机械制造技术第4版第2章 机械加工工艺系统课件

机械制造技术第2章机械加工工艺系统本章将围绕机械加工工艺系统，依次介绍四大核心组成部分，逻辑遵循从加工对象到核心装备再到加工实施载体的顺序展开：首先介绍加工对象工件，明确加工目标与要求；其次介绍提供加工运动与动力的金属切削机床，它是整个工艺系统的核心装备；接着介绍直接完成切削加工的金属切削刀具与磨具，保障加工精度与效率；最后介绍实现工件正确定位夹紧的夹具，保障加工稳定性。本章是机械加工工艺系统的核心内容介绍，整体分为四个相互关联的部分，逻辑清晰，覆盖机械加工工艺系统全构成要素：首先第一部分介绍工件，作为加工对象，明确加工要求与安装基准；其次第二部分介绍金属切削机床，它是加工的核心工艺装备；接下来第三部分介绍金属切削刀具与磨具，它直接决定加工质量；最后第四部分介绍夹具，保障工件定位夹紧符合加工要求。工件是机械加工工艺系统的核心加工对象，我们先从最基础的毛坯讲起。毛坯是制作工件的初始坯料，是整个加工过程的起点。毛坯的种类选择、自身质量和材料性能，直接决定后续机械加工的难度与最终成品质量。毛坯精度越高，后续需要切除的余量就越少，不仅能节省加工时间、降低刀具损耗，还能减少加工过程中工件产生的应力变形，更易获得符合要求的成品质量。因此选择毛坯时，除了满足零件的使用性能要求，还要优先考虑新工艺、新技术、新材料的应用，通过提升毛坯制造质量，实现整个加工流程的降本增效。接下来看工件表面的构成，多数工件由多种几何表面组合而成。以图中的阶梯轴为例，D3是配合轴径，用来和其他零件完成装配对接；D1和D4是支承轴径，负责轴整体的安装定位，这些直接承担工作功能的表面就是工件的主要工作表面。其余台阶面等非工作表面，仅起到连接各工作表面的辅助作用。整个机械加工工艺系统所有环节的设置，核心目标都是保证这些关键工作表面的加工精度与质量要求。工件加工质量的判定，拆解为加工精度与表面质量两个核心维度，二者共同决定了零件最终的使用性能与寿命。加工精度衡量加工完成后工件实际几何参数与设计图纸标注参数的契合程度。尺寸、形状、位置三类参数的符合度越高，加工精度就越高。行业中定义参数完全准确的零件为理想零件，实际生产中所有零件都存在一定精度误差，我们需要做的就是把误差控制在设计允许的范围内，满足零件的装配与功能要求。除了宏观的几何精度，工件的表面质量同样关键。表面质量不止包含肉眼可辨的表面粗糙度、波度这类微观几何特征，还涵盖加工后表层的硬化程度、残余应力等物理力学性能。这些特性直接影响零件的耐磨性、抗腐蚀性、配合稳定性，甚至在交变载荷下的疲劳强度，是决定高端机械产品可靠性不可或缺的关键指标。工件要完成最终加工，必须经过一道核心工序，就是安装。安装的本质是让工件在加工环境中获得固定且准确的位置，具体分为定位和夹紧两个步骤。行业内常用的安装方法分为三类，分别是直接找正定位安装、画线找正安装和夹具找正安装，三种方法适配不同的加工精度要求与生产批量场景。要保证安装的准确性，必须依托合理的基准选择。基准的核心定义，是工件上用来确定其他点、线、面位置的参照点线面，通常选择中心线、对称线或平面作为基准。依据应用场景的不同，基准分为四大类。设计阶段确定零件各结构位置的是设计基准，加工阶段确定工件在夹具中位置的是定位基准，零件完工后检验尺寸位置的是测量基准，装配阶段确定零部件在整机中位置的是装配基准。其中定位基准、测量基准、装配基准统称为工艺基准，直接服务于加工制造全流程。需要注意，基准本身不一定是工件上实际存在的具体结构，大多需要依托具体的表面来体现，这些用来体现基准的表面，就是我们常说的基面，这是很多初学者容易混淆的概念，需要格外区分。第7页本次内容整体分为四个相互独立、完全穷尽的模块，已经完成第一部分工件相关内容的讲解，接下来进入第二部分的讲解：首先，已经介绍完第一部分工件，明确了机械加工的核心对象基础；接下来进入第二部分金属切削机床的讲解，它是提供加工运动与动力的核心工艺装备；后续还将依次讲解第三部分金属切削刀具与磨具、第四部分夹具，四个部分共同构成完整的机械加工工艺系统。第8页金属切削机床是机械制造体系的核心装备，承担着将金属毛坯转化为合格机械零件的核心职能，是整个机械加工工艺系统的动力来源与运动载体。它的核心价值体现在两个维度，一方面提供刀具与工件之间精准的相对运动，另一方面输出加工过程所需的动力，最终以符合成本要求的方式完成既定的机械加工工艺。机床的性能直接决定机械产品的最终加工质量，也划定了经济加工的适用边界。但凡尺寸精度、形状精度要求较高的机械零件，都必须依靠高性能机床才能实现批量稳定生产。机床行业的技术升级始终与机械工业发展同频，更深度绑定前沿科技的进步。新型刀具材料的迭代，电气控制、液压传动技术的成熟，尤其是计算机数控技术的普及，持续推动机床领域的技术变革，不断拉高行业的生产率上限，提升零件加工精度，拓展自动化加工的应用场景。可以说，机床行业的技术水平，直接代表一个国家高端制造业的核心竞争力，所有精密器械、高端装备的制造，都依赖高端机床提供基础支撑。第9页金属切削机床承担着将毛坯加工成合格零件的核心任务，完整功能的实现依赖四大核心结构的协同配合，各模块各司其职，共同保障加工精度与加工效率。第一模块为支承及定位部分，承担整机骨架与位置基准的核心功能，一方面通过床身、底座等支承部件连接所有机床部件，另一方面依托导轨、定位元件等，固定刀具与工件的相对位置，这是保障最终加工精度的基础前提。第二模块为运动部分，负责输出加工所需的核心运动，将动力源输出的运动经过变速、传递，转化为刀具需要的切削运动，以及刀具或工件需要的进给运动，最终输出符合加工要求的切削速度与进给量。第三模块为动力部分，是整台机床的能量来源，不仅为加工过程提供动力，也为润滑、液压等辅助系统供给能源，常见的动力元件包含驱动机械结构的电动机、为液压系统供能的液压泵等。第四模块为控制部分，负责统筹调整机床的工作状态，管控机床的启动停止，调节运动的参数、方向与配合关系，保障所有模块按照加工要求协同运行，涵盖操纵机构、电气系统、检测装置等多个组成部分。第10页金属切削机床能实现金属毛坯的精准加工，核心功能由四大结构模块协同支撑，四大模块各有分工，共同保障加工精度与加工稳定性。第一模块是支承及定位部分。它承担机床整体结构的骨架作用，负责连接所有功能部件，为刀具和工件提供精准的位置基准。床身、底座这类大件构成整个机床的基础，导轨、工作台和定位元件则保障相对位置精度，是加工精度的基础前提。第二模块是运动部分。切削加工的核心是刀具与工件的相对运动，运动模块负责传递和转换动力源输出的动力，分别提供切削所需的主运动与进给运动，最终输出符合工艺要求的切削速度与进给量，满足不同加工工序的运动需求。第三模块是动力部分，它是整台机床的能量来源，不仅为切削加工提供动力，还支撑润滑、液压辅助系统的运行，电动机、液压泵等元件将不同形式的能量输出，保障所有功能模块正常运转。第四模块是控制部分，它相当于机床的“大脑中枢”，管控机床的启停、调整运动参数，协调各个模块的运行逻辑，配合现代检测装置，让机床能够适配复杂多变的加工工艺要求。