金属切削原理与机床教案.docx
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金属切削原理与机床教案
教案
2017-2018学年第1学期
院（部） ****学院
教研室 机械专业
课程名称 金属切削原理与机床
授课专业班级 ********班
主讲教师 ********
职称职务******
使用教材 《金属切削原理》、《金属切削机床概论》
哈尔滨****大学轻工学院教案第1次课
授课内容
绪论，机床分类和型号的编制方法；
目的要求
理解金属切削机床的特点，理解金属切削过程的特点及刀具
理解金属切削机床的分类和机床型号的编制方法。
重点难点
理解机床的分类及型号编制方法；
理解常用机床的类代号、通用特性代号、主参数等；
课型
理论
计划学时
2
课前准备
第一章绪论
1-1地位、性质
1-2本课程的研究对象、内容及目的
第二章机床分析
2-1切削加工的基本定义
2-1-1金属切削机床的分类
2-1-2金属切削机床型号编制
课堂小结
作业、思考
金属切削机床的分类
金属切削机床型号的编制方法
课后小结
第一章绪论
1-1地位、性质
一、金属切削加工的重要性
机械制造中所用的工作母机80％～90％为金属切削机床
1957年美国钢产量1亿吨1500万吨变成切屑
切削加工的种类车、铣、刨、磨、钻、镗、铰、拉
二、金属切削机床的重要性
在现代机械制造工业中，被制造的机器零件，特别是精密零件的最终形状、尺寸及表面粗糙度，主要是借助金属切削机床加工来获得的，因此机床是制造机器零件的主要设备。
它所担负的工作量约占机器总制造工作量的40%～60%，它的先进程度直接影响到机器制造工业的产品质量和劳动生产
1-2本课程的研究对象、内容及目的
本课程在专业教学中的地位切削原理→刀具→机制工艺
一、切削加工：
1.定义：
使用切削工具从毛坯上切除多余的材料，从而获得具有一定形状、精度和表面质量的零件。
2.实现切削加工的条件
（1）刀具与工件之间的相对运动；
（2）刀具具有一定的空间几何形状；（3）满足切削需要的刀具材料性能。
3.切削加工的发展史
秦铜车马轴承磨削汉五铢钱车削；弩机工具（钻、锉）
1668明马拉铣床脚踏砂轮制作天文仪器
1775英加工蒸汽机汽缸汽缸镗床
1818美铣床
1865前后各种机床出现（车、刨、插、齿轮、螺纹）
1864法刀具几何形状对切削力的影响
1870～1877俄切屑形成和种类
1898美高速钢
1927德硬质合金
1932美切削用量手册
1960以后涂层刀具、陶瓷刀具等出现
二、金属切削机床
1.定义：
是指用切削的方法加工金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。
它是制造机器的机器，故又称为“工作母机”或“工具机”（Machine-tool），习惯上简称为“机床”。
2.机床发展概况
金属切削机床加工的生产模式，大体上经历了以下五个阶段：
（1）通用机床加专用工艺装备或专用机床
从30年代到50年代使用。
这种生产模式可实现具有固定生产节拍的刚性自动化，但加工柔性差，转产困难，更换产品时需更换大批工艺装备报废专用机床，重新设计与制造装备的周期长、投资大。
（2）数显机床
50年代末数显机床开始推广应用，这种模式不但提高了加工精度和效率，而且增加了生产的柔性，省去了设计与制造钻模、镗模等工艺装备的工作量。
（3）计算机数控机床
60年代开始到70年代，计算机控制的数控机床集中了自动化机床、精密机床和通用机床三者的优点，将高效率、高质量和高柔性集于一体。
（4）柔性制造系统（FMS）
这是国外70年代末开始进入实用阶段的生产模式。
FMS是采用一组数控机床和其他自动化的工艺装备，由计算机信息控制系统和物料（工件及刀具）自动储运系统联接起来的整体。
（5）计算机集成制造系统（CIMS）
这是国外80年代开始进入实用阶段的一种新的生产模式。
CIMS是用计算机网络控制的综合计划、加工、检验、装配和辅助功能等综合自动化系统。
它将CAD和CAM综合为一体，构成适合于多品种中小批量生产的高质量、高效益和高柔性的智能生产系统，是一个产品设计和制造的全盘自动化系统。
第二章机床运动分析
2-1切削加工的基本定义
切削加工：
使用切削工具从毛坯上切除多余的材料，从而获得具有一定形状、精度和表面质量的零件。
2-1-1金属切削机床的分类
金属切削机床的种类非常繁多，为了便于区别、使用和管理，有必要对机床进行分类，根据需要可以从不同的角度出发，对机床作如下的分类：
1.按机床的加工性能和结构特点分类：
我国机床分为12大类：
车床（C）、钻床（Z）、镗床（T）、铣床（X）、拉床（L）、磨床（M）、刨插床（B）、齿轮加工机床（Y）、螺纹加工机床（S）、特种加工机床（D）、锯床（G）和其他机床（Q）。
这是主要的机床分类方法。
2.按机床的通用程度分类：
1）通用机床（万能机床）
特点是：
加工范围较广，结构往往比较复杂，主要适用于单件小批生产。
