《制造工程学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制造工程学.ppt（417页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、机械制造工程学绪论什么是机械？机械是一类产品机械是利用其几何形状实现性能功能的产品机械的中心问题是几何形状和位置的问题（当然还必须有材料的保证）什么是机械制造？制造机械产品用机械的方法制造产品机械制造的关键是获得几何形状和位置绪论机械制造的研究对象和方法机械制造需要的知识工艺，手艺？机械制造限制的条件不同的生产模式机械制造追求的目标有无、好坏？机械制造采用的方法绪论课程性质地位作用专业、基础、连接课程要求和教学目标为学生建立完整的制造工程概念。帮助学生掌握制造自动化技术的基本规律。使学生对机械加工的原理和常用方法有较深刻的领会。让学生学会使用“T、Q、C、S、E”的观点和手段去分析和解决制造过
2、程中存在的各种问题和矛盾。绪论课程的主要内容以制造过程为主线以“T、Q、C、S、E”为目的解决制造过程的自动化问题T(Time)时间，效率Q(Quality)质量C(Cost)成本S(Service)服务E(Environment)环保绪论第一章第一章机械制造过程概论（机械制造过程概论（8学时）学时）第二章第二章机械加工的成型运动及其实现（机械加工的成型运动及其实现（8学时）学时）第三章第三章加工表面的形成及其质量（加工表面的形成及其质量（12学时）学时）第四章第四章工艺过程与加工精度（工艺过程与加工精度（10学时）学时）第五章第五章生产率与经济性（生产率与经济性（6学时）学时）第六章第六章机
3、械加工工艺规程编制的若干问题（机械加工工艺规程编制的若干问题（8学时）学时）第七章第七章装配工艺的基本概念（装配工艺的基本概念（2学时）学时）第八章第八章先进制造技术（先进制造技术（4学时）学时）学时安排第一章机械制造过程本章的内容：1生产过程和机械加工工艺过程2生产纲领和生产类型3生产自动化4加工质量和加工误差第一章机械制造过程一生产过程和制造过程生产过程从确定生产需求之后，到得到产品的过程。包括产品开发过程、产品制造过程和产品销售过程。在现在，生产过程扩充到服务。制造过程直接把原材料和毛坯转换为成品的过程。包括毛坯制造、机械加工工艺、装配、热及表面处理、检验过程。1-1生产过程和机械加工工
4、艺过程第一章机械制造过程制造过程的“三流”第一章机械制造过程二机械加工工艺过程机械加工工艺过程用切削加工的方法，直接改变工件几何形状及表面机械物理性能的过程。简称“工艺过程”。工序一个（或同时加工的一组）工件，在一个工作地，由一个（或相互协作的多个）工人所连续完成的工艺过程。工序的划分三“一”，一“连续”。第一章机械制造过程工序的组成工步走刀工位安装工步、走刀、工位和安装之间的关系一次安装可以有多个工位、工步和多次走刀；一个工位可以有多个工步和多次走刀，但一般在一次安装下完成；一个工步只能在一次安装和一个工位下完成，但可多次走刀。第一章机械制造过程工序划分的作用和优点规范工艺保证质量工艺过程所
5、要解决的两个基本问题工序内容工序排序第一章机械制造过程三机械加工工艺规程什么是工艺规程？工艺过程的书面表达形式工艺过程的文字记录用法律文件形式规定下来的工艺过程可以有多个工艺过程，但只能有一个工艺规程工艺规程的形式工艺路线工序卡工序检验卡机床调整卡第一章机械制造过程工序卡片的格式和内容标题区被加工工件的工件名、号，工序名、号，所属产品/部件名、号，企业名、号，毛坯形式、材料和热处理状态等内容区按每一个工步用表格形式记录：工步加工内容，使用刀、辅、量具，切削用量，机动时间等。工序图区加工位置、加工表面、加工尺寸和精度要求、定位和夹紧位置设备区机床、夹具、辅具料、冷却液、工时定额等第一章机械制造过
6、程工序卡片的例子第一章机械制造过程一制造过程的不同形式螺栓生产的例子金工实习的方法：1.下料2.平端面，车螺纹外径，挑螺纹3.铣六方专业工厂的方法切断，墩六方，搓螺纹1-2生产纲领和生产类型第一章机械制造过程二生产纲领什么是生产纲领？包括备品率和废品率在内的计划年产量（或季产量、月产量）。生产纲领的种类产品的生产纲领Q零件的生产纲领N式中：n为一台产品中的同一种零件数为备品率为废品率第一章机械制造过程三生产类型生产类型的分类单件生产批量生产小批生产中批生产大批生产大量生产生产类型与生产纲领的关系生产类型零件生产纲领（件/年）重型中型轻型单件3103005005000第一章机械制造过程二不同生产
