《机械制造技术基础》前两章

1、机械制造技术基础,参考教材： 机械制造技术基础，贾振元、王福吉主编，科学出版社，2011 机械制造技术基础（第3版），卢秉恒主编，机械工业出版社，2009 金属切削原理（第2版），陈日曜主编，机械工业出版社，2009,绪 论,制造业与制造技术 零件与机器 单工序与制造系统 本课程的内容与学习方法,零件的成形原理,1、质量变化m0的制造过程 去除成形：切削加工、磨削加工、电加工、三束加工等。 切削加工 通过刀具和工件之间的相对运动及力的作用实现。 切削过程中有力、热、变形、振动、磨损等现象发生。 这些运动和现象的综合决定了零件最终获得的几何形状及表面质量。,2、质量变化m0的制造过程 受迫成形：

2、铸造、压力加工、模具成形等。 模具成形 现代工业产品的6090需要使用模具加工。 模具成形制品适合于大批量生产。 模具制造一般是单件或小批量生产。,3、质量变化m0的制造过程 堆积成形：焊接、涂覆、快速成形、3D打印等。 快速成形 零件是通过材料逐渐累加成形，可以成形任意复杂形状的零件，而无需刀具、夹具等生产准备活动。 快速原型技术（RP） 基于RP的快速模具制造技术 3D打印,第1章 机械加工方法与切削机床,学习目的与要求： （1）熟悉传统加工方法的加工范围。 （2）熟悉主要加工机床的类型、结构及其加工工艺特点。 （3）了解各种刀具的结构和用途。 （4）了解机床的分类和型号编制方法。 （5）

3、熟悉机床的传动方法和传动链。 （6）了解特种加工与常规切削加工的区别。 （7）了解特种加工的原理、特点和应用范围。,机械加工通过机床利用工具去除毛坯上多余的材料，获得零件所需的形状、尺寸和表面质量。 也就是通过刀具和工件之间力的作用以及相对运动去除材料形成工件表面。 主（切削）运动：施加力的作用去除材料。 进给运动：通过相对运动形成所需要的工件表面。 机械加工方法运动关系和工具形式,1.1 传统切削加工方法与切削机床 1.1.1 车削与车床,1、车削加工 最基本的机械加工方法。 以工件旋转作为主运动，通过刀具对工件实现不同的进给运动，获得不同的工件形状。 主要形成回转表面，也可以加工平面。 刀

4、具沿平行于工件旋转轴线进给运动，形成内、外圆柱面。 刀具沿与轴线相交的斜线进给运动，形成内、外圆锥面。 刀具沿一条曲线进给运动，形成特定的旋转曲面。 车削还可以加工螺纹面、端平面、偏心轴等。,工艺特点 适用范围广泛。 容易保证被加工零件各表面的位置精度。 可用于有色金属零件的精加工。 切削过程比较平稳（切削力稳定、惯性小、冲击小）。 生产成本较低。 加工的万能性好。,加工精度和表面粗糙度 普通车削：IT8IT7，Ra6.31.6m(46)。 精密车削：IT6IT5，Ra0.40.1m(810)。 超精密车削：Ra0.04m(11以上)。,2、车床 卧式车床，立式车床，转塔车床，自动和半自动车床

5、，仿形车床，数控车床等。 卧式车床：中小型零件加工。 立式车床：大型或重型零件加工。 转塔车床：形状比较复杂的小型零件加工，不能加工螺纹。,图1.2 CA6140普通型卧式车床1、11-床腿；2-进给箱；3-主轴箱；4-床鞍；5-中滑板；6-刀架；7-回转盘8-小滑板；9-尾座；10-床身；12-光杠；13-丝杠；14-溜板箱,图1.4 普通转塔车床及加工零件 1-主轴箱 2-前刀架 3-床身 4-前刀架溜板箱 5-转塔刀架,1.1.2 铣削与铣床 1、铣削加工 以刀具的旋转作为主运动，工件通过装夹在机床的工作台上完成进给运动。 普通铣削一般加工平面、沟槽面等。 采用成形铣刀可以加工特定的曲面

6、，如铣削齿轮等。 数控铣床通过控制几个轴按一定关系联动，采用球头铣刀，可以加工复杂曲面，如模具型腔、叶轮叶片等。,铣削方式 按照完成切削的铣刀刀刃区分： 周铣：由铣刀的外圆面刀刃完成加工表面。 端铣：由铣刀的端面刀刃完成加工表面。 加工特点： 端铣：加工质量好，多用于大平面铣削。 周铣：适应性强，多用于小平面、沟槽和成形面铣削。,按照铣削（周铣）时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反区分： 顺铣：铣削的主运动速度方向与工件进给运动方向相同。 缺点：切削力容易使工件和工作台一起向前窜动，进给量突然增大引起打滑；铣削有硬皮的铸件和锻件时，首先接触工件外皮，加剧刀具的磨损。 逆铣：铣削的主运动速

7、度方向与工件进给运动方向相反。 缺点：切削厚度从零逐渐开始增大，切削之初存在切削刃在加工表面的挤压滑行过程，加剧刀具的磨损；逆铣将工件上抬，易引起振动。 生产中多采用逆铣。,工艺特点 多刃切削，生产率较高。 断续切削，散热条件较好。 应用范围广泛。 铣刀刀齿的切入切出形成冲击，切削过程容易产生振动，限制表面质量的提高。 加工精度和表面粗糙度 普通铣削：IT8IT7，Ra6.31.6m(46)。 高速铣削：IT6以上， Ra0.80.4m(78)以上。,2、铣床 升降台式铣床，床身式铣床，龙门铣床，工具铣床，仿形铣床，数控铣床等。 升降台式铣床：工作台升降，单件小批量中小型零件加工。 床身式铣床

