1、第一章 绪 论第一节 机械制造工业在国民经济中的地位与作用 机械制造工业是制造业最重要组成之一。它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务。第二节 机械制造厂的生产过程和工艺过程一、生产过程和工艺过程1生产过程从原材料(或半成品)进厂一直到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和统称为工厂的生产过程，它包括原材料的运输保管、把原材料做成毛坯、把毛坯做成机器零件、把机器零件装配成机器、检验、试车、油漆、包装等。,2工艺过程在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。二、工艺过程的组成1工序一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个
2、工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。,例如，加工图1-1所示零件，其工艺过程可由表1-1所示的五个工序组成。,2安装安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。3工位工位是在工件的一次安装中，工件相对于机床(或刀具)每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程。,4工步工步是在加工表面、切削刀具和切削用量(仅指机床主轴转速和进给量)都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。5走刀在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切，每切削一次，就称为一次走刀；图1-3所示车表面分两次切就是两次走刀。综上分析可知，工艺过程的组成是很复杂的。工艺过程由许多工序组成，一个工序可能有几个安装，一
3、个安装可能有几个工位，一个工位可能有几个工步，如此等等。,第三节 生产类型及其工艺特征一、加工零件的年生产纲领加工零件的年生产纲领：即该加工零件的年产量。加工零件的年生产纲领N可按下式计算N=Qn(1+a%)(1+b%) 式中 Q产品的年产量(台/年)；n每台产品中该零件的数量(件/台)；a备品率；b废品率。,二、生产类型根据加工零件的年产纲领和零件本身的特性(轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等)，将零件的生产类型划分为：单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。 产品种类很多，同一种产品的数量不多，生产很少重复，此种生产称为单件生产。产品的品种较少，数量很大，每台设备经常重复地进行某一工件
4、的某一工序的生产，此种生产称为大量生产。成批地制造相同零件的生产，称为成批生产。每批制造的相同零件的数量，称为批量。按照批量多少和被加工零件自身的特性，成批生产又可进一步划分为小批生产、中批生产和大批生产。,三、各种生产类型的工艺特征（表1-4）第四节 基 准用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。基准可分为设计基准和工艺基准两大类；工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。一、设计基准设计图样上标注设计尺寸所依据的基准，称为设计基准。,二、工艺基准工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途之不同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。
5、1工序基准在工序图上用来确定本 工序加工表面尺寸、形状和 位置所依据的基准，称为工 序基准(又称原始基准)。,2定位基准在加工中用作定位的基准，称为定位基准。作为定位基准的点、线、面，在工件上有时不一定具体存在(例如，孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等)，而常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面。3测量基准工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依据的基准，称为测量基准。4装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准，称为装配基准。,述各种基准应尽可能使之重合。在设计机器零件时，应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工工艺规程时，应尽量选用设计
