第二章 制造工艺装备
第一节 金属切削刀具的基本知识
金属切削加工的目的：
使被加工零件的尺寸精度, 形状和位置精度, 表
面质量达到设计与使用要求 。
金属切削加工要切除工件上多余的金属, 形成已加
工表面, 必须具备两个基本条件,切削运动 (造型运动 )和
刀具 (几何形态 )。 造型运动的复杂程度将影响机床的结构 。
刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度, 同时
也会促进刀具材料, 刀具制造工艺的发展 。
一、金属切削加工的基本概念
1,切削运动
（ 1） 主运动
由机床或人力提供的刀具与
工件之间主要的相对运动,
它使刀具切削刃及其邻近的
刀具表面切入工件材料，使
被切削层转变为切屑,从而
形成工件的新表面 。在切削
运动中，主运动速度最高、
耗功最大，是切下切屑所必
须的基本运动。①主运动方向
切削刃上选定
点相对于工件
的瞬时主运动
方向。
②切削速度 vc
切削刃上选定
点相对于工件
的主运动的瞬
时速度。
刀具与工件之间附加
的相对运动,它配合主运动
依次地或连续不断地切除
切屑,从而形成具有所需几
何特性的已加工表面。
进给运动可由刀具完
成 (如车削 )，也可由工件完
成 (如铣削 )，可以是间歇的
（如刨削）,也可以是连续
的（如车削）。
（ 2） 进给运动
①进给运动方向
切削刃上选定
点相对于工件
的瞬时进给方
向。
②进给速度 vf
切削刃上选定
点相对于工件
的进给运动的
瞬时速度。
主运动和进给运动
合成的运动称为合
成切削运动。
（ 3）合成切削运动
各种切削加工的切削运动
?切削刃相对于工件的运动过程,
就是表面形成过程。?
在这个过程中,切削刃相对于工
件的运动轨迹面就是工件上的加工表
面和已加工表面。?
有两个要素，一是切削刃,二是
切削运动。?
不同的切削运动的组合,即可形成
各种工件表面。
2、切削加工过程中的工件表面
车削加工是一种最常见的、典型的切削加工
方法。车削加工过程中工件上有三个不断变化着
的表面 （ 图 1-1） 。
（ 1） 待加工表面 工件上待切除
的表面。
（ 2）已 加工表面 工件上经刀具切削后产生的
新表面。
（ 3）过渡表面
工件上切削刃正
在切削的表面。
它是待加工表面
和已加工表面之
间的过渡表面。
3、切削要素 切削要素主要指控制切削过程的 切削
用量要素 和在切削
过程中由余量变成
切屑的 切削层参数。（ 1）切削用量要素
① 切削速度 对切削运动定量描述的重要指标之一。外圆车
削的切削速度为
vc =π dwn/1000②进给量
是指刀具在进给运动方向上相对工件的
位移量。
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，单位为 mm/r；
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，单位为
mm/str或 mm/单行程；
对于多齿的旋转刀具 (如铣刀、切齿刀 )，
常用每齿进给量 fz,单位为 mm/z或 mm/齿。
它与进给量 f的关系为 f=zfz
车削时进给速度 vf可由下式计算 vf=fn
铣削时进给速度为 vf=fn=zfzn
合成切削速度 ve可表达为 vc=ve+vf
③ 背吃刀量 ap 在基面上垂直于进给运动方向测
量的切削层最大
尺寸,外圆车削,
ap＝ (dw-dm)/2
vc,f,ap 构成了普通外圆车削的 切削用量三要
素 。
材料切除率，用 Qz表示
三要素的乘积作
为衡量指标，单
位为 mm3/min，
Qz=1000vcfap
（ 2） 切削层参数 切削层是指在切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一
动作（或指切削部分切过工件
的一个单程，或指只产生一圈
过渡表面的动作）所切除的工
件材料层（ 图 1－ 2）。① 切削层公称厚度 h
D
垂直于正在加工的
表面（过渡表面）度量
的切削层参数。
hD＝ fsinKr
② 切削层公称宽度 bD
平行于正在加
工的表面（过
渡表面）度量
的切削层参数。
bD＝ ap／ sinKr
图 2－ 3 车削时的切削层尺寸
③ 切削层公称横截面积 AD
在切削层参数平
面内度量的横截
面积。
AD＝ hDbD=apf
上述公式中可看出 hD,bD均与主偏角有
关，但切削层公称横截面积 AD只与 hD,bD
或 f,ap有关。
二、刀具角度
（一）刀具的构成
由工作部分和非工作部分构成。
车刀的工作部分比较简单，只由切削部分
构成，非工作部分就是车刀的柄部 (或刀
杆 )。
不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部
分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变
而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参
数。
（ 1)前刀面 Aγ 切屑流过的刀面。
1.刀 面
（ 2)主后刀面 Aα 与工件正在被切削加工的表面
（过渡表面）相对的刀面。
（ 3)副后刀面 Aα ‘ 与工件已切削加工的表面相对
的刀面。
刀具切削部分的基本定义
图 2－ 4
图 2－ 4 车 刀 的 构 成
2.刀刃
（ 1）主切削刃 S 前面与主后面在空间的交线。
（ 2）副切削刃 S' 前面与副后面在空间的交线。
3,刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃
二条刀刃汇交的一小段切削刃。
在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，
一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
? 刀具角度是为刀具设计, 制造, 刃磨和测
量时所使用的几何参数, 它们是确定刀具切
削部分几何形状 （ 各表面空间位置 ） 的重要
参数 。
? 用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面
称为参考系 ;
? 参考系可分为 刀具静止参考系 和 刀具工作
参考系 两类 。
（三）定义刀具角度的参考系
在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何
参数的参考系称为刀具静止参考系或标注角度参考系。
1,刀具静止参考系
在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
静止参考系中最常用的刀具标注角度参考系是 正交平
面参考系,其它参考系有法平面参考系、假定工作平
面参考系等。
2.正交平面参考系 由以下三个在空间相互垂直的参考平
面构成。 图 2－ 6
(1)基面 pr
通过切削刃上选定
点，垂直于该点切
削速度方向的平面。
通常平行于车刀的
安装面（底面）。
(2)切削平面 ps
通过切削刃
上选定点，垂直
于基面并与主切
削刃相切的平面。
(3)正交平面 po
通过切削刃上选定点，
同时与基面和切削平面垂
直的平面。
图 2-6 正交平面参考系
（ 三 ） 刀具的标注角度
（ 1）基面中测量的刀具角度
1） 主偏角 κr 主切削刃在基面上的投影与进给
运动速度 vf 方向之间的夹角 。
2） 副偏角 κr′ 副切削刃在基面上的投影与进给
运动速度 vf反方向之间的夹角 。
3） 刀尖角 εr 主、副切削刃在基面上的投影之
间的夹角，它是派生角度。 εr=180° -(κr ＋ κr′)
εr是标注角度是否正确的验证公式之一。
4）主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀尖
的几何形状,用刀尖圆弧半径 rε描述，当 rε=0时为
尖角过渡,rε＞ 0时为圆角过渡，直线过渡时用 κε
和 bε参数描述 (图 1-6)p10。
（ 2）切削平面中测量的刀具角度
1） 刃倾角 λs 主切削刃与基面之间的夹角 。
?它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。
?当主切削刃与基面平行时 λs=0°；
?当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时 λs ＞ 0°；
?反之 λs ≤0°。
（ 3）正交平面中测量的刀具角度
1)前角 γ O 前面与基面之间的夹角 。
2)后角 α o 后面与切削平面之间的夹角 。
3)楔角 β o 前面与后面之间的夹角, 它是个派生角 。
它与前角, 后角有如下的关系,β o＝ 90° － (γ O＋ α o)
β o也是判断标注是否正确的验证式之一 。
说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀
杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影
响等条件下确定的。
图 2－ 7 车刀的主要角度
3.其它刀具标注参考系
（ 1）法平面 pn与法平面参考系
1)法平面 通过切削刃上选定点并垂直于切削
刃的平面
2)法平面参考系 pr,ps,pn组成的参考系 。
（ 图 1-4） 刀具角度标注见 图 1-5。
图 正交平面参考系与法平面参考系
（ 2）假定工作平面 pf,及其参考系
1)假定工作平面 通过切削刃上选定点并垂直
于该点基面以及其方位平行于假定进给运动方
向的平面 。
3)假定工作平面参考系 pr,pf,pp组成的参
考系 。
（四）刀具工作角度 刀具在工作参考
系中确定的角度
称为刀具工作角
度。
研究刀具工
作角度的变化趋
势，对刀具的设
计、改进、革新
有重要的指导意
义。
1,刀具工作参考系的建立
与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相
似, 不同点就在于它以合成切削运动 υ e或刀具安装位
置条件来确定工作参考系的基面 pre。
由于工作基面的变化, 将带来工作切削平面 pse的
变化, 从而导致工作前角 γ oe,工作后角 α oe 的变化 。
刀具工作参考系
(1)工作基面 pre 通过切削刃上的考查点，垂直于合成
切削运动速度方向
的平面。
(2)工作切削平面 pse
通过切削刃上的
考查点，与切削
刃相切且垂直于
工作基面的平面。
(3)工作正交平面 poe
通过切削刃上的考查点，
同时垂直于工作基面、工
作切削平面的平面。
2,刀具工作角度的分析
在工作正交平面参考系中, 一般考核刀具工作角度
(γoe, αoe, κre,κ’re,α’oe, λse)的变化, 对刀具角度
设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况 。
在车削 (切断, 车螺纹, 车丝杠 ),镗孔, 铣削等加工
中, 通常因刀具工作角度的变化, 对工件已加工表面质
量或切削性能造成不利影响 。
1）横向进给运动对工作前、后角的影响
（ 1）进给运动对工作前、后角的影响
2）轴向进给运动对工作前、后角的影响
轴向进给车外圆时，合成切削运动产生的加工轨迹
是阿基米德螺旋线，从而使工作前角 γ oe增大、工作后
角 α oe 减小 (图 2-10) 。
图 2－ 10 轴向进给运动对工作角度的影响
?用刃倾角 λs=0° 车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化,工
作前角 γoe增大,而 工作后角 αoe减小 。
?若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化 情况正好相反。
?加工内表面时，情况与加工外表面相反。如图 2-11所示。
（ 3）刀具安装位置对刀具工作角度的影响
1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响 图 2－ 11
? 图 2－ 11 刀尖安装高低对工作角度的影响
?当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动 G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角
将减小。 如 图 1-12所示。
2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
图 2－ 12车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响
三、刀具材料
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何
参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削
性能。
刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削
部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配
的刀具材料。
金属切削过程中的加工质量、加工效率、加
工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选
择。因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切
削性能评估的三要素。
1,刀具材料应具备的性能
（ 1）高的硬度和耐磨性
（ 2）足够的强度和韧性
（ 3）高的耐热性与化学稳定性
（ 4） 有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性
（ 5） 导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
2,常用刀具材料
工具钢 包括碳素工具钢、合金工具钢和 高
速钢。硬质合金
有钨钴类硬质合金、
钨钛钴类硬质合金
和钨钛钽（铌）类
硬质合金。
陶瓷
超硬刀具材料 推广使用新型刀具
材料如涂层刀具、陶瓷
刀具、立方氮化硼等。
高速钢和硬质合金
的主要物理力学性能见
表 2-1,2(p15)。
1,高速钢
?它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高
合金钢。
?热处理后硬度可达 62～ 66HRC,抗弯强度约 3.3GPa，
有较高的热稳定性,耐磨性,耐热性。切削温度
在 500～ 650° C时仍能进行切削。
?由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制
造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻
头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。
?按用途可分为,通用高速钢和高性能高
速钢 。?
按制造工艺可分为, 熔炼高速钢, 粉末
冶金高速钢和表面涂层高速钢 。?
