机械制造技术第一章

v f nf (mm/min)
n－主运动的转速； f－刀具进给量。
多齿刀具有每齿进给量。
对于多齿的旋转刀具(如铣刀、 切齿刀)，常用每齿进给量fz，单位为 mm／z或mm／齿。
其与进给量f 的关系为： f =z fz
(3)背吃刀量ap
工件待加工表面与加工
表面之间的垂直距离。
dw dm ap 2
CIMS
Computer Integrated Manufacturing System
计算机集成制造系统：以制造技术、计算机 技术、柔性制造技术、自动化技术和现代管理 科学为基础，将制造业、工厂经营活动所需的 各种自动化系统，通过新的生产管理模式、工 艺理论和计算机网络有机地集成，使任何复杂 的产品从设计到加工以及管理的工作量减少到 最低限量。
dw―待加工表面直径 dm―已加工表面直径
mm
在通过切削刃基点并垂直于工作平面方 向上测量的吃刀量一般称为切削深度。
(4)切削时间tm
lA tm min v f ap
切削时间是反映切削效 率高低的一种指标。
车外圆时切削时间tm可由下式计算:
l—刀具行程长度 A—半径方向加工余量
提高切削用量: 背吃刀量ap 进给量 f
Ⅱ
Ⅰ
ABCD称为切削层横截面积
1、切削用量要素
切削速度
进给量
背吃刀量
(1) 切削速度
指主运动的线速度， 以车削为例：
vC
d n
1000
m/min
n—工件或刀具的转速，[n]为r／min d—工件或刀具观察点的旋转直径，[d]为mm
(2) 进给量f
进给量：主运动每转一转或每一 行程时(或单位时间内)，刀具与工件 之间沿进给运动方向的相对位移。
标注坐标系-静态参考系-刀具角度 是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测 量角度时的基准，基于它定义的角度称
为刀具角度。
工作坐标系-动态参考系-工作角度 是确定刀具切削运动中角度的基准 ，
基于它定义的角度称为工作角度。
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刀具标注系坐标平面是以刀具
结构为基础，考虑刀具的安装定 位及假定的切削运动方向建立起 来的坐标平面。
1797
1873
发明第一台滑动刀架车床
第一台凸轮控制的自动车床
1910-1920 福特汽车公司，泰勒按节拍生 产的理论，首先建立了流水线生产方式，创 造了平均每分钟生产一辆T型车的记录 1952 美 国 首 先 研 制 成 功 数 控 (Numerical Control NC)机床及自动编程，CAM的开端 1953 同一台机床上通过自动换刀实现铣、 钻、镗、锪，铰、磨及攻丝等多种工艺的数 控加工中心 (Machining Center)MIT美国麻省理工学院
进给运动—刀具径向移动
插齿：主运动—插齿刀上下运动
进给运动—工件分度运动等
3、合成切削运动
主 运 动 和进给运动 合成的运动 称为合成切 削运动。
(二) 切削工件表面
车削加工是最常见、典型的切削加工方法, 以它为例，车削加工过程中工件上有三个不 断变化着的表面:
待加工表面
已加工表面 过渡表面
专 业 课
机械制造技术
Mechanical Manufacturing Techniques
制造技术是使原材料变
成产品的技术总称。
机械制造(冷加工)是机械
工程的一个分支学科，重点研 究机械的制造过程和方法。
本课程主要内容
金属切削原理与刀具 金属切削机床 先进制造技术
金属切削加工：
机械制造工业中最基本的加工方 法，在国民经济中占有重要地位。
连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃， 它可以是小的直线段或圆弧。
实际使用的刀具切削部分放大形状
其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀 等，都可看作是车刀的演变和组合。
如上图所示，刨刀切削部分的形状与车刀相同
(图a);钻头可看作是两把一正一反并在一起同时 车削孔壁的车刀，因而有两个主切削刃，两个副 切削刃，还增加了一个横刃(图b);铣刀可看作由 多把车刀组合而成的复合刀具，其每一个刀齿相
或磨石
直径2丈（6.7米）， 加工天文仪器上 的铜环 ，
金属切削原理与 刀具部分
刀具几何角度及切削要素
刀具材料
金属切削过程基本规律与理论及应用 各种刀具
第一章 刀具几何角度及切削要素
本章内容是学习金属切削原理、刀具设 计与使用的重要基础。
以车刀为例，着重掌握切削运动、
刀具几何角度、切削要素等方面的 名词术语和基本定义。
刀具的组成
外圆车刀切削 部分的组成：三面、 两刃、一刀尖。
三面：前刀面、主后刀面、副后刀面 两刃：主切削刃、副切削刃 一刀尖：主、副切削刃的连接部位
刀具切削部分组成：三面、两刃、一刀尖。
