《普通机床的零件加工》教案汪晓云.docx

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《普通机床的零件加工》教案汪晓云

《普通机床的零件加工》

教案

单元设计1——金属切削机床的基础知识

（一）

本次课标题：

金属切削机床的基础知识——机床的类别和机床的运动

授课班级

上课

时间

周月日第节

上课

地点

教学车间

周月日第节

教

学

目

的

通过观察训练使学生认识各种金属切削机床型号及其类别。

掌握各种机床的切削运动。

教学

目标

能力（技能）目标

知识目标

能够针对具体的机床判断机床的型号、技术参数，及机床的运动。

机床的分类和型号、技术参数和尺寸系列；对金属切削机床的一般要求；机床的运动。

重点

难点

重点：

机床的类别和运动。

难点：

机床的参数表示含义。

解决办法：

要求学生根据现场所有的机床判断机床的型号、参数含义，判断主运动和进给运动。

教学组织

教师引入金属切削机床在生产中的生产实例→学生观察各种机床结构和功能的不同→教学评价

教师讲解机床代号的组成和机床运动类型→学生查表练习→教学评价

参考资料

《机械制造基础》孙学强主编机械工业出版社

《机械制造技术基础》张福润主编华中科技大学出版社

课后分析

教学过程设计：

步骤一：

导入（5分钟）

请学生观察教学车间的所有机床，要求找出所有关于机床的信息。

步骤二：

讲授机床的分类、型号（20分钟）

1.通用机床类代号

2.专门化机床

3.专用机床

步骤三：

判断机床的类型（20分钟）

将教学车间现场的所有机床展示，要求学生们能够将各种机床的类别判断出来并写出型号。

步骤四：

讲授机床的运动（15分钟）

1.表面成型运动；

2.辅助运动。

步骤五：

判断机床的运动（25分钟）

要求学生将现场各种机床的表面成型运动和辅助运动准确地判断出来。

步骤六：

总结（5分钟）

本次课要求同学们准确地认识各种机床、型号及其运动。

主要教学内容：

一.金属切削机床及其在国民经济中的地位

在一般机械制造厂中，机床可占机械设备总台数的50%～70%，机床所负担的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%～60%。

机床技术性能的高低直接影响机械产品的质量及其制造经济性。

二.金属切削机床发展概况

（1）扩大机床加工工艺范围

（2）提高机床加工精度

（3）提高切削速度，缩短辅助时间

（4）机床自动化程度日益提高

1.1.1金属切削机床的分类

按照机床的加工方式、使用的刀具及其用途，将机床分为11类：

自动化程度：

手动、机动、半自动和自动机床；

重量：

轻型机床（10吨以下）、中型机床（10-100吨）、重型机床（100吨以上）；

加工精度：

普通精密级（P，可省略）、精密级（M）、高精度级机（G）床；

机床工艺范围的宽窄（万能型程度）：

通用机床、专门化机床及专用机床。

CA6140机床布局

卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件，故采用卧式布局。

主轴水平安装，刀具在水平面内作纵、横向进给运动。

1.1.2金属切削机床的型号编制方法

例1：

CA6140

C：

类别代号（床类）

A：

结构性代号（A结构）

6：

组别代号（卧式车床组）

1：

系别代号（普通车床系）

40：

主参数代号（床身上最大回转直径400mm）

练习:

CG6125B——最大回转直径为250mm的高精度卧式车床

MG1432——最大磨削直径为320mm的高精度万能外圆磨床

T4163A——工作台宽度为630mm的单柱坐标镗床

1.2.1金属切削机床的表面成型运动

刀具和工件需作一系列的运动。

常将机床在加工中所完成的各种运动分为表面成形运动和辅助运动两类。

1.简单成形运动

独立的成形运动是由单独的

旋转运动或直线运动构成

2.复合成形运动

独立的表面成形运动是由两个或两个以上的旋转运动和（或）直线运动按照某种确定的运动关系组合而成。

1.2.2金属切削机床的辅助运动

（1）切入运动

（2）分度运动（3）操纵和控制运动（4）调位运动（5）空行程运动

单元设计2——金属切削机床的基础知识

（二）

本次课标题：

金属切削机床的基础知识——机床传动形式、技术参数及选用

授课班级

上课

时间

周月日第节

上课

地点

教学车间

周月日第节

教

学

目

的

通过观察训练使学生认识各种金属切削机床主要技术参数的含义，机床的传动原理，机床的正确选用。

教学

目标

能力（技能）目标

知识目标

能够认识机床内部的传动系统及传动路线。

能够正确选择合适的机床。

机床的传动原理；传动系统的路线表达式；计算机床的运动精度。

重点

难点

重点：

机床的选用

难点：

技术参数的意义，传动原理

解决办法：

针对不同的机床，要求学生仔细观察，指出技术参数在机床上的体现，机床传动的大路线。

教学组织

教师讲授车床原理和传动形式→学生练习识别传动系统图→教学评价

参考资料

《机械制造基础》孙学强主编机械工业出版社

《机械制造技术基础》张福润主编华中科技大学出版社

课后分析

教学过程设计：

步骤一：

导入（5分钟）

请学生观察教学车间现场的所有机床，给大家展示一个简单零件，要求学生确定加工方法。

步骤二：

讲授机床的传动形式与运动联系（15分钟）

学生的回答不会很全面，这时由教师简单讲述其加工过程，并以车床为例讲授大的传动路线（车外圆、车端面、车螺纹）

步骤三：

判断其它机床的传动形式与运动联系（30分钟）

要求学生分别指出铣床、镗床、磨床、钻床、刨床，齿轮加工机床的传动路线和运动联系。

步骤四：

讲授机床的主要技术参数、技术性能（25分钟）

1.主要技术参数有尺寸参数、运动参数、进给运动参数、和动力参数。

2.技术性能有工艺范围、技术规格、加工精度和表面粗糙度、生产率、自动化程度、机床效率和精度保持性、经济效益。

3.机床的选择：

根据工件的尺寸、精度、生产类型、现场实际情况选择。

步骤五：

选择机床（20分钟）

给出两个实例，要求学生根据零件的情况选择机床，并写下结果上交。

步骤六：

总结（5分钟）

本次课要求同学们能够认识机床参数，正确选择机床。

主要教学内容：

1.3.1机床的传动形式

（1）机械传动　应用最广

采用齿轮、带、离合器、丝杠、螺母等传动件实现运动联系。

（2）液压传动　日益广泛

采用油液作介质，通过泵、阀、液压缸等液压元件传递运动和动力。

（3）电气传动　主要应用于大型和重型机床

采用电能，通过电气装置传递运动和动力。

（4）气压传动主要用于机床的某些辅助运动，及小型机床的进给传动中

采用空气作介质，通过气压元件传递运动和动力。

机械传动机构

定比传动机构；换置机构：

改变传动比、改变传动方向

图1-9　典型的分级变速机构

a）滑移齿轮变速机构　b）离合器变速机构　c）一对交换齿轮变速机构

d）两对交换齿轮变速机构　e）带轮变速机构

图1-10　常用换向机构

a）滑移齿轮换向机构　b）锥齿轮换向机构

传动链：

在机床上，为了得到需要的运动，通常用一系列的传动件（轴、带、齿轮副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副等）把动力源和执行件或把两个有关的执行件连接起来，用以传递运动和动力，这种传动联系称为传动链　

传动原理图：

用一些简明的符号表示具体的传动链，把传动原理和传动路线表示出来的图形

图1-11　传动原理图

a）铣平面　b）车外螺纹　c）车外圆

外联系传动链——联系的是动力源和机床执行件，并使执行件得到预定速度的运动，且传递一定的动力。

不要求动力源和执行件间有严格的传动比关系，仅把运动和动力从动力源传到执行件上。

内联系传动链——所联系的是有严格运动关系的两执行件，以获得准确的加工表面形状及较高的加工精度

图1-12　机床主传动系统

a）传动系统图　b）转速图

分析传动系统图的一般方法是：

根据主运动、进给运动和辅助运动确定有几条传动链；

分析各传动链联系的两个端件；

按照运动传递或联系顺序，从一个端件向另一个端件依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系，以查明该传动链的传动路线以及变速、换向、接通和断开的工作原理。

