机械制造技术基础西安交大课件

1、Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 机械制造技术基础 机械工程学院先进制造技术研究所 2012-2013学年第一学期 （2012.09. 2012.12） 金涛 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 “制造业是国民经济的主要支柱制造业是国民经济的主要支柱” 引自：国家中长期科学和技术发展规划纲要引自：国家中长期科学

2、和技术发展规划纲要 一、制造业与制造技术 制造业是一个国家的立国之本、民族产业 和支柱产业。是反映一个国家经济实力的重要 标志，是为国家创造财富的重要产业，也是保 障国家安全的重要产业。 如：机床业（基础行业工欲善其事，必工欲善其事，必 先利其器先利其器），家电，汽车，医疗，农业，造船 业，纺织，印刷，IT制造业；航天、航空，宇 航等。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jia

3、otong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 制造技术支撑着制造业的发展，先 进的制造技术能使一个国家的制造业乃 至整个国民经济处于极富竞争力的地位。 忽视制造技术的发展，将会使经济发展 出现严重问题。如美国和日本的正反两 方面教训。 二、机械制造业的现状 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 国外（八国联军） 加工对象：极大和极小，极端制造； 精度和效率：精密和超精密、高速和超高速； CNC控

4、制系统：五轴联动、六轴联动； 制造技术科学的基础研究：投入巨大； 制造技术研究与装备开发的手段：不断开发， 不断更新（工艺、检测技术、刀具及功能部件、 设计、分析与计算手段等）。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 三维造型软件，如UG，PRO/E， CARTIA，SolidWorks等； 有限元分析软件，如ANSYS，Abaqus， MRC ，Dynaform，Forge等； 计算分析软件，如Matlab， Mathematica，Maple等。

5、（现代工程师应掌握这三类软件的至少 一个！） Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 国内 昨天辉煌的过去 四大发明，卓越的锻压和铸造技术等。 -武林至尊，宝刀屠龙；倚天不出，谁与争锋 今天制造大国，不是制造强国 中低端产品居多，关键件、重要零部件的加工 依赖进口，经常受国外的技术限制（“巴 统”）、整机装配工艺技术落后。高端的数控 产品，IT制造的核心装备光刻机，大型核电、 风电、水电设备，大型发电机组、激光核聚变 装置（点火工程）等。 Copyrig

6、ht by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 青海华鼎超重型数控卧式镗车床重大专项 n最大回转直径 5m n最大工件长度 25m n工件重量 500t n双床身、双刀架布局 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 装备制造业装备制造业：国民经济发展：国民经济发展 / 国防建设国防建设 / 技技 术装备术装备 / 基础产业基础产业 20

7、10年年: 占占GDP的的11.5, 世界前三位世界前三位 （2002年年: 9.4%, 世界前四位世界前四位） “我国是世界制造大国，但还不是制造强我国是世界制造大国，但还不是制造强 国国” ,自主创新能力弱、对外依存度高、自主创新能力弱、对外依存度高、 国际竞争力不强。极易受到国际经济、国际竞争力不强。极易受到国际经济、 政治环境的制约。政治环境的制约。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 主要表现在以下几个方面： 对制造技术中的重要基础科学问题

8、的研 究远远不够 单元技术、功能部件的研究和开发落后 整机的装配工艺技术落后 （沈机案例、传统文化中“学而优则仕” 的深远影响） Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 造成的后果： 所制造的机床，在加工精度、切削 稳定性、精度保持性、可靠性等方面与 国外同类产品相比，存在很大的差距。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong Universi

9、ty 绪论 明天Yesterday Once More？！ 物质平台：国家政策支持、企业、高校 人才平台：谁是主力军？ 三、制造技术的发展 制造技术已从单工序的研究发展到 制造系统（物质流、信息流、资金流） 的研究。如车铣、镗铣复合机床、加工 中心、FMS（柔性制造系统）、CIMS （计算机集成制造系统） Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 随着制造技术的发展，制造技术不 再仅仅是以力学、切削理论为主要基础 的一门学科，而是涉及了机械科学、系 统科学

