零件去除成形.doc

郑州航空工业管理学院 《机械制造工程》教案 第10章
第三篇 零件去除成形
1. 去除成形子系统的作用
从坯料上去除多余的材料，从而获得具有规定要求的几何形状、尺寸、精度和表面质量的零件。
2. 去除成形子系统的组成 P197图Ⅲ-1
机床、工件、传递介质（刀具、磨具等）、夹具、量具等部分组成。
3. 物质流动
⑴ 能量流
⑵ 材料流
⑶ 信息流
4. 去除成形加工工艺
传统的切削加工
特种加工

第十章 去除成形的基础知识
一、教学目的与要求
1.掌握切削运动与切削要素的基本概念及对加工的影响。
2.了解刀具材料性能要求及其性能。
3.了解车刀主要角度的定义及对加工的影响。
4.了解常用的夹具的分类与应用。
5.掌握切削加工中物理现象产生的原因及对加工的影响。
6.掌握机械加工质量及其影响因素。
二、教学课时数
理论教学 4学时
三、教学内容
1.切削运动与切削要素。
2.切削刀具与车刀角度。
3.夹具。
4.金属切削中的物理现象。
5.金属切削机床简介。
6.机械加工质量及其影响因素。
四、教学重点与难点
1. 重点 切削用量及其对加工影响，车刀主要角度，切削加工中物理现象产生原因及对加工影响，机械加工质量及其影响因素。
2. 难点 车刀角度概念，切削中物理现象产生原因及对其影响。
五、教学方式
多媒体授课
六、参考书籍
1. 金属切削原理与刀具，陆剑中; 孙家宁，TG501 / L849=4，机械工业出版社，2005
2. 金属切削原理与刀具，沈志雄，TG501 / S457，机械工业出版社，2004
3. 数控技术，赵玉刚; 宋现春，TG659 / Z341，机械工业出版社，2003
4. 数控机床加工工艺，华茂发，TG659 / H757，机械工业出版社，2002

第十章 去除成形的基础知识
第一节 切削运动与切削要素
一、切削运动
1. 切削加工中工件上三个不断变化着的表面 P199图10-1
⑴ 待加工表面——工件上有待切除的表面。
⑵ 已加工表面——工件上经刀具切削后所形成的表面。
⑶ 过渡表面——工件上切削刃正在切削着的表面,它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面(也称加工表面)。
2. 切削运动 P200图10-2
切削运动的基本运动有直线运动、回转运动两种。
按切削加工时工件与刀具的相对运动所起的作用来分：
⑴ 主运动
主运动是指“由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动,从而使刀具前面接近工件。”
⑵ 进给运动
进给运动是指“由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断地或连续地切除切屑，并得出具有所需几何特性的已加工表面。”
⑶ 区别
主运动：能耗高，速度高，只有一个；
进给运动：能耗低，速度低，可有多个或没有。

二、切削要素 P200图10-3
切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。
1. 切削用量
⑴ 切削用量概念
切削用量是切削过程中切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)的总称，又称为切削用量三要素。
⑵ 切削速度V
切削速度是指在切削加工时，刀具切削刃上选定点相对工件主运动的线速度。
由于切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。
（m/s或m/min） （10-1）
式中： ——完成主运动的刀具或工件加工表面的最大直径（mm）；
n——主运动的转速（r/s或r/min）。
⑶ 进给量f
在主运动每转一转或每一行程时，刀具在进给运动方向上相对工件的移动量，单位是mm/r（用于车削、镗削等）或mm/str（用于刨削、磨削等）。
⑷ 背吃刀量 (切削深度)
在垂直于主运动方向和进给运动方向的工作平面内测量的刀具切削刃与工件切削表面的接触长度。对于外圆车削，背吃刀量为工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离，单位为mm。即
（10-2）
式中：、分别为工件待加工表面和已加工表面的直径（mm）。

2. 切削层几何参数
⑴ 切削层公称厚度ɑc
在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离，单位为mm。ɑc反映了切削刃单位长度上的切削负荷。
⑵ 切削层公称宽度ɑw
沿过渡表面测量的切削层尺寸，单位为mm。ɑw反映了切削刃参加切削的工作长度。
=f sin =/sin
式中：——主切削刃与进给方向之间的夹角。
⑶ 切削层公称横截面积Ac
切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积，单位为mm2。
Ac=ɑc·ɑw=f·ɑp

