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机械制造技术基础pptConvertor

武汉纺织大学机电学院教师：

胡峰

Email:

wuhanhufeng@

绪论

机械制造的地位和作用

本课程的主要内容

学习目的和要求

课堂纪律和考核办法

1、机械制造在国民经济中的地位和作用

制造业与其它行业的关系

绪论

2、本课程的主要内容

本课程主要介绍以下四部分:

第二章制造工艺装备

第三章切削过程及控制

第四章机械加工质量分析与控制

第五章工艺规程制定

绪论

3、学习目的和要求

初步了解和掌握金属切削刀具、金属切削机床、机床夹具等方面的专业知识，掌握机械加工工艺过程的拟定方法，初步具备应用金属切削过程基本理论解决生产实际问题的能力，为以后专业课学习、毕业设计以及毕业后从事机械产品的设计、制造及生产管理等方面打下坚实的理论基础。

绪论

4、课堂纪律和考核办法

考核办法

考试成绩（90%）＋平时成绩（10%）=总评成绩

课堂纪律

1、严禁迟到早退和旷课，迟到早退发现一次平时成绩扣2分，旷课1次扣5分，迟到早退5次或旷课3次以上者取消考试资格。

生病或其它重要事情需要请假者交请假条，请假条必须由辅导员签字或附病历。

2、严禁上课讲闲话、打电话。

发现一次平时成绩扣2分。

如遇急事可提出申请，在教室外快速打完电话后进来上课。

绪论

教学内容

金属切削加工基本概念

切削刀具基本定义

刀具材料

了解:

切削时工件表面的定义；常用刀具材料的种类及特点；

理解：

进给运动对刀具工作角度的影响；

掌握：

切削运动、切削用量、切削层参数等基本概念；刀具切削部分的构造和刀具角度的定义；选择常用刀具材料的基本原则和方法；

学习重点

一、金属切削加工基本概念

1切削运动与切削用量

1.1切削运动：

刀具和工件间的相对运动

一、金属切削加工基本概念

1切削运动与切削用量

1.1切削运动

1.1.1主运动

切削运动中，速度最高、功率消耗最大的运动

特点：

①机床主运动只有一个；

②速度高，消耗功率大；

一、金属切削加工基本概念

1切削运动与切削用量

1.1切削运动

一、金属切削加工基本概念

1切削运动与切削用量

1.1切削运动

一、金属切削加工基本概念

1切削运动与切削用量

1.1切削运动

一、金属切削加工基本概念

1切削运动与切削用量

1.2切削用量

切削用量三要素决定了金属切除率的高低。

一、金属切削加工基本概念

2切削时的工件表面

待加工表面：

将被切除的

工件表面。

已加工表面：

切削后形成

的工件表面。

过渡表面：

正在被切削的

表面。

一、金属切削加工基本概念

3切削层参数

切削层：

指切削过程中，由刀具在切削部分的一个单

一动作所切除的工件材料层。

一、金属切削加工基本概念

3切削层参数

一、金属切削加工基本概念

3切削层参数

二、刀具角度

1、刀具切削部分的组成

三面两刃一尖

二、刀具角度

2、定义刀具角度的参考系

主剖面参考系

法平面参考系

进给切深参考系

进给切深平面参考系

二、刀具角度

3、刀具的标注角度

二、刀具角度

3、刀具的标注角度

二、刀具角度

3、刀具的标注角度

二、刀具角度

3、刀具的标注角度

二、刀具角度

4、刀具的工作角度

4.1研究工作角度的意义

前述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考系。

但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切地反映切削加工的真实情况。

只有用合成切削运动方向来确定参考系，才符合切削加工的实际。

二、刀具角度

4、刀具的工作角度

4.2工作主剖面参考系

二、刀具角度

4、刀具的工作角度

4.3需要计算刀具工作角度的情况

4.3.1刀具的进给运动速度较大时

如：

切断车刀加工

4.3.2刀具安装位置不正确

如：

刀具刀尖安装得高于或低于工件中心等高面

二、刀具角度

4.3.1刀具的进给运动速度较大时

例：

切断刀切断轴类零件时工作角度的计算。

二、刀具角度

4.3.2刀具安装位置不正确

例：

刀具高于工件轴线

三、刀具材料

1刀具材料应具备的性能

高的硬度和耐磨性

常温硬度要求在HRC60（洛式硬度）以上。

硬度越高，耐磨性越好。

足够的强度和韧性

承受切削中的冲击和振动，避免崩刀和折断。

强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。

高的耐热性

高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。

良好的工艺性

便于制造，刀具材料有较好的可加工性，如切削加工性、铸造性、锻造性，热处理性等。

三、刀具材料

2高速钢刀具材料及用途

高速钢是一种加入较多的钨、钼、鉻、钒等合金元素的高合金工具钢。

具有较高的热稳定性，较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。

三、刀具材料

2高速钢刀具材料及用途

2.1普通高速钢

①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。

淬火时过热倾向小；磨加工性好；碳化物含量高，塑性变形抗力大；但碳化物分布不均匀，影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度；强度和韧性显得不够；热塑性差，很难用作热成形方法制造的刀具（如热轧钻头）。