7、类型的特点（一）单件成批大量设计特点 配对制造部分互换完全互换毛坯制造方法木模手工造型自由锻造部分金属模手工造型，部分模锻金属模机器造型，模锻等高生产率制坯加工余量大中小工艺规程 简单，只有工艺工艺路线有详细的工序卡详细的工序、检验和调整卡第一章机械制造过程二不同生产类型的特点（二）单件成批大量设备通用设备，NC机床，加工中心通用+专用设备，NC机床，加工中心，FMS专用流水线，自动线，单机自动设备工装通用刀、夹、量、辅具专用夹具，组合夹具，通用+专用刀、量、辅具专通用刀、夹、量、辅具工艺精度保证试切法加工，划线加工尺寸自动达到法加工，工装保证尺寸自动达到法及高精度反馈调整加工第一章机械制造过
8、程二不同生产类型的特点（三）单件成批大量工人技术要求技术条件要求高，熟练技术和熟练程度一般，高的NC工人操作工人低技术、高熟练要求，高技术维护保障人员制造柔性大中等小投资小，可重用中等，部分重用大、专用单件成本大中小第一章机械制造过程1-3生产自动化为什么要生产自动化批量法则随着生产批量的增大，产品的单件成本降低需求历史的有无问题现在的个性化问题技术的发展制造技术的发展材料技术的发展计算机技术的发展第一章机械制造过程生产自动化的含义加工成型自动化物料输送自动化系统控制自动化自动化的目的满足企业的最大利润？满足工人的劳动要求？以“TQCSE”为目标，满足需求（市场？计划？）第一章机械制造过程生产
9、自动化的方法（一）生产设备自动化单机自动化先进的加工设备新颖的加工方法适合的加工材料解决成型自动化问题第一章机械制造过程生产自动化的方法（二）生产过程自动化物流自动化刚性自动线机器人自动物料小车解决传输自动化问题第一章机械制造过程生产自动化的方法（三）生产信息自动化系统自动化信息集成FMS无人化工厂网络制造解决管理与控制自动化问题第一章机械制造过程从制造工程学的角度，解决生产自动化中的问题效率问题(Time)质量问题(Quality)成本问题(Cost)服务问题(Service)环境问题(Environment)第一章机械制造过程4加工质量和加工误差质量产品质量的组成加工质量第一章机械制造过程
10、产品质量值顾客满意的程度性能/功能的实际值与理论的符合程度质量由缺陷度量，缺陷少表示质量好加工质量与加工活动有关的质量问题几何形状、位置实际值与理论值的符合程度加工中产生的不确定性（集中程度）第一章机械制造过程加工质量加工精度（宏观质量）表面质量（微观质量）加工精度与加工误差加工精度零件尺寸、位置、形状的实际值与理论值的符合程度加工误差零件尺寸、位置、形状的实际值与理论值的差异程度第一章机械制造过程加工误差的分类（一）按误差的形态分：尺寸误差、位置误差和形状误差按误差的规律分：系统误差和随机误差按误差原因出现的阶段分：加工前固有的因素引起的误差加工中产生的因素引起的误差加工后出现的因素引起的误
11、差第一章机械制造过程加工误差的分类（二）九大误差因素1.原理（理论）2.机床、夹具和刀具的制造，机床、夹具的磨损3.调整（对刀）4.安装1.切削加工中的力2.切削加工中的热3.刀具磨损4.残余应力变形5.测量第一章机械制造过程残余应力变形产生的误差第一章机械制造过程测量误差引起的加工误差假设量具的测量误差为t。对于单个零件的测量，希望值为H0，测量值为H。加工误差T=？对于一批零件的测量，测量的最大值为Hmax，测量的最小值为Hmin。加工误差T=？第一章机械制造过程加工误差分析误差合成第一章机械制造过程加工误差分析误差统计1.分布曲线法分布曲线的特征量：平均值中值极大值分布范围第一章机械制造
12、过程分布曲线的比较频数 某一给定测量值范围内的记数（测量值个数）频率 某一给定测量值范围内的测量值个数相对总测量个数的百分比频度（密度）单位测量值范围内的测量值个数相对总测量个数的百分比第一章机械制造过程不同分布曲线形态双峰平顶偏态第一章机械制造过程2.正态分布法分布密度Y与随机变量X的关系：式中：均值 所有测量值的算数平均方差 所有测量值的均方根平均第一章机械制造过程正态分布与加工质量（一）第一章机械制造过程正态分布与加工质量（二）合格率Q=测量值落在公差带中的概率上超差废品率下超差废品率可修复废品率和不可修复废品率第一章机械制造过程正态分布与加工质量（三）工序（工艺）能力指数CpCp值反映