第二节 切削刀具
刀具的好坏在很大程度上决定了工件的加工质量、生产率和加工成本。
刀具结构： P201图10-4
一、刀具材料
1. 工作条件
高温、高压和摩擦的作用。
2. 刀具材料性能要求
高硬度、高耐磨性；
高红硬性；
足够的强度、塑性和韧性；
良好的可加工性能；
热处理性能；
导热性等。
3. 工具钢
碳素工具钢：工作温度低于200℃；
合金工具钢：工作温度低于600℃。
4. 硬质合金
工作温度850℃～1000℃。
5. 陶瓷
常用的刀具陶瓷可分为Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷具有很高的硬度（91～95HRA）、耐磨性和耐热性（1200℃～1450℃），以及良好的抗粘结性和化学稳定性。故陶瓷刀具寿命高、抗粘结、抗扩散抗氧化磨损的能力强，有较低的摩擦系数，不易产生积屑瘤等特点。陶瓷的缺点是抗弯强度和冲击韧性很差。
陶瓷刀具主要用于半精车、精车、半精铣、精铣钢和铸铁。由于其耐热性很高，可采用很高的切削速度。
6. 超硬刀具材料
⑴ 金刚石
金刚石刀具有天然单晶金刚石、人造聚晶金刚石和复合金刚石刀片三种。金刚石具有极高的硬度（10000HV），是目前已知的最硬物质；金刚石具有很高导热系数和很低的线膨胀系数。
金刚石的主要缺点是抗弯强度和冲击韧性极差，基本上不能承受大的切削力和波动力，金刚石耐热性也差，切削温度超过700℃时，就会氧化；金刚石与黑色金属有很强的亲和作用。所以金刚石不适合加工黑色金属材料，适合加工有色金属的精密切削和精密磨削，主要用于硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度材料的加工。
⑵ 立方氮化硼（CBN）
立方氮化硼是由六方氮化硼（白石墨）在高温高压下加入催化剂转变而成的。它的特点是：有很高的硬度（8000～9000HV）和耐热性，耐热温度可达1400～1500℃；有良好的化学稳定性，可加工黑色金属，有良好的导热性和较低的摩擦系数。
立方氮化硼的抗弯强度和冲击韧性很差，基本上不能承受大的切削力和波动力。故使用时机床刚性要好，主要用于连续切削、尽量避免冲击和振动。
立方氮化硼刀具适合于进行黑色金属和有色金属的半精加工和精加工，常用于淬硬钢、硬铸铁，高温合金的切削加工和磨削加工。立方氮化硼不仅广泛地用来做刀具，而且作为磨料用于制作砂轮和研磨剂。目前，60%的CBN刀具用于汽车制造业，包括用于汽车发动机箱体、刹车盘、传动轴、汽缸孔的加工；20%的CBN刀具用于重型设备的加工。
二、刀体材料
刀体材料是指夹持部分的材料，一般刀体常用碳钢或合金钢制作。
如焊接车刀、镗刀的刀柄，钻头、铰刀的刀体常用45钢或40Cr制造。
机夹和可转位硬质合金车刀、镶齿硬质合金钻头、可转位铣刀等刀体可用合金工具钢制作，如9SiCr、GCr15等。
三、刀具的分类
1. 按刀具结构分
⑴ 整体式刀具
刀具的夹持部分和切削部分采用一种材料的刀具为整体式刀具。
这种结构刀具材料消耗较大，但制造方便。
有些刀具如铣刀、拉刀、齿轮刀具等仍采用整体式刀具。
⑵ 焊接式刀具
刀片焊接在刀体上的刀具称为焊接式刀具。
该刀具结构紧凑、节省刀具材料，可根据加工要求方便地刃磨出所需的几何形状，应用十分普遍。
焊接后的硬质合金刀具，刃磨后易产生内应力和裂纹。
⑶ 机夹式刀具
机夹式刀具指用机械方法定位、夹紧刀片，通过刀片体外刃磨与安装后形成刀具几何角度的刀具。
刀具避免了焊接引起的缺陷，刀柄能多次使用，刀片可集中刃磨。
常用的有机夹式车刀、刨刀、铣刀等。
⑷ 可转位式刀具 P203图10-5
这种结构的刀具与机夹式刀具相似，不同之处是刀片具有规则的几何形状（如正三角形、正方形、菱形等），刃口磨钝后可方便的转位换刃，不需要重磨。
刀具避免了焊接、刃磨引起的缺陷，提高刀具耐磨及抗破损能力；能选用较高切削用量，提高生产率；刀片转位、更换方便，缩短辅助时间；此类刀具已标准化，能实现一刀多用、减少刀具储备量，简化刀具管理工作。
2. 按加工工艺性质分
根据刀具的用途和加工方法的不同，通常可把刀具分为切刀（包括车刀、刨刀、插刀、镗刀等）、孔加工刀具（如钻头、扩孔钻、铰刀等）、拉刀、铣刀（如立铣刀、端铣刀、槽铣刀等）、螺纹刀具（如丝锥、板牙等）、齿轮刀具（齿轮铣刀、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等）、磨具（包括砂轮、砂带和油石等）。
除上述的分类方法外，还可按刀具刃口数量划分为单刃（单齿）刀具和多刃（多齿）刀具，以及按刀具材料划分等方法。
四、刀具的几何角度
车刀应用最广泛、结构最简单，且其他种类的刀具（如刨刀、铣刀、麻花钻、齿轮刀具等）都可看成是车刀的演变和组合。

