第十一章零件典型表面的切削成形方法
一、教学目的与要求
1.掌握各类表面常用加工方法、工艺特点及应用。
2.具有合理选择加工方法的初步能力。
二、教学课时数
理论教学 4学时
三、教学内容
1. 外圆表面加工。
2. 内圆表面加工。
3. 平面加工。
4. 成形面加工。
四、教学重点与难点
1. 重点各种表面加工方法的工艺特点及应用条件。
2. 难点能根据加工要求合理选用加工方法与加工方案。
五、教学方式多媒体授课
六、参考书籍
1. 金属切削原理与刀具，陆剑中; 孙家宁，TG501 / L849=4，机械工业出版社，
2005
2. 金属切削原理与刀具，沈志雄，TG501 / S457，机械工业出版社，2004
3. 机械制造技术基础，张福润; 严晓光; 熊良山，TH16 / X642=3，华中理工大
学出版社，2006
4. 机械制造技术基础，黄健求，TH16 / H845，机械工业出版社，2006
第十一章零件典型表面的切削成形方法
零件→种类多，形状各异→最基本的几何表面组成→加工方法不同
本章内容：典型表面的加工方法、加工方案。
第一节外圆表面加工
轴、套、盘等回转体类零件最基本的组成表面。
主要技术要求：尺寸精度、表面粗糙度，
圆度、圆柱度、同轴度等。
一、外圆表面的车削
1. 常用车床类型及应用范围
⑴普通车床
比例较大；
特点是通用性强，加工内容广，但生产率低；
主要应用于单件小批加工。
⑵六角车床
转塔刀架能安装较多数量的刀具，轴向、径向定距切削装置，适合加工较复杂的回转类零件，生产率高。
适用于较大批量加工较复杂的中小型零件。
⑶自动、半自动车床
自动化程度高，生产率高。但是需要设计、制造专用靠模、凸轮等自动控制元件，调整也较复杂费时，生产准备周期长。
适用于大批量生产。
⑷立式车床
适于加工直径大而长度短的大型盘、套类零件，在重型机械制造部门应用较多。
⑸数控车床
自动化程度高、效率高，程序控制；
灵活性、适应性强，技术复杂，造价高。
适用于中小批量加工形状较复杂的回转体类零件。
2. 车床上常用夹具及应范围
⑴三爪自定心卡盘
能保证三个卡爪同步径向移动，可自动定心且夹紧迅速。
适应于各种回转体零件的装夹，但定位精度不高，夹紧力较小。
⑵四爪单动卡盘
每个卡爪都是单独移动，夹紧可靠，适用各种形状的工件。
不能自动定心，找正比较困难。
常用于形状特殊的轴类和盘类中、小型零件的单件小批加工。
⑶顶尖支承
左端卡盘装夹，右端顶尖支承：用于外圆表面的粗车和半精车。
两端顶尖支承：用于精车。
特点是加工出的各段外圆表面间有较高的同轴度。P242图11-1
⑷花盘、弯板安装 P242图11-2
单独使用花盘：用于定位面与车床主轴垂直的形状复杂件。
花盘与弯板配合：用于定位面与车床主轴平行的较复杂件。
3. 外圆表面车削的工艺特点
⑴与外圆磨削相比，切削量大，效率高，加工精度和表面质量不如磨削，车削常用于中等以下硬度表面的粗加工和半精加工。
⑵一次装夹中可以车出回转体类零件上较多的表面，容易保证各加工表面的相互位置精度。
⑶车刀结构简单，制造、刃磨容易，装夹方便，加工成本低，车削是一般外圆表面最常用的加工方法。
二、外圆表面磨削
1. 常用外圆磨床及应用
⑴普通外圆磨床P216图10-22
工件以顶尖孔定位在两顶尖间装夹，多用于轴类零件外圆表面及用心轴装夹的盘、套类零件外圆的加工。
⑵无心磨床P243图11-3
首件磨削时调整较费时，适于较大批量加工直径不大的小型轴、销类零件。以加工表面本身定位磨削，故不能提高的位置精度，也不适于加工断续的（如带键槽、平台）外圆面。
2. 外圆磨削方式
⑴纵磨法（如图11-4所示）
⑵横磨法P244图11-5
⑶深磨法P244图13-6
采用修整成锥面或带台阶的砂轮，以较小的纵向进给量、较大的磨削深度磨削，生产率较高，加工质量介于纵横磨法之间。适用于长度和直径
加工合一的条件下。
3. 高质量磨削
⑴高速磨削
采用特制高强度、大直径的砂轮，配以高速电机，使磨削速度达到80～120m/s。加工精度、表面质量和生产率都高于一般磨削，是一种高效、高质量的磨削。但此法要求机床具有较高的精度和足够的刚性，以保证高速磨削条件下的平衡性。由于产生的切削热量多，工件表面温度高，需要机床配备有充分的冷却液循环装置，以免使加工表面过热而烧伤。
⑵高表面质量磨削
在高精度或精密磨床上，采用细粒度的砂轮，经过精细修整后，磨粒微刃的等高性好，在摩擦、抛光等综合作用下，可使工件表面粗糙度达到R a值小于或等于0.01μm。此法与研磨等其他光整加工方法相比，不仅效率高而且可提高加工表面的形状精度和位置精度，但机床费用较高。
4. 外圆表面的光整加工
目的是达到更高的加工精度和更好的表面质量。
⑴研磨 P245如图11-7
小批量的外圆研磨是在车床上用研具加研磨剂手工进行的。
研具材料要比工件软些，在压力作用下使部分磨粒嵌入研具工件面表层，产生对工作表面的切削作用。常用研具材料有铸铁、青铜等。
研磨剂由极细的磨料和研磨液组成。研磨液用煤油加机油或植物油，再加入适量化学活性较强的油酸、脂肪酸等。
工艺特点：
①微量切削作用，油酸或脂肪酸的化学氧化作用，切削力更小，切削热少，能达到很高的尺寸精度，很低的表面精糙度，还可以提高加工表面的几何形状精度。
②工件与研具间位置不固定，而是随机的，不能提高相互位置精度。
③研磨与高质量磨削相比生产率低，但不需要精密复杂、昂贵的设备，且方法简单，容易保证加工质量。
⑵超级光整P245图11-8
工件作低速转动，磨头沿工件轴向作较低频率和较小幅度往复运动的同时，还沿着工件轴向做缓慢的进给运动。
切削痕迹是很细密复杂的交叉网纹，故超级光磨能获得很低的表面粗糙度，但不能提高形状精度和位置精度。
工艺特点：
①半自动加工，不仅工人劳动强度比手工研磨低，且一人可兼管几台机床，劳动生产率也较高。
②由于超级光磨磨头的结构特点，与研磨要比，更适于直径和长度尺寸较大的外圆表面的超精加工。
⑶抛光
抛光是用涂有抛光膏的高速旋转的弹性抛光轮对工件表面进行光整加工的方法。
抛光膏由磨粒和油脂混合而成，其作用与研磨剂相同。
三、外圆表面加工方案及应用条件P247图11-9
1. 粗车—半精车—精车
加工精度、表面粗糙度要求较低（IT7、Ra0.8μm），中等以下硬度外圆表面。
2. 粗车—半精车—粗磨—精磨
加工精度、表面粗糙度要求较高（IT6、Ra0.16μm），需淬硬外圆表面。
3. 粗车—半精车—精车—金刚石车
精度要求高、低硬度外圆表面。
4. 粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨（超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光）
在加工路线2的基础上又加进研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光等精密、超精密加工或光整加工，以减少表面粗糙度、提高尺寸精度、形状和位置精度为主要目的，抛光、砂带磨等以减少表面粗糙度为主。
第二节内圆表面（孔）的加工
主要指圆柱形的孔。
加工条件差：受孔尺寸的限制，刀具刚性差，排屑、散热、冷却、润滑都比较困难。孔可以采用固定尺寸刀具加工。
技术要求：尺寸精度（孔径、孔深）、
形状精度（圆度、直线度、圆柱度）、
位置精度（同轴度、平行度、垂直度）、
表面粗糙度等。
一、孔的分类
1. 按用途分
⑴非配合孔
螺钉孔、螺栓孔的底孔、油孔、气孔、减轻孔等；
一般要求加工精度较低，在IT12以下；
表面质量要求也不高，表面粗糙度Ra值大于10μm。
⑵配合孔
如套、盘类零件中心部的孔，箱体、支座类零件上的轴承孔都有要求较高的加工精度（IT7以上）和较高的表面质量（Ra<1.6μm）。
2. 按结构特点分
按结构特点可分为通孔、盲孔；
大孔、中小孔；
光孔、台阶孔；
深孔，一般深度孔。
二、用固定尺寸刀具加工孔
1. 钻孔
钻孔是在实心材料上加工出孔的方法。
刀具为钻头，一般用麻花钻。P248图11-10
机床：
车床——回转体类中心孔；
镗床——箱体配合孔系；
钻床——一般孔。
钻孔特点：
横刃前角为负值，主切削刃愈接近芯部前角愈小，且两刃不易磨得对称，排屑槽深，刚性差；
切削条件差，切削深度大，散热条件差，排屑困难，易划伤已加工表面，刀具易磨损等。
应用：加工精度要求低的中小直径尺寸的孔（75㎜以下）。
2. 扩孔
对已有孔（钻、铸、锻出）进行再加工。
目的：扩大孔径，提高孔的加工精度和表面质量。
