金属切削理论及其应用新探.docx

1、金 属 切 削 理 论及 其 应 用 新 探( 研 究 成 果 获 国 家 自 然 科 学 奖 )师 汉 民 著 非 欧 氏 刀 具 几 何 学 非 自 由 切 削 力 学 非 线 性 机 床 动 力 学华 中 科 技 大 学 出 版 社书名:金属切削理论及其应用新探作者:师汉民 责任编辑：出版社:华中科技大学出版社 ISBN:7-5609-2902-8/TG5出版日期：2003年1月定价：20.00元内 容 简 介本 书 汇 聚 了 作 者 多 年 来 在 金 属 切 削 基 础 理 论 及 其 应 用 方 面 的 一 些 研 究 成 果 , 其 内 容 包 括 “ 非 欧 氏 刀 具 几

2、何 学 ”、 “ 非 自 由 切 削 力 学 ”和 “ 非 线 性 机 床 动 力 学 ”三 个 部 分 。 相 对 于 传 统 的 “ 欧 氏 刀 具 几 何 学 ”、 “ 自 由 切 削 力 学 ”和 “ 线 性 机 床 动 力 学 ”来 说 , 此 书 反 映 的 内 容 可 以 说 是 一 种 新 的 尝 试 。当 今 制 造 技 术 正 在 突 飞 猛 进 地 发 展 , 对 切 削 基 础 理 论 的 研 究 提 出 了 新 的 要 求 和 新 的 挑 战 。 作 者 希 望 本 书 能 对 切 削 加 工 技 术 的 发 展 有 所 裨 益 , 并 能 引 起 同 行 学 者 、

3、 专 家 们 的 兴 趣 与 讨 论 。序我 翻 阅 师 汉 民 同 志 金 属 切 削 理 论 及 其 应 用 新 探 这 部 著 作 时 , 往 事 联 翩 , 心 潮 难 平 。我 该 写 什 么 呢 ? 该 写 “ 这 不 是 一 部 平 常 的 著 作” 。 我 讲 “不 平常” , 因 为 我 与 师 汉 民 同 志 相 交 太 久 了 , 从 他 当 研 究 生 的 20 世 纪 60 年 代 初 直 到 跨 了 世 纪 的 今 天 , 大 约 40 年 , 我 不 仅 与 他 有 频 繁 的交 往 , 而 且 从 20 世 纪 的 80 年 代 初 到 90 年 代 初 , 我

4、 还 可 说 与 他 实际 上 是 共 事 , 我 深 深 知 道 他 一 直 在 思 考 、 在 研 究 、 在 探 索 , 锲 而 不 舍地 钻 研 多 方 面 的 学 术 问 题 “, 每 有 会 意 , 便 欣 然 忘 食” 。 特 别 是 在“金 属 切 削 理 论 及 其 应 用” 这 一 领 域 中 , 他 经 历 了 约 40 年 的 时 间 学 习 、 思 考 、 实 践 、 探 索 , 奋 力 排 除 种 种 干 扰 , 敢 于 开 拓 , 勇 于 创 新 , 能 于 创 新 , 特 色 硕 果 累 累 , 这 确 实 是 不 平 常 的 。 这 部 著 作 就 是 40

5、年 心 血 的 不 平 常 的 结 晶 , 包 含 了 他 许 多 独 特 的 真 知 灼 见 。 了 解 他 的工 作 , 读 了 这 部 著 作 , 就 会 感 到 在 金 属 切 削 这 么 一 个 极 为 基 础 的 科 技 领 域 中 , 师 汉 民 同 志 的 工 作 可 谓 是 “ 高 山 仰 止 疑 无 路 , 曲 径 通 幽 别 有 天” 。是 的 , 是 “ 别 有 天” ! 金 属 切 削 是 历 史 古 老 而 又 新 意 盎 然 的 技 术 , 金 属 切 削 理 论 就 是 这 么 一 个 与 之 相 应 的 基 础 理 论 。 对 此 , 前 人 已 做 出 了

6、大 量 的 卓 越 贡 献 , 似 乎 “ 高 山 仰 止” 了 ; 然 而 , 事 实 上 , 更 有 大 量 尚 不 清 楚 乃 至 尚 未 发 现 与 知 晓 的 现 象 与 规 律 要 去 探 索 。 金 属 切 削 , 一 是 刀 具 , 一 是 机 床 , 一 是 这 两 者 相 互 作 用 对 工 件 进 行 的 切削 过 程 。 师 汉 民 同 志 在 这 三 个 方 面 进 行 了 开 拓 性 的 工 作 , 做 出 了创 新 性 的 贡 献 : 从 “ 欧 氏 刀 具 几 何 学” 开 拓 到 “ 非 欧 氏 刀 具 几 何 学” , 从 “线 性 机 床 动 力 学” 创

