机械制造技术第5章 工艺系统中的工件.ppt

1、本章要点本章要点:工件的工艺性分析与审查工件的工艺性分析与审查工件的结构工艺性工件的结构工艺性工件的难加工形状工件的难加工形状工件材料可加工性工件材料可加工性机械加工质量机械加工质量加工误差统计分析加工误差统计分析教学重点教学重点：掌握工件工艺性分析与审查的方法与内容掌握工件工艺性分析与审查的方法与内容能分析与改善工件结构工艺性能分析与改善工件结构工艺性了解工件难加工形状的工艺特点了解工件难加工形状的工艺特点掌握工件材料可加工性的评价指标及影响因素掌握工件材料可加工性的评价指标及影响因素掌握机械加工表面质量及其影响因素掌握机械加工表面质量及其影响因素掌握加工误差统计分析的方法掌握加工误差统计分

2、析的方法了解质量工程和了解质量工程和ISO9000ISO9000系列质量评价体系系列质量评价体系教学难点：教学难点：工件结构工艺性、加工误差统计分析、机械加工表面工件结构工艺性、加工误差统计分析、机械加工表面质量质量5.1.1 工件的工艺性分析与审查工件的工艺性分析与审查1工件的工艺性分析工件的工艺性分析 工艺性分析是在产品技术设计阶段，工艺人员对产品结工艺性分析是在产品技术设计阶段，工艺人员对产品结构工艺性进行分析和评价的过程。产品结构工艺性是指所设构工艺性进行分析和评价的过程。产品结构工艺性是指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性计的产品在能满足使用要求的前提下，制造、

3、维修的可行性和经济性。和经济性。零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程，包零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程，包括：材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、括：材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机器使用、维护，直至报废、回收和再利用等。机器使用、维护，直至报废、回收和再利用等。工艺性分析的主要内容：工艺性分析的主要内容：1）应从制造的立场去分析产品结构方案的合理性和总装）应从制造的立场去分析产品结构方案的合理性和总装的可能性；的可能性；2）分析结构的继承性，结构的标准化与系列化程度；）分析结构的继承性，结构的标准化与系列化程度；3）分析产品各组成部分是否便

4、于装配、调整和维修，是）分析产品各组成部分是否便于装配、调整和维修，是否能使各组成部件实现平行装配和检查；否能使各组成部件实现平行装配和检查；4）分析主要材料选用是否合理，主要件在本企业或外协）分析主要材料选用是否合理，主要件在本企业或外协加工的可能性，高精度复杂零件在本企业加工的可行性；加工的可能性，高精度复杂零件在本企业加工的可行性；5）分析装配时避免切削加工或减少切削加工的可行性；）分析装配时避免切削加工或减少切削加工的可行性；6）分析产品、零部件的主要参数的可检查性和主要装配）分析产品、零部件的主要参数的可检查性和主要装配精度的合理性。精度的合理性。2工件的工艺性审查工件的工艺性审查

5、工艺性审查是在产品设计阶段，工艺人员对产品和零件结构的工艺性工艺性审查是在产品设计阶段，工艺人员对产品和零件结构的工艺性进行全面审查并提出意见或建议的过程。进行全面审查并提出意见或建议的过程。（1）工件的工艺性审查应遵循的原则）工件的工艺性审查应遵循的原则 1）要保证提高材料利用率，要保证各种原材料的需要量符合国情，）要保证提高材料利用率，要保证各种原材料的需要量符合国情，要减少使用可加工性差的材料；能就地取材，降低材料费用，便于组织生要减少使用可加工性差的材料；能就地取材，降低材料费用，便于组织生产与加工实施。产与加工实施。2）要保证高生产率方法即先进工艺方法的采用，如一些非切削工艺）要保证

6、高生产率方法即先进工艺方法的采用，如一些非切削工艺方法，冷冲压、冷挤压、精密铸造、精密锻造等。方法，冷冲压、冷挤压、精密铸造、精密锻造等。3）要保证加工方便，工件的几何形状尽量简单，本厂设备适应能力）要保证加工方便，工件的几何形状尽量简单，本厂设备适应能力强。强。4）要保证装配劳动量系数（装配劳动量和机械加工劳动量的比值）要保证装配劳动量系数（装配劳动量和机械加工劳动量的比值）及锉配劳动量系数（修理工作劳动量和装配劳动量的比值）减小，以降低及锉配劳动量系数（修理工作劳动量和装配劳动量的比值）减小，以降低后续的装配劳动量，提高装配工作的机械化程度。后续的装配劳动量，提高装配工作的机械化程度。（2

