《机械加工工艺系统》

1、第2章 机械加工工艺系统 定义：在机械加工中，由机床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一个实现某种加工方法的整体系统，这一系统称为机械加工工艺系统。 对应于不同的加工方法有不同的机械加工工艺系统，如车削工艺系统、铣削工艺系统、磨削工艺系统等。 机械制造技术就是以表面成形理论、金属切削理论和工艺系统的基本理论为基础，以各种加工方法、加工装备的特点及应用为主体，以机械加工工艺和装配工艺的设计为重点，以实现机械产品的优质、高郊、低成本为目的的综合应用技术。看一看新 课2-1 零件表面的成形和机械加工运动一、零件表面的成形 机械零件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括平

2、面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等，如图所示。 如图表示的各类零件都由各种表面构成。 这些表面都可以看成是由一根母线沿着导线运动而形成的，母线和导线统称为发生线。一、零件表面的成形一、零件表面的成形 机械加工中，工件表面是由工件与刀具之间的相对运动和刀具切削刃的形状共同实现的。相同的表面，切削刃的不同，工件和刀具之间的相对运动也不相同，这是形成各种加工方法的基础。有轨迹法、成形法、展成法、相切法等。1、轨迹法：母线和导线都是刀具切削刃端点（刀尖）相对 于工件的运动轨迹。2、成形法：刀具的切削刃就是被加工表面的母线，导线是 刀具切削刃相对于工件的运动形成的。3、展成法：又称范

3、成法。是指对各种齿形表面进行加工时， 刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀具 与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿 形表面的母线是切削刃各瞬时位置的的包络线。 4、相切法：采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工工件时，刀具自身的旋转运动形成圆形发生线，同时切削刃相对于工件的运动形成其他发生线。一、零件表面的成形二、机械加工的运动机床的运动：表面成形运动和辅助运动。 1、表面成形运动：根据几何的角度来分析，为保证得到工 件表面的形状所需的运动。根据工件表面形状和成形方法的不同，成形运动有以下类型：（1）简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独 的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简 单

4、成形运动。 （2）复合成形运动：如果一个独立的成形运动，是由两个 或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运 动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。 看一看例 题例1：用外圆车刀车削外圆柱面时 工件的旋转运动B1和刀具的直线运动A1就是两个简单成形运动。 例2：车螺纹时，螺纹表面的导线（螺旋线）必须由工件的回转运动和刀架直线运动保持确定的相对运动关系才能形成，这也是一个复合成形运动。（见图a），（见图b）二、机械加工的运动 从保证金属切削过程的实现和连续进行的角度看，成形运动可分为：主运动和进给运动。（1）主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基 本运动，称为主运动。主运动

5、的速度最高，所以消耗的 功率最大。一般机床的主运动只有一个。 如：车削、镗削加工时工件的回转运动，铣削和钻削时刀具的 回转运动，刨削时刨刀的直线运动等都是主运动。（2）进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属 层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动 配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面 形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个； 可以是连续的，也可以是间歇的。 二、机械加工的运动2、辅助运动：实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。 （1）空行程运动 刀架、工作台的快速接近和退出工件等， 可节省辅助时间。（2）切入运动 为保证被加工面获得所需尺寸

6、，刀具相 对于工件表面的深入运动。（3）分度运动 使工件或刀具回转到所需要的角度，多用于加工若干个完全相同的沿圆周均匀分布的表面，也有在直线分度机上刻直尺时，工件相对刀具的直线分度运动。（4）操纵及控制运动 包括变速、换向、启停及工件的 装夹等。三、切削用量和切削层参数1、切削过程中工件上的表面 切削加工过程是一个动态过程， 在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面。即 （1）待加工表面（2）已加工表面（3）过渡表面工件上即将被切除的表面 工件上已切去切削层而形成的新表面。 工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。 2、切削用量 切削速度、进给量、背吃刀量（切削

7、深 度）称为切削用量三要素(见图示)三、切削用量和切削层参数（1）切削速度Vc 切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时： 当主运动为直线运动时，切削速度是刀具相对于工件的直线运动速度式中d切削刃上选定点的回转直径，mm; n主运动的转速，r/s或r/min. 三、切削用量和切削层参数（2）进给速度Vf、进给量f、和每齿进给量fz 进给速度Vf-切削刃上选定点相对于工件的进给运动 瞬时速度，单位是mm/s或mm/min。 进给量f-刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，

8、用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述， 单位是mm/r或mm/行程。 每齿进给量fz -后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给 量,单位是mm/z每齿进给量是对于铣刀、拉刀等多齿刀具各进给量间的关系：Vf=nf=nfzZ三、切削用量和切削层参数（3）背吃刀量ap 切削深度ap（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。 主运动是回转运动时：主运动是直线运动时：ap=Hw-Hm钻孔时：式中：dw-工件待加工表面直径 dm-工件已加工表面直径 Hw-工件等加工表面厚度 Hm-工件已加工表面厚度看一看例 题例:车削直径为300mm的铸铁带轮外圆,