第11页刚才我们已经梳理完机床的基本构成，了解了机床各个模块的功能分工。这一页我们将要继续深入，为大家拆解机床的分类规则和型号编制方法，帮大家建立清晰的机床分类认知，也为我们后续理解机床传动系统的相关知识打好基础。第12页金属切削机床的分类逻辑，围绕加工场景、应用需求、性能参数等多个维度建立，不同分类标准对应不同工业场景的选型需求。最核心的分类依据是加工性质和所用刀具，共计划分出11个基础大类，涵盖车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床等，完整覆盖机械制造领域绝大多数切削加工场景，是行业内通用的基础分类体系。除工艺维度外，分类体系进一步延伸到生产适配性维度。依据通用性程度划分出通用机床、专门化机床、专用机床，对应多品种小批量、固定品类批量生产、特定零件专属加工三类不同生产模式。依据重量划分出轻型、中型、重型机床，匹配不同尺寸工件的加工需求。依据加工精度划分出普通精度级、精密和超精密级机床，适配普通机械零件和高端精密零件的精度要求。依据自动化程度划分出手动、机动、半自动化和自动化机床，对应不同生产规模的自动化需求。这套分层分类体系，为机床的设计、生产、选型和使用提供清晰的标准化依据，助力制造业快速匹配自身生产需求。第13页金属切削加工依靠刀具与工件的相对运动完成成型，这一运动的传递需要清晰的传动体系支撑，传动链就是机床传动系统的核心骨架。常用传动件包括带轮、齿轮、蜗轮蜗杆、齿轮齿条、丝杠螺母等，这些元件承担运动转换与动力传递的功能，核心作用是建立两类传动联系：一类连接运动源与执行件，另一类连接两个独立执行件，构成完整传动联系的一系列顺序排列的传动件，就是传动链。依据传动性质差异，传动链可划分为两类，二者功能定位有着本质区别。内联系传动链连接同属于一个独立成形运动的多个执行件，对执行件的相对运动关系有严格要求，直接决定工件最终的表面形状精度。外联系传动链仅负责连接运动源与机床执行件，核心作用是为执行件提供预定速度的运动、传递加工动力，不要求运动源与执行件之间保持严格传动比。外联系传动链的传动比变化，只会影响生产效率或是加工表面的粗糙度，不会改变工件成形的本质形状。两类传动链分工协作，共同保障机床加工稳定运行。第14页机床传动系统图是解析机床运动逻辑的核心工具，它诞生于工程表达标准化的需求，解决了传动结构复杂难以清晰梳理的问题。机床传动系统图严格遵循GB/T4460—2013国家标准规定的图形符号绘制，以展开图形式将所有传动链整合绘制在机床轮廓内部，用标准化符号梳理所有零件的连接关系，避免了复杂实体结构对传动逻辑分析的干扰。传动系统图承担多重核心功能，它能清晰呈现各传动件的结构类型与连接方式，完整梳理机床全部运动的传动路径，直观体现运动变速、变向、通断的实现逻辑，更是分析机床运动规律、计算主轴转速与进给量的核心依据。需要明确传动系统图的表达边界，它的核心定位是梳理传动逻辑，而非呈现零件的实体信息，因此不标注传动件的具体结构、实际尺寸与安装位置，这是工程图纸分工带来的专业化设计，认知过程中需要注意这一点。第15页刚刚我们梳理了机床传动系统图的定义与作用，它用标准符号完整呈现了机床的传动关系。这一页我们就来承接内容，从具象的传动系统图过渡到更简洁的传动表达。接下来我会给大家介绍专门用于分析传动联系的简化表达方法——机床传动原理图，帮我们更清晰地理解机床的传动逻辑。第16页我们分析机床传动系统时，会面临信息呈现的核心矛盾：传动系统图能够完整展示所有零件的连接关系与传动路径，但图形包含大量结构细节，反而会掩盖核心传动逻辑，不利于我们聚焦研究传动联系本身。针对这一矛盾，工程领域提出了传动原理图的表达方法。传动原理图摒弃了传动件的具体结构、尺寸、位置等非核心信息，仅提炼出动力源、执行件两个核心要素，用极简的标准化符号呈现两类要素之间、执行件与执行件之间的传动联系，大幅降低了传动系统的分析复杂度。传动原理图的核心价值，在于帮助工程人员抓住传动关系的本质。无论多复杂的机床传动系统，都能通过传动原理图快速梳理出内联系、外联系两类传动链的逻辑，是研发阶段分析传动合理性、维护阶段排查传动故障的核心工具，也是理解机床运动逻辑的基础分析载体。第17页数控机床是现代制造业实现自动化、柔性化生产的核心载体，核心定义指向依托数字化指令驱动加工的自动化装备，它的工作逻辑是提前按照加工要求编制加工程序，控制系统输出数字指令控制机床执行机构动作，全程自动完成零件加工，不需要人工反复干预操作。传统制造体系中，多品种小批量生产始终存在一对核心矛盾：复杂高精度零件的加工需求，和频繁换产带来的效率损失与成本上涨。数控机床恰好破解了这一矛盾，成为衔接单件小批量生产与自动化制造的关键载体，不仅兼具灵活性与高生产效能，更是构建柔性制造系统、计算机集成制造系统等现代化生产体系的基础单元，奠定了现代智能制造的硬件基础。数控机床的完整运行，依赖七大核心模块协同作用，分别为加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统和机床本体。七个模块分工明确形成闭环：加工程序存储加工指令，输入装置传递指令信息，数控系统完成运算处理，伺服系统驱动执行机构动作，反馈系统校正加工误差，最终通过机床本体完成切削加工，保障加工精度与稳定性。第18页数控机床的分类体系围绕不同维度建立，每一种分类方式都对应生产加工场景的不同需求。按照工艺用途划分，可分为普通数控机床与数控加工中心机床。普通数控机床适配常规工艺加工需求，数控加工中心则实现了多工序复合加工，一次装夹即可完成铣、钻、镗等多道工序，大幅提升加工效率。按照运动轨迹划分，点位控制数控机床仅保证点到点的精准定位，多用于孔系加工；直线控制数控机床可实现平行坐标轴的直线切削加工；轮廓控制数控机床能同时对两个及以上运动轴进行连续轨迹控制，完成复杂曲面零件加工。按照伺服系统的控制方式划分，开环控制数控机床结构简单、成本低廉，无位置反馈装置，精度偏低；闭环控制数控机床加装位置检测装置，直接对执行件的位移进行检测反馈，精度最高但调试维护难度大；半闭环控制数控机床的检测装置安装在传动丝杠末端，精度和成本介于开环与闭环之间，是目前应用最广泛的类型。除此以外，还有面向特殊加工场景的特种加工数控机床，以及用于金属塑性成形的专用数控机床，覆盖了现代制造全品类的加工需求。第19页加工精度与加工质量稳定是数控机床最核心的优势，这项优势并非凭空而来。数控机床融合精密机械技术与计算机技术，自身拥有极高的结构刚度，热稳定性表现优异，传动环节设计之初就采取了误差缩减措施，还可以通过软件对系统误差进行补偿修正。加之整个加工过程由预编程序自动执行，排除了人工操作带来的随机误差，最终输出的加工精度远高于传统普通机床。相较于普通机床，数控机床的生产效率提升十分显著，基础型号数控机床就能将生产效率提升3至5倍，搭载多工序加工能力的数控加工中心，更能将生产效率提升5至10倍，大幅压缩零件加工的周期。