钳工与机械加工基础

钳工与机械加工基础

第一节钳工基础

一、划线

划线是指根据图样要求，在毛坏或半成品上划出加工界线的一种操作。按操作的复杂程

度可分为平面划线和立体划线两种。

（一）划线的作用及其基本要求

1.划线的作用

1）确定待加工工件上各表面的加工余量、孔的位置，使机械加工有明确的标志。

2）便于复杂工件在机床上的安装，可以按划线找正定位。

3）通过划线可以检查毛坯是否正确，以便及时发现和处理不合格的毛坯，避免加工后造成材

料、人力的浪费。

4）采用借料划线可使误差不大的毛坯得到补救，使加工后的工件仍能符合要求。

2.划线的基本要求

1）划出的线条清晰、粗细均匀。

2）尺寸准确，误差不大于±0.3mm。

3）在立体划线中，长、宽、高三个方向的线条要求互相垂直。

3.划线基准

在工件表面上相互错综复杂的点、线、面中，起着规定其他点、线、面作用的点、线或

面就叫做基准。

4.划线基准的选择

选择划线基准时，应先分析图样，找出设计基准，并尽量使所选划线基准与设计基准一

致。

（二）划线常用工具

划线工具一般可分为直接划线工具、辅助划线工具和测量工具三大类。

1.直接划线工具

1）划针。划针是直径为3〜5mm、长度为200〜300mm的钢针。分单尖、双尖（两头尖）两

种，如图2—1所示。

图2—1划针

2）圆规。划线用的圆规，常用有合腮圆规和滑杆圆规二种（如图2—2所示）。

RA

(1)(2)

图2—2圆规

1一合腮圆规；2一滑杆圆规。

3）划针盘。划针盘（如图2—3所示）可用来划线或找正工件的位置。

图2—3划针盘

4）单脚规。单脚规主要用来求圆形工件的中心（如图2—4所示），其形状为一端直尖角，另

一端弯尖角。

5）高度游标尺。高度游标尺（如图2—5所示）既是一-种精密划线工具，也是一种精密量具。

它的划针脚能直接表示出高度尺寸，对划线极为方便。

图2—5高度游标尺

2.辅助划线工具

辅助划线工具一般有划线平台、方箱、V形铁、斜楔垫铁和V形垫铁、楔铁和千斤顶、

样冲等。

（三）划线工艺流程

1.划线准备

1）工件的清理：工件毛坯上的氧化皮、飞边、残留的污垢以及已加工件上的毛刺、铁屑等都

必须清除干净。

2）工件的检查：工件毛坯经清理后，要进行详细的检查，预先发现工件毛坯上的写孔、砂眼、

裂纹、歪斜，以及形状和尺寸误差等缺陷。

3）工件的涂（着）色：为了使划线清晰，工件上划线部位都应涂色。一般对铸、锻件毛坯可

用石灰水涂色，小件可用粉笔涂色。对已加工表面一般涂蓝油、绿油、红油，也可涂硫酸铜

溶液。在铝、铜等有色金属光坯上一般除涂蓝油外，还可涂墨汁。

4）孔中装塞块：工件毛坯上有孔的，且需要划圆或等分圆时，在孔中要装入塞块。不大的孔

可用铅块，较大的孔则用木料或可调节塞块。

2.看清图样，详细了解工件上需要划线的部位，明确工件及其与划线有关部分的作用和要求。

3.选定划线基准（尽量与设计基准一致）。

4.初步检查工件毛坯的误差情况。

5.正确安放工件和选用划线工具。

6.划线。

7.详细检查划线的准确性，以及是否有线条漏划。

8.在圆心和线条上冲眼。对于在划线过程中，需划圆或圆弧的圆心，应划出圆心后立即冲眼。

二、金属锯削

（一）锯削的基本概念

用手锯把材料（或工件）锯出狭槽或进行分割的操作，叫做锯削。钳工锯削的工作范围

主要是分割材料、在工件上锯掉多余部分或锯槽等。

1.锯削运动的方式

正常锯削时手锯有两种运动方式，即平锯和摆锯。

平锯：锯削时，锯弓平行推出。其特点是锯缝断面平整，锯缝底部平直，但不易掌握。

摆锯：锯削时，锯弓小幅度上下摆动。也就是推锯时，身体略前倾，双手随着压向手锯

的同时，左手上翘，右手下R；回程时右手上抬，左手自然跟回。

2.起锯的角度

起锯时，锯条与工件锯削面之间的夹角，叫做起锯角。

无论采用远起锯还是近起锯，一般起锯角都应在10。〜15°之间。如果起锯角太大，则

起锯不易平稳，且锯齿往往会被工件的棱边钩住而引起崩断。如果起锯角太小，由于锯齿与

工件同时接触的齿数较多，则不易切入工件。

（二）锯削常用工具一一手锯

手锯由锯弓（锯架）和锯条组成。

1.锯弓

(1)(2)

