切削机床设计的基本理论
04第四章：金属切削机床
例:CA6140; X6132; X5132 Y3150E; M7120; Z5140
2．专用机床的型号编制
专用机床型号表示方法
专用机床的型号一 般由设计单位代号和设计顺序号组成，其 表示方法为: (△)－△ 例如，北京第一机床厂设计制造的第100种 专用机床为专用铣床，其型号为B1－100。
联系动力源与执行机构之间的传动链。它使执行件获得动力以及一定的速 度和运动方向，其传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工 表面的形状和精度,如下图4-4所示的主运动传动链。
(2)内联系传动链
联系一个执行机构和另一个执行机构之间运 动的传动链。它决定着加工表面的形状和精度， 对执行机构之间的相对运动有严格要求。因此， 内联系传动链的传动比必须准确，不应有摩擦传 动或瞬时传动比变化的传动副（如皮带传动和链 传动）,如下图4-4所示的进给运动传动链。
③组、系代号 为了区分机床的结构、布局和所能加工的 零件特征，每类机床可分为“0～9”十个组别。 为了更细的区分机床的结构特征，机床在组下 面又可细分为“0～9”十个系别。同一组、系 的机床，其主要结构及布局形式基本相同。机 床组、系代号用阿拉伯数字表示。机床的类、 组代号的含义见教材P5表2，组、系代号见表 2.3。
图2.8 车削成需要成形运动。 导线（母线1绕轴线O-O旋转的运动轨迹），由轨迹 法形成，需要1个成形运动B1。 形成成形回转表面的成形运动总数是形成母线和导 线所需成形运动的和，即1个成形运动（B1）。
例2 如图2.9所示，用螺 纹60°成形车刀车削三角 螺纹，试分析其母线、导 线的成形方法及所需要的 成形运动，并说明形成该 表面共需要几个成形运动。
图4-4 CA6140车床的传动系统图
切削理论
切削功率
• 切削功率消耗在切削过程中的功率称为切削功率 Pm • 切削功率为切削力Fc和进给力Ff所消耗功率之和， 因背向力Fp没有位移，所以不消耗功率。于是切 削功率为 • Pm =10-3( Fc*vc + Ff*vf/1000) • Fc----切削力(N) • Vc----切削速度(m/s) • Ff----进给力(N) • Vf----进给速度(mm/s)
切屑形态
• 硬脆非金属材料主要有工程陶瓷、玻璃及石材等被切削陶瓷在刀刃挤 压作用下，在刀刃附近产生裂纹，裂纹先向前下方扩展，深度超过切 削深度，而后一边前进一边向上方扩展，最后穿过工件上部的自由表 面，此时形成较大的薄片状切屑，并在切削表面上留下凹痕，这种情 况称之为大规模挤裂。如果从这种状态下继续切削，实际切除的只是 崩碎后的残留部分，这时发生小规模挤裂，生成切削表面上较平滑的 部分。 • 小规模挤裂是在切削深度较小时发生的，工件材料以粒状或粉末状的 切屑被切除。此时发生破碎和不发生破碎的交界线，与刀具前刀面前 方材料的最大切应力面的位置相一致，因此，可以认为此时的破碎是 由于切应力引起的。大规模挤裂是在切削深度大的情况下发生的，崩 碎切屑的脱落是由于所受应力超过材料的抗拉强度。因此，硬脆材料 的切除过程是以断裂破坏为主的过程，这与一般金属材料的切除过程 有很大不同。 • 崩碎切屑形成过程中力的波动很大，因此，加工硬脆材料时，宜选用 韧性好的刀具材料，采用负前角刀具，并以小的切削深度进行。
切削力影响因素
• 刃倾角： • 在很大的范围（从-40°——40°)内变化时，对,Fc没有 什么影响，但λs减小时，Fp增大，Ff减小 • 刀尖半径： • 刀尖半径对Fc的影响不大。刀尖半径增大时，Fp将增大。 • 刀具材料 • 刀具与被加工材料间的摩擦因数，直接影响着切削力的大 小。在同样切削条件下，高速钢刀具的切削力最大，硬质 合金次之，陶瓷刀具最小刀具后刀面磨损后，接触摩擦增 大，因而切削力增大；刀具前刀面上因磨损而形成月牙洼 时，由于增大了前角，因此切削力减小 • 切削液和刀具状况
先进制造工艺--高速切削技术
第三讲1.高速切削技术高速切削的产生背景和发展史高速切削（HSM或HSC）通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣，它是20世纪90年代迅速走向实际应用的先进加工技术，在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。
高速铣削技术既可用于铝合金、铜等易切削金属，也可用于淬火钢、钛合金、高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料。
例如，在铝合金等飞机零件加工中，曲面多且结构复杂，材料去除量达高达90％～95％，采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度；在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。
高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果：“当以适当高的切削速度（约为常规速度的5～10倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产率”。
60多年来，人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术，但直到20世纪90年代该技术才逐渐在工业实际中推广应用。
高速切削最早在飞机制造业和模具制造l受到很大的重视。
为使飞机的零部件满足很高的可靠性要求，大部分重要零件都是在整块铝合金坯件卜铣削而成，既可减少焊缝，又可提高零件的强度和抗振性。
但常规铣削效率很低，从而导致了高的生产成本和长的交货时间。
高速切削是克服这方面问题的最好解决方案。