数控机床具备极强的适应性与通用性，换产加工新零件时，只需要重新编写对应加工程序即可完成调试，无需改造机床结构，完美适配当下多品种、小批量的生产需求，是柔性制造的核心载体。相较于传统加工方式，数控机床可以轻松完成复杂形状零件、自由曲面零件的加工任务，这类零件是普通机床很难甚至无法加工的，且加工过程不需要定制专用夹具，进一步降低了生产准备成本。第20页本次金属切削加工模块的内容共分为四个部分，已经完成了前两部分：首先是第一部分工件的基础内容讲解，其次完成了第二部分金属切削机床的相关知识介绍，其中包含了普通机床与数控机床的核心内容。接下来我们将依次讲解第三部分金属切削刀具与磨具，最后再讲解第四部分夹具的相关内容。第21页金属切削加工的核心执行者是刀具，刀具的分类体系直接决定加工场景的适配逻辑，行业普遍按照工艺用途划分刀具类型。切刀类是最基础的切削刀具，绝大多数为单刃结构，仅保留一条主切削刃承担切削工作，覆盖车削、刨削、插削、镗削等绝大多数基础加工场景，也包含定制化的专用切刀。孔加工刀具专门针对孔的成型与优化设计，可在实体材料上加工出新孔，也可提升已有孔的尺寸精度、降低表面粗糙度，常见类型包含麻花钻、铰刀、深孔钻等。拉刀类适配大批量生产场景，一次拉削即可成型复杂内外表面，生产效率远高于传统工艺，但刀具制造成本高，通用性偏弱。铣刀属于多刃刀具，在圆柱或端面分布多个切削齿，适用范围极广，可加工平面、沟槽、成型表面等多种工件结构。螺纹刀具专门加工内外螺纹，齿轮刀具专门加工齿轮、花键等齿形结构，两类刀具都属于典型的成型专用刀具。复合刀具与自动线刀具针对自动化批量生产线定制，可同时或依次完成多个表面的加工，适配组合机床与自动化生产线的特殊要求。数控机床刀具适配数控加工的柔性生产需求，配置预调装置、快速换刀结构与尺寸补偿系统，匹配数控加工的高精度与高效率要求。特种加工刀具适配非传统切削工艺，比如水切割使用的水刀、激光加工使用的激光刀等。第22页刚才我们已经认识了不同类型的金属切削刀具，了解了刀具的基础分类。这一页我们正式开启第二章第三节“金属切削刀具与磨具”内容的讲解，先从刀具的基础分类入门，接下来我们会深入拆解刀具的结构设计与关键几何参数，一起来看看这些参数如何影响刀具的切削效果。第23页认识刀具切削部分的组成，是理解刀具切削原理、设计刀具几何参数的核心基础。切削过程本质是刀具剥离工件多余材料，排出切屑的过程，每个刀面和切削刃的定位，都直接服务于这一核心过程。切屑流出时经过的刀面定义为前面，这直接决定切屑的流动方向，影响切削阻力的大小。与工件加工表面相对的刀面定义为主后面，与工件已加工表面相对的刀面定义为副后面，两个刀面分别对应切削过程中不同的摩擦区域，共同决定加工后工件的表面质量。前面与后刀面相交形成主切削刃，承担绝大多数的切削工作量，是切削力的主要承受部位。前面与副后刀面相交形成副切削刃，仅承担少量辅助切削工作，主要作用是修光已加工表面。主副切削刃的连接区域定义为刀尖，是刀具工作中受力集中、磨损最快的部位，实际生产中会对刀尖结构做特殊优化，平衡刀具寿命与加工精度的需求。第24页刀具几何参数是决定刀具切削性能的核心指标，参数定义与度量需要统一的参考标准，因此行业将度量参考系划分为两类，两类参考系服务于刀具生产应用的不同阶段，解决不同场景下的度量需求。第一类是静止参考系，也叫标注参考系，服务于刀具设计、制造、刃磨与测量环节，这个参考系有意排除实际工作条件变化的干扰，只固定参考主运动与进给运动的方向，忽略进给运动的尺寸影响，同时规范刀具安装基准与主运动方向的位置关系，保证所有环节度量结果的一致性，不会因为实际加工条件变化产生偏差。第二类是工作参考系，用来确定刀具进入切削加工状态后的实际几何参数，这类参考系会纳入刀具安装误差、切削运动的实际尺寸与方向等变量，反映刀具在加工过程中真实的几何状态。目前我们先从标注参考系切入理解，标注参考系由坐标平面与测量面共同构成，其中最基础的坐标平面有两个，后续我们会展开具体解析。第25页我们研究刀具几何参数，核心目标是精准量化刀具切削部分的空间形态，只有先建立统一的参考坐标系，才能让刀具的设计、制造、检测形成统一标准，正交平面参考系就是目前工业领域应用最广泛的标注参考体系。正交平面的定义明确了其核心属性，它通过切削刃上的选定点，同时垂直于基面和切削平面，本身承担测量基准平面的功能。正交平面参考系由基面Pr、切削平面Ps和正交平面Po三个互相垂直的平面共同构成直角坐标系，满足空间定位的基本要求。确定外圆车刀切削部分的完整空间形态，只需要六个基本角度就能完成全部定义。这六个角度分别承担不同功能，主偏角κr控制切削深度与切削宽度的分配比例，副偏角κr′调控已加工表面的残留高度，前角γo决定切屑流出的顺畅程度，后角αo减少刀具后刀面与工件的摩擦，刃倾角λs控制切屑的流出方向，副后角αo′进一步减少副后刀面与已加工表面的摩擦，六个参数共同构成完整的刀具几何标注体系。第26页正交平面参考系下的标注角度，仅适配刀具设计、制造与刃磨测量的静态场景，无法反映切削过程中的真实角度状态，这就需要引入工作参考系来定义实际生效的几何参数。工作参考系保留标注参考系的核心定义逻辑，仅替换一个核心变量：用刀具实际参与切削的合成切削运动方向，替代标注参考系中仅考虑的主运动方向。变量调整背后，是参考系从理论设计向实际工况的适配。受进给运动大小、刀具实际安装误差两个核心因素影响，刀具进入工作状态后，所有标注角度都会发生偏移，偏移后的实际角度被称为工作角度，分别用κre、κr′e、λse、γoe、αoe标注。这些调整后的工作角度，才是切削过程中真正影响切削力、切屑流向、加工表面质量的核心参数，脱离工作角度分析切削过程，得到的结论仅具备理论参考价值，无法指导实际生产加工。第27页刀具材料的性能直接决定加工工件的质量、切削加工的效率和刀具自身的使用寿命，是影响切削加工总成本的核心因素。掌握刀具材料必须满足的性能要求，是我们挑选和开发刀具材料的基础前提。硬度和耐磨性是刀具材料最基础的核心要求。刀具要完成切削作业，自身硬度必须高于被加工工件的硬度，同时刀具长期接触切屑和工件，只有具备足够耐磨性才能延缓磨损速度，保证加工精度的稳定性。整体来看，刀具材料的硬度越高，耐磨性表现越优异，二者呈现明确的正相关关系。刀具需要承受切削过程中巨大的切削力，应对断续切削带来的冲击载荷，因此必须匹配足够的强度和韧性，避免发生脆性断裂或者不可逆的塑性变形。切削过程会产生大量切削热，刀具温度会快速升高，因此刀具材料必须具备优异的耐热性，保证高温环境下依然维持足够硬度，满足高切削速度的加工要求。切削产生的热量需要快速导出，因此刀具材料需要良好的导热性，应对断续加工的反复热冲击，还需要足够的耐热冲击性，避免热应力导致刀具开裂失效。此外，刀具材料需要具备抗黏接性，避免高温高压下和工件材料分子相互吸附黏结，引发刀具损伤和工件表面质量下降。需要具备优异的化学稳定性，减少高温环境下和周围介质发生化学反应的概率，延缓刀具腐蚀磨损。最后，优质刀具材料还需要适配良好的工艺性，方便制造加工，同时兼顾经济性，结合本土资源控制生产成本，让高性能刀具能够普及应用。