8、：刀具升降，大批量中等尺寸零件加工。 龙门铣床：大型零件加工。,图1.10 立式升降台铣床 1-立铣头 2-主轴 3-工作台 4-床鞍 5-升降台,图1.8 卧式升降台铣床 1-床身 2-悬臂 3-铣刀心轴 4-挂架 5-工作台 6-床鞍 7-升降台 8-底座,图1.11 双轴圆形工作台铣床 1-主轴 2-立柱 3-圆工作台 4-滑座 5-底座,图1.9 万能升降台铣床,图1.12 龙门铣床 1-床身 2、8-卧铣头 3、6-立铣头 4-立柱 5-横梁 7-控制器 9-工作台,1.1.3 刨削与刨床 1、刨削 刀具的往复直线运动作为主运动，垂直于主切削运动方向的刀具与工件之间的相对移动为进给运

9、动。 工艺特点 机床与刀具简单，加工成本低。加工精度低，生产率低。 加工精度和表面粗糙度 普通刨削：IT8IT7，Ra6.31.6m(46)。 精密刨削：平面度0.02/1000，Ra0.80.4m(78)。,2、刨床 牛头刨床：中小型工件的单件生产。 龙门刨床：加工大型工件。 插床：可以看成立式的牛头刨床，可以加工工件的内表面如键槽、花键槽、多边形孔等，还可加工渐开线齿轮齿面。,图1.16 插床,图1.15 牛头刨床,图1.14 龙门刨床,1.1.4 钻削与钻床 1、钻削加工 钻削是最常用的孔加工方法，钻头的旋转运动为主运动，钻头的轴向运动为进给运动。 单件小批量生产 中小型零件D13,台式

10、钻床加工。 中小型零件13D50,立式钻床加工。 大型零件，摇臂钻床加工。 大批量生产中，采用钻模、多轴钻或组合机床加工。 精度高和表面质量要求高的小孔，在钻削后常常采用扩孔（扩孔钻头）和铰孔（铰刀）进行半精加工和精加工。,图1.20 分屑槽,工艺特点 （1）钻孔 加工精度低，表面质量差，用于粗加工。 容易产生“引偏”。 排屑困难。 不易散热。,图1.18 钻孔引偏,图1.19 减少引偏的措施,（2）扩孔 半精加工，铰孔前的预加工。 刚性较好。 导向性较好。 切削条件较好。 （3）铰孔 精加工。 刚性和导向性好，容易保证孔的尺寸精度和形状精度。 不能校正原有孔的轴线偏斜。 钻-扩-铰不能保证孔

11、与孔之间的尺寸精度和位置精度。,2、钻床 钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪钻等。 台式钻床，立式钻床，摇臂钻床，深孔钻床，中心孔钻床等。,图1.21 钻床的加工方法,台式钻床：小型零件的单件小批量加工。 立式钻床：中小型零件的单件小批量加工。 摇臂钻床：大中型零件的单件小批量加工。,图1.22 立式钻床,图1.23 摇臂钻床,1.1.5 镗削与镗床 1、镗削加工 镗床镗孔：镗刀随镗杆一起转动，形成主切削运动，工件轴向移动为进给运动。,车床镗孔：工件旋转形成主切削运动，刀具轴向移动为进给运动。,工艺特点 （1）加工箱体、机座、支架等大型零件上已有预孔的孔和孔系。 （2） 可有效地校正原孔的轴线偏斜，保

12、证孔和孔系的位置精度。 （3）能获得较高的精度和较低的表面粗糙度。 （4）加工范围广泛。 （5）加工效率低。 2、镗床 卧式镗床，坐标镗床，金刚镗床等。,图1.26 卧式镗床,图1.27 立式单柱坐标镗床,扩孔、铰孔与镗孔的区别 扩孔、铰孔无法提高原底孔轴线的位置精度和直线度。 镗孔后的轴线以镗杆的回转轴线决定，因此可以校正原底孔轴孔轴线的位置精度。,加工精度和表面粗糙度 钻孔：IT10，Ra12.56.3m(3) 扩孔：IT10IT9，Ra6.33.2m(4) 铰孔：IT9IT6，Ra1.60.4m(68) 镗孔：IT9IT7，Ra1.60.8m(67),1.1.6 磨削与磨床 1、磨削加工

13、 磨削是通过砂轮或其他磨具对工件进行加工，砂轮的旋转运动是主运动，砂轮与工件之间的相对直线移动为进给运动。 磨削方式主要有外圆磨削、内圆磨削和平面磨削。 加工精度和表面粗糙度 IT6以上，Ra0.8m（8），最高可达Ra0.01m（12以上）。,工艺特点 磨削过程是磨粒对工件表面的切削、刻划和滑擦三种作用的综合效应。 砂轮具有自锐性，但也需要修整。 加工精度高，表面粗糙度小。 可加工高硬度材料，往往作为最终加工工序。 磨削温度高，由于产生热量大，需要充分的磨削液冷却，否则会产生烧伤，降低工件表面质量。 径向磨削分力大。 2、磨床 外圆磨床，内圆磨床，平面磨床，工具磨床，专门化磨床等。,图1.3

14、1 M1432A型万能外圆磨床,特点：工件置于砂轮和导轮之间并用托板支承定位，工件中心略高于两轮中心的连线，在导轮的摩擦力作用下旋转 分类：纵磨法（贯穿磨法）和横磨法（切入磨法）,无心磨削示意图,无心磨削,图1.35 普通内圆磨床,图1.36 卧轴矩台平面磨床,1.2 曲面加工方法与加工机床 1.2.1 齿轮齿面加工与加工机床 1、齿轮齿面加工方法 齿面形成方法 成形法 在普通铣床上采用成形铣刀实现齿轮齿面加工，铣刀的旋转运动为主运动，铣刀的直线移动为进给运动。,展成法 展成法加工齿面的典型机床是滚齿机，滚刀旋转形成主运动，滚刀沿工件轴线方向的移动为进给运动。 由滚刀的旋转运动和工件的旋转运动

