机械制造基础切削加工
机械制造基础 (14)
（2）刀具切削部分的几何角度
① 辅助平面。
基面——切削刃上任意一点的基面 是通过该点并垂直于该点切削速度 方向的平面。 切削平面——切削刃上任意一点的 切削平面是通过该点并和工件切削 表面相切的平面。 正交平面——主刀刃上任意一点的 正交平面是通过该点并垂直于主切 削刃在基面上投影的平面。 上述三个平面在空间是互相垂直的
机械制造基础
第十ห้องสมุดไป่ตู้ 章 金属切削加工
【学习目标】
知识点
1．初步认识切削加工的分类、特点及应用；明确切削运动和切削要素及工件材料的切削加工性。 2．掌握常用切削刀具的特点及应用。 3．掌握金属切削过程中的一些物理现象对切削过程的影响。 4．了解金属切削机床的分类，掌握金属切削机床的型号编制。 5．掌握外圆表面加工、内圆表面加工、平面加工、螺纹加工及齿轮齿形加工的方法和加工特点。
二、刀具材料及刀具结构
1．刀具材料 （1）高的硬度。 （2）高的耐热性。 （3）高的热硬性。 （4）足够的坚韧性。 （5）良好的工艺性。
2．刀具角度
（1）车刀的组成
车刀由切削部分、刀柄两部分组成。切削部分承担切 削加工任务，刀柄用以装夹在机床刀架上。
几种刀具切削部分的形状比较
外圆车刀是由三面、两刃、一尖组成。
•车削时进给量的单位是mm/r，即工件每转一圈,
刀具沿进给运动方向移动的距离。
•刨削等主运动为往复直线运动,其间歇进给的
进给量为mm/双行程，即每个往复行程刀具与工 件之间的相对横向移动距离。
（3）背吃刀量（切削深度）ap
背吃刀量ap是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进给运动方向上的投影值。
对于外圆车削，背吃刀量ap等于工件已加工表面和待加工 表面之间的垂直距离,单位为mm 。即：
机械制造基础-金属切削加工(本)
车刀结构
（1）焊接式车刀 （2）机夹重磨式车刀 （3）机夹可转位车刀
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车刀结构
可转位车刀特点： 避免焊接缺陷 减少调刀时间 刀具材料性能好 标准化程度高
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2.车刀切削部分的主要角度
(1).坐标平面参考系 ① 基面pr：通过主切削刃选 定点，与该点切削速度垂直 的平面 ②主切削平面ps：通过主切 削刃选定点，与主切削刃相 切并垂直于基面 ③正交平面po ：通过主切削 刃选定点，同时垂直于基面 和主切削平面 ④假定工作平面pf ：通过主 切削刃选定点，垂直于基面 并平行于假定进 给运动方向
• 目前还没有一种刀具材料能够全部满足上述要求。
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一、
• • • •
常用刀具材料及其选择
碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金
常 用 新 型 材 料
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• 陶瓷刀具 • 金刚石刀具 • 立方氮化硼
碳素工具钢
• 碳素工具钢（T10、T12等）——含碳量较高（0.71.3）的优质钢，杂质少（S、P），淬火后较硬
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立方氮化硼
• 立方氮化硼刀具的硬度、耐磨性、热稳定 性、化学稳定性、导热性都比较高； • 主要的两大类氮化硼刀具是： • 整体聚晶立方氮化硼 • 立方氮化硼复合片
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刀具构造
二、刀具的组成
n
夹持部分 切削部分
f
刀具的组成：
切削部分 夹持部分
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三、刀具的几何形状
• 直线度 • 平面度 • 圆度
圆柱度 线轮廓度 面轮廓度
形状公差的标注
在图纸上用两个框格标注，前一框格标注形 状公差符号，后一框格填写形状公差值
机械制造基础知识点
机械制造基础知识点机械制造是指通过一系列的加工工艺将材料加工成为具有一定形状和尺寸的零部件或产品的过程。
