机械制造工程学 第三章 金属切削机床
面向“卓越工程师教育培养计划”的《金属切削机床概论》教学改革探索
面向“ 卓越工程师教育培养计划” 的《 金属切削机床概论》 教学改革探 索
牛宗伟 ， 李 志永
（ 山东理工大学 机械工程学院， 山东 淄博 ２ ５ ５ ０ ４ ９ ）
摘要 ： 机械设计制造及其 自动化 专业是 山东理 工大学 实施教育部首批“ 卓越工程 师教 育培养计 划” 的重点 专业之
的高速联网。随着社会的不断发展 ， 《 土壤肥料学》 教学模 式必须有重大变革， 才能满足社会对人才的需求。网络教 学模式将更助于提高学生学习信息技术的兴趣 ， 更有利于
［ ６ ］ 谢 英荷 ， 洪坚平等． 提 高土壤 学课程教 学质量的探 索卟 山西 农业大学学报 （ 社会科 学版） ， ２ ０ ０ ２ ， ２ （ １ ） ： １ ６ ９ — １ ７ １ ．
一
，
《 金属切 削机康概论》 是该专 ｋ 的 章千专 ｑ ｋ 课程 一 ． ｛业培苯学生认识机床 、 分析机床和选用机床 的能力。机械设
计制造及其自 动化专业“ 卓越工程师教育培养计划” 旨 在培养造就一大批创新能力强、 适应经济社会发展需要的高质量
机械工程技术人才。本文结合“ 卓越工程师教育培养计划” 重在强化培养学生的工程实践能力和创新能力的特点和我校
《 金属切削机床概论》 既具有很强的理论性 ， 又具有跟 生产实践高度切近的特点 ， 这就要求在教学工程中特别注 重培养学生 的工程能力 、 综合能力和创新能力 。本文结合 我校多年来《 金属切削机床概论》 的教学实践经验 ， 对我们 在面向“ 卓越工程师教育培养计划” 实施教学改革过程中 进行 的若干探索进行 了总结 。 二、 在教学过程中加强对学生创新能力的培养 创新能力是运用知识和理论 ， 在科学 、 艺术 技术和各 种实践活动领域 中不断提供具有经济价值 、社会价值 、 生 态价值的新思想 、 新理论 、 新方法和新发明的能力。 创新能 力是 民族进步的灵魂 、 经济竞争的核心 ； 当今社会的竞争 ， 与其说是人才的竞争 ， 不如说是人的创造力的竞争。 《 金属切削机床概论》是让学生在学习过若干专业基 础课 的基础上 ， 掌握各种机床 的工艺范 围、 传动原理和传 动结构 ， 并 为学 习《 金属切削机床设计》 和《 机械制造工艺 学》 奠定基础 。我们在教学过程中注重引导学生对现有的 机床结构和教材 内容进行反思 、 质疑和改进 ， 培养学生的 创新思维和创新能力。例如 ： ［ 案例 １ 】 在Ｃ Ａ ６ １ ４ ０ Ａ车床 的进给传动链中 ， 当车削模
机械制造基础作业(车床本科答案)
机械制造工程学作业金属切削机床答案(2)班级：_________________________姓名：_________________________学号：_________________________一、如图所示为C616型车床主运动的传动系统图，请1、写出主运动传动路线的表达式；2、计算主轴转速级数Z ；3、列出主运动的运动平衡式；4、计算出主轴最高转速n max 和最低转速n min ；（1）传动路线（5分）主电动机→φ90／φ150→Ⅰ36/22 22/45 27/63→V →17/58→ 17/42 →II → 38/30 →Ⅲ→φ178／φ200→Ⅳ→ →ⅤI （主轴） 26/38 42/26 —— M 合——（2）主轴转速级数：Z=3×3×2=18级（8分） （3）主运动的运动平衡式为：n 主轴=n 电动机×φ90／φ150×u I-II ×u II-III ×φ178／φ200×u Ⅳ-ⅤI （11分）（4）主轴最大、最小转速为：n min =n 1=1430×φ90／φ150×17／42×22／45×φ178／φ200×27/37×17／58=10rpm n max =n 12=1430×φ90／φ150×36／22×42/26×φ178／φ200×1=2000rpm （15分）二、简答题：1、发生线的形成方法有哪些？其定义？1）轨迹法：（刀刃为一点）它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法； 2）成型法：（仿形法）它是利用成形刀具对工件进行加工的方法；加工钥匙； 3）相切法：（旋切法）它是利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法，它需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动来完成； 4）范成法：（滚切法）切削刃沿着由它生成的发生线2滚动或者切削刃和发生线共同完成复合的纯滚动而形成的方法。
CA6136机床参考资料[终稿]
![CA6136机床参考资料[终稿]](https://img.taocdn.com/s3/m/57abf06aa36925c52cc58bd63186bceb19e8ed7a.png)
1 机床简介1.1 金属切削机床的简介1.1.1 金属切削机床概述金属切削机床是机械制造也得基础设备。
随着社会需求和科学技术的发展，对机床设计技术要求越来越高。
一方面为了适应社会需求的变化，出现了柔性制造系统（FMS）等先进的自动化制造系统，除了传统的机床设计之外，还要求机床增加柔性，并能与柔性有机结合。
另一方面数控技术和CAD技术的发展，为机床设计提供了新的条件和支撑。
因此机床的设计方法和设计技术也在发生着深刻变化。
金属切削机床也称为机床，是用切削的方法将金属毛坯(或半成品)加工成机器零件设备，他是制造机器的机器，所以又称工作母机或工具机。
金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，通常情况下占机器制造总工作量的40%-60%。
因此，机床的技术性能直接影响机械制造业产品的质量、成本和生产率。