13、了质量废品率对于制造：反映制造能力和水平对于设计：？第一章机械制造过程正态分布与加工质量（四）偏差与实际工序（工艺）能力指数Cpk第一章机械制造过程3.点图法加工量随时间的变化个值点图加工误差的静态特性与动态特性变值系统误差问题第一章机械制造过程图（一）减弱随机误差影响的方法低通滤波随机误差是白噪声系统变值误差主要是低频波动实现方法小样本平均把测量样品按加工时序分组，i=1,2,I，利用组平均表征对应时间段内的测量值，称均值，组内各测量值的最大和最小值之差表征对应时间段内的随机误差大小，称极差Ri，按时序排列，称图。第一章机械制造过程图（二）第一章机械制造过程图的作用控制线均值上控线均值下控线
14、极差上控线对加工过程的调整第二章第二章机械加工的成型运动机械加工的成型运动及其实现及其实现1成型运动成型运动2典型金属切削机床典型金属切削机床3自动化加工机床的特点自动化加工机床的特点4影响零件加工精度的原因及改进措施影响零件加工精度的原因及改进措施5特种切削成型运动特种切削成型运动1成型运动成型运动机械加工零件的表面形成加工表面的种类A）平面B）外圆柱面C）内圆柱面D）回转面D）曲面E）功能面加工表面的抽象由线段的运动形成素线运动的线段导线运动的轨迹都称为发生线表面与素线和导线的关系表面与素线和导线的关系-2发生线的形成方法A）成型法由刀具的切削刃直接形成素线，刀具的切削和（或）进给运动形成
15、导线。B）展成法由刀具的切削刃与工件的纯滚动形成素线，刀具的进给运动形成导线。C）轨迹法由刀具的切削刃的切削运动形成素线，刀具的进给运动形成导线。D）相切法由刀具的切削刃旋转的切点连线形成素线，刀具的进给运动形成导线。发生线的形成方法例1发生线的形成方法例2滚齿加工齿形素线形成示意图机床的运动直线运动圆周运动间歇运动切削运动进给运动分度运动不同的机床运动的实现传动系统表面加工方法常规加工方法切削加工使用一个或有规律地使用一组刀刃、在固定前后角关系的条件下对被加工表面的切削。切削加工包括：车、铣、刨、拉、钻等。磨削加工利用大量的磨料表面不规则尖角、以无规的前后角关系对被加工表面的刻划和涂抹。磨削
16、加工包括：磨、研、珩等。常规加工机床的基本组成床身系统主轴系统进给系统工作台及分度系统其它表面加工方法特种加工方法电火花加工电解加工超声波加工激光加工生物加工堆积制造快速原型制造机床的类型运动表面形成方法车床铣床（立铣、卧铣）镗床拉床钻床插（刨）床磨床滚齿机螺纹加工机床锯床特种加工机床现代加工机床2典型金属切削机床典型金属切削机床金属切削机床的分类与代号变形代号（可有）重大改进序号（可有）第二主参数（可有）主参数或设计序列号组别、系别代号特征结构代号（可有）类别代号分类代号（可有）车床分类主轴的方向（卧车-立车）主轴的数量（单轴-多轴）自动化程度（自动-半自动-手动）大小（仪表-普通-落地）功
17、能（普通-仿形-丝杆-曲轴-非圆）刀架（普通-转塔-回轮）CA6140的组成主轴箱(1)刀架(2)尾座(3)进给箱(8)溜板箱(6)床身(4、7、5)车床的主参数主轴结构图落地车床普通立式车床龙门立式车床转塔式六角车床回轮式车床丝杆车床丝杆车床的误差修正原理钻床分类大小（台钻-立钻-摇臂钻）主轴的方向（立式-卧式）加工孔形式（普通钻-深孔钻-中心钻）位置保证方式（找正-坐标）台式钻床立式钻床摇臂钻床多轴可调立式钻床多柱可调立式钻床镗床分类功能（普通镗床-镗铣床）主轴方向（立式-卧式）加工精度（普通镗-金刚镗）位置保证方式（普通-坐标）镗床加工的几种方法（一）镗床加工的几种方法（二）镗床加工的几
18、种方法（三）镗床加工的几种方法（四）普通卧式镗床落地镗铣床卧式金刚镗床立式单柱坐标镗床立式龙门坐标镗床卧式坐标镗床磨床分类适用性（通用M，特种2M，专用3M）通用磨床M包括：外圆磨床、内孔磨床、平面磨床、万能磨床、工具磨床、无心磨床、齿轮丝杆磨床等特种磨床2M包括：珩磨、超精研磨、砂带磨、抛光等专用磨床3M包括：轴承磨床、滚珠及滚棒磨床、叶片磨床等运动切削运动主轴的旋转进给运动工作台移动、旋转万能磨床的外形万能磨床的不同加工万能磨床的内孔磨头卧轴平面磨床立轴平面磨床无心磨的加工原理无心磨床铣床分类主轴的方向（立铣-卧铣）立柱的数量（单立柱-龙门铣）功能（普通-仿形-工具-床身）运动切削运动主轴
19、的旋转进给运动工作台移动、主轴伸缩、主轴箱移动卧式铣床立式铣床龙门铣床齿轮加工分类齿轮形状（圆柱齿轮-圆锥齿轮-螺旋伞齿轮）齿面齿形（渐开线-梯形-圆弧等）齿面方向（内齿-外齿-端面齿）齿轮关联单片盘齿轮、轴齿轮、多联齿轮加工方法荒加工滚齿、铣齿、插（刨）齿、拉齿精加工磨齿、剃齿、珩齿、研齿滚齿原理（一）滚齿原理（二）滚齿机滚斜齿加工插齿加工插齿机圆弧伞齿轮加工原理格里森切齿机格里森切齿机磨齿原理磨齿运动关系磨齿运动实现磨齿机3自动化加工机床自动化加工机床针对大批大量生产的自动化机床特点针对单件小批生产的自动化机床特点针对大批大量生产的自动化机床特点特点由机械机构实现各种运动的关联，用机械方法