机械制造广泛应用于各个行业，如汽车制造、电子设备制造、航空航天、船舶制造等。
下面将介绍一些机械制造的基础知识点。
1.材料：机械制造过程中使用的主要材料有金属、塑料和复合材料。
金属常用的有钢铁、铝、铜等，塑料常用的有聚乙烯、聚氯乙烯等。
机械制造还使用到了一些特殊材料，例如高强度材料和高温材料。
2.加工方法：机械制造的主要加工方法有切削加工、热加工、冷加工和非传统加工。
切削加工是通过将刀具对工件进行切削，常见的有车削、铣削、钻孔等。
热加工是通过加热材料使其达到可塑性的状态，然后通过压力来改变材料的形状，常见的有锻造、冲压等。
冷加工是在室温下对材料进行塑性变形，常见的有拉伸、压缩等。
非传统加工是一些特殊的加工方法，如电火花加工、激光加工等。
3.数控加工：数控加工是将加工路径和参数由人工操作改为由计算机控制的加工方式。
数控加工具有高精度、高效率、稳定性好等优点，广泛应用于各个行业。
常见的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床等。
4.装配技术：装配是机械制造中将各个零部件组装成为整机的过程。
装配技术包括手工装配和自动化装配两种。
手工装配需要操作工人根据装配图纸进行逐步组装，而自动化装配则是通过机器人等自动设备进行组装。
装配技术的关键是准确、高效、可靠地完成组装任务。
5.设计软件：机械制造过程中常用到的设计软件有计算机辅助设计软件（CAD）和计算机辅助制造软件（CAM）。
CAD软件可以帮助设计人员快速绘制出产品的三维模型，并进行分析和优化。
CAM软件则可以根据CAD 模型生成相应的加工程序，自动控制数控机床进行加工。
6.质量控制：质量控制是机械制造过程中至关重要的环节。
常用的质量控制方法包括抽样检验、统计控制、质量管理等。
抽样检验是通过对产品进行随机抽样，检验样品是否符合质量标准。
统计控制是通过收集和分析加工过程中的数据，及时调整和纠正加工参数，以保证产品质量稳定。
机械制造基础
1、切削运动与切削要素切削加工是刀具和工件间为了完成零件的加工而产生的一定的相对运动。
切削运动形式:旋转运动、直线运动连续运动、间歇运动。
切削运动的分解：主运动、进给运动（1）主运动主运动是切削运动中速度最高, 消耗功率最大的运动形式。
注1：主运动可为旋转运动或往复运动(由工件或刀具进行)。
注2：主运动只有一个。
（2）进给运动进给运动是由机床或人力提供的保证切削连续进行的刀具与工件之间的运动。
进给运动有连续和断续两种类型。
当主运动为旋转运动时，进给运动是连续的。
如车削、钻削;当主运动为直线运动时，进给运动是断续的。
如刨削、插削等。
进给运动可能是1 个或多个（3）加工表面在机械加工中, 工件上同时形成三个表面,即待加工表面、过渡表面(加工表面)和已加工表面, 如图1-2所示。
（4）切削用量切削用量包括切削速度v c、进给量f(或进给速度v f)和背吃刀量a p三要素切削速度v切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，称为切削速度。
（1）主运动为旋转运动时的切削速度v：切削速度一般为其最大线速度。
m/s式中: dw 为工件(或刀具)的最大直径, 单位为mm; n为工件(或刀具)的转速, 单位为r/s或r/min。
以其平均速度作为切削速度, 即m/s或m/min式中: L为往复行程长度, 单位为mm; n r为主运动每秒或每分钟的往复次数, 单位为次/s或次/min。
进给量定义：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量称为进给量（a）当主运动是回转运动时：进给量指工件或刀具每回转一周, 两者沿进给方向的相对位移量;（b）当主运动是直线运动时：进给量指刀具或工件每往复直线运动一次, 两者沿进给方向的相对位移量。
（a）用单齿刀具(如车刀、刨刀等)加工时：当主运动是回转运动时, 进给量指每转进给量f, 即工件或刀具每回转一周两者沿进给方向的相对位移量;当主运动是直线运动时, 进给量指每行程进给量, 即刀具或工件每往复直线运动一次两者沿进给方向的相对位移量。
机械制造基础第三版电子课件模块八金属切削加工的基础知识
2．进给速度vf 进给速度是指在单位时间内，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。
