項(xiàng)目一 制造技術(shù)有關(guān)概念

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)2023年11月26日項(xiàng)目一初識機(jī)械制造與機(jī)械加工工藝系統(tǒng)內(nèi)容：任務(wù)一 認(rèn)識制造與制造技術(shù)任務(wù)二 機(jī)械加工工藝系統(tǒng)組成一、任務(wù)描述

機(jī)器零件是怎么制造的？從工件毛坯到符合圖樣的零件是怎樣的過程？任務(wù)一認(rèn)識制造與制造技術(shù)二、任務(wù)實(shí)施（一）制造與制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢1.制造與制造技術(shù)制造是人類按目的，運(yùn)用知識和技能，應(yīng)用設(shè)備和工具，采用有效方法，將原材料轉(zhuǎn)化為有使用價值的物質(zhì)產(chǎn)品并投放市場的全過程。制造業(yè)是將各種原材料加工制造成可使用的工業(yè)制品的行業(yè)總稱，是為國家創(chuàng)造財(cái)富的重要產(chǎn)業(yè)。制造技術(shù)是完成制造活動所施行的一切手段的總和。為了提高制造水平，要處理好制造質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。2.機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）機(jī)械制造基礎(chǔ)技術(shù)切削加工技術(shù)是機(jī)械制造中的常用技術(shù)我國的高速加工技術(shù)主要有以下幾個類型，第一個是高速干切，第二則是大進(jìn)給切割，最后則為高速切割、高速超高速切削（磨削）、在線監(jiān)控技術(shù)、成組技術(shù)（GT）等。（2）超精密及微細(xì)加工技術(shù)（3）自動化制造技術(shù)——智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化（4）綠色制造技術(shù)——綜合考慮社會、環(huán)境、資源等可持續(xù)發(fā)展因素三超、三極、五化（二）先進(jìn)制造哲理與先進(jìn)生產(chǎn)模式1.批量法則當(dāng)市場競爭以產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本為決定因素時，大批量生產(chǎn)方式顯示了巨大的優(yōu)越性。與中小批量生產(chǎn)相比，大批量生產(chǎn)可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效果，這就是批量法則。2.成組技術(shù)市場競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，產(chǎn)品品種增多，而每種產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量并不很多。世界上75-80％的機(jī)械產(chǎn)品是以中小批生產(chǎn)方式制造的。與大量生產(chǎn)企業(yè)相比，中小批生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備工裝多、勞動生產(chǎn)率低，生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品成本高、生產(chǎn)管理復(fù)雜，市場競爭能力差。因此和大批大量生產(chǎn)相比，小批量生產(chǎn)方式無論在技術(shù)水平上還是經(jīng)濟(jì)效益方面都不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展和低成本的需要。能否把大批量生產(chǎn)的先進(jìn)工藝和高效設(shè)備以及生產(chǎn)方式用于組織中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，一直是國際生產(chǎn)工程界廣為關(guān)注的重大研究課題。3.先進(jìn)生產(chǎn)模式（1）柔性制造系統(tǒng)（FMS1）柔性制造系統(tǒng)基本概念柔性制造系統(tǒng)（FMS——FlexibleManufacturingSystem）就是由計(jì)算機(jī)控制的、以數(shù)控機(jī)床設(shè)備為基礎(chǔ)和以物料儲運(yùn)系統(tǒng)連成的、能形成沒有固定加工順序和節(jié)拍的自動加工制造系統(tǒng)。2）FMS系統(tǒng)的組成一個柔性制造系統(tǒng)可概括為由以下三部分組成，即多工位數(shù)控加工系統(tǒng)、自動化的物料儲運(yùn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制的信息系統(tǒng)。3）FMS的類型及其適應(yīng)范圍①柔性制造單元（flexiblemanufacturingcell—FMC）②柔性制造系統(tǒng)（flexiblemanufacturingsystem—FMS）③