汽车工业中，模具制造是产品更新换代的关键。
新车型定型后，模具制造周期的长短直接影响到产品的上市时间，也关系到市场竞争的成败。
所以在80年代美国、欧洲和日本的政府都出巨资推动高速切削在模具制造中的应用研究，90年代初高速切削已进入工业化应用。
图16 高速切削在生产应用中的发展历程图17 采用高速切削后产品质量提高的历程a一硬质合金切钢 b一硬质合金切铸铁c—CBN切铸铁图16是德国宝马公司（BMW）采用高速切削的历程。
《机械制造装备设计》课程标准
《机械制造装备设计》课程标准一、课程概述机械制造装备设计是机械工程的一门分支学科。
是一门研究各种机械制造装备的结构、工作原理和设计方法的科学。
《机械制造装备设计》是机械类专业的主干专业课程，与《机电一体化设计》、《模具设计》等学科处于同一层次。
它与《机床电器控制》、《机械CAD/CAM》、《现代制造技术》等构成机械制造及自动化方向的专业选修课程体系。
该课程是将原机制专业的四门专业课程（即机床设计、夹具设计、工业自动化、工业机器人）融合形成机械制造装备设计新学科内容，是按照重基础、少学时、低重心、新知识、宽面向的原则整合而成的，是实施素质教育的机制专业课程体系改革的主要内容之一。
这门学科的重点是为机械制造及其自动化专业的学生，了解典型机械制造装备的工作原理、性能、传动与结构，掌握机械制造装备设计的基本理论、基本知识和基本方法，完成复杂机械制造装备的设计能力的培养服务的。
先修课程有《工程力学》、《机械设计》、《机械工程材料》、《机械制造技术基础》、《机械设计课程设计》、《金工实习》等。
二、课程目标1.了解常用机械制造装备的典型结构、运动与传动等。
2.掌握分析和调整机械制造装备运动、传动的方法。
3.掌握机械制造装备运动、传动设计的方法。
4.掌握机械制造装备整机和主要部件的设计方法。
5.了解机械制造装备性能的实验研究方法。
6.掌握机械制造装备运动学理论，掌握机械制造装备传动系统设计、主要零部件的载荷及力学分析、传动件计算条件确定的有关理论，了解精度、强度、刚度、动态特性、热特性、噪声理论在机械制造装备设计中的应用。
7.具有分析、比较和选择机械制造装备主要参数的能力、机械制造装备整体方案设计的能力、机械制造装备主要部件设计的能力。
三、课程内容和要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。
这四个层次的一般涵义表述如下：知道——是指对这门学科、机械制造装备的结构和工作原理的认知。
理解——是指对这门学科所涉及的基本概念、原理、方法的领会，能作自主的解释、说明，并把握一般机械装备的结构与性能之间的相互关系。
机械装备简答题
1. 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。
其柔性表现在哪里？柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。
数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。
在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。
组合机床其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工。
2.对机械制造装备如何进行分类？加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。
工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。
仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。
辅助装备：清洗机和排屑装置等设备。
3.机械制造装备设计有哪些类型？他们的本质区别是什么？类型：创新设计、变型设计和模块设计它们之间的本质区别是：采用创新设计方法不断推出崭新的产品，是企业市场竞争中取胜的必要条件；变形设计和模块化设计是在基型和模块系统的基础上进行的，而基型和模块系统也是采用创新设计方法完成的。
4.创新设计的步骤是什么？为什么应重视需求分析和可行性论证？创新设计可划分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计四个阶段。
原因：1、产品设计是为了满足市场的需求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。
而需求分析的任务是使这些需求具体化和恰到好处，明确设计任务的要求。
需求分析本身就是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且自始至终指导设计工作的进行。
所以设计人员必须重视需要分析。
2、可行性分析是进行新产品立项必不可少的一向依据，其包括技术分析，经济分析和社会分析三个方面。
只有经过技术、经济、社会等方面的分析，和对开发可能性的研究，才能对产品开发中的重大问题进行充分的技术经论证，判断是否可行。
5. 哪些产品宜采用系列化设计方法？为什么？有哪些优缺点?系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型产品为基型，运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其他各种尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。
机械制造装备设计第5版PPT第2章
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2.4.3 分级变速主传动系
第
结构式表达方法：
二
传动副数
章
Z 18 31 33 29
第 四
