1、第一節第一節 金屬切削加工原理金屬切削加工原理 第二節第二節 金屬切削加工設備金屬切削加工設備 第三節第三節 機械加工精度機械加工精度 第四節第四節 表面質量表面質量 第五節第五節 各種加工方法所能達到的各種加工方法所能達到的 經濟精度和表面粗糙度經濟精度和表面粗糙度 7.1 7.1 金屬切削加工原理金屬切削加工原理 一、一、切削運動與切削用量切削運動與切削用量 (1) 主運動主運動 使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最基使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最基本的運動。本的運動。 (2) 進給運動進給運動 連續地把切削層投入切削，以便切除工件上連續地把切削層投入切削，以便切除工件上全部余量

2、所需的運動。全部余量所需的運動。1切削運動切削運動 金屬切削過程是工件和刀具相對運動并相互作用的過程。金屬切削過程是工件和刀具相對運動并相互作用的過程。其結果是使被切削金屬層與工件母體金屬分離開來。其結果是使被切削金屬層與工件母體金屬分離開來。 (1)待加工表面待加工表面工件上即將被切去的表面。工件上即將被切去的表面。 (2)已加工表面已加工表面工件上已經切去了多余金屬而形成的新表工件上已經切去了多余金屬而形成的新表面，隨切削繼續而擴大。面，隨切削繼續而擴大。 (3)切削表面切削表面切削刃正在切削中的表面，并在切削中不斷切削刃正在切削中的表面，并在切削中不斷改變，總是位于待加工表面和已加工表面

3、之間。改變，總是位于待加工表面和已加工表面之間。 2工件上的加工表面工件上的加工表面3 3切削用量切削用量 (1) (1) 切削速度切削速度v v 它是切削刃上選定點相對于工件的主運動它是切削刃上選定點相對于工件的主運動的速度。切削刃上各點的切削速度可能是不同的。的速度。切削刃上各點的切削速度可能是不同的。 (2) (2) 進給量進給量f f 是工件或刀具的主運動每轉或每一行程時，是工件或刀具的主運動每轉或每一行程時，工件和刀具在進給運動方向上的相對位移量。工件和刀具在進給運動方向上的相對位移量。 (3) (3) 切削深度切削深度a ap p 對外圓車削而言，切削深度是工件上待對外圓車削而言，

4、切削深度是工件上待加工表面和已加工表面間的垂直距離，加工表面和已加工表面間的垂直距離， 切削用量切削用量是指是指切削速度、進給量和切削深度切削速度、進給量和切削深度三者的總稱。三者的總稱。通常稱為切削用量三要素。通常稱為切削用量三要素。 選擇切削用量的基本原則是選擇切削用量的基本原則是l選取盡可能大的切削深度；選取盡可能大的切削深度；l選取盡可能大的進給量；選取盡可能大的進給量；l確定合適的切削速度。確定合適的切削速度。 二、刀具二、刀具 1 1刀具切削部分的構造要素刀具切削部分的構造要素 3 3面、面、2 2刃、刃、1 1尖尖外圓車刀外圓車刀 外圓車刀的切削部分外圓車刀的切削部分可以看作是各

5、類刀具切可以看作是各類刀具切削部分的基本形態，其削部分的基本形態，其他各類力具都可視為外他各類力具都可視為外圓車刀的演變。圓車刀的演變。 碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金等碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金等2 2刀具材料應具備的性能刀具材料應具備的性能 刀具材料應能滿足以下基本要求：刀具材料應能滿足以下基本要求： 3 3刀具的磨損和耐用度刀具的磨損和耐用度 三、數控機床刀具三、數控機床刀具 隨著科學技術的迅速發展和產品結構形狀的不斷更新，隨著科學技術的迅速發展和產品結構形狀的不斷更新，要求機床設備具有更大的靈活性與通用性。數控機床要求機床設備具有更大的靈活性與通用性。數控機床(