柔性生產(chǎn)線（flexiblemanufacturingline—FML）④無人化自動工廠（automationfactory—AF）

（2）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）1）CIMS的概念計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的軟件系統(tǒng)是分別研制、開發(fā)的。生產(chǎn)技術(shù)的高度發(fā)展要求設(shè)計(jì)與制造在產(chǎn)品生產(chǎn)中有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一體化，從而發(fā)展形成集成制造系統(tǒng)。用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的各個子系統(tǒng)有機(jī)地集合成一個整體，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高度柔性化、自動化和集成化，達(dá)到高效率、高質(zhì)量、低成本的生產(chǎn)目的，這種系統(tǒng)就是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computerintegratedmanufacturingsystem——CIMS）2）CIMS系統(tǒng)的組成①集成化工程設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)（CAD/CAE/CAPP/CAM）；②集成化生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（CAPM或MIS）；③柔性制造系統(tǒng)（FMS/FMC）；④數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)（DB與NW）；⑤質(zhì)量保證系統(tǒng)（QCS）；⑥物料儲運(yùn)和保障系統(tǒng)。

（三）現(xiàn)代制造方法及智能制造隨著生產(chǎn)力和技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了新的特殊材料和成形手段，為了解決各種難加工材料加工及高效超精密及微納米加工技術(shù)的需要，電火花、電解技術(shù)、高能束等特種加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。特種加工方法是指區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，利用化學(xué)、物理(電、聲、光、熱、磁)或電化學(xué)方法對工件材料進(jìn)行加工的一系列加工方法的總稱。智能制造以產(chǎn)品全生命周期價值鏈的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化集成為核心，以企業(yè)內(nèi)部縱向管控集成和企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同集成為支撐，以物理生產(chǎn)系統(tǒng)及其對應(yīng)的各層級數(shù)字孿生、映射

融合為基礎(chǔ)，建立起具有動態(tài)感知、實(shí)時分析、自主決策和精準(zhǔn)執(zhí)行功能的智能工廠進(jìn)行智能生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、綠色、安全的制造和服務(wù)。

請確認(rèn)三、任務(wù)拓展——其他新技術(shù)新工藝一、任務(wù)描述零件加工需要哪些裝置呢？通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，了解機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的構(gòu)成二、任務(wù)實(shí)施（一）機(jī)械加工工藝系統(tǒng)組成在機(jī)械加工過程中，被加工的是工件，直接完成加工的是刀具，工件通過夾具安裝在機(jī)床上，刀具和工件的相對運(yùn)動形成工件的加工表面。在機(jī)械加工中，機(jī)床、刀具、夾具和工件構(gòu)成機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。機(jī)床、刀具、夾具、工件構(gòu)成一個統(tǒng)一體共同影響加工過程。（二）機(jī)床在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，機(jī)床是為刀具或工件提供運(yùn)動和動力的設(shè)備。形成工件表面的刀具與工件之間的相對運(yùn)動稱為切削運(yùn)動。待加工表面加工表面已加工表面1.金屬切削的基本定義（1）切削加工中的工件表面1）待加工表面：工件上即將被切去的表面，隨著切削過程的進(jìn)行，逐漸減小，直至完全切去。2）已加工表面：刀具切削后在工件上形成的新表面，隨著切削的進(jìn)行逐漸擴(kuò)大。3）過渡表面：刀刃正切削的表面，切削過程中不斷改變，處于已加工表面和待加工表面之間。（2）切削運(yùn)動及其組成1）主運(yùn)動

2）進(jìn)給運(yùn)動

3）合成運(yùn)動與合成切削速度（3）切削用量三要素切削速度vc、進(jìn)給量f或進(jìn)給速度vf、背吃刀量ap1）切削速度vcvc=πdn/1000（m/s或m/min）