7、）工件工艺性审查的主要内容）工件工艺性审查的主要内容 1）所选用的材料（包括牌号、规格）及毛坯形式是否适宜？按国家）所选用的材料（包括牌号、规格）及毛坯形式是否适宜？按国家标准正确地标出材料的规格和牌号，所用的热处理方法和硬度要求必须与标准正确地标出材料的规格和牌号，所用的热处理方法和硬度要求必须与材料的性质相适应，规定的表面处理方法应适应零件的材料和使用要求。材料的性质相适应，规定的表面处理方法应适应零件的材料和使用要求。2）选用的加工顺序和加工方法是否合理？）选用的加工顺序和加工方法是否合理？3）零件的几何形状、尺寸、公差和表面粗糙度是否合适？）零件的几何形状、尺寸、公差和表面粗糙度是否合

8、适？4）尺寸标注（通过尺寸链校核）是否正确？）尺寸标注（通过尺寸链校核）是否正确？5）检查零件的刚度和强度，以保证加工时的振动和变形不超过允许）检查零件的刚度和强度，以保证加工时的振动和变形不超过允许范围，保证运行时的可靠性。范围，保证运行时的可靠性。6）加工、装配、检查时基准选择是否合理？是否经济可行？）加工、装配、检查时基准选择是否合理？是否经济可行？5.1.2 工件的结构工艺性工件的结构工艺性1工件结构工艺性的概念工件结构工艺性的概念 在机械设计中，不仅要保证所设计的机械产品具有良好的在机械设计中，不仅要保证所设计的机械产品具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造、便于制造和尽可能降低制

9、工作性能，而且还要考虑能否制造、便于制造和尽可能降低制造成本。这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺、维修及造成本。这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺、维修及成本等方面的技术，称为机械设计工艺性。机器及其零部件的成本等方面的技术，称为机械设计工艺性。机器及其零部件的工艺性主要体现于结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。工艺性主要体现于结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。零件结构设计工艺性，简称零件结构工艺性，是指所设计零件结构设计工艺性，简称零件结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的条件下制造的可行性和经济性。的零件在满足使用要求的条件下制造的可行性和经济性。工件的结构设计一般

10、应考虑以下几方面的问题：工件的结构设计一般应考虑以下几方面的问题：1）结构设计必须满足使用要求）结构设计必须满足使用要求 2）结构工艺性必须综合考虑，分清主次）结构工艺性必须综合考虑，分清主次 3）结构设计必须考虑生产条件）结构设计必须考虑生产条件图图5-1 铣床工作台的结构工艺性铣床工作台的结构工艺性 4）结构工艺性要与时俱进）结构工艺性要与时俱进图图5-2 扇形通孔的加工扇形通孔的加工 2影响结构工艺性的因素影响结构工艺性的因素 影响结构工艺性的因素主要有：生产类型、制造条件和工艺技术的发影响结构工艺性的因素主要有：生产类型、制造条件和工艺技术的发展三个方面。展三个方面。1）生产类型是影响

11、结构工艺性的首要因素。常常同一种结构，在单）生产类型是影响结构工艺性的首要因素。常常同一种结构，在单件小批生产中工艺性良好，而在大批大量生产中未必好，反之亦然。件小批生产中工艺性良好，而在大批大量生产中未必好，反之亦然。2）机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。具体生产条）机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。具体生产条件应包括：毛坯的生产能力及技术水平、机械加工设备和工艺装备的规格件应包括：毛坯的生产能力及技术水平、机械加工设备和工艺装备的规格及性能、热处理设备条件与能力、技术人员和工人的技术水平以及辅助部及性能、热处理设备条件与能力、技术人员和工人的技术水平以及辅助部门的制

12、造能力和技术力量等。门的制造能力和技术力量等。3）随着生产不断发展，新的加工设备和工艺方法的不断出现，以往）随着生产不断发展，新的加工设备和工艺方法的不断出现，以往认为工艺性不好的结构设计，在采用了先进的制造工艺后，可能变得简便、认为工艺性不好的结构设计，在采用了先进的制造工艺后，可能变得简便、经济。经济。3工件结构工艺性的基本要求工件结构工艺性的基本要求 1）零件结构工艺性应服从整机的工艺性。）零件结构工艺性应服从整机的工艺性。2）在满足工作性能的前提下，零件造型应尽量简单，同时应尽量减）在满足工作性能的前提下，零件造型应尽量简单，同时应尽量减少零件的加工表面数量和加工面积；尽量采用标准件、

13、通用件和外购件；少零件的加工表面数量和加工面积；尽量采用标准件、通用件和外购件；增加相同形状和相同元素（如直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模增加相同形状和相同元素（如直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量。数等）的数量。3）零件设计时在保证零件使用功能和充分考虑加工可能性、方便性、）零件设计时在保证零件使用功能和充分考虑加工可能性、方便性、精确性的前提下应符合经济性要求，即应尽量降低零件的技术要求（加工精确性的前提下应符合经济性要求，即应尽量降低零件的技术要求（加工精度和表面质量），以使零件便于制造。精度和表面质量），以使零件便于制造。4）尽量减少零件的机械加工余量，力求实现少