1. 车刀的结构 P204图10-6
车刀由刀头和刀柄两部分组成，刀头用于切削，刀柄用于装夹。
车刀刀头部分（切削部分）由三个刀面、两个切削刃、一个刀尖组成。
⑴ 刀面
① 前刀面
切屑流出所经过的表面。
② 后刀面
刀具上与工件过渡表面相对的表面。
③ 副后刀面
刀具上与工件的已加工表面相对着的表面。
⑵ 切削刃
⑴ 主切削刃
前刀面与后刀面的交线，它担负着主要的切削任务。
⑵ 副切削刃
前刀面与副后刀面的交线，它是配合主切削刃完成已加工表面的切削。一般情况下，它仅起微量切削作用。
⑶ 刀尖
主切削刃与副切削刃的交点。为了加强刀尖强度和散热性，大多数车刀在刀尖处磨出圆弧型过渡刃。
2. 车刀的主要角度及作用
⑴ 引入三个参考平面 P204图10-7
① 基面
通过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。车刀的基面可理解为平行刀柄底面的平面。
② 切削平面
通过切削刃选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。
③ 正交平面
通过切削刃选定点，同时垂直于基面与切削平面的平面。
⑵ 车刀的主要角度 P205图10-8
有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角。
① 前角γo
在正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。
前角的大小直接影响着刀具的切削能力，增大前角能使车刀锋利，切削轻快，减少切削力和切削热的产生，可提高加工表面质量。但前角过大，会使刀头体积减小，强度降低，散热差，影响刀具的使用寿命。
② 后角αo
在正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角。增大后角能减少切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦，提高加工表面质量。
③ 主偏角Kr
在基面上测量的主切削刃的投影与进给方向间的夹角。
主偏角减少，能使刀头体积增大，散热条件改善，提高了刀具的强度和刀具使用寿命，降低表面粗糙度。但减少主偏角会使径向力增大，在加工刚性较差的工件时，易引起工件变形或振动。
④ 副偏角Kr′
在基面上测量的副切削刃的投影与进给反方向间的夹角。副偏角的作用是为了减少副切削刃和副后刀面与工件已加工表面的摩擦，避免切削时产生振动。过小的副偏角会增加副后刀面与已加工表面间摩擦，易引起振动。
⑤ 刃倾角λs P205图10-9
在切削平面内，主切削刃的投影与基面间的夹角。
刃倾角控制切屑流出方向，影响刀头的强度。当刀尖处于主切削刃最低点时，λs值为负，刀头强度较高，切屑向已加工表面流出；当刀尖处于主切削刃最高点时，λs值为正，刀头强度较差，切屑向待加工表面流出。
五、砂轮
1. 概念
砂轮是把磨粒和结合剂按比例经混合、搅拌、压坯、干燥、焙烧和修整而成的具有一定形状的多孔体。
砂轮对工件的切削称为磨削加工。
2. 磨削过程 P206图10-10
比较锋利且比较突出的磨粒切削作用；
而有些磨粒仅在工件表面上刻划出痕迹，起刻划作用；
还有一些磨粒只起滑擦作用。
综上所述，磨削过程而是切削、刻划和滑擦三个过程的综合作用结果。
3. 砂轮的主要特性
⑴ 磨料
磨粒的棱角必须锋利，很高的硬度及良好的耐热性和一定的韧性。
⑵ 粒度
粒度是指磨粒的大小。粒度分磨粒和微粉两组。对于用筛选法来区分的较大的磨粒（制砂轮用），它的粒度号以筛网上每英寸长度内的孔眼数表示。
⑶ 结合剂
结合剂用来把磨粒粘结起来，形成具有一定形状的砂轮。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力，主要取决于结合剂的性能。常用的结合剂有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、金属结合剂。
⑷ 组织
组织表示砂轮中磨料、结合剂、气孔间的体积比例。
磨料占砂轮体积的百分比较高而气孔较少又较小时，砂轮属于紧密性；反之，属于疏松级。砂轮可分为0～14组织号，其中0～3号为紧密；4～8号为中等；9～14号为疏松。组织号大，砂轮不易堵塞，切削液和空气容易带入磨削区，可降低磨削温度。但组织号大，不易保持砂轮的轮廓形状。
⑸ 硬度
砂轮硬度是指砂轮表面上的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。如磨粒容易脱落，表示砂轮的硬度低；反之，则表示砂轮的硬度高。
⑹ 砂轮形状
砂轮的标志印在砂轮端面上。其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度。