一般表达式：
级比指数
节
Z (Pa )Xa * (Pb )Xb * (Pc )Xc *...* (Pi ) Xi
三个主要参数：
Z —主轴转速级数
Pj —各变速组传动副数 Xj —各变速组级比系数
第
分级变速主传动转速图设计的基本原则
二 章
⑴变速组的传动副数目应“前多后少”；
第
靠近电动机转速高、转矩小、尺寸小。更多传动件在
四 节
高速范围内工作，有利于减少外形尺寸
⑵变速组的传动线应“前密后疏”（传动顺序与扩大顺序相 一致）
⑶变速组的降速应“前慢后快”；中间轴转速不宜超过电动 机转速（前面慢些，后面的降速快些），以减少传动件尺 寸；中间轴转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声。
右图是用结构网画出，是对称结构形式
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2.4.3 分级变速主传动系
第
二
章
（二）各变速组的变速范围及极限传动比 变速组中最大与最小传动比的比值，称为 该变速组的变速范围。即： Ri (umax)i /(umin )i （i=0，1，2，…，j)
第 四 节
在设计机床主传动系时， 一般限制降速最小传动比 u主min 1/ 4 直齿圆柱齿轮的 最大升速比 u主max 2 斜齿圆柱齿轮可取 u主max 2.5
第
及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传
四
动副的传动比等。
节
设一中型卧室车床，其变速传动系 图2-13
《机械制造装备设计》重要知识点
机械制造装备设计第一章、机械制造及装备设计方法第一节、概述机械制造装备的发展趋势1、向高效、高速、高精度方向发展2、多功能复合化、柔性自动化3、绿色制造与可持续发展4、智能制造技术与智能化装备第二节机械制造装备应具备的主要功能机械制造装备应具备的主要功能需满足以下几方面要求1、一般的功能要求2、柔性化3、精密化4、自动化5、机电一体化6、节材7、符合工业工程要求8、符合绿色工程要求一般的功能要求包括（1）加工精度方面的要求（2）强度、刚度和抗振性方面的要求3）加工稳定性方面的要求4）耐用性方面的要求5）技术经济方面的要求第三节机械制造装备的分类机械制造装备的分类1、加工装备（机床或工作母机）2、工艺装备3、储运装备4、辅助装备加工装备包括：金属加工机床、特种加工机床、锻压机床、冲压机床、注塑机、焊接设备、铸造设备等。
金属切削机床可按如下特征进行分类：1、按机床的加工原理分为：车床、钻床、镗床、纹加工机床、铣床、刨（插）床、拉床、机床设计应满足的基本要求（1）工艺范围（2）柔性（5）精度（6）噪声（7）成产率和自动化（10）可靠性机床设计步骤1、确定结构原理方案4、工艺设计3）与物流系统的可亲性8）成本（11）造型与色彩2、总体设计5、机床整机综合评价4）刚度9）生产周期3、结构设计6、定型设计切断机床和其它机床等。
2、按机床的使用范围分为：通用机床：通用的金属切削机床可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面专用机床：用于特定工件的特定表面、特定尺寸和特定工序加工的机床专门化机床：用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工3、机床按其通用特征可分为高精度精密、自动、半自动、数控、仿形、自动换刀、轻型、万能和简式机床等第四节机械制造装备设计的类型机械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类第五节机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的典型步骤（一）产品规划阶段（二）方案设计阶段（三）技术设计阶段（四）施工设计阶段第二章金属切削机床设计第一节概述第二节金属切削机床设计的基本理论机床的运动学原理金属切削机床工作原理是通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。
8、金属切削加工基本理论
合成方法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方 氮化硼转变成立方氮化硼。 • 立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达 8000~9000HV，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材
料，其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石，可耐１
３００～１５００°Ｃ的高温，在1200~1300°也不易 与铁系材料发生化学反应，其导热率也大大高于高速
• 2、常用刀具材料
刀具材料类型： 工具钢（高速钢） 硬质合金 陶瓷 超硬材料 最常用
工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与 刃磨性能好，故广泛用于中、低切削的成形刀具，不 宜高速切削。
• 3)高速钢 • 高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V) 等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的 碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳 形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨 性。 • 高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的2~3倍 ，为陶瓷的5~6倍）、硬度（62~70HRC）、耐 热性（600~700°C）、韧性、耐磨性和工艺性 均较好，刃磨锋利，故又称“锋钢”，适合于 大部分常用材料的切削加工。