14、或无切屑加工。）尽量减少零件的机械加工余量，力求实现少或无切屑加工。5）合理选择零件材料，使其机械性能适应零件的工作条件，且成本）合理选择零件材料，使其机械性能适应零件的工作条件，且成本较低。较低。6）符合环境保护要求。）符合环境保护要求。4工件结构工艺性举例工件结构工艺性举例（1）尽量采用标准化参数）尽量采用标准化参数 在设计零件时，对于孔径、锥度、螺距、模数等参数，应尽量采用标在设计零件时，对于孔径、锥度、螺距、模数等参数，应尽量采用标准化数值，以便使用标准刀具和量具，并便于维修更换。准化数值，以便使用标准刀具和量具，并便于维修更换。图图5-3 配合孔的尺寸和公差应取标准值配合孔的尺寸和公

15、差应取标准值 图图5-4 锥孔的尺寸和锥度应取标准值锥孔的尺寸和锥度应取标准值（2）便于在机床和夹具上安装）便于在机床和夹具上安装 1）保证装夹方便可靠。工件切削加工只有在工件正确安装的基础上）保证装夹方便可靠。工件切削加工只有在工件正确安装的基础上才能实现，所以设计的零件结构应使其装夹方便可靠。才能实现，所以设计的零件结构应使其装夹方便可靠。图图5-5 曲柄零件的结构曲柄零件的结构 图图5-5 带内螺纹轴端的结构带内螺纹轴端的结构 2）减少装夹次数。工件加工时要减少装夹次数，以减少装夹误差，）减少装夹次数。工件加工时要减少装夹次数，以减少装夹误差，缩短辅助时间。并且有位置精度要求的各表面尽量

16、在一次装夹中加工完成。缩短辅助时间。并且有位置精度要求的各表面尽量在一次装夹中加工完成。图图5-7 轴上多键槽的布置轴上多键槽的布置 图图5-8 连接头的结构连接头的结构（3）便于加工，提高切削效率）便于加工，提高切削效率 使工件的结构便于加工，提高切削效率，是结构工艺性的重要要求之使工件的结构便于加工，提高切削效率，是结构工艺性的重要要求之一。它包括的内容十分广泛，例如：工件结构应有足够的刚度，尽量减少一。它包括的内容十分广泛，例如：工件结构应有足够的刚度，尽量减少内表面的加工，减少加工面积，减少机床调整次数，减少刀具种类，减少内表面的加工，减少加工面积，减少机床调整次数，减少刀具种类，减少

17、进刀次数，减少刀具切削时的空程，有利于进刀和退刀，有助于提高刀具进刀次数，减少刀具切削时的空程，有利于进刀和退刀，有助于提高刀具刚性和寿命等。刚性和寿命等。图图5-9 薄壁套筒增加刚度的例子薄壁套筒增加刚度的例子 图图5-10 减少配合孔的加工面积减少配合孔的加工面积 图图5-11 螺纹尾部的结构螺纹尾部的结构 图图5-12 砂轮越程槽砂轮越程槽（4）便于度量）便于度量 零件的结构应便于检验时度量，包括尺寸误差和形位误差的度量。零件的结构应便于检验时度量，包括尺寸误差和形位误差的度量。图图5-13 便于尺寸度量图例便于尺寸度量图例 图图5-14 便于位置误差度量的图例便于位置误差度量的图例 5

18、.2.1 薄壁零件的加工薄壁零件的加工 因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用于各工业部门。但薄壁零件的加工是比较困已日益广泛地应用于各工业部门。但薄壁零件的加工是比较困难的，原因是薄壁零件刚性差、强度低，在加工中极易变形，难的，原因是薄壁零件刚性差、强度低，在加工中极易变形，很难保证零件的加工质量。如何提高薄壁零件的加工精度是制很难保证零件的加工质量。如何提高薄壁零件的加工精度是制造业越来越关心的话题。造业越来越关心的话题。1影响薄壁零件加工精度的因素影响薄壁零件加工精度的因素（1）受力变形）受力变形 因工件壁薄，

19、在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。工件的尺寸精度和形状精度。（2）受热变形）受热变形 因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。控制。（3）振动变形）振动变形 在切削力（特别是径向切削力）的作用下，工件很容易产在切削力（特别是径向切削力）的作用下，工件很容易产生振动和变形，从而影响工件的尺寸精度、形状精度、位置精生振动和变形，从而影响工件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。度和表面粗糙度。2采用数控高速切削技术加工薄壁件采用数控高速切削技术加工

20、薄壁件（1）高速切削加工的定义）高速切削加工的定义 高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高、切削速度高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高、切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。由和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。由于不同的加工工序、不同的工件材料有不同的切削速度范围，因而很难就于不同的加工工序、不同的工件材料有不同的切削速度范围，因而很难就高速切削的速度范围给出一个确定的数值。对于不同的材料，一般认为灰高速切削的速度范围给出一个确定的数值。对于不同的材料，一般认为灰铸铁的高速切削速度是铸铁的高速切削速度是80

