1、第一章 金属切削原理 1. 使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动称为 主运动 。 其特点是运动的速度最高，消耗功率最大。不论主运动是旋转运动还是直线运动，其主运动的方向是假装工件不动。 2. 使主运动能够继续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需的运动，称为 进给运动 。进给运动的方向也是假设工件不动，刀具相对于工件的运动方向。 3. 切削过程中工件上存在 三个表面 ：待加工表面，已加工表面，过渡表面。 4. 刀具切削部分的表面与刀刃： （ 1）前刀面 A -切下的切屑沿其流出的表面。 （ 2）主后刀面 A -与工件上过渡表面相对的表面。 （ 3）副后刀面 A -与工件上已加工
2、表面相对的表面。 （ 4）主切削刃 S-前刀面与主后刀面相交而得到的边锋，并承担主要切削任务的切削刃。 （ 5）副切削刃 S -前刀面与副后刀面相交而得到的边锋，承担次要切削任务的切削刃。主副切削刃的定义说明两点，其一是切削刃的位置，其二是切削刃的作用，两者缺一不可。 （ 6）刀尖 -主、副切削刃之间的连接处，即主、副切削刃的交点。 一般用作标注前、后刀面角度的测量平面有三种：正交平面 P ，法平面 P ， 背平面 P 和假定工作平面 P 。 车刀前、后刀面的位置由以下两角度确定： （ 1）前角 -在主刀刃上选定的正交平面 P 内，前刀面与基面之间的夹角。 （ 2）后角 -在同一正交平面 P
3、内，后刀面与切削平面之间的夹角。 金属切削过程是塑性变形的过程，不但应变大而且是在高速、高温情况下产生的，涉及到塑性理论及金属物理等学科的范围。 工件与刀具作用部位存在着三个变形区： 第一变形区 -在切削层上形成切屑的变形区； 第二变形区 -切屑流出时，与前刀面接触的切屑底层受摩擦作用后 产生的变形区； 第三变形区 -在已加工表面上与后刀面挤压摩擦形成的变形区。 切屑形成的 四种形态 ：带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑。 切削变形程度的 度量方法 ：相对滑移、变形系数。 当切削塑性金属时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下，在刀刃附近的前刀面上粘覆着一块硬度很高的楔形金属块，它的
4、硬度可达工件材料硬度的 2-3 倍，这一小硬块金属称为 积屑瘤 。通常认为积屑瘤的形成是由于切屑在刀面上粘结造成的。 积屑瘤的特点 ：积屑瘤可代替刀刃切削，保护刀刃；可增大刀具的实际工作前角，减 小切削变形；但它形成的圆弧刃口对工件产生挤压和过切，降低了加工精度；降低了切削刃口的质量，积屑瘤脱落后粘附在已加工表面上使加工表面粗糙度值增大。所以在精加工时应该尽量避免积屑瘤的产生。形成积屑瘤的条件主要决定于刀、屑间的压力和温度。 防止积屑瘤 主要从减小切削变形和减小刀、屑间的摩擦入手，具体方法是： （ 1）降低切削速度，使切削温度较低，不易发生粘结现象； （ 2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤
5、消失的相应温度； （ 3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦； （ 4）增加刀具前角，以减小刀、屑接触区压力； （ 5）提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。（调质处理） 工件材料强度、硬度愈高，切削变形愈小。 刀具要切下金属，必须使 被切金属产生弹性变形、塑性变形，以及克服金属对刀具的摩擦，切削力来源 以下两个方面： （ 1）被切金属的弹、塑性变形力； （ 2）切屑、工件与刀具间的摩擦力。 切削合力 F 可以分解为相互垂直的三个切削分力，即 F 、 F 和 F ，车削时： F 切削力或 切向分力 ； F 切深抗力或 径向分力 ； F 进给抗力或 轴向分力 。 切削力的变化规律： （ 1）被 加工