6）超硬刀具材料
• 超硬刀具材料有金刚石和立方氮化硼。金刚石可分天然和人造两 种，其代号分别用JT和JR表示，都是碳的同素异形体。
• 天然金刚石大多属于单晶金刚石，单晶天然金刚石具 有各向异性（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很 大，可在100~500倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨 方向），选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半 径磨到最小，刀具极为锋利，可用于有色金属及非金 属的超精密加工。 • 天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。
第8章 金属切削加工概论
【主要内容】 1．切削加工的基本慨念 (1)切削运动 (2)工件上的加工表面 (3)切削用量及切削层参数 2．切削刀具 (1)刀具材料 (2)刀具的几何形状及角度 (3)刀具的耐用度 3．切削过程中的物理现象 (1)切屑 (2)积屑瘤 (3)切削力 (4)切削热
机械制造装备设计(第2章 金属切削机床设计5-6 主轴&支承)
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （2）后端配置 两个方向的推力轴承都布置在后支承处。 这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，
温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。 这种配置用于轴向精度要求不高的普通精度
机床，如立铣、多刀车床等。
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置 两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承
2.5.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴 向位置，可以改善主轴的受力情况 ，减少主轴变形，提高主轴的抗振 性。
主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时 ，其中最大传动件应靠近前支承。
2.5.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主 轴旋转精度和主轴刚度。
2.5.3 主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目 也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
角接触 球轴承 背对背
安装
2.配置型式
（1）前端配置 两个方向的推力轴承都布置在前支承处。 这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大， 温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度 ，精度高，对提高主轴部件刚度有利。 这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精 度机床或数控机床。
离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组
件的制造和装配质量等。 刚度不足，影响机床的加工精 度、传动质量及工作的平稳性。
2.5.1 主轴部件应满足的基本要求
（3）抗振性：指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 主轴振动有两种类型：
金属切削机床设计ppt-PPT精选
2)机床的阻尼特性。提高阻尼是减少振动的有效方法。 3)机床系统固有频率。若激振频率远离固有频率，将不 出现共振。在设计阶段通过分析计算预测所设计机床的各阶 固有频率是很必要的。
五、低速运动平稳性
当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往 出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或者时快 时慢的现象。这种在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬 行。
机床运动部件产生爬行， 会影响机床的定位精度、工件 的加工精度和表面粗糙度。在 精密、自动化及大型机床上， 爬行的危害更大，是评价机床 质量的一个重要指标。
第二节 金属切削机床总体设计
一、机床系列型谱的制定 二、机床的运动功能设计 三、机床总体结构方案设计 四、机床主要参数的设计
一、 机床系列型谱的制定
最大相对转速损失Amax =
（n- lim
n n j1
n
j）/
n
=（nj+1-nj）/
nj+1 = 1 -（nj / nj+1 ）= 1- 1/φ
级比 φ = nj +1 / nj
（二） 运动参数
机床转速按等比数列排列，其公比为φ ，各级转速为：
–n1 = nmim； –n2 = n1φ ； –n3 = n2φ = n1φ 2 –┋ –nZ = nz-1φ = nz-2φ 2= n1φ Z-1=nmax 变速范围：Rn = nmax /nmim = n1φ Z-1/ n1=φ Z-1
发生线的形成图示
1 .