列出运动平衡式。

单元设计3——金属切削刀具的基本知识

（一）

本次课标题：

金属切削刀具的基本知识——零件表面的形成和切削运动

切削要素

授课班级

上课

时间

周月日第节

上课

地点

教学车间

周月日第节

教

学

目

的

通过训练使学生能够判断不同的机械加工切削层的各个参数；

教学

目标

能力（技能）目标

知识目标

能够判断加工时的切削用量；用图示表示切削宽度、切削厚度，计算切削面积；

切削用量要素；切削层几何参数；

重点

难点

重点：

切削用量及其切削层几何参数的定义

难点：

不同机械加工切削用量的选择

解决办法：

以车削为例，讲授知识要点，要求同学判断不同的加工方法的切削用量及切削层几何参数。

教学组织

教师讲授切削运动及切削用量→学生判断不同加工的切削用量及换算→教学评价

参考资料

《机械制造基础》孙学强主编机械工业出版社

《机械制造技术基础》张福润主编华中科技大学出版社

课后分析

教学过程设计：

步骤一：

导入（5分钟）

复习在第一次课讲的三个加工表面并用图示意出来。

步骤二：

介绍切削要素的定义（60分钟）

讲授：

切削要素包括切削用量要素和切削层横剖面要素。

（以车外圆为例）

一、切削用量要素

1、切削速度vc：

主运动的线速度

2、背吃刀量aP：

待加工表面和已加工表面之间的垂直距离，单位为mm。

3、进给量f：

工件或刀具每转一周时，刀具和工件之间沿进给运动方向的相对位移。

二、切削层几何参数

切削层是指工件上正在被切削刃切削的一层材料。

（1）切削宽度bD：

刀具主切削刃与工件的接触长度。

（2）切削厚度hD：

工件或刀具每移动一个进给量，刀具主切削刃相邻两个位置之间的垂直距离（mm）。

（3）切削面积AD：

切削层在基面内的面积。

步骤三：

观察判断零件切削要素（20分钟）

教师要求学生分别观察铣削、刨削、镗削、磨削、钻削加工的零件，要求学生正确判断出各种切削加工的切削要素并用简图表示出来。

步骤四：

总结（5分钟）

切削要素贯穿所有加工方法，熟悉换算公式

主要教学内容：

2.1.1切削运动

（1）主运动　切下切屑所需的最基本的运动。

有且只有一个。

切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动。

（2）进给运动　使多余材料不断被投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。

0~多个

图2-1　各种切削加工和加工表面

a）铣槽　b）磨外圆　c）刨平面

切削过程中，工件上形成三个不断变化的表面。

（1）待加工表面

（2）已加工表面（3）过渡表面

2.2.1　切削用量

以车外圆为例，vc＝πdn/1000（m/min）

车外圆时aP为该次切削余量的一半。

车外圆时的进给量为工件转一转（单位时间）刀具沿进给运动方向的相对位移。

图2-3　各种切削加工的切削运动及切削用量

a）车外圆b）车端面c）铣平面（周铣、面铣）

d）钻孔e）镗孔f）刨平面（牛头刨、龙门刨）

2.2.2切削层参数

切削层是指刀具切削部分沿进给运动方向移动一个进给量由一个刀齿所切除的工件材料层。

一般用垂直于切削速度平面内的切削层参数来表示它的形状和尺寸。

（1）切削厚度hD

加工表面Ⅰ、Ⅱ之间的垂直距离

hD＝fsinκr

（2）切削宽度bD

沿主切削刃方向度量的切削层尺寸

bD＝ap/sinκr

（3）切削层面积AD

切削层在基面内的截面面积

AD＝hD·bD＝fap

2.2.3　切削方式

1.直角切削和斜角切削

直角切削是指切削刃垂直于切削速度方向的切削方式

斜角切削是指切削刃不垂直于切削速度方向的切削方式

2.自由切削和非自由切削

单元设计4——金属切削刀具的基本知识

（二）

本次课标题：

金属切削刀具的基本知识——刀具切削部分的组成及刀具角度

授课班级

上课

时间

周月日第节

上课

地点

实验室

周月日第节

教

学

目

的

通过训练使学生能够测量刀具的前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角并能进行刃磨,能够简略画出刀具的切削部分，判断刀具工作时刀具的几何角度。

