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1、金属冷加工基础金属切削加工基础教案一【教学组织】1提问10分钟2讲解70分钟3小结5分钟4布置作业5分钟【教学内容】第五章 金属冷加工基础冷加工通常指金属切削加工或机械加工，即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。金属切削加工主要形式有：车削、钻削、刨削、铣削、磨削、拉削以及钳工等。第一节 金属切削加工基础一、金属切削运动及切削要素1切削运动 切削过程中，切削刀具与工件间的相对运动，就是切削运动。切削运动包括主运动和进给运动两个基本运动。a）车削 b）钻削 c）刨削 d）铣削e）外圆磨削 f）车床上镗孔 g）车成形面

2、h）铣齿轮图5-1 切削运动与进给运动示意图（1）主运动主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使切削刀具和工件之间产生相对运动，从而使切削刀具前面接近工件。主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。多数机床的主运动是旋转运动，如车削、钻削、铣削、磨削中的主运动均是旋转运动。（2）进给运动进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断地或连续地进行切削，并获得所需几何特性的表面。切削过程中进给运动可能有一个，也可能有若干个。进给运动形式有平移的（直线）、旋转的（圆周）、连续的（曲线）及间歇的。直线进给又分为纵向、横向、斜向三种。主运动和进给运动可以由

3、刀具、工件分别来完成，也可以是由刀具单独全部完成主运动和进给运动。2切削要素切削要素包括切削用量和切削层尺寸平面要素。（1）切削用量切削用量是指切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量的总称。要完成切削过程，切削速度、进给量和背吃刀量三者缺一不可，故它们又称为切削用量三要素。工件上形成三个表面：待加工表面（工件上有待切除的表面）、已加工表面（工件上经刀具切削后产生的表面）和过渡表面（工件上由切削刃形成的那部分表面，是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面）。图5-2 切削要素切削速度c是指在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，其单位为m/s。当主运动是

4、旋转运动时，切削速度是指圆周运动的线速度，即：c=Dn/（601000)式中 D工件或刀具在切削表面上的最大回转直径，mm；n主运动的转速，r/min。当主运动为往复直线运动时，则其平均切削速度为：c=2Lmnr/（601000）式中：Lm刀具或工件往复直线运动的行程长度，mm；nr主运动每分钟的往复次数，亦即行程数，str/min。进给量f是指进给量是指主运动的一个循环内（一转或一次往复行程）刀具在进给方向上相对工件的位移量。车削时，进给量f是工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r）。背吃刀量ap是指背吃刀量一般是指工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离，也称切削深度，单位为mm。

5、车外圆时的背吃刀量。ap=（D-d）/2式中 D待加工表面直径，mm；d已加工表面直径，mm。合理选择切削用量三要素，就是选择c、f、ap数值的最佳组合，使切削加工获得合格的加工质量、最高的生产率和最低的加工成本。实践经验证明：对刀具耐用度影响最大的是切削速度c，影响最小的是背吃刀量ap。因此，粗加工时，应尽可能选择较大的背吃刀量，使加工余量在一次或少数几次进给中切除。切除表层有硬皮的铸件、锻件或加工硬化较严重的不锈钢等材料时，应尽可能使背吃刀量ap越过硬皮或硬化层深度；其次，在机床、刀具等工艺系统刚度允许的前提下，尽可能选择较大的进给量f；根据工件材料和刀具材料确定切削速度c。粗加工时，一般

6、选择中等切削速度或低切削速度。精加工时选用较小的背吃刀量ap和进给量f，选取较高的切削速度c，这样即可以保证加工质量，又可提高生产率。对于硬质合金刀具来说，常选用较高的切削速度c；对于高速钢刀具来说，常选用较低的切削速度c。（2）切削层尺寸平面要素外圆车削时，工件转一周，车刀由“位置I”移动到“位置II”，其位移量为f，所切削的金属层位于AB与CD之间，此被切除的部分称为切削层。通过切削刃基点（一般指主切削刃工作长度的中点）并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。在切削层尺寸平面上测得的切削层几何参数，称为切削层尺寸平面要素。切削层尺寸平面要素包括：切削层公称厚度、切削层公称宽度和切

7、削层公称横截面积。切削层公称厚度是指在切削层尺寸平面上，垂直于切削刃方向所测得的切削层尺寸，用符号“hD”表示，单位为mm。切削层公称厚度大小代表了切削刃的工作负荷大小。切削层公称宽度是指在切削层尺寸平面上，沿切削刃方向所测得的切削层尺寸，用符号“bD”表示，单位为mm。切削层公称宽度大小等于切削刃的工作长度大小。切削层公称横截面积是指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面上的实际横截面积，用符号“AD”表示，单位为mm2。AD等于切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积，也等于背吃刀量与进给量的乘积。即AD= hDbD =apf当切削速度一定时，切削层公称横截面积的大小代表了生产率的大小。【教学重点

