机械加工原理(终稿)

制造工程基础Ⅱ复习提纲

第一章 金属切削基本要素

1切削运动和切削用量

1） 切削运动：成形运动和刀具是实现工件切削加工过程的两个基

本要素

（由主运动与进给运动合成合成切削运动）

2）加工表面：待加工表面（加工时即将被切除的表面）

已加工表面（已被切去多余金属形成符合要求的工件新

表面）

过渡表面（加工时由主切削刃正在切削的表面）

3）切削用量：切削速度，进给量（转一周沿进给方向的位移），切削深度

2刀具几何角度

1）刀具切削部分的结构要素：前刀面（切屑流过的表面）、主后刀面

（与主切削刃毗邻，且与工件过度表面相对）、副后刀面（与副切

削刃毗邻且与已加工表面相对）、主切削刃（前刀面上直接进行切

削的边锋）、副切削刃、刀尖（交点、圆弧、倒角）

2）刀具标注角度参考系

参考平面：基面、切削平面、副切削平面

测量平面：主剖面、主剖面参考系、法剖面、法剖面参考系 3）刀具标注角度（要求：能够严格按照画法几何原理绘制刀具切削部分的图形并

标注外圆车刀六个基本角度）

（1）主剖面参考系中的标注角度

基面内标注角度：主偏角（切削平面与进给平面）、副偏角

主剖面内标注角度：前角（基面与前刀面）、后角（后刀面与切

削平面）、

切削平面内标注角度：刃倾角（主切削刃与基面）

副剖面内标注角度：副后角（）

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六个基本角度：前角 o、后角 o、刃倾角 s、主偏角 r、副偏角 ’r、

副后角 ’o

（2）法剖面参考系中的标注角度：法前角（前刀面与基面）、法后角（切削平面

与后刀面）

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3切削层参数

（1）切削厚度hD：（2）切削宽度bD：（3）切削面积AD：（4）金属切除率Zw：

4刀具材料

（1）对刀具材料的要求：硬度、耐磨性、耐热性、强度和韧性、减摩性、导热性和热膨胀系数、工艺性和经济性。

（2）刀具材料的硬度、耐磨性与强度、韧性之间规律。（硬度高耐磨性也高，强度和韧性越高，硬度和耐磨性越差）

（3）高速钢特点（强度、韧性、工艺性好，价格便宜）

（4）硬质合金的主要成分（金属碳化物WC、TiC）、分类（YG/YT/YA/YW）、用途（高温，硬度，简单刀具）

（5）涂层刀具的性能特点（解决硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，但抗弯强度下降，不能采用焊接结构，不能重磨使用）

（6）陶瓷刀具的类别及性能特点（1纯氧化铝陶瓷：抗弯强度低；2复合氧化铝陶瓷：化学稳定性好，与加工金属亲和作用小，抗弯强度跟冲击韧性差；3复合氮化硅陶瓷：适合于切削冷硬铸铁和淬硬钢）价格低廉

（7）金刚石和立方氮化硼的相同点和不同点（相同：硬度高，切削

速度快；不同点：氮化硼热稳定性和化学惰性更好，可耐高温不与铁亲和）

第二章 金属切削过程

1金属切削的变形过程

1）剪切滑移变形过程（金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面（滑移面）产生剪切变形并转变为切屑的过程） 2）三个变形区

3）第一变形区

（1）变形系数

（2）剪应变（相对滑移）

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（3）剪切角

2前刀面的摩擦与变形

1）前刀面的摩擦（由紧密型接触区的膜材起主要作用，不服从古典摩擦法则）

（1）外摩擦

（2）内摩擦

（3）前刀面内、外摩擦分布

2）滞流层和积屑瘤

（1）滞流层

（2）积屑瘤：形成机理（由于摩擦阻力的存在，使得切屑滞留在前刀面上，与切屑速度呈n形关系）、条件（推力T<Fr）、对切削过程的影响（保护道具、增大前角、增大切屑厚度、增大已加工表面粗糙度、加速刀具磨损）

3加工表面形成

（1）加工表面形成过程

（2）加工表面特点

4切削力与切削热

1）切削力的来源

（1）变形抗力（切削层金属、切屑和工件表层金属的弹塑性变形所产生的抗力）

（2）摩擦力（刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力）

2）合力、分力和功率

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（1）合力、分力：主切削力（垂直于基面，与切削速度的方向一致）、切深抗力（在基面内，与进给方向相垂直）、进给抗力（在基面内，与进给方向平行）