按基本化学成份可分为, 钨系和钼系 。
（ 1）高速钢的分类
（ 2）常用高速钢的牌号与性能
?通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑性
差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。
?高性能高速钢 高性能高速钢是指在通用型高速钢中增
加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达 67～
70HRC,耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不
锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型
牌号有 M42,5O1。
?粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯
氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然
后再热压锻轧制成。 适用于制造精密刀具、大尺寸 (滚刀、
插齿刀 )刀具、复杂成形刀具、拉刀等。 高速钢的主要物理
力学性能见表 2-1(p15)。
?硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。
大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；
?硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物 (碳化钨 WC,碳化钛 TiC,碳化钽 TaC,碳化铌 NbC等 )和金
属粘结剂 (Co,Mo,Ni等 )用粉末冶金工艺制成。
?硬质合金刀具常温硬度为 89～ 93HRA,化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达 800～
1000° C。
?硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高 5～10倍 。
2,硬质合金
?钨钴类 （ WC+Co） ；?
钨钛钴类 （ WC+TiC+Co） ；?
添加稀有金属碳化物类
（ WC+TiC+TaC+（ NbC） +Co） ；?
碳化钛基类 （ TiC+WC+Ni+Mo） 。
（ 1） 硬质合金 的分类
（ 2）常用硬质合金的牌号及其性能
?钨钴类硬质合金 代号为 YG,属 K类。 合金中含钴量愈高，
韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。 YG(K)类硬质
合金，有较好的韧性、磨削性、导热性，适合于加工产生崩
碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。
?钨钛钴类硬质合金 代号为 YT,属 P类。 它以 WC为基体,
添加 TiC,用 Co作粘结剂烧结而成。合金中 TiC含量提高，
Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗
弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。
?钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为 YW,属 M类。 它在
YT(P)类硬质合金中加入 TaC或 NbC,这样可提高抗弯强度、
疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等。
它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。
?常用硬质合金的牌号与性能见表 2-2（ p18)。
3,涂层刀具材料 在韧牲较好的刀具基体上，
涂覆一层耐磨性好的难熔
金属化合物，既能提高刀
具材料的耐磨性，又不降
低其韧性。常用的涂层材
料有 TiC,TiN,Al203及其
复合材料等,涂层厚度随
刀具材料不同而异。
（ 1） TiC涂层
硬度高、耐磨性好、
抗氧化性好，切削
时能产生氧化钛膜，
减小摩擦及刀具磨
损。
（ 2） TiN涂层
在高温时能产生氧化
膜，与铁基材料摩擦
系数较小，抗粘结性
能好，并能有效降低
切削温度。
（ 3） TiC—TiN复合涂层 第一层涂 TiC,与刀
具基体粘牢不易脱
落。第二层涂 TiN,
减少表面层与工件
间的摩擦。（ 4） TiC-Al203复合涂层
第一层涂 TiC,与刀具
基体粘牢不易脱落。第
二层涂 Al203可使刀具表
面具有良好的化学稳定
性和抗氧化性能。
目前单涂层刀片已很少应用，大多采用 TiC-TiN复
合涂层或 TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。
4,其它刀具材料 ?以氧化铝或以氮化硅为基
体再添加少量金属，在高温
下烧结而成的一种刀具材料。
?其优点是硬度高，耐磨性、
耐高温性能好，有良好的化
学稳定性和抗氧化性，与金
属的亲合力小、抗粘结和抗
扩散能力强；
?其缺点是脆性大、抗弯强
度低，冲击韧性差，易崩刃，
所以使用范围受到限制；
?可用于钢、铸铁类零件的
车削、铣削加工。
（ 1）陶瓷刀具材料
（ 2）金刚石刀具材料
?碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。
?由于硬度极高, 耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积
屑瘤，可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达
65～ 70HRC的材料。
?也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，
如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加
工或超精加工。
?缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强
烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。
（ 3）立方氮化硼
?立方氮化硼（ CBN） 是一种人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼
在高温、高压下加入催化剂转化而成。
?它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在
1300℃ 时不易起化学反应，导热性好，
摩擦系数低。
?因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。
应当指出，加工一般材料大量使
用的仍是 普通高速钢及硬质合金,
只有在加工难加工材料时，才考虑
选用新牌号合金或高性能高速钢，
在加工高硬度材料或精密加工时，
才考虑选用超硬材料。
习题,2-7,2-8。
四、刀具角度的选择
1.前角 γ O
（ 1） 功用
γ O 刀刃锋利,切屑变形 切削力和切削功率
刀刃和刀尖强度,散热体积 刀具寿命
γo1
Pr γo2
（ 2） 选择 前角大小取决于：工件材料、
刀具材料及加工要求。
?工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反
之应取较小的前角。
?加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。
?刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。
?粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。
2.后角 α o
（ 1） 功用
α o 后刀面与工件的摩擦 后刀面的磨损率
（ 2） 选择 后角大小取决于：切削厚度、
工件材料及工艺系统刚度。
?切削厚度越大，后角越小；?
工件材料越软、塑性越大，后角越大；
?工艺系统刚度较差时，适当减小后角；
3.主偏角 κr 和副偏角 κr′
（ 1） 功用
κr和 κr′ 刀刃强度
表面粗糙度
背向力 Fp
残留面积高度
，散热条件 刀具寿命
，进给力 Ff
kr1 Kr’
kr2
Fp
Ff
（ 2） 选择
?工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反
之取较大值。
?副偏角大小取决于表面粗糙度（ 5° ? 15° )，粗加工时取大值，精加工取小值。
4.刃倾角 λs
（ 1） 功用
（ 2） 选择
主要影响刀头的强度和切
屑的流动方向。
?加工一般钢料和铸铁，无冲击时：
粗车 λs＝ 0° ? － 5°，精车 λs＝ 0° ? +5°；
有冲击时,λs＝ － 5° ? － 15°；
特别大时,λs＝ － 30° ? － 45°。
?切削加工高强度钢、冷硬钢时：
λs ＝－ 30° ? － 45°。
第二节 常用金属切削刀具与砂轮
一、车刀
1,硬质合金焊接式车刀
结构简单、紧凑，抗振
性能好，制造方便使用灵活 。
但刀片易产生应力和裂纹。
车刀是金属切削加工中使用最广泛的刀具, 它可以在
普通车床, 转塔车床, 立式车床, 自动与半自动车床上,
完成工件的外圆, 端面, 切槽或切断等不同的加工工序 。
（ 图 2－ 13） 图 2－ 13
图 2-13 几种常用的车刀
1－ 45°弯头车刀； 2－ 90°外圆车刀； 3－外螺纹车刀； 4－ 75°外圆车刀；
5－成形车刀； 6－ 90°外圆车刀； 7－切断刀； 8－内圆切槽刀； 9－内螺纹
车刀； 10－盲孔镗刀； 11－通孔镗刀
2,硬质合金机夹重磨式车刀
避免焊接引起的缺陷，提高了
刀具耐用度；刀杆可重复使用利用
率较高。但结构复杂、不能完全避
免由于刃磨而可能引起刀片的裂纹。
3.机夹可转位式车刀
1.不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、
硬度和抗弯强度。
2.减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。
3.可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。
图 2－ 16 可转位式车刀的组成
二、孔加工刀具
1,麻花钻
主要用于孔的粗加工，
IT11级以下；表面粗糙度
Ra25μm ~ 6,3 μm 。
1） 麻花钻的构造 图 2－ 18
2） 麻花钻的主要几何参数
（ 1）螺旋角 β 指钻头最外缘处螺旋线
的切线与钻头轴线的夹角 。zP
dtg 0?? ?
图 2－ 18 麻花钻的组成和切削部分
螺旋角对切削过程的影响
β γ f 轴向力和扭矩 切削轻快
切削刃强度和散热条件 刀具寿命
螺旋角的大小不仅影响
排屑情况，而且它就是钻头
的轴向前角 。
标准麻花钻的螺旋角 β=18° ~ 30° 。
黄铜, 软青铜,β=10° ~ 17°
轻合金, 紫铜,β=35° ~ 40°
高强度钢, 铸铁,图 β=10° ~ 15° 2－ 13
（ 2）顶角 2φ
指两主切削刃在与它们
平行的平面上投影的夹角 。
（ 图 2－ 18b）
螺旋角对切削过程的影响
2φ 主切削刃长度 单位切削刃上的负荷及轴向力
钻尖强度
有利于散热，提高钻头耐用度
而扭矩
（ 3）前角 γ o 是在正交平面内测量的
前刀面与基面间的夹角 。
（ 图 2－ 19）
由于钻头的前刀面是螺旋面, 且各点处的基面和正交
平面位置亦不相同, 故主切削刃上各处的前角也是不相同
的, 由外缘向中心逐渐减小 。 在图样上, 钻头的前角不予
标注, 而用螺旋角表示 。
图 2－ 19 麻花钻的几何角度
（ 4）后角 α f 是在假定工作平面内测
量的切削平面与主后刀面之
间的夹角 。（ 图 2－ 19）
为改善切削条件, 并能与切削刃上变化的前角相适应,
而使各点的楔角大致相等, 麻花钻的后角刃磨时应 由外缘
向中心逐渐增大 。
（ 5）横刃角度 横刃角度包括横刃斜角 ψ、
横刃前角 γoψ,和横刃后角 α
oψ。（ 图 2－ 20）
由于横刃前角为负值, 因此横刃的切削条件很差, 切
削时因产生强烈的挤压而产生很大的轴向力 。
对于直径较大的麻花钻, 一般都需要修磨横刃 。
图 2－ 20 横刃切削角度
2,扩孔钻 用于对已钻孔的进一步加工,IT10 ~ IT11级；表面粗糙
度 6,3 ~ 3.2μm 。
（ 1） 扩孔钻的类型
（ 2） 扩孔钻与麻花钻的比较
图 2－ 21
1） 刀齿数多 （ 3～ 4个 ）, 故导向性好, 切削平稳；
2） 刀体强度和刚性较好；
3） 没有横刃, 改善了切削条件 。
因此, 大大提高了切削效率和加工质量 。
3,铰 刀 用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工,IT6 ~ IT8级；
表面粗糙度 1.6 ~ 0.4μm 。
（ 1） 铰刀的类型
（ 2）铰刀 与扩孔钻的比较
图 2－ 22
1） 刀齿数多 （ 6～ 12个 ）, 故导向性好, 切削平稳；
2） 刀体强度和刚性较好 （ 容屑槽浅, 芯部直径大 ） ；
因此, 铰孔的加工质量更好 。
图 2－ 22 铰刀的类型
（ a） 直柄机用铰刀（ b） 锥柄机用铰刀 c） 硬质合金锥柄机用铰刀
（ d） 手用铰刀（ e） 可调节手用铰刀（ f） 套式机用铰刀（ g） 直柄
莫式圆锥铰刀（ h） 手用 1:50锥度铰刀
图 2－ 23 铰刀的结构
三、铣 刀
1,铣刀的几何角度
主要用于平面、台阶、沟槽
和各种成形面的加工 。 （ 图 ）
1）圆柱铣刀 的几何角度 图 2－ 24
前 角 为了便于制造，规定圆柱铣刀的
前角用法平面前角 γn表示。
??? c o son tgtg ?