第28页介绍完刀具材料的核心性能要求后，我们来看工业生产中应用最广泛的两类常见刀具材料，首先介绍高速钢。高速钢属于添加了钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，它兼顾了优异的强度、韧性与工艺性能，刃磨后切削刃锋利度远高于传统碳素工具钢，因此也被行业称为锋钢。相较于普通碳素工具钢，高速钢的耐热性大幅提升，允许的切削速度可达到碳素工具钢的1到3倍，这也是其名称的由来。高速钢的适配加工范围覆盖有色金属、铸铁、碳钢、合金钢等绝大多数常用工业材料，按照用途、成分、制造工艺可分为多个细分品类，能满足不同场景的加工需求。第二类主流刀具材料是硬质合金。硬质合金采用粉末冶金工艺制成，以WC、TiC等高硬度难熔金属化合物粉末为原料，添加钴、镍等金属粘结剂烧结成型。相较于高速钢，硬质合金的碳化物含量更高，硬度超过89HRC，同时具备熔点高、化学稳定性好、热稳定性优异的突出优势，切削效率可达高速钢刀具的5到10倍。不过硬质合金的固有缺陷十分明显，它韧性偏低、脆性大，承受冲击与振动载荷的能力较弱。即便如此，凭借出色的切削性能，硬质合金仍是当前应用范围最广的主流刀具材料之一。第29页刚刚我们已经介绍了高速钢、硬质合金这两种应用最广泛的传统刀具材料，了解了它们的性能特点与适用场景。这一页是章节过渡页，接下来我们要一起看看近些年发展起来的几种新型刀具材料，这些新材料解决了传统材料硬度韧性难以兼顾的矛盾，让我们一起来看看它们究竟有哪些出色的性能。第30页传统刀具材料始终存在性能矛盾：追求高硬度和高耐磨性，就会牺牲强度与韧性；保证韧性，又无法满足高速切削的耐磨需求。涂层刀具突破了这一行业瓶颈，它通过化学气相沉积或物理气相沉积工艺，在硬质合金等韧性合格的基体表面，涂覆一层薄的高耐磨难熔化合物，兼顾基体的抗冲击能力和表层的耐磨属性，完美平衡了刀具的核心性能需求。涂层刀具的优势不止于性能平衡。镀膜将刀具基体与切屑隔离，有效降低摩擦系数，减小切削过程产生的机械应力与热应力，直接带来多项实际收益：切削时间缩短、加工精度提升、换刀频次减少，最终推低加工成本，延长刀具使用寿命，还能减少甚至取消切削液的使用，降低加工的环境负担。陶瓷刀具是另一类发展成熟的新型刀具材料。它以氧化铝或氮化硅为基体高温烧结而成，硬度达到91至95HRA，耐磨性超出硬质合金十几倍，1200℃高温下仍能保持80HRA的硬度，切削速度比硬质合金高2至10倍，同时具备优异的抗粘接性与化学稳定性，非常适合加工冷硬铸铁和淬硬钢这类难加工材料。陶瓷刀具的短板同样明显，脆性大、强度低、导热性差限制了它的应用场景。如今通过工艺优化和材料改性，包括提升原材料纯度、改进烧结工艺、添加复合增强相等方式，陶瓷刀具的综合性能已经得到大幅提升，应用范围也在不断扩大。第31页超硬刀具材料是金刚石与立方氮化硼的统称，属于具备特殊加工性能的高端刀具材料，主要应用于超精加工及硬脆材料加工场景。这类材料突破了传统刀具材料的硬度限制，可加工淬火硬度达65～67HRC的工具钢在内，任意硬度的工件材料。其切削性能远优于传统硬质合金刀具，切削速度可达硬质合金的10～20倍，切削过程温度更低，加工后工件表面粗糙度值更小，可直接替代部分磨削加工工序，大幅提升加工经济效益。金刚石分为天然金刚石与人造金刚石两类，工业生产场景中，人造金刚石占据绝大多数应用场景，仅少数超精密加工及特殊场景才使用天然金刚石。立方氮化硼综合性能更适配工业加工需求，其硬度与耐磨性仅次于金刚石，但热稳定性远超金刚石，比金刚石高出一倍，可实现高温合金的高速切削，切削速度可达硬质合金的3～5倍。它具备优异的化学稳定性，适合加工钢铁类材料，导热性虽低于金刚石，但远高于其他刀具材料，抗弯强度与断裂韧性介于硬质合金与陶瓷之间。它可加工以往只能依靠磨削的特种钢材，同时契合数控机床的高精度加工要求，是高端制造领域不可或缺的刀具材料。第32页切削加工进入精加工阶段后，刀具切削无法满足精度要求，需要依靠磨具完成最终的尺寸修整与表面光整处理，磨具性能直接决定工件最终的加工精度和表面质量。普通磨具以常见的刚玉系、碳化硅系磨料为原料，依据磨料结合形式划分为三大类。第一类是固结磨具，依靠结合剂将磨料固定成型，可根据加工场景制成砂轮、油石、磨头等不同形态；第二类是涂附磨具，将磨料粘接在柔性基材表面，可制成砂布、砂纸、砂带等产品；第三类是研磨膏，是将磨料混合在膏状载体中的抛光工具。三类产品中，砂轮是磨削加工应用最广泛的核心磨具。砂轮是由磨料、结合剂、气孔三类结构组成的多孔磨削工具，生产需经过压坯成型、干燥、焙烧、车整四道核心工序。磨粒承担切削作用，结合剂负责固定磨粒，气孔在切削过程中起到排屑、容屑和散热的作用。砂轮的所有加工特性，均由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织五个核心要素共同决定，后续我们会对这五个要素展开逐一讲解。第33页磨削加工覆盖的工件类型丰富多样，从平面、外圆到复杂曲面，不同磨床的加工场景也存在显著差异，单一形状和尺寸的砂轮无法覆盖所有加工需求。砂轮厂商设计出上百种不同规格的产品，本质是为了适配多样化的加工场景，满足不同工件的成型精度要求。砂轮的性能参数直接决定磨削效果，所有核心参数都会按照统一标准印刷在砂轮端面上。标准的标注顺序固定为形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的最高线速度。这套统一标注规则，降低了机床操作人员识别参数的门槛，避免选错型号影响加工质量甚至引发安全事故。实际生产中，操作人员必须严格按照标注的线速度设定加工参数，绝不允许超速使用。超速运行会大幅降低砂轮强度，直接引发碎裂风险，威胁现场人员安全与加工精度，规范识别砂轮标志是磨削加工必须遵守的基础安全准则。第34页超硬磨具以金刚石、立方氮化硼等超高硬度材料作为磨料核心，是磨削加工领域针对高硬度难加工材料的专用工具，按照磨料类型和制备工艺，可划分为金刚石磨具、立方氮化硼磨具与电镀超硬磨具三大类。从结构来看，超硬磨具分为基体、过渡层和超硬磨料层三层结构，各层功能明确，共同保障磨具的加工精度与使用寿命。不同类型超硬磨具适配不同的加工场景，材料特性决定了应用边界。金刚石磨具的硬度冠绝所有已知磨料，专攻超高硬度脆性材料的磨削，典型应用包括硬质合金刀具刃磨、宝石切割、光学玻璃及陶瓷精加工，但金刚石与铁族元素的亲和性较强，加工铁族材料时易发生化学反应，因此并不适配这类加工场景。立方氮化硼的化学稳定性远优于金刚石，完美填补了铁族难加工材料的磨削空白，加工工具钢、磨具钢、不锈钢、耐热合金钢等材料时具备独特优势。电镀超硬磨具依托高强度结合剂成型，磨料层薄，切削刃锋利，磨削效率远高于传统磨具，成品无需额外修整，综合加工成本更低，专门适配形状复杂的成形磨削、小规格磨具加工以及高速磨削工艺。ContentsPage目录页04夹具01工件02金属切削机床03金属切削刀具与磨具TransitionPage过渡页04夹具01工件02金属切削机床03金属切削刀具与磨具一、概述1.工件的毛坯