10、、信息科学、材料科学和控制技 术的一门综合学科。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 四、机械制造的基本流程零件与机器 零件是机器的组成单元，装配时机 器是由零件单元逐一装配而成，但在设 计的时候却是从整台机器开始的。一种 新产品（机器）的开发内容包括概念设 计、方案设计、详细设计、样机试制与 评审、工艺设计、新产品鉴定、试销、 生产准备、批量生产。在方案设计阶段 往往需要设计多种方案，通过性能、成 本等的对比，经评审最后确定一种方案。 Copyri

11、ght by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 绪论 在详细设计阶段，是从绘制产品 （机器）的总装图开始，在完成产品的 总装图设计后，再进行拆画零件图，在 零件图上除标注正确的几何尺寸外，还 要根据机器的性能要求标注出零件的精 度要求。可见零件的精度要求来自于机 器。而在制造过程中，是先加工出合格 的零件，然后再通过合理的装配工艺将 零件装配成满足一定功能的机器。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAM

12、T of Xian Jiaotong University 绪论 五、本课程学习的目的 能对机械制造有一个总体的、全貌 的了解与把握，能掌握金属切削过程的 基本规律，掌握机械加工的基本知识， 能选择加工方法与机床、刀具、夹具及 加工参数，具备制订工艺规程的能力和 掌握机械加工精度和表面质量分析的基 本理论和基本知识，初步具备分析解决 现场工艺问题的能力，了解当今先进制 造技术的发展概况。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 第一节 零

13、件的成形原理 按照零件由原材料或毛坯制造成为 零件的过程中，质量M的变化，可分为 M0,M0,M0三种原理，不同 原理采用不同的成形工艺方法。 M0，材料去除原理，如传统的 切削加工方法，包括磨料磨削、特种加 工等,在制造过程中通过材料逐渐被去除 而获得需要的几何形状。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 M0，材料基本不变原理，如铸 造、锻造及模具成型（注塑、冲压等） 工艺，在成形前后，材料主要是发生形 状变化，而质量基本不变。 M

14、0，材料累加成形原理，如上 世纪80年代出现的快速原形（Rapid Prototyping）技术，在成形中通过材料累 加获得所需形状。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 一、M0 的制造过程 M0主要指切削加工，该加工过 程是通过刀具和工件之间的相对运动及 相互力的作用实现的。工件往往通过夹 具安装在机床上，机床带动刀具或工件 或两者同时进行运动。切削过程中，有 力、热、变形、振动、磨损等现象发生， 这些现象的综合作用决定了零件 C

15、opyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 最终获得的几何形状及表面质量。 对于加工精度要求特别高的零件，需 要采取精加工及超精加工工艺（其尺寸 精度往往达到亚微米乃至纳米级）。这 些工艺在航空航天、计算机产品等领域 有着广泛的应用。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 特种加工是指利

16、用电能、光能或化 学等方法完成材料的去除成形方法，这 些方法主要适合于加工超硬度、易碎等 常规加工方法难加工的场合。如当前发 展比较快的三束加工（激光束、电子束、 离子束），在微细加工中有广泛的应用。 另外近几年发展的高压水射流等加工方 法，也有其显著的优点。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 二、M0 的制造过程 M0的工艺内容主要属于材料成 形课程的研究范畴。主要指铸造、锻压 和焊接等热加工工艺。在我国，铸造工 艺、锻压模具的设

17、计和制造方面 均是薄 弱环节，特别是模具工业，模具制造精 度要求较高，其生产方式往往是单件生 产。模具的设计和制造需要CAD和CAE Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 等一系列高新技术，属于技术密集型产业。 三、M0 的制造过程 M0 的工艺即材料累加法制造（MIM） 工艺 出现于上个世纪80年代，通过材料 逐渐累加成型 。这一工艺又称RP技术 （Rapid Prototyping） 。其优点是：无需 编程，即可以成型任意复杂形状的

18、零件， 而无需刀、夹具等生产准备活动。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 RP技术制造出来的原型可供设计评估、投 标或展示之用。RP技术与快速精铸技术 （Quick Casting）及快速模具制造技术 （Rapid Tooling）等相结合，又可以为小 批量或大批量生产服务，因而RP技术成 为加速新产品开发及实现并行工程的有 效技术。一些工业发达国家（如美、日、 德等）已经全面应用这一技术来提高制 造业的竞争能力。 Copyrigh

