机械制造技术基础第1章

机械制造技术基础

制作：机械制造教研室授课：恩吉

绪论1、制造业在国民经济中的地位制造是人类科学理念物化的过程（P1）。它是指人类按照所需目的，运用主观掌握的知识和技能，应用可利用的设备和工具，采用有效的方法，将原材料转化为有使用价值的物质产品并投放市场的全过程。（1）机械制造业是国家工业体系的重要基础和国民经济的重要组成部分，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一；（2）制造技术是生产、国际经济竟争、产品革新的一种重要手段；（3）基础机械、基础零部件、基础工艺的发展，其关键在于制造技术的发展；（4）现代以制造技术为重点的工业革命，就是第三次工业革命；在国防中举足轻重歼10：国产最先进战机中华神盾：国产最先进驱逐舰遨游太空的神六航空母舰：制造业的颠峰2、先进制造技术的发展趋势⑴信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用。⑵设计技术的不断现代化。⑶加工制造技术向超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展。⑷绿色制造将成为21世纪制造业的主要特征。目前研究热点超高速切削精密及超精密加工、、微细加工和纳米级加工自动化加工中刀具可靠性研究切削过程在线检测、监控和预报新型刀具材料的设计与开发新型高难加工材料的切削加工其它新型加工方法，如：基于环保意识的绿色干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动切削等复杂曲面加工，复杂刀具CAD/CAM

国内研究现状山东大学

(新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠性等、高速切削)，代表性人物：艾兴院士哈尔滨工业大学

(精密、超精密加工、纳米级加工、特种加工等)，代表性人物：袁哲俊教授大连理工大学

(切削理论、剪切角理论、石材加工等)，代表性人物：刘培德教授北京理工

(硬质合金刀具、难加工材料加工等)，代表性人物：于启勋教授天津大学

(陶瓷精密磨削加工等)，代表性人物：于思远教授东北大学

(磨削加工)，代表性人物：郑焕文教授华南理工大学

(加工表面质量、积屑瘤、加工表面残余应力)，代表性人物：周泽华教授华中科技大学（陈日曜教授）南京航空航天大学(张幼帧教授）北京航空航天大学（陈鼎昌教授）清华大学成都工具研究所等美国、日本、德国、澳大利亚等美国:Merchant,LeeandShaffer日本：臼井英治、小野浩二、中山一雄澳大利亚：Oxley

国外研究现状3、如何学好本课程⑴性质：是机械类各专业的主干专业技术基础课程。⑵研究对象：金属切削原理、金属切削机床与刀具、机床夹具设计原理以及机械产品的制造工艺（包括零件加工和装配两方面）。⑶课程的主要内容①金属切削的基本原理和基本知识；②金属切削机床与刀具；③零件机械加工工艺过程的制订；④机床夹具设计原理；⑤机械加工精度与加工质量；⑥装配工艺过程设计；课程的学习要求①以金属切削理论为基础，掌握金属切削的基本原理和基本知识，并有根据具体情况合理选择加工方法（机床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力；②以制造工艺为主线，以产品质量、加工效率与经济性三者的优化为目标，了解和掌握机械加工工艺过程、机械加工精度和质量以及装配过程的基本原理和基本知识，具有设计工艺规程的初步能力。③了解和能够选用常用工艺装备（机床、刀具、夹具），并具有初步设计工艺装备的能力。④对先进制造技术的发展趋势有一定的了解。本课程的学习方法金属切削理论和机械制造工艺知识具有很强的实践性。因此，希望学习本书时必须重视实践环节，即通过实验、实习、设计及工厂调研来更好地体会、加深理解。本书给出的仅是基本概念与理论，真正的掌握与应用必须在不断的实践—理论—实践的循环中善于总结，才能达到自由王国的境界。学时安排:1.(5)2.(8)3.(11)5.(11)7.(5)8.(2)9.(1)考核平时成绩30分:考勤和课堂纪律15;课堂讨论、笔记和作业15。期末闭卷考试70分.试卷题型：1．填空15％约5题；2.选择题35％约7题；3.简答题16％约4题；4.分析题24％约3题；5．计算题10％约1题。第一章：金属切削过程的基础知识（约5学时）

本章提要

一、基本定义介绍金属切削过程方面的一些基本概念，它包括切削运动、切削用量、参考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具标注角度、切削层参数等。二、刀具材料介绍刀具材料应具备的性能（硬度、耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性），两种常用的刀具材料（高速钢、硬质合金）和其它刀具材料（涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼）。1.1基本定义

