《机械加工工艺基础》切削加工的基础知识
机械加工工艺基础之切削加工
机械加工工艺基础之切削加工简介切削加工是制造业中常见的一种金属加工方法，通过使用切削工具将工件上的材料去除，使其形状和尺寸得到精确控制。
切削加工具有广泛的应用领域，包括航空航天、汽车制造、机械制造等。
本文将介绍切削加工的基本概念、常用切削工具以及切削加工的一些相关工艺。
切削加工的基本概念切削加工主要依靠切削工具对工件进行切削，切削工具与工件相对运动，通过切削削刃与工件接触，切削下来工件上的材料，从而改变工件的形状和尺寸。
切削加工的基本概念包括切削速度、进给速度和切削深度。
•切削速度（Cutting speed）：切削速度是指切削工具相对于工件表面移动的速度，通常以每分钟切削轴转数（RPM）表示。
切削速度的选择取决于材料和切削工具的性质。
•进给速度（Feed rate）：进给速度是指每刀具转一圈时工件上与切削工具的相对运动速度，通常以每分钟进给量表示。
进给速度的选择取决于切削类型和切削工具的性质。
•切削深度（Depth of cut）：切削深度是指工件上切削削刃切入工件的距离，也称切削量。
切削深度的选择会影响加工表面的质量和切削力的大小。
常用切削工具切削工具是切削加工的核心部分，常用的切削工具有刀具、钻头和铣刀等。
刀具刀具是切削加工中最常用的工具，常见的刀具包括车刀、铣刀、钻头等。
刀具通常由高速钢（HSS）或硬质合金制成。
刀具的设计和选择会影响切削过程的效率和加工质量。
钻头钻头是用于钻孔的切削工具，通常由硬质合金制成。
钻头的种类繁多，包括中心钻、旋刃钻、麻花钻等。
钻头的直径和结构会影响钻孔的大小和质量。
铣刀铣刀是通过刀具的旋转来对工件进行切削的工具。
铣刀可以分为面铣刀、立铣刀和滚刀等多种类型，根据不同的加工需求选择合适的铣刀。
切削加工的工艺切削加工的工艺包括切削类型、切削参数和切削润滑剂的选择。
切削类型常见的切削类型包括纵向切削、横向切削和竖向切削。
•纵向切削：也称为平面切削，刀具与工件表面垂直运动，沿工件表面切削材料。
机械加工工艺基础(全套课件392P)
1.1.4第切一削运章动及切切削削要素加工基础知识
1.切削运动
要实现切削加工，刀具和工件之间必须具有 一定的相对运动，才能获得所需表面形状，这种 相对运动称为切削运动。
切削运动由机床提供。各种切削运动，都是 由一些简单的运动单元组合而成的。直线运动和 旋转运动是切削加工的两个基本运动单元。
第一章 切削加工基础知识
机械制造工程训练
多媒体教学课件
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1Байду номын сангаас
材料成形工艺基础： 主要介绍机械零件毛坯成形方法的工
艺特点、工艺参数的选择、各类零件毛坯 的结构工艺性、零件的材料选择与成形方 法选择的基本原则。
机械加工工艺基础： 主要介绍机械加工的基本概念、切削
基本原理、切削机床与刀具、切削加工基 本工艺过程、选择切削加工方法的基本原 则，以及零件机械加工结构工艺性。
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2
第一章 切削加工基础知识
1.1 切削加工概述 1.2 刀具及刀具切削过程 1.3 磨具及磨削过程 1.4 金属切削机床（自学、考试） 1.5 机床夹具及工件的装夹 1.6 机械加工质量 （不讲、不考） 1.7 材料的切削加工性 （不讲、不考） 1.8 切削液 （自学、考试）
第一章 切削加工基础知识
余的部分，使获得的零件具有符合图样要求的 尺寸精度、形状精度、位置精度及表面质量的 加工方法。 任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削 工具、工件和切削运动。
第一章 切削加工基础知识
切削加工的实质是零件表面的形成过程，不同 类型表面所采用的成形方法是不相同的。
切削加工的对象是毛坯（或型材）。 切除的材料可以是金属也可以是非金属（如， 石材、木材、尼龙等）。
第一章 切削加工基础知识
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
机械加工工艺基础1(完整版)
3.4 齿轮、齿条传动
齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运 动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋 转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前 者居多。
齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时， 传动的平稳性和准确性较差。
3.5 丝杆、螺母传动
丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动， 例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后， 刀架便作纵向运动。
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
机床名称
卧式车床 钻床 卧铣、立铣 牛头刨床
龙门刨床 外圆磨床
内圆磨床
平面磨床
机床的切削运动
主运动
进给运动
工件旋转运动 钻头旋转运动 铣刀旋转运动 刨刀往复运动
工件往复运动 砂轮高速旋转
5. 可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加 工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）
6 铣削加工
6.1立式铣床的基本结构
主轴箱 主轴
工作台 横溜板 升降台
底座
6.2 铣削的主要加工范围
6.3 铣床的分度加工功能
1.分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为40：1，即手柄转 40圈，卡盘或工件转1圈。
机械制造工程训练
索引
一、成本要素 二、切削加工的基础知识 三、金属切削机床 四、机械加工工艺过程 五、零件表面的加工方案 六、下料 七、焊接
一、成本计算
变动成本：计件工人工资、辅料、材料费、能耗 固定成本：设备、厂房、管理费用 计算方法：产生费用分摊到单个时间费用，如车工序
36元/H
3.容易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出时产 生振动，加工过程中切削面积和切削力变化较 大。
