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绪论
一、金工的性质、目的和任务
1、性质
是一门实践性很强的技术基础课，是一般工程教育的必修课。金工是一门研究金属性质、铸造、焊接和切削加工的综合性的基础课，在机械制造过程中，通常先用铸造、压力加工或焊接方法，制成毛坯，再进行切削加工，然后得到所需的零件，这也就是冷、热加工方法的综合。但这已是传统的观点，现在各学科、各领域的最新成果的综合已比比皆是，如机电一体化，机电液气一体。
2、目的、任务
使学生了解常用金属的性质及其加工工艺的基础，为学习其他有关课程并为以后从事机械设计和制造方面的工作奠定必要的金属工艺学的基础。“技术切削加工”部分主要是使学生对金属切削的基本理论知识，如切削运动、切削用量、刀具材料及刀具几何形状，切削过程的物理现象等有一个扼要的了解。
二、机械制造业在国民经济的作用
在国民经济中，绝大部分都属于机械制造行业，如：汽车、机车、船舶、飞机、家电，都离不开机械制造。而在机械制造中方法很多，但由于切削加工质量和精度高，所以大部分机器的生产都离不开切削加工，切削加工方法占机械制造总工作量的一半左右，所以它的先进程度直接影响产品的质量和数量。据统计，1971年英国拥有机床100万台以上，其中85%为金属切削机床，1968年美国拥有金属切削机床200万台。另载，美国1971年用于切削加工的费用约为400亿美元。不言而喻，金属切削加工创造的产值定然远远超过这个巨额了。从我国来看，1982年我国金属切削机床的社会拥有量300万台，从事金属切削职工达1200万人，机械工业的产值占全国工业产值的27%，就机械工业极不景气的状况来看，机械制造业在国民经济中占有重要的地位。
三、金工的基本要求
1、了解常用金属的一般性质，应用范围和选择原则。
2、初步掌握各种加工方法的实质，工艺特点和基本原理，并具有选择毛坯，零件加工方法的设备和工具的工作原理，大致结构和应用范围。
3、初步掌握零件的结构工艺性和常用金属的工艺性。
四、何为切削加工
既用刀具从毛坯上切除多余的材料，以便获得形状，尺寸和表面质量都符合要求的零件的加工过程。
分：机械加工：车、铣、刨、磨、齿形加工。减轻了工人的劳动强度，提高生产率。
钳工：划线、崭切、锯、锉、刮研、钻孔、铰孔、攻丝、套扣。由工人手持工具来完成经济方便。
五、参考书目
1、金属工艺学 邢忠文.张学仁主编 哈尔滨工业大学出版社 1999
2、机械加工工艺基础 重庆大学 吴桓文主编 高等教育出版社 1990
六、考核方式
1、平时20%（提问、出勤、小测验、作业）
2、期末80%（闭卷）
第一章 金属切削的基本知识
§1—1基本概念
一、零件表面的形成及切削运动
1、零件表面的类型
（1） 平面
（2） 旋转面
（3） 成形面
2、切削运动
加工工件时，刀具与工件之间的相对运动。
分为：
主运动：切除工件上的切削层，使之变为切屑，以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。
二、切削用量
1、切削速度v
单位时间内，刀具相对于工件沿主运动方向的相对位移。
（1）当主运动是回转运动时 （车铣、钻削）
v =πdn/1000 m/s
d：工件待加工表面直径dw或刀具直径domm ；
n：工件或刀具转速r/min。
（2）当主运动为往复运动时 （刨削）
v=2Lnr/1000 m/s
L：往复运动行程长度mm
nr：主运动每秒钟的往复次数str/s
2、进给量f
工件或刀具运动在一个工作循环内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。
Vf=f·n= af·n·z mm/s
3、切削深度ap
工件上已加工表面间的垂直距离。
三、切削层几何参数
1、切削厚度ac：垂直于加工表面来度量的切削曾层尺寸。
2、切削厚度aW：沿加工表面来度量的切削层尺寸。
3、切削面积 AC=aC·aW
AC理>AC实
§1—2刀具材料及刀具构造
一、刀具材料
1、刀具材料应具备的性能
（1）足够的硬度和耐磨性
（2）足够的强度和韧性
（3）高的耐热性（热硬性）
（4）良好的工艺性
2、刀具材料的种类
工具钢：碳素工具钢 合金工具钢 、高速钢，硬质合金：钨钴硬质合金 、表面涂层硬质合金，陶瓷，超硬材料：金刚石 立方氮化硼
（1）碳素工具钢
成分：含C 0.7—1.3%
性能：HRC61—65 热硬性差（200—250℃）而淬火后易变形开裂
用途：作低速简单的手工工具，如：锉刀、锯条
牌号：T10A，T12A
（2）合金工具钢
成分：在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si
性能：热硬性（300—500℃）耐磨性升高热处理变形降低