扩孔钻的结构。P249图11-11
与麻花钻相比：无横刃、切削刃多、前角大、排屑槽浅、刚性好、导向性好等结构特点，且切削深度小、切削力小、散热条件好、切削平衡等切削特点，故扩孔的加工质量优于钻孔。
精度达IT9～13，表面粗糙度Ra值为1.25～40μm。
3. 铰孔
对已有的孔进行精加工的方法。
机械铰孔：车床、钻床、镗床；
手工铰孔。
铰刀的结构。P249图11-13
手动铰刀较机动绞刀：
切削部分锥角小，
切削刃、修光刃长，
便于定位、省力，
4. 拉孔
在拉床上进行的，孔的形状、尺寸由拉刀截面轮廓保证。
圆孔拉刀的结构。 P250图11-14
适于拉削的孔型。P250图11-15
用孔本身定位，不能修正孔的位置误差；
生产效率高；
拉刀结构复杂，制造周期长，费用高。
应用：多用于大批大量生产中。
三、镗孔
⑴镗刀P251图11-16
单刃镗刀：
焊接式——多用于中小孔；
机械式夹固式——多用于大孔。
⑵机床
车床：常用于加工回转体零件中心部位的孔和小型支座类零件上的孔。
镗床：常用于镗箱体上的一系列具有位置精度和位置尺寸要求的轴承孔。P251图11-17
⑶特点
灵活性大，应用范围较广，可进行孔的粗加工、半精加工，也可以精加工；
可镗通孔、光孔，也可镗盲孔、台阶孔；
可以镗各种直径的孔，更适宜镗大直径的及有相互位置精度要求的孔。
常用的大多为单刃镗刀，并采用试切法加工，故与铰孔、扩孔、拉孔相比生产率较低。
四、磨孔
一般在内圆磨床上进行，工件用卡盘或专用夹具装夹。
磨削条件不及外圆磨削有利，加工质量和生产率低于外圆磨削。
适应性强，应用范围广；
磨孔适用于中等以上硬度表面，尤其是淬火后高硬度的孔。
磨孔是工件淬硬后对孔进行精加工的主要方法之一。
五、孔的光整加工
1. 孔的研磨
可涨式研磨棒。P252图11-19
常为手工操作，效率低，工人劳动强度大，应用较少，仅用于小孔的单件小批量的光整加工。
2. 孔的珩磨P252图11-20
同时切削的磨条数量较多，加工过程为半自动化，生产率较高，在大批量生产中应用较多。又因为珩磨机结构简单，精度要求不高，设备费用低，因此珩磨具有较好的经济性。
珩磨的应用范围较广，适于孔径为15～500mm的孔，更适于加工孔径与孔深比大于5的深孔，如汽车、拖拉机发动机缸体活塞孔及飞机起落架作动筒的孔等。
六、孔的加工方案及应用范围P253图11-21
1. 钻孔
实体材料上孔的唯一加工方法。
主要用于小孔（直径小于50mm）。
2. 钻一扩
应用于孔径较大但精度要求又不高的孔。
3. 钻一铰
应用于孔径较小，加工精度要求较高的各种加工批量的标准尺寸和大批量加工非标准尺寸的孔。
4. 钻一扩一铰
应用条件与钻一铰基本相同，不同点在于孔径较大。
5. 钻（粗镗）一半精镗一精镗—浮动镗或金刚镗
适用于精度要求高，但材料硬度不太高的钢铁零件或有色金属件的孔加工。特别是位置精度要求较高的孔系加工。
6. 钻（粗镗）一半精镗一磨一珩磨（研磨）
适用于加工过程中需要淬硬的工件孔的精加工，其中珩磨用于较大直径深孔的终加工，研磨用于较小直径孔的终加工。
7. 钻一拉
第三节平面加工
平面是圆盘形、板形零件的主要表面，也是箱体零件的主要表面之一。
一、平面类型及技术要求
1. 平面类型
外平面：板、箱体零件的外表面，轴盘、套零件的端面。
内平面：槽内平面图11-22，孔内平面图11-23。
2. 技术要求
平面与基准间的尺寸精度，平面本身的平面度、直线度及与其他表面间的平行度、垂直度、倾斜度等位置精度，表面粗糙度。
二、平面的车削
轴、盘、套等回转体零件的端面，一般都采用车削加工。
端面与外圆或孔在一次安装中同时加工完成，以保证位置精度。
三、平面的铣削
铣削是平面加工应用最广的一种。
中小型零件上的平面：通常在卧式铣床或立式铣床上进行。
立式铣床：除可加工一般平面外，还可加工不通槽、半通槽及梯形槽、燕尾槽。
卧式铣床：易采用多刀组合加工台阶平面，以提高生产率。
大型零件上平面：可在龙门铣床上进行加工。
加工方法：
周铣 P255图11-24
端铣 P255图11-25
端铣特点：
同时参加切削的刀齿数量多，主切削刃担负主要切削工作，刀尖圆弧和副切削刃修光，刀杆短粗，刚性好。因此端铣的加工效率和质量都比周铣高，所以平面铣削中端铣用得较多。
四、平面的刨削
刨削也是平面的主要加工方法之一。
中小型零件的平面：在牛头刨床上加工；
大型零件的平面：在龙门刨床上加工。
用刨削加工的平面有板、箱体等零件上的外表平面，还有台阶平面和各种截面形状的通槽，如梯形槽、V形槽、燕尾槽等。
常见刨刀的形状及应用 P256图11-26
刨削特点：
生产率较低：刨刀为单刃刀具，往复直线运动，返回是为空程。刀具切入时有冲击，换向时要克服惯性力，致使切削速度的提高受到限制。
刀具和机床结构简单、价格低、调整方便、适应性强，刨削狭长平面时也可得到较高的生产率。
五、平面的插削与拉削
孔内平面（如孔内键槽、四方孔、六方孔）的加工一般在插床（立式刨床）和拉床上进行。 P256图11-27
1. 插削特点：
插削生产率和加工质量都较低；
刀具结构简单、造价低、刃磨容易，加工适应性强；
不仅可以加工中小直径尺寸的孔内平面，更适于加工大孔的孔内平面。
适用于各种孔内平面的单件、小批量加工。
2. 拉削特点
拉削孔内平面和孔内槽不仅加工精度高，生产率也高；
拉刀结构复杂，制造、刃磨费用都高，适应性也不如插削广。
拉削也用于中小尺寸外表平面的大批量加工，其中较小尺寸的平面用卧式拉床，较大尺寸的平面用立式拉床加工。
适于中等尺寸通孔内平面和孔内槽的大批量加工。
六、平面的磨削
主要用于加工质量要求高或高硬度外表平面的加工。
平面磨床：
立轴式：端磨，轴向受力，故刚性好，可以采用较大磨削用量，再加之砂轮与工件接触面积大，切削效率也高。但表面质量不太高，多用于粗磨、半精磨。
卧轴式：周磨，砂轮与工件的接触面积小，切削速度高，排屑与散热条件好，因此加工表面质量优于端磨，但加工效率较低，多用于工件的精磨。
七、平面的研磨
表面质量高，尤其当两个配合平面要求很高的密合性时，常用研磨法加工。
手工研磨：效率低，但加工表面质量可以达到比机械研磨更高的要求，适用于小型零件平面的单件、小批量加工。
八、平面加工方案P258图11-28
1. 粗车—半精车—精车—金刚车
用于精度要求较高但不需淬硬及硬度低的有色金属回转体零件端面的加工。
2. 粗车—半精车—精车—精密磨
用于精度要求较高且需淬硬的回转体零件端面的加工。
3. 粗刨—半精刨—宽刃精刨、刮研或研磨
用于未淬火的大型狭长平面，如机床床身导轨的加工，以刨代磨减少工序周转时间。
刮研是获得精密平面的传统加工方法。在大批量生产的一般平面加工中有被取代的趋势，但在单件小批量生产或修配工作中，仍有广泛应用。
4. 粗铣—半精铣—精铣—高速精铣
用于中等以下硬度要求的一般平面的加工。
5. 粗铣（刨）—半精铣（刨）—粗磨—精磨—研磨（精密磨、砂带磨或抛光）
用于加工质量要求特别高且需淬硬的工件平面的加工，如块规（量具）工作面等。
6. 粗拉—精拉
用于大批量加工硬度不高的中小尺寸外表平面的加工，如沟槽、台阶面。
对于加工精度不太高、生产批量不大的各类孔内平面和孔内槽，可以采用钻、插加工。
第四节成形面的加工
成形面主要指各种非圆形曲面：
⑴回转体成形面 P259图11-29
⑵直线成形面 P259图11-30
⑶立体成形面 P259图11-31
一、成形面的加工
1. 成形刀具法 P260图11-32
成形刀具有与工件形面相应的形状和尺寸的主切削刃。
在车、铣、刨、拉、磨等加工中都可应用，所用刀具为成形车刀、成形铣刀、成形刨刀、拉刀、成形砂轮等。
共同特点：
操作简单，生产率高。
成形刀具的设计、制造比一般刀具复杂，需要较长的生产准备周期和较高的费用，一般应用于较大批量生产中。
2. 运动轨迹法加工成形面
成形面是由刀具与工件相对运动的轨迹形成。
三种方法：
⑴按划线或样板加工
通有机床，由人工控制刀具或工件的纵、横向进给，按事先在工件上划好的加工表面轮廓线或样板模线进行加工。
较难保证加工精度，生产率低，工人劳动强度大，并需由技术熟练的工人操作，但此法不需要专门设计、制造成形刀具和靠模，灵活性大，用
⑵靠模法加工 P260图11-33
由靠模装置控制普通刀具或工件按靠模工作面曲线运动，使之加工出所需要的形状和尺寸。
可在普通机床上加靠模装置进行，也可在专门的仿形机床上进行，前者使用通用机床，但加工质量和生产率不如后者。