毛坯是工件的基础，毛坯的种类、质量和材料性能对机械加工的质量有很大影响。在确定毛坯时，在满足零件使用性能的前提下，充分注意利用新工艺、新技术、新材料的可能性，使毛坯质量提高，就可节约机械加工劳动量，提高工件加工质量。2.工件表面的构成工件的表面一般由多种几何形状构成。如图所示，此轴由几个回转表面构成，其中D3是配合轴径表面，D1、D4

是支承轴径表面，它们是工作表面，其余各面起连接工作表面的作用。机械加工工艺系统是为了保证主要表面的加工要求。2.1工件3.工件的加工质量要求工件质量包括加工精度和表面质量两方面。加工精度指工件加工后的几何参数（尺寸、形状和位置）与图纸规定的理想零件的几何参数符合的程度。符合程度越高，加工精度越高。具有绝对准确参数的零件叫理想零件。工件表面质量指加工后表面的微观几何性能和表层的物理、力学性能，包括表面粗糙度、波度、表层硬化、残余应力等，它们直接影响零件的使用性能。2.1工件二、工件的安装与基准

工件在夹具上定位和夹紧的过程称为安装。常用的安装方法有直接找正定位的安装、按画线找正的安装、用夹具找正的安装。为了保证工件在夹具上的正确安装，必须在工件上选定合理的安装定位基准。在设计零件时，也必须根据功能的要求，选择合理的设计基准。所谓基准就是工件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面，一般用中心线、对称线或平面来做基准。因而要选择基准，包括选择用于确定工件上各点、线、面位置的设计基准，确定工件在夹具上位置的定位基准，检验时的测量基准及装配时用来确定零部件在产品中位置的装配基准，其中定位基准、装配基准、测量基准称为工艺基准。作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在，而常由一些具体的表面来体现，这些表面就成为基面。2.1工件TransitionPage过渡页04夹具01工件02金属切削机床03金属切削刀具与磨具一、机床概述1.机床的作用

金属切削机床是用切削加工的方法将金属毛坯加工成机器零件的工艺装备，它提供刀具与工件之间的相对运动，提供加工过程中所需的动力，经济地完成一定的机械加工工艺。机床的质量和性能直接影响机械产品的加工质量和经济加工的适用范围，而且它总是随着机械工业工艺水平的提高和科学技术的进步而发展。如新型刀具的出现，电气、液压等技术的发展以及计算机控制技术的应用，使机床生产率、加工精度、自动化程度不断提高。2.2金属切削机床2.机床的构成（1）支承及定位部分

连接机床上各部件并使刀具与工件保持正确相对位置。如床身、底座、立柱、横梁等都属支承部件，导轨、工作台、用于刀具和夹具定位的定位元件属定位部分。（2）运动部分

为加工过程提供所需的切削运动和进给运动。包括主运动传动系统和进给运动传动系统以及液压进给系统等，把动力源输出的运动进行变换、传递，使刀具和工件获得所需的切削速度、进给量。（3）动力部分

加工过程和辅助过程的动力源，提供完成加工所需的动力。如带动机械部分运动的电动机和为液压、润滑系统工作提供能源的液压泵等。（4）控制部分

用来启动和停止机床的工作，改变机床各种运动的大小、方向、相互关系，改变机床各部分的工作状态。包括机床的各种操纵机构、电气电路、调整机构、检测装置等。2.2金属切削机床2.机床的构成（1）支承及定位部分

连接机床上各部件并使刀具与工件保持正确相对位置。如床身、底座、立柱、横梁等都属支承部件，导轨、工作台、用于刀具和夹具定位的定位元件属定位部分。（2）运动部分

为加工过程提供所需的切削运动和进给运动。包括主运动传动系统和进给运动传动系统以及液压进给系统等，把动力源输出的运动进行变换、传递，使刀具和工件获得所需的切削速度、进给量。（3）动力部分

加工过程和辅助过程的动力源，提供完成加工所需的动力。如带动机械部分运动的电动机和为液压、润滑系统工作提供能源的液压泵等。（4）控制部分

用来启动和停止机床的工作，改变机床各种运动的大小、方向、相互关系，改变机床各部分的工作状态。包括机床的各种操纵机构、电气电路、调整机构、检测装置等。2.2金属切削机床2.2金属切削机床3.机床的分类与型号编制按加工性质和所用刀具的不同可分为11大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨床、插床、拉床、锯床和其他机床。按通用性程度分为：通用机床（即万能机床）、专门化机床、专用机床。按机床重量（取决于轮廓尺寸）分为轻型机床（10kN以下）、中型机床（10～100kN以下）、重型机床（大于100kN）按加工精度分为普通精度级、精密和超精密级机床。按自动化程度分为手动、机动、半自动化和自动化机床。2.2金属切削机床二、机床传动系统的基本概念1．传动链在机床传动装置中，常用的传动件有带轮、齿轮、蜗轮蜗杆、齿轮齿条、丝杠螺母等。通过这些传动件把运动源与执行件，或者把两个执行件之间联系起来，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。根据传动链的性质，传动链又可分为两类：（1）内联系传动链它所联系的执行件自身的运动（旋转或直线），同属于一个独立的成形运动，因而在执行件之间的相对运动关系有严格的要求。具有这类传动联系性质的传动链称为内联系传动链。（2）外联系传动链它是联系运动源和机床执行件之间的传动链。它使执行件得到预定速度的运动，并传递一定的动力，但并不要求运动源与执行件之间有严格的传动比关系，外联系传动链传动比的变化只影响生产率或表面粗糙度，不影响工件表面形状的形成。2.2金属切削机床2．机床传动系统图为了清晰地表示机床传动系统中各零件及其相互连接关系，按照国家标准规定的图形符号（GB/T4460—2013），按照展开图的形式，将机床各个传动链，绘制于机床轮廓内的综合简图，称为机床传动系统图。传动系统图能简明地表示出机床传动系统中各传动件的结构类型和连接形式；反映机床全部运动的传动路线以及机床运动的变速、变向、接通和断开方法等。它是分析机床运动、计算机床转速和进给量等的重要工具，但是它不表示传动件的具体结构、尺寸大小及位置。2.2金属切削机床2.2金属切削机床3．机床传动原理图为了便于研究机床的传动联系，常用一些简单的符号表示动力源与执行件及执行件与执行件之间的传动联系，这就是传动原理图。2.2金属切削机床三、数控机床概述1．数控机床的定义按加工要求预先编制程序，由控制系统发出数字指令信息控制机床的动作，自动将零件加工出来的机床，称为数字控制（NC）机床，简称数控机床。它较好地解决了形状复杂、高精密、生产批量不大且生产周期短及产品更换频繁的多品种小批量产品的制造问题，是一种灵活的、高效能的自动化机床，是构成柔性制造系统、计算机集成制造系统的基础单元。2.数控机床的组成及分类数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统和机床本体。2.2金属切削机床2.数控机床的组成及分类2.2金属切削机床数控机床按工艺用途分类普通数控机床数控加工中心机床按运动轨迹分类点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床按伺服系统的控制方式分类开环控制数控机床闭环控制数控机床半闭环控制数控机床其他类型数控机床特种加工数控机床金属塑性成形类数控机床3．数控机床加工特点（1）加工精度高，加工质量稳定

数控机床是精密机械技术和计算机技术相结合的产物，有很高的刚度和热稳定性，传动机构也采取减小误差的措施，同时可利用软件进行误差补偿。另外，由于加工是按事先编好的程序自动进行的，可以避免误差，所以数控机床具有较高的加工精度。（2）生产效率高

与普通机床比较，数控机床能提高生产效率3～5倍，使用数控加工中心机床则可提高生产率5～10倍。（3）适用性和通用性强

数控机床只需编制相应的加工程序，即可加工出新的工件。特别适合于单件、小批生产的柔性自动加工。（4）可以完成包含复杂形状、自由曲面等用传统加工方法难以实现的零件的加工，并且不需要专用夹具。2.2金属切削机床TransitionPage过渡页04夹具01工件02金属切削机床03金属切削刀具与磨具一、刀具的类型（1）切刀类包括车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀、自动机床和半自动机床用的切刀以及一些专用切刀。多为只有一条主切削刃的单刃刀具。（2）孔加工刀具在实体材料上加工出孔或对原有孔扩大孔径（包括提高原有孔的精度和减小表面粗糙度值）的一种刀具。如麻花钻、扩孔钻、锪钻、深孔钻、铰刀、镗刀等。（3）拉刀类在工件上拉削出各种内、外几何表面的刀具，生产率高，用于大批量生产，刀具成本高。（4）铣刀类是一种应用非常广泛的在圆柱或端面具有多齿、多刃的刀具。它可以用来加工平面、各种沟槽、螺旋表面、轮齿表面和成形表面等。（5）螺纹刀具指加工内、外螺纹表面用的刀具。常用的有丝锥、板牙、螺纹切头、螺纹滚压工具以及车刀、梳刀等。（6）齿轮刀具用于加工齿轮、链轮、花键等齿形的一类刀具，如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。（7）复合刀具、自动线刀具根据组合机床和自动线特殊加工要求设计的专用刀具，可以同时或依次加工若干个表面。（8）数控机床刀具刀具配置根据零件工艺要求而定，有预调装置、快速换刀装置和尺寸补偿系统。（9）特种加工刀具如水刀、激光刀等。2.3金属切削刀具与磨具2.3金属切削刀具与磨具二、刀具的结构及几何参数1.刀具切削部分的组成（1）前（刀）面Aγ