如锉刀、丝锥、板牙
牌号：9SiCr、 CrWMn
（3）高速钢
成分：钢中加入W、Cr、V、M0的高速钢
性能：热硬性（600℃）升高，强度韧性增强能承受较大的荷载和冲击，刃磨性好，热处理变形小。
用途：形状复杂的成形刀具和精加工刀具。
牌号：W18Cr4V WbM05Cr4r2
（4）硬质合金
由WC（TiC） +Co（Ni、Mo）
HRA87—92 热硬性高，切削性能好，比高速钢切削速度提高4—7倍，但性能脆，抗弯强度，冲击韧性低。
A、钨钴硬质合金
代号：YG 由WC+Co组成
性能：韧性好，抗弯强度高，热硬性稍差
用途：适于加工铸铁，有色金属和合金等脆性材料。
牌号：YG3、YG6、YG8、YG3x、YG6x
精加工——→粗加工 x：表示用于脆性材料的精加工。
数字表示含钴的百分数 ，含Co量增加韧性强度升高，硬度、耐磨性降低。
B、钨钛钴硬质合金
代号：YT Co +WC +Tic
性能：热硬性升高，耐磨性好
牌号：YT5 YT14 YT15 YT30
粗加工————→精加工
数字代表含Tic的百分数， Tic增加，硬度耐磨性升高。
用途：适于加工碳素钢等塑性材料。
（5）陶瓷
成分：AL2O3中加入少量添加剂，压制高温烧结而成。
性能：硬度、耐磨性、热硬性均比硬质合金好，抗弯强度、韧性低、价格低廉、原料丰富
用途：加工钢、铸铁以及高硬度材料的半精加工和精加工。
3、其他新型刀具材料简介
（1）高速钢的改进
在高速钢中加入少量的合金元素，可提高其性能，如：铝高速钢、高能性能高速钢。
（2）硬质合金的改进
通用硬质合金：在YT中加入Tac或Nbc
表面涂层硬质合金：在YG中涂上一层 TiC TiN材料
（3）人造金刚石
性能：HV10000耐磨性好，耐热性差，高温与铁原子反应。
用途：适用于硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等耐磨材料的加工，以及有色金属和玻璃强化塑料等的加工，不适于加工钢铁材料。
（4）立方氮化硼
代号：CBN
性能：硬度依次于金刚石，热稳定性高于金刚石，耐高温，抗弯强度差，不与铁原子反应。
用途：适于不能用金刚石加工的铁基合金，如：高速钢，淬火钢、冷硬铸铁。也适于加工钛合金，高硅铝合金，加工高温合金等难加工材料。
二、刀具角度
1、车刀切削部分的组成
主后刀面 前刀面 副后刀面 主切削刃 副切削刃 刀尖
2、车刀切削部分的主要角度
（1）建立假想的参考平面（主剖面参考系）
通过切削刃上某一选定点来建立坐标平面∵加工面大多是曲面，且各点的速度不同。
基面Pr：通过主切削刃上某一点，垂直切削速度方向的平面。
切削平面Ps：通过主切削刃上某一点，并与加工面相切的平面。即包含切削速度方向和过该点的主切削刃切线的平面。
主剖面Po：通过主切削刃上某一点，垂直于主切削刃在基面上投影的平面。
（2）标注角度
A、前角 在主剖面内，前刀面与基面之间的夹角。
功用：
a、影响切削区域的变形程度 ↑前角，变形↓，阻力↓，切削力↓，切削热↓，功率↓
b、影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件 ↑前角，强度↓
c、影响切屑形态和断屑效果 ↓前角，↑切屑的变形、易于断屑
d、影响已加工表面质量 ↓前角，振幅急剧增大
选择原则：
a、工件材料的强度、硬度低，可以取较大的前角。反之，取小。
b、加工塑性材料时，取小的前角。反之，取大。
c、粗加工取小的前角。精加工取大的前角。
d、刀具材料的抗弯强度大、韧性较好时，应选较大的前角。
B、后角 在主剖面内，主后刀面与切削平面之间的夹角。
功用：减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。后角越大切削刃越锋利、刀头强度降低。
选择原则：
a、粗加工取小的后角，精加工取大的后角。
b、工件材料硬度、强度较高取小的后角，工件材质软，应适当加大后角。加工脆性材料取小的后角。
C、主偏角Kr 在基面内，主切削刃在基面内的投影与进给方向之间的夹角。
D、副偏角Kr 在基面内，副切削刃在基面内的投影与进给反方向之间的夹角。
E、刃倾角λs 在切削平面内，主切削刃和基面间的夹角。
功用：
a、影响切屑流出方向
b、影响切削刃的锋利性
c、影响刀尖强度和刀尖导热和容热条件
3、工作角度
（1）刀尖安装高低对工作角度的影响
当刀尖与工件中心等高 ，图a。
当刀尖高于工件中心，图b。
当刀尖低于工件中心，图c。
（2） 刀杆中心线安装偏斜对工作角度的影响
（3）、进给运动对工作角度的影响
当考虑进给运动的影响时，工作前角变小。
三、刀具结构（以车刀为例）
（1）整体式车刀
刀头、刀杆同一材料，一次成型而成的。
（2）焊接式车刀
