第二章 機械加工及設(shè)備的基礎(chǔ)理論

第二章機械加工及設(shè)備的基礎(chǔ)理論目錄第一節(jié)金屬切削基本知識

第二節(jié)金屬切削機床的基本知識

第三節(jié)金屬切削過程第四節(jié)切削力、切削熱與切削溫度第五節(jié)刀具的磨損與刀具使用壽命第一節(jié)金屬切削基本知識第一節(jié)金屬切削知識

1、切削運動（1）主運動：使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，以進行切削的最基本運動。主運動的速度最高、所消耗的功率最大。（2）進給運動：不斷地把待切金屬投入切削過程，從而加工出全部已加工表面的運動。（3）合成切削運動：由主運動和進給運動合成的運動。

一、切削運動和切削用量

由機床或人力提供的主要運動，能使刀具從工件上切除金屬層使之變?yōu)榍行肌?/p>

例如：車削時，車床主軸帶動工件作的旋轉(zhuǎn)運動；銑削時，銑床主軸帶動銑刀作的旋轉(zhuǎn)運動。主運動是一個矢量主運動方向：是指切削刃選定點相對于工件的瞬時主運動方向。(1)主運動第一節(jié)金屬切削知識(2)進給運動

進給運動：由機床或人力提供的附加運動，它能使把工件切削層不斷地投入切削過程。進給運動方向：是指切削刃選定點相對于工件的瞬時進給運動方向。第一節(jié)金屬切削知識進給運動速度例：外圓車削時，進給運動速度常常用進給量f來表述，單位：mm

/

r刨削時，進給運動速度用每一行程多少毫米來表述，單位為mm

/

str。銑削時，進給運動速度常用每齒進給量f來表述，

單位：mm/z。進給速度vf、進給量f、每齒進給量fz和刀具齒數(shù)Z之間的關(guān)系如下：

vf=n

f

=n

z

fz

第一節(jié)金屬切削知識(3)合成切削運動

切削過程中，由主運動和進給運動合成的運動稱為合成切削運動。

合成切削運動方向：就是切削刃選定點相對于工件的瞬時合成切削運動的方向。

合成切削速度ve：就是切削刃選定點相對于工件的合成切削運動的瞬時速度。第一節(jié)金屬切削知識圖2-6外圓車削時的加工表面、切削用量與切削層第一節(jié)金屬切削知識車削時的切削運動