19、t by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 RP技术已形成了几种成熟的工艺方法，进 入了商品化阶段。目前商业化的设备主 要有光固化法/SL法（Stereolithography）、 叠层制造法/LOM法（Laminated Object Manufacturing）、激光选区烧结/SLS法 （Selective Laser Sintering）、熔积法 /FDM法（Fused Deposition Modeling）。 Copyright by IAMT 2

20、012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 第二节 机械加工方法 采用机械加工方法获得零件的形状， 是通过机床利用刀具将毛坯上多余的材 料切除来获得的。根据机床运动的不同、 刀具的不同，可分为不同的加工方法， 主要有：车削、铣削、刨削、磨削、钻 削、镗削及特种加工等。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 一、车削 主运动

21、工件的旋转运动 进给运动刀具相对于工件的运动 刀具 刀具的结构和形状是基本的，“一尖二 刃三刀面”。 能加工的表面 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 车床加工的典型工序 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 内外圆柱面、端面、内外圆锥面、旋转曲 面、螺纹面及偏心轴等。 加工精

22、度 车削加工精度一般为IT8IT7，表 面粗糙度为Ra6.31.6m。精车时，可 达IT6IT5，粗糙度可达Ra0.40.1m。 工艺特点 生产效率较高，加工过程平稳，刀具简单。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 二、铣削 主运动铣刀的旋转运动 进给运动工件的直线运动 铣削的不同型式 卧铣和立铣 卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面 上的刃形成的；立铣时，平面是由铣刀 的端面刃形成的。 Copyright by IAMT 2012 I

23、AMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 铣削加工 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 顺铣和逆铣 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 顺铣和逆铣 顺铣时，铣削力的水平

24、分力与工件 的进给方向相同，而工作台进给丝杠与 固定螺母之间一般又有间隙存在，因此 切削力容易引起工件和工作台一起向前 窜动，使进给量突然增大，容易引起打 刀。逆铣则可以避免这一现象，因此， 生产中多采用逆铣。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 在顺铣铸件或锻件等表面有硬度的工件时， 铣刀齿首先接触工件的硬皮，加剧了铣 刀的磨损，逆铣则无这一缺点。但逆铣 时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而 刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加 工表面

25、上挤压滑行的阶段，也会加速刀 具的磨损，同时，逆铣时，铣削力具有 将工件上抬的趋势，也易引起振动，这 是逆铣的不利之处。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 刀具 铣刀的结构较复杂，属于多刃刀具。 能加工的表面 平面、曲面（成形铣刀铣削齿轮、球头 铣刀加工复杂型面）。 加工精度 一般可达IT8IT7，表面粗糙度为Ra6.3 0.8m。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong Unive

26、rsityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 工艺特点 生产效率较高；铣刀的散热条件较好； 切削过程有冲击和振动产生，影响表面 质量，加速刀具的磨损和破损。 三、刨削 主运动刨刀的直线往复运动 能加工的表面平面 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 刨削加工 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of X

27、ian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 刨床的结构形式 牛头刨床和龙门刨床。牛头刨床一般只 用于单件生产，加工中小型工件；龙门 刨床主要用来加工大型工件，加工精度 和生产率都高于牛头刨床。 加工精度 一般可达IT8IT7，表面粗糙度为Ra3.2 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 1.6m，精刨时平面度可达0.02/1000，表面 粗糙度可达Ra0.80.4m。 插床实际上可以看作立式的牛头刨 床，主要用

28、来加工键槽等内表面。插齿 机的插刀与转动的工件形成范成运动， 可加工出渐开线齿轮的齿面。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 四、钻削和镗削 1. 钻削 主运动钻头的旋转运动 进给运动钻头的轴向运动 刀具钻头 能加工的表面孔 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 加工精度 钻削

