机械制造技术基础第1章.ppt
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1、机械制造技术基础机械制造技术基础 制作:机械制造教研室授 课:恩吉 2021/9/231绪 论1、制造业在国民经济中的地位、制造业在国民经济中的地位制造制造是人类科学理念物化的过程(P1)。它是指人类按照所需目的,运用主观掌握的知识和技能,应用可利用的设备和工具,采用有效的方法,将原材料转化为有使用价值的物质产品并投放市场的全过程。(1)机械制造业是国家工业体系的重要基础和国民经济的重要组成部分,是衡量一个国家科技水平的重要标志之一;(2)制造技术是生产、国际经济竟争、产品革新的一种重要手段;(3)基础机械、基础零部件、基础工艺的发展,其关键在于制造技术的发展;(4)现代以制造技术为重点的工业
2、革命,就是第三次工业革命;2021/9/2322021/9/233在国防中举足轻重在国防中举足轻重2021/9/234歼歼10:国产最先进战机:国产最先进战机2021/9/235中华神盾:国产最先进驱逐舰中华神盾:国产最先进驱逐舰2021/9/236遨游太空的神六遨游太空的神六2021/9/237航空母舰:制造业的颠峰航空母舰:制造业的颠峰2021/9/2382、先进制造技术的发展趋势、先进制造技术的发展趋势信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用。设计技术的不断现代化。加工制造技术向超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展。绿色制造将成为21世纪制造业的主要特征。2021/9/
3、239目前研究热点目前研究热点超超高速切削高速切削精密及精密及超精密超精密加工、加工、微细加工和微细加工和纳米纳米级加工级加工自动化加工中刀具自动化加工中刀具可靠性可靠性研究研究切削过程切削过程在线检测在线检测、监控和预报监控和预报新型新型刀具材料刀具材料的设计与开发的设计与开发新型新型高难加工材料高难加工材料的切削加工的切削加工其它其它新型新型加工方法,如:基于环保意识的绿色干切削、硬加工方法,如:基于环保意识的绿色干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动切削等切削、低温切削、加热切削、振动切削等复杂曲面复杂曲面加工,复杂刀具加工,复杂刀具CAD/CAM 2021/9/2310国内研究现状国
4、内研究现状p山东大学山东大学 (新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠性等、高速切削性等、高速切削),代表性人物:,代表性人物:艾兴院士艾兴院士p哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 (精密、超精密加工、纳米级加工、特种精密、超精密加工、纳米级加工、特种加工等加工等),代表性人物:,代表性人物:袁哲俊教授袁哲俊教授p大连理工大学大连理工大学 (切削理论、剪切角理论切削理论、剪切角理论 、石材加工等、石材加工等),代表性人物:代表性人物:刘培德教授刘培德教授p北京理工北京理工(硬质合金刀具、难加工材料加工等硬质合金刀具、难加工材料加工等),代表性人,代表性人物:
5、物:于启勋教授于启勋教授p天津大学天津大学(陶瓷精密磨削加工等陶瓷精密磨削加工等),代表性人物:,代表性人物:于思远教于思远教授授2021/9/2311p东北大学东北大学 (磨削加工磨削加工),代表性人物:,代表性人物:郑焕文教郑焕文教授授p华南理工大学华南理工大学(加工表面质量、加工表面质量、积屑瘤、加工表积屑瘤、加工表面残余应力面残余应力),代表性人物:,代表性人物:周泽华教授周泽华教授p华中科技大学华中科技大学(陈日曜教授陈日曜教授)p南京航空航天大学南京航空航天大学(张幼帧教授张幼帧教授)p北京航空航天大学北京航空航天大学(陈鼎昌教授陈鼎昌教授)p清华大学清华大学p成都工具研究所等成都
