機械制造技術基礎2.1 概述

第2章金屬切削及機床基本知識劉英教授重慶大學第2章金屬切削及機床基本知識什么是金屬切削加工？2.1概述

劉英教授重慶大學2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理機械產品是怎么構成的?機器的組成：合件1組件1合件2部件1組件2組件3部件3合件3機器部件2零件汽車的組成：汽車變速箱部件轉向器部件發(fā)動機部件驅動橋部件車架車廂駕駛室曲軸組件連桿活塞組件凸輪軸組件發(fā)動機缸體發(fā)動機缸蓋飛輪機油泵組件連桿合件活塞活塞環(huán)活塞銷連桿體連桿蓋銅套機器的組成：合件1組件1合件2部件1組件2組件3部件3合件3機器部件2零件2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理1.零件的種類(1)軸類零件

特點:2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理1.零件的種類(2)盤套類零件

特點:2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理1.零件的種類(3)支架箱體類零件

2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理1.零件的種類(4)六面體類零件

2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理1.零件的種類(5)特殊類零件

2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理1.零件的種類(6)機身機座類零件

2.1.1機械零件的種類及其表面形成原理2.零件加工表面形成原理零件是怎么加工制造出來的呢?機器零件上常用的各種典型表面機械零件的表面：機械零件的表面非加工表面加工表面（重要的工作表面）有一定的精度要求和表面粗糙度要求通過機械加工保證機器零件上常用的各種典型表面機械零件常用的表面形狀零件的常用表面平面圓柱面特殊表面成型表面圓錐面(1)零件表面的形成

零件表面可以看成是一條線沿著另一條線移動或旋轉而形成的。并且我們把這兩條線叫著母線和導線，統(tǒng)稱發(fā)生線。

母線—動導線—靜例、零件表面的形成例、零件表面的形成組成零件輪廓的幾何表面導線導線導線導線母線導線母線母線母線母線母線母線導線導線導線(2)發(fā)生線的形成1)成型法——利用成形刀具來形成發(fā)生線，對工件進行加工的方法。

(2)發(fā)生線的形成1)成型法——利用成形刀具來形成發(fā)生線，對工件進行加工的方法。

2)發(fā)生線的形成2)軌跡法——靠刀尖的運動軌跡來形成工件表面形狀的方法。

2)發(fā)生線的形成2)軌跡法——靠刀尖的運動軌跡來形成工件表面形狀的方法。

2)發(fā)生線的形成3)相切法——由圓周刀具上的多個切削點來共同形成工件表面形狀的方法。

3)發(fā)生線的形成4)展成法——利用工件和刀具作展成切削運動來形成工件表面的方法。2.1.2切削運動與切削用量1.工件上的表面2.切削運動與切削用量的定義（重點）切削運動主運動進給運動2.1.2切削運動與切削用量2.切削運動與切削用量(1)主運動和切削速度：

由機床提供的刀具和工件之間的主要運動，能使刀具從工件上切除金屬層使之變?yōu)榍行肌?/p>

2.切削運動與切削用量(1)主運動和切削速度單位:m/min2.切削運動與切削用量(2)進給運動和進給量:

能使主運動能夠連續(xù)地切除工件上多余的金屬層，以形成全部已加工表面的運動。2.切削運動與切削用量(2)進給運動和進給量f

mm/rfmm/dst

Vfmm/minfzmm/齒

f

mm/r2.切削運動與切削用量(3)切深運動和背吃刀量背吃刀量αsp2.切削運動與切削用量(3)切深運動和背吃刀量

背吃刀量是指在垂直于由主運動方向和進給運動方向所組成的平面上測量的刀具與工件接觸的切削層尺寸。2.切削運動與切削用量(3)切深運動和背吃刀量切削用量三要素

背吃刀量asp、進給量f切削速度vc2.切削運動與切削用量(4)合成切削運動和合成切削速度2.1.3刀具切削部分的幾何參數(shù)刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖1.刀具切削部分的構成刀尖的類型點狀刀尖修圓刀尖倒角刀尖2.刀具的靜態(tài)角度確定刀具角度的坐標參考系：實際合成切削運動方向工作參考系進給運動方向刀具實際安裝位置刀具的工作角度2.刀具的靜態(tài)角度確定刀具角度的坐標參考系：假定主運動方向靜止參考系假定進給運動方向刀具安裝位置刀具的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度確定刀具角度的坐標參考系：

