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第1章 机械制造技术基础概述（时间：4次课，8学时）机械制造技术基础机械制造技术基础主讲：刘曙光主讲：刘曙光地址：地址：J8楼楼 409室室Tel:81217（O）E-mail:qq:1187288926本本课课程程的的性性质质、目目的的与与基基本本要要求求 机械制造技术基础机械制造技术基础是机械类各专业是机械类各专业的主干专业技术基础课程。通过本课程的教的主干专业技术基础课程。通过本课程的教学，应使学生了解和掌握机械制造技术的有学，应使学生了解和掌握机械制造技术的有关基本理论、基本知识和基本技能，为后续关基本理论、基本知识和基本技能，为后续课程学习打下良好的基础。课程学习打下良好的基础。课课 程程 介介 绍绍本本课课程程的的学学习习目目标标教学目标：教学目标：机械产品是由若干机械零件组成的。要获得需要的机械产品是由若干机械零件组成的。要获得需要的机械零件，必需要了解该零件表面的成形方法，通过选机械零件，必需要了解该零件表面的成形方法，通过选择合适的机床、刀具和夹具，采用正确的装夹方法，对择合适的机床、刀具和夹具，采用正确的装夹方法，对材料或毛坯进行加工，即变成具有一定形状、尺寸和精材料或毛坯进行加工，即变成具有一定形状、尺寸和精度的零件。其中，由机床、刀具、夹具和工件组成的系度的零件。其中，由机床、刀具、夹具和工件组成的系统称为机械加工工艺系统（简称工艺系统），它对能否统称为机械加工工艺系统（简称工艺系统），它对能否满足工件的要求起着决定性的作用。本章重点分析工艺满足工件的要求起着决定性的作用。本章重点分析工艺系统各部分特点及机械加工中常用的概念和方法。系统各部分特点及机械加工中常用的概念和方法。第1章 概 论 教学目标：机械产品是由若干机械零件组成的。要获得需要的机械零件，必需要了解该零件表面的成形方法，通过选择合适的机床、刀具和夹具，采用正确的装夹方法，对材料或毛坯进行加工，即变成具有一定形状、尺寸和精度的零件。其中，由机床、刀具、夹具和工件组成的系统称为机械加工工艺系统（简称工艺系统），它对能否满足工件的要求起着决定性的作用。本章重点分析工艺系统各部分的特点及机械加工中常用的概念和方法。本本课课程程的的性性质质、目目的的与与基基本本要要求求本课程的性质、研究对象、主要内容及学习要求本课程的性质、研究对象、主要内容及学习要求1、性质：是机械类各专业的主干专业技术基础课程。、性质：是机械类各专业的主干专业技术基础课程。2、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、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）。以及机械产品的制造工艺（包括零件加工和装配两方面）。3、主要内容与学习要求、主要内容与学习要求（1）以金属切削理论为基础，要求掌握金属切削的基本原理和基本知识，）以金属切削理论为基础，要求掌握金属切削的基本原理和基本知识，并具有根据具体情况合理选择加工方法（机床、刀具、切削用量、切削液并具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；等）的初步能力；（2）掌握机械加工的基础理论和知识：如定位理论、工艺尺寸链理论、）掌握机械加工的基础理论和知识：如定位理论、工艺尺寸链理论、加工精度理论等。加工精度理论等。（3）了解影响加工质量的各种因素，学会分析研究加工质量的方法；）了解影响加工质量的各种因素，学会分析研究加工质量的方法；（4）学会制定零件机械加工工艺过程的方法；）学会制定零件机械加工工艺过程的方法；（5）掌握机床夹具设计的基本原理和方法。）掌握机床夹具设计的基本原理和方法。学 习 方 法 机械制造技术基础是一门综合性、实践性、灵活性较强的课程，它涉及了毛坯制造、金属材料、热处理、公差配合等方面的知识。金属切削理论和机械制造工艺知识具有很强的实践性。因此，希望学习本课程时必须重视实践环节，即通过实验、实习、课程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。学学教教教 学 环 节1.课堂讲授2.课堂讨论3.实验课4.课外作业成 绩 评 定1.期末考试成绩（闭卷）（70）2.综合训练环节、讨论课成绩和附加成绩（10）3.作业成绩（10）4.实验成绩（10）实 验 安 排第 六 周：1、刀具角度；2、机床传动系统地点地点:J8:J8楼楼 112112室室 5759257592 乔志刚老师联系乔志刚老师联系 使用教材：使用教材：倪小丹倪小丹等主编。等主编。机械制造技术基础机械制造技术基础M，清华大学清华大学出版社，出版社，07.307.3参考教材：参考教材：参考教材：参考教材：1.1.张世昌等主编。