機械制造技術(shù)基礎(chǔ)

制作：機械制造教研室授課：恩吉

緒論1、制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位制造是人類科學理念物化的過程（P1）。它是指人類按照所需目的，運用主觀掌握的知識和技能，應用可利用的設(shè)備和工具，采用有效的方法，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。（1）機械制造業(yè)是國家工業(yè)體系的重要基礎(chǔ)和國民經(jīng)濟的重要組成部分，是衡量一個國家科技水平的重要標志之一；（2）制造技術(shù)是生產(chǎn)、國際經(jīng)濟竟爭、產(chǎn)品革新的一種重要手段；（3）基礎(chǔ)機械、基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)工藝的發(fā)展，其關(guān)鍵在于制造技術(shù)的發(fā)展；（4）現(xiàn)代以制造技術(shù)為重點的工業(yè)革命，就是第三次工業(yè)革命；在國防中舉足輕重殲10：國產(chǎn)最先進戰(zhàn)機中華神盾：國產(chǎn)最先進驅(qū)逐艦遨游太空的神六航空母艦：制造業(yè)的顛峰2、先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢⑴信息技術(shù)對先進制造技術(shù)的發(fā)展起著越來越重要的作用。⑵設(shè)計技術(shù)的不斷現(xiàn)代化。⑶加工制造技術(shù)向超精密、超高速以及發(fā)展新一代制造裝備的方向發(fā)展。⑷綠色制造將成為21世紀制造業(yè)的主要特征。目前研究熱點超高速切削精密及超精密加工、、微細加工和納米級加工自動化加工中刀具可靠性研究切削過程在線檢測、監(jiān)控和預報新型刀具材料的設(shè)計與開發(fā)新型高難加工材料的切削加工其它新型加工方法，如：基于環(huán)保意識的綠色干切削、硬切削、低溫切削、加熱切削、振動切削等復雜曲面加工，復雜刀具CAD/CAM

國內(nèi)研究現(xiàn)狀山東大學

(新型陶瓷刀具材料、刀具磨損破損、切削可靠性等、高速切削)，代表性人物：艾興院士哈爾濱工業(yè)大學

(精密、超精密加工、納米級加工、特種加工等)，代表性人物：袁哲俊教授大連理工大學

(切削理論、剪切角理論、石材加工等)，代表性人物：劉培德教授北京理工

(硬質(zhì)合金刀具、難加工材料加工等)，代表性人物：于啟勛教授天津大學

(陶瓷精密磨削加工等)，代表性人物：于思遠教授東北大學

(磨削加工)，代表性人物：鄭煥文教授華南理工大學

(加工表面質(zhì)量、積屑瘤、加工表面殘余應力)，代表性人物：周澤華教授華中科技大學（陳日曜教授）南京航空航天大學(張幼幀教授）北京航空航天大學（陳鼎昌教授）清華大學成都工具研究所等美國、日本、德國、澳大利亞等美國:Merchant,LeeandShaffer日本：臼井英治、小野浩二、中山一雄澳大利亞：Oxley

國外研究現(xiàn)狀3、如何學好本課程⑴性質(zhì)：是機械類各專業(yè)的主干專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。⑵研究對象：金屬切削原理、金屬切削機床與刀具、機床夾具設(shè)計原理以及機械產(chǎn)品的制造工藝（包括零件加工和裝配兩方面）。⑶課程的主要內(nèi)容①金屬切削的基本原理和基本知識；②金屬切削機床與刀具；③零件機械加工工藝過程的制訂；④機床夾具設(shè)計原理；⑤機械加工精度與加工質(zhì)量；⑥裝配工藝過程設(shè)計；課程的學習要求①以金屬切削理論為基礎(chǔ)，掌握金屬切削的基本原理和基本知識，并有根據(jù)具體情況合理選擇加工方法（機床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力；②以制造工藝為主線，以產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率與經(jīng)濟性三者的優(yōu)化為目標，了解和掌握機械加工工藝過程、機械加工精度和質(zhì)量以及裝配過程的基本原理和基本知識，具有設(shè)計工藝規(guī)程的初步能力。③了解和能夠選用常用工藝裝備（機床、刀具、夾具），并具有初步設(shè)計工藝裝備的能力。④對先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢有一定的了解。本課程的學習方法金屬切削理論和機械制造工藝知識具有很強的實踐性。因此，希望學習本書時必須重視實踐環(huán)節(jié)，即通過實驗、實習、設(shè)計及工廠調(diào)研來更好地體會、加深理解。本書給出的僅是基本概念與理論，真正的掌握與應用必須在不斷的實踐—理論—實踐的循環(huán)中善于總結(jié)，才能達到自由王國的境界。學時安排:1.(5)2.(8)3.(11)5.(11)7.(5)8.(2)9.(1)考核平時成績30分:考勤和課堂紀律15;課堂討論、筆記和作業(yè)15。期末閉卷考試70分.試卷題型：1．填空15％約5題；2.選擇題35％約7題；3.簡答題16％約4題；4.分析題24％約3題；5．計算題10％約1題。第一章：金屬切削過程的基礎(chǔ)知識（約5學時）

本章提要

一、基本定義介紹金屬切削過程方面的一些基本概念，它包括切削運動、切削用量、參考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具標注角度、切削層參數(shù)等。二、刀具材料介紹刀具材料應具備的性能（硬度、耐磨性、強度、韌性、耐熱性、工藝性、經(jīng)濟性），兩種常用的刀具材料（高速鋼、硬質(zhì)合金）和其它刀具材料（涂層、陶瓷、人造金剛石、立方氮化硼）。1.1基本定義