15、形成展成运动关系，产生渐开线齿形，滚刀沿工件轴线方向进给,实现直齿圆柱齿轮的加工。如果加工斜齿圆柱齿轮，需要增加由刀架沿工件轴向移动和工件附加旋转运动组成的差动运动，产生螺旋线齿长。,加工方法与机床 （1）铣齿：铣床或铣齿机 （2）滚齿：滚齿机 （3）插齿：插齿机 （4）剃齿：剃齿机 （5）珩齿：珩齿机 （6）磨齿：磨齿机 （7）研齿：研齿机,图1.38 盘状和指状铣刀铣齿,图1.41 滚齿加工,图1.44 插齿加工,图1.47 剃齿原理,（a）带齿芯的珩磨轮 （b）不带齿芯的珩磨轮 图1.49 珩磨轮,图1.51 展成法磨齿,图1.50 成形法磨齿,图1.54 研齿原理,2、齿面加工方法选择

16、,1.2.2 复杂曲面加工与加工中心 仿形铣削 以原型作为靠模，加工中仿形头始终保持与原型曲面接触，仿形头的运动变换为电感量，信号放大控制铣床三个轴的运动，形成刀具沿曲面运动的轨迹，实现曲面的仿形加工。 数控铣削 在数控铣床或加工中心上，通过CAD/CAM系统编制的数控加工程序，控制球头铣刀按曲面坐标值逐点加工。在编程时要考虑刀具半径补偿，因为数控系统控制的是球头铣刀球心位置，而成形面是球头铣刀切削刃运动的包络面。,加工中心 备有刀库，具有自动换刀功能，工件一次装夹后能够进行多工序加工的数控机床。 特点 1）工序集中。 2）备有刀库，能自动换刀。 3）加工精度高，生产效率高。 4）一些加工中心

17、具有自动转位工作台。,分类 按机床的形态 立式加工中心 卧式加工中心 龙门式加工中心 万能加工中心 按运动和同时控制的坐标轴数 三轴二联动 三轴三联动 四轴三联动 五轴四联动,图1.55 加工中心,1.3 特种加工方法与加工机床 特种加工利用化学、物理及其复合方法，将电、声、光、热、磁等物理能量及化学能量，或其组合乃至与机械能组合，直接施加在零件被加工的部位上，使材料被去除、变形及改变性能等。,特种加工方法的分类（按能量形式和作用原理） 1）电能与热能作用方式：电火花成形与穿孔加工（EDM），电火花线切割加工（WEDM），电子束加工（EBM），等离子体加工（PAM）。 2）电能与化学能作用方式

18、：电解加工（ECM），电铸加工（ECM）。 3）电化学能与机械能作用方式：电解磨削（ECG），电化学机械光整加工。 4）声能与机械能作用方式：超声波加工（USM）。 5）光能与热能作用方式：激光加工（LBM）。 6）电能与机械能作用方式：离子束加工（IM）。 7）液流能与机械能作用方式：水射流切割（WJC），磨料水喷射加工（AWJC）。,特种加工方法的特点 1）工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度。 2）可以直接利用电能、化学能、电化学能、声能、光能等能量对材料进行加工。 3）加工过程中的机械力不明显，工件很少产生机械变形和热变形，有助于提高工件的加工精度和表面质量。 4）各种加工方法可以

19、有选择地复合成新的工艺方法，使生产效率大幅度地增长，加工精度也相应提高。 5）每产生一种新的能源，就有可能产生一种新的特种加工方法。,图 1.56 电火花加工原理 1-床身 2-立柱 3-工作台 4-工件电极 5-工具电极 6-进给机构 7-工作液 8-脉冲电源 9-工作液循环过滤系统,1.3.1 电火花加工（放电加工） 利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温，熔蚀工件材料实现加工。,图1.57 电火花线切割加工机床的工作原理 1-贮丝筒 2-工作台X-Y向驱动电动机 3-导轮 4-电极丝 5-工件 -脉冲电源,电火花加工的特点 1）适合于加工用普通机械加工方法难以加工的各种导电材料

20、。材料的可加工性几乎与其机械性能（硬度、脆性、热处理状况等）无关。 2）工具电极与工件之间没有接触式相对运动，加工时不存在宏观作用力，适用于低刚度工件和微细结构的加工。 3）工具电极不需要比工件材料硬，工具电极制造比较容易。 4）脉冲电极持续时间极短，材料被加工表面受热影响范围小。 5）生产效率低于机械加工。 6）加工过程中电极有损耗，影响成形精度。,图1.58 电解加工原理 1-直流电源 2-工件 3-工具电极 4-电解液 5-进给机构,1.3.2 电解加工 利用金属在电解液中阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工。,电解加工的特点 1）可加工难加工材料。 2）加工效率较高。 3）工具电极理

21、论上无损耗，可长期使用。 4）加工中无机械切削力和切削热。 5）加工精度难以控制。 6）电解液既腐蚀机床，又易污染环境。,图1.60 激光加工原理 1-激光器 2-光阑 3-反射镜 4-聚光镜 5-工件 6-工作台 7-电源,1.3.3 激光加工 利用材料在激光聚焦照射下瞬时急剧熔化和气化，并产生很强的冲击波，使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料去除。,激光加工的特点 1）适应性强。几乎可以加工任何材料，包括金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。 2）加工精度高。光斑微米级，适合于精密微细加工。 3）加工质量好。工件变形小。 4）加工速度快、效率高。激光打孔0.01秒。 5）易于实现自动化加工。

