金属切削加工：金属切削加工

金属切削加工
一, 切削加工
用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，获得
几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生
产方法。
二、零件的加工质量
1,加工精度
尺寸精度：
形状精度：
位臵精度：
IT01,IT0…IT6, IT7,IT8…IT18
圆柱度、平面度、平面度等
平行度、垂直度、平行度等
2,表面质量
表面粗糙度：
表面加工硬化的程度和深度
表面残余应力的大小和性质
Ra
§ 1 切削加工的运动分析及切削要素
第一章 金属切削加工基础知识
一, 零件表面的形成
平面、外圆面、内圆面（孔）、锥面、曲面（成形面）
二、切削运动
为了形成零件表面形状,刀具与工件之间的相对运动 。
1,主运动,切下切屑最主要的运动。
特点,在整个运动系统中 — 速度最高、消耗的功
率最大。 主运动 只有一个。
2,进给运动,
使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。
特点,速度低、消耗的功率小。有一个或多个。
3,零件上的三个表面
已加工表面
加工表面
待加工表面
n
f
已加工表面加工表面待加工表面
三、切削要素
1,切削用量三要素
1）切削速度（ v） m/s
在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。
d w d m
601 0 0 0 ??
ndv w?
601 0 0 0
2
??
rLnv
旋转运动,（ m/s）
往复直线运动,（ m/s）
2）进给量（ f） （ mm）
在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿
进给运动方向的相对位移。
单位时间的进给量 — 进给速度（ vf）
nfv f ??
（ mm/s）
d md w
f
n
3）切削深度（ ap）（ mm）
2
mw
p
dda ?? （ mm）
2,切削层几何参数
切削层 — 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。
即两个相邻加工表面之间的那一层金属。
12
f
a p
Kr
f
a pKr
1)切削厚度（ ac） （ mm）
两相邻加工表面之间的垂直距离。
f
a pKr
rc kfa s in??
（ mm）
2)切削宽度（ aw） （ mm）
沿主刀刃度量的切削层的长度。
r
p
w k
a
a
s in
? （ mm）
3)切削面积（ AC） （ mm2）
wcpC aaafA ????
（ mm2）
§ 2 金属切削刀具
一、刀具的组成
切削部分
（刀头）
夹持部分（刀体）
前刀面：
主后刀面：
副后刀面：
主刀刃
副刀刃
刀尖
切屑流出 所经过的表面。
刀具上与工件的加工表面相对的表面。
刀具上与工件的已加工表面相对的表面。
二、刀具材料
1,对刀具材料的基本要求
⑴ 较高的硬度。 一般要求在 HRC 60以上。
⑵ 有足够的强度和韧性。
⑶ 有较好的耐磨性。
⑷ 较高的耐热性。
⑸ 有较好的工艺性。
2,常用刀具材料
⑴ 碳素工具钢
C= 0.7~1.4%； T8,T10,T10A,T12等
HRC≈61~65
特点
a,淬火后硬度高； HRC≈61~65
b,价格低；
ｃ,耐热温度低；
ｄ,淬火后应力、变形大。
250~300℃
应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。
⑵ 合金工具钢
Me<5% ； 9SiCr,CrWMn等。
HRC≈61~68
耐热温度 — 350~400℃
应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板牙、丝锥等。
⑶ 高速钢
高合金钢。 W=6~20%； Cr=3.8~4.4%； V=1.0~4%
HRC≈62~69 耐热温度 — 600℃ V=20~30（ m/min）
应用：各种形状复杂的刀具。
如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。
⑷ 硬质合金
碳化物 +粘结剂 —— 粉末冶金
碳化物,WC,TiC,TaC,NbC 粘结剂,Co
HRC≈76~84 耐热温度 — 1000℃
允许的切削速度是高速钢的 4~10倍。
① 钨钴类（ YG）,WC+Co
韧性好、硬度低，切削韧性材料时耐磨性较差。
适于加工铸铁、青铜等脆性材料和粗加工。
② 钨钴钛类（ YT）,WC+TiC+Co
硬度高、耐磨性好、耐热性好，但韧性较差 。
适于加工韧性材料和精加工。
⑸ 陶瓷材料 主要成分是 Al2O3
HRC≈93~94 耐热温度 — 1200~1450℃
主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高
强度钢及冷硬铸铁等材料。
人造金刚石、立方氮化硼等刀具材料
三、刀具几何形状
1,三个辅助平面
① 基面
d w d m
n
f
过主刀刃上一点，与
该点切削速度方向相
垂直的平面。
② 切削平面
过主刀刃上一点，与该点
加工表面相切的平面。
切削平面
③ 主剖面
主剖面
过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相
垂直的平面。
2,刀具的主要标注角度
d w d m
n
f
切削平面
主剖面
1) 前角（ ?0）
前刀面和基面
之间的夹角。
在主剖面内度量。
?0
2）后角（ ?0）
主后刀面和切削平
面之间的夹角。
在主剖面内度量。
?0
3）主偏角（ kr）
4）副偏角（ kr’ ）
kr
Kr’
5）刃倾角（ ?S）
主切削刃与基面之间的夹角。 在切削平面内度量