二、刀具角度参考系
用于确定刀具角度的参考坐标系： 标注坐标系(静态参考系) 工作坐标系(动态参考系)
aw ap sin kr
切削厚度：两相邻加工表面间的垂直距离。
车外圆时， 切削厚度：
ac f sin kr
切削面积：切削层垂直与切削速度截面内的 面积。
车外圆时， 切削面积：
Ac awac ap f
§1.2 刀具切削部分的基本定义
一、刀具的组成
刀面
刀头-切削部分(刀刃) 刀尖 刀杆-用于装夹
1、刀面
前刀面Ar —切屑流出时经过的刀面
后刀面Aa —与加工表面相对的刀面
副后刀面A’a —与已加工表面相对的刀面
2、切削刃
主切削刃：前刀面与主
后刀面的交线，它完成主 要的切削工作。
副切削刃：前 刀面与副后刀面的
交线，它配合主切
削刃完成切削工作， 并最终形成已加工 表面。
3、刀尖
本次课主要内容
1.切削运动; 2.切削加工表面；
3.切削要素
4.刀具的结构。
三、刀具角度(标注角度)
外圆车刀具有三个刀面、两条刀刃、 六个独立角度。
主剖面中测量的刀具角度
前角γO ：主剖面中测量的前刀面与基面间夹角。
后角 αo ：主剖面 中测量的后刀面
与切削平面之间
的夹角。
增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力 和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产 生崩刃。前角有正负之分。
刀具与工件间 的相对运动称为 切削运动。切削 运动可分解为： 主运动
车削加工的切削运动及工 件上的表面
进给运动
1、主运动
刀具与工件间主要的相对运动， 使刀具切削刃及其邻近的刀具表面 切入工件材料，使被切削层转变为 切屑，从而形成工件的新表面。
主运动是切下切屑所需的最基本运动。 在切削运动中：
(mm3/min)
每分钟切下工件材料的体积是衡量 切削效率高低的另一种指标。
2、切削层参数
切削层:工件上正 被切削刃切削的 一层金属，亦即 相邻两个加工表
面之间的一层金
属。
切削层参数—共有三个，它们通常都
在垂直于切削速度v的平面内度量。
切削宽度：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。
车削外圆时 切削宽度：
利用刀具切除被加工零件多余的
材料，形成已加工表面。
两个基本条件： 目的：使被加工零件的 切削运动
刀具
尺寸精度、形状和位臵 精度、表面质量达到设 计与使用要求。
机械制造业的沿革
工业革命前：低效的手工劳作方式
1785 瓦特 蒸汽机在纺织工厂使用，机器 代替手工劳动的序幕，机械化生产的基础， 机器生产机器
待加工表面—工件上有 待切除的表面 已加工表面—经刀具切 削后产生的新表面 过渡表面(切削表面)— 切削刃正在切削的表面， 它是待加工表面和已加工 表面之间的过渡表面
(三) 切削要素
切削过程的切削用量要素及切削过 程中由余量变成切屑的切削层参数。
切削层
切削时工件旋转一周，刀具从位 臵Ⅰ 移到位臵Ⅱ，切削刃在Ⅰ、 Ⅱ 之间的一层材料被切下，刀具正在切 削着的这层材料称为切削层。
1961 ： 物 料 需 求 计 划 ： MRPI(Material
Requirements Planning) 1979：制造资源计划：MRPII(Manufacturing Resources planning) 管理信息系统 MIS(Management Information System) 目前 PDM 生产数据管理系统
§1.1 切削运动与切削用量
(一) 切削运动
金属切削机床的 基本运动包括: 直线运动
回转运动
金属切削加工是利用 刀具切去工件毛坯上多余 的金属层(加工余量)，以 获得具有一定的尺寸、形
状、位臵精度和表面质量
的机械加工方法。
刀具的切削作 用是通过刀具相 对工件之间的相 互作用和相对运 动来实现的。
进给运动—车刀轴向运动
刨削：主运动—刨刀的直线运动
进给运动—工件移动

磨外圆：主运动—砂轮旋转 进给运动—工件转动、 砂轮轴向移动
铣平面：主运动—铣刀旋转 进给运动—工件移动
钻削：主运动—钻头旋转
进给运动—钻头轴向移动 插齿：主运动—插齿刀上下运动 进给运动—工件分度运动等
镗孔：主运动—刀具旋转(绕工件轴线)
1962 美国第一台工业机器人
1967 英 、 美 FMS(Flexible Manufacturing system)柔性制造系统，离散形生产自动化 60 年 代 末 CAPP(Computer-Aided Process Planning)计算机进行加工工艺路线和工序内 容的设计及机床切削用量、时间定额等的选择 与制定
零件在车间中停留时间示意图
机床上(5%) 运送和等待时间(95%)
切削
30%
装卸、测量、等待
70%
机械制造业的发展趋势?