22、6）通用性强。同一台设备可以完成多种工艺。 7）节能和节省材料。能量利用率高。 8）经济性好。不需要工具。 9）可通过光学透明介质对工件进行加工。,图1.61 超声波加工原理 1-超声波发生器 2、3-冷却水进出口 4-换能器 5-振幅扩大棒 6-工具 7-工件 8-工作液,1.3.4 超声波加工 利用超声频振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒，由磨粒对工件表面撞击实现加工。,超声波加工特点 1）适宜加工各种硬脆材料，特别是不导电材料和半导体材料。 2）适用于加工各种型孔、型腔、复杂成型表面等。 3）无宏观力，可获得较好的加工质量。 4）工具材料硬度可低于被加工材料硬度。 5）机床结构简单。

23、6）加工效率较低。,思考题,车削加工能够成形哪些类型的表面？ 顺铣和逆铣各有哪些缺点？ 镗孔和扩、铰孔在提高孔的加工精度方面有哪些区别？ 齿面的成形方法有哪两类？分别可采用什么刀具、什么机床? 磨削加工有哪些工艺特点？,1.4 金属切削机床基础 1.4.1 概述 1、机床的基本组成 动力源 为机床提供动力和运动的驱动部分，包括各种交流电动机、直流电动机，液压传动系统的液压泵、液压马达等。,工作部件（执行机构） 执行运动的部件。 实现切削加工主运动和进给运动的执行部件，用于安装工件或刀具。主轴及主轴箱，工作台及其滑板或滑座，刀架及其溜板等。 与工件和刀具安装调整有关的部件或装置。自动上下料装置、

24、自动换刀装置、砂轮修整器等。 与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。 旋转运动：轴承。直线运动：导轨。,传动系统 传递动力和运动，把动力源的动力传递给执行机构，或把一个执行机构的运动传递给另一个执行机构。主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱（主轴箱）、进给箱等。 基础件 用于安装和支承其他固定部件或运动部件，承受重力和切削力，如床身、立柱等。 亦称机床大件或支承件。,控制系统 用于控制各工作部件的正常工作。电气控制系统，液压或气压控制系统，数控（NC）系统。 冷却系统 对加工工件、刀具以及机床的某些发热部位进行冷却。 润滑系统 对机床的运动副进行润滑，减小摩

25、擦、磨损和发热。 其他装置 排屑装置，自动测量装置等。,2、机床的运动 表面成形运动 机床的基本运动（工作运动），包括主运动和进给运动。 表面成形运动与不同形状刀具组合，实现各种不同的加工方法（轨迹法、成形法、展成法等），构成不同类型的机床。 旋转运动和直线运动组合。,辅助运动 除表面成形运动以外的其他运动，实现各种辅助操作。 切入运动 用于保证工件被加工表面获得所需要的尺寸，使工具切入工件表面一定深度。 空行程运动 进给前后的快速运动。趋近，退刀，返回。 其他辅助运动 分度运动，操纵运动，控制运动等。,3、机床的传动链 机床的传动联系 机床上为了得到所需要的运动，需要通过一系列的传动系统把执

26、行机构和动力源（例如主轴和电动机），或者把执行机构和执行机构（例如主轴和刀架）连接起来，以构成传动联系。 动力源传动系统执行机构 执行机构传动系统执行机构,机床的传动链 构成一个传动联系的一系列部件。 传动链包括各种传动机构，如带传动、齿轮副、齿轮齿条、丝杠螺母、蜗杆蜗轮、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、无级变速机构等。 外传动链 联系机床动力源和执行机构，或执行机构与执行机构，使执行机构得到预定速度的运动，并传递一定的动力。 不要求有准确的传动比。 内传动链 联系机床执行机构和执行机构，即复合运动之内的各个运动分量，获得所需要的运动轨迹。 要求准确的传动比。,卧式车床的传动原理,外传动链

27、电动机-1-2-iv-3-4-主轴 内传动链 主轴-4-5-if-6-7-丝杠,滚齿机的传动原理,外传动链 速度传动链：电动机-1-2-uv-3-4-滚刀 进给传动链：工件(工作台)-9-10-uf-11-12-丝杠 内传动链 展成传动链：滚刀-4-5-6-7-ux-8-9-工件 差动传动链：丝杠-12-13-uy-14-15- -6-7-ux-8-9-工件,4、机床技术性能指标 工艺范围 机床的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力，即可以完成的工序种类，能加工的零件类型、毛坯和材料种类，以及适用的生产规模等。 通用机床：工艺范围较宽，适用于单件小批量生产。 专用机床：加工范围很窄，自动化程度

28、和生产率较高。 数控机床：工艺范围较宽，加工精度较高，可以实现自动化加工。,技术规格 技术规格是反映机床尺寸大小和工作性能的各种技术数据，包括主参数和影响机床工作性能的其它各种尺寸参数，运动部件的行程范围，主轴、刀架、工作台等执行件的运动速度，电机功率，机床的轮廓尺寸和重量等。 尺寸参数：反映机床的加工范围，包括主参数、第二主参数、其他尺寸参数等。 运动参数：机床执行机构的运动速度。主轴的最高转速和最低转速，刀架的最大和最小进给量（进给速度）。 动力参数：机床电动机的功率。,加工精度和表面粗糙度 加工精度和表面粗糙度是指在正常工艺条件下，机床上加工的零件所能达到的尺寸、形状和相互位置精度，以及

29、所能控制的表面粗糙度。 生产率 机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数量，它直接影响生产效率和生产成本。 自动化程度 机床自动化程度可以用机床自动工作的时间与全部工作时间的比值来表示。自动化程度高，有利于提高劳动生产率，减轻工人劳动强度。,机床的效率和精度保持性 机床的效率是指消耗于切削的有效功率与电动机输出功率之比；精度保持性是指机床保持其规定的加工质量的时间长短。 其他 除上述之外，机床的技术性能还包括噪音大小，操作和维修是否方便，工作是否安全可靠等。,5、机床精度与刚度 机床精度：为了保证加工中工件达到要求的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本身必须具

