机械制造技术基础 1

2020/6/7,1,机械制造技术基础,山东大学机械工程学院2005年8月,第一讲金属切削基础,2020/6/7,2,（一）课程性质：本专业重要的技术（专业）基础课（二）主要内容：（l）金属切削理论基础（2）金属切削加工装备（3）机械制造工艺理论基础,本课程的内容、性质和任务,主要内容金属切削原理金属切削刀具金属切削机床机床设计机械制造工艺学夹具设计,2020/6/7,4,本课程的内容、性质和任务,(1)金属切削理论基础介绍切屑的形成过程、切削力、切削热、切削温度及其影响因素、刀具磨损与破损规律、磨削机理与磨削规律等。,2020/6/7,5,本课程的内容、性质和任务,(2)机械加工工艺设备介绍机床的工艺特点和运动分析,切削刀具的功能特点。研究金属切削加工装备(包括机床、夹具、刀具)构成、工作原理及使用条件。,2020/6/7,6,本课程的内容、性质和任务,（3）机械制造工艺理论基础机械加工精度及加工表面质量分析、机械加工工艺过程、装配工艺过程、工件的定位与装夹原理、夹具的基本知识、零件结构工艺性等。,2020/6/7,7,（三）任务研究金属切削过程的基本理论、切削过程中所产生的诸现象变化规律及提高切削效率的途径；研究金属切削加工装备（包括机床、刀具）构成、工作原理及使用条件；研究机械制造工艺基本理论、加工及装配工艺等；,本课程的内容、性质和任务,2020/6/7,8,使学生掌握金属切削过程中诸现象（如切屑形成机理、切削力、切削温度、刀具磨损）的变化规律。了解常用的几种刀具结构、工作原理并能结合生产实际选用和使用刀具。熟悉金属切削机床的结构、工作原理，初步掌握分析机床运动和传动系统的方法及正确选用机床。,本课程的内容、性质和任务,2020/6/7,9,掌握机械制造工艺基本理论，初步能够编制零件加工工艺规程，设计机床夹具和分析、解决生产中质量、生产效率及经济性问题。结合实际初步能够解决生产中的问题。,本课程的内容、性质和任务,2020/6/7,10,（四）本课程的特点本课程的理论和工艺知识具有很强的实践性。学习本课程时,除了参考大量的书籍之外,必须重视实践环节。加强感性知识与理性知识的结合,是学习本课程的最好方法。,本课程的内容、性质和任务,2020/6/7,11,（五）本课程在学习方法上应注意以下几点:本课程涉及到多门学科的理论和方法。要特别注意紧密联系和综合应用以往所学过的知识。要求我们要善于运用所学的知识,去分析和处理实践中的各种问题牢固掌握机械制造技术的基本理论和基本方法,以及这些理论和方法的灵活应用。,本课程的内容、性质和任务,金属切削过程涉及的理论摩擦磨损理论力学问题热学问题机械学材料学表面问题,2020/6/7,13,第一章金属切削基础,目的要求：牢固掌握切削基本运动、切削表面和切削用量三要素；牢固掌握刀具几何参数、刀具切削角度的参考平面、刀具标注角度的参考系及刀具的标注角度；明确基本概念，会画刀具图，能看懂刀具图；,2020/6/7,14,第一章金属切削基础,掌握刀具的工作角度；牢固掌握切削层与切削方式的概念；掌握刀具材料必备的性能、常用刀具材料的种类及性能；合理选用刀具材料。,有关切削加工的一组数字,在工业发达国家中，国民经济所创造的物质财富制造业占2/3。国民经济各部门都有相当的机械制造力量。在各种机械加工方法中，切削加工所占比重最大，目前零件的最终形成仍以切削加工为主。,有关切削加工的一组数字,机械制造中所用工作母机有80%-90%仍为金属切削机床。日本每年消费在与切削加工有关的费用超过l0000亿日元，美国每年消耗在切削加工方面的费用超过1000亿美元，刀具产值超过100亿美元。,有关切削加工的一组数字,全世界年钢产量约15亿吨，其中约有1亿吨被刀具切成切屑。我国金属切削机床拥有量达几百万台，从事切削加工的人员高达到几千万，每年切削加工费达几百亿元。从事切削加工研究人员高达到几十万。,有关刀具材料的一组“名言”,工欲善其事，必先利其器好钢用在刀刃上刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带来一次革命再先进的机床没有刀具尤如一堆废铁,有关刀具材料的一组“名言”,机床、刀具和工件组成的切削加工系统中，刀具是最活跃的因素机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前发展的历史规律金属切削的发展史，从某种意义上说，可归结为刀具材料的发展史,2020/6/7,20,第一章金属切削基础,金属切削过程实质刀具与工件相互作用的过程，其目的是将工件上多余金属切除并在高效低成本的前提下，使工件满足图纸要求的形状、尺寸精度和表面质量。,2020/6/7,21,第一章金属切削基础,金属切削过程的完成条件金属切削加工工艺系统：机床、刀具、工件、夹具刀具与工件之间必须有相对运动；刀具必须具有合理的几何参数；刀具应具备一定的切削性能。