我国金属切削的发展
公元前2000多年 青铜器时代 青铜刀、锯、 锉、磨石 春秋中晚期 《考工记》金工知识 唐代 原始的车床 1668 畜力铣磨机 1947 20000 多 台 V=10m/min 脚踏刃磨机 1915 第一台国产车床 碳素工具钢刀具
后角的主要作用： 减少刀具后刀面与 工件表面间的摩擦 和后刀面的磨损， 并配合前角影响切 削刃的锋利和强度。
主运动是回转运动时，进给量指工件或刀 具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移 量，单位为mm／r ； 当主运动是直线运动时，进给量指刀具或 工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向 的相对位移量，单位为mm／双行程或mm／ 单行程。
进给量是进给运动的单位量。车削时 进给量f是取工件每旋转一周的时间内，工 件与刀具相对位移量。 进给运动速度vf :
当于一把车刀(图c)。
回顾与总结
机电产品的组成零件主要由三种典型表 面构成：内、外圆柱面、平面、成形面等。
不同表面的形成：
母线、轨迹、内、外圆柱表面、直线、圆等作旋转运动所形成的表面。
平面、直线作平移运动所形成的表面
成形表面、曲线 、圆或直线等作旋转或平移运动所形成的表面
切削运动分为主运动和进给运动。
建立标注坐标系条件
不考虑进给 运动；
规定车刀刀 尖与工件轴 线等高；
刀柄的中心 线垂直于进 给方向。
刀具标注坐标系有四种类型：
主剖面标注坐标系
法剖面标注坐标系
进给、切深剖面标注坐标系
前、后刀面正交剖面标注坐标系
四类刀具标注坐标系中，主剖面标
注坐标系应用最广，它由以下三个平 面组成：

基面Pr 切削平面Ps
主剖面(正交 平面)Po
主剖面标注系坐标平面
基面:通过切削刃上某一点并平行于刀
具底面的平面。
切削平面：通过切削刃上某一点并与 切削刃相切的平面。
主剖面:通过切削刃上某一点同时垂直 于切削平面和基面的平面。
作业： 1、分别说明切削用量三要素。 2、切削层参数指的是什么？ 3、绘图说明主剖面坐标系的三个平面组成；
主运动的速度最高
消耗的功率最大 主运动只有一个
2、进给运动
刀具与工件之间附加的相对运 动，配合主运动依次地或连续不 断地切除切屑。
进给运动是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。
进给运动可以有一个或几个。 可由刀具完成—车削、工件完成—铣削
可间歇—刨削、连续—车削
车外圆：主运动—工件高速旋转
tm 1000 p fvc a
dlA
min
切削速度vf
其中任何一个要素，都可缩 短切削时间，提高生产效率。
(5)金属切除率QZ
在金属切削过程中，切削 用量三要素选配的大小，将 影响切削效率的高低。
通常将三要素的乘积作为衡量指标， 称为材料切除率，即：
QZ 1000 vc a p f