6、特別特別是加工中心是加工中心)就是能夠滿足這種要求的新型機床設備。為了就是能夠滿足這種要求的新型機床設備。為了更好地發揮數控機床的作用更好地發揮數控機床的作用(特別是發揮其柔性作用特別是發揮其柔性作用)。 (1) (1) 刀具的耐用度高刀具的耐用度高 (2) (2) 應用組合應用組合( (復合復合) )刀具刀具 (3) (3) 刀具的一致性好刀具的一致性好 (4) (4) 裝夾及調整要方便裝夾及調整要方便 (5) (5) 刀具工作狀況能可靠監控刀具工作狀況能可靠監控 對數控機床刀具的要求：對數控機床刀具的要求： 、 切削加工是將毛坯切削加工是將毛坯(主要是金屬毛坯主要是金屬毛坯)加工成具有較高

7、精度加工成具有較高精度的形狀、尺寸和較高表面質量零件的主要加工方法的形狀、尺寸和較高表面質量零件的主要加工方法。按功能不同，將機床分為按功能不同，將機床分為12大類：大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、銑床、刨插床、車床、鉆床、鏜床、磨床、銑床、刨插床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、拉床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、拉床、特種加工機床、鋸床及其它機床。特種加工機床、鋸床及其它機床。 金屬切削機床是加工機器零件的主要設備金屬切削機床是加工機器零件的主要設備 一、金屬切削機床的分類和型號編制一、金屬切削機床的分類和型號編制 1 1機床的分類機床的分類 同類型機床按應用范圍同類型機床按應用范圍(通用性程度通

8、用性程度)又可分為：又可分為： (1)通用機床通用機床 (2)專門化機床（加工一種或幾種零件）專門化機床（加工一種或幾種零件） (3)專用機床（完成零件的某個工序）專用機床（完成零件的某個工序） 2 2機床型號的編制方法機床型號的編制方法 機床的型號是賦予每種機床的一個代號，簡明地表示機機床的型號是賦予每種機床的一個代號，簡明地表示機床的類型、通用特性和結構特性以及主要技術參數等。床的類型、通用特性和結構特性以及主要技術參數等。二、車床二、車床 1車床的用途和運動車床的用途和運動 車床類機床主要用于加工各種車床類機床主要用于加工各種回轉表面回轉表面，如內外圓柱表，如內外圓柱表面、圓錐表面、成形

9、回轉表面和面、圓錐表面、成形回轉表面和回轉體的端面回轉體的端面等，有些車等，有些車床還能床還能加工螺紋加工螺紋面。面。 車床的應用最為廣泛，可占機床總臺數的車床的應用最為廣泛，可占機床總臺數的2035。 車床上刀具和工件的運動有車床上刀具和工件的運動有(1)表面成形運動表面成形運動 1)工件的旋轉運動工件的旋轉運動 2)刀具的進給運動刀具的進給運動(2)輔助運動輔助運動2 2車床的分類車床的分類 按結構和用途，車床可分為以下幾類：按結構和用途，車床可分為以下幾類： 臥式車床臥式車床和落地車床和落地車床; ;立式車床；立式車床；轉塔車床；轉塔車床；單軸和多軸自動和半自動車床；單軸和多軸自動和半自

10、動車床；仿形車床和多刀車床；仿形車床和多刀車床；數控車床和車削中心；數控車床和車削中心；各種專門化車床如凸輪軸車床，曲軸車床、車輪車床各種專門化車床如凸輪軸車床，曲軸車床、車輪車床及鏟齒車床等。及鏟齒車床等。三、齒輪加工機床三、齒輪加工機床 齒輪的加工方法很多，如鑄造，模鍛，熱軋，沖壓以及齒輪的加工方法很多，如鑄造，模鍛，熱軋，沖壓以及切削加工等。切削加工等。 精密齒輪主要靠切削法。按形成輪齒的原理，切削齒輪精密齒輪主要靠切削法。按形成輪齒的原理，切削齒輪的方法可分為兩大類：的方法可分為兩大類：成形法和展成法成形法和展成法. (1)成形法成形法 成形法是用成形法是用與被加工齒輪與被加工齒輪齒槽