3,刀具的工作角度
4,刀具的结构形式
1）焊接式车刀
2）机加重磨式车刀
3）机加可转位式车刀
四、刀具角度对加工过程的影响
1,前角（ ?0）
作用
① 减小切屑的变形；
② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
所以 ?0,
a,减小切削力和切削热；
b,减小刀具的磨损；
c,提高工件的加工精度和表面质量。
?0
选择：
加工塑性材料和精加工 — 取大前角（ ）?0
加工脆性材料和粗加工 — 取小前角（ ）?0
前角（ ?0）可正、可负、也可以为零。
高速钢车削碳钢,?0=200~300
硬质合金车削碳钢,?0=100~200
2,后角（ ? 0）
作用,减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力 。
所以 ? 0
a,减小切削力和切削热；
b,减小刀具的磨损；
c,提高工件的加工精度和表面质量。
?0
?0
选择：
加工塑性材料和精加工 — 取大后角（ ）? 0
加工脆性材料和粗加工 — 取小后角（ ）? 0
后角（ ? 0）只能是正的。
精加工,? 0= 80~120
粗加工,? 0= 40~80
3, 主偏角（ kr）
改善切削条件，提高刀具寿命 。作用：
减小 kr,当 ap,f 不变时，则 aw, ac —
使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
n
f
d w d m
kr
kr’
a p
选择
系统刚性好：取较小的 kr。 100~300,450。
系统刚性差：取较大的 kr。 600,750,900。
但减小 kr Fy,
Fx,加大工件的变形
挠度，使工件精度降
低。同时，容易引起
系统振动。
4, 副偏角（ kr’ ）
最终形成已加工表面 。作用：
选择：在不产生振动的前提下，取小值。
Kr’, 使已加工表面残留密集的高度减小，降低工
件的表面粗糙度。
5, 刃倾角（ ?S ）
作用
① 影响切削刃的锋利程度；
② 影响切屑流出方向；
③ 影响刀头强度和散热条件；
④ 影响切削力的大小和方向。
选择：
粗加工：可取零或负（ ?S =0,- ?S ）
精加工：取 正（ +?S）
§ 3 金属切削过程
金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程。
一、切屑的形成过程及切屑的种类
1,切屑的形成过程与切屑变形
F
450
O
M A
B
F
O
M A
B
o
M
Lc
a c
ac h
切屑的变形程度用
变形系数 ?表示。
? = Lc/Lch=ac h/ac>1
影响切屑变形的因素：
① 刀具角度,?0 ?
② 切削速度,v ?
③ 材料塑性,? ?
④ 刀具与切屑之间的摩擦系数, 。?
2,切屑的种类
1) 带状切屑
特征：内表面光滑，外表面
呈毛茸状。
形成条件：塑性材料、速度中等、较大的 ?0,较小的 f 和 ap。
2) 节状切屑
特征：内表面有时有裂纹，
外表面呈锯齿状。
形成条件：中等硬度的塑性材料、速度
较低、较小的 ?0,较小的 f 和 ap。
3) 崩碎状切屑
特征：不规则的碎块状。
形成条件：脆性材料。
二、积屑瘤
在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面
上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属 — 称为积屑瘤。
1,积屑瘤的形成
o
M
滞留层
1) 积屑瘤的形成过程
2) 积屑瘤的形成条件
① 工件材料：塑性材料；
② 切削速度：中等（ 10~50m/min），温度约 300℃ ；
③ 刀具角度,?0 偏小；
④ 冷却条件：不加切削液。
2,积屑瘤对加工过程的影响
有利 ① 使 ?0 增大，使切削过程变得轻快。② 可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。
所以：粗加工时可以利用。
3,积屑瘤的抑制
不利
① 积屑瘤不稳定，易引起振动，使 Ra 增大。
② 会引起 ap的变化，使加工精度降低。
所以：精加工时应尽量避免。
① 利用 切削液 ；
② 控制切削速度；
③ 加大刀具前度 ?0 ；
④ 对工件进行正火、调质处理，降低 ?,ak。
三、切削力和切削功率
1,切削力
1) 切削力的构成
o
M
① 材料的弹性变形和塑性抗力；
② 切屑、工件表面与刀具的摩擦力。
2) 切削力的分解
刀具切削工件时作用在
刀具或工件上的力。
将 Fr沿速度方向、轴向和径向三个相互
垂直的发现分解为 Fz,Fx,Fy。
F弹、塑 F摩 1
F摩 2
Fr
① 主切削力（切向分力） Fz
Fz
是 Fr在切削速度方向上的分力。
主切削力占总切削力的 80%~90%，
消耗的功率占总功率的 95%以上。
是计算机床动力及主要传动零件强
度和刚度的依据。
② 进给抗力（轴向分力） Fx
Fx
是 Fr在进给方向上的分力。
消耗的功率仅占总功率的 1~5%。是设计和计
算进给机构零件强度和刚度的依据。
③ 切深抗力（径向分力） Fy
是 Fr在切削深度方向上的分力。
Fr
Fz
Fx
Fy
FX,Y
3) 影响切削力的因素
② 工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好,Fr越大。
① 切削用量,ap, f 增大,Fr越大。
③ 刀具角度,增大 ?0, Fr 减小；增大 kr, Fy减小,Fz增大。
④ 冷却条件：加切削液,Fr 减小。
4) 切削力的估算
生产中常用单位切削力 p 估算切削力的大小。
单位切削力 — 切削单位面积所需要的切削力。 单位,N/MM2
pafpAcpFz ?????
（ N）
2,切削功率（ Pm）
vFzPm
vFxvFzPm f
??
????
