机械制造工程原理汇总

中北大学绪论一、机械制造业的地位与作用1、制造业是人类生存和发展的重要条件2、制造业是人类文明发展的重要条件3、机械制造业在国民经济中是基础工业4、制造业水平代表一个国家和地区的经济实力—综合国力二.目前形势和任务三.课程的性质任务和目的四.内容和要求1.掌握基本理论；2.掌握基本知识；3.掌握基本技能；4.了解国内外机械制造方面的新成就和发展趋势，能初步进行试验研究，锻炼和提高解决问题的能力；5.学习方法：（1）要求举一反三,掌握规律,打好基础；（2）理论联系实际,防止关在房间死记硬背——这是理论性和实践性很强的课,一定要与金工实习相联系,多到实验室和工厂看看；（3）防止孤立静止的学习方法,学会分析问题的方法—影响零件质量的因素很多,各章各门课要联系起来,靠一部分内容是不够的；（4）有的内容要自学,有的部分要讨论；几点要求:1.不得随意缺课；2.按时交作业；3.实验提前准备;4.解决基础课→专业课人生又一适应问题。第1章金属切削的基本要素金属切削加工：金属切削过程是在机械设备（机床）（锉、锯靠人这部高级自动机）作用下，工件与刀具相互作用的过程。其过程是：1.工件与刀具之间要有相对运动，即切削运动；2.刀具材料必须具有一定的切削性能（硬度、耐磨、耐热、）；3.刀具切削部分必须具有适当的几何参数——切削角度。1.1工件表面的成形方法和成形运动1.1.1工件的加工表面及其形成方法1．被加工工件的表面形状2.工件表面的形成方法各种典型表面都可以看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。（1）两条发生线及其表面形成方法（2）母线相对旋转轴线位置不同，所产生的表面也不同(a)平面、(b)直线成形表面、(c)圆柱面、(d)圆锥面、(e)球面、(f)圆环面、g)螺旋面等3．发生线的形成方法及所需的运动1)成形法——利用成形刀具对工件进行加工的方法。刀刃为切削线1，其形状和长短与需要形成的发生线2完全重合。2)展成法——利用工件和刀具作展成切削运动的加工方法。展成法需要一个展成运动（滚齿和插齿，刀具与工件都旋转；用齿条形刀具加工齿轮，齿坯旋转，刀具作直线用动）（3）轨迹法刀具作一定的轨迹运动来对工件进行加工，称为轨迹法。刀刃为切削点1，它按一定规律作直线或曲线(图为圆弧)运动，从而形成所需的发生线2。（4）相切法刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。小结：欲得到所需的工件表面形状，刀具和工件必须按上述四种方法之一完成一定的运动，这个一定的运动称为表面形成运动。1.1.2表面成形运动定义：保证得到工件要求的表面形状的运动。1.表面成形运动的组合（1）简单运动组合车削外圆柱面时，形成母线和导线的方法都属于轨迹法。其必要条件是有两个运动单元：一个是工件的旋转运动B1产生母线（圆）；另一个是刀具的纵向直线运动A2产生导线(直线)。又如刨削，牛头刨床(插床)的滑枕带着刨刀或龙门刨床工作台带着工件作往复直线运动，产生母线；牛头刨床（插床）的工作台带着工件或龙门刨床的刀架带着刀具作间歇的直线运动，产生导线。铣削时刀具旋转运动B1和工作台带着工件作直线运动A2。简单运动组合：由一个旋转运动B1和一个直线运动A2组成。这两种运动最简单，也最容易得到，因而都称为简单成形运动。（2）复合成形运动加工飞机发动机叶片需要相当复杂的表面成形运动。多个运动单元组成复合运动。小结：上述两种成形运动虽都是旋转和直线运动组成，但有本质区别：1.简单运动组合各运动单元之间是互相独立的，没有严格的相对运动关系；2.复合运动组合各运动单元之间是不能互相独立的，必须保持严格的相对运动关系。（3）零件表面成形所需的成形运动母线和导线是形成零件表面的两条发生线。因此，形成表面所需的成形运动就是形成母线及导线所需要的成形运动的总和。2.主运动、进给运动和合成切削运动（1）主运动——使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动。这个运动的速度最高、消耗功率最多。