11、形狀相同齒槽形狀相同的成形刀具切的成形刀具切削輪齒。削輪齒。盤形銑刀盤形銑刀 指形銑刀指形銑刀 成形法加工齒輪的精度不高，生產效率也較低。成形法加工齒輪的精度不高，生產效率也較低。 (2)展成法展成法 展成法加工是應用展成法加工是應用齒輪嚙合的原理齒輪嚙合的原理。切齒過程中，模擬齒。切齒過程中，模擬齒輪副的嚙合過程，把其中的輪副的嚙合過程，把其中的一個做成刀具一個做成刀具來切削另外一個。來切削另外一個。 工件工件 刀具刀具在齒輪加工中，展成法應用最為廣泛。在齒輪加工中，展成法應用最為廣泛。滾齒加工就是根據展成法原理來加工齒輪輪齒的。滾齒加工就是根據展成法原理來加工齒輪輪齒的。 2齒輪加工機床的

12、類型齒輪加工機床的類型 l 圓柱齒輪加工機床主要有滾齒機、插齒機等；圓柱齒輪加工機床主要有滾齒機、插齒機等；l 圓錐齒輪加工機床又分為直齒錐齒輪加工機床和曲線圓錐齒輪加工機床又分為直齒錐齒輪加工機床和曲線齒錐齒輪加工機床兩類。齒錐齒輪加工機床兩類。 齒輪加工機床的種類繁多，一般可分為齒輪加工機床的種類繁多，一般可分為圓柱齒輪加圓柱齒輪加工機床工機床和和圓錐齒輪加工機床圓錐齒輪加工機床兩大類。兩大類。 3滾齒機滾齒機 滾切機主要用于滾切直齒和斜齒圓柱齒輪和蝸輪。滾切機主要用于滾切直齒和斜齒圓柱齒輪和蝸輪。 與滾齒機加工原理相同的，還有花鍵軸銑齒機。與滾齒機加工原理相同的，還有花鍵軸銑齒機。 4插

13、齒機和磨齒機插齒機和磨齒機 磨齒機磨齒機有兩大類，即有兩大類，即用成形砂輪磨齒用成形砂輪磨齒和和用展成法磨齒用展成法磨齒。磨齒機多用于對淬硬的齒輪進行齒廓的精加工。磨齒機多用于對淬硬的齒輪進行齒廓的精加工。 四、銑床、刨床和拉床四、銑床、刨床和拉床 1銑床銑床 銑床用多刃的銑刀進行連續切削，生產率比刨床高，加工銑床用多刃的銑刀進行連續切削，生產率比刨床高，加工表面質量也較好。表面質量也較好。 銑床的工藝范圍很廣，主要用來加工平面，也可加工溝槽，銑床的工藝范圍很廣，主要用來加工平面，也可加工溝槽，螺旋面等；裝上分度頭還可進行分度加工。如銑削齒輪。螺旋面等；裝上分度頭還可進行分度加工。如銑削齒輪。

14、 銑床的主要類型：銑床的主要類型： 升降臺式銑床升降臺式銑床、龍門銑床、工具銑床以及仿形銑床等和、龍門銑床、工具銑床以及仿形銑床等和各種專門化銑床。各種專門化銑床。 升降臺式銑床升降臺式銑床是銑床中的主要品種是銑床中的主要品種: 臥式升降臺銑床、立臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床和萬能升降臺銑床三大類。式升降臺銑床和萬能升降臺銑床三大類。 XKS040A型型立式升降臺數控銑床立式升降臺數控銑床 2. 2. 刨床和插床刨床和插床 刨床和插床類機床主要用于加工各種平面和溝槽。機床的刨床和插床類機床主要用于加工各種平面和溝槽。機床的主運動和進給運動均為直線運動。主運動和進給運動均為直線運動。 l牛頭刨

