金属工艺学 冷加工

第一章 切削加工概论 基本概念 切削加工：利用切削工具从工件上切去多余的材料，以获得符合图样规定的形状、尺寸和表面粗糙度的零件的加工方法。 内容及要求 ① 内容：切削原理基本知识 要求：了解其对切削加工的影响及如何减少不利影响。 ② 内容：切削加工方法综述 要求：掌握各种切削加工方法的工艺特点和应用范围。

一、切削加工的分类、特点、作用和发展方向 （一）、切削加工的分类 1、机械加工（机工）利用机械力对各种工件进行加工。 方法：车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削、磨削、光整加工等。 2、钳工加工（钳工）在钳台上以手工工具为主对工件进行加工的各种加工方法。 方法：划线、锯削、錾削、锉削、刮削、研磨等。 （二）、切削加工的特点和作用 切削加工的精度和表面粗糙度范围广泛。 切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量范围较大。 切削加工的生产率较高。 切削加工存在切削力，刀具和工件均需具有一定刚度和强度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度

（三）、切削加工的发展方向 随着科学技术和现代工业日新月异的飞速发展，切削加工也正朝着高精度、高效率、自动化、柔性化和智能化方向发展，体现在以下三方面： 加工设备朝着数控技术、精密和超精密、高速和超高速方向发展。 刀具材料朝超硬材料方向发展。 生产规模由小批量和单品种大批量向多品种变批量的方向发展。生产方式由手工操作、机械化、单机自动化、刚性流水线自动化向柔性自动化和智能自动化方向发展。

（四）、展望 21世纪的切削加工技术必将面临未来自动化制造环境的一系列新的挑战，它必然要与计算机、自动化、系统论、控制论及人工智能、计算机辅助设计与制造、计算机集成制造系统等高新技术及理论相融合，向着精密化、柔性化和智能化方向发展，沿着数控技术（NC）、柔性制造系统（FMS）及计算机集成制造系统（CIMS）的台阶向上攀登，并由此推动其他各新兴学科在切削理论和技术中的应用。

二、零件的种类及组成 1、零件的种类 按结构可分类6类（1）轴类（2）盘套类（3）支架箱体类 （4）六面体类（5）机身机座类（6 ）特殊类零件 2、组成零件的表面 组成零件常见的表面有外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、齿形、成形面及各种沟槽等。 圆柱面 圆锥面 回转体成形表面 平面 成形曲面 图1.1 各种表面的形成

三、机床的切削运动 1、机床的切削运动 主运动：切除工件上的切削层，使之成为切屑，形成工件新表面的运动。 进给运动：使切削层不断投入切削的运动。 a)车削 b)钻削 c) 铣削 d)刨削 e)磨削 f)滚齿 图1.2 切削运动简图

2、切削用量三要素 几种典型机床的切削运动见表1.1。 表1.1 几种典型机床的切削运动 在切削运动的作用下，工件上有三个不断变 表1.1 几种典型机床的切削运动 2、切削用量三要素 在切削运动的作用下，工件上有三个不断变 化的表面，见图1.3。 待加工表面：工件上将被切除切削层的表面。 已加工表面：工件上切除切屑后留下的表面。 加工表面 (过渡表面)：工件上正在切削的表面。 它由切削刃形成，在下一切削行程，刀具或工 件的下一转里被切除，或由下一切削刃切除。 图1.3 工件表面

切削用量三要素：切削速度、进给量、吃刀量（背吃刀量、侧吃刀量、进给吃刀量） （1）切削速度 （切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度） ①主运动为回转运动： d－切削刃选定点处工件或刀具直径，mm。 n－工件或刀具的转速，r/min。 ②主运动为往复运动： L－行程长度，mm。 nr－往复次数，str/min。 （2）进给量f （刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量） mm/r,mm/str 每齿进给量 （多刃切削刀具，铣、铰、拉） （3）背吃刀量（切削深度）（垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度）

（3）背吃刀量（切削深度）ap（垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度）

3、切削层几何参数 切削层的大小和 形状，决定了切削部 分所承受的载荷大小 及切下的切屑的形状 和尺寸。 图1.4 车削时的切削要素 图1.4 车削时的切削要素 （1）切削厚度（ ）：垂直于加工表面度量的切削层尺寸。 （2）切削宽度（ ）：沿加工表面度量的切削层尺寸。 （3）切削面积（ ）：

4、零件表面的成形方法 （1）、轨迹法：利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖轨迹获得零件所需表面的成形方法。如车削、铣削、刨削等。 （2）、成形法：利用成形刀具，在一定的切削运动下，由刀刃形状获得零件所需表面的方法。如车球面、铣凸圆弧槽、拉孔等。可提高生产率，但刀具的制造和安装误差对被加工表面的形状精度影响较大。 （3）、展成法：在一定的切削运动下，利用刀具依次连续切出的若干微小面积而包络出所需表面的方法。如手工挫削外圆弧面、插齿、滚齿等。 轨迹法 成形法 展成法

四、切削加工的阶段 为保证切削加工质量，工件的加工余量往往不是一次切除的，而是逐步减少背吃刀量分阶段切除的。切削加工可分为粗加工、半精加工、精加工、精密加工、超精密加工等5个阶段，见表1.2。 表1.2 切削加工的阶段 阶段名称 目的 尺寸公差 等级范围 Ra值范围 （μm） 相应加工方法 粗加工 尽快从毛坯上切除多余材料，使其接近零件的尺寸和形状 IT12~IT11 50～12.5 粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等 半精加工 进一步提高精度和降低表面粗糙度，并留下合适的加工余量，为主要表面精加工作准备 IT10～IT9 6.3～3.2 半精车、半精镗、半精铣、扩孔等 精加工 使一般零件的主要表面达到规定的精度和粗糙度要求，或为要求很高的主要表面进行紧密加工作准备 一般精加工 IT8~IT7 （精车） 1.6～0.8 精车、精铣、精刨、粗磨、粗铰 精密精加工 IT7~IT6 （精磨） 0.8～0.2 精磨、精铰、精拉等

（1）避免毛坯内应力的释放而影响加工精度。 （2）避免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的弹性变形和热 变形对精度的影响。 切削加工分阶段，具有如下优点： （1）避免毛坯内应力的释放而影响加工精度。 （2）避免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的弹性变形和热 变形对精度的影响。 （3）先粗加工一遍，可及时发现毛坯的内在缺陷面决定取舍。 （4）可合理使用机床。 （5）便于工艺过程中热处理工序的安排。 精密加工 在精加工基础上进一步提高精度和降低表面粗糙度（其中不提高精度，只降低表面粗糙度的加工又称光整加工） IT5~IT3 0.1～0.008 研磨、珩磨、超精加工、抛光等 超精密加工 比精加工更高级的亚微米加工和纳米加工，用于加工极个别的超精密零件 高于IT3 0.012或 更低 金刚石刀具切削、超精密研磨 退火或正火 毛坯 粗加工 调质 半精加工 时效 淬火 磨削加工 刀具精加工 精密加工 超精密加工