n
n1 ..
1f
n
a)
b)
n2
n2 f1 c)
f n1
机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第二章金属切削机床设计
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需 要的运动功能配置。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
金属切削机床 原理
金属切削机床原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：金属切削机床是一种用于加工金属材料的机械设备，它主要通过切削原理来加工工件，包括车削、铣削、钻削、镗削等多种加工方式。
在金属加工领域中，金属切削机床是起着至关重要的作用，它能够高效、精确地加工各种不同形状和尺寸的金属工件，广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造等行业。
金属切削机床的工作原理主要包括以下几个方面：1. 切削原理：金属切削是指利用刀具对金属材料进行加工，通过不断切削，将工件表面金属层逐渐去除，从而形成所需的形状和尺寸。
在金属切削过程中，刀具与工件之间产生相对运动，刀具沿着工件表面移动，将金属层切削下来，形成所需的加工表面。
2. 机床结构：金属切削机床通常由机床主体、传动系统、控制系统、润滑系统和冷却系统等部分组成。
机床主体包括床身、立柱、横梁、工作台和主轴等部分，通过传动系统控制刀具在三维空间内的移动，实现加工操作。
控制系统则负责对机床进行控制和监控，确保加工的精度和质量。
润滑系统和冷却系统则起着保护机床零部件和刀具的作用。
3. 切削参数：金属切削的质量和效率与切削参数密切相关。
切削参数包括切削速度、进给量、切削深度和切削角度等。
切削速度是指刀具在单位时间内相对于工件表面的线速度；进给量是刀具在切削方向的移动距离；切削深度是刀具切入工件的深度；切削角度是刀具相对于工件表面的角度。
通过合理调整这些参数，可以实现不同加工需求的加工效果。
4. 切削工艺：金属切削工艺是一项复杂的加工过程，需要运用切削原理来实现。
在实际加工中，需要选择合适的切削工艺，根据工件材料、形状和尺寸来确定刀具的选择、切削速度、进给量和切削深度等参数，以获得高质量的加工效果。
还需要考虑切削过程中产生的热量和切屑的处理，保证加工过程的稳定性和安全性。
金属切削机床是一种重要的加工设备，它通过切削原理来实现对金属材料的加工。
了解金属切削机床的工作原理，可以帮助我们更好地理解其加工过程和性能特点，进而提高加工效率和加工质量。
机械加工工艺基础 第一章 切削加工工艺理论基础
4 、陶瓷刀具材料 陶瓷材料比硬质合金具有 更高的硬度（HRA91～95） 和耐热性，在1200℃的温 度下仍能切削，耐磨性和 化学惰性好，摩擦系数小， 抗粘结和扩散磨损能力强， 因而能以更高的速度切削， 并可切削难加工的高硬度材料。 *主要缺点是性脆、抗冲击 韧性差，抗弯强度低。
29
19
⑤主偏角Kr —主切 削刃与进给方向 在基面上投影的 夹角 ⑥副偏角K´r —副切 削刃和进给方向在 基面上投影的夹角 ⑦楔角—在正交平 面中测量的前刀面 与主后刀面的夹角 ⑧刃倾角λs— 在切 削平面中测量的主 切削刃与基面间的夹角
20
角度大小的影响
21
* 主偏角对切削力分配的影响
22
3
三、切削加工的分类 1、机工：在机床上利用机械对工件进行加 工的切削加工方法 2、钳工：在钳台上以手持工具为主，对工 件进行加工的切削加工方法 四、切削加工的特点 1、加工的零件几何精度范围广，可适应不 同的需求 2、加工零件的材料、形状、尺寸和重量的 适应范围大 3、生产率高 4、要求刀具材料硬度高于工件 5、工艺过程较为严密
15
二、刀具的几何参数
为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀具放在一个确定的参考系 中，用一组确定的几何参数确切表达刀具和切削刃在空间的位置，这就是刀 具的几何参数（即刀具的角度）。
刀具的参考系：
16
三、车刀的标注角度 1、设立正交平面参考系 ① 基面Pr — 通过主切削 刃选定点,垂直于该 点切削速度的平面 ② 主切削平面Ps —通过 主切削刃选定点,切 于工件过渡表面且与 基面垂直的平面 ③ 正交平面P0 —通过主切削刃上选定点,并垂直 于基面和切削平面的平面
周铣
机械制造装备设计
机械制造装备设计一、机械装备的类型机械制造装备设计可以分为创新设计、变型设计和模块化设计适应设计和变参数设计统称为“变型设计”。
