機(jī)械制造技術(shù)（第2版）第一章機(jī)械制作概述全套可編輯PPT課件第1章機(jī)械制造概述第2章金屬切削原理與刀具第3章金屬切削機(jī)床第4章機(jī)床夾具第5章機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)第6章典型零件的加工工藝第7章機(jī)械裝配工藝基礎(chǔ)第8章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制CONTENTS目錄01機(jī)械制造過(guò)程機(jī)械制造方法02機(jī)械制造過(guò)程01任務(wù)引入某汽車(chē)制造廠迎來(lái)了一批“小記者”，他們是某小學(xué)的學(xué)生代表。在工作人員的帶領(lǐng)下，小記者們依次參觀了沖壓車(chē)間、車(chē)身車(chē)間和總裝車(chē)間。在沖壓車(chē)間，小記者們見(jiàn)識(shí)了沖壓機(jī)是如何將成卷的鋼板通過(guò)剪切、彎曲、拉伸等工序制成車(chē)身外殼的；在車(chē)身車(chē)間，小記者們看到許多機(jī)器人揮舞著“手臂”靈巧地工作著；而在總裝車(chē)間，小記者們則親眼目睹了汽車(chē)的裝配過(guò)程……這些有條不紊的生產(chǎn)過(guò)程是怎么組織的，小記者們不禁產(chǎn)生了疑惑。本任務(wù)就來(lái)介紹機(jī)械制造過(guò)程中最基本的概念，包括生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程及其組成、生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類(lèi)型等。1.1生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)系統(tǒng)是指由人、生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工具共同組成的，能將生產(chǎn)原料轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的系統(tǒng)。生產(chǎn)系統(tǒng)一般由三個(gè)層次組成：決策層、計(jì)劃管理層、生產(chǎn)技術(shù)層。生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程包括原材料的運(yùn)輸保管、生產(chǎn)準(zhǔn)備、毛坯制造、零件加工、部件和產(chǎn)品裝配、質(zhì)量檢驗(yàn)和包裝等。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程存在著物料流、信息流和能量流三大系統(tǒng)，如圖1-1所示。生產(chǎn)過(guò)程1.1生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程圖1-1生產(chǎn)過(guò)程的組成1.2工藝過(guò)程及其組成定義1、工藝過(guò)程工藝過(guò)程是指改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過(guò)程。它包括毛坯制造、零件加工、部件或產(chǎn)品裝配、質(zhì)量檢驗(yàn)和包裝等。機(jī)械制造工藝過(guò)程一般包括機(jī)械加工工藝過(guò)程和機(jī)械裝配工藝過(guò)程。1.2工藝過(guò)程及其組成2、機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成1）工序工序是指一個(gè)工人（或一組工人）在一臺(tái)機(jī)床上（或一個(gè)工作地點(diǎn)），對(duì)同一個(gè)（或同時(shí)對(duì)幾個(gè)）工件連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。工序是組成工藝過(guò)程的基本單元。工作地點(diǎn)（機(jī)床）、工人、加工對(duì)象（工件）和連續(xù)作業(yè)是構(gòu)成工序的四個(gè)要素，其中任何一個(gè)要素發(fā)生改變即成為新的工序。連續(xù)作業(yè)是指在該工序內(nèi)的全部工作要不間斷地接連完成。如圖1-2所示為階梯軸零件，其各個(gè)表面都需要進(jìn)行機(jī)械加工。該零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程如表1-1所示，從中可以計(jì)算出加工階梯軸零件所需設(shè)備的數(shù)量、工人的人數(shù)和工作面積的大小。因此，工序也是制訂勞動(dòng)定額、配備工人及機(jī)床設(shè)備、安排作業(yè)計(jì)劃和進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的基本單元。1.2工藝過(guò)程及其組成2、機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成圖1-2階梯軸零件表1-1階梯軸的機(jī)械加工工藝過(guò)程工序號(hào)工序內(nèi)容工作地點(diǎn)（設(shè)備）1車(chē)一端面、鉆中心孔，調(diào)頭車(chē)另一端面、鉆另一面中心孔車(chē)床2車(chē)大外圓及倒角，調(diào)頭車(chē)小外圓及倒角車(chē)床3銑鍵槽銑床4磨外圓外圓磨床5去毛刺鉗工臺(tái)1.2工藝過(guò)程及其組成2、機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成2）安裝安裝是指工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工序。在一個(gè)工序中，工件可能被裝夾一次或多次才能完成加工，如表1-1中的工序1和工序2，工件都有一次調(diào)頭裝夾，這兩個(gè)工序均包含兩次安裝。在機(jī)械加工過(guò)程中，應(yīng)盡量減少工件裝夾的次數(shù)，以減少裝夾過(guò)程中產(chǎn)生的誤差和消耗的時(shí)間。3）工位為了減少工件在機(jī)械加工過(guò)程中的裝夾次數(shù)，人們常采用各種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)夾具或移動(dòng)夾具，使工件在一次裝夾中先后處于幾個(gè)不同的位置進(jìn)行加工。工位是指工件相對(duì)于機(jī)床或刀具每占據(jù)一個(gè)加工位置所完成的那部分工序。1.2工藝過(guò)程及其組成2、機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成4）工步工步是指在加工表面不變、加工工具不變、切削用量不變（簡(jiǎn)稱(chēng)“三個(gè)不變”）的條件下所連續(xù)完成的那部分工序。構(gòu)成工步“三個(gè)不變”的任一因素改變即成為另一個(gè)工步。對(duì)于連續(xù)進(jìn)行的幾個(gè)相同的工步，如在法蘭上依次鉆多個(gè)同樣尺寸的孔，習(xí)慣上算作一個(gè)工步，稱(chēng)為連續(xù)工步，如圖1-3（a）所示。如果同時(shí)用幾把刀具（或用復(fù)合刀具）加工幾個(gè)不同的表面，也可以看作是一個(gè)工步，稱(chēng)為復(fù)合工步，如圖1-3（b）所示。5）走刀在一個(gè)工步內(nèi)，若要切除的金屬層較厚需要分幾次切削，則每次切削就是一次走刀。走刀也稱(chēng)作工作行程，是構(gòu)成工藝過(guò)程的最小單元。1.2工藝過(guò)程及其組成2、機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成（a）連續(xù)工步

（b）復(fù)合工步圖1-3工步1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類(lèi)型1、生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品的產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃，通常由生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求和自身的生產(chǎn)能力來(lái)確定。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)通常還包括一定數(shù)量的備品和廢品。計(jì)劃期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)稱(chēng)為年生產(chǎn)綱領(lǐng)，其計(jì)算公式為

（1-1）式中：N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）；

Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺(tái)/年）；

n——每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺(tái)）；

α

——備品百分率；

β——廢品百分率。生產(chǎn)綱領(lǐng)決定了產(chǎn)品的生產(chǎn)類(lèi)型，是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和修改的重要依據(jù)，并直接影響車(chē)間（或工段）的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)備的配置。1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類(lèi)型2、生產(chǎn)類(lèi)型生產(chǎn)類(lèi)型是指企業(yè)（或車(chē)間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化程度的分類(lèi)，一般分為單件生產(chǎn)、大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)三種類(lèi)型，如表1-2所示。表1-2各種生產(chǎn)類(lèi)型的劃分生產(chǎn)類(lèi)型零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）輕型零件（質(zhì)量≤15kg）中型零件（質(zhì)量>15～50kg）重型零件（質(zhì)量>50kg）單件生產(chǎn)100205成批生產(chǎn)小批生產(chǎn)>100～500>20～200>5～100中批生產(chǎn)>500～5000>200～500>100～300大批生產(chǎn)>5000～50000>500～5000>300～1000大量生產(chǎn)>50000>5000>10001.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類(lèi)型2、生產(chǎn)類(lèi)型各生產(chǎn)類(lèi)型的工藝特點(diǎn)如表1-3所示。表1-3各生產(chǎn)類(lèi)型的工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)單件生產(chǎn)成批生產(chǎn)大量生產(chǎn)小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批生產(chǎn)加工對(duì)象經(jīng)常變換周期性變換固定不變毛坯及加工余量自由鍛造、木模手工造型；毛坯精度低，加工余量大部分采用模鍛、金屬模造型；毛坯精度及加工余量中等廣泛采用模鍛、機(jī)器造型等高效方法；毛坯精度高、加工余量小機(jī)床設(shè)備

及其布置形式通用機(jī)床，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床；按機(jī)床類(lèi)別采用機(jī)群式布置通用機(jī)床和數(shù)控機(jī)床結(jié)合；按工件類(lèi)別分工段布置廣泛采用高效專(zhuān)用機(jī)床及自動(dòng)機(jī)床；按自動(dòng)線或?qū)Ｓ脵C(jī)床流水線布置夾具及尺寸保證通用夾具、標(biāo)準(zhǔn)附件或者組合夾具；劃線試切保證尺寸通用夾具、專(zhuān)用夾具或者成組夾具；定程法保證尺寸高效專(zhuān)用夾具；定程及自動(dòng)測(cè)量控制尺寸刀具、量具通用刀具、量具專(zhuān)用或標(biāo)準(zhǔn)刀具、量具高效專(zhuān)用刀具、量具1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類(lèi)型2、生產(chǎn)類(lèi)型表1-3各生產(chǎn)類(lèi)型的工藝特點(diǎn)（續(xù)）工藝特點(diǎn)單件生產(chǎn)成批生產(chǎn)大量生產(chǎn)小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批生產(chǎn)工藝文件的要求編制反映工序順序的工藝過(guò)程卡片編制較為詳細(xì)的工藝卡片及關(guān)鍵工序的工序卡片編制詳細(xì)的工藝卡片、工序卡片及調(diào)整卡片生產(chǎn)率用傳統(tǒng)加工方法，生產(chǎn)率低，用數(shù)控機(jī)床加工可提高生產(chǎn)率中等高成本較高中等低對(duì)工人技術(shù)