,卧式铣床立式铣床,铣刀与铣削,铣刀与铣削,2020/6/7,30,牛头刨床(HorizontalShaper),2020/6/7,31,牛头刨床(HorizontalShaper),2020/6/7,32,龙门刨床(Planer),2020/6/7,33,龙门刨床(Planer),2020/6/7,36,内圆磨床外形,2020/6/7,37,平面磨床,2020/6/7,38,MK1312数控外圆磨床,2020/6/7,39,砂轮机砂轮,2020/6/7,40,超硬磨料砂轮,平形金刚石砂轮,立式钻床摇臂钻床,钻头和钻削,2020/6/7,43,钻头种类,2020/6/7,44,标准高速钢麻花钻,2020/6/7,45,卧式镗床外形,镗刀与镗削,2020/6/7,47,镗刀/杆(BoringBar),各种镗刀(BoringBar/Head),2020/6/7,49,插齿(GearShaping)机,2020/6/7,50,齿轮滚刀,2020/6/7,51,插齿刀(GearShaperCutter),立式加工中心,传统切削加工理论研究内容,四大基本规律:切屑形成切削力切削温度刀具磨损和破损,其它研究内容,刀具材料的种类、性能、几何参数、合理选用切削液的种类、性能、选用难加工材料的切削加工工件材料的切削加工性、加工表面质量的评定切削用量的选择和优化磨削加工,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,目前研究热点,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、英国等美国: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,2020/6/7,61,第一节切削运动和切削用量,(一)、切削运动主运动进给运动合成运动,2020/6/7,62,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,63,1.主运动使刀具与工件产生相对运动，以切除工件上多余金属的基本运动。这个运动速度最高，消耗功率最大。如车削中工件的旋转运动、钻削中钻头的旋转运动、刨削中的刀具的直线往复运动等。,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,64,1.主运动注意：(1)主运动可为刀具，也可为工件；(2)主运动可是直线运动，也可旋转运动；(3)切削加工中，主运动只有一个。,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,65,2.进给运动与主运动配合使切除多余金属连续进行，形成已加工表面的运动。如车削中车刀的纵向或径向运动、钻削中钻头的直线运动、刨削中工件的间歇直线运动。,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,66,2.进给运动注意：（1）进给运动可以是一个或几个；（2）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合；（3）进给运动可由刀具或工件完成。,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,67,3.合成运动合成运动是主运动与进给运动的合成,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,68,第一章金属切削基础,车床加工,2020/6/7,69,第一章金属切削基础,2020/6/7,70,第一章金属切削基础,2020/6/7,71,第一章金属切削基础,2020/6/7,72,第一章金属切削基础,2020/6/7,73,第一章金属切削基础,2020/6/7,74,第一章金属切削基础,2020/6/7,75,第一章金属切削基础,2020/6/7,76,1.车削主运动：工件的旋转运动进给运动：刀具2.钻削主运动：刀具(钻头)进给运动：刀具(钻头)3.铣削主运动：刀具进给运动：工件,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,77,1.待加工表面2.已加工表面3.过渡表面,(二)、工件上的三个表面,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,78,1.待加工表面工件上多余金属即将被切除的表面。随着切削的进行逐渐减小，直至多余金属被切完。,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,79,2.已加工表面工件上多余金属被切除后形成的新表面。3.过渡表面工件上多余金属被切除过程中，待加工表面与已加工表面之间相连接表面，或刀刃正在切削着的表面。,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,80,外圆车削时切削运动及工件上三表面,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,81,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,82,平面刨削的切削运动及工件上三表面,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,83,(三)、切削用量三要素切削速度进给量背吃刀量,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,84,1.切削速度v刀刃选定点相对工件的主运动线速度。工件最大直径的线速度。其计算式为：式中：dw工件最大直径(mm)；nw工件主运动转速(r/s或r/min)。,第一节切削运动和切削用量,2020/6/7,85,2.进给量f主运动每一转工件与刀具沿进给方向的位移量f(mm/r)单位时间相对位移量叫进给