15、床牛頭刨床 多加工與安裝基面平行的面，故為臥式；多加工與安裝基面平行的面，故為臥式；l插床插床 多加工與安裝基面垂直的面，如插鍵槽，故為立式。多加工與安裝基面垂直的面，如插鍵槽，故為立式。l龍門刨床龍門刨床 用于加工較長的零件。采用龍門式布局。工作臺用于加工較長的零件。采用龍門式布局。工作臺帶工件作縱向往復運動帶工件作縱向往復運動(主運動主運動)，刀架在龍門架上作間歇直，刀架在龍門架上作間歇直線運動（進給運動和進刀運動）。線運動（進給運動和進刀運動）。3 3拉床拉床 以以磨料或磨具磨料或磨具(砂輪、砂帶、油石或研磨料等砂輪、砂帶、油石或研磨料等)作為工具對工作為工具對工件表面件表面進行切削加工

16、進行切削加工的機床，統稱為的機床，統稱為磨床磨床。 五、磨床五、磨床 磨床可用于磨削內、外圓柱面和圓錐面，平面，螺旋面，磨床可用于磨削內、外圓柱面和圓錐面，平面，螺旋面，齒面以及各種成形面等，還可以刃磨刀具，應用非常廣泛。齒面以及各種成形面等，還可以刃磨刀具，應用非常廣泛。 磨床的主要類型有：磨床的主要類型有： 外圓磨床外圓磨床和萬能磨床、內圓磨床、和萬能磨床、內圓磨床、平面磨床平面磨床、無心磨床、無心磨床、各種工具磨床、各種刀具刃磨床和專門化磨床各種工具磨床、各種刀具刃磨床和專門化磨床(如曲軸磨床、如曲軸磨床、活塞橢圓磨床及導軌磨床等活塞橢圓磨床及導軌磨床等) 。 鉆床鉆床是孔加工用機床，主

17、要用來加工外形較復雜，沒有對是孔加工用機床，主要用來加工外形較復雜，沒有對稱回轉軸線的工件上的孔，如箱體、機架等零件上的各種孔。稱回轉軸線的工件上的孔，如箱體、機架等零件上的各種孔。 六、鉆床和鏜床六、鉆床和鏜床 鏜床鏜床的主要用途是用鏜刀進行鏜孔，此外，還可進行鉆孔、的主要用途是用鏜刀進行鏜孔，此外，還可進行鉆孔、銑平面和車削等工作。銑平面和車削等工作。 鏜床主要分為鏜床主要分為臥式銑鏜床、立式鏜床、坐標鏜床臥式銑鏜床、立式鏜床、坐標鏜床等。等。 臥式銑鏜床臥式銑鏜床因其工藝范圍廣泛而得到普遍應用，尤其適合因其工藝范圍廣泛而得到普遍應用，尤其適合大型復雜的精度要求較高的箱體類零件的鏜孔加工。

18、大型復雜的精度要求較高的箱體類零件的鏜孔加工。 坐標鏜床坐標鏜床是一種高精度機床，它的特征是具有測量坐標位是一種高精度機床，它的特征是具有測量坐標位置的精密測量裝置。置的精密測量裝置。 零件在加工過程中，由于種種原因總會存在一定的加工零件在加工過程中，由于種種原因總會存在一定的加工誤差。誤差越小，精度越高。誤差。誤差越小，精度越高。 一、加工精度與加工誤差一、加工精度與加工誤差 加工精度的具體內容是：加工精度的具體內容是： (1)(1)尺寸精度尺寸精度 指零件的直徑、長度和表面間距離等尺寸的指零件的直徑、長度和表面間距離等尺寸的實際值和理想值的接近程度。實際值和理想值的接近程度。 (2)(2)