②钨钼钢将钨钢中的一部分钨以钼代替而得。

典型牌号为W6MoCr4V2具有良好的机械性能，可做尺寸较小，承受冲击较大的刀具；热塑性特别好，更适用于制造热轧钻头等；磨加工性也好，目前各国广为应用。

三、刀具材料

2高速钢刀具材料及用途

2.2高性能高速钢

高性能高速钢：

在普通高速钢材料中，加入一些合金

元素，使其耐热性、耐磨性得以提高，耐用度较普通

高速钢高1.3～3倍。

（高碳高速钢、高钒高速钢、钴

高速钢、铝高速钢）

高速钢材料的特点：

具有较高的抗弯强度和韧性，抗

冲击能力强，但耐热性和耐磨性比硬质合金差

高速钢刀具材料的用途：

主要作为低速切削刀具材料

（麻花钻、拉刀、铣刀、齿轮刀具等）

三、刀具材料

3常用硬质合金牌号、性能和用途

硬质合金是由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。

因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物，硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。

硬度可达HRA89～93，在800～1000℃还能承担切削，耐用度较高速钢高几十倍。

当耐用度相同时，切削速度可提高4～10倍。

三、刀具材料

3常用硬质合金牌号、性能和用途

3.1钨钴类（YG类）

主要成分：

WC+Co

YG3、YG6、YG8

数字表示含钴量：

YG3的含钴量为0.3%，YG8的含钴量为0.8%，含钴量越高，刀具材料的抗弯强度越大，但硬度和耐磨性下降。

三、刀具材料

3常用硬质合金牌号、性能和用途

3.1钨钴类（YG类）

YG3：

含钴量相对较少，硬度较高，耐磨性好，适用于精加工；

YG6和YG8：

含钴量相对较多，抗弯强度大，耐冲击，适用于粗加工。

三、刀具材料

3常用硬质合金牌号、性能和用途

3.1钨钴类（YG类）

特点：

抗弯强度高、耐冲击；材料的导热性能好，有利于降低切削区的切削温度；但硬度和耐热性比YT类硬质合金低。

用途：

常用于铸铁、不锈钢、高温合金和有色金属工件材料的切削加工。

三、刀具材料

3常用硬质合金牌号、性能和用途

3.2钨钴钛类（YT类）

主要成分：

WC+TiC+Co

YT5、YT15、YT30

数字表示含钛量：

YT5的含钛量为0.05%、YT30的含钛量为0.3%。

含钛量越大，硬度越高，耐磨性越好，抗弯强度越低。

三、刀具材料

3常用硬质合金牌号、性能和用途

3.2钨钴钛类（YT类）

特点：

硬度、耐磨性和耐热性比YG类硬质合金高，但材料的抗弯强度低，不耐冲击。

用途：

常用于一般钢料的工件材料的切削加工，适用于切削比较平稳的场合。

由于YT类硬质合金材料中含有钛合金，切削温度较高时，容易与工件材料中的钛元素发生亲和现象，造成刀具表面上的钛元素的流失而加剧刀具的磨损，故YT类硬质合金不能用来切削不锈钢材料。

三、刀具材料

3常用硬质合金牌号、性能和用途

3.3通用硬质合金（YW类）

主要成分：

WC+TiC+TaC+Co

常见牌号：

YW1、YW2

特点：

在YT类中加入TaC可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度、强度和抗氧能力、耐磨性等。

既可用于加工铸铁，也可加工钢，因而又有通用硬质合金之称。

用途：

适用于切削各种钢料、铸铁和高强度钢。

YW1适用于精加工，YW2适用于粗加工。

三、刀具材料

4其它刀具材料

4.1涂层刀具材料

在韧性比较好的硬质合金基体上或在高速钢刀具基体上，涂抹一层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。

常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。

涂层刀具具有较高的抗氧化性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的磨擦系数，可降低切削力及切削温度，可提高刀具的耐用度（提高硬质合金耐用度1～3倍，高速钢刀具耐用度2～10倍）