9、若切削速度为60m/min, 试求车床主轴转速.解:根据公式 得 实际生产中,理论上计算出的主轴转速应从车床转速表中最接近的一档选取2-2 金属切削机床 机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，它所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。因此，机床工业的发展和机床技术水平的提高，必然对国民经济的发展起着重大推动作用。 金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。钻、镗组合机床一、金属切削机床的分类与型号 按加工性质，所用刀具和机床的用途，机床可分为车

10、床，钻床，镗床，磨床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，铣床，刨插床，拉床，特种加工机床，锯床和其它机床共12类。 按机床的通用性程度分： 1、通用机床即万能机床 2、专门化机床 3、专用机床 加工范围广，通用性强适用于单件小批生产；如 、及 等。 工艺范围最窄，它一般是为某特定零件的特定工序而设计制造的，如大量生产的汽车零件所用的各种 。 工艺范围较窄，它是为加工某种零件或某种工序而专门设计和制造的，如 、 等。 卧式车床万能外圆磨床摇臂钻床 铲齿车床丝杠铣床一、金属切削机床的分类与型号按机床的工作精度分：普通精度机床、精密机床、高精度机床 按自动化程度分：手动、机动、半自动和自动机床按照重量和尺

11、寸分：仪表机床、中型机床（一般机床）、大型 机床（质量大于10t）、重型机床（质量在 30t以上）和超重型机床（质量在100t以上） 按主要工作部件数目分：可分为单轴、多轴、单刀、多刀机床 机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。 机床的型号一、金属切削机床的分类与型号1通用机床的型号编制通用机床型号的表示方法为：注：有“( )”的代号或数字，当无内容时，不表示，若有内容，则不带扩号； 有“”符号者，为大写的汉语拼音字母； 有“” 符号者，为

12、阿拉伯数字； 有“ ”符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有之。一、金属切削机床的分类与型号（1）机床的类别代号 （2）机床的特性代号看一看例 题通用机床的型号编制举例： 二、数控机床的概述 数控机床是综合应用了电子技术、计算技术、自动控制、精密测量和机床设计等领域的先进技术成就而发展起来的一种新型自动化机床，具有广泛的通用性和较大的灵活性。1、数控机床的定义数控机床是指采用数字形式控制的机床。2、数控机床的组成 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。 数控机床适用于中、小批量的零件加工二、数控机床的概述3、数控机床的的分类（2）按机床类型来划分，有数控车床、数

13、控铣床、数控钻 镗床、数控磨床等 （3）按运动轨迹来划分，有点位控制数控机床、直线控制 数控机床与轮廓（连续）控制数控机床（4）按伺服系统控制方式来划分，可分为开环控制数控机床、 闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床 （1）按工艺用途来划分，有普通数控机床和数控加工中心机床 二、数控机床的概述4、数控机床的特点与普通机床相比，数控机床有以下优点：（1）具有充分的柔性，只需更换零件程序就能加工不同零件。（2）加工精度高，产品质量稳定。（3）生产率高，生产周期较短。（4）可以加工复杂形状的零件。（5）大大减轻工人劳动强度。数控机床也存在以下问题（缺点）：（1）成本比普通机床高。（2）需要专门的维护

14、保养人员。（3）需要熟练的零件编程技术人员。2-3 刀 具 金属切削刀具的种类很多,其切削部分的形状和几何参数都不尽相同,但它们都可由外圆车刀切削部演变而来。外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具。 2.3.1 车刀的组成外圆车刀是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成。图示1、刀面（1）前刀面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。（2）主刀后面 刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。（3）副刀后面 刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。2.3.1 车刀的组成2、切削刃（1）主切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它完成主 要的切削工作。（2）副切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它配

15、合主 切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。3、刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。 它可以是小的直线段或圆弧。其他各类刀具，如 、 、 等，都可以看成是车刀的演变和组合。 2.3.2 刀具几何角度参考系 刀具几何角度参考系有两类，刀具标注角度参考系和刀具角度参考系。(图示)刨刀钻头铣刀1、刀具标注角度参考系 为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规定了如下假设条件：（1）假定运动条件：刀刃上选定点x的切削速度方向与刀尖处的切削速度方向平行。（2）假定安装条件：车刀安装绝对正确。安装车刀时使刀尖与工件中心等高，车刀刀杆轴线垂直于工件轴心线。基面r：通过主切削刃上选定点，

16、垂直于该点切 削速度方向的平面。 （3）刀具标注角度参考系诸平面 切削平面ps：通过切削刃某一点，与工件加工表 面（或与主切削刃）相切的平面。 切削平面ps与基面pr垂直。 图示（3）正交平面P0 ：通过切削刃某一点，同时垂直于 切削平面ps与基面pr的平面 2.3.3刀具标注角度1、在基面内测量的角度（1）主偏角Kr主切削刃与进给方向之间的夹角（2）副偏角Kr副切削刃与进给运动反方向之间的夹角（3）刀尖角主切削刃与副切削刃之间的夹角。图示2、在主切削刃正交平面（O-O）内测量的角度（1）前角o 前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度。当前刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内