6、基准作为工序基准；在加工及测量工作时，应尽量选用工序基准作为定位基准及测量基准；以消除由于基准不重合引起的误差(基准不重合误差计算参见第四章第二节、第五章第二节)。,第五节 工件的装夹一、工件的装夹工件的装夹包括定位和夹紧两层含义。在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确的位置，此过程称为定位。工件在定位之后还不一定能承受外力的作用，为了使工件在加工过程中总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此过程称为夹紧。定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。定位误差与夹紧误差之和称为装夹误差。,二、工件的定位1.工
7、件的六个自由度物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动(分别用符号,表示)和绕三个坐标轴的转动(分别用,表示)。2.工件定位的六点定位原理工件定位的实质就是限制工件的自由度，要使工件在空间处于完全确定的位置，必须限制工件的六个自由度，这就是工件定位的六点定位原理。可以用定位支承点来限制工件的自由度，一般来说，一个定位支承点可以限制工件的一个自由度。,物体在空间具有六个自由度,在XOY面上用三个定位支承点，限制了 ， 和 。 在YOZ面上用二个定位支承点，限制了 和 。 在XOZ面上用一个定位支承点，限制了 。,例1：铣削下图所示工件上的槽就必须限制工件的六个自由度,例2：铣削下图所示的通
8、槽必须限制工件的五个自由度。在工件的底面A用三个定位支承点，限制了 、 和 。在工件的侧面B用二个定位支承点，限制了 和 。,3.定位的种类1）完全定位2）不完全定位3）过定位4）欠定位,4.常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度(1)工件定位基面为平面,（2）工件定位基面为圆孔,（3）工件定位基面为外圆柱面,（4）工件定位基面为锥孔,第二章 切削过程及其控制第一节 金属切削刀具基础一、切削加工的基本概念,(一)切削运动与 切削中的工件表面,ve=vc+vf (2-1),(二)切削用量1切削速度vc(m/s或m/min)切削速度：切削刃相对于工件的主运动速度。主运动为旋转运动时，切削速度由下
9、式确定vc=,(2-2)式中 d工件(或刀具)的最大直径(mm)；n工件(或刀具)的转速(r/s或r/min)。2进给量f进给量：工件或刀具转一周(或每往复一次)，两者在进给运动方向上的相对位移量。其单位是mm/r(或mm/双行程)。vf=nf=nzfz (2-3)式中 z刀齿数。,3背吃刀量ap(mm)背吃刀量：刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动和进给运动的方向上的投影值。外圆车削的背吃儿量就是工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离(参见图2-2)。,式中 dw-工件上待加工表面直径(mm)；dm工件上已加工表面直径(mm)。,(2-4),(三)切削层参数切削刃在一次走刀中从工件上
10、切下的一层材料称为切削层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。切削层参数通常在与主运动方向相垂直的平面内观察和度量。1切削层公称厚度hD切削层公称厚度hD：垂直于过渡表面度量的切削层尺寸 (以下简称为切削厚度)。车外圆时(图2-2)，如车刀主切削刃为直线hD=fsinkr (2-5),2切削层公称宽度bD切削层公称宽度bD：沿过渡表面度量的切削层尺寸 (以下简称为切削宽度)。如车刀主切削刃为直线bD=,3切削层公称横截面积AD切削层公称横截面积AD：切削层在切削层尺寸度量平面内的横截面积 (以下简称为切削面积)。对于车削AD=hDbD=fap (2-7),（ 2-6）,二、刀具角度下面以外圆车