3．背吃刀量ap 背吃刀量一般指工件上待加工表面和已加工表面间的垂直距离。
二、知识链接 （一）金属切削加工 金属切削加工就是利用金属切削机床，使用金属切削刀具对金属材料进行切削
加工，切除工件上的多余金属，使之成为具有一定几何形状、尺寸精度、几何精 度和表面质量的工件。
一、任务实施 （一）任务引入
已知工件材料为调质45 钢，Rm=0.735 GPa，如图8-19
所示为工件加工尺寸（其中Δ、y 分别为入切、超切长度）。
要求加工后达到h11 级精度，表面粗糙度Ra 值为3.2 μm。
半精车直径余量为1.5 mm，使用CA6140 型普通车床，请 选择粗车与半精车的刀具几何参数。
尺寸，也称切削宽度，单位为mm。
（4）切削层公称横截面积AD：简称切削面积，其单位为mm2。
课题二 刀具切削部分的几何参数 任务 标注刀具切削部分的几何角度
任务说明 ◎ 通过学习，能够正确标注正交平面参考系中刀具的角度。 技能点 ◎ 能够正确标注正交平面参考系中刀具的角度。 知识点 ◎ 刀具切削部分的组成。 ◎ 刀具的标注角度。 ◎ 刀具参考坐标系。
刀尖角εr ——主切削刃与副切削刃在基面上的投影间的夹角。 楔角βo ——在正交平面中测量的前面与后面的夹角。
（四）刀具的工作角度
如图8-11 所示为刀具工作参考系与基准平面， 工作参考系为在考虑进给运动所生成的合成运动速
度方向情况下的参考系。其中vc 为主切削速度，ve 为合成切削速度，pre 为工作参考系基面，poe 为工 作参考系正交平面，pse 为工作参考系切削平面。
（二）分析及解决问题 1．确定刀具类型与材料 粗车、半精车车刀材料选用YT15。刀具寿命为T=60 min。选择刀杆材料为 45 钢，刀杆尺寸为16 mm×25 mm（按机床中心高选取），刀片厚度为6 mm。
第一章切削加工基础知识
第⼀章切削加⼯基础知识第⼀章切削加⼯基础知识⼀、本章的教学⽬的与要求本章主要介绍了机械加⼯基础知识。
重点应掌握切削运动及切削⽤量概念；切削⼑具及其材料基本知识；切削过程的物理现象及控制；砂轮及磨削过程基本知识；材料切削加⼯性概念；机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量的概念等。
掌握本章内容为后续内容的学习打基础，为初步具备分析、解决⼯艺问题的能⼒打基础，为学⽣了解现代机械制造技术和模式及其发展打基础。
学⽣学习本章要注意理论联系⽣产实践，才能更好体会，加深理解。
可通过课堂讨论、作业练习、实验、校内外参观等及采⽤多媒体、⽹络等现代教学⼿段学习，以取得良好的教学效果。
为学好本章内容，可参阅邓⽂英主编《⾦属⼯艺学》第4版、傅⽔根主编《机械制造⼯艺基础》(⾦属⼯艺学冷加⼯部分)、李爱菊等主编《现代⼯程材料成形与制造⼯艺基础》下册及相关机械制造⽅⾯的教材和期刊。
⼆、授课主要内容1切削运动和切削要素主要学习零件表⾯的形成、切削运动、切削⽤量、切削层参数2切削⼑具和切削过程主要学习切削⼑具材料、车⼑、刨⼑、镗⼑、⿇花钻、铣⼑的结构及⼑具⼏何⾓度，切削的形成及形态、积屑瘤、切削⼒、切削热和切削温度、⼑具磨损和⼑具耐⽤度3磨具和磨料切削主要学习磨具和磨削原理4材料的切削加⼯性主要学习衡量材料切削加⼯性能的指标、常⽤材料的切削加⼯性、改善材料切削加⼯性的⽅法5机械加⼯⼯艺过程基本概念主要学习⼯艺过程的基本概念、⼯件的安装和夹具、基准及其选择原则、⼯件在夹具中的定位6机械加⼯质量的概念主要学习机械加⼯精度、机械加⼯表⾯质量三、重点、难点及对学⽣的要求（掌握、熟悉、了解、⾃学）让学⽣重点掌握切削运动及切削⽤量概念、切削⼑具及其材料基本知识、切削过程、砂轮及磨削过程、材料切削加⼯性、机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量等概念。
四、要外语词汇主运动：primary motion进给运动：feed movement车⼑：turning tools⼑具材料：cutting tools materials切削过程：cutting process磨具：abrasive grinding tools表⾯质量：machining quality of machined surfaces五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、⽰数等）主讲（板书）+课堂讨论+作题练习+实验+多媒体课件+实物六、复习思考题1.试说明下列加⼯⽅法的主运动和进给运动：a.车端⾯；b.在钻床上钻孔；c.在铣床上铣平⾯；d.在⽜头刨床上刨平⾯；e.在平⾯磨床上磨平⾯。