21、03000m/min、钢件为、钢件为5002000m/min、钛合金为、钛合金为1001000m/min、铝合金为、铝合金为10007000m/min。高速切削，首先是高的速度，即高的主轴转速；另一方面，又应有高高速切削，首先是高的速度，即高的主轴转速；另一方面，又应有高的进给速度；为了提高效率，机床还要具有快速移动、快速换刀、高的主的进给速度；为了提高效率，机床还要具有快速移动、快速换刀、高的主轴加速度和进给加速度。通常情况下，将主轴转速大于轴加速度和进给加速度。通常情况下，将主轴转速大于7000rpm，切削进，切削进给速度达到给速度达到10000mm/min以上的铣削加工，称为高速切削加工

22、。以上的铣削加工，称为高速切削加工。（2）高速切削加工薄壁结构件的优越性）高速切削加工薄壁结构件的优越性 高速切削加工薄壁件相对传统加工具有显著的优越性。高速切削加工薄壁件相对传统加工具有显著的优越性。1）切削力小。加工薄壁类零件时工件产生的让刀变形相应减小，易）切削力小。加工薄壁类零件时工件产生的让刀变形相应减小，易于保证零件的尺寸精度和形位精度。于保证零件的尺寸精度和形位精度。2）切削热对零件的影响减少，零件加工热变形小。这对于控制薄壁）切削热对零件的影响减少，零件加工热变形小。这对于控制薄壁件的热变形非常有利。件的热变形非常有利。3）加工精度高。刀具切削的激励频率远离薄壁结构工艺系统的固

23、有）加工精度高。刀具切削的激励频率远离薄壁结构工艺系统的固有频率，实现了平稳切削，保证了较好的加工状态。频率，实现了平稳切削，保证了较好的加工状态。4）加工效率高。比常规加工高）加工效率高。比常规加工高510倍，单位时间材料切除率可提高倍，单位时间材料切除率可提高36倍。倍。（3）高速切削加工薄壁结构的策略）高速切削加工薄壁结构的策略 1）刀具及其夹持系统。对于机夹式刀片刀具，由于刀片螺旋角很）刀具及其夹持系统。对于机夹式刀片刀具，由于刀片螺旋角很小，无法形成大的螺旋角，所以真正要加工高质量的薄壁结构件，不采用小，无法形成大的螺旋角，所以真正要加工高质量的薄壁结构件，不采用机夹式刀具。高速切削

24、的一个关键部件刀柄必须具备高速加工刀柄的一切机夹式刀具。高速切削的一个关键部件刀柄必须具备高速加工刀柄的一切要求，如：好的动平衡特性、很高的几何精度和装夹重复精度、很高的装要求，如：好的动平衡特性、很高的几何精度和装夹重复精度、很高的装夹刚度等要求。夹刚度等要求。如：圆锥空心柄（如：圆锥空心柄（HSK）、热缩套刀夹系统。）、热缩套刀夹系统。2）刀具材料选择。高速切削刀具材料必须耐磨、抗冲击能力好）刀具材料选择。高速切削刀具材料必须耐磨、抗冲击能力好（包括热冲击与力冲击）、硬度高、与工件材料亲和力小；高速切削不（包括热冲击与力冲击）、硬度高、与工件材料亲和力小；高速切削不使用高速钢刀具，多采用硬

25、质合金刀具；不推荐采用涂层刀具；刀具使用高速钢刀具，多采用硬质合金刀具；不推荐采用涂层刀具；刀具应严格在其安全转速范围内使用。应严格在其安全转速范围内使用。3）切削用量选择）切削用量选择 切削速度：加工铝合金的切削速度是没有限制的。从理论上讲，采切削速度：加工铝合金的切削速度是没有限制的。从理论上讲，采用较高的切削速度，可以提高生产率，可以减少或避免在刀具前面上形成用较高的切削速度，可以提高生产率，可以减少或避免在刀具前面上形成积屑瘤，有利于切屑的排出。铣削速度的提高无疑会加剧刀具的磨损，但积屑瘤，有利于切屑的排出。铣削速度的提高无疑会加剧刀具的磨损，但是，铣削速度的提高可以有效地提高单位时间

26、单位功率的金属切除率，同是，铣削速度的提高可以有效地提高单位时间单位功率的金属切除率，同时在一定的高速切削速度范围内可以提高工件表面加工质量。时在一定的高速切削速度范围内可以提高工件表面加工质量。进给量：加大进给量无疑会增加切削力，这显然对薄壁加工不利。进给量：加大进给量无疑会增加切削力，这显然对薄壁加工不利。因此精加工时，不选择大的进给量，但进给量过小也是有害的。所以，精因此精加工时，不选择大的进给量，但进给量过小也是有害的。所以，精加工时，应选取较适中的进给量，一般可以选择在加工时，应选取较适中的进给量，一般可以选择在0.1mm/z0.2mm/z之间。之间。切削深度：采用小轴向切深、大径向

