机械制造技术基础课件第二章
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机械制造技术基础课件第二章
第2章 金属切削机床
2.1 零件表面成形的方法及机床切削成形运动 2.1.1 零件表面的成形方法 各种表面的组合构成了不同的零件形状，所以 零件的切削加工归根到底是表面成形问题。 组成零件的常见表面有：内、外圆柱面和圆锥 面、平面、球面和一些成形表面（如渐开线面、 螺纹面和一些特殊的曲面等）。
2－1机器零件的组成表面
传动链包括各种传动机构，如带传动、 定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副、 蜗轮蜗杆副、滑移齿轮变速机构、离合器 变速机构、交换齿轮或挂轮架以及各种电 的、液压的和机械的无级变速机构、数控 机床的数控系统等。上述各种机构又可以 分为具有固定传动比的“定比机构”（例 如定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副 等）和可变换传动比的“换置机构”（例 如齿轮变速箱、挂轮架、各类无级变速机 构等）两类。
床、其它机床。每一大类机床中，按结构、性能、
工艺范围、布局形式和结构的不同，还可细分为若 干组，每一组又细分为若干系（系列）。
3）机床型号的编制方法 按1985年国家机械工业部颁布的《金属切 削机床型号编制方法》部颁标准（JB1838-85） 和1994年国家标准局颁布的《金属切削机床型 号编制方法》国家推荐标准（GB/T15375-94），
图2-10 卧式车床所能加工的典型表面
车床按其用途和结构的不同可分为：普通车 床、六角车床、立式车床、塔式车床、自动和半
自动车床、数控车床等等。普通车床是车床中应
用最广泛的一种，约占车床总数的60%，其中 CA6140 卧式车床为目前最为常见的型号之一。 为正确选择和合理使用机床，应了解机床的技术 性能。通常机床的技术性能包括：工艺范围、机
普通机床型号用下列方式表示。
（◎） ○ （○） ◎ ◎ （×◎）（○）（/◎）
2.1 零件表面成形的方法及机床切削成形运动 2.1.1 零件表面的成形方法 各种表面的组合构成了不同的零件形状，所以 零件的切削加工归根到底是表面成形问题。 组成零件的常见表面有：内、外圆柱面和圆锥 面、平面、球面和一些成形表面（如渐开线面、 螺纹面和一些特殊的曲面等）。
2－1机器零件的组成表面
传动链包括各种传动机构，如带传动、 定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副、 蜗轮蜗杆副、滑移齿轮变速机构、离合器 变速机构、交换齿轮或挂轮架以及各种电 的、液压的和机械的无级变速机构、数控 机床的数控系统等。上述各种机构又可以 分为具有固定传动比的“定比机构”（例 如定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副 等）和可变换传动比的“换置机构”（例 如齿轮变速箱、挂轮架、各类无级变速机 构等）两类。
床、其它机床。每一大类机床中，按结构、性能、
工艺范围、布局形式和结构的不同，还可细分为若 干组，每一组又细分为若干系（系列）。
3）机床型号的编制方法 按1985年国家机械工业部颁布的《金属切 削机床型号编制方法》部颁标准（JB1838-85） 和1994年国家标准局颁布的《金属切削机床型 号编制方法》国家推荐标准（GB/T15375-94），
图2-10 卧式车床所能加工的典型表面
车床按其用途和结构的不同可分为：普通车 床、六角车床、立式车床、塔式车床、自动和半
自动车床、数控车床等等。普通车床是车床中应
用最广泛的一种，约占车床总数的60%，其中 CA6140 卧式车床为目前最为常见的型号之一。 为正确选择和合理使用机床，应了解机床的技术 性能。通常机床的技术性能包括：工艺范围、机
普通机床型号用下列方式表示。
（◎） ○ （○） ◎ ◎ （×◎）（○）（/◎）
机械制造技术基础-课件
车刀在结构上可 分为整体车刀、焊 接装配式车刀和机 械夹固刀片的车刀。 如图15、16所示。
图15
图16
（2）孔加工刀具
孔加工刀具一般 可分为两大类：一 类是从实体材料上 加工出孔的刀具， 常用的有麻花钻、 中心钻和深孔钻等； 另一类是对工件上 已有孔进行再加工 用的刀具，常用的 有扩孔钻、铰刀及 镗刀等。
在法平面参考系中，只需标注γn 、 αn 、 κr 和λs四个角度即可确 定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面参考系中，只 需标注γf 、αf 、γp 、 αp 四个角度便可确定车刀的主切削刃和前、 后刀面的方位。
四、刀具的工作角度
在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上 述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、 基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基 面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度， 又称实际角度。
（6）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小 的直线段或圆弧。
具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，
如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。
刨刀
图4
钻头
(二）刀具角度的参考系
