机械加工工艺基础 第一章 切削加工工艺理论基础
机械加工工艺基础之切削加工
机械加工工艺基础之切削加工简介切削加工是制造业中常见的一种金属加工方法，通过使用切削工具将工件上的材料去除，使其形状和尺寸得到精确控制。
切削加工具有广泛的应用领域，包括航空航天、汽车制造、机械制造等。
本文将介绍切削加工的基本概念、常用切削工具以及切削加工的一些相关工艺。
切削加工的基本概念切削加工主要依靠切削工具对工件进行切削，切削工具与工件相对运动，通过切削削刃与工件接触，切削下来工件上的材料，从而改变工件的形状和尺寸。
切削加工的基本概念包括切削速度、进给速度和切削深度。
•切削速度（Cutting speed）：切削速度是指切削工具相对于工件表面移动的速度，通常以每分钟切削轴转数（RPM）表示。
切削速度的选择取决于材料和切削工具的性质。
•进给速度（Feed rate）：进给速度是指每刀具转一圈时工件上与切削工具的相对运动速度，通常以每分钟进给量表示。
进给速度的选择取决于切削类型和切削工具的性质。
•切削深度（Depth of cut）：切削深度是指工件上切削削刃切入工件的距离，也称切削量。
切削深度的选择会影响加工表面的质量和切削力的大小。
常用切削工具切削工具是切削加工的核心部分，常用的切削工具有刀具、钻头和铣刀等。
刀具刀具是切削加工中最常用的工具，常见的刀具包括车刀、铣刀、钻头等。
刀具通常由高速钢（HSS）或硬质合金制成。
刀具的设计和选择会影响切削过程的效率和加工质量。
钻头钻头是用于钻孔的切削工具，通常由硬质合金制成。
钻头的种类繁多，包括中心钻、旋刃钻、麻花钻等。
钻头的直径和结构会影响钻孔的大小和质量。
铣刀铣刀是通过刀具的旋转来对工件进行切削的工具。
铣刀可以分为面铣刀、立铣刀和滚刀等多种类型，根据不同的加工需求选择合适的铣刀。
切削加工的工艺切削加工的工艺包括切削类型、切削参数和切削润滑剂的选择。
切削类型常见的切削类型包括纵向切削、横向切削和竖向切削。
•纵向切削：也称为平面切削，刀具与工件表面垂直运动，沿工件表面切削材料。
机械加工工艺基础(全套课件392P)
1.1.4第切一削运章动及切切削削要素加工基础知识
1.切削运动
要实现切削加工，刀具和工件之间必须具有 一定的相对运动，才能获得所需表面形状，这种 相对运动称为切削运动。
切削运动由机床提供。各种切削运动，都是 由一些简单的运动单元组合而成的。直线运动和 旋转运动是切削加工的两个基本运动单元。
第一章 切削加工基础知识
机械制造工程训练
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1Байду номын сангаас
材料成形工艺基础： 主要介绍机械零件毛坯成形方法的工
艺特点、工艺参数的选择、各类零件毛坯 的结构工艺性、零件的材料选择与成形方 法选择的基本原则。
机械加工工艺基础： 主要介绍机械加工的基本概念、切削
基本原理、切削机床与刀具、切削加工基 本工艺过程、选择切削加工方法的基本原 则，以及零件机械加工结构工艺性。
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2
第一章 切削加工基础知识
1.1 切削加工概述 1.2 刀具及刀具切削过程 1.3 磨具及磨削过程 1.4 金属切削机床（自学、考试） 1.5 机床夹具及工件的装夹 1.6 机械加工质量 （不讲、不考） 1.7 材料的切削加工性 （不讲、不考） 1.8 切削液 （自学、考试）
第一章 切削加工基础知识
余的部分，使获得的零件具有符合图样要求的 尺寸精度、形状精度、位置精度及表面质量的 加工方法。 任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削 工具、工件和切削运动。
第一章 切削加工基础知识
切削加工的实质是零件表面的形成过程，不同 类型表面所采用的成形方法是不相同的。
切削加工的对象是毛坯（或型材）。 切除的材料可以是金属也可以是非金属（如， 石材、木材、尼龙等）。
第一章 切削加工基础知识
机械加工工艺基础1(完整版)
3.4 齿轮、齿条传动
齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运 动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋 转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前 者居多。
齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时， 传动的平稳性和准确性较差。
3.5 丝杆、螺母传动
丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动， 例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后， 刀架便作纵向运动。
3.切削运动与切削用量
机器零件的基本表面包括：外圆、内 圆（孔）、平面和成型面
基本表面主要由如下的加工方法获得