（ W）
（ W）
四、切削热和切削温度
1,切削热的来源与传散
1) 切削热的来源
a, 切屑变形所产生的热；
b, 切屑与前刀面之间的摩擦；
c, 工件与后刀面之间的摩擦。
切屑：
介质：
工件：
刀具：
50~80%
1%
40~10%
9~3%
2) 切削热的传散
2,切削温度及其影响因素
切削温度 — 切削区的平均温度。
切削区 — 切屑、工件、刀具相接触的区域。
影响切削温度的因素：
② 工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好，
切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。
③ 刀具
④ 冷却条件：加切削液，切削温度降低。
刀具角度,增大 ?0,切削温度降低；减小 kr, kr’,
切削温度降低。
刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。
① 切削用量：, 愈大，切削温度愈高。但 的影响
最大, 次之,最小。
v f pa v
f
pa
3,切削液
在切削过程中，正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、
减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。
1) 切削液的作用
a, 冷却作用：
b, 润滑作用：
c, 洗涤与排屑作用：
d, 防锈作用：
2) 切削液的种类
② 乳化液：乳化油 +水；呈乳白色。应用最广泛。
③ 切削油：矿物油；润滑作用。
① 水溶液：水 +防锈剂等；呈透明状。
3) 切削液的选用
粗加工：以冷却为主。 如水溶液、低浓度的乳化液等。
精加工：以润滑为主。 高浓度的乳化液、切削油等。
五、刀具磨损和刀具耐用度
1,刀具磨损
1) 刀具磨损形式
① 后刀面磨损：
VB
这种磨损一般发生在切削脆性材料或以较小的切
削厚度（ ac<0.1mm） 切削塑性材料的条件下。
② 前刀面磨损,KT
这种磨损一般发生在以较大
的切削厚度（ ac>0.5mm）
切削塑性材料的条件下。
③ 前后刀面同时磨损,KT
VB
这种磨损一般发生在以中等
切削厚（ ac=0.1~0.5mm）
切削塑性材料的条件下。
由于多数情况下，后刀面都有磨损，它的
磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对
方便，所以一般都用后刀面的磨损高度 VB来
表示刀具的磨损程度。
2) 刀具的磨损过程
VB
tO
A
B
C
初期磨损阶段
正常磨损阶段
急剧磨
损阶段
① 初期磨损阶段 (OA),
磨合阶段
② 正常磨损阶段 (AB),
③ 急剧磨损阶段 (BC),
所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶
段之前刃磨刀具。
判断刀具钝化的方法：
① 观察法：
② 测定（限定）刀具后刀面的磨损高度 VB：
精加工,VB = 0.1~0.3mm
粗加工
粗车中碳钢,VB = 0.6~0.8mm
粗车合金钢,VB = 0.4~0.5mm
但 VB的测量 a.须经验丰富；
b.影响生产率。
所以：在数控机车、加工中心得到广泛应用。
③ 规定刀具使用时间,— 刀具耐用度。
2,刀具耐用度（ T）
指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间。
刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。
如粗加工,硬质合金车刀,T = 60min
高速钢钻头,T = 60~120min
3.影响 刀具磨损与刀具耐用度的因素
75.05.25
p
T
afv
GT ?
① 切削用量：,, 愈大,刀具磨损加剧。但
影 响最大,次之,最小。
v vf pa
f pa
② 工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料的
导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具耐用度。
③ 刀
具
④ 冷却条件：合理使用切削液，可降低切削温度降低、减小
摩擦，提高刀具耐用度。
a,刀具角度,增大 ?0, ?0，可减小切屑变形、减
小摩擦，从而减小刀具磨损，提高刀具耐用度。
b.刀具材料：耐磨性、耐热性愈好，刀具耐用度愈高。
§ 4 材料的切削加工性
60v
Tv
Tv
材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。
一、衡量材料切削加工性的指标
2.相对加工性 kr
1.一定 刀具耐用度下的切削速度
当刀具的耐用度为 T时，切削某种材料所允许的切削速度。
材料的切削加工性越好。
Tv
若 T = 60min，则
60v60v
各种材料 与 45钢（正火态） 之比值。
60v jv )( 60
若把 45钢的 作为基准，写为
j
r v
vk
)( 60
60?
1?rk
1?rk
材料具有良好的切削加工性。
材料的切削加工性较差。
常用材料的切削加工性分为八级
P27，表 1-11
3.已加工表面质量
5.切削力
4.切屑的控制或断屑的难易
凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好；
反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。
凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；
反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡
量指标。
在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削
加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机床刚
性或动力不足时，常以此为衡量指标。
二、影响材料切削加工性的因素
1.物理性能
2.材料的力学性能
材料的导热性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈
高，材料的切削加工性愈好。
材料的 强度、硬度 愈高，切削力愈大，切削温度愈高，
刀具磨损加剧,— 切削加工性愈差。
材料的 塑性、韧性 愈高，切削时切屑的变形加大，摩擦
力提高，切削力愈大，切削温度愈高，刀具磨损加
剧,— 切削加工性愈差。
二、改善材料切削加工性的途径
1.调整材料的化学成分
2.热处理
在钢中加入 S,Pb 等元素，可有效的改善材料的切削
加工性。 ——, 易切削钢”。
高碳钢 —— 退火
低碳钢 —— 正火
第二章 切削加工方法
§ 1 车削加工
车削 — 用车刀在车床上加工工件的工艺过程。
加工精度,IT8~IT7，表面粗糙度,Ra=1.6~6.3um
主运动 — 工件 的 旋转 运动。
进给运动 — 刀具 的 直线 运动。
所以：车削加工适宜各种回转体表面的加工。
普通车床 — 适于各种中、小
型轴、盘、套类零件的单件、
小批量生产。
转塔式六角车床 — 适于加工
零件尺寸较小、形状较复杂的
中、小型轴、盘、套类零件。
立式车床 — 适于直径较大、
长度较短的重型零件。
（ L/D=0.3~0.8）
数控车床 — 适于多品种、小
批量生产复杂形状的零件。
一、工件装夹的方法
1.卡盘装夹
适用于 L/D ? 4的工件。
2.顶尖装夹
适用于 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
跟刀架、中心架、花盘等。
二、车削加工的应用
?pa ?f ?v1.车 外圆面
2.车内园面（车床上镗孔）
3.车端面、切槽、切断
粗车：
精车：
?v ?f ?pa
① 实体零件,钻孔 — 车（镗）
扩、铰
② 已铸出、锻出孔,镗孔
4.车锥面
D d
l
?1) 转动小刀架法
2) 成形刀法
3) 偏移尾架法
4) 靠模尺法
可加工内外圆锥面，且不受
工件锥角大小的限制。
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。
可加工较长的锥面，但不能加
工锥孔及锥角较大的锥面。 08??
