《工程材料及成型》模块3 减材制造

《工程材料及成型》课程导论模块一

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工程材料性能及选用模块二

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增材制造课程目录CONTENTS《工程材料及成型》课程模块三

减材制造1【学习导览】目

录CONTENTS2项目1车削加工3项目2铣削加工4项目3磨削加工项目5

激光加工8【延伸学习】9【课后习题】5项目4

电加工67【内容小结】【学习导览】减材制造是将毛坯或工件装夹在加工设备上，通过切削工具（刀具、激光、磨具和磨料）把毛坯或工件上多余的材料切去从而获得规定的几何形状、尺寸和表面质量工件的加工方法，包括两大类工艺：一是用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法，如车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；二是用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法，如磨削、研磨、珩磨和抛光等。减材制造的特点：（1）减材制造适合加工结构简单部件，能获得较高的精度和较低的表面粗糙度；（2）可加工的材质类型较广，成品性能更接近产品级别，如碳素钢、铝合金、PMMA等；（3）小批量加工时存在一定优势；（4）难加工复杂结构件或几何曲面较多部件；（5）相比等材制造工艺，减材制造加工周期较长、效率较低。就减材制造而言，轴套类零件和轮盘类零件一般使用车削加工，叉架类零件和箱体类零件一般使用铣削加工，兼而有之的综合类零件一般使用车铣复合加工。本模块的教学目标和主要内容目标了解减材制造的含义；掌握常见减材制造工艺的类型及特点；掌握车削加工、铣削加工、磨削加工、电加工、激光加工等常见减材制造方法；能识别并选用典型的机床、刀具、量具；能根据待加工工件的结构特征、材料性能选用合适的减材制造工艺。内容本模块在概述减材制造含义及类型的基础上，以最常用的减材制造工艺为例，较详细地介绍了普通车削、普通铣削、普通磨削、数控车削、数控铣削、数控磨削、电加工、激光加工的知识和技能。本模块的主要内容有五个项目：车削加工；铣削加工；磨削加工；电加工；激光加工。项目1车削加工车削加工是指利用车床对工件进行的加工。车削加工主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机械加工工艺。除了使用车刀完成外形、内孔、端面加工外，在车床上还可使用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工，如图3-1-1所示。图3-1-1主要车削加工工艺图3-1-1主要车削加工工艺车削加工用到的常见车床如下图所示。刀库型立式车床卧式车床数控车床车铣复合加工中心任务1切削要素与刀具选用1.切削运动和切削要素（1）切削运动为了切除工件上多余的金属，以获得形状精度、尺寸精度和表面质量都符合要求的工件，刀具与工件之间必须作相对运动——切削运动。切削运动按其作用不同又可分为主运动和进给运动。1）主运动主运动是直接切除工件上的被切金属层，使之变为切屑所需要的最基本的运动，如图3-1-1中的v。主运动的特征是速度最高、消耗机床功率最多。切削加工中只有一个主运动，可由工件完成，也可由刀具完成；可以是直线运动，也可以是旋转运动。2）进给运动进给运动是使被切金属层不断地投入切削，连续地加工出新的表面所需要的运动，如图3-1-1中的f。进给运动的特征是速度较低、消耗机床功率较少。由于加工方法的不同，可以有一个或几个进给运动。进给运动可以是直线运动，也可以是旋转运动；可以是连续的，也可以是步进的。常见机床的切削运动见表3-1-1。表3-1-1常见机床的切削运动（2）切削要素切削要素包括切削用量要素和切削层尺寸平面要素。1）切削用量三要素如图3-1-2所示，在切削加工过程中，工件上有三个不断变化着的表面：已加工表面１，是工件上经刀具切削后产生的新表面；过渡表面２，是工件上由切削刃形成的那部分表面；待加工表面３，是工件上有待切除的表面。待加工表面与切削刃之间的相对运动速度、待加工表面转化为已加工表面的速度、已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，即切削速度、进给量和背吃刀量，是金属切削过程中的三个重要参数，总称切削用量。切削用来三要素体现了刀具与工件之间的相互作用条件和相互关系，它们的数值大小不仅关系到刀具的耐用度，而且直接影响到加工质量和生产率，生产中应正确合理地选用。图3-1-2车削加工切削要素①切削速度：即切削加工时，刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，用符号vc表示，单位为m/s。当主运动为旋转运动时，切削速度应以刀具或工件最大的切削速度来计算，其公式为。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：即刀具相对工件沿进给方向移动的距离。车削加工的刀具进给量常用工件每转一转刀具的位移量来表示和度量，用符号“f”表示，单位为mm/r。③背吃刀量（切削深度）：即在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。对于车削加工，背吃刀量就是已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，用符号ap表示，单位为mm，其公式为。式中：d_w—工件待加工表面直径（mm）；d_m—工件已加工表面直径（mm）。２）切削层尺寸平面要素如图3-1-2所示外圆车削，工件每转一周，车刀由位置Ⅰ移动到位置Ⅱ，其位移量为f，而位于DC与AB之间的一层金属被切除，称为切削层金属。通过切削刃基点（通常指主切削刃工作长度的中点）并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。①切削层公称厚度：在切削层尺寸平面上垂直于切削刃方向所测得的切削层尺寸，代表了切削刃的工作负荷，用符号hD表示，单位为mm，其公式为。②切削层公称宽度：在切削层尺寸平面上，沿切削刃方向所测得的尺寸，通常等于切削刃的工作长度，用符号bD表示，单位为mm，其公式为。③切削层公称横截面积：在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面上的实际横截面积，用符号用符号AD表示，单位为mm2。AD等于切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积，也就等于背吃刀量与进给量的乘积。