为了确定刀具切削
部分各表面和刀刃的空 间位置，需要建立平面 参考系。按构成参考系 时所依据的切削运动的 差异，参考系分成以下 两类：
2、车刀安装偏斜对工作角度的影响
图12
当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起 工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的变化,如上图所示。
（二）进给运动对工作角度的影响
1、横向 进给运 动对工 作角度 的影响
图13 车端面或切断时，加工表面是阿基米德螺旋面，如上图所示。因此，实际 的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角μ，使车刀的工作前角γoe增 大，工作后角αoe减小。一般车削时，进给量比工作直径小很多，故螺旋升 角μ很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。但在车端面、切断和 车外圆进给量（或加工螺纹的导程）较大，则应考虑螺旋升角的影响。
图15
图16
（2）孔加工刀具
孔加工刀具一般 可分为两大类：一 类是从实体材料上 加工出孔的刀具， 常用的有麻花钻、 中心钻和深孔钻等； 另一类是对工件上 已有孔进行再加工 用的刀具，常用的 有扩孔钻、铰刀及 镗刀等。
在法平面参考系中，只需标注γn 、 αn 、 κr 和λs四个角度即可确 定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面参考系中，只 需标注γf 、αf 、γp 、 αp 四个角度便可确定车刀的主切削刃和前、 后刀面的方位。
四、刀具的工作角度
在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上 述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、 基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基 面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度， 又称实际角度。
（6）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小 的直线段或圆弧。
具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，
如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。
刨刀
图4
钻头
(二）刀具角度的参考系
为了确定刀具切削
部分各表面和刀刃的空 间位置，需要建立平面 参考系。按构成参考系 时所依据的切削运动的 差异，参考系分成以下 两类：
2、车刀安装偏斜对工作角度的影响
图12
当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起 工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的变化,如上图所示。
（二）进给运动对工作角度的影响
1、横向 进给运 动对工 作角度 的影响
图13 车端面或切断时，加工表面是阿基米德螺旋面，如上图所示。因此，实际 的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角μ，使车刀的工作前角γoe增 大，工作后角αoe减小。一般车削时，进给量比工作直径小很多，故螺旋升 角μ很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。但在车端面、切断和 车外圆进给量（或加工螺纹的导程）较大，则应考虑螺旋升角的影响。
机械制造基础第二章2
位错对材料性能的影响比点缺陷更大， 位错对材料性能的影响比点缺陷更大 ， 对金属材料的影 响尤甚。理想晶体的强度很高，位错的存在可降低强度， 响尤甚 。 理想晶体的强度很高，位错的存在可降低强度 ， 但 是当错位量急剧增加后，强度又迅速提高。 是当错位量急剧增加后，强度又迅速提高。 生产中一般都是增加位错密度来提高强度， 生产中一般都是增加位错密度来提高强度 ， 但是塑性 随之降低，可以说， 随之降低 ， 可以说 ， 金属材料中的各种强化机制几乎都是 以位错为基础的。 以位错为基础的。 3. 面缺陷：指在两个方向上的尺寸很大，第三个方向上的 面缺陷：指在两个方向上的尺寸很大， 尺寸很小而呈面状的缺陷。 尺寸很小而呈面状的缺陷。面缺陷的主要形式是各种类型 的晶界。 的晶界。 晶界：指晶粒与晶粒之间的边界。 晶界：指晶粒与晶粒之间的边界。
图1-6 冷却曲线
3.结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在液 3.结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1 所示， 结晶过程 体金属开始结晶时， 体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则排 列的原子团，成为结晶的核心， 形核过程）。 列的原子团，成为结晶的核心，即晶核 （形核过程）。 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大， 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时， ）。在晶体长大的同时 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属完 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触， 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一， 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大 晶界。 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。
