机械制造技术基础武 凯南京理工大学机械工程学院本课程的重要性n制造水平的高低是衡量国家综合国力的重要标志，机 械制造业是制造业的最主要组成部分n机械制造基础是对机械制造专业知识的系统的概 括与总结。为从事机械制造、机械设计、车辆工程、 控制与检测等专业方向高级工程技术人才的培养奠定 制造知识基础n本课程是一门实践性、综合性较强的专业技术基础课 程,是机械工程及其自动化专业的必修课，是构成机械 制造专业知识的主干课课程的教学内容与目标n互换性与技术测量n内容如何提出技术要求(尺寸精度、形状精度、位置精度 、表面粗糙度、公差与配合)n目标具有在机械设计中正确确定零件几何要素技术要求、 标注标准和技术条件的基础知识n机械制造基础与工艺n内容如何实现技术要求（机床、刀具、工艺）n目标初步掌握机械加工中的综合性工艺基础知识，具备解 决机械加工工艺过程中一般生产技术问题的初步能力课程的教学计划与方法n共4.5学分,分两个学期学习n第一学期学习（切削运动、刀具、机床及加工方法 、机械加工工艺规程、典型零件加工）n第二学期学习（机械加工质量、机械装配工艺、机 床夹具设计、现代机械制造技术）n以课堂讲授为主，通过实验、作业、答疑、课 堂互动、个别辅导与交流一起学习、提高课程的考核方式n闭卷考试n期末占80%，实验占10%，平时（考勤、 作业等）占10%教材与参考书n教材n袁军堂，机械制造技术基础n参考书n方子良，机械制造技术基础，上海交通大学 出版社，2004n赵雪松，机械制造技术基础，华中科技大学 出版社 ，2006第1章 金属切削加工的基础知识 金属切削加工实例第1章 金属切削加工的基础知识n内容n切削加工运动分析及切削要素n金属切削刀具n切削过程中的物理现象n工件材料的切削加工性n切削液1.1 切削加工的运动分析及切削要素1.1.1 零件表面的形成n零件的表面都是由回转体表面(外圆面、内圆 面)、平面和曲面等组成。零件表面的切削加 工通过切削运动完成。1.1 切削加工的运动分析及切削要素回转体表面：是以直线为母线作旋转运动所形成的表面；成型 方法主要有：车削、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、内外圆磨削等。 如构成轴类、盘套类零件的内外圆、圆锥等。1.1.1 零件表面的形成平面：是以直线为母线作直线运动形成的表面；如机床导轨 面、轴端面等，成型方法主要有：铣削、刨削、平面磨削等。曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等1.1.2 切削运动主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属分类：进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。常见机床的切削运动机床名称主运动动进给进给 运动动卧式车车床工件旋转转车车刀纵纵向、横向移动动 钻钻床钻头钻头 旋转转钻头轴钻头轴 向移动动铣铣床铣铣刀旋转转工件纵纵向、横向、垂直方向移动动牛头头刨床刨刀往复工件横向、垂直方向间间隙移动动龙门龙门 刨床工件往复刨刀横向、垂直方向间间隙移动动内、外圆圆磨床砂轮轮旋转转工件旋转转、工件往复或砂轮轮横向移 动动 平面磨床砂轮轮旋转转工件往复移动动，砂轮轮横向、垂直移 动动 镗镗床镗镗刀旋转转镗镗刀轴轴向移动动、工件轴轴向移动动已加工表面加工表面（过渡表面）待加工表面加工表面n切削要素n切削用量三要素体现了刀具与工件之间相互作用条件与相互关系。直接 影响刀具耐用度、加工质量与加工效率。n切削速度vc n进给量 fn背吃刀量（切削深度） apn切削层尺寸平面要素n切削层公称厚度hDn切削层公称宽度bDn切削层公称横截面积AD第1章 金属切削加工的基础知识n切削用量三要素n切削速度vc主运动的线速度，即单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对 移动的距离。主运动为旋转运动时： vc =d n /1000 (m/min) 其中: d工件待加工表面的直径n工件的转速主运动为往复直线运动时：vc =2Lnr/1000(m/min) 其中: L往复运动行程长度nr主运动每分钟往复次数第1章 金属切削加工的基础知识n切削用量三要素n进给量 f进给量表示进给运动的速度。在主运动每转一转或每一行程时 ，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，单位是mm/r(用 于车削、镗削等)或mm/行程(用于刨削、插削等)。进给运动速度还可以用进给速度Vf（单位mm/min）或每齿进给量 fz(用于铣刀、铰刀等多刃刀具，单位是mm/齿)表示。Vf =nf =nzfz其中： n主运动的转速z刀齿齿数第1章 金属切削加工的基础知识n切削用量三要素n背吃刀量（切削深度） ap待加工表面与已加工表面的垂直距离对外圆面：ap=(dw-dm)/2其中： dw工件待加工表面的直径(mm)dm工件已加工表面的直径 (mm) 补充定义：在垂直于进给运动方向上测量 的主切削刃切入工件的深度。第1章 金属切削加工的基础知识dwdm第1章 金属切削加工的基础知识n切削用量三要素：各种切削方法的切削用量三要素标注切削层尺寸平面要素n切削层：两个相邻加工表面之间的材料。工件（刀具） 每转一圈,刀具切削刃从工件上切削下来转化为切屑的金 属层。n切削层尺寸平面PD：过主切削刃基点（作用切削刃的中 点），并垂直于该点主运动方向的平面。第1章 金属切削加工的基础知识第1章 金属切削加工的基础知识切削层尺寸平面要素n切削层公称厚度hD = f sinkr 切削层尺寸平面内沿垂直于切削刃方向所测得的切削层 尺寸n切削层公称宽度bD = ap / sinkr 切削层尺寸平面内沿切削刃方向所测得的切削层尺寸第1章 金属切削加工的基础知识n切削层尺寸平面要素n切削层公称横截面积ADAD=hD bD =f apn残留高度反映加工后的表面粗糙度1.2 金属切削刀具n刀具的组成：夹持部分工作部分/切削部分n刀具的分类：按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。按功能：外圆车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖刀 、镗孔刀、成形刀等。