第三节 金属切削机床
一、金属切削机床的分类
1. 按机床的加工功能分类
共分为11类。 P207表10-1
2. 按机床的通用性分类
⑴ 通用机床
这一类机床通用性强，加工范围广，可用于多种零件的不同表面加工。如卧式车床、万能外圆磨床、万能铣床等。
⑵ 专门化机床
它的加工范围较窄，针对一类或几类零件的一道或几道特定工序的加工，如凸轮磨床、丝杠车床等。
⑶ 专用机床
加工范围最窄，专门针对某一类零件的某一特定工序。例如加工机床主轴箱体孔的专用镗床、加工各类典型零件的组合机床等。
3. 按机床的自动化程度分类
可分为手动、机动、半自动、自动机床。
4. 按机床的工作精度分类
可分为普通机床、精密机床、高精密机床等。
5. 按机床的质量和尺寸分类
可分为仪表机床、中型机床、大型机床（质量大于10t）、重型机床（质量大于30t）和超重型机床（质量大于100t）。

二、金属切削机床型号 P208
1．机床类、组、系的划分及其代号 P209表10-2
机床的类别用汉语拼音大写字母表示。例如，“车床”的汉语拼音是“Che Chuang”,所以用“C”表示。
机床的组别和系别代号用两位数字表示。每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，用数字0—9表示。每组机床又分为若干个系（系列）。
2. 机床的特性代号 P210表10-3
机床的特性代号表示机床所具有的特殊性能，包括通用特性和结构特性。当某类型机床除有普通型外，还具有表10-3所列的某种通用特性时，在类别代号之后加上相应特性代号。
3. 机床主参数、第二主参数和设计顺序号
机床的技术参数是表示机床尺寸大小及加工能力的各种数据。它包括：主参数、第二主参数、主要工作部件的尺寸（如工作台面）、主要工作部件的移动行程范围（如加工中心主轴或工作台沿长、宽、高三个方向的移动范围）等。
机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示。某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工作长度、工作台工作面长度等。
4. 重大改进顺序号
机床的重大改进顺序号用24个字母（去掉I、O）并根据先后次序来表示。
例如：MG1432A型高精度万能外圆磨床 BM2015 B6050
M G 1 4 32 A
类别代号(磨床类)
通用特性(高精度)
组别代号(外圆磨床组)
系别代号(万能外圆磨床系)
主参数(最大磨削直径320mm)
重大改进顺序号
三、常用机床
1. 车床 P212图10-11
比例最大。
车床类机床主要用于加工各种回转表面。
刀具：车刀、孔加工刀具（如钻头、扩孔钻、铰刀等）和螺纹刀具（丝锥、板牙）。 P212图10-12
2. 铣床 P213图10-13
铣床是用回转多刃刀具对工件进行切削加工的机床，应用于几乎所有的机械制造及修理部门。铣床类机床常用的有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床。
主要加工平面和沟槽。 P213图10-14
3. 刨床 P214图10-15 图10-16
刨床类机床常用的有：牛头刨床、龙门刨床和插床。
该类机床主要用来加工各种平面和直线型沟槽。
牛头刨床主要加工中小型零件；而大型零件则需要在龙门刨床上加工。
4. 钻床 P214图10-17 图10-18 图10-19
钻床是指主要用钻头在工件上加工孔的机床。在钻床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔等。钻床类机床常用的有：立式钻床（图10-17）、摇臂钻床（图10-18）、台式钻床等。
钻床上常用的刀具是麻花钻，在加工时，工件不动，钻床主轴带动麻花钻作主切削运动，同时沿轴向移动，完成进给运动。
5. 镗床 P215图10-20 图10-21
镗床是孔加工类机床，主要用旋转的镗刀镗削箱体、机架类零件上已铸出的孔或粗钻出的孔及孔系。镗床主要分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床。卧式镗床应用较为广泛，可以使用多种刀具进行孔的加工和平面加工，易于保证箱体或支座类零件上孔和平面的位置精度要求。
6. 磨床 P216图10-22
用磨料或磨具（砂轮、砂带、油石）对工件表面进行加工的机床通称为磨床。磨床适应于各种零件表面（内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮齿形表面等）的精加工，加工材料范围广泛，磨床的种类很多，在金属切削机床中占的比例较高（30%～40%）。最常用的磨床有：万能外圆磨床（图10-22）、内圆磨床、平面磨床。常用的磨具是砂轮，工作台和砂轮架的移动由液压系统来实现。
四、组合机床 P217图10-23 图10-24 图10-25
组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量（约占1/4）专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的专用机床，是一种适用于大批量生产的高效自动化机床。它具有专用机床的结构简单、生产率高和自动化程度较高的优点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。

