1、第 4章 材料切削加工基础 4.1 概述 4.2 金属切削加工的基础理论 4.1 概述 4.1.1 金属切削加工的特点和应用 4.1.2 零件的加工精度和表面粗糙度 4.1.3 切削用量及选用 4.1.2 切削刀具 4.1.1 金属切削加工的特点和应用 概念： 利用切削刀具与工件的相对运动，从工件 (毛坯 )上切除多于金属层，从而获得符合一 定质量要求的零件的加工过程。 分类： 钳工和机械加工 (机工 )。 钳 工 工人手拿工具进行切削加工 常用方法有划线、锯、锉、研、钻孔和攻螺纹等。 机 加 工 工人操作机床对工件进行切削加工 基本方法有：车、铣、刨、钻、磨、镗等； 数控加工只是对设备进行了
2、数字化控制。 4.1.1 金属切削加工的特点和应用 特点：占机械制造总工作量的 60%左右 向自动化发展 应用：锯削、钻孔、锉、铰孔、攻丝、车、刨、铣、磨等。 4.1.2 加工精度和表面粗糙度 4.1.2.1 加工精度 1、尺寸精度 2、形状精度 3、位置精度 4.1.2.2 表面粗糙度 零件的加工质量包括加工精度与表面质量两个方面 。 表面质量指零件表面粗糙度 (主要指标 )、 加工硬化层 、 表面残余应力以及金相组织结构等 ， 它们对零件的使用性能有很大影响 。 4.1.2 加工精度和表面粗糙度 具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸与公差等级。 标准公差值、标准公差等级、基本尺寸三者之间的
3、关系详见表 4-1(GB/T1 800.2-1998)。 IT01 IT13-配合尺寸， IT14 IT18-非配合尺寸。 4.1.2 加工精度和表面粗糙度 基本尺寸mm 公差等级 um 大于 至 IT3 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 30 50 80 120 50 80 120 180 7 8 10 12 11 13 15 18 16 19 22 25 25 30 35 40 39 46 54 100 62 74 87 100 形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的符合程度 。 尺寸精度满足要求 ， 其形状不一定符合要求 。 如 : 2.形状精度 2 5
4、-0.1的轴，实际尺寸为 24.95，但轴的某一截面的 实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。 2 形状误差： 加工时，实际形状与理想形状的误差。 6种形状的标准公差见国标 GB/T 1182-1996 、 GB/T 4249-1996 、 GB/T 16671-1996 。标准形状公差的符号及其含义见表 4-3。 表面加工基本技术要求： 表 4-3 形状公差 名 称 符 号 含 义 简 介 直线度 零件被测要素直线 (如轴线 、 平面交线等 )与理想直线的符合程度 平面度 零件被测要素平面表面的凹凸不平程度 园度 回转体零件的横剖面上的实际轮廓与理想园形的符合程度 园柱度 园柱轮廓表面
5、的实际形状与理想园柱相差的程度 线轮廓度 零件上被测的实际轮廓线与理想轮廓线相差的程度 面轮廓度 零件上被测的实际轮廓面与理想轮廓面相差的程度 表面加工基本技术要求： 3.位置精度 位置精度是指零件上的表面、轴线等的实际位置与理想位置相符合的程度。 3类 8种位置标准位置公差的符号及其含义详见表 4-4 (GB/T1182-1996、 GB/T 4249-1996、GB/T16671-1996)。 表面加工基本技术要求： 表 4-4 位置公差 类别 名称 符号 含 义 简 介 定 向 平行度 零件上被测要素 (面或直线 )与基准要素平行的程度 垂直度 零件上被测要素 (面或直线 )与基准要素垂
6、直的程度 倾斜度 零件上被测要素 (面或直线 )与基准要素有一定的倾斜 ， 实际倾斜的程度与理想倾斜的程度的差值 定 位 同轴度 被测回转面的轴线与基准轴线相重合的程度 对称度 被测要素 (平面 、 轴线 、 直线 )相对于基准要素对称的程度 位置度 被测要素 (点 、 线 、 面 )的实际位置与理想位置偏离的程度 跳 动 园跳动 被测的回转表面相对于以基准轴线为轴线的理论回转面的偏离程度 。 根据测量方向的不同 ， 有端面 、径向 、 斜向园跳动 全跳动 含义与园跳动相似 ,不同的是反映整个表面的跳动 。有端面 、 径向两种 表面粗糙度 :表面上微小峰谷间的高低程度 (也称微观不平度 )。