8、与难点】1重点：切削用量三要素2难点：切削层尺寸平面要素【教学方法与教学手段】1利用试样、挂图等教具。2利用多媒体资料进行短时演示。3在讲解过程中要结合典型案例或图进行加工方法介绍。【小结与布置作业】1小结本次课主要介绍金属切削运动及切削要素等内容，学完之后：第一，要了解基本概念；第二，要以车削为例，了解切削用量三要素的基本选择方法；第三，学习过程中，要理论联系实际（尽量体现“做中学、做中教”），并注意借助多媒体资料，帮助自己提高学习效率和拓展知识面，同时注重师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。2布置作业一边复习本章的相关知识，一边完成金属加工与实训习题集中相关习题，并

9、相互相互交流探讨。教金属切削加工基础教案二【教学组织】1提问10分钟2讲解70分钟3小结5分钟4布置作业5分钟【教学内容】二、切削刀具选用正确选择切削刀具几乎与正确选择机床同等重要。对于切削刀具来说，切削刀具材料与切削刀具的几何角度是两个最重要的因素。1切削刀具材料 切削刀具一般由刀柄与刀头两部分组成。刀柄用于夹持切削刀具，在机床上刀头直接担负切削任务，所以，刀头又称为切削部分。刀头材料必须选用具备某些特殊性能的材料制作，而刀柄部分一般只使用具有足够强度和刚度的普通钢材即可。通常所说的切削刀具材料实际上是指刀头部分。通常将刀头用焊接（钎焊）或用机械夹固的方法固定在刀柄上。a）焊接式车刀 b）机

10、械夹固式车刀图5-3 车刀（1）切削刀具材料应具备的基本性能高硬度和高耐磨性。高热硬性。较好的化学稳定性。足够的强度和韧性。其他性能。（2）常用刀具材料的种类及选用碳素工具钢。碳素工具钢主要用于制作手工用切削刀具及低速切削刀具，如手工用铰刀、丝锥、板牙等，不宜用来制造形状复杂的刀具。常用的碳素工具钢有T10钢或T10A钢、T12钢或12A钢等。合金工具钢。合金工具钢多用来制造形状比较复杂，要求淬火后变形小的切削刀具，如冷剪切刀、板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、拉刀等。常用的合金工具钢有9SiCr钢、CrWMn钢、Cr12MoVA钢等。高速钢。高速钢适用于制作切削速度较高的精加工切削刀具和各种复杂形状

11、的切削刀具，如车刀、铣刀、麻花钻头、齿轮刀具、拉刀、铰刀、宽刃精刨刀等。常用高速钢有W18Cr4V钢和W6Mo5Cr4V2钢。硬质合金。硬质合金主要用于高速切削和要求耐磨性很高的切削刀具，如车刀、铣刀等。氮化硅陶瓷。为了可节约W ,Co ,Ta和Nb等贵金属，替代硬质合金。与硬质合金相比，氮化硅陶瓷刀具脆性较大、强度较低，在切削过程中适合于选用较小的进给量和尽可能高的切削速度。氮化硅陶瓷主要用于制作各种车刀、铣刀和刨刀等。人造聚晶金刚石。人造聚晶金刚石主要用于制作各种车刀、镗刀、铣刀的刀片，用于加工非铁金属及非金属材料，如铝合金、铜合金、陶瓷、合成纤维、塑料、橡胶等。2切削刀具的角度例如，车刀

12、最具有代表性，它是最简单也是最常用的切削刀具，其它刀具都可看作是车刀的演变和组合。图5-4 外圆车刀组成示意图（1）车刀切削部分的组成外圆车刀切削部分由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成，简称三面、两刃、一尖。前面。切削刀具上切屑流过的表面称为前面。目的是使切屑顺利流出。后面。与工件上切削中产生的过渡表面相对的表面，称为后面，又称后刀面。副后面。切削刀具上同前面相交形成副切削刃的后面称为副后面。主切削刃。前面与后面的交线称为主切削刃。副切削刃。前面与副后面的交线称为副切削刃。刀尖。主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，称为刀尖。（2）辅助平面基本平面和测量平面两者统称为辅助平面。基面