能力的要求需要技術(shù)熟練的工人需要技術(shù)較為熟練的工人對(duì)操作工人的技術(shù)要求較低，對(duì)調(diào)整工人的技術(shù)要求較高發(fā)展趨勢(shì)采用成組工藝、數(shù)控機(jī)床、加工中心及柔性制造單元采用成組工藝、柔性制造系統(tǒng)或柔性自動(dòng)線用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化制造系統(tǒng)、車(chē)間或無(wú)人工廠，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制任務(wù)實(shí)施--確定減速器傳動(dòng)軸的生產(chǎn)類(lèi)型及工藝過(guò)程如圖1-5所示為某機(jī)械廠的減速器傳動(dòng)軸零件簡(jiǎn)圖，該零件為輕型零件，每臺(tái)減速器有2件該傳動(dòng)軸。1、任務(wù)描述圖1-5減速器傳動(dòng)軸零件簡(jiǎn)圖任務(wù)實(shí)施--確定減速器傳動(dòng)軸的生產(chǎn)類(lèi)型及工藝過(guò)程1．計(jì)算年生產(chǎn)綱領(lǐng)并確定生產(chǎn)類(lèi)型（1）當(dāng)減速器年產(chǎn)量為5000臺(tái)時(shí)，根據(jù)式（1-1）可得該傳動(dòng)軸的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為當(dāng)減速器年產(chǎn)量為5000臺(tái)時(shí)，減速器傳動(dòng)軸零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為10302件。由于減速器傳動(dòng)軸零件為輕型零件，根據(jù)表1-2，應(yīng)采用的生產(chǎn)類(lèi)型為大批生產(chǎn)。（2）當(dāng)減速器年產(chǎn)量為80臺(tái)時(shí)，該傳動(dòng)軸的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為根據(jù)表1-2，當(dāng)減速器年產(chǎn)量為80臺(tái)時(shí)，該傳動(dòng)軸應(yīng)采用的生產(chǎn)類(lèi)型為小批生產(chǎn)。2、任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施--確定減速器傳動(dòng)軸的生產(chǎn)類(lèi)型及工藝過(guò)程2．確定機(jī)械加工工藝過(guò)程減速器傳動(dòng)軸在大批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)的機(jī)械加工工藝過(guò)程示例，分別如表1-4和表1-5所示。2、任務(wù)實(shí)施表1-4減速器傳動(dòng)軸大批生產(chǎn)的機(jī)械加工工藝過(guò)程示例工序號(hào)工種工序內(nèi)容工作地點(diǎn)（設(shè)備）1下料工件尺寸ф80mm×400mm鋸床2銑銑兩端面及鉆中心孔中心孔機(jī)床3車(chē)雙頂尖裝夾，粗車(chē)、半精車(chē)六個(gè)臺(tái)階，倒角兩個(gè)數(shù)控車(chē)床4銑銑兩個(gè)鍵槽數(shù)控銑床5磨磨外圓數(shù)控磨床6檢檢驗(yàn)鉗工臺(tái)任務(wù)實(shí)施--確定減速器傳動(dòng)軸的生產(chǎn)類(lèi)型及工藝過(guò)程2、任務(wù)實(shí)施表1-5減速器傳動(dòng)軸小批生產(chǎn)的機(jī)械加工工藝過(guò)程示例工序號(hào)工種工序內(nèi)容工作地點(diǎn)（設(shè)備）1下料工件尺寸

ф80mm×400mm鋸床2車(chē)三爪卡盤(pán)夾持工件，車(chē)端面見(jiàn)平，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車(chē)H、I、J、K四個(gè)臺(tái)階車(chē)床調(diào)頭，三爪卡盤(pán)夾持工件另一端，車(chē)端面保證總長(zhǎng)，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車(chē)F、G兩個(gè)臺(tái)階車(chē)床3鉗修研兩端中心孔車(chē)床4車(chē)雙頂尖裝夾。半精車(chē)H、I、J、K四個(gè)臺(tái)階，倒角一個(gè)車(chē)床調(diào)頭，雙頂尖裝夾。半精車(chē)F、G兩個(gè)臺(tái)階，倒角一個(gè)車(chē)床5鉗劃兩個(gè)鍵槽的加工線鉗工臺(tái)6銑銑兩個(gè)鍵槽銑床7鉗修研兩端中心孔車(chē)床8磨磨外圓，調(diào)頭磨外圓磨床9檢檢驗(yàn)鉗工臺(tái)機(jī)械制造方法02任務(wù)引入機(jī)器上的各種機(jī)械零部件，形狀千姿百態(tài)、千差萬(wàn)別。它們的材質(zhì)也有很多種，有鐵的、銅的，還有鋁的。那究竟是采用什么樣的方法，使得一塊塊金屬變成形狀各異的零部件的呢？本任務(wù)就來(lái)為大家介紹一下各種機(jī)械制造方法。2.1零件的成形方法1、材料成形方法（?m=0

）材料成形方法是指在零件的制造過(guò)程中，原材料或毛坯的形狀、尺寸和性能等發(fā)生變化，而質(zhì)量未發(fā)生變化的一種制造方法。常見(jiàn)的材料成形方法有鑄造、鍛造、沖壓和粉末冶金等。1）鑄造鑄造是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、組織和性能的鑄件的成形方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)成本低；缺點(diǎn)是鑄件質(zhì)量難以控制，力學(xué)性能較差，生產(chǎn)工序多，勞動(dòng)強(qiáng)度大。2）鍛造鍛造是指使坯料在工具的沖擊力或靜壓力作用下產(chǎn)生塑性變形，成形為具有一定形狀和尺寸的鍛件的制造方法。常用于制造綜合力學(xué)性能要求較高的零件。2.1零件的成形方法1、材料成形方法（?m=0

）3）沖壓沖壓是指利用沖模和沖壓設(shè)備對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的加工方法。沖壓件的力學(xué)性能好、尺寸精度高，其材料利用率比較高，是一種生產(chǎn)率較高的制造方法。沖壓可制出其他方法難于制造的工件。4）粉末冶金粉末冶金是指制取金屬粉末（添加或不添加非金屬粉末），實(shí)施成形和燒結(jié)，制成材料或制品的加工方法。用粉末冶金法制造機(jī)械零件，是一種無(wú)切削或少切削的制造方法，可以大量減少加工工作量，節(jié)約金屬材料，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。但粉末冶金也有不足之處，例如，金屬粉末成本高，粉末冶金制品的大小和形狀受到一定限制且韌性較差等。2.1零件的成形方法2、材料累加方法（?m>0

）材料累加方法是指將分離的原材料或毛坯通過(guò)加熱、加壓或其他途徑結(jié)合成零件的方法。這種方法包括連接、表面涂覆和快速成形制造等。1）連接連接是一種傳統(tǒng)的材料累加方法，它通過(guò)不可拆卸的連接方法，如焊接、黏接、鉚接和過(guò)盈配合等，使原材料或毛坯接合成一個(gè)零件。2）表面涂覆表面涂覆是指用規(guī)定的異己材料，在工件表面形成涂層的方法，主要包括電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、熱噴涂等。3）快速成形制造快速成形制造（RapidManufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng)RP）是指由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，通過(guò)材料逐層堆積制造三維實(shí)體零件的一系列技術(shù)的總稱(chēng)，其基本原理是“分層制造，逐層疊加”。2.1零件的成形方法3、材料去除方法（?m<0

）材料去除方法是指以一定方式將原材料或毛坯上多余的材料去除，以得到所需零件的方法。這種方法主要包括切削加工及特種加工兩大類(lèi)。1）切削加工切削加工是指利用切削工具從工件上切除多余材料的加工方法，包括車(chē)削、銑削、刨削、磨削、鉆削和鏜削等。切削加工不僅適用范圍廣，而且能使工件達(dá)到很高的精度和表面質(zhì)量，因此在機(jī)械制造業(yè)中占有非常重要的地位。2）特種加工特種加工是指直接利用電能、熱能、聲能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能以及特殊機(jī)械能等多種能量或?qū)⑵鋸?fù)合應(yīng)用，以去除材料的加工方法。有些零件因其材料性能特殊、形狀復(fù)雜等原因，難以采用切削加工方法加工，而采用電火花加工、電解加工、超聲加工、激光加工、電子束加工等特種加工方法，則可以很好地解決這些難題。2.2機(jī)械加工方法1、車(chē)削車(chē)削是指通過(guò)車(chē)床使工件旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，車(chē)刀做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械加工方法。車(chē)削加工主要用于加工軸、盤(pán)、套等工件的回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、螺紋、溝槽、端面和成形面等，如圖1-6所示。車(chē)削加工的尺寸精度一般可達(dá)IT7～I(xiàn)T8，表面粗糙度可達(dá)Ra0.8～6.3μm；精車(chē)時(shí)尺寸精度可達(dá)IT5～I(xiàn)T6，表面粗糙度可達(dá)Ra0.1～0.4μm。（a）車(chē)外圓