图2—6锯弓

1—调节式：2—固定式

锯弓用于安装和张紧锯条。常用的有固定式和调节式（图2—6）两种类型。

2.锯条

锯条是锯削刀具，一般月低碳钢冷轧渗碳而成，也有用碳素工具钢或合金钢制成，并经

热处理淬硬。

3.锯条的安装要求

1）锯条安装时，应注意锯齿的朝向，应使齿尖朝前推的方向。若装反，则使锯齿在挤刮状态

下切削，造成切削困难，不能正常切削。

2）锯条安装松紧要适当，一般手感觉到崩紧了即可。若过松，会使锯条在锯割时发生弯曲、

摆动，容易锯斜和折断锯条;若过紧，会使锯条失去应有的弹性而折断。

3）锯条装好后应检查有否歪斜扭曲。

（三）锯削的基本操作

1.工件的夹持

I）工件一般应夹在台虎钳的左侧（即操作者的左手），以便于操作。

2）工件要夹紧、牢固，同时要避免将工件夹变形和夹坏已加工面。若夹紧面为已加工面，可

加护口铁；若是薄壁管件或已精加工的管件，应夹在具有V形槽的木垫之间；若是薄壁工件

可用两块木板夹住，一起锯削。

3）工件伸出钳口部分要短，以防止锯削时产生震动影响锯削质量。

4）锯缝线要与钳口侧面保持平行，便于控制锯缝不偏离所划锯缝线。

2.手锯的握法

手锯的常用握法一般是右手满握锯弓柄，左手大拇指与食指向前捏住锯弓前端，其余三

指相应握住。

3.锯削时的站立位置和姿势

人的身体与台虎钳钳口线大致成45°角，左足向前半步，两足间距约200〜300mm,两

腿成小弓步，身体略向前，重量由左腿支撑，右腿伸直.一般以站立自然，不易疲劳为原则。

锯削过程中，在锯弓推进时，身体略向前倾，回程时，身体回到原位。

4.起锯方法

正常的起剧方法有两种：近起锯和远起锯

1）远起锯：在远离操作者的一端开始起锯的方法。由于采用远起锯方法起锯时，锯条的锯齿

是逐步切入工件的，锯齿不易卡住，起锯较为方便。因此，一般情况下都采用远起锯。

2）近起锯：在靠近操作者的一端开始起锯的方法。为防止棱边卡住锯齿，可采用向后拉手锯

作倒向起锯，使起锯时接触工件的齿数增加，然后再作推进起锯。

三、金属铿削

用锂刀在工件表面进行切削加工的操作，叫做锂削。

铿刀是用高碳工具钢T13或T12制成，经热处理淬硬。铿削是一种精加工的方法，一般

在凿削、锯削之后进行。

（一）锌刀的分类及用途

1.锣刀按其用途分为普通锂、特种锂和整形锤三大类。

普通锂按其断面形状又可分为平铿、方铿、三角锲、半圆铿、圆铿等五种。适用于加工

工件上各种规则形状的表面。

特种锂有直的和弯的两种，按其断面形状又可分为刀口铿、菱形铿、扁三角钱、椭圆锂、

圆肚铿等。主要用来加工工件上各种特殊形状的表面。

整形铿（也叫什锦铿或翅铿）由各种不同断面形状的小铿组合而成。主要用于修整小型

工件、精密工模具等难以机械加工的部位。

2.铿刀按其锌齿的粗细分为粗锌、中锌、细铿和油光铿四类。

粗锤主要用于铿削软材料或加工余量大、精度要求低和表面粗糙的工件。

中铿一般用于铿削中等硬性材料或精度要求和表面粗糙度要求一般的工件。

细铿主要用于锂削硬性材料或加工余量小，精度要求高，表面粗糙度较低的工件。

油光锂一般用于最后工件表面的修光。

（二）锂刀的选择

每一种镁刀都有它适当的用途，为能充分发挥它的效能，按以下要求正确选用:

1）根据被锂削工件表面形状和大小来选用锌刀的断面形状和长度。

2）按工件材料的性质、加工余量的大小、；加工精度的局低及表面粗糙度要求的局低

刀的粗细规格。

（三）基本铿削方法一一平面锂削法

平面锂削方法有顺向锂法、交叉铿法、推锂法等三种，如图2—7所示。

dl

18■|1

图2-7平面铿削方法

1—顺向锌法；2一交叉键法；3一推锂法

顺向锂法：锲削平面的最基本方法，平面最后的锂光、锌平都用此法。

交叉铿法：斜着铿削，铿着面较长，铿刀容易掌握得稳。并且铿痕是交叉的，从铿痕上

可以判断出锂削面的高低情况，便于修整。此外，交叉锂法切削量大，故适用于大余量锂削

及粗锂。

推锂法：不能充分发挥手的力量，切削效率不高，故一般用来对狭长平面的修整或用顺

向铿法推进受阻碍时采用；同时，在修整尺寸、降低表面粗糙度以及内圆弧面的锂纹要求顺

圆弧方向时也可采用此法o

四、攻丝

（-）螺纹的概念

1.螺纹的概念

在圆柱表面上绕着圆柱E心旋转并且等距离匕升的点所形成的轨迹，就叫做螺旋线。沿

着螺旋线加工成具有相同剖面的连续凸起和沟槽，叫做螺纹。在圆柱外表面上加工出的螺纹,

叫做外螺纹；在圆柱内表面上（孔壁上）加工出的螺纹，叫做内螺纹。

2.螺纹的基本要素

螺纹的基本要素一般由牙型、直径、螺距（或导程）、头数（也叫线数）、螺纹公差带（精

度）和旋向等组成。

3.螺纹公差带

螺纹公差带表示螺纹加工的准确程度，规定了加工尺寸合格的范围。螺纹公差带的位置

由基本偏差确定，大小由公差值确定，并按其大小分为若干个等级。

螺纹公差带的大小也可用精度等级来表示。对于普通螺纹（指三角螺纹）的精度等级是

按中径公差带的大小来划分的。一般粗牙螺纹有三个精度等级，其代号为1、2、3级；细牙

螺纹有四个精度等级，其代号为1、2、2a、3级。

4.普通螺纹的标注

普通螺纹的标注由牙型、公称直径、螺距（或导程/头数）、公差带代号（或精度）和旋

向等组成。按国标规定：粗牙、细牙普通螺纹的牙型代号为“M”；螺纹的公称直径和螺距由

数字表示；细牙普通螺纹必须加注螺距，其他螺纹不必标注；多头螺纹要注明“导程/头数”,

单头螺纹不必标注；标注精度等级时，3级精度可不标注（螺纹的最低级精度不标注）；左旋

螺纹必须注出旋向，用文字"左”或用代号“LH”标注，右旋不标注。

（二）攻丝

用丝锥等工具切削加工出内螺纹的操作，叫做攻丝。攻丝工具主要有丝锥和绞手。

1.丝锥和绞手的分类

丝锥一般分为手用丝锥、机用丝锥、管螺纹丝锥三种。

绞手，也叫绞杠或扳手，是手工攻丝时用来夹持丝锥的工具。它分普通绞手和丁宇绞手

两类。

2.丝锥的精度等级

手用丝锥有3级和3b级两种精度。3级用来加工3级螺纹孔；3b级用来加工需镀复层的

3级螺纹孔。

机用丝锥有1、2、2a、3a级四种精度。分别加工1、2、2a级螺纹孔及需镀复层的螺纹孔。

3.润滑液的选择

使用润滑液的目的是为了减少孔和丝锥之间的摩擦，并起冷却作用，可降低螺纹的粗糙

度，延长丝锥的使用寿命。

在钢件上攻丝时，一般加乳化液或机油；在铸铁上攻丝时，一般不加润滑液，当铸铁较

硬或螺纹孔粗糙度要求较低时，可加些煤油；在青铜或黄铜上攻丝时，也不加润滑液，但螺

纹孔粗糙度要求较低时，可加些菜籽油；在铝、铝合金或紫铜上攻丝时，一般加浓的乳化液

或煤油。

4.攻丝操作注意事项

1）攻丝前，首先确定螺纹的底孔直径，选择钻头钻孔。攻盲孔时，还应确定底孔深度，以保