13、。过切削刃选定点的平面，它平行（或垂直）于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面（或轴线），称为基面。切削平面。通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面，称为切削平面。正交平面。通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面称为正交平面。车刀的基面、切削平面、正交平面在空间是相互垂直的。 图5-5 基面与切削平面的空间位置 图5-6 基面、切削平面和正交平面的空间关系法平面。通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面称为法平面。假定工作平面。通过切削刃选定点并垂直于基面，它平行（或垂直）于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面（或轴线），称为假定工作平面。背平面。通过

14、切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面，称为正交平面。基面和切削平面称为基本平面。正交平面、法平面、假定工作平面和背平面，称为测量平面。（3）车刀切削部分的几何角度。前角0。在正交平面中测量的由前面与基面构成的夹角，称为前角。前角有正、负和零之分，增大前角，切削刀具锋利，切削轻快，如果前角太大，则切削刀具强度降低。当工件材料硬度较低、塑性较好及精加工时，前角取较大值，反之，前角取较小值。后角0。在正交平面中测量的后面与切削平面构成的夹角，称为后角。它表示后面的倾斜程度。后角增大，可减小切削刀具后面与工件的之间的摩擦，如果后角太大，则刀刃强度降低。粗加工时，后角一般取68；精加工时，后角一

15、般取1012。副后角0。在副正交平面中测量，由副后面与副切削平面之间构成的夹角，称为副后角。它表示副后面的倾斜程度。主偏角r。在基面中测量，由主切削刃在基面上的投影与进给方向之间构成的夹角，称为主偏角。增大主偏角使进给力加大，有利于消除振动，但刀具磨损加大，散热条件变差。主偏角一般为4590，粗加工时取大值，精加工时取小值。副偏角r。在基面中测量，副切削刃在基面上的投影与进给反方向之间构成的夹角，称为副偏角。增大副偏角可减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，改善散热条件，但工件表面粗糙度值增大。副偏角一般为510，粗加工时取大值，精加工时取小值。图5-7 外圆车刀的十个角度刃倾角s 。在切削

16、平面内测量，由主切削刃与基面之间构成的夹角，称为刃倾角。规定主切削刃上的刀尖为最低时，s为负值；主切削刃与基面平行时，s为零；主切削刃上的刀尖为最高点时，s为正值。刃倾角一般为-5+10，粗加工时取负值，精加工时取正值。此外还有4个派生角度：楔角0、切削角、刀尖角r、副前角0。它们的大小完全取决于前6个角度。其中0+0+0=90；r+r+r=180。【教学重点与难点】1重点：车刀切削部分的组成、辅助平面2难点：切削刀具的角度【教学方法与教学手段】1利用实物、挂图等教具。2利用多媒体资料进行短时演示。3在讲解过程中要结合典型案例或图进行加工方法介绍。【小结与布置作业】1小结本次课主要介绍切削刀具

17、选用等内容，学完之后：第一，要了解切削刀具材料；第二，要了解车刀切削部分的组成、辅助平面、切削刀具的角度；第三，学习过程中，要理论联系实际，并注意借助多媒体资料，帮助自己提高学习效率和拓展知识面，同时注重师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。2布置作业一边复习本章的相关知识，一边完成金属加工与实训习题集中相关习题，并相互相互交流探讨。金属切削机床的分类及应用教案一【教学组织】1提问10分钟2讲解70分钟3小结5分钟4布置作业5分钟【教学内容】第二节 金属切削机床的分类及应用金属切削机床简称为机床，是用切削刀具对工件进行切削加工的机器，它是机械制造业的基本加工装备。一、金属

18、切削机床的分类及型号1金属切削机床的分类目前我国金属切削机床的分类方法主要是按加工性质和所用切削刀具进行分类的，共分为12大类。车床、钻床、镗床、刨插床、铣床、磨床、拉床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、特种加工机床、锯床和其它机床。其中最基本的金属切削机床是:车床、铣床、钻床、刨床和磨床。同一类金属切削机床中，按加工精度不同，可分为普通机床、精密机床和高精度机床三个等级；按使用范围可细分为通用机床和专用机床；按自动化程度可分为手动机床、机动机床、半自动机床和自动化机床；按尺寸和质量大小可分为仪表（小型）机床、中型机床、大型机床（质量达10t）、重型机床（质量达30t）和超重型机床（质量达100t

19、以上）。2金属切削机床的型号金属切削机床的型号是用来表示机床的类别、主要参数和主要特征的代号。金属切削机床的型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的组合形式表示。图5-8 机床型号编制方法（1）金属切削机床的类代号机床型号的第一个字母表示机床的类，采用汉语拼音第一个大写字母，并按名称读音。 表5-1 机床的类和分类代号类车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床电加工机床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGDQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割电其（2）金属切削机床的通用特性代号和结构特性代号机床的通用特性代号是在代表机床类的字母后面，加一个汉语拼音字母表示。例如，“CK”