29、的加工精度较低，一般只能达到 IT11IT13，表面粗糙度一般为Ra12.5 0.8m。 精度高、表面质量要求高的小孔，在钻削 后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工 和精加工。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 扩孔、铰孔时，扩孔钻和铰刀均在原底 孔的基础上进行加工，因此无法提高孔 轴线的位置精度以及直线度。 钻削加工 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAM

30、T of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 2. 镗削 主运动镗刀和镗杆的旋转运动 刀具镗刀（单刃或双刃） 能加工的表面孔（精加工） 加工精度 镗孔加工精度一般为IT10IT8，表面粗 糙度为Ra3.20.8m Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 镗孔时，镗孔后的轴线是以镗杆的 回转轴线决定的，因此可以校正原底孔 轴线的位置精度。镗孔可在镗床上或车 床上进行。 镗床镗孔车床镗孔 Copyright

31、 by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 五、齿面加工 根据形成齿面的方法不同，可分为两 大类 ：成形法和展成法(又称范成法)。 成形法 成形法加工齿面所使用的机床一般 为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两 个简单成形运动：刀具的旋转运动(主切 削运动)和直线移动（进给运动）。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章

32、机械加工方法 展成法 展成法加工齿面的常用机床有滚齿机、 插齿机等。 在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时， 一般需要两个复合成形运动：由滚刀的 旋转运动B11和工件的旋转运动B12组成 的展成运动；由刀架轴向移动A21和工件 附加旋转运动 B22组成的差动运动。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 前者产生渐开线齿形，后者产生螺旋线齿 长。图示为滚齿机滚切斜齿圆柱齿轮的 传动原理图 。 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理 Copyright by

33、IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 六、复杂曲面加工 三维曲面的切削加工，主要采用仿 形铣和数控铣的方法或特种加工方法 （见本节八）。 仿形铣必须有原型作为靠模，加工中球头 仿形头始终以一定压力接触原型曲面， 仿形头的运动变换为电感量，信号经过 放大控制铣床三个轴的运动，形成刀头 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章

34、 机械加工方法 沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头 等半径的球头铣刀。 仿形加工的误差取决于加工系统的动 特性、原型精度、靠模压力、切削用量 及曲面本身的复杂程度等。 采用数控铣床或加工中心加工时，曲 面是通过球头铣刀逐点按曲面坐标值加 工而成。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 七、磨削 主运动砂轮的旋转运动 刀具砂轮 砂轮上的每个磨粒都可以看成一个微小刀 齿，砂轮的磨削过程，实际上是磨粒对 工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用

35、的综合效应。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 磨削中，磨粒本身也会由尖锐逐渐磨钝， 使切削能力变差，切削力变大，当切削 力超过粘结剂强度时，磨钝的磨粒会脱 落，露出一层新的磨粒，这就是砂轮的 “自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会阻塞 砂轮，因而，磨削一定时间后，需用金 刚石刀具等对砂轮进行修整。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jia

36、otong University 第一章 机械加工方法 能加工的表面 内外圆柱面、平面、特殊曲面（如齿面）。 磨削加工 a)磨外圆 b)磨内孔 c)磨平面 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 加工精度 磨床是精加工机床，磨削精度可达IT7 IT5，表面粗糙度可达Ra1.60.025m， 甚至可达Ra0.10.008m。 工艺特点 磨削时，由于刀刃很多，所以加工过程 平稳、精度高，表面粗糙度小。 Copyright by IAMT 20

37、12 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 磨削的另一特点是可以对淬硬的工件进行 加工，因此，磨削往往作为最终加工工 序。但磨削时，产生热量大，需要有充 分的切削液进行冷却，否则会产生磨削 烧伤，降低表面质量。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 八、特种加工 科学和技术的发展提出了许多传统 切削加工方法难以完成的加工任务

38、，如 具有高硬度、高强度、高脆性或高熔点 的各种难加工材料(如硬质合金、钛合金、 淬火工具钢、陶瓷、玻璃等)零件的加工， 具有较低刚度或复杂曲面形状的特殊零 件 (如薄壁件、弹性元件、具有复杂 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 曲面形状的模具、叶轮机的叶片、喷丝头 等)的加工等。特种加工方法正是为完成 这些加工任务而产生和发展起来的。 特种加工方法区别于传统切削加工 方法，而是利用化学、物理(电、声、光、 热、磁)或电化学方法对工件