2）進(jìn)給速度vf、進(jìn)給量f和每齒進(jìn)給量fzvf=fn=fzZn

（mm/s或mm/min）3）背吃刀量apap=dw-dm/2（mm）對于鉆孔加工，ap=dm/2（mm）（4）機(jī)床的運(yùn)動分析機(jī)械零件的形狀多種多樣，就其構(gòu)成元素，不外乎幾種基本形狀的表面：平面、圓柱面、圓錐面和各種成形表面。從幾何角度的觀點(diǎn)來看，構(gòu)成機(jī)械零件的表面，可以看成是一條線（稱為母線）沿另一條線（稱為導(dǎo)線）運(yùn)動的軌跡。母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為發(fā)生線。機(jī)床加工零件時，是通過刀具與工件的相對運(yùn)動而形成所需的發(fā)生線。而形成發(fā)生線的運(yùn)動，稱為表面成形運(yùn)動。此外，還有多種輔助運(yùn)動。2.機(jī)床的分類按通用性（萬能性）程度，分為通用機(jī)床、專門化機(jī)床和專用機(jī)床。

通用機(jī)床工藝范圍很寬，如臥式車床、搖臂鉆床、萬能升降臺銑床按照加工精度不同，分為普通精度機(jī)床、精密機(jī)床和高精度機(jī)床。按照重量和尺寸不同，可分為儀表機(jī)床、中型機(jī)床（一般機(jī)床）、大型機(jī)床（質(zhì)量大于10t）、重型機(jī)床（質(zhì)量在30t以上）和超重型機(jī)床（質(zhì)量在100t以上）。按照機(jī)床主要器官的數(shù)目，可分為單軸、多軸、單刀、多刀機(jī)床等。按照自動化程度不同，可分為普通、半自動和自動機(jī)床。3.機(jī)床的型號編制按國家制定的機(jī)床型號編制方法分為11類：車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、螺紋加工、刨插、拉、鋸和其它機(jī)床。在每一類機(jī)床中，又按工藝特點(diǎn)、布局形式和結(jié)構(gòu)性能，分為若干組，每一組又分為若干系列。（1）通用機(jī)床的型號編制類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床銑床刨插床拉床特種加工機(jī)床鋸床其他機(jī)床代號CZTM2M3MYSXBLDGQ參考讀音車鉆鏜磨牙絲銑刨拉電割其有“（）”的代號或數(shù)字，若無內(nèi)容則不表示，若有內(nèi)容則不帶括號。“○”為大寫的漢語拼音字母。“△”為阿拉伯?dāng)?shù)字。通用特性高精度精密自動半自動數(shù)控加工中心（自動換刀）仿形輕型加重型簡式或經(jīng)濟(jì)型柔性加工單元數(shù)顯高速代號GMZBKHFQCJRXS參考讀音高密自半控?fù)Q仿輕重簡柔顯速主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)不同的機(jī)床，加結(jié)構(gòu)特性代號表示，排在類代號之后，如有通用特性代號，則排在通用特性代號之后。例如，CA6I40型普通車床型號中的“A”，可理解為CA6140型普通車床在結(jié)構(gòu)上區(qū)別于C6140及CY6140型普通車床。為了避免混淆，通用特性代號已用的字母及字母“I”、“o”都不能作為結(jié)構(gòu)特性代號。3）機(jī)床的組別、系別代號用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，前一位表示組別，后一位表示系別。每類機(jī)床按其結(jié)構(gòu)性能及使用范圍劃分為10個組，用數(shù)字0～9表示。如MG1432A，組別為1，對照表1-3，可以查出代表外圓磨床。如CA6140，組別為6，代表落地及臥式車床。4）機(jī)床的主參數(shù)、設(shè)計(jì)順序號主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格的大小，用折算值表示TK6112中的12為最大鏜削直徑120mm5）第二主參數(shù)一般是指主軸數(shù)、最大跨距、最大工件長度、工作臺工作面長度等，也用折算值表示。6）機(jī)床的重大改進(jìn)順序號MG1432A，A為重大改進(jìn)順序號（第一次重大改進(jìn)），如果是B則為第二次重大改進(jìn)?！纠?-2】MG1432A——M：類別代號，磨床；G：通用特性代號，高精度，1：組別代號，外圓磨床組；4：系別代號，萬能外圓磨床系；32：主參數(shù)，最大磨削直徑320mm，A為第一次重大改進(jìn)順序號。（2）專用機(jī)床的型號編制專用機(jī)床的型號一般由設(shè)計(jì)單位代號和設(shè)計(jì)順序號組成，專用機(jī)床的設(shè)計(jì)單位代號包括機(jī)床生產(chǎn)廠和機(jī)床研究單位代號；專用機(jī)床的設(shè)計(jì)順序號，按該單位的設(shè)計(jì)順序號（從“001”起始）排列，位于設(shè)計(jì)單位代號之后，并用“－”隔開北京第一機(jī)床廠設(shè)計(jì)制造的第100種專用機(jī)床為專用銑床，其型號為B1－1004.機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)（1）尺寸參數(shù)（2）運(yùn)動參數(shù)（3）動力參數(shù)（三）刀具的組成及角度

