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第一章绪论第一节机械制造工业在国民经济中的地位与作用机械制造工业是制造业最重要组成之一。它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务。第二节机械制造厂的生产过程和工艺过程一、生产过程和工艺过程1．生产过程从原材料(或半成品)进厂一直到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和统称为工厂的生产过程，它包括原材料的运输保管、把原材料做成毛坯、把毛坯做成机器零件、把机器零件装配成机器、检验、试车、油漆、包装等。2．工艺过程在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。二、工艺过程的组成1．工序一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件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。例如，加工图1-1所示零件，其工艺过程可由表1-1所示的五个工序组成。2．安装安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。3．工位工位是在工件的一次安装中，工件相对于机床(或刀具)每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程。4．工步工步是在加工表面、切削刀具和切削用量(仅指机床主轴转速和进给量)都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。5．走刀在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切，每切削一次，就称为一次走刀；图1-3所示车表面分两次切就是两次走刀。综上分析可知，工艺过程的组成是很复杂的。工艺过程由许多工序组成，一个工序可能有几个安装，一个安装可能有几个工位，一个工位可能有几个工步，如此等等。第三节生产类型及其工艺特征一、加工零件的年生产纲领加工零件的年生产纲领：即该加工零件的年产量。加工零件的年生产纲领N可按下式计算N=Qn(1+a%)(1+b%)式中Q——产品的年产量(台/年)；n——每台产品中该零件的数量(件/台)；a％——备品率；b％——废品率。二、生产类型根据加工零件的年产纲领和零件本身的特性(轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等)，将零件的生产类型划分为：单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。产品种类很多，同一种产品的数量不多，生产很少重复，此种生产称为单件生产。产品的品种较少，数量很大，每台设备经常重复地进行某一工件的某一工序的生产，此种生产称为大量生产。成批地制造相同零件的生产，称为成批生产。每批制造的相同零件的数量，称为批量。按照批量多少和被加工零件自身的特性，成批生产又可进一步划分为小批生产、中批生产和大批生产。三、各种生产类型的工艺特征（表1-4）第四节基准用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。基准可分为设计基准和工艺基准两大类；工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。一、设计基准设计图样上标注设计尺寸所依据的基准，称为设计基准。二、工艺基准工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途之不同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。1．工序基准在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置所依据的基准，称为工序基准(又称原始基准)。2．定位基准在加工中用作定位的基准，称为定位基准。作为定位基准的点、线、面，在工件上有时不一定具体存在(例如，孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等)，而常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面。3．测量基准工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依据的基准，称为测量基准。4．装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准，称为装配基准。述各种基准应尽可能使之重合。在设计机器零件时，应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工工艺规程时，应尽量选用设计基准作为工序基准；在加工及测量工作时，应尽量选用工序基准作为定位基准及测量基准；以消除由于基准不重合引起的误差(基准不重合误差计算参见第四章第二节、第五章第二节)。第五节工件的装夹一、工件的装夹工件的装夹包括定位和夹紧两层含义。在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确的位置，此过程称为定位。工件在定位之后还不一定能承受外力的作用，为了使工件在加工过程中总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此过程称为夹紧。定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。定位误差与夹紧误差之和称为装夹误差。二、工件的定位1.工件的六个自由度物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动(分别用符号表示)和绕三个坐标轴的转动(分别用表示)。2.工件定位的六点定位原理工件定位的实质就是限制工件的自由度，要使工件在空间处于完全确定的位置，必须限制工件的六个自由度，这就是工件定位的六点定位原理。可以用定位支承点来限制工件的自由度，一般来说，一个定位支承点可以限制工件的一个自由度。物体在空间具有六个自由度在XOY面上用三个定位支承点，限制了，和。在YOZ面上用二个定位支承点，限制了和。在XOZ面上用一个定位支承点，限制了。例1：铣削下图所示工件上的槽就必须限制工件的六个自由度例2：铣削下图所示的通槽必须限制工件的五个自由度。在工件的底面A用三个定位支承点，限制了、和。在工件的侧面B用二个定位支承点，限制了和。3.定位的种类1）完全定位2）不完全定位3）过定位4）欠定位4.常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度(1)工件定位基面为平面（2）工件定位基面为圆孔（3）工件定位基面为外圆柱面（4）工件定位基面为锥孔第二章切削过程及其控制第一节金属切削刀具基础一、切削加工的基本概念(一)切削运动与切削中的工件表面ve=vc+vf(2-1)(二)切削用量1．切削速度vc(m/s或m/min)切削速度：切削刃相对于工件的主运动速度。