切屑流出时经过的刀面。（2）主后（刀）面Aα与加工表面相对的刀面。（3）副后（刀）面Aα′与工件已加工表面相对的刀面。（4）主切削刃担任主要切削工作，由前（刀）面与后（刀）面相交的棱边形成。（5）副切削刃担任少量切削工作，由前（刀）面与副后（刀）面相交的棱边形成。（6）刀尖主、副切削刃连接处的一部分切削刃，常指它们的实际交点。在实际刀具上常见的刀尖结构如图2.8所示。2.3金属切削刀具与磨具2.刀具的几何参数

度量刀具几何参数的参考系分为两类。一类是刀具的静止参考系，是用于定义刀具的设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，也称为标注参考系，它不受刀具工作条件变化的影响，即只考虑主运动和进给运动的方向，不考虑进给运动的大小，刀具的安装定位基准与主运动方向平行或垂直；另一类是刀具工作参考系，即确定刀具在切削加工状态下的实际几何参数的参考系，它与刀具安装情况、切削运动大小和方向等有关。

刀具标注参考系由坐标平面和测量面组成。最基本的坐标平面有两个。2.3金属切削刀具与磨具（1）正交平面参考系及标注几何参数正交平面Po：通过切削刃上选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面，它是测量平面。正交平面参考系：由基面Pr、切削平面Ps

和正交平面Po构成的直角坐标系。在正交平面参考系中，要确定外圆车刀切削部分的结构，需要6个基本角度：①主偏角κr；②副偏角κr′；③前角γo；④后角αo；⑤刃倾角λs；⑥副后角αo′。2.3金属切削刀具与磨具（2）工作参考系及工作几何参数

工作参考系中各坐标平面的定义与标注参考系相同，只需用合成切削运动方向取代主运动方向。相应地，在工作状态下刀具的角度也改变了，称为工作角度。考虑进给运动和刀具在机床上的实际安装位置的影响，分别用κre、κr′e、λse、γoe、αoe

表示，它们是切削过程中真正起作用的角度。

2.3金属切削刀具与磨具三、刀具材料1.刀具材料应具备的性能（1）硬度和耐磨性刀具材料硬度必须高于被加工材料硬度，必须具有高的耐磨粒磨损性能，硬度是刀具材料应具备的最基本特性，硬度越高，耐磨性就越好。（2）强度和韧性切削工件时，刀具要承受很大的切削抗力和很大的冲击载荷，为了不产生脆性破坏和塑形变形，必须有足够的强度和足够的冲击韧性。（3）耐热性指在高温下能保持高硬度的能力，以适应切削速度提高的要求。（4）导热性和耐热冲击性刀具材料应具有良好的导热性，以便切削时产生的热量能迅速散走。为适应断续切削时瞬间反复的热力和机械的冲击形成的热应力和机械应力，刀具材料应具有良好的耐热冲击性能。（5）抗黏接性防止工件与刀具材料分子间在高温高压下互相吸附产生黏接。（6）化学稳定性指在高温下，刀具材料不易与周围介质发生化学反应。（7）良好的工艺性和经济性刀具材料应便于制造，包括其被切削性能、热处理性能、焊接性能等。经济性是指刀具材料应结合当地资源，降低成本。2.3金属切削刀具与磨具2.几种常见的刀具材料（1）高速钢高速钢是含有钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。其强度、韧性和工艺性能均较好，磨出的切削刃较锋利，又称锋钢。它有较高耐热性，高温下切削速度比碳素工具钢高1～3倍，因此称高速钢。高速钢可用于加工的材料范围也很广泛，包括有色金属、铸铁、碳钢、合金钢等。高速钢按用途不同，分为通用型高速钢和高性能高速钢；按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系等；按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。（2）硬质合金硬质合金是用高硬度、难熔的金属化合物（WC、TiC

等）微米数量级的粉末与Co、Mo、Ni等金属粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其高温碳化物含量超过高速钢，具有硬度高（＞89HRC）、熔点高、化学稳定性好、热稳定性好的特点，但其韧性差，脆性大，承载冲击和振动能力低。其切削效率是高速钢刀具的5～10倍，因此硬质合金刀具现在是主要刀具材料之一。2.3金属切削刀具与磨具2.3金属切削刀具与磨具3.新型刀具材料（1）涂层刀具材料

涂层刀具材料是采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）法，在硬质合金或其他材料刀具基体上涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属（或非金属）化合物而得到的刀具材料，较好地解决了材料硬度及耐磨性与强度及韧性的矛盾。涂层刀具的镀膜可以防止切屑和刀具直接接触，减小摩擦，降低各种机械热应力。使用涂层刀具，可缩短切削时间，降低成本，减少换刀次数，提高加工精度，且刀具寿命长。涂层刀具可减少或取消切削液的使用。（2）陶瓷刀具材料常用的陶瓷刀具材料是以Al2O3

或Si3N4

为基体成分在高温下烧结而成的，其硬度可达91～95HRA，耐磨性比硬质合金高十几倍，适于加工冷硬铸铁和淬硬钢；在1200℃高温下仍能切削，高温硬度可达80HRA，在540℃时为90HRA，切削速度比硬质合金高2～10倍；具有良好的抗黏性能，使它与多种金属的亲和力小，化学稳定性好，即使在熔化时，与钢也不起相互作用；抗氧化能力强。陶瓷刀具的最大缺点是脆性大、强度低、导热性差。采用提高原材料纯度、喷雾制粒、真空加热、亚微细颗粒、热压（HP）静压（HIP）工艺，加入碳化物、氮化物、硼化物及纯金属以及Al2O3

基成分（Si3N4）等，可提高陶瓷刀具性能。2.3金属切削刀具与磨具（3）超硬刀具材料

它是有特殊功能的材料，是金刚石和立方氮化硼的统称，用于超精加工及硬脆材料加工。它们可用来加工任何硬度的工件材料，包括淬火硬度达65～67HRC的工具钢，有很高的切削性能，切削速度比硬质合金刀具提高10～20倍，且切削时温度低，超硬材料加工的表面粗糙度值很小，切削加工可部分代替磨削加工，经济效益显著提高。①金刚石

金刚石有天然及人造两类，除少数超精密及特殊用途外，工业上多使用人造金刚石作为刀具及磨具材料。②立方氮化硼

有很高的硬度及耐磨性，仅次于金刚石；热稳定性比金刚石高1倍，可以高速切削高温合金，切削速度比硬质合金高3～5倍；有优良的化学稳定性，适于加工钢铁材料；导热性比金刚石差，但比其他材料高得多，抗弯强度和断裂韧性介于硬质合金和陶瓷之间。用立方氮化硼刀具，可加工以前只能用磨削方法加工的特种钢，它还非常适合数控机床加工。2.3金属切削刀具与磨具四、磨具的类型及特性1．普通磨具的类型与特性（1）普通磨具的类型普通磨具是指用普通磨料制成的磨具，如刚玉系磨料、碳化硅系磨料制成的磨具。

