第一章机械加工工艺系统的基本知识 在机械加工中，由机床、刀具、夹具及工件组成的切削加工系统称为机械加工工艺系统 (简称工艺系统)。其任务就是根据加工要求将毛坯或材料变成具有一定形状和尺寸的工件， 使之具有要求的质量。工艺系统能否实现对工件加工的要求，完成工件的成形运动，除了输 入工艺系统的几何参数和工艺参数是否合理外，主要取决于工艺系统各个组成部分的自身特 性和它们相互结合形成的系统的特性。本章着重分析工艺系统各组成部分的基本特性，即零 件的加工表面及成形方法和所需运动：用于切削加工零件表面的机床和刀具的基本知识：零 件在夹具中的定位和夹紧问题。其他内容将在后续各章中介绍。 第一节机械零件加工表面的形成 机械零件不论多么复杂，其表面形状都是由各种基本表面形成的，零件的切削加工，实 际上是用某种加工方法来获得所要求的加工表面。 一、工件表面类型与成形方法 1.工件表面类型 图11所示为机器零件上常用的各种典型表面。可以看出，组成机械零件的常用表面包 括平面、圆柱面、圆锥面、成形表面（如螺纹表面、齿轮渐开线表面等），此外，还有球面、 圆环面、双曲面等。 2.工件表面的成形方法 零件上的各种常用表面都可以由一条母线沿另一条导线运动而形成。图12所示工件的 几何表面都是由母线1沿导线2运动而形成的。母线和导线统称为形成表面的发生线。在机 床加工零件表面的过程中，工件、刀具之一或两者同时按一定的规律运动，就可形成两条发 生线，进而生成所要求的表面。形成发生线的方法可归纳为下列四种： 。夏 平鱼 形表面（辑纹） 艾形表面（南开线表面） 1 图11机器零件上常用的各种典型表面 图12零件表面的形成
第一章 机械加工工艺系统的基本知识 在机械加工中，由机床、刀具、夹具及工件组成的切削加工系统称为机械加工工艺系统 （简称工艺系统）。其任务就是根据加工要求将毛坯或材料变成具有一定形状和尺寸的工件， 使之具有要求的质量。工艺系统能否实现对工件加工的要求，完成工件的成形运动，除了输 入工艺系统的几何参数和工艺参数是否合理外，主要取决于工艺系统各个组成部分的自身特 性和它们相互结合形成的系统的特性。本章着重分析工艺系统各组成部分的基本特性，即零 件的加工表面及成形方法和所需运动；用于切削加工零件表面的机床和刀具的基本知识；零 件在夹具中的定位和夹紧问题。其他内容将在后续各章中介绍。 第一节 机械零件加工表面的形成 机械零件不论多么复杂，其表面形状都是由各种基本表面形成的，零件的切削加工，实 际上是用某种加工方法来获得所要求的加工表面。 一、工件表面类型与成形方法 １工件表面类型 图１１所示为机器零件上常用的各种典型表面。可以看出，组成机械零件的常用表面包 括平面、圆柱面、圆锥面、成形表面 （如螺纹表面、齿轮渐开线表面等），此外，还有球面、 圆环面、双曲面等。 ２工件表面的成形方法 零件上的各种常用表面都可以由一条母线沿另一条导线运动而形成。图１２所示工件的 几何表面都是由母线１沿导线２运动而形成的。母线和导线统称为形成表面的发生线。在机 床加工零件表面的过程中，工件、刀具之一或两者同时按一定的规律运动，就可形成两条发 生线，进而生成所要求的表面。形成发生线的方法可归纳为下列四种： 图１１ 机器零件上常用的各种典型表面 图１２ 零件表面的形成
5 )成形法成形法是刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工 件表面的一条发生线完全一致。如图1-3所示，侧刀切削刃形状与形成工件曲面的母线相 同，由切削刃形状形成母线。 ②)轨迹法轨迹法指的是刀具切削刃与工件表面之间为近似点接触，发生线是通过刀 具与工件之间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现的。如图1-3b所示，当刨刀沿A, 方向作直线运动时，形成直线型母线：当刨刀沿A2方向作曲线运动时，形成曲线形导线。 (3)相切法相切法是指用旋转刀具（如洗刀、砂轮等）一边旋转一边沿一定的轨迹运 动，刀具各个切削刃的运动轨迹共同形成了曲面的发生线。如图1-3c所示，刀具旋转B,及 刀具中心按一定规律作轨迹运动A2,其切削点运动轨迹的包络线即形成发生线2 4)展成法展成法是利用工件和刀具作展成切削运动的方法。切削加工时，刀具切削 刃与被成形的表面相切，可认为是点接触，切削刃相对工件滚动（即展成运动），所需形成 的发生线是刀具的切削刃在各瞬时位置的包络线。图1-3d所示为圆柱齿轮加工，滚刀转动 B,与工件转动B2组成展成运动，滚刀切削刃的一条条切削线形成的包络线就是形成齿面 的母线（渐开线）。 图13形成发生线的四种方法及运动 1一刀尖或切削刃2一发生线3刀具轴线的运动轨迹 二、工件加工所需的运动 1.表面成形运动 要获得所需工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成形成发生线的运 动，称为表面成形运动。表面成形运动的形式和数量，取决于被加工表面的形状、所采用的
（１）成形法 成形法是刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工 件表面的一条发生线完全一致。如图１３ａ所示，刨刀切削刃形状与形成工件曲面的母线相 同，由切削刃形状形成母线。 （２）轨迹法 轨迹法指的是刀具切削刃与工件表面之间为近似点接触，发生线是通过刀 具与工件之间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现的。如图１３ｂ所示，当刨刀沿 Ａ１ 方向作直线运动时，形成直线型母线；当刨刀沿Ａ２方向作曲线运动时，形成曲线形导线。 （３）相切法 相切法是指用旋转刀具 （如铣刀、砂轮等） 一边旋转一边沿一定的轨迹运 动，刀具各个切削刃的运动轨迹共同形成了曲面的发生线。如图１３ｃ所示，刀具旋转Ｂ１及 刀具中心按一定规律作轨迹运动Ａ２，其切削点运动轨迹的包络线即形成发生线２。 （４）展成法 展成法是利用工件和刀具作展成切削运动的方法。切削加工时，刀具切削 刃与被成形的表面相切，可认为是点接触，切削刃相对工件滚动 （即展成运动），所需形成 的发生线是刀具的切削刃在各瞬时位置的包络线。图１３ｄ所示为圆柱齿轮加工，滚刀转动 Ｂ１１与工件转动Ｂ１２组成展成运动，滚刀切削刃的一条条切削线形成的包络线就是形成齿面 的母线 （渐开线）。 图１３ 形成发生线的四种方法及运动 １—刀尖或切削刃 ２—发生线 ３—刀具轴线的运动轨迹 二、工件加工所需的运动 １表面成形运动 要获得所需工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成形成发生线的运 动，称为表面成形运动。表面成形运动的形式和数量，取决于被加工表面的形状、所采用的 ５
6 加工方法和刀具结构。 用普通车刀车削外圆柱面时（图1- 4),表面成形运动采用了轨迹法。工件转 动B,产生圆母线，车刀的纵向直线移动 A2产生直导线。生成母线和导线需要两个 独立的成形运动。故车削外圆柱面是由两 个表面成形运动B,和A2实现的。 a) 用螺纹车刀车削螺纹时（图1-4b) 其母线是由与螺纹轴向剖面形状一致的螺 纹车刀的刃形本身提供，用成形法形成 图14车削外圆柱面和螺纹时的成形运动 不需要成形运动：其导线是一螺旋线，用轨迹法形成。形成螺旋线的运动由工件转动B和 刀具直线移动A,这两个运动组合而成，是一个成形运动。故形成螺纹表面只需要一个成形 运动。 又如用齿轮滚刀滚切直齿圆柱齿轮齿面（图1-3），形成其母线渐开线的运动由滚刀转 动B,和工件转动B2这两个运动组合而成：而形成整个齿面的直导线由滚刀的转动B:和直 线移动A2获得（其中B,包含在展成运动中）。