机械加工基础教案

第一章绪论

第一节机械制造及其企业结构

一、机械制造业在国民经济中的地位与任务

机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称。机械制造技术是研究这些机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术。机械制造业是国民经济的基础和支柱，是向其它各部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。

机械制造业发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平重要标志之一。

我国机械工业的主要任务是为国民经济各个部门的发展提供所需的各类先进、高效、节能的新型机电装备；并努力提高质量，保证交货期，积极降低成本，将我国机械加工工业提高到新的水平。

二、机械制造企业的组成

1．机械加工工艺系统

机械加工工艺系统是制造企业中处于最底层的一个个加工单元，往往由机床、刀具、夹具和工件四要素组成。

机械加工工艺系统是各个生产车间生产过程中的一个主要组成部分，其整体目标是要求在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹机构、运动机构、控制装置以及能量供给等机构，按不同的工艺要求直接将毛坯或原材料加工成形，并保证质量、满足产量和低成本地完成机械加工任务。

现代加工工艺系统一般是由计算机控制的先进自动化加工系统，计算机已成为现代加工工艺系统中不可缺少的组成部分。

2．机械制造系统

机械制造系统是将毛坯、刀具、夹具、量具和其它辅助物料作为原材料输入，经过存储、运输、加工、检验等环节，最后输出机械加工的成品或半成品的系统。

机械制造系统既可以是一台单独的加工设备，如各种机床、焊接机、数控线切割机，也可以是包括多台加工设备、工具和辅助系统（如搬运设备、工业机器人、自动检测机等）组成的工段

或制造单元。一个传统的制造系统通常可以概括地分成三个组成部分：

（1）机床（2）工具（3）制造过程

机械加工工艺系统是机械制造系统的一部分。

3．生产系统

如果以整个机械制造企业为分析研究对象，要实现企业最有效地生产和经营，不仅要考虑原材料、毛坯制造、机械加工、试车、油漆、装配、包装、运输和保管等各种要素，而且还必须考虑技术情报、经营管理、劳动力调配、资源和能源的利用、环境保护、市场动态、经济政策、社会问题等要素，这就构成了一个企业的生产系统。生产系统是物质流、能量流和信息流的集合，可分为三个阶段，即决策控制阶段、研究开发阶段以及产品制造阶段。

第二节机械制造技术的发展概况

一、机械制造技术的特点

1．机械制造是一个系统工程

2．设计与工艺一体化

3．精密加工是机械制造的前沿和关键

精密加工和超精密加工技术是衡量现代制造技术水平的重要指标之一，代表了机械制造技术在精度方面的极限。

二、机械制造技术的发展概况

机械制造业是一个历史悠久的产业，它自18世纪初工业革命形成以来，经历了一个漫长的发展过程。

随着现代科学技术的进步，特别是微电子技术和计算机技术的发展，使机械制造这个传统工业焕发了新的活力，增加了新的内涵，使机械制造业无论在加工自动化方面，还是在生产组织、制造精度、制造工艺方法方面都发生了令人瞩目的变化。这就是现代制造技术。

近几年来，数控机床和自动换刀各种加工中心机床已成为当今机床的发展趋势。

在机床数控化过程中，机械部件的成本在机床系统中所占的比重不断下降，模块化、通用化和标准化的数控软件，使用户可以很方便地达到加工目的。同时，机床结构也发生了根本变化。

随着加工设备的不断完善，机械加工工艺也在不断地变革，从而导致机械制造精度不断提高。

近年来新材料不断出现，材料的品种猛增，其强度、硬度、耐热性等不断提高。新材料的迅猛发展对机械加工提出新的挑战。一方面迫使普通机械加工方法要改变刀具材料、改进所用设备；另一方面对于高强度材料、特硬、特脆和其它特殊性能材料的加工，要求应用更多的物理、化学、材料科学的现代知识来开发新的制造技术。

由此出现了很多特种加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工以及激光加工等。这些加工方法，突破了传统的金属切削方法，使机械制造工业出现了新的面貌。

第二章金属切削原理

第一节金属切削加工基本知识

一、切削运动与切削要素

（一）切削运动

在切削加工时，按工件与刀具相对运动所起的作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。

1．主运动

刀具与工件之间最主要的相对运动，它消耗功率最多，速度最高。主运动只有且必须有一个。

主运动可以是旋转运动（如车削、镗削中主轴的运动），也可以是直线运动（如刨削、拉削中的刀具运动）。

2．进给运动

刀具与工件之间产生的附加相对运动，配合主运动，不断将多余的金属投入切削以保持切削连续进行或反复进行的运动。一般而言，进给运动速度较低，消耗功率较少。

进给运动可由刀具完成（如车削、钻削），也可由工件完成（如铣削）；进给运

动不限于一个（如滚齿），个别情况也可以没有进给运动（如拉削）。

３．工件上的表面

切削时工件上形成三个不断变化着的表面：

（１）已加工表面

（２）待加工表面

（３）过渡表面

（二）切削用量

切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。它是用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工序成本等所必需的参数。

1．切削速度

2．进给量

3．背吃刀量（切削深度）

二、刀具切削部分基本定义

金属切削刀具的种类很多，结构、性能各不相同，但就其单个刀齿而言，可以看成是由外圆车刀的切削部分演变而来的，下面以外圆车刀为例，介绍刀具切削部分的基本定义。

（一）刀具切削部分的组成

刀具切削部分由刀面、切削刃构成。

1．前面（前刀面）Aγ刀具上切屑流过的表面。

2．后面（后刀面）Aα与工件上过渡表面相对的表面。

3．副后面（副后刀面）Aα′与已加工表面相对的表面。

4．主切削刃S前刀面与后刀面的交线。它承担主要切削任务。

5．副切削刃S切削刃上除主切削刃以外刀刃，它承担部分切削任务。

6．刀尖主、副切削刃汇交的一小段切削刃。

（二）刀具的标注角度参考系

标注角度参考系或静止参考系：在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系称为。

在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。

建立刀具标注角度参考系时不考虑进给运动的影响，且假定车刀刀尖与工件中心等高，车刀刀杆中心线垂直于工件轴线。

刀具标注角度参考系由下列参考平面所构成：

1．基面p r过切削刃选定点垂直于该点切削速度方向的平面，车刀的基面可理解为平行刀具底面的平面。

2．切削平面p s过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。

3．正交平面p o与正交平面参考系过切削刃选定点同时垂直于切削平面与基面的平面称为正交平面。

p r、p s、p o组成一个正交的正交平面参考系。

4．法平面

5．假定工作平面p f、背平面p p