《金工实习》第6章 切削加工的基本知识

第6章 切削加工的基本知识

6.1 概 述

在现代机器制造中，切削加工占全部机器制造工作量的三分之一。为了生产出合格的机器和装置，利用切削工具从工件或毛坯上切除多余的材料，以获得尺寸、形状、位置和粗糙度完全符合图样要求的零件的加工方法称为切削加工。 一、切削加工的分类

切削加工方法分为机械加工和人工加工两大类。 1、机械加工（机工）

机械加工是由人工操作机床来完成工件的切削加工。常用的切削加工方法有：车削、铣削、刨削、磨削、钻削等，如图6-1所示。

图6-1 切削加工的主要方法

2、人工加工（称钳工）

一般是通过人工手持工具切削加工工件，常用的钳工切削加工方法有：锯削、锉削、錾削、刮削、研磨、钻孔、攻丝、套丝等。由于它使用工具简单，加工灵活，是装配修理中不可缺少的加工方法，在现代加工中，钳工的加工方法也朝着机械化的方向发展。 二、切削加工的切削运动

在机加工中，不管采用哪种机床加工，刀具与工件之间都应有相对运动。由于切削过程中的作用不同，可以将它们分为两大类运动，即：主运动和进给运动。 1、主运动

主运动是提供切削最基本的运动，它是切削过程中机床消耗动力最大的运动，速度最高的运动，而且在切削加工中，主运动只有一个。例如：车削中的工

件的旋转运动；铣加工中的刀具旋转运动；牛头刨加工中刀具往复直线运动；磨削加工中砂轮的旋转运动。 2、进给运动

进给运动是指提供连续切削的运动，也就是当主运动完成一个切削周期以后，使工件多余材料不断被切除的工作运动。在切削加工中，进给运动有一个或几个。例如：车床车削中车刀的移动；铣床铣削中工件的水平移动；牛头刨床刨平面时工件的间歇移动；平面磨床磨削中工件的往复移动；钻床钻削中钻头的移动。 三、切削加工的切削三要素

切削过程中的三要素是指：切削速度VC、进给量f、切削深度（吃刀量）ap。根据不同的加工，选择不同的切削要素。

例如：车削、铣削、刨削的切削三要素，如图6-2所示

1、切削速度VC

单位时间内工件和刀具在主运动方向相对移动的距离，即刀具在工件表面切削的线速度（m/min或m/s）

车削、钻削和铣削的切削速度为：

πDn

VC= (m/min)

1000

磨削的切削速度为：

VC= 刨削的切削速度为：

πDn 1000×60

(m/s)

VC= 2Lnr 1000

(m/min)

式中 D——为工件待加工表面或刀具砂轮切削处的最大直径（mm）； n——为工件、刀具、砂轮的转速（r/min）； nr——牛头刨床刨刀每分钟往复次数（str/min）； L——牛头刨刀的往复行程长度（mm）。 2、进给量（f）

切削加工过程中，主运动的一个循环或单位时间内刀具与工件沿进给方向相对移动的距离。例如：车削中工件旋转一圈，车刀沿工件进给方向移动的距离（mm/r）；铣削中进给量为工件每分钟沿工件进给方向移动的距离（mm/min）；刨削中进给量由往复一次沿工件进给方向移动的距离（mm/str）。 3、切削深度ap

为工件待加工表面与工件已加工表面之间的垂直距离。

ap= D － d 2

6.2 零件加工的技术要求

按照设计要求加工出来的零部件，才能生产出合格的机器。为了达到机器设备的性能和使用寿命，对各种零部件提出不同的技术要求，零部件的技术要求有以下几个方面： 一、表面粗糙度

切削的过程，就是挤压变形的过程。由于挤压、摩擦等原因，使已加工的表面质量受到不同的影响。看似非常光滑的表面，通过放大，会发现它们高低不平，有微小的峰谷，微小峰谷的高低程度和间距为表面粗糙度。表面粗糙度评定参数，常用轮廓算术平均值Ra，其单位为μm。

国家标准GB3505—83，GB1031—83，GB131—83中详细规定了表面粗糙度的各种参数及其数值。所采用的加工方法能达到的表面粗糙度Ra值如表6-1所示

表6-1 常用切削方法与加工表面粗糙值Ra值的对应表

Ra/μm 50（ 25（ 12.5（ 6.3（ 3.2（ 1.6（ 0.8（ 0.4（ 0.2（ ） ） ） ） ） ） ） ） ） 旧国标的光洁度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表 面 特 征 可见明显刀痕 可见刀痕 微见刀痕 加 工 方 法 粗加工：车、铣、刨、镗、钻孔。 可见加工痕迹 半精加工：车、铣、刨、微见加工痕迹 镗 不见加工痕迹 精加工：车、铣、刨、镗 可辨加工方向 粗加工磨 微辨加工痕迹方向 精加工磨 不辨加工痕迹方向 按表面光泽判断 （镜面） 0.1～0.008 10～ 14 （ ～ ） 精密加工 二、精度