6、材料强度越高，硬度越大，切削力就越大。 （ 2）切削力随切削面积的增大而增大。 （ 3）切削力随切削速度的提高而降低。 （ 4）切削力随前角的增大而减小。 （ 5） F 、 F 随主偏角 的变化而改变它们之间的比值。 （ 6） F 、 F 随刃倾角的变化而改变。 切削热的来源是切削时所消耗的功转换而成的，其热源共有三个：剪切区变形功形成的热 Q 、切屑与前刀面摩擦功形成的热 Q 、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热 Q 。 切削塑性金属时切削热主要由剪切区的变形和前刀面摩擦形成；切削脆 性金属则后刀面摩擦热占的比例较大。 切削温度一般指的是切削区的平均温度，它的最高温度可达 1000度以上，比平
7、均温度高 2-2.5倍。测量切削温度的方法有热电偶法、热辐射法、远红外法和热敏涂色法等。热电偶法用的最多，它的测温装置简单、测量方便。热电偶法可分为：自然热电偶法和人工热电偶法。 刀具磨损的原因 ： 硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损 。 刀具的磨损过程 ：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。 刀具耐用度 是指新刃磨好的刀具从开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间。 刀具耐用 度合理数值的确定，可以用最高生产率或最低成本的原则来制定。 第二章 机床夹具基本原理 一、工件的安装方法：直接找正定位安装法；划线找正定位安装法；夹具定位安装法 二、工件获得尺寸精度的方法：
8、试切法；定尺寸刀具法；调整法；自动控制法 三、工件获得形状精度的方法：轨迹法；成形法；展成法 四、机床夹具的组成：定位元件；加紧装置；对刀元件；导引元件；其他装置；连接元件和连接表面；夹具体 五、工件定位的基本原理：实质是根据弓箭的加工要求用定位元件来限制影响加工精度的自由度，使工件在夹具中占据正确的位置。 六、工件在夹具中的几种情况：完全定位；不完全定位；欠定位；重复定位 七、工件在夹具中的定位方式通常分为两大类：单个典型表面定位方式和组合定位方式 八、单个定型定位及定位元件： 1、 平面定位方式 ：以粗基准定位（工件上的基准是粗糙不平的毛坯表面，为了保证定位稳定可靠，一般采用三点支承定位方
9、式。 定位元件：球头支承钉和锯齿头支承钉。这类支承钉头部采用球面和锯齿状是为了减少定位支承面积，以便保持与工件毛坯表面稳定接触，增大接触面间的摩擦力，防止工件受力滑动）；以精基准定位（工件定位基准是经加工过的表面，一般采用小平面定位方式。定位元件如平头支承钉和支承板。前者用于接触面积较小时，后者用于接触面积较大时）； 2、 圆孔定位方式 ：圆柱定位心轴（主要用于车铣磨齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类零件时的定位。定位心轴有：锥形心轴、过盈配合圆柱心轴、间隙配合圆柱心轴。心轴定位限 制工件自由度情况取决于定位心轴外 圆与定位孔的配合性质、长径比的大小和相对接触面的长短，分为长定位心轴和短定位心轴