五、数控机床与加工中心
1. 数控机床
数控机床的特点
⑴ 具有较强的适应性和通用性
⑵ 具有更高的加工精度和稳定的加工质量。
⑶ 具有较高的生产率。
⑷ 改善了劳动条件。
⑸ 便于现代化的生产管理。
2. 加工中心 P221图10-27
加工中心比数控机床有更高集成度。往往配有刀库、换刀机械手、交换工作台、多动力头等装置。
加工中心具有下列特点：
⑴ 集中加工
⑵ 自动换刀
⑶ 具有数控机床的所有特点
目前数控加工技术在我国应用不是十分普及，主要原因是：
⑴ 数控加工设备成本高，特别是起始阶段投入较大。
⑵ 数控加工技术是机电一体化的技术密集型的高新技术，对操作人员在使用和维修等方面的技术水平要求较高。
⑶ 加工过程中难以手动调整。

第四节 夹 具
一、概念
1. 夹具
机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置。
2. 作用
将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
采用夹具装夹工件，既可以准确确定工件、机床和刀具三者的相对位置，降低对工人的技术要求，保证加工表面的位置精度，又可以减少工人装卸工件的时间和劳动强度，提高劳动生产率，有时还可扩大机床的使用范围。
二、机床夹具的组成 P222图10-28
1. 定位元件 P223图10-29 图10-30 图10-31
定位元件是指在夹具上与工件定位基准相接触，并能确定工件正确位置的零件。
用于定位孔的定位元件有定位销、锥体心轴、可涨心轴等；用于定位平面的定位元件有定位销、支承钉、支承板等；用于定位外圆柱面的定位元件有：V形块、定位套、顶尖、锥心轴等。
2. 夹紧机构
工件定位后，由于其重力和切削过程中的切削力、离心力等作用，会使工件偏离正确位置，因此定位后，还必须对工件进行夹紧，凡在夹具中起夹紧作用的机构称为夹紧机构。
常用的夹紧机构有机械式、气动式、液压式等。上图中螺母4就是最简单的机械式夹紧机构。气动式、液压式夹紧机构都具有夹紧力大、夹紧速度快、效率高等特点。
3. 对刀、导向元件或装置
用于确定刀具相对于夹具定位元件的位置。如图10-28中的钻套。
4. 夹具体
夹具体是夹具的基础件，用于将夹具上的各元件和装置连接成为一个有机的整体，并通过它将夹具安装在机床上。
5. 其它元件或装置
除了上述各部分以外的元件或装置，如用于连接的连接元件、用于分度的分度元件等。
定位元件、夹紧机构、夹具体是夹具的基本组成部分。
三、机床夹具的分类
1. 通用夹具
车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘，铣床上常用的平口虎钳、万能分度头、回转工作台等均属此类。
通用夹具已标准化，它与通用机床配套，已成为通用机床的附件。
2. 专用夹具
针对某一种工件的某一个工序而专门设计的，因其用途专一而得名。
定位精度高，生产效率高，但灵活性差，不适应多品种少批量加工。
3. 组合夹具
这类夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。就好像搭积木一样，不同元件的不同组合和连接，可构成不同结构和用途的夹具。
特点是灵活性大，元件可以重复使用。因而特别适合于新产品试制和单件小批生产。
4. 成组夹具
用于相似零件的成组加工的夹具，称为成组夹具。
特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。
5. 随行夹具
这是一种在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。