其形式可以是旋转也可能是直线运动，它可由工件完成，也可由刀具完成，且每种切削加工方法的主运动只有一个。（2）进给运动——不断地把切削层投入切削的运动使主运动能够继续切除工件上多余金属层以形成新表面的运动。①进给运动也叫辅助运动，它可以由刀具（车）或工件（铣）完成。②进给运动最少有一个，但不只是一个，如外圆磨，内圆磨，滚齿，插齿。③进给运动可能是直线运动，可能是旋转运动，也可能是直线和旋转运动组合（仿形铣连杆周边、旋风铣螺纹）。④有的进给运动是靠刀齿的升量来实现逐层切削，如：拉削。⑤进给运动有连续的，也有间歇的。⑥无论哪种进给运动都比主运动消耗功率小。运动单元的组合是研究切削理论的重要内容之一在理论上，还可有更多更新颖的运动组合，但工艺上目前尚不能实现。我们根据运动组合和斜角切削理论研制的滚切端铣刀填补了新型加工方法的空白，其基本原理:滚切刀具加工（3）合成切削运动——由同时进行的主运动向量和进给运动向量合成的切削运动。①主运动方向——切削刃上选定点相对工件的瞬时主运动方向。②进给运动方向—切削刃上选定点相对工件的瞬时进给运动方向。③进给运动速度—切削刃上选定点相对工件的进给瞬时运动速度。④合成切削速度—切削刃上选定点相对工件的合成切削运动速度。它在工作进给剖面内度量，值为：除加工丝杠或多头螺纹外，一般加工值很小。cos/cefeP⑤合成切削速度角—主运动方向和合成切削运动方向之间的夹角。1.2加工表面和切削用量三要素1.2.1切削过程中工件上的加工表面(1)待加工表面—即将被切除金属层的表面。Workspacesurfacetobecut——thesurfacefromwhichtheexcessmetalWillbecutoff.(2)已加工表面—已经被切除多余金属层而形成的新表面（这是我们所需要的表面）Machinedsurface—itisanewsurfacefromwhichtheexcessmetalhasalreadybeencutoff.(3)过渡表面（切削表面、加工表面）——刀刃正在切削着的表面。Cuttingsurface—thesurfacethatisbeingcut在切削过程中，切削刃相对于工件运动的轨迹面，就是工件上的过渡表面和已加工表面。切削运动＋切削刃＝新表面用图1－13(教材)加强对“切削运动＋切削刃＝新表面”的认识：1.2.2切削用量三要素切削速度、进给量和切削深度称为切削用量三要素。1.切削速度主运动为回转运动时，切削速度的计算公式1000cdn（m/s或m/min）cfpac车：镗:钻：刨1000wcdn1000mcdn10001000omcdndn21000xcnl2.进给速度，进给量和每齿进给量（）进给速度：是单位时间内的进给位移量，单位是mm／s(或mm／min)；进给量：是工件或刀具每回转一周时二者沿进给方向的相对位移，单位是mm／r。对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定间歇进给速度，但要规定间歇进给的进给量，单位为mm/双行程。对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃刀具，规定每齿进给量（），单位是mm/z(齿)。三者关系zffffaffzffafzfnfzn3．切削深度（背吃刀量）对车削和刨削来说，切削深度为工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，单位为mm。车外圆时（mm）镗孔时（mm）钻孔时（mm）2wmpdda2mwpdda022mpdda小结：1.切削用量三要素几乎以后各章都用。切削用量三要素是生产和科研中重要参数;2.切削深度ISO标准称作“背吃刀量”。1.3刀具角度1.3.1刀具切削部分的结构要素外圆车刀切削部分可以当作各类切削刀具切削部分的基本形态。其它各类刀具，包括复杂刀具，都是在这个基本形态上演变出来的。现代切削刀具引入“可转位”概念之后,使得刀具切削部分的统一性获得了新的发展，许多结构迥异的切削刀具其切削部分都不过是一个或若干个“可转位式刀片”。刀具切削部分的这一步变革，大大促进了切削工具的发展。1.