张世昌等主编。机械制造技术基础机械制造技术基础M，高教出版社，高教出版社，20082008.12122.2.王启平主编，王启平主编，机械制造工艺学机械制造工艺学M，哈尔滨工业大学出哈尔滨工业大学出版社版社，20022002.3.3.陈日曜主编。陈日曜主编。金属切削原理金属切削原理M，机械工业出版社，机械工业出版社，1993.1993.答 疑 安 排1、暂定每周四晚7:00-9:30答疑地点:J8楼-409室2、随时可以利用电子邮件联系 E-mail:qq:1187288926 目目 录录第第第第1 1 1 1章章章章 机械制造技术基础概述机械制造技术基础概述机械制造技术基础概述机械制造技术基础概述 第第第第2 2 2 2章章章章 金属切削基本原理金属切削基本原理金属切削基本原理金属切削基本原理第第第第3 3 3 3章章章章 工艺规程设计工艺规程设计工艺规程设计工艺规程设计第第第第4 4 4 4章章章章 机械加工精度与表面质量机械加工精度与表面质量机械加工精度与表面质量机械加工精度与表面质量第第第第5 5 5 5章章章章 机床夹具机床夹具机床夹具机床夹具第第第第6 6 6 6章章章章 机械装配工艺基础机械装配工艺基础机械装配工艺基础机械装配工艺基础第第第第7 7 7 7章章章章 典型零件加工典型零件加工典型零件加工典型零件加工第1章 机械制造技术基础概述（时间：4次课，8学时）第1章 概 论 教学目标：机械产品是由若干机械零件组成的。要获得需要的机械零件，必需要了解该零件表面的成形方法，通过选择合适的机床、刀具和夹具，采用正确的装夹方法，对材料或毛坯进行加工，即变成具有一定形状、尺寸和精度的零件。其中，由机床、刀具、夹具和工件组成的系统称为机械加工工艺系统（简称工艺系统），它对能否满足工件的要求起着决定性的作用。本章重点分析工艺系统各部分的特点及机械加工中常用的概念和方法。第1章 概 论 教学重点和难点：教学重点和难点：工件表面的成形方法典型机床的加工工艺范围刀具的几何角度工件定位的方式六点定则获得加工精度的方法第1章 概 论案例导入怎样获得如图1.1所示的阶梯轴零件？分析：它是由一些外圆柱面、圆锥面(倒角)和平面组成，并有尺寸精度和表面粗糙度要求。怎样才能获得这些表面？需要哪些运动？需要用什么机床、刀具、夹具和量具？怎样把它装在机床上？精度怎样？第1章 概 论图1.1 阶梯轴简图第1章 概 论 1.1 机械加工的基本概念1.2 机械加工工艺装备1.3 基准的概念及其分类1.4 工件定位的六点定则1.5 获得加工精度的方法1.6 实 训1.7 习 题 1.1 机械加工的基本概念1.1.1 工件表面的成形方法1.1.2 切削加工成形运动和切削用量1.1 机械加工的基本概念通过本节的学习，要求掌握机械零件表面的成形方法轨迹法、成形法、相切法和展成法；熟悉零件常见表面（外圆、孔、平面、螺纹、齿面）的机械加工方法；掌握切削加工中的运动、切削用量与切削层截面参数。1.1.1 工件表面的成形方法所有机械零件的表面，都是由一些基本表面形成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形表面（如螺纹表面、渐开线齿面等），这些表面通常可以看成是一条母线沿着另一条导线运动而形成的。图1.2所示的几何表面都是由母线1沿导线2运动而形成的。母线和导线统称为发生线。1.1.1 工件表面的成形方法图1.2 零件表面的成形1.1.1 工件表面的成形方法需要指出：1虽然母线和导线相同，但若两者间起始位置不同，形成的表面也不同，如图1.2中的b及c。2有些表面，其母线和导线可以互换，如图1.2中a、d和f等，称为可逆表面；另一些表面则不能互换，如图中b和e，称为不可逆表面。切削加工中发生线是由刀具的切削刃和轨迹的相对运动得到的，不同的加工运动、不同的切削刃形状，形成发生线的方式不同，获得的零件表面就不同。形成零件表面的方法可以归纳为以下4种：（1）轨迹法 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1.3中母线2，工件作回转运动形成导线，最终获得回转曲面。采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。1.1.1 工件表面的成形方法图1.3 形成零件表面的4种方法1.1.1 工件表面的成形方法（2）成形法 利用成形刀具对工件进行加工的方法。如图1.3b所示，切削刃1的形状和长度与所需形成的发生线（母线2）完全吻合，工件作回转运动形成导线，最终也获得回转曲面。（3）相切法 利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。如图1.3c所示，刀刃1作回转运动，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动，切削点运动轨迹的包络线就是所需的发生线。