20、保证运动的精度，针对某一零件、某一工序，少人或无人操作，高效、高劳动生产率，高价格。机床形式自动机床专用机床组合机床针对单件小批生产的自动化机床特点特点由计算机及数字控制实现各种运动的关联，用电气测量的方法保证运动的精度，针对所有零件的某类加工方法，少人或无人操作，应用灵活，高价格机床形式程控机床，数控及计算机数控机床（NCCNC）加工中心单轴纵切自动车床1.底座2.床身3.天平刀架4.主轴箱5.送料装置6.上刀架7.三轴钻铰附件8.分配轴单轴纵切自动车床传动系统图单轴纵切自动车床刀架结构单轴纵切自动车床刀架结构（二）单轴纵切自动车床调整卡（一）单轴纵切自动车床调整卡（二）单轴纵切自动车床刀架
21、凸轮单轴六角自动车床卧式六轴自动车床卧式六轴自动车床的传动系统专用机床定义为某一特定零件的某一特定工序加工而设计制造的机床。组合机床定义为某一特定零件的某一特定工序加工、利用标准模块而设计、组合和制造的机床。特点70%-80%都是通用部件和通用零件；大大缩短了设计制造周期；减少了制造中的问题；提高了工作可靠性。组合机床的组成底座中间底座、侧底座、立柱等滑台水平滑台、垂直滑台、倾斜滑台动力头主轴箱工作台夹具组合机床的组合组合机床的布局（一）组合机床的布局（二）组合机床的布局（三）组合机床的机床联系图组合机床的加工示意图组合机床的机械动力头结构图（例）以动力滑台为基础的各种动力部件示意图组合机床的
22、主轴箱结构图（例）4机床对零件加工精度的影响机床对零件加工精度的影响加工方法误差（原理误差）机床的制造和磨损误差调整误差原理误差利用回转刀盘加工四边形及六边形的平面度误差给定条件：1.两把刀，速比1/2、1/3。2.刀尖直径为D3.刀盘轴线与工件轴线的距离为H。求工件边长和平面度误差。机床制造及磨损误差主轴轴系误差导轨误差传动链误差主轴轴系误差主轴轴系的三种误差形式轴向窜动（端面圆跳动）径向跳动（径向圆跳动）角向摆动主轴回转精度的表测量法主轴端面圆跳动对加工的影响导轨误差误差敏感方向导轨误差误差敏感方向（二）车床导轨扭曲误差误差关系镗床工件进给加工椭圆误差端铣加工工件平面的凹陷误差传动链误差（
23、一）进给运动的获得主轴丝杆轴i 轴j传动链误差（二）传动链端的误差第三章第三章加工表面的形成及其质量加工表面的形成及其质量1切削运动与切削参数切削运动与切削参数2金属切削过程金属切削过程3金属切削过程对加工质量的影响及改进措金属切削过程对加工质量的影响及改进措施施4切削参数优化切削参数优化5材料的可切削性和切削液材料的可切削性和切削液1切削运动与切削参数加工表面待加工表面工件上加工前就有，加工后被切除的表面。在切削过程中不断减少。已加工表面工件上加工前没有，加工后形成的表面。在切削过程中不断增加。过渡表面（切削表面）由主切削刃在切削过程中直接作用的表面，该表面的素线与主切削刃的形状相一致，一般
24、情况下在待加工表面和已加工表面之间。切削层过渡表面到主切削刃部的将被切除的金属层。切削运动从刀具的角度主（切削）运动使工件上被刀具刀刃切入的过渡表面部分变为切屑的刀具相对工件的运动。主运动消耗了绝大多数的机床功率。主运动可以是直线运动，也可以是圆周运动。对于切削过程，则认为是一样的，都只考虑切削点的瞬时速度。进给运动配合主运动，形成切削层的运动。进给运动可以是连续的，也可以是间歇的。合成切削运动由主运动与进给运动合成的刀具相对于工件的实际运动。加工表面和切削运动的实例（一）加工表面和切削运动的实例（二）加工表面和切削运动的实例（三）加工表面和切削运动的实例（四）切削用量三要素（一）切削速度Vc
25、在考察点，主运动的瞬时速度称为切削速度。单位为每秒米（m/s），过去也用每分米（m/min）。在大多数加工中，主运动为旋转运动，切削速度也经常被用转速来描述，单位为转/秒（r/s）或转/分（r/min）。关系为：切削用量三要素（二）进给量以时间为研究对象的进给量进给速度Vf。表示在单位时间内在进给运动方向上的刀具位移，单位为米/秒（m/s）或毫米/秒（mm/s）。以主轴转动为研究对象的进给量每转进给量f。表示旋转一周时，刀具在进给运动方向上的位移，单位为毫米/转（mm/r）。以刀刃为研究对象的进给量每齿进给量 。表示经过一个刀齿时，刀具在进给运动方向上的位移，单位为毫米/齿（mm/z）。关系为