即。2.金属切削刀具减材制造是机械制造工业中运用最广泛的一种加工方法，占机械制造总工作量的50％以上，而金属切削刀具（图3-1-3）则是其中不可缺少的重要工具之一。无论是普通机床，还是数控机床和加工中心，以至柔性制造系统，都必须依靠刀具才能完成各种需要的切削加工。图3-1-3常用金属切削刀具（1）刀具的结构和种类刀具由切削部分和刀柄部分组成，如图3-1-4。切削部分（即刀头）直接参加切削工作，而刀柄用于把刀具装夹在机床上。图3-1-4刀具的结构刀具种类繁多，按工种可分为：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等；按功能可分为：车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖刀、镗孔刀、成形刀等；按刀具的形式可分为：整体式、焊接式、机械安装式（压板压紧）。在各种类型的刀具中，又可分为如下两类：①标准刀具：指专业工厂按国际或部标生产的刀具，如可转位车刀、麻花钻、铰、铣刀、丝锥、板牙、插齿刀、齿轮滚刀等。②非标准刀具：指需专门设计制造的刀具，如成形车刀与铣刀、拉刀、蜗轮滚刀等。（2）刀具材料刀具材料一般指刀具切削部分的材料。合理选择刀具材料会影响切削加工生产率、刀具耐用度、刀具消耗和加工成本、加工精度和表面质量。刀具切削部分承受较大的切削压力、切削温度、剧烈摩擦和冲击振动，因此作为刀具材料应具备以下性能：①高硬度；②高耐磨性；③足够的强度与韧性；④高的耐热性与化学稳定性；⑤良好的工艺性。以下为几种常用刀具材料的特点及选用。①碳素工具钢：碳素工具钢淬火后硬度可达59~64HRC。但其耐热性差。当切削温度达到200~250º时，材料的硬度明显下降。另外，其热处理工艺性能也差，易出现淬火变形和裂纹。因此碳素工具钢用于制造简单手工刀具，如锉刀、刮刀、手锯等。常用的碳素工具钢牌号有T10A、T12A等。②量具刃具钢：用于制造丝锥和板牙等形状复杂的刀具。常用的量具刃具钢牌号有CrWMn、9SiCr等。③高速钢：高速钢含有W、Cr、V、Mo等主要合金元素。热处理后硬度可达62~67HRC，耐热性也明显高于碳素工具钢。高速钢还具有较强的抗弯强度和较好的冲击韧性，具有一定的切削加工性能和热处理工艺性。因此高速钢适用于制造形状复杂的刀具，如钻头、成形车刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具等。常用的高速钢牌号W18Cr4V、W6M05Cr4V2等。④硬质合金：硬质合金的硬度可达89~93HRA，相当于74~82HRC，具有良好的耐磨性，且耐热性优良，其工作温度可达850~1000º，允许的切削速度可达1.7~5m/s。多制成各种形状的刀片，夹固或焊接在刀柄上。硬质合金分钨钴类（YG）和钨钛钴类（YT）。常用的硬质合金牌号有YG3、YG6、YG8、YT5、YT30等。⑤涂层刀具材料：涂层刀具材料是在硬质合金或高速钢的基体上，图一层几微米厚的高硬度、高耐磨性的金属化合物（TiC、TiN、Al2O3等）而构成的。其耐磨性比不涂层的至少可提高1~3倍，耐用性可提高2~40倍。国内涂层硬质合金刀片牌号有CN、CA、YB等。⑥陶瓷：主要成分是Al2O3，因此具有很高的硬度、耐磨性及耐热性，但抗弯强度低，冲击韧性差。陶瓷材料可做成各种刀片，主要用于冷硬铸铁、高硬钢和高强度钢等难加工材料的半精加工和精加工。⑦人造聚晶金刚石（PCD）：人造聚晶金刚石硬度极高（500HV以上），仅次于天然金刚石（10000HV），耐磨性极好。但其韧性和抗弯强度很差，热稳定性也很差，当切削温度达到700～800℃时，就会失去其硬度，因而不能在高温下切削；又与铁亲和力很强，一般不宜用于加工黑色金属。人造聚晶金刚石可制成各种车刀、镗刀、铣刀的刀片，主要用于精加工有色金属及非金属，如铝、铜及其合金、陶瓷、合成纤强化塑料和硬橡胶等。⑧立方氮化硼（CBN）：立方氮化硼硬度仅次于金刚石，达7000～8000HV，耐磨性很好，耐热性比金刚石高很多（可达1200℃）可承受很高的切削温度。立方氮化硼可制成整体刀片，也可与硬质合金制成复合刀片。目前主要用于淬硬钢、耐磨铸铁，高温合金等难加工材料的半精加工和精加工。（3）刀具切削部分的几何参数车刀切削部分由三面、两刃、一刀尖构成。三面指前刀面、主后面、副后面；两刃是指主切削刃和副切削刃；一尖是指刀尖，如图3-1-5所示。图3-1-5车刀的组成1）外圆车刀切削部分的组成①前刀面直接作用于被切金属层，并控制切屑经过时流出方向的刃面，简称前面，用符号Ar表示。如果前面由几个相互倾斜的表面组成的，则从切削刃开始，依次称为第一前面（Ar1）、第二前面（Ar2）等。②主后刀面同工件的加工表面相互作用和相对着的刀面，简称后面，用符号Aa表示。同样，也可分为第一后面（Aa1）、第二后面（Aa2）等。③副后刀面同工件已加工表面相互作用和相对着的刀面，简称副后面，用符号Aa′表示。④主切削刃前刀面与主后刀面的交线，简称主刃，担负着主要切削工作，用符号S表示。⑤副切削刃前刀面与副后刀面的交线，简称副刃，配合主刃完成切削工作，并最终形成已加工表面，用符号S′表示。⑥刀尖主切削刃与副切削刃的联接部位，或者是切削刃（刃段）之间转折的尖角过渡部分，是切削负荷最重、条件最恶劣的地方。为了增加刀尖的强度与耐磨性，多数刀具都在刀尖处磨出直线或圆孤形过渡刃。2）车刀标注角度参考系为确定刀具切削部分的几何形状和角度，即确定各刀面和切削刃的位置，首先必须建立一个空间坐标参考系。刀具角度的参考系有两种：静止参考系和工作参考系。前者用于刀具的设计、制造和刃磨时定义角度的参考系；后者用于规定刀具切削时的几何角度的参考系。车刀静止参考系主要由基面、切削平面、正交平面组成，如图3-1-6所示。图3-1-6车刀标注角度参考系①基面：过切削刃上选定点，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般与切削速度相垂直的平面，用Pr表示。②切削平面：过切削刃上同一点，与切削刃相切并垂直于基面的平面，用Ps表示。③正交平面（主剖面）：过切削刃上同一点，与切削平面和基面相垂直的平面，用Po表示。3）刀具的标注角度刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。以车刀为例介绍刀具的标注角度（图3-1-7）。①刀具标注前角γo：在正交平面内测量前刀面与基面的夹角。②刀具标注后角αo：在正交平面内测量后刀面与切削面的夹角。③主偏角κr：在基面内测量主切削刃与进给方向的夹角。④副偏角κr'：在基面内测量副切削刃与进给反方向的夹角。⑤刃倾角λs：在切削平面内测量主切削刃与基面的夹角。图3-1-7刀具的标注角度