适用于大批量生产，可加工内外锥面。 012??
5.车成形面
1) 双手控制法
2) 成形刀法
3) 靠模尺法 (轨迹法）
6.车螺纹
7,滚花
二、车削的工艺特点
1,易于保证各表面的位置精度。
2,加工过程平稳。
3,适合有色零件的精加工。
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。
§ 2 钻、扩、铰、镗削加工
一、钻削加工
钻削加工 — 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）
钻床
台式钻床
立式钻床
摇臂钻床
1,钻头
柄部（尾部） — 夹持
颈部 — 连接（过渡）作用
工作部分 导向部分 — 导向作用
切削部分 — 担负主要的切削工作
2,钻削用量
钻削深度,
pa
2
w
p
da ?
f进给量,
钻削速度,v
601 0 0 0 ?
? ndv w?
（ m/s）
L
柄部工作部
分
颈部
导向部分切削部分
3,钻削工艺特点
1) 钻孔时钻头易产生, 引偏,
,引偏, 方式
① 轴线引偏 — 刀具旋转 — 钻床上钻孔
② 孔径扩大 — 工件旋转 — 车床上钻孔
,引偏, 原因 ① 横刃的存在② 钻头的刚性和导向性差
防止, 引偏, 的措施：
① 预钻锥形定心坑；
② 采用钻套导向钻孔；
③ 刃磨时，应尽量使两个主刀刃对称一致。
2) 排屑困难
3) 散热条件差
① 使工件表面质量降低；
② 卡死、甚至折断钻头。
钻削产生的热量大部分集
中在工件和钻头中，而且
不易传散出去。使刀具磨
损加剧。
4,钻削的应用
钻孔主要用于粗加工。如螺钉孔、油孔、内螺纹底孔等。
单件、小批生产中、小型工件上的 小孔（ D<13mm）,
常用台式钻床加工。
中、小型工件上 较大的孔（ D<50mm）,常用立式钻床加工。
大型工件上的孔,则采用摇臂钻床加工。
回转体工件上的孔,多在车床上加工。
二、扩孔和铰孔
1,扩孔
2,铰孔
用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工。
2
wm
p
dda ??
加工精度,IT10~IT9，表面粗糙度,Ra=3.2~1.6um
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。
钻、扩、铰只能保证孔本身的精度，不易
保证孔与孔之间的尺寸精度和位臵精度。
wd
md
三、镗削加工
用镗刀对已有的孔进行再加工。
一般镗孔 加工精度,IT8~IT7，表面粗糙度,Ra=1.6~0.8um
精细镗 加工精度,IT7~IT6，表面粗糙度,Ra=0.8~0.2um
回转体零件上的孔 —— 在车床上加工；
箱体类零件上的孔或孔系 —— 在镗床上加工。
在镗床上除可加工孔或孔系外，还可加工平面、
沟槽、钻、扩铰孔等。
§ 3 刨、拉削加工
一、刨削加工
刨削是平面加工的主要方法之一。
加工精度,IT8~IT7，表面粗糙度,Ra=6.3~1.6um
刨床
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：主要加工工件内表面，如键槽、花键等。
1,刨削的工艺特点
1) 生产率较低； 2) 通用性好。
2,刨削的应用
主要用于 加工平面, 也广泛用于加工各种沟槽、成形面等。
二、拉削加工
加工精度,IT8~IT7，表面粗糙度,Ra=0.4~0.8um
用拉刀在拉床加工工件的工艺方法。
头部 颈部 前导部 切削部 校准部 尾部
后导部
拉削的特点：
① 生产率高； ② 加工范围广；
③ 加工精度高，表面粗糙度低；
④ 拉床结构简单； ⑤ 拉刀寿命长。
v
fa
h
§ 4 铣削加工
一、铣削加工设备
铣床
龙门铣床
升降台式铣床
立式铣床
卧式铣床
二、铣削方式
周铣
端铣
— 用圆柱铣刀铣平面。
— 用端铣刀铣平面。
铣削是平面加工的主要方法之一。
加工精度,IT8~IT7，表面粗糙度,Ra=6.3~1.6um
顺铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同。
逆铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反。
1,周铣
n
fv f
v
n
顺铣 逆铣
刀具寿命长；
工件表面质量高；
有利于工件的加紧。
工件表面质量低。
刀具磨损严重；
不利于工件的加紧。
1,端铣
ea
对称铣：铣刀轴线与工件铣削 宽度 的对称中心线重合。
不对称铣：铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线不重合。
ea
ea
二、铣削工艺特点及应用
1,铣削特点
2,铣削的应用
1）生产率高（多齿刀具、速度高）；
2）散热条件好；
3）容易产生振动。
主要加工平面。同时可加工沟槽、成形面、切断等。
§ 5 磨削加工
用砂轮作为刀具磨削工件的工艺过程。是零件精加工
的主要方法之一。
加工精度,IT7~IT6，表面粗糙度,Ra=0.8~0.2um
高精度磨削,表面粗糙度,Ra=0.1~0.008um
一、磨削过程
指砂轮表面的磨粒从工件表
面切除细微金属层的过程。
砂轮
磨粒
结合剂
空隙
工件
凸起、锋利的磨粒,起切削作用 。切削厚度较大。
凸起较小、较钝的磨粒,起刻滑、挤压作用 。
凹下、更钝的磨粒,起滑擦作用 。
磨削 — 切削、刻滑、滑擦三个作用的综合。
二、磨削工艺特点
三、磨削的应用
1,精度高、表面粗糙度低；
2,磨削温度高； 800℃~1000 ℃
3,砂轮具有自锐性；
4,径向分力 Fy较大。
可加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，也能加工高
硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等难切削材料，但
不适宜塑性较大的有色金属 。
磨削加工表面,外圆面、内圆面、平面、各
种成形面。
1,外圆磨削
1) 纵磨法
2) 横磨法
3) 深磨法
4) 无心外圆磨
导轮工件工件
托板托板
磨削轮磨削轮导轮
?
