切削加工基本知识.docx

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切削加工基本知识

切削加工基本知识

第一节概述

一、切削加工

切削加工是用工具去除毛坯上多余的材料，以获得具有所需要的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度的零件的加工方法。

切削加工通常分为机械加工（简称机加工）和钳工两大类。

机械加工是通过操纵机床对工件进行的切削加工，如车、铣、刨、磨、镗、钻、拉、插及齿形加工等。

由于现代机械产品的精度和性能要求越来越高，对零件的加工质量也提出了更高的要求。

目前除少数零件采用精铸、精锻或粉末冶金直接获得外，绝大部分零件都需经过切削加工才能保证其精度。

因此，掌握切削加工的基本规律，正确地组织生产，对于实现优质、高产、低耗有着十分重要的意义。

钳工一般是指手持工具进行的装配、维修或切削加工，如划线、錾、锯、锉、刮研、攻螺纹和套螺纹等。

虽然钳工使用的工具简单，操作灵活，加工方法多种多样，但生产率低，劳动强度大，因而只有在装配和维修时，才比较经济和方便。

随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，钳工工具和操作方法也在不断改进和发展。

要实现切削过程，必须具备以下3个条件：

（1）工件与刀具之间要有相对切削运动；

（2）刀具材料必须具有一定的切削性能；

（3）刀具必须具有合理的切削角度。

二、切削运动和切削用量

（一）切削运动

切削加工是靠刀具和工件之间作一定的相对运动来实现的，这个相对运动称为切削运动，它包括主运动和进给运动。

1．主运动

形成机床切削速度或消耗主要动力的运动叫主运动。

没有这个运动，切削加工就无法进行。

它可以是旋转运动，也可以是往复直线运动，如车削时工件的旋转，钻、铣、磨削时刀具的旋转，刨削时（牛头刨）刨刀的往复直线运动等都是主运动。

2．进给运动

使工件多余的材料不断投入切削的运动叫进给运动。

没有这个运动，就不能进行连续切削。

它可以是直线运动、旋转运动或两者的组合，如车削和钻削时刀具的移动，铣、刨（牛头刨）时工件的移动，磨外圆时工件的旋转和轴向移动等。

无论那种切削加工，都必须有主运动和进给运动，但主运动只有一个，而进给运动可以有多个。

下图列出了常用机械加工方法的切削运动。

图中Ⅰ为主运动，Ⅱ为进给运动。

常用机械加工方法的切削运动

（a）车削加工：

I——工件的回转运动；Ⅱ——刀具的（横向、纵向）直线运动。

（b）铣削加工：

I——刀具的回转运动；Ⅱ——工件的（横向、纵向、垂直上下）运动。

（c）刨削加工（牛头刨）：

I——刀具的直线往复运动；Ⅱ——工件的横向间歇运动。

（d）钻削加工：

l——钻头的回转运动；Ⅱ——钻头沿轴向的直线运动。

（e）磨平面：

I——砂轮的高速回转运动；Ⅱ——工件的（横向、纵向、垂直上下）运动。

（f）磨圆周面：

I——砂轮的高速回转运动；Ⅱ——工件的回转运动、轴向移动及圆周进给运动。

（二）切削用量

在切削过程中，工件上存在3个不断变化着的表面，即：

待加工表面——工件上即将被切去切屑的表面。

已加工表面——工件上切去切屑后形成的表面。

过渡表面——工件上正被切削刃切削的表面。

它在切削过程中不断变化，但总处于待加工表面和已加工表面之间。

切削用量是切削速度

、进给量ƒ（或进给速度

）和背吃刀量

。

三者的总称。

它们分别定义如下：

1．切削速度

切削速度

（是指单位时间内，刀刃上选定点相对于工件沿主运动方向的位移。

刀刃上各点的切削速度可能是不同的。

当主运动为旋转运动时，其切削速度为：

式中d——工件或刀具上相对于刀刃选定点处的直径（mm）；

n——主运动的转速（r/min）。

当主运动为往复直线运动时，切削速度取其往复行程的平均速度：

式中L——主运动行程长度（mm）

——主运动每分钟往复次数（次／min）。