为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。（4）展成法 利用刀具和工件作展成切削运动进行加工的方法。如图1.3d所示，加工时，刀具1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，就是所需的发生线。用展成法形成发生线需要一个成形运动（即刀具运动A与工件运动B组合而成的展成运动3）。1.1.2 切削加工成形运动和切削用量1.成形运动（1）主运动 直接切除工件上的切削层，以形成工件以加工表面的基本运动。主运动的速度最高，消耗功率最大，机床的主运动只有一个。主运动可以由工件或由刀具完成，车削时的主运动是工件的旋转运动。（2）进给运动 是指不断把切削层投入切削的运动。进给运动的速度较低，消耗的功率较小。进给运动不限于一个，可以是连续的，也可以是间歇性的。切削时，工件上形成三个不断变化着的表面（见图1.4）：已加工表面 指经切削形成的新表面，它随着切削运动的进行逐渐扩大。待加工表面 指即将被切除的表面。它随着切削运动的进行，逐渐缩小，直至全部切去。过渡表面 指切削刃正在切削的表面。1.1.2 切削加工成形运动和切削用量图1.4 车削时的切削运动与加工表面1.1.2 切削加工成形运动和切削用量 在切削过程中，切削刃相对于工件运动轨迹面，就是工件上的过渡表面和已加工表面。这里有两个要素，一是切削刃，二是切削运动。不同形状的切削刃与不同的切削运动组合，即可形成各种工件表面，如图1.5所示。1.1.2 切削加工成形运动和切削用量图1.5 各种切削运动和加工表面1.1.2 切削加工成形运动和切削用量2.切削用量（1）切削速度 它是切削刃上选定点相对于工件的主运动线速度。当主运动为旋转运动时，其切削速度为（单位为m/min）式中 d完成主运动的工件或刀具的最大直径（单位为mm）；n主运动的转速（单位为r/min）（2）进给量f 当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上的位移量f。进给量的大小也反映了进给速度（单位为mm/min）的大小，关系为1.1.2 切削加工成形运动和切削用量背吃刀量 车削时（单位为mm）是工件上待加工表面与已加工表面间的垂直距离：式中 工件待加工表面的直径，单位为mm；工件已加工表面的直径，单位为mm。合成切削速度 在主运动与进给运动同时进行的情况下，切削刃上任一点的实际切削速度是它们的合成速度1.2 机械加工工艺装备1.2.1 机床1.2.2 刀具1.2.3 夹具1.2.4 量具1.2 机械加工工艺装备 零件加工时需要的成形运动，都是靠相应的机床来实现的。在加工过程中，除要使用机床外，还需要装夹工件用的夹具、切除工件上多余材料使用的刀具以及判断零件合格与否的量具。机床、夹具、刀具和量具统称为工艺装备。1.2.1 机床1.2.1.1 机床的分类与型号编制1.2.1.2 机床的传动原理1.2.1.3 典型机床的加工范围1.2.1 机床机床是制造机器的机器，被称为工作母机。根据加工工艺方法的不同，机床有几大类，如金属切削机床、锻压机床、电加工机床、坐标测量机、铸造机床、热处理机床（表面淬火机床）等。本书以介绍金属切削机床为主。1.2.1.1 机床的分类与型号编制机床的品种规格繁多，为了便于区别、使用和管理，必须对机床进行分类，并编制型号。1.机床的分类机床的传统分类方法，主要是按加工性质和所用的刀具进行分类。根据国家制定的机床型号编制方法，目前将机床分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局形式和结构，分为若干组，每一组又细分为若干系（系列）。1.2.1.1 机床的分类与型号编制2.机床型号的编制机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、通用和结构特性、主要技术参数等。GB/T15375-94规定：机床的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排列组成，适用于各类通用机床和专用机床（组合机床除外）。通用机床型号的表示方法：1.2.1.1 机床的分类与型号编制（）（）（）（）/（）（-）企业代号 其它特性代号 重大改进顺序号 主轴数或第二主参数 主参数或设计顺序号 系代号 组代号 通用特性、结构特性代号 类代号 分类代号1.2.1.1 机床的分类与型号编制（1）机床的类别代号机床的类别代号用大写的汉语拼音字母表示，如表1.1所示。若每类又有分类，则在类别代号之前用阿拉伯数字表示。（2）机床的特性代号机床的特性代号表示机床所具有的特殊性能，包括通用特性和结构特性，用字母表示。