机械制造技术基础 张世昌 第2章 机械制造过程基础知识
2018/10/30 10
2.2.1 零件表面形成方法
零件表面形成机理 零件表面通常可看成是一条母线沿着另一条导线运动 的轨迹。 母线与导线统称为形成表面的生线（生成线或成形线）；
切削加工实现？
切削加工时刀具的切削刃与工件的相对运动实现表面切 削成形。P46 图2-4 形成零件表面的方法包含如下几种：
2018/10/30 35
2.3.3 定位原理
2018/10/30
4
2.1.1 机械加工工艺过程及其组成
工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作
地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工 工艺过程。 由零件结构复杂度、加工精度、生产类型等决定， 如图2-1所示。
φ25±0.07
安装——在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部 分工序称为安装。 其余 3.2
c）相切法
d）展成法
12
图2-5 零件表面成形方法
2018/10/30
2.2.2 切削加工的成形运动
主运动
3种
指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动 的速度即切削速度，用vc（m/s）表示。
进给运动
指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用 进给量（f—mm/r）或进给速度（vf —mm/min）表示。
Y X
图 2-12 六点定位原理
2018/10/30 30
2.3.3 定位原理
两点注意： “点”的含义 ——对自由度的限制，与实际接触点不同 与理论力学、机构学自由度概念差别 ——位置不定度 ——夹紧与定位概念分开 ——工件、夹具是弹性体
Z Y
X
2018/10/30
图 2-13 工件以平面3点定位
2.2.1 零件表面形成方法
零件表面形成机理 零件表面通常可看成是一条母线沿着另一条导线运动 的轨迹。 母线与导线统称为形成表面的生线（生成线或成形线）；
切削加工实现？
切削加工时刀具的切削刃与工件的相对运动实现表面切 削成形。P46 图2-4 形成零件表面的方法包含如下几种：
2018/10/30 35
2.3.3 定位原理
2018/10/30
4
2.1.1 机械加工工艺过程及其组成
工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作
地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工 工艺过程。 由零件结构复杂度、加工精度、生产类型等决定， 如图2-1所示。
φ25±0.07
安装——在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部 分工序称为安装。 其余 3.2
c）相切法
d）展成法
12
图2-5 零件表面成形方法
2018/10/30
2.2.2 切削加工的成形运动
主运动
3种
指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动 的速度即切削速度，用vc（m/s）表示。
进给运动
指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用 进给量（f—mm/r）或进给速度（vf —mm/min）表示。
Y X
图 2-12 六点定位原理
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2.3.3 定位原理
两点注意： “点”的含义 ——对自由度的限制，与实际接触点不同 与理论力学、机构学自由度概念差别 ——位置不定度 ——夹紧与定位概念分开 ——工件、夹具是弹性体
Z Y
X
2018/10/30
图 2-13 工件以平面3点定位
机械制造技术基础(第二版)第二章-12-12
② 磨粒切削刃相对于很小的切削厚度(0.1～10μm)， 切削刃钝圆半径(一般为10～35μm)很大，因此磨 削时会产生强烈的摩擦和挤压作用。
28
③ 磨削过程的金属去除是多个磨粒与工件作用的综 合结果。磨粒在砂轮表面分布参差不齐，大小不 一，形状各异，高低不同，有些仅起滑擦(抛光) 作用，另一些起滑擦和刻划作用，还有一些完成 从滑擦、刻划到切除切屑的全部功能。此外，在 磨削过程中砂轮与工件之间还会掺入碎裂和脱落 的磨粒细末，产生一定的抛光和研磨作用。所以， 磨削过程是一种复杂的切削、刻划、抛光和研磨 的综合加工过程。
32
② 砂轮的修整 砂轮磨钝后需要进行修整。当砂轮的形状精度被 破坏、砂轮表面磨钝的磨粒太多、磨钝磨粒的小 平面过大砂轮表面已经被堵塞，就应修整砂轮。 修整的目的有三个：
一、去除已经磨损或被磨屑堵塞的砂轮表层，使 里层锐利的磨粒显露出来参与切削；
二、使砂轮表面形成更多的切削刃，在一个磨粒 上切出很多个高低相近的微刃，从而减小工 件表面的粗糙度值；
大。当小平面过大且变钝的磨粒过多时，应通过砂
轮修整去除变钝的颗粒。
