第三部分 冷加工工艺

一、金属切削加工基础知识

1．主运动：切下切屑所需的基本运动。

进给运动：使金属层不断被切削，从而加工出完整表面所需的运动。

名称 车削 铣削 刨削 钻削 磨削 镗削 车成形面 ?Dn1000?60主运动 工件旋转运动 铣刀的旋转运动 刨刀的往复直线运动 钻头的旋转运动 砂轮的旋转运动 镗杆的旋转运动 工件的旋转运动 进给运动 刀具直线运动 工件的水平移动 工件的直线送进运动 钻头向下直线运动 工件的旋转与直线送进运动 镗杆的直线送进运动 刀具的送进运动 2．切削三要素：切削速度、进给量、切削深度。 车削中车削速度：v=

m/s

D—工件待加工表面的直径(mm); n—工件每分钟的转速（rpm） 刨削中的切削速度：v=

2Lnr1000?60m/s

L—往复运动行程长度（mm）

nr—刨刀每分钟的往复次数（str/min） 3．刀具材料选用原则：

1）硬度必须大于工件材料的硬度；

2）较大的强度和韧性，以承受切削力和冲击； 3）好的耐磨性； 4）高的热硬性； 5）良好的工艺性。

刀具材料：高速钢、碳素工具钢、合金工具钢、硬质合金、陶瓷材料。 4．车刀由刀体、刀头两部分组成。

车刀切削部分的三个表面：前刀面、后刀面、副后刀面。 前角γ：在主剖面内测量的前刀面与基面之间的夹角。

后角а：在主剖面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。 主偏角φ：主切削刃和进给方向在基面上投影的夹角。 副偏角φ1：副切削刃和进给方向在基面上投影的夹角。

刃倾角λ：主切削刃与基面的夹角。

5．切削形成过程:切削加工时，金属材料受刀具的作用后，开始产生弹性变形，随刀具的继续切入，弹性变形向塑性变形转变，直至最后挤裂，被挤裂的金属脱离工件本体，沿刀

具的前刀面流出成为切屑。

切屑的种类：崩碎切屑、带状切屑、节状切屑。

6．HT200，QT600-02，崩碎状切屑；45，带状切屑；T8，节状切屑。

7．硬质合金刀具比高速钢刀具的热硬性好，硬度高，耐磨性好，切削速度可比高速钢高出4～10倍，故车削加工中常采用之。 成形车刀，精车车刀可用高速钢刀具。 8．

9．切削力：在切削过程中，克服变形阻力和摩擦阻力的外力为切削力。 刀具角度与切削力之间的关系：

1） 前角：前角增大，被切金属变形减小，切削力下降； 2） 主偏角:主偏角增加，Fy减小，Fx增加； 3） 刃倾角：刃倾角增加，Fy增大，Fx减小。 10．切削热产生原因： 1）切屑的变形；

2）切屑与刀具前刀面的摩擦；

3）刀具后刀面与切削表面的摩擦。

切削热对刀具的影响：切削热使刀具温度上升，加速刀具磨损，切削热传入工件，会使工件变形，从而产生形状和尺寸误差。

11．衡量材料切削加工性的指标为相对切削加工性Kr,Kr越大，材料的切削加工性能越好，反之则越差。

30、45及40Cr的Kr分别为1.6～2.5,1.0～1.6,0.5～0.65，故30钢的切削加工性好于45钢，而45钢的切削加工性好于40Cr。 12．刀具耐用度：指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达磨钝标准为止的切削时间为刀具

耐用度。

影响刀具耐用度的因素:

1) 切削用量，影响最大的是切削速度。 2) 刀具材料、刀具角度、工件材料等。 二、金属切削机床的基本知识

1．

2．普通车床中常用的传动副：

1）带传动：i=

2）齿轮传动：i=

dd12? d1、d2—主被动带轮的直径（mm）

?—滑动系数

nn12=

zz12 n1、n2—主从动齿轮的转速（rpm）

z1、z2—主从动齿轮的齿数

3）齿轮齿条传动：s=

pzn60=

?mzn60mm/s

P—齿条的齿距（mm） m—齿轮的模数（mm）

n—齿轮的旋转速度（rpm）

z—齿轮齿数 s—齿条移动速度 4）丝杠螺母传动：s=

nt60mm/s

n—丝杠的转速（rpm） t—单头丝杠的螺距（mm）

s—螺母沿轴线方向的移动速度

3．用丝杠移动可使车刀主轴的纵向走刀量等于工件的螺距，这样可车出所要求的 4．机床中液压传动的组成部分：

1）动力元件—油泵 2) 执行机构—油缸或马达 3）控制元件—各种阀类

4）辅助装置—油箱、油管、滤油器、压力表等 5）工作介质—矿物油

优点：1）液压传动装置能在运行过程中进行无级调速，调速方便且调速范围较大； 2）在同等功率下，液压传动装置的体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑； 3）液压传动装置工作平稳，反应快，冲击小，能告诉启动，换向和制动； 4）控制调节较简单，操纵方便，省力，易于实现自动化； 5）易于实现过载保护；