27、切深显然是有利的，这是高速切削深度：采用小轴向切深、大径向切深显然是有利的，这是高速切削条件下切削参数选择的原则。一般情况下，轴向切深可在切削条件下切削参数选择的原则。一般情况下，轴向切深可在210mm之间之间选择，径向切深可在选择，径向切深可在0.500.90mm之间进行选择。之间进行选择。3高速切削薄壁结构典型工艺方案高速切削薄壁结构典型工艺方案 表表5-1 薄壁结构零件典型工艺方案薄壁结构零件典型工艺方案零件类型结构特点装夹方式工艺路线梁类薄壁零件 梁类零件分为单面与双面零件，腹板与缘条厚度较小，一般为1.5-2mm，尺寸公差为0.15mm，材料切除率达到96左右 零件卧式放置，一面两孔

28、定位，在零件周围设置压紧槽 将粗加工、半精加工、精加工合并为 一道工序，基本实现从毛坯到零件的一次性加工框类薄壁零件 该类零件外形上多处涉及理论外形，内形有槽、下陷、开闭斜角、凸台等特征。零件腹板与缘条厚度较小，一般为1.2-2mm，尺寸公差为0.15mm，材料切除率达到97左右 将粗加工、精加工合并为一道工序，加工顺序的选择时先加工槽少的一面，加工完此面后在槽腔内填充石膏，作翻面加工的定位基准，均采用真空吸附加工壁板类薄壁零件 零件为双面槽腔结构，数控加工后还需喷丸成形。内形有槽、下陷、凸台等特征。零件厚度较薄，槽腔较浅，大部分槽深小于3mm。零件腹板厚度不均匀，一般为1.5-3mm，尺寸公

29、差为0.2mm，材料切除率约为90 零件总体结构上缺少定位夹紧部位，同时为了减少加工时的零件变形而引起的腹板厚度变小，采用了真空吸附加工 零件卧式放置，一面两孔定位，垫板工装，零件周边设工艺凸台，在其上制沉头压紧孔，垫板上制螺纹孔，用沉头螺栓压紧固定在垫板工装上 将粗加工、半精加工、精加工合并为 一道工序，基本实现从毛坯到零件的一次性加工 5.2.2 深孔加工深孔加工 在机械制造业中，一般将孔深超过孔径五倍的圆柱孔（内在机械制造业中，一般将孔深超过孔径五倍的圆柱孔（内圆柱面）称为深孔。而孔深与孔径的比值，称之为圆柱面）称为深孔。而孔深与孔径的比值，称之为“长径比长径比”或或“深径比深径比”。相

30、对而言，长径比不大于。相对而言，长径比不大于5倍的圆柱孔，可称为倍的圆柱孔，可称为“浅浅孔孔”。1深孔加工零件深孔加工零件 深孔零件大致可分为两大类：回转体工件（轴类），要求深孔零件大致可分为两大类：回转体工件（轴类），要求钻出与外圆基准同轴的深孔，见图钻出与外圆基准同轴的深孔，见图5-15ac；不属于第一类的；不属于第一类的其他各种工件，见图其他各种工件，见图5-15dl。图图5-15 深孔零件的不同形式深孔零件的不同形式1 图图5-15 深孔零件的不同形式深孔零件的不同形式2 图图5-16 单齿内排屑深孔钻结构单齿内排屑深孔钻结构 2深孔钻的结构深孔钻的结构 3深孔加工分类深孔加工分类 深

31、孔加工可分为一般深孔加工（钻、镗、铰等）、精磨深孔加工（珩深孔加工可分为一般深孔加工（钻、镗、铰等）、精磨深孔加工（珩磨、滚压等）和电深孔加工（电火花、电解等）。磨、滚压等）和电深孔加工（电火花、电解等）。（1）按加工方式分类）按加工方式分类 1）实心钻孔法。毛坯无孔，采用钻削加工出孔的方法，见图）实心钻孔法。毛坯无孔，采用钻削加工出孔的方法，见图5-17a所所示。示。2）镗孔法。孔已存在，为提高孔的精度和降低孔表面粗糙度采用的）镗孔法。孔已存在，为提高孔的精度和降低孔表面粗糙度采用的方法，见图方法，见图5-17b所示。所示。3）套料钻孔法。用空心钻头钻孔，加工后毛坯中心残存一根芯棒的）套料钻

32、孔法。用空心钻头钻孔，加工后毛坯中心残存一根芯棒的方法，见图方法，见图5-17c所示。所示。图图5-17 深孔加工方式深孔加工方式（2）按运动形式分类）按运动形式分类 1）工件旋转，刀具作进给运动。）工件旋转，刀具作进给运动。2）工件不动，刀具旋转又作进给运动。）工件不动，刀具旋转又作进给运动。3）工件旋转，刀具既作相反方向旋转又作进给运动。）工件旋转，刀具既作相反方向旋转又作进给运动。4）工件作旋转运动与进给运动，刀具不动，这种方式不多。）工件作旋转运动与进给运动，刀具不动，这种方式不多。（3）按排屑方式分类）按排屑方式分类 1）外排屑。切削从刀杆外部排出，外排屑又分为两种方式：前排）外排屑