7、 新 到 “非 线 性 机 床 动 力 学” , 从 “ 自 由 切 削 力 学” 发 展 到 “ 非 自 由 切 削 力 学” 。 读 了 他 发 表 的 论 文 , 读 了 他 这 部 著 作 , 就 不 能 不 令 人 信 服 。 显 然 , 如 果 不 能 十 分 熟 悉 专 业 , 如 果 不 能十 分 通 晓 数 理 , 如 果 没 有 活 跃 而 完 善 的 思 维 能 力 , 如 果 没 有 持 久 而 深 入 的 工 作 , 就 难 于 做 出 这 一 系 列 的 出 色 的 理 论 与 实 际 紧 密 结 合学 术 业 绩 。 我 完 全 赞 同 有 的 专 家 对 这 部

8、 著 作 的 评 价“ : 此 书 所 反 映的 研 究 成 果 无 疑 地 处 于 学 科 前 沿 , 无 论 在 它 的 创 新 性 、 理 论 水 平 和 实 用 价 值 方 面 都 决 不 亚 于 近 年 来 国 外 同 类 出 版 物 的 水 平 。 ”是 的 , 我 们 中 国 人 民 是 既 有 志 气 又 有 能 力 的 。 师 汉 民 同 志 就 是 这 样 的 中 国 人 。我 们 的 科 技 事 业 正 欣 欣 向 荣 , 教 育 事 业 蒸 蒸 日 上 , 神 州 大 地 正是 科 教 的 大 好 春 天 “, 百 般 红 紫 斗 芳 菲” 。 这 部 著 作 正 是

9、这 春 天 中的 众 多 奇 葩 之 一 , 它 的 出 版 将 十 分 有 助 于 切 削 加 工 科 学 基 础 及 其应 用 的 研 究 , 有 助 于 我 国 金 属 切 削 科 技 的 发 展 。 当 然 , 真 理 不 可 能 穷 尽 , 金 无 足 赤 , 书 无 完 书 ; 相 信 这 部 著 作 将 会 得 到 广 大 读 者 的 关心 、 支 持 与 帮 助 , 从 广 大 读 者 吸 取 可 贵 的 营 养 。谨 为 之 序 。中 国 科 学 院 院 士 华 中 科 技 大 学 教 授 杨 叔 子2002 .1 于 喻 园ii前 言本 书 汇 聚 了 作 者 多 年 来

10、在 金 属 切 削 基 础 理 论 及 其 应 用 方 面 的 一 些 研 究 成 果 。 其 内 容 包 括 “ 非 欧 氏 刀 具 几 何 学 ”、 “ 非 自 由 切 削 力 学 ”和 “ 非 线 性 机 床 动 力 学 ”三 个 部 分 。 为 适 应 制 造 技 术 突 飞 猛 进 的 发 展 , 作 者 试 图 在 前 人 所 建 立 的 “ 欧 氏 刀 具 几 何 学 ”、 “ 自 由 切 削 力 学 ”和 “ 线 性 机 床 动 力 学 ”的 基 础 上 , 为 金 属 切 削 理 论 及 其 应 用 的 发 展 做 出 某 些 新 的 尝 试 。作 者 于 20 世 纪 60

11、 年 代 初 研 究 生 学 习 期 间 , 投 入 了 关 于 金 属 切 削 基 础 理 论 的 研 究 工 作 。 当 时 在 以 平 面 向 量 表 示 刀 具 的 空 间 角 度 以 及 分 析 、 测 试 各 部 分 刀 刃 的 排 屑 干 涉 方 面 已 经 有 了 一 些 初 步 的 想 法 , 并 进 行 了 部 分 实 验 研 究 与 理 论 推 导 。 这 些 内 容 分 别 属 于 “ 非 欧 氏 刀 具 几 何 学 ”和 “ 非 自 由 切 削 力 学 ”。 所 得 到 的 某 些 结 果 已 经 反 映 在 作 者 的 研 究 生 毕 业 论 文 1 0 和 当 时

