金属切削加工基本原理与设备

1、金属切削加工基本原理与设备 本本教学课件教学课件是与孙庆群、周是与孙庆群、周宗明主编，科学出版社出版的宗明主编，科学出版社出版的金属金属切削加工原理及设备切削加工原理及设备教材配套的教教材配套的教学课件。本学课件。本课件课件由孙庆群制作，由孙庆群制作，以同名教材的内容作为参考，欢迎各以同名教材的内容作为参考，欢迎各高职院校相关专业选做教学之用，也高职院校相关专业选做教学之用，也恳请各位同行多提宝贵意见。恳请各位同行多提宝贵意见。参考教材参考教材孙庆群孙庆群 周宗明周宗明 主编主编目目 录录第第1 1章章 绪绪 论论 第第2 2章章 金属切削加工的基本知识金属切削加工的基本知识第第3 3章章 金

2、属切削加工过程的基本规律金属切削加工过程的基本规律第第4 4章章 金属切削加工理论的应用金属切削加工理论的应用第第5 5章章 金属切削机床基本知识金属切削机床基本知识第第6 6章章 车床及车刀车床及车刀第第7 7章章 铣床及铣刀铣床及铣刀 第第8 8章章 齿轮加工机床及切齿刀具齿轮加工机床及切齿刀具第第9 9章章 磨床及砂轮磨床及砂轮第第1010章章 其他类型通用机床及刀具其他类型通用机床及刀具 第第1111章章 先进加工设备简介先进加工设备简介第第1章章 绪绪 论论1.1 我国切削加工技术发展概况我国切削加工技术发展概况 金属切削加工金属切削加工是指利用金属切削机床在工件是指利用金属切削机床

3、在工件表面上切除多余的材料，使之达到规定的几何形状、尺表面上切除多余的材料，使之达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的一种加工方法。寸精度和表面质量的一种加工方法。 金属切削加工技术早在我国古代（公元前金属切削加工技术早在我国古代（公元前2000多年多年的青铜器时代）就已出现萌芽。的青铜器时代）就已出现萌芽。 春秋中晚期的著作春秋中晚期的著作考工记考工记对木工、金工有记载：对木工、金工有记载：“材美工巧材美工巧”是制成良器的必要条件（材美就是采用优是制成良器的必要条件（材美就是采用优良的加工材料；工巧就是利用合理的制造工艺和方法）。良的加工材料；工巧就是利用合理的制造工艺和方法）。 据大量出

4、土文物考证，公元据大量出土文物考证，公元8世纪（唐代）就有了世纪（唐代）就有了最原始的车床。最原始的车床。下图是公元下图是公元1668年（明代）加工天文仪器上铜环的方法和设备年（明代）加工天文仪器上铜环的方法和设备图图1.1 1668年的畜力铣磨机年的畜力铣磨机图图1.2 1668年的人力脚踏刃磨机年的人力脚踏刃磨机 因我国长期的封建历史，到因我国长期的封建历史，到1915年上海荣昌泰机械厂年上海荣昌泰机械厂才生产了第一台国产车床。才生产了第一台国产车床。 1947年我国民营机械工业仅有年我国民营机械工业仅有3千多家，机床千多家，机床2万多台。万多台。当时的刀具材料是碳素钢，最高切削速度是当时

5、的刀具材料是碳素钢，最高切削速度是16m/min。 建国后，我国的金属切削技术发展迅速。机床年产量建国后，我国的金属切削技术发展迅速。机床年产量已达已达13万台，品种达万台，品种达1千多种。切削速度大大提高，千多种。切削速度大大提高，1950年首创切削速度达年首创切削速度达550m/min。同时兴起刀具改革热潮，。同时兴起刀具改革热潮，研制出了大批先进刀具。研制出了大批先进刀具。 改革开放以来，注意引进国外先进技术，进行国际学改革开放以来，注意引进国外先进技术，进行国际学术与技术交流，使我国金属切削加工设备及技术水平进一术与技术交流，使我国金属切削加工设备及技术水平进一步提高，逐步缩小与先进国