31
b）磨粒破碎。磨削过程中，若作用在磨粒上的应力 超过磨粒本身的强度时，磨粒上的一部分就会以 微小碎片的形式从砂轮上脱落沿B面破碎。磨粒 破碎能局部地恢复己磨钝磨粒的磨削性能。
c）磨粒脱落。也叫结合桥 断裂，磨削过程中，如果磨 粒受到的磨削力大于结合剂 所能提供的结合力，磨粒就 会从砂轮上整体脱落（C 面）。磨粒脱落能去除已磨 钝的磨粒，保持砂轮的磨削 能力。
25
② 刻划阶段（耕犁阶段） 随着切削厚度的增大，磨粒与工件表面的摩擦和
挤压作用加剧，磨粒开始切入工件，使工件材料 因受挤压而向两侧隆起，形成沟纹或划痕。 此时除磨粒与工件间相互摩擦外，还有材料内部 的摩擦，工件表层不仅有热应力，而且有由于弹 塑性变形所产生的变形应力。 此阶段将影响工件表面粗糙度及表面烧伤、裂纹 等缺陷。
28
③ 磨削过程的金属去除是多个磨粒与工件作用的综 合结果。磨粒在砂轮表面分布参差不齐，大小不 一，形状各异，高低不同，有些仅起滑擦(抛光) 作用，另一些起滑擦和刻划作用，还有一些完成 从滑擦、刻划到切除切屑的全部功能。此外，在 磨削过程中砂轮与工件之间还会掺入碎裂和脱落 的磨粒细末，产生一定的抛光和研磨作用。所以， 磨削过程是一种复杂的切削、刻划、抛光和研磨 的综合加工过程。
32
② 砂轮的修整 砂轮磨钝后需要进行修整。当砂轮的形状精度被 破坏、砂轮表面磨钝的磨粒太多、磨钝磨粒的小 平面过大砂轮表面已经被堵塞，就应修整砂轮。 修整的目的有三个：
一、去除已经磨损或被磨屑堵塞的砂轮表层，使 里层锐利的磨粒显露出来参与切削；
二、使砂轮表面形成更多的切削刃，在一个磨粒 上切出很多个高低相近的微刃，从而减小工 件表面的粗糙度值；
大。当小平面过大且变钝的磨粒过多时，应通过砂
轮修整去除变钝的颗粒。
31
b）磨粒破碎。磨削过程中，若作用在磨粒上的应力 超过磨粒本身的强度时，磨粒上的一部分就会以 微小碎片的形式从砂轮上脱落沿B面破碎。磨粒 破碎能局部地恢复己磨钝磨粒的磨削性能。
c）磨粒脱落。也叫结合桥 断裂，磨削过程中，如果磨 粒受到的磨削力大于结合剂 所能提供的结合力，磨粒就 会从砂轮上整体脱落（C 面）。磨粒脱落能去除已磨 钝的磨粒，保持砂轮的磨削 能力。
25
② 刻划阶段（耕犁阶段） 随着切削厚度的增大，磨粒与工件表面的摩擦和
挤压作用加剧，磨粒开始切入工件，使工件材料 因受挤压而向两侧隆起，形成沟纹或划痕。 此时除磨粒与工件间相互摩擦外，还有材料内部 的摩擦，工件表层不仅有热应力，而且有由于弹 塑性变形所产生的变形应力。 此阶段将影响工件表面粗糙度及表面烧伤、裂纹 等缺陷。
机械制造技术基础(课程课件完整版)
(2) 进给运动
进给运动方向：是指切削刃选定点相对于工件的 瞬时进给运动方向。
进给运动速度：指切削刃选定点相对于工件进给 运动的瞬时速度，用vf表示，单位常取为 (mm / s)或(mm / min)
图2-6 外圆车削时的加工表面、切削用量与切削层
进给运动速度
例：外圆车削时，进给运动速度常常用进给量f来表述， 单位：mm / r
一、工件的加工表面及其形成方法
1. 机械零件常用的表面形状
零件的 常用表面
平面 圆柱面
圆锥面 成型表面 特殊表面
图2-1 机器零件上常用的各种典型表面
2. 工件表面的形成
工件表面可以看成是一条线沿着另一条 线移动或旋转而形成的。并且我们把这两
条线叫着母线和导线，统称发生线。
例、工件表面的形成
图2-3 形成发生线所需的运动
3.发生线的形成
3) 相切法——由圆周刀具上的多个切削 点来共同形成所需工件表面形状的方 法。
图2-3 形成发生线所需的运动
3.发生线的形成
4) 展成法——利用工件和刀具作展成切削
运动来形成工件表面的方法。
图2-3 形成发生线所需的运动
4. 表面成型运动 例: 车削外圆柱面的成形运动
(4) 吃刀量
吃刀量是指过切削刃的两个端点， 且垂直于所选定的测量方向的两平 面间的距离。
(4) 吃刀量
确定吃刀量有三点要注意： 1）确定切削刃的两个端点； 2）确定测量的方向； 3）确定两界限平面。
图2-6 外圆车削时的加工表面、切削用量与切削层
图2-6 外圆车削时的加工表面、切削用量与切削层
刨削时，进给运动速度用每一行程多少毫米来表述， 单位为mm / str。
机械制造基础-第2章铸造
较大的铸件（即必须补缩的场合）
浇口 冒口
SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院
顶冒口
侧冒口 方案1 （2冒口）
冷铁 方案2 （1冒口、1冷铁）
SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自源自院四、铸造应力、变形和裂纹
★1.铸造应力
①铸件壁厚不均匀，造成冷速不一致，收缩有先有 产 后、有大有小，引起相互阻碍→热应力 生 ②铸型或型芯阻碍铸件自由收缩→收缩应力 （机械应力） 原 因 ③某些合金在铸造过程中由于发生相变而引起的体积 膨胀或收缩，产生相互阻碍→相变应力 *收缩应力是临时的（清砂后消失），而热应力将残留在 铸件内部，称为残余应力，这种应力会在铸件放置过程 中或受到切削加工时通过变形得到部分释放，但不会完 全消除，只有通过去应力退火或自然时效才能消除。
上海大学机自学院
一、熔模铸造
1.铸型特征：薄壳砂型 2.铸件材料：各种合金，尤其是高熔点合金 A.不需分型和取模→形状复杂件 B.铸型精确光洁→精密铸件 3.生产特点 C.蜡模强度不高→中小型件 D.工艺过程繁琐→生产率低 4.应用范围：各种合金、各种批量的形状复杂 铸件的精密铸造。如大模数齿轮 滚刀、叶片、麻花钻等。
SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院 例1：将有残余应力的圆柱体铸件进行如下加工， 会如何变形？ 车外圆 钻孔 刨去一侧 - ++ ++ ++ ++ ++ -