将一定形状的硬质合金刀片，用黄铜、紫铜、或其它焊料，铆焊在钢制的刀杆上。
（3）机夹可重磨式车刀
是用机械夹固的方法将刀片固定在刀杆上。
（4）机夹可转位车刀
即把可转位刀片用机械夹固的方法装在特别刀杆上。
特点：a、刀具寿命长
b、生产率高
c、有利于合理使用硬质合金和新型复合材料。
d、有利于专业化生产
e、断屑稳定
f、可提高效益
§1—3金属切削过程
一、切屑的形成及种类
1、切屑的形成过程
切削层金属在刀具的挤压摩擦作用下，以剪刀滑移方式为主，同时受到弯曲力矩作用，产生塑性变形的完整过程
2、切屑的种类
a.带状切屑
连绵不断，底部光滑背面呈毛茸状。
加工塑性材料a 小v高r大时得到
如45Cr 20Cr
过程平稳，切削力波动小，Ra小
b.节状切屑
加工较硬的塑性材料，与带状切屑比较
f大 v低 v较小
c.崩碎切屑
切削脆性材料时产生。F更大，v低，v小
3、变形系数
切削过程中，切屑变得短而厚，即变形
ξ=lc/lch >1 =2~3
ξ越大， 切屑变形越大。
二、积屑瘤
1、形成
切削钢、铝合金等塑性金属时，在切削速度不高且形成带状切屑情况下，常有一些来自切屑和工件金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的、楔快。
2、对切削加工的影响
（1）对切削刃的影响
a.保护切削刃，前刀面代替切削
b.加剧刀具磨损
（2）对刀具角度的影响
可以↗前角， ↘切屑变形 ↘切削力
（3）↗切削厚度（伸出量Δac）影响加工尺寸
（4）↗Ra
3、积屑瘤的抑制
（1）.选合适的切削速度
避开积屑瘤产生的条件，∴选较小或较大的切削速度。
（2）↓f
f↓ ， ac减小， 切削温度θ↓，同时刀具与切屑的接触长度lf↓Hb↓
（3）↗ro ，ro↗，Fr↗，θ↓，ξ↓，Lf↓，Hb↓
当rO=35°，不产生积屑瘤
（4）采用切削液
（5）对塑性材料进行正火处理，提高硬度、降低塑性。
三、切削力的来源和分解
1、切削力的来源和分解
（1）来源
a.切削层金属、切屑、工件表面层金属的弹性变形和塑性变形抗力。
b.切屑、工件表面和刀具之间的摩擦力。
（2）、切削力的分解
主切削力（切向力）Fz：最大且消耗功率最多的一个分力，
吃刀（切深）抗力（径向力）Fy：易引起振动,
进给抗力（轴向力）:FX
2、切削功率
因为
所以
电机功率
三、切削热和切削温度
1、切削热的产生及扩散
（1）来源 切削力→切削热
A切屑变形功
B切屑与前刀面，工件与后刀面相摩擦的摩擦热
（2）热的传散
A方式
由切屑、工件、刀具及周围介质传出
B不利影响
使工件产生热变形，降低精度，加速刀具磨损，机床热变形。
2、切削温度及其影响因素
[1]切削用量
υ↑，温度升高
f↑，θ↑
ap↑，θ↑
[2]工件材料
（1）温度、硬度↑ Fr↑ Pm↑ Q↑ θ↑
（2）导热系数 ↑ θ↓
（3）热容量 ↑ θ↓
（4）切削脆性材料时，由于塑性变形小，崩碎切屑与前刀面f小，产生的Q少
[3]刀具角度
r↑ μ↓ §↓ Q ↓ θ↓
但r过大，刀刃强度 ↓ 切削区散热体积 ↓θ↓
∴r过大，不能 ↓θ
Kr↓ Lf↑ θ↓
Q产生↓，散热 ↑>θ基本不变
但R加大，对局部切削温度有较大的影响，有利于刀尖局部处θ降低。
[4]切削液
作用：冷却、润滑、清洗、防锈
分类：水溶液、乳化液、切削油
选用：粗加工、冷却为主、精加工、润滑为主
四、刀具磨损和刀具耐用度
1、刀具磨损的形式与过程
形式：前刀面磨损 后刀面磨损 前、后刀面同时磨损
过程：
DA：初期磨损阶段
AB：正常期磨损阶段
BC：急剧磨损阶段
2、刀具磨损的原因
[1]粘结磨损
[2]磨料磨损
[3]相变磨损
[4]扩散磨损
3、刀具耐用度
刀具由开始切削到磨钝为止的切削总时间。
刀具寿命=刀具耐用度 ×磨刀次数
§1—4切削加工主要技术经济指标
一、切削加工技术经济简析
1、产品质量
[1]精度 分为尺寸精度 形状精度 位置精度
[2]表面质量 包括 Ra 加工硬化 残余应力
2、 生产率 单位时间内生产零件的数量。
Ro =1/tw
tw：生产一个零件所需的时间
tw =t基 +t辅 +t其
提高生产率的方法：
（1）↓辅助时间，采用自动化、先进刀具。
（2）↓其他时间，改进车间管理、妥善安排生产和调度生产。
（3）↓基本时间，采用高速、多刀多刃加工、多件加工、多工位加工、强力切削。
二、材料切削加工性的改善
1.概念和衡量指标
材料切削加工性是指材料被切削加工的难易程度，具有相对性。
衡量指标：
（1）一定刀具耐用度下的切削速度
（2）相对加工性
（3）已加工表面质量
（4）切屑控制或断屑的难易
（5）切削力
2.改善材料切削加工性的主要途径
（1）通过适当的热处理，可以改变材料的机械性能，从而达到改善其切削加工性的目的。