10、。）；圆柱定位销（主要用于定位杆件、支架和箱体类零件。一般分为固定式和可换式，分为长定位销和短定位销。长的限制四个方向的自由度，短的限制两个方向的自由度）；锥销（可限制三个方向的自由度） 3、 外圆定位方式 ：圆定位套定位外圆柱面、 V 形块定位外圆柱面、支承板定位外圆柱面、内锥套定位外圆柱面 4、 圆锥孔定位方式 （长圆锥孔和短圆锥孔定位，前者五个自由度后者三个自由度） 九、组合定位要点：限制工件自由度总数等于每个定位元件单独定位相应 定位面是所限制的自由度数目之和；定位元件原来起限制工件移动自由度的作用，在组合定位后可能转化成起限制工件转动自由度的作用，且该定位元件就不再起限制工件移动自由
11、度的作用；单个表面定位是组合定位的基本单元 十、一面两孔组合定位方式通常用于箱体类零件定位。工件的定位面是两定位孔和平面，夹具的定位元件是两短圆柱定位销和支承板。 消除重复定位的办法：减小其中一定位销直径，增大该定位销与定位孔的最小配合间隙，来补偿中心距误差；改变其中一圆柱定位销为削边定位销 十一、 定位误差 ：用夹具安装加工一批工件时，由于定位不准 确而引起该批工件有关尺寸、位置误差。 十二、 设计基准 是指在设计图上确定零件几何要素的几何位置所依据的基准； 工艺基准 是在工艺工程中所采用的基准 十三、 工艺基准按用途分为：工序基准、定位基准（在加工过程中是工件在夹具中（或在机床上）占有正确
12、加工位置所依据的基准）、测量基准、装配基准、调刀基准（是指用以调整加工刀具位置所依据的基准）。有夹具定位元件的定位工作面所体现，是加工精度参数（尺寸、位置）方向上调整加工刀具位置的依据。 十四、 产生定位误差的原因：由于定位基准与设计基准不重合的位置变化 B,而引起的定位误差 PB 称为第一类定位误差或基准不重合误差。 PB= f1（ B）；由于工件定位面和夹具定位工作面的制造误差，使工件定位基准相对夹具调刀基准发生的位置变化 E，而引起的定位误差 PE 称为第二类定位误差或基准位移误差。 十五、圆柱孔定位的定位误差：过盈配合时，定位面与定位工作面不存在配合间隙，因而没有相对位置变化 E=0，
13、则 PE=0 ；间隙配合时，工件圆柱孔轴线相对定位元件外圆柱面轴线会发生相对位置变化 十六、 夹紧力的三要素 ：夹紧力的作用点、方向、和大小。 十七、合理选择加紧力的作用点：应作用在工件刚 性加号的部位，以免工件变形；夹紧力的作用点应正对于定位元件或定位元件所形成的稳定受力区内，以免因加紧力引起的工件的移动和翻转；应尽可能靠近加工部位，这样可以减小切削力对夹紧力的作用力矩，从而减小工件加工时的变形和振动；精良避免直接作用在精加工的表面上，以免造成压痕 十八、合理选取夹紧力的作用方向：主要夹紧力的作用方向应指向主要定位基准；夹紧力的作用方向尽可能有利于减小夹紧力；夹紧力的方向应有助于定位，而不应
14、破坏定位。 十九、基本夹紧机构：斜契夹紧机构；螺旋夹紧机构；圆偏心夹紧机构；对中定心夹紧机构第三章机械 加工工艺设计基础 1.工艺过程的组成：由工序、工步、走刀组成 工序：在同一工作地点，对同一工件、由一个（或一组）工人连续完成的那一部分工艺过程。 工步：在被加工表面，切削工具和机床的切削用量均保持不变的条件下完成的那部分工作 走刀：在一个工步中，切削工具从被加工表面上每次进给切去一层厚度。 2. 实施工艺过程必须遵循的原则 优质、高产、低耗是实施工艺过程必须遵循的三个原则 所谓优质，就是保证产品的质量全部符合设计图纸的技术要求。 所谓高产和低耗，就是在保障生产安全的前提下，保证符合要求的高生