26、：切削用量三要素（三）背吃刀量（切削深度）已加工表面到待加工表面的距离。对于车削外圆，背吃刀量：对于钻孔，背吃刀量：刀具角度（一）结构要素（车刀）前刀面切屑流出的刀具表面称前刀面。后刀面与工件过渡表面相对的刀具表面称主后刀面，也称后刀面。与已加工表面相对的刀具表面称副后刀面。刀具角度（二）结构要素（车刀）切削刃前刀面与后刀面的交线称切削刃，其中，前刀面与主后刀面的交线称主切削刃，前刀面与副后刀面的交线称副切削刃。切削刃一般不是纯粹的一条线，而有一定的宽度，称刃带。刃带可以是圆角过渡，也可以用一个狭长的平面过渡（称倒棱）。刀具角度（三）结构要素（车刀）刀尖主切削刃与副切削刃的交点称刀尖。刀尖也不
27、是严格的一个点，为了保证刀尖有一定的强度，刀尖可以是圆角过渡，称圆弧刀尖，也可以用一个狭长的平面过渡，称倒棱刀尖。刀具切削刃与加工表面的关系刀具角度的标注与参考坐标系（一）前提所有的刀具角度的标注都是针对主切削刃上一点的。因此，在建立坐标系时，都与这一点为原点。基面通过切削刃上选定的点，垂直于假定主运动方向的平面。切削平面通过切削刃上选定的点，与切削刃相切，并垂直于基面。刀具角度的标注与参考坐标系（二）主剖面参考系主剖面通过切削刃上选定的点，与基面和切削平面都垂直的平面称主剖面。主剖面参考系由基面-切削平面-主剖面构成的坐标系（平面之间的交线为坐标轴）。主剖面参考系为正交坐标系。用于刀具尺寸本
28、身的标注刀具角度的标注与参考坐标系（三）主剖面参考系中的角度确定前、后刀面位置的角度3.前角在主剖面上，切削刃的投影与进给方向的夹角。4.后角在切削平面上，切削刃的投影与基面的夹角。刀为切削刃的最低点时为负，为最高点时为正。刀具角度的标注与参考坐标系（四）主剖面参考系中的角度确定副刀刃位置的角度仿照主刀刃的定义，可定义副偏角、副刃倾角、副前角和附后角。由于当刃倾角和前角确定后，前刀面就已确定，只要副偏角确定，就可计算出副刃倾角和副前角，因此，只有副偏角和副后角是独立的。刀具角度的标注与参考坐标系（五）主剖面参考系中的角度派生角度1.楔角在主剖面上，前刀面与后刀面之间的夹角。2.刀尖角主刀刃和副
29、刀刃在基面上投影的夹角。3.余偏角在基面上，主刀刃的投影与进给方向垂线的夹角。刀具角度的标注与参考坐标系（六）法剖面参考系法剖面通过切削刃上选定的点，与切削刃垂直的平面称法剖面。法剖面参考系由基面-切削平面-法剖面构成的坐标系（平面之间的交线为坐标轴）。法剖面参考系为非正交（斜交）坐标系。用于切削原理的刀具角度标注刀具角度的标注与参考坐标系（七）法剖面参考系中的角度标注九个角度中，由于基面和切削平面是共同的，因此，在基面和切削平面投影的角度（主、副和余偏角；刀尖角）是共同的，只有原在主剖面内的角度（前角、后角和楔角）换为法剖面中的法前角、法后角和法楔角，以及在副法剖面中的角度。刃倾角衡为0。刀
30、具角度的标注与参考坐标系（八）进给、切深剖面参考系进给剖面通过切削刃上选定的点，与基面垂直并平行于进给方向的平面。切深剖面通过切削刃上选定的点，与进给方向垂直于的平面。法剖面参考系由基面-进给剖面-切深剖面构成的正交坐标系（平面之间的交线为坐标轴）。用于切削用量的刀具角度标注刀具角度的标注与参考坐标系（九）进给、切深剖面参考系中的角度标注由于基面是共同的，在基面投影的角度（主、副和余偏角；刀尖角；刃倾角）是共同的，前、后角和楔角对应有进给前角、进给后角和进给楔角，以及切深前角、切深后角和切深楔角。刀具的实际工作角度基面的定义是与切削速度垂直，因此，切削速度方向的变化就将引起前、后角和主、副偏角
31、的变化。变化了的前、后角和主、副偏角分别称为工作前角、工作后角、工作主偏角和工作副偏角。实际工作角度与进给量大小和安装有关。由于纵向进给引起的刀具实际工作角度变化由于横向进给引起的刀具实际工作角度变化由于安装高低引起的刀具实际工作角度变化由于安装偏斜引起的刀具实际工作角度变化刀具材料（一）刀具材料（一）刀具材料的要求高硬度必须高于被加工材料的硬度510HRC，60HRC。高耐磨性刀具的耐磨性越高越好，可延长刀具的使用寿命。足够的强度和韧性刀具在切削时受到很大的切削力、冲击和振动，必须有足够的强度和韧性，不能在加工中破损。刀具材料（二刀具材料（二）刀具材料的要求（续）高耐热性在加工时，刀具表面的