（2）通过适当调整材料的化学成分来改善其切削加工性。
作业：P27 思考和练习题 （3）（4）
第二章 金属切削机床的基本知识
§2—1机床的类型和基本构造
一、机床的类型
1、按加工性质和所用刀具分类
车床、 钻床、 镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、刨插床、拉床、铣床、电加工机床、切断机床及其他机床
2、使用上的万能性分类
万能机床（通用机床）专门化机床、专用机床
3、它们的精度分类
普通精度 精密 高精度
4、它们的重量分类
一般机床、大型机床、重型机床
二、机床的基本构造
1、主传动部件
用来实现机床主运动的，如车床的主轴箱
2、进给传动部件
用来实现机床进给运动的，也用来实现机床的调整退刀 及快速运动
3、工件安装装置
4、刀具安装装置
5、支承件
6、动力源（电动机）
§2—2机床的传动
一、机械传动
1、用传动系统图来表示传动关系
传动系统图是按照传递运动的先后顺序。以展开图的形式画出来，传动系统图只能表示传动关系，而不能代表各元件的实际尺寸和空间位置。
2、机床机械传动的组成
（1）定比传动机构 — 固定传动比 如：带传动、齿轮传动
（2）变速机构
有级变速 无级变速
（3）换向机构
[1]电机反转
[2]通过换向齿轮换向
（4）操纵机构
（5）箱体及其他装置
开停 制动装置 润滑与密封装置
3、机械传动的优缺点
优点：（1）传动比准确，适用于定比传动。
（2）实现回转运动简单，并能传递较大的扭矩。
（3）故障容易发现，便于维修。
缺点：（1）不够平稳
（2）制造精度不高时，振动和噪音大。
（3）实现无级变速时，机构复杂成本高。
二、液压传动
a) 也液压传动是以液体为工作介质，通过控制及能量转换，使被驱动部件获得相应运动的一种传动形式，广泛用于机械制造交通运输工程建筑等各个方
b) 机床液压传动的组成
（1）动力元件 油泵 机械能 ——→压力能
（2）执行元件 油缸或油马达 压力能 ——→机械能
（3）控制元件 各种阀类
作用：控制和调节油液的压力，流量及 流动方向以满足工作需要
（4）辅助装置
油箱、油管、滤油器、压力表
作用：创造必要的条件以保证系统正常工作。
（5）工作介质
矿物油 传递能量的介质
c) 液压传动的优缺点
优点：（1）易于在较大范围内实现无级变速。
（2）传动平稳，便于实现频繁的换向和自动防止过载
（3）便于采用电联合控制实现自动化。
（4）机件在油中工作，润滑好、寿命长
缺点：∵油有一定的可压缩性，并有泄露现象，固定在一定速度难 ∴不适于定比传动。
§2—3自动机床和数控机床
一、自动和半自动机床
适于大批和大量地生产形状不太复杂的小型零件。加工精度低，生产率高。不能适应多品种，中小批量生产自动化的需要。
二、数控机床
1、工作原理
i. 根据零件图纸，用选定的“标准代码”编号加工程序单。
ii. 根据编好的程序单制作穿孔带。
iii. 穿孔带的数据经光电阅读机输入数控装置。
iv. 数控装置将穿孔带数据经过处理，而转换成驱动伺服机构的指令信号。
v. 由伺服机构控制机床的工作。
2、数控机床的种类
（1）按机床运动轨迹不同分
点位控制 直线控制 连续控制
（2）伺服机构控制方式的不同分
开环 闭环
3、特点和应用
（1）适应性广
（2）利用率高
（3）生产准备时间较短
适用于单件和中小批生产精度高、尺寸变化大、形状比较复杂的零件的加工，或者在拭制中需要多次修改设计的零件的加工。
作业：P49思考和练习题 （2）
第三章 常用加工方法概述
§3—1车削的工艺特点及其应用
一、工艺特点
1、易于保证工件各加工面的位置精确
2、切削过程平稳
3、适用于有色金属的精加工
4、刀具简单
二、应用
回转表面 如： 内、外圆柱面，内、外圆锥面，螺纹，沟槽，端面和成形面。
§3—2钻、镗的工艺特点和应用
一、工艺特点
1、易“引偏”
2、排屑困难
3、切削热不易扩散
二、应用
用于粗加工 IT10以下 Ra>12.5μm
单件小批 中小型工件上的小孔 用台钻
中小型工件上的较大的孔 用立锯
大中型工件上的孔 用摇臂钻
三、扩、铰
1、扩孔
孔的半精加工方法 刀具：扩孔钻
扩孔钻无横刃、 ac 小，切屑少易排出，这样的刀具心轴较粗，刚性好，而且可在刀体上作出较多的刀齿，从而提高生产率。
2、铰孔
精加工方法
刀具：铰刀
特点：（1）具有修光刃
（2）铰孔余量小，Fr小产生Q少
∴质量提高应用：中等尺寸以下较精密的孔，在单件小批或大批量生产中用 钻—扩 —铰 工艺
四、镗孔
适用于直径较大的孔、内成形面或孔内环槽。
回转体零件上的孔，在车床上加工。箱体类零件上的孔，在镗床上加工。
1、单刃镗刀镗孔
（1）适应性广，灵活性较大。单刃镗刀结构简单，使用方便。可作半精、精、粗加工，可加工不同直径的孔。