需要设计制造专用靠模，需要较长的生产准备时间和较高的费用，故适用于较大尺寸形面的较大批量加工。
⑶程序控制法加工成形面
在数控制机床上，由控制系统按输入的程序进行自动加工完成所需成形面。
改变加工形面形状、尺寸只需改变输入的程序即可，因此与靠模法相比生产准备时间短，费用低，灵活性大。
机床费用高，技术复杂，适用于加工对象更换频繁、形面复杂的中小批量加工。
3. 成形刀具与运动轨迹复合成形法
成形面是由刀具的形状与工件、刀具间相对运动轨迹复合而成，如展成法加工齿轮中的插齿加工，不仅插齿刀的齿形要符合相应模数齿轮的齿形，而且插齿刀与工件间还必须强制保持一定的转动速比关系，才能加工出所需要的齿轮齿形。
二、螺纹加工
牙形种类和尺寸规格多，应用广泛。如联接螺纹分为普通螺纹、英制螺纹和管螺纹等；传动螺纹分为梯形螺纹、锯齿形螺纹、矩形螺纹等。
应用的螺纹公差等级大都在4-8级之间，3级以上和9级以下的很少应用。
1. 车螺纹
螺纹车刀，车床， P261图11-34所示。
工件与刀具间的运动要严格按一定的速比关系进行，即工件每转一转，刀具沿工件轴线方向相应移动一个螺距（单头螺纹）或导程（多头螺纹）。
除大量加工细长的丝杠车床外，一般零件上的螺纹都可在普通车床上加工。
工艺特点：
⑴适应性强
车床上能加工各种形状和尺寸的螺纹，且刀具简单，费用低。
⑵加工精度较高
由于车削过程连续、平稳，加工精度一般可达6级，Ra<1.6μm，加工精度最高达4级，Ra<0.8μm。
⑶生产率较低
走刀次数多，对刀、测量都比较费时。当采用螺纹梳刀车削螺纹时，由于刀齿较多，生产率有所提高。
⑷对工人技术水平要求高
螺纹车刀的刃磨、安装要求较严格，车刀在每次走刀后退回时要求操作者动作要特别熟练、快捷，所以操作者要有较高的技术水平。
应用：
普通车床车螺纹适于尺寸较小的非标准螺纹和尺寸较大、精度较高、
第十二章切削加工方法 切削加工方法很多，根据所用机床与刀具的不同，可分为车削、钻削、镗削、铣削、刨削、磨削、成形表面加工及特种加工等。本章主要介绍各种常用切削加工方法的特点与应用的基本知识。 第一节机床的分类与编号 一、机床的分类 机床主要按使用刀具和加工性质分类。如车床、钻床、镗床、刨床、铣床、磨床等。 在同一类机床中，按照加工精度不同，又分为普通机床、精密机床和高精度机床三个等级；按使用范围，分为通用机床和专用机床；按自动化程度，分为手动机床、机动机床、半自动机床和自动机床；按尺寸和质量，可分为一般机床和重型机床等。 二、机床型号编制方法 机床型号用来表示机床类别、主要参数和主要特性的代号。机床型号的编制采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合的方式来表示。如CM6132精密卧式车床，其型号中的代号及数字的含义如下： CM6132 C——机床类型代号（车床类） M——机床通用特性代号（精密机床） 6——机床组别代号（落地及卧式车床组） 1——机床系别代号（卧式车床系） 32——主参数代号（床身上最大回转直径320mm） 第二节车削加工 车削加工是机械加工中应用最为广泛的方法之一，主要用于回转体零件的加工，图12-1为卧式车床可完成的主要加工工艺。
一、车床 车床的主运动通常是工件的旋转运动，进给运动通常由刀具的直线移动来完成。 1、常用车床的类型及组成 （1）卧式车床主要由主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座、床身、电气箱、床脚 等组成。如图12-2所示。
（2）自动及半自动车床 （3）立式车床 2、卧式车床（CA6140）传动系统 （1）主运动传动系统车床的主运动传动链的两个端件是主电动机和主轴。 （2）进给运动传动系统进给运动传动链的两个端件是首端件主轴末端件刀架。进给运动包括经丝杠的车螺纹运动传动链和经光杠、溜板箱的刀架进给运动传动链。 二、工件在车床上的安装 1、卡盘卡盘是应用广泛的车床附件，用于装夹轴类、盘套类工件。卡盘分为三爪卡盘、四爪卡盘和花盘等。 2、顶尖在车床上加工实心轴类零件时，经常用顶尖装夹工件，装在主轴上的顶尖称为前顶尖，装在尾座上的称为后顶尖。后顶尖又分为死顶尖和活顶尖。 3、心轴在车床上加工带孔的盘套类工件的外圆和端面时，先把工件装夹在心轴上，再把心轴装夹在两顶尖之间进行加工。 4、中心架和跟刀架加工细长轴类工件时，需要采用辅助的装夹机构，如中心架和跟刀架等。中心架适用于细长轴类工件的粗加工，而跟刀架适用于精加工或半精加工。 三、车削加工的工艺特点与应用 1、车削加工的工艺特点 加工范围广、生产率高、生产成本低、容易保证工件各加工面的位置精度。 2、车削加工的应用 车外圆、车端面和车台阶、车槽和切断、车圆锥面、车螺纹和孔加工。如图12-3所示。
浅析金属切削机床机械零件表面加工成形方法及原理 摘要：金属切削机床是用切削、磨削或特种加工方法加工各种金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机床。机械零件的表面形状不外乎是几种基本形状的表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面。当精度和表面粗糙度要求较高时，需要在机床上用刀具经切削加工而形成。机械零件的任何表面都可看作是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。因此也可以说，线性表面是通过母线和导线的相对运动而形成的，或者说零件表面的成形过程也就是两条发生线形成的过程，这就是零件表面的发生线成形原理。 关键词：切削表面加工方法成形 1、零件表面发生线形成的方法分析 机械零件的表面形状不外乎是几种基本形状的表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面。当精度和表面粗糙度要求较高时，需要在机床上用刀具经切削加工而形成。机械零件的任何表面都可看作是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。平面可看作是是由一根直线（母线）沿着另一根直线（导线）运动而形成（图1a）；圆柱面和圆锥面可看作是由一根直线（母线）沿着一个圆（导线）运动而形成（图1b和c）；普通螺纹的螺旋面是由“八”形线（母线）沿螺旋线（导线）运动而形成（图ld）；直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面是由渐开线（母线）沿直线（导线）运动而形成（图1e）等等。形成表面的母线和导线统称为发生线。 图1 零件表面的成形 1-母线2--导线 由图1可以看出，有些表面，其母线和导线可以互换，如：平面、圆柱面和直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面等，称为可逆表面；而另一些表面，其母线和导线不可互换。如：圆锥面、螺旋面等，称为不可逆表面。 切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为以下四种： 图2 形成发生线的方法 （1）轨迹法它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。图2a中母线Al（直线）和导线A2，（曲线）均由刨刀的轨迹运动形成。采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。
第1章机械制造概论 典型案例 机械产品的制造是把原材料通过加工变为产品的过程，确切的是从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的具体操作过程，包括毛坯制作、零件加工、检验、装配、包装、运输等过程。机器零件的加工过程是在金属切削机床上通过刀具与工件间的相对运动，从毛坯上切除多余金属，从而获得所需的加工精度和表面质量的过程。如图1-1所示的零件，采用何种制造过程和工艺过程？采用何种生产类型和组织方式？需要什么成形运动？采用什么机械加工方法？我们应清楚上述这些基本理论和概念。 图1-1 阶梯轴简图 1.1 机械制造过程的基本术语及概念 一、生产过程 机械产品的生产过程是指从原材料（或半成品）开始直到制造成为产品之间的各个相互联系的全部劳动过程的总和。它不仅包括毛坯制造、零件的加工及热处理、装配及检验、油漆、包装过程等直接生产过程，还包括原材料的运输和保管以及设备、工艺装备（刀具、夹具、量具）等的制造、维修等生产技术准备工作。 二、生产系统的概念 为了提高生产企业的管理和控制水平，用系统工程学的原理和方法来组织与指挥，则可以把生产企业看成是一个具有输入和输出的生产系统。一个生产系统又由多层次的子系统所组成。如决策系统、经营管理系统和制造系统。在系统中，存在信息流、物质流和能源流的运作。通过计算机辅助管理，使各子系统之间互相协调，实现生产系统的最优化。图1-2所示为生产系统的基本框图。 图1-2 生产系统的基本框图