6、工具研究所等2021/9/2312p美国、日本、德国、澳大利亚等美国、日本、德国、澳大利亚等美国美国:Merchant,Lee and Shaffer日本:日本:臼井英治、小野浩二、中山一雄臼井英治、小野浩二、中山一雄澳大利亚:澳大利亚:Oxley 国外研究现状国外研究现状2021/9/23133、如何学好本课程、如何学好本课程性质:性质:是机械类各专业的主干专业技术基础课程。研究对象:研究对象:金属切削原理、金属切削机床与刀具、机床夹具设计原理以及机械产品的制造工艺(包括零件加工和装配两方面)。课程的主要内容课程的主要内容金属切削的基本原理和基本知识;金属切削机床与刀具;零件机械加工工艺过程
7、的制订;机床夹具设计原理;机械加工精度与加工质量;装配工艺过程设计;2021/9/2314课程的学习要求课程的学习要求以金属切削理论为基础,掌握金属切削的基本原理和基本知识,并有根据具体情况合理选择加工方法(机床、刀具、切削用量、切削液等)的初步能力;以制造工艺为主线,以产品质量、加工效率与经济性三者的优化为目标,了解和掌握机械加工工艺过程、机械加工精度和质量以及装配过程的基本原理和基本知识,具有设计工艺规程的初步能力。了解和能够选用常用工艺装备(机床、刀具、夹具),并具有初步设计工艺装备的能力。对先进制造技术的发展趋势有一定的了解。2021/9/2315本课程的学习方法本课程的学习方法金属切
8、削理论和机械制造工艺知识具有很强的实践性。因此,希望学习本书时必须重视实践环节,即通过实验、实习、设计及工厂调研来更好地体会、加深理解。本书给出的仅是基本概念与理论,真正的掌握与应用必须在不断的实践理论实践的循环中善于总结,才能达到自由王国的境界。2021/9/2316学时安排:1.(5)2.(8)3.(11)5.(11)7.(5)8.(2)9.(1)考核 平时成绩30分:考勤和课堂纪律15;课堂讨论、笔记和作 业15。期末闭卷考试70分.试卷题型:1填空 15 约5题 ;2.选择题35 约7题 ;3.简答题16 约4题 ;4.分析题24 约3题 ;5计算题10 约1题 。2021/9/231
9、7第一章:金属切削过程的基础知识(约(约5学时)学时)本章提要 一、基本定义 介绍金属切削过程方面的一些基本概念,它包括切削运动、切削用量、参考系(基面、切削平面、主剖面)、刀具标注角度、切削层参数等。二、刀具材料 介绍刀具材料应具备的性能(硬度、耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性),两种常用的刀具材料(高速钢、硬质合金)和其它刀具材料(涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼)。2021/9/23181.1基本定义1.1.1切削运动与切削用量 工件三个表面定义:待加工表面:即将被切去金属层的表 面;加工表面:切削刃正在切削着的表面;已加工表面:已经切去一部分金属形成的新表面。2021/9/
10、2319平面刨削的切削运动及工件上三表面平面刨削的切削运动及工件上三表面2021/9/2320课堂问题:课堂问题:指出钻、铣削的切削运动及工指出钻、铣削的切削运动及工件上三个表面。件上三个表面。2021/9/23211.1.1.1切削运动*主运动主运动 主运动是速度最高,消耗机床功率最多的那个运动。(如主运动是速度最高,消耗机床功率最多的那个运动。(如图图1.3Vc)注:注:(a)主运动可为刀具,也可为工件;主运动可为刀具,也可为工件;(b)主运动可是直线运动,也可旋转运动;主运动可是直线运动,也可旋转运动;(c)切削加工中,主运动必须有一个,也只有一个。切削加工中,主运动必须有一个,也只有一
11、个。进给运动进给运动 进给运动使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可是进给运动使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可是一个、两个或多个,通常消耗功率较小。(如一个、两个或多个,通常消耗功率较小。(如图图1.3Vf)注:(注:(a)进给运动可以是一个、几个或没有;)进给运动可以是一个、几个或没有;(b)进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合;)进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合;(c)进给运动可由刀具或工件完成。)进给运动可由刀具或工件完成。2021/9/2322 VcVeVf图1.3合合成成切切削削速速度度合成运动与合成切削速度合成运动与合成切削速度 当主运动与进给运动同时进行