是指零件在切削加工后，其尺寸、形状等参数的实际数值同它们的绝对准确的理论数值相符合的程度。相符合的程度愈高，加工精度就愈高。精度包括： 1、尺寸精度

尺寸精度是指加工零件实际尺寸与理想公称尺寸的精确程度，尺寸精度是由尺寸公差来决定的。尺寸公差是加工中尺寸的变动范围，同一尺寸的零件，公差变动愈小，尺寸的精度愈高，公差变动大，尺寸精度愈底。

国家标准GB1800—79至GB1804—79将尺寸精度的标准公差等级分为20级分别用IT01，IT0，IT2…IT18表示，IT01公差值最小，尺寸精度最高。

尺寸精度愈高，其表面粗糙度Ra值越小。但是表面粗糙度值小，尺寸精度却不一定高。我们常见的外科手术刀、剪刀其表面很光洁，粗糙度很小，但外形尺寸却不精确。 2、形状精度

仅仅只有精确尺寸和较低粗糙度，还不能满足机械设备的装配要求，对零件的形状和相互的位置也要提出相应要求，也称形状精度，以图6-3为例。

以上零件的尺寸都在尺寸公差范围以内，但这八种形状组成了八种形状精度。在机械的装配中，它们对机械的使用效果会产生不同的影响。所以对零件的形状精度要用六种参数加以控制。

图6-3 轴的形状示例

零件的形状精度是指零件上的线、面要素相对理想形状的准确程度，它可以用形状公差来控制。国标中GB1182—80至GB1184—80规定了六项形状公差。其符号见表6-2

表6-2 形状公差的名称及符号

3、位置精度

零件点、线、面的准确位置与实际位置的误差称为位置精度。加工中由于各种因素造成误差是不可避免的。

按照国家标准GB1182—80和GB1184—80规定，相互位置精度用位置公差来控制，位置公差共有8项，位置公差的名称及符号见表6-3。

表6-3 位置公差的名称及符号

零部件技术要求的部分标注示例，如图6-4所示。

6.3 切削刀具及材料

金属切削过程中，刀具是完成切削加工余量的工作，刀具切削部分的材料和刀具的几何形状、角度直接影响零件的质量。 一、刀具材料的性能要求：

在刀具切削过程中，刀具承受很大的剂压、摩擦及高温的切削热，由于加工工件的不同，同时会产生冲击、振动，因此对切削刀具的材料，提出了以下的性能要求。

1、硬度：刀具材料的硬度要高于工件材料硬度，常温下一般要大于62HRC以上。

2、耐磨度：抵抗切削加工中的磨损。

3、强度和韧性：能承受切削中的切削力、冲击和振动，防止刀具产生断裂及崩刃。

4、热硬性：是指在高温下仍然保持刀具切削硬度。

5、工艺性：便于制造。包括锻造、轧制、焊接、切削加工和热处理的工艺性要求。

6、化学稳定性：切削中不易与被加工的材料产生化学、氧化反应，不粘结。 二、刀具材料的种类：

刀具材料种类很多，主要有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金钢石、立方氮化硼等。

常见刀具材料主要性能牌号用途见表6-4

表6-4 举用刀具材料主要性能牌号及用途

种碳素 工具 钢 合金 60～65HRC 工具 钢 高 速 钢 (81～83.5HRA) 250～300℃ 2.5～2.8 9CrSi CrWMn CrW5 切削速度不高（手动复杂刀具丝锥、板牙、铰刀） 用于复杂的机62～70HRC (82～87HRA) 540～600℃ 2.5～4.5 W18Gr4V W6Mo5Cr4V2 动刀具，如钻头、铰刀、铣刀、齿轮刀具等 钨硬 质 89～94HRC 金 800～0.9～2.5 合 (74～82HRA) 1000℃ 钴YG3 YG6 YG8 做成刀片焊、60～64HRC 81-83HRA 200℃ 2.5～2.8 T8A T10A T12A 切削速度不高的刀具（手动的锉刀锯条） 抗弯强度/ 硬度（淬火） 热硬度/℃ 类 103MPa 常用牌号 用途 类 镶嵌在刀体（铸铁加工） 上，如车刀刀钨YT5 头、铣刀刀头、钛YT15 刨刀刀头等 钴YT30 类 （钢的精加工）

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