機械制造技術(shù)基礎(chǔ)-2基礎(chǔ)知識課件

1、第2章 機械制造過程基礎(chǔ)知識本章要點機械制造工藝機械加工方法定位原理與定位誤差工件材料切削加工性刀具材料與刀具幾何角度機床與夾具1機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章 機械制造過程基礎(chǔ)知識Fundamental of Mechanical Manufacturing Process2.1 機械制造工藝總論Introduction to Mechanical Manufacturing Process22.1.1 機械制造工藝過程機械制造中與產(chǎn)品生成直接有關(guān)的生產(chǎn)過程常被稱為機械制造工藝過程 機械制造工藝過程主要內(nèi)容 毛坯和零件成形鑄造、鍛壓、沖壓、焊接 、壓制、燒結(jié)、注塑、壓塑 機械加工切削、磨削、特種加工

2、 材料改性與處理熱處理、電鍍、轉(zhuǎn)化膜、涂裝、熱噴涂 機械裝配把零件按一定的關(guān)系和要求連接在一起，組合成部件和整臺機械產(chǎn)品，包括零件的固定、連接、調(diào)整、平衡、檢驗和試驗等工作 32.1.2 機械制造工藝方法機械制造工藝方法與分類JB/T5992-92按大、中、小和細分類四個層次劃分 大類中類代碼代碼名稱0123456789中類名稱0鑄造砂型鑄造特種鑄造1壓力加工鍛造軋制沖壓擠壓旋壓拉拔其他2焊接電弧焊電阻焊氣焊壓焊特種焊接釬焊3切削加工刃具 加工磨削鉗加工4特種加工電物理加工電化學(xué)加工化學(xué)加工復(fù)合加工其他5熱處理整體熱處理表面熱處理化學(xué)熱處理6覆蓋層電鍍化學(xué)鍍真空 沉積熱侵鍍轉(zhuǎn)化膜熱噴涂涂裝其他

3、78裝配包裝裝配試驗與檢驗包裝9其他粉末冶金冷作非金屬成形表面 處理防銹纏繞編織其他表2-1 機械制造工藝方法類別劃分及代碼（JB/T5992-92）42.1.3 零件成形方法零件成形方法 材料成形法進入工藝過程物料初始重量近似等于加工后最終重量。如鑄造、壓力加工、粉末冶金、注塑成形等，這些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。 材料去除法零件的最終幾何形狀局限在毛坯的初始幾何形狀范圍內(nèi)，零件形狀的改變是通過去除一部分材料，減少一部分重量來實現(xiàn)的。如切削與磨削，電火花加工、電解加工等特種加工等。 材料累加法傳統(tǒng)的累加方法有焊接、粘接或鉚接等，通過不可拆卸連接使物料結(jié)合成一個整體，形成零件。近

4、幾年才發(fā)展起來的快速原型制造技術(shù)（RPM），是材料累加法的新發(fā)展。 5快速原型制造技術(shù)（RPM） 快速原型制造（Rapid Photograph Manufacturing RPM），又稱“快速成形技術(shù)”（ Rapid Photograph RP）或“分層制造”（Layer Manufacturing LM），是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)。它將計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機數(shù)控（CNC）、精密伺服驅(qū)動、新材料等先進技術(shù)集于一體，依據(jù)計算機上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計模型，對其進行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的箔

5、材（或固化一層層的液態(tài)樹脂，或燒結(jié)一層層的粉末材料），或噴射源選擇性地噴射一層層的粘結(jié)劑或熱熔材料等，形成一個個薄層，并逐步迭加成三維實體（見圖2-1）。2.1.3 零件成形方法6圖2-1 快速成型過程噴粘結(jié)劑噴熱熔材料三維產(chǎn)品（樣品/模具）表面處理構(gòu)造三維模型模型近似處理切片處理激光噴射源固化樹脂切割箔材燒結(jié)粉末2.1.3 零件成形方法7a） b）圖2-2 傳統(tǒng)加工與快速成型比較模具模具設(shè)計鑄造焊接鍛壓毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工設(shè)計模具樣品快速成形2.1.3 零件成形方法8圖2-2a 快速成型機床及快速成型件2.1.3 零件成形方法Real9機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章 機械制造過程

6、基礎(chǔ)知識Fundamental of Mechanical Manufacturing Process2.2 機械制造工藝過程Mechanical Manufacturing Process102.2.1 機械加工工藝過程及其組成200.07210.8圖2-3 階梯軸3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221flashflash 工序是指由一個或一組工人在同一臺機床或同一個工作地，對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分機械加工工藝過程。 安裝在一道工序中，工件每經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序稱為安裝。112.2.1 機械加工工藝過程及

