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,第一章 机械加工基础知识,一、零件表面的形成表面加工方法,1.1 切削运动及切削要素,第一章 机械加工基础知识,二、切削运动及切削用量,1.1 切削运动及切削要素,切削速度VC,进给量f(或进给速度Vf),背吃刀量ap,切削运动(cutting motions),切削用量(cutting conditions),切削层参数(parameters of undeformed chip),切削用量三要素,切削要素,第一章 机械加工基础知识,二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度 主运动(primary motion)是使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具接近工件而实现切削的运动。,1.1 切削运动及切削要素,第一章 机械加工基础知识,二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度 主运动为旋转运动(如车削、铣削等)，切削速度一般为其最大线速度 m/s或m/min 主运动为往复直线运动(如刨削、插削等)，以其平均速度为切削速度 m/s或m/min,1.1 切削运动及切削要素,第一章 机械加工基础知识,二、切削运动及切削用量2.进给运动和进给量 进给运动(feed movement)使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可连续地切除余量。刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量(feed rate)。,1.1 切削运动及切削要素,第一章 机械加工基础知识,二、切削运动及切削用量3.背吃刀量 通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量，以aP表示，单位为mm。车外圆时，aP可用下式计算，即 mm,1.1 切削运动及切削要素,第一章 机械加工基础知识,三、切削层参数 切削层的尺寸和形状，通常在切削层尺寸平面中测量。,1.1 切削运动及切削要素,第一章 机械加工基础知识,三、切削层参数 1.切削层公称横截面积AD 给定瞬间，切削层在切削层尺寸 平面里的实际横截面积，单位为mm2。2.切削层公称宽度bD 给定瞬间，作用于主切削刃截形 上两个极限点间的距离，在切削层尺 寸平面中测量，单位为mm。3.切削层公称厚度hD 同一瞬间切削层公称横截面积与 其公称宽度之比，单位为mm。,1.1 切削运动及切削要素,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(1)刀具静止参考系 它主要包括基面、切削平面、正交平面和假定工作平面等,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度 背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大而公 称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度 主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度hc亦小，因而可减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提高刀具寿命。,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 3)前角0是在正交平面中测量的前刀面与基面间的夹角。根据前刀面和基面相对位置的不同，分别规定为正前角、零度前角和负前角,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 4)后角0是在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角5)刃倾角s是在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(3)刀具的工作角度 在工作参考系中定义的刀具角度刀具安装位置对工作角度的影响,第一章 机械加工基础知识,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(3)刀具的工作角度 车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化车刀安装偏斜对主偏角和副偏角的影响,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具3.刀具结构 车刀在结构上可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹重磨式车刀和机夹可转位式车刀,1.2 切削刀具及其材料,机夹重磨式车刀,机夹重磨式车刀,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具4.多齿刀具(1)麻花钻,1.2 切削刀具及其材料,标准高速钢麻花钻结构,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具4.多齿刀具(1)麻花钻 主要几何参数有：前角0、后角0、螺旋角、顶角2(主偏角kr)、横刃斜角、直径、横刃长度等。,1.2 切削刀具及其材料,几种群钻,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具4.