6）易于设计、制造及推广使用（元件系列化、标准化、通用化） 7）能简易实现直线及回绕运动。

三、各种加工方法

1．车床上能加工的表面：外圆、端面、镗孔、切槽、螺纹、锥面、成形面。 加工精度可达IT8～IT7，表面粗糙度可达Ra=1.6～6.3μm。 2．钻削特点：1）刀具的刚性差； 2）排屑困难；

3）切削热不易传散。

可达尺寸精度：IT10以下，表面粗糙度Ra＞12.5μm 扩孔特点：1）切削刃不必自外圆延续到中心；

2）切削深度小，切屑窄，易排出，不易 伤已加工表面； 3）容屑槽窄，刀体上刀齿多，生产率高。

可达尺寸精度：IT10～IT9，表面粗糙度，Ra=3.2～6.3μm 铰孔特点：1）刀具刚性好，切削刃数量多，故导向型好；

2）铰削余量小，切削力小，切削速度低，切削热少。 可达尺寸精度：IT9～IT7，表面粗糙度：Ra=0.4～1.6μm 镗孔特点：1）刀具机构简单，通用性大；

2）可加工较大直径的孔及内成形表面或孔内环槽。

可达尺寸精度：IT8～IT7，表面粗糙度: Ra=0.8～1.6μm

3.孔加工的方法：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨床上磨孔、拉孔，孔加工的精度见上题。磨床上磨孔，属于孔的精加工，尺寸精度可达IT7～IT6，表面粗糙度可达Ra=0.1～0.2μm；拉孔，尺寸精度可达IT6，表面粗糙度可达Ra=0.1～0.2μm。 4．刨削工艺特点：

1）通用性好，适于加工窄长平面。 2）生产率低。

3）刨削精度IT8～IT7，表面粗糙度Ra=1.6～6.3μm 应用：主要用于单件小批生产，加工平面。 铣削工艺特点：

1） 生产率高； 2） 易产生振动；

3） 刀齿散热条件较好；

4） 加工范围广，加工精度IT8～IT7，表面粗糙度Ra=1.6～6.3μm。

应用：主要用于加工平面，沟槽，成形面及切断。可应用于单件小批生产，亦可应用

于成批大量生产。 5．端铣的优点：

1）铣削过程平稳，加工质量高； 2）刀具耐用度高，工件表面质量高；

3）刀具系统刚性好，可用于高速切削，生产率高。

周铣虽适应性较广，可较方便的加工沟槽、齿形及成形面，但不具备端铣的那些优点，故端铣优越于周铣。

6．周磨特点：1）砂轮与工件接触面积少，产生的热量少，散热条件较好； 2）加工精度和表面质量较高； 3）生产效率低。 应用：加工质量要求高的工件。

端磨特点：1）砂轮与工件接触面积大，产生的热量多，磨削温度高，工件易发生变形和

烧伤，所以磨削精度较低。 2)磨头刚性好，允许采用较大磨削用量，所以生产率高。 应用：要求不很高的工件，或者代替铣削作为精磨前预加工。。 7．磨削的实质：磨粒的切削、刻划及滑擦三种作用的综合。

砂轮的选择主要是根据所加工工件的材料性质、热处理性质、加工面尺寸、形状及加工精度。 8．加工孔的刀具一般是细长状，刚性差，加工时刀具处于 ，散热条件差，切屑不易排除，切削液不易进入，因此加工孔比加工外圆难度大。

9．随加工次数的增加，加工余量的减少，工件的尺寸精度越来越高，表面粗糙度值越来越

低，若一次加工则变形大，表面质量差，故要求高的表面需多次加工方能达到加工精度要求。

10．车、铣、刨、钻、镗等冷加工需在工件淬火前进行，磨削可在工件淬火后进行。 四、圆柱齿轮加工

1．渐开线齿轮的加工方法：

1）成形法：指用与被切齿轮齿间形状相符的成形刀具，直接切出齿形的加工方法。 2）尺成法: 指利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，切出齿形的加工方法。 2．插齿适于加工直齿圆柱齿轮，可加工内齿轮及多联齿轮。 滚齿可加工直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮，蜗轮。 3．1）内孔和端面定位：

优点：生产效率高。

缺点：需用专用心轴，要求夹具制造精度高。

2）外圆与端面定位：

优点：不需专用心轴，夹具制造精度要求不高。

缺点：每加工一个工件需找正一次，生产率低，且要求齿坯加工精度高。