机械加工工艺基础1
三、金属切削机床
返回索引
1、机床的类型
金属切削机床是用来对工件进行加工的机 器，故称为“工作母机”，习惯上称机床。
按加工性质和所用刀具分类：分为车床、铣床、 钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类；
加工 方法 Ra(微米)
粗车 粗镗
50
粗铣 粗刨
25
钻孔
12.5
半精车 6.3
精铣
精刨
3.2
精车
1.6
粗磨
0.8
精磨
0.4
精密加工 0.1-0.012
表面特征 可见明显刀痕 可见刀痕 微见刀痕 可见加工痕迹
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
3.切削运动与切削用量
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 或m/min
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：
3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算
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
机床名称
卧式车床 钻床 卧铣、立铣 牛头刨床
龙门刨床 外圆磨床
内圆磨床
平面磨床
机床的切削运动
主运动
进给运动
工件旋转运动 钻头旋转运动 铣刀旋转运动 刨刀往复运动
工件往复运动 砂轮高速旋转
砂轮高速旋转
切削加工基础知识
授课人：王守宁
思考回答：
1、机械制造工艺过程一般分哪几步？
铸、锻、焊
金属材料
毛坯切削加工零件
装配
机械
热处理
试验
2、任何形状的物体都是由哪几个要素组成 的？
概述
切削加工：切削 加工是利用切削 工具从工件上切 除多余材料的加 工动来实现的。
从而加工出完整表面所
需的运动。
主运动与进给运动的主要区别
主运动的运动速度较高，所消 耗的功率也较大。
注意：在切削加工中，主运 动只有一个，而进给运动可 以是一个，也可以是两个甚 至多个。
1
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1、待加工表面：工件上有待切除的表面。
2、已加工表面：工件上以刀具切削后形成的表面。 3、过渡表面：工件上由切削刃切除的那一部分表面， 它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里被切除， 或者被下一切削刃切除。
切削深度(ap)
定义：工件已加工表面与待加工 表面间的垂直距离。(mm)
进给量f与切削深度aP的乘积即为 切削横截面的公称横截面积AD。
即：AD=f aP
AD的大小对切削力和切削温度都 有直接的影响，直接关系到生产率 和加工质量的高低。
练 工件毛坯直径为￠50mm，主轴转速为 600r/min，一次车成直径为￠48mm的轴，求
钻孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹、机械装配 和维修等。
机械加工
机械加工是通过工人操作机床进行的切削加工。
一、利用刀具进 行加工：
车削、刨削、钻 削、镗削、铣削 等。
二、利用磨料进 行加工：
磨削、研磨、珩 磨、超精加工等。
二、切削用量
切削用量是切削加工过程 中的切削速度、进给量和 切削深度的总称。
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。
机械制造技术基础第1章金属切削加工基础知识 共116页
• （1）切削速度
• 切削速度即主运动的速度。 • ① 主运动为旋转运动 • 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径
• 处的线速度v：c60 d 1n 000(m /s或 者 m /m in)
• d——完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)； • n——主运动的转速(rad/S或r/min)。
（2）进给运动和进给速度
① 由机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件上 多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。
② 进给运动可以用进给速度vf或进给量f、fz、af来表示。
③ 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种 切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。
1.2 切削运动与切削用量
运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这 些成形运动。
例1-1 用普通车刀车削外圆 • 母线——圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 • 导线——直线，由轨迹法形成， 需要一个成形运动A2。 • 表面成形运动的总数为两个，即 Bl和A2，都是简单的成形运动。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
母线
导线
成形法
导线
母线
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
表面成形运动是保证得到工件 要求的表面形状的运动。例 如用车刀车削外圆柱面，形 成母线和导线的方法，都属 于轨迹法。工件的旋转运动 B1，产生母线（圆）；刀具 的纵向直线运动A2产生导线 （直线）。运动B1和A2就是 形成外圆表面两两个成形运 动。
螺旋线
螺纹牙形 渐开线
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Ra＜0.2 研磨、珩磨、超精加工、抛光等
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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。
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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3.2µm