工作參考系工作角度

靜止參考系靜態(tài)角度a、建立參考系的基準不同刀具的靜態(tài)角度是以標準安裝狀態(tài)下的假定主運動方向和進給運動方向來建立靜態(tài)參考系的。刀具的工作角度是以實際安裝狀態(tài)下的合成切削運動方向和進給運動方向建立工作參考系。b、用途不同刀具的靜態(tài)角度是在設計、制造、刃磨和檢驗刀具時采用。

刀具的工作角度是在分析刀具切削狀態(tài)時采用。刀具靜態(tài)角度與工作角度的區(qū)別

當?shù)毒咛幱跇藴拾惭b狀態(tài)時，且進給速度相對于主運動速度來說非常小時，可以認為刀具的靜態(tài)角度與刀具的工作角度重合。刀具靜態(tài)角度與工作角度的聯(lián)系(1)刀具靜止參考系刀具靜止參考系是在下列假定條件下建立的：1)刀刃上的選定點位于假定工件的軸平面內，是刀具靜止參考系的原點；(1)刀具靜止參考系刀具靜止參考系是在下列假定條件下建立的：2)過刀具切削刃選定點的假定的進給運動方向位于車刀刀體（軸線）的法平面內并與車刀底面相平行；(1)刀具靜止參考系刀具靜止參考系是在下列假定條件下建立的：3)過刀具切削刃選定點的假定的主運動方向垂直于車刀刀體的底面。(1)刀具靜止參考系

構成刀具靜止參考系的基準平面有六個：1)基面Pr

車刀的基面平行于刀體底面。1)基面Pr

(1)刀具靜止參考系

2)

切削平面Ps

2)

切削平面Ps

(1)刀具靜止參考系3)

正交平面Po

正交平面參考系3)

正交平面Po

4)法平面Pn

法平面參考系法平面參考系

5)假定工作平面Pf

6)背平面Pp假定工作平面—背平面參考系假定工作平面—背平面參考系(1)刀具靜止參考系小結:正交平面參考系

由基準平面Pr

—Ps

—Po組成的靜止參考系。法平面參考系

由基準平面Pr

—

Ps

—

Pn組成的靜止參考系。假定工作平面—背平面參考系

由基準平面Pr

—

Pf

—

Pp組成的靜止參考系。(2)刀具的靜態(tài)角度1)在正交平面參考系中定義的刀具靜態(tài)角度

①前角

γo：①前角

γo②后角ao③主偏角kr④刃傾角ls①前角

γo①前角

γo①前角

γo①前角

γo(2)刀具的靜態(tài)角度④刃傾角ls：

切削刃的選定點、刃傾角和主偏角這三個參數(shù)，確定了主切削刃在參考系中的位置。

(2)刀具的靜態(tài)角度

①前角

γo：

②后角ao：

③主偏角kr：④刃傾角λs：

上述四個角度確定了主切削刃、前刀面、后刀面在參考系中的位置。(2)刀具的靜態(tài)角度同理：確定刀具副切削刃、副前刀面、副后刀面的位置也需要四個角度，即

①副前角

γo’

②副后角ao’

③副主偏角kr’④副刃傾角λs’

派生角度派生角度⑤副偏角

kr’

⑥副后角ao’

(2)刀具的靜態(tài)角度

小結：

上述六個角度（ro、ao、kr、λs、kr’、ao’）是在正交平面參考系中，確定車刀三個刀面（前面Ar、后面Aa、副后面Aa’）、兩個刀刃（主切削刃S、副切削刃S’）的位置所必需的六個獨立的刀具角度。(2)刀具的靜態(tài)角度

(2)刀具的靜態(tài)角度

⑦楔角bο：bο=

90°--（go

+ao）

(2)刀具的靜態(tài)角度⑧刀尖角er

：

er=

180°--（

kr

+kr’）(2)刀具的靜態(tài)角度⑨余偏角

λ：

λ=

90°--

kr(2)刀具的靜態(tài)角度2)在法平面參考系中定義的靜態(tài)角度

即：法前角γn法后角an主偏角kr刃傾角λs副偏角kr’

副法后角an’其中主偏角kr、刃傾角λs、副偏角kr’

