机械制造技术基础

机械制造技术根底机械制造技术根底山东大学机械工程学院山东大学机械工程学院20052005年年年年8 8月月月月第一讲第一讲 金属切削根底金属切削根底2024/6/281一课程性质：一课程性质：本专业重要的技术专业根底课本专业重要的技术专业根底课二主要内容：二主要内容：l金属切削理论根底金属切削理论根底2金属切削加工装备金属切削加工装备3机械制造工艺理论根底机械制造工艺理论根底本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务2024/6/282主要内容主要内容pp 金属切削原理金属切削原理p 金属切削刀具金属切削刀具p 金属切削机床金属切削机床p 机床设计机床设计p 机械制造工艺学机械制造工艺学p 夹具设计夹具设计2024/6/283本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务(1)金属切削理论根底金属切削理论根底介绍切屑的形成过程、切削力、切削热、切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、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。磨削机理与磨削规律等。2024/6/284本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务(2)机械加工工艺设备机械加工工艺设备介绍机床的介绍机床的工艺特点和运动分析工艺特点和运动分析,切削刀具的切削刀具的功能功能特点。研究金属切削加工装备特点。研究金属切削加工装备(包括包括机床、夹具、机床、夹具、刀具刀具)构成、工作原理及使用条件。构成、工作原理及使用条件。2024/6/285本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务3机械制造工艺理论根底机械制造工艺理论根底机机械械加加工工精精度度及及加加工工外外表表质质量量分分析析、机机械械加加工工工工艺艺过过程程、装装配配工工艺艺过过程程、工工件件的的定定位位与与装装夹夹原原理理、夹夹具具的的根根本本知知识识、零零件件结结构构工工艺艺性等。性等。2024/6/286三任务三任务研究金属切削过程的根本理论、切削过程中所研究金属切削过程的根本理论、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产生的诸现象变化规律及提高切削效率的途径；径；研究金属切削加工装备包括机床、刀具构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；成、工作原理及使用条件；研究机械制造工艺根本理论、加工及装配工艺研究机械制造工艺根本理论、加工及装配工艺等；等；本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务2024/6/287使学生使学生掌掌握握金金属属切切削削过过程程中中诸诸现现象象如如切切屑屑形形成成机机理理、切切削削力力、切切削削温温度度、刀刀具具磨磨损损的的变变化规律。化规律。了了解解常常用用的的几几种种刀刀具具结结构构、工工作作原原理理并并能能结结合生产实际选用和使用刀具。合生产实际选用和使用刀具。熟熟悉悉金金属属切切削削机机床床的的结结构构、工工作作原原理理，初初步步掌掌握握分分析析机机床床运运动动和和传传动动系系统统的的方方法法及及正正确选用机床。确选用机床。本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务2024/6/288q掌掌握握机机械械制制造造工工艺艺根根本本理理论论，初初步步能能够够编编制制零零件件加加工工工工艺艺规规程程，设设计计机机床床夹夹具具和和分分析析、解解决决生产中质量、生产效率及经济性问题。生产中质量、生产效率及经济性问题。q结合实际初步能够解决生产中的问题。结合实际初步能够解决生产中的问题。本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务2024/6/289四本课程的特点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。本课程的理论和工艺知识具有很强的实践性。学习本课程时学习本课程时,除了参考大量的书籍之外除了参考大量的书籍之外,必必须重视实践环节。加强感性知识与理性知识须重视实践环节。加强感性知识与理性知识的结合的结合,是学习本课程的最好方法。是学习本课程的最好方法。本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务2024/6/2810五本课程在学习方法上应注意以下几点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。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去分析和处理实践中的各种问题种问题牢固掌握机械制造技术的根本理论和根本方法牢固掌握机械制造技术的根本理论和根本方法,以及这些理以及这些理论和方法的灵活应用。论和方法的灵活应用。