（2）切削功率（各分力消耗功率总和）

3）切削力计算

（1）切削力经验公式：取得经验公式的过程

（2）单位切削力

4）切削热和切削温度场

（1）切削热的产生：三个热源（切削层金属发生弹性变形和塑性变形、切屑与前刀面、工件与后刀面间消耗的摩擦功）

（2）切削热的传导：四种传输方式（通过工件、切屑、刀具、周围介质）

（3）切削温度的分布p67图

5）影响切削力和切削温度的因素：切削用量、刀具角度、刀具磨损 5刀具磨损

1）刀具磨损的形态

（1）前刀面的磨损：月牙洼（切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑性金属，当刀具的耐热性和耐磨性稍有不足时，在前刀面磨出一个月牙洼）

（2）后刀面磨损：刀尖磨损VC、中部磨损VB：边界磨损VN

2）刀具磨损过程及磨钝标准

（1）磨损过程：三个阶段（初期磨损阶段，正常磨损阶段，剧烈磨损阶段）

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（2）磨钝标准（考虑：工艺系统刚性、工件材料、加工精度和表面质量、工件尺寸）

3）Taylor公式

（1）使用寿命与vc -T关系 Vc=A/T^m

（2）f-T, ap-T关系与广义Taylor公式 f=B/T^n ap=C/T^p

6切削参数合理选择

1）切削用量选择

（1）切削用量与生产率

（2）切削用量与刀具使用寿命

（3）切削用量与加工质量

（4）切削用量的选择原则（首先尽量选用大的切削深度，然后根据加工条件和加工要求选取允许的最大进给量，最后根据刀具使用寿命和机床功率允许情况选取最大切削速度）

2）刀具几何参数的选择：前角（工件材料硬度强度低、塑性、冷硬严重、抗弯强度大韧性好、系统刚性差、选择大前角）、后角（粗加工、强力切削、强度硬度高、系统刚性差、选择小后角）、主偏角（粗加工、刚性不足选大）、副偏角（不引起震动、精加工、高强度硬度、切断选小） 7工件材料切削加工性

1）切削加工性的概念：相对性

2）切削加工性指标：切削加工性等级

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3）切削加工性影响因素：强度、硬度、塑性、韧性（越大，加工性能越差）

高温性能（越好，加工性能越好）

4）典型难加工材料的切削加工性：超高强度钢、钛合金、高温合金 8切削液

1）切削液的种类：水溶液、乳化液、切削油

2）切削液的作用：冷却、润滑、清洗、防锈

第三章 机床与刀具

1机床分类与运动分析

1）表面成形运动：主运动，进给运动

2 车床与车刀

1）加工范围：（各种回转面，如内外圆柱表面、圆锥表面、成形回转表面和回转体的端面、螺纹面等）

2）车床种类：卧式车床（主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱、床身）

3）车刀：可转位车刀（使用可转位刀片的机夹车刀，他与普通机夹车刀的不同点在于刀片为多边形，每一边都可作切削刃，用钝后只需将刀片转位，即可是新的切削刃投入工作，当几个切削刃都用钝后，即可更新刀片）

4钻床与钻头

1）孔加工范围的种类（主要加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔，如箱体、机架）、目的

2）麻花钻：结构（两条主切削刃和两条副切削刃，两条螺旋槽钻沟形成前刀面，主后刀面在钻头的端面上）p135

5铣床与铣刀

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1）加工范围（平面、沟槽、螺旋面）

2）铣床：升降台铣床：用途（单件、小批及成批生产中加工小型零件）、结构特点

3）铣刀：特点、分类（圆柱铣刀：卧式铣床上加工平面；端铣刀：立式铣床加工平面；盘形铣刀：槽铣刀加工浅槽、两面刃铣刀加工台阶面；三面刃铣刀切槽和台阶面；锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、角度铣刀、成形铣刀）、用途