缩短
伸长
弯曲
SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院 例2：下图铸造T形梁内有残余应力，经时效或 去应力退火后将会如何变形？
+ + + + + + + + - - - - - - - - - -
浇口 冒口
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顶冒口
侧冒口 方案1 （2冒口）
冷铁 方案2 （1冒口、1冷铁）
SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自源自院四、铸造应力、变形和裂纹
★1.铸造应力
①铸件壁厚不均匀，造成冷速不一致，收缩有先有 产 后、有大有小，引起相互阻碍→热应力 生 ②铸型或型芯阻碍铸件自由收缩→收缩应力 （机械应力） 原 因 ③某些合金在铸造过程中由于发生相变而引起的体积 膨胀或收缩，产生相互阻碍→相变应力 *收缩应力是临时的（清砂后消失），而热应力将残留在 铸件内部，称为残余应力，这种应力会在铸件放置过程 中或受到切削加工时通过变形得到部分释放，但不会完 全消除，只有通过去应力退火或自然时效才能消除。
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一、熔模铸造
1.铸型特征：薄壳砂型 2.铸件材料：各种合金，尤其是高熔点合金 A.不需分型和取模→形状复杂件 B.铸型精确光洁→精密铸件 3.生产特点 C.蜡模强度不高→中小型件 D.工艺过程繁琐→生产率低 4.应用范围：各种合金、各种批量的形状复杂 铸件的精密铸造。如大模数齿轮 滚刀、叶片、麻花钻等。
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上海大学机自学院 例1：将有残余应力的圆柱体铸件进行如下加工， 会如何变形？ 车外圆 钻孔 刨去一侧 - ++ ++ ++ ++ ++ -
缩短
伸长
弯曲
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上海大学机自学院 例2：下图铸造T形梁内有残余应力，经时效或 去应力退火后将会如何变形？
+ + + + + + + + - - - - - - - - - -
机械制造技术基础(第二章)
机械制造技术基础
(第二章 机械制造中的加工方法)
主讲: 肖新华
天津工业大学机械电子学院
2.1 概述
机械零件的结构形状千变万化。零件结构形式的 不同，使之有很多的加工方法，根据加工过程中零 件质量的变化情况，零件的制造过程可分为Δm<0，
Δm=0和Δm>0三种形式，不同的类型有不同的工艺
方法。
一. Δm<0的制造过程
外圆表面的磨削
1.中心磨削
(1)纵磨
(2)横磨
(3)复合磨
2.无心磨削
纵磨特点：工件或砂轮需作轴向进给。磨削深度小、磨削接触面积 小，散热较好，容易得到较高的精度和表面质量，因而应用广泛。 但由于走刀次数多，生产效率低，适用于单件小批生产中磨削较长 的外圆表面。
横磨
横磨特点：砂轮宽度大于磨削宽度。工件不需作轴
弹性式 ：由300～320HBS的弹簧丝制成，可研孔 径d为1～4mm的小孔 。用于研一般精度的小孔或母
线为曲线的小孔 。
研磨孔视频
2.4.6 珩磨孔
珩磨孔是利用安装于珩磨头圆周上的油石，采用特定结构 推动油石径向扩张，直至与工件接触，并保持一定的压力，以 较低的切削速度对孔进行精加工。加工过程中，油石不断作径 向进给运动，珩磨头作旋转和沿孔轴心方向的直线运动，从而 实现对孔的低速切削，显著提高孔的尺寸精度和形状精度，降 低表面粗糙度值。 采用珩磨加工孔时，加工精度可达IT7～IT6，孔的圆度和 圆柱度误差可控制在5～3m，表面粗糙度Ra为0.025～0.2m， 加工质量好，切削效率高。 珩磨视频
2.3外圆表面加工
1.车削
2.磨削
3.光整加工
2.3外圆表面加工
车削加工
钳工和机械加工
(第二章 机械制造中的加工方法)
主讲: 肖新华
天津工业大学机械电子学院
2.1 概述
机械零件的结构形状千变万化。零件结构形式的 不同，使之有很多的加工方法，根据加工过程中零 件质量的变化情况，零件的制造过程可分为Δm<0，
Δm=0和Δm>0三种形式，不同的类型有不同的工艺
方法。
一. Δm<0的制造过程
外圆表面的磨削
1.中心磨削
(1)纵磨
(2)横磨
(3)复合磨
2.无心磨削
纵磨特点：工件或砂轮需作轴向进给。磨削深度小、磨削接触面积 小，散热较好，容易得到较高的精度和表面质量，因而应用广泛。 但由于走刀次数多，生产效率低，适用于单件小批生产中磨削较长 的外圆表面。
横磨
横磨特点：砂轮宽度大于磨削宽度。工件不需作轴
弹性式 ：由300～320HBS的弹簧丝制成，可研孔 径d为1～4mm的小孔 。用于研一般精度的小孔或母
线为曲线的小孔 。
研磨孔视频
2.4.6 珩磨孔
珩磨孔是利用安装于珩磨头圆周上的油石，采用特定结构 推动油石径向扩张，直至与工件接触，并保持一定的压力，以 较低的切削速度对孔进行精加工。加工过程中，油石不断作径 向进给运动，珩磨头作旋转和沿孔轴心方向的直线运动，从而 实现对孔的低速切削，显著提高孔的尺寸精度和形状精度，降 低表面粗糙度值。 采用珩磨加工孔时，加工精度可达IT7～IT6，孔的圆度和 圆柱度误差可控制在5～3m，表面粗糙度Ra为0.025～0.2m， 加工质量好，切削效率高。 珩磨视频
2.3外圆表面加工
1.车削
2.磨削
3.光整加工
2.3外圆表面加工
车削加工
钳工和机械加工
机械制造技术基础(第二版)第二章-5-0102
根据变形图像和塑性力学计算出各点的应力状态，称图像—塑性法 。