第五节 金属切削过程
在切削过程中要发生诸多物理现象，如切削变形、切削力、切削热和刀具磨损等，了解和掌握这些现象的成因、作用及其变化规律，对于保证加工质量，提高生产率，降低成本，以及正确设计机械零件和合理使用金属切削刀具、机床、夹具等，都具有十分重要的意义。
一、金属切削过程
1. 切屑的形成 P225图10-32 图10-33
实质是金属受挤压产生剪切滑移变形的过程。
2. 切屑种类 P225图10-34
⑴ 带状切屑
最常见的一种切屑，内侧面是光滑的，外侧面是毛茸的。
加工塑性金属材料时，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角大时，一般常常得到这类切屑。
产生带状切屑时的切削过程较平稳，已加工表面粗糙度较小。
⑵ 节状切屑
外侧面呈锯齿形，内侧面有时有裂纹。
在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。
形成节状切屑时，切削力波动较大，工件表面质量较差。
⑶ 单元切屑
如果在节状切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑。
在切削铅或用很低的速度切削钢可得到此类切屑，生产中比较少见。

⑷ 崩碎切屑
在切削铸铁、铸黄铜等脆性材料时，切削层的金属在产生少量弹性变形后，几乎不发生塑性变形，而瞬间发生崩裂，此时形成崩碎切屑。
形成这种切屑时刀尖受到的冲击力较大，切削热多集中在刀尖附近，刀具容易磨损。零件的表面加工质量较差。
图中（a）、（b）、（c）为切削塑性材料的切屑，（d）为脆性材料的切屑。
二、积屑瘤 P226图10-35
1. 概念
在切削钢、铝合金等塑性材料时，在一定温度范围内（即切削区的温度达300～380℃时），常有一些金属冷焊（粘结）并层积在刀具表面上，并代替刀具进行切削，这一小硬块称为积屑瘤。
2. 积屑瘤的成因
积屑瘤是由于切屑与前刀面剧烈的摩擦而形成的。当切屑底层材料中剪应力超过材料的剪切屈服强度时，切削层被剪切断裂粘结在前刀面上，粘结金属层经过剧烈塑性变形硬度很高（积屑瘤的硬度高于工件材料的2～3倍），它代替切削刃继续剪切较软的金属层，依次层层堆积，高度逐渐增大而形成了积屑瘤。
由于切削过程中的冲击、振动、切削力负荷不均等原因，会出现整个积屑瘤或部分积屑瘤的剥离、脱落以及再生，所以积屑瘤时大、时小、时有、时无。
3. 积屑瘤的影响
积屑瘤包围切削刃，可以代替刀具进行切削，减少了刀具的磨损；积屑瘤的存在增大了刀具的实际工作前角，使刀具更加锋利；积屑瘤的不稳定性，对加工精度和表面质量的影响较显著。
在粗加工时可以利用它，在精加工时要避开它。
4. 影响积屑瘤的因素及控制
⑴ 切削速度
切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的。以45钢为例，在切削速度小于3m/min和大于60m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤。在切削速度为20m/min左右时，切削温度约300℃，产生的积屑瘤高度达到最大值。
⑵ 进给量
进给量增大，增加了刀具与切屑的接触长度，从而形成积屑瘤的生成基础。若适当降低进给量的值，则可削弱积屑瘤的生成基础。
⑶ 刀具前角
前角增大，切削力减少，切削温度下降，减少了积屑瘤生成基础。实践表明，前角大到35°时，一般不产生积屑瘤。
⑷ 切削液
采用润滑良好的切削液可减少或降低积屑瘤的生成。
三、切削力
1. 切削力的来源 P227图10-36
⑴ 克服被加工材料对弹性变形的抗力；
⑵ 克服被加工材料对塑性变形的抗力；
⑶ 克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。

