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1、 第一章 金属切削加工的基础知识1） 课程教学目的机械制造技术基础是机械设计制造及自动化专业的必修专 业基础课程，是该专业的主干课程，通过学习机械制造技 术基础，可以使学生对制造活动有一个总体的、全貌的了 解与把握，掌握金属切削加工的基本规律，机械加工的基本 知识，具备机械加工和装配工艺规程设计的能力，掌握机械 加工中精度及表面质量的概念及其控制方法，初步具备分析 解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制 造模式的发展概况和制造技术发展的前沿与趋势，初步具备 对制造系统、制造模式选择决策的能力。第一章第一章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识教学目的和任务2） 教学主要任
2、务介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程 及其系统，包括：（1）金属切削过程及其基本规律；（2）机床、夹具、刀具的基本知识；（3）机械加工和装配工艺规程的设计；（4）机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法；（5）制造技术哲理与现代生产管理模式；（6）制造技术发展的前沿与趋势。第一章第一章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识教学目的和任务1. 金属切削加工的定义金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动，通过刀具上的切 削刃切除工件上多余的（或预留的）金属，从而使工件的形 状、尺寸精度及表面质量都合乎预定要求，这样的加工称为 金属切削加工。2.在金属切削加工过程中有两个基
3、本要素： 一个是成形运动， 另一个是刀具。3. 金属切削加工的种类车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削等。第一章第一章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识概述车 削铣 削刨 削磨 削钻削镗削拉 削金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动，通过刀具上的 切削刃切除工件上多余的（或预留的）金属，从而使工件的 形状、尺寸精度及表面质量都合乎预定要求，这样的加工称 为金属切削加工。任何零件的表面形状都是由一些基本表面 组合而成的，所以零件的切削加工过程就是表面成形过程。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成1. 零件的表面形状平面
4、、直线成形表面 、圆柱面、圆锥面 、球面、圆环面、 螺旋面。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成2. 工件表面的形成 方法各种典型表面都可 以看作是一条线（ 称为母线）沿着另 一条线（称为导线 ）运动的轨迹。母 线和导线统称为形 成表面的发生线。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成螺旋线螺纹牙形渐开线 有些表面的发生线完全相同，只因母线的原始位置不同， 也可以形成不同的表面。 母线和导线有时候可以互换；有时候不可以互换。 1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
5、工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成3 发生线的形成方法及所需的运动在实际的切削加工中，发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对 运动得到的。由于生产中使用的刀具切削刃形状和采取的加工方 法不同，形成发生线的方法可归纳为四种。 成形法 利用成形刀具对工件进行加工的方法，刀具的切削 刃与所需形成的母线完全吻合。 展成法（亦称共轭法或包络法）是利用工件和刀具作展成 切削运动进行加工的方法。 1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成 轨迹法是利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加 工的方法。 相切法是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对
6、工件进行加工 的方法。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成成形法母线 导线 导线 母线 表面成形运动是保证得到工件 要求的表面形状的运动。例 如用车刀车削外圆柱面，形 成母线和导线的方法，都属 于轨迹法。工件的旋转运动 B1，产生母线（圆）；刀具 的纵向直线运动A2产生导线 （直线）。运动B1和A2就是 两个表面成形运动。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成（1）成形运动的种
7、类 简单成形运动由单独的旋转运动或直线运动构成； 复合成形运动由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某些确 定的运动关系组合而成。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成（2）零件表面成形所需的成形运动形成表面所需要的成形运动，就是形成母线及导线所需要的成形 运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这 些成形运动。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成例1-1 用普通车刀车削外圆 母线圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 导线直线，由轨迹法形成， 需要
8、一个成形运动A2。 表面成形运动的总数为两个，即 Bl和A2，都是简单的成形运动。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成例1-2 用成形车刀车削成形回转 表面 母线曲线，由成形法形成， 不需要成形运动。 导线圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 表面成形运动的总数为一个Bl， 是简单的成形运动。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成例1-3 用螺纹车刀车削螺纹 母线车刀的刀刃形状与螺纹 轴向剖面轮廓的形状一致，故母 线由成形法形成，不需要成形运 动。 导线螺旋线，由轨迹
