机 械 工 程 概 论实 验 指 导 书江苏大学工业中心机制实验室二 0 0 五 年 一 月机械认识与参观实验指导书切削原理、刀具、夹具现场教学一 实验目的 通过现场讲解和观察各种模型，使学生初步了解机械工程基础中各个基本知识点，为今后进入专业基础课和专业课的学习提供工程感性认识，也使学生初步认识到各门课程之间学习内容的相关性和系统性。 二 实验教具 包含切削原理、刀具、夹具模型的陈列柜共13个。三 实验内容本实验内容主要按照现有陈列柜摆放顺序和参观路线进行编写。【第1个陈列柜】一 车床刀具及车削运动1、 常用车刀1） 45偏刀：主要用于加工轴类工件的外圆、端面和倒角。2） 螺纹车刀：根据刀头形状，主要加工各种螺距的三角形、梯形等外螺纹。3） 割断刀：用于切断轴类工件。4） 成形刀：根据成形面设计刀刃几何形状。5） 90偏刀：主要用于加工轴类工件的外圆、轴肩等。6） 75偏刀：主要用于加工轴类工件的外圆、端面和倒角。7） 可转位车刀：一处刀刃磨损，通过转位，利用另外一处刀刃完成加工。8） 镗刀：主要用于精加工内孔，包括盲孔。2、 切削分力分析示意模型1) 切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力，称为切削力。 2）切削力来源：一是三个变形区产生的弹性和塑性变形抗力；二是切屑、工件与刀具之间的摩擦力。 3）根据测量和计算的需要，通常把切削力按照主运动速度方向、切深方向和进给方向分解成三个相互垂直的分力，分别是切向力Fz、径向力Fy和轴向力Fx。 4) 其中，切向力Fz是三个分力中最大的一个力，它消耗了切削总功率的95左右，是设计与使用刀具的主要依据。 3、 主平面、辅助平面判断示意模型1）主平面指刀具自身具有的几何面，比如车刀的前刀面、后刀面和副后刀面。 2）为了便于确定刀具上的各个几何角度，人为规定了多个辅助平面，比如基面、主切削平面、副切削平面和主剖面等。 3）刀具的角度包括标注角度、工作角度和刃磨角度。4、 切屑流出与刀刃几何角度关系1） 在现代切削加工中，控制切屑形状和流出方向对正常生产和人身安全具有重要的影响。 2） 切屑流向工件方向，人身较安全，但容易影响已加工表面的粗糙度；反之，切削背离工件流出，结果相反。 3） 切屑的形状主要取决于刀具的前角、主偏角，切屑的流出方向取决于刃倾角的大小和正负值。5、 车刀的各种类型1） 成形刀：根据加工的成形面设计刀刃的几何形状。2） 切断刀：割断轴类工件。3） 滚花刀：外圆表面滚花，有直纹、花纹等形状，常用于把手类工件。二 刨削刀具及用途1、 滚齿刀：通常在滚齿机上批量加工各种模数的渐开线形状的齿轮。2、 插床插刀： 比较适合于在插床上加工内孔键槽、内方孔等。3、 插齿机用插齿刀：比较适合于加工双联或多联齿轮的批量生产。4、 刨刀：根据工件形状和工艺要求，设计各种类型刀口的刨刀。5、 刨刀加工用途示例：1） 刨削单侧燕尾槽2） 刨削台阶斜面3） 刨削大斜面4） 刨削双燕尾槽5） 刨削V型槽【第2个陈列柜】一 钳工刀具及应用1、 麻花钻切削平面角度标注可以参照车刀几何角度的标注，认为麻花钻切削部分类似由两把车刀和一条横刃组成。初步认识其螺旋角、锋角、主偏角、前角、后角和端面刃倾角等。2、 钻头各种类型所有钻头都由切削部分、导向部分、颈部和连接柄部组成，根据结构和用途不同，可分为扁钻、麻花钻、深孔钻和中心钻，为提高加工效率和特殊孔的需要，常改进为多级钻和群钻。