30、备的精度。 几何精度：机床空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。 运动精度：机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。,传动精度：机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。 定位精度：机床的定位部件运动到达规定位置的精度。定位精度直接影响被加工工件的尺寸精度和形位精度。 工作精度：加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。 精度保持性：在规定的工作期间内保持机床所要求的精度。 机床刚度：机床系统抵抗变形的能力。 静刚度，动刚度。,6、机床的分类以及型号编制 机床的型号：机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、性能和结构

31、特点、主要技术参数等，是一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。 GB/T15375-1994金属切削机床型号编制方法。,机床的分类 按加工方式分： 车、铣、刨（插）、磨、钻、镗、拉、锯、螺纹、齿轮、特种加工、其他机床等12种。 按机床重量和尺寸分： 仪表、中型（一般机床）、大型(10t)、重型(30t)、超重型机床(100t)。 按适用范围分：通用、专门化、专用机床。 按加工精度分：普通、精密、高精密机床。,（1）通用机床的型号编制 机床型号表示方法,机床类、组、系的划分及其代号 分类代号：用数字表示，第一分类不予表示。 类代号：用汉语拼音大写字母表示。 组代号：用一位数字表示，每类

32、机床分为10组（09）。主要按照机床结构性能和使用范围划分。 系代号：用一位数字表示，每组分为10个系（09）。主参数相同，按一定公比排列，工件和刀具本身及其特点基本相同，且基本结构及布局形式相同的机床为一个系。,机床特性代号 通用特性：汉语拼音大写字母表示。 某类机床除普通型外，还有一种或几种通用特性时，在类别代号后加一个或几个字母表示。 CK数控车床，MBG半自动高精度磨床。 某类机床仅有通用特性时而无普通型者，则通用特性不必表示，如CZ1107单轴纵切自动车床表示为C1107 。,结构特性：汉语拼音大写字母表示。 结构特性代号放在通用特性之后。 是为了区分主参数相同而结构不同的机床。,机

33、床主参数、第二主参数和设计顺序号 主参数：代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示。 第二主参数：指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作面长度等，用折算值表示。 当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号（01，02，03等）表示，主参数和设计顺序号只能选择其一。,机床的重大改进顺序号 当机床的性能及结构布局有重大改进，并按照新产品重新设计、试制和鉴定时，在原机床型号的尾部加重大改进顺序号（A、B、C等），以区别于原机床型号。 同一型号机床的变型代号 根据不同的加工需要，在基本型号机床的基础上仅改变机床的部分性能结构时，在原机床型号的尾部加/1、/2、/3等变型代号。

34、,例：CA6140型卧式车床,例：MG1432A型高精度万能外圆磨床,（2）专用机床的型号编制,例：B13100 北京第一机床厂的第100种专用机床（专用铣床），属于第三组。,第2章 金属切削原理与刀具,学习目的与要求： （1）熟悉刀具的基本角度。 （2）熟悉常用刀具材料的切削性能、牌号和使用场合。 （3）熟悉金属切削的基本规律，会应用这些规律选择刀具角度、切削用量、切削液等。 （4）熟悉切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等概念及其影响因素。,2.1 刀具的结构 2.1.1 切削运动与切削要素 1、切削运动和切削表面 金属切削加工：利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层（加工余量），以获得具有一定

35、的尺寸、形状、位置精度和表面质量的机械加工方法。 切削运动ve：刀具与工件之间的相对运动，即表面成形运动。,切削运动可分解为主运动和进给运动。 主运动vc：切下切屑所需的最基本的运动。 主运动只有一个，主运动的速度最高，消耗的功率最大。 进给运动vf：多余材料不断被投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。 进给运动可以有一个或几个。,速度矢量：ve = vc + vf,切削表面 已加工表面：工件上经过刀具一次切削后形成的工件表面。 待加工表面：工件上即将被切去切屑的原有表面。 过渡表面（加工表面）：工件上正在被刀具切削的表面。,2、切削要素 切削要素包括切削用量和切削层几何参数。 切削用量和切

36、削层几何参数是两个具有内在联系的不同概念。 切削用量：切削加工时各参数的合称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度)三要素，是设计机床运动的依据。 切削用量的大小，反应了单位时间内的工件材料去除率，是衡量生产率的重要参数之一。,切削速度v：切削加工时，刀具切削刃上选定点相对工件主运动的速度。刀刃上各点的切削速度有可能不同。 单位: m/s 主运动为旋转运动 v=dwn/(100060) dw工件待加工表面或刀具的最大直径(mm) n工件或刀具每分钟转速(r/min) 主运动为往复直线运动 v=2Lnr/(100060) L往复直线运动的行程长度(mm) nr主运动每分钟的往复次数(次/mi

37、n),进给量f：在主运动每转一转或每一行程时（或单位时间内），刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。 单位：mm/r（用于车削、镗削等） mm/行程（用于刨削、磨削等） 进给速度vf(mm/s) 每齿进给量fz(mm/齿，用于铣刀、铰刀等多刃刀具) vf=nf=nzfz n主运动的转速（r/s）,z刀具齿数,背吃刀量ap（切削深度)：待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。 单位：mm 车削外圆时 ap=(dw-dm)/2 dw待加工表面直径(mm) dm已加工表面直径(mm),切削层：是指工件上正被切削刃切削的一层金属，亦即相邻两个过渡表面之间的一层金属。 车削外圆的切削层是指工件每转一转，

38、刀具从工件上切下的那一层金属。 切削层几何参数是指切削层的截面尺寸，其大小决定了刀具切削部分所承受载荷和切屑尺寸的大小，直接影响到加工质量、生产率和刀具磨损等。,切削宽度aw: 沿过渡表面（主切削刃方向）度量的切削层尺寸。 单位：mm。车削外圆时 aw=ap/sinr r切削刃和工件轴线之间的夹角 切削厚度ac：垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。 单位：mm。车削外圆时 ac=f sinr 切削面积Ac：切削层垂直于切削速度的横截面面积。 单位:mm。车削外圆时 Ac=awac=apf,3、切削方式 1）自由切削和非自由切削 自由切削: 只有一条直线刀刃参加切削，刀刃上各点切屑流出方向大致相同，