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2.3 常见加工方法的Ra表面特征
加工 方法 Ra(微米)
表面特征
粗车 粗镗
50
可见明显刀痕
粗铣 粗刨
25
可见刀痕
钻孔
12.5
微见刀痕
半精
6.3
精铣 车
精刨
3.2
精车
1.6
可见加工痕迹
微见加工痕迹 看不清加工痕迹
牛头刨床 龙门刨床
刨刀往复运动 工件往复运动
工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向 间歇移动
刨刀横向、垂向、斜向间歇移动
外圆磨床
砂轮高速旋转 工件转动，同时工件往复移动，砂轮 横向移动
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2.2 表 面 粗 糙 度
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
等加工方法获得。
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2.1.1 尺 寸 精 度
0
Φ25
-0.04
零件尺寸要素的误差大小。 问：精度的高低与哪两个因
素有关？
基本尺寸和公差大小。
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2.1.2 形 状 精 度
Φ25
0 轴加工后可能产生的形状误差 －0.013
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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）
精度等级 尺寸精度范围
低精度
中等 精度
IT13～IT 11 IT10～IT 9
IT8～IT 7
高精度
特别 精密 精度
IT7～IT 6 IT5～IT2
Ra值范围 （μ m） 25～12.5 6.3～3.2
1.6～0.8
0.8～0.2
相应的加工方法
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 精磨、精铰等
• 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）。
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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
意义及应用
基本符号
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
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。
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2.1 加 工 精 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
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
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3.1 切削运动
机床的切削运动
机床名称
主运动
进给运动
卧式车床 钻床
工件旋转运动 车刀纵向、横向、斜向直线移动 钻头旋转运动 钻头轴向移动
卧铣、立铣 铣刀旋转运动 工件纵向、横向、斜向直线移动
• 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。
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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
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零件精度等级及其相应的加工方法
中南大学 Central South University
机械加工工艺基础
第一章
切削加工的基础知识
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2
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。
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2.零件表面质量的概念
• 实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度不高。
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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
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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
小凸峰
p，使配合件强度降低；
2.2 表 面 粗 糙 度
评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra
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2.2 表 面 粗 糙 度
Ra
h1
h2
h3 n
...
hn
1l
Ra l 0 | y(x) | dx
h1 h2 h3…hn Ra
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2.2 表 面 粗 糙 度
粗磨
0.8
可辨加工痕迹方向
精磨
0.4
微辨加工痕迹方向
精密加工 0.1-0.012 只能按表面光泽辩识
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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。
于基准之间位置的准确度。
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2.1 加 工 精 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