切削加工的基础知识讲解

2.1.1 尺 寸 精 度
零件尺寸要素的误差大小。 问：精度的高低与哪两个因
Φ25
0 -0.04
素有关？
基本尺寸和公差大小。
2.1.2 形 状 精 度 0
Φ25
－0.013
轴加工后可能产生的形状误差
2.1.2 形 状 精 度
指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度； 国家标准规定了六类形状公差（见下表）
表面粗糙度对零件质量的影响：
零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大， 主要有以下几个方面： 1）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触 变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快； 2) 表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损， 造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰 挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低； 3）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造 成表面腐蚀； 4）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而 造成零件断裂。
精磨、精铰等
研磨、珩磨、超精加工、抛光等
2.2 表 面 粗 糙 度
表面粗糙度：零件微观表面高低不平的
程度。 产生的原因：
1）切削时刀具与工件相 对运动产生的磨擦； 2）机床、刀具和工件在加工时的振动； 3）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹； 4）加工时零件表面发生塑性变形。
2.2 表 面 粗 糙 度
形状精度的标注：框格分为2格，
箭头指向待表达的表面，数字表示 允许误差的大小，单位为毫米。
2.1.3 位 置 精 度
指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间
位置的准确度。
圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待
表达的表面
零件精度等级及其相应的加工方法
精度等级 尺寸精度范围 Ra值范围 （ μ m） 相应的加工方法
低精度
中等 精度
IT13～IT 11
IT10～IT 9 IT8～IT 7
25～12.5
6.3～3.2 1.6～0.8
粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等
半精车、半精镗、半精铣、半精刨、 扩孔等 精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗 铰等
高精度
特别 精密 精度
IT7～IT 6
IT5～IT2
0.8～0.2
Ra＜0.2
3.切削运动与切削用量
机器零件的基本表面包括：外圆、内 圆（孔）、平面和成型面 基本表面主要由如下的加工方法获得
3.1 切削运动
要完成零件表面的切削加工，刀具和 工件应具备形成表面的基本运动，即切削 运动
切削运动：刀具和工件的相对运动 切削运动分为主运动和进给运动 主运动：提供切削可能性的运动。主运动只有
一个 进给运动：提供连续切削可能性的运动。进给 运动可以有多个
3.1 切削运动
机床的切Leabharlann Baidu运动
机床名称
卧式车床 钻 床
主运动
工件旋转运动 钻头旋转运动
进给运动
车刀纵向、横向、斜向直线移动 钻头轴向移动
卧铣、立铣
牛头刨床
铣刀旋转运动
刨刀往复运动
工件纵向、横向、斜向直线移动
工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向 间歇移动
切削加工的基础知识
1.1 钳工与机械加工
钳工：通过工人手持工具进行切削加工。
机械加工：采用不同的机床（如车床、铣
床、刨床、磨床、钻床等）对工 件进行切削加工。
2.零件表面质量的概念
零件几何参数： 宏观几何参数： 包括：尺寸、形状、位置等要素。 微观几何参数： 指：微观表面粗糙程度。
2.1 加 工 精
主偏角：车台阶轴：取90度
既车外圆又车端面，取45度 副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为： 5-15度 刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值
4.4 麻花钻的基本形状
麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成，工 作部分又包括导向部分和切削部分
4.4.1 麻花钻的主要几何角度
螺旋角β：刃带切线与钻头轴线 的夹角,一般β=18-30度；
精车 粗磨 精磨 精密加工
2.4零件的加工精度与表面粗糙度的关系
提问
零件的加工精度与表面 粗糙度的关系如何？
• 精度：宏观几何参数的误差 • 表面粗糙度：微观几何参数的误差 • 加工精度高，必须采用一系列的高精度的加工方法，而 经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低，反之，表 面粗糙度低，零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的 加工方法，而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度 的加工方法。 • 实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度 不高。
度
• 国家标准规定：常用的精度等级分为20级， 分别用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。 数字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。
• 高 精 度：IT5、IT6 通常由磨削加工获得。
• 中等精度：IT7-IT10 通常由精车、铣、刨获得。
• 低 精 度：IT11-IT13 通常由粗车、铣、刨、钻 等加工方法获得。
前刀面和主后刀面的交线叫主切削刃 正交平面：通过主切削刃上 的某一点，与主切削刃在基 前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃 面上的投影垂直的平面 两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对尖锐
4.2.1 车刀的几何角度
• 前角γ。 ：在正交平 面中，前刀面与基 面之间的夹角； • 后角α。：在正交平 面中，主后刀面与 切削平面之间的夹 角； • 主偏角Kr ： 在基面 上，主切削刃的投 影与进给方向的夹 角。 • 副偏角Kr’ ：在基面 上，副切削刃的投 影与进给反方向的 夹角。 • 刃倾角λs
4.2.4 刃倾角λs的正与负
当刀尖在主切削刃上最高点时，λs为正值，反 之为负值。
4.3 刀具角度的合理选择问题
原 则：粗加工时，为了提高切削效率，切削力会 较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，为 了保证零件质量因此刀具较锋利。 粗加工：前角、后角均小，强度高 精加工：前角、后角均大，刀具锋利
4.1.2其它刀具材料
陶瓷：常用的刀具陶瓷有两种： Al2O3基陶瓷 和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很 高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要缺 点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受较 大的冲击载荷。 金刚石：它分三种 天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片 立方氧化硼：由软的立方氧化硼在高温高压下 加入催化剂转变而成