11、刀为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。,(一)刀具切削部分的构造(1)前刀面(2)主后刀面(3)副后刀面(4)主切削刃(5)副切削刃(6)刀尖,(二)刀具的标注角度1刀具标注角度的参考系,(1)基面Pr通过主切削刃上某一指定点，并与 该点切削速度方向相垂直的平面。(2)切削平面Ps通过主切削刃上某一指定点，与主 切削刃相切并垂直于该点基面的平面。(3)正交平面Po通过主切削刃上某一指定点，同时 垂直于该点基面和切削平面的平面。,上述三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系。2刀具的标注角度(1)前角o在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角。前角的作用：a.o
12、变形切削力。b. o切削刃强度。c. o散热体积。所以应有合理前角。,(2)后角o在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角，一般为正值。后角的作用：a. o 摩擦切削力。b. o切削刃强度。c. o散热体积。所以后角也应有合理值。,(3)主偏角kr 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角的作用：a.在ap和f一定的情况下， kr 切削刃单位长度上的受力。,b. kr 径向力Fp，轴向力Ff 。 所以主偏角也应有合理值。,(4)副偏角kr 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角的作用：a. kr 摩擦。b. kr 工件表面粗糙度,所以副偏角
13、 也应有合理值。,(5)刃倾角s 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。,刃倾角的作用：a.影响切屑的流出方向。正的s切屑流向工件 的待加工表面。负的s切屑流向工件 的已加工表面。b.正的s刀尖强度。所以刃倾角也应有合理值。,3刀具的工作角度(1)进给运动对工作角度的影响a.横向进给运动对工作角度的影响,oe=o+oe=o-,b.纵向进给运动对工作角度的影响螺纹车刀左侧刀刃上A点在正交平面内的工作前角度,oe=o+oe=o-,(2)刀具安装位置对工作角度的影响a.刀尖高于或低于工件中心的影响刀尖高于工件中心（如图）：,oeooeo刀尖低于工件中心：oe ooe o,b.车刀刀杆中心线与进
14、给方向不垂直时的影响kre=krAkre =kr ,A,式中 A刀杆中心线的垂线与进给方向的夹角。,三、刀具材料(一)刀具材料的性能要求(1)较高的硬度和耐磨性 刀具材料的常温硬度要求在60HRC以上。(2)足够的强度和韧性(3)较高的耐热性(4)良好的导热性和耐热冲击性能(5)良好的工艺性,(二)常用刀具材料1.碳素工具钢碳素工具钢是含碳量为0.71.3%的优质高碳钢。常用牌号有：T8A、T10A、T12A。碳素工具钢的性能：淬火硬度可达HRC6066，且刀具韧磨时容易锋利，价格低廉。但耐热性差，200左右就会失去原来的硬度，故允许的切削速度不高（0.5m/s左右）。淬透性差，热处理变形大。
15、碳素工具钢应用：只用来制造手动刀具，如锉刀、手工锯条等。,2.合金工具钢在碳素工具钢中加入一定量的合金元素，如铬（Cr）、钨（W）、硅（Si）、锰（Mn）等即成合金工具钢。 常用的牌号有：9SiCr、CrWMn等。合金工具钢的性能：淬火硬度与碳素工具钢相同，而耐热性有所提高，可耐350左右的高温，耐磨性也略有提高。合金工具钢的最大优点是热处理时变形较小。 合金工具钢应用：常用来制造形状复杂、要求热处理变形小的低速刀具，如丝锥、板牙、铰刀等。,3高速钢高速钢是加入了较多的钨(w)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(v)等合金元素的高合金工具钢。高速钢的性能：具有较高的硬度(6267HRC)和耐热性；高
16、的耐热性，温度高达500650时仍能进行切削；高强度 (抗弯强度是一般硬质合金的23倍，陶瓷的56倍)；韧性好，可在有冲击、振动的场合应用；制造工艺性好，容易磨出锋利的切削刃。高速钢的应用：适于制造各类刀具，尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。,高速钢的分类：按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢按制造工艺方法可分为熔炼高速钢和粉木冶金高速钢。（1）普通高速钢是加入较多的钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。典型牌号： W18Cr4V(简称W18)和W6Mo5Cr4V2(M2)。特点及适用范围：W18的综合性能较好，可用于各种复杂刀具。M
