机械制造技术教案 - 图文

课程情况简介

课程性质：专业基础课 任教班级：

周 课 时： 总 学 时： 教 材：

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教学课题： 第1章 机械制造过程概述 教学目的：1、了解课程的性质和内容 2、了解机械制造技术的发展现状 3、了解先进制造技术及其发展方向 4、了解课程的目的和要求 5、熟悉生产过程和机械制造过程 6、掌握机械制造过程的分析 教学重点：机械制造过程的基本概念 教学难点：生产过程和机械制造过程 授课时间： 课时安排：2节课

教学方法：讲授教学、多媒体教学 教学过程：

绪 论 一、本课程的性质和内容

本课程所讲的机械制造技术主要是指机械冷加工技术和机械装配技术。 内容包括：

（1）掌握金属切削过程的基本规律和机械加工的基本知识。

合理选择机械加工方法与机床、刀具、夹具及切削加工参数，并初步具备制订机械加工工艺规程的能力。

（2）掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识。

初步具备分析和解决现场工艺问题的能力。 二、机械制造技术的发展现状

我国的制造业得到长足发展，但还存在阶段性的差距 。 1、数控机床在我国机械制造领域的普及率不高。 2、国产先进数控设备的市场占有率较低。

3、数控刀具、数控检测系统等数控机床的配套设备不能适应技术发展的需要。

4、机械制造行业的制造精度、生产效率、整体效益等都不能满足市场经济发展的要求。

三、先进制造技术的及其发展方向

先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、电子、信息、材料及现代管理等方面的最新成果，将其综合应用于制造的全过程以实现优质、高效、

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低消耗、敏捷及无污染生产的前沿制造技术的总称。

先进制造技术的主要发展趋势

（1）制造技术向自动化、集成化和智能化的方向发展 （CNC)机床、加工中心（MC)、柔性制造系统（FMS）以及计算机集成制造系统（CIMS）等自动化制造设备或系统的发展适应了多品种、小批量的生产方式，它们将进一步向柔性化、对市场快速响应以及智能化的方向发展，敏捷制造设备将会问世，以机器人为基础的可重组加工或装配系统将诞生，智能制造单元也可望在生产中发挥作用。加速产品开发过程的CAD／CAM一体化技术、快速成形（RP）技术、并行工程（CE）和虚拟制造（VM）将会得到广泛的应用。

（2）制造技术向高精度方向发展

21世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进，采用一般的精密加工也可以稳定地获得亚微米级的精度。精密成形技术与磨削加工相结合，有可能覆盖大部分零件的加工。以微细加工为主要手段的微型机电系统技术将广泛应用于生物医学、航空航天、军事、农业、家庭等领域，而成为下世纪最重要的先进制造技术前沿之一。

（3)综合考虑社会、环境要求及节约资源的可持续发展的制造技术将越来越受到重视。

绿色产品、绿色包装、绿色制造过程将在下个世纪普及。 四、学习本课程的目的和要求

通过本课程的学习，使学生掌握机械制造技术的基本加工技术和基本理论，再通过后续课程的学习，进一步掌握先进制造技术的有关知识，从而为将来胜任不同职业和不同岗位上的专业技术工作、掌握先进制造技术手段应用、具备突出的工程实践能力奠定良好的基础。

1、掌握机械制造过程中工艺系统、表面成形和切削加工的基本理论；掌

握常用加工方法及其工艺装备的基本知识和基本理论；了解现代制造技术的知识、应用及发展。

2、掌握常用加工方法的综合应用、机械加工工艺、装配工艺设计的方法，

初步掌握工艺装备选用和夹具设计的方法。

3、初步具备解决机械制造过程中工艺技术问题的能力和产品质量控制的

能力

§1-1 机械制造过程

一、生产过程

生产过程是指将原材料转变为成品的全过程它包括原材料的运输、保管与准备，产品的技术、生产准备，毛坯的制造，零件的机械加工及热处理，部件及产品的装配、检验、调试、油漆包装，以及产品的销售和售后

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服务等。

机械制造工艺过程是指在生产过程中，毛坯的制造成形（如铸造、锻压、焊接等），零件的机械加工、热处理、表面处理，部件和产品的装配等是直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能的过程，简称工艺过程。

机械加工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位

置和性质使其成为零件的全过程。从广义上来说，特种加工（包括电加工、超声波加工、激光加工、电子束及离子束加工）也是机械加工工艺过程的一部分，然而其实质不属于切削加工范畴。 二、机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程由若干个工序组成。机械加工中的每一个工序又可依次分为安装、工位、工步、走刀。 1、工序

指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。

2、安装

如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部份工序内容称为一个安装。在一个工序中，有的工件只需装夹一次；也有需要多次装夹的。

