机械制造技术基础2.1 概述

第2章金属切削及机床基本知识刘英教授重庆大学第2章金属切削及机床基本知识什么是金属切削加工？2.1概述

刘英教授重庆大学2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理机械产品是怎么构成的?机器的组成：合件1组件1合件2部件1组件2组件3部件3合件3机器部件2零件汽车的组成：汽车变速箱部件转向器部件发动机部件驱动桥部件车架车厢驾驶室曲轴组件连杆活塞组件凸轮轴组件发动机缸体发动机缸盖飞轮机油泵组件连杆合件活塞活塞环活塞销连杆体连杆盖铜套机器的组成：合件1组件1合件2部件1组件2组件3部件3合件3机器部件2零件2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理1.零件的种类(1)轴类零件

特点:2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理1.零件的种类(2)盘套类零件

特点:2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理1.零件的种类(3)支架箱体类零件

2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理1.零件的种类(4)六面体类零件

2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理1.零件的种类(5)特殊类零件

2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理1.零件的种类(6)机身机座类零件

2.1.1机械零件的种类及其表面形成原理2.零件加工表面形成原理零件是怎么加工制造出来的呢?机器零件上常用的各种典型表面机械零件的表面：机械零件的表面非加工表面加工表面（重要的工作表面）有一定的精度要求和表面粗糙度要求通过机械加工保证机器零件上常用的各种典型表面机械零件常用的表面形状零件的常用表面平面圆柱面特殊表面成型表面圆锥面(1)零件表面的形成

零件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的。并且我们把这两条线叫着母线和导线，统称发生线。

母线—动导线—静例、零件表面的形成例、零件表面的形成组成零件轮廓的几何表面导线导线导线导线母线导线母线母线母线母线母线母线导线导线导线(2)发生线的形成1)成型法——利用成形刀具来形成发生线，对工件进行加工的方法。

(2)发生线的形成1)成型法——利用成形刀具来形成发生线，对工件进行加工的方法。

2)发生线的形成2)轨迹法——靠刀尖的运动轨迹来形成工件表面形状的方法。

2)发生线的形成2)轨迹法——靠刀尖的运动轨迹来形成工件表面形状的方法。

2)发生线的形成3)相切法——由圆周刀具上的多个切削点来共同形成工件表面形状的方法。

3)发生线的形成4)展成法——利用工件和刀具作展成切削运动来形成工件表面的方法。2.1.2切削运动与切削用量1.工件上的表面2.切削运动与切削用量的定义（重点）切削运动主运动进给运动2.1.2切削运动与切削用量2.切削运动与切削用量(1)主运动和切削速度：

由机床提供的刀具和工件之间的主要运动，能使刀具从工件上切除金属层使之变为切屑。

2.切削运动与切削用量(1)主运动和切削速度单位:m/min2.切削运动与切削用量(2)进给运动和进给量:

能使主运动能够连续地切除工件上多余的金属层，以形成全部已加工表面的运动。2.切削运动与切削用量(2)进给运动和进给量f

mm/rfmm/dst

Vfmm/minfzmm/齿

f

mm/r2.切削运动与切削用量(3)切深运动和背吃刀量背吃刀量αsp2.切削运动与切削用量(3)切深运动和背吃刀量

背吃刀量是指在垂直于由主运动方向和进给运动方向所组成的平面上测量的刀具与工件接触的切削层尺寸。2.切削运动与切削用量(3)切深运动和背吃刀量切削用量三要素

背吃刀量asp、进给量f切削速度vc2.切削运动与切削用量(4)合成切削运动和合成切削速度2.1.3刀具切削部分的几何参数刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖1.刀具切削部分的构成刀尖的类型点状刀尖修圆刀尖倒角刀尖2.刀具的静态角度确定刀具角度的坐标参考系：实际合成切削运动方向工作参考系进给运动方向刀具实际安装位置刀具的工作角度2.刀具的静态角度确定刀具角度的坐标参考系：假定主运动方向静止参考系假定进给运动方向刀具安装位置刀具的静态角度2.刀具的静态角度确定刀具角度的坐标参考系：