但也存在锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本高的缺点。

三、刀具材料

4其它刀具材料

4.2人造金刚石

适用于精密加工。

热稳定性差，切削温度不宜超过700～800℃；强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削；与铁有极强的化学亲和力，不适用于加工黑金属。

目前主要用于磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进行高速精细车削和镗孔；加工铝合金、铜合金时，切削速度可达800～3800m/min。

4.3立方氮化硼（CBN）

硬度与耐磨性仅次于金刚石，一般用于高硬度、难加工材料的精加工。

四、刀具角度的合理选择

1、前角

⑴前角的作用

前角影响切削过程中的变形和摩擦，同时又影响刀具

的强度

前角对切削的难易程度影响很大。

增大前角能使刀刃

变得锋利，使切削更为轻快，并减小切削力和切削热。

但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积

减少，影响刀具使用寿命。

前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影

响。

四、刀具角度的合理选择

1、前角

⑵前角的选用原则

在刀具强度许可条件下，尽可能选用大的前角。

工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些（如有色金属加工时，选前角较大）；

刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之应选得小些（如硬质合金）；

精加工时，前角可选的大些。

粗加工时应选得小些。

四、刀具角度的合理选择

2、后角

⑴后角的作用

后角的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量有很大影响。

后角同时影响刀具的强度。

后角小，刀具强度大；

在相同的磨钝标准下，较大的后角磨损的体积多，故刀具耐用度大。

四、刀具角度的合理选择

2、后角

（2）后角的选用原则

粗加工以确保刀具强度为主，可在4°～6°范围内选取；精加工以加工表面质量为主，可在8°～12°。

①切削厚度越大，刀具后角应取得越小；

②工件材料越软，塑性越大，后角越大。

③工艺系统刚性较差时，应适当减小后角（切削时起支承作用，增加系统刚性并起消振作用）；

④尺寸精度要求较高刀具，后角宜取小值（保持精度）

四、刀具角度的合理选择

3、主偏角

主偏角的大小影响切削条件（切削宽度和切削厚度的比例）和刀具寿命。

主偏角的选择原则

①主要看系统刚性

若刚性好，不易变形和振动，主偏角取较小值；若刚性差（细长轴），主偏角取较大值（90°）；

②考虑工件形状、减小冲击等

车台阶轴，取90°；镗盲孔大于90°。

四、刀具角度的合理选择

3、主偏角

四、刀具角度的合理选择

4、副偏角

影响加工表面粗糙度和刀具强度。

其作用是可减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削振动。

副偏角的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。

通常在不产生摩擦和振动条件下，应选较小的主偏角。

四、刀具角度的合理选择

5、刃倾角

刃倾角主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。

粗加工时，为提高刀具强度，刃倾角取负值。

精加工时，为不使切屑划伤已加工表面，刃倾角取正值或取零。

教学内容

车刀的种类及其用途

孔加工刀具的种类及其用途

铣刀的种类及其用途

拉刀的种类及其用途

了解车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀的种类和形状，掌握不同刀具的用途。

学习目的

通过不同刀具种类和用途的学习，为工艺规程的制定打下基础。

学习重点

一、车刀的种类及其用途

副切削刃：

对已加工表面起修光作用,决定加工表面质量。

1、车刀的构成

一、车刀的种类及其用途

2、车刀的种类

整体式车刀

焊接式车刀

机夹重磨式车刀

可转位式车刀

一、车刀的种类及其用途

3、车刀的用途

车外圆、端面、螺纹、圆弧面；倒角、切槽；镗孔

二、孔加工刀具

1、麻花钻

用途：

在工件上加工出孔，也可用于加工攻丝、绞孔、镗孔、磨孔时预制孔。

二、孔加工刀具

2、扩孔钻

扩孔钻与麻花钻的区别

扩孔钻的切削刃一般为3～4个，且没有横刃，故不能用来钻孔

用途

对工件上已有孔（已铸出孔、钻出孔等）进行再加工，以扩大原有孔或提高原有孔的加工精度和表面质量。

二、孔加工刀具

3、铰刀

三、铣刀

1、常用铣刀的种类

圆柱铣刀——铣削工件上的小平面

键槽铣刀——铣削外键槽

盘状铣刀——铣削各种窄槽或小台阶面

端面铣刀——用于铣削较大的工件平面

三、铣刀

三、铣刀

2、铣床上的典型工作

三、铣刀

3、铣削方式

逆铣

铣刀的切削速度方向与工件的进给速度方向相反的铣削方法。

顺铣

铣刀的切削速度方向与工件的进给速度方向相同的铣削方法。

三、铣刀

3、铣削方式