15、 产效率及经济的合理性。 3.确定生产类型及组织形式。 根据年产量及零件结构与工艺的复杂程度确定生产类型，然后根据生产类型来确定零件机械加工的生产组织形式。采用成组技术组织生产会加大零件组的产量。 4.工序顺序安排及 加工阶段的划分 。（三原则） a, 先基准后其他 b, 先主后次 c, 先粗后精 5.设计工艺过程时， 划分加工阶段的原因 ，什么情况下可以不划分或不严格划分？ （ 1）粗加工阶段切除金属较多，产生较大切削力、切削热、内应力和切削变形。 （ 2）可合理使用机床设备 （ 3）为了在机械加工工序中插入必要的热处理工序，同时使热处理充分发挥其效果。 （ 4）粗加工各表面后可及早发现毛坯
16、的缺陷，有利于及时报废或补修，以免继续进行精加工而浪费工时和制造费用。 （ 5）有利于合理使用操作工人和技术质量的管理。 （ 6）精加工工序安排在最后，可以保护精加工后的表面少受损或不受损伤。 当加工质量要求不高，工件的刚性足够，毛坯质量高和加工余量小时，则可以不划分加工阶段，例如在自动机上加工零件就是如此。另外，有些重型零件由于装夹、运输比较困难，常不划分加工阶段，在 一次装夹下完成全部粗加工和精加工；或在粗加工后松开夹紧，在消除夹紧变形后，再用较小的夹紧力重新夹紧进行进行精加工，这样，就有利于保证重型零件的加工质量。 6.热处理工序问题 精加主轴加中，粗加工后进行时效处理以消除应力；在半精
17、加工后进行淬火处理以便提高表面硬度；在精加工后进行冰冷处理或低温回火以便获得稳定的组织；最后进行光整加工以便获得好的表面质量。 如何获得较高的生产率？ 将粗、精加工分开，按照粗加工 -半精加工 -精加工 -光整加工四个阶段进行，并保证光整表面达到图纸规 定的要求 7. 加工余量的确定。 定义：毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差称为加工余量。 怎样确定。 形成因素： （ 1）前工序的表面质量，如表面粗糙度、表面变质层。 （ 2）前工序的尺寸公差 （ 3）前工序的形状和位置公差 （ 4）本工序的装夹误差 8.粗基面：使用毛坯表面作为定位基准。要求粗基面稳定可靠，要有大的定位基面面积。选择时有一定的
18、要求： （ 1）选择重要的加工表面（ 2）各加工表面中加工余量最小的表面 （ 3）与加工表面有较高的位置精度的不加工表面 （ 4）选择平整、光洁、无飞边、无冒口等缺陷的表面 精基准的选择： 以已加工的表面为定位基准时，此表面为精基准。选择 精基准有 5 大原则 ( 1 )基准重合原则（ 2）基准统一原则（ 3）互为基准原则 (4 ) 自为基准原则 （ 5）定位准确、稳定可靠的原则 9. 封闭环：在加工过程中按零件顺序“自然得到的”，是间接保证的尺寸。 组成环：是在加工过程中直接控制获得的尺寸 增环： 其他各组成环不变的条件下，某组成环尺寸增大（减小）使封闭环尺寸也相应增大（或减小）的组成环。
19、减环： 某组成环尺寸增大（或减小）使封闭环尺寸相应的增大（或减小）的组成环 10.建立尺寸链应注意的问题 （ 1）工艺尺寸链的构成取决于工艺过程（ 2）一个尺寸链只能解一个封闭环 （ 3）确定哪一个尺寸是封闭环，是解尺寸链的决定性的一步 （ 4）最短尺寸链原则 11.将封闭环尺寸链分配给各组成环的方法： （ 1）等公差分配（ 2）等精度分配（ 3）经济精度分配 12.假废品的问题 只要超差量小于另一组成环的公差时，就有可能出现假废品的问题 13.中间工序（工艺过程（齿距内孔）： （ 1）镗内孔（ 2）插健槽（ 3）热处理、淬火（ 4）磨内孔 14.在终加工时，将选出的设计尺寸作为组成环，以此为
20、基准的其他设计尺寸只能间接获得封闭环 第四章 机械加工精度 1 加工精度 ：零件在加工后的几何、形状、位置与图纸规定的理想零件的几何参数符合的程度 加工误差 ： 实际加工的零件与理想零件精度的偏差 加工精度和加工误差是评价同一零件几何参数 工艺系统：机械加工时，机床、夹具、刀具、工件构成一个工艺系统；工艺系统的误差是根源，加工误差是表现， 所以把工艺系统的误差称为 原始误差 2.原始误差的内容（ 简答） （ 1）原理误差（ 2）工件装夹误差（ 3）工艺系统静误差 （ 4）调整误差（ 5）工艺系统误差 （ 6）度量误差 3.影响加工精度的因素 （ 1）原理误差 由于采用了近似加工运动或近似的刀具