式中f―刀具的横向进给量（mm/r）；vf―横向切削速度，r/s；d―工件上相对于刀具选定点的直径（mm）。

图3-1-8横向进给工作角度图3-1-9纵向进给工作角度②纵向进给对工作角度的影响。如图3-1-9所示，在纵向车削时若进给量较大，如车削螺纹尤其是车削多头螺纹时，进给运动使合成运动方向与主运动方向之间形成μf角。因此刀具的工作前角γfe和工作后角αfe将发生变化，即式中dw―工件在选定点的直径（mm），γf―侧前角，αf―侧后角。

（a）(b)图3-1-10刀尖安装高低对工作角度的影响

图3-1-11刀杆轴线倾斜的影响3.金属切削过程中的物理现象金属切削过程是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。在这过程中会产生一系列物理现象，如形成切屑、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。掌握这些规律，对于合理使用与设计刀具、夹具和机床，保证切削加工质量、减少能量消耗、提高生产率和生产技术发展等方面起着重要作用。4.切削液在切削过程中，合理地使用切削液（或称冷却润滑液），可以减小刀具与切屑、刀具与加工表面的摩擦，降低切削力和切削温度、减小刀具磨损、提高加工表面质量。合理使用切削液是提高金属切削效益的有效途径之一。（1）切削液的种类金属切削加工中最常用的切削液可分为三大类：水溶液、切削油和乳化液。（2）切削液的作用切削液主要起冷却和润滑的作用，同时还具有良好的清洗和防锈功用。（3）切削液的合理选用和使用方法1）切削液的合理选用切削液的种类很多，性能各异，应根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求合理选用。①粗加工。粗加工时切削用量较大，产生大量的切削热容易导致高速钢刀具迅速磨损。宜选用冷却性能为主的切削液（如质量分数为3％～5％的乳化液），以降低切削温度。②精加工。精加工以减小工件表面粗糙度值和提高加工精度为目的，因此应选用润滑性能好的切削液。③难以加工材料的加工。切削高强度钢、高温合金等难以加工材料时，由于材料中所含的硬质点多、导热系数小，宜选用润滑和冷却性能均好的极压切削油或极压乳化液。④磨削加工。磨削加工速度高、温度高，热应力会使工件变形，甚至产生表面裂纹，且磨削产生的碎屑会划伤已加工表面和机床滑动表面。宜选用冷却和清洗性能好的水溶液或乳化液。但磨削难加工材料时，宜选用润滑性好的极压乳化液和极压切削油。⑤封闭或半封闭容屑加工。钻削、攻丝、铰孔和拉削等加工的容屑为封闭或半封闭方式，需要切削液有较好的冷却、润滑及清洗性能，以减小刀与屑之间摩擦生热并带走切屑，宜选用乳化液、极压乳化液和极压切削油。常用切削液的选用可参考表3-1-2。表3-1-2常用切削液的选用任务2普通车削加工车削加工包括普通车削加工与数控车削加工。普通车削加工是指使用普通车床手动或半自动完成的车削加工工艺，数控车削加工是指通过编写数控加工程序、使用数控车床自动完成的车削加工工艺。1.机床的分类和编号（1）机床的分类根据GB/T15375-2008《金属切削机床型号编制方法》，机床主要按加工性质和加工刀具共分11类（不含GB/T15375-94中的电加工机床），如使用车刀主要用于加工回转表面的车床；使用钻头、镗刀主要用于加工内回转表面的钻床、镗床；使用刨刀、铣刀主要用于加工平面和沟槽的刨床、铣床；使用砂轮主要用于进一步提高工件加工质量的磨床等，见表3-1-3。此外，同一类机床中，又可按加工精度分为普通机床、精密机床和高精密机床；按使用范围分为通用机床和专用机床；按自动化程度分为手动、机动、半自动和自动机床；按尺寸和质量分为一般机床和重型机床等。各机床通用特性代号见表3-1-4。表3-1-4机床的通用特性代号表3-1-3机床的分类和代号（2）机床型号编制方法。机床型号是用来表示机床类别，主要参数和主要特性的代号。机床型号的编制按国家标准规定采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合的方式来表示。如CA6140车床型号中的代号及阿拉伯数字的含义如图3-1-12所示。图3-1-12CA6140车床型号的含义2.车床车床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥面、回转体成型面、环形槽、端面及螺纹，还可进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花等加工。