2,内圆磨削 三爪卡盘
砂轮
工件
内圆磨与外圆磨相比较：
① 表面粗糙度大；
② 生产率低。
内圆磨与铰孔和拉孔相比较：
① 可以加工淬硬工件的孔；
② 不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可以提高
孔的位臵精度和形状精度。
③ 生产率低比铰孔低，比拉孔更低。
磨孔一般仅用于淬硬工件孔的精加工。
3,平面磨削
周磨,端磨：
多用于加
工质量要
求较高的
工件。
多用于加工质
量要求不高的
工件，或代替
铣削作为精磨
前的预加工。
4,成形面磨削
5,磨削发展简介
smv 50?
1）高精度、小粗糙度磨削
2）高效磨削
精密磨削（ Ra=0.04~0.1um）
超精磨削（ Ra=0.012~0.025um）
镜面磨削（ Ra=0.04~0.1um）
高速磨削：
强力磨削：以大的磨削深度、小的磨削速度进行磨削。
砂带磨削：以砂带代替砂轮进行磨削。
工件传送带
张紧轮
压轮
支承板
§ 6 光整加工
1,研磨
表面粗糙度,Ra=0.025um
加工精度,IT6~IT5，表面粗糙度,Ra=0.2~0.012um
2,珩磨
3,抛光
4,超级光磨
第三章 零件表面加工方法的选择
§ 1 外圆面的加工
加工方法,车、磨、研磨
外圆面的技术要求：
尺寸精度：本身的尺寸精度（直径、长度等）；
形状精度：圆度、圆柱度等；
位臵精度：同轴度、垂直度等；
表面质量：
尺寸公差
等级
表面粗糙度
（ Ra） um
IT13~IT11 50~12.5 粗车
IT10~IT9 6.3~3.2 粗车 — 半精车
IT8~IT7 1.6~0.8 粗车 — 半精车 — 精车
IT7~IT6 0.8~0.4 粗车 — 半精车 — 磨削
IT6~IT5 0.4~0.2 粗车 — 半精车 — 粗磨 — 精磨
IT5~IT3 0.1~0.008 粗车 — 半精车 — 粗磨 — 精磨 — 研磨
IT13~IT11 50~12.5 有色金属
粗车 — 半精车 — 精车 — 精细车 — 研磨
序
号
加工方法 尺寸公差
等级
表面粗糙度
（ Ra） um
适用范围
1 粗车 IT13~IT11 50~12.5 适用各种金
属（未淬
硬）、非金
属材料
2 粗车 — 半精车 IT10~IT9 6.3~3.2
3 粗车 — 半精车 — 精车 IT8~IT7 1.6~0.8
4 粗车 — 半精车 — 磨削 IT7~IT6 0.8~0.4 适用于淬火
钢、未淬火
钢、铸铁等5 粗车 — 半精车 — 粗磨 — 精磨 IT6~IT5 0.4~0.2
6 粗车 — 半精车 — 粗磨 — 精磨 — 研磨 IT5~IT3 0.1~0.008
7 粗车 — 半精车 — 精车 — 精细车 — 研磨 IT13~IT11 50~12.5 有色金属
§ 2 内圆面（孔）的加工
加工方法,钻、扩、铰、车、镗、拉、铣、磨、珩磨。
内圆面的技术要求：
尺寸精度：本身的尺寸精度（直径、长度等）；
形状精度：圆度、圆柱度等；
位臵精度：同轴度、垂直度等；
表面质量：
① 在实体材料上加工孔,钻
② 零件上已铸出、锻出孔,直接扩孔、镗孔；
直径大于 100mm的孔 —— 镗孔
IT13~IT11 50~12.5
尺寸公差
等级
表面粗糙度
（ Ra） um
钻
IT9 6.3~3.2 ??30??30 钻 — 扩钻 — 镗
IT8 3.2~1.6
??20
??20
钻 — 铰
钻 — 扩 — 铰
钻 — 粗镗 — 精镗
钻 — （扩） — 拉
IT7 0.8~0.4
??12
??12
钻 — 粗铰 — 精铰
钻 — 扩 — 粗铰 — 精铰
钻 — 镗 — 粗磨 — 精磨 — 珩磨
钻 — 拉 — 精拉
序
号 加工方法
尺寸公差
等级
表面粗糙度
（ Ra） um 适用范围
1 钻 IT13~IT11 50~12.5 适用各种实体工件
2 钻 — 扩 IT9 6.3~3.2 ??30 钢、铸铁、
有色金属3 钻 — 镗 ??30
4 钻 — 铰
IT8 3.2~1.6
??20 钢、铸铁、
有色金属
5
钻 — 扩 — 铰
钻 — 粗镗 — 精镗
钻 — （扩） — 拉
??20
6 钻 — 粗铰 — 精铰
IT7 0.8~0.4
??12 钢、铸铁、
有色金属
7
钻 — 扩 — 粗铰 — 精铰
钻 — 镗 — 粗磨 — 精磨 — 珩磨
钻 — 拉 — 精拉
??12
8 粗镗 — 半精镗
淬 粗磨 — 精
磨 — 珩磨 IT7~IT6 0.4~0.025 已铸出、锻出孔
9 粗镗 — 半精镗 — 精镗 — 精细镗 有色金属
§ 3 平面的加工
加工方法,铣、刨、拉、车（端面）、磨、研磨、刮研等。
平面的技术要求：
形状精度：平面度、直线度等；
位臵精度：平行度、垂直度等；
表面质量：
尺寸公差
等级
表面粗糙度