铣削钢件,γo=10°～ 20°
铣削铸铁件,γo=5°～ 15°
图 铣刀种类
图 2－ 24 圆柱铣刀的几何角度
后 角 圆柱铣刀的后角是用正交平面后角 αo表示。（ 图 ）
粗加工,αo＝ 12°
精加工,αo＝ 16°
螺旋角
圆柱铣刀的螺旋角 β就是其
刃倾角 λ它能使切削刃逐渐切入
和切离工件，而且同时工作齿
数较多，故能提高铣削过程的
平稳性。
粗齿铣刀,β＝ 40°～ 60°
细齿铣刀,β＝ 30°～ 35°
2）端铣刀 的几何角度
端铣刀的每个刀齿类似车刀，有主、
副切削刃和过渡刃。在正交平面系内端
铣刀的标注角度有,γo,αo,kr,k’r和
λs。 图 2－ 25
2,硬质合金端铣刀
图 2－ 25 端铣刀的几何角度
3,铣削方式及合理选用
铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关
系 。 不同的铣削方式对刀具的耐用度, 工件的加工表面粗
糙度, 铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大
的影响 。
（ 1）圆周铣削法（周铣法）
周铣法有两种铣削方式：逆
铣法和顺铣法。
1） 逆 铣
逆铣时, 刀齿的切削厚度从 ac=0至 acmax。 当 ac=0时, 刀齿
在工件表面上挤压和摩擦, 刀齿较易磨损 。 同时, 工件表面受
到较大的挤压应力, 冷硬现象严重, 更加剧刀齿磨损, 并 影响
已加工表面质量 。 此外, 逆铣时刀齿作用于工件上的垂直进给
力 FfN朝上有挑起工件的趋势, 这就 要求工件装夹紧固 。 但是
逆铣时刀齿是从切削层内部开始工作的, 当工件表面有硬皮时,
对刀齿没有直接影响 ；同时作用于工件上的进给力 Ff与其进给
方向相反, 使铣床工作台进给机构中的 丝杠螺母始终保持良好
的右侧面接触, 因此进给速度比较平稳 。 （ 图 ）
铣刀旋转切入工件的方向与
工件的进给方向相反。 （ 图 2
－ 28）
图 2－ 28 逆铣与顺铣
（ a） 逆铣 （ b） 顺铣
2） 顺 铣
顺铣时, 刀齿的切削厚度从 acmax 到 ac=0 。 容易切下切削
层, 刀齿磨损较少, 已加工表面质量较高 。 顺铣法可提高刀具
耐用度 2～ 3倍 。 但在顺铣过程中, 作用于工件上的进给力 Ff与
其进给方向相同, 此时如果铣床工作台下面的传动丝杠与螺母
之间的间隙较大, 则力 Ff有可能使工作台连同丝杠一起沿进给
方向移动, 导致丝杠与螺母之间的间隙转移到另一侧面上去,
引起进给速度时快时慢, 影响工件表面粗糙度, 有时甚至会因
进给量突然增加很多而损坏铣刀刀齿 。 因此, 采用顺铣法加工
时, 要求铣床的进给机构具有消除丝杠螺母间隙的装置 。 此外,
用顺铣法加工时, 要求工件表面没有硬皮, 否则铣刀很易磨损 。
（ 图 ）
铣刀旋转切入工件的方向与
工件的进给方向相同。（ 图 ）
（ 2）端面铣削法（端铣法）
1） 对称铣削
刀齿切入工件与切出工件的
切削厚度 ac相同者称为对称铣削。
（ 图 2－ 29 a）
2） 不对称铣削
刀齿切入时的切削厚度小于
或大于切出时的切削厚度者称为
不对称铣削。（ 图 2－ 29 b c）
图 2－ 29 端面铣削方式
四、拉 刀
1,拉刀的类型
拉削加工质量好，生产率高。
拉刀寿命长，并且拉床结构简单。
但拉刀结构复杂，制造比较麻烦，
价格较高，因而多用于大量和批
量生产的精加工。
图 拉刀的类型
2,拉刀的结构
头部 —— 与机床连接，传递运动和拉力。
颈部 —— 头部和过渡锥连接部分。
过渡锥部 —— 使拉刀容易进入工件孔中，起对准中心的作用。
前导部 —— 起导向和定心作用，防止拉刀歪斜，并可检查拉
削前孔径是否太小，以免拉刀第一刀齿负荷太大而损坏。
切削部 —— 切除全部的加工余量，由粗切齿、过渡齿和精切
齿组成。
校准部 —— 起校准和修光作用，并作为精切齿的后备齿。
后导部 —— 保持拉刀最后几个刀齿的正确位置，防止拉刀即
将离开工件时，工件下垂而损坏已加工表面。
尾部 —— 防止长而重的拉刀自重下垂，影响加工质量和损坏
刀齿。
图 2－ 30
图 2－ 30 圆孔拉刀的结构
1－头部； 2－颈部； 3－过渡圆锥； 4－前导部
5－切削部； 6－校准部； 7－后导部； 8－尾部
3,刀齿几何参数
1）齿升量 af
前、后两刀齿半径或高度之差。
af 影响拉刀强度及拉床负荷；
难以切下很薄的金属层，容易磨损刀齿，加工
表面也不光洁
af
粗切齿,af=0.02~ 0.20mm
精切齿, af=0.005 ~ 0.015mm
图 2－ 31
2）齿距 p 相邻两刀齿之间的轴向距离。
确定齿距的大小时，应考虑拉削
的平稳性及足够的容屑空间。
粗切齿的齿距按经验公式计算：
? ? lp 5.1~25.1?
过渡齿的齿距,
精切齿的齿距,
pp ＝过
当 p>10mm时,? ? pp 8.06.0 ～＝
精
当 p≤10mm时,pp ?
精
（ 便于制造）
图 2－ 31
图 2－ 31 拉刀切削部分的主要几何参数
3）前角 γ o 根据工件材料选择 。
4）后角 α o
为使刀齿前刀面重
磨之后，直径变小较慢，
以及延长拉刀的使用寿
命，拉刀的后角应取较
小值 。
5）刃带宽度 ba1 其作用是制造时便
于控制刀齿直径、保持
切削过程的稳定性和重
磨后保持直径不变 。
图 2－ 31
4,拉削方式
1） 分层式拉削
2） 分块式拉削
可获得较高的表面
质量，但拉刀长度较长，
生产率较低 。（ 图 ）
拉刀长度短，生产
率高，但拉刀结构复杂，
制造困难，拉削后的工
件表面比较粗糙 。（ 图 ）
3） 综合式拉削 综合了上述两种拉
削方式的优点，拉刀短，
生产率高，加工表面也
较光洁。（ 图 ）
分层式拉削
分块式拉削
综合式拉削
五、齿轮刀具
1,齿轮刀具的类型
（ 1） 成形法齿轮刀具
（ 2） 展成法齿轮刀具
图 2－ 32
利用齿轮的啮合原
理加工齿轮 。 常用的展
成法齿轮刀具：滚齿刀、
插齿刀、剃齿刀等
图 2－ 32 成形齿轮铣刀
2,插齿刀
（ 1）插齿刀的基本工作原理 图 2－ 33
（ 2）插齿刀的结构特点
（ 3）插齿刀的选用
图
图 2－ 33 插齿刀的基本工作原理
2,齿轮滚刀
（ 1）齿轮滚刀的工作原理
（ 2）齿轮滚刀的基本蜗杆
（ 3）齿轮滚刀的选用
图 2－ 35
图 2－ 36
图 2－ 35 齿轮滚刀的工作原理
图 2－ 36 齿轮滚刀的基本蜗杆与刀刃位置
六、砂 轮
1,磨 料 直接担负切削工作 。
2,粒 度 磨料颗粒的大小 。
粒度对加工表面粗糙度和磨削生产率影响较大 。
粗磨用粗粒度 （ 30＃ ～ 46＃ ）
精磨用细粒度 （ 60＃ ～ 120＃ ）
磨削硬度低, 塑性大的工件材料和磨削面积较大时,
为避免砂轮堵塞, 可采用粗粒度的砂轮 2－ 13
3,硬 度 指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下
脱落的难易程度 。
工件材料较硬时, 选用较软的砂轮；
工件与砂轮接触面积大, 工件的导热性差时, 选用较
软的砂轮；
精磨或成形磨削, 选用较硬的砂轮；
粗磨时应选用较软的砂轮 。
4,结合剂 将磨料粘结一起，使砂轮具有必要的形状
和强度的材料 。
5,组 织 指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的体
积比例关系 。
组织号越大, 磨粒所占体积越小, 表明砂轮越疏松 。
这样, 气孔就越多, 砂轮不易被切屑堵塞, 同时可把冷却
液或空气带入磨削区, 使散热条件改善 。
6,砂轮的形状、尺寸及代号
第四节 金属切削机床的基本知识
一、机床的分类及型号
1,机床的分类
机床的品种规格繁多, 为便于区别, 使用和管理, 必
须加以分类 。 对机床的分类方法有以下几种：
钻 床
按加工性质、所用
刀具和机床用途分
齿轮加工机床
螺纹加工机床
铣 床
刨 插 床
镗 床
磨 床
拉 床
特种加工机床
锯 床
车 床
其它机床
按机床的通
用性程度分
通用机床
专门化机床
专用机床
按机床工
作精度分
普通机床
精密机床
高精度机床
2,机床的技术参数与尺寸系列
机床的技术参数是表示机床的尺寸大小和加工能力的
各种数据, 一般包括：主参数, 第二主参数, 主要工作部
件的结构尺寸, 主要工作部件的移动行程范围, 各种运动
的速度范围和级数, 各电机的功率, 机床轮廓尺寸等 。
3,机床的型号编制
C A 6 1 40
类别代号（车床类）
结构特性代号（结构不同）
组别代号（落地及卧式车床组）
系别代号（卧式车床系）
主参数代号（最大工件回转直径 400mm）
举例：
二、机床的运动
1,工件表面的形成方法
1）机械零件上常见的表面（ 图 2－ 48）
2）零件表面的形成（ 图 2－ 49）
形成发生
线的方法
轨迹法（ 图 2－ 50a）
成形法（ 图 2－ 50b）
相切法（ 图 2－ 50c）
展成法（ 图 2－ 50d）
是一条母线沿一条导线运
动而形成 。 母线和导线统
称为表面发生线。
图
图 2－ 48 机械零件上常见的表面
图 2－ 49 零件表面的形成
图 2－ 50 形成发生线所需的运动
1－刀尖或切削刃； 2－发生线； 3－刀具轴线的运动轨迹
2,机床的运动
就机床上运动的功能来看, 可区分为表面成形运动,
切入运动, 分度运动, 调位运动和其它运动等 。
（ 1） 表面成形运动 是保证得到工件要求的表面形状的运动。它是机床
上最基本的运动，是机床上
的刀具和工件为了形成表面
发生线而作的相对运动。例
如图 2－ 50（ a） 中的 A1和 A2。
（ 2） 切入运动 使刀具切入工件表面一
定深度，以使工件获得所需
的尺寸。
（ 3） 分度运动 工作台或刀架的转位或
移位，以顺序加工均匀分布
的若干个相同的表面或使用
不同的刀具作顺次加工。
（ 4） 调位运动 根据工件的尺寸大小，
在加工之前调整机床上某些
部件的位置，以便于加工。
（ 5） 其它运动
如刀具快速趋近工件或
退回原位的空程运动，控制
运动的开、停、变速、换向
的操纵运动等。
三、机床的传动
1,机床传动的组成
（ 1）执行件 是执行机床运动的部件，如
主轴、刀架、工作台等，其任务
是装夹刀具或工件，直接带动它
们误差一定形式的运动（旋转或
直线运动），并保证运动轨迹的
准确性。
为了实现加工过程中所
需的各种运动，机床必须有
执行件、运动源和传动装置
三个基本部分。
（ 2）运动源 是为执行件提供运动和动力
的装置，如交流异步电动机、直
流或交流调速电动机和伺服电动
机等。
（ 3）传动装置
（传动件） 是传递运动和动力的装置，通过它将运动和动力从动力源传
至执行件，使执行件获得运动速
度和方向的运动，并使有关执行
件之间保持某种确定的相对运动
关系。
2,传动链
机床上为了得到所需的运动, 需要通过一系列的传动
件把执行件与运动源 （ 如把主轴和电机 ）, 获者把执行件
和执行件 （ 例如主轴和刀架 ） 之间联系起来, 称为传动联
系 。 构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件, 称为
传动链 。
（ 1）外联系传动链 它是联系运动源（如电动机）
和机床执行件（如主轴、刀架、工作
台等）之间的传动链，使执行件得到
运动，而且能改变运动的速度和方向，
但不要求运动源和执行件之间有严格
的传动比关系。（ 图 ）
图 2－ 51 车床的传动原理图
（ 2）内联系传动链
当传动链的两个末端件的转角或
移动量之间有严格的比例关系要求时，
该传动链称为内联系传动链。（ 图 ）
3,传动原理图
用一些简单的符合表示各执行件、
运动源之间传动联系的图形，称为传
动原理图。（ 图 ）
4,转速图 用来表达传动系统中各轴转速的变化规律和传动副速比的图形，称为转速
图。它可以用来拟定新的传动系统，也
可以用来对现有的机床传动系统进行分
析和比较。（ 图 2－ 52）
图 2－ 52主运动传动链的传动路线表达式（传动结构式）
－Ⅳ（主轴）－Ⅲ－－Ⅱ－Ⅰ－电动机
?