將被切去金屬層的表面已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面切削刃正在切削著的表面一、切削運動與切削用量第一節(jié)金屬切削知識第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識第一節(jié)金金屬切削知識識2、切削用量量指切削過程中中切削速度、、進給量和背背吃刀量的總總稱第一節(jié)金金屬切削知識識（1）切削速速度：切削刃上選選定點相對于于工件的主運運動的瞬時速速度。單位為為m/s或m/min。。式中———工件待待加工表面直直徑（mm））；——工件轉(zhuǎn)速速（r/s或或者r/min）。第一節(jié)金金屬切削知識識工件或刀具每每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或刀刀具往復一次次,刀具具相對工件在在進給運動方方向上的位移移量，用mm/r（行行程）表表示。進進給速度vf是單位時間的的進給量，單單位為mm/s或mm/min鉆頭、銑刀還還規(guī)定每一個個刀齒的進給給量Z——刀齒數(shù)數(shù)（2）進給量量第一節(jié)金金屬切削知識識（3）背吃刀刀量ap指工件上已加加工表面和待待加工表面間間的垂直距離離,單位為mm。式中———待加工工表面直徑（（mm）；——已加工表表面直徑（mm）。第一節(jié)金金屬切削知識識確定吃刀量有有三點要注意意：1）確定切削削刃的兩個端端點；2）確定測量量的方向；3）確定兩界界限平面。第一節(jié)金金屬切削知識識(4)吃刀刀量在一般切削加加工中，常用用的吃刀量有有背吃刀量ap）和側(cè)吃刀刀量ae）兩個，其其單位為mm。例：車削背背吃刀量；；銑削背吃吃刀量、側(cè)吃吃刀量第一節(jié)金金屬切削知識識a)車外圓b)車端面c)切槽第一節(jié)金金屬切削知識識第一節(jié)金金屬切削知識識第一節(jié)金金屬切削知識識第一節(jié)金金屬切削知識識（一）、車刀刀的組成第一節(jié)金金屬切削知識識（一）、車車刀的組成車刀切削部分分結(jié)構(gòu)要素刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖第一節(jié)金金屬切削知識識刀尖的類型主切削刃與副副切削刃的連連接部分，它它可以是曲線線、直線或?qū)崒嶋H交點。刀尖的類型第一節(jié)金金屬切削知識識前刀面:切屑沿其流流出的刀面后刀面:刀具上同前前刀面相交形形成主切削刃刃的表面，它它對著加工表表面副后刀面:刀具上同前面面相交形成副副切削刃的表表面，它對著著已加工表面面主切削刃:前刀面與后刀刀面的交線。。它擔負著主主要的切削工工作副切削刃:前刀面與副副后刀面的交交線。它擔負負少量切削工工作刀尖:主、副切削刃刃連接處相當當少的一部分分切削刃。第一節(jié)金金屬切削知識識（二）、刀具具角度的參考考系刀具標注角度度參考系由主運動方向向確定。刀具具設(shè)計時標注注、刃磨和測測量的基準，，用此定義的的刀具角度稱稱刀具標注角角度。刀具工作角度度參考系由合成切削運運動方向確定定。確定刀具具切削工作時時角度的基準準，用此定義義的刀具角度度稱刀具工作作角度。第一節(jié)金金屬切削知識識刀具的靜態(tài)角角度確定刀具角度度的坐標參考考系：主運動方向靜止參考系進進給運動方向向刀具安裝位置置第一節(jié)金金屬切削知識識刀具的靜態(tài)角角度確定刀具角度度的坐標參考考系：實際合成切削削運動方向工作參考系進進給給運動方向刀具實際安裝裝位置第一節(jié)金金屬切削知識識刀具的靜態(tài)角角度確定刀具角度度的坐標參考考系：工作參考系工工作作角度靜止參考系靜靜態(tài)態(tài)角度第一節(jié)金金屬切削知識識刀具靜止參考考系刀具靜止參考考系是在下列列假定條件下下建立的：1）刀刃上的的選定點位于于假定工件的的軸平面內(nèi)，，是刀具靜止止參考系的原原點；2）過刀具切切削刃選定點點的假定的進進給運動方向向位于車刀刀刀體（軸線））的法平面內(nèi)內(nèi)并與車刀底底面相平行；；3）過刀具切切削刃選定點點的假定的主主運動方向垂垂直于車刀刀刀體的底面。。