19、形狀精度形狀精度 指零件表面或線的實際形狀與理想形狀的接指零件表面或線的實際形狀與理想形狀的接近程度，直線度、平面度、圓度、圓柱度、線（面）輪廓度。近程度，直線度、平面度、圓度、圓柱度、線（面）輪廓度。 (3)(3)位置精度位置精度 指零件表面或線的實際位置和理想位置的接指零件表面或線的實際位置和理想位置的接近程度，平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、位置近程度，平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、位置度、跳動、全跳動。度、跳動、全跳動。二、產生加工誤差的主要因素二、產生加工誤差的主要因素 滾切漸開線齒廓就是近似加工方法的實例滾切漸開線齒廓就是近似加工方法的實例：由于滾刀：由于滾刀的齒

20、數是有限的，所以滾切的漸開線不是理想的光滑漸的齒數是有限的，所以滾切的漸開線不是理想的光滑漸開線，只是多條趨近于該曲線的折線。開線，只是多條趨近于該曲線的折線。 主要因素主要因素: 加工原理誤差；加工原理誤差；機床、刀具夾具的制造誤差與磨機床、刀具夾具的制造誤差與磨損；損；工件的安裝誤差；工件的安裝誤差；工藝系統的受力變形；工藝系統的受力變形；工藝工藝系統的受熱變形；系統的受熱變形； 工件內應力的影響；工件內應力的影響；測量誤差和測量誤差和調整誤差調整誤差 2機床、刀具夾具的制造誤差與磨損機床、刀具夾具的制造誤差與磨損； (3) (3) 夾具的制造誤差與磨損夾具本身的制造誤差、安裝夾具的制造誤

21、差與磨損夾具本身的制造誤差、安裝 誤差以及使用過程中的磨損。誤差以及使用過程中的磨損。 (1)工藝系統的受力變形工藝系統的受力變形 指機床、刀具、夾具、工件組指機床、刀具、夾具、工件組成的工藝系統，在切削過程中受力而產生的變形。成的工藝系統，在切削過程中受力而產生的變形。 (2) 毛坯誤差的毛坯誤差的復映規律復映規律 工件的毛坯外形雖然具有粗略的工件的毛坯外形雖然具有粗略的零件形狀，但它在尺寸、形狀以及表面層硬度的均勻性上都零件形狀，但它在尺寸、形狀以及表面層硬度的均勻性上都有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度不斷地有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度不斷地變化，從而引起切

22、削力的變化，使工藝系統產生相應的變形，變化，從而引起切削力的變化，使工藝系統產生相應的變形，因而在因而在加工后的工件表面上還保留著與毛坯表面類似的形狀加工后的工件表面上還保留著與毛坯表面類似的形狀或尺寸誤差或尺寸誤差。 橢圓毛坯橢圓毛坯橢圓工件橢圓工件 1)切削熱切削熱 是被加工材料塑性變形以及前后刀面摩擦功轉是被加工材料塑性變形以及前后刀面摩擦功轉變成的熱量。變成的熱量。 2)摩擦熱摩擦熱 是機床運動零件是機床運動零件(齒輪、軸承、導軌等齒輪、軸承、導軌等)的摩擦的摩擦轉變的熱量，轉變的熱量， 3)外界熱源的輻射及傳導外界熱源的輻射及傳導 當室溫變化及附近存在熱源時，當室溫變化及附近存在熱源

23、時，就會使工藝系統受熱。就會使工藝系統受熱。 在去除外加載荷或外部因素的作用以后，工件內部所存在去除外加載荷或外部因素的作用以后，工件內部所存留的應力稱為內應力。內應力通常是處于相對平衡的狀態，留的應力稱為內應力。內應力通常是處于相對平衡的狀態，在沒有某種因素破壞這種平衡時，工件外形不會發生變化。在沒有某種因素破壞這種平衡時，工件外形不會發生變化。失去平衡后，內應力就要重新分布，因而工件產生變形而失去平衡后，內應力就要重新分布，因而工件產生變形而影響到工件的加工精度。影響到工件的加工精度。 7測量誤差和調整誤差測量誤差和調整誤差測量誤差測量誤差 指工件實際尺寸與量具指工件實際尺寸與量具表示出的

