机械制造基础.

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1 机械制造基础

2 绪论 机械制造基础是机械类专业的一门实践性很强的专业基础课程，课程涉及金属材料热加工、金属切削原理与刀具、金属切削机床概论、机械制造工艺、机床夹具设计和机械装配工艺等内容。

3 机械产品的制造过程一般分为几个阶段。 例如在某机械制造工厂中，这些阶段是： 毛坯制造（铸造、锻造等车间）→ 零件加工（机械加工、冲压、焊接、热处理、表面处理等车间进行）→ 零件装配（装配车间）→ 整机试验（在机器试车台进行） →出厂

4 模块一：机械加工基础（1,2） 模块二：零件机械加工工艺制定（3,4） 模块三：工件的装夹（5） 模块四：机械加工质量分析与产品装配（6,7）

5 第1章 金属切削基础知识

6 机器的组成： 合件1 组件1 合件2 部件1 组件2 组件3 部件3 合件3 机 器 部件2 零件

7 汽车的组成： 汽车 变速箱部件 转向器部件 发动机部件 驱动桥部件 车架 车厢 驾驶室 曲轴组件 连杆活塞组件 凸轮轴组件 发动机缸体
发动机缸盖 飞轮 机油泵组件 连杆合件 活塞 活塞环 活塞销 连杆体 连杆盖 铜套

8 典型机械零件表面成形原理

9 机械零件的表面： 例： 箱体 孔（圆柱面） 平面 轴 圆柱面 平面 齿轮 平面 圆柱面 渐开线表面

10 1.1.1工件的加工表面及其形成方法 1. 机械零件常用的表面形状 零件的 常用表面 平面 圆柱面 特殊表面 成型表面 圆锥面

11 图1-1 机器零件上常用的各种典型表面

12 2. 工件表面的形成 工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的。并且我们把这两条线叫着母线和导线，统称发生线。

13 例：工件表面的形成 导线 母线 图1-2 组成工件轮廓的几何表面

14 3.发生线的形成 由于使用的刀具切削刃形状和采取 的加工方法不同，形成发生线的方法可 归纳为四种： 1) 成型法——利用成形刀具对工件进行加工的方法。 2) 轨迹法——利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。

15 3.发生线的形成 3) 相切法——利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。
4) 展成法——利用工件和刀具作展成切削运动的加工方法。

16 a）成形法 b）轨迹法 c）相切法 d）展成法
图1-3 形成发生线所需的运动 a）成形法 b）轨迹法 c）相切法 d）展成法

17 4. 表面成形运动 在机床上，为了获得所需的工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。 按运动的功用分为：
◆成形运动：保证得到工件所要求的表面形状的运动。 ◆辅助运动：机床上除表面成形运动外，还需要辅助运动以实现机床的各种辅助动作 。

18 例:车削外圆柱面的成形运动

19 表面成形运动分为简单的成形运动和复合的成形运动。
如果一个独立的成形运动是由单独的旋转运动或 直线运动构成的，则此成形运动为简单的成形运动运 动。 如果一个独立的成形运动是由两个或两个以上的 旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合 而成，则此成形运动为复合的成形运动运动。

20 例: 常见典型表面成形运动

21 辅助运动主要有： 1. 各种空行程运动：指进给前后的快速运动和各种调位运动。 2. 切入运动：用于保证被加工表面获得所需要的尺寸。 3
辅助运动主要有： 1.各种空行程运动：指进给前后的快速运动和各种调位运动。 2.切入运动：用于保证被加工表面获得所需要的尺寸。 3.分度运动：当加工若干个完全相同的均匀分布的表面时，为使表面成形运动得以周期地继续进行的运动。 4.控制运动：包括起动、停止、变速、换向、部件与工件的夹紧、松开、转位以及自动换刀、自动测量、自动补偿等。

22 常用机床类别划分及型号的编制 金属切削机床的品种和规格繁多。为了便于区别、使用和管理，须对机床加以分类和编制型号。

23 1.2.1机床的分类 1.按加工性质和所用刀具进行分类 铣床 X 镗床 T 磨床 M 齿轮加工机床 Y 拉床 L 螺纹加工机床 S
车床 C 钻床 Z 铣床 X 镗床 T 磨床 M 齿轮加工机床 Y 拉床 L 螺纹加工机床 S 锯床 G 刨插床 B 其他机床 Q