2、快速落刀法
使刀具快速脱离工件，把切削过程冻结， 将留下的切屑根部做成标本，供观察。
探索不同条件下的切削变形特征，可采用此法。
3、扫描电镜观察法
可观察切屑形貌研究切削变形过程；观察刀具磨损形貌研究磨损机理等。
4、高速摄影法 — 高速摄影机观察切削时金属变形情况 。 5、光弹性、光塑性试验 — 用来研究金属变形区的应力情况
在直角自由切削、以切屑为分离体、忽略其自身重力及剪切面上弯矩条件下，
分析作用在切屑上的力。 来自前刀面的力：
法向力Fn，摩擦力Ff β—摩擦角，γo—刀具前角
来自剪切面的力：
正压力Fns，剪切力Fs φ为剪切角
将各力均画在切削刃前方，可得如下公式：
Fs=τAs=τAc/sinφ Fr =Fs/cos(φ+β-γo）=τAc/sinφcos(φ+β-γo） Fz=Frcos(β-γo）=τAccos(β-γo）/sinφcos(φ+β-γo） Fy=Frsin(β-γo）=τAsin(β-γo）/sinφcos(φ+β-γo） Fy/ Fz =tg(β-γo ）
2.4.1 金属切削层的变形
以塑性材料的切屑形成为例，来说明金属切削层 的变形。金属切削变形金相显微照片如图所示：
1）变形区的划分
根据金属切削变形金相显微照片，可绘制如图所示 的金属切削过程中的滑移线和流线示意图。流线表 示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹。
大致划分为三个变 形区。这三个变形 区汇集在切削刃附 近，此处的应力比 较集中而复杂，切 屑与工件本体在此 处分离，大部分变 成切屑，很小一部 分留在已加工表面。
机械制造技术基础课件最新版第二章第2节
由于标准麻花钻存在切削刃长、前角变化大(从外缘处的大约+30°逐渐 减小到钻芯处的大约-30°)、螺旋槽排屑不畅、横刃部分切削条件很差(横刃前 角约为-60°)等结构问题,生产中,为了提高钻孔的精度和效率,常将标准麻花钻按 特定方式刃磨成 “群钻” 使用。群钻的基本特征为:三尖七刃锐当先,月牙弧槽 分两边,一侧外刃开屑槽,横刃磨得低窄尖。
(5)螺纹刀具
螺纹可用切削法和滚压 法进行加工。螺纹加工可在车床 上车削完成(外螺纹),也可用手动 或在钻床上用丝锥进行加工(内 螺纹)。
图2-23 常用切削法加工螺纹的螺纹刀具 a)平体螺纹梳刀 b)棱体螺纹梳刀 c)圆体螺纹梳刀 d)板牙 e)丝锥
第二节 刀具的结构
(6)齿轮刀具 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具,按刀具的工作原理,齿轮刀具分为 成形齿轮刀具和展成齿轮刀具。常用的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀 和指形齿 轮铣刀等。常用的展成齿轮刀具有插齿刀、滚刀和剃齿刀等。
第二节 刀具的结构
5)铰刀 铰刀是精加工刀具,加工精度可达IT7~IT6,加工表面粗糙度Ra值可达 1.6~0.4μm。下图所示是几种常用铰刀,其中图a、b所示为手用铰刀,图c、d所示 为机用铰刀,图所示为两把一套的锥度铰刀。
图2-18 几种常用的铰刀
第二节 刀具的结大类。
第二节 刀具的结构
图2-13 麻花钻的结构
图2-14 中型标准群钻
第二节 刀具的结构
2)中心钻 中心钻 用于加工轴类工件的中心孔。钻孔时,先打中心孔,也有利于钻头 的导向,可防止钻偏。 3)深孔钻 深孔钻是专门用于钻削深孔(长径比≥5)的钻头。为解决深孔加工中的断 屑、排屑、冷却润滑和导向等问题,人们先后开发了外排屑深孔钻、内排屑深孔 钻、喷吸钻和套料钻等多种深孔钻。
(5)螺纹刀具
螺纹可用切削法和滚压 法进行加工。螺纹加工可在车床 上车削完成(外螺纹),也可用手动 或在钻床上用丝锥进行加工(内 螺纹)。
图2-23 常用切削法加工螺纹的螺纹刀具 a)平体螺纹梳刀 b)棱体螺纹梳刀 c)圆体螺纹梳刀 d)板牙 e)丝锥
第二节 刀具的结构
(6)齿轮刀具 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具,按刀具的工作原理,齿轮刀具分为 成形齿轮刀具和展成齿轮刀具。常用的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀 和指形齿 轮铣刀等。常用的展成齿轮刀具有插齿刀、滚刀和剃齿刀等。
第二节 刀具的结构
5)铰刀 铰刀是精加工刀具,加工精度可达IT7~IT6,加工表面粗糙度Ra值可达 1.6~0.4μm。下图所示是几种常用铰刀,其中图a、b所示为手用铰刀,图c、d所示 为机用铰刀,图所示为两把一套的锥度铰刀。
图2-18 几种常用的铰刀
第二节 刀具的结大类。
第二节 刀具的结构
图2-13 麻花钻的结构
图2-14 中型标准群钻
第二节 刀具的结构
2)中心钻 中心钻 用于加工轴类工件的中心孔。钻孔时,先打中心孔,也有利于钻头 的导向,可防止钻偏。 3)深孔钻 深孔钻是专门用于钻削深孔(长径比≥5)的钻头。为解决深孔加工中的断 屑、排屑、冷却润滑和导向等问题,人们先后开发了外排屑深孔钻、内排屑深孔 钻、喷吸钻和套料钻等多种深孔钻。
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2.1 刀具的结构
切削部分由不同刀面和切削刃构成。现分述如下： （1）刀具表面 前刀面 刀具上切屑沿其流出的表面。 主后刀面 刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，也是切 削过程中与过渡表面相对的刀具表面。 副后刀面 刀具上同前刀面相交形成副切削刃的表面，也是切 削过程中与已加工表面相对的刀具表面。
2.2 刀具材料