2）专用机床
根据特定工艺要求而专门设计、制造和使用的，一般来说，生产率较高，结构比通用机床简单，适用于大批量生产。
（组合机床实际上也是专用机床）
3）专门化机床（又称专能机床）
这类机床用于完成形状类似而尺寸不同的工件的某一种工序的机床，如精密丝杆车床等，它们的特点介于通用机床和专用机床之间，既有加工尺寸的通用性，又有加工工序的专用性，生产率较高，适用于成批生产。
3.按机床的精度分类：
普通（精度）机床、精密机床和高精度机床（超精密级机床）。
4.按机床重量不同分类：
1）仪表机床；
2）中型机床（一般机床）；
3）大型机床（大约10吨）；
4）重型机床（大于30吨）；
5）超重型机床（大于100吨）。
2-1-2金属切削机床型号编制
机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。
GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成
1.通用机床和专门化机床型号
通用机床型号的表示方法为：
（1）机床的类别代号
用大写汉语拼音字母表示，位于型号之前。
类别
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
锯床
其他机床
代号
C
Z
T
M
2M
3M
Y
S
X
B
L
G
Q
读音
车
钻
镗
磨
二磨
三磨
牙
丝
铣
刨
拉
割
其
（2）机床的特性代号
通用特性
高精度
精密
自动
半自动
数控
加工中心
（自动换刀）
彷型
轻型
加重型
简式或经济型
柔性加工单元
数显
高速
代号
G
M
Z
B
K
H
F
Q
C
J
R
X
S
读音
高
密
自
半
控
换
彷
轻
重
简
柔
显
速
（3）结构特性代号
为了区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音字母区分。
例如，CA6140型普通车床型号中的“A”，可理解为：
CA6140型普通车床在结构上区别于C6140型普通车床。
（4）机床的组别，系别代号
用两位阿拉伯数字表示，前者表示组，后者表示系。
每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系。
在同一类机床中，凡主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。
凡在同一组机床中，若其主参数相同、主要结构及布局型式相同的机床，即为同一系。
组别
类别
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
车床C
仪表车床
单轴自动、半自动车床
多轴自动、半自动车床
回轮、
转塔车床
曲轴及凸轮轴车床
立式车床
落地及
卧式车床
仿形及
多刀车床
轮、轴、
辊、锭及
铲齿车床
其他车床
钻床Z
－
坐标镗钻床
深孔钻床
摇臂钻床
台式钻床
立式钻床
卧式钻床
铣钻床
中心孔钻床
－
镗床T
－
－
深孔镗床
－
坐标镗床
立式镗床
卧式铣镗床
精镗床
汽车、拖拉机修理用镗床
－
磨床
M
仪表磨床
外圆磨床
内圆磨床
砂轮机
坐标磨床
导轨磨床
刀具
刃磨床
平面及
端面磨床
曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床
工具磨床
2M
－
超精机
内圆
研磨机
外圆及其他研磨机
抛光机
砂带抛光及磨削机床
刀具刃磨及研磨机床
可转位刀片磨削机床
研磨机
其他磨床
3M
－
球轴承套圈沟磨床
滚子轴承套圈滚道磨床
轴承套圈超精机床
－
叶片
磨削机床
滚子
加工机床
钢球
加工机床
气门、活塞及活塞环
磨削机床
汽车、拖拉机修磨机床
齿轮加工
机床Y
仪表齿轮加工机
－
锥齿轮
加工机
滚齿及
铣齿机
剃齿及
研齿机
插齿机
花键轴
铣床
齿轮磨
齿机
其他齿轮
加工机
齿轮倒角及检查机
螺纹加工
机床S
－
－
－
套丝机
攻丝机
－
螺纹铣床
螺纹磨床
螺纹车床
－
铣床X
仪表铣床
悬臂及
滑枕铣床
龙门铣床
平面铣床
彷形铣床
立式升
降台铣床
卧式升
降台铣床
床身铣床
工具铣床
其他铣床
刨插床B
－
悬臂刨床
龙门刨床
－
－
插床
牛头刨床
边缘及
模具刨床
其他刨床
拉床L
－
－
侧拉床
卧式外拉床
连续拉床
立式内拉床
卧式内拉床
立式外拉床
键槽及
螺纹拉床
其他拉床
锯床G
－
－
砂轮片
锯床
－
卧式
带锯床
立式
带锯床
圆锯床
弓锯床
锉锯床
－
其他
机床Q
其他仪
表机床
管子加
工机床
木螺钉
加工机
－
刻线机
切断机
－
－
－
－
（5）机床的主参数，设计顺序号和第二参数
机床主参数：
代表机床规格的大小，在机床型号中，用数字给出主参数的折算数值（1/10或1/150）
设计顺序号：
当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示.