3.1 切削运动
机床名称
卧式车床 钻床 卧铣、立铣 牛头刨床
龙门刨床 外圆磨床
内圆磨床
平面磨床
机床的切削运动
主运动
进给运动
工件旋转运动 钻头旋转运动 铣刀旋转运动 刨刀往复运动
工件往复运动 砂轮高速旋转
5. 可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加 工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）
6 铣削加工
6.1立式铣床的基本结构
主轴箱 主轴
工作台 横溜板 升降台
底座
6.2 铣削的主要加工范围
6.3 铣床的分度加工功能
1.分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为40：1，即手柄转 40圈，卡盘或工件转1圈。
机械制造工程训练
索引
一、成本要素 二、切削加工的基础知识 三、金属切削机床 四、机械加工工艺过程 五、零件表面的加工方案 六、下料 七、焊接
一、成本计算
变动成本：计件工人工资、辅料、材料费、能耗 固定成本：设备、厂房、管理费用 计算方法：产生费用分摊到单个时间费用，如车工序
36元/H
3.容易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出时产 生振动，加工过程中切削面积和切削力变化较 大。
机械加工工艺第一章机械加工工艺概述
合金工具钢 HRC65-67，耐热350-400℃，v≤10-15m/min。常用9SiCr，CrWMn。
01
HRC67-70，耐热550-600℃，v≤30-40m/min。常用W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2。
高速钢
02
HRA87-92（相当于HRC70-75），耐热1000℃，v=100-300m/min。 我国常用的硬质合金有 YG类，YG3，YG6，YG8，YG3X，YG6X等；
硬质合金
YT类，YT5，YT14，YT15，YT30。 通用硬质合金YW（YT+TaC或NbC），YW1，YW2。 表面涂层硬质合金：TiC涂层，TiN涂层，TiC-TiN复合涂层，Al2O3涂层。 陶瓷 HRA93-94，耐热1200℃，v达300m/min以上。常用AM，AMF，AT6，SG3，SG4，LT35，LT55等。
组织 组织号数是以磨粒占砂轮体积的百分比来确定。紧密（0，1，2，3，4号）中等（5，6，7，8号）疏松（9，10，11，12号） 形状和尺寸
刀具材料应具备的性能 高硬度 足够的强度和韧性 高耐磨性
硬度
刀具材料
高的热硬性
良好的工艺性
刀具材料的种类
碳素工具钢 HRC61-65，耐热200-250℃，v≤8m/min。常用T10A，T12A
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机械加工基础
第一篇机械加工基础第一章金属切削刀具§1-1金属切削过程的规律金属切削变形有弹性变形和塑性变形两种。
金属切削过程是刀具把工件表层的金属层，通过刀刃的切割和刀面的推挤，使之变为切屑从而形成以加工表面的过程。
一、四个变形区为说明切削过程的实质，将切削区域划分为四个变形区，如图1-1 所示基本变形区1：在基本变形区被切削金属在刀具的挤压作用下产生滑移变形，OA线称始滑移线（OA线以左为弹性变形区，到达OA 线将开始产生塑性变形），OE线称终滑移线（OE线后面的金属将变为切屑流走）。
前刀面摩擦变形区2：在该变形区切屑在流出过程中与前刀面挤压、摩擦，同时前刀面发生磨损。
刃前变形区3：此变形区在刃口圆弧处的一个变形范围内。
后刀面摩擦变形区4：在该变形区主要是后刀面与已加工表面的摩擦、挤压。
1A二、切屑的收缩现象被切金属经塑性变形后形成的切屑，其长度（L屑）比切削层长度（L）短，其厚度（a屑）比切屑厚度（a）厚，此现象称为切屑的收缩现象，如图1-2所示。
变形系数K：图1-2变形系数K越大，则表示切削过程中的变形也越大，因此可以用来近似地衡量金属在切削过程中的变形程度。
三、影响切屑变形的因素1.工件材料塑性大、强度低的金属材料，其变形系数大，切屑变形也大；脆性材料只形成崩碎屑，变形系数无实际意义。
2.切削用量在切削塑性材料时，加大切削速度，由于切屑来不及充分变形，，就被挤裂下来，使变形系数减小，故切削力和切屑变形减小;加大进给量，则使切削厚度增加，单位切削面积的切削力减小，切屑平均变形量随之减小。
3.冷却润滑条件润滑条件的改善可减小切屑与刀具表面之间的摩擦系数，从而减小变形系数和切屑变形。
4.刀具的几何角度刀具的几何角度对切屑的变形有影响，尤其是刀具的前角和前刀面的光滑程度，直接影响切屑变形。
四、积屑瘤和加工表面的冷硬现象1.积屑瘤切削塑性材料时，切屑由刃口沿前刀面流出，这是切屑底层的滞流层（如图1-3a所示），由于受前刀面摩擦力的作用减低了流动速度。
第1篇切削加工的理论基础
第1章 切削加工的理论基础
机械制造技术基础
1.2.1 切屑的形成
挤压与切削 正挤压：
金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约 成45°