（b）鉆孔

（c）鏜孔

（d）鉸孔

（e）鏜錐孔（f）車(chē)端面

（g）切溝槽

（h）車(chē)螺紋

（i）滾花

（j）車(chē)大錐度錐面（k）車(chē)小錐度錐面

（l）打中心孔

（m）車(chē)成形面

（n）攻絲

（o）倒角圖1-6車(chē)削加工的應(yīng)用范圍2.2機(jī)械加工方法1、車(chē)削加工精度比較高，且各加工表面之間的位置精度容易得到保證；生產(chǎn)率高，可用很高的切削速度以及較大的切削用量進(jìn)行加工；適于有色金屬零件的精加工；刀具簡(jiǎn)單，制造、刃磨和裝夾方便，生產(chǎn)成本較低。01020304車(chē)削加工優(yōu)點(diǎn)2.2機(jī)械加工方法2、銑削銑削是指銑刀旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，工件或銑刀做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械加工方法。銑削是平面加工的主要方法之一。此外，銑削還適合臺(tái)階面、溝槽、各種形狀復(fù)雜的成形表面（如齒輪、曲面等）的加工，還可用于切斷，如圖1-7所示。銑削加工的尺寸精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8，表面粗糙度可達(dá)Ra1.6～6.3μm。（a）銑平面（周銑）

（b）銑平面（端銑）

（c）銑鍵槽

（d）銑溝槽（e）銑臺(tái)階

（f）銑T形槽

（g）銑角度槽

（h）切斷（i）銑齒形

（j）銑螺旋槽

（k）銑曲面

（l）銑立體曲面圖1-7銑削加工的應(yīng)用范圍2.2機(jī)械加工方法3、刨削刨削是指刨刀與工件在水平方向做相對(duì)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械加工方法。刨削可用來(lái)加工水平和垂直的平面，還可加工T形槽、燕尾槽和成形槽等，如圖1-8所示。刨削加工的尺寸精度一般可達(dá)IT7～I(xiàn)T9，表面粗糙度可達(dá)Ra1.6～6.3μm。

（a）刨水平面

（b）刨垂直面

（c）刨臺(tái)階面

（d）刨斜面

（e）刨直槽

（f）刨T形槽

（g）刨燕尾槽

（h）刨成形槽圖1-8刨削加工的應(yīng)用范圍2.2機(jī)械加工方法4、磨削磨削是指用磨具以較高的線速度旋轉(zhuǎn)，對(duì)工件表面進(jìn)行機(jī)械加工的方法。磨削的實(shí)質(zhì)是磨具上的砂粒對(duì)工件進(jìn)行切削、刻劃和滑擦三種作用的綜合效應(yīng)。磨削加工的應(yīng)用范圍如圖1-10所示，其中以磨外圓、磨內(nèi)圓及磨平面應(yīng)用最為廣泛。磨削加工的尺寸精度一般可達(dá)IT4～I(xiàn)T6，表面粗糙度可達(dá)Ra0.01～1.25μm，精磨甚至可達(dá)Ra0.008～0.1μm。（a）磨外圓

（b）磨內(nèi)圓

（c）磨平面（d）磨螺紋

（e）磨齒輪齒形

（f）磨花鍵圖1-10磨削加工的應(yīng)用范圍2.2機(jī)械加工方法5、鉆削鉆削是指鉆削刀具與工件做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在工件上加工孔的機(jī)械加工方法。鉆削加工的應(yīng)用范圍如圖1-11所示。鉆孔加工的尺寸精度一般為IT10，表面粗糙度可達(dá)Ra6.3～12.5μm；擴(kuò)孔、鉸孔加工的尺寸精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T9，表面粗糙度可達(dá)Ra0.4～1.6μm，因此鉆孔后常用擴(kuò)孔和鉸孔來(lái)進(jìn)行半精加工和精加工.圖1-11鉆削加工的應(yīng)用范圍

（a）鉆孔

（b）擴(kuò)孔

（c）鉸孔

（d）攻螺紋（e）锪圓柱形沉頭孔

（f）锪錐形沉頭孔

（g）锪端面2.2機(jī)械加工方法6、鏜削鏜削是指鏜刀旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，工件或鏜刀做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械加工方法，主要用于孔的加工，如圖1-12所示。鏜削加工的尺寸精度一般可達(dá)IT7～I(xiàn)T9，表面粗糙度可達(dá)Ra0.8～6.3μm。圖1-12鏜削2.3特種加工按照能量來(lái)源、作用形式和加工原理的不同，特種加工可分為電火花加工、電化學(xué)加工、高能束加工、物料切蝕加工、化學(xué)加工等類(lèi)型。常見(jiàn)的特種加工方法如表1-7所示。表1-7常見(jiàn)的特種加工方法加工方法主要能量形式可加工材料主要應(yīng)用范圍電火花加工電火花成形加工電能、熱能任何導(dǎo)電金屬材料，如硬質(zhì)合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、鈦合金等可加工各種形狀的型孔和型腔工件，切割各種導(dǎo)電材料工件等電火花線切割加工電能、熱能可切割各種二維、三維直紋面組成的模具及零件，直接切割樣板，也常用于鉬、鎢、半導(dǎo)體材料或貴金屬的切割電化學(xué)加工電解加工電化學(xué)能可加工從微小零件到超大型的工件、模具，可進(jìn)行型孔、型腔的加工及拋光、去毛刺等電解磨削電化學(xué)能、機(jī)械能可磨削硬質(zhì)合金鋼等難加工材料的，如硬質(zhì)合金刀具、量具、軋輥的加工及小孔研磨、珩磨等2.3特種加工表1-7常見(jiàn)的特種加工方法（續(xù)）加工方法主要能量形式可加工材料主要應(yīng)用范圍高能束加工激光束加工光能、熱能任何材料可加工精密小孔和窄縫、成形切割、蝕刻等電子束加工電能、熱能可在各種難加工材料上打微小孔、切縫、蝕刻等，常用于制造大、中規(guī)模集成電路微電子器件離子束加工電能、機(jī)械能可對(duì)零件表面進(jìn)行超精密、超微量加工、拋光、刻蝕等物料切蝕加工超聲波加工聲能、機(jī)械能任何脆性材料可加工、切割脆硬材料，如玻璃、石英、寶石、金剛石、硅等，可加工型孔、型腔、小孔等水射流切割機(jī)械能鋼鐵、石材等可用于下料、成形切割、剪裁化學(xué)加工化學(xué)銑削化學(xué)能易腐蝕金屬材料可加工薄板、薄片、型孔、型腔等，還可用于圖形蝕刻等化學(xué)拋光化學(xué)能光刻光能、化學(xué)能任務(wù)實(shí)施--確定零件的機(jī)械加工方法如圖1-13所示為某設(shè)備上的法蘭盤(pán)零件，它的材質(zhì)為HT200灰鑄鐵。（1）請(qǐng)對(duì)該法蘭盤(pán)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定毛坯的制造方法。（2）全班學(xué)生每5～6人一組，組員合作對(duì)該法蘭盤(pán)零件需要采用的機(jī)械加工方法進(jìn)行分析。1、任務(wù)描述圖1-13法蘭盤(pán)零件圖任務(wù)實(shí)施--確定零件的機(jī)械加工方法2、任務(wù)實(shí)施表1-8法蘭盤(pán)零件各加工表面的類(lèi)型及采用的機(jī)械加工方法加工表面代號(hào)加工表面類(lèi)型采用的機(jī)械加工方法D內(nèi)圓柱面車(chē)削、鏜削、磨削E矩形槽插削F內(nèi)圓柱表面鉆削G外圓柱面車(chē)削、磨削H外圓端面車(chē)削、磨削謝謝機(jī)械制造技術(shù)（第2版）第二章金屬切削原理與刀具CONTENTS目錄01金屬切削加工概述金屬切削刀具金屬切削過(guò)程規(guī)律的應(yīng)用020403金屬切削過(guò)程的物理現(xiàn)象金屬切削加工概述01任務(wù)引入小王是某機(jī)械加工廠的一名學(xué)徒，跟著師傅邊干邊學(xué)已經(jīng)快兩年了。這期間，小王學(xué)會(huì)了操作車(chē)床、銑床、鉆床等多種機(jī)床。工作踏實(shí)細(xì)心的小王慢慢發(fā)現(xiàn)，這些不同的金屬切削加工方法雖然用于加工不同的工件表面，但都是刀具和工件間相互運(yùn)動(dòng)、相互作用的結(jié)果。可是，不同加工方法的刀具和工件間的相互運(yùn)動(dòng)和作用又有哪些共性和區(qū)別呢？這在小王心里形成了個(gè)謎團(tuán)。現(xiàn)在就讓我們一起學(xué)習(xí)金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)，來(lái)幫助小王解答心里的疑惑吧。1.1零件加工表面的成形1、零件加工表面的成形原理零件的表面雖然多種多樣，但大都是由幾種常見(jiàn)表面組合而成的，這些表面包括圓柱面、圓錐面、回轉(zhuǎn)雙曲面、平面、螺旋面和成形曲面等，如圖2-1所示。（a）圓柱面