二、机械装备的设计方法1、系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型型产品为基型，以它为基础，运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其他各种尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。
2、系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化”原则，简称“三化”原则。
有时将“结构的典型化”作为第四条原则，即所谓“四化”原则。
3、系列化的优缺点：优点：①可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。
减少产品品种意味着提高每个品种的生产批量，有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。
②系列中不同规格的产品是经过严格性能试验和长期生产考验的基型产品演变和派生而成的，可以大大减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。
③产品有较高的结构相似性和零部件通用性，因而可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。
④零备件的种类少，系列中的中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。
⑤为开展变型设计提供技术基础。
缺点：为以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，用户只能在系列型谱内有限的一些品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能性不一定最符合用户的需求，另一方面有些功能还可能冗余。
1.模块化设计：为了开发多种不同功能结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。
2.模块化设计的优点：①在缩短产品开发周期、提高产品质量、降低成本和加强市场竞争能力方面的综合效果十分明显。
②根据科学技术的发展，便于用新技术设计性能更好的模块，取代原有旧的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加快产品的更新换代。
机械制造装备设计课后习题答案完整
第五章课后习题答案1机床夹具的作用是什么？有哪些要求？作用：1、保证加工精度2、提高生产率3、扩大机床的使用范围4、减轻工人的劳动程度，保证生产安全5、降低成本要求：1、保证加工精度2、夹具的总体方案应与生产纲领相适应3、安全、方便、减轻劳动强度4、排屑顺畅5、夹具应有良好的刚度、强度、结构工艺性1.机床夹具的组成部分有哪些？1、定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置2、夹紧元件及夹紧装置用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置3、导向及对刀元件用于确定工件与刀具的相互位置的元件4、动力装置5、夹具体用于将各元件、装置连接在一块，并通过它将整个夹具安装在机床上6、其它元件及装置3.何为六点定位原理？何谓定位的正常情况和非正常情况？它们各包括哪些方面？六点定位原理：采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度使工件实现完全定位。
正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，称定位的正常情况。
正常情况分为：a完全定位六个自由度全部被限制b不完全定位少于六个自由度被限制非正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，或某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制，称为非正常情况非正常情况分为：a.欠定位需要限制的自由度没有完全被限制b.过定位某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制4、确定夹具的定位方案时，要考虑哪些方面的要求？在多个表面参与定位时：限制自由度最多的定位面——第一定位基准面或主基准面限制自由度较多的定位面——第二定位基准面或导向基准限制一个自由度的定位面——第三定位基准面或定程基准5、何谓定位误差？定位误差是由哪些因素引起的？定位误差：指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，它是加工误差的一部分产生定位误差的原因：1、基准不重合带来的定位误差2、间隙引起的定位误差3、与夹具有关的因素产生的定位误差6、夹紧和定位的区别？对夹紧装置的基本要求有哪些？定位是确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。