（ Ra） um
端面 粗车 — 半精车 — 精车
粗车 — 半精车 — 磨削
IT13~IT10 50~12.5 粗铣（刨）
IT9~IT8 6.3~1.6 粗铣（刨） — 精铣（刨）
IT7~IT6 0.8~0.2 粗铣（刨） — 精铣（刨） — 刮研（宽刀细刨、高速铣削）
IT6~IT5 0.8~0.2 粗铣（刨） — 精铣（刨） — 粗磨 — 精磨
IT5~IT3 0.1~0.008 粗铣（刨） — 精铣（刨） — 粗磨 — 精
磨 — 研磨
IT8~IT7 1.6~0.8 拉
序
号
加工方法 尺寸公差
等级
表面粗糙度
（ Ra） um
适用范围
1 粗车 — 半精车 — 精车
粗车 — 半精车 — 磨削
适用回转体
零件的端面
2 粗铣（刨） IT13~IT10 50~12.5 适用于未淬
火钢、铸铁
有色金属等3 粗铣（刨） — 精铣（刨） IT9~IT8 6.3~1.6
4 粗铣（刨） — 精铣（刨） — 刮研（宽
刀细刨、高速铣削）
IT7~IT6 0.8~0.2
5 粗铣（刨） — 精铣（刨） — 粗磨 — 精
磨
IT6~IT5 0.8~0.2 适用于淬火
钢、铸铁等
6 粗铣（刨） — 精铣（刨） — 粗磨 — 精
磨 — 研磨
IT5~IT3 0.1~0.008
7 拉 IT8~IT7 1.6~0.8
§ 4 成形面的加工
加工方法,车、铣、刨、拉、磨、研磨等。
成形面的技术要求：
尺寸精度：本身的尺寸精度；
形状精度：圆度、圆柱度等；
位臵精度：同轴度、垂直度等；
表面质量：
成形刀具加工；
轨迹法（ 靠模尺法、范成法 ）。
仿形车、仿形铣、数控机床加工。
第四章 零件的结构工艺性
§ 1 零件结构工艺性基本概念
零件结构工艺性是指这种结构的零件被加工制造的难易
程度。是评价零件结构有劣的重要技术指标。
工艺性与零件的生产批量及具体生产条件相关。
2,加工表面的几何形状应尽可能简单；
3,便于安装、定位准确、夹紧可靠；
4,便于加工、易于测量；
1,零件的加工精度、表面粗糙度值选择应合理；
5,提高标准化程度。
注意：
§ 1 零件结构工艺性实例分析
一、工件要便于安装
1,便于装夹
D— 工艺凸台
2,减少安装次数
二、减小切削面积、简化加工面形状
三、便于加工和测量
1,便于进刀和退刀 (要有退刀槽或越程槽）
2,便于采用标准刀具加工
钻孔
3,钻孔时
1) 孔与壁应离开一定的距离
mmDS )5~2(2 ??
D
S
2) 避免在斜面上钻孔
3) 避免弯曲孔
4,镗孔时
四、有利于提高生产率
1,尺寸差刪不太大时，零件上的槽宽、圆角半径、孔、
螺纹等尺寸应尽可能一致。
64 M?
54 M?
64 M?
64 M?
2,应尽可能减少机床的调整和走刀次数。
3,便于多件一起加工。
第五章 机械加工工艺规程的制定
§ 1 概述
一、生产过程和工艺过程
工艺是指制造产品的技巧、方法和程序。机械制造过程中，
凡是直接改变零件形状、尺寸、相对位臵和性能等，使其成
为成品或半成品的过程，称为机械制造工艺过程。它通常包
括零件的制造与机器的装配两部分。
1,生产过程
由原材料制成各种零件，并装配成机器的全过程。
包括：原材料的运输、保管，生产准备、毛坯制造、
机械加工、装配、检验、试车、油漆、包装等。
2,工艺过程
在生产过程中，直接改变原材料的（毛坯）的形状、
尺寸、性能，使之变为成品的过程。
工艺过程具体可分为：
铸造、压力加工、焊接,机械加工,热处理、特种加工、
电镀、涂覆、装配等工艺过程。
3,工艺过程的组成
1) 工序
一个（一组）工人，在同一工作地点（同一
机床），对一个（一组）零件所连续完成的
那部分工艺过程。
2) 安装
3) 工步
工件在一次装夹中所完成的那部分工艺过程。
加工表面、刀具、进给量、转速不变的条件下，所连
续完成的那部分工艺过程。
单件、小批量生产：
工艺内容 加工内容 设备
工序 安装 工步
1 2 4 ① 车端面； ② 打中心孔；③ 调头，车另一断面； ④ 打中心孔。 车床
2 2 8 ① 车外圆； ② 车外圆； ③ 切槽； ④ 倒角；⑤ 车外圆； ⑥ 车外圆； ⑦ 切槽； ⑧ 倒角。 车床
3 1 1 ① 铣键槽 铣床
4 1 打毛刺
5 2 3 ① 磨外圆； ② 磨外圆； ③ 调头磨外圆； 磨床
大批量生产：
工艺内容 加工内容 设备
工序 安装 工步
1 1 1 ① 车端面； ② 打中心孔。 铣床
2 1 4 ① 车外圆； ② 车外圆； ③ 切槽； ④ 倒角。 车床
3 1 4 ① 车外圆； ② 车外圆； ③ 切槽； ④ 倒角。
4 1 1 ① 铣键槽 铣床
5 1 打毛刺
6 2 3 ① 磨外圆； ② 磨外圆； ③ 调头磨外圆； 磨床
二、生产纲领和生产类型
1,生产纲领
2,生产类型
生产纲领 — 产品的年产量。
%)%1( baCQN ?????