（b）圓錐面

（c）回轉(zhuǎn)雙曲面（d）平面

（e）螺旋面

（f）成形曲面圖2-1常見(jiàn)的零件表面1.1零件加工表面的成形1、零件加工表面的成形原理組成零件的表面雖各不相同，但都可以看成是一條線（稱(chēng)為母線）沿著另一條線（稱(chēng)為導(dǎo)線）的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖2-2所示。（a）圓柱面的成形

（b）圓錐面的成形

（c）回轉(zhuǎn)雙曲面的成形（d）平面的成形

（e）螺旋面的成形

（f）成形曲面的成形圖2-2零件表面的成形1.1零件加工表面的成形2、零件加工表面的成形方法01020304成形法是指利用成形刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工的方法。如圖2-3（b）所示。軌跡法是指利用刀具做一定規(guī)律的軌跡運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行切削加工的方法。如圖2-3（a）所示，展成法也稱(chēng)范成法，是指利用刀具與工件做展成運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切削加工的方法，如圖2-3（c）所示。相切法是指利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊做軌跡運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行切削加工的方法。如圖2-3（d）所示。軌跡法成形法展成法相切法1.1零件加工表面的成形2、零件加工表面的成形方法（a）軌跡法

（b）成形法

（c）展成法

（d）相切法圖2-3零件表面的成形方法1.2切削運(yùn)動(dòng)1、主運(yùn)動(dòng)（a）車(chē)削外圓的切削運(yùn)動(dòng)

（b）刨削平面的切削運(yùn)動(dòng)圖2-4兩種切削加工的切削運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是指使刀具和工件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削，從而成形為新的加工表面的最基本運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的速度較高，消耗的功率較大。在金屬切削加工中，切削運(yùn)動(dòng)的主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，它可以由工件完成，也可以由刀具完成；可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是直線運(yùn)動(dòng)。例如，圖2-4（a）所示車(chē)削外圓的主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，圖2-4（b）所示刨削平面的主運(yùn)動(dòng)是刨刀的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1.2切削運(yùn)動(dòng)2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指配合主運(yùn)動(dòng)把工件上多余金屬不斷地投入切削過(guò)程，以成形為整個(gè)加工表面的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般速度較低，消耗的功率較少，可由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)組成。它可以是連續(xù)的，也可以是間斷的。例如，圖2-4（a）所示車(chē)削外圓的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是車(chē)刀沿平行于工件軸線方向的連續(xù)直線運(yùn)動(dòng)，圖2-4（b）所示平面刨削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是工件沿垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的間歇直線運(yùn)動(dòng)。（a）車(chē)削外圓的切削運(yùn)動(dòng)

（b）刨削平面的切削運(yùn)動(dòng)1.3切削用量與切削層參數(shù)1、切削過(guò)程中工件的表面在多余金屬材料不斷被刀具切除的過(guò)程中，工件上通常存在三個(gè)依次變化著的表面，即待加工表面、已加工表面和過(guò)渡表面，如圖2-5所示。圖2-5切削過(guò)程中工件的表面1.3切削用量與切削層參數(shù)2、切削用量切削用量又稱(chēng)切削用量三要素，是指金屬切削加工過(guò)程中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量的總稱(chēng)。1）切削速度

切削速度是指金屬切削加工時(shí)切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/s或m/min。切削刃上不同選定點(diǎn)的切削速度可能是不同的。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削速度為

（2-1）式中：

dw——工件待加工表面的直徑（mm）；

n——主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min）。1.3切削用量與切削層參數(shù)2、切削用量2）進(jìn)給速度

、進(jìn)給量

和每齒進(jìn)給量

進(jìn)給速度：是指金屬切削加工過(guò)程中切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度，單位是mm/s或mm/min。進(jìn)給量：當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量是指主運(yùn)動(dòng)每回轉(zhuǎn)一周，工件和刀具沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/r。每齒進(jìn)給量：是指多齒刀具（如銑刀、切齒刀）每轉(zhuǎn)過(guò)或移動(dòng)一個(gè)刀齒，刀具相對(duì)工件沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/齒。進(jìn)給速度vf

、進(jìn)給量f

和每齒進(jìn)給量fz

之間的關(guān)系為

（2-2）式中：

n——主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min）；

z——刀具的齒數(shù)（齒/r）。1.3切削用量與切削層參數(shù)2、切削用量3）背吃刀量

背吃刀量是指工件已加工表面和待加工表面的垂直距離，單位為mm。它表示切削刃切入工件的深度。外圓車(chē)削的背吃刀量為

（2-3）式中：

dw——工件待加工表面的直徑（mm）；

dm——工件已加工表面的直徑（mm）。鉆孔加工的背吃刀量為

（2-4）式中：

d0——鉆孔的直徑（mm）。1.3切削用量與切削層參數(shù)3、切削層參數(shù)切削層是指刀具相對(duì)于工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向每移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量所切除的工件材料層。通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)并與該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向相垂直的平面稱(chēng)為切削層尺寸平面。在切削層尺寸平面測(cè)得的切削層尺寸，包括切削厚度、切削寬度、切削面積等，統(tǒng)稱(chēng)為切削層參數(shù)，如圖2-6所示。圖2-6切削層參數(shù)任務(wù)實(shí)施--分析及計(jì)算典型切削運(yùn)動(dòng)如圖2-7所示為5種典型切削加工類(lèi)型的切削運(yùn)動(dòng)。1、任務(wù)描述（a）車(chē)削外圓

（b）銑削平面

（c）鉆孔

（d）鏜削內(nèi)圓

（e）刨削平面圖2-7典型切削加工類(lèi)型的切削運(yùn)動(dòng)（1）全班學(xué)生每5～6人一組，組員合作分析這5種切削加工類(lèi)型切削運(yùn)動(dòng)的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（2）假設(shè)車(chē)削某一光軸工件的外圓表面，已知工件加工前直徑為65mm，加工后直徑為56mm，工件轉(zhuǎn)速為360r/min，刀具每秒沿工件軸向移動(dòng)1.5mm，請(qǐng)計(jì)算光軸工件加工表面的切削用量。任務(wù)實(shí)施--分析及計(jì)算典型切削運(yùn)動(dòng)1．分析切削運(yùn)動(dòng)圖2-7中5種切削加工類(lèi)型切削運(yùn)動(dòng)的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)如表2-1所示。2、任務(wù)實(shí)施表2-15種切削加工類(lèi)型切削運(yùn)動(dòng)的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)切削加工類(lèi)型主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)車(chē)削外圓工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)車(chē)刀的平移運(yùn)動(dòng)銑削平面銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工件的平移運(yùn)動(dòng)鉆孔鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)鉆頭的軸向運(yùn)動(dòng)鏜削內(nèi)圓鏜刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工件的平移運(yùn)動(dòng)刨削平面刨刀的平移運(yùn)動(dòng)工件的平移運(yùn)動(dòng)任務(wù)實(shí)施--分析及計(jì)算典型切削運(yùn)動(dòng)2．計(jì)算切削用量1）切削速度的計(jì)算光軸工件轉(zhuǎn)速為360r/min，其加工前直徑為65mm，據(jù)式（2-1）可得該工件的切削速度為2）進(jìn)給量的計(jì)算車(chē)削光軸工件的外圓表面時(shí)，其切削運(yùn)動(dòng)的主運(yùn)動(dòng)為工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給量為主運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)一周工件和刀具沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量。因光軸工件轉(zhuǎn)速為360r/min，刀具每秒沿工件軸向移動(dòng)1.5mm，故可得光軸工件的進(jìn)給量為3）背吃刀量的計(jì)算根據(jù)式（2-3）可得車(chē)削光軸工件外圓表面的背吃刀量為2、任務(wù)實(shí)施金屬切削刀具02任務(wù)引入我們都聽(tīng)過(guò)《論語(yǔ)》中“工欲善其事，必先利其器”的典故，也知道“磨刀不誤砍柴工”的道理，這些都說(shuō)明了要想做好一件工作，首先須讓工具鋒利。同樣在機(jī)械加工中，要高質(zhì)量、高效率地切削工件，必須要有高質(zhì)量、高性能的切削刀具。可是，什么樣的切削刀具才算得上是加工利器呢？刀具種類(lèi)那么多，又該如何選擇呢？2.1刀具種類(lèi)1、車(chē)刀車(chē)刀是指在車(chē)床上使用的刀具的總稱(chēng)。按所加工表面的特征不同，車(chē)刀可分為外圓車(chē)刀、端面車(chē)刀、切斷車(chē)刀、螺紋車(chē)刀和內(nèi)孔車(chē)刀等，如圖2-8所示。1—車(chē)槽刀；2—90°左偏外圓車(chē)刀；3—90°右偏外圓車(chē)刀；4—75°彎頭外圓車(chē)刀；5—45°直頭外圓車(chē)刀；

6—成形車(chē)刀；7—寬刃精車(chē)刀；8—外螺紋車(chē)刀；9—45°彎頭車(chē)刀；10—內(nèi)螺紋車(chē)刀；11—內(nèi)孔車(chē)槽刀；