7、其組成工位工件在機床上占據(jù)每一個位置所完成的那部分工序稱為工位。圖2-4 多工位加工1：裝卸工件 2：鉆孔 3：擴孔 4：絞孔flash122.2.1 機械加工工藝過程及其組成工步指在加工表面不變、切削刀具不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序。（在一個工步內(nèi)，若有幾把刀具同時加工幾個不同表面，稱此工步為復(fù)合工步） 走刀同一加工表面加工余量較大，可以分作幾次工作進給，每次工作進給所完成的工步稱為一次走刀。 a）立軸轉(zhuǎn)塔車床的一個復(fù)合工步 b）鉆孔、擴孔復(fù)合工步圖2-5 復(fù)合工步132.2.2 機械裝配工藝過程 機械裝配工藝過程 將組成機器的零、部件按一定的精度要求和技術(shù)條件連接與固定在一起，構(gòu)成合

8、格機械產(chǎn)品的過程 機械裝配工作 包括：組裝、部裝、總裝、調(diào)試、檢驗、試車、涂裝與包裝等 裝配工序、工步和操作裝配工序在一個工作地點，由一個或一組工人所連續(xù)完成的那一部分裝配工作裝配工步裝配工序的組成部分，在裝配工步中，裝配對象、裝配工具和裝配方法均不改變裝配操作裝配工步中各個裝配動作 flash142.2.3 生產(chǎn)類型及其工藝特點 生產(chǎn)綱領(lǐng) N = Q n（1+% +% ） （2-1）單件小批生產(chǎn)批量生產(chǎn)大批大量生產(chǎn) 式中 Q 產(chǎn)品年產(chǎn)量（件/年）； n 每臺產(chǎn)品中該零件數(shù)量（件/臺）； 備品率； 廢品率。 生產(chǎn)類型15機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章 機械制造過程基礎(chǔ)知識Fundamental of

9、Mechanical Manufacturing Process2.3 零件機械加工方法Mechanical Machining Method for Parts162.3.1 零件表面形成方法 軌跡法 成形法 相切法 展成法flashflashflashflasha）軌跡法 b）成形法c）相切法 d）展成法圖2-6 零件表面成形方法17主運動 指直接切除工件上的余量形成加工表面的運動。主運動的速度即切削速度，用v（m/s）表示。 主運動和進給運動是實現(xiàn)切削加工的基本運動，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成；可以是直線運動（用 T 表示），也可以是回轉(zhuǎn)運動（用 R 表示）。正是由于上述不同運

10、動形式和不同運動執(zhí)行元件的多種組合，產(chǎn)生了不同的加工方法。進給運動 指為不斷把余量投入切削的運動。進給運動的速度用進給量（fmm/r）或進給速度（vf mm/min）表示。定位和調(diào)整運動 使工件或刀具進入正確加工位置的運動。如調(diào)整切削深度，工件分度等。2.3.2 切削加工的成形運動 18 外圓磨無心磨車銑加工滾壓加工銑削成形磨（橫磨）主運動進給運動表2-2 外圓表面加工方法 刀 具T/ RT主運動進給運動 工 件表 面 成 形 原 理 圖RRRRRTRRT/ R車削成形車削拉削研磨2.3.3 典型表面加工方法19表2-3 內(nèi)圓表面加工方法表 面 成 形 原 理 圖鉆擴鉸鏜拉擠行星式內(nèi)圓磨主運動

11、進給運動刀 具主運動進給運動工 件RRTRRT/ RTRTRTTRTT內(nèi)圓磨無心磨2.3.3 典型表面加工方法20主運動進給運動表2-4 平面加工方法刀 具主運動進給運動工 件表 面 成 形 原 理 圖RTRTTT刨插周銑端銑平磨端面平磨車拉T2.3.3 典型表面加工方法21車螺紋板牙主運動進給運動表2-5 螺紋加工方法刀 具主運動進給運動工 件表 面 成 形 原 理 圖RTRRTTR滾壓絲錐銑螺紋梳形銑刀旋風(fēng)銑磨螺紋RR2.3.3 典型表面加工方法22主運動進給運動表2-6 齒形加工方法刀 具主運動進給運動工 件表 面 成 形 原 理 圖RTRTTR/TRRR/T銑齒指狀銑刀銑齒成形磨齒滾齒