生产纲领
产品的年产量
废品率备品
每台产品中该零件的数量
1) 单件生产
2) 成批生产
3) 大量生产
单个的制造某一种零件，很少重复、甚至不重复生产。
如：大型机械、试制品、修配件等。
成批的制造某一相同的零件，每隔一定时间又重复生产。
小批生产：
中批生产：
大批生产：
在大多数工作地点，经常重复地进行一
种零件某一工序的生产。
生产类型
同一零件的年产量（件）
重型 中型 小型
单件生产 <5 <10 <100
成
批
生
产
小批生产
中批生产
大批生产
5~100
100~300
300~1000
10~200
200~500
500~5000
100~500
500~5000
5000~50000
大量生产 >1000 >5000 >50000
生产类型的划分：
单件、小批生产 成批生产 大批大量生产
机床设备 通用（万能）的设 备 通用和部分专用设 备 广泛使用高效专用 设备
夹具 通用夹具 广泛使用专用夹具 广泛使用高效专用 夹具
刀具和量具 一般刀具和通用量 具 部分的采用专用刀 具和量具 广泛采用高效率专 用刀具和量具
毛坯 木模手工造型和自 由锻造 部分的采用机器造 型和模锻 机器造型、压力铸造、模锻、滚锻等
对工人的技术要求 高 一般 操作工 — 低调整工 — 高
各种生产类型的特征和要求：
§ 2 工件的安装和夹具
定位 夹紧 = 安装+
一、工件的安装
1,直接安装法
工件直接安装在机床工作台或通用夹具上。
找正比较费时，定位精度的高低主要取决于所有工具
或仪表的精度，以及工人的技术水平。
所以：定位精度不易保证，生产率低，仅适用于单件小
批量生产。
2,利用专用夹具安装法
工件安装在为其加工专门设计和制造的夹具上中。
所以：定位精度高，生产率高，适用于大批量生产。
二、夹具简介
夹具 是加工工件时，为完成某道工序，用来正确迅速安装工
件的装臵。
1,夹具的种类
1) 通用夹具
已标准化的夹具。
如：三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳等。
所以：定位精度不易保证，生产率低，仅适用于单件小
批量生产。
2) 专用夹具
为某一特定零件的特定工序专门设计和制造的夹具。
所以：定位精度高，生产率高，适用于大批量生产。
3) 其它夹具
可调夹具；组合夹具；随行夹具等。
2,夹具的组成
工件
挡铁 V形块
夹紧机构
钻套
夹具体
1) 定位元件及装置
夹具上用来确定工件正确位臵的元件及装臵。
2) 夹紧机构及装置
3) 导向及对刀元件
5) 其它元件及装置
4) 联接元件
6) 夹具体
夹具上工件定位后，将其夹紧以承受切削力等作用的机
构或装臵。
夹具上用来对刀和引导刀具进入正确加工位臵的元件。
分度机构、导向键、平衡块等。
夹具上用来确定夹具和机床正确位臵的元件。
是夹具的基准零件。
§ 3 工艺规程的拟定
为了保证产品质量、提高生产效率和经济效益，须根据
具体生产条件拟定合理的工艺过程，用图表（或 文字）的
形式写成文件 — 工艺规程。
一、对加工零件进行工艺分析
1,检查零件的图纸是否完整正确；
2,审查零件材料的选择是否恰当；
3,审查零件的结构工艺性；
4,分析零件的技术要求；
二、选择毛坯
三、确定加工余量
1,确定毛坯的种类；
毛坯 — 锻件、铸件、型材、焊接件等。
2,确定毛坯的形状；
加工余量：为了得到一个合格的零件，必须从毛坯上切去
的那层金属。
毛坯尺寸与零件图的相应设计尺寸之差 — 加工 总余量
相邻两道工序的工序尺寸之差 — 工序余量
总余量 =工序余量之和
余量的大小
① 与生产类型有关
② 与生产方法有关
③ 与零件的形状和尺寸有关
④ 与工序有关
加工外圆面：
粗车,3~5mm
精车,1~1.6mm
磨削
粗磨,0.3~0.5mm
精磨,0.1mm以下
目的：为了切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺陷，
从而提高工件的加工精度、减小表面粗糙度。
确定加工余量的方法：
1) 估算法
2) 查表法
3) 计算法
仅适用单件、小批量生产。
适用一般的加工生产。应用最广泛。
适用大批量生产和自动机床及数控机床加工。
四、定位基准的选择
1?
1,基准的概念及分类；
1) 基准
在产品的设计、制造和装配过程中，在零件图、工艺图
和装配图上作为 依据 的点、线、面。
2) 基准的分类
⑴ 设计基准,在零件图上（设计图样上）所使用的基准。
2?
⑵ 工艺基准,在工艺过程中所依据的基准。
定位基准：
装配基准：
测量基准：
装配时，用来确定零件、部件在产品中
的相对位臵所依据的基准。
在加工过程中，用作工件定位的基准。
测量工件被加工表面尺寸和相
互位臵所依据的基准。
2,定位基准的选择
x
y
z1) 工件的六点定位原理
x?
y?
z?
x
y
z
：xoy
o：yoz
：xoz
x y z?
x? z
y?
注意：
⑴ 定位支承点限制工件自由度时，必须使支承点
与工件定位基准面始终紧密贴紧。
② 一个支承点只限制工件的一个自由度，工件的同
一自由度只能有一个支承点限制。
⑶ 夹紧 ? 定位
2）定位现象分析
① 完全定位
工件在夹具中六个自由度都被限制，工件具有唯一确定
的位臵。
a
b c
A
BC
a
b
c
x y z?
x?
zy?
a
A
b
C
a
b
x y z?
zy?
a
x y z?