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??
72
18
30
60
62
22
42
42
48
24
30
30
36
36
2 5 6
1 2 6
m i n/1 44 0 ?
?
r
图 2－ 52 某车床主运动转速图
5,传动系统图 图 2－ 53
6,运动平衡式 为了表达传动链两个末端件计
算位移之间的数值关系，常将传动链
内各传动副的传动比相连乘组成一个
等式，称为运动平衡式。
m i n/710
30
60
48
42
48
24
256
126m i n/1 4 4 0 rr ?????
图 2－ 53 主运动传动系统图
第五节 车 床
一,CA6140卧式车床
1,CA6140卧式车床的组成和主要技术参数
车床主要用于加工各种回转表面, 如内外圆柱面,
圆锥面, 成形回转面, 端平面和各种内外螺纹面等 。
（ 图 2－ 54）
2,传动系统 图 2－ 56
图 2－ 54 卧式车床的典型加工工序
图 2－ 56 CA6140型卧式车床传动系统图
二、立式车床和单轴自动车床
1,立式车床 图 2－ 57
2,单轴自动车床
图 2－ 57 立式车床
1－底座； 2－工作台； 3－侧刀架； 4－立柱； 5－垂直刀架； 6－横梁； 7－顶梁
第六节 齿轮加工机床
按形成轮齿的原理可分为成形法和展成法两大类 。
成形法加工出来的渐开线齿廓是近似的, 加工精度
低, 且生产率低 。 因此主要用于单件小批和加工精度要
求不高的修配行业 。
展成法的加工精度和生产率较高, 因而在齿轮加工
机床中应用最为广泛 。 属于展成法的有滚齿, 插齿, 剃
齿, 珩齿, 磨齿等
一、滚齿机
1,滚齿原理
依照交错轴螺旋齿轮啮合原理。
滚齿时的成形运动是滚刀旋转运动和工
件旋转运动组成的复合运动，这个复合
运动称为展成运动。再加上滚刀沿工件
轴线垂直方向的进给运动，就可切出整
个齿长。（ 图 2－ 59）
2,滚切直齿圆柱齿轮 图 2－ 60
（ 1）展成运动传动链
滚刀（ B11）－ 4－ 5－ ux
－ 6－ 7－ 工作台（ B12）
（ 2）主运动传动链 电动机 － 1－ 2－ u
v－ 3－ 4
－ 滚刀（ B11）
（ 3）轴向进给运动传动链 工作台（ B12） － 7－ 8－u
f－ 9－ 10－ 刀架 （ A2）
图 2－ 59 滚齿原理
1－滚刀； 2－工件
图 2－ 60 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图
3,滚切斜齿圆柱齿轮
（ 1）机床的运动和传动原理图
（ 2）差动运动传动链
刀架（ A21）－ 12－ 13－
uy－ 14－ 15－（ 合成）－ 6－
7－ ux － 工作台（ B22）
图 2－ 61（ b）
图 2－ 61 （ a）
4,Y3150型滚齿机
图 2－ 60 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图
二、插齿机
1,插齿原理
插齿机加工原理类似一对圆柱齿轮相
啮合，其中一个是工件，另一个是具有齿
轮形状的插齿刀。（ 图 2－ 64）
（ 1）展成运动传动链
2,插齿机的传动原理
（ 2）主运动传动链
（ 3）圆周进给运动传动链
插齿刀转动 － 蜗杆副 B－
9－ 8－ 10－ ux－ 11－ 12－ 蜗杆
副 C－ 工作台
电动机 M－ 1－ 2－ uv－ 3－ 4－ 5
－ 曲柄偏向盘 A－ 插齿刀主轴
曲柄偏心盘 A－ 5－ 4－ 6－ uf－ 7
－ 8－ 9－ 蜗杆副 B－ 插齿刀转动
图
图 2－ 64 插齿原理及所需运动
第七节 其它各类机床
一、磨 床
用磨料、磨具（砂轮、砂带、油
石、研磨料）为工具对工件进行切削
加工的机床，统称为磨床。
磨床主要用于零件精加工, 尤其是淬硬钢和高硬度
材料零件的精加工 。
1,外圆磨床
（ 1） M1432A型万能外圆磨床
（ 2）无心外圆磨床
2,平面磨床
二、铣 床
三、刨床和拉床
四、钻床和镗床
第九节 机床夹具
一、概 述 为了加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机
床上或解决中。
1,工件的装夹
（ 1）装夹的目的 实现工件的定位与夹紧
定位,使工件在机床或夹具中占有 正确位置 的过程。
夹紧,工件定位后将其固定，使其在加工过程中 保持定
位位置不变 的操作。
（ 2）装夹的方法
1）直接找正装夹
效率低，找正精度
较高；适用单件小
批量中形状简单的
工件。
3） 夹 具 装 夹
2）划线找正装夹
通用性好，但效率
低，精度不高；适
用于单件小批量中
形状复杂的铸件。
操作简单，效率高，
容易保证加工精度，
适用于各种生产类型 。
2,机床夹具的用途
机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的
一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于
机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。（ 图 ）
3,机床夹具的分类
按夹具的应用
范围和特点分
通用夹具
专用夹具
可调夹具和成组夹具
专用夹具
图 2－ 99 尾座套筒铣键槽夹具
1－油缸； 2－杠杆； 3－拉杆； 4－压板； 5－夹具体
6－对刀装置； 7－定向键； 8－ V形块； 9－限位螺钉
4,机床夹具的组成
机床夹具的组成
定位元件
夹紧装置
对刀、引导元件
其它装置或元件
夹具体
连接元件
二、基准及其分类
基准 定位基准
工序基准
装配基准
测量基准
设计基准
工艺基准
用于确定零件上
其它点、线、面
位置所依据的那
些点、线、面。
设计图样上所采
用的基准就是设
计基准。（ 图 ） 在加工时用于工件
定位的基准，称为
定位基准。（ 图 ）
1、粗基准
2、精基准
3、辅助基准
4、主要基准
5、附加基准
在加工中或加工
后用来测量工件
时采用的基准
在装配时用来确定零
件或部件在产品中相
对位置所采用的基准在工序图上使用的基准。
加工、测量、
装配过程中使
用的基准。
图 2－ 102 钻套的设计基准
图 2－ 103 齿轮的装配基准
图 2－ 104 工件钻孔工序简图
三、工件在夹具中的定位
?设计合理的定位方法、定位装置
?有足够的定位精度
六点定位原理
定位的任务
定位的原理
1,六点定位原理
用 适当分布的六个支承点 消除
工件的六个自由度，使工件在夹具
中位置完全确定，这个原理称为六
点定位原理。 （ 图示 ）
图 2－ 105 工件在空间的自由度与工件六点定位
工件限制几个、限制哪几个自由度
完全取决于加工技术要求。（ 图示 ）
限制自由度与加工
技术要求的关系
完全定位与
不完全定位
定位与夹紧的区别
?定位是工件在夹具中获得正确的位置
?夹紧是保证定好的位置不因外力的作
用而发生改变
? 完全定位 —— 工件的六个自由度全
被限制的定位方式。
?不完全定位 —— 按照技术要求，工
件的六个自由度没有被全部限制的
定位方式。
图 2－ 107 完全定位与不完全定位
?欠定位 —— 应该消除的
自由度没有消除，不允许。
?过定位 —— 几个支承点重复
限制某个自由度，一般不允
许，应用是有条件的。（ 图 ）
欠定位与过定位
正确配置支承点
正确处理过定位 ?提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度；
?改变定位元件的结构。
（ 如图 ）
?一般按三、二、一布置。
?主要定位表面受力面积
越大越好。
图 2－ 108 常见的几种过定位实例
图 改善过定位的措施
2、支承点与定位元件
在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点是由
对工件起定位作用的定位元件如支承钉、支承板、圆
柱销等来体现的。一个定位元件可以体现一个或多个
支承点。某一定位元件相当支承点的数目，由该定位
元件限制的工件自由度数来判断。（ 图示 ）
常见定位方式中的定位元件所限制的自由度
和相当的支承点数见 表 2－ 14。
图 3－ 12 连杆的定位
1－定位销 2－支承板 3－圆柱销 4－工件
应该限制五个自由度：
2、六点定位原理应用举例
1）、在长方体工件上铣通槽
2）、在长方体工件上铣不通槽
O X
Y
Z
应该限制六个自由度,;Y? ;Z? ;X? ;Y? ;Z?
不完全定位;;;;;; ZYXZYX ??????
完全定位
应该限制一个自由度,
3）、在球面上铣平面
4）、在车床上车外圆
O X
Y
Z
应该限制四个自由度：
Z?
不完全定位;;;; ZYZY ????
不完全定位
分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？
1）车光轴外圆
2）车套筒外圆
起传动作用，不起定位作用
起夹紧作用，不
起定位作用
ZYX ??? ;;
ZY ??;
X? ZYZY ???? ;;;
分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？
3） 车光轴外圆的三种安装方式。
a)
b)
c)
ZYZY ???? ;;;
ZY ??; ZY??;
ZY ??; ZY ??;
X?