1.1.1切削運動與切削用量

工件三個表面定義：①待加工表面：即將被切去金屬層的表面；②加工表面：切削刃正在切削著的表面；③已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。平面刨削的切削運動及工件上三表面課堂問題：指出鉆、銑削的切削運動及工件上三個表面。1.1.1.1切削運動*⑴主運動主運動是速度最高，消耗機床功率最多的那個運動。（如圖1.3

Vc）注：(a)主運動可為刀具，也可為工件；(b)主運動可是直線運動，也可旋轉(zhuǎn)運動；(c)切削加工中，主運動必須有一個，也只有一個。⑵進給運動進給運動使新的金屬不斷投入切削的運動。進給運動可是一個、兩個或多個，通常消耗功率較小。（如圖1.3

Vf）注：（a）進給運動可以是一個、幾個或沒有；（b）進給運動可是直線運動、旋轉(zhuǎn)運動或兩者的組合；（c）進給運動可由刀具或工件完成。

Ve=Vc+VfVcVeVf圖1.3合成切削速度⑶合成運動與合成切削速度當主運動與進給運動同時進行時，刀具切削刃上某點相對工件的運動稱為合成切削運動。(如圖1.3

Ve)1.1.1.2切削用量三要素*

(1)切削速度（車鉆鏜）

(2)進給速度、進給量和每齒進給量①進給速度Vf是單位時間的進給量，單位是mm/s(mm/min)②進給量f是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周兩者沿進給運動方向的相對位移，單位是mm/r

③對于銑刀、齒輪滾刀等多刃切削

工具，在它們進行工作時，還應規(guī)

定每一個刀齒的進給量fz

。

三者的關(guān)系:(3)背吃刀量

背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離（車削）（鉆削）

1.1.2.刀具切削部分的基本定義

1.1.2.1刀具切削部分的構(gòu)造

主后刀面Aa是指與工件加工表面相對的刀具表面。

副后刀面Aa’是指與工件已加工表面相對的刀具表面。(3)切削刃：主切削刃指前刀面與主后刀面相交的鋒邊；副切削刃指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。

(1)前刀面：前刀面Ar

是切屑流出的表面;

(2)后刀面：后刀面分為主后刀面與副后刀面

;車刀的組成(4)刀尖：刀尖可以是主、副切削刃的實際交點（圖1.5）它也可以是圓弧或直線（通常都稱為過渡刃）。1.1.2.2刀具標注角度的參考系

刀具標注角度的參考系由下列諸平面構(gòu)成：①基面Pr

通過切削刃選定點，垂直假定主運動方向的平面。②切削平面Ps

通過切削刃選定點，與主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。③主剖面Po和主剖面參考系

主剖面Po是通過切削刃選定點，同時垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。由Pr-Ps-Po組成的一個正交的主剖面參考系。

④法剖面Pn和法剖面參考系

法剖面

Pn是通過切削刃選定點，垂直于切削刃的平面。Pr-Ps-Pn組成一個法剖面參考系VPrVf⑤進給剖面Pf和背平面Pp及其組成的進給、背平面參考系

進給剖面Pf是通過切削刃選定點，平行于進給運動方向并垂直于基面Pr的平面。背平面Pp是通過切削刃選定點，同時垂直于Pr和Pf的平面。Pr-Pf-Pp組成一個進給、背平面參考系。1.1.2.3刀具工作角度的參考系（自閱）刀具工作角度參考系與標注角度參考系的唯一不同是：用主運動與進給運動的合成切削運動Ve取代主運動VcVe=Vc+Vf1.1.2.4刀具的標注角度*

主偏角κr：基面中測量的主切削刃與進給運動方向的夾角。刃傾角λs：切削平面中測量的主切削刃與基面間的夾角。前角γ0：前刀面與基面間的夾角（在主剖面中測量）。后角α0：后刀面與切削平面的夾角（在主剖面中測量）。

同理可得：副偏角κr，，副后角α0，

，副刃傾角λs，，

副前角γ0，

，。它們的定義與主切削刃上的四種角度類似。幾個派生角如下：楔角：主剖面中測量的前、后刀面間夾角。刀尖角：基面中測量的主、副切削刃間夾角。前角主偏角刃傾角作業(yè)：P211.6，1.13

1.1.3.刀具角度的換算(自閱)nff端面車刀切斷車刀

1.1.4.刀具工作角度

1.1.4.1進給運動對工作角度的影響⑴橫車基面位置變化所致:前角后角VeVfVc⑵縱車基面位置變化所致：前角后角1.1.4.2刀具安裝對工作角度的影響⑴刀尖安裝高低對工作角度的影響

裝高了導致：課堂問題：鏜孔時，當鏜刀刀尖安裝得高于工件中心線時，工作前角和工作后角的變化如何？⑵刀桿安裝傾斜對工作角度的影響

車刀刀桿與進給方向不垂直時，工作主偏角和工作副偏角將發(fā)生變化：

,1.1.5切削層參數(shù)與切削形式

1.1.5.1切削層參數(shù)*⑴切削厚度垂直于加工表面來度量的切削層尺寸（圖1.19）稱為切削厚度，以hD表示。⑵切削寬度沿加工表面度量的切削層尺寸（圖1.19），稱為切削寬度，以bD