2.標(biāo)注刀具角度的參考系①

假設(shè)運(yùn)動條件：首先給出刀具的假定主運(yùn)動方向和假定進(jìn)給運(yùn)動方向；其次假定進(jìn)給速度值很小，用主運(yùn)動向量vc近似地代替相對運(yùn)動合成速度向量vc=ve；最后再用平行和垂直于主運(yùn)動方向的平面構(gòu)成參考系。②

假設(shè)安裝條件：假定標(biāo)注角度參考系的諸平面平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和測量時定位與調(diào)整的平面或軸線（如車刀底面、車刀刀桿軸線、銑刀和鉆頭的軸線等）。反之也可說，假定刀具的安裝位置恰好使其底面或軸線與參考系的平面平行或垂直。刀具標(biāo)注角度的參考系基面Pr是過切削刃上某選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動方向的平面。主切削平面Ps是過切削刃某選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面。

正交平面Po是過切削刃某選定點(diǎn)，同時垂直于基面和切削平面的平面。（2）刀具工作角度參考系上述刀具標(biāo)注角度參考系，在定義基面時，都只考慮主運(yùn)動，不考慮進(jìn)給運(yùn)動，即在假定運(yùn)動條件下確定的參考系。刀具工作角度參考系是刀具切削工作時角度的基準(zhǔn)，在此基準(zhǔn)下定義的刀具角度稱刀具工作角度。它同樣有正交平面參考系、法平面參考系和假定工作平面參考系。刀具工作角度參考系同標(biāo)注角度參考系的唯一區(qū)別是用ve取代vc，用實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動方向。3.刀具的標(biāo)注角度

（2）在主切削刃正交平面內(nèi)測量的角度前角γo

在主切削刃上選定點(diǎn)的主剖面內(nèi)，前刀面與基面間的夾角。當(dāng)前刀面與基面平行時，前角為零?；嬖谇暗睹嬉詢?nèi)，前角為負(fù)。基面在前刀面以外，前角為正。后角αo

在主切削刃上選定點(diǎn)的主剖面內(nèi)，后刀面與切削平面間的夾角。楔角βo

在主切削刃上選定點(diǎn)的主剖面內(nèi)，前刀面與后刀面間的夾角。（3）在切削平面內(nèi)Ps測量的角度刃傾角λs

在切削平面內(nèi)Ps，主切削刃與基面間的夾角。（4）在副剖面（對應(yīng)副切削刃的正交平面）內(nèi)測量的角度副后角αo′在副切削刃上選定點(diǎn)的副剖面內(nèi)，副后刀面與副切削刃切削平面間的夾角。4.刀具的工作角度刀具在工作狀態(tài)下的切削角度稱為刀具的工作角度。（1）刀具安裝位置對刀具工作角度影響1）刀尖安裝高低對工作前、后角的影響（2）進(jìn)給運(yùn)動對刀具工作角度的影響1）橫向進(jìn)給對工作角度的影響2）縱向進(jìn)給對工作角度的影響5.切削層參數(shù)及切削形式（1）切削層參數(shù)1）切削厚度hD垂直于加工表面來度量的切削層尺寸（圖1-16），稱為切削厚度，用hD表示。在外圓縱車（λs=0）時hD=fsinkr

2）切削寬度bD沿加工表面度量的切削層尺寸（圖1-16），稱為切削寬度，用bD表示。在外圓縱車（λs=0）時：bD=ap/sinkr。3）切削面積AD切削層在基面pr的面積，稱為切削面積，用AD表示。其計(jì)算公式為：AD=hDbD