教学

目标

能力（技能）目标

知识目标

能够认识各种刀具的各刀面、切削刃、刀尖；能够指出刀具切削角度的坐标平面。

能够测量车刀的前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角并能进行刃磨。

刀具切削部分的组成；刀具标注角度坐标中各剖面和几何角度定义。

刀具切削部分的简略画法；刀具工作角度坐标系中刀具的几何角度。

重点

难点

重点：

刀面、切削刃、刀尖各部分的定义及判断；刀具几何角度的测量。

难点：

刀具各切削平面的判定；工作时刀具几何角度的表示和确定

解决办法：

以一个常用车刀为例，讲授刀具各切削部分及切削平面定义。

然后发给各组学生不同的刀具，要求学生按定义正确判断各刀具的切削平面和角度，根据所学知识回答教师提出的问题。

教学组织

教师讲授车刀切削部分→学生观察各种刀具的切削部分→教学评价

教师讲解车刀切削角度的坐标平面→学生观察各种刀具切削角度的坐标平面→教学评价

参考资料

《机械制造基础》孙学强主编机械工业出版社

《机械制造技术基础》张福润主编华中科技大学出版社

课后分析

教学过程设计：

步骤一：

导入（5分钟）

复习上节课讲的切削加工过程中工件上的三个表面，在黑板上图示出来。

另外给学生展示一个常用的普通车刀，说明这次课要掌握的主要能力和知识。

步骤二：

介绍车刀的切削部分及参考坐标系（40分钟）

由教师结合手中的车刀讲述刀具的各切削部分的组成。

讲授：

车刀由刀头、刀体两部分组成，刀体的切削部分由刀面、切削刃构成。

刀具参考坐标系的建立。

步骤三：

测量各种刀具的角度（30分钟）

教师发给学生各种刀具：

90度偏刀、螺纹刀、切断刀、铣刀、镗刀、钻头、拉刀、铰刀等。

要求学生准确测量各个刀具的角度并进行刃磨。

步骤四：

简介刀具的实际切削角度（10分钟）

讲解：

切削中，随着切削条件的改变，刀具的实际切削角度将不同于标注角度。

步骤六：

总结（5分钟）

本次课同学们要掌握各种切削刀具的切削角度并能进行刃磨，并能在切削条件变化的情况下，分析出刀具切削角度变化的情况，以便选择适当的切削要素。

要求学生上交作的记录。

主要教学内容：

2.3.1　刀具的类型

（1）切刀类刀具如车刀、铣刀等以及一些专用切刀（如成形刀具、组合刀具）等。

（2）孔加工刀具如麻花钻、扩孔钻、锪钻、深孔钻、铰刀、镗刀、丝锥等。

（3）螺纹刀具常用的有丝锥、板牙、螺纹切头、螺纹滚压工具及螺纹车刀、螺纹梳刀等。

（4）齿轮刀具如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。

（5）磨具类如砂轮、砂带、抛光轮等。

2.3.2　刀具切削部分的组成

1、刀面

1）前面（前刀面）——刀具上切屑流过的刀面

2）后面（后刀面）——与加工表面相对的刀面

3）副后面（副后刀面）——与已加工表面相对的刀面。

（刀楔：

前刀面与后刀面之间所包含的刀具实体部分）

2、切削刃

1）主切削刃S——前、后面汇交的边缘

2）副切削刃S’——切削刃上除主切削刃以外的刀刃

3、刀尖

主、副切削刃汇交的一小段切削刃称为刀尖。

由于切削刃不可能磨得很锋利，总有一些刃口圆弧，为了改善刀尖的切削性能，常将刀尖做成修圆刀尖或倒角刀尖。

其参数有：

刀尖圆弧半径、刀尖倒角长度、刀尖倒角偏角。

组成刀具的最基本单元是两个刀面一个切削刃。

2.3.3刀具静止角度参考系

1、刀具切削角度的坐标平面（以车刀为例）

（1）假定运动条件

（2）基准坐标平面

以假定主运动方向为依据，建立基准坐标平面，包括：