3、 扩孔钻：半精加工孔或者作为铰孔的预加工孔。4、 丝锥：加工内螺纹的标准刀具，有手用丝锥和机用丝锥。5、 板牙：常用于加工普通外螺纹和圆锥外螺纹。6、 铰刀 ：1） 作用：可以用作孔的精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。2） 分类：包括直柄铰刀、锥柄铰刀、可调节手用铰刀、机用铰刀、硬质合金机用铰刀、各种锥度铰刀。7、 钳工用錾子 ：1） 作用：錾削是用手锤打击錾子对金属工件进行切削加工的方法，用于去除凸缘、毛刺、分割材料、錾油槽等。2） 分类：包括扁錾、尖錾和油槽錾。8、 钳工用刮刀：1） 作用：刮削是对工件表面去除很薄一层金属的方法，常用于加工机床导轨面、重要工件的接触面，可以达到很高的尺寸精度和形位精度。2） 分类：包括三角刮刀、平口刮刀和曲面刮刀。9、 锪钻：常用在钻床和车床上，加工沉孔、锥孔、凸台面等10、 拉刀：在拉床上用来加工各种形状的通孔，适于批量生产。二 铣削刀具及应用 铣刀是刀齿分布在旋转表面上或断面上的多刃刀具。铣刀的种类很多，常见的有以下类型：1、 端铣刀：常用于高速铣削大平面，加工效率高，分焊接式和机夹式。2、 V型槽铣刀3、 指状铣刀：常用于模具加工。4、 平面铣刀：也称圆柱铣刀，加工大的平面。5、 铲齿成形铣刀6、 铣燕尾槽专用刀7、 立铣刀：加工小平面。8、 键槽铣刀：加工轴类键槽。9、 锯片铣刀：常用于铣削小沟槽或切断工件。10、 三面刃铣刀：包括整体式和镶片式。三 铣削加工示例铣刀是一种多齿刀具，同时参加切削的齿数较多，适宜切削平面、阶台面、沟槽、成形表面及切断等，效率较高。 铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀，它的切削基本规律与车削相似，但铣削是断续切削，切削厚度和切削面积随时变化，所以铣削具有特殊的规律。1、 铣凸圆弧台阶2、 铣凹圆弧3、 铣侧平面【第3个陈列柜】一 磨具及其加工 为了适应在不同类型的磨床上磨削各种形状和尺寸的工件的需要，砂轮有许多形状和尺寸，常见的有以下几种：1、 平形砂轮：主要可以磨削外圆、内孔、无心磨等。2、 双斜边砂轮：主要可以磨削齿轮和螺纹。3、 小角度单斜边砂轮：主要磨削刀具角度用。4、 单斜边砂轮：主要磨削刀具角度用。5、 单面凹砂轮：可以磨削外圆、内孔、平面。6、 双面凹砂轮：可以磨削外圆，无心磨的砂轮和导轮，刃磨车刀后刀面。7、 薄片砂轮：主要用于切断和开槽。8、 蝶形砂轮：主要刃磨刀具前刀面。9、 双面凹带锥砂轮：主要磨削外圆兼磨两端肩部。10、 筒形砂轮：用于立式平面磨床上。11、 碗形砂轮：刃磨刀具或用在导轨磨上磨削机床导轨。12、 蝶形砂轮：用于刃磨刀具的刀面，也可磨削齿轮的齿面。13、 磨园角轴肩砂轮14、 圆形磨头15、 三阶梯砂轮16、 杯形砂轮：常用于磨削刀具的后刀面。17、 砂瓦类型：1） 双弧面砂瓦2） 扇形砂瓦3） 弧面砂瓦4） 梯形砂瓦 二 砂轮磨削的运用 磨削是机械加工中仅次于车削的常用的一种切削方法，应用范围很广，用于磨削刀具难于切削的高硬、超硬材料；能磨削外圆、内孔、平面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形面等各种表面，实现精加工或超精加工。1、 磨削成形凹形槽2、 磨削内孔3、 磨削花键4、 磨削外圆5、 磨削平面【第4个陈列柜子】一 机床常用附件夹具 机床附件一般作为标准配置，在单件、小批生产和修配中具有实用意义。