12、剃齒插齒蝸桿砂輪磨齒碟形砂輪磨齒錐形砂輪磨齒2.3.3 典型表面加工方法232.3.4 切削用量與切削層截面參數(shù)切削用量 切削速度vc若主運動為往復(fù)運動時，其平均速度為： （2-2）式中 n 主運動轉(zhuǎn)速（r/s）； d 刀具或工件的最大直徑（mm）。式中 nr 主運動每秒鐘往復(fù)次數(shù)（str/s）； l 往復(fù)運動行程長度（mm）。 （2-3）進給量：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(或主運動一循環(huán)時)，兩者沿進給方向上相對移動的距離，單位為mm/r。背吃刀量：主刀刃與工件切削表面接觸長度在主運動方向及進給運動方向所組成的平面的法線方向上測量的值。 242.3.4 切削用量與切削層截面參數(shù)切削層截面參數(shù) 切削

13、厚度 （2-4）切削寬度 （2-5）圖2-7 切削層截面bDhD = ffdwDmapa）rhDbD = apb）c）25機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章 機械制造過程基礎(chǔ)知識Fundamental of Mechanical Manufacturing Process2.4 基準(zhǔn)與裝夾Datum and Fixing262.4.1 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 確定加工對象上幾何要素間幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面稱為基準(zhǔn)。 設(shè)計基準(zhǔn) 在設(shè)計圖樣上所采用的基準(zhǔn) 圖2-8 定位支座零件272.4.1 基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn) 在工藝過程中所采用的基準(zhǔn)。又可分為：工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)。 圖2-9a 支座零件第1工序（車

14、削）282.4.1 基準(zhǔn)圖2-9b 支座零件第1工序（鉆孔）292.4.1 基準(zhǔn)圖2-9c 支座零件第3工序（鉆、锪 4 分布孔）302.4.1 基準(zhǔn)圖2-9d 支座零件第4工序（磨內(nèi)孔、端面）圖2-9e 支座零件第5工序（磨外圓、臺階面）312.4.2 工件裝夾劃線找正裝夾（圖2-11） 精度不高，效率低，多用于形狀復(fù)雜的鑄件直接找正裝夾（圖2-10） 精度高，效率低，對工人技術(shù)水平高夾具裝夾（圖2-12） 精度和效率均高，廣泛采用裝夾的含義 裝夾又稱安裝，包括定位和夾緊兩項內(nèi)容。定位 使工件在機床或夾具上占有正確位置夾緊 對工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過程中保持不變工件裝夾方

15、法322.4.2 工件裝夾 圖2-10 直接找正安裝flash毛坯孔加工線找正線 圖2-11 劃線找正安裝flash332.4.2 工件裝夾圖2-12 工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）342.4.3 定位原理 圖 2-13 六點定位原理XZY 六點定位原理 要確定其空間位置，就需要限制其 6 個自由度 將 6 個支承抽象為6個“點”，6個點限制了工件的6 個自由度，這就是六點定位原理。 任何一個物體在空間直角坐標(biāo)系中都有 6 個自由度用 表示35圖 2-14 工件以平面3點定位XYZ 與理論力學(xué)、機構(gòu)學(xué)自由度概念差別 位置不定度 夾緊與定位概念分開 工件、夾具是彈性體 兩點注意：“點”的含義 對自

16、由度的限制，與實際接觸點不同2.4.3 定位原理 36工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。完全定位與不完全定位不完全定位主要有兩種情況： 工件本身相對于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉(zhuǎn)的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。 工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制 3 個自由度就夠了。2.4.3 定位原理 372.4.3 定位原理 完全定位與不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd） e

17、）ZYXf）ZYX圖2-15 工件應(yīng)限制的自由度38欠定位工件加工時必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。圖2-16 欠定位示例XZYa）b）BBB2.4.3 定位原理 39過定位 過定位工件某一個自由度（或某幾個自由度）被兩個（或兩個以上）約束點約束，稱為過定位。 過定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經(jīng)過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機械加工，但加工精度

18、不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準(zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。2.4.3 定位原理 40 過定位分析（桌子與三角架）圖2-17 過定位分析2.4.3 定位原理 41 過定位分析圖2-18 過定位示例a）ZYXYc）ZYXY2.4.3 定位原理 b）ZYYX42 過定位分析圖2-19 過定位示例XYa）ZYb）ZYXY2.4.3 定位原理 43 一面兩孔定位分析D1D2d2d1b圖2-20 一面兩孔定位干涉分析2.4.3 定位原理 44刀柄主軸拉桿漲套 過定位應(yīng)用圖2-21 HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結(jié)構(gòu)HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24間隙主軸拉桿刀柄2.4.3 定位