图3-1-1为卧式车床上可完成的主要加工工艺。由于大多数机器零件都具有回转表面，车床的通用性又较广，因此在一般机械类制造厂中，车床的应用极为广泛，在金属切削机床中所占的比重最大，约占机床总数的20%~35%。（1）常用车床的类型及组成1）卧式车床卧式车床是车床中应用最普遍、工艺最广泛的一种类型，主要由主轴箱、进给箱、电气箱、溜板箱、刀架、尾座、床身、床脚等部分组成，如图3-1-13所示。车床由机床主轴带动工件旋转作主运动，由溜板箱上的大拖板及刀架带动刀具作纵横向直线移动。为了改变上述运动的大小，配有主运动变速箱（主轴箱）和进给运动变速箱（进给箱）。上述各部分均由床身支承。1-主轴箱2-刀架3-尾座4-床身导轨5-丝杠6-光杠7-床脚8-溜板箱9-电气箱10-进给箱图3-1-13卧式车床的组成常用卧式车床有三个精等级：普通精度级、精密级和高精密级。2）自动及半自动车床自动及半自动车床能够完成自动工作循环。由自动控制系统控制机床上各工作部件和工作机构的运动速度、时间、行程、位置及动作的先后顺序。自动及半自动车床种类繁多，可归纳为如下几种形式：按自动化程度可分为自动和半自动；按主轴数目可分为单轴和多轴；按主轴的放置方式可分为立式和卧式；按工艺方法可分为横切和纵切；按工件的复杂程度和加工方式可分为平行作业、顺序作业和平行-顺序作业等。3）立式车床立式车床主要用于加工径向尺寸较大而这个、轴向尺寸较短且形状复杂的大型或重型零件。立式车床的主要特点是主轴垂直布置，并有一个直径较大的圆形工作台，用于安装工件。立式车床分为单柱和双柱两种形式，前者用于加工直径小于160mm，后者用于加工直径大于200mm的工件，最大可达250mm。（2）卧式车床传动系统分析如图3-1-14为CA6140车床传动系统图。图3-1-14CA6140车床传动系统图分析传动系统时，首先要找出传动链的两个端件，然后分析它们之间的运动关系，写出传动路线表达式和运动平衡式。1）主运动传动链车床的主运动传动链的两个端件是主电动机和主轴。2）螺纹进给传动链进给运动传动链的两个端件是主轴和刀架。进给运动包括经丝杠的车螺纹运动链和经光杠、溜板箱的刀架进给运动传动链。3）纵横向机动进给传动链实现一般车削时刀架机动进给的纵向和横向进给传动链，由主轴至进给箱轴ⅩⅦ的传动路线与车米制或英制常用螺纹时的传动路线相同，其后运动经齿轮副28/56及联轴节传至光杠ⅩⅣ（此时离合器M5脱开），再由光杠经溜板箱中的传动机构，分别传至齿轮齿条机构和横向进给丝杠ⅩⅩⅦ，使刀架作纵向或横向机动进给，其传动路线表达式如图3-1-17所示。溜板箱中由双向牙嵌式离合器M8、M9和齿轮副40/48、40/30×30/48组成的两个换向机构，分别用于变换纵向和横向进给运动的方向。利用进给箱中的基本螺距机构和增倍机构，以及进给传动链的不同传动路线，可获得纵向和横向进给量各64种。纵向进给量的变换范围为0.028mm/r~6.33mm/r，横向进给量的变换范围为0.014mm/r~3.165mm/r。图3-1-17纵横向机动进给传动路线表达式

3.车刀车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具（图3-1-18）。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。图3-1-18常见车刀（1）车刀的种类和用途车刀的种类很多，分类方法也不同，一般常按车刀的用途、形状或刀具的材料等进行分类。车刀按用途分为外圆车刀、内圆车刀、切断或切槽刀、螺纹车刀及成形车刀等。内圆车刀按其能否加工通孔又分为通孔车刀或不通孔车刀。车刀按其形状分为直头或弯头车刀、尖刀或圆弧车刀、左或右偏刀等。车刀按其材料，可分为：高速钢车刀或硬质合金车刀等。按被加工表面精度的高低车刀可分为粗车刀和精车刀（如弹簧车刀）。按车刀的结构则分为焊接式和机械夹固式两类，其中机械夹固式车刀又按其能否刃磨分为重磨式和不重磨式（转位式）车刀。（2）车刀的材料1）对刀具材料的基本要求①硬度高。②红硬性好。③具有足够的强度和韧性。2）常用车刀的材料常用车刀的材料主要有高速钢和硬质合金。①高速钢。②硬质合金。4.车削时工件的装夹车床上加工多为轴类零件和盘套类零件，有时也可能在不规则零件上进行外圆、内孔或端面的加工。故零件在车床上有不同的装夹方法，如图3-1-20所示。（a）三爪自定心卡盘