证螺纹的有效长度。丝锥的轴心线与底孔直径的中心线重合。

2）攻丝前，一定要看清所攻螺纹的规格，丝锥一定要与所攻螺纹的规格一致。

3）攻丝时，要加适当的润滑液。丝锥刚进入底孔时，两手要用适当而均匀的压力和旋转力，

把丝锥压入孔内。

4）正常攻丝时，每正转半圈到一圈，要倒退1/4圈到半圈，使切屑碎断后再继续往下攻。攻

塑性材料、攻深孔和盲孔时，更应注意这一点。

5）在攻盲孔时，应经常旋出丝锥，把切屑清除出孔外。

6）在较硬的材料上攻丝时，可将头攻、二攻和三攻互相交替使用，以防折断丝锥。

7）攻M8以下的螺纹孔时，一般用右手食指和中指夹住丝锥，右手掌捏住绞手，一面加压一

面转动绞手，左手帮助转动绞手。攻M4以下螺纹孔时，只需用右手按上法单手操作，不需

用左手帮助转动绞手，否则丝锥容易折断。

8）攻盲孔时，丝锥到底后，应立即停止转动，否则会使丝锥折断。

9）当攻丝完毕取出丝锥时，不要把绞手当作转轮，单手用力一推，让其靠惯性连续退出，而

应在不施加压力的情况下，用手转动绞手让其自然退出。

第二节机械加工基础

一、机械加工工艺规程

（一）工艺过程

用机械加工方法，按一定顺序逐步地改变毛坯或原材料的形状、尺寸和材料性能，使之

成为合格零件所进行的全部过程，称为机械加工工艺过程。

机械加工工艺过程由一系列工序组成，每一个工序又可分为若干个安装、工位、工步或

走刀，毛坯依次通过这些工序变为成品。

（二）机械加工的经济精度

加工经济精度是指在正常加工条件下，采用符合质量标准的设备、工装和标准技术等级

的工人，不延长加工时间所能保证的加工精度。各种加工方法的经济精度，是确定机械加工

工艺过程时，选择经济上合理的工艺方案，满足工艺过程优质、高产、低消耗原则的主要依

据。

在机械加工过程中，影响加工精度的因素很多。同一种加工方法，随着加工条件的改变,

所能达到的加工精度亦不一样。不论采用降低切削用量来提高加工精度，还是盲目地增加切

削用量来提高加工效率，如果不属于某种加工的经济精度范围，都是不可取的。

（三）制订工艺规程的原则

制订工艺规程必须从产品优质、高产、低消耗三个方面综合考虑，在保证加工质量的前

提下，按照技术上的先进性、经济上的合理性、良好的劳动条件等三个原则选择最经济合理

的加工方案，

（四）毛坯的选择

在制定工艺规程时，正确选择毛坯有着重大的技术经济意义。常用毛坯的种类有铸件、

锻件、焊接件、型材等。毛坯的选择要综合考虑，因地制宜，以符合总的工艺目标为原则。

在大多数情况下，毛坯选择取决于零件材料及其制造性能，一般根据图样可决定。

（五）基准的选择

编制工艺规程选择定位基准时，应满足基准稳定可靠、工件装夹方便的要求。基准面应

有足够大的接触面积和分布面积。大的接触面积能够承受较大的切削力，大的分布面积使定

位毛坯稳定可靠，加工精度高。当零件上没有合适的表面作定位基准时，为了获得所需要的

加工精度和便于安装，可在工件上特意作出供定位用的表面（如工艺凸台、中心孔、工艺孔）,

这种定位基准称为辅助基准。辅助基准在零件工作中并无用处，仅为工艺上需要，完工后如

有必要可切除或堵塞。

（六）工艺路线的拟定

拟定工艺路线是制订工艺规程的一个重要环节。除定位基准准确选择外，拟定工艺路线

时还应考虑表面加工方法、加工阶段的划分、加工顺序的安排等。

（七）加工余量的确定

机械加工时应保证在切除上道工序留下的缺陷的前提下，尽量减少加工余量。因此，确

定工序余量时应考虑以下四项:

1.加工余量必须大于上道工序的尺寸公差，才能保证消除上道工序的几何形状误差。

2.上道工序加工后各表面相互位置的空间偏差和工件热处理所产生的变形和尺寸胀缩。

3.上道工序的表面质变层厚度和表面粗糙度。

4.本工序的安装误差。以加工表面本身为定位基准时则不需考虑这项误差。

（八）工序尺寸和公差的确定

工序尺寸是工件在加工过程中所应保证的加工尺寸，其公差即工序尺寸公差，工序尺寸

和公差的确定应按各种加工方法的经济精度选定。确定工序尺寸和公差是制订工艺规程的一

项重要环节。

（九）机床、工艺装备等的选择

1.机床的选择

1）机床的主要规格尺寸与加工零件的外形尺寸相适应，即小零件选用小型机床。对于大型零

件，在缺乏大型设备时，可采用“蚂蚁啃骨头”的办法，以小干大。

2）机床的精度应与被加工零件的精度相适应。如果没有精密机床，而乂要加工高精度零件时,

则可以通过改装设备的方法，以粗干精。

3）机床的生产率与加工零件的生产类型相适应。

4）机床选择还应考虑到现场设备负荷平衡和分布排列情况，合理科学地选用。

2.刃具的选择

一般情况下应采用标准刃具，必要时也可采用各种高生产率的复合刃具及其他一些专用

刃具。刃具的类型、规格及精度等级应符合加工要求。

3.量具的选择

单件小批生产中应采用通用量具，如游标卡尺与百分尺等。大量生产中应采用各种量规

和一些高生产率的专用检具。量具的精度必须与加工精度相适应。

4.切削用量的确定

正确选择切削用量，对俣证加工精度提高生产率和降低刀具的损耗有很大意义。在一般

情况下，由于工件材料、毛坏状况、刃具材料和几何角度以及机床的刚度等许多因素变化较

大，故而在工艺文件上不规定切削用量，而由操作者根据实际情况自己确定。但在大量生产

中，特别在流水线或自动线上必须合理地确定每一工序的切削用量。

二、机械加工精度

（一）加工精度与加工误差

加工精度是指零件加工以后的几何参数（尺寸、形状和位置）的实际值与理想值的符合

程度。反之，零件加工后实际几何参数与理想值不符合程度称为加工误差。在生产实践中，

都是用控制加工误差来保证加工精度的。

在生产实际中，任何一种机械加工方法都不可能将零件加工得绝对精确，因为在加工过

程中存在着各种产生误差因素，所以加工误差是不可避免的。从使用方面来看，也没有必要

将零件加工得绝对精确，允许存在一定偏差。因此，要保证零件的加工精度，也就是设法将

加工误差控制在允许的偏差范围之内。提高加工精度，实际上也就是限制和降低加工误差。

（二）引起加工误差的几种因素

1.工艺系统的几何误差

1）加工原理误差。原理误差是由于采用了近似的刀具轮廓，近似的成形运动轨迹和近似速比

的成形运动加工零件而产生的加工误差。

2）机床、夹具、刀具的制造与磨损误差

3）刀具、夹具误差及工件的定位误差

2.工艺系统受力变形所引起的加工误差

在机械加工中，由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、

重力、惯性力等外力作用下会产生相应的变形（弹性变形及塑料变形），使工件和刀具静态相

对位置发生变化，从而产生加工误差。因此，机械加工时，要充分考虑整个加工工艺系统所

引起的误差，采取措施提高工艺系统的刚度，从而降低因工艺系统变形而引起的加工误差。

提高工艺系统刚度的措施有：提高接触刚度、提高工件刚度，减小受力变形、减小吃刀

抗力、合理安装工件，减小夹紧变形。

3.工艺系统热变形所引起的加工误差

机械加工过程中，工艺系统在各种热源作用下将产生复杂的热变形，使工件和刀具的相

对位置发生变化，在加工结束后由于工件冷却收缩，而引起加工误差。

4.工件内应力所引起的变形

具有内应力的零件，内部组织处于不稳定状态，它有强烈的倾向要恢复到无应力的状态,

使原有加工精度逐渐丧失。用这些零件所装配成的机器，在使用中也会产生变形，甚至可能

影响整台机器的质量，带来严重后果。促使这种变形的内应力有三方面：热应力、塑变应力、

组织应力。

三、机械加工的表面质量

机器零件的加工质量，除加工精度外，表面质量也是极其重要的一个方面。所谓加工表

面质量，是指机器零件在加工后的表面层状态（距表面几十到几百微米）。

机械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，还存在着不同程度的粗糙度、波度、冷硬、

裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层，但对机器零件的使用性能如耐磨性、疲劳强度、配

合性质、抗腐蚀性等都有很大影响。

（一）表面质量的主要内容

1.表面的几何形状

1）表面粗糙度。表面粗糙度是指表面微观的几何形状误差（图2-8,H表示表面粗糙度的

高度）

波度表面粗糙度

图2—8表面粗糙度与波度

2）波度。波度是周期性的几何形状误差（图2—8,A表示波度的高度），它主要是由加工过

程中工艺系统的振动所引起的。

2.表面层的物理机械性能：表面层的冷作硬化、表面层的残余应力、表面层的金和组织变化。

（二）影响机械加工表面粗糙度的因素

1.切削加工影响表面粗糙度的因素