1、 莫氏锥套作为机床和刀具的连接，已经标准化，常有莫氏1、2、3、4、5锥套。2、 顶尖：顶尖是机床上直接与工件接触的定位件，常用于装夹轴类零件，保证同轴度要求，死顶尖与主轴锥孔、尾座套筒皆以莫氏圆锥牢固连接，没有丝毫可动的缝隙。常用的死顶尖有：1） 圆球顶尖2） 死顶尖903） 大头顶尖（短锥面）4） 大头顶尖（长锥面）3、 活动顶尖活动顶尖在自身结构间隙内可动，还不影响工件加工精度，适合与高速加工，但定位精度和刚性不如死顶尖。4、 钻夹头可以夹持直柄钻头、直柄立铣刀、直柄键槽铣刀等。5、 内球面顶尖：通过和外球面接触来支承工件。6、 平面顶尖：通过和端面接触来支承工件。7、 台虎钳1） 工作原理：通过丝杆螺母机构，改变固定钳口和移动钳口的距离，可以夹持不同厚度的工件。2） 用途：一般安装在钳工工作台上，用来夹持工件进行锯料、修锉、錾削、攻丝等钳工工作。8、 四爪卡盘 1） 工作原理：通过四个各不相关的卡爪，每个爪后面有一半瓣内螺纹与丝杆啮合，丝杆一端有一方孔，用来安放扳手。 2） 优点：可以夹持椭圆形、方形等异形工件并对其找正。3） 缺点：找正麻烦、费时。二 铣削用途 铣削加工是在铣床上利用铣刀对工件进行切削加工，铣刀是一种多刃刀具，同时参加切削的刀刃总长度较长，切削时刀具作旋转运动，可以使用较高的切削速度，铣削也是金属切削加工的主要方法，可以进行以下加工：1、 铣沟槽2、 铣台阶面3、 铣齿轮4、 铣圆弧槽5、 铣特形面6、 铣T形槽7、 铣螺旋槽8、 铣轴类键槽9、 切断工件10、 铣V形槽11、 双刀组合铣台阶12、铣燕尾槽【第5个陈列柜】一 平面加工方法1、 平面铣刀2、 用45车刀车削端面3、 用90车刀车削端面4、 铣削平面5、 横向磨削法6、 纵向磨削法7、 台阶磨削8、 砂带磨削9、 刨削垂直面10、 刨削平面11、 刨削斜面12、 刨沟槽二 外圆和内孔加工法1、 车削圆柱面2、 车削圆锥面3、 切断刀割断工件4、 铰刀加工孔5、 磨削外圆6、 无心磨床磨削轴类7、 磨削成形面8、 磨削花键9、 拉刀拉内花键10、 铰刀加工内孔11、 镗内孔【第6个陈列柜】一 螺纹类型 螺纹从功能和用途来分有联结螺纹与传动螺纹之分；有左旋、右旋之分；有粗、细牙之分；有单线螺纹和多线螺纹之分；从牙型剖面形状分有以下类型：1、 三角螺纹2、 锯齿螺纹3、 圆锥螺纹4、 管螺纹5、 梯形螺纹6、 方牙螺纹7、 滚珠螺纹二 螺纹加工法 联接螺纹应用面广量大，以三角牙形小螺距为主，一般精度不高，但要求有较高生产率。使用的刀具有丝锥、板牙、螺纹滚压工具以及车刀、梳刀等。传动螺纹以梯形大螺距为主，一般精度要求较高，使用的刀具有车刀、旋风铣刀盘、盘形铣刀、拉式丝锥等，也可用滚压工艺冷挤成形。1、 搓丝法2、 滚丝3、 板牙套丝4、 丝锥加工内螺纹5、 板牙加工外螺纹6、 磨削螺纹7、 车削蜗杆8、 旋风法切削螺纹三 零件加工方法1、 磨削内孔2、 在立式磨床进行多件磨削3、 在卧式磨床进行多件磨削4、 在立式磨床上磨削平面5、 在卧式磨床上磨削平面6、 磨削外圆弧面多件磨削7、 车外螺纹机床模型【第7个陈列柜】一 切削原理模型1、车刀的三个辅助平面 刀具角度是确定刀头几何形状与切削性能的重要参数，确定刀具角度需要选择合理的参考坐标系，而刀具坐标系平面是以刀具结构为基础，需要考虑刀具的安装定位面及假定的切削运动方向。而常用的主剖面系坐标是由以下三个平面组成的：1）