7、常用评定参数 : 4.表面粗糙度 Ra :轮廓算术平均偏差， la dxxylR 0 |)(|1表面加工基本技术要求： 允许数值系列 : Ra( ) 100/25/12.5 / 6.3/3.2/1.6/0.8/0.4/0.2/0.1/0.05/0.025 / 0.012/0.008 常用数值范围： Ra = 0.025 6.3 表面粗糙度对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合性能等对有很大影响。 Ra值越小，表面质量越高，但加工越困难，成本也越高。 影响： 表面加工基本技术要求： 表 4-5 表面粗糙度选用举例 Ra/ m 表 面 状 况 加 工 方 法 100 明显可见的刀痕 粗车、镗、刨
8、、钻 25.5 12.5 可见刀痕 粗车、铣、刨、钻 6.3 可见加工痕迹 车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿 3.2 微见加工刀痕 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿 、 刮 1.6 看不清加工刀痕 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿 、 刮 0.8 可辨加工痕迹的方向 车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮 0.4 微辨加工痕迹的方向 铰、磨、镗、拉、滚压、刮 0.2 不可辨加工痕迹的方向 布轮磨、磨、研磨、超级加工 0.1 暗光泽面 超级加工 (精磨、镜面磨削、超精研 ) 0.05 亮光泽面 0.025 镜状光泽面 0.012 雾状光泽面 0.008 镜面 如粗车、粗刨、切断
9、等粗加工后的表面 粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻的孔壁 一般非结合表面，如轴的端面、倒角等 不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面 表 4-5 表面粗糙度选用举例 Ra/ m 表 面 状 况 加 工 方 法 100 明显可见的刀痕 粗车、镗、刨、钻 25.5 12.5 可见刀痕 粗车、铣、刨、钻 6.3 可见加工痕迹 车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿 3.2 微见加工刀痕 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿 、 刮 1.6 看不清加工刀痕 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿 、 刮 0.8 可辨加工痕迹的方向 车、镗、拉
10、、磨、立铣、滚压、刮 0.4 微辨加工痕迹的方向 铰、磨、镗、拉、滚压、刮 0.2 不可辨加工痕迹的方向 布轮磨、磨、研磨、超级加工 0.1 暗光泽面 超级加工 (精磨、镜面磨削、超精研 ) 0.05 亮光泽面 0.025 镜状光泽面 0.012 雾状光泽面 0.008 镜面 不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面 与其他零件连接，但不形成配合的表面，如箱体、外壳等的端面。 安装直径超过 80mm的 G级轴承的外壳孔、普通精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面 表 4-5 表面粗糙度选用举例 Ra/ m 表 面 状 况 加 工 方 法 100 明显可
11、见的刀痕 粗车、镗、刨、钻 25.5 12.5 可见刀痕 粗车、铣、刨、钻 6.3 可见加工痕迹 车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿 3.2 微见加工刀痕 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿 、 刮 1.6 看不清加工刀痕 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿 、 刮 0.8 可辨加工痕迹的方向 车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮 0.4 微辨加工痕迹的方向 铰、磨、镗、拉、滚压、刮 0.2 不可辨加工痕迹的方向 布轮磨、磨、研磨、超级加工 0.1 暗光泽面 超级加工 (精磨、镜面磨削、超精研 ) 0.05 亮光泽面 0.025 镜状光泽面 0.012 雾状光泽面 0.008 镜