故形成直齿轮齿面需要两个独立的成形运 动，即由展成法形成母线渐开线的成形运动B,B,和由相切法形成直导线的成形运动A, 在工件表面成形过程中，由最基本的、最简单的、单一的旋转运动或直线运动实现的成 形运动（如外圆车削中工件的转动和刀具的直线移动），称为简单运动：而由两个或两个以 上的旋转运动或（和）直线运动按一定的运动关系组合实现的运动（如形成螺纹螺旋线的运 动B2A,和形成齿轮齿面渐开线的运动B1,B2),称为复合运动。 复合运动是由几个简单运动组成的，但这几个简单运动之间保持着严格的相对运动关 系，并不相互独立。所以复合运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。 ).切荆运动 表面成形运动是从几何的角度来分析完成表面形状加工所需的运动。在金属切削加工 中，获得所需表面形状，并达到工件的尺寸要求，是通过切除工件上多余的金属材料来实现 的。切除多余金属材料时工件和刀具之间的相对运动，称为切削运动。因此，在金属切削加 工中，表面成形运动就是切削运动。图15所示为钻、车、刨、铣、磨、镗削的切削运动。 根据切削运动在切削加工中的功用不同，可分为主运动(，)和进给运动(，)。 (1)主运动主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工件之间产生相对运动，从 而使刀具前刀面接近工件并切除切削层。它可以是旋转运动，如车削时工件的旋转运动，铣 削时铣刀的旋转运动：也可以是直线运动，如侧削时刀具或工件的往复直线运动。其特点是 切削速度最高，消耗的机床功率也最大。 Q)进给运动进给运动是由机床提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上 主运动即可连续地或断续地切除切削层，并得出具有所需几何特性的加工表面。它可以是连 续的运动，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动：也可以是间断运动，如刨削时工 件的横向移动。其特点是消耗的功率比主运动小得多 主运动可以由工件完成（如车削），也可以由刀具完成（如钻削、铣削）。进给运动也同
加工方法和刀具结构。 图１４ 车削外圆柱面和螺纹时的成形运动 用普通车刀车削外圆柱面时 （图 １ ４ａ），表面成形运动采用了轨迹法。工件转 动Ｂ１ 产生圆母线，车刀的纵向直线移动 Ａ２产生直导线。生成母线和导线需要两个 独立的成形运动。故车削外圆柱面是由两 个表面成形运动Ｂ１和Ａ２实现的。 用螺纹 车 刀 车 削 螺 纹 时 （图 １４ｂ）， 其母线是由与螺纹轴向剖面形状一致的螺 纹车刀的刃形本身提供，用成形法形成， 不需要成形运动；其导线是一螺旋线，用轨迹法形成。形成螺旋线的运动由工件转动Ｂ１２和 刀具直线移动Ａ１１这两个运动组合而成，是一个成形运动。故形成螺纹表面只需要一个成形 运动。 又如用齿轮滚刀滚切直齿圆柱齿轮齿面 （图１３ｄ），形成其母线渐开线的运动由滚刀转 动Ｂ１１和工件转动Ｂ１２这两个运动组合而成；而形成整个齿面的直导线由滚刀的转动Ｂ１１和直 线移动Ａ２获得 （其中Ｂ１１包含在展成运动中）。故形成直齿轮齿面需要两个独立的成形运 动，即由展成法形成母线渐开线的成形运动Ｂ１１Ｂ１２和由相切法形成直导线的成形运动Ａ２。 在工件表面成形过程中，由最基本的、最简单的、单一的旋转运动或直线运动实现的成 形运动 （如外圆车削中工件的转动和刀具的直线移动），称为简单运动；而由两个或两个以 上的旋转运动或 （和） 直线运动按一定的运动关系组合实现的运动 （如形成螺纹螺旋线的运 动Ｂ１２Ａ１１和形成齿轮齿面渐开线的运动Ｂ１１Ｂ１２），称为复合运动。 复合运动是由几个简单运动组成的，但这几个简单运动之间保持着严格的相对运动关 系，并不相互独立。所以复合运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。 ２切削运动 表面成形运动是从几何的角度来分析完成表面形状加工所需的运动。