17、2的碳化物分布细小、均匀，可用来制造尺寸较大，承受较大冲击力的刀具；M2的热塑性好，适合于制造热扎钻头等刀具。,（2）高性能高速钢在普通高速钢的基础上增加一些含碳量、含钒量并添加钴、铝等合金元素熔炼而成。典型牌号： W2Mo9Cr4VCo8(M42)和W6Mo5Cr4V2Al(501)。特点及适用范围： M42的综合性能好，常温硬度接近70HRC，600时其硬度为55HRC，刃磨性能也好；但M42含钻多，成本较贵。 501钢是一种含铝的无钴高速钢，600时硬度达54HRC，501钢的切削性能与M42大体相当，成本较低，但刃磨性能较差。表2-1列出了几种常用高速钢的力学性能。,(3)粉末冶金高速
18、钢粉末冶金高速钢是在用高压惰性气体(氩气或氮气)把钢水雾化成粉末后，再经过热压、锻轧成材。特点及适用范围：有效地解决了熔炼高速钢的碳化物共晶偏析问题，结晶组织细小均匀。与熔炼高速钢相比，粉末冶金高速钢材质均匀，韧性好，硬度高，热处理变形小，质量稳定，刃磨性能好，刀具寿命较高。可用它切削各种难加工材料，特别适合于制造各种精密刀具和 形状复杂的刀具。,4硬质合金硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物(WC、TiC等)和金属粘结剂(Co、Ni等)在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的性质：硬质合金的常温硬度达8993HRA，760时其硬度为77 85HRA，在8001000时硬质合金还能进行切
19、削，刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但硬质合金的强度和韧性比高速钢差，常温下的冲击韧性仅为高速钢的1/81/30，因此，硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。,硬质合金的分类：ISO把切削用硬质合金分为三类：P类、K类和M类。(1)P类(相当于我国YT类)硬质合金由WC、TiC和Co组成，也称钨钛钴类硬质合金。常用牌号有：YT5(TiC的质量分数为5)、YTl5等。性能：随着TiC质量分数的提高，钴质量分数相应减少，硬度及耐磨性增高，抗弯强度下降。应用范围：主要用于加工钢料及有色金属等韧性材料。但是不宜加工不锈钢和钛合金。,(2)K类(相当于我国YG类)硬质
20、合金由WC和Co组成，也称钨钴类硬质合金。常用牌号：YG6(钴的质量分数为6)、YG8(钻的质量分数为8)等。性能：随着钴质量分数增多，硬度和耐磨性下降，抗弯强度和韧性增高。应用范围：主要用来加工铸铁、青铜等脆性材料，也可加工有色金属及其合金。,(3) M类(相当于我国YW类)硬质合金，是在WC、TiC、Co的基础上再加入TaC(或NbC)而成。常用牌号：YW1和YW2等。性能：加入TaC(或NbC)后，改善了硬质合金的综合性能。这类硬质合金既可以加工铸铁和有色金属，又可以加工钢料，还可以加工高温合金和不锈钢等难加工材料，有通用硬质合金之称。表2-2列出了几种常用的硬质合金的牌号、性能及其使用
21、范围。,(三)其他刀具材料1陶瓷用于制作刀具的陶瓷材料主要有两类：氧化铝(Al2O3)基陶瓷和氮化硅(Si3N4)基陶瓷。A12O3基陶瓷硬度高达9195HBA，耐磨性好、耐热性好、化学稳定性高、抗粘结能力强，但抗弯强度和韧性差；这种陶瓷用于精加工和半精加工冷硬铸铁、淬硬钢很有效。Si3N4基陶瓷有较高的抗弯强度和韧性，适于加工铸铁及高温合金，切削钢料效果不显著。,2立方氮化硼立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼经高温高压处理转化而成，其硬度高达8000HV，仅次于金刚石。CBN是一种新型刀具材料，它可耐13001500的高温，热稳定性好；它的化学稳定性也很好，即使温度高达12001300t也不
22、与铁产生化学反应。立方氮化硼能以硬质合金切削铸铁和普通钢的切削速度对冷硬铸铁、淬硬钢、高温合金等进行加工。,3人造金刚石金刚石分为天然金刚石和人造金刚石两种，由于天然金刚石价格昂贵，工业上多使用人造金刚石。人造金刚石又分为单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)。金刚石的硬度高达600010000HV，是目前已知的最硬物质，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、高耐磨材料。金刚石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化，用金刚石刀具进行切削时须对切削区进行强制冷却。金刚石刀具不宜加工铁族元素，因为金刚石中的碳原子和铁族元素的亲和力大，刀具寿命低。人造金刚石目前主要用于制作磨具及磨料，用作刀具材料主