9、法形成 ，需要一个成形运动。这是一个 复合运动。B11，A12。1.1 1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动工件表面的成形方法及所需的成形运动加工表面的形成例1-4 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿 轮齿面 母线渐开线，由展成法形成， 需要一个成形运动，是复合运动， 可分解为滚刀旋转B11和工件旋转 B12两个部分，B11和B12之间必须 保持严格的相对运动关系。 导线直线，由相切法形成，需 要两个独立的成形运动，即滚刀的 旋转运动B11和滚刀沿工件的轴向移 动A2。1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动要进行切削加工，金属切削机床必须为形成工件表面提供两种 最主要的相对
10、运动，即主运动和进给运动。 （1）主运动及切削速度 主运动是刀具和工件之间产生的最主要的相对运动，它是刀 具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料，使切削层金属转变 成切屑，从而形成新鲜表面的运动。 在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运动。一般地 ，主运动消耗的功率比较大，速度也比较高。1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动 主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；可以是旋转运 动，也可以是直线运动。 主运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方 向。 主运动的速度vc：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬 时速度，一般称为切削速度。1.2 1.2 切削运动与切
11、削用量切削运动与切削用量 切削运动（2）进给运动和进给速度 由机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件上多余金 属以形成工件表面所需的运动称为进给运动， 进给运动可以用进给速度vf或进给量f、fz、af来表示。 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种切削加 工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。 1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动 进给运动可能是连续的（例如在车床上车削圆柱表面时，刀 架带动车刀作连续纵向运动），也可能是间歇的（例如牛头 刨床上加工平面时，刨刀作往复运动，进给运动为工作台带 动工件作的横向间歇移动）。进给运动可以由刀具完成，也 可以由
12、工件完成；可以是直线运动，也可以是旋转运动。 进给运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运 动的方向。 进给速度vf：切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时 速度。1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具 来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示 ），也可以是回转运动（用 R 表示）。 正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合 ，产生了不同的加工方法。1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动进给运动RRRRRRR RRR1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运
13、动与切削用量 主运动 进给运动平面加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTT刨插周铣端铣周磨端磨车拉T1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 车螺纹板牙主运动 进给运动螺纹加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 主运动 进给运动齿形加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣 刀铣齿成形 磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿1.2 1.2 切削运动与切削
14、用量切削运动与切削用量 1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动（3）合成切削运动 由同时进行的主运动和进给运 动合成的运动，称为合成切削 运动。 切削刃上任一点相对工件的合 成切削运动的瞬时速度称为合 成切削速度，用ve表示。它是 同一选定点的主运动速度vc与 进给运动速度vf的矢量和，即 ： vevc十vf1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动（3）合成切削运动 合成切削运动方向与主运动方 向的夹角称为合成切削速度角 ，用表示。 在一些间歇进给的机床（如刨 床）上，主运动就是合成切削 运动。但在大多数情况下vf 与vc 相比是很小的，可略去不计
15、， 则在大小上近似认为： vevc （ vf vc ）1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动3 切削过程中工件上的加工表面 如外圆车削时，工件做旋转运动 ，刀具作纵向直线运动，形成了 工件的外圆表面。在新的表面的 形成过程中，工件上有三个依次 变化的表面。 待加工表面 即将被切除金属 层的表面。1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动3 切削过程中工件上的加工表面 过渡表面(或称切削表面) 加工 时由主切削刃在工件上正在形成 的那个表面。是待加工表面和已 加工表面之间的表面。 已加工表面 已被切除多余金 属而形成符合要求的工件新表面 。1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动4 切削用量三要素 所谓切削用量是指切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）和背 吃刀量asp，也常称为切削用量三要素。 （1）切削速度 切削速度即主运动的速度。 主运动为旋转运动 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径 处的线速度： d完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)； n主运动的转速(r/s或r/min)。1.2 1.2 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 切削运动主运动为直线往复运动 （牛头刨床刨刀的直线往复运动为主运动），切削速度计算