（b）顶尖

（c）四爪单动卡盘（d）顶尖-中心架

（e）锥度心轴

（f）顶尖-跟刀架图3-1-20车削时工件的装夹方法（1）三爪自定心卡盘装夹这是车床上最通常的一种装夹方法，套盘类工件和正六边形截面工件都适用此法装夹，而且装夹迅速，但定心精度不高，一般为0.05~0.15mm。（2）四爪单动卡盘及花盘装夹四爪卡盘上的四个爪分别通过转动螺杆而实现单动，可用来装夹方形、椭圆形或不规则形状工件，根据加工要求利用划线找正把工件调整至所需位置。此法调整费时费工，但夹紧力大。花盘装夹是利用螺钉、压板、角铁等把工件夹紧在所需的位置上，适用于工件不规则情况。（3）顶尖装夹为了减少工件变形和振动可用双顶尖装夹工件。常用跟刀架或中心架作辅助支承，以增加工件的刚性。跟刀架跟着刀架移动，用于光轴外圆加工。当加工细长阶梯轴时，则使用中心架。中心架固定在床身导轨上，不随刀架移动。（4）心轴装夹心轴主要用于带孔盘、套类零件的装夹。以保证孔和外圆的同轴度及端面和孔的垂直度。当工件长径比小时，应采用螺母压紧的心轴。当工件长度大于孔径时，可采用带有锥度（1:1000~1:5000）的心轴，靠配合面的摩擦力传递运动，故此法切削用量不能太大。5.车削加工的工艺特点和运用（1）车削加工的工艺特点①加工范围广。车削加工应用范围广泛，可加工不同类型工件的回转表面、端面和成形表面；可加工钢、有色金属等材料的工件；可获得低精度、中等精度和相当高的精度；适用于各种生产类型。②生产率较高。一般车削加工时，工件的回转运动不受惯性力的限制，加工过程中基本无冲击现象，故可采用很高的切削速度。另外，车刀的刀柄可以伸出很短，刀柄的尺寸可以足够大、刚度好，故可以采用相当大的背吃刀量和进给量，因此生产率高。③生产成本低。许多车床夹具都作为车床附件生产，可以满足一般零件的装夹要求，生产准备时间短。车刀结构简单，制造、刃磨和安装都很方便。因此，车削加工与其他加工形式相比，生产成本较低。④易保证加工位置精度。对于轴、套、盘类零件，由于各加工面具有同一回转轴线，并与车床主轴的回转轴线重合，可在一次装夹中加工出不同直径的外圆、内孔及端面，因此可保证加工面间的同轴度和垂直度。（2）车削加工的运用1）外圆车削外圆车削主要用尖刀、弯头刀和偏刀进行，依车外圆的加工精度和表面粗糙度要求不同，分粗车、半精车和精车。2）端面车削车端面时刀具作横向进给，愈向中心车削速度愈小，当刀尖达到工件中心时，车削速度为零，故切削条件比车外圆要差。3）外圆台阶车削外圆柱面零件有轴类与盘类两大类，前者一般直径较小，后者一般直径较大。当零件长径比较大时，可分别采用双顶尖、跟刀架和中心架装夹加工。4）内孔车削常用的内孔车削为钻孔和镗孔。在实体材料上进行孔加工时，先要钻孔，钻孔时刀具为麻花钻，装在尾架套筒内由手动进给。5）锥体车削锥体有配合紧密、传递扭矩大、定心准确、同轴度高、拆装方便等优点，故锥体在很多零件结构上广泛使用。6）螺纹车削①螺纹车刀及其安装。②车床运动调整。③螺纹车削注意事项。7）车槽与切断车槽可分外圆上的槽，内孔中的槽和端面上的槽。切断刀的形状与车槽刀类似，但是，当切断工件的直径较大时，切断刀刀头较长，切屑容易堵塞在槽中而使刀头折断，故把切断刀的头高度加大。8）车成形表面手柄或圆球等零件上的曲线回转表面叫成形表面。①双向车削法。②成形刀法。③靠模法。9）滚花端面压花2026年6月22日请指正《工程材料及成型》课程导论模块一