12—通孔車(chē)刀；13—盲孔車(chē)刀。圖2-8用于加工不同特征表面的車(chē)刀2.1刀具種類(lèi)1、車(chē)刀按結(jié)構(gòu)不同，車(chē)刀可分為整體車(chē)刀、焊接車(chē)刀、機(jī)夾車(chē)刀和可轉(zhuǎn)位車(chē)刀等，如圖2-9所示。（a）整體車(chē)刀

（b）焊接車(chē)刀（c）機(jī)夾車(chē)刀

（d）可轉(zhuǎn)位車(chē)刀圖2-9不同結(jié)構(gòu)的車(chē)刀2.1刀具種類(lèi)2、銑刀銑刀是指用于銑削加工，具有一個(gè)或多個(gè)刀齒的旋轉(zhuǎn)刀具。銑刀按用途可分為以下三類(lèi)：（1）用于平面加工的，如圓柱銑刀、面銑刀等。（2）用于溝槽加工的，如立銑刀、三面刃銑刀、角度銑刀、鋸片銑刀、T形銑刀等。（3）用于成形表面加工的，如凸半圓銑刀、凹半圓銑刀等。2.1刀具種類(lèi)3、孔加工刀具孔加工刀具一般分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是從實(shí)體材料上加工出孔的刀具，如麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類(lèi)是對(duì)工件已有孔進(jìn)行再加工的刀具，如擴(kuò)孔鉆、鉸刀、鏜刀等。2.1刀具種類(lèi)4、螺紋刀具螺紋的加工除了可以使用螺紋車(chē)刀和螺紋銑刀外，還可使用專(zhuān)用的螺紋刀具，如絲錐和板牙等。2.1刀具種類(lèi)5、拉刀拉刀是指在機(jī)床拉力作用下進(jìn)行金屬切削加工的刀具，常用于加工圓孔、花鍵孔、鍵槽、平面和成形表面等。按所加工表面的不同，拉刀可分為內(nèi)拉刀和外拉刀，如圖2-10所示。（a）內(nèi)拉刀

（b）外拉刀圖2-10拉刀2.1刀具種類(lèi)6、齒輪刀具齒輪刀具是指用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理不同，齒輪刀具可分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤(pán)形齒輪銑刀和和指形齒輪銑刀，如圖2-11所示；常用的展成齒輪刀具有齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀等，如圖2-12所示。

（a）盤(pán)形齒輪銑刀

（b）指形齒輪銑刀圖2-11成形齒輪刀具2.1刀具種類(lèi)6、齒輪刀具（a）齒輪滾刀

（b）插齒刀（c）剃齒刀圖2-12展成齒輪刀具2.2刀具材料1、刀具材料應(yīng)具備的性能1）高的硬度和耐磨性2）足夠的強(qiáng)度和韌性3）良好的耐熱性和導(dǎo)熱性4）良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性2.2刀具材料2、常見(jiàn)的刀具材料常見(jiàn)的刀具材料有工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料四大類(lèi)。工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼等；硬質(zhì)合金包括鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金和鎢鈦鈷類(lèi)硬質(zhì)合金等；陶瓷包括氧化鋁陶瓷和氮化硅陶瓷等；超硬材料包括立方氮化硼和金剛石等。常見(jiàn)刀具材料的特性如表2-3所示。氮化硅陶瓷刀具2.2刀具材料2、常見(jiàn)的刀具材料表2-3常見(jiàn)刀具材料的特性材料種類(lèi)硬度維持切削

性能的最高溫度（℃）抗彎強(qiáng)度（MPa）工藝性能適用范圍工具鋼碳素

工具鋼60～64HRC

（81～83HRA）約2002452～2750可冷熱加工成形，加工性能良好，切削刃可磨得非常鋒利，但熱處理淬透性差、變形大、易淬裂手絲錐、手鉸刀、板牙、鋸條、銼刀等手動(dòng)刀具，加工輕合金的機(jī)動(dòng)刀具合金

工具鋼60～65HRC

（81～83.5HRA）250～3002452～2750可冷熱加工成形，加工性能良好，熱處理淬透性好、變形小手動(dòng)刀具或切削刃形狀較復(fù)雜的低速機(jī)動(dòng)刀具，如絲錐、板牙、拉刀等高速

工具鋼62～69HRC

（82～87HRA）540～6003435～4415可冷熱加工成形，加工性能良好，高釩高速鋼可磨性差各種刀具，特別是切削刃形狀較復(fù)雜的刀具質(zhì)合金鎢鈷類(lèi)

硬質(zhì)合金89.5～91HRA800～9001080～1470不能冷熱加工成形，刀片壓制燒結(jié)后不需要熱處理就能使用；用碳化硅砂輪磨削易產(chǎn)生磨削應(yīng)力及裂紋；鎢鈦鈷類(lèi)合金的可磨性及可焊性比鎢鈷類(lèi)合金略差各種車(chē)刀、銑刀、孔加工刀具、齒輪刀具、螺紋刀具等。鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金適用于加工鑄鐵及有色金屬材料；鎢鈦鈷類(lèi)硬質(zhì)合金適用于加工鋼材鎢鈦鈷類(lèi)硬質(zhì)合金89.5～92.5HRA900～1000885～12752.2刀具材料2、常見(jiàn)的刀具材料表2-3常見(jiàn)刀具材料的特性（續(xù)）材料種類(lèi)硬度維持切削

性能的最高溫度（℃）抗彎強(qiáng)度（MPa）工藝性能適用范圍陶瓷氧化鋁

陶瓷91～94HRA1200440～835壓制燒結(jié)而成，不需要熱處理就能使用；可焊性、可磨性差；采用鑲片形式使用連續(xù)切削的精加工及半精加工車(chē)刀氮化硅

陶瓷2000HV1300735～835壓制燒結(jié)而成，不需要熱處理；可用金剛石砂輪或立方氮化硼砂輪磨削高硬度材料的精加工及半精加工車(chē)刀超硬材料立方

氮化硼8000～9000HV1400410在高溫、高壓下由人工合成，可用金剛石砂輪磨削磨料，硬質(zhì)合金為襯底的復(fù)合聚晶刀片（用于高硬度、高強(qiáng)度材料精加工的車(chē)刀）金剛石10000HV700～800295天然成形或在高溫、高壓下由人工合成，只能用金剛石粉研磨磨料，大顆粒天然金剛石或復(fù)合聚晶刀片（用于有色金屬高精度、高表面質(zhì)量加工的車(chē)刀）2.3刀具的角度1、刀具切削部分的組成外圓車(chē)刀由刀柄和切削部分組成，如圖2-13所示。其中切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖組成，統(tǒng)稱(chēng)為“三面兩刃一尖”。圖2-13外圓車(chē)刀的組成2.3刀具的角度1、刀具切削部分的組成前刀面Aγ

（又稱(chēng)前面）：是指刀具上切屑直接接觸并沿其流出的表面。主后刀面Aα

（又稱(chēng)后面）：是指與工件上過(guò)渡表面相對(duì)的刀具表面。副后刀面Aα’

（又稱(chēng)副后面）：是指與工件上已加工表面相對(duì)的刀具表面。主切削刃S

（又稱(chēng)主刀刃）：是指前刀面與主后刀面的交線。它承擔(dān)主要的切削工作。副切削刃S’（又稱(chēng)副刀刃）：是指前刀面與副后刀面的交線。它協(xié)同主切削刃完成切削工作，并最終成形為已加工表面。刀尖：是指主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分切削刃。刀尖可以是一段圓弧，也可以是一段直線，分別稱(chēng)為修圓刀尖和倒角刀尖。2.3刀具的角度2、刀具角度的參考系刀具角度的大小及其空間相對(duì)位置通常利用正投影原理，采用多面投影的方法來(lái)表示。用來(lái)確定刀具角度的投影體系稱(chēng)為刀具角度的參考系，參考系中的投影面稱(chēng)為參考平面。刀具角度的參考系分為刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類(lèi)。刀具靜止參考系：是指在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨及測(cè)量時(shí)，因無(wú)法確定切削運(yùn)動(dòng)的方向和大小而在假定條件下設(shè)立的角度參考系。在靜止參考系中確定的刀具角度稱(chēng)為刀具的標(biāo)注角度，它用來(lái)確定切削刃和刀面相對(duì)于定位基準(zhǔn)的幾何位置。刀具工作參考系：是指在刀具實(shí)際工作狀態(tài)下建立的參考系。在工作參考系中確定的刀具角度稱(chēng)為刀具的工作角度，它用來(lái)確定切削過(guò)程中切削刃和刀面相對(duì)于工件的幾何位置。2.3刀具的角度2、刀具角度的參考系在建立刀具靜止參考系時(shí)，需要在假定工作狀態(tài)下規(guī)定出刀具的主運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向，然后再據(jù)此定義參考系的各參考平面。以外圓車(chē)刀為例，規(guī)定的假定主運(yùn)動(dòng)方向垂直于刀柄安裝面，假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向平行于刀柄安裝面并且垂直于刀柄軸線。如圖2-14所示，靜止參考系的各參考平面有基面

、切削平面

、正交平面

、法平面

、假定工作平面

和背平面

六個(gè)平面。基面

：是指通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。基面平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測(cè)量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或軸線。切削平面