2．进给量ƒ（或进给速度

）

进给速度

，是指单位时间内，刀刃上选定点相对于工件沿进给运动方向的位移。

进给量ƒ是指在主运动的一个循环内，工件与刀具在进给运动方向上的相对位移。

在实际生产中，进给量也称为走刀量，单位为mm/r（旋转运动）或mm/次（往复直线运动）。

因此，进给速度

与进给量

之间有如下关系：

式中N——主运动速度n（旋转运动）或

，（往复直线运动）。

3．背吃刀量

背吃刀量

，又称为切削深度，它是指在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。

对外圆车削和平面刨削来说，背吃刀量

，就等于已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。

如车外圆时：

（mm）

式中

——待加工表面直径（mm）；

——已加工表面直径（mm）。

下图列出了一些常用加工方法的切削用量。

切削用量

（a）车削；（b）钻削；（c）铣削；（d）磨削。

1—待加工表面；2—过渡表面；3—已加工表面。

切削用量三要素是影响切削加工质量、刀具磨损、机床动力消耗及生产率的重要参数。

选用时，要综合考虑以上几方面的因素，首先应尽可能选择大的背吃刀量和进给量，最后确定合理的切削速度。

一般来说，粗加工时，为了尽快切去大部分加工余量，提高生产率，可选用较大的背吃刀量和进给量，但切削速度受机床功率和刀具耐用度等因素的限制而不宜太高。

在精加工和半精加工时，为了保证工件的加工质量，常常选用较小的背吃刀量、进给量和较大的切削速度（减小切削瘤和鳞刺）。

三、金属切削时的冷却与润滑

切削过程中，刀具与切屑和工件的相互作用与摩擦，会产生大量的切削热，使刀具磨损增加，致使加工表面的质量降低，同时加工过程中的一些物理、化学现象也严重影响着切削的进行。

为此，在切削过程中常常使用切削液。

切削液具有冷却、润滑、清洗和防锈作用，它可以减少切削热和切削力，改善摩擦状态和散热条件，并减少刀具和切屑的粘结，控制切屑瘤和鳞刺的生长，减小工件的变形，提高加工精度和降低已加工表面的粗糙度，延长刀具寿命，提高生产率。

（一）切削液的分类

切削加工中最常用的切削液大致可以分为两大类：

1．非水溶性切削液

非水溶性切削液主要是切削油。

它包括各种矿物油（如机械油、轻柴油、煤油等）、动植物油（如豆油、猪油等）和加入油性、极压添加剂配制的混合油。

切削油的润滑性好，但冷却性能差，主要用来减少刀具的磨损和降低工件的表面粗糙度。

2．水溶性切削液

水溶性切削液主要有水溶液和乳化液。

前者以水为主要成分，在其中加入防锈剂或一定量的表面活性剂和油性添加剂。

后者是由矿物油、乳化剂及其他添加剂配制的乳化油加95%～98%的水稀释而成的乳白色切削液。

这类切削液具有良好的冷却作用，清洗作用也好，但润滑、防锈性能差。

（二）切削液的作用和选用

在切削过程中使用的切削液主要起冷却和润滑作用。

由于切削液的流动性、渗透性和喷射压力可以冲走切削时产生的细小切屑，因而它又有清洗作用。

同时，切削液还必须具有防锈功能，否则，它会使工件、刀具和机床等受到腐蚀。

1．冷却作用

切削液的冷却作用主要是带走大量的切削热，降低切削温度，提高刀具耐用度；减小工件、刀具因热膨胀而引起的变形，提高加工精度；降低断续切削时的温度差和热应力，减少热裂等。

冷却作用的优劣取决于切削液的导热系数、比热、汽化热、汽化速度以及流量、流速等。

一般水溶液的冷却性能最好，油类最差，乳化液介于两者之间。

2．润滑作用

在切削过程中，刀具前刀面与切屑接触，压力很高，发生激烈摩擦，温度也很高。

从外部供给的切削液在毛细现象的作用下主要从两侧（D方向）渗入到前刀面上，如右下图所示。

在切削区的工件表面和剪切面上，存在着许多微小裂纹，由于切削热的作用，汽化的切削液分子直接从这些裂纹（B向C向）渗透并吸附在工件表面和剪切面上，能够降低表面能，防止裂纹的再熔焊，并减小工件的塑性变形抗力。