逆铣特点

切削厚度从零逐渐增大，切削平稳；由于以加工表面加工硬化严重，后续刀齿都从加工硬化层切入，刀具磨损严重。

顺铣特点

切削厚度从最大逐渐变为零，刀齿切入时避开了加工硬化层，刀具耐用度比逆铣提高2～3倍；但当工件表面有硬皮时，刀齿从硬皮切入，刀齿磨损严重。

优先采用

工件表面有硬皮

四、拉刀

特点：

拉床只有主运动，结构简单，可一次加工成形，质量好，效率高，但刀具设计制造复杂，适于大批量生产。

1圆孔拉刀

1、前柄2、颈部3、过渡锥4、前导部5、切削齿6、校准齿7、后导部8、后柄

四、拉刀

2拉刀用途

教学内容

了解：

机床的型号和分类。

理解：

机床的传动原理

掌握：

CA6140型车床和Y3150型滚齿机的工作原理，用途

和传动系统。

学习重点

一、基本知识

1、金属切削机床分类及机床型号的编制

1.1机床的分类

1.1.1加工方式

车床

钻床

镗床

磨床

齿轮加工机床

螺纹加工机床

铣床

刨床

拉床

电加工机床

切断机床

其它机床

一、基本知识

1、金属切削机床分类及机床型号的编制

1.2机床分类

通用程度

通用机床、专门化机床、专用机床

加工精度

普通精度、精密精度、高精度

自动化程度

手动、机动、半自动、自动机床

机床质量

仪表机床、中型、大型、重型机床

一、基本知识

1、金属切削机床分类及机床型号的编制

1.3机床型号的编制

按GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定通用机床型号的编制方法如下：

一、基本知识

1、金属切削机床分类及机床型号的编制

1.3机床型号的编制

机床类别代号

一、基本知识

1、金属切削机床分类及机床型号的编制

1.3机床型号的编制

按GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定通用机床型号的编制方法如下：

一、基本知识

1、金属切削机床分类及机床型号的编制

1.3机床型号的编制

结构特性代号

区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音区分。

通用特性代号已用的字母“I”、“O”不能用。

例如：

CA6140型普通车床

一、基本知识

1、金属切削机床分类及机床型号的编制

1.3机床型号的编制

通用特性代号

一、基本知识

1.3机床型号的编制

机床的组别和系别代号

每类机床分10组（0～9组），每组又分10系（从0～9型）

主要参数代号

代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，常用主参数的折算值（1/10或1/100或1/1）来表示。

机床重大改进序号

用字母“A、B、C”等表示，附机床型号末尾，以示区别。

一、基本知识

2、机床的传动

2.1传动原理图

用国家标准规定的简单符号表达机床各传动件、运动件之间传动联系的示意图。

2.2传动链

从一个元件到另一个元件之间的一系列传动件。

传动链两端的元件称为末端件。

两个末端件的转角或移动量称为计算位移。

一、基本知识

2、机床的传动

2.2传动链

主传动链

末端件：

电机——主轴

计算位移：

电机转n1转——主轴转n2转

进给传动链

末端件：

主轴——刀具

计算位移：

主轴转1转——刀具直线移动fmm.

车螺纹传动链

末端件：

主轴——刀具

计算位移：

主轴转1转——刀具直线移动Tmm，T为螺纹的导程。

一、基本知识

2、机床的传动

2.2传动链

按传动链的性质不同可分为：

外联系传动链

两个末端件之间不要求有严格的传动比关系的传动链。

车削时电机与主轴间的传动链就是外联系传动链。

内联系传动链

两个末端件之间要求有严格的传动比关系的传动链。

车削螺纹时主轴与刀架间的传动链就是内联系传动链。

内联系传动链不能用带传动、摩擦轮传动和链传动。

一、基本知识

2、机床的传动

2.3转速图

传速图是一种表达机床传动方案的简图。

竖线表示轴的数量（传动轴、电机轴、主轴）

水平线与竖线的交点（有小圈者）表示各轴转速

下降斜线表示降速传动；上升斜线表示升速传动；水平线表示传动比为1；

数字表示传动比（齿数比）

一、基本知识

2、机床的传动

2.4传动系统图

二、CA6140型普通车床

1、车床的组成

二、CA6140型普通车床

1、车床的组成

1.1主轴箱

功能是支承主轴，并实现开、停、换向、制动和变速，把进给运动从主轴传向进给系统。

主要零件包括：

卸荷带轮、双向多片摩擦离合器及其操纵机构、主轴组件、变速操纵机构。

1.2溜板箱

功能将进给运动或快速移动由进给箱或快速移动电动机传给溜板和刀架，使刀架实现纵向、横向和正向、反向机动走刀或快速移动。

主要机构有：

开合螺母机构、纵向、横向机动进给及快速移动的操纵机构、互锁机构、安全离合器。

二、CA6140型普通车床

2、车床的功能

2.1卧式车床典型加工工艺：

刀具：

各种车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等。

工艺：

外圆柱面、圆锥体、曲面、打中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车端面、切槽、车螺纹、攻丝等工作。