（2）切削形式1）正切削與斜切削

切削刃垂直于合成切削方向的切削方式稱為正切削或直角切削（λs=0）。如果切削刃不垂直于切削方向則稱為斜切削或斜角切削（λs≠0）2）自由切削與非自由切削

只有直線形主切削刃參加切削工作，而副切削刃不參加切削工作，稱為自由切削。曲線主切削刃或主、副切削刃都參加切削者，稱為非自由切削。（四）夾具的作用及構(gòu)成在機(jī)械制造過程中，固定工件，使之占有確定位置而加工或檢測的工藝裝備稱為夾具。機(jī)床夾具是裝在機(jī)床上，使工件相對刀具與機(jī)床保持正確的位置，并能承受切削力的作用。例如車床上使用的三爪自定心卡盤、銑床上使用的平口鉗等都是機(jī)床夾具。1.夾具的作用（1）保證加工精度（2）提高生產(chǎn)率、降低成本（3）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍

（4）減輕工人的勞動強(qiáng)度

2.夾具的組成（1）定位元件

定位元件保證工件在夾具中處于正確的位置。（2）夾緊裝置夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力（切削力等）作用時不離開已經(jīng)占有的正確位置。（3）對刀或?qū)蜓b置對刀或?qū)蜓b置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。（4）連接元件連接元件是確定夾具在機(jī)床上正確位置的元件。（5）夾具體夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成一個整體。（6）其它裝置或元件它們是指夾具中因特殊需要而設(shè)置的裝置或元件。若需加工按一定規(guī)律分布的多個表面時，常設(shè)置分度裝置；為了能方便、準(zhǔn)確地定位，常設(shè)置預(yù)定位裝置；對于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等。3.夾具的分類按照機(jī)床夾具的通用化程度和使用范圍，可將其分為如下幾類：（1）通用夾具（2）專用夾具（3）通用可調(diào)夾具與成組夾具（4）組合夾具（5）隨行夾具（五）工件在機(jī)械加工過程中，被加工的對象稱為工件。工件是機(jī)械加工系統(tǒng)的核心。在機(jī)械加工中，一個工件一般需要經(jīng)過多道工序和多種加工方法才能成為合格零件。三、任務(wù)拓展----（一）刀具材料1.刀具材料的基本要求（1）高硬度和耐磨性

（2）足夠的強(qiáng)度和韌性

（3）高耐熱性（熱穩(wěn)定性）（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性和小的線膨脹系數(shù)（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性

2.常用的刀具材料（1）高速鋼高速鋼是一種加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼按用途分為普通高速鋼、高性能高速鋼和低合金高速鋼；按制造工藝不同分為常規(guī)高速鋼和粉末冶金高速鋼1）普通高速鋼（HSS）

普通高速鋼分為兩種，鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。鎢鋼

這類鋼的典型鋼種為W18Cr4V（簡稱W18）鎢鉬鋼

這類鋼是將一部分鎢用鉬代替制成的鋼。典型鋼種為W6Mo5Cr4V2（簡稱M2）此鋼的碳化物分布細(xì)小均勻，熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等，缺點(diǎn)是高溫切削性能和W18相比稍差我國生產(chǎn)的另一種鎢鉬系鋼為W9Mo5Cr4V2（簡稱W9），它的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性都高于M2（2）普通硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物（如TiC、WC、NbC等）和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni等）經(jīng)粉末冶金方法制成。因含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性都很高，硬度達(dá)到89～93HRA，在800～1000℃，還能承擔(dān)切削，耐用度較高速鋼高幾十倍。（1）常用硬質(zhì)合金我國按硬質(zhì)合金的成分不同，將硬質(zhì)合金分為碳化鎢基和碳化鈦基的硬質(zhì)合金，碳化鎢基分為鎢鈷類、鎢鈦鈷類、鎢鈦鉭（鈮）鈷類三類1）鎢鈷類，合金代號為YG（相當(dāng)于國標(biāo)的K）類即WC-Co類硬質(zhì)合金由WC和Co組成。常用牌號有YG6、YG8、YG3X、YG6X，含鈷量分別為6%、8%、3%、6%2）鎢鈦鈷類，合金代號為YT（相當(dāng)于國標(biāo)的P）類，即WC-TiC-Co類硬質(zhì)合金。硬質(zhì)相除WC外