基面――切削刃上选定点垂直于假定主运动方向的平面；切削平面――过切削刃上选定点，包括切削刃或切于。

切削刃且垂直于基面的平面。

2、刀具标注角度坐标系及其角度

（1）正交平面系

（2）在基面内的角度：

主偏角、副偏角、刀尖角

（3）在切削平面内的角度：

刃倾角

（4）在正交平面内的角度：

前角、后角、楔角

2.3.4刀具的标注角度

基面内主偏角：

切削刃与假定进给运动方向间的夹角；

副偏角：

副切削刃与假定进给运动方向间的夹角；

刀尖角：

为主、副偏角的补角

切削平面内刃倾角：

切削刃与基面间的夹角

正交平面内前角：

前面与基面之间的夹角（前面在基面之上为负，反之为正）

后角：

后面与切削平面之间的夹角

楔角：

前后面的夹角

2.3.5刀具的工作角度

（1）装刀时，刀尖不在工件的中心线上

（2）刀杆中心线不垂直于工件轴线

（3）考虑进给运动

（4）非圆柱表面的工件形状

在以上几种情况下，教师图示刀具几何角度的变化。

单元设计5——金属切削刀具的基本知识（三）

本次课标题：

金属切削刀具的基本知识——刀具材料及其选用

授课班级

上课

时间

周月日第节

上课

地点

教室

周月日第节

教

学

目

的

掌握各种刀具材料的适用范围，能够合理选用刀具材料。

教学

目标

能力（技能）目标

知识目标

根据不同的加工条件选用刀具材料。

刀具材料类型及其选用原则。

重点

难点

重点：

各种刀具材料

难点：

刀具材料的选用

解决办法：

要求同学针对不同的条件选用刀具材料。

教学组织

教师介绍不同刀具材料的成分及其特点→学生根据不同的条件选用刀具→教学评价

参考资料

《机械制造基础》孙学强主编机械工业出版社

《机械制造技术基础》张福润主编华中科技大学出版社

课后分析

教学过程设计：

步骤一：

讲解刀具材料及其选用原则（60分钟）

一、刀具材料应具备的性能

二、常用的刀具材料及其选用原则

1、高速钢

2、硬质合金

三、其他刀具材料

步骤五：

判断刀具的选用（25分钟）

提问：

请同学们选择刀具材料：

钻头、成型刀具、拉刀、齿轮滚刀、加工钛合金、加工铸铁、加工有色金属、加工碳钢、加工淬火钢、铣刀、加工不锈钢、加工压缩木材、加工陶瓷。

步骤五：

总结（5分钟）

本次课的主要内容是切削要素和刀具材料的选用，在将来具体的生产实践中，这两方面的步骤都是必须进行的，同学们要好好掌握。

主要教学内容：

刀具材料是指刀具上参与切削部分的材料。

刀具的切削部分不但要求具有一定的几何形状，还要求有相应的刀具材料。

目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金

一、刀具材料的基本要求

（一）高的硬度（>60HRC）

（二）良好的耐磨性

（三）足够的强度和韧性

（四）高的热硬性

（五）良好的工艺性和经济性

还应有导热性、化学惰性、切削性能的可预测性等要求。

二、常用刀具材料

工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）、硬质合金；陶瓷、涂层刀具、超硬刀具等。

一）碳素工具钢

碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一般为0.65～1.35%）。

1、常用牌号有T7A、T8A……T13A等

2、主要性能淬火后硬度较高，可达HRC60～64；热硬性为200℃～250℃，价格低廉，不耐高温，切削速度因此而不能提高，允许切削速度VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉刀等。