6磨床与砂轮

1）加工范围（磨削内、外圆柱面和圆锥面、平面、螺旋面、齿面以及各种成形面，还可以刃磨刀具）

2）砂轮特性：磨料（氧化物系、碳化物系、高硬磨料系）、粒度（磨粒的大小程度，微粉<40μm）、结合剂（陶瓷结合剂、树脂、橡胶、金属）、硬度（砂轮的硬度用来反映磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度：工件硬度、加工接触面、精磨和成形磨削、砂轮粒度大小、工件材料）、组织（反映磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系：磨粒在砂轮总体积中所占的比例越大，则砂轮的组织越紧密、气孔越小） 7 拉刀和拉床（拉床用拉刀进行通孔、平面及成形表面的加工）

第四章 定位夹紧及夹具设计

无

第五章 机械加工表面质量

1 表面质量基本概念

1）表面质量的含义：表面质量（指经过机械加工后，在零件已加工表面上几微米至几百微米表面层所产生的物理机械性能的变化以及表面层微观几何形状误差）、表面粗糙度（表面的微观几何形状误差，它是切削运动后，刀刃在被加工表面上形成的峰谷不平的痕迹）、表面波度（介于加工精度和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差，主要是由加工过程中工艺系统的振动所引起的）、表面层物理机械性能（表面层硬化深度和

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程度，表面层内残余应力的大小、方向及分布情况，表面层金相组织的改变，表面层内其他物理机械性能的变化）

2）表面质量对使用性能的影响：耐磨性（摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件、表面质量）、耐疲劳性（粗糙度参数大，降低耐疲劳性）、配合质量（粗糙度参数大，配合间隙增大，配合精度降低）

2表面粗糙度及其影响因素

（1）理论粗糙度：计算公式

（2）影响表面粗糙度的因素：切削用量（切削速度越大，粗糙度越小）、刀具角度（前角大粗糙度降低）、工件材质（韧性越大的塑性材料、粗糙度越大）、积屑瘤、刀具材料、刃磨质量

3加工表面物理机械性能的变化

加工硬化（表面层产生的塑性变形使金属晶体内产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料的强化，提高硬度跟强度）、

残余应力（切削过程中表面层组织发生形状变化和组织变化时，在表面层及里层就会产生互相平衡的弹性应力，称之为表面的残余应力）、表层相变（）

4加工表面质量控制

表面粗糙度选用，粗糙度、加工硬化、残余应力，相变的改善

第六章 机械加工精度

1加工精度的概念

1）机械加工精度的含义：加工精度（零件经过加工后的尺寸、几何形状以及各表面相互位臵等参数的实际值与理想值相符合的程度）、加工

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误差（它们之间的偏离程度）、尺寸精度（限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定范围）、形状精度（限制加工表面宏观几何形状误差）、位臵精度（限制加工表面与其基准间的相互位臵误差）

2）加工误差分类

（1）系统误差（具有确定性规律的误差）与随机误差（具有统计分布规律的误差）

（2）静态误差（工艺系统在不切削状态下所出现的误差）与切削状态误差

2工艺过程的精度保证

1）试切法（每一工步或走刀前对刀，切出一小段测量，合适否；生产效率低，技术水平高，单件小批量）

2）调整法（先按规定尺寸调整好机床、夹具、刀具、工件的相对位臵及进给行程；精度低，生产率高）

3加工误差产生的原因及提高精度的措施

1）加工误差产生的原因

（1）工艺系统精度和磨损的影响：机床精度、主轴误差、刀具精度和磨损、夹具的制造精度和磨损（减小刀具磨损：进行尺寸补偿、降低切削速度、选用耐磨性高的材料）

（2）工艺系统受力变形对加工精度的影响：工艺系统、刚度、柔度、影响工艺系统刚度的因素（接触面表面质量、系统存在薄弱环节、连接件夹紧力影响、摩擦力、间隙）、工艺系统刚度组成（）

（3）切削力对加工精度的影响：误差复映、误差复映系数

（4）热变形对加工精度的影响：工件的热变形、刀具的变形、机床的热变形

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（走刀次数越多，总的误差复映系数越小，零件形状精度越高；系统刚度越好，加工精度越高；切深值的大小不影响误差复映系数，只与切深的差值有关；可以根据零件所要求的形状精度和毛坯状况来选择工艺系统刚度及走刀次数）