机械制造装备设计总复习
第 二 章 金 属 切 削 机 床 设 计
7）从180向1500反推
注意降速比别超4，升速比别 超2。 取180对应720，速比4，这时 升速1332/720=1.85小于2。 带轮速降1500/720=2.08
8）验算高速区: 4500/2.08*1.85=4000 所以1500-4500对应180-4000没 有问题。 9）完善转速图 主轴40rpm对应电机333rpm 10）绘出功率特性图，并指明重叠区: 第二方案略
主轴滑动轴承 滑动轴承的特点 滑动轴承的类型 动压轴承：原理、型式、特点* 静压轴承：原理、优缺点** 气体静压轴承： 主轴磁浮轴承 主轴知识综合运用：挑错
3.2 支承件设计 支承件指哪些件？** 支承件应满足的基本要求：4条** 支承件的结构设计 支承件承受的载荷类型 支承件截面形状与选择：方与圆、空/实心、开口、 抗弯、抗扭** 按抗弯排队？按抗扭排队？
样题：400mm卧式车床，刀具最大切削速度200m/min，最小切削速度 1.5m/min，卧式车床K1=0.5，K2=0.25。
求最大最小主轴转速及变速范围。 φ、Z？
主轴转速采用等比数列排列的原因：减少速度损失，经 典公比数1.06、1.12、1.26、1.41、1.58* Rn、φ及级数Z的关系***：
例：设计一个12级转速的车床主传动系统，公比φ=1.41，主轴最
高转速1440rpm，电机转速1440rpm，电动机与主轴箱之间带传动， 设计其转速图。
解：
根据Z、公比、最大转速求出最小转速为31.5 公比1.41，主轴速降1/4≤ u，则轴间最多只能跳4格，所以最少分三次降速，考虑 皮带传动则一共为5轴 基本组在前原则写出结构式12=31×23×26 考虑到前缓后快，最后一级速降四格，跳6格，所以升速为2也满足要求 考虑到前缓后快，第二级速降3格，第一级速降2格，最后2格给皮带传动 转速图如图所示。
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第一节 金属切削机床的分类及型号编制 例1-3 Z3040×12型摇臂钻床
机床类别代号（钻床类） 组别代号（摇臂钻床组） 系别代号（摇臂钻床系） 主参数（最大钻孔直径40mm）
第二主参数代号 （最大跨距1200mm，切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
纹加工机床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其它机床等 12类。
在每一类机床中，按工艺范围、布局形式和结构等，分为若干 组，每一组又细分为若干系列。
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
2. 根据应用范围分类 （1）普通机床 用于多种零件的不同工序，加工范围较广， 通用性较大，但结构比较复杂。主要适用于单件小批生产。
切削机床设计的基本理论
补充一章 机床设计的基本理论
第一节 切削机床的分类和型号编制 第二节 工件的加工表面及其成形方法 第三节 机床的运动 第四节 机床的传动联系和传动原理图
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
一、机床的分类
机床的传统分类主要按加工性质和所用的刀具进行分类。 1. 根据机床型号分类 分为：车床、钻床、铣床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
4. 数控机床的分类 （1）卧式数控车床 集中了转塔、仿形和自动车床的功能。 （2）车削中心 集中了车、钻、铣、镗等类机床的功能。 （3）钻铣加工中心 具备自动换刀，集中钻、铣、镗等功能。
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
CA6140卧式车床型号中的“A”。
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
（3）机床的主参数、第二主参数 ① 机床主参数 代表机床规格大小，用折算值表示。如