24 车床：用来加工各种不同的旋转表面（内、外回转体）的机床。
钻床：主要用来进行钻孔加工的机床。 镗床：也是用来加工孔的机床，但被加工工件的重量和尺寸较大，孔的数量多，而且加工质量（精度和光洁度）也较高。 磨床：利用砂轮或磨料对工件各种不同的表面进行加工的机床。 齿轮加工机床：用来对齿轮或齿条进行齿型加工，或对齿端或齿型进行光整加工的机床。 螺纹加工机床：用铣削、磨削或高生产率的攻丝及套丝等方法来进行螺纹表面加工的机床。

25 铣床：用铣刀对工件进行切削的机床。 刨床（插床）：利用刀具与工件之间的相对往复运动来加工工件表面的机床。 拉床：用拉刀来加工工件各种不同的内、外表面的机床。 锯床：用来切断或锯断材料的机床。 其它机床：不属上述各类机床中的任一种，如刻线机 。

26 2. 按其他方法分类 （1）万能性程度 是指机床适应不同加工要求的能力。 1）通用机床：加工范围广，通用性大，但结构复杂。 单件小批。
2）专门化机床：工艺范围较窄，某一类或几类零件的某 一道（或几道）特定工序。 3）专用机床：工艺范围最窄某，某一种零件的某一道特 定工序，适用于大批量生产。 卧式车床 万能升降台铣床 曲轴车床 凸轮轴车床 主轴箱专用镗床 车床导轨专用磨床

27 （2）按机床的工作精度分类 1）普通精度机床 2）精密机床 3）高精度机床 精度比例大致为：1 ：0.4 : 0.25

28 （3）按机床的质量和尺寸分类 仪表机床、 中型机床（一般机床）、 大型机床（重量10t~30t）、 重型机床（重量30t~100t）、

29 （4）按机床的主要工作部件数目精度分类 1）单刀机床 2）多刀机床 3）单轴机床 4）多轴机床

30 （5）按机床的自动化程度分类 1）手动机床 2）机动机床 3）半自动机床 4）全自动机床

31 机床型号是用来表明机床的类型、通用特性、结构特性和主要技术参数等。
1.2.2金属切削机床型号的编制 机床型号是用来表明机床的类型、通用特性、结构特性和主要技术参数等。 我国机床型号，现在是按2008年颁布的标准GB/T15375—2008《金属切削机床型号编制方法》编制的。 机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律组合而成。

32 通用机床型号用下列方式表示： （△）○（○）△ △ △（×△）（ ○ ）/（ ）
（△）○（○）△ △ △（×△）（ ○ ）/（ ） 其它特性代号 重大改进顺序号 主轴数或第二主参数 主参数或设计顺序号 系代号 组代号 通用特性、结构特性代号 类代号 分类代号 其中，（1）有“○” 符号者，为大写的汉语拼音字母；（2）有“△”符号者，为阿拉伯数字；（3）“（）”的代号或数字，当无内容时，则不表示。若有内容，则不带括号。（4）有“ ”符号者，为大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有之。

33 （1）机床类别代号 类代号：用汉语拼音大写字母表示。 分类代号：用阿拉伯数字表示，在类代号之前，它居于型 号的首位，但第一分类不予表示。
通用机床的类和分类代号 类别 车床 钻床 镗床 磨 床 齿轮机床 螺纹机床 铣床 刨插床 拉床 锯床 其他机床 代 号 C Z T M 2M 3M Y S X B L G Q 读音 车 钻 镗 磨 二磨 三磨 牙 丝 铣 刨 拉 割 其