在金属切削加工 中，获得所需表面形状，并达到工件的尺寸要求，是通过切除工件上多余的金属材料来实现 的。切除多余金属材料时工件和刀具之间的相对运动，称为切削运动。因此，在金属切削加 工中，表面成形运动就是切削运动。图１５所示为钻、车、刨、铣、磨、镗削的切削运动。 根据切削运动在切削加工中的功用不同，可分为主运动 （υｃ ） 和进给运动 （υｆ ）。 （１）主运动 主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工件之间产生相对运动，从 而使刀具前刀面接近工件并切除切削层。它可以是旋转运动，如车削时工件的旋转运动，铣 削时铣刀的旋转运动；也可以是直线运动，如刨削时刀具或工件的往复直线运动。其特点是 切削速度最高，消耗的机床功率也最大。 （２）进给运动 进给运动是由机床提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上 主运动即可连续地或断续地切除切削层，并得出具有所需几何特性的加工表面。它可以是连 续的运动，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动；也可以是间断运动，如刨削时工 件的横向移动。其特点是消耗的功率比主运动小得多。 主运动可以由工件完成 （如车削），也可以由刀具完成 （如钻削、铣削）。进给运动也同 ６
7 样可以由工件完成（如侧削、磨削）或刀具完成（如车削、钻削）。 在各类切削加工中，主运动只有一个，而进给运动可以有一个（如车削）、两个或多个 (如圆磨削)，甚至没有（如拉削）。 主运动一般采用直线运动和旋转运动这两种简单运动，而进给运动可以是一个单独的简 单运动，也可以是一个包含几个简单运动的复合运动。 当主运动和进给运动同时进行时，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动 (图1.5a、b、)。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方 向，其速度称为合成切削速度。合成切削速度。为同一选定点的主运动速度。与进给运动 速度，的矢量和，即 v。=v.+ 图15常见几种加工方法的切削运动 )钻削b)车副。创削dD铁削)磨削D筐削 3.辅助运动 机床中除切削运动外，有时还需调整刀具切削刃与工件相对位置的运动和其他辅助动
样可以由工件完成 （如刨削、磨削） 或刀具完成 （如车削、钻削）。 在各类切削加工中，主运动只有一个，而进给运动可以有一个 （如车削）、两个或多个 （如圆磨削），甚至没有 （如拉削）。 主运动一般采用直线运动和旋转运动这两种简单运动，而进给运动可以是一个单独的简 单运动，也可以是一个包含几个简单运动的复合运动。 当主运动和进给运动同时进行时，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动 （图１５ａ、ｂ、ｄ）。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方 向，其速度称为合成切削速度。合成切削速度ｖｅ为同一选定点的主运动速度ｖｃ与进给运动 速度ｖｆ的矢量和，即 ｖｅ ＝ｖｃ＋ｖｆ 图１５ 常见几种加工方法的切削运动 ａ）钻削 ｂ）车削 ｃ）刨削 ｄ）铣削 ｅ）磨削 ｆ）镗削 ３辅助运动 机床中除切削运动外，有时还需调整刀具切削刃与工件相对位置的运动和其他辅助动 ７