三、工艺过程及其组成 1．工艺过程 在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。它包括：毛坯制造、零件加工、部件或产品装配、检验和涂装包装等。其中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、表面质量和性能等，使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程。 2．工艺过程的组成 机械加工工艺过程由若干个按顺序排列的工序组成，而工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀等几个层次。 （1）工序 一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。工序是组成工艺过程的基本单元。划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续以及操作者和加工对象是否改变，共四个要素。在加工过程中，只要有其中一个要素发生变化，即换了一个工序。如图1-3所示的阶梯轴，其工序划分如表1-1所示。在工序１中，对轴的一端车端面、钻中心孔后，要调头车另一端面（含取长度）、钻中心孔。假如把一批工件的一端先全部加工好，再加工全部工件的另一端，那么同样是这些加工内容，由于对每个工件而言加工过程是不连续的，因此应算作是两道工序。 1-1 图1-3 阶梯轴简图 （2）安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。在工件加工前，先要将工件在机床上放置准确，并加以固定。使工件在机床上占据一个正确的工作位置的过程称为定位；工件定位后将其固定，使其在加工过程中不发生变动的操作称为夹紧。定位和夹紧的过程称为安装。在表1-1的工艺过程中，工序１、２、４都要调头一次，即都有两次安装。 （3）工位 工件在一次装夹后，在机床上所占据的每一个工作位置，称为工位。生产中为了减少装夹次数，常采用回转工作台、回转或移动夹具等，使工件在一次装夹中可以先后处于不同的位置进行加工。机床或
第六章材料成形方法选择 问题： 1、任何材料都必须成形，制成制品后才具有使用价值。 2、设计人员应该考虑的问题： ①功能、条件、外观、表面等；②用什么材料；③如何成形 3、应用举例 ①火车轮：冲击震动、圆形、液态成形（ZG）、塑性成形（45钢）、切削加工 ②模锻件： ③哑铃的设计 ④机加工的要求 零件设计时，应根据零件的工作条件、所需功能、使用要求及其经济指标（经济性、生产条件、生产批量等）等方面进行零件结构设计（确定形状、尺寸、精度、表面粗糙度等）、材料选用（选定材料、强化改性方法等）、工艺设计（选择成形方法、确定工艺路线等）等。
第一节材料成形方法选择的原则与依据 一、材料成形方法的选择原则 正确选择材料成形方法具有重大的技术经济意义，选择时必须合理考虑以下原则： （一）适用性原则 适用性原则是指要满足零件的使用要求及对成形加工工艺性的适应。 1．满足使用要求零件的使用要求包括对零件形状、尺寸、精度、表面质量和材料成分、组织的要求，以及工作条件对零件材料性能的要求。不同零件，功能不同，其使用要求也不同，即使是同一类零件，其选用的材料与成形方法也会有很大差异。例如，机床的主轴和手柄，同属杆类零件，但其使用要求不同，主轴是机床的关键零件，尺寸、形状和加工精度要求很高，受力复杂，在长期使用中不允许发生过量变形，应选用45钢或40Cr钢等具有良好综合力学性能的材料，经锻造成形及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄则采用低碳钢圆棒料或普通灰铸铁件为毛坯，经简单的切削加工即可制成。又如燃气轮机叶片与风扇叶片，虽然同样具有空间几何曲面形状，但前者应采用优质合金钢经精密锻造成形，而后者则可采用低碳钢薄板冲压成形。 另外，在根据使用要求选择成形方法时，还必须注意各种成形方法能够经济获得的制品尺寸形状精度、结构形状复杂程度、尺寸重量大小等。 2．适应成形加工工艺性成形加工工艺性的好坏对零件加工的难易程度、生产效率、生产成本等起着十分重要的作用。因此，选择成形方法时，必须注意零件结构与材料所能适应的成形加工工艺性。例如，当零件形状比较复杂、尺寸较大时，用锻造成形往往难以实现，如果采用铸造或焊接，则其材料必须具有良好的铸造性能或焊接性能，在零件结构上也要适应铸造或焊接的要求。 （二）经济性原则
第一章金属切削基本知识 习题与思考题 1-1何谓金属切削加工？切削加工必须具备什么条件？ 1-2形成发生线的方法有哪几种？各需要几个成形运动？ 1-3何为简单成形运动和复合成形运动？各有何特点？ 1-4切削加工由哪些运动组成？它们各有什么作用？ 1-5什么是主运动？什么是进给运动？各有何特点？分别指出车削圆柱面、铣削平面、磨外圆、钻孔时的主运动和进给运动。 1-6什么是切削用量三要素？在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系? 1-7车刀正交平面参考系由哪些平面组成？各参考平面是如何定义的？ 1-8刀具的基本角度有哪些？它们是如何定义的？角度正负是如何规定的？ 1-9用高速钢钻头在铸铁件上钻φ3与φ30的孔，切削速度为30m/min。试问钻头转速是否一样？各为多少？ 1-10工件转速固定，车刀由外向轴心进给时，车端面的切削速度是否有变化？若有变化，是怎样变化的？ 1-11切削层参数包括哪几个参数？ 1-12切削方式有哪几种？ 1-1345o弯头车刀在车外圆和端面时，其主、副刀刃和主、副偏角是否发生变化？为什么？如图1-22所示，用弯头刀车端面时，试指出车刀的主切削刃、副切削刃、刀尖以及切削时的 背吃刀量、进给量、切削宽度和切削厚度。 1-14 试绘出外圆车刀切削部分工作图。已知刀具几何角度为： 90 = r κ， 10 '= r κ， 15 = o γ， 8 '= = o o α α， 5+ = s λ。 1-15试述刀具的标注角度与工作角度的区别。为什么横向切削时，进给量不能过大？ 1-16影响刀具工作角度的主要因素有哪些? 1-17在CA6140机床上车削直径为80mm，长度180mm 的45钢棒料，选用的切削用量为 a p=4mm；f=0.5mm/r；n=240r/min。试求：①切削速度；②如果kr=45o, 计算切削层公称宽 度b D、切削层公称厚度h D、切削层公称横截面积A D。 图1-22 题1-13
第一章概论 1、生产纲领：企业根据市场需求和自身的生产能力制定生产计划 2、生产类型：大量生产；成批生产（小批生产、中批生产、大批生产）；单件生产 大批量生产时选择精度高的毛坯，单件生产时选择精度低的毛坯 3、机械制造生产过程包括：毛坯制造、零件加工、零部件装配 第二章金属切削原理 1、金属切削表形区及特点 第一变形区：始滑移线OA到终滑移线OM，金属变形的主要特征是剪切变形 第二变形区：靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本和前刀面平行 第三变形区：已加工表面表层金属纤维化和加工硬化 2、剪切变形程度的表示方法 剪切角Ф：1）加大刀具前角对切削过程有利；2）使用切削液以减少前刀面上摩擦对切削有利 变形系数：反应了切屑的变形程度。剪切角增大，变形系数减小，切削变形减小。 剪应变 3、积屑瘤：在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工塑形材料时，前刀面切 削处粘着一块三角状的硬块，冷焊在前刀面上。 