3、工位

在工件的一次安装中，通过工作台的分度、移位可以使工件相对于机

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床变换加工位置，工件在每一个加工位置上所完成的加工内容称为工位。

4、工步

在同一个工位上，要完成不同的表面加工时，其中加工表面、刀具、切削速度和进给量不变的情况下所完成的工位内容称为一个工步。 5、走刀

刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。

§1-2 机械制造的生产组织

一、生产纲领

1、定义：企业根据市场需求和自身的生产能力决定的、在计划生产期内

应当生产的产品的产量和进度计划称为生产纲领。

2、零件年生产纲领计算式为：

N=Qn(1+α)(1+β)

式中：N：零件的年生产纲领（件/年）；

Q:产品的年产量（台/年）； n:单台产品该零件的数量（件/年）； α:该零件的备品率，以百分数计； β:该零件废品率，以百分数计。

二、生产组织类型

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根据生产专业化程度的不同,生产组织类型可分为以下三种: 1、单件生产:产品的种类多而同一产品产量很小，工作地点的加工对象

完全不重复或很少重复。

2、成批生产:成批生产的主要特征是工作的加工对象，周期性地进行轮

换。按照批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种类型。

3、大量生产:产品的数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某

一道工序的加工。

生产类型的划分主要决定于生产纲领，即年产量，但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。此外，不同生产类型的零件加工工艺、工艺装备、毛坯制造方法以及对工人的技术要求等，都有很大的不同。

应当指出，生产类型对零件工艺规程的制定影响很大。

此外，生产同一产品，大量生产一般具有生产效率高、成本低、质量可靠、性能稳定等优点。因此，应大力推广产品结构的标准化、系列化，以便于组织专业化的大批量生产，以提高经济效益。推行成组技术，以及采用数控机床、柔性制造系统和计算机集成制造系统等现代化的生产手段及方式，实现机械产品多品种、小批量生产的自动化，是当前机械制造工艺的重要发展方向。

小 结：1、生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程在定义上的区别

2、机械加工工艺过程由若干个工序组成。机械加工中的每一个工序又可

依次分为安装、工位、工步、走刀

3、生产组织类型的分类、生产纲领的计算。 作业布置：见教材P18

1、什么是生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程？

2、什么是工序、安装、工位、工步、走刀？ 3、什么是生产纲领？

4、简述各种生产组织类型的特点？

练 习:5、简述机械制造过程的基本组成？ 单项选择题

工步，在工艺文件方件上复合工步当作为 。 A、一道工序 B、一个工步 C、一个工位 D、一项安装 2、零件的生产纲领愈大，其毛坯制造应该 。

A、简化、以节省毛坯制造费用 B、提高精度，以减少机械加工的工作量 C、增加余量，以降低毛坯的废品率

3、在镗床上镗箱体孔，先镗孔的一端，然后，工作回转180°再镗孔的

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1、为了提高生产率，用几把刀具同时加工工件上的几个表面，称为复合

另一端，该加工过程属于 。

A、二个工序 B、二个工位 C、二次安装 D、二个工步 4、阶梯轴的加工过程中“调头继续车削”属于变换了一个 。 A、工序 B、工步 C、安装 D、走刀

5、车削加工时，四方刀架的每次转位意味着变换了一个 。 A、工序 B、工步 C、安装 D、走刀 6、一个工序的定义，强调的是 。

A、工作地点固定与工作连续 B、只能加工一个工件 C、只能是一个工人完成 D、只能在一台机床上完成 7、安装次数越多，则 。

A、生产率越高 B、精度越高 C、生产率和精度越低 8、单件小批生产的特征是 。 A、毛坯粗糙，工人技术水平要求低 B、毛坯粗糙，工人技术水平要求高 C、毛坯精化，工人技术水平要求高 答案：BBBCBACB

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教学课题： 第2章 机械加工工艺系统 教学目的：1、了解零件表面的成形 2、掌握机械加工的运动 3、掌握切削用量和切削层参数 4、掌握机械加工工艺系统的定义 教学重点：1、掌握机械加工的运动 2、掌握切削用量和切削层参数 教学难点：机械加工运动的分析 授课时间： 课时安排：2节课

教学方法：讲授教学、多媒体教学 教学过程：

[一、复习旧课]：

提问、 讲解

1、什么是生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程？ 2、什么是工序、安装、工位、工步、走刀？ 3、什么是生产纲领？

[二、引入新课]：

定义：在机械加工中，由机床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一

个实现某种加工方法的整体系统，这一系统称为机械加工工艺系统。

对应于不同的加工方法有不同的机械加工工艺系统，如车削工艺系统、铣削工艺系统、磨削工艺系统等。

机械制造技术就是以表面成形理论、金属切削理论和工艺系统的基本理论为基础，以各种加工方法、加工装备的特点及应用为主体，以机械加工工艺和装配工艺的设计为重点，以实现机械产品的优质、高郊、低成本为目的的综合应用技术。