机械制造技术基础教学课件PPT金属切削加工的基础
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
机械制造基础_1.3_机械加工方法
机械与汽车工程学院
1. 车削加工
按工件类型选用车削加工方法： 3) L/D≥20，细长零件 为防止弯曲变形，用中心架或跟刀架作辅助支承。 4) 尺寸较大或形状较复杂工件 采用四爪单动卡盘或花盘装夹工件。 四爪单动卡盘夹紧力较大，但定位精度低，安装 时须反复校正，对于不对称工件需校平衡，且不能高 速，适于单件生产。
机械与汽车工程学院
2. 铣削加工
铣削方式 铣刀 转向 切削过程 切削厚度由大 变小至零，刀 齿易切入工件。 刀具耐用度高， 表面质量高。 切削厚度由零 变大，刀齿不 易切入工件， 产生挤压、滑 移，已加工面 产生冷硬层。 工件受力情况 垂直分力 铣削水平分力 向下，工 与进给同向， 作台和导 丝杠螺母副有 轨紧贴， 间隙，引起工 铣削平稳。 作台窜动，进 给不均匀。 垂直分力 水平分力与进 向上，工 给方向相反， 作台上抬， 丝杠与螺母紧 与导轨有 贴。无窜动。 间隙，引 起振动。
半精车 半精车
精车 精车
磨削 精细车
1. 车削加工 按工件类型选用车削加工方法 1) 长径比L/D≤5，盘类或短而组的轴类零件 三爪自定心卡盘夹持工件，自定心，装夹方便迅 速，可自动化。 2) 5＜L/D＜20，较长轴类零件 工件两端先钻中心孔；前、后顶尖定位、支承； 采用拨盘和鸡心夹头带动工件转动并承受切削力矩。 适于多工序加工，工件可反复调头，易保证定位 精度，但顶尖刚性差，不适于粗加工。粗加工或半精 加工时，采用“一夹一顶”的方法。
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1. 车削加工
车削的工艺特点
1. 易于保证各加工面的位置精度：如同轴度、垂直度；
2. 切削过程平稳：连续切削，切削面积不变，切削力变 化小，生产率较高； 3. 适应范围广；适于单件小批生产； 4. 适合有色零件的精加工。 钢铁：粗车 有色金属：粗车 5. 刀具较简单。
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三、拉削
用拉刀在拉床加工工件的工艺
加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=0.4~0.8um
① 生产率高 ② 加工范围广 ③ 加工精度高，表面粗糙度较小 ④ 拉床结构简单 ⑤ 拉刀价格昂贵
第四节 铣削的工艺特点及其应用
一、铣削的工艺特点
1. 生产率较高 2. 容易产生振动 3. 刀齿散热条件好
较大的锥面 80
4) 靠模法
适用于大批量生产，可加工内外锥面 120
4.车端面、切槽、切断 1) 双手控制法
5.车成形面 2) 成形刀法 3) 靠模法
6.车螺纹 7. 滚花 一般：
①卧式车床和数控车床：单件小批生产轴、盘、套类零件 ②立式车床：长径比小的重型零件 ③转塔车床：成批生产外形复杂且有内孔及螺纹的中小型轴、套
立式铣床 常用铣床
卧式铣床
二、铣削方式
1. 周铣法
顺铣：接触处铣刀旋转方向与工件进给方向相同
逆铣：接触处铣刀旋转方向与工件进给方向相反 刀具耐用
顺铣 工件表面质量高
工件的加持稳定
逆铣
刀具磨损快 工件表面质量低 宜铣削有黑皮的表面
﹡逆铣 △切削层由0增大到最大值； △切削开始刀刃不切入工件，而是挤压滑行，刀刃磨损，工件表 面质量下降； △切削力上抬工件，增加了工件振动可能； △逆铣时，螺母中间隙处于有利位置，不至使工件窜动，不易损 坏刀具； △目前常用逆铣法。 ﹡顺铣
类零件 ④半自动和自动车床：大批、大量生产形状不太复杂的小型零件
第二节 钻、镗削的工艺特点及其应用
钻削：用钻头在实体零件上加工孔的方法 加工精度：IT13~IT11 表面粗糙度：Ra=25~12.5um 刀具：钻头 设备：钻床、车床、镗床、铣床
台式钻床 钻床 立式钻床
摇臂钻床
一、钻削的工艺特点
1. 容易产生“引偏” ① 预锥形定心坑 ② 用钻套导向 ③ 对称刃磨两个主切削刃
第三节 刨、拉削的工艺特点及其应用
一、刨削的工艺特点