23、要用于有色金属的高速精细切削。,第二节 金属切削过程中的变形一、切屑的形成过程1变形区的划分,(1)第一变形区图中I区(2)第二变形区图中区(3)第三变形区图中区,在第一变形区内的变形：变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。OA、OB和OM等 都是等剪应力曲线。OA称作始滑移线OM称作终滑移线,滑移与晶粒的伸长：当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长，如图2-12所示。晶粒伸长的方向与滑移方向(即剪切面方向)是不重合的，它们成 一夹角。,塑性金属切屑形成过程：一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0.020.2mm，所以可以用一剪切面来表示。剪切面与切削速度方向的夹
24、角称作剪切角，以表示。我们可以用图2-13形象地模拟塑性金属切屑形成过程。卡片之间滑移的方向就是剪切面的方向。,2切屑的受力分析在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff；剪切面上的正压力Fns和剪切力Fs；这两对力的合力互相平衡，如图所示。,如将上述两对力都画在切削刃的前方，就可得到图2-15所示的力关系图。图中F是Ff和Fn的合力，称为切屑形成力；是剪切角； 是前刀面对切屑作 用的摩擦角；o是刀 具前角；Fc是切削运 动方向的切削分力； Fp是垂直于切削运动 方向的切削分力；hD 是切削层公称厚度。,令bD表示切削层公称宽度，AD表示切削层公称横截面积(A
25、D=hDbD)，As表示剪切面的面积(As=AD/sin)，表示剪切面上的剪应力，则,如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力Fc和Fp，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可由式(2-9)与式(2-10)推导求得前刀面对切屑作用的摩擦角，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数。以式(2-10)除以式(2-9)得,二、切削变形程度切削变形程度有三种 表示方法，分述如下。1变形系数h切屑厚度hch与切削层厚度hD之比称为厚度变形系数ha；而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变形系数hl。,（2-11）,由于切削层变成切屑后，宽度变化很小，根据体积不变原理，可求得ha= hl ha
26、与hl可统一用符号h表示。变形系数h的值是大于1的数。h越大，变形越大。h值可通过实测求得。由式(2-11)知，h与剪切角有关，增大，h减小，切削变形减小。,2相对滑移相对滑移(剪应变)。 图2-17中，平行四边形 OHNM发生剪切变形后， 变为平行四边形OGPM， 其相对滑移,（2-12）,3剪切角由式(2-11)知，剪切角与切削变形有密切关系，我们也可以用剪切角来衡量切削变形的程度。因为主应力方向与最大剪应力方向的夹角应为45，即Fs与F的夹角应为45，由图2-15可知,（2-13）,讨论：1)前角o增大时，剪切角随之增大，变形减小。2)摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。,三、前刀面
27、上的摩擦在OA区：由于正应力值大，切屑在前刀面上形成粘结接触。=s各点的摩擦系数：,由于(x)随x变化，故在粘结接触区切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值，离切削刃越远，摩擦系数越大。,其平均摩擦系数,1平均=,式中 Ff1， Fn1分别为粘结接触区的摩擦力和正压力；bD切削层公称宽度；av粘结接触区平均正应力。在AB区：切屑在前刀面上形成滑动接触，各点的摩擦系数相同，切应力=。,四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响1积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的概念：积屑瘤的成因：影响积屑瘤的的因素：积屑瘤的产生及其成长 与工件材料的性质、切削区 的温度分布和压力分布有关。,2积屑瘤对切削过程的影响(1)使刀具前