（2）校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差。
（3）产率低，适于单件小批生产。
2、多刃镗刀镗孔
a) 加工质量高。不能校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差。
b) 生产率高。
c) 刀具成本高。适于批量生产，精加工箱体类零件上直径较大的孔。
§3—3 刨、拉的工艺特点及应用
一、刨削的工艺特点
1、通用性好。
2、生产率低。返回行程时不进行切削。但对狭长平面，生产率高。
二、应用
单件小批生产中，加工平面、直槽。
插床加工工件的内表面，如键槽、花键槽。也可用于加工多边形孔，如四方孔、六方孔等，特别适于加工盲孔或有障碍台肩的内表面。
三、拉削
1、特点
（1）生产率高。
（2）加工范围较广。
（3）加工精度较高，表面粗糙度小。
（4）拉床简单。
（5）拉刀寿命长。
拉刀复杂，制造困难，成本高。所以适于成批或大量生产。拉削不能加工盲孔、深孔、阶梯孔和有障碍的外表面。
§3—4铣削的工艺特点及其应用
一、铣削概述及特点
1、生产率高。
2、铣削过程不平稳。
3、刀齿散热条件较好。
二、铣削方式
周铣分顺铣和逆铣 端铣分对称铣削和不对称铣削
1、端铣和周铣相比较
（1）端铣的加工质量比周铣高。
（2）端铣的生产率高。
（3）周铣的适应性好。
2、铣削的应用
除了能加工各种平面、沟槽外，还能进行刨削无法完成或不便完成的工作，如轴上的键槽、内凹平面和有等分要求的外平面（如四方、六方螺栓头）。
§3—5磨削
一、磨削概述及特点
1、精度高，表面粗糙度小。
2、砂轮有自锐作用。
3、径向分力大。
4、磨削温度高。
二、磨削应用和发展
磨削可以加工的工件材料范围很广，既可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，也可以加工淬硬钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等难切削的材料。但不宜加工有色金属工件。
可以加工外圆、内孔、平面、成形面、螺纹和齿轮齿形等各种各样的表面，还用于各种刀具的刃磨。
1、外圆磨削
（1）纵磨法
精度很高，表面粗糙度小，用一个砂轮可以加工不同长度的外圆面，但生产率低，广泛用与单件小批生产。
（2） 横磨法
生产率高，磨削力大，发热多，磨削温度高，工件易发生变形和烧伤。适于成批大量生产中，加工精度低、刚性较好的工件。
（3）综合磨法
先用横磨法对工件进行分段粗磨，再用纵磨法进行精磨。
（4）无心外圆磨削
2、孔的磨削
特点：
（1） 与铰孔相比，磨削适应性较广，但生产率比铰孔低。可用同一砂轮磨一定范围直径的孔，既可磨非淬硬钢件、铸铁件，也可磨淬硬的钢件。还可纠正轴线歪斜的孔，不适于磨有色金属、小孔和深孔也难以磨削。
（2） 与外圆磨削相比，内圆磨削表面粗糙度大，生产率低。
原因：
a、 砂轮直径受孔限制，即使砂轮转速已很高，圆周速度也很难达到外圆磨削的25—30m/s。
b、砂轮轴直径小，悬伸长，刚性差，容易造成弯曲变形与振动。
C、砂轮直径小，磨损快，易堵塞，需经常修整更换。
由于磨孔适应性好，在单件小批生产中应用很广，特别是对淬硬孔、盲孔、大直径孔及断续表面的孔更为适用。
3、平面磨削
（1） 周磨：精度高表面粗糙度小，用于各种批量生产中对中、小件进行精加工。
（2） 端磨：精度低，生产率高。用于大批量生产中，代替刨削和铣削进行粗加工。
4、磨削发展
（1） 高精度，小表面粗糙度磨削
精密磨削 超精密磨削 镜面磨削
（2） 高效磨削
强力磨削 高速磨削 砂带磨削
作业：P72 思考和练习题 （1）（2）（3）（4）（5）（6）
第四章精密加工与特种加工简介
§4—1 光整加工
一、研磨
1、研磨工具和研磨剂
研磨是在研具与工件之间置以研磨剂，研磨剂中有磨粒。
2、研磨方法
手工研磨：单件小批 机械研磨：大批
3、特点
（1） 研磨的速度较低，压力较低。研磨过程的切削力和切削热也小，所以可达高精度和小表面粗糙度，还可提高尺寸精度、形状精度。
（2） 适用范围广，可作为淬火钢件、未淬火钢件、铸铁件和其他有色金属的光整加工，既适于大批大量生产，又适于单件小批生产。
（3） 方法简单可靠，对设备要求低。
（4） 手工研磨生产率低，劳动强度大。
4、应用
平面、外圆、孔、螺纹、齿轮齿形
二、珩磨
1、原理 利用带有磨条的珩磨头对孔进行光整加工的方法。
2、特点
（1）珩磨的磨削力小，磨削速度较低。磨粒在孔表面形成交叉而不重复的网状轨迹。因此，可以达到较高的尺寸精度、形状精度和表面质量，但不能纠正孔的位置误差。
（2）生产率比研磨高
（3）适用范围广，直径80—500，长径比可达10或10以上。由于珩磨时工件不动，便于加工难于旋转的大型工件上的孔。