n刀具的形式：整体式、焊接式、机械安装式（压板 压紧）机夹不重磨刀具铣刀、螺纹刀具无论刀具结构如何复杂，都可以认为是由普无论刀具结构如何复杂，都可以认为是由普 通外圆车刀切削部分演变或组合而成。通外圆车刀切削部分演变或组合而成。1.2.1 刀具切削部分的基本定义切削部分： 前刀面Ar 主切削刃S主后面Aa 刀尖副后面Aa 副切削刃S1.2.2 刀具的静止参考系 （PrPsPo系正交平面参照系）（1）静止参照系的假设条件：假定运动条件：进给量f=0假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；刀杆方向与进给方向垂直。（2）辅助平面：切削平面Ps：过切削刃上一点，与加工表面相切的平面。即主运动速度与该点的切削刃的切线构成的平面。基面Pr：过切削刃上同一点，与切削速度相垂直的平面。正交平面Po（主剖面）：过切削刃上同一点，与切削平面和基面相垂直的平面。前角的作用：前角 切屑变形 切削力 刃口强度 前刀面磨损 导热体积刀具前角的选用：加工塑性材料选大前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工硬材料选用负前角n刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀 具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）刀具标注前角0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹 角。（注意：前角有正、负之分）前角的标注1.2.3 刀具标注角度的定义n在正交平面内测量的，后刀面与切削平面的夹角。n后角的标注后角的作用及影响：后角 后刀面与加工表面间的摩擦 后刀面磨损 刃口强 度 导热体积刀具后角的选用：粗加工选小后角、精加工选大后角选大前角时选小后角以增大刃口强度刀具标注注后角0主偏角的作用：主偏角 切削刃工作长度 刀尖强度 导热体积 径向分力主偏角的选用：一般为3075, 加工细长工件采用9093 副偏角的作用：副偏角 副后面与工件已加工表面摩擦 刀尖强度 表面粗糙度副偏角的选用：一般为520, 特殊要求可采用Kr=0 的修光刃主偏角Kr：在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。 副偏角Kr：在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。 主偏角和副偏角的标注：主偏角与副偏角刀具刃倾角的选用：精加工取S 0 粗加工取S 0 工细长工件采用S 0 n 刃倾角的作用：（1）影响排屑方向： S 0 排向待加工表面 ；S 0 排向已加工表面； S =0 前刀面上卷曲 n在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。n刃倾角的标注：刃倾角S（2）控制切削刃切入时首先与工件接触的位置（3）影响切入切出的稳定性（4）影响背向分力大小例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注： 1 1 主运动、进给运动和背吃刀量；主运动、进给运动和背吃刀量； 2 2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面； 3 3 基面、主剖面和切削平面；基面、主剖面和切削平面； 4 4 刀具角度刀具角度 0 01515 、 0 06 6 、KKr r5555 、KKr r 4545 、 s s1010 。1.2.4 刀具工作角度通常情况下 工作角与标注角近似相等。如普通 车削、镗孔、铣削等。 当 较大时或安装误差较大时必须考虑其影响。如：车 螺纹、钻孔等。刀具工作角度又称刀具切削角度。刀具在实际切削条件下的角度。1. 刀具工作参考系（PrePsePoe）工作参考系与静止参考系的差别：n 进给速度不为零：合成切削速度为主运动与进给运动 的合成速度；而静止条件下合成速度与切削速度是一致的 。n 刀具的安装条件变化（3）刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角度变化（2）刀尖安装高低对工作角度的影响车外圆刀尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角减小（大）；镗内孔刀尖安装偏高（低）：工作前角减小（大） ，工作后角增大（小） 。 对工作角度的影响（1）进给对工作角度的影响 横向进给： 纵向进给：0e=0+0e=0- 工作前角增大，工作后角减小。1.2.4 刀具工作角度n刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角度的变化n主偏角与副偏角发生变化n刀具材料刀具在切削过程中要 承受很大的载荷，较 高的切削温度和摩擦 。刀具材料的切削性 能，直接影响刀具的 耐用度和生产率；刀 具材料的工艺性，将 影响刀具本身的制造 和刃磨质量。1.2.5 刀具材料n刀具材料的基本性能n高的硬度n刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。 n高的耐热性n刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力 。 n足够的强度和韧性n承受切削力而不变形和承受冲击载荷或振动而不断裂、崩 刃的能力。n高的耐磨性n工艺性n高温可塑性、可加工性、铸造性、锻造性、热处理性等。 1.2.5 刀具材料n常用刀具材料n工具钢n碳素工具钢n低合金工具钢n高合金工具钢（高速钢）n通用型高速钢、高性能高速钢n熔炼高速钢和粉末高速钢n硬质合金nYG（K）类，YT(P)类， YW（M）类n其它材料n涂层刀具、陶瓷、金刚石、立方氮化硼1.2.5 刀具材料耐热性差，仅用于手工（锉刀、刮刀等）或切削 速度较低（丝锥、板牙、机用铰刀等）的刀具n通用型高速钢n钨钢 典型牌号为W18Cr4V（简称W18）。含W18、Cr4%、V1。 有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。淬火时过热倾向