偏挤压：
金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻 碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移s
机械制造技术基础
刀具 O
切屑根部金相照片
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
变形区的划分
第一变形区
机械制造技术基础
第二变形区
第三变形区
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
第一变形区的变形特征：
切削层金属沿滑移线的剪切 滑移变形及随之产生的加工 硬化。
第一变形区的实际厚度为 0.02~0.2mm，切削速度越 大，厚度越小。故第一变形 区可看成是一个剪切面。
剪切面与切削速度之间的夹 角成为剪切角，体现变形的 难易程度。
机械制造技术基础
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
机械制造技术基础
第二变形区的变形特征：
切屑底层金属受摩擦挤压后的塑性变形及晶粒纤维化。
受力：
挤压
摩擦
滑移与晶粒的伸长
1.2.2 切削层的变形及其影响因素
前刀面内的摩擦（内摩擦与外摩擦） 区域划分： 粘结区lf1: 剪切滑移，内摩擦 滑动区lf2: 滑动摩擦，外摩擦
切屑长度压缩比（Λl）
l
LD Lch
h
hch hD
OM
sin(90 OM sin
o)
cos( o ) sin
表示切屑变形程度的方法
机械制造技术基础
第一章切削加工基础知识
第⼀章切削加⼯基础知识第⼀章切削加⼯基础知识⼀、本章的教学⽬的与要求本章主要介绍了机械加⼯基础知识。
重点应掌握切削运动及切削⽤量概念；切削⼑具及其材料基本知识；切削过程的物理现象及控制；砂轮及磨削过程基本知识；材料切削加⼯性概念；机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量的概念等。
掌握本章内容为后续内容的学习打基础，为初步具备分析、解决⼯艺问题的能⼒打基础，为学⽣了解现代机械制造技术和模式及其发展打基础。
学⽣学习本章要注意理论联系⽣产实践，才能更好体会，加深理解。
可通过课堂讨论、作业练习、实验、校内外参观等及采⽤多媒体、⽹络等现代教学⼿段学习，以取得良好的教学效果。
为学好本章内容，可参阅邓⽂英主编《⾦属⼯艺学》第4版、傅⽔根主编《机械制造⼯艺基础》(⾦属⼯艺学冷加⼯部分)、李爱菊等主编《现代⼯程材料成形与制造⼯艺基础》下册及相关机械制造⽅⾯的教材和期刊。
⼆、授课主要内容1切削运动和切削要素主要学习零件表⾯的形成、切削运动、切削⽤量、切削层参数2切削⼑具和切削过程主要学习切削⼑具材料、车⼑、刨⼑、镗⼑、⿇花钻、铣⼑的结构及⼑具⼏何⾓度，切削的形成及形态、积屑瘤、切削⼒、切削热和切削温度、⼑具磨损和⼑具耐⽤度3磨具和磨料切削主要学习磨具和磨削原理4材料的切削加⼯性主要学习衡量材料切削加⼯性能的指标、常⽤材料的切削加⼯性、改善材料切削加⼯性的⽅法5机械加⼯⼯艺过程基本概念主要学习⼯艺过程的基本概念、⼯件的安装和夹具、基准及其选择原则、⼯件在夹具中的定位6机械加⼯质量的概念主要学习机械加⼯精度、机械加⼯表⾯质量三、重点、难点及对学⽣的要求（掌握、熟悉、了解、⾃学）让学⽣重点掌握切削运动及切削⽤量概念、切削⼑具及其材料基本知识、切削过程、砂轮及磨削过程、材料切削加⼯性、机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量等概念。
四、要外语词汇主运动：primary motion进给运动：feed movement车⼑：turning tools⼑具材料：cutting tools materials切削过程：cutting process磨具：abrasive grinding tools表⾯质量：machining quality of machined surfaces五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、⽰数等）主讲（板书）+课堂讨论+作题练习+实验+多媒体课件+实物六、复习思考题1.试说明下列加⼯⽅法的主运动和进给运动：a.车端⾯；b.在钻床上钻孔；c.在铣床上铣平⾯；d.在⽜头刨床上刨平⾯；e.在平⾯磨床上磨平⾯。
(完整版)机械制造基础第一章(答案)
第一章机械加工基础一、名词解释：1．工艺过程：生产过程中为改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。
（P3）2．机械加工工艺过程：采用机械加工方法来改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。
（P3）3．工序：是一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件进行加工，所连续完成的那一部分工艺过程。