20、表示数控车床。结构特性代号是为了区别主参数相同而结构不同的机床而设置的。表5-2 机床的通用特性代号通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心自动换刀仿形轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速万能代号GMZBKHFQCJRXSW读音高密自半控换仿轻重简柔显速万（3）金属切削机床的组、系代号每类机床按其用途、性能、结构相近或有派生关系，分为10个组，每个组又分10个系列。在机床型号中，跟在字母后面的两个数字分别表示机床的组和系。例如，CM6132中的“6”表示落地及卧式车床组，“1”表示卧式车床系。（4）金属切削机床的主参数机床的主参数表示机床规格的大小和工作能力。在机床型号中，表示机床组和系

21、的两个数字后面的数字表示机床的主参数或主参数的折算值。例如，CM6132中的“32”表示主参数代号，即表示床身上工件的最大回转直径是320mm。（5）金属切削机床的重大改进顺序号规格相同的机床，经改进设计，其性能和结构有了重大改进后，按改进设计的次序，分别用汉语拼音字母“A、B、C”表示，并写在机床型号的末尾。例如，CQ6140B，表示床身上工件最大回转直径为400mm的经第二次重大改进的轻型卧式车床。【教学重点与难点】1重点：金属切削机床的型号2难点：金属切削机床的型号【教学方法与教学手段】1利用挂图等教具。2利用多媒体资料进行短时演示。3在讲解过程中要尽量到现场，结合实物或图进行介绍。【小

22、结与布置作业】1小结本次课主要介绍金属切削机床的分类及型号内容，学完之后：第一，要了解金属切削机床的分类；第二，要了解金属切削机床型号的组成及含义；第三，学习过程中，要理论联系实际，并注意借助多媒体资料或到现场，帮助自己提高学习效率和拓展知识面，同时注重师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。2布置作业一边复习本章的相关知识，一边完成金属加工与实训习题集中相关习题，并相互相互交流探讨。金属切削机床的分类及应用教案二【教学组织】1提问10分钟2讲解70分钟3小结5分钟4布置作业5分钟【教学内容】二、钻床及其应用钻床的种类很多，常用的有：台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等。1钻床的

23、功能和运动钻床的主要功能是用钻头钻孔或攻螺纹。通过钻头的回转运动（主运动）及其轴向进给完成成形运动。a）台式钻床 b）立式钻床 c）摇臂钻床图5-9 钻床2钻床的组成（1）台式钻床台式钻床主要由主轴、主轴架、立柱、工作台和机座等组成。台式钻床主要用来钻削孔径在12mm以下的小型工件上的孔。（2）立式钻床立式钻床主要由主轴、主轴箱、进给箱、立柱、工作台和机座等组成。立式钻床适合于钻削孔径在50mm以下的中型工件的孔。（3）摇臂钻床摇臂钻床主要由主轴、主轴箱、摇臂、立柱、工作台和机座等组成。摇臂钻床适合于钻削大型或重型工件和多孔工件上的孔。3钻孔钻孔是指用钻头在工件上加工孔的方法。钻孔属于孔的粗加

24、工，加工精度在IT13IT10，表面粗糙度Ra值在12.5m以上。（1）钻头钻头通常由高速钢制造。其工作部分经热处理后淬硬至6065HRC，图5-10 麻花钻（2）钻头的装夹钻头装夹主要有两种方式：钻夹头装夹和钻套（或过渡套筒）装夹。（3）工件的装夹 a）用手虎钳夹持工件 b）用机床用平口钳装夹工件 c）用V形铁和压板装夹工件d）用压板装夹工件 e）用钻床夹具和压板装夹工件图5-13 钻孔时工件的装夹方法（4）调整钻床调整钻床一般根据所用钻头直径和工件材料的硬度来选择钻床的主轴转速。钻小孔时，主轴转速应高些；钻大孔时，主轴转速应低些。工件材料硬度高时，主轴转速应低些，这样既可以提高钻头的使用寿