一个现代化的国家必须有一个现代化的机械制造业，而现代化的机械制造业必须有一个现代化的机床工业做后盾。
因此，机床工业的技术水品、自动化程度、加工精度在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和现代化水平。
1.1.2 金属切削机床的分类1. 按机床的加工性质和使用的刀具分类有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，其他机床。
2. 同类型机床按万能性程度又可分为：（1）万能机床即通用车床，加工范围广，万能型大，但结构比较复杂，适用于单件小批量生产，如普通车床、万能升降台铣床等。
（2）专门化车床专门加工一定尺寸范围的一类或几类零件某一道或几道工序，适合于成批生产，如曲轴车床、凸轮轴车床、铣端面打中心孔机床等。
（3）专门机床用于某一种零件某一道特定的工序，适合于大批量生产，如组合机床。
3. 按机床的工作精度又可分为：（1）普通精度机床；（2）精密机床：（3）高精度机床；4. 按机床自动化程度又可分为：（1）手动机床；（2）半自动化机床；(3) 自动机床；此外，根据机床的重量又可分为小型机床、中型机床、大型机床和重型机床。
《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案.
14、为什么铸造合金常选用接近共晶点的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？近共晶点的合金熔点低，结晶范围小，铸造性能好。
单相固溶体成分的合金具有良好的塑性和小的变形抗力，可锻性好。
15、何谓α、γ、Fe3C、C、P、A、L d、（L d `）？它们的结构、组织形态、力学性能有何特点？α为铁素体，Fe3C为渗碳体，C为碳元素，P为珠光体，γ、A为奥氏体，L d为高莱氏体，（L d `）为低温莱氏体。
α为体心立方结构，溶碳量低，强度、硬度低，塑性、韧性好。
γ、A是碳在γ—Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方结构，溶碳量较大，是高温组织，硬度较低，塑性较高，易于成形。
Fe3C是铁和碳的金属化合物，含碳量6.69%，硬度很高，脆性很大，塑性和韧性几乎为零。
P是铁素体与渗碳体的机械混合物，碳的分数为0.77%，具有良好的力学性能。
L d是奥氏体与渗碳体的机械混合物，（L d `）是珠光体与渗碳体的机械混合物，含碳量 4.3%，力学性能与渗碳体接近。
16、碳钢与铸铁两者的成分、组织和性能有何差别？并说明原因。
碳含量小于2.11%是碳钢，大于2.11%是铸铁；碳钢中的碳与铁以金属化合物的形式存在，而铸铁中的碳以游离石墨的形式存在；碳钢的力学性能较好，其硬度、强度随含碳量的增加而增加，塑性、韧性随含碳量的增加而下降，铸铁的力学性能取决于石墨的形状、大小及分布；铸铁的铸造性能优于碳钢；铸铁不能进行压力加工，其焊接性能远不及碳钢。
17、分析碳的质量分数分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓慢冷至室温时的结晶过程和室温组织。
指出这四种成分组织与性能的区别。
碳的质量分数为0.20%、0.60%的铁碳合金均属于亚共析钢，从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为：经过AC线时从液态中结晶出A，经过AE线时全部结晶为A，经过GS线时由于贫碳有F析出，经过PSK线时剩余的A转变为P，室温组织为P+F。
机械装备设计第3章机床主要部件设计
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3.1.1 对主轴组件的基本要求
1.旋转精度：主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴 前端定位面的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。 主轴组件的旋转精度主要取决于主轴、轴承等的制造精度和装配质量。 工作转速下的旋转精度还与主轴转速、轴承的设计和性能以及主轴组件的
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电动机直接驱动方式
电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳体。主 轴单元大大简化了结构，有较宽的调速范围；有较大的驱动功率 和转矩；便于组织专业化生产。
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3.1.2主轴组件结构设计
（2）传动件位置的合理布置
3.1.2主轴组件结构设计
1、主轴组件的支承数目
多数机床的主轴采用前、后两个支承。 特点：结构简单，制造装配方便，容易保证精度。为提高主轴组 件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。
数控车床主轴组件
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1、主轴组件的支承数目 机床主轴采用三个支承，为提高刚度和抗振性。三支承方式对三支 承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。
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3.1.2主轴组件结构设计
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3.1.3主轴