：是指通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，與主切削刃相切并垂直于基面的平面。正交平面

：是指通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。法平面

：是指通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于主切削刃的平面。假定工作平面

：是指通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，垂直于基面并平行于進(jìn)給方向的平面。背平面

：是指通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面。2.3刀具的角度2、刀具角度的參考系（a）正交平面參考系

（b）法平面參考系

（c）假定工作平面和背平面參考系圖2-14刀具靜止參考系2.3刀具的角度3、刀具的標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度以在正交平面參考系中標(biāo)注的角度為主，根據(jù)需要可兼用其他平面參考系。正交平面參考系的標(biāo)注角度是指對(duì)刀具在該參考系中三個(gè)參考平面的投影測(cè)量所得的角度。在正交平面參考系中，確定外圓車(chē)刀切削部分的結(jié)構(gòu)需要前角

、后角

、主偏角

、副偏角

和刃傾角

五個(gè)基本角度，如圖2-15所示。圖2-15外圓車(chē)刀的標(biāo)注角度2.3刀具的角度3、刀具的標(biāo)注角度前角γ0

：是指在正交平面測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度，當(dāng)基面在前刀面之上時(shí)，

γ0為正值；當(dāng)基面在前刀面之下時(shí)，

γ0為負(fù)值；當(dāng)基面與前刀面平行時(shí)，

γ0為零。后角α0

：是指在正交平面測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角α0表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。主偏角Kr

：是指在基面測(cè)量的主切削刃在基面的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角，主偏角

Kr一般為正值。副偏角Kr’

：是指在基面測(cè)量的副切削刃在基面的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。刃傾角λs

：是指在切削平面測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角。當(dāng)?shù)都鉃橹髑邢魅械淖罡唿c(diǎn)時(shí)，

λs為正值；當(dāng)?shù)都鉃橹髑邢魅械淖畹忘c(diǎn)時(shí)，

λs為負(fù)值；主切削刃與基面平行時(shí)，

λs為零。2.3刀具的角度4、刀具的工作角度1）刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響（1）刀具安裝高低的影響。以車(chē)削外圓為例，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的情況下，當(dāng)車(chē)刀刀尖高于工件回轉(zhuǎn)軸線時(shí)，工作基面

Pre和工作切削平面Pse

都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ

，如圖2-16所示。此時(shí)，刀具的工作前角γoe

和工作后角αoe

分別增加和減少一個(gè)角度θ

。當(dāng)車(chē)刀刀尖低于工件回轉(zhuǎn)軸線時(shí)，刀具的工作前角γoe

和工作后角αoe

將會(huì)分別減少和增加一個(gè)角度θ

。加工內(nèi)圓時(shí)，工作角度的變化與車(chē)削外圓相反。（2）刀具安裝偏斜的影響。同樣以車(chē)削外圓為例，當(dāng)車(chē)刀刀柄軸線與進(jìn)給方向不垂直（車(chē)刀刀柄軸線相對(duì)進(jìn)給方向傾斜角度為θ

）時(shí)，刀具的工作主偏角Kre

和工作副偏角K’re

會(huì)按照刀具偏斜的方向分別增加和減少一個(gè)角度θ

，如圖2-17所示。2.3刀具的角度4、刀具的工作角度圖2-16刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響圖2-17刀具安裝偏斜對(duì)工作角度的影響2.3刀具的角度4、刀具的工作角度2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響一般情況下，切削過(guò)程中進(jìn)給速度遠(yuǎn)小于切削速度，刀具的工作角度近似等于標(biāo)注角度。但當(dāng)進(jìn)給速度較大時(shí)，切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，工作角度將會(huì)出現(xiàn)較大變化，此時(shí)必須考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響。車(chē)外圓和車(chē)螺紋時(shí)，由于縱向（平行于工件回轉(zhuǎn)軸線）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的存在，因此加工表面是一個(gè)螺旋面。在假定工作平面Pf

中，工作基面Pre

和工作切削平面Pse

要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋升角μf

，車(chē)刀的工作前角γfe增大，工作后角αfe

減小，如圖2-18所示。圖2-18縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響2.3刀具的角度4、刀具的工作角度車(chē)端面和進(jìn)行切斷時(shí)，由于橫向（垂直于工件回轉(zhuǎn)軸線）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的存在，加工表面是阿基米德螺旋面，工作基面Pre

和工作切削平面Pse

要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋升角

μ，車(chē)刀的工作前角γoe

增大，工作后角

αoe減小，如圖2-19所示。圖2-19橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度全班學(xué)生每5～6人一組，組員合作測(cè)量外圓車(chē)刀的角度。每個(gè)小組配備車(chē)刀測(cè)角儀一臺(tái)，普通75°外圓車(chē)刀一把。1、任務(wù)描述任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度車(chē)刀測(cè)角儀主要由底座、立柱、滑體、測(cè)量臺(tái)、定位塊、大刻度盤(pán)、小刻度盤(pán)、大指度片、小指度片、大螺母等組成，如圖2-20所示。其中，底座和立柱組成整個(gè)儀器的結(jié)構(gòu)主體。測(cè)量刀具角度時(shí)，刀具在測(cè)量臺(tái)上靠緊定位塊，能同測(cè)量臺(tái)一起沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，也能在測(cè)量臺(tái)上同定位塊一起左右平移。旋轉(zhuǎn)大螺母可使滑體上下移動(dòng)，從而使兩刻度盤(pán)及指度片達(dá)到需要的高度。大指度片的表面由主平面、底平面和側(cè)平面這三個(gè)互相成正交的平面組成，如圖2-21所示。在測(cè)量過(guò)程中，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)和大指度片，使刀具平面與大指度片的不同平面緊密貼合，即可從底座上或刻度盤(pán)上讀出被測(cè)量角度的數(shù)值。2、測(cè)量原理任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度2、測(cè)量原理圖2-20車(chē)刀測(cè)角儀的組成圖2-21大指度片的結(jié)構(gòu)任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度1．測(cè)量前的調(diào)整將車(chē)刀測(cè)角儀的大、小指度片及測(cè)量臺(tái)全部調(diào)至零位，把刀具放在測(cè)量臺(tái)上，并使車(chē)刀刀柄貼緊定位塊、刀尖貼緊大指度片的主平面。此時(shí)，大指度片的底平面與基面平行，刀柄軸線與大指度片的主平面垂直，如圖2-22所示。2．在基面內(nèi)測(cè)量主偏角Kr

、副偏角K’r旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)，使主切削刃與大指度片的主平面貼合，如圖2-23所示。此時(shí)，可直接在底座上讀出主偏角Kr

的角度值。同理，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)，使副切削刃與大指度片的主平面貼合，即可直接在底座上讀出副偏角K’r

的角度值。3、實(shí)施步驟任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度3．在切削平面內(nèi)測(cè)量刃傾角

λs旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)，使主切削刃與大指度片的主平面貼合，此時(shí)，大指度片與車(chē)刀主切削刃的切削平面重合。然后使大指度片底平面與主切削刃貼合，即可在大刻度板上讀出刃傾角

的角度值（注意數(shù)值的正負(fù)），如圖2-24所示。4．在正交平面內(nèi)測(cè)量前角γo

、后角αo

首先將車(chē)刀測(cè)角儀置于測(cè)量主偏角Kr

的位置上，然后逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量臺(tái)90°（即測(cè)量臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°-Kr

），此時(shí)大指度片主平面即為正交平面。調(diào)節(jié)大螺母使大指度片底平面與車(chē)刀前刀面貼合，即可在大刻度板上讀出前角γo

的角度值，如圖2-25所示。3、實(shí)施步驟任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度3、實(shí)施步驟圖2-22測(cè)量前的調(diào)整

圖2-23在基面內(nèi)測(cè)量主偏角任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度3、實(shí)施步驟圖2-24在切削平面內(nèi)測(cè)量刃傾角圖2-25在正交平面內(nèi)測(cè)量前角任務(wù)實(shí)施--測(cè)量外圓車(chē)刀的角度3、實(shí)施步驟測(cè)量后角時(shí)，測(cè)量臺(tái)處于上述同一位置，調(diào)節(jié)大螺母使大指度片側(cè)平面與車(chē)刀后刀面貼合，即可在大刻度板上讀出后角αo