34 通用特性代号：用汉语拼音大写字母表示；一个、两个或三个字 母，也可以不表示。 结构特性代号：用汉语拼音大写字母表示，字母在不同型号意义
（2）机床的特性代号 通用特性代号：用汉语拼音大写字母表示；一个、两个或三个字 母，也可以不表示。 结构特性代号：用汉语拼音大写字母表示，字母在不同型号意义 可以不一样。 机床通用特性代号 通用特性 高精度 精密 自动 半自动 数控 加工中心（自动换刀） 仿形 轻型 加重型 简式或经济型 柔性加工单元 数显 高速 代号 G M Z B K H F Q C J R X S 读音 高 密 自 半 控 换 仿 轻 重 简 柔 显 速

35 （3） 机床组别和系别代号：用两位数字表示，0~9。
通用机床类、组划分表 组别 类别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 齿轮加工机床Y 仪表齿轮加工机 锥齿轮加工机 滚齿及铣齿机 剃齿及珩齿机 插齿机 花键轴铣床 齿轮磨齿机 其他齿轮加工机 齿轮倒角及检查机 螺纹加工机床S 套丝机 攻丝机 螺纹铣床 螺纹磨床 螺纹车床 铣床X 仪表铣床 悬臂及滑枕铣床 龙门铣床 平面铣床 仿形铣床 立式升降台铣床 卧式升降台铣床 床身铣床 工具铣床 其他铣床 刨插床B 悬臂刨床 龙门刨床 插床 牛头刨床 边缘及摸具刨床 其他刨床 拉床L 侧拉床 卧式外拉床 连续拉床 立式内拉床 卧式内拉床 立式外拉床 键槽及螺纹拉床 其他拉床 锯床G 砂轮片锯床 卧式带锯床 立式带锯床 圆锯床 弓锯床 锉锯床 其他锯床Q 其他仪表机床 管子加工机床 木螺钉加工机 刻线机 切断机

36 （4）机床主参数、第二参数、主轴数和设计顺序号 主参数、第二参数：用折算值表示。 主轴数：多轴机床以实际数值表示，单轴可省略 不表示。 设计顺序号：在无法用一个主参数表示时使用， 01~10。 （5） 机床的重大改进顺序号 在编号尾部加序号A、B、C、D字母。 （6）其他特性代号

37 主参数大多数情况下用折算值表示，其折算值等于主参数乘以折算系数。
机床名称 主参数名称 主参数的 折算系数 第二主参数 单轴自动车床 最大棒料直径 1 转塔车床 最大车削直径 1/10 立式车床 1/100 最大工件高度 卧式车床 床身上最大工件回转直径 最大车削长度 摇臂钻床 最大钻孔直径 最大跨距 立式钻床 轴数 卧式铣镗床 镗轴直径 坐标镗床 工作台面宽度 工作台面长度 外圆磨床 最大磨削直径 最大磨削长度 内圆磨床 最大磨削孔径 平面磨床 端面磨床 最大砂轮直径 齿轮加工机床 (大多数是)最大工件直径 (大多数是)最大模数 龙门铣床 卧式升降台铣床 龙门刨床 最大刨削宽度 最大刨削长度 牛头刨床 插 床 最大插削长度 拉 床 额定拉力

38 THM6350 例1 类代号（镗床类） 通用特性代号（加工中心、精密） 组别代号（卧式铣镗床组） 系别代号（卧式铣镗床系）
主参数（镗孔直径500mm)

39 Z5625×4A 例2 类代号(钻床类) 组代号(立式钻床组) 系代号(立式排钻床系) 主参数(最大钻孔直径25mm) 主轴数(四根主轴)
重大改进顺序号（第一次重大改进）

40 例3 MG1432A 类别代号（磨床类） 通用特性代号（高精度） 组别代号（外圆磨床组） 系别代号（万能外圆磨床系）
主参数（最大磨削直径320mm) 重大改进顺序号（第一次重大改进）

41 例4 CX5112A CA6140B

42 CX5112A 例4 类代号(车床类) 通用特性代号(数显) 组代号(立式车床组) 系代号(单柱立式车床系)
主参数(最大车削直径1200mm) 重大改进顺序号（第一次重大改进）

43 例4 CA6140B 类别代号（车床类） 结构特性代号（结构不同） 组别代号（落地及卧式车床组） 系别代号（卧式车床系）
主参数（最大车削工件直径400mm) 重大改进顺序号（经第二次重大改进）