33、。切削从刀杆外部排出，外排屑又分为两种方式：前排屑。切削沿孔中待加工表面向前排出，切削液从钻杆内或钻杆外，或从钻屑。切削沿孔中待加工表面向前排出，切削液从钻杆内或钻杆外，或从钻杆内、外同时进入；后排屑。切削沿刀杆外部向后排出，切削液从钻杆杆内、外同时进入；后排屑。切削沿刀杆外部向后排出，切削液从钻杆内部进入。内部进入。2）内排屑。切削从刀杆内部排出，切削液从刀杆外部进入。）内排屑。切削从刀杆内部排出，切削液从刀杆外部进入。（4）按加工系统（冷却、排屑系统）分类）按加工系统（冷却、排屑系统）分类 1）枪钻系统。）枪钻系统。2）BTA（Boring and Trepanning Associati

34、on,缩写为缩写为BTA）系统。）系统。3）喷吸钻（）喷吸钻（Ejector Drill）系统。）系统。4）DF（Double Feeder System，双向供油系统）系统。，双向供油系统）系统。4深孔加工的特点深孔加工的特点（1）不能直接观察到刀具的切削情况）不能直接观察到刀具的切削情况（2）切削热不易扩散）切削热不易扩散 一般切削过程中一般切削过程中80%的切削热被切屑带走，而深孔钻削只有的切削热被切屑带走，而深孔钻削只有40%，传入刀具的热量占切削热的比例较大，刃口的切削温度可达，传入刀具的热量占切削热的比例较大，刃口的切削温度可达600，因此必须采用有效的强制冷却措施。因此必须采用有

35、效的强制冷却措施。（3）切屑不宜排出）切屑不宜排出 由于孔深，切屑经过的路线长，容易发生阻塞，造成钻头崩刃。所由于孔深，切屑经过的路线长，容易发生阻塞，造成钻头崩刃。所以，钻头的长短和形状要进行控制，并要进行强制排屑。以，钻头的长短和形状要进行控制，并要进行强制排屑。（4）工艺系统刚性差）工艺系统刚性差 因受孔径尺寸限制，孔的长径比较大，钻杆细而长，刚性差，易产生因受孔径尺寸限制，孔的长径比较大，钻杆细而长，刚性差，易产生振动，钻杆易走偏。因而钻头导向极为重要。振动，钻杆易走偏。因而钻头导向极为重要。5深孔加工中要解决的主要问题深孔加工中要解决的主要问题（1）冷却、润滑和排屑）冷却、润滑和排屑

36、（2）切屑的处理）切屑的处理 排屑问题从切削过程看，与分屑、卷屑和断屑三方面密切联系。切削排屑问题从切削过程看，与分屑、卷屑和断屑三方面密切联系。切削的宽窄、卷曲的形状、切屑的长短，都直接影响到排屑状况。的宽窄、卷曲的形状、切屑的长短，都直接影响到排屑状况。深孔钻削要求切屑的形成应具有适当的切屑容屑系数深孔钻削要求切屑的形成应具有适当的切屑容屑系数q。切屑容屑系数。切屑容屑系数q是切屑容积是切屑容积Vq与所切除金属体积与所切除金属体积Vj之比值，即之比值，即q=Vq/Vj。根据统计资料，。根据统计资料，各种形状切屑的切屑容屑系数各种形状切屑的切屑容屑系数q的取值范围是不同的。一般情况下，对于内

37、的取值范围是不同的。一般情况下，对于内排屑深孔钻，当排屑深孔钻，当q50时可以得到顺利排屑。单刃外排屑深孔钻（枪钻）、时可以得到顺利排屑。单刃外排屑深孔钻（枪钻）、套料钻由于排屑孔和通道很小，则要求切屑容屑系数更小些，即套料钻由于排屑孔和通道很小，则要求切屑容屑系数更小些，即q10。降低切屑容屑系数降低切屑容屑系数q通常是采用分屑（如按背吃刀量分屑、不对称分屑通常是采用分屑（如按背吃刀量分屑、不对称分屑槽分屑、刀尖撕裂分屑、轴向阶梯分屑等）和断屑（刀具上增加卷屑台阶槽分屑、刀尖撕裂分屑、轴向阶梯分屑等）和断屑（刀具上增加卷屑台阶等）措施，并应使切削过程稳定，避免出现切屑形态突然变化和无规律变等

38、）措施，并应使切削过程稳定，避免出现切屑形态突然变化和无规律变化。化。（3）合理导向）合理导向 由于深孔的深径比大，钻杆细而长，刚性较低，易产生振由于深孔的深径比大，钻杆细而长，刚性较低，易产生振动，并使钻孔偏歪而影响加工精度和生产效率，因此深孔导向动，并使钻孔偏歪而影响加工精度和生产效率，因此深孔导向问题需要很好地加以解决。目前，在设计深孔刀具时，都是以问题需要很好地加以解决。目前，在设计深孔刀具时，都是以两个导向块和一个副切削刃的结构确定其径向尺寸，这样刀具两个导向块和一个副切削刃的结构确定其径向尺寸，这样刀具可以在工件孔内三点定圆，自行导向，解决了因钻杆刚性不可以在工件孔内三点定圆，自行