工作参考系工作角度

静止参考系静态角度a、建立参考系的基准不同刀具的静态角度是以标准安装状态下的假定主运动方向和进给运动方向来建立静态参考系的。刀具的工作角度是以实际安装状态下的合成切削运动方向和进给运动方向建立工作参考系。b、用途不同刀具的静态角度是在设计、制造、刃磨和检验刀具时采用。

刀具的工作角度是在分析刀具切削状态时采用。刀具静态角度与工作角度的区别

当刀具处于标准安装状态时，且进给速度相对于主运动速度来说非常小时，可以认为刀具的静态角度与刀具的工作角度重合。刀具静态角度与工作角度的联系(1)刀具静止参考系刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：1)刀刃上的选定点位于假定工件的轴平面内，是刀具静止参考系的原点；(1)刀具静止参考系刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：2)过刀具切削刃选定点的假定的进给运动方向位于车刀刀体（轴线）的法平面内并与车刀底面相平行；(1)刀具静止参考系刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：3)过刀具切削刃选定点的假定的主运动方向垂直于车刀刀体的底面。(1)刀具静止参考系

构成刀具静止参考系的基准平面有六个：1)基面Pr

车刀的基面平行于刀体底面。1)基面Pr

(1)刀具静止参考系

2)

切削平面Ps

2)

切削平面Ps

(1)刀具静止参考系3)

正交平面Po

正交平面参考系3)

正交平面Po

4)法平面Pn

法平面参考系法平面参考系

5)假定工作平面Pf

6)背平面Pp假定工作平面—背平面参考系假定工作平面—背平面参考系(1)刀具静止参考系小结:正交平面参考系

由基准平面Pr

—Ps

—Po组成的静止参考系。法平面参考系

由基准平面Pr

—

Ps

—

Pn组成的静止参考系。假定工作平面—背平面参考系

由基准平面Pr

—

Pf

—

Pp组成的静止参考系。(2)刀具的静态角度1)在正交平面参考系中定义的刀具静态角度

①前角

γo：①前角

γo②后角ao③主偏角kr④刃倾角ls①前角

γo①前角

γo①前角

γo①前角

γo(2)刀具的静态角度④刃倾角ls：

切削刃的选定点、刃倾角和主偏角这三个参数，确定了主切削刃在参考系中的位置。

(2)刀具的静态角度

①前角

γo：

②后角ao：

③主偏角kr：④刃倾角λs：

上述四个角度确定了主切削刃、前刀面、后刀面在参考系中的位置。(2)刀具的静态角度同理：确定刀具副切削刃、副前刀面、副后刀面的位置也需要四个角度，即

①副前角

γo’

②副后角ao’

③副主偏角kr’④副刃倾角λs’

派生角度派生角度⑤副偏角

kr’

⑥副后角ao’

(2)刀具的静态角度

小结：

上述六个角度（ro、ao、kr、λs、kr’、ao’）是在正交平面参考系中，确定车刀三个刀面（前面Ar、后面Aa、副后面Aa’）、两个刀刃（主切削刃S、副切削刃S’）的位置所必需的六个独立的刀具角度。(2)刀具的静态角度

(2)刀具的静态角度

⑦楔角bο：bο=

90°--（go

+ao）

(2)刀具的静态角度⑧刀尖角er

：

er=

180°--（

kr

+kr’）(2)刀具的静态角度⑨余偏角

λ：

λ=

90°--

kr(2)刀具的静态角度2)在法平面参考系中定义的静态角度

即：法前角γn法后角an主偏角kr刃倾角λs副偏角kr’

副法后角an’其中主偏角kr、刃倾角λs、副偏角kr’

同正交平面参考系中的角度完全相同，其余三个角度，即法前角γn、法后角an、副法后角an’的定义不一样。(2)刀具的静态角度正交平面参考系与法平面参考系之间的角度换算公式：