2. 切削力的分解 P227图10-37
F=F+F+F （10-3）
主切削力FZ——总切削力在切削速度方向上的分力称为主切削力。
该力是计算工艺装备（刀具、机床和夹具）的强度、刚度以及效验机床功率的主要原始数据之一。
切深抗力Fy——总切削力在切削深度方向上的分力。
由于Fy指向工件径向，又称为径向力。它能使工件产生切削振动，故对加工精度及表面质量影响较大。
进给抗力Fx——总切削力在进给方向上的分力。
该力是计算工艺装备（刀具、机床和夹具）的强度、刚度以及效验机床进给功率的主要原始数据之一。
⒊ 切削力的影响因素
凡是影响切削变形抗力和摩擦阻力的因素，都会影响总切削力。
⑴ 工件材料
工件材料的硬度或强度愈高，其变形抗力也愈大，切削力也愈大。
⑵ 刀具角度
在切削同一种金属材料时，增大刀具前角可以使切削轻快，切削力小。为了防止工件的弯曲和振动，在切削细长轴类零件时，刀具常选用较大的主偏角。
⑶ 切削用量
切削用量中对切削力影响较大的是切削深度ap与进给量f，ap和f增大都会使切削层面积增大，从而使变形抗力和摩擦力增大。但ap和f对切削力的影响程度不相同，ap增加一倍、Fr也增大一倍，而f增大一倍，Fr只能增大68%～80%。故在切除相同余量的条件下，增大f比增大ap更为有利。此外，切削液、刀具磨损等因素对切削力也有不同程度的影响。
四．切削热和切削温度
⒈ 切削热的产生与传出 P228图10-38
⑴ 切屑变形产生的热量；
⑵ 切屑与前刀面摩擦产生的热量；
⑶ 后刀面与工件表面摩擦产生的热量。
切削区域的热量是由切屑、工件、刀具和周围介质传出的。
金属切削过程虽然是属于冷加工范畴，但热源区域的温度并不低，在使用普通高速钢刀具加工时，切削温度可达300～600℃，对于硬质合金刀具，切削温度可达800～1000℃。
在一般情况下，切屑带走的热量最多，其余依次是工件、刀具和周围介质。在不施加切削液的情况下，传入周围介质（例如空气）的切削热只占很小的比例，车削约为1%，钻削约为5%。
⒉ 影响切削温度的因素
⑴ 工件材料
工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也越高。如果工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度将降低。反之，切削导热性差的工件材料，切削区的平均温度就增高。
⑵ 切削用量
在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最大。随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应减少，所以，切削热虽然有所增加，但不是成倍增加。进给量对切削温度的影响程度不及切削速度显著，但比切削深度要大些。
⑶ 刀具角度
增大前角，切屑变形及摩擦减少，由变形和摩擦产生的热量减少，切削温度随之降低。主偏角增大，切削刃长度缩短，使散热条件变差，切削温度升高。
影响切削温度的其它因素还有切削液、刀具磨损、刀具材料等。
五、切削液
⒈ 切削液的作用
合理使用切削液能有效地减少切削力、降低切削温度，从而能延长刀具寿命，防止工件热变形和改善已加工表面质量。
⑴ 利用热传导、对流和汽化等方式，降低切削温度和减少工艺系统热变形。
⑵ 切削液渗透到刀具、切屑与工件表面之间起润滑作用，从而减少切屑、工件与刀面间的摩擦，减少切削力，减少粘结和刀具磨损，提高已加工表面质量。
⑶ 外切削液还具有排屑、防锈等作用。
⒉ 切削液的种类
⑴ 水溶性切削液
水溶性切削液主要分为：水溶液、乳化液和合成切削液。
比热大，流动性好，可吸收大量的热。
主要作用是冷却刀具、提高刀具耐用度或提高切削速度。
⑵ 油溶性切削液
主要有切削油和极压切削油。
切削油有矿物油、动植物油和复合油；极压切削油是矿物油中添加氯、硫、磷等极压添加剂配制而成。
比热小，流动性差，冷却作用较小，主要起润滑作用，多用于提高表面加工质量。
六、刀具磨损与刀具寿命
1. 刀具磨损
刀具磨损形式可分为正常磨损和非正常磨损两大类。
正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大的磨损。
非正常磨损亦称破损，如切削刃崩刃、刀刃与刀面出现大面积脱落、塑性变形、热裂等。
2. 刀具的正常磨损形式 P230图10-39 图10-40
⑴ 后刀面磨损
磨损的部分主要发生在后刀面，一般在切削脆性材料或用较低的切削速度、切削厚度较小时易出现后刀面磨损。用磨损带宽度VB来表示磨损量。
⑵ 前刀面磨损（月牙洼磨损）
在切削塑性材料时，如切削速度较高、切削厚度较大，易于产生前刀面磨损。其磨损量可用月牙洼的深度KT和月牙洼的宽度KB来度量。
由于切削条件不同，上述两种磨损形式可能在一把刀具上同时发生，也可能以其中的一种形式为主。
⑶ 边界磨损
在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹。特别是在加工锻件、铸件等外皮粗糙的工件时。