1.1.1切削运动与切削用量

工件三个表面定义：①待加工表面：即将被切去金属层的表面；②加工表面：切削刃正在切削着的表面；③已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面。平面刨削的切削运动及工件上三表面课堂问题：指出钻、铣削的切削运动及工件上三个表面。1.1.1.1切削运动*⑴主运动主运动是速度最高，消耗机床功率最多的那个运动。（如图1.3

Vc）注：(a)主运动可为刀具，也可为工件；(b)主运动可是直线运动，也可旋转运动；(c)切削加工中，主运动必须有一个，也只有一个。⑵进给运动进给运动使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可是一个、两个或多个，通常消耗功率较小。（如图1.3

Vf）注：（a）进给运动可以是一个、几个或没有；（b）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合；（c）进给运动可由刀具或工件完成。

Ve=Vc+VfVcVeVf图1.3合成切削速度⑶合成运动与合成切削速度当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某点相对工件的运动称为合成切削运动。(如图1.3

Ve)1.1.1.2切削用量三要素*

(1)切削速度（车钻镗）

(2)进给速度、进给量和每齿进给量①进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mm/s(mm/min)②进给量f是工件或刀具每回转一周两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r

③对于铣刀、齿轮滚刀等多刃切削

工具，在它们进行工作时，还应规

定每一个刀齿的进给量fz

。

三者的关系:(3)背吃刀量

背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离（车削）（钻削）

1.1.2.刀具切削部分的基本定义

1.1.2.1刀具切削部分的构造

主后刀面Aa是指与工件加工表面相对的刀具表面。

副后刀面Aa’是指与工件已加工表面相对的刀具表面。(3)切削刃：主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃指前刀面与副后刀面相交的锋边。

(1)前刀面：前刀面Ar

是切屑流出的表面;

(2)后刀面：后刀面分为主后刀面与副后刀面

;车刀的组成(4)刀尖：刀尖可以是主、副切削刃的实际交点（图1.5）它也可以是圆弧或直线（通常都称为过渡刃）。1.1.2.2刀具标注角度的参考系

刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成：①基面Pr

通过切削刃选定点，垂直假定主运动方向的平面。②切削平面Ps

通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。③主剖面Po和主剖面参考系

主剖面Po是通过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。由Pr-Ps-Po组成的一个正交的主剖面参考系。

④法剖面Pn和法剖面参考系

法剖面

Pn是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。Pr-Ps-Pn组成一个法剖面参考系VPrVf⑤进给剖面Pf和背平面Pp及其组成的进给、背平面参考系

进给剖面Pf是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。背平面Pp是通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。Pr-Pf-Pp组成一个进给、背平面参考系。1.1.2.3刀具工作角度的参考系（自阅）刀具工作角度参考系与标注角度参考系的唯一不同是：用主运动与进给运动的合成切削运动Ve取代主运动VcVe=Vc+Vf1.1.2.4刀具的标注角度*

主偏角κr：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角。刃倾角λs：切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。前角γ0：前刀面与基面间的夹角（在主剖面中测量）。后角α0：后刀面与切削平面的夹角（在主剖面中测量）。

同理可得：副偏角κr，，副后角α0，

，副刃倾角λs，，

副前角γ0，

，。它们的定义与主切削刃上的四种角度类似。几个派生角如下：楔角：主剖面中测量的前、后刀面间夹角。刀尖角：基面中测量的主、副切削刃间夹角。前角主偏角刃倾角作业：P211.6，1.13

1.1.3.刀具角度的换算(自阅)nff端面车刀切断车刀

1.1.4.刀具工作角度

1.1.4.1进给运动对工作角度的影响⑴横车基面位置变化所致:前角后角VeVfVc⑵纵车基面位置变化所致：前角后角1.1.4.2刀具安装对工作角度的影响⑴刀尖安装高低对工作角度的影响

装高了导致：课堂问题：镗孔时，当镗刀刀尖安装得高于工件中心线时，工作前角和工作后角的变化如何？⑵刀杆安装倾斜对工作角度的影响

车刀刀杆与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化：

,1.1.5切削层参数与切削形式

1.1.5.1切削层参数*⑴切削厚度垂直于加工表面来度量的切削层尺寸（图1.19）称为切削厚度，以hD表示。⑵切削宽度沿加工表面度量的切削层尺寸（图1.19），称为切削宽度，以bD