C6140 ② 第二主参数 指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台
面（长4度）等机等床，的也重用大折改算进值顺表序示号。 表示机床在性能及结构布局上的重大改进顺序。通常在原型号
二、机床型号的编制方法
1. 普通机床的型号
分类代号
(△) □ (□) △ △ △△
类别代号
通用特性和结构特性代号
组别代号
系别代号
主参数或设计顺序号
重大改进顺序号
同一型号机床的变型代号(用“／”分开)
第二参数(用“×”分开)
(□) (／△) (×△)
注：1）“□”为大写的汉语拼音字母； 2）“△”为阿拉伯数字； 3）“（）”为无内容时不表示切，削机有床内设计容的时基本去理掉论括号。
2. 专用机床型号
设计单位代号 组代号
设计顺序号
例如：
B1－3 100
北京第一机床厂
第三组
第100种专用机 床（专用铣床）
切削机床设计的基本理论
第二节 工件的加工表面及其形成方法
机床运动分析的目的 掌握机床的运动规律，合理地使用机床和 正确地设计机床的传动系统。
机床设计的关键 —— 重点研究和分析机床切削加工所需的运 动、动力及其相互联系。
② 分类代号 用阿拉伯数字表示，加在类别代号之前。如： 磨床分类有M、2M、3M三个分类。
③ 组别、系别代号 用数字表示。每类机床按结构性能、使用 范围划分为10 组。每组又切划削机分床设为计若的基干本理系论列。
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
（2）机床的特性代号 表示机床的通用特性和结构特性，用字母表示。
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
（2）专门化机床 专门用于加工某一类或几类零件的某一道 （或几道）特定工序，工艺范围较窄。如曲轴车床、凸轮轴车床。
切削铲机床齿设计车的床基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
（3）专用机床 工艺范围最窄，只用于加工某一类零件的某 一道特定工序，适用于大批量生产。如：机床主轴箱专用镗床、 导轨专用磨床、钻缸体端面孔组合机床等。
立卧切式削机组床设合计钻的基床本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
3. 按精度、自动化、重量和工作部件数目分类 （1）按工作精度分有 普通机床 、精密机床和高精度机床。 （2）按自动化程度分有 手动、机动、半自动和全自动机床。 （3）按重量和尺寸分有 仪表、中型、大型和重型机床。 （4）按机床主要工作部件分有 单轴、多轴、单刀和多刀机床。
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
例1-2 MG1432A高精度万能外圆磨床
M G 1 4 32 A 类别代号（磨床类） 通用特性代号（高精度） 组别代号（外圆磨床组） 系别代号（万能外圆磨床系） 主参数（最大磨削直径320mm） 重大改进顺序号 (第一次重大改进）
切削机床设计的基本理论
的尾部，添加A、B、C、……字母顺序表示新型机床。
（5）同一型号机床的变型代号 表示某些机床在基本型号的基础上，改变机床的部分性能结构。 通常在机床的基本型号之后加1、2、3、…变型代号。
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制 例1-1 CA6140 卧式车床
C A 6 1 40 类别代号（车床类） 结构特性代号（结构不同） 组别代号（落地及卧式车床组） 系别代号（卧式车床系） 主参数（最大车削直径400mm）
机床运动分析的思路及方法： “表面—运动—传动—机构—调整”
不同的机床因其加工功能不同，实 现加工功能所需的运动和动力也不同。
如：铣削，钻孔……
切削机床设计的基本理论
通用特性 高精度 精密 自动 半自动
数字程序控制
代号 G M Z B K
通用特性 自动换刀
仿形 万能 轻型 简式
代号 H F W Q J
① 通用特性代号 设在类别代号之后。如“CK”表示数控车床；
“MBG”表示半自动高精度磨床。
② 结构特性代号 主要区分主参数相同而结构不同的机床。如
切削机床设计的基本理论
第一节 金属切削机床的分类及型号编制
（1）机床类、组、系的划分及其代号
类车钻镗 别床床床
磨床
齿轮加 螺纹加 铣 刨 拉 电加工 切断 其它 工机床 工机床 床 床 床 机床 机床 机床
代 号
C
Z
T
M
2M 3M
Y
S XBL D
GQ
读 音
车
钻
镗
磨
2 磨
3 磨
牙
丝 铣刨拉 电
割其
① 类别代号 用汉语拼音大写字母表示。如：C表示车床。