机械加工简述机械零件除极少数采用精密铸造或精密模锻等近终成型加工生产外，目前绝大多数零件均须进行机械加工。机械加工是通过机械对工件的外形尺寸进行精确加工，去除多余材料的加工过程，是工业生产的重要环节。切削加工是机械加工方法中最重要的一类，利用刀具从毛坯表面切去多余材料，以获得符合图样规定的尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度的合格零件。按工艺特征，切削加工一般可分为车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。一、切削运动在切削过程中，为完成各类零件的加工，刀具和工件之间必定有相对运动，即切削运动。切削运动包括主运动和进给运动。图6.1所示为几种常见的切削加工运动简图。图6.1常见的切削加工运动简图I—主运动；II—进给运动1—待加工面；2—过渡表面；3—已加工表面（1）主运动主运动是切下切屑所需要的基本运动，没有主运动就无法进行切削加工。在机床所有的切削运动中，主运动的速度最快，消耗机床动力最大，且一般只有一个。如车削时工件的旋转运动，使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动称为主运动。（2）进给运动进给运动是将多余材料不断投入切削，从而加工完整表面所需的运动，可以由机床或人力提供，它使刀具与工件之间产生相对运动，加上主运动即可连续地切除切屑。没有进给运动就无法进行连续切削，进给运动可以有多个。二、切削参数、切削用量的选择1.切削参数机械加工的切削参数包括三个要素：切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap。（1）切削速度vc切削速度是切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，可用单位时间内刀具或工件沿主运动方向的相对位移量来表示，当主运动是旋转运动时：式中dw——工件待加工表面或刀具的最大直径（mm）；n——主运动的转数（r／min）。当主运动是往复直线运动时：式中L——往复运动的行程长度（mm）；nr——每分钟的往复次数（次／min）。（2）进给量f进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，单位为mm／r或mm／次。也可用进给速度vf，即单位时间内刀具或工件沿进给方向的相对位移表示，单位为mm／s。（3）背吃刀量ap背吃刀量是通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的吃刀量，即待加工面和已加工面之间的垂直距离，车外圆时：式中dw——工件待加工表面的直径（mm）；dm——工件已加工表面的直径（mm）。2.切削用量的选择切削用量对切削加工生产率、加工成本及加工精度影响很大，而刀具材料、刀具几何角度、工件材料、机床刚度、切削液等也都会影响切削用量的选择。选择切削用量应在保证质量的前提下，尽量提高生产率，降低成本。在切削加工过程中，半岛电竞下载刀具受切屑及工件的摩擦，会被磨损，磨钝后需要刃磨。如切削用量选得太大，则刀具很快被磨钝，刃磨时间长，生产率降低；如切削用量过小，需要很长时间才能切去所有多余金属，生产率也很低。在切削三要素中，影响刀具磨损速度最大的因素是切削速度，其次是进给量，最小的是背吃刀量。但是，进给量和背吃刀量增大，表面粗糙度值又会增大。综上所述，切削用量选择的基本原则是：粗加工时，应当在单位时间内切除尽量多的加工余量，使工件接近于最终的形状和尺寸。所以，在机床刚度及功率允许时，首先选择较大的背吃刀量ap，尽量在一次走刀过程中切去大部分多余金属；其次是取较大的进给量f，最后选取适当的切削速度和f，以降低表面粗糙度值，然后再选取较高或较低的切削速度vc。三、刀具不论哪一种切削刀具都是由切削部分（刀头）和夹持部分（刀体）所组成。夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分，要求能保证刀具正确的工作位置，传递所需要的运动和动力，并且紧固可靠，装卸方便。