32、温度很高，因此刀具必须能在高温下保持硬度和强度。高耐热冲击性在加工时，刀具的升温和降温速度都很快，特别是在有冷却的情况下，刀具有很大的温度梯度和温变速度，在这样的条件下，不应因较大的内应力。好的工艺性和经济性刀具的结构形状复杂，精度高，因此，是否方便加工（工艺性）是很重要的。同时，刀具的材料价格很高，对刀具的成本也很高。刀具材料（三）刀具材料（三）碳素工具钢高含碳量的碳素钢，如T10A和T12A等，属于高碳钢，经济性好，但韧性差，耐热性和热稳定性差，变形大，特别是高速下的耐磨性差。用于手工工具，如挫刀、锯条等。合金工具钢在高碳钢中加入合金元素，如9SiCr和CrWMn等，与碳素工具钢相比，改善
33、了韧性和变形，但成本上升，耐热性、热稳定性和耐磨性同样很差。用于较好的手工工具，如刮刀、板牙、手用丝锥等。刀具材料（四）刀具材料（四）高速钢属于高合金钢，含有较多的W（钨）、Mo（钼）、Cr（铬）、V（钒）等合金元素。为提高高温硬度还加有Co（钴）、Al（铝）、Si（硅）、Nb（铌）等元素。与工具钢相比，较大的改善了刀具的热稳定性、强度和韧性，因此被称为“高速钢”。加入V能提高耐磨性，但V多后刀具的加工工艺性降低。之所以称之为高速钢，是因为与碳素钢比较，有较高的高温硬度和热稳定性，可用于较高的切削速度。刀具材料（五）刀具材料（五）高速钢的分类按性能分：为普通高速钢高性能高速钢（增加了C、V、C
34、o、Al的含量，成本也高）。按主导元素分：钨系高速钢钼金高速钢钨钼系高速钢按制造工艺分：熔炼高速钢粉末冶系高速钢刀具材料（六）刀具材料（六）硬质合金的特点由难熔金属碳化物（如WC、TiC、TaC-碳化钽、NbC-碳化铌）和金属粘合剂（Co、Mo钼、Ni-镍等）经粉末冶金的方法烧结而成。是一种混合物。具有很高的硬度、耐热性、耐磨性和热稳定性。但抗弯强度和耐冲击性较差。难熔金属碳化物，硬度、耐热性、耐磨性和热稳定性，抗弯强度和耐冲击性。金属粘合剂，抗弯强度和耐冲击性，硬度、耐热性、耐磨性和热稳定性。很高的切削速度（45m/s)，很长的刀具耐用度，可以加工包括淬火钢在内的硬质材料。刀具材料（七）刀具
35、材料（七）硬质合金的分类（ISO分类）K类（我国的YG类属于K类），用于加工短切屑的黑色金属（如铸铁类材料）、有色金属（如铜、铝等）和非金属材料。常用的是WC-Co类硬质合金，常用牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8、YG10H等。P类（我国的YT类属于P类），用于加工长切屑的黑色金属（如钢类材料）。常用的是WC-TiC-Co类硬质合金（在YG类中加入不同含量的TiC），常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30等。M类（我国的YW类属于M类），通用于上述材料，常用的是WC-TiC-TaC(NbC)-Co类硬质合金（在YT类中加入不同含量的TaC或NbC），常用牌号有YW1、YW2等。
36、刀具材料（八刀具材料（八）金刚石刀具分三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具和金刚石复合压层刀片。有最高的硬度，摩擦系数很低，可以使用很高的切削速度（1080m/s）。但化学稳定性不好，不能加工铁族金属（黑色金属）。陶瓷刀具用Al2O3（氧化铝）或Si3N4（氮化硅）粉末经压制烧结而成，有很高的硬度、耐磨性、耐热性和耐氧化性，但强度、韧性和耐冲击性较差，正在不断改进。主要型号有：T1、T8、SG4、LT35、LT55、AT6、AG2等。立方氮化硼刀具（CBN刀具）立方氮化硼是用晶格形状为六方体的氮化硼在高温高压下，经催化剂催化而成的。立方氮化硼刀具的制作有两种：整体聚晶CBN刀具和CBN
37、复合压层刀片。很高的硬度（接近金刚石）和比金刚石还高得多的热稳定性和化学稳定性。刀具涂层刀具涂层在硬质合金刀具或是高速钢刀具的表面用气相沉积的方法涂覆一层耐磨的TiC、TiN、HfN（氮化鉿）或Al2O3等的薄层，大大提高刀具表面的显微硬度和耐磨性，减小摩擦阻力和与被加工工件的亲和力。涂层硬质合金一般用化学气相沉积法（CVD），涂层高速钢一般用物理气相沉积法（PVD）。特点提高刀具的耐磨性，增加刀具寿命。不可重磨。2金属切削过程金属切削过程金属切削过程是指刀具与工件运动并相互作用的过程。其作用是使切削层与工件母体分离。机理是刀具切削刃和前刀面对工件的推挤、摩擦，使切削层金属发生剪切滑移变形和摩
