机械制造技术基础

2021-5-15 1 第 一 讲 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 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 金 属 切 削 原 理p 金 属 切 削 刀 具p 金 属 切 削 机 床p 机 床 设 计p 机 械 制 造 工 艺 学p 夹 具 设 计 2021-5-15 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 。 2021-5-15 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 。 2021-5-15 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 。 2021-5-15 7 （ 三 ） 任 务q 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 ；q 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 ； q 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 2021-5-15 8 使 学 生p 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 。q 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 。p 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 2021-5-15 9 q 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 。p 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 2021-5-15 10 （ 四 ） 本 课 程 的 特 点q 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 2021-5-15 11 （ 五 ） 本 课 程 在 学 习 方 法 上 应 注 意 以 下 几 点 :q 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 。q 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q 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 2021-5-15 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 ； 2021-5-15 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 。 p 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 。p 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 。 p 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 。 p 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 。p 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 。 p 工 欲 善 其 事 ， 必 先 利 其器p 好 钢 用 在刀刃上p 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p 再 先 进 的 机 床 没 有 刀 具 尤 如 一 堆废铁 p 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 p 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p 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 2021-5-15 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 。 2021-5-15 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 2021-5-15 30 牛 头 刨 床 (H orizontal Shaper) 2021-5-15 31 牛 头 刨 床 (H orizontal Shaper) 2021-5-15 32 龙 门 刨 床 (Planer) 2021-5-15 33 龙 门 刨 床 (Planer) 2021-5-15 36 内 圆 磨 床 外 形 2021-5-15 37 平 面 磨 床 2021-5-15 38 MK 1312数 控 外 圆 磨 床 2021-5-15 39 砂 轮 机 砂 轮 2021-5-15 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 2021-5-15 43 钻 头 种 类 2021-5-15 44 标 准 高 速 钢 麻 花 钻 2021-5-15 45 卧 式 镗 床 外 形 镗 刀 与 镗 削 2021-5-15 47 镗 刀 /杆 (Boring Bar) 各 种 镗 刀 (Boring Bar/H ead) 2021-5-15 49 插 齿 (G ear Shaping)机 2021-5-15 50 齿 轮 滚 刀 2021-5-15 51 插 齿 刀 (G ear Shaper Cutter) 立 式 加 工 中 心 传 统 切 削 加 工 理 论 研 究 内 容p 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 切 削 液 的 种 类 选 用 难 加 工 材 料 的 切 削 加 工 工 件 材 料 的 切 削 加 工 性 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p 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p 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p 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 p 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p 天 津 大 学 (陶 瓷 精 密 磨 削 加 工 等 ) ， 代 表 性 人 物 ：于 思 远 教 授p 东 北 大 学 (磨 削 加 工 ) ， 代 表 性 人 物 ： 郑 焕 文 教 授 p 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p 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 p 美 国 、 日 本 、 德 国 、 澳 大 利 亚 、 英 国 等 美 国 : Merchant, Lee and Shaffer 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 2021-5-15 61 第 一 节 切 削 运 动 和 切 削 用 量(一 )、 切 削 运 动1. 主 运 动2. 进 给 运 动 3. 合 成 运 动 2021-5-15 62 第 一 节 切 削 运 动 和 切 削 用 量 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 68 第 一 章 金 属 切 削 基 础 车 床 加 工 2021-5-15 69 第 一 章 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 70 第 一 章 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 71 第 一 章 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 72 第 一 章 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 73 第 一 章 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 74 第 一 章 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 75 第 一 章 金 属 切 削 基 础 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 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 2021-5-15 81 第 一 节 切 削 运 动 和 切 削 用 量 2021-5-15 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 2021-5-15 83 (三 )、 切 削 用 量 三 要 素1. 切 削 速 度2. 进 给 量3. 背 吃 刀 量第 一 节 切 削 运 动 和 切 削 用 量 2021-5-15 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 ： d w工 件 最 大 直 径 (mm)； nw工 件 主 运 动 转 速 (r/s或 r/min)。 minm/m/s1000 或wwndv 第 一 节 切 削 运 动 和 切 削 用 量 2021-5-15 85 2. 进 给 量 f p 主 运 动 每 一 转 工 件 与 刀 具 沿 进 给 方 向 的 位 移 量 f (mm/r)p 单 位 时 间 相 对 位 移 量 叫 进 给 速 度 vf。p vf=fn (mm/s或 mm/min)。p 对 于 多 齿 刀 具 的 每 齿 进 给 量 fz=f/Z (mm/z或 毫 米 /齿 )。Z刀 具 齿 数 。 显 然 有 ： v f=fn=fzZn (mm/s或 mm/min) 第 一 节 切 削 运 动 和 切 削 用 量 2021-5-15 86 3. 背 吃 刀 量 ap 对 外 圆 车 削 而 言 ， 它 是 待 加 工 表 面 与 已 加 工 表 面 问的 垂 直 距 离 。 即 式 中 ： dw待 加 工 面 直 径 ； d m已 加 工 表 面 直 径 ； 2 mwp dda 第 一 节 切 削 运 动 和 切 削 用 量 2021-5-15 87 作 业1. 试 分 析 外 圆 车 削 、 端 面 车 削 、 刨 削 、 铣 削 的切 削 运 动 及 工 件 上 的 各 表 面 。