（4）可加工铸铁、淬火或不淬火的钢件，但不宜加工塑性大的有色金属。
三、超级光磨
1、原理 工具是装有油石条的磨头，磨头以很小的压力，较低 的速度对工件进行光整加工。由切削过程变为摩擦抛光过程。
2、特点
（1） 表面粗糙度小。
（2） 加工余量小，对前道工序要求高。
（3） 表面质量好。
（4） 设备简单，可在普通车床上进行。
（5） 生产率高
（6） 应用广泛，可加工外圆、内孔、平面、球面等。
四、抛光
1、原理 是用涂有抛光膏的高速旋转的软轮对工件表面进行光整加工的过程。
2、特点
（7） 方法简便而经济。
（8） 易于对曲面加工。
（9） 仅能减小表面粗糙度。
（10） 劳动条件差。
3、应用 主要用于加工一些表面粗糙度要求小的零件，以提高零件的疲劳强度，抗磨性能和耐蚀能力。此外，也用于装饰加工。
五、四种方法比较
a) 改善加工表面质量 抛光仅能提高光亮程度，超级光磨仅能降低表面粗糙度，研磨、珩磨既可降低表面粗糙度，也可提高尺寸、形状精度。
b) 应用范围 珩磨用于孔，其他用于各种各样的表面。
c) 生产率 抛光、超级光磨、珩磨、研磨依次升高。
d) 所用工具、设备。
§4—2 特种加工
一、电火花加工
是基于脉冲放电的腐蚀原理产生的，也称放电加工或电蚀加工。由脉冲放电使金属熔化，以达到对金属加工的目的。
特点：
1、 用于加工硬、脆、韧、软、高熔点的导电材料。
2、 加工时“无切削力”，有利于小孔、窄槽以及各种复杂截面的型孔、曲线孔、型腔等的加工，以及薄壁工件的孔也适于精密细微加工。
3、 可提高加工质量，适于加工热敏性强的材料。
4、 能在同一机床上连续进行粗、半精、精加工。
二、电解加工
是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应原理，对金属材料进行成型加工的一种方法。
三、超声加工
利用工具作高频振动，通过磨料对工件进行加工的。
四、激光加工
利用激光自身的特性进行打孔、切割。
第五章 典型表面加工方案分析
确定加工方案的基本原则
（1）粗、精加工分开 先粗后精
（2）几种加工方法要互相配合 易于保证质量
（3） 达到相应精度
§5—1 外圆面的加工
一、外圆面的技术要求
（1）本身精度如直径和长度的尺寸精度和外圆面的圆度、圆柱度等形状精度。
（2）位置精度
与其他外圆面的同轴度与端面的垂直度。
（3）表面质量
Ra 加工硬化、残余应力
二、外圆面加工方案分析
[1]加工淬火钢件的外圆面
车削—（淬火）—磨削
[2]加工不淬火钢件和铸铁件的外圆面
车—磨
[3]有色金属等韧性材料零件的外圆面
适用于车削，不适于 磨削
§5—2 孔的加工
一、孔的种类
[1] 紧固孔（如螺钉孔和其他非配合的油孔
[2] 回转体 零件上的孔 如：套筒，法兰盘及齿轮上的孔。
[3] 箱体类零件上的孔
[4] 深孔 L/D > 5∽10
[5]圆锥孔 如：定位销孔
二、孔的技术要求
（1）本身精度
孔径和长度的尺寸精度，形状精度
（2）位置精度
同轴度、平行度、垂直度、角度
（3）表面质量
（4） Ra 表层物理机械性能要求
三、加工方案分析
1、实体上加工孔，首先必须钻孔，对已铸出或锻出的孔，首先应扩或镗孔
2、中等精度和Ra的孔，有以下两种情况
（1）、未淬硬的钢件或铸铁件
[1] 对于小于ф10的孔 用钻——铰
[2] 大于ф10的孔 钻——扩——铰
[3] 大于ф30的孔 （长径比小）
钻——镗——铰或磨 回转体零件
钻——镗——铰或精镗 箱体支架类零件
大批大量生产中，盘类、短套类零件通用 钻——拉
[4] 大于ф30的孔 （长径比大） 钻——扩——铰
[5] 大于ф80的孔
钻——镗
钻——镗——磨 盘类、短套类零件
（2）淬火钢件 钻——镗——（淬火）——磨
3、对于需光整加工的，大批量生产优先选珩磨，但不适于短孔。单件小批生产，用研磨。
4、有色金属一般不宜磨削，其精加工常用精镗、精细镗、精铰、手铰。
§5—3 平面加工
一、平面的分类
1、非结合面
2、结合面和重要结合面
3、导向平面
4、精密测量工具的工作面
二、平面的技术要求
1、形状精度 如平面度和直线度
2、位置精度 如平面之间的尺寸精度以及平行度、垂直度。
3、表面质量 如表面粗糙度、表层硬化、残余应力、显微组织。
三、平面加工方案的分析
1、要求不高的平面，采用粗铣、粗刨、粗车即可，但对要求表面光滑的平面，粗加工后需精加工和光整加工。
2、板形零件平面
铣（刨）——磨
精密表面铣（刨）——磨——研磨
3、盘套类和轴类零件端面的加工，应与外圆面和孔加工结合进行。
粗车——半精车——磨
4、固定联接平面，要求中等精度和表面粗糙度用
铣（刨）——精铣（刨） 狭长平面用刨，宽大平面用铣。要求高平面，还需磨削和刮研。
5、导向平面
粗刨——精刨——宽刃精刨（刮研）
6、单件小批生产加工内平面