38、擦塑性变形而形成切屑。切削过程中，后刀面与工件挤压而形成加工表面。金属切削过程也可以看成是形成切屑的过程或形成加工表面的过程。金属切削层的变形金属切削层的变形金属切削过程是指刀具与工件运动并相互作用的过程。其作用是使切削层与工件母体分离。机理是刀具切削刃和前刀面对工件的推挤、摩擦，使切削层金属发生剪切滑移变形和摩擦塑性变形而形成切屑。切削过程中，后刀面与工件挤压而形成加工表面。金属切削过程也可以看成是形成切屑的过程或形成加工表面的过程。变形区变形区第一变形区由工件变为切屑发生剪切塑性的区域。在刀尖前部。第二变形区切屑与刀具前刀面挤压和摩擦发生塑性变形的区域。在切屑上。第三变形区由于工件材料弹性
39、恢复，使工件表面与后刀面接触摩擦，发生塑性变形的区域。在工件上。第一变形区金属的滑移第一变形区金属的滑移最大剪应力方向开始滑移线OA终止滑移线OM实际宽度0.20.02 mm金属滑移方向与纤维化方向金属滑移方向与纤维化方向变形程度的度量变形程度的度量剪切角剪切角变形程度的度量变形程度的度量滑移系数滑移系数滑移系数滑移系数与剪切角的关系滑移系数与剪切角的关系变形程度的度量变形程度的度量变形系数变形系数厚度变形系数长度变形系数变形系数与剪切角的关系变形系数与剪切角的关系切屑的受力切屑的受力第二变形区与前刀面上的摩擦形成切削的动力很高的压力和温度属于塑性流动的内摩擦摩擦系数表现为切屑的受力切屑的受力
40、对于切屑的受力分析切屑上受到两部分的力：前刀面的作用力和切屑根部变形作用力。平衡：前刀面的作用力和切屑根部变形作用力相等（特别是方向）。已知剪切力切屑的受力切屑的受力切屑的形成力已知剪切力（方向为滑移方向）切屑的形成力大小切屑的受力切屑的受力剪切角与前刀面摩擦角的关系切屑的形成力是主应力，它与最大剪应力的关系为角关系。最大剪应力为，而和之间的夹角为：其中，摩擦角与材料、切削用量和刀具表面粗糙度有关不变不变切屑的受力切屑的受力切削用量对摩擦角的影响背吃刀量：随背吃刀量的增加摩擦角略有下降。切削速度：随切削速度摩擦系数成驼峰曲线。进给量：基本无关。积屑瘤的形成积屑瘤的形成刀刃部工件强烈塑性变形在刀
41、尖的粘结（冷焊），使工件材料停留在刀尖和工件表面之间。这些停留在刀尖和工件表面之间的工件材料就是积屑瘤。积屑瘤与材料有关：冷作硬化趋势越高，积屑瘤越容易产生。积屑瘤只在一定切削速度下产生。积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤的影响增大了实际前角，减小了切削力。使前刀面与切屑脱离接触，提高了刀具的耐用度。但由于积屑瘤的不规则脱落，脱落时的崩溃力对于象硬质合金这样的脆性材料会加剧磨损。加剧振动，由于积屑瘤的增大前伸增大了背吃刀量，积屑瘤的脱落使背吃刀量发生变化，从而产生振动。影响加工质量，由于积屑瘤的脱落和加工振动增大表面粗糙度值。防止积屑瘤产生的方法提高或降低切削速度增加润滑增大刀
42、具角度切屑的形状切屑的形状切削的形状带状、长紧卷、短紧卷、螺旋卷、发条卷、C型、针状和粉状切削形状对制造过程的影响加工的安全性。加工场地的清理与辅助劳动。对加工质量的影响。对机床的影响3金属切削过程对加工质量的影响及金属切削过程对加工质量的影响及改进措施改进措施切削过程对表面质量的影响切削力及其它力对加工精度的影响切削热及其它热源对加工精度的影响刀具磨损对加工精度的影响表面质量表面质量表面微观几何精度表面粗糙度表面波纹度刀痕方向表面层机械物理性质冷作硬化层的冷作硬化程度和深度表面残余应力耐腐蚀性表面其它物理机械性能表面质量对机械性能的影响（一）表面质量对机械性能的影响（一）对配合精度和性质的影
43、响表面粗糙度造成表面形状出现高点，配合精度和性质决定于这些高点位置，高表面粗糙度值在使用后位置下降过多，改变了配合精度和性质。对耐磨性的影响表面粗糙度值过大，高点易磨损。反之，表面粗糙度值过小，不能形成润滑油膜，磨损加剧，特别是当表面粗糙度小于一定值时，两配合表面间的分子相互吸引，产生剥离，反到产生急剧磨损。表面层的冷作硬化有利于耐磨性，特别是有残余压应力的冷作硬化层。表面质量对机械性能的影响（二表面质量对机械性能的影响（二）对疲劳强度的影响表面粗糙度的高低不平产生应力集中，降低了疲劳强度。表面残余应力中，拉应力降低了疲劳强度，而拉应力提高了疲劳强度。耐腐蚀性腐蚀一般都是电化学过程，速度与是否
44、有电解质有关，表面粗糙度值大，则寸留的水分也多。另外，导体表面的点荷分布也集中在曲率大的地方。表面应力也对耐腐蚀性有直接影响。压应力耐腐蚀，而拉应力易腐蚀。表面粗糙度（一）表面粗糙度（一）残留面积影响由于主偏角和副偏角的存在。表面粗糙度（二）表面粗糙度（二）表面塑性变形影响第三变形区，由于工件材料弹性恢复与后刀面的摩擦，在已加工表面的塑性变形。产生鱼鳞刺（微裂）。积屑瘤脱落（磨削时为金属涂抹）表面粗糙度（三）表面粗糙度（三）加工中的振动工件和刀尖之间的周期性位置变化。分：自由振动无影响。由于偶然原因引起的，不断衰减的振动。受迫振动在一些加工中影响较大。在外界周期力作用下，系统发生的与外界周期力