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电加工67【内容小结】【学习导览】减材制造是将毛坯或工件装夹在加工设备上，通过切削工具（刀具、激光、磨具和磨料）把毛坯或工件上多余的材料切去从而获得规定的几何形状、尺寸和表面质量工件的加工方法，包括两大类工艺：一是用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法，如车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；二是用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法，如磨削、研磨、珩磨和抛光等。减材制造的特点：（1）减材制造适合加工结构简单部件，能获得较高的精度和较低的表面粗糙度；（2）可加工的材质类型较广，成品性能更接近产品级别，如碳素钢、铝合金、PMMA等；（3）小批量加工时存在一定优势；（4）难加工复杂结构件或几何曲面较多部件；（5）相比等材制造工艺，减材制造加工周期较长、效率较低。就减材制造而言，轴套类零件和轮盘类零件一般使用车削加工，叉架类零件和箱体类零件一般使用铣削加工，兼而有之的综合类零件一般使用车铣复合加工。本模块的教学目标和主要内容目标了解减材制造的含义；掌握常见减材制造工艺的类型及特点；掌握车削加工、铣削加工、磨削加工、电加工、激光加工等常见减材制造方法；能识别并选用典型的机床、刀具、量具；能根据待加工工件的结构特征、材料性能选用合适的减材制造工艺。内容本模块在概述减材制造含义及类型的基础上，以最常用的减材制造工艺为例，较详细地介绍了普通车削、普通铣削、普通磨削、数控车削、数控铣削、数控磨削、电加工、激光加工的知识和技能。本模块的主要内容有五个项目：车削加工；铣削加工；磨削加工；电加工；激光加工。项目2铣削加工铣削是将毛坯固定在铣床工作台上，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征的加工工艺。铣削分为普通铣削加工和数控铣削加工，前者使用普通铣床，较多地用于铣轮廓和槽等简单外形特征；后者使用数控铣床，可进行复杂外形和特征的加工。铣削是以铣刀的旋转运动为主运动，而以工件的直线或旋转运动或铣刀的直线运动为进给运动的切削加工方法。铣刀是旋转的多刃刀具，可使用较大的切削速度，且无空回程，故生产效率高。典型铣削加工工艺如图3-2-1所示。任务1铣床与铣刀选用1.铣床（1）铣床的类型及组成常用铣床有卧式铣床、立式铣床和龙门铣床，如图3-2-1所示。2.铣刀铣刀是一种切削效率较高的多刃刀具。应用范围相当广泛，可以用来加工各种平面、沟槽、斜面和成型表面。在生产中能否正确地选择和使用铣刀，将会直接地影响到生产率、加工精度和表面粗糙度。（1）按铣刀刀齿的形状分类1）尖齿铣刀2）铲齿铣刀（2）按铣刀用途分类1）加工平面用的铣刀2）加工沟槽用的铣刀3）加工特形表面用的铣刀3.铣削要素铣削时的铣削用量由铣削速度、工件进给量、背吃刀量（铣削深度）和侧吃刀量（铣削宽度）四要素组成，如图3-2-5所示。（1）铣削速度vc（2）工件进给量ƒ（3）背吃刀量（又称铣削深度ap）（4）侧吃刀量（又称铣削宽度ae）（5）铣削用量选择的原则任务2铣削工艺与应用1.铣削方式选择（1）周铣和端铣用刀齿分布在圆周表面的铣刀而进行铣削的方式叫做周铣，如图3-2-6（a）；用刀齿分布在圆柱端面上的铣刀而进行铣削的方式叫做端铣，如图3-2-6（b）。（2）逆铣和顺铣周铣有逆铣法和顺铣法之分。逆铣时，铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反，如图3-2-7（a）所示；顺铣时，则铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同，如图3-2-7（b）所示。提问：以下左右两图哪个是逆铣？2.铣削加工的工艺特点（1）铣削加工的优点①生产率高。②加工范围广。③刀齿散热条件较好。④排屑容易。⑤无变形。（2）铣削加工的缺点①铣削加工的质量可能不及车削加工，尤其是在加工小而精细的零件时。②铣削加工的成本相对较高，因为铣床结构复杂、铣刀的制造和刃磨比较困难。③容易产生振动。④属于断续加工。3.铣削的应用（1）铣平面（2）铣沟槽①普通槽。②成形槽。③螺旋槽。（3）铣成形面2026年6月22日请指正《工程材料及成型》课程导论模块一

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录CONTENTS2项目1车削加工3项目2铣削加工4项目3磨削加工项目5