钻预孔——粗插——精插
7、大批大量生产中，加工技术要求高，面积又不大的平面或内平面 用拉削
8、有色金属
粗铣——精铣——高速精铣
作业：P103 思考和练习题 （2）（3）（4）
§5—6 齿轮齿形的加工
一、齿轮的技术要求
（1） 传递运动的准确性
既要求齿轮在一转范围内，最大转角误差限制在一定的范围内，以保证传递运动的准确性。
（2） 传动的平稳性
即要求齿轮传动瞬时传动比的变化不能过大，以免引起冲击，产生振动和噪音，甚至导致整个齿轮的破坏。
（3） 载荷分布的均匀性
既要求齿轮啮合时，非工作齿轮面应具有一定的间隙。
二、标注
7——6——6 G M JB179——81
三、齿轮齿形加工方法分析
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，如铣齿、拉齿、成形磨齿。
展成法：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，如滚齿、插齿、剃齿、展成法磨齿。
1、铣齿
（1） 特点
a、成本较低；b、生产率低；c、精度低 9级 齿轮精度↓ ，分度精度↓
（2）应用
可加工直齿、斜齿、人字齿、圆柱齿轮，而且还可加工齿条，锥齿轮，仅适用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮。
2、插齿和滚齿
（1）插齿原理及运动
a、原理：是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿轮，它是按一对圆柱齿轮相啮合的原理进行加工的。
b、运动（插直齿）
ⅰ、主运动 插齿刀的直线往复运动
ⅱ、分齿运动
ⅲ、径向进给运动
ⅳ、让刀运动
（2）滚齿的原理及运动
a原理：是用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮的轮齿，它实质上是一队螺旋齿轮相啮合的原理进行加工的。
b运动
ⅰ主运动 滚刀的旋转 n。
ⅱ、分齿运动
ⅲ、轴向进给运动
（3）插齿和滚齿的特点和应用
a 特点
ⅰ、插齿和滚齿的精度相当，且都比铣齿高。
ⅱ、插齿的齿面Ra小。
ⅲ、插齿的生产率低于滚齿高于铣齿。
ⅳ、插齿刀和齿轮滚刀加工齿轮齿数的范围较大。
B 应用
滚齿应用最广泛，不但能加工直齿圆柱齿轮，还可加工斜齿圆柱轮、蜗轮，但一般不能加工内齿轮和相距很近的多联齿轮。
3、齿轮精加工简介
[1] 剃齿
用于淬火之前，生产率高，不能提高齿轮的运动精度。
[2] 珩齿 用于淬火之后
[3] 磨齿 淬火、未淬火均可
最大优点：能纠正齿轮加工的各种误差。
[4] 研磨
第六章 工艺过程的基本知识
§6—1基本概念
一、生产过程和工艺过程
1、生产过程
制造机器时，将原材料变为产品的全部劳动过程的总和，包括原材料的运输、保管、生产准备、毛坯制造、切削加工、产品的装配、检验、试车、油漆和包装。
2、工艺过程
是生产过程的一部分，指在生产过程中，直接用来改变毛坯的形状、尺寸和材料性能，使之变为产品的过程。包括机械加工工艺过程。
3、工序
指在一个工作地点对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。
4、安装
工艺在一次装夹下所完成的那不部分工艺过程。
二、生产类型
生产纲领：某工厂一年制造的合格产品的数量。生产纲领是划分生产类型的依据。
生产类型分：1、单件生产
2、成批生产
3、大量生产
§6—2 工件的安装和夹具
一、安装
安装：从定位到夹紧的过程。
方法：1、直接安装法 2利用专用夹具安装法
二、夹具简介
1、按用途分夹具的种类
[1] 通用夹具
三瓜、四瓜卡盘，铣床上的万能分度头，圆形工作台，平口钳、试用于单件小批生产。
[2] 专用夹具
为某一零件的加工而专门设计和制造的夹具，无通用性。加工精度高，生产率高，用于成批或大量生产中。
2、夹具的主要组成部分
[1] 定位元件
V型块、挡铁——定位圆柱面
支承钉、支承板——定位平面
心轴、定位销——定位内孔
[2] 夹紧机构
工件定位后，将其夹紧以承受切削力等作用的机构。
[3] 导向元件
用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的零件。
如：钻套、导向套、对刀块。
[4] 夹具体和其他部分
夹具体是夹具的基准零件，用它连接并固定定位元件，夹紧机构和导向元件，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上。
§6—3 工艺规程的拟定
一、零件的工艺分析
[1] 检查零件的图纸是否完整和正确
[2] 审查零件的选择是否恰当
[3] 审查零件的结构性
二、毛坯的选用 及加工余量的确定
1、 加工余量的概念