1）刀刃在工件表面留下的残留面积。残留面积越大，表面就越粗糙。要减小残留面积，可以

减小走刀量和刀具的主、副偏角，增大刀尖圆弧半径。

2）工件材料的性质

（1）塑性材料切削时，刀具前面对切屑进行挤压，产生晶格扭歪，滑移的塑性变形，迫使

切屑与工件分离产生撕裂作用，造成积屑瘤或鳞刺（图2—9,2-10）,增大了粗糙度。

刀再

切

断入于工件衰酊

71®出附加工表面的部分;但

图2-9刀瘤对工件表面的质量影响

图2—10鳞刺的产生

（2）脆性材料，切屑呈碎粒状，加工表面往往出现微粒崩碎痕迹，留下许多麻点，增大了表

面粗糙度。

3）切削用量

（1）切削速度。在一定的速度范围内，对塑性材料的切削容易产生刀瘤或鳞刺，所以应避开

这个刀瘤区，如用中、低速（一般v<80m/min）容易形成刀瘤。

（2）切削深度。切削深度对殂糙度基本上没有影响，但过小的切削深度将在刀尖圆孤下挤压

过去，形成附加的塑性变形，增大了粗糙度。

（3）进给量。减小进给量可减小残留面积高度，但过小的进给量将使切屑厚度太薄，当厚度

小于刃口圆弧半径时，会引起薄层切屑打滑，产生附加粗糙度。

4）工艺系统的高频振动。工艺系统的高频振动，使工件和刀尖的相对位置发生微幅振动，使

粗糙度加大。

2.磨削加工影响表面粗糙度的因素

砂轮表面有无数颗磨粒，每颗磨粒相当于一个刀刃，砂轮粒度越细，单位面积上的磨粒

数多，在工件表而刻痕就越容、越细，则表面粗糙度越细。在修整砂轮时，修整的导程和深

度越小，磨粒修出的微刃越多，刃口等高性越好，砂轮就越光滑，磨出的工件也越光滑。砂

轮速度越高，磨削表面的塑性变形的传播速度小于磨削速度，材料来不及变形，因而表面粗

糙度越细。增大磨削深度和工件速度，将使塑性变形加剧，使粗糙度增大。有时为了提高磨

削效率，通常在开始磨削时采用较大的径向进给量，而在磨削后期采用小的径向进给量，甚

至无进给磨削（又称光磨），以降低表面粗糙度。

（三）加工表面的冷作硬化

机械加工过程中表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生

晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料的强化，其强度和硬度均有所提高，这种变化的结果

称为冷作硬化。

（四）表面层金相组织的变化

当切削热超过材料的相变温度时，表面层金相组织会发生变化。一般的切削加工，切削

热大部分被切屑带走，因此影响比较小。但磨削加工时，磨削区的瞬时温度很高，可达1000℃

以上，使加工表面层金相组织发生变化，并会产生很大的表面残余应力和细微裂纹，严重时,

形成表面烧伤。表面层烧伤将使工件性能大为降低，使用寿命下降，甚至不能使用。

影响磨削烧伤主要是磨削区温度与砂轮的速度，砂轮粒度、工件材料的导热系数、磨削

冷却方式有关。砂轮速度高，工件速度快，磨削深度大，砂轮粒度细，材料导热系数小等都

会使磨削区温度高，因此必须采用较好的冷却方式。

（五）表面层残余应力

切削加工中表面层组织发生形状变化或组织变化时，在表面层与基体材料的交界处产生

互相平衡的弹性应力，这种应力即表面层的残余应力。

（六）表面质量对于零件使用性能的影响

1.表面质量对零件耐磨性的影响

1）粗糙度对耐磨性的影响

零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况、表面质量和润滑条件有关。当两个零

件的表面相互接触时，只是表面的凸峰相接触，实际接触面积远小于理论接触面积，因此单

位压力很大，破坏了润滑油膜，凸峰处出现了干摩擦，如果一个表面的凸峰嵌入另一表面的

凹谷中，摩擦阻力很大，且会产生弹性变形、塑性变形和剪切破坏，引起严重的磨损。因此

表面越粗糙，磨损越大。但并不是表面越光洁磨损越小，因为表面粗糙度越细，不利于润滑

油的贮存，以致两表面接触紧密使金属分子间产生较大的亲和力，发生咬焊现象，结果加剧

磨损。

2）冷作硬化对耐磨性的影响

机械加工后表面层产生冷作硬化，减小了零件接触面之间的弹性和塑性变形，因而耐磨

性有所提高，但并非冷硬程度越高，耐磨性越好，因为过度硬化引起金属组织表面脆硬，使

表面层产生裂纹和剥落，磨损加剧，耐磨性下降。

3）金相组织变化对耐磨性的影响

表面层因受切削热的影响发生了金相组织的变化，改变了原来基体组织的硬度，因而也

直按影响耐磨性。

2.表面质量对零件疲劳的影响

1）粗糙度对疲劳强度的影响

表面粗糙度越大，在交变载荷作用下，零件容易引起应力集中并扩展疲劳裂纹造成疲劳

损坏。不同材料对应力集中的敏感程度不同，材料的晶粒越细，质地越密，强度越高，对应

力集中也越敏感，粗糙度越大，疲劳强度也降低得越厉害。

2）残余应力对疲劳强度的影响

表面残余应力对疲劳强度影响较大，它促使疲劳裂纹扩大，降低疲劳强度。表面残余压

应力能抵消部分工作载荷所引起的拉应力，带有不同残余应力表面层的零件其疲劳寿命可相

差数倍至数十倍。

3）冷作硬化对疲劳强度的影响

表面冷硬层能阻止已有裂纹的扩大和新裂纹的产生.降低外部缺陷和表面粗糙度的影响,

因此可提高零件的疲劳强度。

3.表面质量对配合性能的影响