12、时,刀具切削刃上某点当主运动与进给运动同时进行时,刀具切削刃上某点相对工件的运动称为合成切削运动。相对工件的运动称为合成切削运动。(如如图图1.3Ve)2021/9/23232021/9/23242021/9/23252021/9/23262021/9/23272021/9/23282021/9/23292021/9/2330 1.1.1.2 切削用量三要素*(1)切削速度 (车钻镗)(2)进给速度、进给量和每齿进给量 进给速度Vf是单位时间的进给量,单位是mm/s(mm/min)进给量f是工件或刀具每回转一周两者沿进给运动方向的相对位移,单位是mm/r2021/9/2331对于铣刀、齿轮滚刀
13、等多刃切削工具,在它们进行工作时,还应规定每一个刀齿的进给量f z。三者的关系:2021/9/2332(3)背吃刀量 背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离(车削)(钻削)2021/9/23331.1.2.刀具切削部分的基本定义1.1.2.1 刀具切削部分的构造2021/9/2334 主后刀面主后刀面Aa是指与工件加工表面相对的刀具 表面。副后刀面副后刀面Aa是指与工件已加工表面相对的 刀具表面。(3)切削刃切削刃:主切削刃主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边;副切削刃副切削刃指前刀面与副后刀面相交的锋边。(1)前刀面前刀面:前刀面前刀面Ar 是切屑流出的表面;(2)后刀面后刀
14、面:后刀面后刀面分为主后刀面主后刀面与副后刀面副后刀面;车刀的组成车刀的组成2021/9/2335(4)刀尖刀尖:刀尖刀尖可以是主、副切削刃的实际交点(图1.5)它也可以是圆弧或直线(通常都称为过渡刃)。2021/9/23361.1.2.2 刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成:基面Pr 通过切削刃选定点,垂直假定主运动方向的平面。切削平面Ps 通过切削刃选定点,与主切削刃相切,并垂直于基面Pr的平面。主剖面Po和主剖面参考系 主剖面Po是通过切削刃选定点,同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。由Pr-Ps-Po组成的一个正交的主剖面参考系主剖面参考系。2021/9/23
15、372021/9/2338 法法剖剖面面Pn和和法剖面参考系法剖面参考系 法剖面 Pn是通过切削刃选定点,垂直于切削刃的平面。Pr-Ps-Pn组 成一个法法剖剖面面参参考系考系2021/9/2339VPrVf进给剖面进给剖面Pf和背和背平面平面Pp及其组成的及其组成的进给、背平面参考进给、背平面参考系系 进给剖面Pf是通过切削刃选定点,平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。背平面Pp是通过切削刃选定点,同时垂直于Pr和Pf的平面。Pr-Pf-Pp组成一个进进给、背平面参考系给、背平面参考系。2021/9/23401.1.2.3 刀具工作角度的参考系(自阅)刀具工作角度参考系与标注角度参考系
16、的唯一不同是:用主运动与进给运动的合成切削运动Ve取代主运动VcVe=Vc+Vf2021/9/23411.1.2.4 刀具的标注角度*主偏角r:基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角。刃倾角s:切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。前角0:前刀面与基面间的夹角(在主剖面中测量)。后角0:后刀面与切削平面的夹角(在主剖面中测量)。同理可得:副偏角r,副后角0,副刃倾角s,副前角0,。它们的定义与主切削刃上的四种角度类似。2021/9/2342几个派生角如下:楔角 :主剖面中测量的前、后刀面间夹角。刀尖角 :基面中测量的主、副切削刃间夹角。2021/9/23432021/9/2344前角前角主
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