间粗的要孤星；在内圆磨床上采用切入式磨孔时，内圆磨头在切削力作用下产生上采用切入式磨孔时，内圆磨头在切削力作用下产生弹性变形，使得磨出的孔出现锥度。弹性变形，使得磨出的孔出现锥度。4.4.工艺系统的热变形工艺系统的热变形 在切削过程中，由于切削热、摩擦热以及环境在切削过程中，由于切削热、摩擦热以及环境温度的影响，使得工艺系统产生热变形。经验表明：温度的影响，使得工艺系统产生热变形。经验表明：在精密加工和大件加工中，由热变形产生的误差常在精密加工和大件加工中，由热变形产生
27、的误差常占加工总误差的占加工总误差的4070%4070%。影响加工精度的因素尚有：影响加工精度的因素尚有：工件的定位误差，由夹工件的定位误差，由夹紧变形所引起的误差，测量及调整误差等多种因素。紧变形所引起的误差，测量及调整误差等多种因素。在切削过程中，应采取相应的措施，保证零在切削过程中，应采取相应的措施，保证零件的加工精度。件的加工精度。例如车细长轴时，为了防止轴产生腰鼓形，例如车细长轴时，为了防止轴产生腰鼓形，采用主偏角为采用主偏角为9090的偏刀，使吃刀抗力为零，并的偏刀，使吃刀抗力为零，并采用跟刀架，以增强工件的刚性，减少弹性变形；采用跟刀架，以增强工件的刚性，减少弹性变形；为了防止其
28、在热膨胀受阻时变弯，采用带有弹簧为了防止其在热膨胀受阻时变弯，采用带有弹簧的活动后顶尖支承，使工件能自由伸缩，以消除的活动后顶尖支承，使工件能自由伸缩，以消除热变形的影响。热变形的影响。二、表面质量二、表面质量零件的表面质量直接影响零件的耐磨性、疲劳强零件的表面质量直接影响零件的耐磨性、疲劳强度、配合性质以及抗腐蚀等性能，从而影响零件的使度、配合性质以及抗腐蚀等性能，从而影响零件的使用寿命。特别是在高温、高速、高压和交变载荷条件用寿命。特别是在高温、高速、高压和交变载荷条件下工作的机器零件，对表面质量有很高的要求。下工作的机器零件，对表面质量有很高的要求。表面质量包括表面质量包括表面粗糙度表面
29、粗糙度、工件表面层的加工硬工件表面层的加工硬化程度化程度和和残余应力性质及大小残余应力性质及大小。国标规定，表面粗糙度分为国标规定，表面粗糙度分为1414个等级，以参数个等级，以参数值值RaRa或或RzRz表示。表示。一般说来，零件的精度要求越高，相应的表一般说来，零件的精度要求越高，相应的表面粗糙度值就越小。根据零件的功用，也有例外面粗糙度值就越小。根据零件的功用，也有例外的情况。的情况。影响表面粗糙度的主要因素：影响表面粗糙度的主要因素：1.1.刀具几何角度刀具几何角度车削外圆时，刀尖与工件的相对运动轨迹为螺旋线。车削外圆时，刀尖与工件的相对运动轨迹为螺旋线。增大主偏角、副偏角和进给量，均
30、使表面粗糙增大主偏角、副偏角和进给量，均使表面粗糙度值增大。故在强力切削时，为了减小表面粗糙度度值增大。故在强力切削时，为了减小表面粗糙度参数值，常在强力切削车刀上磨出一段副偏角为参数值，常在强力切削车刀上磨出一段副偏角为0 0的的修光刀，仍能获得修光刀，仍能获得RaRa值小的表面粗糙度。值小的表面粗糙度。在外圆车刀和铰刀上磨出正刃倾角，对降低在外圆车刀和铰刀上磨出正刃倾角，对降低表面粗糙度是有利的。表面粗糙度是有利的。2.2.切削用量切削用量 积屑瘤是在特定的速度范围内产生的，采用高积屑瘤是在特定的速度范围内产生的，采用高速切削或低速切削，避开这个范围，即可抑制其产速切削或低速切削，避开这个范围，即可抑制其产生，获得生，获得RaRa值小的表面粗糙度。精加工时，还应采值小的表面粗糙度。精加工时，还应采用小的进给量，以减小表面粗糙度。用小的进给量，以减小表面粗糙度。3.3.切削液切削液润滑性好的各种切削油对于降低表面粗糙度也有润滑性好的各种切削油对于降低表面粗糙度也有较大的作用。较大的作用。此外，切削过程中的振动、工件材料及其热处理此外，切削过程中的振动、工件材料及其热处理状态等对表面粗糙度也有影响。状态等对表面粗糙度也有影响。