§2-1 零件表面的成形和机械加工运动

一、零件表面的成形

机械零件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等，如课本图所示。

这些表面都可以看成是由一根母线沿着导线运动而形成的，母线和导线统称为发生线。

相切法：采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工工件时，刀具自身的旋转运动形成圆形发生线，同时切削刃相对于工件的运动形成其他发生线。 二、机械加工的运动

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机床的运动：表面成形运动和辅助运动。

1、表面成形运动：根据几何的角度来分析，为保证得到工件表面的形状所需的运动。

根据工件表面形状和成形方法的不同，成形运动有以下类型： （1）简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独 的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简 单成形运动。

（2）复合成形运动：如果一个独立的成形运动，是由两个 或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运 动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。 例 题

例1：用外圆车刀车削外圆柱面时（见图a），工件的旋转运动B1和刀具

的直线运动A1就是两个简单成形运动。

例2：车螺纹时，螺纹表面的导线（螺旋线）必须由工件的回转运动和刀

架直线运动保持确定的相对运动关系才能形成，这也是一个复合成形运动。

从保证金属切削过程的实现和连续进行的角度看，成形运动可分为：

主运动和进给运动。

（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运动，称为

主运动。主运动的速度最高，所以消耗的功率最大。一般机床的主运动只有一个。

如：车削、镗削加工时工件的回转运动，铣削和钻削时刀具的回转运

动，刨削时刨刀的直线运动等都是主运动。

（2）进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与

工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。 2、辅助运动：实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。 （1）空行程运动 刀架、工作台的快速接近和退出工件等，可节省辅助

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时间。

（2）切入运动 为保证被加工面获得所需尺寸，刀具相对于工件表面

的深入运动。

（3）分度运动 使工件或刀具回转到所需要的角度，多用于加工若干

个完全相同的沿圆周均匀分布的表面，也有在直线分度机上刻直尺时，工件相对刀具的直线分度运动。

（4）操纵及控制运动 包括变速、换向、启停及工件的装夹等。

三、切削用量和切削层参数 （1）切削速度Vc

切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时：

式中：d—切削刃上选定点的回转直径，mm;

n—主运动的转速，r/s或r/min.

当主运动为直线运动时，切削速度是刀具相对于工件的直线运动速度 （2）进给速度Vf、进给量f、和每齿进给量fz

进给速度Vf----切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，单位是mm/s或mm/min。

进给量f----刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述，单位是mm/r或mm/行程。

每齿进给量fz ----后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量,单位是

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mm/z

每齿进给量是对于铣刀、拉刀等多齿刀具各进给量间的关系：

Vf=nf=nfzZ

（3）背吃刀量ap

切削深度ap（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。 主运动是回转运动时：

主运动是直线运动时：ap=Hw-Hm 钻孔时：

式中：dw----工件待加工表面直径 dm----工件已加工表面直径 Hw----工件等加工表面厚度 Hm----工件已加工表面厚度

例:车削直径为300mm的铸铁带轮外圆,若切削速度为60m/min, 试求车床主轴转速.

解:根据公式

实际生产中,理论上计算出的主轴转速应从车床转速表中最接近的一档选取

小 结：金属切削过程的实现和连续进行的角度看，成形运动可分为：主运动和进

给运动，但是各种机床的主运动和进给运动都不一样。

作业布置：见教材P48

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教学课题： 第2章 机械加工工艺系统（续） 教学目的：1、金属切削机床的分类和型号编制方法

2、金属切削机床的主要技术参数 3、数控机床的概述

教学重点：金属切削机床的分类和型号编制方法和机床的主要技术参数 教学难点：机床型号的编制 授课时间： 课时安排：2节课

教学方法：讲授教学、多媒体教学 教学过程：

[一、复习旧课]：

1、零件的表面成形的方法

2、工件表面的成形方法和机床所需的运动以及各种运动之间的联系 3、切削用量和切削层参数 [二、引入新课]：

§2-2 金属切削机床

金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。机床是机械制造的基础机械，其技术水平的高低，质量的好坏，对机械产品的生产率和经济效益都有重要的影响。金属切削机床诞生到现在已经有一百多年了，随着工业化的发挥咱，机床品种越来越多，技术也越来越复杂。我国第三次工业普查的结果表明，截止到1995年底，我国机床拥有量为383.52万台，其中金属切削机床为298.39万台，已占机床总数的77.80%。 一、机床的分类

机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制定的机床型号编制方法，机床分为11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。