当某类机床除了有普通型外，还有某种特性时，应在类别代号之后加特性代号予以区别。如表1.2所示为机床的通用特性代号。通用特性的代号在各类机床中所表示的意义相同；结构特性代号无统一规定，在不同的机床中含义也不相同，用于区别主参数相同而结构不同的机床。1.2.1.1 机床的分类与型号编制1.2.1.1 机床的分类与型号编制1.2.1.1 机床的分类与型号编制（3）机床的组别代号和系列代号机床的组别代号和系列代号用两位阿拉伯数字表示，前者表示组别，后者表示系列。每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，每个组又划分为10个系，分别用数字09表示。金属切削机床的类、组划分见表1.3所示。（4）机床主参数和设计顺序号机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示。各类机床的主参数及折算系数见表1.4所示。第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作长度等等。第二主参数也用折算值表示。1.2.1.1 机床的分类与型号编制1.2.1.1 机床的分类与型号编制1.2.1.1 机床的分类与型号编制1.2.1.1 机床的分类与型号编制（5）机床的重大改进顺序号当机床的性能及结构布局有重大改进，并按新产品重新设计、试制和鉴定时，在原有机床型号的尾部，加重大改进号，以区别于原有机床型号。序号按A、B、C、的字母顺序选用。（6）其它特性代号主要用以反映各类机床的特性，如对数控机床，可用来反映不同的数控系统；对于一般机床可用来反映同一型号机床的变型等。其它特性代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。1.2.1.1 机床的分类与型号编制（7）企业代号生产企业单位的代号。例如Z304016/S2型摇臂钻床型号中：Z类别代号（钻床类）；3组别代号（摇臂钻床组）；0系别代号（摇臂钻床系）；40主参数（最大钻孔直径40mm）；16第二主参数（最大跨距1600mm）；S2企业代号（中捷友谊机床厂代号）。1.2.1.1 机床的分类与型号编制3.机床技术性能指标机床的技术性能指标是根据使用要求确定的，通常包括以下内容：（1）机床的工艺范围机床的工艺范围是指机床上可以完成的工序种类，能加工的零件类型，使用的刀具，所能达到的加工精度和表面粗糙度，适用的生产规模等。（2）机床的技术参数机床的技术参数主要包括：尺寸参数（几何参数）、运动参数和动力参数。尺寸参数 是指机床能够加工工件的最大几何尺寸。例如，对于卧式车床的主参数为床身上最大工件回转直径，第二主参数为最大工件长度；对于矩台平面磨床，主参数为工作台面宽度，第二主参数为工作台面长度。1.2.1.1 机床的分类与型号编制运动参数 是指机床加工工件时所能提供运动速度，包括主运动的速度范围、速度数列和进给运动范围、进给量数列，以及空行程的速度等。对作回转运动的机床，主运动参数是主轴转速，对作直线运动的机床，主运动参数是机床工作台或滑枕的每分钟往复次数。大部分机床（如车床、钻床）的进给量用工件或刀具每转的位移（mm/r）来表示。直线往复运动的机床（如刨床、插床）的进给量，以每一往复的位移量来表示。铣床和磨床的进给量，以每分钟的位移量（mm/min）来表示。动力参数 是指机床驱动主运动、进给运动和空行程运动的电动机额定参数（如额定功率、额定转速等）。1.2.1.1 机床的分类与型号编制（3）机床的精度与刚度机床的精度包括几何精度和运动精度。机床的几何精度指机床在静止状态下的原始精度，包括各主要零部件的制造精度及其相互间的位置精度。机床的运动精度指机床的主要部件运动时的各项精度，包括回转运动精度、直线运动精度、传动精度等。机床的刚度是指机床在受力作用下抵抗变形的能力。1.2.1.2 机床的传动原理1.机床的基本组成为实现加工过程中所必须的各种运动，机床应具备三个基本部分：（1）执行件 执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。其任务是装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形势的运动和保持准确的运动轨迹。（2）运动源 为执行件运动和动力的装置。如交流异步电动机、直流电动机、部进电机等。（3）传动装置 传递运动和动力的装置。通过它可以把运动源的运动和动力传给执行件，使它按一定的速度和方向运动；也可以把两个执行件联系起来，使二者保持某种确定的运动关系。机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式。1.2.1.2 机床的传动原理2.机床的传动链机床上为得到所需要的运动，需要通过一系列的传动件把执行件和动力源（或者把执行件和执行件）连接起来，称为传动联系。