对于间隙配合，粗糙度大磨损迅速，间隙增大，破坏了配合性能，如液压元件产生漏油

现象。对于过盈配合，在装配过程中，配合面的凸峰被压平，实际过盈量减小，配合牢度降

低。

4.表面质量对接触刚度的影响

表面粗糙度大，零件之间接触面积减小，单位压力增加，接触刚度减小，反之增高，故

减小表面粗糙度，是提高接触刚度的一个有效措施。

5.表面质量对抗腐蚀性的影响

表面粗糙度大，凹谷中积聚的腐蚀物在潮湿的空气中易发生化学腐蚀，凸峰间也容易产

生电化学作用而引起电化学腐蚀。因此减小表面粗糙度可提高零件的耐腐蚀性。

第三节金属切削

金属切削是用刀具切除坯料上的多余部分，从而使零件（或半成品）获得符合预定的技

术、工艺或图纸要求的加工方法。

金属切削加工按机械化程度和使用刀具的形式分为手工加工和机械加工两种方式。钳工

主要是通过工人手持刀具进行切削加工。为了减轻劳动强度，提高生产率，钳工中的某些工

作逐渐地被机械加工所代替。机械加工是通过人工操纵机床进行切削加工的，主要有车削、

钻削、镣削、包U削、铳削、磨削等。由于机器零件的精度和表面粗糙度的工艺要求，目前除

少数零件可以通过轧制或精容铸造等方法直接获得外，绝大部分零件都是通过切削加工的方

法获得。在铁路轮轴产品的制造、检修过程中，车削和磨削是最主要的两种金属切削加工方

式，这两种方式对于保证轮轴产品的装配、运用质量有着重要的意义。因此，了解和掌握了

金属切削加工的基本原理和加工方法，才能合理设计零件，正确地选用加工工艺方法，在保

证零件的质量的前提下最大限度地降低成本。

一、切削运动与切削要素

（一）切削运动

切削加工时，刀具与工件必须有一定的相对运动才能对坯料进行切削，按其所起的作用

可分两类，即主运动和进给运动，如图2—11所示。

图2—11切削运动简图

1）主运动。它是切削运动中最基本的运动，即切削运动中速度最高，消耗功率最大的运动。

如车削时工件的旋转；钻削时钻头的旋转；磨削时砂轮的旋转等等。

2）进给运动。使待加工工件连续进行切削从而获得所需工件尺寸的运动。如车车轴轴颈时的

进给运动包括沿车轴轴向的走刀运动和沿轴颈径向的吃刀运动。在切削过程中，工件上会形

成三种表面。以外圆车削为例，即将切去金属层的表面称为待加工表面；已切去金属层的表

面称为已加工表面：正在被切削的表面，即由主切削刃直接形成的表面称为加工表面。

（二）切削要素

切削要素分切削用量要素和切削层横截面要素，以表示切削时各运动参数的大小和切削

变形量，并依此为根据调整机床完成切削加工。

nw

图2—12切削要素

1.切削用量要素

切削用量要素包括切削速度、走刀量和吃刀深度，统称切削三要素。

1）切削速度。刀具相对工件单位时间沿主运动方向走过的距离，即主运动的线速度。

2）进给量（走刀量）。沿着所要加工的工件表面的进给距离的大小即进给量。车削时的进给

量为工件每转一转，刀具沿进给（走刀）方向移动的距离（图2—12中的f）。

3）切削深度（吃刀深度）。吃刀的大小称为切削深度。车削（内、外圆、端面）时的切削深

度是待加工表面与已加工表面间的垂直距离，即车刀切入工件的深度（图2-12中的t）。

2.切削层横截面要素

切削层是指每走刀一次（即移动f距离），相邻两加工表面间的金属层。切削层的轴向

剖面称切削层横截面，如图2-12所示的平行四边形为车削时的横截面。切削层横截面要素分

别为切削厚度a。、切削宽度b。、切削面积Ac。

由此可知，进刀量f和切削深度t决定了切削面积Ac的大小。同样的切削面积，切削层

的形状随切削刃的形状及其主偏角kr的大小发生变化，这时的切削厚度a。和切削宽度b。亦

随之变化，表示了切削刃单位长度负荷和切削刃工作长度在变化。

二、常用的刀具

（-）车刀的组成

车刀由刀头和刀杆两部分组成。刀头直接担任切削工作，又称切削部分。刀杆是固定夹

紧刀具用的。常见的外圆车刀的切削部分有三个刀面：两个切削刃和一个刀尖组成，如图2

—13所不。

前面（前刀面）：直接切入和挤压被切削层并控制切屑沿其排出的刀面。

主后面（后刀面）：同工件加工表面相互作用和相对的刀面。

副后面（副后刀面）：同工件已加工表面相互作用和相对的刀面。

主切削刃（主刀刃）：前面与主后面的相交部位。

副切削刃（副刀刃）：前面与副后面的相交部位。

刀尖：主切削刃和副切削刃之间转折的尖角部分。

切削加工中使用的刀具种类繁多，但都是由上述几部分组成，仅刀面、切削刃和刀尖的

数目不同而已。如切断刀由四个刀面、三个切削刃和二个刀尖组成。多齿刀具的每个刀齿相

当于一把车刀，所以车刀是其它刀具的基础。

（二）常用刀具材料与性能

常用刀具材料与性能如下：

表2-1用途分组代号与硬质合金牌号对照表

用途分组代号硬质合金牌号性能提高方向

切削性能合金性能

P0I

P10YT30,YNI0

P20YT15

P30YT14期nW.起赳

第期

«聚

P40YT5疆«

宴

P50

M10

M20YWI

!典、

M30YW2Er盥

去

江詹

M40君荆

K01

YG3X

K10

YG6X,YG6A

K20

赵

YG6,YG8N二三

眼掰

K30

定然詹

YG8,YG8N

君*!