在每一类机床中，又按工艺范围，布局型式和结构性能分为若干组，每一组又分为若干个系（系列）。

除了上述基本分类方法外，还有其它分类方法： 1. 按照万能性程度，机床可分为：

2. ①通用机床：这类机床的工艺范围很宽，可以加工一定尺寸范围

内的多种类型零件，完成多种多样的工序。如，卧式车床，万能升降台铣床，万能外圆磨床等。

②专门化机床：这类机床的工艺范围较窄，只能用于加工不同尺寸的一类或几类零件的一种（或几种）特定工序。如，丝杆车床，凸轮轴车床等。

③专用机床：这类机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。如，加工机床主轴箱体孔的专用镗床，加工机

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床导轨的专用导轨磨床等。它是根据特定的工艺要求专门设计，制造的，生产率和自动化程度较高，使用于大批量生产。组合机床也属于专用机床。

2.按照机床的工作精度，分为普通精度机床，精密机床和高精度机床。 3.按照重量和尺寸，可分为仪表机床，中型机床（一般机床），大型机

床（质量大于10t），重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）。

4.按照机床主要器官的数目，可分为单轴，多轴，单刀，多刀机床等。 5.按照自动化程度不同，可分为普通，半自动和自动机床。自动机床

具有完整的自动工作循环，包括自动装卸工件，能够连续的自动加工出工件。半自动机床也有完整的自动工作循环，但装卸工件还需人工完成，因此不能连续地加工。

二、机床的型号编制

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.通用机床的型号编制

1） 通用机床型号的表示方法为：

注：①有“( )”的代号或数字，当无内容时，不表示，若有内容，则不

带扩号；

②有“○”符号者，为大写的汉语拼音字母； ③有“△” 符号者，为阿拉伯数字；

④有“ △ ”符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者

兼有

2）机床的类别代号 : 类 车 钻 镗 别 床 床 床 代号 C Z T 磨 床 M 2M 3M 齿轮螺纹刨插其他 加工加工铣床 拉床 锯床 床 机床 机床 机床 Y S X B L G 割 Q 其 13

读音 车 钻 镗 磨 二磨 三磨 牙 丝 铣 刨 拉

3）机床的特性代号 : 通用高精半自精密 自动 数控 特性 度 动 代号 G M Z B K 简式柔性加重数高彷型 轻型 或经加工型 显 速 (自动换刀) 济型 单元 加工中心 H 换 F 彷 Q C J R X S 读音 高 密 自 半 控 轻 重 简 柔 显 速 4） 结构特性代号 为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分.如:CA6140中的\5） 机床的组别,系别代号 (或见书P57) 6） 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. 7） 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. 8） 其他特性代号:用以反映各类机床的特性.用数字或字母或阿拉伯数字来表示。 9） 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。

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三、数控机床概述

1、数控机床的定义

数控机床是指采用数字形式信息控制的机床。在第一台数控机床问世

至今的50年中，先后经历了电子管（1952年）、晶体管和印刷电路板（1960年）、小规模集成电路（1965年）、小型计算机（1970年）、微处理器或微型计算机（1974年）和基于PC-NC的智能数控系统（90年代后）等六代数控系统。

前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬逻辑（硬线）数控系统，简称NC（Numerical Control），目前已被淘汰。

第四代数控系统采用小型计算机取代专用控制计算机，数控的许多功能由软件来实现，故这种数控系统又称为软线数控，即计算机数控系统，简称CNC（Computer Numerical Control）。1974年采用以微处理器为核心的数控系统，形成第五代微型机数控系统，简称MNC（Micro-computer Numerical Control）。以上CNC与MNC统称为计算机数控。CNC和MNC的控制原理基本上相同，目前趋向采用成本低、功能强的MNC。

现在发展了基于PC-NC的第六代数控系统，它充分利用现有PC机的软硬件资源，规范设计新一代数控。 2、数控机床的组成与分类

数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈装置和机床本体 数控机床通常从以下不同角度进行分类。 1．按工艺用途分类

目前，数控机床的品种规格已达500多种，按其工艺用途可以划分为以下四大类：

（1）金属切削类 它又可分为两类：

①普通数控机床 ②数控加工中心

（2）金属成形类 指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床，

常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。 （3）特种加工类 主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、

数控激光与火焰切割机等。

（4）测量、绘图类 主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控

对刀仪等。

2．按控制运动的方式分类 （1）点位控制数控机床 （2）点位直线控制数控机床 （3）轮廓控制数控机床

3．按伺服系统的控制方式分类 （1）开环数控机床 如图所示。开环控制的数控机床一般适用于中、小型经济型数控机床。 （2）半闭环控制数控机床，如图所示。这类控制可以获得比开环系统更高的精度，调试比较方便，因而得到广泛应用。