6、家的差距。步提高，逐步缩小与先进国家的差距。1.2 金属切削加工在我国国民经济中的地位金属切削加工在我国国民经济中的地位 1.2.1 机械制造业在我国国民经济中的地位机械制造业在我国国民经济中的地位 在国民经济各部门和人们的日常生活中，使用着各在国民经济各部门和人们的日常生活中，使用着各种各样的机器设备、仪器工具，这些机器、机械、仪器种各样的机器设备、仪器工具，这些机器、机械、仪器和工具大部分是由一定形状和尺寸的金属零件所组成的。和工具大部分是由一定形状和尺寸的金属零件所组成的。生产这些零件并将它们装配成机器、机械、仪器和工具生产这些零件并将它们装配成机器、机械、仪器和工具的工业，即称为机械制

7、造业。的工业，即称为机械制造业。 机械制造业为人类的生存、生产、生活提供各种设机械制造业为人类的生存、生产、生活提供各种设备，是国民经济中及其重要的基础产业。备，是国民经济中及其重要的基础产业。 金属切削加工技术在国民经济中的地位和作用金属切削加工技术在国民经济中的地位和作用 在机械零件的加工制造过程中，采用铸造、锻压、焊在机械零件的加工制造过程中，采用铸造、锻压、焊接、冲压等制造方法，可以获得低精度的零件。对于精度接、冲压等制造方法，可以获得低精度的零件。对于精度要求较高、表面粗糙度值较小的零件，主要依靠切削加工要求较高、表面粗糙度值较小的零件，主要依靠切削加工的方法来实现。的方法来实现。

8、机械工业的发展和进步，在很大程度上取决于切削加机械工业的发展和进步，在很大程度上取决于切削加工技术的发展。如工技术的发展。如1769年瓦特发明了蒸汽机，但因加工技年瓦特发明了蒸汽机，但因加工技术还很落后，苦于加工不出高精度的汽缸而得不到推广应术还很落后，苦于加工不出高精度的汽缸而得不到推广应用。用。1775年，威尔逊成功地改造了一台汽缸镗床，解决了年，威尔逊成功地改造了一台汽缸镗床，解决了一大难题。就在第二年（一大难题。就在第二年（1776年）蒸汽机便得到了实际应年）蒸汽机便得到了实际应用，迎来了第一次产业革命。用，迎来了第一次产业革命。 金属切削机床在国民经济中的地位和作用金属切削机床在国民

9、经济中的地位和作用 事实证明，切削加工技术的发展水平直接影响着机事实证明，切削加工技术的发展水平直接影响着机械制造工业的发达程度，更是表征综合国力的标志。械制造工业的发达程度，更是表征综合国力的标志。 机械制造业当中的切削加工离不开金属切削机床，机械制造业当中的切削加工离不开金属切削机床，机床是装备制造业的机床是装备制造业的“工作母机工作母机”或或“工具机工具机” 。 金属切削机床是用切削的方法切除金属毛坯（或半金属切削机床是用切削的方法切除金属毛坯（或半成品）的多余金属，将其加工成为符合零件图样要求的成品）的多余金属，将其加工成为符合零件图样要求的形状、尺寸精度和表面质量的机器零件的机器，也

10、可以形状、尺寸精度和表面质量的机器零件的机器，也可以说机床是制造机器的机器。说机床是制造机器的机器。机床的发展概况和我国机床工业的现状机床的发展概况和我国机床工业的现状 机床是人类在长期生产实践中机床是人类在长期生产实践中,不断改进生产工具的不断改进生产工具的基础上产生的，并随着生产发展和科技进步而渐趋完善。基础上产生的，并随着生产发展和科技进步而渐趋完善。从最原始的木制机床，人力或畜力驱动，主要加工木料、从最原始的木制机床，人力或畜力驱动，主要加工木料、石料等，逐步发展成石料等，逐步发展成 加工金属零件的机床。加工金属零件的机床。 现代意义上的加工金属机械零件的机床是从现代意义上的加工金属机