，還含有5～30%的TiC。牌號有YT5、YT14、YT15、YT30，TiC的含量分別為5%、14%、15%、30%

請確認(rèn)。3）鎢鈦鉭（鈮）鈷類，對應(yīng)國標(biāo)M，合金代號為YW，即WC-TiC-TaC-Co類硬質(zhì)合金。是在YT類中加人TaC（NbC）可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度、強(qiáng)度和抗氧化能力、耐磨性等。既可用于加工鑄鐵，也可加工鋼，因而又有通用硬質(zhì)合金之稱。常用的牌號為YWI和YW24）TiC基硬質(zhì)合金，是以TiC為主體，加入少量的碳化物，以鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑壓制燒結(jié)而成，即TiC+Ni+Mo。典型牌號為YN10和YN05，又稱金屬陶瓷。因TiC在所有碳化物中硬度最高（2）新型硬質(zhì)合金1）超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金

2）高速鋼基硬質(zhì)合金

以TiC或WC為硬質(zhì)相，高速鋼為粘結(jié)相（占70～60%）3）涂層硬質(zhì)合金

它是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的。3.其他刀具材料（1）陶瓷刀具陶瓷刀具材料主要由硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。常用的陶瓷刀具有兩種：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具優(yōu)點(diǎn)是有很高的硬度和耐磨性，硬度達(dá)91～95HRA，耐磨性是硬質(zhì)合金的5倍；刀具壽命比硬質(zhì)合金高；具有很好的熱硬性，當(dāng)切削溫度760℃時，具有87HRA（相當(dāng)于66HRC）硬度，溫度達(dá)1200℃時，仍能保持80HRA的硬度；摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金?。?）金剛石刀具金剛石是碳的同素異形體，具有極高的硬度。按照金剛石的形成分為天然的和人造的，天然的一般為單晶的。人造的可根據(jù)用途制成單晶或多晶。極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達(dá)10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的60～80倍；切削刃鋒利，能實(shí)現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導(dǎo)熱性。金剛石刀具缺點(diǎn)是耐熱性差，強(qiáng)度低，脆性大，對振動很敏感。主要用于磨料和磨具，對有色金屬和非金屬材料進(jìn)行高速精細(xì)車削和鏜孔（3）立方氮化硼刀具立方氮化硼是氮化硼的同素異形體，分單晶體（CBN）和多晶體（PCBN），單晶體通常是由六方氮化硼（俗稱白石墨）為原料在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成。多晶是由單晶體和結(jié)合劑在高溫高壓下燒結(jié)而成。CBN刀具的主要優(yōu)點(diǎn)是硬度高，硬度僅次于金剛石，有比金剛石高得多的熱穩(wěn)定性（1400℃），可用來加工高溫合金，但在1000℃以上高溫時，易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只適于干切削；化學(xué)惰性大，與鐵族金屬直至1300℃時也不易起化學(xué)反應(yīng)，可用于加工淬硬鋼及冷硬鑄鐵；較高的導(dǎo)熱性和較小的摩擦系數(shù)。缺點(diǎn)是強(qiáng)度和韌性較差，抗彎強(qiáng)度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2，不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金。（二）工件材料機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機(jī)械制造中也得到廣泛的應(yīng)用。（1）鑄鐵