积屑瘤的产生与积聚程度与材料的硬化程度和刃前区的温度和压力状况有关 积屑瘤对切削过程的影响及其控制： 1）增大前角；2）增大切削厚度；3）增大已加工表面的粗糙度；4）影响刀具使用寿命精加工时应避免或减小积屑瘤：1）控制切削速度，尽量避免易生产积屑瘤的中速区2）使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦；3）增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力； 4）提高工件材料硬度，以减小加工硬化倾向 4、影响切削变形的因素 1）工件材料：材料强度越高，切屑变形越小；2）刀具前角：刀具前角越大，变形越小； 3）切削速度：在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度越高，变形系数越小；4）切削厚度：厚度增加，变形减小。 5、切屑种类：1）带状切屑；2）节状切屑；3）粒状切屑；4）崩碎切屑 控制：1）采用断屑槽；2）改变刀具角度；3）调整切削用量 6、切削力来源：主切削力Fc；切深抗力Fp；进给抗力Ff 主偏角kr增大，Fp减小，细长轴采用大的kr，减小振动 7、切削温度来源：切削层金属弹塑性变形；切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦 切削用量对其影响:Vc>f>ap 8、刀具失效形式主要是磨损和破损，磨损的形式：前刀面磨损；后刀面磨损；前后刀面同 时磨损 刀具磨损原因：磨料磨损；冷焊磨损；扩散磨损；氧化磨损；热电磨损 刀具磨损过程：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段 刀具磨钝标准：刀具磨损到一定限度不能继续使用。 刀具寿命：刀具自开式切削直到磨损量达到磨钝标准为止的净切削时间 切削用量对刀具寿命的影响：切削速度>进给量>背吃刀量
第二节机械加工方法 一、工件表面成形方法 就机械加工而言，是根据具体的设计要求选用相应的切削加工方法即：在机床上通过刀具与工件的相对运动，从工件毛坯上切除多余金属，使之形成符合要求的形状、尺寸的表面的过程。因此，机械加工过程是工件表面的形成过程。 （一）工件表面的构成 机械零件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等，如下图4。 这些表面都可以看成是由一根母线沿着导线运动而形成的。图5表示了零件表面的成形过程。母线和导线统称为发生线。 （二）常见工件表面的成形方法 机械加工中，工件表面是由工件与刀具之间的相对运动和刀具切削刃的形状共同实现的。相同的表面，切削刃的不同，工件和刀具之间的相对运动也不相同，这是形成各种加工方法的基础。有轨迹法、成形法、展成法、相切法等，见图6。 1、轨迹法：指的是刀具切削刃与工件表面之间为点接触，通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。 2、成形法：是指刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工件表面的一条发生线完全相同，另一条发生线由刀具与工件的相对运动来实现。 3、展成法（范成法）：是指对各种齿形表面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母线是切削刃各瞬时位臵的的包络线。 4、相切法：利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法。 二、车削 车削方法的特点是工件旋转，形成主切削运动，因此车削后形成的面主要是回转表面，也可加工工件的端面。通过刀具相对工件实现不同的进给运动，可以获得不同的工件形状。车削加工精度一般为IT8～IT7级，表面粗糙度为Ra6.3～1.6um。精车时，可达到IT6～IT5级，表面粗糙度可达到Ra0.4~0.1um。车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较简单。 车削的工艺范围很广，它适用于加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面，如：内圆柱面，圆锥面，环槽及成形回转表面；端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔，扩孔，铰孔，和滚花等工艺。如下图11所示 （一）加工方法 1．粗车 2．精车 3．精细车 （二）提高外圆表面车削生产效率的途径
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教学过程： 1.2 机械加工表面的成型 一、工件表面的成型方法 零件的形状是由各种表面组成的，所以零件的切削加工归根到底是表面成形问题。 各种典型表面都可以看做是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。 需要注意的是，有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面。如图1-8中，母线均为直线1，导线均为圆2，轴心线均为OO′，所需要的运动也相同。但由于母线相对于旋转轴线OO′的原始位置不同，所产生的表面也就不同，分别为圆柱面、圆锥面或双曲面。 图1-8 母线原始位置变化时形成的表面 3．零件表面的形成方法 （1）轨迹法 它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。用尖头车刀、刨刀等切削时，切削刃与被加工表面可看作点接触，因此切削刃可看作一个点，发生线为接触点的轨迹线。采用轨迹法形成发生线时，刀具需要一个独立的成形运动。 （2）成形法 成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。用成形法来形成发生线，刀具不需要专门的成形运动。 （3）相切法 相切法是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工时。采用相切法生成发生线时，需要两个相互独立的成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的运动。 （4）展成法 展成法是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线，便是
所需的发生线。用展成法生成发生线时，刀具与工件之间的相对运动通常由两个分运动组合而成，它们之间保持严格的运动关系，彼此不独立，共同组成一个运动，称为展成运动。如上述工件的旋转运动B 和直线运动A 都是形成渐开线的展成运动。 二、表面成形运动和辅助运动 这种形成发生线，亦即形成被加工表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动。此外，机床还有多种辅助运动。 1．表面成形运动 成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动，按其组成情况不同，可分为简单运动和复合运动两种。如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成，则称此成形运动为简单成形运动。 如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或直线运动按照某种驱动的运动关系组合而成，则称此运动为复合成形运动，简称复合运动。 在切削成形运动中又有主运动和进给运动之分，主运动是切下切屑的最基本运动，其速度最高，消耗功率最大，同时主运动只有一个。进给运动是使金属层不断投入切削，从而获得完整表面的运动。与主运动相比，速度较低，消耗功率较少。进给运动可以有一个或几个，可以是连续的，也可以是间断的。 2．辅助运动 ①各种空行程运动。例如车床的刀架或铣床的工作台，在进给前后都有快进和快退的运动。 ②切入运动。③分度运动。④操作和控制运动。 三、加工表面与切削要素 1．加工表面 加工表面是指切削加工时，工件上存在的待加工表面、已加工表面和过渡表面的统称， 2．切削要素 （1）切削用量要素 所谓切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。它们分别定义如下： 1）切削速度c v 它是切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。切削刃上各点的切削速度可能是不同的。当主运动为旋转运动时，工件或刀具最大直径处的切削速度由下式确定： 1000n d v w c π=