多齿刀具(2)铣刀,1.2 切削刀具及其材料,铣刀的类型及用途,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具4.多齿刀具(2)铣刀,1.2 切削刀具及其材料,焊接式硬质合金铣刀,可转位铣刀的结构,316mm硬质合金玻璃钻,车削软橡胶用的外圆车刀,第一章 机械加工基础知识,一、切削刀具5.非金属材料切削刀具,1.2 切削刀具及其材料,橡胶加工用刀具,塑料加工用刀具,玻璃加工用刀具,复合材料加工用刀具,金刚石刀具,第一章 机械加工基础知识,二、刀具材料1.刀具材料应具备的性能,1.2 切削刀具及其材料,较高的硬度和耐磨性,足够的强度和韧度,较高的耐热性,良好的工艺性和经济性,第一章 机械加工基础知识,二、刀具材料2.常用的刀具材料,1.2 切削刀具及其材料,常用刀具材料基本性能,第一章 机械加工基础知识,二、刀具材料2.常用的刀具材料,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,二、刀具材料3.新型刀具材料,1.2 切削刀具及其材料,第一章 机械加工基础知识,一、切屑的形成及其类型1.切屑形成过程 金属的切削过程实际上与金属的挤压过程很相似,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,一、切屑的形成及其类型1.切屑形成过程 经过塑性变形的切屑，其厚度hch大于切削层公称厚度hD，而长度lch小于切削层公称长度lD，这种现象称为切屑收缩,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,一、切屑的形成及其类型2.切屑的种类,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,二、积屑瘤 在一定范围的切削速度下切削塑性金属形成带状切屑时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属楔块，这就是积屑瘤(the built-up edge)，或称刀瘤1.积屑瘤的形成,1.3 切削过程及控制,积屑瘤的形成与脱落,第一章 机械加工基础知识,二、积屑瘤2.积屑瘤对切削加工的影响 粗加工时可利用积屑瘤；精加工时应尽量避免积屑瘤产生3.积屑瘤的控制 影响积屑瘤形成的主要因素有：工件材料的力学性能、切削速度和冷却润滑条件等。避免和减小积屑瘤的方法是：加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区；增加刀具前角以减小切削变形，降低切屑接触区压力；使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦；用适当的热处理方法提高工件材料的硬度，降低塑性，减小加工硬化倾向。,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,三、切削力和切削功率1.切削力的构成与分解 总切削力F一般常分解为3个互相垂直的分力切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力进给力Ff 总切削F在进给运动方向上的分力背向力Fp 总切削力F在垂直于工作平面方向上的分力3个切削分力与总切削力F有如下关系：,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,三、切削力和切削功率2.切削力的估算 车削外圆时，计算Fc的经验公式如下：N 经验公式中的系数和指数，可从“切削用量手册”中查出 生产中，常用切削层单位面积切削力Kc来估算切削力Fc的大小。因为Kc是切削力Fc与切削层公称横截面积AD之比，所以,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,三、切削力和切削功率3.切削功率 切削功率Pm可用下式计算 kW 机床电动机的功率PE可用下式计算 kW,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,四、切削热和切削温度1.切削热的产生、传出及对加工的影响 切削热主要有3个切削热源切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源；切屑与刀具前刀面之间 的摩擦所产生的热量；工件与刀具后刀面之间 的摩擦所产生的热量。,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,四、切削热和切削温度2.切削温度及其影响因素 切削温度的高低取决于切削热的产生和传散情况。影响切削温度的主要因素有,1.3 切削过程及控制,切削用量,工件材料,刀具角度,切削液,切削油,乳化液,水溶液,第一章 机械加工基础知识,五、刀具磨损和刀具寿命1.刀具磨损形态,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,五、刀具磨损和刀具寿命2.刀具磨损过程,1.3 切削过程及控制,硬质合金车刀主后刀面磨损量VB与切削时间之间的关系(磨损曲线),第一章 机械加工基础知识,五、刀具磨损和刀具寿命3.影响刀具磨损的因素 切削用量中，切削速度对刀具磨损的影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap最小。4.刀具寿命 一把新刀(或重新刃磨过的刀具)从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命，以T表示。一把新刀从第一次投入使用直至完全报废(经刃磨后亦不可再用)时所经历的实际切削时间，叫做刀具总寿命。,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,六、切削用量的合理选择 所谓“合理”的切削用量是指充分利用切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。