3. 刀具寿命
刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间，称为刀具寿命，符号T，单位为min或s。
生产中常采用达到正常磨损VB=0.3mm时的刀具寿命。有时也采用在规定加工条件下，按完成额定工作量的可靠寿命；在自动化生产中保持工件尺寸精度的尺寸寿命。
七、工件材料的切削加工性 P231表10-4
切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。可以用刀具寿命高低和加工材料的物理、化学、力学性能来衡量切削该材料的难易程度。
良好的切削加工性应该是刀具的耐用度高、加工质量易于保证、消耗功率低、断屑问题易于解决。
Vt的含义是指当刀具寿命为t分钟时，切削某种材料所允许的切削速度。Vt值愈高，表示材料的切削加工性愈好。
当Kr>1时，该材料比45钢易切削，例如Kr>3的有色金属（铝镁合金）；当Kr<1时，该材料比45钢难切削，例如Kr <0.5的高锰钢、钛合金等，这些材料称为难加工材料。
常用材料的相对切削加工性可分为八级，见表10-4。
影响工件材料切削加工性的主要因素是材料的硬度、强度、塑性与韧性、导热系数、化学成份、金相组织、热处理方法等。

第六节 机械加工质量
产品质量是指用户对产品的满意程度。
它有三层含义：
产品的设计质量；
产品的制造质量；
服务。
一、 机械加工精度
1. 加工精度与加工误差
⑴ 加工精度
加工精度是指零件在加工之后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间相互位置）与理想零件几何参数相符合的程度。
⑵ 理想零件
对尺寸而言，就是零件尺寸的公差中心；对表面形状而言，就是绝对准确的圆柱面、平面、锥面等；对表面相对位置而言，就是指绝对的平行、垂直、同轴等。符合程度越好，则加工精度越高。
⑶ 加工精度的三个方面
① 尺寸精度
尺寸精度是指表面本身的尺寸精度和表面间的尺寸精度，如圆柱体的直径和圆柱体的长度。尺寸精度用尺寸公差的大小来表示。

② 形状精度 P233表10-5 P233图10-41
形状精度是指零件表面与理想表面之间在形状上相接近的程度，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度。
③ 位置精度
位置精度是表面、轴线或对称平面之间实际位置与理想位置相接近的程度，包括平行度、垂直度、同轴度、对称度等。
我国现行的形位公差标准为1996年修订的国家标准，其中《形状和位置公差》（GB/T1182～1184—1996）规定了14个形位公差，其中形状公差为6项，位置公差为8项。国家标准（GB/T1800～1804—1992）对尺寸公差划分为20个精度等级，对形状公差和位置公差分别划分为12个精度等级，并相应地制定了公差标准。
2. 加工经济精度
由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作、细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度等得到较大的提高，但这样做会降低生产率，增加加工成本。因此提出了加工经济精度的概念。
一般所说的加工经济精度指的是，在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能够保证的加工精度。
某一种加工方法的加工经济精度不应理解为确定值，而应理解为范围。
3. 原始误差
由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式（或扩大、或缩小）反映为工件的加工误差。工艺系统的误差称为原始误差。
工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、定位误差、工件内应力重新分布引起的变形等。
二、影响加工精度的主要因素
1. 工艺系统的几何误差
⑴ 机床的几何误差
机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。
⑵ 刀具的几何误差
采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆拉刀等）加工时，刀具的尺寸误差将直接影响工件尺寸精度。
采用成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状误差将直接影响工件的形状精度。
采用展成刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工时，刀齿切削刃的几何形状及其