45、频率相等的振动。自激振动发生时影响大。没有外界周期力作用，由系统自身提供振动能量维持的振幅不衰减的持续振动。如果振幅不断扩大，则称“颤振”。表面粗糙度（四表面粗糙度（四）切削加工粗加工，为了高效地切除大的余量，使用大的切深和大的走刀量，因此主要是残留面积。精加工，获得高的尺寸精度和表面精度，切深和走刀量都不大，振动和塑性变形上升为主要因素。磨削加工粗加工，磨削力大，磨削温度高，表面容易发生“烧伤”，即由于塑性变形的高温使表面层金属变性，同时，高温使局部金属熔化，产生涂抹，影响了表面粗糙度值。再有，粗磨所用砂轮粒度较大，对表面的刻划较深，因此残留面积也有影响。精加工，磨削力小，冷却充分，因此，振
46、动和刻划造成的残留面积成为主要因素。减小表面粗糙度值的方法（一减小表面粗糙度值的方法（一）研磨在研磨工具和被研表面之间加入研磨剂，研磨工具相对于被研表面做无规运动。获得高的尺寸精度、形状精度（小于0.003mm）和表面精度Ra 0.0080.1之间，但不能改善位置精度。分手工研磨和机器研磨。减小表面粗糙度值的方法（二减小表面粗糙度值的方法（二）珩磨利用装有磨条（油石）的珩磨头以一定的压力在工件的表面做两个方向的往复运动（运动速度比为34，但最好不要为整数或简单分数），运动速度低（0.10.25m/s）。获得高的尺寸精度、形状精度（小于0.0030.005mm）和表面精度Ra 0.0250.4之
47、间，但不能改善位置精度。珩磨头的结构减小表面粗糙度值的方法（三减小表面粗糙度值的方法（三）超精研磨与珩磨一样，只是其中的一个往复运动是高速摆动（振幅26mm，频率540Hz），生产率较高。获得高的尺寸精度、形状精度（小于0.0030.005mm）和表面精度Ra 0.0120.1之间，但不能改善位置精度。减小表面粗糙度值的方法（四减小表面粗糙度值的方法（四）抛光利用弹性抛光轮粘上磨料或抛光膏（氧化铝、碳化硅、氧化铬、氧化铁等，加煤油或机油，或是为增加粘性和增加化学作用而加硬脂酸、油酸等）与工件表面高速摩擦。只能提高表面精度（Ra 0.0120.8之间），有镜面效果，但不能改善位置精度尺寸精度和形
48、状精度。减小表面粗糙度值的方法（五减小表面粗糙度值的方法（五）表面强化工艺表面冷压工艺：利用表面加压的方法使工件表面产生塑性变形，在表面形成残余应力，从而提高表面硬度，减小表面粗糙度值。达到提高疲劳强度和耐磨性的作用。表面冷压分：挤压和滚压。内孔内孔挤压挤压脉动滚压脉动滚压切削力切削力的来源：塑性变形所需要的能量，以晶格变形的势能变化存储在切屑和工件表面的变形层中；弹性变形所存储的能量，以振动能的形式散发到周围环境中；摩擦所消耗的能量，以热能的形式传播到切屑、刀具和工件里。在这三项能量中，第一项和第二项所占的比例不大，第三项占到95%以上。通过刀具的作用力和与工件的相对运动，由刀具提供切削能量
49、。因此：切削力的分解（一）切削力是一个分布力，分布在刀刃周围，为研究方便，在大多数情况下可看成是一个作用在刀刃一点的合力，称为切削合力，它可分解为：主切削力：与主切削运动方向平行，简称切削力；进给抗力：与进给运动方向平行，也称轴向力、走刀抗力；切深抗力：与进给运动方向垂直，也称吃刀抗力、径向力、背向力。切削力的分解（二）切削力分解的作用主切削力：影响机床的功率、刀具的强度；进给抗力：影响进给功率；切深抗力：影响加工精度和振动。机床总功率：进给功率只占总功率的23%。切削力的分配比例：与刀具角度有关，在45度偏刀时：切削力的测量切削力的估算切削力经验公式式中：指数，系数决定于被加工材料性质和刀具
50、参数，总修正系数，用于实际加工条件与经验公式条件差异时的修正。一般情况下指数x（切深指数）在1左右，指数y（走刀指数）小于x，指数n（速度指数）约小于0（是负数）。切削力对加工精度的影响（一）工艺系统刚度（一）在以机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统中，刀尖在误差敏感方向受到的切削力与刀尖相对于工件的位移之比称为工艺系统的刚度，是衡量单位变形所需力大小的参数。即：刚度是工艺系统的综合量度刚度是指刀具的切削点处发生的变形与力的关系刚度的定义只是在误差敏感方向的力和位移柔度：刚度的倒数，是衡量单位力引起变形量的大小。即：切削力对加工精度的影响（二）工艺系统刚度（二）刀尖相对于工件的位移是由机床、夹