K40

切削加工用硬质合金根据GB2075-80《切削加工用硬质合金分类、分组.代号》按其适于

加工的对象的范围分为三个主要类别，分别以字母P、M、K表示，井以相应的颜色标志加

以区别。

P一适于加工长切屑黑色金属，以蓝色作标志。

M一适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属，以黄色作标志。

K一适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，以红色作标志。

根据被加工的材质及适应的加工条件不同，进一步将硬质合金按其具体用途进行分组，

其代号由在主要类别代号后缀一组阿拉伯数字组成，如P01、MIO、K20、……o在每一类别

中，数字愈大，耐磨性愈低而韧性愈高。YG、YG、YW代表不同硬质合金（用途分组代号

与硬质合金牌号见表2—1）。其中，铝钻类（YG）硬质合金适用于加工铸铁等脆性材料；鸨

钻钛类（YT）硬质合金适用于加工钢等塑性材料；铝钻钛但银类（YW）硬质合金既适用于

加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。

三、金属切削过程的物理现象

金属切削过程是切除的金属屑从工件上被切离的过程。在切削过程中会出现变形、切削

力、切削热和刀具磨损等物理现象。

（一）切削过程中金属的变形

切削时，前刀面推挤切屑层，使之产生弹性变形和塑性变形，使切削层从工件上分离形

成切屑。刀具与工件开始接触时，材料产生弹性变形。随推挤力的增大，材料将沿45°的剪

切面滑移，产生塑性变形。剪切力随滑移量的增加而增加，当剪应力超过工件材料的强度极

限时，切削层便与母体分离。

（二）切屑形成的种类

因工件材料的塑性不同，切削时的变形程度也不同，而产生不同的切屑，如图2—14所

不0

(1)(2)<3)(4)

图2—14切屑的种类

1一带状切屑；2一节状切屑；3一粒状切屑；4一崩碎切屑

（三）积屑瘤

切削塑性材料（钢）时，常在切削刃上粘附不稳定的小金属块，其组织性能既不同于刀

具材料，也不同于工件材料，这样的小金属块称为积屑瘤。

切屑流经前刀面时，切屑底层受前刀面摩擦流动速度低，这层金属称为滞流层。在高温

高压的条件下，滞流层的外摩擦大于内摩擦时，其上的部分金属发生剧烈变形的同时脱离切

屑，留在前刀面上形成积屑瘤，其硬度约为工件的2~3倍。积屑瘤粘俯在切削刃上，有保护

刃口并增大前角的作用，但曰于积屑瘤不稳定，使切削深度忽大忽小，引起振动而影响加工

质量。

四、轮轴切削加工常用车刀简介

硬质合金可转位车刀是籽压制有合理的几何参数并有数个刀刃的刀片，.用机械夹固的方

法装夹在标准的刀杆上的车刀。当一个刃口用钝后不需重新刃磨，而靠刀片转换另一刃口后

继续使用。其名称由此而得（简称可转位刀片），是目前国家重点推广的先进技术之一，这种

车刀目前在数控车轮、车轴加工方面已经得到广泛使用。

（一）硬质合金可转位车刀的优点与焊接车刀相比，有如下优点：

1.质量好

可转位刀片不经焊接，避免了焊接引起的缺陷;保证了刀具原有的物理、机械性能，提高

了刀片的利用率和耐用度。几何参数一致，每个刀刃的互换性好，提高了加工平稳性和加工

精度。

2.生产效率高、经济效果好

由于质量好，适应较高的切削速度和较大的进给量。使用装卸方便，换刀对刀时间短，

减小了辅助时间提高工作效率。刀杆可重复使用，节省刀具材料而且简化了刀具的制造过程。

刀片的回收率高。刀片不需刃磨，对工人技术要求不高，便于掌握。

（二）硬质合金可转位车刀的组成

可转位车刀由标准刀杆、刀片、刀垫及夹紧机构组成。如图2—15所示。

图2—15可转位车刀的组成

正三边形

*）加大刀尖向三边彩C）凸三边形正五边形

图2—16硬质合金可转位车刀片

1.刀片

可转位车刀按部颁标准可分为带装夹孔