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教学课题： 第3章 金属切削过程 教学目的：1、了解金属切削层和切削层参数； 2、了解金属切削变形过程；

3、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响。 教学重点：积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 教学难点：金属切削变形过程 授课时间： 课时安排：2节课

教学方法：讲授教学、多媒体教学 教学过程：

[一、复习旧课]：

提问、 讲解

1、什么是完全定位和不完全定位？ 2、什么是过定位和欠定位？ 3、机床夹具的分类和组成？ [二、引入新课]：

§3-1 金属切削过程

金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的过程。在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。对这些现象进行研究，揭示其内在的机理，探索和掌握金属切削过程的基本规律，从而主动地加以有效的控制，对保证加工精度和表面质量，提高切削效率，降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。总之，金属切削过程的优劣，直接影响机械加工的质量、生产率与生产成本。因此，必须进行深入的研究。 一、切削层和切削层参数

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在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。

1、切削层公称厚度hD：在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图得：hD=fsinkr

其中：hD—切削层公称厚度，(mm)；f—进给量，(mm/r）； kr—车刀主偏角，(。)。

2、切削层公称宽度bD：沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的工作长度。由图得：bD=ap/sinkr 其中：bD—切削层公称宽度，(mm)。

3、切削层公称横截面积AD：切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得：AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap

其中: AD—切削层公称横截面积，(mm2)。

二、金属切削

1、切削变形 金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。金属材

本节难点 料受到刀具的作用以后，开始产生弹性变形；虽着刀具继续切入，金属内

部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈服点时，开始产生塑性变形，

并使金属晶格产生滑移；刀具再继续前进，应力进而达到材料的断裂强度，便会产生挤裂。

2、变形区的划分 大量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区（剪切滑移）、第二变形区（纤维化）、第三变形区（纤维化与加工硬化）。

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或其 重点☆☆

分析启发

3、切屑的形成及变形特点

1） 第一变形区（近切削刃处切削层内产生的塑性变形区）金属的剪

切滑移变形

切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用，使近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，并同时使金属晶格产生滑移。

1、相对滑移ε

相对滑移ε是用来量度第1变形区滑移变形的程度。 2、变形系数∧h

变形系数∧h是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。如右图所示，切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较，它的长度缩短、厚度增加，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。

剪切角?与前角γ

0

是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前

角γ0和剪切角?，使相对滑移ε、变形系数∧h减小，则切削变形减小。

注意：由于切削过程是一个非常复杂的物理过程，切削变形除了

产生滑移变形外，还有挤压、摩擦等作用，而ε值主要从剪切变形考虑；而∧h主要从塑性压缩方面分析。所以，ε与∧h都只能近似地表示切削变形程度。

第一变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。

2） 第二变形区（与前刀面接触的切屑层产生的变形区）内金属的挤压

磨擦变形

经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。此时将产生挤压摩擦变形。

应该指出，第一变形区与第二变形区是相互关联的。前刀面上的摩擦力大时，切屑排出不顺，挤压变形加剧，以致第一变形区的剪切滑移变形增大。

3） 第三变形区（近切削刃处已加工表面内产生的变形区）金属的挤压

磨擦变形

已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化和 加工硬化。

三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响

在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤（或刀瘤）。它的硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。

1、积屑瘤是如何形成的?

1）切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。

2）当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。 28

3）如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发

生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。

4）这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。

2、形成积屑瘤的条件：

主要决定于切削温度。此外，接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。

1）一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤； 2）温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。

3）走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。 3、积屑瘤对切削过程的影响 1）实际前角增大

它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起

积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。

2）使加工表面粗糙度增大

积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，

一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。

3）对刀具寿命的影响

积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有 减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。

4、防止积屑瘤的主要方法

1）降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；

2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度； 3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；

4）增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力； 5）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。 四、影响切削变形的因素 从相对滑移ε、变形系数∧h计算式中可知，剪切角?与前角

γ0是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角γ0和剪切角?，使相对滑移ε、变形系数∧h减小，则切削变形减小。

1、前角：增大前角γ0，使剪切角?增大，变形系数∧h减小，因此，切削变形减小。

生产实践表明：采用大前角刀具切削，刀刃锋利、切入金属容易，切屑与前刀面接触长度减短、流屑阻力小，因此，切削变形小、切削省力

29

2、切削速度：切削速度Vc是通过积屑瘤使剪切角?改变和通过切削

温度使摩擦系数μ变化而影响切削变形的。

3、进给量：进给量f增大，使变形系数∧h减小。

4、工件材料：工件材料硬度、强度提高，切削变形减少。

小 结：1、第一变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑

移变形。

2、形成积屑瘤的条件主要决定于切削温度。此外，接触面间的压力、粗

糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。但是积屑瘤对切削过程可使实际前角增大，使加工表面粗糙度增大，对刀具寿命的影响。因此，综观上述积屑瘤对加工的影响既有利的一面也有弊的一面。 作业布置：1、试述积屑瘤的成因、影响及避免的方法。