四、工件的夹紧
（一）夹紧装置
由动力装置和夹紧
机构两大部分组成
图 2－ 110 夹紧装置组成示例
1－气缸（动力装置） 2－压板（夹紧机构）
3－弹簧销 4－偏心轮 5－调整螺钉
1.夹紧装置的组成
2,夹紧装置的基本要求
（ 1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；
（ 2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不
转动、不振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形；
（ 3）夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力；
（ 4）结构应尽量简单，制造、维修要方便。
2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位（ 图 2－ 112）。
1）夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的
支承平面内（ 图 2－ 111）；
3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减小切削力对夹紧
点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形（ 图 ）。
1,确定夹紧力作用点的原则
（二）夹紧力的确定
图 2－ 111 夹紧力作用点的选择
1－夹具体 2－工件 3－定位支承
图 2－ 112 夹紧力作用点对工件变形的影响
图 2－ 113 薄壁件的夹紧
图 夹紧点靠近加工表面
2,确定夹紧力作用方向的原则
1）夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，以保证
工件定位准确可靠（ 图 2－ 114）
2）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件
变形（ 图 3－ 15）
3）夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向
一致，以减小夹紧力
图 2－ 114 夹紧力垂直指向主要支承面
图 2－ 115 夹紧力方向与工件刚性关系
3, 夹紧力的计算
一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，需对夹紧力
进行计算，而采用手动夹紧机构时，常根据经验或类比法确
定所需的夹紧力。
（三 ） 典型夹紧机构
第一节 金属切削刀具的基本知识
金属切削加工的目的：
使被加工零件的尺寸精度, 形状和位置精度, 表
面质量达到设计与使用要求 。
金属切削加工要切除工件上多余的金属, 形成已加
工表面, 必须具备两个基本条件,切削运动 (造型运动 )和
刀具 (几何形态 )。 造型运动的复杂程度将影响机床的结构 。
刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度, 同时
也会促进刀具材料, 刀具制造工艺的发展 。
一、金属切削加工的基本概念
1,切削运动
（ 1） 主运动
由机床或人力提供的刀具与
工件之间主要的相对运动,
它使刀具切削刃及其邻近的
刀具表面切入工件材料，使
被切削层转变为切屑,从而
形成工件的新表面 。在切削
运动中，主运动速度最高、
耗功最大，是切下切屑所必
须的基本运动。①主运动方向
切削刃上选定
点相对于工件
的瞬时主运动
方向。
②切削速度 vc
切削刃上选定
点相对于工件
的主运动的瞬
时速度。
刀具与工件之间附加
的相对运动,它配合主运动
依次地或连续不断地切除
切屑,从而形成具有所需几
何特性的已加工表面。
进给运动可由刀具完
成 (如车削 )，也可由工件完
成 (如铣削 )，可以是间歇的
（如刨削）,也可以是连续
的（如车削）。
（ 2） 进给运动
①进给运动方向
切削刃上选定
点相对于工件
的瞬时进给方
向。
②进给速度 vf
切削刃上选定
点相对于工件
的进给运动的
瞬时速度。
主运动和进给运动
合成的运动称为合
成切削运动。
（ 3）合成切削运动
各种切削加工的切削运动
?切削刃相对于工件的运动过程,
就是表面形成过程。?
在这个过程中,切削刃相对于工
件的运动轨迹面就是工件上的加工表
面和已加工表面。?
有两个要素，一是切削刃,二是
切削运动。?
不同的切削运动的组合,即可形成
各种工件表面。
2、切削加工过程中的工件表面
车削加工是一种最常见的、典型的切削加工
方法。车削加工过程中工件上有三个不断变化着
的表面 （ 图 1-1） 。
（ 1） 待加工表面 工件上待切除
的表面。
（ 2）已 加工表面 工件上经刀具切削后产生的
新表面。
（ 3）过渡表面
工件上切削刃正
在切削的表面。
它是待加工表面
和已加工表面之
间的过渡表面。
3、切削要素 切削要素主要指控制切削过程的 切削
用量要素 和在切削
过程中由余量变成
切屑的 切削层参数。（ 1）切削用量要素
① 切削速度 对切削运动定量描述的重要指标之一。外圆车
削的切削速度为
vc =π dwn/1000②进给量
是指刀具在进给运动方向上相对工件的
位移量。
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，单位为 mm/r；
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，单位为
mm/str或 mm/单行程；
对于多齿的旋转刀具 (如铣刀、切齿刀 )，
常用每齿进给量 fz,单位为 mm/z或 mm/齿。
它与进给量 f的关系为 f=zfz
车削时进给速度 vf可由下式计算 vf=fn
铣削时进给速度为 vf=fn=zfzn
合成切削速度 ve可表达为 vc=ve+vf
③ 背吃刀量 ap 在基面上垂直于进给运动方向测
量的切削层最大
尺寸,外圆车削,
ap＝ (dw-dm)/2
vc,f,ap 构成了普通外圆车削的 切削用量三要
素 。
材料切除率，用 Qz表示
三要素的乘积作
为衡量指标，单
位为 mm3/min，
Qz=1000vcfap
（ 2） 切削层参数 切削层是指在切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一
动作（或指切削部分切过工件
的一个单程，或指只产生一圈
过渡表面的动作）所切除的工
件材料层（ 图 1－ 2）。① 切削层公称厚度 h
D
垂直于正在加工的
表面（过渡表面）度量
的切削层参数。
hD＝ fsinKr
② 切削层公称宽度 bD
平行于正在加
工的表面（过
渡表面）度量
的切削层参数。
bD＝ ap／ sinKr
图 2－ 3 车削时的切削层尺寸
③ 切削层公称横截面积 AD
在切削层参数平
面内度量的横截
面积。
AD＝ hDbD=apf
上述公式中可看出 hD,bD均与主偏角有
关，但切削层公称横截面积 AD只与 hD,bD
或 f,ap有关。
二、刀具角度
（一）刀具的构成
由工作部分和非工作部分构成。
车刀的工作部分比较简单，只由切削部分
构成，非工作部分就是车刀的柄部 (或刀
杆 )。
不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部
分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变
而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参
数。
（ 1)前刀面 Aγ 切屑流过的刀面。
1.刀 面
（ 2)主后刀面 Aα 与工件正在被切削加工的表面
（过渡表面）相对的刀面。
（ 3)副后刀面 Aα ‘ 与工件已切削加工的表面相对
的刀面。
刀具切削部分的基本定义
图 2－ 4
图 2－ 4 车 刀 的 构 成
2.刀刃
（ 1）主切削刃 S 前面与主后面在空间的交线。
（ 2）副切削刃 S' 前面与副后面在空间的交线。
3,刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃
二条刀刃汇交的一小段切削刃。
在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，
一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
? 刀具角度是为刀具设计, 制造, 刃磨和测
量时所使用的几何参数, 它们是确定刀具切
削部分几何形状 （ 各表面空间位置 ） 的重要
参数 。
? 用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面
称为参考系 ;
? 参考系可分为 刀具静止参考系 和 刀具工作
参考系 两类 。
（三）定义刀具角度的参考系
在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何
参数的参考系称为刀具静止参考系或标注角度参考系。
1,刀具静止参考系
在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
静止参考系中最常用的刀具标注角度参考系是 正交平
面参考系,其它参考系有法平面参考系、假定工作平
面参考系等。
2.正交平面参考系 由以下三个在空间相互垂直的参考平
面构成。 图 2－ 6
(1)基面 pr
通过切削刃上选定
点，垂直于该点切
削速度方向的平面。
通常平行于车刀的
安装面（底面）。
(2)切削平面 ps
通过切削刃
上选定点，垂直
于基面并与主切
削刃相切的平面。
(3)正交平面 po
通过切削刃上选定点，
同时与基面和切削平面垂
直的平面。
图 2-6 正交平面参考系
（ 三 ） 刀具的标注角度
（ 1）基面中测量的刀具角度
1） 主偏角 κr 主切削刃在基面上的投影与进给
运动速度 vf 方向之间的夹角 。
2） 副偏角 κr′ 副切削刃在基面上的投影与进给
运动速度 vf反方向之间的夹角 。
3） 刀尖角 εr 主、副切削刃在基面上的投影之
间的夹角，它是派生角度。 εr=180° -(κr ＋ κr′)
εr是标注角度是否正确的验证公式之一。
4）主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀尖
的几何形状,用刀尖圆弧半径 rε描述，当 rε=0时为
尖角过渡,rε＞ 0时为圆角过渡，直线过渡时用 κε
和 bε参数描述 (图 1-6)p10。
（ 2）切削平面中测量的刀具角度
1） 刃倾角 λs 主切削刃与基面之间的夹角 。
?它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。
?当主切削刃与基面平行时 λs=0°；
?当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时 λs ＞ 0°；
?反之 λs ≤0°。
（ 3）正交平面中测量的刀具角度
1)前角 γ O 前面与基面之间的夹角 。
2)后角 α o 后面与切削平面之间的夹角 。
3)楔角 β o 前面与后面之间的夹角, 它是个派生角 。
它与前角, 后角有如下的关系,β o＝ 90° － (γ O＋ α o)
β o也是判断标注是否正确的验证式之一 。
说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀
杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影
响等条件下确定的。
图 2－ 7 车刀的主要角度
3.其它刀具标注参考系
（ 1）法平面 pn与法平面参考系
1)法平面 通过切削刃上选定点并垂直于切削
刃的平面
2)法平面参考系 pr,ps,pn组成的参考系 。
（ 图 1-4） 刀具角度标注见 图 1-5。
图 正交平面参考系与法平面参考系
（ 2）假定工作平面 pf,及其参考系
1)假定工作平面 通过切削刃上选定点并垂直
于该点基面以及其方位平行于假定进给运动方
向的平面 。
3)假定工作平面参考系 pr,pf,pp组成的参
考系 。
（四）刀具工作角度 刀具在工作参考
系中确定的角度
称为刀具工作角
度。
研究刀具工
作角度的变化趋
势，对刀具的设
计、改进、革新
有重要的指导意
义。
1,刀具工作参考系的建立
与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相
似, 不同点就在于它以合成切削运动 υ e或刀具安装位
置条件来确定工作参考系的基面 pre。
由于工作基面的变化, 将带来工作切削平面 pse的
变化, 从而导致工作前角 γ oe,工作后角 α oe 的变化 。
刀具工作参考系
(1)工作基面 pre 通过切削刃上的考查点，垂直于合成
切削运动速度方向
的平面。
(2)工作切削平面 pse
通过切削刃上的
考查点，与切削
刃相切且垂直于
工作基面的平面。
(3)工作正交平面 poe
通过切削刃上的考查点，
同时垂直于工作基面、工
作切削平面的平面。
2,刀具工作角度的分析
在工作正交平面参考系中, 一般考核刀具工作角度
(γoe, αoe, κre,κ’re,α’oe, λse)的变化, 对刀具角度
设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况 。
在车削 (切断, 车螺纹, 车丝杠 ),镗孔, 铣削等加工
中, 通常因刀具工作角度的变化, 对工件已加工表面质
量或切削性能造成不利影响 。
1）横向进给运动对工作前、后角的影响
（ 1）进给运动对工作前、后角的影响
2）轴向进给运动对工作前、后角的影响
轴向进给车外圆时，合成切削运动产生的加工轨迹
是阿基米德螺旋线，从而使工作前角 γ oe增大、工作后
角 α oe 减小 (图 2-10) 。
图 2－ 10 轴向进给运动对工作角度的影响
?用刃倾角 λs=0° 车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化,工
作前角 γoe增大,而 工作后角 αoe减小 。
?若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化 情况正好相反。
?加工内表面时，情况与加工外表面相反。如图 2-11所示。
（ 3）刀具安装位置对刀具工作角度的影响
1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响 图 2－ 11
? 图 2－ 11 刀尖安装高低对工作角度的影响
?当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动 G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角
将减小。 如 图 1-12所示。
2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
图 2－ 12车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响
三、刀具材料
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何
参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削
性能。
刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削
部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配
的刀具材料。
金属切削过程中的加工质量、加工效率、加
工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选
择。因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切
削性能评估的三要素。
1,刀具材料应具备的性能
（ 1）高的硬度和耐磨性
（ 2）足够的强度和韧性
（ 3）高的耐热性与化学稳定性
（ 4） 有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性
（ 5） 导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
2,常用刀具材料
工具钢 包括碳素工具钢、合金工具钢和 高
速钢。硬质合金
有钨钴类硬质合金、
钨钛钴类硬质合金
和钨钛钽（铌）类
硬质合金。
陶瓷
超硬刀具材料 推广使用新型刀具
材料如涂层刀具、陶瓷
刀具、立方氮化硼等。
高速钢和硬质合金
的主要物理力学性能见
表 2-1,2(p15)。
1,高速钢
?它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高
合金钢。
?热处理后硬度可达 62～ 66HRC,抗弯强度约 3.3GPa，
有较高的热稳定性,耐磨性,耐热性。切削温度
在 500～ 650° C时仍能进行切削。
?由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制
造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻
头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。
?按用途可分为,通用高速钢和高性能高
速钢 。?
按制造工艺可分为, 熔炼高速钢, 粉末
冶金高速钢和表面涂层高速钢 。?