1、主轴的构造 主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺
寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。主轴的前端型式取决
于机床类型和安装夹具或刀具的型式。主轴头部的形状 和尺寸已经标准化，应遵照标准进行设计。
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3.1.3主轴
3、主轴的技术要求，应根据机床精度标准有关项目制定。
《机械制造工程学》习题及思考题
《机械制造工程原理》习题及思考题金属切削原理习题及思考题1.外圆车削加工时，车刀相对工件有哪些运动？2.外圆车削加工时,工件上出现了哪些表面？试绘图说明，并对这些表面下定义。
3.绘出刨削时，刀具和工件的运动关系，同时标出工件上三个表面的位置。
4.合成切削运动是由什么运动合成的？怎么合成？什么叫做合成切削速度角？5.何谓切削用量三要素？怎么定义？6.刀具切削部分有哪些结构要素？试给这些要素下定义。
7.为什么要建立刀具角度参考系？有哪两类刀具角度参考系？它们有什么差别？8.刀具标注角度参考系有哪几种？它们是由什么参考平面构成？试给这些参考平面下定义。
9.试绘图说明主剖面标注角度参考系的构成。
10.试绘图表示外圆车刀主剖面标注角度参考系各参考平面移置平面图，并在适当位置标注六个基本角度。
11.试给外圆车刀副切削刃选定点构造一个副剖面参考系，并将这个参考系应标注的角度标出。
12.确定一把单刃刀具切削部分的几何形状最少需要哪几个基本角度？13.确定一把平前刀面外圆车刀切削部分的几何形状最少需要哪几个基本角度？14.试述判定车刀前角γ0 后角α0 和刃倾角正负号的规则15.切断车削时，进给运动怎样影响工作角度？16.纵车时进给运动怎样影响工作角度？17.试证明曲线切削刃和直线切削刃切削时，切削面积均为AD =f ·a P18.何为自由切削？19.切断车刀最后不是车断，而是挤断为什么？20.当用kr=45度的车刀车外圆时，工件加工前直径为62mm,加工后直径为54mm,工件每秒钟转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动1.6mm，试求f, ap,vc, 切削宽度，切削厚度，切削面积。
21.车刀刃倾角等于多少度时，其主剖面和法剖面重合？22.研究金属切削变形过程有什么意义？23.研究金属切削变形过程有哪些实验方法？24.怎样划分金属切削变形区？25.在第一变形区里发生了怎样的变形？26.试阐述金属切削过程的本质？27.刀具是怎样把工件材料切下来的？28.切屑分哪几种类型？有什么特征？各类切屑在什么情况下形成？29.阐述刀—屑摩擦的特点。
2021年XXX《机械制造基础》章节测试题参考答案
2021年XXX《机械制造基础》章节测试题参考答案第一章常用工程材料的基本知识边学边练1.金属材料在外力作用下，对变形和破裂的抵抗能力称为（）a.硬度b.韧性c.塑性d.强度2.适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是（）。
a.洛氏硬度b.以上方法都可以c.维氏硬度d.布氏硬度3.材料的冲击韧度越大，其韧性就（）。
a.越差b.难以确定c.无影响d.越好4.金属材料在做疲劳试验时，试样所承受的载荷为（）。
a.冲击载荷b.交变载荷c.静载荷d.无规律载荷5.（）是α-Fe中溶入一种或多种溶质元素构成的固溶体。
a.铁素体b.渗碳体c.奥氏体d.珠光体6.珠光体是一种（）。
a.机械混合物b.金属化合物c.固溶体d.单相构造金属7.自位支承（浮动支承）其感化增加与工件接触的支承点数目，但（）。
a。
0.25%b。
1.4%c。
0.6%d。
2.11%8.灰铸铁中的碳主要是以()形式存在。
a.团絮状石墨b.蠕虫状石墨c.球状石墨d.片状石墨9.黄铜是由()合成。
a.铜和锌b.铜和镍c.铜和铝d.铜和硅本章测验一、单选题（每题10分，共50分）1.拉伸实验中，试样所受的力为（）。
A.冲击载荷B.循环载荷C.交变载荷D.静载荷2.常用的塑性判断根据是（）。
A.伸长率和断面收缩率B.断面收缩率和塑性C.塑性和韧性D.伸长率和塑性3.用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试（）。
A.维氏硬度B.XXX硬度C.布氏硬度D.以上都可以4.金属疲劳的判断根据是（）。
A.抗拉强度B.塑性C.疲劳强度D.强度5.牌号为45号钢属于（）。
A.普通碳素结构钢B.碳素工具钢C.铸造碳钢D.优质碳素结构钢二、判断题（每题10分，共50分）6.通常材料的力学性能是选材的主要指标。
（√）7.抗拉强度是表示金属材料抵抗最大均匀塑性变形或断裂的能力。
（√）8.冲击韧性是指金属材料在静载荷作用下抵抗破坏的能力。
（×）9.碳钢的含碳量一般不超过1.5%。
机械制造工程学 习题答案 作者 李伟 谭豫之 第3章 机床与刀具(2)
第3章 机床与刀具
特点：
① 粗切齿制成轮切式结构，分块拉削，精切齿采用 成形式结构，分层拉削。② 缩短了拉刀长度。③ 提 高了拉削生产率。④ 拉削后的表面质量较好。
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机械制造工程学
3、拉削的工艺特点及应用
第3章 机床与刀具
① 生产率高。
② 加工精度高，表面质量好。IT8~IT7，Ra0.8~0.4 μ m。
陶瓷结合剂：（V）
性适能用：范围：
强适用度于高通，用耐砂热轮、、耐成腐形蚀磨性 好削砂，轮气。孔一率般大V，<3但5m较/s脆。， 弹性差。
56
机械制造工程学
三、砂轮的特性与选择
第3章 机床与刀具
4. 结合剂：用来粘结磨料的物质，其性能决定着砂轮 的强度、抗冲击性、耐热性以及抗腐蚀能力