通过上述途径渗透的切削液，在刀具与切屑和工件的接触面上形成吸附薄膜，起到润滑作用，减少金属与金属直接接触的面积，降低摩擦力，增大剪切角，缩短刀、屑接触长度，因而减小切屑变形，抑制积屑瘤的生长，减小加工表面粗糙度。

同时，还可减小切削功率消耗，降低切削温度，提高刀具耐用度。

切削速度对切削温度的影响最大，而且还影响切削液渗透的时间，所以，它对切削液的润滑效果有很大的影响。

一般说来，切削速度越高，切削液的润滑效果越低。

在高速切削时，由于变形较小，剪切角较大，也不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度较小，因此主要考虑切削液的冷却作用，这对降低切削温度，提高刀具耐用度有显著效果。

3．切削液的选用

选用切削液，除了考虑切削液本身的各种性能外，还应根据加工方法、工件材料、刀

具材料和加工要求等具体情况合理选择和正确使用。

切削液选用表

工件材料

碳钢、合金钢

不锈钢

耐热合金

铸铁

铜及铜合金

铝及铝合金

刀具材料

（磨削时为砂轮）

高速钢

硬质

合金

高速钢

硬质

合金

高速钢

硬质

合金

高速钢

硬质

合金

高速钢

硬质

合金

高速钢

硬质

合金

加

工

方

法

车削

粗车

3,1,7

0,3,1

7,4,2

0,4,2

2,4,7

8,2,4

0,3,1

0,3,1

3,2

0,3,2

0,3

0,3

精车

4,7

0,2,7

7,4,2

0,4,2

2,8,4

8,4

0,6

0,6

3,2

0,3,2

0,6

0,6

铣削

端铣

4,2,7

0,3

7,4,2

0,4,2

2,4,7

0,8

0,3,1

0,3,1

3,2

0,3,2

0,3

0,3

铣槽

4,2,7

7,4

7,4,2

7,4,2

2,8,4

8,4

0,6

0,6

3,2

0,3,2

0,6

0,6

钻削

3,1

3,1

8,4,2

8,4,2

2,8,4

2,8,4

0,3,1

0,3,1

3,2

0,3,0

0,3

0,3

铰削

7,8,4

7,8,4

8,7,4

8,7,4

8,7

8,7

0,6

0,6

5,7

0,5,7

0,5,7

0,5,7

攻丝

7,8,4

8,7,4

8,7

0,6

5,7

0,5,7

拉削

7,4,8

8,7,4

8,7

0.3

5,7

0,3,5

滚齿，插齿

7,8

8,7,4

8,7

0,3

5,7

0,5,7

磨削

粗磨

1,3

1,3

4,2

4,2

4,2

4,2

1,3

1,3

1

1

1

1

精磨

1,3

1,3

4,2

4,2

4,2

4,2

1,3

1,3

1

1

1

1

注：

表中数字代表的意义分别为：

0——干切削；1——润滑性不强的化学合成液；2——润滑性较好的化学合成液；3——普通乳化液；

4——极压乳化液；5——普通切削油；6——煤油；7——含硫、氯的极压切削油或植物油与矿物油的复合油；8——含硫氯、氯磷或硫氯磷的极压切削油。

第二节切削加工零件的技术要求

机械产品技术文件中规定了零件的技术要求。

零件的技术要求一般包括加工精度、表面质量、零件的材料及热处理和表面处理（如电镀、发蓝、煮黑等）等。

加工精度是指工件加工后，其实际的尺寸、形状和相互位置等几何参数与理想几何参数相符合的程度，它包括尺寸精度、形状精度和位置精度。

表面质量则是指工件加工后的表面粗糙度、表面层的冷变形强化程度、表面层残余应力的性质和大小以及表面层金相组织等。

在以上这些技术要求中，加工精度和表面粗糙度要由切削加工来保证。

一、尺寸精度

尺寸精度是指零件的实际尺寸相对于理想尺寸的准确程度。

它包括表面本身的尺寸和表面间的尺寸，用尺寸公差来控制。

公差是指允许尺寸的变动量。

国家标准中将尺寸公差分为20级，即IT01、IT0、ITl、IT2、…、