(2)刀具的静态角度3)在假定工作平面—背平面参考系中定义的静态角度即：侧前角γf

侧后角af

背前角γp

背后角ap副侧后角af’副背后角ap’(2)刀具的静态角度正交平面参考系与假定工作平面、背平面参考系之间的角度换算公式：

确定刀具角度的坐标参考系：实际合成切削运动方向工作参考系进给运动方向刀具实际安装位置刀具的工作角度3.刀具的工作角度3.刀具的工作角度在一般的普通切削过程中(车外圆、镗孔、铣平面):工作参考系与静止参考系区别很小!刀具的静止角度≈刀具的工作角度3.刀具的工作角度

在一些特殊的切削过程中(如车螺纹、车槽、切断、车丝杆、大进给铣削）:

工作参考系与静止参考系区别很大!刀具的静止角度≠刀具的工作角度确定刀具角度的坐标参考系：实际合成切削运动方向工作参考系进给运动方向刀具实际安装位置刀具的工作角度3.刀具的工作角度3.刀具的工作角度刀具的工作参考系和工作角度的定义基面通过切削刃上选定点，垂直于假定主运动方向的平面；工作基面通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削运动方向的平面。前角在正交平面上测量的前面与基面间的夹角；工作前角在工作正交平面中测量的前面与工作基面之间的夹角。

(1)进给运动对刀具工作角度的影响1.进给运动对刀具工作角度的影响例:切断车削过程对刀具工作角度的影响goe

=go

+η

aoe

=

ao

-η

讨论：(2)刀具安装位置对工作角度的影响

1)刀具安装高低对工作角度的影响gpe

=g

p

+q

p

ape=a

p

―

q

p

(2)刀具安装位置对工作角度的影响

1)刀具安装高低对工作角度的影响(2)刀具安装位置对工作角度的影响

2)刀杆轴线与进给方向不垂直的影响

kre=kr

±

Gr

kre’=kr’-（±

Gr）

(2)刀具安装位置对工作角度的影响

2)刀杆轴线与进给方向不垂直的影响

2.1.4切削层参数与切削方式1.切削层参数什么是切削层?2.1.4切削层参数与切削方式1.切削层参数(1)切削层厚度?(2)切削层宽度(3)切削层面积?2.材料切除率Q单位时间所切除的材料体积,单位：mm3/min

。Q

=

1000

vc

AD

=

1000

vc

hD

bD

=

1000

vc

aspf

3.切削方式(1)自由切削和非自由切削3.切削方式(2)直角切削和斜角切削2.1.5金属切削机床的基本知识什么是机床?机床——工作母机——工具机2.1.5金属切削机床的基本知识1.对金属切削机床的基本要求(1)机床的性能方面1)工艺范围

是指机床适应不同加工要求的能力。

2.1.5金属切削机床的基本知识1.对金属切削机床的基本要求(1)机床的性能方面1)工艺范围内容包括：机床上可完成的加工方法能用的材料与毛坯种类能加工零件的类型、规格、尺寸范围等

2.1.5金属切削机床的基本知识1.对金属切削机床的基本要求(1)机床的性能方面1)工艺范围

(1)通用机床(2)专门化机床

(3)专用机床如普通车床、铣床等如凸轮轴车床、活塞车床等如专用导轨磨床、专用镗床等2.1.5金属切削机床的基本知识1.对金属切削机床的基本要求(1)机床的性能方面2)加工精度机床的加工精度是指该机床加工零件表面的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。2.1.5金属切削机床的基本知识1.对金属切削机床的基本要求(1)机床的性能方面2)加工精度

影响因素：机床精度静刚度机床主要部件的几何精度机床传动部件的运动精度机床传动系统的传动精度机床主要部件的定位精度

机床的精度等级越高，造价越高，故应根据工件的加工要求合理选择机床的精度等级。机床精度2.1.5金属切削机床的基本知识1.对金属切削机床的基本要求(1)机床的性能方面2)