11、械零件的机床是从18世纪世纪中叶才开始发展起来。中叶才开始发展起来。 18世纪末刀具运动才有了用机械代替人手，精度和世纪末刀具运动才有了用机械代替人手，精度和效率发生了飞跃。效率发生了飞跃。 到到19世纪末，车、钻、镗、刨、拉、铣、磨、齿轮世纪末，车、钻、镗、刨、拉、铣、磨、齿轮加工等类型的机床已先后形成。加工等类型的机床已先后形成。 20世纪初，高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继世纪初，高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，切削性能和机床主轴转速提高出现，切削性能和机床主轴转速提高 。 20世纪世纪50年代才有了数控机床，使机床自动化进入年代才有了数控机床，使机床自动化进入崭新时代。崭新时

12、代。 切削加工技术的发展切削加工技术的发展 方向：方向： 加工设备朝着数控技术、精密和超精密、加工设备朝着数控技术、精密和超精密、高速和超高速方向发展。高速和超高速方向发展。 刀具材料朝超硬刀具材料方向发展。刀具材料朝超硬刀具材料方向发展。 生产规模由小批量和单品种大批量向多品生产规模由小批量和单品种大批量向多品种、变批量的方向发展。种、变批量的方向发展。 生产方式由手工操作、机械化、单机自动生产方式由手工操作、机械化、单机自动化、刚性流水线自动化向柔性自动化和智能自动化、刚性流水线自动化向柔性自动化和智能自动化方向发展。化方向发展。近年来的先进制造技术近年来的先进制造技术 ： 计算机辅助设计

13、（计算机辅助设计（CAD）；）； 计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAM）；）； 计算机辅助工艺设计（计算机辅助工艺设计（CAPP）；）； 计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAE）；）； 计算机辅助质量管理（计算机辅助质量管理（CAQ）；）； 企业资源计划（企业资源计划（ERP）；）； 物料搬运等单元技术。物料搬运等单元技术。我国机床产量及世界排名我国机床产量及世界排名 2001年，机床产量年，机床产量19.21万台，产值万台，产值115.1亿元，世界亿元，世界排名第五。排名第五。 2002年产量年产量23.19万台，产值万台，产值148.2亿元，世界第五亿元，世界第五 。 2003年产量年产

14、量30.68万台，产值万台，产值189.6亿元。亿元。 2004年，产量达年，产量达 38.92万台（其中数控机床产量为万台（其中数控机床产量为17.521台），位居世界第四。台），位居世界第四。 2005年，产量达年，产量达45.07万台，产值万台，产值322.8亿元。亿元。 2007年中国数控金属切削机床产量已达到年中国数控金属切削机床产量已达到12.33万台万台 。 20042008年的机床产量见下页图年的机床产量见下页图20042008年中国金属切削机床产量年中国金属切削机床产量 20002005年我国数控机床产量及数控化率年我国数控机床产量及数控化率1.3 本课程的性质、内容、学习要

15、求和方法本课程的性质、内容、学习要求和方法 1.3.1 性质性质金属切削加工原理及设备金属切削加工原理及设备是机是机类和近机类专业的主干专业课。类和近机类专业的主干专业课。 1.3.2 内容内容 金属切削加工原理及设备金属切削加工原理及设备是传是传统的：统的：金属切削原理及刀具金属切削原理及刀具和和金属切削机床金属切削机床的的有机整合。有机整合。 本课程所包含的内容：本课程所包含的内容： 1）金属切削加工的基本概念。）金属切削加工的基本概念。 2）金属切削加工过程的基本规律及其应用。）金属切削加工过程的基本规律及其应用。 3）如何应用金属切削理论来控制工件加工质量以及设）如何应用金属切削理论来

16、控制工件加工质量以及设备和工具的寿命。备和工具的寿命。 4）常用切削加工刀具材料的性能和应用范围。）常用切削加工刀具材料的性能和应用范围。 5）各种常用刀具的构造特点、几何参数及合理选用。）各种常用刀具的构造特点、几何参数及合理选用。 6）典型的金属切削加工方法及其刀具。）典型的金属切削加工方法及其刀具。 7）常用金属切削机床的工作原理、结构与工艺范围。）常用金属切削机床的工作原理、结构与工艺范围。 8）机床运动与传动路线的分析方法。）机床运动与传动路线的分析方法。1.3.4 本课程的学习方法本课程的学习方法 金属切削加工原理及设备金属切削加工原理及设备是一门综合性和实践是一门综合性和实践性很强的学科。性很强的学科。 它的基本理论源于生产实践，又服务和指导于生产它的基本理论源于