19、原理 定位端面配合錐面45 過定位討論如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02 A間隙配合剛性心軸圖2-22 過定位示例2.4.3 定位原理 46圖2-22a 過定位引起夾緊變形2.4.3 定位原理 47橡膠墊圖2-22b 過定位處理分析2.4.3 定位原理 48 討論分析圖示定位方案：各方案限制的自由度有無欠定位或過定位對不合理的定位方案提出改進意見。 b）XZYXc）XZYXa）YXZ圖2-23 過定位分析2.4.3 定位原理 49a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ圖2-23a 過定位示例

20、分析2.4.3 定位原理 50b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX圖2-23b 過定位示例分析2.4.3 定位原理 51c）XZYXc）XZYXc1）YXXZ圖2-23c 過定位示例分析2.4.3 定位原理 52ZXYZXYZXYZXY圖2-24 工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。圖2-24給出了平面定位的幾種情況。ZXYZXY2.4.4 定位方法與定位元件 工件以平面定位53圖2-25 工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓

21、錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。工件以圓孔定位所限制的自由度見圖 2-25。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ2.4.4 定位方法與定位元件 工件以圓孔定位54圖2-26 工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿（用套筒和卡盤代替心軸或柱銷）。工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊，短V型塊限制2個自由度，長V型塊（或兩個短V型塊組合）限制4個自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ2.4.4 定位方法與定位元件 工件以外圓柱面定位55除平面、圓孔、外圓柱

22、面外，工件有時還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。圖2-27為工件以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉(zhuǎn)動外的 5個自由度。圖2-27 工件以錐孔定位2.4.4 定位方法與定位元件 工件以其他表面定位56在多個表面同時參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。通常稱定位點數(shù)最多的表面為主要定位面或支承面，稱定位點數(shù)次多的表面為第二定位基準(zhǔn)面或?qū)蛎?，稱定位點數(shù)為 1 的表面為第三定位基準(zhǔn)面或止動面。2.4.4 定位方法與定位元件 定位表面的組合XZY圖2-28 工件在兩頂尖上定位在分析多個表面定位情況下各表面限制的自由度時，分清主次定位面很重要。如圖2-28所

23、示工件在兩頂尖上的定位，應(yīng)首先確定前頂尖限制的自由度，他們是 。然后再分析后頂尖限制的自由度。此時，應(yīng)與前頂尖一起綜合考慮，可以確定其限制的自由度是 。572.4.5 定位誤差 定位誤差的概念 例如在軸上銑鍵槽，要求保證槽底至軸心的距離H。若采用V 型塊定位，鍵槽銑刀按規(guī)定尺寸H調(diào)整好位置（圖2-29）。實際加工時，由于工件直徑存在公差，會使軸心位置發(fā)生變化。不考慮加工過程誤差，僅由于軸心位置變化而使工序尺寸H也發(fā)生變化。此變化量（即加工誤差）是由于工件的定位而引起的，故稱為定位誤差。圖2-29 定位誤差HOAO1O2DW定位誤差是由于工件在夾具上（或機床上）定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。581

24、）由于工件定位表面或夾具定位元件制作不準(zhǔn)確引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位置誤差，如圖2-29所示例子。2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。 圖2-30所示工件以底面定位銑臺階面，要求保證尺寸a，即工序基準(zhǔn)為工件頂面。如刀具已調(diào)整好位置，則由于尺寸b的誤差會使工件頂面位置發(fā)生變化，從而使工序尺寸a產(chǎn)生誤差。bDWa圖2-30 由于基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差工序基準(zhǔn) 定位基準(zhǔn)2.4.5 定位誤差 定位誤差的來源592.4.5 定位誤差 定位誤差計算在采用調(diào)整法加工時，工件的定位誤差實質(zhì)上就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量。因此計算定位誤差，首先要找出工序尺寸

25、的工序基準(zhǔn)，然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量即可。用幾何方法計算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動的極限位置；然后運用三角幾何知識，求出工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量，即為定位誤差。1. 用幾何方法計算定位誤差60 當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的直徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量，即無論工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心軸線，其定位誤差均為： DW = Dmax dmin （2-6）式中 DW 定位誤差 Dmax工件定位孔最大直徑 dmin夾具定位銷最小直徑【解】2.4.5 定位誤差 【例2-4】圖2-31所示為孔與銷

26、間隙配合的情況，若工件的工序基準(zhǔn)為孔心，試確定其定位誤差。圖2-31 孔與銷間隙配合時的定位誤差DmaxdminODWO1O2612.4.5 定位誤差 某些情況，工件孔與夾具定位銷保持固定邊接觸（圖2-32），此時孔心在接觸點與銷子中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差的一半。若工件的定位基準(zhǔn)仍為孔心，且工序尺寸方向與接觸點和銷子中心連線方向相同，則其定位誤差為：圖2-32 孔與銷間隙配合固定邊接觸時定位誤差DmaxO1DminODWO2 DW = （Dmax Dmin） = TD （2-7）1212此時，孔在銷上的定位已由定心定位轉(zhuǎn)化為支承定位的形式，定位基準(zhǔn)也由孔心變成了與定位銷固定邊接觸的