组成传动联系的一系列传动件称为传动链。传动链中有两类传动机构：一是传动比和传动方向固定不变的定比传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等；二是按加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，称为换置机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构和离合器变速机构等。1.2.1.2 机床的传动原理3.机床的传动原理图为了便于研究机床的传动系统联系，常用一些简明的符号表示传动原理和传动路线，这就是传动原理图。如图1.6所示，假想线代表定比传动机构，棱形块代表换置机构。图1.6a铣平面，有两条外联系传动链：传动链“1234”将运动源（电动机）和主轴联系起来，使铣刀获得一定转速和转向的旋转运动B；传动链“5678”将运动源和工作台联系起来，使工件获得一定进给速度和方向的直线运动A。若要改变铣刀的转速、转向和工件的进给速度和方向时，可通过换置机构和实现。1.2.1.2 机床的传动原理图1.6b车螺纹时，工件的旋转和车刀的移动为复合运动，有两条传动链：外联系传动链“12.34”将运动源和主轴联系起来；内联系传动链“4567”将主轴和刀架联系起来，使工件和车刀保持严格的运动关系，利用换置机构，可实现不同导程的要求。图1.6c为车圆锥螺纹的传动原理图。车圆锥螺纹需要三个单元运动组成的复合运动：工件旋转B、车刀纵向直线移动A和横向直线移动A。这三个单元运动之间必须严格保持：工件转一转的同时，车刀纵向移动一个螺纹导程L的距离，横向移动Ltan的距离（为圆锥螺纹的斜角）。这就需要在主轴与刀架纵向溜板之间用传动链“4567”联系，在刀架纵向溜板与横向溜板之间用传动链“789”联系，这两条传动链都是内联系传动链。传动链中的可适应加工不同导程螺纹的需要，可适应加工不同锥度螺纹的需要。外联系传动链“1234”使主轴和刀架获得一定速度和方向的运动。1.2.1.2 机床的传动原理图1.6 传动原理图1.2.1.3 典型机床的加工范围1.车床车床是金属切削机床中应用最广泛的一种。车床类机床主要用于加工各种回转表面，如内圆、外圆、圆锥、成形面、螺纹面和回转体的端面等。车床上主要使用各种车刀，其次是各种孔加工刀具（如钻头、扩孔钻、铰刀等）和螺纹刀具（板牙、丝锥等）。车床的种类很多，按结构和用途的不同，可分为卧式车床、转塔车床、立式车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床、多刀车床、专门化车床（如凸轮轴车床、曲轴车床）等。其中卧式车床的应用最广。卧式车床由主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座和床身等部件组成（见图1.7）。车床的主运动是工件的旋转运动，进给运动是刀具的移动。1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.7 卧式车床1主轴箱 2刀架 3尾座 4床身 5、9床腿 6 光杆 7丝杠8溜板箱 10进给箱 11挂轮变速机构1.2.1.3 典型机床的加工范围卧式车床的加工范围很广，它能完成多种加工，主要包括：各种轴类、套类和盘类等零件上的回转表面，如车外圆、镗孔、车锥面、车环槽、切断、车成形面等；车端面；车螺纹；还能进行钻中心孔、钻孔、铰孔、攻丝、滚花等，如图1.8所示。1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.8 卧式车床加工的刀具和典型表面1.2.1.3 典型机床的加工范围2.铣床铣床主要用于加工各种平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮等表面。铣削与刨削的工艺范围基本相同，但由于铣刀同时有多个刀齿参加切削，所以铣削的生产率比刨削高，在机械加工中所占比重比刨削大。铣床的种类很多，主要有升降台式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床、各种专门化铣床（如凸轮铣床、曲轴铣床）等，其中应用最广的是升降台式铣床。万能升降台式铣床的主要结构如图1.9所示，其主运动是刀具的旋转运动。工作台6可在互相垂直的三个方向调整其位置，并可在任一方向上实现进给运动。在床鞍8上有一个回转盘7，可以绕垂直轴在45范围内调整角度，工作台在回转盘的导轨上移动，以便铣削各种角度的成形面。铣刀与铣床加工的典型表面如图1.10所示。