的數(shù)值，如圖2-26所示。圖2-26在正交平面內(nèi)測(cè)量后角金屬切削過(guò)程的物理現(xiàn)象03任務(wù)引入某工廠里，小李和老張輪替在同一臺(tái)車(chē)床上加工零件。雖然二人使用同樣的機(jī)床、刀具和毛坯，但是小李加工出的零件質(zhì)量卻不如老張的好。工作沒(méi)多久的小李虛心向老張請(qǐng)教，老張這才把其中的奧秘告訴小李：切削加工質(zhì)量和效率不僅與所用機(jī)床、刀具、毛坯有關(guān)，還與對(duì)切削過(guò)程各種物理現(xiàn)象的控制程度有關(guān)。請(qǐng)同學(xué)們思考一下：切削過(guò)程中的物理現(xiàn)象都有哪些，它們是怎么形成和變化的呢？3.1金屬切削過(guò)程1、切屑的形成過(guò)程下面以塑性金屬材料為例來(lái)介紹切屑的形成過(guò)程。在金屬切削過(guò)程中，工件上的材料受刀具的作用，產(chǎn)生以滑移為主的塑性變形而形成切屑。切屑的形成過(guò)程實(shí)質(zhì)上與金屬材料受擠壓的過(guò)程類(lèi)似。金屬材料受擠壓時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，從材料力學(xué)的知識(shí)可知，材料內(nèi)部的剪應(yīng)力在與擠壓力成45°的斜截面處最大，如圖2-27所示的AB線。隨著擠壓力的不斷增加，當(dāng)AB線處的剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，材料開(kāi)始從此處發(fā)生剪切滑移變形，并隨著刀具的連續(xù)運(yùn)動(dòng)而與下方的材料分離而形成切屑。圖2-27塑性金屬材料的剪切破壞3.1金屬切削過(guò)程2、切削變形區(qū)的劃分對(duì)塑性金屬材料進(jìn)行低速切削時(shí)，切削層的變形如圖2-28所示。可以看出，在切削過(guò)程中切削層的變形大致可分為三個(gè)區(qū)域：第Ⅰ變形區(qū)、第Ⅱ變形區(qū)和第Ⅲ變形區(qū)。圖2-27塑性金屬材料的剪切破壞3.1金屬切削過(guò)程2、切削變形區(qū)的劃分第Ⅰ變形區(qū)：是指在切削層內(nèi)靠近切削刃處產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域，也稱(chēng)主變形區(qū)。在第Ⅰ變形區(qū)內(nèi)，切削層金屬材料從OA線（稱(chēng)為始剪切線）開(kāi)始產(chǎn)生剪切滑移變形，到OM線（稱(chēng)為終剪切線）剪切滑移基本完成。經(jīng)過(guò)第Ⅰ變形區(qū)后，切削層金屬材料變成切屑，從刀具前刀面流出。第Ⅱ變形區(qū)：是指與前刀面接觸的切屑底層內(nèi)產(chǎn)生變形的區(qū)域。在第Ⅱ變形區(qū)內(nèi)，從前刀面流出的切屑，其底層受到前刀面的擠壓和摩擦，形成與前刀面平行的纖維化金屬層。第Ⅱ變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。第Ⅲ變形區(qū)：是指與后刀面接觸的已加工表面表層產(chǎn)生變形的區(qū)域。在第Ⅲ變形區(qū)內(nèi)，已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓、摩擦以及自身彈性變形回復(fù)的影響，造成表層組織的纖維化和加工硬化。第Ⅲ變形區(qū)的變形是造成已加工表面加工硬化和產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要原因。3.1金屬切削過(guò)程3、切削變形程度的表示方法3.1金屬切削過(guò)程3、切削變形程度的表示方法圖2-29切屑與切削層的變化量圖2-30切削變形的相對(duì)滑移量3.1金屬切削過(guò)程4、積屑瘤積屑瘤是指以中等或較低切削速度切削塑性材料時(shí)，刀尖位置出現(xiàn)的小塊高硬度金屬黏附物，它是由切屑在前刀面上黏結(jié)摩擦形成的，如圖2-31所示。圖2-31積屑瘤3.1金屬切削過(guò)程4、積屑瘤積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響既有有利的一面，也有不利的一面，具體如下。有利：積屑瘤的硬度很高（一般為被加工材料的2～3倍），它覆蓋在切削刃上，可代替切削刃進(jìn)行切削，對(duì)切削刃有一定的保護(hù)作用；積屑瘤使刀具的實(shí)際前角增大，切削力減小。不利：積屑瘤的前端伸出切削刃，使切削厚度增大，且切削厚度增加量隨積屑瘤的產(chǎn)生、長(zhǎng)大、脫落而變化，這可能會(huì)在切削過(guò)程中引起振動(dòng)；積屑瘤破碎時(shí)，除一部分脫落的碎片被切屑帶走外，另一部分會(huì)留在工件上，使加工表面質(zhì)量下降，還有可能嵌入工件表面形成硬質(zhì)點(diǎn)，加速刀具的磨損。3.1金屬切削過(guò)程4、積屑瘤控制切削速度，盡量使用很低或很高的切削速度，避開(kāi)產(chǎn)生積屑瘤的速度范圍；010203加工塑性較大的金屬材料前，對(duì)材料進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，提高材料硬度，降低材料塑性；增大刀具前角，減小進(jìn)給量，提高刀具表面刃磨質(zhì)量，選用潤(rùn)滑性能良好的切削液等。抑制或避免積屑瘤的措施3.2切屑的類(lèi)型及控制1、切屑的類(lèi)型金屬切削過(guò)程中，由于工件材料、刀具角度、切削用量等不同，切削層的變形程度也不同，因此產(chǎn)生的切屑類(lèi)型也就不同。常見(jiàn)的切屑主要有帶狀切屑、節(jié)狀切屑、粒狀切屑和崩碎切屑四種類(lèi)型，如圖2-32所示。（a）帶狀切屑

（b）節(jié)狀切屑

（c）粒狀切屑（d）崩碎切屑圖2-32切屑的類(lèi)型3.2切屑的類(lèi)型及控制2、切屑的控制1）切屑的流向如圖2-33所示，直角自由切削時(shí)，切屑從正交平面內(nèi)流出；直角非自由切削時(shí)，受刀尖圓弧半徑和切削刃的影響，切屑流出的方向與正交平面形成一個(gè)出屑角η

。出屑角η

與主偏角Kr

和副切削刃的工作長(zhǎng)度有關(guān)。（a）直角自由切削

（b）直角非自由切削圖2-33直角切削時(shí)切屑的流向3.2切屑的類(lèi)型及控制2、切屑的控制斜角切削時(shí)，切屑的流向受刃傾角λs

正負(fù)的影響，如圖2-34所示。此時(shí)出屑角η

約等于刃傾角λs

。圖2-34斜角切削時(shí)切屑的流向3.2切屑的類(lèi)型及控制2、切屑的控制2）切屑的卷曲切屑的卷曲又稱(chēng)卷屑，是切屑在切削過(guò)程中產(chǎn)生的塑性變形、摩擦變形及切屑流出時(shí)的附加變形引起的。切屑的卷曲可通過(guò)在前刀面上刃磨出卷屑槽（斷屑槽）、凸臺(tái)、附加擋塊及其他障礙物來(lái)實(shí)現(xiàn)。3）切屑的折斷切屑的折斷又稱(chēng)斷屑，是生產(chǎn)中為了便于對(duì)切屑進(jìn)行收集、處理和運(yùn)輸而采用的控制措施。切屑的折斷常采用的方法有以下三種。（1）增加進(jìn)給量。（2）選擇合適的刀具角度。（3）在刀具上采用斷屑槽。3.3切削刀1、切削力定義①工件材料彈性變形和塑性變形產(chǎn)生的抗力；②切屑從刀具前刀面流出產(chǎn)生的摩擦阻力和工件表面與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力。切削力是指在金屬切削加工中，工件材料抵抗刀具切削而產(chǎn)生的阻力。切削力主要來(lái)源為了便于測(cè)量和應(yīng)用，切削力Fr

可在空間直角坐標(biāo)系中分解為三個(gè)相互垂直的分力：主切削力Fc

、背向力Fp

和進(jìn)給力Ff

，如圖2-35所示。主切削力Fc

：是切削力Fr

在主運(yùn)動(dòng)方向的分力。它垂直于基面，與切削速度vc

的方向一致。主切削力Fc

是設(shè)計(jì)與選用刀具、計(jì)算機(jī)床功率和設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的主要依據(jù)，也是設(shè)計(jì)夾具和選擇切削用量的依據(jù)。背向力Fp

：是切削力Fr

在垂直于工作平面方向上的分力。它在基面內(nèi)，并與進(jìn)給方向垂直。背向力Fp

是造成工件變形和產(chǎn)生切削振動(dòng)的主要作用力。進(jìn)給力Ff

：是切削力Fr

在進(jìn)給方向上的分力。它在基面內(nèi)，并與進(jìn)給方向平行。進(jìn)給力Ff

作用在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，是校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的主要依據(jù)。3.3切削刀1、切削力由圖2-35可知，切削力Fr

還可分解為主切削力Fc

和作用于基面Pr

內(nèi)的合力FD

，

可分解為背向力FD

和進(jìn)給力Fr

。切削力與各分力之間的關(guān)系為（2-7）圖2-35切削力的分解3.3切削刀1、切削力3.3切削刀2、切削功率切削功率是指消耗在金屬切削過(guò)程中的功率，它是各切削分力消耗的功率之和。由于主運(yùn)動(dòng)方向功率消耗最大，因此通常用主運(yùn)動(dòng)消耗的功率表示切削功率，其計(jì)算公式為