39、材料进行去 除的一系列加工方法的总称。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 这些加工方法包括：化学加工 (CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械 加工(ECMM)、电火花加工(EDM)、电接 触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光 束加工(LBM)、离子束加工(IBM)、电子 束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电 液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料 喷射加工(AJM)、液体喷射加工(HDM)及 各类复合加工

40、等。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 金属切削过程是刀具与工件相互作 用的过程，在此过程中，为了能将工件 上多余的金属材料切除掉，对刀具的结 构及其材料需提出相应的要求。本章主 要介绍刀具的结构、材料以及切削过程 的基本现象。最后，简要介绍高速切削 中的 基本概念及其所用刀具。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaoto

41、ng University 第二章 金属切削原理与刀具 第一节 刀具的结构 一、运动与切削要素 1.切削运动 金属切削加工是利用刀具切去工件 毛坯上多余的金属层(加工余量)，以获得 具有一定的尺寸、形状、位置精度和表 面质量的机械加工方法。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 刀具的切削作用是通过刀具与工件 之间的相互作用和相对运动来实现的。 刀具与工件间的相对运动称为切削 运动，即表面成形运动。切削运动可分 解为主运动和进给运

42、动。 主运动是切下切屑所需的最基本的运动 。在切削运动中,主运动的速度最高、消耗 的功率最大，主运动只有一个。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 进给运动是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。 切削运动及其方向用切削运动的速 度矢量来表示。如图所示，用车刀进行 普通外圆车削时的切削运动，图中主运 动切削速度 ,进给速度 和切削运动速度 之间的关系为： vc v f ve cf v

43、vv e cf vvv e Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 切削运动与切削表面 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 2.切削要素 在切削过程中，工件上通常存在着3 个不断变化的表面。 已加工表面：工件上已切去切屑的表面。 待加工表面：工件上即将被切去切屑的 表

44、面。 加工表面（过渡表面）：工件上正在被 切削的表面。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 切削要素包括切削用量和切削层的 几何参数。 切削用量 切削用量是切削时各参数的合称， 包括切削速度、进给量和切削深度（背 吃刀量）三要素，它们是设计机床运动 的依据。 1)切削速度 v Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong

45、University 第二章 金属切削原理与刀具 在单位时间内，刀具和工件在主运 动方向上的相对位移，单位为m/s。若主 运动为旋转运动，则计算公式为 ： 式中 为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数（r/min）。 1000 60 w d n v w d Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 2)进给量 在主运动每转一转或每一行程时 （或单位时间内），刀具和工件之间在 进给运动方向上的相对位移，单位

46、是 mm/r（用于车削、镗削等）或mm/行程 （用于刨削、磨削等）。进给量还可以 用进给速度 （单位是mm/s）或每齿进 给量 f v f fz Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 (用于铣刀，铰刀等多刃刀具，单位为mm/ 齿)表示。一般情况下， 3)切削深度（背吃刀量） .(mm/s) n z fz vnfnzf 式中， 主运动的转速（r/s）； 刀具齿数。 p Copyright by IAMT 2012 IAMT of X

47、ian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 待加工表面与已加工表面之间的垂 直距离（mm）。车削外圆时为 式中， ， 分别为待加工表面和已加工表面 的直径（mm）。 （2）切削层的几何参数 切削层是指工件上正被切削刃切削 的一层金属，以车削外圆为例 ， wm p 2 dd w d m d Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 切削层是指

48、工件每转一转，刀具从工件上 切下的那一层金属。切削层的大小反映 了切削刃所受载荷的大小，直接影响到 加工质量、生产率和刀具的磨损等。 切削宽度 沿主切削刃方向度量的切削层尺寸 （mm）。车外圆时 ： Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 切削厚度 两相邻加工表面间的垂直距离（mm）。车 外圆时 。 切削面积 切削层垂直于切削速度截面内的面积 p w r r sin 式中，为切削刃与工件轴线之间的夹角。 c cr sinf c A