机械零件加工表面的形成概述 第二章 机械零件加工表面的形成 第一节 机械零件加工表面的形成过程 一、工件的加工表面及其形成方法:1. 机械零件常用的表面形状2.工件表面的形成:工件表面能够看成是一条线沿着另一条线移动或者旋转而形成的。同时我们把这两条线叫着母线与导线，统称发生线。3.发生线的形成1)成型法——利用成形刀具来形成发生线，对工件进行加工的方法。 2)轨迹法——靠刀尖的运动轨迹来形成所需要表面形状的方法.3)相切法——由圆周刀具上的多个切削点来共同形成所需工件表面形状的方法。4)展成法——利用工件与刀具作展成切削运动来形成工件表面的方法。4. 表面成型运动 二、切削运动与切削要素:1.切削加工中的工件表面 2.切削运动与切削用量(1) 主运动：由机床或者人力提供的要紧运动，能使刀具从工件上切除金属层使之变为切屑。比如：车削时，车床主轴带动工件作的旋转运动；铣削时，铣床主轴带动铣刀作的旋转运动。主运动是一个矢量,主运动方向：是指切削刃选定点相关于工件的瞬时主运动方向。主运动速度：也就是切削速度，是指切削刃选定点相关于工件主运动的瞬时速度，用vc 表示，单位：m/min （或者m/s ）。外圆车削时，切削速度的计算公式为： .dw:工件或者切削刃上选定点的直径，计算经常以工件待加工表面的直径来计算。(2) 进给运动:由机床或者人力提供的附加运动，它能使把工件切削层不断地投入切削过程。进给运动方向：是指切削刃选定点相关于工件的瞬时进给运动方向。 进给运动速度：指切削刃选定点相关于工件进给运动的瞬时速度，用vf 表示，单位常取为(mm/s)或者(mm/min).进给运动速度:例：外圆车削时，进给运动速度常常用进给量f 来表述,单位：mm/r ；刨削时，进给运动速度用每一行程多少毫米来表述，单位为mm/str 。铣削时，进给运动速度常用每齿进给量f 来表述，单位：mm/z 。进给速度vf 、进给量f 、每齿进给量fz 与刀具齿数Z 之间的关系如下：vf=nf= nzfz 。(3) 切削过程中刀具的工作平面：通过切削刃选定点并同时包含主运动方向与进给运动方向的平面，工作平面的符号为Pfe 。(4)吃刀量：是指过切削刃的两个端点，且垂直于所选定的测量方向的两平面间的距离。确定吃刀量有三点要注意：1）确定切削刃的两个端点；2）确定测量的方向；3）确定两界限平面。在通常切削加工中，常用的吃刀量有背吃刀量asp （或者ap ）与侧吃刀量ase （或者ae ）两个，其单位为mm 。例：车削背吃刀量asp ；铣削背吃刀量asp 、侧吃刀量ase 。背吃刀量 （dw:待加工表面直径，dm:已加工表面直径）是指过切削刃选定点在垂直于工作平面方向上测量的吃刀量。切削用量三要素：背吃刀量asp 、进给量f 、切削速度vc 。(6)合成切削运动：切削过程中，由主运动 1000w c n d v π=2m w p d d s -=αD D b A h D =
机械制造中的加工方法 机械制造中的加工方法许多，根据工件在加工过程中质量的变化（），可将加工方法分为材料去除加工（）、材料成形加工（）和材料积累加工（）三种形式。 1．材料去除加工 材料去除加工是通过在被加工对象上去除一部分材料后才制成一合格零件的。与其它方法相比，其材料利用率较低，但由于该方法的加工精度相对较高、表面质量相对较好，并且有很强的加工适应性，故至今仍旧是机械制造中应用最广泛的加工方法，而且在将来相当长的时期内仍将占有重要地位。 在材料去除加工中，还可按材料去除方式不同分为切削加工和特种加工两种加工方法。切削加工是利用切削刀具从工件上切除多余材料的方法，切削刀具的硬度比工件硬度高得多；常用的切削加工方法有车削、铣削、刨削、拉削、磨削等。特种加工主要是指利用机械能以外的其它能量（如光、电、化学、声、热能等）直接去除材料的加工方法，加工过程中基本上无机械力作用；常见的特种加工方法有电火花加工、电子束加工、离子束加工、激光加工等。 2．材料成形加工 材料成形加工是一种在较高温度（或压力）下，使材料在模具中成形的方法，如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等，它的主要特点是生产效率较高。由于材料成形方法目前所能达到的加工经济精度还较低，
一般常用于制造零件的毛坯，也可用于制造外形简单但精度和表面粗糙度要求较低的零件。应用“接近最终外形(Near-Net-Shape)成型技术”，例如精密铸造、精密锻造、挤压及粉末冶金等，则可用来直接制造精度要求较高（例如IT7）的零件。 3．材料积累加工 材料积累加工是利用微体积材料渐渐叠加的方式使零件成形的。这类加工方法中包括电镀、化学镀等原子沉积加工，热喷涂、静电喷涂等微粒沉积加工以及快速原型制造等。 快速原型制造的基本原理是：先将零件的三维实体CAD模型数据沿某一坐标轴进行分层处理, 得到分层截面的一系列二维数据, 然后让成型材料在计算机掌握下逐层积累成型，生成三维实体原型。快速原型制造方法的特点是：可以制造任意简单的零件，不需任何刀具、模具。快速原型制造目前除用于快速制造零件的三维实体模型外，还可用于模具和少量零件的快速制造。 材料成型方法将在机械类专业开设的另一门技术基础课《材料成型技术》中争论，此处不作介绍。本书以争论典型表面的切削加工方法及其装备为主，也要介绍一部分常用的特种加工方法和快速原型制造方法。
工件的加工表面及其形成方法 工件在被切削加工过程中，通过机床的传动系统，使机床上的工件和刀具按一定规律作相对运动，从而切削出所需要的表面形状。零件表面是由若干个表面元素组成的，这些表面元素是：平面、直线成形表面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面、成形表面（螺旋面）等。 从几何观点来看，任何表面都可以看作是一条线沿另一条线运动的轨迹。如一条直线沿着另一条直线运动形成了平面;一条直线沿着一个圆的运动则形成了圆柱面。这两条线分别被称为母线与导线，统称为发生线。 母线和导线的运动轨迹形成了工件表面，因此分析工件加工表面的形成方法关键在于分析发生线的形成方法。 1.切削刃的形状与发生线的关系 发生线的形成，是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的。因此，机床在切削加工时，刀刃和工件相接触部分的形状和工件表面成形有着密切的关系。所谓切削刃的形状是指刀刃和工件相接触部分的形状。 切削加工时，切削刃和工件接触的形状是一个切削点或一条切削线，根据刀刃形状和需要成形的发生线的关系可分为三种形式： 刀刃的形状为一切削点；刀刃的形状为一切削线，且与需要成形的发生线的形状完全吻合；刀刃的形状为一条切削线，且与需要成形的发生线的形状不吻合。 2.发生线的形成方法 发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的。由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种。为了获得所需的工件表面形状，必须使刀具和工件按这四种方法之一来完成一定的运动，这种运动称为表面成形运动。 （1）轨迹法 轨迹法是利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。此时刀刃的形状为一切削点，形成发生线只需要一个独立的成形运动。刀刃为切削点，它按一定规律作直