24、尺寸之間的差值。表示出的尺寸之間的差值。測量誤差產生原因：測量誤差產生原因：(1) 計量器具本身精度計量器具本身精度 (2) 溫度的影響溫度的影響 (3) 人的主觀原因人的主觀原因 調整誤差調整誤差 指在加工時由于刀具指在加工時由于刀具機床機床夾具工藝系統沒有調整到正夾具工藝系統沒有調整到正確位置而產生的加工誤差。確位置而產生的加工誤差。 一、加工表面質量的基本概念一、加工表面質量的基本概念 7.4 7.4 表面質量表面質量 表面質量是指機械加工以后，零件表面質量是指機械加工以后，零件表面的幾何形狀表面的幾何形狀(主要是表面粗糙度主要是表面粗糙度)和和表面層表面層的物理力學性能兩個方面。的物理

25、力學性能兩個方面。 在機器的運轉過程中，零件的損壞現象大多數是從最外在機器的運轉過程中，零件的損壞現象大多數是從最外層金屬開始的，如磨損、剝落、腐蝕、斷裂等。這些損壞層金屬開始的，如磨損、剝落、腐蝕、斷裂等。這些損壞現象與外界工作條件現象與外界工作條件(速度、溫度、壓力等速度、溫度、壓力等)有關，也取決有關，也取決于零件工作表面的質量。機件的表面質量是關系機器使用于零件工作表面的質量。機件的表面質量是關系機器使用性能和使用壽命的重要因素之一。性能和使用壽命的重要因素之一。 1表面的幾何形狀表面的幾何形狀 零件經過機械加工后，表面實際形狀總存在著與理想零件經過機械加工后，表面實際形狀總存在著與理

26、想幾何形狀的偏差。這種偏差包含以下三種情況：幾何形狀的偏差。這種偏差包含以下三種情況： 1)宏觀幾何形狀偏差或宏觀幾何形狀偏差或宏觀不平度宏觀不平度2)微觀幾何形狀偏差或微觀不平度，即微觀幾何形狀偏差或微觀不平度，即表面粗糙度表面粗糙度3)表面波度表面波度 表面性質介于上述兩者之間表面性質介于上述兩者之間 2表面層的物理力學性能表面層的物理力學性能 表面層的物理力學性能包括：表面層的物理力學性能包括： 1)1)表面層的冷硬程度和深度。表面層的冷硬程度和深度。 2)2)表面層殘余應力的種類表面層殘余應力的種類( (拉伸或壓縮拉伸或壓縮) )、大小及其分布狀況。、大小及其分布狀況。 3)3)表面層

27、的金相組織。表面層的金相組織。 二、表面質量對零件使用性能的影響二、表面質量對零件使用性能的影響 1對零件耐磨性的影響對零件耐磨性的影響 2對零件疲勞強度的影響對零件疲勞強度的影響 零件的耐磨性主要與摩擦副的材料和潤滑條件有關。但零件的耐磨性主要與摩擦副的材料和潤滑條件有關。但在這些條件確定的前提下，表面質量就起著決定性的作用。在這些條件確定的前提下，表面質量就起著決定性的作用。 在交變載荷作用下、，零件表面粗糙度、劃痕以及裂紋等在交變載荷作用下、，零件表面粗糙度、劃痕以及裂紋等缺陷容易引起應力集中，產生和加大疲勞裂紋而造成疲勞損缺陷容易引起應力集中，產生和加大疲勞裂紋而造成疲勞損壞。試驗表明，對于承受交變載荷的零件，減小表面粗糙度壞。試驗表明，對于承受交變載荷的零件，減小表面粗糙度值可以使疲勞強度提高。值可以使疲勞強度提高。 3對零件耐腐蝕性的影響對零件耐腐蝕性的影響 4對零件配合性質的影響對零件配合性質的影響 三、影響加工表面粗糙度的工藝因素三、影響加工表面粗糙度的工藝因素 產生表面粗糙度的原因主要有幾何因素和物理因