其材料一般选用45号钢或40Cr等结构钢，调质后硬度可达HRC30～HRC40。工作部分是刀具上直接参与切削工作的部分，刀具能否胜任切削工作，还取决于切削工作材料的性能。不论刀具构造如何复杂，它们的切削部分总可近似地看成是以外圆车刀切削部分为基本形态构成的，如图6.2所示。图6.2各种刀具的切削部分形状以普通外圆车刀为例，刀具切削部分是由下列要素组成（图6.3）：图6.3刀具切削部分的组成前刀面：切屑流出的表面；主后刀面：与工件上加工表面相对的表面；副后刀面：与工件上已加工表面相对的表面；主切削刃：前刀面与主后刀面的交线，它担任主要切削工作；副切削刃：前刀面与副后刀面的交线，它起附带的切削作用，并最终形成已加工表面；刀尖：主切削刃和副切削刃的连接部位，或者是切削刃转折的尖角部分，为了强化刀尖，许多刀具在刀尖处磨出直线形或圆弧形过渡刃。刀具工作时，切削部分承受很高的温度、压力和摩擦的作用，要求其必须具有如下基本性能：①冷硬性。刀具材料在常温下应具备高于工件材料硬度的性能，一般应大于HRC60。②韧性。刀具材料能承受冲击和振动而不破裂的能力，一般用抗弯强度来表示。③红硬性。刀具材料在高温下，仍然能保持切削所需的硬度的性能。上述三点是对刀具材料切削性能方面的要求，刀具的加工工艺则要求材料具有良好的高温塑性，热处理变形小，脱碳层小和淬透性好等特点，便于成型、切削加工、刃磨和焊接。常用刀具材料包括以下两种：（1）高速钢。当切削热在550℃～650℃时仍能保持刀具的硬度。因此它允许的切削速度比碳素工具钢高2～4倍，其抗弯强度和韧性比硬质合金好，能承受较大的冲击切削力。故适用于加工形状不规则的工件和制造复杂形状的刀具。常用的高速钢有W18Cr4V和W8Mo5Cr4V2等。（2）硬质合金。硬质合金具有很高的硬度及红硬性。在800℃～1000℃时仍能保持良好的切削性能，其切削速度是高速钢的4～10倍，应用广泛。但其材质较脆，刃口磨制困难，不宜制作形状复杂的刀具。硬质合金主要有钨钴合金（YG）和钨钴钛合金（YT）两大类。钨钴合金适用于加工脆性材料（如铸铁等），钨钴钛合金适用于加工塑性材料（如碳钢等）。四、切削液在切削加工时，使用切削液的主要作用是冷却、润滑、清洗、防锈。常见的切削液主要有如下3种。（1）水溶液。水溶液的主要成分是水，并加入少量的防锈剂 等。其冷却能 力强，但润滑性能较差 。 （2）乳 化 液。乳 化 液是由 水 和乳 化 油 混 合而成的乳 白 色 液体 。乳 化 液的浓 度根 据 不同 的用途 而配 制，低 浓 度的乳 化 液冷却能力强，高浓 度乳 化 液主要起 润 滑作用。 （3）油 类切削液。油 类切削液常用矿 物 油 ，有时采 用动植 物 油 或 混 合油 。 润滑作用良好，冷却能力低 。 切削液的选用主要根据工种、加工精度、工件材料、刀具材料等进行选择。 粗加工时，切削用量大、切削热多，采用水溶液或低浓度乳化液进行冷却；精加 工时，为提高工件表面质量、减少刀具磨损，采用油类切削液或高浓度乳化液。 铸铁、铝合金、铜合金的加工性能好，加工时一般不用切削液，硬质合金刀具和 陶瓷材料刀具的热硬性高，一般也不采用切削液。 五、零件切削加工步骤安排 1.切削工艺的过程 零件加工的工艺过程指的是生产过程中直接改变原材料的形状、尺寸和性能 使之变为成品的过程，包括：铸造、压力加工、焊接、机械加工、热处理、特种 加工、电镀、涂覆、装配等工艺过程。 其中机械加工过程包括： （1）工件的定位与夹装 定位是指使工件在机床上占据正确的加工位置，以保证被加工表面的精度， 夹装是指使工件在承受切削力时，能保持正确位置面对工件施加的力。 安装的方法包括直接安装法和利用夹具安装法，其中最常用的是夹具安装 法，其特点是定位精度高、生产率高，适用于大批量生产，其用到的夹具包括通 用夹具，即已标准化的夹具，如三爪卡 盘 、四 爪卡 盘 、平 口 虎 钳 等；专 用夹具（为 某 一特定零件的特定工序 专 门 设 计 和制 造的夹具）；其他 夹具。 （2）零件的工艺分 析 首 先 审 查 零件图 ，确定技 术 要求 的完 整 性、精度要求 的可 行性以及 零件材料 和结 构 的工艺性；然 后 确定毛 坯 的加工余 量；再 定位基 准，最后 拟 定工艺路 线）工艺路 线 的拟 定 零件精度要求 较 高时，往 往 需 要将 加工过程分 为几 个 阶 段 ，一般分 为粗加工、 精加工和光 整 加工等。 2.切削加工工序 的安排原则 （1）基 面先 行原则 用作 基 准的表面，应 优 先 加工。因 为定位基 准的表面越 精确，夹装误 差 就 越 小 ，所 以任 何 零件的加工过程，总 是先 对定位基 准面进行粗加工和半 精加工，必 要时还 要进行精加工。 （2）先粗后精原则 各个表面的加工顺序一般是按照粗加工→半精加工→精加工→光整加工的 顺序进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减少表面粗糙度。 （3）先主后次原则 零件上的工作面及装配精度要求较高的表面，属于主要表面，应先加工。自 由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可 穿行，一般安排在主要表面达到一定精度后，最终精加工之前加工。 （4）先面后孔原则 对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平面，后加工孔。这样安 排加工顺序，一方面是用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面是在加工过的 平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度。 六、零件加工的技术要求 每个零件的加工质量决定了由其组装而成的设备的质量。在设计零件时应对 每个零件提出合理的技术要求。零件的技术要求包括：加工精度、表面粗糙度、 零件热处理及表面处理等。 1.加工精度 加工精度是指零件在加工以后，其尺寸、形状及各加工面之间的相互位置等 技术参数的实际数值与设计数值相符合的程度。加工精度包括零件的尺寸精度、 形状精度和位置精度。 （1）尺寸精度 尺寸精度是指尺寸的准确程度。它是由尺寸公差控制的，公差是在满足零件 使用要求的前提下所允许的加工误差范围。如零件的基本尺寸相同，公差越大则 尺寸精度越低。GB／T 1800—1997 规定，标准的尺寸公差分为20 个等级，即IT01， IT0，IT1～IT18，IT 后面的阿拉伯数字越大，公差值就越大，精度就越低。其 标注方法如图 6.4 所示，图 6.4 中轴的外圆直径加工后，测量尺寸只要满足 49.985～50.010mm即可。＋0.010－（－0.015）＝0.025mm叫作尺寸公差。 图6.4 尺寸和形状公差标示例 （2）形状精度 形状精度是指线或面的实际形状相对于理想形状的准确程度，它由形状公差 确定。GB／T 1182—2008 规定了8 项形状公差，符号如表6.1 所示。形状公差 标注的方法示于图6.4 中。 表6.1 形状位置公差的符号 （3）位置精度 位置精度是指零件上点、线、面的实际位置相对于理想位置的准确程度。它 是由位置公差决定的。GB／T 1182 —2008 规定了6 项位置公差，符号如表6.1 所示。 2.表面粗糙度 表面粗糙度是指零件表面的微观不平程度。它影响零件的耐磨性、耐腐蚀性、 疲劳强度以及配合性质。所以，当零件工作时，高速运动、承受重载荷或动载荷， 在腐蚀介质或振动环境下工作时，都要求零件的表面粗糙度值尽量低。 GB／T 1031—2009 及GB／T 131—2006 推荐用轮廓的算术平均偏差Ra 标注 表面粗糙度。在图样上常见的符号如下： 表示表面可用任何方法获得。当不加注粗糙度参数值或有关说明（如表 面处理、局部热处理状况等）时，仅适用于简化代号标注。 表示非加工表面。即铸、锻、板料冲压、轧制、拉拔、粉末冶金等不去 除材料的方法获得的表面或保持原材料（包括上道工序）状况的表面。 表示加工表面。即采用车、铣、刨、磨、钻、剪切、抛光、电火花加工