(1)选择背吃刀量ap(2)选择进给量f(3)选择切削速度vc 切削用量选择的基本原则是：粗加工时在保证合理的刀具寿命的前提下，首先选尽可能大的背吃刀量ap，其次选尽可能大的进给量f，最后选取适当的切削速度vc；精加工时，主要考虑加工质量，常选用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度，只有在受到刀具等工艺条件限制不宜采用高速切削时才选用较低的切削速度。,1.3 切削过程及控制,第一章 机械加工基础知识,一、磨料与磨具 磨削(grinding)是用带有磨粒的工具(砂轮、砂带、油石等)对工件进行加工的方法,1.4 磨具与磨削过程,第一章 机械加工基础知识,一、磨料与磨具 珩磨、超精加工及钳工使用的磨具为油石,1.4 磨具与磨削过程,油石的形状,第一章 机械加工基础知识,二、磨削过程 比较凸出的和比较锋利的磨粒起切削作用 凸出高度较小或较钝的磨粒起刻划作用 磨钝的或比较凹下的磨粒与工件表面产生滑擦，起摩擦抛光作用 比较锋利且凸出的单个磨粒，其切削过程大致也可分为三个阶段,1.4 磨具与磨削过程,第一章 机械加工基础知识,三、磨削过程的特点1.背向力大2.磨削温度高3.表面变形强化和残余应力严重,1.4 磨具与磨削过程,第一章 机械加工基础知识,一、衡量材料切削加工性的指标1.衡量切削加工性的指标 物理量vT来表示材料的切削加工性。vT的含义是：当刀具寿命为T分钟时，切削某种材料所允许的切削速度2.材料的相对切削加工性 切削加工性的概念具有相对性，如下式,1.5 材料的切削加工性,第一章 机械加工基础知识,一、衡量材料切削加工性的指标 常用材料的相对加工性Kr分为8级,1.5 材料的切削加工性,材料相对加工性等级,第一章 机械加工基础知识,二、常用材料的切削加工性 化学成分和金相组织对工件材料切削加工性影响很大，主要应从这两方面着手改善切削加工性。1.调整材料的化学成分2.热处理改变金相组织三、难加工材料的切削加工性 材料的相对加工性Kr小于0.65时，属于难加工材料,切削难切金属材料的主要措施有：1.改善切削加工条件 2.选用合适的刀具材料3.优化刀具几何参数和切削用量 4.对材料进行适当热处理5.选用合适的切削液 6.重视切屑控制,1.5 材料的切削加工性,第一章 机械加工基础知识,一、工艺过程的基本概念1.生产过程和工艺过程 由原材料制成各种零件并装配成机器的全过程，称为生产过程 生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、表面质量、性质及相对位置等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程 采用机械加工的方法按一定顺序直接改变毛坯的形状、尺寸及表面质量，使其成为合格零件的工艺过程，称为机械加工工艺过程,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,一、工艺过程的基本概念2.机械加工工艺过程的组成(1)工序,1.6 机械加工工艺过程基本概念,阶梯轴,单件生产阶梯轴的工艺过程,大批量生产阶梯轴的工艺过程,第一章 机械加工基础知识,一、工艺过程的基本概念2.机械加工工艺过程的组成(2)安装 一道工序中，工件在加工位置上至少要装夹一次，但有的工件也可能会装夹几 次，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装(3)工位 工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位,1.6 机械加工工艺过程基本概念,复合工步,车削阶梯轴,第一章 机械加工基础知识,一、工艺过程的基本概念2.机械加工工艺过程的组成(4)工步 工步是加工表面、切削刀具和切削用量(仅指主轴转速和进给量)都不变的情况下 所完成的那一部分工艺过程,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,一、工艺过程的基本概念3.生产纲领和生产类型(1)生产纲领 企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划,零件在计划期为一年的生产纲领N可按下式计算(2)生产类型 1)单件生产 2)成批生产 3)大量生产,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,一、工艺过程的基本概念,1.6 机械加工工艺过程基本概念,各种生产类型的生产纲领及工艺特点 单位：件,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具1.工件的安装 工件从定位到夹紧的全过程称为安装。工件的安装方式，对于零件的加工质量、生产率和制造成本都有较大的影响。不同的生产条件下，工件的安装方式是不同的，主要有两种安装方式：(1)直接安装法(2)专用夹具安装法,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具2.机床夹具的分类和组成 钻床夹具,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具2.机床夹具的分类和组成专用夹具一般由以下部分组成：(1)定位元件工件以平面定位时，用支承钉和支承板作定位元件,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具2.机床夹具的分类和组成专用夹具一般由以下部分组成：(1)定位元件工件以外圆柱面定位时，用V形块和定位套筒作定元件,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具2.