27、一條母線。這種情況下，定位誤差是由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合所造成的，屬于基準(zhǔn)不重合誤差，與定位銷直徑無關(guān)。622.4.5 定位誤差 2. 用微分方法計算定位誤差【例2-5】工件在V型塊上定位銑鍵槽，計算定位誤差【解】要求保證的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圓中心的距離H（或槽底至外圓下母線的距離H1，或槽底至外圓上母線的距離H2 ）；鍵槽對工件外圓中心的對稱度 OA =Sin(/ 2)OB =Sin(/ 2)d對上式求全微分，得到：d(OA) =Sin(/ 2)1 d(d) Sin(/ 2)1 d()圖2-33 外圓表面在V型塊上的定位誤差HBOA 對于第1項要求，考慮第1種情況（工序基準(zhǔn)

28、為圓心O，見圖2-33），寫出O點至加工尺寸方向上某一固定點（如V型塊兩斜面交點A）的距離：63以微小增量代替微分，并將尺寸誤差視為微小增量，且考慮到尺寸誤差可正可負，各項誤差均取最大值，得到工序尺寸H的定位誤差： 2.4.5 定位誤差 定位（2-8）式中 Td 工件外圓直徑公差； T V型塊兩斜面夾角角度公差。若忽略V型塊兩斜面夾角的角度公差，可以得到用V型塊對外圓表面定位，當(dāng)工序基準(zhǔn)為外圓中心時，在垂直方向（圖2-33中尺寸H方向）上的定位誤差為： （2-9）64對于第2項要求，若忽略工件的圓度誤差和V型塊角度偏差，可以認為工序基準(zhǔn)（工件外圓中心）在水平方向上的位置變動量為零，即使用V型塊

29、對外圓表面定位時，在垂直于V型塊對稱面方向上定位誤差為零。2.4.5 定位誤差 若工件工序基準(zhǔn)為外圓下母線或上母線時，用同樣方法可求出其定位誤差分別為：圖2-34 外圓表面在V型塊上的定位誤差b）a）H2BdOH1BOAC（2-10）65機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章 機械制造過程基礎(chǔ)知識Fundamental of Mechanical Manufacturing Process2.5 機床與夾具Machine Tool and Fixture662.5.1 機床的分類與型號編制 機床的分類 按機床的加工性質(zhì)和所用刀具來分類，分成為12大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、

30、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床和其它機床。 每一類機床，又可按其結(jié)構(gòu)、性能和工藝特點的不同細分為若干組。672.5.1 機床的分類與型號編制 注：1）有“”符號者，為大寫的漢語拼音字母； 2）有“”符號者，為阿拉伯?dāng)?shù)字； 3）有“（ ）”的代號或數(shù)字，當(dāng)無內(nèi)容時則不表示，有內(nèi)容時應(yīng)去掉括號分類代號類別代號通用特性和結(jié)構(gòu)特性代號組別代號型別代號主參數(shù)或設(shè)計順序號主軸數(shù)（用“ ”分開）重大改進序號同一型號機床的變型代號(用“”分開)最大跨距、最大工件長度、工作臺長度等第二參數(shù)(用“”分開)() () () () () ()機床型號表示方法682.5.2 機床的組成 1）動力源：為機床提供動力（功

31、率）和運動的驅(qū)動部分2）傳動系統(tǒng)：包括主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)和其他運動的傳動系統(tǒng)，如變速箱、進給箱等部件3）支撐件：用于安裝和支承其它固定的或運動的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等4）工作部件：包括機床的組成與主運動和進給運動的有關(guān)執(zhí)行部件，如主軸及主軸箱、工作臺及其溜板、滑枕等安裝工件或刀具的部件；與工件和刀具有關(guān)的部件或裝置，如自動上下料裝置、自動換刀裝置、砂輪修整器等；與上述部件或裝置有關(guān)的分度、轉(zhuǎn)位、定位機構(gòu)和操縱機構(gòu)等。692.5.2 機床的組成 5）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)用于控制各工作部件的正常工作，主要是電氣控制系統(tǒng)，有些機床局部采用液壓或氣動控制系統(tǒng)。數(shù)控機床則是數(shù)