1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.9 X62W型铣床1主轴变速机构 2床身 3主轴 4横梁 5刀杆支架 6工作台7回转盘 8横滑板 9升降台 10进给变速机构1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.10 铣刀与铣床加工的典型表面a)、b)、铣平面 c)铣螺纹 d)、e)铣沟槽 f)铣台阶 g)铣T型槽 h)切断 i)、j)铣角度槽k)、l)铣键槽 m)铣齿形 n)铣螺旋槽 o)铣曲面 p)铣立体曲面 q)球头铣刀1.2.1.3 典型机床的加工范围3.钻床主要用钻头在工件上加工孔的机床称为钻床。通常钻头的旋转运动为主运动，刀具的轴向移动为进给运动。钻床的主要功用是钻孔和扩孔，也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉头孔和锪凸台端面等。普通钻床分为台式钻床（加工直径小于13mm的孔）、立式钻床（加工直径小于50mm的孔）、摇臂钻床、深孔钻床、中心孔钻床、数控钻床等等。应用最广泛的是立式钻床、摇臂钻床和数控钻床。图1.11所示为一摇臂钻床，主轴箱4装在摇臂3上，并可沿摇臂3的导轨作水平移动，摇臂3可沿立柱2作垂直升降运动，摇臂还可以绕立柱轴线回转。就能方便地加工不同高度和不同位置的工件。钻床的加工方法及所需的运动如图1.12所示。1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.11 摇臂钻床1底座 2立柱 3摇臂 4主轴箱 5主轴 6工作台1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.12 钻床的加工方法1.2.1.3 典型机床的加工范围4.镗床镗床的主要工作是用镗刀镗孔，通常孔的尺寸较大、数量多，孔的尺寸精度、形状精度、位置精度要求高。合适加工各种大型箱体、床身、机壳、机架等工件。镗床的主要类型有卧式镗铣床、坐标镗床、金刚镗床等。其中以卧式镗铣床应用最广泛。其主要结构见图1.13所示。卧式镗床的主要运动有：镗杆或平旋盘的旋转主运动；镗杆的轴向进给运动；主轴箱的垂直进给运动（加工端面）；工作台的纵向、横向进给运动；平旋盘上的径向刀架进给运动（加工端面）。且工作台还能沿上滑座的圆轨道在水平面内转动，以适应加工互相成一定角度的平面和孔。镗床还可用来钻孔、扩孔、铰孔、车螺纹、铣平面等加工。其典型加工方法如图1.14所示。1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.13 卧式镗床1床身 2下滑座 3上滑座 4后支架 5后立柱 6工作台7镗轴 8平旋盘 9径向刀架 10前立柱 11主轴箱1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.14 卧式镗床的主要加工方法1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.15 M1432A型万能外圆磨床1.2.1.3 典型机床的加工范围外圆磨床和万能磨床的加工方式如图1.16所示。图a为纵向进给磨削外圆柱面；图b为工作台旋转一角度，纵向进给磨削锥度不大的外圆锥面；图c和d为横向进给磨削（切入磨削）锥度较大，但较短的外圆锥面，图c为砂轮架倾斜一角度，图d为工件头架倾斜一角度；图e为内圆磨具磨内孔，若要磨锥孔，工件头架应倾斜一角度。1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.16 外圆磨床和万能磨床的加工示意图1.2.1.3 典型机床的加工范围6.齿轮加工机床加工齿轮齿形的机床叫齿轮加工机床。按照加工原理，齿形加工可以分为成形法和展成法两大类，成形法是利用与被加工齿轮齿槽形状一致的刀具，在齿坯上加工出齿形，通常在普通铣床上进行，如图1.17所示；展成法是利用齿轮啮合（或齿轮与齿条啮合）原理，将其中的一个作为刀具，在啮合的过程中进行加工。用展成法加工的机床主要有滚齿机、插齿机、刨齿机、剃齿机、珩齿机、磨齿机等，后三种通常用于齿形的精加工。图1-18所示为滚齿加工，滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮及蜗轮。床身1上固定立柱2，刀架溜板3可沿立柱上的导轨作垂直方向的移动，以实现滚刀的轴向进给。滚刀安装在刀杆4上，可调整其倾斜角度。工件安装在工作台的心轴7上，并支承在支架6的孔中，由工作台带动作旋转运动。滚刀的旋转是主运动；滚刀与工件之间的啮合是展成运动，由机床的内联系传动链实现；滚刀沿轴向的移动是进给运动；此外，在滚斜齿轮时，还必须有一个附加的转动即差动运动。1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.17 直齿圆柱齿轮的成形铣削1.2.1.3 典型机床的加工范围图1.18 滚齿加工1.2.1.3 典型机床的加工范围7.