主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定vc=1000dn(2-2)式中d——工件(或刀具)的最大直径(mm)；n——工件(或刀具)的转速(r/s或r/min)。2．进给量f进给量：工件或刀具转一周(或每往复一次)，两者在进给运动方向上的相对位移量。其单位是mm/r(或mm/双行程)。vf=nf=nzfz(2-3)式中z——刀齿数。3．背吃刀量ap(mm)背吃刀量：刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动和进给运动的方向上的投影值。外圆车削的背吃儿量就是工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离(参见图2-2)。式中dw-——工件上待加工表面直径(mm)；dm——工件上已加工表面直径(mm)。(2-4)(三)切削层参数切削刃在一次走刀中从工件上切下的一层材料称为切削层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。切削层参数通常在与主运动方向相垂直的平面内观察和度量。1．切削层公称厚度hD切削层公称厚度hD：垂直于过渡表面度量的切削层尺寸(以下简称为切削厚度)。车外圆时(图2-2)，如车刀主切削刃为直线hD=fsinkr(2-5)2．切削层公称宽度bD切削层公称宽度bD：沿过渡表面度量的切削层尺寸(以下简称为切削宽度)。如车刀主切削刃为直线bD=rpasin3．切削层公称横截面积AD切削层公称横截面积AD：切削层在切削层尺寸度量平面内的横截面积(以下简称为切削面积)。对于车削AD=hDbD=fap(2-7)（2-6）二、刀具角度下面以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。(一)刀具切削部分的构造(1)前刀面(2)主后刀面(3)副后刀面(4)主切削刃(5)副切削刃(6)刀尖(二)刀具的标注角度1．刀具标注角度的参考系(1)基面Pr通过主切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。(2)切削平面Ps通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。(3)正交平面Po通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。上述三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系。2．刀具的标注角度(1)前角γo在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角。前角的作用：a.γo↑→变形↓→切削力↓。b.γo↑↑→切削刃强度↓。c.γo↑↑→散热体积↓。所以应有合理前角。(2)后角αo在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角，一般为正值。后角的作用：a.αo↑→摩擦↓→切削力↓。b.αo↑↑→切削刃强度↓。c.αo↑↑→散热体积↓。所以后角也应有合理值。(3)主偏角kr在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角的作用：a.在ap和f一定的情况下，kr↑→切削刃单位长度上的受力↑。b.kr↑→径向力Fp↓，轴向力Ff↓。所以主偏角也应有合理值。(4)副偏角kr′在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角的作用：a.kr′↑→摩擦↓。b.kr′↑↑→工件表面粗糙度↑所以副偏角也应有合理值。(5)刃倾角λs在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角的作用：a.影响切屑的流出方向。正的λs→切屑流向工件的待加工表面。负的λs→切屑流向工件的已加工表面。b.正的λs→刀尖强度↓。所以刃倾角也应有合理值。3．刀具的工作角度(1)进给运动对工作角度的影响a.横向进给运动对工作角度的影响γoe=γo+ηαoe=αo-ηb.纵向进给运动对工作角度的影响螺纹车刀左侧刀刃上A点在正交平面内的工作前角度γoe=γo+ηαoe=αo-η(2)刀具安装位置对工作角度的影响a.刀尖高于或低于工件中心的影响刀尖高于工件中心（如图）：γoe＞γoαoe＜αo刀尖低于工件中心：γoe＜γoαoe＞αob.车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响kre=kr±θAkre′=kr′θA式中θA——刀杆中心线的垂线与进给方向的夹角。三、刀具材料(一)刀具材料的性能要求(1)较高的硬度和耐磨性刀具材料的常温硬度要求在60HRC以上。(2)足够的强度和韧性(3)较高的耐热性(4)良好的导热性和耐热冲击性能(5)良好的工艺性(二)常用刀具材料1.碳素工具钢碳素工具钢是含碳量为0.7～1.3%的优质高碳钢。常用牌号有：T8A、T10A、T12A。碳素工具钢的性能：淬火硬度可达HRC60～66，且刀具韧磨时容易锋利，价格低廉。但耐热性差，200℃左右就会失去原来的硬度，故允许的切削速度不高（0.5m/s左右）。淬透性差，热处理变形大。碳素工具钢应用：只用来制造手动刀具，如锉刀、手工锯条等。2.合金工具钢在碳素工具钢中加入一定量的合金元素，如铬（Cr）、钨（W）、硅（Si）、锰（Mn）等即成合金工具钢。常用的牌号有：9SiCr、CrWMn等。合金工具钢的性能：淬火硬度与碳素工具钢相同，而耐热性有所提高，可耐350℃左右的高温，耐磨性也略有提高。合金工具钢的最大优点是热处理时变形较小。合金工具钢应用：常用来制造形状复杂、要求热处理变形小的低速刀具，如丝锥、板牙、铰刀等。3．高速钢高速钢是加入了较多的钨(w)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(v)等合金元素的高合金工具钢。高速钢的性能：具有较高的硬度(62～67HRC)和耐热性；高的耐热性，温度高达500～650℃时仍能进行切削；高强度(抗弯强度是一般硬质合金的2～3倍，陶瓷的5～6倍)；韧性好，可在有冲击、振动的场合应用；制造工艺性好，容易磨出锋利的切削刃。高速钢的应用：适于制造各类刀具，尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。高速钢的分类：按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢按制造工艺方法可分为熔炼高速钢和粉木冶金高速钢。（1）普通高速钢是加入较多的钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。典型牌号：W18Cr4V(简称W18)和W6Mo5Cr4V2(M2)。特点及适用范围：W18的综合性能较好，可用于各种复杂刀具。M2的碳化物分布细小、均匀，可用来制造尺寸较大，承受较大冲击力的刀具；M2的热塑性好，适合于制造热扎钻头等刀具。（2）高性能高速钢在普通高速钢的基础上增加一些含碳量、含钒量并添加钴、铝等合金元素熔炼而成。典型牌号：W2Mo9Cr4VCo8(M42)和W6Mo5Cr4V2Al(501)。特点及适用范围：M42的综合性能好，常温硬度接近70HRC，600℃时其硬度为55