第一節(jié)金金屬切削知識識1、正交平面面參考系（1）基面Pr通過切削刃選選定點垂直于假定主主運動方向的的平面?；鎽叫谢蚧虼怪庇诘毒呔呱媳阌谥圃煸臁⑷心ズ蜏y測量的某一安安裝定位平面面或軸。如圖圖所所示示為為普普通通車車刀刀、、刨刨刀刀的的基基面面Pr。。車刀刀的的基基面面平平行行于于刀刀體體底底面面。。第一一節(jié)節(jié)金金屬屬切切削削知知識識1、、正正交交平平面面參參考考系系(2)切切削削平平面面Ps通過過切切削削刃刃選選定定點點，，與與主主切切削削刃刃相相切切，，并并垂垂直直于于基基面面Pr的的平平面面。。也也就就是是主主切切削削刃刃與與切切削削速速度度方方向向構(gòu)構(gòu)成成的的平平面面。。（3））正正交交平平面面P0通過過切切削削刃刃選選定定點點，，同同時時垂垂直直于于Pr和和切切削削平平面面Ps的的平平面面。。第一一節(jié)節(jié)金金屬屬切切削削知知識識第一一節(jié)節(jié)金金屬屬切切削削知知識識法平平面面參參考考系系：：Pr、、Ps、、Pn組成成。。法平平面面Pn是過過切切削削刃刃上上選選定定點點并并垂垂直直于于切切削削刃刃的的平平面面。。由基基準準平平面面Pr——Ps——Pn組組成成的的靜靜止止參參考考系系稱稱為為刀刀具具的的法法平平面面參參考考系系。。2、、法法平平面面參參考考系系第一一節(jié)節(jié)金金屬屬切切削削知知識識第一一節(jié)節(jié)金金屬屬切切削削知知識識3.假假定定工作作平面面參考考系由基準準平面面Pr—Pf—Pp組成的的靜止止參考考系稱稱為刀刀具的的假定定工作作平面面—背背平面面參考考系。。假定工工作平平面Pf。。過切削削刃上上選定定點平平行于于進給給方向向并垂垂直于于基面面Pr。。背平面面切削刃刃上選選定點點的背背平面面是過過該點點且垂垂直于于基面面和假假定工工作平平面的的平面面，記記為Pp。第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識b）法法a)正正交平平面參參考系系b）法法平面面參考考系c））假定定工作作平面面和背背平面面參考考系第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識（三））刀具具的標標注角角度刀具的的標注注角度度是刀刀具設(shè)設(shè)計、、制造造、刃刃磨和和測量量的依依據(jù)。。第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識（1））前角角––––––在在正交交平面面Po上測測量的的刀具具前刀刀面Ag與與基基面Pr之間的的夾角角。，記為為γo；有正正負之之分，，前刀刀面Aγ位于基基面之之前角角，γo<0°°，反之之γo>0°°。（2））后角角–––––––在正正交平平面Po內(nèi)測量量的后后刀面面Aα與切削削平面面PS間的夾夾角，，記為為αo。（3））楔角角–––––––前刀刀面和和后刀刀面的的夾角角。1、正正交平平面Po內(nèi)內(nèi)標注注的角角度第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識刃傾角角λs在切削削平面面Ps內(nèi)測量量的主主切削削刃S與基面面Pr間的夾夾角稱稱刃傾傾角，，記為為λs；當?shù)都饧馕挥谟谥髑星邢魅腥械淖钭罡唿c點時，，刃傾傾角為為正值值；反反之為為負值值。切削刃刃的選選定點點、刃刃傾角角和主主偏角角這三三個參參數(shù)，，確定定了主主切削削刃在在參考考系中中的位位置。。2、切切削平平面PS內(nèi)內(nèi)的的角度度第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識主偏角角––––––在基面面Pr上測量量的切切削平平面Ps與假定定工作作平面面Pf之間的的夾角角。副偏角角––––––是在基基面Pr上測量量的副副切削削平面面Ps’’與假定定工作作平面面Pf之間的的夾角角。