第二参数：
一般是主轴数，最大跨距，最大工作长度，工作台工作面长度等，它也用折算值表示.
（6）机床的重大改进顺序号
当机床性能和结构布局有重大改进时，在原机床型号尾部，加重大改进顺序号A，B，C....等.
（7）其他特性代号：
用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。
主要用以反映各类机床的特性，如对数控机床，可反映不同的数控系统；对于一般机床可反映同一型号机床的变型等。
（8）企业代号：
生产单位为机床厂时，由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号，或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示。
通用机床的型号编制举例
2.专用机床的型号编制
专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成，其表示方法为：
1）设计单位代号
通常，机床厂代号是由所在城市和该厂名称的大写汉语拼音字母或该厂在市内建立顺序号，排在型号之首。
2）组代号
用一位阿拉伯数字表示，位于设计单位号之后，并用：
“－”分开。
读作：
“至”。
3）设计顺序号
由001起始，位于组代号之后。
例如，沈阳第一机床厂设计制造的第十八种机为专用机床，属于2组，顺序号为018，故其型号为S1-2018。
哈尔滨****大学轻工学院教案第2次课
授课内容
机床的运动分析，工件表面形成方法、机床运动的种类。
目的要求
理解零件表面的形成方法及所需要的运动；分清简单成形运动和复合成形运动、表面成形运动和辅助运动、主运动和进给运动等概念。
重点难点
表面成形运动，各类常用机床的主运动和进给运动。
课型
理论
计划学时
2
课前准备
第二章机床分析
2-2机床的运动分析
2-2-1工件加工表面及其形成方法
2-2-2机床的运动合成
课堂小结
作业、思考
简单成形运动和复合成形运动、表面成形运动和辅助运动。
各类常用机床的主运动和进给运动。
课后小结
2-2机床的运动分析
机床运动分析过程是认识和分析机床的基本方法，次序为“表面－运动－传动－机构－调整”
2-2-1工件加工表面及其形成方法
一、工件的表面形状
加工机械零件=形成零件上各个表面
零件表面组成：
平面
圆柱面
圆锥面
各种成形面
二、表面的形成
任何一个表面，都可以看作是一条曲线沿着另一条曲线运动的轨迹。
这两条曲线叫做该表面的发生线，而前一条发生线，称为母线；
后一条发生线，称为导线。
有些表面的两条发生线是可以互换的
例如圆柱面亦可以由圆母线沿着直线导线移动形成；有些表面的两条发生线则不可互换，如圆锥面。
前者叫可逆表面，后者叫不可逆表面。
三、发生线的形成
1）描迹法（轨迹法）：
刀刃为一个点，发生线是由刀刃作轨迹运动而形成。
刀具与工件之间需要一个相对运动。
2）成型法（仿型法）：
刀刃为一线段，它与工件发生线吻合。
因此发生线由刀刃实现，刀具工件之间不需要有相对运动。
3）旋切法（相切法）：
刀刃为一个点，发生线是旋转的刀刃的运动轨迹的切线。
切削时刀具的旋转中心按一定规律作轨迹运动，刀刃运动轨迹为一系列圆，它们的切线形成了发生线。
只是刀具和工件之间要有两个相对运动，一个是刀刃的转动，另一个是刀刃相对于工件的移动。
4）范成法（展成法）：
刀刃为一线段，它与工件发生线不吻合，发生线是由刀刃在刀具与工件作对滚运动（又称范成运动）时所形成的一些列轨迹线的包络线。
这时刀具与工件之间只需要一个相对运动，称为范成运动，由刀具运动和工件转动复合而成。
2-2-2机床的运动合成机床的运动的表示
直线运动——A
旋转运动——B
机床的运动的目的
获得加工零件所需表面——形成一定形状的母线和导线
形成母线和导线——需要刀具和工件作相对运动
形成某种形状表面时所需机床提供的成形运动的形式和数目，决定于采用的加工方法和刀具结构。
形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运动的数目。
一、运动的种类
1.按运动的功用分类
按机床上运动的功用来看，可分为表面成形运动和非表面成形运动两大类。