39、被切金属的变形基本上发生在二维平面内。 非自由切削：刀刃为曲线，或几条刀刃都参加切削并同时完成切削过程，各刀刃交界处切下的金属互相影响和干扰，金属变形发生在三维空间内。,2）直角切削和斜角切削 直角切削：刀具主切削刃的刃倾角为零，主切削刃与切削速度方向成直角，切屑沿主切削刃的法向流出。 斜角切削：刀具主切削刃的刃倾角不为零，主切削刃与切削速度方向不成直角，切屑偏离主切削刃的法向流出。,实际切削加工：斜角非自由切削 理论和实验研究：直角自由切削 2.1.2 刀具角度 定义，物理意义。 1、刀具切削部分的组成（外圆车刀） 三面，两刃，一尖。,前刀面：刀具与切屑接触并相互作用（切屑流出）的表面。 主

40、后刀面：刀具与工件过渡表面接触并相互作用的表面。 副后刀面：刀具与工件已加工表面接触并相互作用的表面。 主切削刃：前刀面与主后刀面的交线，形成过渡表面。 副切削刃：前刀面与副后刀面的交线，形成已加工表面。 刀尖：主切削刃和副切削刃连接处的一段切削刃。,2、确定刀具切削角度的参考平面,两种情况 1）刀刃是直线，前刀面和后刀面均为平面，切削时只有主运动而没有进给运动，过渡表面是平面。 2）刀刃可能是曲线，前刀面和后刀面可能是曲面，切削时有主运动和进给运动，过渡表面不是平面。 刀具切削角度参考平面定义 切削平面：通过刀刃上选定点并与工件过渡表面相切的平面。 基面：通过刀刃上选定点并与该点合成切削运动

41、向量方向相垂直的平面。,结论 1）切削运动向量在切削平面内。 2）基面与切削平面相互垂直。 3）对于同一刀刃上不同点，可能有不同的切削平面和基面。 4）同一刀刃上各点的切削角度不一定相等。,3、刀具标注角度的参考系 刀具设计，制造和刃磨。 标注刀具角度的参考平面坐标系 切削平面和基面不考虑进给运动的影响，只考虑主运动即切削速度方向。 切削平面：在刀刃上选定点与刀刃相切，并包含切削速度方向的平面。 基面：通过刀刃上选定点并与该点切削速度方向垂直的平面。 测量平面,不同的刀具标注角度参考系 1）正交平面参考系 测量平面（正交平面）通过主切削刃上选定点，垂直于切削平面和基面。 空间直角坐标系。 2）

42、法平面参考系 测量平面（法平面）通过主切削刃上选定点，垂直于主切削刃或其切线。 非空间直角坐标系。 3）背平面和假定工作平面参考系 背平面通过主切削刃上选定点，垂直于进给方向和基面。假定工作平面通过主切削刃上选定点，平行于进给方向并垂直于基面。 空间直角坐标系。,4、刀具的标注角度 刀具工作图中要标注出的几何角度，是在标注角度参考系中的几何角度。用于刀具的制造、刃磨和测量。 前角0：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角，前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分。前角主要影响切削的难易程度。,后角0：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角，后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。

43、后角的作用是减小后刀面与工件之间的摩擦和后刀面的磨损。,主偏角r：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，主偏角一般为正值。主偏角的大小会影响切削分力大小、刀具寿命等。,副偏角r：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角，副偏角一般为正值。副偏角的作用是为了减小副切削刃、副后刀面与已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。,刃倾角s:在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角，有正、负和零值之分。 主切削刃水平s = 0； 刀尖为主切削刃最高点s 0； 刀尖为主切削刃最低点s 0。 刃倾角主要影响主切削刃的强度和切屑流出方向。,副后角0：在副切削刃上选定点

44、的副正交平面Po内，副后刀面与副切削平面之间的夹角。一般情况下，副后角选择与后角相等。,5、刀具的工作角度 刀具安装位置、进给运动等因素，引起参考平面位置发生变化。 以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。 1）刀具安装位置对工作角度的影响。 刀具安装高低对工作角度的影响,刀杆中心线与进给方向不垂直的影响,2）进给运动对工作角度的影响。,车外圆与车螺纹时,车端面或切断时,思考题,1、切削用量都包含什么？如何计算？ 2、刀具切削部分的组成都包含什么？各自的定义是什么？ 3、车刀的角度是如何定义的？标注角度与工作角度有何不同？ 4 、试

45、分析钻头钻孔时的主运动、进给运动、工件上的加工表面和钻头的各刀面与刀刃。,2.1.3 刀具种类 1、刀具分类 按加工方式和用途分 车刀，孔加工刀具，铣刀，拉刀，螺纹刀具，齿轮刀具，自动线及数控机床刀具，磨具等。 按刀具材料性质分 高速钢刀具，硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼（CBN）刀具，金刚石（PCD）刀具等。 按结构形式分 整体刀具，镶片刀具，机夹刀具，复合刀具等。 按是否标准化分 标准刀具，非标准刀具。,2、常用刀具简介 用途，运动形式，结构特点，加工效果。 车刀 在车床上加工外圆、内孔、螺纹、平面以及切槽和切断等。 车刀结构：整体车刀，焊接装配式车刀，机夹车刀，可转位车刀。,孔加工刀