44 1.3 金属切削过程要素分析 1.3.1切削运动和切削用量 1.切削表面 ◇待加工表面 ◇已加工表面 ◇过度表面

45 2.切削运动 切削运动 主运动 进给运动

46 （1）主运动：是指在切削加工中形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。 （2）进给运动：在切削中，使工件的多余材料不断被切除的工作运动。

47 Ⅰ—主运动；Ⅱ—进给运动 a) 车外圆面 b) 磨外圆面

48 c) 钻孔 d) 车床上镗孔

49 e) 刨平面 f ) 铣平面

50 g) 车成形面 h) 铣成形面

51 由上述各种切削加工的工作运动，可以看出：
主运动只有一个，而进给运动可有几个。 ※ 工作运动有旋转运动也有直线运动；有连续运动也有间歇运动。 ※ 工作运动可由刀具或工件分别完成或单独完成。

52 切削过程中，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。
(3)合成切削运动 切削过程中，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。 合成切削运动方向：就是切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向； 合成切削速度ve：就是切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。

53 3、切削用量 切削用量是指：Vc、f、 （1）切削速度Vc——指在单位时间内工件和刀具沿主运动方向的位移（单位m/s 或m/min ）。 ·车削等回转运动：

54 ·刨削等直线运动：

55 (2)进给量 f——指工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向上的相对位移（单位mm/r 或mm/双行程)。

56 (3)背吃刀量 ——指待加工表面与已加工表面的距离（单位mm）。

57 切削层(ABCD)——在各种切削加工中，刀具同工件沿进给运动方向每移动 f 后，由一个刀齿正在切削的金属层。
4、切削层几何参数（见下图） 切削层(ABCD)——在各种切削加工中，刀具同工件沿进给运动方向每移动 f 后，由一个刀齿正在切削的金属层。 ★切削层尺寸称为几何参数， 通常在垂直切削速度的 平面内观察和度量 （即在基 面内度量）。 （Pr） 切削层

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59 E 残留面积

60 图1.4 外圆车削时的加工表面、切削用量与切削层
图1.4 外圆车削时的加工表面、切削用量与切削层

61 1.3.2刀具切削部分的基本定义 1.刀具切削部分的构成
虽然刀具种类繁多，形状各异，但其切削部分的结构要素和几何角度都有许多共同特征，如下图所示。各种形状复杂的刀具，就其中的一个刀齿而言，都可看作一把车刀。 下面就以车刀为例，分析切削部分的构成和标注角度。

62 分析车刀角度，主要从以下三个方面入手： （车刀切削部分组成、车刀的标注角度及其选择车刀的工作角度） 1、车刀切削部分组成 车刀切削部分一般由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成，如图1.5所示。 （3-2-1）

63 夹持部分 切削部分 前刀面 副切削刃 主切削刃 副后刀面 刀尖 主后刀面 图1.5 外圆车刀切削部分的组成
前刀面：切削时刀具上切屑流过的那个表面。 主后刀面：切削时刀具与工件加工表面相对的表面。 副后刀面：切削时刀具与工件已加工表面相对的表面。 夹持部分 切削部分 前刀面 主后刀面 副后刀面 主切削刃 副切削刃 刀尖 主切削刃：前刀面与主后刀面的交线。 副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。 刀尖：是主切削刃与副切削刃的交点。 图1.5 外圆车刀切削部分的组成

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65 2、车刀标注角度及其选择 （1）刀具标注角度参考系
为了确定车刀的空间位置，以便设计、制造、刃磨和测量，必须建立车刀标注角度参考系（如下图 ）。 ※假定：a）刀尖与工件中心线等高; b）刀具轴线与工件轴线垂直; c）忽略进给运动的影响。

66 刀具标注角度参考系中的辅助平面 法剖面 正交平面 切削平面 切削刃选定点 基面

67 ①基平面 ：通过切削刃选定点与该点切削速度方向垂直的平面。
②切削平面 ：通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直基面的平面。 ③正交平面 ：通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。 ※ 组成一个正交平面参考系(是目前最常用的刀具标注角度参考系，此外还有法剖面参考系等）。