二）合金工具钢

在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、钨（W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减少热处理时的变形。

1、主要牌号有9SiCrCrWMn

2、主要性能淬火后的硬度可达HRC60～65，热硬性为300℃～400℃，允许切削速度Vc=10～15m/min,制作低速、形状比较复杂、要求淬火后变形小的刀具。

如板牙、拉刀、手用铰刀（孔的精加工）等。

三）高速钢

高速钢是一种高合金工具钢，钢中含有W、Mo、Cr、V（钨、钼、铬、钒）等合金元素。

（一）高速钢的性能

高速钢刀具制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃，因此在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中，高速钢占有重要地位。

（二）高速钢的分类

（1）通用型高速钢：

有钨钢、钨钼钢

（2）高性能高速钢

（3）粉末冶金高速钢

四）硬质合金

硬质合金=硬质相（TiC或WC）+粘结相（Co、Ni、Mo等，其中Co比较常用）

（一）主要性能

（二）分类

（1）YG（K）类即WC-Co类硬质合金

主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料；不适合加工钢料，因为在640℃时发生严重粘结，使刀具磨损，寿命下降。

（2）YT（P）类即WC-TiC-Co类硬质合金

主要用于加工钢材及有色金属；一般不用于加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。

（3）YW（M）类即WC-TiC-TaC类硬质合金

钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）和钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW），是在钨钴钛类硬质合金（YT）中加入TaC（NbC）,可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高和金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。

这类合金可以用于加工铸铁及有色金属，也可用于加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要用于加工难加工材料。

三、新型刀具材料

1、涂层刀具

2、陶瓷

3、金刚石

4、立方氮化硼

单元设计6—金属切削过程的基本规律

（一）

本次课标题：

金属切削的基本规律——金属切削过程的金属变形；切削力

授课班级

上课

时间

周月日第节

上课

地点

教室

周月日第节

教

学

目

的

通过训练使学生能够认识切屑的形态并能用正确的方法测量出工件的变形程度，掌握三个变形区的状况及其影响变形的因素。

学生能够监测切削力的变化，掌握影响切削力的因素，从而能够控制切削力的大小。

教学

目标

能力（技能）目标

知识目标

能够测量在工况不同、工件材料不同条件下切削变形的程度。

能够根据测力仪测定的切削力分析影响切削力的因素。

切削过程中金属变形切削；剪切角、积屑瘤；已加工表面的形成与表面质量。

切削力的来源与分解；影响切削力的因素及控制方法。

重点

难点

重点：

变形区的分析及其影响变形的因素。

切削力的合成与分解。

难点：

如何获得理想的切削过程，尽量减小变形。

影响切削力的因素。

解决办法：

演示不同的切屑形态，总结原因及意义。

演示切削变形的测定方法。

要求同学测出不同工况下切削变形，并分析原因及其减小变形的措施。

分析切削力变化的原因，并思考出解决办法。

教学组织

教师讲授切削加工切屑形成过程及状态→学生观察分析各种切屑形态，总结形成原因→教学评价

教师讲解切削力的来源及分解→学生分析不同刀具加工时的切削力方向→教学评价

参考资料

《机械制造基础》孙学强主编机械工业出版社

《机械制造技术基础》张福润主编华中科技大学出版社

课后分析

教学过程设计：

步骤一：

导入（5分钟）

请学生观察几种不同的切屑并要求学生分析切屑的形态。

步骤二：

讲述金属切削过程中的金属变形（40分钟）

一、切屑形态及其相互关系

二、切屑的形成过程（作