副副偏角角一般般為銳銳角。。刀尖角角–––––––主切削削刃和和副切切削刃刃的夾夾角。。3、基基面Pr內(nèi)內(nèi)的角角度第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識副后角角ao’’：副后后角ao’’是在副副正交交平面面Po’’上測量量的副副后面面Aa’’與副切切削平平面Ps’’之間的的夾角角。第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識車刀的的標注注角度度第一節(jié)節(jié)金金屬屬切削削知識識三、刀刀具的的工作作角度度刀具的的工作作角度度是刀刀具在在工作作時的的實際際切削削角度度。由由于于刀具具標注注角度度是在在進給給量f=0條件件下規(guī)規(guī)定的的角度度，如如果考考慮合合成運運動和和實際際安裝裝情況況，則則刀具具的參參考系系將發(fā)發(fā)生變變化。。在刀具工工作角度度參考系系中所確確定的角角度稱工工作角度度。第一節(jié)金金屬屬切削知知識三、刀具具的工作作角度[例1]基面Pr與工作基基面Pre的比較：：基面Pr是通過切切削刃上上選定點點且垂直直于假定定主運動動方向的的平面；；而工作作基面Pre是通過切切削刃上上選定點點，垂直直于合成成切削運運動方向向的平面面。二者者的不同同點在于于前者的的主運動動方向是是假定的的，而后后者的合合成切削削運動方方向是實實際存在在的。第一節(jié)金金屬屬切削知知識[例二]前角go與工作前角goe的比較：前角go是在正交平面面Po上測量的前面面Ag與基面Pr之間的夾角；；而工作前角角goe是在工作正交交平面Poe中測量的前面面Ag與工作基面Pre之間的夾角。。二者的差異異在于定義刀刀具角度參考考系的三個基基準平面都不不同，原因還還在于靜止參參考系的基準準軸線是假定定的，而工作作參考系的基基準是實際存存在的合成切切削運動與進進給運動。第一節(jié)金金屬切削知識識三、刀具的工工作角度加工時，車刀刀作橫向進給給運動，切削削刃相對工件件的運動軌跡跡為一平面阿阿基米德螺旋旋線。此時，，工作基面和和工作切削平平面相對于基基面和切削平平面轉(zhuǎn)動一個個角，從而引引起刀具的前前角和后角發(fā)發(fā)生變化。第一節(jié)金金屬切削知識識橫向進給運動動時的工作角角度（一）進給運運動對工作角角度的影響第一節(jié)金金屬切削知識識當進給量增大大，則μ值增大；當瞬時直徑d減小，μ值也增大。車削至接近工工件中心時，，μ值增長很快，，工作后角將將由正變負，，導致工件被被擠斷。當?shù)都獍惭b高高于或低于工工件中心時，，則此時的切切削速度方向向發(fā)生變化，，引起基面和和切削平面的的位置改變。。此時工作角度度與標注角度度的換算關(guān)系系如下：第一節(jié)金金屬切削知識識（二）刀具安安裝對工作角角度的影響第一節(jié)金金屬切削知識識當?shù)都獍惭b高高于或低于工工件中心時，，則此時的切切削速度方向向發(fā)生變化，，引起基面和和切削平面的的位置改變第一節(jié)金金屬切削知識識（二）刀具安安裝對工作角角度的影響第一節(jié)金金屬切削知識識四、切削層參參數(shù)第一節(jié)金金屬切削知識識切削層：切削削過程中，由由刀具的一個個單一動作作所切除的工件件材料層。切削層尺寸平平面：通過切削刃基點并垂直于該點主運動方向向的平面。切削刃基點：：切削刃等分分中點。例：平行四邊邊形BCDF即為切削層層尺寸平面，，它截切削層層于BCDE四邊形。第一節(jié)金金屬切削知識識（1）．．切削金屬公公稱厚度hD切削層公稱厚厚度是在基面面內(nèi)測量的切切削刃兩瞬時時位置過渡表表面間的距離離，單位為mm（2）．．切削層公稱稱寬度bD切削層公稱寬寬度是在基面面內(nèi)沿過渡表表面測量的切切削層尺寸，，單位為mm（3）.切削層公稱稱橫截面面積積AD切削層公稱橫橫截面面積在在基面內(nèi)測量量，單位為mm2第一節(jié)金金屬切削知識識材料切除率Q：在特定瞬間，，單位時間所所切除的材料體積積。單位：mm3/