12、面 要求保证定心及配合特性的表面，如锥销与圆柱销的表面，磨削的轮齿表面、中速转动的轴颈表面 要求长期保持配合性质的配合表面，如 IT7级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表面。 工作时受变应力作用的重要零件的表面，保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面。 工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面，保证精确定心的锥体表面等。 表 4-5 表面粗糙度选用举例 Ra/ m 表 面 状 况 加 工 方 法 100 明显可见的刀痕 粗车、镗、刨、钻 25.5 12.5 可见刀痕 粗车、铣、刨、钻 6.3 可见加工痕迹 车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿 3.2 微见加工刀痕
13、 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿 、 刮 1.6 看不清加工刀痕 车、镗 、 刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿 、 刮 0.8 可辨加工痕迹的方向 车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮 0.4 微辨加工痕迹的方向 铰、磨、镗、拉、滚压、刮 0.2 不可辨加工痕迹的方向 布轮磨、磨、研磨、超级加工 0.1 暗光泽面 超级加工 (精磨、镜面磨削、超精研 ) 0.05 亮光泽面 0.025 镜状光泽面 0.012 雾状光泽面 0.008 镜面 保证高度气密性接合的表面，如活塞、柱塞的外表面和气缸的内表面。 高压柱塞泵中的柱塞与柱塞泵的配合表面等精密表面 。 仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过10
14、0mm的块规的工作表面 块规的工作表面，高精度测量仪器的测量表面及其摩擦机构的支承表面。 4.1.3 切削用量及选用 4.1.3.1 切削运动 4.1.3.2 切削用量 表面 :外圆面 ,内圆面 ,平面和成型面 . A.内外圆面 :以直线为母线 ,以圆为轨迹 ,作旋转运动 而形成 。 4.1.3.1 零件表面的形成及切削运动 B.平面 :以直线为母线 ,以另一直线为轨迹 ,作平移运动而形成。 C.成形面 :以圆或直线为轨迹 ,以曲线为母线 ,作旋转或平移运动而形成。 切削运动 :刀具与工件之间的相对运动。 A.主运动 :切下切屑最基本的运动。 B.进给运动 :使金属层不断投入切削 ,从而加工出
15、完整表面所需的运动 。 4.1.3.1 切削运动 Fig1-1 Fig1-2 a)车外圆面 b)磨外圆面 c)刨平面 d)钻孔 4.1.3.2 切削要素 即切削用量三要素和切削层几何参数。 切削用量三要素： 切削层几何参数： 切削速度 vc 进给量 f 背吃刀量 ap 工件加工三个变化的表面 : 待加工表面；加工表面（或过渡表面）；已加工表面。 待加工表面 加工表面 f kr 1 切削用量三要素 切削速度 vc 进给量 f 背吃刀量 ap 1. 切削速度 切削速度 :工件和刀具沿主运动方向的相对位移 ,切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。以 vc 表示，单位 m/s 或 m/min 。
16、车外圆 :=dwn/100060(m/s) 刨或插 : =2Lnr/ 100060(m/s) dw -待加工表面直径 (mm) n-工件转速 (/min) L-往复运动行程长度 nr-主运动每分钟的往复次数 进给量 :工件或刀具运动在一个工作循环内 ,刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移 (进刀量 ). A.车削时 :工件每转一转 ,刀具所移动的距离f(mm/r). B.刨削 :刀具往复一次 ,工件移动的距离f(mm/stroke). C.铣削 :每齿进给量 a(mm/Z)进给速度 mm/s) = n/60= az n/60(mm/s) z为齿数 背吃刀量 ap:待加工表面间的垂直距离。 对 车外圆 :ap= (dw-dm)/2 背吃刀量 ap:待加工表面间的垂直距离。 对 车外圆 :ap= (dw-dm)/2 hD kr 切削层几何参数 两个相邻加工表面之间的那层材料 ,垂直于切削速度 的平面内观察和度量 ,切削厚度 hD,切削宽度 bD和切削面积 A。 待加工表面 加工表面 f kr