（P4）4．安装：工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。
（P4）5．工位：为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。
（P4）6．工步：在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。
（P5）7．复合工步：用几件刀具或者用复合刀具同时加工同一工件上的几个表面，称为复合工步。
（P5）8．进给：在加工过程中，有些工步需要对同一表面进行多次切削，从被加工表面上每切下一层金属即称为一次进给。
(P5)9．生产纲领：企业在计划期内应生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。
(P6)10．工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。
（P8）11．零件的结构工艺性：是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
（P11）12．基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。
（P14）13．设计基准：在设计图样上所采用的基准。
（P14）14．工艺基准：在工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。
按照用途的不同可分为定位基准、测量基准、装配基准和工序基准。
15．工序基准：在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。
（P15）16．定位基准：在加工时，为了保证工件被加工表面相对于机床和刀具之间的正确位置所使用的基准称为定位基准。
（P15）17．测量基准：测量时所采用的基准。
（P15）18．装配基准：装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准称为装配基准。
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4、锥面
5、成形面
6、螺旋面（螺纹、齿形、蜗杆）
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七、零件表面的成形方法 1、轨迹法： 利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由
刀尖在工件上运动的轨迹获得零件所需表面 的方法
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2、成形法： 利用成形刀具，在一定的切削运动下，由刀 刃形状获得零件所需表面的方法
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3、展成法： 在一定的切削运动下，利用刀具连续切出微小 面积而包络出所需表面的方法。如插齿
械加工工艺规程和装配工艺规程的能力，学会分
析机械加工过程中产生误差的原因，并能针对具
体工艺问题提出相应的改善措施；
3、对机械制造技术的发展趋势有一定的了解
2
§1 切削加工工艺理论基础
§1-1 概述 一、切削加工的实质
切削加工是利用切削刀具从工件(毛坯)上切去 多余的材料,使零件具有符合图样规定的几何形 状、尺寸和表面粗糙度等方面要求的加工过程。
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2、设立背平面、假定工作平面参考系
① 基面Pr（同上）
②假定工作平面Pf —
通过主切削刃上选
定点,与基面垂直并
平行于进给方向的
平面
③背平面Pp —通过切
削刃上选定点，并
同时垂直于基面和
假定工作平面的平面
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3、车刀的标注角度 ①前角γ0 — 在正交平
面中测量的前刀面 与基面间的夹角 ②后角α0 — 在正交平 面中测量的后刀面 与切削平面间的夹角 ③背前角γp — 在背平 面中测量的前刀面 与基面间的夹角 ④背后角αp — 在背平 面中测量的主后刀面 与切削平面间的夹角
四、切削加工的特点
1、加工的零件几何精度范围广，可适应不 同的需求
2、加工零件的材料、形状、尺寸和重量的 适应范围大
3、生产率高
4、要求刀具材料硬度高于工件
5、工艺过程较为严密
4
五、常见零件的种类
1、轴套类零件
2、轮盘类零件
3、叉架类零件
4、箱体类零件
六、零件表面的形成
1、内圆面
2、外圆面
3、平面
式中 L—行程长度（mm） nr—冲程次数（str/min）
2、进给量 f ： 刀具在进给运动方向
上相对工件的位移量
3、背吃刀量 ɑp (切削深度) ： 指已加工表面和待加
工表面之间的垂直距
离
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*说明：铣削和磨削切削用量有四个要素：
一、铣削用量：图1.11