17、，前角为负。基面在前刀面以外，前角为正。 （2）后角o 主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。 （3）楔角0前刀面与后刀面间的夹角图示3、在正交平面内测量的角度（1）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。当主切削刃呈水平时，s=0；刀尖为主切削刃最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高点是，s0 2.3.4刀具工作角度 在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角

18、度，又称实际角度。 现只将刀具安装位置对角度的影响作如下说明：1、刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影响 以车刀车外圆为例，若不考虑进给运动，当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，将引起工作前角oe和工作后角oe的变化 2、切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的 影响 当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起工作主偏角re和工作副偏角re的变化 2.5刀具材料2.5.1 刀具分类 由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类很多。刀具常按加工方式和具体用途，分为车刀、孔加工刀具、铣刀、

19、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。刀具还可以按其它方式进行分类，如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。车刀拉刀螺纹刀具(梳刀)盘形铣刀麻花钻铣刀2.5.2 刀具材料应具备的性能 1、高的硬度和耐磨性 刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨损的能力，它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。2、足够的强度和韧性 为了承受切削中的压力冲击和韧性，避免崩刀和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。

20、3、高耐热性 刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。 4、良好的工艺性 为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性。如，切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。 5、良好的经济性 2.5.3 高速钢 高速钢是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 性能：有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。 分类：按用途分：通用型高速钢和高性能高速钢；按制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。1、通用型高速钢 通用型高速钢是切削硬度在HBS250280以下的大部分结构钢和铸铁的

21、基本刀具材料，应用最为广泛。通用型高速钢一般可分为钨钢和钼钢两类，常用牌号分别是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 高性能高速钢（如9W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V3）较通用型高速钢有着更好的切削性能，适合于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金和超高强度钢等难加工材料。2、高性能高速钢2.5.4 硬质合金 硬质合金是用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物（碳化钨，碳化钛，碳化钽，碳化铌等）与金属粘结剂（钴，镍，钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，很少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。 常用的硬质合金有3类

22、: （1）钨钴类硬质合金（YG） YG类硬质合金主要由碳化钨和钴组成，常用牌号有YG3，YG6，YG8等。YG类硬质合金的抗弯强度和冲击韧性较好，不易崩刃，很适宜切削切屑呈崩碎状的铸铁等脆性材料。YG类硬质合金的刃磨性较好，刃口可以磨得较锋利，故切削有色金属及合金的效果也较好。适用于粗加工,含钴量少的,用于精加工. （2）钨钛钴类硬质合金（YT） YT类硬质合金主要由碳化钨，碳化钛和钴组成，常用的牌号有YT5，YT15，YT30等。它里面加入了碳化钛后，增加了硬质合金的硬度，耐热度，抗粘接性和抗氧化能力。 （3）钨钛钽（铌）钴硬质合金类（YW） 它是在普通硬质合金中加入了碳化钽和碳化铌，从而提

23、高了硬质合金的韧性和耐热性，使其具有了较好的综合性能。YW类硬质合金主要用于不锈钢，耐热钢，高锰钢的加工，也适用于普通碳钢和铸铁的加工，因此被称为通用型硬质合金，常用的牌号有YW1，YW2等。 1.切削运动由 、 及 。 2.切削用量三要素为： 、 、 。 8.刀具材料应具备的性能有那些？ 3.车外圆时车刀刀尖装得高于工件中心时，车刀的工作后角将_，工作前角将_。 4.高速钢刀具比硬质合金刀具的合理前角 。5.在刀具标注角度参考系下通过切削刃上选定点的基面是： (A) 垂直于假定主运动方向的平面； (B) 与切削速度相平行的平面； (C) 与过渡平面相切的表面。 6.影响刀头强度和切屑流出方向

24、的刀具角度是： (A) 主偏角； (B) 前角； (C) 后角； (D) 刃倾角。 7.在车削加工中的切削层参数包括： (多选)1、切削层厚度 2、切屑厚度 3、切削层长度 4、切削层宽度 5、切削层面积2-3 夹具概述一、夹具概述机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足三个条件： 一批工件在夹具中占有正确的加工位置； 夹具装夹在机床上的准确位置； 所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定

25、位，而工件相对于机床的定位是间接通 过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准 确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相 对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。机床夹具的概念 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和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。机床夹具的分类 机床夹具可根据其使用

26、范围，分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等类型。机床夹具还可按其所使用的机床和产生加紧力的动力源等进行分类。根据所使用的机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具（钻模）、镗床夹具（镗模）、磨床夹具和齿轮机床夹具等，根据产生加紧力的动力源可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。按夹具的使用范围，夹具可分为五种基本类型： （1）通用夹具：特点：具有很大的通用性。如三爪卡盘。（2）专用夹具：针对某一产品的某一特定工序而专门设计。特点：用途专一。（3）可调夹具：按一组零件而设计一套可调整的夹具。特点：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整。（4）组合夹具：用标准化元件组装成的夹具。特点：灵活多变，万能性强，制造周期短，零件可以重复使用。（5）随行夹具：在自动线上使用的一种夹具。特点：夹具随工件在各工序中的机床上被定为和夹紧。3