49、Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 切削用量与切削层数 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 车外圆时 ： 二、刀具角度 1.刀具切削部分的组成 切削刀具的种类很多，结构也多种 多样。下面以外圆车刀为例说明，外圆 车刀是最基本、最典型的切削刀具，如 图所示。 2 c

50、wcp mmAf （） Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 其切削部分(又称刀头)由前面、主后面、副 后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组 成。 车刀的组成 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 前面（前刀面） 刀具上与切屑接触并相 互作用的表面。 主后面（主后刀面）

51、 刀具上与工件过渡 表面接触并相互作用的表面。 副后面（副后刀面） 刀具上与工件已加 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，它 完成主要的切削工作。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 副切削刃 前刀面与副后刀面的交线，它 配合主切削刃完成切削工作，并最终形 成已加工表面。 刀尖 连接主切削刃和副切削刃的一段刀 刃，它可以是小的直线段或圆弧。 其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣 刀等，都可看作是车刀的演变和

52、组合。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 如图所示，刨刀切削部分的形状与 车刀相同；钻头可看作是两把一正一反 并在一起同时车削孔壁的车刀，因而有 两个主切削刃，两个副切削刃，还增加 了一个横刃 ；铣刀可看作由多把车刀组 合而成的复合刀具，其每一个刀齿相当 于一把车刀 。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong Un

53、iversity 第二章 金属切削原理与刀具 刨刀、钻头、铣刀切削部分的形状 a)刨刀 b)钻头 c)铣刀 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 2.刀具角度的参考平面 刀具要从工件上切下金属，必须具 有一定的切削角度，也正是由于切削角 度才决定了刀具切削部分各表面的空间 位置。要确定和测量刀具角度，必须引 入三个相互垂直的参考平面，如图所示。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaoton

54、g UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 确定车刀角度的参考平面 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 切削平面 通过主切削刃上某一点并与工 件加工表面相切的平面。 基面 通过主切削刃上某一点并与该点切 削速度方向相垂直的平面。 正交平面 通过主切削刃上某一点并与主 切削刃在基面上的投影相垂直的平面。 Copyright by IAMT 2012 IAMT

55、 of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 切削平面、基面和正交平面共同组 成标注刀具角度的正交平面参考系，常 用的标注刀具角度的参考系还有法平面 参考系、背平面和假定工作平面参考系。 3.刀具的标注角度 刀具的标注角度是制造和刃磨刀具 所必需的、并在刀具设计图上予以标注 的角度。 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 刀具的

56、标注角度主要有五个，以车刀为例， 如图所示，表示了几个角度的定义。 车刀的主要角度 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 前角 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，正负规定 如图所示。 后角 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。 0 0 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaoto

57、ng UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 主偏角 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。 副偏角 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。 r r Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 刃倾角 在切削平面内测量的主切削刃 与基面之间的夹角。 4.刀具的工作角度 在实际的切

58、削加工中，由于刀具安 装位置和进给运动的影响，刀具的标注 角度会发生一定的变化,其原因是切削平 面、基面和正交平面位置会发生变化。 s Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 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。 刀具安装位置对工作角度的影响 以车刀车外圆为例，若不考虑进给 运动，当刀尖安装得高于或低于工件轴 线时，刀具的工作前角 和工作后角 如图所示。 0e 0

59、e Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 车刀安装高度对工作角度的影响 a)刀尖高于工件轴线 b)刀尖低于工件轴线 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向 不垂直时，刀具的工作主偏角和工作副 偏角,如图所示。 车刀安装偏斜对工作角度的影响

60、 为切削时刀杆纵向轴线的偏转角 Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaotong UniversityIAMT of Xian Jiaotong University 第二章 金属切削原理与刀具 进给运动对工作角度的影响 车削时由于进给运动的存在，使车 外圆及车螺纹的加工表面实际上是一个 螺旋面 (图a)；车端面或切断时，加工表 面是阿基米德螺旋面 (图b)。因此，实际 的切削平面和基面都要偏转一个附加的 螺旋升角 ，使车刀的工作前角 增大， 工作后角 减小。 0e 0e Copyright by IAMT 2012 IAMT of Xian Jiaot