为了加工出合格的零件，必须从毛坯上切出的那层金属叫加工余量，分为工序余量和总余量。
2、工序余量的确定
[1] 估计法
[2] 查表法
[3] 计算法
三、定位基准的选择
[1] 工件的六点定位
限制工件的6个自由度。
分为完全定位，不完全定位，过定位，欠定位。
[2] 工件的基准
按作用分；
（1）、设计基准：设计时在零件图纸上所使用的基准。
（2）、工艺基准：在制造零件和装配机器的过程中所使用的基准。分为定位、测量、装配基准。
[3] 定位基准的选择
（1）粗基准的选择
A、“相互位置要求”的原则
选不加工表面作为粗基准
图（1）（2）工件毛坯在铸造（锻造）时，内孔2和外圆1有铸造偏心图1用不加工的外圆面1作的粗基准的定位基准，则加工后的表面与不加工表面1基本上是同轴的，壁厚是均匀的，但内孔2待加工面的余量是不均匀的
图（2）以内孔2作粗基准的定位基准，则加工面与内孔2的毛坯表面是同轴的，内孔2的余量是均匀的，但加工面与不加工面1则是不同轴的，既工件壁厚不均匀。
B、选择要求加工余量均匀的表面
对于某些重要表面（如：导轨面和重要的孔）应尽量能使加工余量均匀。
C、余量足够原则
对于所有表面都要加工的零件，应选余量小的表面
D、选择平整光洁尺寸足够大的表面
E、粗基准应尽量避免重复使用
（2）精基准的选择
A 、“基准重合”原则
尽可能使设计基准为定位基准
B、“基准统一”原则
C、选择精度高，安装稳定可靠的表面作精基准
4、工艺路线的拟定
[1].确定加工方案
[2].安排加工顺序
（1） 切削加工工序的安排
A、基准面先加工 B、主要表面先加工
（2）划线工序的安排
（3）热处理工序的安排
A、预备热处理
B、时效热处理
C、最终热处理
（4）检验工序的安排
A、粗加工阶段之后
B、关键工序前后
C、特种检验之前
D、从一个车间转到另一个车间加工之前
E、全部加工结束之后
（5）其他辅助工序的安排
A、零件的表面处理
如：电镀、发蓝、油漆
B、去毛刺、倒棱边、去磁、清洗。
四、工艺文件的编制
i. 机械加工工艺过程卡片
用于单件、小批生产 概略说明机加工的工艺路线
ii. 机械加工工序卡片
用于大批大量生产中，是针对某一工序编制的，完整详细
iii. 机械加工工艺卡片（综合卡）
用于成批生产
工艺卡片，既要说明工艺路线，又要说明各工序的主要内容。
§6—4 典型零件的工艺过程
一、轴类零件
1、零件各主要部分作用及技术要求
（1） 轴上开有键槽，轴面有一定的精度和表面粗糙度要求。
（2） 各圆柱配合表面对轴线有径向圆跳动要求。
（3） 工件材料：45钢，淬火。
2、工艺分析
外圆面加工方案：粗车——半精车——热处理——粗磨——精磨
键槽用键槽铣刀在立式铣床上加工。
3、基准选择
轴两端的中心孔作为粗、精加工的定位基准，所以须修中心孔。
4、工艺过程
工序Ⅰ：车削 工序Ⅱ：车削 工序Ⅲ：铣削 工序Ⅳ：热处理 工序Ⅴ：（钳）修中心孔 工序Ⅵ：磨外圆 工序Ⅶ：检验
二、套类零件
1、零件各主要部分的技术要求
a、同轴度
b、垂直度
c、材料：HT200
2、工艺分析
根据给定的条件及技术要求，确定大体的加工方案为：粗车——精车，至于同轴度、垂直度等位置精度要求可通过一次装夹来实现。
3、基准选择
先以工件毛坯大端外圆面作粗基准，再以粗车后的小端外圆面作精基准。
4、工艺过程（单件小批生产）
工序Ⅰ：铸造 工序Ⅱ：车削 工序Ⅲ：车削 工序Ⅳ：钳 工序Ⅴ：钳 工序Ⅵ：检验
作业：P125 思考和练习题 （2）（6）
第七章 零件的结构工艺性
§7—1 概述
零件的结构工艺性是指这种结构的零件被加工的难易程度，具有相对性。
§7—2 一般原则及实例分析
1、便于安装
（1） 增加工艺凸台。
（2） 增设装夹凸缘或装夹孔。
（3） 改变结构或增加辅助安装面。
2、便于测量
（1） 刀具的引进和退出要方便。
（2） 尽量避免箱体内的加工面。
（3） 凸缘上的孔要留出足够的空间。
（4） 尽可能避免弯曲孔。
（5） 必要时留出足够的退刀槽、空刀槽或越程槽。
3、利于保证加工质量和提高生产率
（1） 有相互位置精度要求的表面，最好能在一次安装中加工。
（2） 尽量减少安装次数。
（3） 要有足够的刚性以便减少工件在夹紧力或切削力作用下的变形，保证加工精度。
（4） 孔的轴线应与其端面垂直。
（5） 同类结构要素应尽量统一。
（6） 尽量减少加工量。
（7） 尽量减少走刀次数。
（8） 便于多件一起加工。
4、提高标准化程度
（1） 尽量采用标准件。
（2） 应能使用标准刀具加工。
5、合理地规定表面的精度等级和表面粗糙度。
6、既要结合本单位的具体加工条件，又要考虑与先进的工艺方法相适应。
7、合理采用零件的结合。
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