陶瓷结合剂：（V） 树脂结合剂：（B）
第3章 机床与刀具
2_05 镗孔
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机械制造工程学
2、镗孔的特点
① 镗刀的结构简单，调整方便。 单刃镗刀 多刃镗刀
第3章 机床与刀具
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机械制造工程学
2、镗孔的特点
第3章 机床与刀具
① 镗刀的结构简单，调整方便。
单刃镗刀
多刃镗刀 ② 通用性大。
经济精度：IT8~IT7
Ra1.6~0.8 2_10 双刃浮动镗刀
陶瓷结合剂：（V） 树脂结合剂：（B） 橡胶结合剂：（R）
性适能用：范围：
强主度要最用高于金，刚导石热砂性轮好及，电但 自解锐磨性削差用砂。轮常见 。的 磨是 削青 硬铜 质 结合合金剂、。玻璃、陶瓷等。
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机械制造工程学
1、拉刀的特点
第3章 机床与刀具
① 切削刃与被加工表面的横截面形状相同。
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§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
（2）复合成形运动：一个复合运动可分解为两个或 多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本 质的区别。
组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运动 关系，是相互依存，而不是独立的。
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§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
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§ 3-2 机床的运动分析 二、机床传动链 1.传动链
机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的 传动件把执行件与动力源（如把主轴和电机），或者 把执行件和执行件（例如主轴和刀架）之间联系起来， 称为传动联系。
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。
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§ 3-2 机床的运动分析 二、机床传动链 1.传动链
（2）复合成形运动
例3: 用螺纹车刀车削螺纹 母线--车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状
一致，故母线由成形法形成，不需要成形运动。 导线--螺旋线，由轨迹法形成，需要一个成形运动。
这是一个复合运动，把它分解为工件旋转B11和刀具直 线移动A12。B11和A12之间精品必课件须保持严格的相对运动关
1）工艺范围 2）主要技术参数 3）加工精度和表面粗糙度 4）生产率和自动化程度 5）人机关系 6）成本
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§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
机器零件 上常用的各 种表面：平 面、圆柱面、 圆锥面、成 形表面等。
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§ 3-2 机床的运动分析
一、成形运动 1.工件表面的成形方法
第 3 章 金属切削机床
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§3-1 金属切削机床概述
金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的机器，是制造机器的机器，因此又称为 “工作母机”或“工具机”，通常简称机床。
一、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刀 具进行分类。
目前我国将机床分为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。
普通机床（非数控机床）、一般数控机床、加工中
心等
此外，还可按重量和尺寸，主要部件数目等进行分
类。
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§3-1 金属切削机床概述 二、机床的型号编制
标准JB1838-85：金属切削机床型号编制方法，适 用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和数 字按一定规律组合而成。
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§3-1 金属切削机床概述 三、机床的技术性能
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§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
2）形成发生线的方法 （1）轨迹法 是利用刀具做 一定规律的轨 迹运动来对工 件进行加工的 方法。
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§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