（2-8）3.4切削熱與切削溫度1、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)切削熱是指在切削過(guò)程中，切削層金屬的變形及其與刀具摩擦而產(chǎn)生的熱量。切削熱可通過(guò)切屑、工件、刀具及周?chē)橘|(zhì)傳導(dǎo)出去。工件的導(dǎo)熱系數(shù)越大，通過(guò)工件和切屑傳走的熱量越多，越有利于提高刀具壽命，但工件溫度升高會(huì)影響加工精度。3.4切削熱與切削溫度2、切削溫度及其分布金屬切削過(guò)程中，隨著切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)，工件、切屑和刀具上各點(diǎn)的溫度是不同的，而且溫度的分布也會(huì)隨時(shí)間變化。一般所說(shuō)的切削溫度，是指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。在工件和刀具一定的前提下，切削溫度的高低取決于切削熱產(chǎn)生的多少和傳導(dǎo)的快慢。切削溫度通常用實(shí)測(cè)的方法得出，如圖2-36所示為切削塑性材料時(shí)，刀具、切屑和工件上的溫度分布示意圖。圖2-36刀具、切屑和工件上的溫度分布示意圖3.4切削熱與切削溫度2、切削溫度及其分布切削溫度的分布①沿剪切面方向各點(diǎn)溫度幾乎相同，而垂直于剪切面方向上的溫度梯度很大；②前刀面和后刀面上的最高溫度都不在切削刃上，而是在離切削刃有一定距離的地方；③在切屑厚度方向上溫度梯度也很大，在遠(yuǎn)離前刀面方向溫度下降很快；④工件加工表面上溫度的升降是在極短時(shí)間內(nèi)完成的。3.5刀具磨損及刀具壽命1、刀具磨損形式1）前刀面磨損前刀面磨損是指切削塑性金屬材料時(shí)，采用較高的切削速度和較大的背吃刀量，刀具前刀面與切屑間的壓力高、摩擦大、切削溫度高，切屑在刀具的前刀面上磨出的月牙洼形磨損。前刀面磨損最早發(fā)生在前刀面的溫度最高處，并逐漸向切削刃處擴(kuò)展，使切削刃強(qiáng)度降低，最后導(dǎo)致刀具崩刃。前刀面磨損的大小用月牙洼的寬度KB和深度KT表示，如圖2-37所示。2）后刀面磨損后刀面磨損是指切削脆性金屬材料時(shí)，采用較低的切削速度和較小的背吃刀量，刀具后刀面與已加工表面之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，在后刀面毗鄰切削刃的區(qū)域形成的后角為零的帶狀磨損。因不同位置所受摩擦力的大小和散熱條件等存在差異，后刀面磨損的程度并不均勻。后刀面磨損通常分為C區(qū)、B區(qū)和N區(qū)三個(gè)磨損區(qū)，如圖2-37所示，其中B區(qū)磨損較為均勻且便于測(cè)量，故以該處的寬度VB來(lái)表示后刀面的磨損程度。3.5刀具磨損及刀具壽命1、刀具磨損形式3）邊界磨損邊界磨損是指切削鑄鍛件等外皮粗糙的金屬工件，或采用中等切削速度和中等進(jìn)給量切削塑性金屬材料時(shí)，在后刀面主切削刃靠近工件外皮處和副切削刃靠近刀尖處形成的溝紋狀磨損，如圖2-37所示。圖2-37刀具磨損形式3.5刀具磨損及刀具壽命2、刀具磨損過(guò)程刀具磨損過(guò)程可分為初期磨損、正常磨損和急劇磨損三個(gè)階段，如圖2-38所示為刀具磨損過(guò)程的磨損曲線。圖2-38刀具磨損過(guò)程的磨損曲線3.5刀具磨損及刀具壽命2、刀具磨損過(guò)程1）初期磨損階段這個(gè)階段刀具磨損較快，時(shí)間短。初期磨損階段的后刀面磨損量VB一般為0.05～0.1mm，其大小與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)。刃磨過(guò)的刀具，初期磨損量較小，且很耐用。2）正常磨損階段這個(gè)階段刀具磨損較慢且均勻。這個(gè)階段磨損曲線近似為直線，它的斜率代表了刀具正常工作時(shí)的磨損強(qiáng)度，是衡量刀具切削性能的重要指標(biāo)之一。3）急劇磨損階段這個(gè)階段后刀面磨損量VB急劇增加，刀具很快失效。這個(gè)階段，刀具如果繼續(xù)使用，不但無(wú)法保證加工質(zhì)量，而且會(huì)過(guò)多地消耗刀具材料，甚至損毀刀具。因此，刀具在進(jìn)入急劇磨損階段前必須更換或重新刃磨。3.5刀具磨損及刀具壽命3、刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是指根據(jù)加工要求規(guī)定的刀具最大允許磨損值，它是刀具磨損到不能繼續(xù)使用的限度。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）統(tǒng)一規(guī)定，以

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背吃刀量處后刀面上測(cè)定的磨損量VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。自動(dòng)化生產(chǎn)中的精加工刀具，常以沿工件徑向的刀具磨損尺寸作為刀具磨鈍的標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為徑向磨損量NB。刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值可參考有關(guān)手冊(cè)。3.5刀具磨損及刀具壽命4、刀具壽命及其選取刀具壽命也稱(chēng)作刀具耐用度，是指刀具刃磨后，從開(kāi)始切削至磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的總切削時(shí)間，有時(shí)還可以用達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的切削路程或加工出的零件數(shù)量來(lái)表示。對(duì)于重磨刀具，由刀具第一次使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間稱(chēng)為刀具總壽命。在切削用量和磨鈍標(biāo)準(zhǔn)相同的情況下，刀具壽命越高，表示刀具磨損得越慢，切削性能越好。實(shí)際生產(chǎn)中，刀具壽命的合理數(shù)值應(yīng)綜合考慮影響生產(chǎn)率和加工成本等多方面因素來(lái)進(jìn)行選取，一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件時(shí)間定額最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。任務(wù)實(shí)施--測(cè)量切削力全班學(xué)生每5～6人一組，組員合作進(jìn)行切削力單因素測(cè)量實(shí)驗(yàn)，分析切削速度、背吃刀量和進(jìn)給量對(duì)切削力的影響規(guī)律。每個(gè)小組要配備的設(shè)備包括：CA6140

車(chē)床、三向切削測(cè)力儀、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)線、車(chē)刀、工件等。1、任務(wù)描述任務(wù)實(shí)施--測(cè)量切削力本任務(wù)所用三向切削測(cè)力儀為電阻應(yīng)變式測(cè)力儀。它主要由測(cè)力刀架、彈性元件、電阻應(yīng)變片及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路等組成。測(cè)量前，將車(chē)刀安裝在三向測(cè)力儀的測(cè)力刀架上，如圖2-39（a）所示。測(cè)力刀架下方在不同位置設(shè)有多個(gè)彈性元件，用于測(cè)量不同方向的切削力。每個(gè)彈性元件的表面貼有四個(gè)電阻應(yīng)變片，這四個(gè)電阻應(yīng)變片連接成電橋，如圖2-39（b）所示。測(cè)量時(shí)，切削力通過(guò)車(chē)刀傳遞給測(cè)力刀架，測(cè)力刀架將不同方向的切削力傳遞給相應(yīng)的彈性元件。彈性元件受到力的作用變形，電阻應(yīng)變片便隨之產(chǎn)生變形。電阻應(yīng)變片變形造成其電阻阻值發(fā)生變化，而使電橋平衡被破壞，電橋內(nèi)B、D兩點(diǎn)間產(chǎn)生電位差。測(cè)量轉(zhuǎn)換電路將采集到的電位差轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大后輸送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，而后轉(zhuǎn)換為切削力數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。2、測(cè)量原理任務(wù)實(shí)施--測(cè)量切削力2、測(cè)量原理（a）將車(chē)刀安裝在測(cè)力刀架上

（b）電阻應(yīng)變片連接成的電橋圖2-39電阻應(yīng)變式測(cè)力儀任務(wù)實(shí)施--測(cè)量切削力（1）首先將工件裝夾在車(chē)床卡盤(pán)上，并用尾座上的頂尖頂牢。卸下原四方刀架，裝上已安裝好車(chē)刀的測(cè)力刀架，如圖2-40（a）所示。（2）連接好測(cè)力儀各個(gè)單元，并與計(jì)算機(jī)連接。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2-40（b）所示。（3）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，打開(kāi)測(cè)力儀，進(jìn)行調(diào)試。（4）對(duì)工件進(jìn)行切削。分別改變切削速度vc

、背吃刀量ap

和進(jìn)給量f

中一項(xiàng)參數(shù)，保持其他參數(shù)不變，記錄主切削力Fc

、背向力Fp

和進(jìn)給力Ff

的數(shù)值，填入表2-6中。（5）根據(jù)記錄的各切削力數(shù)值的變化，討論分析切削速度vc

、背吃刀量ap

和進(jìn)給量f

與切削力的關(guān)系。3、實(shí)施步驟（a）安裝工件、測(cè)力刀架

（b）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)任務(wù)實(shí)施--測(cè)量切削力3、實(shí)施步驟表2-6切削力測(cè)量數(shù)據(jù)金屬切削過(guò)程規(guī)律的應(yīng)用04任務(wù)引入小李最近加工了一批軸類(lèi)零件，其中用到不少切斷、切槽加工。可自從接手這批活后，斷刀崩刃的情況經(jīng)常發(fā)生，不僅嚴(yán)重影響了加工安全性和零件表面質(zhì)量，同時(shí)也加大了刀具的損耗，使刀具成本居高不下。是哪里出了問(wèn)題呢？怎么才能避免這樣的情況發(fā)生呢？為此小李心中十分焦急。就讓我們一