激光加工8【延伸学习】9【课后习题】5项目4

电加工67【内容小结】【学习导览】减材制造是将毛坯或工件装夹在加工设备上，通过切削工具（刀具、激光、磨具和磨料）把毛坯或工件上多余的材料切去从而获得规定的几何形状、尺寸和表面质量工件的加工方法，包括两大类工艺：一是用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法，如车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；二是用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法，如磨削、研磨、珩磨和抛光等。减材制造的特点：（1）减材制造适合加工结构简单部件，能获得较高的精度和较低的表面粗糙度；（2）可加工的材质类型较广，成品性能更接近产品级别，如碳素钢、铝合金、PMMA等；（3）小批量加工时存在一定优势；（4）难加工复杂结构件或几何曲面较多部件；（5）相比等材制造工艺，减材制造加工周期较长、效率较低。就减材制造而言，轴套类零件和轮盘类零件一般使用车削加工，叉架类零件和箱体类零件一般使用铣削加工，兼而有之的综合类零件一般使用车铣复合加工。本模块的教学目标和主要内容目标了解减材制造的含义；掌握常见减材制造工艺的类型及特点；掌握车削加工、铣削加工、磨削加工、电加工、激光加工等常见减材制造方法；能识别并选用典型的机床、刀具、量具；能根据待加工工件的结构特征、材料性能选用合适的减材制造工艺。内容本模块在概述减材制造含义及类型的基础上，以最常用的减材制造工艺为例，较详细地介绍了普通车削、普通铣削、普通磨削、数控车削、数控铣削、数控磨削、电加工、激光加工的知识和技能。本模块的主要内容有五个项目：车削加工；铣削加工；磨削加工；电加工；激光加工。项目3磨削加工磨削是指用磨料、磨具去除工件上多余材料的加工方法，是零件精密加工的主要方法之一。大多数磨床使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数磨床是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。磨削主要用于零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面及成型表面（花键、螺纹、齿轮等）的精度加工，以获得较高的尺寸精度和极低的表面粗糙度，磨削精度一般可达IT6～IT5，表面粗糙度一般为Ra0.8～0.08μm。磨齿轮任务1磨床与砂轮选用常用的有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床等，如图3-3-1所示。上图是什么磨床？1.磨床（1）磨床的分类①外圆磨床；②内圆磨床；③平面磨床；④工具磨床；⑤刀具刃磨磨床；⑥专门化磨床；⑦多用磨床；⑧无心磨床；⑨其他磨床（2）磨床的运动形式磨床的主要工作及工件与砂轮的运动形式如图3-3-2所示。2.砂轮砂轮又称固结磨具，砂轮是由结合剂将普通磨料固结成一定形状（多数为圆形，中央有通孔），并具有一定强度的固结磨具。（1）砂轮的基本组成要素砂轮（图3-3-3）是由磨料、结合剂混合，经过高温、高压制造而成，是由磨料、结合剂、孔隙三要素组成的非均质体，其组织结构如图3-3-4所示。1）磨料磨料指砂轮中磨粒的材料。磨粒构成磨具的主体，在加工中起切创作用。2）结合剂结合剂（粘合剂）是将磨粒固结在一起形成磨具的粘结材料。结合剂不仅使砂轮成形，而且对磨具的自砺性有很大影响，并直接关系到砂轮的强度和使用的安全。常用结合剂分为无机结合剂和有机结合剂两大类。①无机类。②有机类。3）孔隙孔隙是指砂轮中除磨料和结合剂以外的部分。孔隙不仅能容纳切屑，还能把切屑液及空气带进切削区域，从而有利于降低温度。（2）砂轮的组织砂轮的组织是指组成砂轮的磨料、结合剂和气孔三者的比例关系，表明砂轮结构紧密程度的特性。根据砂轮磨削时单位时间内通过磨削表面的磨料颗粒数‌，即磨粒率将砂轮组织可划分为三档15个号（见表3-3-1）。（3）砂轮的硬度砂轮的硬度是结合剂固结磨料的紧牢程度的参数，表明在外力作用下，磨料从砂轮表面脱落的难易程度。（4）砂轮的形状和尺寸我国磨具的砂轮形状有80多种，可参照《固结磨具、形状类型、标记和标志》（GB/T2484-2023），正确地选择砂轮的形状和尺寸，是保证磨削加工质量和安全的重要方面。（5）砂轮的标记砂轮的名称及特性以标记的形式标注，作为砂轮的正确使用和管理提供依据。（6）砂轮的磨损与寿命1）砂轮磨损的形态2）砂轮寿命砂轮寿命用砂轮在两次修整之间的实际磨削时间表示，是砂轮磨削性能的重要指标之一，也是影响磨削效率和磨削成本的重要因素。砂轮磨损量是最重要的寿命判据，当磨损量大至一定程度时，工件将发生颤振，表面粗糙度突然增大，或出现表面烧伤现象。1.磨削加工工艺（1）磨削用量磨床以砂轮回转作主运动。磨外圆有三种进给：工件圆周进给速度vw、工件纵向进给量ft和砂轮相对于工件的横向进给量fr。因此，磨削加工有四个切削用量要素，如图3-3-7所示。①磨削速度vs。②工件圆周进给速度vw。③纵向进给量ft。④横向进给量fr。任务2磨削工艺与应用（2）磨削温度1）基本概念①工件平均温度。②磨粒磨削点的温度θdot（如图3-3-8）。③磨削区温度θA。2）影响磨削温度的主要因素①砂轮速度vs。②工件速度vw。③径向进给量ft。④工件材料。⑤砂轮硬度与粒度。2.磨削加工方法及应用（1）外圆磨削外圆磨削是用砂轮外圆周面来磨削工件的外回转表面。它不仅能加工圆柱面、端面（台阶部分），还能加工球面和特殊形状的外表面等，通常作为半精车之后的精加工。常用的外圆磨削方法有纵磨法、横磨法和复合磨削法。①纵磨法。如图3-3-9（a）所示②横磨法。如图3-3-9（b）所示③复合磨削法。如图3-3-9（c）所示④深磨法。如图3-3-9（d）所示（2）无心磨削

（3）内圆磨削（4）平面磨削3.磨削加工的特点相比车削、铣削，磨削加工有以下特点。（1）磨具的运动速度高（2）磨削的高热现象（3）获得很高的精度（4）高硬度材料适应性（5）冷却液使用频繁（6）自锐性（7）微量切削（8）磨具的自砺现象2026年6月22日请指正《工程材料及成型》课程导论模块一

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录CONTENTS2项目1车削加工3项目2铣削加工4项目3磨削加工项目5