常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。灰鑄鐵中，石墨是以片狀形式分布于材料基體中，由于石墨強(qiáng)度很低，片狀石墨對基體有嚴(yán)重的割裂作用，而導(dǎo)致材料的強(qiáng)度降低，可通過改變石墨的形態(tài)，改變材料的性能。用HT和后續(xù)的三個數(shù)字表示其牌號如HT200、HT250，其后的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度高，耐磨性、減振性好，對應(yīng)力集中的敏感性小，價格便宜，但其抗拉強(qiáng)度較鋼差?；诣T鐵常用作機(jī)架或殼座?？慑戣T鐵的組織特點(diǎn)是基體上分布有團(tuán)絮狀石墨，對基體的割裂作用減小，因而其性能明顯提高，用KTH（基體為鐵素體）KTZ（基體為珠光體）和其后的兩個數(shù)字表示，第一個數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度，第二個數(shù)字表示伸長率，如KTH300-06。球墨鑄鐵的組織特點(diǎn)是基體上分布有球狀石墨，用QT和其后的兩個數(shù)字表示，第一個數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度，第二個數(shù)字表示伸長率，如QT500-5。球墨鑄鐵強(qiáng)度較灰鑄鐵高，可代替鑄鋼和鍛鋼用來制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。（二）工件材料（2）鋼

鋼的強(qiáng)度較高，塑性較好，可通過軋制鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機(jī)械零件，可用熱處理和表面處理方法提高機(jī)械性能，因此其應(yīng)用極為廣泛。按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結(jié)構(gòu)鋼可用于制造機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。按化學(xué)成分分，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強(qiáng)度越高，但塑性越低。碳素鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號以Q和數(shù)字組成，數(shù)字表示其屈服應(yīng)力數(shù)值，如Q215、Q235，通常用于不太重要的零件和機(jī)械結(jié)構(gòu)中優(yōu)質(zhì)碳素鋼牌號以兩位數(shù)字組成，表示其含碳量的萬分之幾，對Mn含量要求高的鋼需標(biāo)出，如15Mn。包括高、中、低碳鋼。碳素工具鋼的牌號由T和一組數(shù)字構(gòu)成，數(shù)字表示其含碳量的千分之幾，如T7、T8。（二）工件材料合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成，其中各合金元素低于2%或合金元素總量低于5%的稱為低合金鋼；各合金元素含量為2～5%或合金元素總含量為5～10%的稱為中合金鋼；各合金元素含量高于5%或合金元素總含量高于10%的稱為高合金鋼。加入不同的合金元素可改變鋼的機(jī)械性能，并具有各種特殊性質(zhì)。例如鉻能提高鋼的硬度，并在高溫時防銹耐酸；鎳使鋼具有良好的淬透性和耐磨性。2.有色金屬合金有色金屬合金具有良好的減摩性、跑合性、抗腐蝕性、抗磁性、導(dǎo)電性等特殊的性能，在工業(yè)中常用的是鋁及鋁合金、銅合金、軸承合金和輕合金，有色金屬合金一般比黑色金屬價格貴。純鋁按其純度分為高純鋁、工業(yè)純鋁、工業(yè)高純鋁；鋁合金按性質(zhì)和用途分為硬鋁、防銹鋁、鍛鋁、超硬鋁四類。銅合金有黃銅與青銅之分，黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金，它具有很好的塑性和流動性，能輾壓和鑄造各種機(jī)械零件，組成，兩位數(shù)表示含銅的百分?jǐn)?shù)，例如H80表示含銅80%的黃銅合金。青銅是除了含鋅、鎳為主要合金元素外的其它銅合金，有錫青銅和無錫青銅兩類，它們的減摩性和抗腐蝕性均較好，編號以Q和主要合金元素及其主加元素的百分含量，例如QSn7為含錫7%的青銅合金。（二）工件材料軸承合金（簡稱巴氏合金）為銅、錫、鉛、銻的合金，其減摩性、導(dǎo)熱性、抗膠合性好，但強(qiáng)度低且較貴，主要用于制作滑動軸承的軸承襯。3.非金屬材料非金屬材料也是現(xiàn)代工業(yè)和高技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少和占有重要地位的材料。非金屬材料包括除金屬材料以外幾乎所有的材料。機(jī)械制造中應(yīng)用的非金屬材料種類很多，有塑料、橡膠、陶瓷、木料、毛氈、皮革、棉絲等。橡膠富有彈性，有較好的緩沖、減振、耐熱、絕緣等性能，常用來制作聯(lián)軸器和減振器。橡膠常用作彈性裝置、橡膠帶及絕緣材料等；塑料是合成高分子材料工業(yè)中生產(chǎn)最早、發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的材料。塑料比重小，易制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、減摩耐磨性、絕熱性、抗振性等。目前某些齒輪、帶輪、滾動軸承的保持架和滑動軸承的軸承襯均有使用塑料制造的，一般工程塑料耐熱性能較差，而且易老化而使性能逐漸變差。4.復(fù)合材料復(fù)合材料是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料通過不同的工藝方法人工合成多相的材料。復(fù)合材料可以保持組成村料各自原有的某些最佳性能又可具有復(fù)合后的新性能。5.陶瓷陶瓷材料具有高的熔點(diǎn)，在高溫下有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，適宜用作高溫材料。一般超耐熱合金使用的溫度界限為950～1100℃，陶瓷材料的使用溫度界限為1200～1600℃，因此現(xiàn)代機(jī)械裝置特別是高溫機(jī)械部分，使用陶瓷材料將是一個重要的研究方向。（二）工件材料（三）熱處理方法簡介鋼的熱處理就是利用鋼在固態(tài)范圍內(nèi)的加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能的一種工藝。熱處理目的：（1）提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料、延長零件使用壽命。（2）消除材料殘余應(yīng)力，改善金屬的切削加工性能。加熱溫度、保溫時間和冷卻方式是熱處理最重要的三個基本工藝因素。1.退火