普通磨具按照磨料的结合形式可分为固结磨具、涂附磨具和研磨膏。根据不同的使用方式，固结磨具可制成砂轮、油石、砂瓦、磨头、抛磨块等；涂附磨具可制成砂布、砂纸、砂带等。在磨削加工中用得最多的是砂轮。（2）砂轮的特性及其选择砂轮是用各种类型的结合剂把磨料黏合起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的，具有很多气孔，用磨粒进行切削的磨削工具。砂轮由磨料、结合剂及气孔所组成。它的特性主要由①磨料、②粒度、③结合剂、④硬度和⑤组织五个因素所决定。2.3金属切削刀具与磨具（3）砂轮的形状、尺寸与标志为了适应不同类型的磨床上磨削各种形状工件的需要，砂轮有许多形状和尺寸。砂轮的标志印在砂轮的端面上。其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。2.3金属切削刀具与磨具2．超硬磨具

超硬磨具是指用金刚石、立方氮化硼等以显著高硬度为特征的磨料制成的磨具。可分为金刚石磨具、立方氮化硼磨具和电镀超硬磨具。金刚石砂轮主要用于磨削超高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、光学玻璃和陶瓷等，不宜用于加工铁族金属材料。立方氮化硼砂轮的化学稳定性好，加工一些难磨的金属材料尤其是磨削工具钢、磨具钢、不锈钢、耐热合金钢等具有独特的优点。电镀超硬磨具的结合剂强度高，磨料层薄，砂轮表面切削锋利，磨削效率高，不需修整，经济性好。主要用于形状复杂的成形磨具、小磨头、套料刀、切割锯片、电镀铰刀以及用于高速磨削方式之中。2.3金属切削刀具与磨具基体过渡层超硬磨料层超硬磨具TransitionPage过渡页04夹具01工件02金属切削机床03金属切削刀具与磨具一、夹具的概念及构成机械加工过程中，用以确定工件相对于刀具和机床的正确位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动的工艺装备，称为机床夹具，即机床夹具是用以使工件定位和夹紧的机床附加装置。1．定位夹紧装置常见定位方式是以平面、圆孔和外圆定位，为了保证定位有足够的精度、强度和刚度，还要防止大批量装卸时的磨损。夹紧装置要保证定位可靠，不能破坏原定位精度，还要使用方便、安全。2.4夹具2．对刀、导引元件使用专用夹具进行加工时，为了预先调正刀具的位置，在夹具上设有确定刀具（铣、刨等）位置或导引刀具（孔加工刀具）方向的元件，如对刀块、钻套等。3.连接元件为了使夹具在机床上占有正确的位置，一般夹具设有供夹具本身在机床上定位和夹紧用的连接元件。4.夹具体夹具上所有组成部分都必须最终通过一个基础件连接成一个有机整体，这个基础件称为夹具体。2.4夹具二、夹具的类型

2.4夹具三、工件在夹具中的定位1．六点定位原理如图a所示，一个在空间处于自由状态的物体，在三维空间直角坐标系中具有六个自由度，即沿三个互相垂直的坐标轴的移动自由度，和绕这三个坐标轴的转动自由度。确定物体在空间的位置，就是要限制其六个空间自由度。确定工件在夹具中相对于机床和刀具的位置，即是要限制工件的六个自由度，这就是定位。如图b所示，用合理分布的六个抽象支承点就可以限制工件的六个自由度。这一原理称为六点定位原理。2.4夹具2.4夹具（1）六点定位原理被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。