68 （2）车刀的标注角度（也称静止角度） 即在刀具标注角度参考系内定义的角度，是制造和刃磨刀具的依据，其主要标注角度如图1.6。
▲在正交平面Po内测量的角度： 前角 、后角 和楔角 ▲在基面Pr内测量的角度： 主偏角 、副偏角 和刀尖角 ▲在切削平面Ps内测量的角度：刃倾角 下面分别介绍各角度的功用与选择

69 刀具角度正、负号判定如图中所示。 正交平面 副剖面 K K向 基面 图1.6车刀的标注角度

70 从上图可以看出，在参考系内共定义 了6个角度 、 、 、 、 和
四个角度是独立的。当给定刃倾角和主偏角，主切削刃在空间的方位便被确定；再进一步给定前角和后角，相交于主切削刃的前刀面和后刀面也随之确定。

71 ★前角直接影响刀具的锋利程度和刃口强 度。
①前角 ★前角直接影响刀具的锋利程度和刃口强 度。 根据前刀面与基面相对位置的不同，前角可有正、负、零之分，如图1.7 所示。 ★常根据刀具材料和工件材料选择前角。 如：切削塑性材料 ↑；脆性材料 ↓ ★高速钢刀具抗弯强度大，允许大 , 比硬质合金大5°~10°( 在 -20 °~ +35°)

72 基面 切削平面 图1.7 前角的正与负

73 ★直接影响加工质量、刀具使用寿命（ 耐用度）和生产率。
②后角 ★直接影响加工质量、刀具使用寿命（ 耐用度）和生产率。 ★后角的主要作用是减少主后刀面与加工表面间的摩擦。 ★ 选择原则是在保证加工质量和刀具寿命的前提下 取小值。 如：粗加工、强力切削、工件材料硬， ↓ ; 精加工、或切软材料、为提高质量， ↑ 。 后角选择要参考前角值，主要是保证楔角变化小，数值合理。

74 影响主切削刃的强度， 大，主切削刃的强度高。
③楔角 （派生角） 影响主切削刃的强度， 大，主切削刃的强度高。 ④主偏角 和副偏角 ★ 主要影响切削层的形状，并直接影响切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。 如：在 和 f 一定时， ↓→ ↑、 ↓ 但 ↓使 切深抗力↑ →振动↑ ★根据加工具体情况和工艺系统刚度选择

75 选择原则是在不引起振动的情况下，取小值。
★副偏角 主要影响已加工表面粗糙度和刀尖强度。 选择原则是在不引起振动的情况下，取小值。 副偏角对残留面积的影响

76 ⑤刀尖角 （派生角） 影响刀尖强度和散热条件。 ⑥刃倾角 ★主要影响切屑流出方向、刀尖强度、切入切出平稳性、切削分力及切削刃工作长度。 ★在保证加工质量的前提下， 尽量取小值。

77 (a)、控制排屑方向 车刀的刃倾角

78 (b)、车刀受冲击时保护刀尖 车刀的刃倾角

79 3、车刀的工作角度 ★即在刀具工作角度参考系内确定的角度。 上述车刀的标注角度，是在刀具标注角度参考系内确定的。如果考虑进给运动和实际安装情况，则刀具的参考系将发生变化，因而刀具在实际工作过程中的角度与标注角度不同。下面两图是车刀安装对工作角度的影响情况。

80 b)刀尖高于工件轴线 c)刀尖低于工件轴线 刀尖对准工件轴线 图1.8 车外圆时车刀安装高低对前、后角的影响

81 a) b) c) a)刀杆向右偏斜 b)刀杆与进给运动垂直 c)刀杆向左偏斜 图1.9 车刀安装偏斜对主、副偏角的影响

82 例：当用主偏角 的车刀车削外圆时，已知 ，工件转速 ， 车刀进给速度 。 试求：

83 例：当用主偏角 的车刀车削外圆时，已知 ，工件转速 ， 车刀进给速度 。 试求： 解：