挤压加工机床挤压是迫使金属块料产生塑性流动，通过凸模与凹模间的间隙或凹模出口，制造空心或断面比毛坯断面要小的零件的一种工艺方法。如果毛坯不经加热就进行挤压，便称为冷挤压。冷挤压是无切屑、少切屑零件加工工艺之一，所以是金属塑性加工中一种先进的工艺方法。如果将毛坯加热到再结晶温度以下的温度进行挤压，便称为温挤压。温挤压仍具有少无切屑的优点。1.2.2刀具1.2.2.1 刀具材料1.2.2.2 刀具几何角度1.2.2.3 刀具种类及其选用1.2.2.4 砂轮 1.2.2刀具切削过程就是刀具从工件表面上切除多余的材料。根据工件和机床的不同，刀具也有不同的类型、结构、材料和几何参数。1.2.2.1 刀具材料1.刀具材料应具备的性能所谓机械加工的实质就是，用比工件材料硬的刀具，在机械能和机械力的作用下，切除多余的材料。刀具工作时除了要承受很大的压应力外，还要承受与工件和切屑间的强烈摩擦而产生的高温。刀具材料的切削性能对刀具的使用寿命、生产效率、加工质量和生产成本影响很大，因此必须合理选用。刀具材料的性能应满足以下基本要求：(1)硬度和耐磨性 刀具材料的硬度应比工件材料的硬度高，一般常温硬度要求60HRC以上。刀具材料应具有较高的耐磨性。材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料含有耐磨的合金碳化物越多、晶粒越细、分布越均匀，则耐磨性越好。1.2.2.1 刀具材料(2)强度和韧性 刀具材料必须有足够的强度和韧性，以便在承受振动和冲击时不产生崩刃和折断。(3)耐热性 刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。(4)工艺性 为便于制造，刀具材料应具备较好的可加工性（焊接、锻、轧、热处理、切削和磨削等）。(5)经济性 经济性是评价刀具材料的重要指标之一，刀具材料的价格应低廉，便于推广。但有些材料虽单件成本很高，但因其使用寿命长，分摊到每个工件上的成本不一定很高。1.2.2.1 刀具材料2.常用刀具材料(1)高速钢高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它所允许的切削速度比碳素工具钢及合金工具钢高13倍，故称为高速钢。高速钢具有较高的耐热性，在500650C时仍能切削。高速钢还具有高的强度、硬度（6370HRC）和耐磨性，另外，其热处理变形小、能锻易磨，是一种综合性能好、应用最广泛的刀具材料。特别适合制造结构复杂的成形刀具、钻头、滚刀、拉刀和螺纹刀具等。由于高速钢的硬度、耐磨性、耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。高速钢分两大类：普通高速钢和高性能高速钢，常用高速钢的化学成分、性能和用途见表1.5。切削一般材料可选用普通高速钢，其中W18Cr4V过去国内用得多，目前国内外大量使用的是W6Mo5Cr4V2；切削难加工材料时可选用高性能高速钢。1.2.2.1 刀具材料1.2.2.1 刀具材料(2)硬质合金硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经粉末冶金方法制成的。硬质合金的硬度、特别是高温硬度、耐磨性、耐热性都高于高速钢，硬质合金的常温硬度可达8993HRA（高速钢为8386.6HRA），在800C1000C时仍能进行切削。硬质合金的切削性能优于高速钢，刀具耐用度也比高速钢高几倍到几十倍，在相同耐用度时，切削速度可提高410倍。但硬质合金较脆，抗弯强度低，韧性也很低。1.2.2.1 刀具材料1.2.2.1 刀具材料(3)其它刀具材料1）陶瓷 陶瓷是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。陶瓷刀具比硬质合金具有更高的硬度和耐热性，在1200C的温度下仍能切削，切削速度更高，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆，抗冲击韧性差，抗弯强度低。2）人造金刚石 天然金刚石是自然界最硬的材料。耐磨性极好，但价格昂贵，主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜等。人造金刚石是除天然金刚石外最硬的材料，多用于有色金属及非金属材料的超精加工以及作磨料用。金刚石是碳的同素异形体，与碳易亲合，故金刚石刀具不宜加工含有碳的黑色金属。3）立方氮化硼（CBN）由六方氮化硼（白石墨）在高温高压下转化而成的。立方氮化硼刀具硬度与耐磨性仅次于金刚石。它的耐热性可达1300，化学稳定性很高，在高温下与大多数铁族金属都不起化学反应。一般用于高硬度、难加工材料的精加工。1.2.2.2 刀具几何角度1.