机械加工基础知识 根据机床运动的不一致、刀具的不一致，可将去除零件毛坯多余材料的切削方法分为几种要紧不一致方法。要紧有：车削、刨削、磨削、钻削与特种加工等。本节对这些要紧方法逐一介绍。 一、车削 车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时，就形成内、外园柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动，就形成锥面。仿形车床或者数控车床上，能够操纵刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。使用成型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。车削还能够加工螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度通常为IT8—IT7，表面粗糙度为6.3—1.6μm。精车时，可达IT6—IT5，粗糙度可达0.4—0.1μm。车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较简单。 二、铣削 主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形成的。立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀的转速能够获得较高的切削速度，因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。这种冲击，也加剧了刀具的磨损与破旧，往往导致硬质合金刀片的碎裂。在切离工件的通常时间内，能够得到一定冷却，因此散热条件较好。按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或者相反，又分为顺铣与逆铣。 顺铣铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，工件台进给丝杠与固定螺母之间通常有间隙存在，因此切削力容易引起工件与工作台一起向前窜动，使进给量突然增大，引起打刀。在铣削铸件或者锻件等表面有硬度的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。 逆能够避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时，切削厚度从零开始逐步增大，因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段，加速了刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力将工件上抬，易引
第一章机械加工方法 按照零件由原材料或毛坯制造成为零件的过程中质量m的变化，可分为Δm<0采用材料去除原理，Δm=0采用材料基本不变原理，Δm>0采用此爱聊累加成型原理，不同原理采用不同的形成工艺方法，Δm<0主要指切削加工。 机械加工方法主要有：车削、铣削、磨削、钻削、镗削及特种加工。 *车削主要加工面：车端面，车圆面，加工偏心轴、（加工锥面、钻孔）。 车削加工的特点：工件旋转形成主切削运动，刀具完成进给运动。 按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反，可分为顺铣和逆铣，生产中多采用逆铣。 铣削的特点：铣刀的旋转形成主运动，工具完成进给运动。 特种加工方法区别于传统切削加工方法，是利用化学，物理（电、声、光、热、磁）或电化学方法对工件材料进行去除的一系列加工方法的总称。包括：电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工、（化学加工、电接触加工、磨料流加工、电子束加工、液体喷射加工等）。 不全 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温，溶蚀工件材料来获得工件成形的。其加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体及工作液及其循环过滤系统等部分组成。 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶液的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。工件接直流电源正极，工具接负极。 电解加工的特点： 1）工作电压小（6—24V）、工作电流大（500—20000A） 2）能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔 3）可加工难加工材料 4）生产效率高 5）加工中无机械切削力或切削热 6）平均加工公差可达±左右 7）附属设备多、占地面积大、造价高 8）电解液既腐蚀机床又容易污染环境 激光加工的特点： 1）不需要加工工具 2）功率密度高 3）非接触加工，工件无受力变形 4）激光打孔、切割的速度很高 5）可穿过透明介质进行加工 激光加工应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、发散是冷气冲片的多孔蒙皮、发动机喷油嘴、航空发
高纲3002 高等教育自学考试大纲 27964 机械制造基础 Ⅰ课程性质与课程目标 一、课程性质和特点 《机械制造基础》课程是机电一体化技术（专科段）专业考试计划中规定必考的一门基础理论课。 课程设置的目的在于使考生能以动态的观点而不是静态的观点去看待一个机械工程系统，通过对机械产品的生产过程，机械加工过程及其系统的学习，包括金属切削过程及其基本规律，机床、刀具的基本知识，机械加工工艺和装配工艺规程的设计，机械加工中精度及表面质量的概念及控制方法，培养学生掌握机械加工工艺过程和装配工艺过程相关的基本理论知识和相应的技能，通过实践教学环节培养学生分析解决工程实际问题的能力和工程设计能力。 二、课程目标 通过本课程的学习，要求考生应具有以下的理论知识和应用技能： 1.对机械制造活动有一个总体的了解与把握。掌握金属切削过程的基本理论和基本规律；具有根据加工条件合理选择刀具参数、切削用量的能力。 2.掌握制造工艺装备的基本理论、机械加工的基本知识，时间定额的组成和提高生产率的工艺途径；了解机械制造主要工艺装备的用途和工艺范围，工艺规程设计的指导思想和设计原则，工艺方案经济分析方法；能正确、合理地选择加工方法与机床、刀具及加工参数； 3.掌握机械加工精度与表面质量的基本理论和基本知识；具有研究和分析引起加工误差原因和解决加工精度问题的能力； 4.掌握机械制造工艺的基本理论，初步具备制定工艺规程的能力，以及分析
解决现场工艺问题的能力；培养学生在机械制造过程中解决实际问题的能力及开发创新能力。 在自学过程中，要求考生在通读教材，理解和掌握所学基本原理知识及基本方法的基础上，结合习题与思考题的练习，提高分析问题和解决问题的能力。 三、课程的重点和难点 课程的重点：金属切削过程的基本理论和基本规律，金属切削机床的基础知识，典型表面的加工方法，机械加工的基本知识，时间定额的组成和提高生产率的工艺途径，工艺规程设计的指导思想和设计原则，典型零件机械加工工艺规程制订的原则和方法，工艺方案经济分析方法，机械加工精度与表面质量的基本理论和基本知识，引起加工误差原因分析，解决加工精度问题途径，机器的装配工艺过程，保证装配精度的工艺方法。 课程的难点：1）金属切削过程的基本理论和基本规律；2）典型零件机械加工工艺规程制订的原则和方法；3）机械加工误差原因分析。 考生要注意把握重点和考核知识点内容，用考核目标和各章的考核要求检验学习的效果，也要了解一般内容的知识点。 Ⅱ考核目标 本课程自学考试大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是： 识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关的名词（术语）、概念、定理等的内容，如刀具几何角度的定义、机床的分类与型号、生产过程和工艺过程等内容及其意义，并能根据考核要求正确表述、选择和判断。 领会（Ⅱ）：要求考生在识记的基础上，能够领悟和理解本课程中基本概念（如积屑瘤、切削力）、基本原理（如影响表面质量的因素）的内涵和外延。理解其确切含义及适用条件，能够根据考核要求对具体问题进行推理和论证以做出正确的判断、解释和说明。 简单应用（Ⅲ）：要求考生在领会的基础上，能够运用本课程中学过的一两个知识点和简单的数学方法，分析和解决一般应用问题，如控制加工表面质量的