教学课题： 第3章 金属切削过程（续） 教学目的：1、了解切削力的来源，切削合力及其分解； 2、了解切削功率和单位切削功率； 3、掌握影响切削力的因素。

4、了解切削热和切削温度的产生及影响因素 5、了解刀具的磨损和耐用度 教学重点：影响切削力的因素

教学难点：影响切削力的因素、切削热和切削温度的产生及影响因素 授课时间： 课时安排：4节课

教学方法：讲授教学、多媒体教学 教学过程：

[一、复习旧课]：

提问、 讲解

1、金属切削层参数

2、金属切削的三个变形区 3、积屑瘤是如何形成的

4、积屑瘤对切削过程的影响

5、防止积屑瘤的主要方法

[二、引入新课]：

§3-2 切削过程的基本规律

一、切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 (一）切削力的来源

研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、

30

从对温度的依赖程度来看，刀具正常磨损的原因主要是机械磨损

磨

1因。

和热、化学磨损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象）、扩散（刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。 (1)磨粒磨损

在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。粒磨损对高速钢作用较明显。 (2)粘结磨损

刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。 (3)扩散磨损

切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换，使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用，刀具容易被磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损。 (4)相变磨损

当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表面金相组织发生变化。如马氏体组织转变为奥氏体，使硬度下降，磨损加剧。因此，工具钢刀具在高温时均用此类磨损。 (5)氧化磨损

氧化磨损是一种化学性质的磨损。

刀具磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造成的。

）在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原通常拉削、铰孔和攻丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。

2）在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。 （二）刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命 1、刀具磨损过程

随着切削时间的延长，刀具磨损增加。根据切削实验，可得图示

的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线。该图分别以切削时间和后刀面磨损量VB（或前刀面月牙洼磨损深度KT）为横坐标与纵坐标。从图可知，刀具磨损过程可分为三个阶段：

1.初期磨损阶段 2.正常磨损阶段 3.急剧磨损阶

36

一定

2、刀具磨钝标准

刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝

标准。规定后刀面上均匀磨损区的高度VB值作为刀具的磨钝标准。 3、刀具的耐用度（刀具寿命）

一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始切削至磨损量达到磨

钝标准为止所经历的实际切削时间，称为刀具的耐用度，用T分钟表示。又称为刀具寿命。

刀具破损和刀具磨损一样，也是刀具失效的一种形式。刀具在的切削条件下使用时，如果它经受不住强大的应力（切削力或热应力），就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。破损是相对于磨损而言的。从某种意义上讲，破损可认为是一种非正常的磨损。刀具的破损有早期和后期（加工到一定的时间后的破损）两种。刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。脆性破损又分为：1.崩刀 2.碎断 3.剥落 4.裂纹破损。 （四）刀具寿命(刀具耐用度)的选择原则

切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。

比较最高生产率耐用度Tp与最低生产成本耐用度Tc可知：Tc＞Tp。生产中常根据最低成本来确定耐用度，但有时需完成紧急任务或提高生产率且对成本影响不大的情况下，也选用最高生产率耐用度。刀具耐用度的具体数值，可参考有关资料或手册选用。

选择刀具寿命时可考虑如下几点：

（1）根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具

寿命应选得比单刃刀具高些。

37

（三）刀具的破损（2）对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，

提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15—30min。

（3）对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加

工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。

（4）车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工

序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支 M较大时，刀具寿命也应选得低些。

（5）大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，

刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。

（五）影响刀具耐用度Ｔ因素(见P43）

1、切削用量

切削用量对刀具耐用度Ｔ的影响规律如同对切削温度的影响。 切削速度vc、 背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大，使切削温度