32、控系統(tǒng)。6）冷卻系統(tǒng)7）潤滑系統(tǒng)機床的組成8）其他裝置：如排屑 裝置，自動測量裝置70圖2-35 臥式車床的基本結(jié)構(gòu)及運動1主軸箱 2夾盤 3刀架 4后頂尖 5尾座 6床身7光杠 8絲杠 9溜板箱 10底座 11進給箱XZn 普通車床2.5.2 機床的組成 71 萬能臥式升降臺銑床nXY2.5.2 機床的組成 圖2-36 萬能臥式升降臺銑床1底座 2床身 3懸梁 4主軸 5支架 6工作臺 7回轉(zhuǎn)盤 8床鞍 9升降臺72圖2-37 立式鉆床1工作臺 2主軸 3主軸箱 4立柱 5底座圖2-38 搖臂鉆床1底座 2工作臺 3立柱 4搖臂 5主軸箱和進給箱 6主軸nnff 立式鉆床與搖臂鉆床2.5.2

33、 機床的組成 73圖2-39 臥式鏜床1床身 2下滑座 3工作臺 4主軸箱 5前立柱 6主軸 7后立柱 8后支撐XZfn臥式鏜床2.5.2 機床的組成 74 普通外圓磨床圖2-40 普通外圓磨床1床身 2床頭箱 3砂輪 4砂輪主軸箱 5尾座 6導(dǎo)軌 7工件 8工作臺fLfRnGnW2.5.2 機床的組成 75 立式加工中心2.5.2 機床的組成 nXYZ圖2-41 立式加工中心1床身 2滑座 3工作臺 4立柱 5數(shù)控柜 6機械手 7刀庫 8主軸箱 9驅(qū)動電柜 10操縱面板762.5.3 機床的運動 1）主運動對切削起主要作用的工作運動，消耗機床的主要功率。機床主運動只有1個。 主要形式： 工件

34、或刀具作回轉(zhuǎn)運動，用轉(zhuǎn)速（r/mim）表示； 工件或刀具作直線運動，用速度（m/s）或行程次數(shù)（dst/min）表示； 復(fù)合運動2）進給運動使工件不斷投入切削的運動。機床的進給運動可以有一個或幾個。 兩種形式：連續(xù)進給和間歇進給。 表示方法：mm/s，mm/r，mm/ dst表面成形運動773.5.3 機床的運動 1）切入（吃刀）運動 2）空行程運動（ 趨進、退刀、返回、調(diào)位） 3）其他（分度、轉(zhuǎn)位、變速、換刀、測量、補償） 輔助運動782.5.3 機床的技術(shù)參數(shù) 表2-7 常用機床主參數(shù)和第二主參數(shù)最大模數(shù)最大工件直徑滾齒機工作臺工作面長度工作臺工作面寬度坐標(biāo)鏜床工作臺工作面長度工作臺工作面

35、寬度矩臺平面磨床最大磨削長度最大磨削直徑外圓磨床主軸直徑臥式鏜床最大跨矩最大鉆孔直徑搖臂鉆床工作臺工作面長度工作臺工作面寬度升降臺銑床最大車削直徑立式車床工件最大長度床身上工件最大回轉(zhuǎn)直徑普通車床第二主參數(shù)主參數(shù)機床名稱尺寸參數(shù) 表示機床加工范圍，包括主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他參數(shù)。792.5.3 機床的技術(shù)參數(shù) 運動參數(shù) 指機床執(zhí)行件運動速度。如主軸最高、最低轉(zhuǎn)速，最大、最小進給量等。動力參數(shù) 指機床電動機功率。精度參數(shù) 表示機床精度的參數(shù)，如主軸回轉(zhuǎn)精度、工作臺定位精度、重復(fù)定位精度等。剛度參數(shù) 表示機床剛度的參數(shù)，包括靜剛度和動剛度。其他參數(shù)80圖2-42 銑軸端槽夾具1 V型塊 2 支撐

36、套 3 手柄 4 定向鍵 5 夾具體 6 對刀塊2.5.4 機床夾具1）定位元件及裝置123646）其他元件及裝置（防護、防錯、分度）5）夾具體4）連接元件3）對刀及導(dǎo)向元件2）夾緊元件及裝置夾具的組成81夾具的分類1）通用夾具：三爪、四爪卡盤，平口鉗等，一般由專業(yè)廠生產(chǎn)，常作為機床附件提供給用戶。2）專用夾具：為某一工件特定工序?qū)ｉT設(shè)計的夾具，多用于批量生產(chǎn)中。3）通用可調(diào)整夾具及成組夾具：夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。4）組合夾具：由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成。根據(jù)工件的工藝要求，將不同的組合夾具元件像搭積木一樣，組裝成各種專用夾具。使用后，元件可拆