s

。Q=

1000vcAD=

1000vchDbD=

1000vcapf第一節(jié)金金屬切削知識識第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識1.機床的的性能方面（1）工藝范范圍是指機床適應應不同加工要要求的能力。。1）通用機床床2）專用機床床一、對金屬切切削機床的基基本要求一、對金屬切切削機床的基基本要求1.機床的的性能方面（2）加工精精度機床的加工精精度是指該機機床加工零件件表面的實際際幾何參數(shù)與與理想幾何參參數(shù)的符合程程度，如：零零件加工表面面的尺寸、形形狀、位置及及粗糙度（3）生產(chǎn)效效率及自動化化程度生產(chǎn)效率即是是單位時間內(nèi)內(nèi)機床所能加加工的工件數(shù)數(shù)量。全自動機床半自動機床普通機床第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識1.機床的的性能方面（4）人機適應應性人機適應性的的基本要求是是可靠、安全全和舒適。第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識機床的經(jīng)濟性性包括兩方面面：機床制造廠的的經(jīng)濟效益機床使用廠的的經(jīng)濟效益第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識2.機床的的經(jīng)濟性方面面產(chǎn)品定義、外外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工工藝設(shè)計、成本核算、質(zhì)質(zhì)保措施、運輸安裝、合合理使用、維修折舊，報報廢回收。機床品種系列列化、零部件件通用化和標標準化是生產(chǎn)產(chǎn)和使用機床床的一項重要要的技術(shù)經(jīng)濟濟措施。第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識2.機床的的經(jīng)濟性方面面二、金屬切削削機床的分類類（1）按機床床的加工性能能分類車床C鉆鉆床床Z銑床X鏜鏜床床T磨床M齒齒輪輪加工機床Y拉床L螺螺紋紋加工機床S鋸床G刨刨插插床B其他機床Q第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識二、金屬切削削機床的分類類（2）按機床床的通用性分分類1）通用機床床2）專門化機機床3）專用機床床第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識二、金屬切削削機床的分類類（3）按機床床的自動化程程度分類1）手動機床床2）機動機床床3）半自動機機床4）全自動機機床第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識二、金屬切削削機床的分類類（4）按機床床的工作精度度分類1）普通精度度機床2）精密機床床3）高精度機機床第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識（5）按機床床的主要工作作部件數(shù)目精精度分類1）單刀機床床2）多刀機床床3）單軸機床床4）多軸機床床二、金屬切削削機床的分類類第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識（6）按機床床的重量和尺尺寸分類1）儀表機床床2）中型機床床3）大型機床床4）重型機床床5）超大型機機床二、金屬切削削機床的分類類第二節(jié)金屬屬切削機床基基本知識（7）按加工工過程的控制制方式分類1）普通機床床2）數(shù)控機床床3）加工中心心4）柔性制造造單元二、金屬切削削機床的分類類第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識1.機機床的技技術(shù)參數(shù)數(shù)及其結(jié)結(jié)構(gòu)尺寸寸系列機床的技技術(shù)參數(shù)數(shù)是表示示機床尺尺寸大小小及加工工能力的的各種數(shù)數(shù)據(jù)。三、金屬屬切削機機床型號號的編制制第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識機床的技技術(shù)參數(shù)數(shù)包括：：主參數(shù)機床主參參數(shù)是表表示機床床規(guī)格大大小的一一種參數(shù)數(shù)，它直直接反應應出機床床的加工工能力的的大小。。第二主參參數(shù)主要工作作部件的的結(jié)構(gòu)尺尺寸（如如工作臺臺面）主要工作作部件的的移動行行程范圍圍各種運動動的速度度范圍和和級數(shù)電機功率率機床輪廓廓尺寸第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識機床型號號是用來來表明機機床的類類型、通通用特性性、結(jié)構(gòu)構(gòu)特性、、主要技技術(shù)參數(shù)數(shù)等。第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識2.機機床型號號（△）○（○）△△△（Ⅹ△））（○））（））其它特性性代號重大改進進順序主軸數(shù)或或第二主主參數(shù)主參數(shù)或或設(shè)計順順序號系代號組代號通用特性性、結(jié)構(gòu)構(gòu)特性代代號類代號分類代號號第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識2.機機床型號號CA6140主參數(shù)（（最大加工工直徑320mm）系代號（1）組代號（（臥式車車床）通用特性性（重大大改進序序號）））類代號（（車床））第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識2.機機床型號號X62主參數(shù)（（主軸直直徑20mm））組：臥式式升降臺臺銑床銑床第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識2.機機床型號號Y3150E重大改進進序號主參數(shù)（（最大工工件直徑徑500mm））系代號（1）組：滾齒齒機齒輪加工工機床第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識2.機機床型號號Z525主參數(shù)（（最大鉆鉆孔直徑徑25mm）組：立式式鉆床鉆床第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識2.機機床型號號第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識2.機機床型號號第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識？第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識二、機床床運動機器零件件上每一一個表面面都可看看作是一一條線（（母線））沿著另另條線（（導線））運動的的軌跡。。母線和導導線統(tǒng)稱稱為形成成表面的的發(fā)生線線（生成成線、成成形線））第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識二、機床床運動第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識二、機床床運動三機床床的傳動動機床上任任何運動動的實現(xiàn)現(xiàn)，均須須具備以以下三個個基本部部分：執(zhí)行件機床運動動的具體體執(zhí)行部部件，如如主軸、、刀架、、工作臺臺等。其其任務是是安裝刀刀具或工工件，并并直接帶帶動其完完成一定定形式的的運動并并保持其其準確的的運動軌軌跡。動力源給機床運運動提供供動力和和運動的的裝置，，是執(zhí)行行件的運運動動力力來源。。傳動裝置置傳遞運動動和動力力的裝置置。第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識外聯(lián)系傳傳動鏈聯(lián)系動力力源和機機床執(zhí)行行件的傳傳動鏈，，它使執(zhí)執(zhí)行件得得到預定定速度的的運動，，并傳遞遞一定的的動力。。外聯(lián)系傳傳動鏈中中往往還還包括變變速機構(gòu)構(gòu)和改變變運動方方向的換換向機構(gòu)構(gòu)等。外聯(lián)系傳傳動鏈傳傳動比的的變化，，只影響響生產(chǎn)率率或表面面粗糙度度，不影影響加工工表面的的形狀。。內(nèi)聯(lián)系傳傳動鏈聯(lián)系兩個個執(zhí)行件件，以形形成復合合成形運運動的傳傳動鏈。。第二節(jié)金金屬切切削機床床基本知知識（一）機機床傳動動鏈（二二））機機床床的的傳傳動動原原理理圖圖定比比機機構(gòu)構(gòu)固定定傳傳動動比比的的機機構(gòu)構(gòu)，，簡簡稱稱““定定比比機機構(gòu)構(gòu)””，，如如定定比比齒齒輪輪副副、、絲絲杠杠螺螺母母副副、、蝸蝸桿桿蝸蝸輪輪副副等等。?？勺冏儞Q換傳傳動動比比結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡稱稱““換換置置機機構(gòu)構(gòu)””，，如如變變速速箱箱、、掛掛輪輪架架和和數(shù)數(shù)控控機機床床中中的的數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)等