激光加工8【延伸学习】9【课后习题】5项目4

电加工67【内容小结】【学习导览】减材制造是将毛坯或工件装夹在加工设备上，通过切削工具（刀具、激光、磨具和磨料）把毛坯或工件上多余的材料切去从而获得规定的几何形状、尺寸和表面质量工件的加工方法，包括两大类工艺：一是用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法，如车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；二是用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法，如磨削、研磨、珩磨和抛光等。减材制造的特点：（1）减材制造适合加工结构简单部件，能获得较高的精度和较低的表面粗糙度；（2）可加工的材质类型较广，成品性能更接近产品级别，如碳素钢、铝合金、PMMA等；（3）小批量加工时存在一定优势；（4）难加工复杂结构件或几何曲面较多部件；（5）相比等材制造工艺，减材制造加工周期较长、效率较低。就减材制造而言，轴套类零件和轮盘类零件一般使用车削加工，叉架类零件和箱体类零件一般使用铣削加工，兼而有之的综合类零件一般使用车铣复合加工。本模块的教学目标和主要内容目标了解减材制造的含义；掌握常见减材制造工艺的类型及特点；掌握车削加工、铣削加工、磨削加工、电加工、激光加工等常见减材制造方法；能识别并选用典型的机床、刀具、量具；能根据待加工工件的结构特征、材料性能选用合适的减材制造工艺。内容本模块在概述减材制造含义及类型的基础上，以最常用的减材制造工艺为例，较详细地介绍了普通车削、普通铣削、普通磨削、数控车削、数控铣削、数控磨削、电加工、激光加工的知识和技能。本模块的主要内容有五个项目：车削加工；铣削加工；磨削加工；电加工；激光加工。项目4电加工电加工是利用电极与工件之间的放电腐蚀效应的一种加工方式，一般采用高频脉冲回路进行放电。电加工包括电火花加工、电化学加工、电泳加工、电解加工和电子束、离子束加工等类型。电加工是特种加工技术的一种，与传统加工相比，电加工精度高、能克服传统加工对高硬度材料加工的缺点。电火花加工线切割加工任务1电火花加工1.电火花加工原理电火花成形加工简称电火花加工（ElectricalDischargeMachining，缩写为EDM），是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温来熔蚀材料，烧灼出电极的几何形状的一种加工工艺。2.电火花加工应具备的条件（1）工具电极和工件电极之间必须保持一定的间隙（2）必须采用脉冲电源（3）必须在有一定绝缘性能的流动的工作液中进行火花放电3.电火花加工的特点与机械加工相比，电火花加工具有以下明显的优势。（1）电火花属于不接触加工（2）可以“以柔克刚”（3）可以加工任何难加工的金属材料和导电材料（4）可以加工形状复杂的表面（5）可以加工特殊要求的零件4.电火花加工的应用（1）电火花机床机床主要由主机、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液净化及循环系统组成。主机主要包括主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽几部分。（2）电火花加工步骤电火花加工主要由三大步骤组成：电火花加工的准备工作、电火花加工、电火花加工检验工作。（3）电火花加工应用领域电火花加工包括电火花型腔加工和穿孔加工两种（如图3-4-3）。①模具加工。②硬质材料加工。③微细加工。④表面处理。⑤刀具修复。⑥其他特殊用途。任务2线切割加工1.线切割加工原理线切割加工一般以钼丝或黄铜丝作为工具电极对工件进行切割加工。加工时，金属丝为一极、工件为另一极，两极间充满工作液介质（线切割乳化液），在两极间加上脉冲电压，当两极间的距离很近时，在两极间发生瞬间的放电击穿。由于瞬间放电点的温度极高（10000℃以上），使得放电点的金属局部产生熔化甚至气化。又由于放电的过程极为短暂，使放电的过程具有爆炸的性质。这一爆炸力使得熔化了的金属被抛离电极表面，在工件表而形成一个小的凹坑。随着放电的不断进行，工件被不断蚀除，从而达到切割的目的，其工作原理如图3-4-4所示。2.线切割机床线切割机床由脉冲电源、数控装置、机床三部分组成（图3-4-5）。①脉冲电源。②数控装置。③机床。3.线切割加工的特点①直接利用金属丝作电极，不需要设计成特定形状，可节约电极的设计、制造费用。②不管工件材料硬度如何，只要是导体或半导体材料都可以加工，而且电极丝损耗小，加工精度高。③适合小批量、形状复杂零件、单件和试制品的加工，且加工周期短。④电火花线切割加工中，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用很小，故而工件的变形小，电极丝、夹具不需要太高的强度。⑤工作液采用水基乳化液，成本低，不会发生火灾。⑥不适合加工形状简单的大批量零件，一般不用于加工不导电的零件。2026年6月22日请指正《工程材料及成型》课程导论模块一

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电加工67【内容小结】【学习导览】减材制造是将毛坯或工件装夹在加工设备上，通过切削工具（刀具、激光、磨具和磨料）把毛坯或工件上多余的材料切去从而获得规定的几何形状、尺寸和表面质量工件的加工方法，包括两大类工艺：一是用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法，如车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；二是用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法，如磨削、研磨、珩磨和抛光等。减材制造的特点：（1）减材制造适合加工结构简单部件，能获得较高的精度和较低的表面粗糙度；（2）可加工的材质类型较广，成品性能更接近产品级别，如碳素钢、铝合金、PMMA等；（3）小批量加工时存在一定优势；（4）难加工复杂结构件或几何曲面较多部件；（5）相比等材制造工艺，减材制造加工周期较长、效率较低。就减材制造而言，轴套类零件和轮盘类零件一般使用车削加工，叉架类零件和箱体类零件一般使用铣削加工，兼而有之的综合类零件一般使用车铣复合加工。本模块的教学目标和主要内容目标了解减材制造的含义；掌握常见减材制造工艺的类型及特点；掌握车削加工、铣削加工、磨削加工、电加工、激光加工等常见减材制造方法；能识别并选用典型的机床、刀具、量具；能根据待加工工件的结构特征、材料性能选用合适的减材制造工艺。内容本模块在概述减材制造含义及类型的基础上，以最常用的减材制造工艺为例，较详细地介绍了普通车削、普通铣削、普通磨削、数控车削、数控铣削、数控磨削、电加工、激光加工的知识和技能。本模块的主要内容有五个项目：车削加工；铣削加工；磨削加工；电加工；激光加工。项目5激光加工激光加工是一种利用激光束与物质相互作用的特性，对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的加工技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。任务1