1）表面成形运动
机床上的刀具和工件，为了形成表面发生线而作的相对运动，称为表面成形运动，简称成形运动。
成形运动可能是简单的运动，也可能是复合运动。
车削、磨削回转体表面为例，工件回转和刀具直线移动是速度各自独立的运动，即为两个简单的表面成形运动。
车削螺纹则是2个单元运动所组成的一个复合成形运动。
2）非成形运动（辅助运动）
机床在加工过程中除完成成形运动外，还需完成其它一系列运动，这些与表面成形过程没有直接关系的运动，统称为辅助运动。
辅助运动的作用是实现机床加工过程中所必需的各种辅助动作，为表面成形创造条件。
①切入运动
使刀具切入工件，以获得进行成形运动所需的工件和刀具位置的运动，称为切入运动。
②分度运动
当整个工件表面是由若干局部表面所组成时，由一个局部表面过度到另一个局部表面所作的运动。
③各种空行程
是指进给前后的快速运动和各种调位运动。
④控制运动
接通或断开某个传动链的运动、操纵变速机构和换向机构的运动，称为控制运动。
⑤校正运动
在精密机床上为了消除传动误差的运动，称为校正运动。
2.按运动的性质分类
机床上的运动，按其运动的性质来，则可分为简单运动和复合运动。
1）简单运动
只包含一个单元的运动称为简单运动，简单运动一般为转动或直线移动。
2）复合运动
由两个或两个以上单元运动组成独立的运动，各个单元运动之间必须保持严格的速比关系，这种运动称为复合运动。
二、.主运动和进给运动
成形运动按其在切削加工所起的作用，又可分为主运动和进给运动。
1.主运动
是产生切削的运动。
2.进给运动
是维持切削得以继续的运动。
哈尔滨****大学轻工学院教案第3次课
授课内容
机床的传动、机床的调整；
车床的类型和用途。
目的要求
掌握机床传动链、内联系传动链和外联系传动链的概念。
熟练掌握传动原理图的规定符号和绘制方法。
掌握机床典型结构的分析方法，对其它机床能做到举一反三。
重点难点
机床传动链、内联系传动链和外联系传动链的概念。
传动原理图的绘制方法
机床的传动分析、CA6140主运动分析
课型
理论
计划学时
2
课前准备
2-2-3机床的传动联系和传动原理图
2-2-4机床运动的调整
2-3典型机床传动系统分析
2-3-1车床种类及用途
课堂小结
作业、思考
机床传动链、内联系传动链和外联系传动链的概念。
传动原理图的绘制。
主运动传动链分析。
课后小结
2-2-3机床的传动联系和传动原理图
一、传动的基本组成部分
机床的三个基本组成部分：
运动源
传动装置
执行件
二、机床的传动联系
传动联系
为了在机床上得到所需的运动，必须通过一系列的传动件把运动源和执行件或执行件和执行件联系起来，称为传动联系。
传动链
构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，称为传动链。
传动链中的两类传动机构
定比传动机构
传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等
换置机构
根据加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。
传动链按运动性质分为：
外联系传动链
内联系传动链
外联系传动链
运动源与执行件之间的传动联系，称为外联系。
机床上运动源和执行件之间为了实现外联系而顺次串联的传动副，称为外联系传动链（对简单运动而言）。
例：
车外圆时，电机——主轴（外联系传动链），如图所示。
机床上有几个简单运动，就需要有几条外联系传动链。
可以有各自独立的运动源，也可以几条传动链共用一个运动源。
内联系传动链
机床上为了将两个或两个以上单元运动组成复合的成形运动。
执行件与执行件之间的传递联系称为内联系。
机床上两个执行件之间为了实现内联系而顺次串联的传动副，称为内联系传动链。
机床工作时，内联系传动链所联系的两个执行件，将按照规定的运动关系作相对运动
由于内联系传动链本身不能提供运动，为使执行件得到运动，还需有外联系传动链将运动源的运动传到内联系传动链上来。
内联系传动链的要求
内部必须保持严格运动关系
决定着复合运动的轨迹（即发生线的形状）