二、CA6140型普通车床

2、车床的功能

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统（重点）

学习要点：

读懂CA6140型普通车床的传动系统图，并根据传动系统图写出主运动传动链、纵向进给传动链和车螺纹进给传动链的末端件、计算位移和运动平衡式。

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统图

3.1主运动传动链

末端件：

电机——主轴

计算位移：

电机转速1450r/min——主轴转速n转速rpm

主运动的传递路线

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统

3.1主运动传动链

传动路线表达式

正转级数：

2×3×（4-1）+2×3=24反转级数：

3×（4-1）+3=12

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统图

3.2车螺纹传动链

末端件：

主轴——刀架

计算位移：

主轴转1转——刀架移动Tmm

车螺纹传动链的传递路线

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统图

3.1车螺纹传动链

车螺纹传动路线表达式

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统图

3.2车螺纹传动链

车螺纹时的运动平衡式为

化简后得

式中：

K为螺纹头数；P为螺距；12为车床丝杠的导程。

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统

3.3纵向进给传动链

末端件：

主轴——刀架

计算位移：

主轴转1转——刀架移动f纵mm

车螺纹传动链的传递路线

二、CA6140型普通车床

3、车床的传动系统

3.2车螺纹传动链

纵向进给传动链经公制螺纹传动路线的运动平衡式为

化简后得

三、Y3150E型滚齿机

1、Y3150E型滚齿机外形与结构

三、Y3150E型滚齿机

2、滚齿原理

滚齿的过程相当于一对交错螺旋齿轮副的啮合过程。

将其中的一个螺旋齿轮制成滚刀，就可将另一螺旋齿轮（工件毛坯）切削成实际齿轮。

三、Y3150E型滚齿机

3、渐开线齿面的形成

直齿轮：

母线（渐开线）成形运动：

滚刀旋转B11+工件转动B12

导线：

滚切直齿时为齿长直线A2。

斜齿轮:

滚切斜齿时为螺旋线：

刀架直线移动A2+工件附加转动B22

三、Y3150E型滚齿机

4、滚切直齿传动原理图

三、Y3150E型滚齿机

4、滚切直齿传动原理图

①主运动传动链（使滚刀获得不同的转速）

末端件：

电机——滚刀

由点1至点4，属外联系传动链。

②范成运动传动链（形成不同的齿面渐开线）

末端件：

滚刀——工件；

包括由点4至点5，点6至点7的固定传动比传动及点5至点6传动比可变换的换置机构，属内联系传动链。

③轴向进给运动传动链（形成直齿的全齿长）

末端件：

工件——刀架

工件—7—8—9—10—刀架升降丝杠—刀架，是外联系传动链。

三、Y3150E型滚齿机

5、滚切斜齿传动原理图

三、Y3150E型滚齿机

5、滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图

①主运动传动链（使滚刀获得不同的转速）

末端件：

电机——滚刀；

②展成运动传动链（形成不同的齿面渐开线）

末端件：

滚刀——工件；

③轴向进给传动链（滚刀直线进给，形成直齿的全齿长）

末端件：

工件——刀架；

④差动运动传动链（给工件一附加转动，以形成不同的

斜齿螺旋齿长线）

末端件为：

刀架——工件。

6.1主运动传动链

末端件：

电机——滚刀；

计算位移:

电机转n电rpm——滚刀转n刀rpm

运动平衡式：

三、Y3150E型滚齿机

6、Y3150滚齿机的传动系统图

A、B为交换齿轮（挂轮）齿数。

三、Y3150E型滚齿机

6、Y3150滚齿机的传动系统图

6.3轴向进给传动链

末端件：

工件——刀架；

计算位移:

工件转1转——滚刀移动fmm

运动平衡式：

三、Y3150E型滚齿机

6、Y3150滚齿机的传动系统图

6.4差动传动链

末端件：

刀架——工件；

计算位移:

刀架移