2）形成发生线的方法 （1）轨迹法 （2）成形法 是利用成形刀 具对工件进行 加工的方法。
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§ 3-2 机床的运动分析
一、成形运动
1.工件表面的成形方法
2）形成发生线的方法
（1）轨迹法 （2）成形法 （3）相切法 是利用刀具 边旋转边做 轨迹运动来 对工件进行 加工的方法。
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§ 3-2 机床的运动分析
一、成形运动
1.工件表面的成形方法
2）形成发生线的方法
（1）轨迹法 （2）成形法 （3）相切法 （4）展成法 是利用工件 和刀具做展 成切削运动 的加工方法。
因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个： 一个是复合运动B11B12；精另品课一件个是简单的成形运动A2。
§ 3-2 机床的运动分析 二、机床传动链
为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须 有执行件、动力源和传动装置三个基本部分。 • 执行件：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台 等。 • 动力源：提供动力的装置，如电动机。 • 传动装置：将运动和动力从动力源传至执行件，并 使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
（1）简单成形运动
简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运动
关系。 例1: 用普通车刀车削外圆
母线--圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 导线--直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A2。
例2: 用成形车刀车削成形回转表面 母线--曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线--圆，由轨迹法形成精品，课件需要一个成形运动B1。
在每一类机床中，又按工艺范围、布局形势和结 构等，分为若干组，每一组又分为若干系（系别）。
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§3-1 金属切削机床概述 一、机床的分类
1)按照机床的万能性程度，可分为:
普通机床、专门化机床、专用机床
2)按照机床的工作精度，可分为:
普通精度机床、精密机床、高精度机床
3)按照机床具有的数控功能，可分为:
根据传动链的性质，可分为如下两种类型：
1）外联系传动链
联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工作台 等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。 •保证执行件实现简单运动； •不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系； 如：车床上加工外圆
1）零件表面的形成：是一条母线沿一条导线运动而 形成。
母线和导线 统称为表面 发生线。
1--母线，2--导线
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§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
2）形成发生线的方法 发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运ห้องสมุดไป่ตู้得到 的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不 同，形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成形 法、相切法和展成法。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
（2）复合成形运动
例4: 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面 母线--渐开线，由展成法形成，需要一个成形运动，
是复合运动，可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12两 部分，B11和B12之间必须保持严格的相对运动关系。
导线--直线，由相切法形成，需要两个独立的成形 运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动A2。 其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分B11重合。
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§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上述 四种方法之一完成一定的运动。
成形运动：刀具和工件为了形成表面发生线而作的 相对运动。
直线运动（用A来表示）或旋转运动（用B来表 示）。
成形运动的种类：简单成形运动、复合成形运动
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