机床夹具的分类和组成专用夹具一般由以下部分组成：(1)定位元件工件以孔定位时，用定位心轴和定位销作定位元件,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具2.机床夹具的分类和组成(2)夹紧机构 工件定位后，为了防止工件由于受切削力等外力的作用而产生位移，而将其夹牢紧固的机构,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具2.机床夹具的分类和组成(3)导向元件 用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的零件，如图所示夹具上的钻套(4)夹具体和其它部分,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具3.基准及其选择(1)设计基准 设计时在零件图纸上所使用的基准，以设计基准为依据来确定各 几何要素之间的尺寸及相互位置关系,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具3.基准及其选择(2)工艺基准 制造零件和装配机器的过程中所使用的基准，分为定位基准、度量基准和装配基准，分别用于工件加工时的定位、工件的测量检验和零件的装配 工件在加工时，用以确定工件对于机床及刀具相对位置的表面，称为定位基准 工件上作为定位基准的点或线，总是由具体表面来体现的，这个表面称为定位基准面,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具3.基准及其选择(3)粗基准 粗基准的选择应保证所有加工表面都具有足够的加工余量，而且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。选择原则如下：1)选取不加工的表面作粗基准,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具3.基准及其选择(3)粗基准 粗基准的选择应保证所有加工表面都具有足够的加工余量，而且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。选择原则如下：2)选取要求加工余量均匀的表面为粗基准,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具3.基准及其选择(3)粗基准 粗基准的选择应保证所有加工表面都具有足够的加工余量，而且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。选择原则如下：3)对于所有表面都要加工的零件，应选择余量和公差最小的表面作粗基准，以避免余量不足而造成废品,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具3.基准及其选择(3)粗基准 粗基准的选择应保证所有加工表面都具有足够的加工余量，而且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。选择原则如下：4)为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支承面积。5)在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次。,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具3.基准及其选择(4)精基准 其选择的具体原则如下：1)尽可能选择尺寸较大的表面作为精基准，以提高安装的稳定性和精确性。2)尽可能选用设计基准为定位基准，即符合“基准重合”原则。3)遵守“基准统一”原则。4)互为基准原则。5)自为基准原则。,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具4.工件在夹具中的定位(1)工件的六点定位原理,1.6 机械加工工艺过程基本概念,工件的六点定位,连杆的定位,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具4.工件在夹具中的定位(1)工件的六点定位原理 工件定位时，其六个自由度并非在任何情况下都要全部加以限制，要限制的只是那些影响工件加工精度的自由度。如图所示,1.6 机械加工工艺过程基本概念,第一章 机械加工基础知识,二、工件的安装和夹具4.工件在夹具中的定位(1)工件的六点定位原理 在夹具中，当用一组定位元件限制工件的自由度时，就可能出现过定位,1.6 机械加工工艺过程基本概念,(2)常见定位方式及定位元件 工件在夹具中的定位，通过工件上选定的定位基准面与夹具定位元件的工作表面接触或配合实现的,第一章 机械加工基础知识,一、机械加工精度(machining accuracy)零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和表面间 的相互位置)与理想几何参数的符合程度。,1.7 机械加工质量的概念,第一章 机械加工基础知识,二、机械加工表面质量 1.机械加工表面质量含义 机械加工表面质量(machining quality of machined surfaces)主要包含两方面内容：(1)加工表面的几何形状特征 主要指表面粗糙度(2)加工表面层材质的变化 零件加工后在表面层内出现不同于基体材料的力学、冶金、物理及化学性能的变质层。,1.7 机械加工质量的概念,第一章 机械加工基础知识,二、机械加工表面质量2.表面粗糙度的影响因素及降低措施降低加工表面粗糙度的一般措施：(1)刀具方面(2)工件材料方面(3)切削条件方面(4)加工方法方面3.减少加工表面层变形强化和残余应力的措施,1.7 机械加工质量的概念,