按基本化学成份可分为, 钨系和钼系 。
（ 1）高速钢的分类
（ 2）常用高速钢的牌号与性能
?通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑性
差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。
?高性能高速钢 高性能高速钢是指在通用型高速钢中增
加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达 67～
70HRC,耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不
锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型
牌号有 M42,5O1。
?粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯
氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然
后再热压锻轧制成。 适用于制造精密刀具、大尺寸 (滚刀、
插齿刀 )刀具、复杂成形刀具、拉刀等。 高速钢的主要物理
力学性能见表 2-1(p15)。
?硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。
大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；
?硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物 (碳化钨 WC,碳化钛 TiC,碳化钽 TaC,碳化铌 NbC等 )和金
属粘结剂 (Co,Mo,Ni等 )用粉末冶金工艺制成。
?硬质合金刀具常温硬度为 89～ 93HRA,化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达 800～
1000° C。
?硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高 5～10倍 。
2,硬质合金
?钨钴类 （ WC+Co） ；?
钨钛钴类 （ WC+TiC+Co） ；?
添加稀有金属碳化物类
（ WC+TiC+TaC+（ NbC） +Co） ；?
碳化钛基类 （ TiC+WC+Ni+Mo） 。
（ 1） 硬质合金 的分类
（ 2）常用硬质合金的牌号及其性能
?钨钴类硬质合金 代号为 YG,属 K类。 合金中含钴量愈高，
韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。 YG(K)类硬质
合金，有较好的韧性、磨削性、导热性，适合于加工产生崩
碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。
?钨钛钴类硬质合金 代号为 YT,属 P类。 它以 WC为基体,
添加 TiC,用 Co作粘结剂烧结而成。合金中 TiC含量提高，
Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗
弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。
?钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为 YW,属 M类。 它在
YT(P)类硬质合金中加入 TaC或 NbC,这样可提高抗弯强度、
疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等。
它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。
?常用硬质合金的牌号与性能见表 2-2（ p18)。
3,涂层刀具材料 在韧牲较好的刀具基体上，
涂覆一层耐磨性好的难熔
金属化合物，既能提高刀
具材料的耐磨性，又不降
低其韧性。常用的涂层材
料有 TiC,TiN,Al203及其
复合材料等,涂层厚度随
刀具材料不同而异。
（ 1） TiC涂层
硬度高、耐磨性好、
抗氧化性好，切削
时能产生氧化钛膜，
减小摩擦及刀具磨
损。
（ 2） TiN涂层
在高温时能产生氧化
膜，与铁基材料摩擦
系数较小，抗粘结性
能好，并能有效降低
切削温度。
（ 3） TiC—TiN复合涂层 第一层涂 TiC,与刀
具基体粘牢不易脱
落。第二层涂 TiN,
减少表面层与工件
间的摩擦。（ 4） TiC-Al203复合涂层
第一层涂 TiC,与刀具
基体粘牢不易脱落。第
二层涂 Al203可使刀具表
面具有良好的化学稳定
性和抗氧化性能。
目前单涂层刀片已很少应用，大多采用 TiC-TiN复
合涂层或 TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。
4,其它刀具材料 ?以氧化铝或以氮化硅为基
体再添加少量金属，在高温
下烧结而成的一种刀具材料。
?其优点是硬度高，耐磨性、
耐高温性能好，有良好的化
学稳定性和抗氧化性，与金
属的亲合力小、抗粘结和抗
扩散能力强；
?其缺点是脆性大、抗弯强
度低，冲击韧性差，易崩刃，
所以使用范围受到限制；
?可用于钢、铸铁类零件的
车削、铣削加工。
（ 1）陶瓷刀具材料
（ 2）金刚石刀具材料
?碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。
?由于硬度极高, 耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积
屑瘤，可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达
65～ 70HRC的材料。
?也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，
如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加
工或超精加工。
?缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强
烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。
（ 3）立方氮化硼
?立方氮化硼（ CBN） 是一种人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼
在高温、高压下加入催化剂转化而成。
?它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在
1300℃ 时不易起化学反应，导热性好，
摩擦系数低。
?因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。
应当指出，加工一般材料大量使
用的仍是 普通高速钢及硬质合金,
只有在加工难加工材料时，才考虑
选用新牌号合金或高性能高速钢，
在加工高硬度材料或精密加工时，
才考虑选用超硬材料。
习题,2-7,2-8。
四、刀具角度的选择
1.前角 γ O
（ 1） 功用
γ O 刀刃锋利,切屑变形 切削力和切削功率
刀刃和刀尖强度,散热体积 刀具寿命
γo1
Pr γo2
（ 2） 选择 前角大小取决于：工件材料、
刀具材料及加工要求。
?工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反
之应取较小的前角。
?加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。
?刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。
?粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。
2.后角 α o
（ 1） 功用
α o 后刀面与工件的摩擦 后刀面的磨损率
（ 2） 选择 后角大小取决于：切削厚度、
工件材料及工艺系统刚度。
?切削厚度越大，后角越小；?
工件材料越软、塑性越大，后角越大；
?工艺系统刚度较差时，适当减小后角；
3.主偏角 κr 和副偏角 κr′
（ 1） 功用
κr和 κr′ 刀刃强度
表面粗糙度
背向力 Fp
残留面积高度
，散热条件 刀具寿命
，进给力 Ff
kr1 Kr’
kr2
Fp
Ff
（ 2） 选择
?工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反
之取较大值。
?副偏角大小取决于表面粗糙度（ 5° ? 15° )，粗加工时取大值，精加工取小值。
4.刃倾角 λs
（ 1） 功用
（ 2） 选择
主要影响刀头的强度和切
屑的流动方向。
?加工一般钢料和铸铁，无冲击时：
粗车 λs＝ 0° ? － 5°，精车 λs＝ 0° ? +5°；
有冲击时,λs＝ － 5° ? － 15°；
特别大时,λs＝ － 30° ? － 45°。
?切削加工高强度钢、冷硬钢时：
λs ＝－ 30° ? － 45°。
第二节 常用金属切削刀具与砂轮
一、车刀
1,硬质合金焊接式车刀
结构简单、紧凑，抗振
性能好，制造方便使用灵活 。
但刀片易产生应力和裂纹。
车刀是金属切削加工中使用最广泛的刀具, 它可以在
普通车床, 转塔车床, 立式车床, 自动与半自动车床上,
完成工件的外圆, 端面, 切槽或切断等不同的加工工序 。
（ 图 2－ 13） 图 2－ 13
图 2-13 几种常用的车刀
1－ 45°弯头车刀； 2－ 90°外圆车刀； 3－外螺纹车刀； 4－ 75°外圆车刀；
5－成形车刀； 6－ 90°外圆车刀； 7－切断刀； 8－内圆切槽刀； 9－内螺纹
车刀； 10－盲孔镗刀； 11－通孔镗刀
2,硬质合金机夹重磨式车刀
避免焊接引起的缺陷，提高了
刀具耐用度；刀杆可重复使用利用
率较高。但结构复杂、不能完全避
免由于刃磨而可能引起刀片的裂纹。
3.机夹可转位式车刀
1.不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、
硬度和抗弯强度。
2.减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。
3.可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。
图 2－ 16 可转位式车刀的组成
二、孔加工刀具
1,麻花钻
主要用于孔的粗加工，
IT11级以下；表面粗糙度
Ra25μm ~ 6,3 μm 。
1） 麻花钻的构造 图 2－ 18
2） 麻花钻的主要几何参数
（ 1）螺旋角 β 指钻头最外缘处螺旋线
的切线与钻头轴线的夹角 。zP
dtg 0?? ?
图 2－ 18 麻花钻的组成和切削部分
螺旋角对切削过程的影响
β γ f 轴向力和扭矩 切削轻快
切削刃强度和散热条件 刀具寿命
螺旋角的大小不仅影响
排屑情况，而且它就是钻头
的轴向前角 。
标准麻花钻的螺旋角 β=18° ~ 30° 。
黄铜, 软青铜,β=10° ~ 17°
轻合金, 紫铜,β=35° ~ 40°
高强度钢, 铸铁,图 β=10° ~ 15° 2－ 13
（ 2）顶角 2φ
指两主切削刃在与它们
平行的平面上投影的夹角 。
（ 图 2－ 18b）
螺旋角对切削过程的影响
2φ 主切削刃长度 单位切削刃上的负荷及轴向力
钻尖强度
有利于散热，提高钻头耐用度
而扭矩
（ 3）前角 γ o 是在正交平面内测量的
前刀面与基面间的夹角 。
（ 图 2－ 19）
由于钻头的前刀面是螺旋面, 且各点处的基面和正交
平面位置亦不相同, 故主切削刃上各处的前角也是不相同
的, 由外缘向中心逐渐减小 。 在图样上, 钻头的前角不予
标注, 而用螺旋角表示 。
图 2－ 19 麻花钻的几何角度
（ 4）后角 α f 是在假定工作平面内测
量的切削平面与主后刀面之
间的夹角 。（ 图 2－ 19）
为改善切削条件, 并能与切削刃上变化的前角相适应,
而使各点的楔角大致相等, 麻花钻的后角刃磨时应 由外缘
向中心逐渐增大 。
（ 5）横刃角度 横刃角度包括横刃斜角 ψ、
横刃前角 γoψ,和横刃后角 α
oψ。（ 图 2－ 20）
由于横刃前角为负值, 因此横刃的切削条件很差, 切
削时因产生强烈的挤压而产生很大的轴向力 。
对于直径较大的麻花钻, 一般都需要修磨横刃 。
图 2－ 20 横刃切削角度
2,扩孔钻 用于对已钻孔的进一步加工,IT10 ~ IT11级；表面粗糙
度 6,3 ~ 3.2μm 。
（ 1） 扩孔钻的类型
（ 2） 扩孔钻与麻花钻的比较
图 2－ 21
1） 刀齿数多 （ 3～ 4个 ）, 故导向性好, 切削平稳；
2） 刀体强度和刚性较好；
3） 没有横刃, 改善了切削条件 。
因此, 大大提高了切削效率和加工质量 。
3,铰 刀 用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工,IT6 ~ IT8级；
表面粗糙度 1.6 ~ 0.4μm 。
（ 1） 铰刀的类型
（ 2）铰刀 与扩孔钻的比较
图 2－ 22
1） 刀齿数多 （ 6～ 12个 ）, 故导向性好, 切削平稳；
2） 刀体强度和刚性较好 （ 容屑槽浅, 芯部直径大 ） ；
因此, 铰孔的加工质量更好 。
图 2－ 22 铰刀的类型
（ a） 直柄机用铰刀（ b） 锥柄机用铰刀 c） 硬质合金锥柄机用铰刀
（ d） 手用铰刀（ e） 可调节手用铰刀（ f） 套式机用铰刀（ g） 直柄
莫式圆锥铰刀（ h） 手用 1:50锥度铰刀
图 2－ 23 铰刀的结构
三、铣 刀
1,铣刀的几何角度
主要用于平面、台阶、沟槽
和各种成形面的加工 。 （ 图 ）
1）圆柱铣刀 的几何角度 图 2－ 24
前 角 为了便于制造，规定圆柱铣刀的
前角用法平面前角 γn表示。
??? c o son tgtg ?