37、開、洗凈后存放，待需要時重新組裝。組合夾具特別適用于新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)。5）隨行夾具：在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。按夾具使用范圍劃分2.5.4 機床夾具822.5.4 機床夾具三爪卡盤四爪卡盤萬向平口鉗回轉(zhuǎn)工作臺分度頭圖2-43 通用夾具83圖2-44 專用夾具 4 3D L零件工序簡圖2.5.4 機床夾具84零件工序簡圖43DLLD43D43LDL34DL43DL34圖2-45 成組夾具KH1KH2KH3KH42.5.4 機床夾具85圖2-46 組合夾具1234567891011121314151617181加筋角鐵（2） 2槽用螺栓（6） 3平鍵（10） 4方形支承 5定位支

38、承 6方形支承 7平墊圈 8六角螺母（8） 9 槽用螺栓 10鉆套螺釘 11快換鉆套 12鉆模板 13圓形定位銷 14工件 15方形支承 16角鐵 17壓緊螺釘 18基礎(chǔ)板2.5.4 機床夾具86圖2-46a 銑撥叉槽組合夾具1方形基礎(chǔ)板 2小長方支承 3，14，20六角螺母 440圓形定位盤 5大長方支承 6螺釘 7右支承角鐵 8，10厚六角螺母 9墊圈 11槽用螺栓 12側(cè)中孔定位支承 13小長方支承 15回轉(zhuǎn)壓板 16雙頭螺栓 1724圓形定位銷 18圓螺母 19工件87圖2-46b 組合夾具實例2.5.4 機床夾具88可分為鉆床夾具、銑床夾具、車床夾具、磨床夾具等。按使用機床劃分可分為

39、手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、真空夾具、電動夾具等。按夾緊力源劃分2.5.4 機床夾具夾具的分類氣動虎鉗 液壓夾具89機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章 機械制造過程基礎(chǔ)知識Fundamental of Mechanical Manufacturing Process2.6 切削刀具Cutting Tool902.6.1 刀具結(jié)構(gòu) 車刀a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機夾式車刀圖2-47 車刀的結(jié)構(gòu) 外圓車刀是最基本、最典型的刀具，由刀頭和刀體組成。 車刀的切削部分由3個刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2個刀刃（主切削刃和副切削刃）和1個刀尖組成。912.6.1 刀具結(jié)構(gòu) 刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可

40、視為車刀的演變或組合圖2-48 各種刀具切削部分的形狀922.6.2 刀具幾何角度 刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系（主剖面坐標(biāo)系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面 PoA1）基面 Pr ：通過切削刃選定點與主運動方向垂直的平面?；媾c刀具底面平行。切削平面 Ps基面 Pr圖2-49 車刀主剖面坐標(biāo)系2）切削平面 Ps：通過切削刃選定點與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面 Po：通過切削刃選定點垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。931）前角o 在主剖面內(nèi)測量，是前刀面與基面的夾角。通過選定點的基面位于刀頭實體之外時o定為正值；位于刀頭實體之內(nèi)時o定為負值。o影響切削難易程度。增大前角可使

41、刀具鋒利，切削輕快。但前角過大，刀刃和刀尖強度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，影響刀具壽命。ArA 向f圖2-50 車刀的主要角度0000rrs02.6.2 刀具幾何角度 刀具標(biāo)注角度 用硬質(zhì)合金車刀切削鋼件，o取1020；切削灰鑄鐵，o取515；切削鋁及鋁臺金，o取2535；切削高強度鋼，o取-5 -10。94ArA 向f圖2-50 車刀的主要角度0000rrs2）后角o 后角o在主剖面內(nèi)測量，是主后刀面與切削平面的夾角。 后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工表面之間的摩擦以及主后刀面的磨損。但后角過大，刀刃強度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，反而會加快主后刀面的磨損。02.6.2 刀具幾何角度 粗加工和

42、承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強度，后角可選小些，一般為46；精加工時切深較小，為保證加工的表面質(zhì)量，后角可選大一些，一般為812。95 主偏角應(yīng)根據(jù)加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45、60、75、90幾種。3）主偏角r 在基面內(nèi)測量，是主切削刃在基面上投影與假定進給方向的夾角。r的大小影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削的長度增加，負荷減輕，同時加強了刀尖，增大了散熱面積，使刀具壽命提高。r的大小還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大，當(dāng)加工剛性較弱的工件時，易引起工件變形和振動。2.6.2 刀具幾何角度 ArA 向f圖2-50 車刀的主要角度0000rrsr96rAA 向f