第一章金属切削基本要素 1切削运动和切削用量 1）切削运动：成形运动和刀具是实现工件切削加工过程的两个基本要素 （由主运动与进给运动合成合成切削运动） 2）加工表面：待加工表面（加工时即将被切除的表面） 已加工表面（已被切去多余金属形成符合要求的工件新表面） 过渡表面（加工时由主切削刃正在切削的表面）3）切削用量：切削速度，进给量（转一周沿进给方向的位移），切削深度 2刀具几何角度 1）刀具切削部分的结构要素：前刀面（切屑流过的表面）、主后刀面（与主切削刃毗邻，且与工件过度表面相对）、副后刀面（与副切 削刃毗邻且与已加工表面相对）、主切削刃（前刀面上直接进行切 削的边锋）、副切削刃、刀尖（交点、圆弧、倒角） 2）刀具标注角度参考系 参考平面：基面、切削平面、副切削平面 测量平面：主剖面、主剖面参考系、法剖面、法剖面参考系3）刀具标注角度（要求：能够严格按照画法几何原理绘制刀具切削部分的图形并 标注外圆车刀六个基本角度） （1）主剖面参考系中的标注角度 基面内标注角度：主偏角（切削平面与进给平面）、副偏角 主剖面内标注角度：前角（基面与前刀面）、后角（后刀面与切削平面）、 切削平面内标注角度：刃倾角（主切削刃与基面） 副剖面内标注角度：副后角（）
六个基本角度：前角γo、后角αo、刃倾角λs、主偏角κr、副偏角κ’r、副后角α’o （2）法剖面参考系中的标注角度：法前角（前刀面与基面）、法后角（切削平面 与后刀面）
3切削层参数 （1）切削厚度h D：（2）切削宽度b D：（3）切削面积A D：（4）金属切除率Z w： 4刀具材料 （1）对刀具材料的要求：硬度、耐磨性、耐热性、强度和韧性、减摩性、导热性和热膨胀系数、工艺性和经济性。 （2）刀具材料的硬度、耐磨性与强度、韧性之间规律。（硬度高耐磨性也高，强度和韧性越高，硬度和耐磨性越差） （3）高速钢特点（强度、韧性、工艺性好，价格便宜） （4）硬质合金的主要成分（金属碳化物WC、TiC）、分类（YG/YT/YA/YW）、用途（高温，硬度，简单刀具） （5）涂层刀具的性能特点（解决硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，但抗弯强度下降，不能采用焊接结构，不能重磨使用）（6）陶瓷刀具的类别及性能特点（1纯氧化铝陶瓷：抗弯强度低；2复合氧化铝陶瓷：化学稳定性好，与加工金属亲和作用小，抗弯强度跟冲击韧性差；3复合氮化硅陶瓷：适合于切削冷硬铸铁和淬硬钢）价格低廉（7）金刚石和立方氮化硼的相同点和不同点（相同：硬度高，切削速度快；不同点：氮化硼热稳定性和化学惰性更好，可耐高温不与铁亲和） 第二章金属切削过程 1金属切削的变形过程 1）剪切滑移变形过程（金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面（滑移面）产生剪切变形并转变为切屑的过程） 2）三个变形区 3）第一变形区 （1）变形系数 （2）剪应变（相对滑移）
第一章金属切削原理 1. 使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动称为主运动; 其特点是运动的速度最高,消耗功率最大;不论主运动是旋转运动还是直线运动,其主运动的方向是假装工件不动; 2. 使主运动能够继续切除工件上多余的金属,以便形成工件表面所需的运动,称为进给运动;进给运动的方向也是假设工件不动,刀具相对于工件的运动方向; 3. 切削过程中工件上存在三个表面：待加工表面,已加工表面,过渡表面; 4. 刀具切削部分的表面与刀刃： 1前刀面A --切下的切屑沿其流出的表面; 2主后刀面A --与工件上过渡表面相对的表面; 3副后刀面A --与工件上已加工表面相对的表面; 4主切削刃S--前刀面与主后刀面相交而得到的边锋,并承担主要切削任务的切削刃; 5副切削刃S --前刀面与副后刀面相交而得到的边锋,承担次要切削任务的切削刃;主副切削刃的定义说明两点,其一是切削刃的位置,其二是切削刃的作用,两者缺一不可; 6刀尖--主、副切削刃之间的连接处,即主、副切削刃的交点; 一般用作标注前、后刀面角度的测量平面有三种：正交平面P ,法平面P ,背平面P 和假定工作平面P ; 车刀前、后刀面的位置由以下两角度确定： 1前角--在主刀刃上选定的正交平面P 内,前刀面与基面之间的夹角; 2后角--在同一正交平面P 内,后刀面与切削平面之间的夹角; 金属切削过程是塑性变形的过程,不但应变大而且是在高速、高温情况下产生的,涉及到塑性理论及金属物理等学科的范围; 工件与刀具作用部位存在着三个变形区： 第一变形区---在切削层上形成切屑的变形区； 第二变形区---切屑流出时,与前刀面接触的切屑底层受摩擦作用后产生的变形区； 第三变形区---在已加工表面上与后刀面挤压摩擦形成的变形区; 切屑形成的四种形态：带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑;
第三章数控磨床 用磨料和磨具对工件表面进行切削加工，并用数控系统控制砂轮和工件之间相对运动的机床称为数控磨床。数控磨床应用于零件表面的精加工，尤其是淬硬钢件、高硬度特殊材料的高精度加工，近年来，数控磨床在模具零件制造中得到了广泛应用。 第一节概述 一、数控磨床的工艺用途及分类 数控磨床可用于磨削内、外圆柱面、圆锥面、平面、螺旋面、花键、齿轮、导轨、刀具及各种成形面等。 数控磨床的种类很多，按磨床的工艺用途分有数控外圆磨床、数控内圆磨床、数控平面磨床、数控工具磨床等。此外还有数控坐标磨床、磨削加工中心等。 二、数控磨床的结构特点 （1）主运动为砂轮主轴的旋转砂轮的线速度一般为30~60m/s，CBN砂轮可高达150~200m/s，最高主轴转速达15000r/min。主轴单元是磨床的关键部件。对于高速高精度单元系统应具备刚性好、回转精度高、温升小、稳定性好、功耗低、寿命长、成本适中的特性。砂轮主轴单元的轴承常采用高精度滚动轴承、液体静压轴承、液体动压轴承、动静压轴承。近年来高速和超高速磨床越来越多采用电主轴单元部件。 （2）为适应精密及超精密磨削要求，采用低速无爬行的高精密高速进给单元。进给单元包括伺服驱动部件、滚动部件、位置监测单元等。进给单元是保持砂轮正常工作的必要条件，是评价磨床性能的重要指标之一。要求进给单元运转灵活、分辨率高、定位精度高、动态响应快，既要有较大的加速度，又要有足够大的驱动力。进给单元常用的方案为交、直流伺服电动机与滚动丝杠组合的进给方案或直线伺服电动机直接驱动的方案。两种方案的传动链很短，主要是为了减少机械传动误差。两种方案都是依靠电机来调速、换向。 （3）磨床具有高的静刚度、动刚度及热刚度。砂轮架、头架、尾架、工作台、床身、立柱等是磨床的基础构件,其设计制造技术是保证磨床质量的根本。 (4)磨床需要有完善辅助单元。辅助单元包括工件快速装夹、高效磨削液供给系统、安全防护装置、主轴及砂轮动平衡、切屑处理等。 第二节MK1320型数控外圆磨床 一、主要技术参数 磨削直径范围8~200mm 最大磨削长度500mm 中心高125mm 最大砂轮线速度45.35m/s 砂轮架进给速度0.06~600mm/min
机械制造技术基础（西安交通大学）知到章节测试答案智慧树2023年最新 绪论单元测试 1.《机械制造技术基础》目标是让学生掌握机械制造过程中常用的加工方法、 加工原理和制造工艺，具备合理制订一般典型零件机械加工工艺文件的初步能力，全面培养学生具备分析与比较工艺方案优劣的能力，系统掌握机械制造质量的分析与控制方法。 参考答案: 对 2.制造业是国民经济的主要支柱。 参考答案: 对 3.制造装备是制造业的工作母机，如数控机床。 参考答案: 对 4.制造技术和装备的国际发展趋势可以用以下三个词来形容：三超，三极，三 化。
参考答案: 对 5.三超就是超高速、超精密、超常规。 参考答案: 对 6.三极是指极大尺寸、极小尺寸、极端环境加工。 参考答案: 对 7.三化是指智能化、复合化、功能化。 参考答案: 错 8.我国应大力发展先进制造技术，使我国成为制造大国。 参考答案: 错
9.高端制造装备是航空、航天、轨道交通等其他装备的基础。 参考答案: 对 10.如果不掌握装备制造的核心技术，很难造出高性能的装备。 参考答案: 对 第一章测试 1.在立式钻床上钻孔，其主运动和进给运动（）。 参考答案: 均由刀具来完成 2.主运动和进给运动可以（）来完成。 参考答案: 单独由工件;分别由刀具和工件;单独由刀具;分别由工件和刀具
3.实现切削加工的基本运动是（ )。 参考答案: 进给运动;主运动 4.电火花加工属于（ )。 参考答案: 减材成形 5.车削可以加工哪些特征（ )？ 参考答案: 外圆 ;孔 ;槽
;螺纹 6.超声加工方法不能加工不导电的材料（ ) 参考答案: 错 7.电解加工时无切削力或切削热产生，适于易变形或薄壁零件的加工（） 参考答案: 对 8.铰刀是在原底孔上加工，因此无法提高孔轴线的位置精度和直线度（）