（1） 硬度高 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。一般要求刀 具材料的常温硬度必须HRC62以上。 （2） 足够的强度和韧性 刀具切削部分的材料在切削时承受着很大的切削力和冲击 力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。 （3） 耐磨性和耐热性好 刀具在切削时承受着剧烈的摩擦，因此刀具材料应具有较 强的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系，其 耐热性通常用它在高温下保持较高硬度的能力来衡量（热硬 性）。耐热性越好，允许的切削速度越高。
2.1 刀具的结构
3）背刀量 背刀量是指待加工表面与已加工表面之间的垂直距 离。车削时 式中 ——切削深度（ mm）； ——工件待加工表面直径（mm ）； ——工件已加工表面直径（mm ）。 2.1.2.2 切削层参数 切削时，沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金 属层称为金属切削层。通过切削刃基点（通常指主切削 刃工作长度的中点）并垂直于该点主运动方向的平面， 称为切削层尺寸平面。在切削层尺寸平面内测定的切削 层尺寸几何参数则称为切削层尺寸平面要素。现将各切 削层参数的定义说明如下：
2.2 刀具材料
（4）导热性好 刀具材料的导热性用热导率[单位为 ]表示。热导率大， 表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降 低切削部分的温度，减轻刀具磨损。 （5） 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理 性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。
2.1 刀具的结构
（5）刃倾角,在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。 刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。当刀尖相对车刀刀柄安装 面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低点时，刃倾角为 负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为零度，此时切削 刃在基面内。刃倾角对排屑的影响如图1-7所示。
2.1 刀具的结构
（1）切削宽度 沿主切削方向度量的切削层尺寸。车外圆时 a w = a p / sin κ r
（2）切削层公称厚度 它是指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比。 即
a c = f sin κ r
（3）切削面积 切削层垂直与切削速度截面内的面积。
Ac = a w a c = fa p
金属切削原理与刀具
第二章
金属切削原理与刀具
2.1 刀具的结构 2.2 刀具材料 2.3 金属切削过程及其物理现象 2.4 切削力与切削功率 2.5 切削热与切削温度 2.6 刀具磨损与刀具寿命 2.7 切削用量的选择及工件材料加工性
2.1刀具的结构
2.1.1切削运动与切削要素
金属切削加工时，刀具与工件之间的相对运动，称为 切削运动。切削运动可分为主运动和进给运动。以图1-1 所示车削外圆为例来研究切削运动。
2.2 刀具材料
2.2.1 刀具材料 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、 已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和 选用刀具的重要内容之一。 2.2.1.1 刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着 很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很 高的切削温度。即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶 劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能
人造 金刚 石
10000H V
0.42～ 1.0
700～ 800
硬 度 高 于 CBN， 用 于 有 色 金 极脆 属的高精度、 低粗糙度切 削，也用于 非金属精密 加工，不切 削铁族金属
表1-1常用刀具材料的主要性能及用途
2.2 刀具材料
（1） 高速钢 高速钢是一种含钨（W）、钼（MO）、铬（Cr）、钒 （V）等合金元素较多的高合金工具钢。由于合金元素与 碳原子的结合力很强，使钢在550～600℃时仍能保持高硬 度，从而使切削速度比碳素工具钢和合金工具钢成倍提高， 故得名“高速钢”，又名“风钢”或“锋钢”。 高速钢刀具制造工艺简单，容易磨出锋利的刃口，广 泛用于制造切削速度较高、形状复杂的刀具，如钻头、丝 锥、成形刀具、拉刀及齿轮刀具等。 高速钢按化学成分可分为钨系、钼系（含MO2%以上）； 按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。
碳 素 工 具 钢
T8A、T10A T12A
2 0 0 ～ 250
可冷热加工成 形，刃磨性能 好
用于手动工具， 如锉刀、锯条、 錾子等
合 金 工 具 钢
981～ 84）
2.45～ 2.75
2 5 0 ～ 300
可冷热加工成 形，刃磨性能 好，热处理变 形小
用于低速成形 刀具，如丝锥、 板牙、铰刀等