刀具切削部分的组成金属切削刀具的种类很多，但它们参加切削的部分具有相同的几何特征，为方便起见，以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。如图1.19所示，车刀由切削部分和刀柄（用于装夹）两部分构成。切削部分由三个面、两条切削刃和一个刀尖组成。(1)前刀面（A）切削过程中切屑流出所经过的刀具表面。(2)后刀面（A）切削过程中与工件过渡表面相对的刀具表面。(3)副后面（A）切削过程中与工件已加工表面相对的刀具表面。(4)主切削刃（s）前刀面与后刀面的交线。它担负主要的切削工作。(5)副切削刃（s）前刀面与副后面的交线。它配合主切削刃完成切削工作。(6)刀尖 主切削刃与副切削刃连接处的一小段切削刃。为了改善刀尖的切削性能，常将刀尖磨成直线或圆弧形过渡刃。1.2.2.2 刀具几何角度图1.19 车刀的组成1.2.2.2 刀具几何角度2.刀具切削部分的几何角度与一般刀具相同，要进行切削加工，刀具必须具有切削角度。定义刀具的几何角度需要建立参考系。在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系称为标注角度参考系或静止参考系。在此参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。以下主要介绍刀具静止参考系中常用的正交平面参考系。（1）正交平面参考系正交平面参考系是由基面Pr、切削平面Ps和正交平面Po三个平面组成的空间直角坐标系，如图1.20所示。1.2.2.2 刀具几何角度图1.20 正交平面参考系1.2.2.2 刀具几何角度基面Pr 指过主切削刃上的选定点，垂直于主运动方向的平面。车刀切削刃上各点的基面都平行于车刀的安装面（即底面）。安装面是刀具制造、刃磨、测量时的定位基面。通常，切削刃上各点的基面在空间的方位都不同，因此必须确定一个选定点，下述的切削平面、正交平面同。切削平面 指过主切削刃上的选定点，与主切削刃相切，并垂直于该点基面的平面（即与工件过渡表面相切的面）。正交平面PO 指过主切削刃选定点，同时垂直于基面与切削平面的平面。1.2.2.2 刀具几何角度（2）刀具的标注角度如图1.21所示，在正交平面内标注的角度前角o 是指前刀面与基面之间的夹角。前面与基面平行时前角为零；刀尖位于前刀面最高点时，前角为正；刀尖位于前刀面最低点时，前角为负。前角对刀具切削性能影响很大。后角o 是指后刀面与切削平面之间的夹角。刀尖位于后刀面最前点时，后角为正；刀尖位于后刀面最后点时，后角为负。后角的主要作用是减小后刀面与过渡表面间的摩擦。楔角o 前刀面与后刀面的夹角。是由前角后角得到的派生角。1.2.2.2 刀具几何角度图1.21 正交平面参考系标注角度1.2.2.2 刀具几何角度（3）刀具的工作角度以上是在静止参考系中讨论刀具的标注角度，实际上，在切削加工中，由于进给运动的影响，或者刀具相对于工件安装位置发生变化时，会使刀具的实际切削角度发生变化。刀具在工作状态下的切削角度，称为刀具的工作角度。工作角度记作为：oe、oe、re、r e、s e、oe等。进给运动对工作角度的影响1）横向进给对工作角度的影响 车端面或切断时，车刀沿横向进给，合成运动方向与主运动方向的夹角为（），运动轨迹是阿基米德螺旋线（如图1.22所示）。1.2.2.2 刀具几何角度图1.22 横向进给运动对工作角度的影响1.2.2.2 刀具几何角度2）纵向进给对工作角度的影响 车外圆或车螺纹时（如图1.23所示），合成运动方向与主运动方向之间的夹角为f，这时工作基面和工作切削平面分别相对于基面Pr和切削平面转过f角。刀具安装对工作角度的影响1）刀刃安装高度对工作角度的影响 车削时刀具的安装常会出现刀刃安装高于或低于工件回转中心的情况（如图1.24所示）。2）刀柄安装偏斜对工作角度的影响 在车削时会出现刀柄与进给方向不垂直的情况（如图1.25所示）。1.2.2.2 刀具几何角度图1.23 纵向进给运动对工作角度的影响1.2.2.2 刀具几何角度图1.24 车刀安装高度对工作角度的影响1.2.2.2 刀具几何角度图1.25 车刀安装偏斜对工作角度的影响回顾练习2.试说明MG1432和CK6132机床型号的含义。图1.19 车刀的组成n图图1.21 正交平面参考系标注角正交平面参考系标注角度度n图图1.20 正交平面参考系正交平面参考系回顾回顾1.2.2.3 刀具种类及其选用1.车刀车刀是金属切削加工中使用最广泛的刀具，它可以用来加工各种内、外回转体表面，如外圆、内孔、端面、螺纹，也可用于切槽和切断等。车刀按结构可分为整体式、焊接式、机夹重磨式、可转位式及成形车刀等（图1.26）。（1）焊接车刀 将一定形状的硬质合金刀片用黄铜、纯铜等焊接在刀杆上的刀槽内而成。各种焊接式车刀及所加工的表面如图1.27所示。这种刀片有