三个表面：(1)前刀面Ar—在切削过程中，直接作用于被切削的金属层，并且切屑沿其排出的表面；(2)后刀面Aα—在切削过程中，与工件上过渡表面（切削表面）相对的表面；(3)副后刀面Aα′—在切削过程中，与工件上已加工表面相对的表面。2.切削刃(三个)(1)主切削刃S—Ar与Aα相交而得到的边锋，用以形成工件的过渡表面，完成金属切削层切除的主要工作；(2)副切削刃S`—Ar与Aα′相交而得到的边锋，它同主切削刃完成切除工作，并最终形成工件已加工表面；3.刀尖(过渡刃)—S和S`连接处通常有一小段直刃或圆弧，以提高强度和改善散热条件。称为刀尖(过渡刃)1.3.2刀具角度参考系为了确定刀具切削部分（刀面、切削刃）的空间位置（几何参数）而假定的参考系。1、刀具标注角度参考系（静止系）tool-in-handsystem什么叫刀具标注角度呢？刀具标注角度——是设计、制造、刃磨和检验所需要的，并在刀具设计图纸上予以标注的角度。它是在两个假定条件下的切削角度。假定条件：1）假定运动条件：只考虑主运动，即切削速度的方向，不考虑进给运动的影响；2）假定安装条件：刀具安装绝对正确。即对于车刀，刀杆中心线垂直进给运动方向；刀尖（刀刃选定点）安装时与工件中心线等高。为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平面作为基准，这三个辅助平面是基面、切削平面和主剖面。c（1）基面——过切削刃上选定点，而垂直于主运动（）方向的平面；rPc（2）切削平面——过切削刃上选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。sPrpPr和Ps是十分重要的两个平面，和下面所述的任一剖面组合，构成不同的刀具角度参考系。（3）主剖面P0和主剖面（正交平面）参考系主剖面P0（正交平面）─过切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。此图表示Pr—Ps—P0组成一个正交的主剖面参考系。（4）法剖面Pn和法剖面参考系法剖面Pn—过切削刃上选定点，并垂直于主切削刃（或该点切线）的平面。由图可知，法剖面Pn⊥S则Pn⊥Ps。但不一定垂直PrPn－Ps－Pr构成法剖面参考系。（5）进给剖面Pf和切深剖面Pp及其参考系进给剖面Pf—过切削刃上选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。切深剖面Pp—过切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr和进给剖面Pf的平面。Pr－Pf－Pp组成进给、切深剖面参考系2.刀具工作角度参考平面——根据ISO标准形成工作系tool-in-usesystem为了确定刀具工作状态下的切削角度，就必须按合成切削运动方向建立参考系（见表1－1）。1.3.3刀具标注角度1.主剖面参考系内的标注角度（1）在主剖面P0内的标注角度1)前角γ0：在主剖面内度量的基面Pr与前刀面Ar之间的夹角。2)后角α0：在主剖面内度量的后刀面Aα与切削平面Ps之间的夹角。3)楔角β0：在主剖面内度量的前刀面Ar与后刀面Aα之间的夹角。β0＝900－（γ0+α0）(2)在切削平面Ps内的标注角度刃倾角λs：在切削平面内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。(3)在基面Pr内的标注角度1)主偏角Kr：在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf的夹角。或主切削刃S在基面Pr内投影与进给平面Pf的夹角。2)刀尖角εr在基面Pr内切削平面Ps和副切削平面Ps’间的夹角。εr＝1800-(kr+kr′)小结：1.在主剖面参考系里5个角度γ0、α0、β0、λs、kr2.β0是派生的角度。除β0外4个角度是独立的。3.刃倾角和主偏角给定后，主切削刃S在空间的方位就唯一被确定。4.给定γ0和α0后，前刀面和后刀面也唯一被确定。5.对于单刃刀具，若给定这4个独立角度，那么它的切削部分的几何形状便被唯一确定。6.副切削刃也有4个独