將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢〞r間，然后緩慢冷卻以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。目的是降低硬度，均勻化學(xué)成分、改善切削加工性能和冷塑性變形性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力、為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織。（1）球化退火為使工件中的碳化物球狀化而進(jìn)行的退火。（2）去應(yīng)力退火為去除工件塑性變形加工、切削加工或焊接造成的內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行退火。（三）熱處理方法簡介2.正火

將鋼材或鋼件加熱到一定溫度，保溫適當(dāng)時間，使之完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，以得到珠光體組織的熱處理工藝。目的是改善切削性能，消除毛坯內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒、提高硬度、獲得比較均勻的組織和性能。它和退火的區(qū)別是對于含碳量相同的工件，正火后的強(qiáng)度和硬度要高于的退火的。一般用于鍛件、鑄件和焊接件。正火一般安排在毛坯制造之后，粗加工之前進(jìn)行。3.滲碳

為提高工件表層的含碳量，并在其中形成一定的碳含量梯度，在滲碳爐中將低碳鋼在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入工件表面，然后進(jìn)行淬火的化學(xué)熱處理工藝。目的是使低碳鋼的表面層含碳量增加到0.85～1.10%，然后再經(jīng)淬火、低溫回火處理以消除應(yīng)力并穩(wěn)定組織，使鋼件表面層具有高硬度（HRC56～62），增加耐磨性及疲勞強(qiáng)度等。而內(nèi)部仍保持原有的塑性和韌性。滲碳一般用于15Cr、20Cr等含碳量低的鋼種，滲碳層的深度是根據(jù)零件的要求不同，一般為0.2～2mm。（三）熱處理方法簡介4.淬火

將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時間使其奧氏體化，以大于馬氏體臨界冷卻速度進(jìn)行冷卻的工藝。目的是提高硬度和耐磨性，按加熱溫度，淬火可分為完全淬火、不完全淬火、循環(huán)加熱淬火；按加熱介質(zhì)及熱源條件，可分為鹽浴加熱淬火、火焰加熱淬火、感應(yīng)加熱淬火、高頻脈沖淬火、接觸電加熱淬火等；按淬火部位：整體淬火、局部淬火、表面淬火等；按冷卻方式：單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、預(yù)冷淬火等。在完全淬火時，鋼的淬火組織主要是由馬氏體組織；在不完全淬火時，亞共析鋼得到馬氏體和鐵素體組成的組織，當(dāng)奧氏體中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%時，淬火組織為馬氏體和殘余奧氏體，過共析鋼得到馬氏體和滲