加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=6.3~1.6um
1)生产率较低 2)通用性好 刨削常用于单件小批生产及修配中
二、刨削的应用
主要用于加工平面，也可加工各种沟槽、成形面等
牛头刨床：适于加工中、小型零件 龙门刨床：适于加工大型零件 插床：主要加工齿轮、内表面(如键槽、花键)等
2.卡盘、顶尖组合或拨盘、顶尖组合装夹
适用于长径比L/D=4~10的工件 3.心轴装夹
适用于盘、套类零件的精加工 4.其它附件
长径比L/D>10或异形的工件，常用跟刀架、中 心架、花盘等组合装夹
三、车削的应用
加工精度达IT8~IT7，表面粗糙度值达1.6~0.8μm
1.车外圆面 粗车：a p f
但不保证位置精度
四、镗孔
1. 镗孔 用镗刀对已有的孔进行再加工
一般镗孔精度：IT8~IT7， Ra=1.6~0.8um
精细镗精度：IT7~IT6， Ra=0.8~0.2um
回转体零件上的孔——车床上镗 箱体类零件上的孔或(垂直或平行)孔系——镗床上镗
在镗床上还可加工平面、沟槽、钻、扩、铰孔等
2. 镗刀及镗孔的工艺特点 镗孔可校正孔轴线，保证位置精度，适应性广
三、扩孔与铰孔
1. 扩孔 用扩孔钻对工件上已
有的孔进行扩大加工
加工精度：IT10~IT9 表面粗糙度：Ra=3.2~1.6um
扩孔：刀齿多、无横刃，刚性较 好，导向好，切削条件好，质量较高
2. 铰孔 用绞刀对工件上已有的孔进行精加工
加工精度：IT9~IT7 表面粗糙度：Ra=1.6~0.4um 钻——扩——铰 是非常典型的工艺
第四节 磨削的工艺特点及其应用
砂轮是由磨料加结 合剂用烧结的方法而制 成的多孔物体。砂轮的 特性包括磨料、粒度、 硬度、结合剂、组织以 及形状和尺寸等
用砂轮作为刀具磨削工件的工艺过程，即磨削
砂轮有自行推陈出新、保持自身锋锐的自锐性
一、磨削过程
即砂轮的磨粒从工件 表面切除细微金属层的过 程，包括磨粒滑擦表面， 磨粒刻划出沟痕、形成隆 起，切下切屑三个阶段
3）铣平面大都用端铣，而周铣的适应性强，可 铣削平面、沟槽和成形面等
二、铣削的应用
加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=6.3~1.6um
加工中、大型工件或同时加工多个中小型工件：龙门铣床 单件、小批生产小、中型工件：升降台式铣床
单件小批生产盘状成形零件在立式铣床上加工 角度沟槽用相应的角度铣刀在卧式铣床上加工 T型槽和燕尾槽用专用槽铣刀在立式铣床上铣削 曲线外形或内槽可用圆形工作台在立式铣床上加工 利用分度头可加工需要等分的工件，如齿轮等 在卧式铣床上可用锯片铣刀切断
由于螺母中间隙处于不利位置，工件可能会窜动，可能会损坏 刀具，损坏工件 ﹡工件有黑皮时常用逆铣法
逆铣
顺铣
2. 端铣法
根据铣刀与工件相对位置的不同分为 对称铣削法和不对称铣削法
目的是改善铣削过程
3. 周铣法与端铣法 的比较
1）端铣同时工作的刀齿数多，铣削过程平稳， 其加工质量比周铣高
2）端铣系统刚性好，可进行强力、高速切削， 其生产率比周铣高
精பைடு நூலகம்：v f
2.车内园面(车床上镗孔)
v
ap
① 实体零件： 钻中心孔 钻孔—扩、铰(或镗)
② 已铸出、锻出孔：镗孔
3.车锥面 1) 转动小刀架法
可加工内外圆锥面，且不受工件锥角大小的限制 2) 成形刀法
适于加工锥面较短的内外圆锥面，且不受工 件锥角大小的限制
3) 偏移尾架法 可加工较长的锥面，但不能加工锥孔及锥角
2. 排屑困难 修磨出分屑槽 3. 切削热不容易传散 加切削液
二、钻削的应用
1）钻削精度和表面质量要求不高的孔；油孔 2）精度和表面质量要求较高内表面，可用钻孔预加工 3）钻内螺纹攻丝前所需底孔
☆单件、小批生产中小型工件上的小孔：台式钻床 ☆中小型工件上直径较大的孔：立式钻床 ☆大中型工件上的孔：摇臂钻床回转体工件上的孔：车床 ☆成批和大量生产：钻模、多轴钻或组合机床 ☆精度高，粗糙度小的中小孔：需扩孔和铰孔
常用加工方法综述
第一节 车削的工艺特点及其应用
一、车削的工艺特点
1. 易于保证工件各加工面的位置精度 2. 切削过程比较平稳 3. 适合有色金属零件的精加工
钢铁：粗车→半精车→精车→磨削 有色金属：粗车→半精车→精车→精细车 4. 刀具简单
二、工件装夹的方法
1.三爪或四爪卡盘装夹 适用于长径比L/D4的工件