21、轮廓而产生的加工误差，叫做原理误差。（例）齿轮滚刀，它具有两种原理误差 A由于制造上的困难，采用阿基米德基本蜗杆或法向直轮廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆产生的误差； B. 由于滚刀刀刃刃数有限，所切成的齿 轮的齿形实际上是一根折线，和理论上的光滑渐开线相比较，滚刀齿轮就是一种近似的加工方法。 （ 2）导轨误差 导轨是机床的主要部件的相对位置基准和直线运动基准，其制造精度要求是：在水平垂直面内导轨的直线度，前后导轨的平行度 （ 3）调整误差 ： 减小回转精度对加工精度的影响 （ 4）试切法调整：试切 度量 调整 再试切。 影响因素：度量误差，微进给结构误差和加工余量大小等 4.工艺系统的刚度：工艺
22、系统抵抗外力使其变形的能力 棒料悬伸装夹时，变形计算公式 双顶尖装夹工件时，中间位置最大挠度 5.机床刚度测定 （ 1）力与变形非线性关系（ 2）加载曲线与卸载曲线不重合（ 3）卸载后，变形恢复到原点（ 4）部件刚度远小于实体零件的刚度 影响机床刚度因素：（ 1）接触变形（ 2）薄弱零件本身的变形（ 3）摩擦力影响（ 4）间隙影响 6.工艺系统刚度对加工精度的影响 （ 1）受力点位置变化影响 （工艺刚度） （ 2）切削力变化引起形状误差 =C/K 系统。表示了加工误差和毛坯误差间的关系，决定了毛坯误差经加工所减小的程度，称为“误差复映系数”。工艺系统刚度越高，越小，复映在工件上的误差越小 误差
23、复映规律 在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或硬度的变化，引起切削力和工艺系统变形的变化，因而产生加工误差。比如，加工偏心毛坯之后得到的工件仍然是略有偏心的，这种现象称为误差复映。 误差复映规律的一般情况：（ a, b, c） a 毛坯的形状误差，不论是圆度、圆柱度、平面度误差等都以一定的复映系数反映工件的加工误差 b.车削时，远小于 1，在 2 3 次走刀后， 加工误差将下降很快 c.采用调整法加工时，对一批尺寸大小有参差的毛坯，由于误差复映的结果，造成“尺寸分散”。 （ 3）毛坯材料硬度影响 （ 4）工艺系统中其他作用力影响 7.提高工艺系统刚度的措施 （ 1）提高接触强度： a 提高工艺
24、系统中零件间的配合表面质量 b.预加载荷 （ 2）增加辅助支承 （ 3）合理安装工件 （ 4）防止和消除微量进给下的“爬行”。 8.工艺系统的热源 ： （ 1）切削热、（ 2）动力源热、（ 3）运动副的摩擦热、（ 4）环境热 9.车削零件外圆时，随切削的进 行，温度，直径，加工结束时，直径增大最多。 10.内应力：是指当外部的载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力。 内应力是由于金属内部宏观的或微观的组织发生了不均匀的体积变化而产生的。 11.内应力产生的原因 （ 1）毛坯制造过程中产生的内应力（ 2）冷校直、冷轧及冷挤压等工艺带来的内应力 （ 3）切削加工带来的内应力 12.消除内应力的措施