25、命，又可以防止折断钻头。 （5）钻孔方法 钻一般精度的孔时，钻孔前可把孔中心处的样冲眼冲大些，用麻花钻横刃直接对准冲眼即可进行钻削。钻较高精度的孔时，要先以孔中心的样冲眼为中心划出一个参考圆或方框，然后再把中心冲眼冲大。钻削时先钻一小坑，如果所钻小坑与参考圆不同心，误差较大，可用窄錾在偏斜相反方向凿几条槽再钻，这样便可逐步将偏斜部分矫正过来。图5-14 钻偏时錾槽校正 钻深孔。一般将孔深与孔径之比超过3倍的孔，称为深孔。钻深孔时，要经常退出麻花钻，这样可以把切屑带出，同时也使切削液能起到冷却作用。 钻削切削液的选用。常用的切削液有乳化液、煤油、机油。 4扩孔对已有孔进行扩大孔径的加工方法称为扩

26、孔。扩孔属于孔的半精加工，其加工精度为IT10IT9，表面粗糙度Ra值为12.5m3.2m。扩孔可以作为精度要求不高的孔的最终加工，也可作为精加工前的预加工。a）扩孔钻 b）扩孔 图5-15 扩孔钻及扩孔 5铰孔铰孔是指用铰刀铰削工件的孔壁以提高工件尺寸精度和表面质量的方法。铰孔加工精度可达IT9IT7，表面粗糙度为Ra3.2m0.8m。a）手用铰刀 b）机用铰刀图5-16 铰刀 6钻孔工艺特点及应用钻头受孔径的限制，刚度较差，导致孔的形状和位置误差较大。加工过程中钻头冷却、润滑和排屑困难，而且加工表面容易被切屑划伤，因此，钻孔加工质量相对其他加工方法较低。钻孔、扩孔、铰孔联合使用，是加工中、

27、小孔的典型工艺。【教学重点与难点】1重点：钻床的组成、钻孔2难点：钻孔【教学方法与教学手段】1利用试样、挂图等教具。2利用多媒体资料进行短时演示。3在讲解过程中要尽量到现场，结合实物或图进行介绍。【小结与布置作业】1小结本次课主要介绍钻床及其应用，学完之后：第一，要了解基本概念；第二，要了解钻床组成及功能，了解钻孔方法；第三，学习过程中，要理论联系实际（尽量体现“做中学、做中教”），并注意借助多媒体资料，帮助自己提高学习效率和拓展知识面，同时注重师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。2布置作业一边复习本章的相关知识，一边完成金属加工与实训习题集中相关习题，并相互相互交流探

28、讨。金属切削机床的分类及应用教案三【教学组织】1提问10分钟2讲解70分钟3小结5分钟4布置作业5分钟【教学内容】三、车床及其应用车床主要有：卧式车床、立式车床、转塔车床、自动车床和半自动车床等，其中以卧式车床应用最广泛。1车床的功能和运动 车床的基本功能是加工各种回转体表面，如各类轴、圆盘、套筒等工件。车削时工件旋转为主运动，车刀纵向移动和横向移动为进给运动。2车床的组成卧式车床主要由左右床腿、床身、主轴箱、进给箱、挂轮架、小滑板、中滑板、床鞍、溜板箱、光杠、丝杠、刀架和尾座等部分构成。图5-18 C6140型卧式车床的外观示意图3车床的传动路线车床的传动路线是指从电动机到机床主轴或刀架之间

29、的运动路线。C6140型卧式车床有两条传动路线：一路是主运动，另一路是进给运动。图5-19 C6140型卧式车床传动路线图（1）主运动传动主运动由电动机（1450r/min）开始经过皮带传递到主轴箱内，通过改变操作手柄的位置，使主轴箱不同的齿轮进行啮合，可使主轴获得24种正转速度和12种反转速度。（2）进给运动进给运动是由主轴至刀架间的传动路线实现的。从主轴开始通过换向、挂轮、进给箱和滑板箱的传动机构使刀架分别实现纵向进给、横向进给及车螺纹运动。 4车床附件及工件安装 卧式车床常用的附件有卡盘、花盘、顶尖（死顶尖和活顶尖）、拨盘、鸡心夹头、中心架、跟刀架和心轴等。（1）卡盘卡盘分三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘。三爪自定心卡盘的夹紧力较小，装夹工件方便、迅速，不需找正，具有较高的自动定心精度，特别适合于装夹轴类、盘类、套类等对称性工件，但不适合装夹形状不规则的工件。四爪单动卡盘夹紧力大，其卡爪可以单独调整，特别适合于装夹形状不规则的工件。但装夹工件较慢，需要找正，而且找正的精度主要取决于操作人员的技术水平。（2）花盘花盘表面开设有通槽和T型槽，安装和装夹工件时，需用螺栓和压板来装夹工件。对于一些形状不规则的工件。（3）顶尖、拨盘和鸡心夹头。顶尖按结构可分为死顶尖和