同正交平面參考系中的角度完全相同，其余三個角度，即法前角γn、法后角an、副法后角an’的定義不一樣。(2)刀具的靜態(tài)角度正交平面參考系與法平面參考系之間的角度換算公式：

(2)刀具的靜態(tài)角度3)在假定工作平面—背平面參考系中定義的靜態(tài)角度即：側前角γf

側后角af

背前角γp

背后角ap副側后角af’副背后角ap’(2)刀具的靜態(tài)角度正交平面參考系與假定工作平面、背平面參考系之間的角度換算公式：

確定刀具角度的坐標參考系：實際合成切削運動方向工作參考系進給運動方向刀具實際安裝位置刀具的工作角度3.刀具的工作角度3.刀具的工作角度在一般的普通切削過程中(車外圓、鏜孔、銑平面):工作參考系與靜止參考系區(qū)別很小!刀具的靜止角度≈刀具的工作角度3.刀具的工作角度

在一些特殊的切削過程中(如車螺紋、車槽、切斷、車絲桿、大進給銑削）:

工作參考系與靜止參考系區(qū)別很大!刀具的靜止角度≠刀具的工作角度確定刀具角度的坐標參考系：實際合成切削運動方向工作參考系進給運動方向刀具實際安裝位置刀具的工作角度3.刀具的工作角度3.刀具的工作角度刀具的工作參考系和工作角度的定義基面通過切削刃上選定點，垂直于假定主運動方向的平面；工作基面通過切削刃上的選定點，垂直于合成切削運動方向的平面。前角在正交平面上測量的前面與基面間的夾角；工作前角在工作正交平面中測量的前面與工作基面之間的夾角。

(1)進給運動對刀具工作角度的影響1.進給運動對刀具工作角度的影響例:切斷車削過程對刀具工作角度的影響goe

=go

+η

aoe

=

ao

-η

討論：(2)刀具安裝位置對工作角度的影響

1)刀具安裝高低對工作角度的影響gpe

=g

p

+q

p

ape=a

p

―

q

p

(2)刀具安裝位置對工作角度的影響

1)刀具安裝高低對工作角度的影響(2)刀具安裝位置對工作角度的影響

2)刀桿軸線與進給方向不垂直的影響

kre=kr

±

Gr

kre’=kr’-（±

Gr）

(2)刀具安裝位置對工作角度的影響

2)刀桿軸線與進給方向不垂直的影響

2.1.4切削層參數(shù)與切削方式1.切削層參數(shù)什么是切削層?2.1.4切削層參數(shù)與切削方式1.切削層參數(shù)(1)切削層厚度?(2)切削層寬度(3)切削層面積?2.材料切除率Q單位時間所切除的材料體積,單位：mm3/min

。Q

=

1000

vc

AD

=

1000

vc

hD

bD

=

1000

vc

aspf

3.切削方式(1)自由切削和非自由切削3.切削方式(2)直角切削和斜角切削2.1.5金屬切削機床的基本知識什么是機床?機床——工作母機——工具機2.1.5金屬切削機床的基本知識1.對金屬切削機床的基本要求(1)機床的性能方面1)工藝范圍

是指機床適應不同加工要求的能力。

2.1.5金屬切削機床的基本知識1.對金屬切削機床的基本要求(1)機床的性能方面1)工藝范圍內容包括：機床上可完成的加工方法能用的材料與毛坯種類能加工零件的類型、規(guī)格、尺寸范圍等

2.1.5金屬切削機床的基本知識1.對金屬切削機床的基本要求(1)機床的性能方面1)工藝范圍

(1)通用機床(2)專門化機床

(3)專用機床如普通車床、銑床等如凸輪軸車床、活塞車床等如專用導軌磨床、專用鏜床等2.1.5金屬切削機床的基本知識1.對金屬切削機床的基本要求(1)機床的性能方面2)加工精度機床的加工精度是指該機床加工零件表面的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。2.1.5金屬切削機床的基本知識1.對金屬切削機床的基本要求(1)機床的性能方面2)加工精度

影響因素：機床精度靜剛度機床主要部件的幾何精度機床傳動部件的運動精度機床傳動系統(tǒng)的傳動精度機床主要部件的定位精度

機床的精度等級越高，造價越高，故應根據工件的加工要求合理選擇機床的精度等級。機床精度2.1.5金屬切削機床的基本知識1.對金屬切削機床的基本要求(1)機床的性能方面2)