46、具 1）从实体材料上加工孔：麻花钻，中心钻，深孔钻等。 2）对工件上已有孔进行再加工：扩孔钻，铰刀，镗刀等。 空间约束： 强度、刚度、容屑、排屑、冷却等问题。,麻花钻：应用最广的孔加工刀具，主要用于中小孔粗加工。 工作部分包括切削部分和导向部分。 工作部分结构特点（可以看成是两把一正一反并在一起同时车削孔壁的车刀）： 两个主切削刃 两个副切削刃 两个螺旋槽 一个横刃,群钻(倪志福钻头)：麻花钻通过特殊刃磨，以提高钻孔的精度和效率。,中心钻：加工轴类零件的中心孔。,深孔钻：钻削深孔（长径比5）。,扩孔钻：用于铰孔或磨孔前孔的预加工以及毛坯孔的扩大。,铰刀：用于孔的精加工。,镗刀：用于箱体上孔的粗

47、、精加工。,铣刀 多刃回转刀具，用于加工平面、沟槽、成形表面等。 加工平面：圆柱平面铣刀，端（面）铣刀等。,加工沟槽：立铣刀，两面刃或三面刃铣刀，锯片铣刀，T形槽铣刀，角度铣刀等。,加工成形表面：凸半圆铣刀和凹半圆铣刀，其他复杂表面成形铣刀等。,拉刀 多齿刀具，加工精度和切削效率较高，用于大批量生产。 内拉刀，外拉刀。,螺纹刀具 采用切削法加工螺纹的刀具。 梳刀，板牙，丝锥等。,齿轮刀具 加工齿轮齿形的刀具。 成形齿轮刀具：盘形齿轮铣刀，指形齿轮铣刀等。,展成齿轮刀具：插齿刀，滚刀，剃齿刀等。,2.2 刀具材料 刀具的工作条件：局部强力作用，高温，剧烈摩擦。 影响： 加工效率，加工成本，加工质

48、量 。 刀具材料 刀具角度和刀具结构,2.2.1 刀具材料应具备的性能 高的硬度 基本特性，硬度高于工件，一般60HRC以上。 高的耐磨性 材料抵抗磨损的能力。刀具材料硬度越高，耐磨性越好。 高的耐热性 刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性的能力。 衡量刀具材料切削性能的主要标志。 热稳定性，化学稳定性。,足够的强度和韧性 承受切削力以及切削时产生的冲击和振动，以防刀具脆性断裂和崩刃。 良好的热物理性能和耐热冲击性能 导热性越好，越利于切削区散热，而降低切削温度。 耐热冲击性能越好，刀具越不因为受热冲击产生内部裂纹而导致刀具断裂。 良好的工艺性能 切削性能、磨削性能、焊接性能、热处理性

49、能等。便于制造。 经济性 性能矛盾，合理选择。,2.2.2 常用刀具材料 碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，陶瓷，金刚石，立方氮化硼等。 工具钢：耐热性差，手工工具等。 高速钢、硬质合金：使用最普遍。 陶瓷、金刚石、立方氮化硼：逐渐增多。,碳素工具钢 含碳量最高的优质钢（含碳量0.71.2%）。 T8A、 T10A、T12A等。 硬度：6365HRC（8183HRA） 耐热性：200250 抗弯强度：2.2GPa 工艺性能：可冷热加工成形，磨削性好，可进行热处理。 用途：手动工具，如手动丝锥、板牙、铰刀、锯条、锉刀等。,合金工具钢 碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等合金元素。

50、 9SiCr、CrWMn等。 硬度：6366HRC（8183HRA） 耐热性：300400 抗弯强度：2.4GPa 工艺性能：可冷热加工成形，磨削性好，可进行热处理。 用途：手动或低速机动工具，如丝锥、板牙、拉刀等。,碳素工具钢和合金工具钢,高速钢（锋钢或风钢） 含有较多W、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al等。 硬度：6370HRC（8287HRA） 耐热性：600650 抗弯强度：2.54GPa 工艺性能：可冷热加工成形，磨削性好，可进行热处理。 用途：中速切削及形状复杂刀具，如钻头、丝锥、铰刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具、成

51、形刀具等。可加工250280HB以下的大部分结构钢和铸铁。,与工具钢相比，允许切削速度提高13倍，刀具耐用度提高1040倍。类别： 1）通用型高速钢 钨钢 W18Cr4V（W18）：最基本钢种 钨钼钢 W6Mo5Cr4V2（M2）：各国通用 2）高性能高速钢 增加合金元素或含量，提高刀具切削性能，用于加工难加工材料。 3）粉末冶金高速钢 消除碳化物偏析，细化晶粒，提高材料硬度韧性，减小热处理变形，用于制造高精度刀具。,高速钢钻头、铰刀,高速钢球头铣刀,硬质合金 以高硬度、高熔点的难熔金属碳化物 WC、TiC 为基体，以金属 Co、Ni 等为粘结剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。 硬度：8994

52、HRA 耐热性：8001000 抗弯强度：0.92.4GPa 工艺性能：压制烧结后使用，多镶片使用，不能冷热加工，无需热处理。 用途：切削速度高于高速钢刀具，常以形状简单的刀片形式，经焊接或机械夹固用于车刀、铣刀、钻头、滚刀、丝锥等。,与高速钢相比，允许切削速度提高410倍，刀具耐用度提高1040倍，承受切削振动和冲击载荷的能力差。 ISO（国际标准化组织）分类： 1）P（YT）类：基体由WC、TiC和Co组成。 常用牌号YT5、YT15、YT30等，数字代表TiC含量。 硬度高，耐热性好，切削韧性材料时耐磨性较好，韧性较差。主要用于加工钢类材料。 2）K（YG）类：基体由WC和Co组成。 常

53、用牌号YG3、YG6、YG8等，数字代表Co含量。 韧性较好，切削韧性材料时耐磨性较差。主要用于加工铸铁、有色金属及合金材料。,3）M（YW）类硬质合金：在YT类增添碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC），使硬质合金既有高的硬度又有好的韧性。 常用牌号YW1、YW2等。通用性硬质合金。 主要用于加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工钢类材料，也适用于加工一般钢类、铸铁、有色金属材料。 4）TiC（N）基硬质合金（金属陶瓷）：以TiC为主要成分的TiC-Ni-Mo合金，硬度提高，耐热性好。 主要用于钢和铸铁的高速精加工。 碳化物含量，钴含量。 硬质合金牌号选用：金属切削原理表2-4。,P(YT)类硬质合