本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务2024/6/2811金属切削过程涉及的理论金属切削过程涉及的理论摩擦磨损理论摩擦磨损理论力学问题力学问题热学问题热学问题机械学机械学材料学材料学外表问题外表问题2024/6/2812第一章第一章 金属切削根底金属切削根底目的要求：目的要求：牢牢固固掌掌握握切切削削根根本本运运动动、切切削削外外表表和和切切削用量三要素；削用量三要素；牢牢固固掌掌握握刀刀具具几几何何参参数数、刀刀具具切切削削角角度度的的参参考考平平面面、刀刀具具标标注注角角度度的的参参考考系系及刀具的标注角度；及刀具的标注角度；明明确确根根本本概概念念，会会画画刀刀具具图图，能能看看懂懂刀刀具图；具图；2024/6/2813第一章第一章 金属切削根底金属切削根底掌握掌握刀具的工作角度刀具的工作角度；牢固掌握牢固掌握切削层与切削方式切削层与切削方式的概念；的概念；掌掌握握刀刀具具材材料料必必备备的的性性能能、常常用用刀刀具具材材料料的的种种类类及性能；及性能；合理选用合理选用刀具材料刀具材料。2024/6/2814有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字p在在工工业业兴兴旺旺国国家家中中，国国民民经经济济所所创创造造的的物物质质财财富富制制造造业业占占2/3。国国民民经经济济各各部部门门都都有有相相当当的的机机械制造力量。械制造力量。p在在各各种种机机械械加加工工方方法法中中，切切削削加加工工所所占占比比重重最最大，目前零件的最终形成仍以切削加工为主。大，目前零件的最终形成仍以切削加工为主。2024/6/2815有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字p机机械械制制造造中中所所用用工工作作母母机机有有80%-90%仍仍为为金金属属切切削削机机床床。日日本本每每年年消消费费在在与与切切削削加加工工有有关关的的费费用用超超过过l0000亿亿日日元元，美美国国每每年年消消耗耗在在切切削削加加工工方方面面的的费费用用超超过过1000亿亿美美元元，刀刀具具产产值值超超过过100亿美元。亿美元。2024/6/2816有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字有关切削加工的一组数字p全全世世界界年年钢钢产产量量约约15亿亿吨吨，其其中中约约有有1亿亿吨吨被被刀刀具切成切屑。具切成切屑。p我我国国金金属属切切削削机机床床拥拥有有量量达达几几百百万万台台，从从事事切切削削加加工工的的人人员员高高到到达达几几千千万万，每每年年切切削削加加工工费费达达几几百亿元。从事切削加工研究人员高到达几十万。百亿元。从事切削加工研究人员高到达几十万。2024/6/2817有关刀具材料的一组有关刀具材料的一组有关刀具材料的一组有关刀具材料的一组“名言名言名言名言p工欲善其事，工欲善其事，必先利其必先利其器器p好钢用在好钢用在刀刃刀刃上上p刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带来带来一次革命一次革命p再先进的机床没有刀具再先进的机床没有刀具尤如一堆尤如一堆废铁废铁2024/6/2818有关刀具材料的一组有关刀具材料的一组有关刀具材料的一组有关刀具材料的一组“名言名言名言名言p机床、刀具和工件组成的切削加工系统中，刀具是机床、刀具和工件组成的切削加工系统中，刀具是最活泼的因素最活泼的因素p机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前开展的历史规律开展的历史规律p金属切削的开展史，从某种意义上说，可归结为刀金属切削的开展史，从某种意义上说，可归结为刀具材料的开展史具材料的开展史2024/6/2819第一章第一章 金属切削根底金属切削根底金属切削过程实质金属切削过程实质刀刀具具与与工工件件相相互互作作用用的的过过程程，其其目目的的是是将将工工件件上上多多余余金金属属切切除除并并在在高高效效低低本本钱钱的的前前提提下下，使使工工件件满满足足图图纸纸要要求求的形状、尺寸精度和外表质量。的形状、尺寸精度和外表质量。2024/6/2820第一章第一章 金属切削根底金属切削根底金属切削过程的完成条件金属切削过程的完成条件金属切削加工工艺系统：金属切削加工工艺系统：机床、刀具、工件、夹具机床、刀具、工件、夹具刀具与工件之间必须有相对运动；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；刀具必须具有合理的几何参数；刀具应具备一定的切削性能刀具应具备一定的切削性能。2024/6/28212024/6/28222024/6/28232024/6/2824卧式铣床卧式铣床 立式铣床立式铣床2024/6/28252024/6/2826铣刀与铣削铣刀与铣削2024/6/2827铣刀与铣削铣刀与铣削2024/6/2828 2024/6/2829牛头刨床牛头刨床(HorizontalShaper)2024/6/2830牛头刨床牛头刨床(HorizontalShaper)2024/6/2831龙门刨床龙门刨床(Planer)2024/6/2832龙门刨床龙门刨床(Planer)2024/6/28332024/6/28342024/6/2835内圆磨床外形内圆磨床外形2024/6/2836平面磨床2024/6/2837MK1312数控外圆磨床数控外圆磨床2024/6/2838砂轮机砂轮砂轮机砂轮2024/6/2839超硬磨料砂轮超硬磨料砂轮平形金刚石砂轮2024/6/2840立式钻床立式钻床 