铣削钢件,γo=10°～ 20°
铣削铸铁件,γo=5°～ 15°
图 铣刀种类
图 2－ 24 圆柱铣刀的几何角度
后 角 圆柱铣刀的后角是用正交平面后角 αo表示。（ 图 ）
粗加工,αo＝ 12°
精加工,αo＝ 16°
螺旋角
圆柱铣刀的螺旋角 β就是其
刃倾角 λ它能使切削刃逐渐切入
和切离工件，而且同时工作齿
数较多，故能提高铣削过程的
平稳性。
粗齿铣刀,β＝ 40°～ 60°
细齿铣刀,β＝ 30°～ 35°
2）端铣刀 的几何角度
端铣刀的每个刀齿类似车刀，有主、
副切削刃和过渡刃。在正交平面系内端
铣刀的标注角度有,γo,αo,kr,k’r和
λs。 图 2－ 25
2,硬质合金端铣刀
图 2－ 25 端铣刀的几何角度
3,铣削方式及合理选用
铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关
系 。 不同的铣削方式对刀具的耐用度, 工件的加工表面粗
糙度, 铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大
的影响 。
（ 1）圆周铣削法（周铣法）
周铣法有两种铣削方式：逆
铣法和顺铣法。
1） 逆 铣
逆铣时, 刀齿的切削厚度从 ac=0至 acmax。 当 ac=0时, 刀齿
在工件表面上挤压和摩擦, 刀齿较易磨损 。 同时, 工件表面受
到较大的挤压应力, 冷硬现象严重, 更加剧刀齿磨损, 并 影响
已加工表面质量 。 此外, 逆铣时刀齿作用于工件上的垂直进给
力 FfN朝上有挑起工件的趋势, 这就 要求工件装夹紧固 。 但是
逆铣时刀齿是从切削层内部开始工作的, 当工件表面有硬皮时,
对刀齿没有直接影响 ；同时作用于工件上的进给力 Ff与其进给
方向相反, 使铣床工作台进给机构中的 丝杠螺母始终保持良好
的右侧面接触, 因此进给速度比较平稳 。 （ 图 ）
铣刀旋转切入工件的方向与
工件的进给方向相反。 （ 图 2
－ 28）
图 2－ 28 逆铣与顺铣
（ a） 逆铣 （ b） 顺铣
2） 顺 铣
顺铣时, 刀齿的切削厚度从 acmax 到 ac=0 。 容易切下切削
层, 刀齿磨损较少, 已加工表面质量较高 。 顺铣法可提高刀具
耐用度 2～ 3倍 。 但在顺铣过程中, 作用于工件上的进给力 Ff与
其进给方向相同, 此时如果铣床工作台下面的传动丝杠与螺母
之间的间隙较大, 则力 Ff有可能使工作台连同丝杠一起沿进给
方向移动, 导致丝杠与螺母之间的间隙转移到另一侧面上去,
引起进给速度时快时慢, 影响工件表面粗糙度, 有时甚至会因
进给量突然增加很多而损坏铣刀刀齿 。 因此, 采用顺铣法加工
时, 要求铣床的进给机构具有消除丝杠螺母间隙的装置 。 此外,
用顺铣法加工时, 要求工件表面没有硬皮, 否则铣刀很易磨损 。
（ 图 ）
铣刀旋转切入工件的方向与
工件的进给方向相同。（ 图 ）
（ 2）端面铣削法（端铣法）
1） 对称铣削
刀齿切入工件与切出工件的
切削厚度 ac相同者称为对称铣削。
（ 图 2－ 29 a）
2） 不对称铣削
刀齿切入时的切削厚度小于
或大于切出时的切削厚度者称为
不对称铣削。（ 图 2－ 29 b c）
图 2－ 29 端面铣削方式
四、拉 刀
1,拉刀的类型
拉削加工质量好，生产率高。
拉刀寿命长，并且拉床结构简单。
但拉刀结构复杂，制造比较麻烦，
价格较高，因而多用于大量和批
量生产的精加工。
图 拉刀的类型
2,拉刀的结构
头部 —— 与机床连接，传递运动和拉力。
颈部 —— 头部和过渡锥连接部分。
过渡锥部 —— 使拉刀容易进入工件孔中，起对准中心的作用。
前导部 —— 起导向和定心作用，防止拉刀歪斜，并可检查拉
削前孔径是否太小，以免拉刀第一刀齿负荷太大而损坏。
切削部 —— 切除全部的加工余量，由粗切齿、过渡齿和精切
齿组成。
校准部 —— 起校准和修光作用，并作为精切齿的后备齿。
后导部 —— 保持拉刀最后几个刀齿的正确位置，防止拉刀即
将离开工件时，工件下垂而损坏已加工表面。
尾部 —— 防止长而重的拉刀自重下垂，影响加工质量和损坏
刀齿。
图 2－ 30
图 2－ 30 圆孔拉刀的结构
1－头部； 2－颈部； 3－过渡圆锥； 4－前导部
5－切削部； 6－校准部； 7－后导部； 8－尾部
3,刀齿几何参数
1）齿升量 af
前、后两刀齿半径或高度之差。
af 影响拉刀强度及拉床负荷；
难以切下很薄的金属层，容易磨损刀齿，加工
表面也不光洁
af
粗切齿,af=0.02~ 0.20mm
精切齿, af=0.005 ~ 0.015mm
图 2－ 31
2）齿距 p 相邻两刀齿之间的轴向距离。
确定齿距的大小时，应考虑拉削
的平稳性及足够的容屑空间。
粗切齿的齿距按经验公式计算：
? ? lp 5.1~25.1?
过渡齿的齿距,
精切齿的齿距,
pp ＝过
当 p>10mm时,? ? pp 8.06.0 ～＝
精
当 p≤10mm时,pp ?
精
（ 便于制造）
图 2－ 31
图 2－ 31 拉刀切削部分的主要几何参数
3）前角 γ o 根据工件材料选择 。
4）后角 α o
为使刀齿前刀面重
磨之后，直径变小较慢，
以及延长拉刀的使用寿
命，拉刀的后角应取较
小值 。
5）刃带宽度 ba1 其作用是制造时便
于控制刀齿直径、保持
切削过程的稳定性和重
磨后保持直径不变 。
图 2－ 31
4,拉削方式
1） 分层式拉削
2） 分块式拉削
可获得较高的表面
质量，但拉刀长度较长，
生产率较低 。（ 图 ）
拉刀长度短，生产
率高，但拉刀结构复杂，
制造困难，拉削后的工
件表面比较粗糙 。（ 图 ）
3） 综合式拉削 综合了上述两种拉
削方式的优点，拉刀短，
生产率高，加工表面也
较光洁。（ 图 ）
分层式拉削
分块式拉削
综合式拉削
五、齿轮刀具
1,齿轮刀具的类型
（ 1） 成形法齿轮刀具
（ 2） 展成法齿轮刀具
图 2－ 32
利用齿轮的啮合原
理加工齿轮 。 常用的展
成法齿轮刀具：滚齿刀、
插齿刀、剃齿刀等
图 2－ 32 成形齿轮铣刀
2,插齿刀
（ 1）插齿刀的基本工作原理 图 2－ 33
（ 2）插齿刀的结构特点
（ 3）插齿刀的选用
图
图 2－ 33 插齿刀的基本工作原理
2,齿轮滚刀
（ 1）齿轮滚刀的工作原理
（ 2）齿轮滚刀的基本蜗杆
（ 3）齿轮滚刀的选用
图 2－ 35
图 2－ 36
图 2－ 35 齿轮滚刀的工作原理
图 2－ 36 齿轮滚刀的基本蜗杆与刀刃位置
六、砂 轮
1,磨 料 直接担负切削工作 。
2,粒 度 磨料颗粒的大小 。
粒度对加工表面粗糙度和磨削生产率影响较大 。
粗磨用粗粒度 （ 30＃ ～ 46＃ ）
精磨用细粒度 （ 60＃ ～ 120＃ ）
磨削硬度低, 塑性大的工件材料和磨削面积较大时,
为避免砂轮堵塞, 可采用粗粒度的砂轮 2－ 13
3,硬 度 指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下
脱落的难易程度 。
工件材料较硬时, 选用较软的砂轮；
工件与砂轮接触面积大, 工件的导热性差时, 选用较
软的砂轮；
精磨或成形磨削, 选用较硬的砂轮；
粗磨时应选用较软的砂轮 。
4,结合剂 将磨料粘结一起，使砂轮具有必要的形状
和强度的材料 。
5,组 织 指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的体
积比例关系 。
组织号越大, 磨粒所占体积越小, 表明砂轮越疏松 。
这样, 气孔就越多, 砂轮不易被切屑堵塞, 同时可把冷却
液或空气带入磨削区, 使散热条件改善 。
6,砂轮的形状、尺寸及代号
第四节 金属切削机床的基本知识
一、机床的分类及型号
1,机床的分类
机床的品种规格繁多, 为便于区别, 使用和管理, 必
须加以分类 。 对机床的分类方法有以下几种：
钻 床
按加工性质、所用
刀具和机床用途分
齿轮加工机床
螺纹加工机床
铣 床
刨 插 床
镗 床
磨 床
拉 床
特种加工机床
锯 床
车 床
其它机床
按机床的通
用性程度分
通用机床
专门化机床
专用机床
按机床工
作精度分
普通机床
精密机床
高精度机床
2,机床的技术参数与尺寸系列
机床的技术参数是表示机床的尺寸大小和加工能力的
各种数据, 一般包括：主参数, 第二主参数, 主要工作部
件的结构尺寸, 主要工作部件的移动行程范围, 各种运动
的速度范围和级数, 各电机的功率, 机床轮廓尺寸等 。
3,机床的型号编制
C A 6 1 40
类别代号（车床类）
结构特性代号（结构不同）
组别代号（落地及卧式车床组）
系别代号（卧式车床系）
主参数代号（最大工件回转直径 400mm）
举例：
二、机床的运动
1,工件表面的形成方法
1）机械零件上常见的表面（ 图 2－ 48）
2）零件表面的形成（ 图 2－ 49）
形成发生
线的方法
轨迹法（ 图 2－ 50a）
成形法（ 图 2－ 50b）
相切法（ 图 2－ 50c）
展成法（ 图 2－ 50d）
是一条母线沿一条导线运
动而形成 。 母线和导线统
称为表面发生线。
图
图 2－ 48 机械零件上常见的表面
图 2－ 49 零件表面的形成
图 2－ 50 形成发生线所需的运动
1－刀尖或切削刃； 2－发生线； 3－刀具轴线的运动轨迹
2,机床的运动
就机床上运动的功能来看, 可区分为表面成形运动,
切入运动, 分度运动, 调位运动和其它运动等 。
（ 1） 表面成形运动 是保证得到工件要求的表面形状的运动。它是机床
上最基本的运动，是机床上
的刀具和工件为了形成表面
发生线而作的相对运动。例
如图 2－ 50（ a） 中的 A1和 A2。
（ 2） 切入运动 使刀具切入工件表面一
定深度，以使工件获得所需
的尺寸。
（ 3） 分度运动 工作台或刀架的转位或
移位，以顺序加工均匀分布
的若干个相同的表面或使用
不同的刀具作顺次加工。
（ 4） 调位运动 根据工件的尺寸大小，
在加工之前调整机床上某些
部件的位置，以便于加工。
（ 5） 其它运动
如刀具快速趋近工件或
退回原位的空程运动，控制
运动的开、停、变速、换向
的操纵运动等。
三、机床的传动
1,机床传动的组成
（ 1）执行件 是执行机床运动的部件，如
主轴、刀架、工作台等，其任务
是装夹刀具或工件，直接带动它
们误差一定形式的运动（旋转或
直线运动），并保证运动轨迹的
准确性。
为了实现加工过程中所
需的各种运动，机床必须有
执行件、运动源和传动装置
三个基本部分。
（ 2）运动源 是为执行件提供运动和动力
的装置，如交流异步电动机、直
流或交流调速电动机和伺服电动
机等。
（ 3）传动装置
（传动件） 是传递运动和动力的装置，通过它将运动和动力从动力源传
至执行件，使执行件获得运动速
度和方向的运动，并使有关执行
件之间保持某种确定的相对运动
关系。
2,传动链
机床上为了得到所需的运动, 需要通过一系列的传动
件把执行件与运动源 （ 如把主轴和电机 ）, 获者把执行件
和执行件 （ 例如主轴和刀架 ） 之间联系起来, 称为传动联
系 。 构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件, 称为
传动链 。
（ 1）外联系传动链 它是联系运动源（如电动机）
和机床执行件（如主轴、刀架、工作
台等）之间的传动链，使执行件得到
运动，而且能改变运动的速度和方向，
但不要求运动源和执行件之间有严格
的传动比关系。（ 图 ）
图 2－ 51 车床的传动原理图
（ 2）内联系传动链
当传动链的两个末端件的转角或
移动量之间有严格的比例关系要求时，
该传动链称为内联系传动链。（ 图 ）
3,传动原理图
用一些简单的符合表示各执行件、
运动源之间传动联系的图形，称为传
动原理图。（ 图 ）
4,转速图 用来表达传动系统中各轴转速的变化规律和传动副速比的图形，称为转速
图。它可以用来拟定新的传动系统，也
可以用来对现有的机床传动系统进行分
析和比较。（ 图 2－ 52）
图 2－ 52主运动传动链的传动路线表达式（传动结构式）
－Ⅳ（主轴）－Ⅲ－－Ⅱ－Ⅰ－电动机
?