六个自由度都被限制、在空间占有确定的唯一位置的定位称为完全定位。（2）过定位与欠定位被几个定位支承点重复限制同一个自由度，这种定位现象叫过定位。工件实际定位所限制的自由度数目少于按其加工要求必须限制的自由度数目的定位现象，称为欠定位。2.4夹具2．常用定位元件限制的自由度在夹具上是通过各种形式的定位元件来限制工件自由度的。不同的元件结构可以限制不同的自由度，如支承板、定位套、圆柱销、V形块等。这些定位元件各起几点定位作用，必须由它所实际限制的自由度数来确定，有时还要考虑主要夹紧力的作用方向等因素。2.4夹具2.4夹具2.4夹具2.4夹具2.4夹具2.4夹具2.4夹具3．定位元件的应用工件以平面定位时的定位元件：（1）主要支承主要支承用来限制工件自由度，起定位作用。常用的有固定支承、可调支承、自位支承三种。固定支承有支承钉和支承板两种形式。其结构和尺寸都已经标准化，如图2.21所示。2.4夹具工件以平面定位时的定位元件：（2）辅助支承辅助支承只用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用。它在工件夹紧后，再固定下来，以承受切削力。辅助支承的应用如图2.24所示。2.4夹具工件以圆孔定位时的定位元件：（1）定位销定位销常用的有圆柱销和圆锥销。2.4夹具工件以圆孔定位时的定位元件：（2）心轴心轴常用的有圆柱心轴和圆锥心轴。2.4夹具工件以外圆柱面定位时的定位元件：（1）V形块其优点是对中性好（工件的定位基准始终位于V形块两限位基面的对称平面内），并且安装方便。（2）定位套2.4夹具四、工件的夹紧1．夹紧装置的组成和基本要求夹紧装置的组成：（1）力源可来自于人力或其他动力装置，如液压装置、电磁装置、气压装置等。（2）夹紧机构是指把力源产生的夹紧力作用在工件上的机构。它可根据需要改变力的大小、方向和作用点，且当手动夹紧时具有良好的自锁性。对夹紧装置的基本要求：（1）夹紧过程可靠夹紧不破坏工件在夹具定位元件上所获得的正确位置。（2）夹紧力大小适当夹紧后的工件变形和表面压伤程度必须在加工精度允许的范围内。（3）结构性好夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。（4）使用性好夹紧动作迅速，操作方便，安全省力。2.4夹具2．夹紧力的确定夹紧力的确定就是确定夹紧力的大小、方向和作用点。夹紧力的方向和作用点的确定：（1）夹紧力应朝向主要限位面（2）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内（3）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位（4）夹紧力的作用点应靠近工件的加工面2.4夹具2.4夹具夹紧力大小的确定：从理论上讲，夹紧力的大小应与在加工过程中工件受到的切削力、离心力、惯性力、自身重力所形成的合力或者力矩相平衡，但在加工过程中，切削力本身是变化的。夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，所以夹紧力的大小计算是一个很复杂的问题。为了简化计算，在估算夹紧力时只考虑主要因素在力系中的影响。一般只考虑切削力（矩）对夹紧的影响；并假设工艺系统是刚性的，切削过程是稳定的；找出在夹紧过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理估算此状态下夹紧力的大小。为保证夹紧安全可靠，将计算出的夹紧力再乘以安全系数，作为实际需要的夹紧力。即2.4夹具3.基本夹紧机构常见的夹紧机构有螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、斜楔夹紧机构和定心夹紧机构。具体的结构及设计计算方法可参考夹具设计的有关手册。举例说明通用机床、专门化机床和专用机床的主要区别，它们的适用范围怎样？什么叫简单成形运动？什么叫复合成形运动？其本质区别是什么？什么是工件表面的发生线？它的作用是什么？画出图示螺纹铣削的传动原理图，并说明为实现所需成形运动，需有几条传动链？什么叫外联系传动链？什么叫内联系传动链？其本质区别是什么？数控机床由哪几部分组成？数控机床有何优缺点，适用于哪种组织形式的生产？刀具切削部分材料应具备哪些性能？涂层刀具有哪些优点？有几种涂层材料，它们各有何特点？思考与练习题标注图示切断刀的角度。标注图示内孔镗刀刀具安装高低的工作角度变化。车削外径36mm、内径29mm、螺距6mm梯形螺纹时，若使用刀具前角为0°，左刃后角为12°，右刃后角为6°，试问左右刃工作前、后角是多少？在平面磨床上磨一板状工件的上平面，要求保证厚度尺寸h±Δh，分析它的定位情况。并指出属于哪种定位方式。可调支承与辅助支承有何区别？思考与练习题试分析图示的多点夹紧是否合理，并对不合理处提出修改方案。砂轮的特性由哪些参数组成？各参数如何进行选择？磨削45钢、灰铸铁等一般材料时，应该如何调整磨削用量和砂轮的参数，才能使工件表面粗糙度值较小。思考与练习题演讲完毕本章将围绕机械加工工艺系统，依次介绍四大核心组成部分，逻辑遵循从加工对象到核心装备再到加工实施载体的顺序展开：首先介绍加工对象工件，明确加工目标与要求；其次介绍提供加工运动与动力的金属切削机床，它是整个工艺系统的核心装备；接着介绍直接完成切削加工的金属切削刀具与磨具，保障加工精度与效率；最后介绍实现工件正确定位夹紧的夹具，保障加工稳定性。本章是机械加工工艺系统的核心内容介绍，整体分为四个相互关联的部分，逻辑清晰，覆盖机械加工工艺系统全构成要素：首先第一部分介绍工件，作为加工对象，明确加工要求与安装基准；其次第二部分介绍金属切削机床，它是加工的核心工艺装备；接下来第三部分介绍金属切削刀具与磨具，它直接决定加工质量；最后第四部分介绍夹具，保障工件定位夹紧符合加工要求。工件是机械加工工艺系统的核心加工对象，我们先从最基础的毛坯讲起。毛坯是制作工件的初始坯料，是整个加工过程的起点。毛坯的种类选择、自身质量和材料性能，直接决定后续机械加工的难度与最终成品质量。毛坯精度越高，后续需要切除的余量就越少，不仅能节省加工时间、降低刀具损耗，还能减少加工过程中工件产生的应力变形，更易获得符合要求的成品质量。因此选择毛坯时，除了满足零件的使用性能要求，还要优先考虑新工艺、新技术、新材料的应用，通过提升毛坯制造质量，实现整个加工流程的降本增效。接下来看工件表面的构成，多数工件由多种几何表面组合而成。以图中的阶梯轴为例，D3是配合轴径，用来和其他零件完成装配对接；D1和D4是支承轴径，负责轴整体的安装定位，这些直接承担工作功能的表面就是工件的主要工作表面。其余台阶面等非工作表面，仅起到连接各工作表面的辅助作用。整个机械加工工艺系统所有环节的设置，核心目标都是保证这些关键工作表面的加工精度与质量要求。工件加工质量的判定，拆解为加工精度与表面质量两个核心维度，二者共同决定了零件最终的使用性能与寿命。加工精度衡量加工完成后工件实际几何参数与设计图纸标注参数的契合程度。尺寸、形状、位置三类参数的符合度越高，加工精度就越高。行业中定义参数完全准确的零件为理想零件，实际生产中所有零件都存在一定精度误差，我们需要做的就是把误差控制在设计允许的范围内，满足零件的装配与功能要求。除了宏观的几何精度，工件的表面质量同样关键。表面质量不止包含肉眼可辨的表面粗糙度、波度这类微观几何特征，还涵盖加工后表层的硬化程度、残余应力等物理力学性能。这些特性直接影响零件的耐磨性、抗腐蚀性、配合稳定性，甚至在交变载荷下的疲劳强度，是决定高端机械产品可靠性不可或缺的关键指标。工件要完成最终加工，必须经过一道核心工序，就是安装。安装的本质是让工件在加工环境中获得固定且准确的位置，具体分为定位和夹紧两个步骤。行业内常用的安装方法分为三类，分别是直接找正定位安装、画线找正安装和夹具找正安装，三种方法适配不同的加工精度要求与生产批量场景。要保证安装的准确性，必须依托合理的基准选择。基准的核心定义，是工件上用来确定其他点、线、面位置的参照点线面，通常选择中心线、对称线或平面作为基准。依据应用场景的不同，基准分为四大类。设计阶段确定零件各结构位置的是设计基准，加工阶段确定工件在夹具中位置的是定位基准，零件完工后检验尺寸位置的是测量基准，装配阶段确定零部件在整机中位置的是装配基准。其中定位基准、测量基准、装配基准统称为工艺基准，直接服务于加工制造全流程。需要注意，基准本身不一定是工件上实际存在的具体结构，大多需要依托具体的表面来体现，这些用来体现基准的表面，就是我们常说的基面，这是很多初学者容易混淆的概念，需要格外区分。第7页本次内容整体分为四个相互独立、完全穷尽的模块，已经完成第一部分工件相关内容的讲解，接下来进入第二部分的讲解：首先，已经介绍完第一部分工件，明确了机械加工的核心对象基础；接下来进入第二部分金属切削机床的讲解，它是提供加工运动与动力的核心工艺装备；后续还将依次讲解第三部分金属切削刀具与磨具、第四部分夹具，四个部分共同构成完整的机械加工工艺系统。第8页金属切削机床是机械制造体系的核心装备，承担着将金属毛坯转化为合格机械零件的核心职能，是整个机械加工工艺系统的动力来源与运动载体。它的核心价值体现在两个维度，一方面提供刀具与工件之间精准的相对运动，另一方面输出加工过程所需的动力，最终以符合成本要求的方式完成既定的机械加工工艺。机床的性能直接决定机械产品的最终加工质量，也划定了经济加工的适用边界。但凡尺寸精度、形状精度要求较高的机械零件，都必须依靠高性能机床才能实现批量稳定生产。机床行业的技术升级始终与机械工业发展同频，更深度绑定前沿科技的进步。新型刀具材料的迭代，电气控制、液压传动技术的成熟，尤其是计算机数控技术的普及，持续推动机床领域的技术变革，不断拉高行业的生产率上限，提升零件加工精度，拓展自动化加工的应用场景。可以说，机床行业的技术水平，直接代表一个国家高端制造业的核心竞争力，所有精密器械、高端装备的制造，都依赖高端机床提供基础支撑。第9页金属切削机床承担着将毛坯加工成合格零件的核心任务，完整功能的实现依赖四大核心结构的协同配合，各模块各司其职，共同保障加工精度与加工效率。第一模块为支承及定位部分，承担整机骨架与位置基准的核心功能，一方面通过床身、底座等支承部件连接所有机床部件，另一方面依托导轨、定位元件等，固定刀具与工件的相对位置，这是保障最终加工精度的基础前提。第二模块为运动部分，负责输出加工所需的核心运动，将动力源输出的运动经过变速、传递，转化为刀具需要的切削运动，以及刀具或工件需要的进给运动，最终输出符合加工要求的切削速度与进给量。第三模块为动力部分，是整台机床的能量来源，不仅为加工过程提供动力，也为润滑、液压等辅助系统供给能源，常见的动力元件包含驱动机械结构的电动机、为液压系统供能的液压泵等。第四模块为控制部分，负责统筹调整机床的工作状态，管控机床的启动停止，调节运动的参数、方向与配合关系，保障所有模块按照加工要求协同运行，涵盖操纵机构、电气系统、检测装置等多个组成部分。第10页金属切削机床能实现金属毛坯的精准加工，核心功能由四大结构模块协同支撑，四大模块各有分工，共同保障加工精度与加工稳定性。第一模块是支承及定位部分。它承担机床整体结构的骨架作用，负责连接所有功能部件，为刀具和工件提供精准的位置基准。床身、底座这类大件构成整个机床的基础，导轨、工作台和定位元件则保障相对位置精度，是加工精度的基础前提。第二模块是运动部分。切削加工的核心是刀具与工件的相对运动，运动模块负责传递和转换动力源输出的动力，分别提供切削所需的主运动与进给运动，最终输出符合工艺要求的切削速度与进给量，满足不同加工工序的运动需求。第三模块是动力部分，它是整台机床的能量来源，不仅为切削加工提供动力，还支撑润滑、液压辅助系统的运行，电动机、液压泵等元件将不同形式的能量输出，保障所有功能模块正常运转。第四模块是控制部分，它相当于机床的“大脑中枢”，管控机床的启停、调整运动参数，协调各个模块的运行逻辑，配合现代检测装置，让机床能够适配复杂多变的加工工艺要求。第11页刚才我们已经梳理完机床的基本构成，了解了机床各个模块的功能分工。这一页我们将要继续深入，为大家拆解机床的分类规则和型号编制方法，帮大家建立清晰的机床分类认知，也为我们后续理解机床传动系统的相关知识打好基础。第12页金属切削机床的分类逻辑