1、铣削速度：切削刃上最大直径处的点相对于工件, 主运动的瞬时速度
23
* 刃倾角对切屑流向的影响
24
三、车刀的工作角度 车刀的标注角度是设计时在图样上标注的角
度,也是刃磨刀具时掌握的角度，车刀的工作 角度是安装在机床上工作的角度
2、铣削进给量：有三种表示法
A.每转进给量fr B.每齿进给量fz C.每分钟进给量fs
3、铣削背吃刀量 ɑp (铣削深度) ：
平行铣刀轴向，测量
的切削层尺寸
4、铣削侧吃刀量ae （铣削宽度） ： 垂直铣刀轴向测量的切削层尺寸
周铣
13
二、磨削用量： 1、磨削速度vc 2、工件速度vw 3、纵向进给量fa 4、径向进给量fr （即磨削深度）
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§1-夹持部分 2、刀体：刀具的切削部分
（1）前刀面:切屑流过的刀面
（2）主后刀面:与工件表面相对的刀面
（3）副后刀面:与工件已加工表面相对的刀面
（4）主切削刃:前刀面与主后刀面相交的棱边形成
（5）副切削刃:由前刀面与副后刀面相交的棱边形成
（6）刀尖:主、副切削刃实际交点
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二、刀具的几何参数
为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀具放在一个确定的参考系 中，用一组确定的几何参数确切表达刀具和切削刃在空间的位置，这就是刀 具的几何参数（即刀具的角度）。
刀具的参考系：
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三、车刀的标注角度 1、设立正交平面参考系 ① 基面Pr — 通过主切削 刃选定点,垂直于该 点切削速度的平面 ② 主切削平面Ps —通过 主切削刃选定点,切 于工件过渡表面且与 基面垂直的平面 ③ 正交平面P0 —通过主切削刃上选定点,并垂直 于基面和切削平面的平面
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十、切削用量三要素 1、切削速度Vc — 切削刃上选定点相对于
工件主运动的瞬时速度 即：主运动的线速度叫切削速度
⑴ 主运动为旋转运动：如车外圆 Vc= πdn／1000×60 (m／s)
式中 d—切削刃选定点处工件或刀具的直 径
n—工件或刀具的转速
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⑵ 主运动为直线往复运动：
如刨削加工
VC=2Lnr／（1000×60 ）(m ／s)
8
八、零件在切削过程中形成的三个表面 1、待加工表面：工件上 等待被切削的表面 2、已加工表面:工件上经 刀具切削后产生的新 表面 3、过渡表面：刀刃正在 切削的表面
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九、切削运动：是刀具与工件之间形成相互作用、相互 运动的过程。 1、主运动：对切削起主要作用的工作运动，消耗机 床的主要功率。机床主运动只有1个。其特点是： ① 速度最快 ② 消耗功率最大 如车外圆时工件的旋转运动 2、进给运动：使工件不断 投入切削的运动。机床的进给 运动可以有一个或几个(两种 形式：连续进给和间歇进给) 其特点是： ① 速度较低 ② 消耗功率较小 如车外圆时刀具的直线运动
⑴ 几何形状— 用形位公差来要求 ⑵ 尺寸— 用尺寸公差IT来要求 ⑶ 表面粗糙度—用轮廓算术平均偏差Ra来要求 二、切削加工的重要性
1、是制造零件的基本方法之一 2、是获得高精度表面质量零件的最主要的方3 法
三、切削加工的分类
1、机工：在机床上利用机械对工件进行加 工的切削加工方法
2、钳工：在钳台上以手持工具为主，对工 件进行加工的切削加工方法
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⑤主偏角Kr —主切 削刃与进给方向 在基面上投影的 夹角
⑥副偏角K´r —副切 削刃和进给方向在 基面上投影的夹角 ⑦楔角—在正交平 面中测量的前刀面 与主后刀面的夹角 ⑧刃倾角λs— 在切 削平面中测量的主 切削刃与基面间的夹角
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角度大小的影响
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* 主偏角对切削力分配的影响
22
* 副偏角对表面粗糙度的影响
下册：
机械加工工艺基础
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学习本课程的主要要求
1、两本教材的不同点
A.《材料成形工艺基础》
B.《机械加工工艺基础》
2、学习的目的：
A.掌握金属切削的基本理论，具有根据加工条 件合理选择刀具种类、刀具材料、刀具几何参数、 切削用量及切削液的能力；
B.熟悉各种机床的用途和工艺规范；
C.掌握机械制造工艺的基本理论，具备制订机