2.1 刀具的结构
（2） 进给量 进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程 时，刀具切削刃相对工件在进给运动方向上的移动 量。车削时的进给量 是工件每转一转，切削刃沿 进给方向的移动量，单位为mm/r，其进给速度 为
式中
—— 进给速(mm/min）或（mm/s）。
对于铣刀、铰刀等多齿刀具，还规定每齿进给 量 ，即多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件 在进给运动方向上的相对位移，单位为mm/z 。
1.08～ 2.16
800～ 1100
粉未冶金成 形，只能磨 削加工不能 热处理，多 镶片使用， 较脆 压制烧结成 形，只能磨 削加工，不 需热处理， 脆性略大于 硬质合金
用于机动简 单的高速切 削刀具，如 车刀、刨刀、 铣刀刀片
陶瓷
SG4、 AT6
（9 3 ～ 94） 1500～ 2100HV
0.4～ 1.115
1200
多用于车刀， 适宜精加工 连续切削
表1-1常用刀具材料的主要性能及用途
2.2 刀具材料
立方 碳化 硼 （ CB N） FD、LBNY 7300～ 7400HV 0.57～ 0.81 1200～ 1500 高温高压烧结 成形，硬度高 于陶瓷，极脆， 可用金刚石砂 轮磨削，不需 热处理 用于加工高 硬度、高强 度材料（特 别是铁族材 料）
2.2 刀具材料
2.2.1.2 常用刀具材料 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和 超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表 1-1
种类 常用牌号 硬度HRC （HRA） 60～64 （81～ 83） 抗弯强 度（ GP） 2.45～ 2.75 热硬性 （°C） 工艺性能 用 途
2.1 刀具的结构
2.1.2 切削要素
2.1.2.1 切削用量 它包括切削速度、进给量和切削深度三个要素。 （1）切削速度 切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动 的速度。当主运动为
2.1 刀具的结构
旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度 由下式确定式中 v —— 切削速度（ m/min ）或（m/s ）； d —— 完 成 主 运 动 的 刀 具 或 工 件 的 最 大 直 径 （mm ）； n —— 主运动的转速（ r/min ）或（ r/s）。 当主运动为往复直线运动（如刨削），则式中 L—— 往复直线运动的行程速度（ mm ）； —— 主 运动每 秒或 每分 钟的往 复 次 数 （st/min ） 或 （st/s）。
2.1 刀具的结构
（2）切削刃及刀尖 主切削刃 刀具前刀面与主后刀面的交线。它承担着 主要的切削工作。
副切削刃 刀具前刀面与副后刀面的交线。它的一小 部分也参与切削，主要起修光作用。
刀尖是主切削刃与副切削刃的交点。实际上刀尖是一段 圆弧过渡刃。
2.1 刀具的结构
2.刀具的参考系 （1） 基面,通过主切削刃选定点并垂直于该点切削速度的 平面。 （2） 切削平面,通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于 基面的平面。对应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别 称为主切削平面 和副切削平面 。 （3）正交平面, 通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和 切削平面的平面。
图1-7 刃倾角及其对排屑方向的影响
2.1 刀具的结构
4.刀具工作角度 ① 工作前角 在工作正交平面 内测量的工作 基面与前刀面间的夹角。 ② 工作后角 在工作正交平面 削平面与后刀面间的夹角。 ③ 工作侧前角 在工作平面 与刀具前刀面间的夹角。 ④ 工作侧后角 在工作平面 平面与刀具后刀面间的夹角。 内测量的工作切
2.1 刀具的结构
2.1.3 刀具的种类 生产中所使用的刀具种类很多，按加工方式和具体用途分为车 刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数 控机床刀具和磨具等几大类型；按所用材料分为高速钢刀具、硬质 合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等； 按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否 标准化分为标准刀具和非标准刀具等。常用刀具具体的结构、特点 及使用等将后续章节中介绍。
图1-1 切削运动和工件表面
2.1 刀具的结构
2.1.1.1 主运动
主运动是切削时的主要运动。主运动可以由刀具完 成,也可以由工件完成，其运动形式通常为旋转运动或直 线运动, 如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运 动，钻削时钻头的旋转运动。一般地讲，主运动的速度最 高，消耗的功率也最大，主运动只有一个。
表1-1常用刀具材料的主要性能及用途
2.2 刀具材料
高速 钢 W9Mo3Cr 4V、 W6Mo5Cr V2 63～69 （8 2 ～ 87） 3.43～ 4.41 550～ 600 可冷热加工 成形，刃磨 性能好，热 处理变形小 用于机动复 杂的中速刀 具，如钻头、 铣刀、齿轮 刀具等
硬质 合金
（ YG 类 ） 69～81 K 类 （ YT （8 9 ～ 类）P类 93） （ YW 类 ） M类