28、角变大(2)使切削厚度变化(3)使加工表面粗糙度增大(4)对刀具寿命的影响积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生。,采取的控制措施有：1)正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。2)使用润滑性能好的切削液， 目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。3)增大刀具前角o，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。4)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。,五、影响切屑变形的因素1工件材料工件材料强度越高，切屑的变形越小。2刀具前角o增大刀具前角o，剪切角将随之增大，变形系数h将随之减小。3切削速度vc切削速度vc越大，变形系数h越小。4切削层公称厚
29、度hD切削层公称厚度hD越大，变形系数h越小。,第三节 切屑的类型及控制一、切屑的类型由于工件材料不同，切削条件各异，切削过程中生成的切屑形状是多种多样的。切屑的形状主要分为带状、节状、粒状和崩碎四种类型。,(1)带状切屑 这是最常见的一种切屑。它的内表面是光滑的，外表面呈毛茸状。加工塑性金属时，在切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的工况条件下常形成此类切屑。(2)节状切屑 又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时常产生此类切屑。,(3)粒状切屑 又称单元切屑。在切屑形成过程中，如剪切面上的剪切应力超过了材料的断裂强度，切屑单元从被
30、切材料上脱落，形成粒状切屑。(4)崩碎切屑 切削脆性金属时，由于材料塑性很小、抗拉强度较低，刀具切人后，切削层金属在刀具前刀面的作用下，未经明显的塑性变形就在拉应力作用下脆断，形成形状不规则的崩碎切屑。加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这类切屑。,二、切屑的控制切屑经第、第变形区的剧烈变形后，硬度增加，塑性下降，性能变脆。在切屑排出过程中，当碰到刀具后刀面、工件上过渡表面或待加工表面等障碍时，如某一部位的应变超过了切屑材料的断裂应变值，切屑就会折断。,还可以采取以下措施控制切屑：(1)采用断屑槽通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。断屑槽的尺寸参数应与
31、切削用量的大小相适应，否则会影响断屑效果。常用的断屑槽截面形状有折线形、直线圆弧形和全圆弧形，见图2-23。,前角较大时，采用全圆弧形断屑槽刀具的强度较好。,断屑槽位于前刀面上的形式有平行、外斜、内斜三种。,(2)改变刀具角度 增大刀具主偏角r，切削厚度变大，有利于断屑。减小刀具前角o可使切屑变形加大，切屑易于折断。刃倾角s可以控制切屑的流向。(3)调整切削用量 提高进给量f使切削厚度增大，对断屑有利；但增大f会增大加工表面粗糙度。适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实际条件适当选择切削用量。,第四节 切削力一、切削力、切削合力与分力、切削功率1切削力
32、切削力来源于以下 两个方面(图2-25)：,1）变形抗力2）摩擦阻力,2切削合力及分解,切削合力为FFc称为切削力(也称切向力、主切削力)。Fp称为背向力(也称切深抗力、径向力)。Ff称为进给力(也称轴向力)。在上述三个分力中， Fc值最大， Fp约为(0.150.7)Fc， Ff约为(0.10.6)Fc。由图2-26可知,3切削功率,式中 Fc切削力(N)； vc切削速度(m/s)；Ff进给力(N)； nw工件转速(rs)；f 进给量(mmr)。Pc=Fcvc10-3 （2-17）机床电动机的功率PE，应为,（2-16）,式中 m机床传动效率，一般取为0.750.85。,（2-18）,4单位
33、切削力的概念单位切削面积上的切削力称为单位切削力，用kc(Nmm2)表示：,式中 Fc切削力(N)；AD切削面积(mm2)。若已知单位切削力kc，可通过式(2-19)计算切削力Fc。,(2-19),二、切削力的测量及切削力经验公式1切削力的测量（略）2切削力经验公式生产实际中应用比较广泛的切削力经验公式为,表2-3车削力公式中的系数和指数,三、影响切削力的因素1工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。2切削用量的影响（1）背吃刀量ap和进给量f ap和f增大，都会使切削力增大，但两者的影响程度不同。a