加工 粗车 粗铣 钻孔 精铣 精刨
常见加工方法的Ra表面特征
方法 粗镗 粗刨 半精 车 Ra(微米) 50 25 12.5 6.3 表面特征 可见明显刀痕 可见刀痕 微见刀痕 可见加工痕迹
3.2
1.6 0.8 0.4 0.1-0.012
微见加工痕迹
看不清加工痕迹 可辨加工痕迹方向 微辨加工痕迹方向 只能按表面光泽辩识
2.2 表 面 粗 糙 度
表面粗糙度符号的意义及应用 符号 符号说明
基本符号
意义及应用
单独使用无意义
基本符号上加一短 表示表面粗糙度是用去 划线 除法获得 基本符号内加一小 表示表面粗糙度是用不 圆 去除材料的方法获得
用去除材料方法获得的 符号上加Ra值 表面，Ra的最大允许值 为3.2µ m
2.3
3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算
切削速度： 背吃刀量：
πdn v (m/s) 60 1000
d max d min ap (mm) 2
dmax:待加工 表面直径
V:切削速度 d:工件直径 n:工件转速
dmin:已加工 表面直径 ap:背吃刀量
3.3 切削用量的合理选择问题
(1)粗加工按ap－f－v的顺序选择 a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多 余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛 坯尺寸首先选择ap b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大 的f，减少走刀时间 c、ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提 下选择v (2)精加工按v －f－ ap的顺序选择 精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表 面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的v，然后选择达 到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定ap
4.1.1 常用的刀具材料
常用的硬质合金有： 钨钴钛类（牌号YT）硬质合金：适合于加工钢等 塑性材料，其代号有YT5、YT15、YT30等，粗加 工用YT5, 精加工用YT30; 钨钴类（牌号YG）硬质合金：适合于加工铸铁、 青铜等脆性材料，其代号有YG3、YG6、YG8等， 粗加工用YG8，精加工用YG3。
2.2 表 面 粗 糙 度
评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra
2.2 表 面 粗 糙 度
h1 h2 h3 ... h n Ra n 1 l Ra | y ( x) | dx l 0
h1 h2 h3…hn
Ra
2.2 表 面 粗 糙 度
• 国家标准规定：表面粗糙度分为14个等级， 分别用 表示， 数字越大，表面越粗糙。 • 表面粗糙度符号上的数值Ra,单位是微米 （μm）。
4.切 削 刀 具
刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素， 刀具性能主要取决于两个因素：即刀具材料和刀具的几何角度
4.1 刀具材料应具备如下五个基本特性：
1.高硬度：HRC>60 以上; 2.高的强度与韧性：保证能够承受切削力的作用而不破 坏； 3.高的热硬性：材料在高温下仍然保持高硬度的性能， 热硬性用热硬温度表示； 4.良好的耐磨性； 5.良好的工艺性和经济性；
度
• 加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、 形状、位置等参数同理论参数的相符合的 程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：
a. 尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。 b.形状精度：零件形状与理想形状接近程度。 c.位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对 于基准之间位置的准确度。
2.1 加 工 精
前角：γ。
后角：αf
顶角2Φ： 两个主切削刃在垂直 钻头轴线平面上投影的夹角，通 常2Φ =116-120度之间； 横刃斜角ψ ： 它是横刃与主切 削刃在钻头垂直轴线平面上投影 的夹角。通常为47-55度；
11001200
连续精加 工刀具
4.2 刀具的几何角度 (车刀的基本形状)
为了研究刀具的几何角度， 各种多齿刀具或复杂 建立三个辅助平面： 一点，与该点切削速度方向 垂直的平面。
刀具，就其一个刀齿而言， 基面：通过主切削刃上的某都相当于一把车刀。 车刀分为切削部分和 切削平面：通过主切削刃上夹持部分，切削部分由三 的某一点，与该点加工表面个刀面组成：前刀面、主 相切的平面。 后刀面、副后刀面。
4.2.2 前角的正与负
一般加工韧性材料，应取较大的前角；加工脆性材料， 应取较小的前角；前角的取值范围常在 -5°~ +25°之间。
4.2.3 刃倾角λs
刃倾角λs：在切削平面中，主切削刃与基面 之间的夹角。 它主要影响刀头的强度和 排屑方向。一般取λs = －10° ~ +10 °, 粗加工时常取负值，增加刀头强度； 精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。
4.1.1 常用的刀具材料
• 碳素工具钢：如T7、T8、T9…T13等。适合于制造 简单的手工工具，如锉刀、锯条等； • 合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、 锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr等，适合于 制造低速成型刀具，如丝锥； • 高速钢：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用 的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制造中速 精加工刀具； • 硬质合金：成分由WC、TiC和Co组成，采用烧结方 法获得
龙门刨床
外圆磨床 内圆磨床 平面磨床
工件往复运动
砂轮高速旋转 砂轮高速旋转 砂轮高速旋转
刨刀横向、垂向、斜向间歇移动
工件转动，同时工件往复移动，砂轮 横向移动 工件转动，同时工件往复移动，砂轮 横向移动 工件往复移动，砂轮横向、垂向移动
3.2切削用量
切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量
切削速度：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬 时速度,用V表示，单位为m/s 进 给 量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位 移量，用f表示，车、钻和铣削时单位 为mm/r 背吃刀量: 已加工表面和待加工表面之间的垂直距 离，用ap表示，单位为mm，如下图：
常用的刀具材料
种 类 硬度 抗弯强 热硬性 工艺性能 用 HRC 度GPa ℃
60-65
60-65
途
碳素工具钢
合金工具钢
2.16
2.35
200-250
300-400
热成型
同上
手工刀具
低速刀具
高速钢
硬质合金 陶瓷材料
63-70 1.9-4.4
600-700
同上
烧结成型 同上
中速刀具
高速刀具
89-93 1.0-2.2 800-1000 91-95 0.4-0.9