43、圖2-50 車刀的主要角度0000rrs4）副偏角r r在基面內(nèi)測量，是副切削刃在基面上的投影與假定進給反方向的夾角。 副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦，以防止切削時產(chǎn)生振動。副偏角的大小影響刀尖強度和表面粗糙度。2.6.2 刀具幾何角度 r 在切深、進給量和主偏角相同的情況下，減小副偏角可使殘留面積減小，表面粗糙度降低。97a）b）c）圖2-51 刃傾角對排屑方向的影響2.6.2 刀具幾何角度 5）刃傾角s切削平面內(nèi)測量，是主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c時,s定為正值；反之位負。 s影響刀尖強度和切屑流動方向。粗加工時為增強刀尖強度，s常取負值；精加工時為

44、防止切屑劃傷已加工表面，s常取正值或零。98刀具工作角度刀具安裝對工作角度的影響圖2-52 車刀安裝高度對工作角度的影響re=r0e=0a） 0e0b） 0e0c） rer rer 2.6.2 刀具幾何角度 99刀具工作角度 式中角是主運動方向與合成切削速度方向間的夾角。 進給運動對工作角度的影響橫切（圖2-53）0e=0-0e=0+ 0PsPes圖2-53 切斷刀的工作角度fx0（2-8）2.6.2 刀具幾何角度 （2-8a）100 縱切（圖2-54） 在進給剖面，有：將其換算到主剖面內(nèi)得到：在主剖面內(nèi)：（2-9）OO圖2-54 外圓車刀工作角度ffoeoedwooforACAO vf B

45、C B f O dwffeffe2.6.2 刀具幾何角度 101對刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足夠的強度和韌性3）較好的熱硬性4）良好的工藝性5）經(jīng)濟性2.6.3 刀具材料 刀具材料的發(fā)展1022.6.3 刀具材料 圖2-55 刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼 （PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）1032

46、.6.3 刀具材料 天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性圖2-56 刀具材料的耐磨性與斷裂韌性104刀具材料種類很多，常用的有工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具。 高速鋼 高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。 特點：1）強度高，抗彎強度為硬質(zhì)合金的23倍；2）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍；3）硬度HRc63以上，且有較好的耐熱性；4）可加工性好，熱處理變形較小

47、。 應(yīng)用：常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。2.6.3 刀具材料 常用刀具材料105表2-9 常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍類別牌 號主 要 用 途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18 Cr4V用于制造對韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4 Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀

48、具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價格昂貴2.6.3 刀具材料 106 硬質(zhì)合金 超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工

49、淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。 天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK800012000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.483.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700800。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01m左右，刀具壽命可長達數(shù)百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不

50、存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK65008000，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。 聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500間變動，其耐熱性達1200左右，化學(xué)惰性很好，在1000的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用

51、于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進刀具材料的作用，取得良好的使用效果。 硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點的金屬碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠高于高速鋼，且能切削諸如淬火鋼等硬材料。硬質(zhì)合金的不足是與高速鋼相比，其抗

52、彎強度較低、脆性較大，抗振動和沖擊性能也較差。 硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來制作各種刀具。在我國，絕大多數(shù)車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造，目前，在一些較復(fù)雜的刀具上，如立銑刀、孔加工刀具等也開始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造。2.6.3 刀具材料 107 超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。 天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK8000120

53、00（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.483.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700800。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01m左右，刀具壽命可長達數(shù)百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK65008000，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主

54、要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。 聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500間變動，其耐熱性達1200左右，化學(xué)惰性很好，在1000的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料

55、韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進刀具材料的作用，取得良好的使用效果。表2-10 各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌 號應(yīng) 用 范 圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的

56、半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度2.6.3 刀具材料 108 超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化

57、硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。 天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK800012000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.483.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700800。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01m左右，刀具壽命可長達數(shù)百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用

58、于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK65008000，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。 聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由

59、于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500間變動，其耐熱性達1200左右，化學(xué)惰性很好，在1000的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進刀具材料的作用，取得良好的使用效果。 陶瓷刀具材料 陶瓷材料比硬質(zhì)合金具有更高的硬度（HRA9195）和耐熱性，在1200的溫度下仍能切削，耐磨性和化學(xué)惰性好

60、，摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)和擴散磨損能力強，因而能以更高的速度切削，并可切削難加工的高硬度材料。2.6.3 刀具材料 主要缺點是性脆、抗沖擊韌性差，抗彎強度低。109 超硬刀具材料 天然金剛石是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01m，刀具壽命可達數(shù)百小時。因價格昂貴，主要用于高速、精密加工。 聚晶金剛石由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低（HK65008000），價格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料。 金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。 聚晶立方氮化硼（CBN）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度為HV 30004500，耐