34、p增大时，变形系数h不变，切削力成正比增大；f增大时， h有所下降，故切削力不成正比增大。,(2)切削速度vc 切削塑性材料时，在无积屑瘤产生的切削速度范围内随着vc的增大，切削力减小；这是因为vc增大时，切削温度升高，摩擦系数减小，从而使h减小，切削力下降。在产生积屑瘤的情况下，刀具的实际前角是随积屑瘤的成长与脱落变化的。在积屑瘤增长期，vc增大，积屑瘤高度增大，实际前角增大，h减小，切削力下降；在积屑瘤消退期，vc增大，积屑瘤减小，实际前角变小，h增大，切削力上升。切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小，vc对切削力没有显著影响。,3刀具儿何参数的影响（1）前角
35、o o增大，h减小，切削力下降。切削塑性材料时，o对切削力的影响较大；切削脆性材料时，由于切削变形很小，o对切削力的影响不显著。（2）主偏角kr 由图2-26可知，主偏角kr增大，背向力Fp减小，进给力Ff增大。（3）刃倾角s 改变刃倾角将影响切屑在前刀面上的流动方向，从而使切削合力的方向发生变化。增大s，Fp减小，Ff增大。s在4510范围内变化时，Fc基本不变。,4刀具磨损后刀面磨损增大时，后刀面上的法向力和摩擦力都增大，故切削力增大。5切削液使用以冷却作用为主的切削液（如水溶液）对切削力影响不大，使用润滑作用强的切削液（如切削油）可使切削力减小。6刀具材料刀具材料与工件材料间的摩擦系数影
36、响摩擦力的大小导致切削力变化。,第五节 切削热和切削温度一、切削热的产生与传导,切削热的产生：一是切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量；二是切屑与前刀面、工件与后 刀面间产生的摩擦热。切削热的传导：切削热由切屑、工件、刀具及 周围的介质（空气，切削液）向外 传导。,二、切削温度的测量（略）三、影响切削温度的主要因素1切削用量对切削温度的影响用实验方法求得的刀具与切屑接触区平均切削温度的经验公式为,(2-22) 式中刀具与切屑接触区平均温度（）；C切削温度系数； vc切削速度（m/min)；f进给量（mm/r) ; ap背吃刀量（mm) ;z，y，x分别为vc、f、ap的指数。,2刀具几何参
37、数对切削温度的影响,(1)前角o 对切削温度的影响 o增大，变形减小，切削力减小，切削温度下降。,（2）主偏角kr对切削温度的影响减小kr，切削刃工作长度和刀尖角增大，散热条件变好，使切削温度下降。,3 工件材料对切削温度的影响强度和硬度高，产生的切削热多，切削温度就高。导热系数小时，切削热不易散出，切削温度相对较高。切削灰铸铁等脆性材料时，切削变形小、摩擦小，切削温度一般较切削钢时低。4刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损使切削刃变钝，切削时变形增大、摩擦加剧，切削温度上升。5切削液对切削温度的影响使用切削液可以从切削区带走大量热量，可以明显降低切削温度，提高刀具寿命。,第六节 刀具磨损和刀具寿
38、命一、刀具磨损形态和磨损机制1刀具磨损的形态,(1)前刀面磨损磨损量以其深度KT表示。(2)后刀面磨损其平均磨损宽度以VB表示。(3)边界磨损,2刀具磨损机制(1)硬质点划痕(2）冷焊粘结(3)扩散磨损(4)化学磨损,二、刀具磨损过程及磨钝标准1刀具磨损过程,(1)初期磨损阶段(2)正常磨损阶段(3)急剧磨损阶段,2刀具的磨钝标准ISO统一规定以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。,自动化生产中，常以刀具的径向尺寸磨损量NB作为衡量刀具的磨钝标准。,三、刀具寿命1刀具寿命的定义刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间，称为刀具寿命，用T表示
39、。2刀具寿命的经验公式logvcmlogTlogCovcTmCo (2-23） 式中vc切削速度（m/min) ；T刀具寿命（min) ;m表示vc对T的影响程度的指数Co与刀具材料、工件材料、切削条件有关的系数。,按照同样的方法可以求得f-T和ap-T关系式：fTgC1 (2-24)apThC2 （2-25）综合式（2-23)、式（2-24)、式（2-25)可得：,（2-26）,用硬质合金车刀切削b=0.75GPa的碳钢，在进给量f0.75 mm/r时有,（2-27）,四、刀具的破损1脆性破损(1)崩刃(2)碎断(3)剥落(4)裂纹破损2 塑性破损,可采取以下相应措施防止刀具破损：(1)合理