② 不 完全定位
工件在夹具中被限制的自由度数
少于六个，仍能保证加工质量。
a
A
③ 欠定位
④ 过定位
x y z?只限制：
夹具中用 两个或两个以上 的支承点
重复限制工件的某一个自由度。
2）定位基准的选择
（ 1） 粗基准的选择
粗基准 — 没有经过切削加工就被用作定位基准的表面。
a
A
b
C
① 保证各重要加工表面都有足够的加工余量
② 保证加工表面与非加工表面之间的相互位臵精度
⑴ 选取非加工表面为粗基准；
⑵ 若工件必须首先保证 某重要表面的加工余量均匀,
则应选择该表面为粗基准。
⑶ 选取与加工表面相互位臵精度高的表面为粗基准；
⑸ 在同一尺寸方向上，粗基准只允许使用一次。
（ 2） 精基准的选择
精基准 — 经过切削加工才用作定位基准的表面。
⑴, 基准”重合原则；
尽可能选用设计基准为定位基准。可以避免由于基准不重
合而引起的定位误差。
⑷ 选作粗基准的表面应尽量平整、光洁,不应有飞边、
浇口、冒口及其它缺陷,以便定位准确、夹紧可靠。
⑵, 基准统一”原则；
⑶,互为基准”原则；
1,2 — 轴颈
3,4 — 锥孔
⑷ 选精基准的表面应能保证零件定位准确、夹紧可靠。
五、工艺路线的拟定
1,确定加工方案
加工一个直径 φ25H7表面粗糙度 Ra0.8μm的孔。
可有四种加工方案：
a.钻孔 -扩孔 -粗绞 -精绞；
b.钻孔 -粗镗 -半精镗 -磨削；
c.钻孔 -粗镗 -半精镗 -精镗 -精细镗；
d.钻 -拉。
应根据零件加工表面的特点和产量等条件，确定采用其
中一种加工方案。
2,加工阶段的划分；
⑴ 粗加工阶段,切除各加工表面上的大部分余量，并做出
精基 准 。 生产率
⑵ 半精加工阶段, 减小粗加工留下的误差，为主要表面的
精加工作好准备，并完成一些次要表面的加工。
⑶ 精加工阶段, 保证各主要表面达到图纸规定的要求。
⑷ 光整加工阶段, 进一步减小表面粗糙度、提高精度。
划分加工阶段的目的：
⑴ 保证加工质量；
⑵ 及早发现毛坯的缺陷；
⑶ 合理使用设备
⑷ 便于组织生产。
3,加工顺序的安排
1) 切削加工工序的安排
⑴ 先粗后精；
⑵ 先基准后其它；
⑶ 先主后次；
⑷ 先面后孔。
2) 处理工序的安排
⑴ 预备热处理,安排在机械加工之前。
⑵ 最终热处理,安排在半精加工之后，磨削加工之前。
⑶ 时效处理, 安排在粗加工之后。
3) 检验工序的安排
⑴ 零件从一个车间送往另一个车间的前后；
⑵ 零件粗加工阶段结束之后；
⑶ 重要工序加工的前后；
⑷ 零件全部加工结束之后。
六、机床与工艺装备的选择
1,机床的选择
⑴ 机床的精度应与工序要求的精度相适应；
⑵ 机床的生产率应与该零件生产类型相适应；
⑶ 机床的加工尺寸范围应与零件的外形尺寸相适应；
⑷ 应符合本厂现有的实际情况。
2,工艺装备的选择
⑴ 夹具的选择；
⑵ 刀具的选择；
⑶ 量具的选择；
七、工艺文件的编制
1,机械加工工艺过程卡片
2,机械加工工序卡片
2,机械加工工艺（综合）卡片
用于单件、小批生产中。
用于大批大量生产中。
用于成批生产中。
§ 4 典型零件工艺过程
一、轴类零件
材料,45
淬火硬度：
HRC40~50
1,零件各主要部分的技术要求
1）在 的轴段上装滑动齿轮，并开有键槽；0
017.035 ??
2） 和 的两段为轴颈，支承于箱体的轴承孔中；07.020 ?? 07.025 ??
3）表面粗糙度值 Ra均为 0.8 μm；
4）工件材料为 45钢，淬火硬度为 40~45。
2,工艺分析
该零件各的配合表面本身均有一定的精度（相当于 IT7）和
粗糙度要求。
根据对各表面的具体要求，可采用如下的加工方案：
粗车 —— 半精车 —— 热处理 —— 粗磨 —— 精磨
轴上的键槽可在立铣床上铣出。
3,基准的选择
为了保证各配合表面的位臵精度,选择轴线（轴两端的
中心孔）为粗、精基准。
4,工艺过程
单件、小批量生产：
工序号 工序名称 加工内容 设备
1 车 ① 车端面； ② 打中心孔；③ 调头，车另一断面； ④ 打中心孔。 车床
2 车 ① 车外圆； ② 车外圆； ③ 切槽； ④ 倒角；⑤ 车外圆； ⑥ 车外圆； ⑦ 切槽； ⑧ 倒角。 车床
3 铣 ① 铣键槽 铣床
4 打毛刺
5 热 淬火回火 HRC40~45
6 钳 修研中心孔
7 磨 ① 磨外圆； ② 磨外圆； ③ 调头磨外圆； 磨床
8 检 按图纸要求检验
一、套类零件
1.工序集中的特点
工序集中有以下特点：
（ 1）采用高效率专用设备和工艺设备，提高生
产率、减少机床数量和生产面积。
（ 2）减少了工序的装夹次数。工件在一次装夹
中可加工多个表面，有利于保证这些表面之间的相
互位置精度。减少装夹次数，也可减少装夹所造成
的误差。
（ 3）减少工序数目，缩短了工艺路线，也简化
了生产计划和组织工作。
（ 4）专用设备和工艺装备较复杂，生产准备周
期长，更换产品较困难。
工序分散的特点如下：
（ 1）设备和工艺装备比较简单，
调整比较容易。
（ 2）工艺路线长，设备和工人数
量多，生产占地面积大。
（ 3）可采用最合理的切削用量，
减少基本时间。
（ 4）容易变换产品。