54、金,K(YG)类硬质合金,M(YW)类硬质合金,硬质合金机夹可转位刀具,涂层刀具 在刀具基体表面上涂覆金属化合物等材料薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。 硬度（耐磨性）韧性（强度） 刀具基体材料：高速钢、硬质合金等。 涂层材料：TiC、TiN、TiCN、陶瓷、立方氮化硼、金刚石以及复合涂层等。 涂层方法： 物理气相沉积（PVD）：高速钢基体 化学气相沉积（CVD）：硬质合金基体 刀具耐用度提高2-5倍，切削速度提高20%-40%。,硬质合金涂层机夹可转位刀片,陶瓷材料 以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制成形后烧结而成的刀具材料。 硬度：9195HR

55、A 耐热性：1200 抗弯强度：0.450.8GPa 工艺性能：类似于硬质合金 性能及用途：硬度高，耐热性好，强度低，韧性差。化学稳定性好，与金属材料亲合力小，摩擦系数小，适合于硬铸铁和淬硬钢的较高速精加工，切削速度比硬质合金提高2-5倍。,超硬材料（立方氮化硼和人造金刚石） 立方氮化硼（CBN） 由立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。 硬度：80009000HV 耐热性：14001500 抗弯强度：0.3GPa 工艺性能：压制烧结而成，可用金刚石砂轮磨削。 用途：适合于硬度、强度较高的黑色金属材料（淬硬钢、冷硬铸铁等）以及难加工材料的高速切削。,CBN机夹刀片,人造金刚石 通过合金触媒

56、的作用，在高温高压下由石墨转化而成。 硬度：10000HV 耐热性：700800 抗弯强度：0.210.49GPa 工艺性能：用天然金刚石砂轮刃磨。 用途：适合于有色金属以及非金属材料的高速切削和精密加工。由于热稳定性差，而且与铁元素有很强的化学亲合力，因此不适于加工钢铁类材料。,金刚石焊接刀具,刀具材料特性,思考题 1、刀具材料应具备哪些性能？常用刀具材料有哪些？各有何优缺点？ 2、硬质合金的主要种类及用途是什么？ 3、超硬材料（立方氮化硼和人造金刚石）的特点及用途是什么？ 4、试选择合理的刀具材料及牌号： 1）45钢锻件粗车； 2）HT200灰铸铁精车；3）低速精车合金钢蜗杆；4）精车调质

57、钢轴；5）高速精车铝合金；6）高速精车淬硬钢轴；7）精车冷硬铸铁；8）精车不锈钢法兰盘；9）粗车40Cr铸件；10）机用丝锥；11）加工中碳钢用的齿轮滚刀；12）精车冷硬合金轧辊；13）粗铣灰铸铁床身平面；14）粗加工镍基高温合金；15）精加工镍基高温合金。,1）45钢锻件粗车 2）HT200灰铸铁精车 3）低速精车合金钢蜗杆 4）精车调质钢轴 5）高速精车铝合金 6）高速精车淬硬钢轴 7）精车冷硬铸铁 8）精车不锈钢法兰盘 9）粗车40Cr铸件 10）机用丝锥 11）加工中碳钢用的齿轮滚刀 12）精车冷硬合金轧辊 13）粗铣灰铸铁床身平面 14）粗加工镍基高温合金 15）精加工镍基高温合金,

58、2.3 金属切削过程及其物理现象 金属切削过程：刀具与工件作用使材料变形破坏形成切屑。 挤压过程剪切变形 材料变形和摩擦物理现象 物理现象：切削力 切削热 积屑瘤 刀具磨损 加工硬化,2.3.1 切屑形成过程,三个变形区划分及其基本特征 第一变形区（基本变形区，主剪切区） 切削层投入切削的塑性变形区域。从OA开始发生塑性变形，到OE晶粒的剪切滑移完成。 特征：沿滑移线剪切变形，并产生加工硬化。 第一变形区的塑性变形行为决定了所形成的切屑类型，对切屑的控制具有一定影响。,第二变形区（摩擦变形区） 切屑与前刀面摩擦的区域。切屑沿前刀面流出时进一步受到挤压和摩擦，使靠近前刀面的切屑底层再次发生塑性变

59、形。 特征：切屑底层材料纤维化，流速减慢，滞留粘结前刀面；切屑与前刀面接触区温度升高；切屑弯曲。 第二变形区直接影响到前刀面的磨损。,第三变形区（加工表面变形区） 已加工表面与后刀面的接触区域。已加工表面受到后刀面的挤压和摩擦，产生变形和回弹。 特征：表面层材料加工硬化，应力集中。 第三变形区影响到工件的表面粗糙度和表面完整性。,变形程度的表示方法 切屑变形规律 变形程度,1）剪切角剪切面与切削速度之间的夹角。,切削方程式 根据塑性力学以及滑移线场理论建立。 1）麦钱特剪切角公式 /4/20/2 2）李和谢夫剪切角公式 /40,2）相对滑移第一变形区剪应变。,3）变形系数切屑厚度与切削厚度之比。,变形程度分析的定性结果 剪切角与变形系数、相对滑移成反比。 （1）前角增大，剪切角增大，变形系数减小。 （2）摩擦角增大，剪切角减小，变形系数增大。,切屑变形的变化规律,刀具前角对切屑变形的影响,切削速度和切削厚度对切屑变形的影响,2.3.2 切屑的类型及其控制工件材料，变形程度。形态特征，产生条件，相互转化。,1）带状切屑 切削加工中最常见的一种切屑，内表面光滑，外表面毛茸。 切削塑性材料，刀具前角较大，切削速度较