提高，刀具耐用度Ｔ下降。

Vc影响最大、 进给量f其次，ap影响最小。(见P43 刀具耐用度Ｔ

计算公式2.28）

根据刀具耐用度合理数值T计算的切削速度称为刀具耐用度允许的切

削速度，用VT表示其计算式为：

显然低成本允许的切削速度低于高生产率允许的切削速度。

2、工件材料

（1）硬度或强度提高，使切削温度提高，刀具磨损加大，刀具耐

用度Ｔ下降。

（2）工件材料的延伸率越大或导热系数越小，切削温度越高，刀具

耐用度Ｔ下降。

3、刀具几何角度

（1）前角对刀具耐用度的影响呈“驼峰形”。

（2）主偏角Κr减小时，使切削宽度bD增大，散热条件改善，故切

削温度下降，刀具耐用度Ｔ提高。 4、刀具材料

刀具材料的高温硬度越高、越耐磨，刀具耐用度Ｔ越高。

加工材料的延伸率越大或导热系数越小，均能使切削温度升高因而使

刀具耐用度T降低。

小 结：1、考虑响切削力的变化的因素应从工件材料、切削用量 、刀具几何角度

等几个方面考虑，根据实际需要选择相应的条件。

38

2、考虑影响切削温度的主要因素应从切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损、切削液的影响

3、考虑影响刀具耐用度Ｔ因素则应从切削用量 、工件材料、刀具几何角度、刀具材料几个方面

作业布置：教材P74 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5

教学课题：

第3章金属切削过程（续）

39

教学目的：1、学会切削过程的基本规律的应用 2、掌握切屑的类型及控制 3、了解改善材料的切削加工性 4、了解切削液的合理选择 教学重点：掌握切屑的类型

教学难点：了解改善材料的切削加工性 授课时间： 课时安排：2节课

教学方法：讲授教学、多媒体教学 教学过程：

[一、复习旧课]：

提问、 讲解

1、切削合力及其分解 2、响切削力的变化的因素 3、切削热的产生和传导 4、刀具磨损的形态及其原因

5、刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命 [二、引入新课]：

§3-2 切削过程的基本规律的应用

3.2.1 切屑的类型及控制

一、切屑的类型及其分类

由于工件材料不同，切削过程中的变形程度也就不同，因而产生的切屑种类也就多种多样，如下图示。图中从左至右前三者为切削塑性材料的切屑，最后一种为切削脆性材料的切屑。切屑的类型是由应力-应变特性和塑性变形程度决定的。

重点☆☆

分析启发

1、带状切屑

它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料（如碳素钢、合金钢、铜和铝合金），当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。 2、挤裂切屑

这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂

40

机夹重磨式车刀，就是用机械的方法将硬质合金刀片夹固在刀杆上的车刀。刀片磨损后，可卸下重磨，然后再安装使用。 4、机夹可转位式车刀

机夹可转位式车刀，就是将预先加工好的有一定几何角度的多角硬质合金刀片，用机械的方法装夹在特制的刀杆上的车刀。由于刀具的几何角度是由刀片形状及其在刀杆槽中的安装位置来确定的，故不需要刃磨。可转位式车刀的夹紧机构，应该满足夹紧可靠、装卸方便、定位准确、结构简单等要求。

下图表示了生产中的几种常用夹紧机构。

二、成形车刀

用在各类车床上加工内，外回转体成形表面，其刀形根据工件轮廓设计。该种车刀有平体，棱体，圆体三种型式。

§4-4 车削夹具

一、车削夹具的分类和用途

1、夹具的用途

为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机床上或夹具中。

装夹：是将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。 定位：是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。

夹紧：是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变

的操作。

46

定位与夹紧是两个不同的概念，初学者往往容易混淆。

机床夹具（简称夹具）是在机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。

采用夹具装夹工件，既可准确确定工件，机床和刀具三者的相对位置，降低对工人的技术要求，保证工件的加工精度，又可减少工人装卸工件的时间和劳动强度，提高劳动生产率，有时还可扩大机床的使用范围。所以，机床夹具在生产中应用十分广泛。 2、机床夹具的分类

机床夹具可根据其应用范围和特点，分为如下类型。 （1）通用夹具 （2）专用夹具

（3）通用可调夹具和成组夹具 （4）组合夹具 3、机床夹具的组成

机床夹具一般由以下几个部分组成： （1）定位元件 （2）夹紧装置

（3）对刀、导引元件或装置 （4）连接元件 （5）其他装置或元件 （6）夹具体

定位元件，夹紧装置 和夹具体是夹具的基本组成部分

小 结：本章主要了解车削加工工艺系统、车床的主要类型、组成和结构和掌握车

刀的主要类型与特点以及了解车床夹具的主要类型与分类

作业布置：教材P97 4-1 4-2 4-3 4-6 4-9

47

教学课题： 第5章 铣 削 加 工 教学目的：1、了解铣削加工的应用和特点 2、掌握铣削要素

3、了解铣削方式和铣削力 4、了解铣床的分类和铣刀的分类 铣床夹具的设计特点和要求

教学重点： 掌握铣削要素

教学难点：铣削方式的了解和铣床夹具的设计特点和要求 授课时间： 课时安排：2节课

教学方法：讲授教学、多媒体教学 教学过程：

[一、复习旧课]：

1、车床的主要类型和组成

提问、 讲解

2、车刀的类型和特点 3、夹具的用途 4、机床夹具的分类 5、机床夹具的组成

[二、引入新课]：

§5-1 铣削加工概述

一、铣削加工的应用和特点

铣床就是用铣刀进行切削加工的机床.