摇臂钻床摇臂钻床2024/6/2841钻头和钻削钻头和钻削2024/6/2842钻头种类钻头种类2024/6/2843标准高速钢麻花钻标准高速钢麻花钻2024/6/2844卧式镗床外形卧式镗床外形2024/6/2845镗刀与镗削镗刀与镗削2024/6/2846镗刀镗刀/杆杆(BoringBar)各种镗刀各种镗刀(BoringBar/Head)2024/6/28472024/6/2848插齿插齿(GearShaping)机机2024/6/2849齿轮滚刀齿轮滚刀2024/6/2850插齿刀插齿刀(GearShaperCutter)2024/6/2851立式加工中心立式加工中心2024/6/2852传统切削加工理论研究内容传统切削加工理论研究内容p四大根本规律四大根本规律:p切屑形成切屑形成p切削力切削力p切削温度切削温度p刀具磨损和破损刀具磨损和破损2024/6/2853其它研究内容其它研究内容刀具材料的种类、性能刀具材料的种类、性能 、几何参数、合理选用、几何参数、合理选用切削液的种类、性能、选用切削液的种类、性能、选用难加工材料的切削加工难加工材料的切削加工工件材料的切削加工性、加工外表质量的评定工件材料的切削加工性、加工外表质量的评定切削用量的选择和优化切削用量的选择和优化磨削加工磨削加工 2024/6/2854目前研究热点目前研究热点超超高速切削高速切削精密及精密及超精密超精密加工、加工、微细加工和微细加工和纳米纳米级加工级加工自动化加工中刀具自动化加工中刀具可靠性可靠性研究研究切削过程切削过程在线检测在线检测、监控和预报监控和预报新型新型刀具材料刀具材料的设计与开发的设计与开发2024/6/2855目前研究热点目前研究热点新型新型高难加工材料高难加工材料的切削加工的切削加工其它其它新型新型加工方法，如：基于环保意识的绿色加工方法，如：基于环保意识的绿色干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动切削等切削等复杂曲面复杂曲面加工，复杂刀具加工，复杂刀具CAD/CAM2024/6/2856国内研究现状国内研究现状p山东大学山东大学(新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠性等、高速切削可靠性等、高速切削)，代表性人物：，代表性人物：艾兴院士艾兴院士p哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(精密、超精密加工、纳米级加工、精密、超精密加工、纳米级加工、特种加工等特种加工等)，代表性人物：，代表性人物：袁哲俊教授袁哲俊教授p大连理工大学大连理工大学(切削理论、剪切角理论切削理论、剪切角理论 、石材加工等、石材加工等)，代表性人物：，代表性人物：刘培德教授刘培德教授2024/6/2857p北京理工北京理工(硬质合金刀具、难加工材料加工等硬质合金刀具、难加工材料加工等)，代表性人物：代表性人物：于启勋教授于启勋教授p天津大学天津大学(陶瓷精密磨削加工等陶瓷精密磨削加工等)，代表性人物：，代表性人物：于思远教授于思远教授p东北大学东北大学(磨削加工磨削加工)，代表性人物：，代表性人物：郑焕文教授郑焕文教授2024/6/2858p华南理工大学华南理工大学(加工外表质量、加工外表质量、积屑瘤、加工外表剩积屑瘤、加工外表剩余应力余应力)，代表性人物：周泽华教授，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华中科技大学陈日曜教授、南京航空航天大学张幼帧教授幼帧教授 、北京航空航天大学陈鼎昌教授、北京航空航天大学陈鼎昌教授 、清华大学、成都工具研究所等清华大学、成都工具研究所等2024/6/2859p美国、日本、德国、澳大利亚、英国等美国、日本、德国、澳大利亚、英国等美国美国:Merchant,LeeandShaffer日本：日本：臼井英治、小野浩二、中山一雄臼井英治、小野浩二、中山一雄澳大利亚：澳大利亚：Oxley国外研究现状国外研究现状2024/6/2860第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量(一一)、切削运动、切削运动1.主运动主运动2.进给运动进给运动3.合成运动合成运动2024/6/2861第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28621.主运动主运动使使刀刀具具与与工工件件产产生生相相对对运运动动，以以切切除除工工件件上上多多余余金金属属的的根根本本运运动动。这这个个运运动动速速度度最最高高，消消耗耗功功率率最最大大。如如车车削削中中工工件件的的旋旋转转运运动动、钻钻削削中中钻钻头头的的旋旋转转运运动动、刨削中的刀具的直线往复运动等。刨削中的刀具的直线往复运动等。第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28631.主运动主运动注意：注意：(1)主运动可为主运动可为刀具刀具，也可为，也可为工件工件；(2)主运动可是主运动可是直线运动直线运动，也可，也可旋转运动旋转运动；(3)切削加工中，切削加工中，主运动只有一个主运动只有一个。第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28642.进给运动进给运动与与主主运运动动配配合合使使切切除除多多余余金金属属连连续续进进行行，形形成成已已加加工工外外表表的的运运动动。