39、导向，解决了因钻杆刚性不足，钻孔走偏的问题。另外在刀具切入时，还需要有导向装置足，钻孔走偏的问题。另外在刀具切入时，还需要有导向装置和辅助支承。和辅助支承。5.3.1工件材料可加工性的衡量指标工件材料可加工性的衡量指标 在一定切削条件下，工件材料可加工性是指对工件材料在一定切削条件下，工件材料可加工性是指对工件材料进行切削加工的难易程度。而难易程度又要根据具体加工要求进行切削加工的难易程度。而难易程度又要根据具体加工要求及切削条件而定。如低碳钢粗加工时，切除余量容易，精加工及切削条件而定。如低碳钢粗加工时，切除余量容易，精加工要获得较低的表面粗糙度值就较难；不锈钢在普通车床上加工要获得较低的表

40、面粗糙度值就较难；不锈钢在普通车床上加工并不难，但在自动化生产的条件下，断屑困难，很难加工。因并不难，但在自动化生产的条件下，断屑困难，很难加工。因此，工件材料的可加工性是一个相对的概念。此，工件材料的可加工性是一个相对的概念。1工件材料可加工性的衡量指标工件材料可加工性的衡量指标（1）以加工质量衡量可加工性）以加工质量衡量可加工性 一般零件的精加工，以表面粗糙度衡量可加工性，易获得一般零件的精加工，以表面粗糙度衡量可加工性，易获得很小的表面粗糙度值的工件材料，其可加工性高。很小的表面粗糙度值的工件材料，其可加工性高。对一些特殊精密零件以及有特殊要求的零件，则以已加工对一些特殊精密零件以及有特

41、殊要求的零件，则以已加工表面变质层的深度、残余应力和硬化程度来衡量其可加工性。表面变质层的深度、残余应力和硬化程度来衡量其可加工性。因为变质层的深度、残余应力和硬化程度对零件尺寸和形状的因为变质层的深度、残余应力和硬化程度对零件尺寸和形状的稳定性以及导磁、导电和抗蠕动等性能有很大的影响。稳定性以及导磁、导电和抗蠕动等性能有很大的影响。（2）以刀具寿命衡量可加工性）以刀具寿命衡量可加工性 1）在保证相同的刀具寿命的前提下，考察切削这种工件材料所允许）在保证相同的刀具寿命的前提下，考察切削这种工件材料所允许的切削速度的高低。的切削速度的高低。2）在保证相同的切削条件下，比较切削这种工件材料时刀具寿

42、命数）在保证相同的切削条件下，比较切削这种工件材料时刀具寿命数值的大小。值的大小。3）在相同的切削条件下，衡量切削这种工件材料达到刀具磨钝标准）在相同的切削条件下，衡量切削这种工件材料达到刀具磨钝标准时所切除的金属体积的多少。时所切除的金属体积的多少。最常用的衡量可加工性的指标是：在保证相同刀具寿命的前提下，切最常用的衡量可加工性的指标是：在保证相同刀具寿命的前提下，切削这种工件材料所允许的切削速度值削这种工件材料所允许的切削速度值T。它的含义是：当刀具寿命为。它的含义是：当刀具寿命为T（min或或s）时，切削该种工件材料所允许的切削速度值。）时，切削该种工件材料所允许的切削速度值。T 越高，

43、则工越高，则工件材料的可加工性越好。一般情况下可取件材料的可加工性越好。一般情况下可取T=60min。对于一些难切削材。对于一些难切削材料，可取料，可取T=30min或或T=15min。对于机夹可转位刀具，。对于机夹可转位刀具，T可以取得更小一些。可以取得更小一些。如果取如果取T=60min，则，则T可写作可写作60。（3）以单位切削力衡量可加工性）以单位切削力衡量可加工性 在机床动力不足或机床在机床动力不足或机床-夹具夹具-刀具刀具-工件工艺系统刚性不足工件工艺系统刚性不足时，常用这种衡量指标。时，常用这种衡量指标。（4）以断屑性能衡量可加工性）以断屑性能衡量可加工性 对工件材料断屑性能要求

44、很高的机床，如自动机床、组合对工件材料断屑性能要求很高的机床，如自动机床、组合机床及自动线上进行切削加工时，或者对断屑性能要求很高的机床及自动线上进行切削加工时，或者对断屑性能要求很高的工序，如深孔钻削、盲孔镗削工序时，应采用这种衡量指标。工序，如深孔钻削、盲孔镗削工序时，应采用这种衡量指标。2工件材料可加工性的相对加工性工件材料可加工性的相对加工性 生产中通常使用相对加工性来衡量工件材料的可加工性。所谓相对加生产中通常使用相对加工性来衡量工件材料的可加工性。所谓相对加工性是以强度的工性是以强度的45钢的钢的60作为基准，写作作为基准，写作(60)j，其他被切削的工件材，其他被切削的工件材料的