?
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??
72
18
30
60
62
22
42
42
48
24
30
30
36
36
2 5 6
1 2 6
m i n/1 44 0 ?
?
r
图 2－ 52 某车床主运动转速图
5,传动系统图 图 2－ 53
6,运动平衡式 为了表达传动链两个末端件计
算位移之间的数值关系，常将传动链
内各传动副的传动比相连乘组成一个
等式，称为运动平衡式。
m i n/710
30
60
48
42
48
24
256
126m i n/1 4 4 0 rr ?????
图 2－ 53 主运动传动系统图
第五节 车 床
一,CA6140卧式车床
1,CA6140卧式车床的组成和主要技术参数
车床主要用于加工各种回转表面, 如内外圆柱面,
圆锥面, 成形回转面, 端平面和各种内外螺纹面等 。
（ 图 2－ 54）
2,传动系统 图 2－ 56
图 2－ 54 卧式车床的典型加工工序
图 2－ 56 CA6140型卧式车床传动系统图
二、立式车床和单轴自动车床
1,立式车床 图 2－ 57
2,单轴自动车床
图 2－ 57 立式车床
1－底座； 2－工作台； 3－侧刀架； 4－立柱； 5－垂直刀架； 6－横梁； 7－顶梁
第六节 齿轮加工机床
按形成轮齿的原理可分为成形法和展成法两大类 。
成形法加工出来的渐开线齿廓是近似的, 加工精度
低, 且生产率低 。 因此主要用于单件小批和加工精度要
求不高的修配行业 。
展成法的加工精度和生产率较高, 因而在齿轮加工
机床中应用最为广泛 。 属于展成法的有滚齿, 插齿, 剃
齿, 珩齿, 磨齿等
一、滚齿机
1,滚齿原理
依照交错轴螺旋齿轮啮合原理。
滚齿时的成形运动是滚刀旋转运动和工
件旋转运动组成的复合运动，这个复合
运动称为展成运动。再加上滚刀沿工件
轴线垂直方向的进给运动，就可切出整
个齿长。（ 图 2－ 59）
2,滚切直齿圆柱齿轮 图 2－ 60
（ 1）展成运动传动链
滚刀（ B11）－ 4－ 5－ ux
－ 6－ 7－ 工作台（ B12）
（ 2）主运动传动链 电动机 － 1－ 2－ u
v－ 3－ 4
－ 滚刀（ B11）
（ 3）轴向进给运动传动链 工作台（ B12） － 7－ 8－u
f－ 9－ 10－ 刀架 （ A2）
图 2－ 59 滚齿原理
1－滚刀； 2－工件
图 2－ 60 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图
3,滚切斜齿圆柱齿轮
（ 1）机床的运动和传动原理图
（ 2）差动运动传动链
刀架（ A21）－ 12－ 13－
uy－ 14－ 15－（ 合成）－ 6－
7－ ux － 工作台（ B22）
图 2－ 61（ b）
图 2－ 61 （ a）
4,Y3150型滚齿机
图 2－ 60 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图
二、插齿机
1,插齿原理
插齿机加工原理类似一对圆柱齿轮相
啮合，其中一个是工件，另一个是具有齿
轮形状的插齿刀。（ 图 2－ 64）
（ 1）展成运动传动链
2,插齿机的传动原理
（ 2）主运动传动链
（ 3）圆周进给运动传动链
插齿刀转动 － 蜗杆副 B－
9－ 8－ 10－ ux－ 11－ 12－ 蜗杆
副 C－ 工作台
电动机 M－ 1－ 2－ uv－ 3－ 4－ 5
－ 曲柄偏向盘 A－ 插齿刀主轴
曲柄偏心盘 A－ 5－ 4－ 6－ uf－ 7
－ 8－ 9－ 蜗杆副 B－ 插齿刀转动
图
图 2－ 64 插齿原理及所需运动
第七节 其它各类机床
一、磨 床
用磨料、磨具（砂轮、砂带、油
石、研磨料）为工具对工件进行切削
加工的机床，统称为磨床。
磨床主要用于零件精加工, 尤其是淬硬钢和高硬度
材料零件的精加工 。
1,外圆磨床
（ 1） M1432A型万能外圆磨床
（ 2）无心外圆磨床
2,平面磨床
二、铣 床
三、刨床和拉床
四、钻床和镗床
第九节 机床夹具
一、概 述 为了加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机
床上或解决中。
1,工件的装夹
（ 1）装夹的目的 实现工件的定位与夹紧
定位,使工件在机床或夹具中占有 正确位置 的过程。
夹紧,工件定位后将其固定，使其在加工过程中 保持定
位位置不变 的操作。
（ 2）装夹的方法
1）直接找正装夹
效率低，找正精度
较高；适用单件小
批量中形状简单的
工件。
3） 夹 具 装 夹
2）划线找正装夹
通用性好，但效率
低，精度不高；适
用于单件小批量中
形状复杂的铸件。
操作简单，效率高，
容易保证加工精度，
适用于各种生产类型 。
2,机床夹具的用途
机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的
一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于
机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。（ 图 ）
3,机床夹具的分类
按夹具的应用
范围和特点分
通用夹具
专用夹具
可调夹具和成组夹具
专用夹具
图 2－ 99 尾座套筒铣键槽夹具
1－油缸； 2－杠杆； 3－拉杆； 4－压板； 5－夹具体
6－对刀装置； 7－定向键； 8－ V形块； 9－限位螺钉
4,机床夹具的组成
机床夹具的组成
定位元件
夹紧装置
对刀、引导元件
其它装置或元件
夹具体
连接元件
二、基准及其分类
基准 定位基准
工序基准
装配基准
测量基准
设计基准
工艺基准
用于确定零件上
其它点、线、面
位置所依据的那
些点、线、面。
设计图样上所采
用的基准就是设
计基准。（ 图 ） 在加工时用于工件
定位的基准，称为
定位基准。（ 图 ）
1、粗基准
2、精基准
3、辅助基准
4、主要基准
5、附加基准
在加工中或加工
后用来测量工件
时采用的基准
在装配时用来确定零
件或部件在产品中相
对位置所采用的基准在工序图上使用的基准。
加工、测量、
装配过程中使
用的基准。
图 2－ 102 钻套的设计基准
图 2－ 103 齿轮的装配基准
图 2－ 104 工件钻孔工序简图
三、工件在夹具中的定位
?设计合理的定位方法、定位装置
?有足够的定位精度
六点定位原理
定位的任务
定位的原理
1,六点定位原理
用 适当分布的六个支承点 消除
工件的六个自由度，使工件在夹具
中位置完全确定，这个原理称为六
点定位原理。 （ 图示 ）
图 2－ 105 工件在空间的自由度与工件六点定位
工件限制几个、限制哪几个自由度
完全取决于加工技术要求。（ 图示 ）
限制自由度与加工
技术要求的关系
完全定位与
不完全定位
定位与夹紧的区别
?定位是工件在夹具中获得正确的位置
?夹紧是保证定好的位置不因外力的作
用而发生改变
? 完全定位 —— 工件的六个自由度全
被限制的定位方式。
?不完全定位 —— 按照技术要求，工
件的六个自由度没有被全部限制的
定位方式。
图 2－ 107 完全定位与不完全定位
?欠定位 —— 应该消除的
自由度没有消除，不允许。
?过定位 —— 几个支承点重复
限制某个自由度，一般不允
许，应用是有条件的。（ 图 ）
欠定位与过定位
正确配置支承点
正确处理过定位 ?提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度；
?改变定位元件的结构。
（ 如图 ）
?一般按三、二、一布置。
?主要定位表面受力面积
越大越好。
图 2－ 108 常见的几种过定位实例
图 改善过定位的措施
2、支承点与定位元件
在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点是由
对工件起定位作用的定位元件如支承钉、支承板、圆
柱销等来体现的。一个定位元件可以体现一个或多个
支承点。某一定位元件相当支承点的数目，由该定位
元件限制的工件自由度数来判断。（ 图示 ）
常见定位方式中的定位元件所限制的自由度
和相当的支承点数见 表 2－ 14。
图 3－ 12 连杆的定位
1－定位销 2－支承板 3－圆柱销 4－工件
应该限制五个自由度：
2、六点定位原理应用举例
1）、在长方体工件上铣通槽
2）、在长方体工件上铣不通槽
O X
Y
Z
应该限制六个自由度,;Y? ;Z? ;X? ;Y? ;Z?
不完全定位;;;;;; ZYXZYX ??????
完全定位
应该限制一个自由度,
3）、在球面上铣平面
4）、在车床上车外圆
O X
Y
Z
应该限制四个自由度：
Z?
不完全定位;;;; ZYZY ????
不完全定位
分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？
1）车光轴外圆
2）车套筒外圆
起传动作用，不起定位作用
起夹紧作用，不
起定位作用
ZYX ??? ;;
ZY ??;
X? ZYZY ???? ;;;
分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？
3） 车光轴外圆的三种安装方式。
a)
b)
c)
ZYZY ???? ;;;
ZY ??; ZY??;
ZY ??; ZY ??;
X?
四、工件的夹紧
（一）夹紧装置
由动力装置和夹紧
机构两大部分组成
图 2－ 110 夹紧装置组成示例
1－气缸（动力装置） 2－压板（夹紧机构）
3－弹簧销 4－偏心轮 5－调整螺钉
1.夹紧装置的组成
2,夹紧装置的基本要求
（ 1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；
（ 2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不
转动、不振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形；
（ 3）夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力；
（ 4）结构应尽量简单，制造、维修要方便。
2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位（ 图 2－ 112）。
1）夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的
支承平面内（ 图 2－ 111）；
3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减小切削力对夹紧
点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形（ 图 ）。
1,确定夹紧力作用点的原则
（二）夹紧力的确定
图 2－ 111 夹紧力作用点的选择
1－夹具体 2－工件 3－定位支承
图 2－ 112 夹紧力作用点对工件变形的影响
图 2－ 113 薄壁件的夹紧
图 夹紧点靠近加工表面
2,确定夹紧力作用方向的原则
1）夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，以保证
工件定位准确可靠（ 图 2－ 114）
2）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件
变形（ 图 3－ 15）
3）夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向
一致，以减小夹紧力
图 2－ 114 夹紧力垂直指向主要支承面
图 2－ 115 夹紧力方向与工件刚性关系
3, 夹紧力的计算
一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，需对夹紧力
进行计算，而采用手动夹紧机构时，常根据经验或类比法确
定所需的夹紧力。
（三 ） 典型夹紧机构