如如车车削削中中车车刀刀的的纵纵向向或或径径向向运运动动、钻钻削削中中钻钻头头的的直直线线运运动动、刨刨削削中中工工件件的间歇直线运动。的间歇直线运动。第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28652.进给运动进给运动注意：注意：1进给运动可以是一个或几个；进给运动可以是一个或几个；2进进给给运运动动可可是是直直线线运运动动、旋旋转转运运动动或或两者的组合；两者的组合；3进给运动可由刀具或工件完成。进给运动可由刀具或工件完成。第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28663.合成运动合成运动 合成运动是主运动与进给运动的合成合成运动是主运动与进给运动的合成第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/2867第一章第一章 金属切削根底金属切削根底车床加工车床加工2024/6/2868第一章第一章 金属切削根底金属切削根底2024/6/2869第一章第一章 金属切削根底金属切削根底2024/6/2870第一章第一章 金属切削根底金属切削根底2024/6/2871第一章第一章 金属切削根底金属切削根底2024/6/2872第一章第一章 金属切削根底金属切削根底2024/6/2873第一章第一章 金属切削根底金属切削根底2024/6/2874第一章第一章 金属切削根底金属切削根底2024/6/28751.车削车削主运动：主运动：工件的旋转运动工件的旋转运动进给运动：进给运动：刀具刀具2.钻削钻削主运动：主运动：刀具刀具(钻头钻头)进给运动：进给运动：刀具刀具(钻头钻头)3.铣削铣削主运动：主运动：刀具刀具进给运动：进给运动：工件工件第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28761.待加工外表待加工外表2.已加工外表已加工外表3.过渡外表过渡外表(二二)、工件上的三个外表、工件上的三个外表第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28771.待加工外表待加工外表工工件件上上多多余余金金属属即即将将被被切切除除的的外外表表。随随着着切切削削的的进进行行逐逐渐渐减减小小，直直至至多多余余金属被切完。金属被切完。第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28782.已加工外表已加工外表工件上多余金属被切除后形成的新外表。工件上多余金属被切除后形成的新外表。3.过渡外表过渡外表工工件件上上多多余余金金属属被被切切除除过过程程中中，待待加加工工外外表表与与已已加加工工外外表表之之间间相相连连接接外外表表，或或刀刀刃刃正正在在切切削着的外表。削着的外表。第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/2879外圆车削时切削运动及工件上三外表外圆车削时切削运动及工件上三外表第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/2880第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/2881平面刨削的切削运动及工件上三外表平面刨削的切削运动及工件上三外表第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/2882(三三)、切削用量三要素、切削用量三要素1.切削速度切削速度2.进给量进给量3.背吃刀量背吃刀量第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28831.切削速度切削速度v刀刀刃刃选选定定点点相相对对工工件件的的主主运运动动线线速速度度。工工件件最最大大直直径径的的线速度。其计算式为：线速度。其计算式为：式中：式中：dw工件最大直径工件最大直径(mm)；nw工件主运动转速工件主运动转速(r/s或或r/min)。第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28842.进给量进给量fp主运动每一转工件与刀具沿进给方向的主运动每一转工件与刀具沿进给方向的位移量位移量f(mm/r)p单位时间相对位移量叫单位时间相对位移量叫进给速度进给速度vf。pvf=f n(mm/s或或mm/min)。p对对于于多多齿齿刀刀具具的的每每齿齿进进给给量量fz=f/Z(mm/z或或毫毫米米/齿齿)。Z刀刀 具具 齿齿 数数。显显 然然 有有：vf=f n=fz Z n(mm/s或或mm/min)第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/28853.背吃刀量背吃刀量ap对对外外圆圆车车削削而而言言，它它是是待待加加工工外外表表与与已已加加工工外表问的垂直距离。即外表问的垂直距离。即式中：式中：dw待加工面直径；待加工面直径；dm已加工外表直径；已加工外表直径；第一节第一节 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2024/6/2886作作 业业1.试试分分析析外外圆圆车车削削、端端面面车车削削、刨刨削削、铣铣削削的的切削运动及工件上的各外表。切削运动及工件上的各外表。2024/6/2887