传动比是否准确以及由其确定的两单元运动的相对运动方向是否正确，会直接影响被加工表面的形状精度
不能有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构，如带传动、链传动等。
调整内联系传动链的换置机构时，其传动比也必须有足够精度。
三、传动原理图
用一些简单的符号表示运动源与执行件及执行件与执行件之间的联系——传动原理图
传动原理图常用符号
机床传动原理图的画法
1）画出工件、刀具示意图及其运动；
2）画出主轴、刀架、丝杆螺母；
3）画出运动源（电动机）；
4）画出该机床上的特殊机构符号，如Uv、Uf等；
5）再用虚线代表传动比不变的传动链，把它们之间关联的部分联接起来。
其它的中间传动件则一概不画，这样就可以得到了一幅简洁明了的图形，这种图形表示了机床传动最基本的特征。
三、传动系统分析
1.传动系统图
按传动顺序表示机床全部传动关系的示意图。
了解机床设计机床的重要工具
不代表空间位置，只表示传动关系
图1主运动传动系统图
图1主运动传动链的传动路线表达式（传动结构式）
2.转速图
用来表达传动系统中各轴转速的变化规律和传动副速比的图形，称为转速图。
转速图可直观地表达主轴和各传动轴都有哪些转速，每级转速是通过哪些传动副得到的，以及这些传动副的传动比等。
它可以用来拟定新的传动系统，也可以用来对现有的机床传动系统进行分析和比较。
（一）传动图的识读
1.竖线代表传动轴
从电机轴到主轴，从左到右按照运动传递的顺序，顺次排列。
2.横线代表各级转速
机床主轴各级转速通常按照等比数列进行分级
3.竖线和横线之间的连线代表隔周之间的传动副及其传动比
相邻两轴之间对应转速的连线表示其传动副，连线向右上方倾斜表示升速，向右下方倾斜表示降速，水平连线表示等速。
（二）转速图的特性
转速图图2可以表示下列特性：
1.传动系统的传动轴数以及各轴的转速级数和转速：
5根传动轴：
电机轴与轴I，轴II，轴III，轴IV
电机轴转速：
1440r/min
轴I有1级转速
轴II有3级转速
轴III有6级转速
轴IV有12级转速
2.主轴各级转速的传动路线
图2某车床主运动转速图
3.运动平衡式
为了表达传动链两个末端件计算位移之间的数值关系，常将传动链内各传动副的传动比相连乘组成一个等式，称为运动平衡式。
2-2-4机床运动的调整
一、运动参数及其换置器官
运动参数：
轨迹、速度、方向、行程和位置
换置器官
机床运动的调整，就是调整每个运动的5个参数。
改变运动参数的机构称为换置器官。
二、机床运动的调整计算
机床运动的调整计算按每一传动链分别进行，其步骤如下：
1.根据对机床的运动分析，确定各传动链的末端件。
如：
主轴－刀架
1.根据传动链两末端件的运动关系，确定计算位移量。
如；主轴转1转－刀架移动f
1.根据传动链及计算位移量，列出运动平衡方程式。
如：
1（r）u1ufu2tl＝f
1.根据运动平衡方程式，导出该传动链的换置公式。
如：
uf＝f/（u1u2tl）
然后按加工条件确定挂轮变速机构所需采用的配换齿轮齿数，或确定对其它变速机构的调整要求。
2-3典型机床传动系统分析
2-3-1车床种类及用途
一、车床的用途和运动
机械制造中使用最广泛的一种机床
工艺范围：
加工各种回转表面和回转体端面
使用刀具：
车刀、钻头、铰刀、丝锥
主运动：
工件的旋转运动
进给运动：
刀具直线移动
二、车床的分类
落地及卧式车床
回轮、转塔车床
立式车床
仿形及多刀车床
自动车床
专门化车床：
曲轴、凸轮轴、铲齿车床
哈尔滨****大学轻工学院教案第4次课
授课内容
CA6140的主传动和主要结构
目的要求
了解和掌握车制各种螺纹和机动进给的传动特点和传动路线；进给传动的调整计算。
了解和掌握主轴箱的结构特点和调整。
重点难点
CA6140车床传动系统分析及典型结构如各种离合器、各种齿轮变速结构。
传动系统的分析计算。
课型
理论
计划学时
2
课前准备
2-3-2CA6140车床的工艺范围和布局
2-3-3CA6140车床传动系统分析
2-3-4CA6140车床的主要结构
课堂小结
作业、思考
车制各种螺纹和机动进给的传动特点和传动路线
主轴箱的结构特点
课后小结
2-3-2
升级会员 