?应用:加工表面(水平平面,垂直面等),沟槽(键槽,T型槽,燕

尾槽等).多齿零件的齿槽(齿轮,链轮,棘轮,花键轴等),螺纹形表面(螺纹和螺旋槽)及各种曲面. 铣床上用的刀具是铣刀，以相切法形成加工表面。

?铣削特点: ①每个刀齿不均匀,不连续切削,切入与切离时均

会硬气冲突与振动;

②铣削时切削层参数及切削力是变化的,也易引

起振动,影响加工质量;

③同时参加切削的刀齿较多,生产率较高.

（3）铣床分类:铣床可分为:卧式升降台铣床;立式升降台铣床;龙门

铣床;工具铣床;各种专门化铣床.

二、铣削要素

重点☆☆

分析启发

铣削时切削用量决家切削层的形状和尺寸。

48

1、铣削用量

2 本节难点

总结简易方法

铣削用量包括背吃刀量ap、侧吃刀量ae、铣削速度vc和进给

量。根据切削刃在铣刀上分布位置不同，铣削可分为圆周铣削和端面铣削。 （1）背吃刀量ap 是在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的吃刀量，即平行于铣刀轴线的切削层尺寸，单位为mm （2）侧吃刀量ae 在平行于工作平面并与切削刃基点的进给运

动垂直的方向上测量的吃量，即垂直于铣刀轴线测量的切削层尺

寸，单位为mm

（3）铣削速度Vc 铣削速度为铣刀主运动的线速度，单位为m/min。

Vc??nd式中：d—铣刀直径，mm 1000

n—铣刀转速，mm

（4）进给量 进给量是铣刀与工件在进给方向上的相对位移量。 1）每齿进给量af 是铣刀每转一个刀齿时，工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/z

2）每转进给量

f 是铣刀每转一转时，工件与铣刀沿进

给主向的相对位移，单位为mm/r

3）进给速度Vf 是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min

三者的关系为： Vf=fn=afzn

、切削层要素

（1）切削厚度ac 切削厚度是指由铣刀上相邻两个刀齿主切削

刃形成的过渡表面间的垂直距离。

（2）切削宽度aw 切削宽度为主切削刃参加工作的长度。 （3）切削层横截面积Acav 铣刀同时有几个刀齿参加切削，铣

刀的总切削层横截面积应为同时参加切削的刀齿切削层横截面积之和。 Acav=Q/Vc

式中：Q—单位时间材料切除率，mm3/min 三、铣削方式

是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系。不同的铣削方式

对刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、铣削过程的平稳性及

切削加工的生产率等都有很大的影响。

①端铣:常用加工平面 ②周铣:

49

a.逆铣:铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反,特点:提

高刀具耐用度,工件Ra保证工件夹持稳固,易打刀.

b.顺铣:铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同.特点:加速刀具后

刀面磨损,破坏工件表面Ra,使工件夹持不稳.

对称铣：工件安装在端铣刀的对称位置上，它具有较大的平均切削

厚度，可保证刀齿在切削表面的冷硬层之下铣削。 不对称逆铣：铣刀从较小的切削厚度处切人，从较大的切削厚度处

切出，这样可减小切入时的冲击，提高铣削的平稳性，适合于加工普通碳钢和低合金钢。

不对称顺铣：铣刀从较大的切削厚度处切入，从较小处切出。在加

工塑性较大的不锈钢、耐热合金等材料时，可减小毛刺及刀具的粘结磨损，刀具耐用度可大大提高。

§5-2 铣 床

分为：升降台式铣床、床身式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床、

专门化铣床（如凸轮铣床、曲轴铣床）等

加工范围：平面、沟槽、键槽、T 形槽、V 形槽、燕尾槽、螺纹、

螺旋槽，齿轮、链轮、花键轴、棘轮等成形表面，切断等

§5-3 铣 刀

铣刀是一种多刃回转刀具.铣削时同时参加切削的切削刃较长,且无空行程,Vc也较高,所以生产率较高.

1、铣刀的类型

（1）按用途不同，铣刀可分为圆柱铣刀、面铣刀、盘形铣刀、锯片

铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀、角度铣刀、成形铣刀。

（2）按结构不同，铣刀可分为整体式、焊接式、装配式、可转位 （3）按齿背形式，铣刀可分为尖齿铣刀和铲齿铣刀。

§5-3 铣床夹具

组成：定位元件、夹紧机构、对刀装置（对刀块与塞尺）、定位键、

夹具体等

（1）铣床夹具的实例

（2）铣床夹具的设计特点和要求

1）切削用量、切削力大，断续切削，易振动——定位稳定，夹

紧可靠

错误！未找到引用源。定位支承面大 错误！未找到引用源。夹紧力足够，自锁性好

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