2）提高精度的措施

（1）提高工艺系统刚度的措施：提高机床构件刚度、工件安装刚度、刀具刚度、接触刚度（零件表面质量）、预紧力

（2）减小热变形误差的措施：热源（切削热、传动摩擦、外部热源）、热补偿、机床结构、保持工艺系统的热平衡、控制环境温度

第七章 机械加工工艺规程制定

1工艺规程设计的内容和基本要求

1）机械加工工艺规程含义（规定产品或零部件加工工艺过程和操作方法等的工艺文件）

2）工艺过程的组成：工序（一个或一组工人在一个工作地点对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分加工过程）、安装（在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装）、工位（在一次安装中，通过分度装臵，使工件相对于机床床身变换加工位臵，我们把每一个加工位臵上所完成的工艺过程称为工位）、工步（每一个工位中，加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的加工）和走刀（切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容）

3）生产类型与机械加工工艺规程

（1）生产纲领：产品年产量

（2）生产类型：大量生产、成批生产和单件生产，各种生产类型的特点

（3）工艺规程的作用（是生产的计划、调度，工人的操作、质量检

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查的依据；生产准备工作；原始数据）

4）工艺规程的设计原则、步骤和内容

（1）制订工艺规程的原始资料

（零件工作图，包括必要的装配图；零件的生产纲领和生产类型；毛坯的生产条件和供应条件；本厂的 生产条件；各有关手册、标准和指导性文件）

（2）设计工艺规程的步骤和内容

（阅读装配图和零件图；工艺审查；熟悉或确定毛坯；拟定机械加工工艺路线；确定满足各工序要求的工艺设备；确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差；确定切削用量；确定时间定额；填写工艺文件） 2定位原理

1）六点定位原理

3定位基准及选择

1）基准

（1）设计基准（设计图样上所采用的基准）

（2）工艺基准：① 定位基准：粗基准（未经机械加工的定位基准）、精基准、附加基准（零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准）；② 测量基准（在加工中或加工后用量测量工件的形状、位臵和尺寸误差所采用的基准）；③ 装配基准（在装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位臵所采用的基准）

2）定位基准的选择

（3）一般原则（选最大尺寸的表面为安装面（限3自由度），选最长

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距离的表面为导向面（限2自由度），选最小尺寸的表面为支撑面（限1自由度）；首先考虑保证空间位臵精度，再考虑保证尺寸精度；应尽量选择零件上有重要位臵精度关联的只要表面为定位基准；定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠）

（4）粗基准的选择（选加工余量小的、较准确的、表面质量较好的、面积较大的毛面作为粗基准；选重要表面；选不加工的表面；粗基准一般只能使用一次）

（5）精基准的选择：① 基准重合原则；② 基准单一原则；③ 互为基准原则；④ 自为基准原则

4工艺路线的制订

1）加工经济精度与加工方法的选择

（1）加工经济精度（在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度）

（2）加工方法的选择：应考虑的主要问题（所选择的加工方法能否达到零件精度的要求；零件材料的可加工性能如何；生产率对加工方法有无特殊要求；本厂的工艺能力和现有加工设备的加工经济精度如何）

2）典型表面的加工路线：外圆、孔p345图

3）工序顺序的安排

（1）工序顺序的安排原则：四项（先加工基准面，再加工其他表面；一般情况下，先加工平面，后加工孔；先加工主要表面，后加工次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序）

（2）热处理工序及表面处理工序的安排：五项（改善切削性能（退火、正火）：安排在切削加工前；消除内应力（人工时效、退火、正火）：

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安排在粗加工之后；改善材料的力学物理性质：半精加工后、精加工前安排猝火、猝火-回火、渗碳淬火；为了高精度精密零件（量块、量规、铰刀、样板、精密丝杠、精密齿轮）在淬火后安排冷处理；提高零件表面耐磨性或耐腐蚀性（热处理、表面处理、镀铬、阳极氧化、镀锌、发蓝处理）工艺过程的最后）

（3）工序的集中与分散（集中有利于保证各加工面间的相互位臵精度要求有利于采用高生产率机床，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数。分散可使每个工序使用的设备和夹具比较简单，调整、对刀也比较容易，对操作工人的技术水平要求较低）

（4）加工阶段：四个（粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、精密、超精密加工、光整加工阶段）

5工艺方案的比较与技术经济分析

1）工艺成本：零件（或工序）的全年工艺成本、单件（或单个工序）的

工艺成本计算

V：每个零件可变费用；N：零件生产纲领；Cn：全年不变费用

2）工艺方案的技术经济对比：临界年产量Nj计算，三种方案选择原则（上

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图）

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