40、选择刀具材料(2)合理选择刀具几何参数(3)保证刀具的刃磨质量(4)合理选择切削用量(5)工艺系统应有较好的刚性,第三章 机械制造中的加工方法及装备第一节 概述一、机械制造中的加工方法机械制造中的加工方法很多，按照工件在加工过程中质量的变化（ m)，可将加工方法分为材料去除加工（m0)三种形式。1材料去除加工（m0)包括切削加工和特种加工。,2材料成形加工（m=0)包括铸造、锻造、挤压、粉末冶金等。3材料累积加工（m0)包括电镀、化学镀等原子沉积加工，热喷涂、静电喷涂等微粒沉积加工以及快速原型制造等。,二、零件表面成形原理及机床基本知识（一）零件表面的形成方法及所需运动1.零件表面的形状,(1
41、)旋转表面(2)纵向表面(3)特形表面,2零件表面的形成方法及所需的成形运动表面发生线的形成方法：,(1)轨迹法(2)成形法(3)相切法(4)展成法,机床的运动：1）主运动：它是机床上形成切削速度并消耗大部分切削动力的运动，是必不可少的成形运动。2）进给运动：进给运动是配合主运动维持切削加工连续不断进行的运动。3） 辅助运动：与形成发生线不直接有关的一些辅助运动，如切入运动、分度运动、操纵和控制运动等。,（二）机床的基本结构和传动1金属切削机床的基本结构机床的基本结构包括如下几个部分：(1)动力源(2)运动执行机构(3)传动机构(4)控制系统(5)支承系统,2金属切削机床的传动构成一个传动联系
42、的一系列传动件称为传动链。根据传动联系的性质，传动链可分为如下两类：(1)外联系传动链：机床动力源和运动执行机构之间的传动联系称为外联系传动链。外联系传动链传动比的变化只影响执行机构的运动速度，不影响发生线的性质。(2)内联系传动链：执行件与执行件之间的传动联系称为内联系传动链。,（三）机床的分类1.最基本的是按机床的主要加工方法、所用刀具及其用途进行分类。机床共分为11类：2.同类机床按应用范围（通用性程度）又可分为通用机床、专门化机床和专用机床。3.同类机床按工作精度又可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。机床还可按重量、尺寸、自动化程度、主要工作部件（如主轴等）的数目等进行分类。,（
43、四）金属切削机床型号的编制（ GB/T15375-1994 ）机床型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。1通用机床的型号编制(1)型号表示方法通用机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“隔开，读作“之”。基本部分需统一管理，辅助部分是否纳入型号由企业自定。,通用机床型号的表示方法为：,(2)机床类、组、系的划分及其代号(3)机床的特性代号(4)机床主参数和设计顺序号(5)主轴数和第二主参数的表示方法(6)机床的重大改进顺序号(7)其他特征代号及其表示方法(8)企业代号及其表示方法,通用机床型号编制实例：CA6140型卧式车床,2专用机床的型号编制专用机床型号由设计单位代号和设
44、计顺序号组成。专用机床型号表示方法为：,第二节 常用机床及安装工件所用的附件一、车床及安装工件所用的附件（一）车床1卧式车床 它是加工范围很广的一种万能性机床，适于加工一般回转体零件。但卧式车床的自动化程度较低，加工形状比较复杂的工件时，换刀比较麻烦，加工过程中的辅助时间较多，所以只适用于单件、小批生产及修配车间。,2六角转塔车床,可同时安装若干把不同用途的刀具，顺序地对工件进行加工。因此，在成批加工复杂工件时，六角车床的生产率比卧式车床高。,六角转塔车床加工实例,3立式车床,主轴是直立的，工件安装在由主轴带动旋转的工作台上。 立式车床适于加工直径大而长度短的重型盘类零件，如皮带轮、飞轮等。,
45、（二）车床安装工件所用的附件 1用三爪卡盘安装工件,三爪卡盘能自动定心，一般不需找正，使用方便，但夹紧力较小，通常用于装夹规则的(如圆柱、六方等形状) 中小型工件。轴类件长径比L/D4时，可直接使用。,2用四爪卡盘安装工件,中心可调、夹紧力大 ，但效率较低。用于安装不规则形状的工件。,3用花盘安装工件,用于安装形状很复杂的工件,4用顶尖安装工件,用于4L/D10的轴类工件。使用方法：三爪卡盘顶尖、双顶尖,5中心架及跟刀架的应用（L/D10时使用） 1）中心架,特点：增加了固定支撑，一般用于支撑长的阶梯轴。使用方法：三爪卡盘顶尖中心架、双顶尖中心架、三爪卡盘中心架,2）跟刀架,特点：增加了活动支撑，一般用于长的光轴或丝杠。使用方法：三爪卡盘顶尖跟刀架、双顶尖跟刀架,6用心轴安装工件,特点：有利于保证工件内外圆柱面的同轴度及两个端面的平行度。,