45、料的60与之相比的数值，记作与之相比的数值，记作Kv，称为工件材料的相对加工性。，称为工件材料的相对加工性。各种工件材料的相对加工性各种工件材料的相对加工性Kv乘以在乘以在T=60min时的时的45钢的切削速度钢的切削速度(60)j，则可得出切削各种工件材料的可用切削速度，则可得出切削各种工件材料的可用切削速度60。目前常用的工件材料，按相对加工性可分为目前常用的工件材料，按相对加工性可分为8级，详见表级，详见表5-2。由表可。由表可知，知，Kv越大，可加工性越好；越大，可加工性越好；Kv越小，可加工性越差。越小，可加工性越差。60v60jK表表5-2 工件材料可加工性等级工件材料可加工性等级

46、加工性等级名称及种类相对加工性vK代表性工件材料很容易切削材料一般有色金属5-5-5铜铅合金，9-4铝铜合金，铝镁合金容易切削材料易削钢较易削钢退火15Crm0.373 0.441GPaR m0.392 0.490GPaR 自动机钢正火30钢m0.441 0.549GPaR 普通材料一般钢及铸铁稍难切削材料45钢，灰铸铁，结构钢2Cr13调质85钢轧制m0.8288GPaR m0.8829GPaR 难切削材料较难切削材料难切削材料很难切削材料45Cr调质m1.03GPaR m0.9319 0.981GPaR 60Mn调质50CrV调质,1Cr18NiTi未淬火，相钛合金相钛合金，镊基高温合金1

47、23456782.531.62.51.01.60.651.00.50.650.150.53.05.3.2 工件材料可加工性的影响因素工件材料可加工性的影响因素1工件材料的硬度对可加工性的影响工件材料的硬度对可加工性的影响（1）工件材料常温硬度的影响）工件材料常温硬度的影响 一般情况下，同类材料中硬度高的可加工性低。工件材料硬度过高一般情况下，同类材料中硬度高的可加工性低。工件材料硬度过高时，甚至引起刀尖的烧损及崩刃，可加工性低。时，甚至引起刀尖的烧损及崩刃，可加工性低。（2）工件材料高温硬度对可加工性的影响）工件材料高温硬度对可加工性的影响 工件材料的高温硬度越高，刀具材料与工件硬度之比下降，

48、对刀具磨工件材料的高温硬度越高，刀具材料与工件硬度之比下降，对刀具磨损影响大，是高温合金、耐热钢可加工性低的原因之一。通常将高温合损影响大，是高温合金、耐热钢可加工性低的原因之一。通常将高温合金，耐热钢等加工性很差的金属材料称之为难加工材料。金，耐热钢等加工性很差的金属材料称之为难加工材料。（3）工件材料中硬质点对可加工性的影响）工件材料中硬质点对可加工性的影响 工件材料中硬质点越多，形状越尖锐，分布越广，则工件材料的可加工件材料中硬质点越多，形状越尖锐，分布越广，则工件材料的可加工性越低。工性越低。（4）材料的加工硬化性能对可加工性的影响）材料的加工硬化性能对可加工性的影响 工件材料的加工硬

49、化性能越高，则可加工性越低。工件材料的加工硬化性能越高，则可加工性越低。2工件材料的强度对可加工性的影响工件材料的强度对可加工性的影响 工件材料的强度包括常温强度和高温强度。工件材料的强度包括常温强度和高温强度。工件材料的强度越高，切削力就越大，切削功率随之增工件材料的强度越高，切削力就越大，切削功率随之增大，切削温度因之增高，刀具磨损增大。所以在一般情况下，大，切削温度因之增高，刀具磨损增大。所以在一般情况下，可加工性随工件材料强度的提高而降低。可加工性随工件材料强度的提高而降低。合金钢与不锈钢的常温强度和碳素钢相比不大，但高温强合金钢与不锈钢的常温强度和碳素钢相比不大，但高温强度比较大，所

50、以合金钢及不锈钢的可加工性低于碳素钢。度比较大，所以合金钢及不锈钢的可加工性低于碳素钢。3工件材料的塑性对可加工性的影响工件材料的塑性对可加工性的影响 工件材料的塑性以伸长率工件材料的塑性以伸长率A表示，伸长率表示，伸长率A越大，则塑性越大。强度相越大，则塑性越大。强度相同时，伸长率越大，则塑性变形的区域也随之扩大，因而塑性变形所消耗同时，伸长率越大，则塑性变形的区域也随之扩大，因而塑性变形所消耗的功也越大。的功也越大。工件材料的韧性以冲击韧度工件材料的韧性以冲击韧度K值表示，值表示，K值大的材料，表示它在破值大的材料，表示它在破断之前所吸收的能量愈多。同类材料，强度相同时，塑性越大的材料切断