25、（ 1）时效处理：自然时效，人工时效，振动时效（ 2）热校直工艺 （ 3）合理设计零件结构，尽可能缩小零件尺寸厚度，防止差距过大 13.常值系统性误差： 包括：原理误差、机床、刀具、夹具、量具的制造误差，调整误差，工艺系统的静力变形 14.正态分布曲线应用 （ 1）分析加工误差的性质（ 2）确定各种加工方法所能达到的精度等级 （ 3）计算工件加工后的合格率及废品率 15.正态分布曲线的缺点 （ 1）不能区分系统性误差和随机性误差（ 2）不能在加工过程中提供控制工艺过程的资料 16.误差预防技术 减小误差源，或改变原始误差与加工误差的数量转换关系。 一，合理采用先进工艺与设备；二，直接消除和减少
26、原始误差法 17.误差补偿技术 人为的引入一附加误差，用以抵消系统的原始误差，从而消除或减小系统原始误差对零件加工精度的影响。根据附加误差的性质，分为 静态补偿法。抵消系统的原始误差，消除常值性的系统误差 动态补偿法。对原始误差进行自动连续补偿或自动周期补偿，消除变值系统性误差 。 第 5 章机械加工表面质量 一：机械加工表面质量，也可称为表面完整性，它包括两方面的内容： （ 1） 表面几何形状特征： 1 表面粗糙度， 2 表面波度。 （ 2）表面层材质的变化： 1 表面层因塑形变形引起的冷作硬化， 2 表面层因切削热引起的金相组织的变化， 3 表面层中产生的残余应力。 二：切削加工表面粗糙度
27、的形成，大致可归纳为三个方面： 一是刀刃与工件相对运动轨迹所形成的表面粗糙度 几何因素 ； 二是和被加工材料性质及切削机理有关的因素 物理因素 ； 三是工艺系统的振动所产生的表面振痕 工况因素 。其中，低频振动一般在工件表面上产生波度，高频振动直接影响表面粗糙度。 三：影响切削加工表面粗糙度的主要因素是： 1 刀具的几何参数的影响 2 工件材料性能的影响 3 切削用量的影响。 四：影响磨削表面粗糙度的主要因素是： 1 砂轮的粒度 2 砂轮速度 3 砂轮的修整 4 磨削切深 五：加 工表面的 冷作硬化 形成：金属切削使工件表面层产生了塑性变形，使晶体间产生了剪切滑移，晶格扭曲，并产生晶粒拉长、破
28、碎和纤维化，引起材料的强化（强度和硬度有所提高），即形成冷作硬化。 表示形式：可以用冷硬层的深度 h，表面层的显微硬度 H 以及硬化程度 N 来表示。 N=（ H-H0） /H0% 5-1.被加工材料：硬度，塑性 N 5-2. 回火烧伤 ：以淬火钢而言，当磨削区温度超过马氏体转变温度，工件表面的马氏体组织将转化为回火屈氏体、索氏体组织与回火组织相近似的组织，使表层硬度低于磨削前的硬度，一般称为回 火烧伤。 5-3.淬火烧伤 ：当淬火钢表面层温度超过相变临界温度时，马氏体转变为奥氏体，加之冷却液的急剧冷却，发生二次淬火现象，使表面出现二次淬火马氏体组织，硬度比原来的回火马氏体高，一般称之为淬火烧
29、伤。 5-4.减轻磨削烧伤的基本途径是：要让磨削热产的少，散的快。具体：如精磨时，（ 1）每次逐渐减小磨削深度；（ 2）合理选择自锐能力强，且不易堵塞粘屑的砂轮（ 3）采用开槽砂轮 六：加工表面层的残余应力：切削加工时表面层相对于基体材料发生了形状、体积和金相组织的变化，表面层与基体材料的交界处就产生了互相平衡的弹 性应力，这种应力称为表面层的残余应力。 引起表面残余应力的原因是： 1 热塑性变形的影响 2 冷塑性变形的影响 3 金相组织的影响 七：表面机械强化工艺方法：对于承受高应力、变载荷的零件可以采用喷丸、滚压、辗光等。 8-1.金属切削加工中的振动 主要是： 强迫振动 和 自激振动 。 八：减小强迫振动的途径： 1 减小激振力 2 调节振源频率 3 提高工艺系统刚性并增强其阻尼 4 消振和隔振 九：自激振动的特点： 1 自激振动是一种不衰减的振动。维持振动的交变力是由本身产生和控制的，当振动一停止，则交变力也随之消失。 2 自激振动的频率等于接近系统的固有频率，也就是说它是由振动系统本身的参数决定的，这与强迫振动相比有显著的差别。 3 自激振动