作，称为辅助运动。如刀具接近工件或退出工件，刀具快速移动等。 第二节金属切削机床与数控机床的基本知识 一、机床的分类与型号编制 金属切削机床是制造机器的机器，简称机床。机床的品种和规格繁多，为便于管理和使 用，须对机床进行分类和编制型号。 1.机床的分类 ()按加工性质和使用刀具分类分为十一大类：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、锯床和其他机床。 ②)按万能程度分类分为通用机床、专门化机床和专用机床。通用机床如卧式车床、 万能升降台铣床、卧式镗床等，能加工多种零件的不同工序，其工艺范围宽、通用性好，但 生产率低，结构复杂，适用于单件小批量生产。专门化机床如曲轴车床、凸轮轴车床等，其 工艺范围较窄，只能加工某一类或几类零件的某一道或几道工序。专用机床如汽车、拖拉机 制造中的各种组合机床，通常只能完成某一特定零件的特定工序，适用于大批量生产。 此外，根据机床的加工精度可分为普通精度级、精密级和超精密级机床：根据自动化程 度可分为手动、机动、半自动、自动机床：根据质量和尺寸可分为仪表机床、中型机床、大 型机床（重10t以上）、重型机床（重30：以上）和超重型机床（重100t以上）：根据主轴或 刀具数目又可进一步分为单轴、多轴、多刀等。 2.机床型号编制方法 机床型号用来表明机床的类型、通用特性、结构特性、主要技术参数等。GBT15375 1994《金属切削机床型号编制方法》规定：机床型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一 定的规律组合而成，适用于各类通用机床和专用机床（组合机床、特种加工机床除外）。通 用机床的型号表示方式为： (△)(O)△△△<△)(@)/(@)() 分类代写 性，结构特性代号 企业代号 其中，△表示数字，○表示大写汉语拼音字母。括号中表示可选项，无内容时不表示，有内 容时不带括号。④表示大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有之。 1)类代号分为十一大类，用汉语拼音第一个大写字母表示，如表1-1所示。若每类
作，称为辅助运动。如刀具接近工件或退出工件，刀具快速移动等。 第二节 金属切削机床与数控机床的基本知识 一、机床的分类与型号编制 金属切削机床是制造机器的机器，简称机床。机床的品种和规格繁多，为便于管理和使 用，须对机床进行分类和编制型号。 １机床的分类 （１）按加工性质和使用刀具分类 分为十一大类：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、锯床和其他机床。 （２）按万能程度分类 分为通用机床、专门化机床和专用机床。通用机床如卧式车床、 万能升降台铣床、卧式镗床等，能加工多种零件的不同工序，其工艺范围宽、通用性好，但 生产率低，结构复杂，适用于单件小批量生产。专门化机床如曲轴车床、凸轮轴车床等，其 工艺范围较窄，只能加工某一类或几类零件的某一道或几道工序。专用机床如汽车、拖拉机 制造中的各种组合机床，通常只能完成某一特定零件的特定工序，适用于大批量生产。 此外，根据机床的加工精度可分为普通精度级、精密级和超精密级机床；根据自动化程 度可分为手动、机动、半自动、自动机床；根据质量和尺寸可分为仪表机床、中型机床、大 型机床 （重１０ｔ以上）、重型机床 （重３０ｔ以上） 和超重型机床 （重１００ｔ以上）；根据主轴或 刀具数目又可进一步分为单轴、多轴、多刀等。 ２机床型号编制方法 机床型号用来表明机床的类型、通用特性、结构特性、主要技术参数等。ＧＢ?Ｔ１５３７５— １９９４《金属切削机床型号编制方法》 规定：机床型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一 定的规律组合而成，适用于各类通用机床和专用机床 （组合机床、特种加工机床除外）。通 用机床的型号表示方式为： 其中，△表示数字，○表示大写汉语拼音字母。括号中表示可选项，无内容时不表示，有内 容时不带括号。○△ 表示大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有之。 （１）类代号 分为十一大类，用汉语拼音第一个大写字母表示，如表１１所示。若每类 ８