12、 的 华 中 工 学 院 学 11 报 中 ( 见 本 书 后 附 的 参 考 文 献 中 作 者 所 发 表 的 与 本 书 内 容 有 关的 论 文 及 其 他 作 者 的 论 文 ) 。 限 于 当 时 的 客 观 环 境 和 主 观 条 件 ,研 究 工 作 未 能 深 入 。研 究 生 毕 业 后 , 作 者 于 1966 年 留 校 任 教 。 由 于 当 时 的 客 观 情 况 , 研 究 工 作 已 无 法 进 行 。 尽 管 如 此 , 作 者 仍 然 进 行 了 某 些 理 论 推 导 , 并 钻 研 了 一 些 有 关 的 理 论 书 籍 。 此 外 , 还 将 有 关

13、刀 具 的 空 间 角 度 的 平 面 向 量 表 示 法 方 面 的 部 分 研 究 结 果 用 于 对 当 时 的 “ 工 农 兵 学 员 ”的 教 学 中 , 取 得 了 “ 深 入 浅 出 、 化 难 为 易 ”的 效 果 。20 世 纪 70 年 代 末 期 , 科 学 研 究 开 始 复 苏 。 作 者 得 以 继 续 进 行 刀 具 角 度 的 “ 平 面 表 像 ”的 研 究 , 并 且 惊 奇 地 发 现 , 所 研 究 的 问 题 实 际 上 是 属 于 三 维 欧 氏 空 间 中 的 角 度 关 系 向 二 维 黎 曼 平 面 上 的 映 射 问 题 。 于 是 思 路

14、大 开 , 于 20 世 纪 的 80 年 代 和 90 年 代 初 期 陆 续 在 国 内 外 刊 物 上 发 表 了 一 系 列 科 学 论 文 1 9 。 关 于 “ 非 欧 氏 刀 具 几 何 学 ”的 研 究 主 要 是 在 这 一 期 间 完 成 的 。20 世 纪 70 年 代 末 期 中 国 开 始 对 外 开 放 。 作 者 有 幸 于 1980 年 获 得 赴 英 国 进 修 两 年 的 机 会 。 邀 请 去 访 的 学 校 是 一 所 历 史 悠久 、 国 际 知 名 的 大 学 , 师 从 的 是 当 时 在 机 床 动 力 学 方 面 的 国 际 知 名 权 威 。

15、 自 此 , 作 者 进 入 了 “ 机 床 动 力 学 ”的 研 究 。 鉴 于 机 床 动 力 学 的 线 性 理 论 在 当 时 已 臻 完 善 , 作 者 选 择 了 “ 机 床 颤 振 的 非 线 性 理 论 ”这 样 一 个 富 有 挑 战 性 的 课 题 。 开 始 , 研 究 进 展 并 不 顺 利 。 一 方 面 , 由 于 中 英 科 技 、 文 化 交 流 在 当 时 尚 处 于 起 步 阶 段 , 英 方 人 员 对 于 中 国 访 问 学 者 的 学 识 与 能 力 持 观 望 、 甚 至 怀 疑 的 态 度 。 另 一 方 面 , 作 者 发 现 当 时 英 方 所

16、 沿 用 的 研 究 方 案 中 隐 含 着 一 个 原 则 性 的 问 题 : 在 非 线 性 模 型 的 测 试 中 采 用 了 “ 叠 加 原 理 ”, 因 此 , 其 结 果 是 不 可 信 的 。 虽 曾 经 向 英 方 人 员 指 出 , 可 是 他 们 并 不 认 同 这 一 问 题 。 研 究 工 作 曾 一 度 陷 于 僵 持 状 态 。 后 来 , 作 者 以 大 量 的 数 据 、 图 表 说 服 了 英 方 人 员 , 调 整 了 研 究 方 案 , 使 研 究 工 作 走 上 正 轨 , 迅 速 取 得 实 质 性 的 进 展 。 1982 年 访 问 期 满 回 国

17、 时 , 英 方 导 师 表 示 :“ 我认 为 这 项 研 究 是 近 10 到 15 年 以 来 , 在 机 床 稳 定 性 或 在 机 床 颤 振 方 面 所 发 表 的 研 究 工 作 中 最 重 要 的 一 项 。 此 项 研 究 已 经 将 这 一 学 科 的 核 心 内 容 向 前 推 进 了 一 大 步 这 是 一 项 杰 出 的 工 作 , 这 项 工 作 在 机 床 振 动 研 究 方 面 做 出 了 重 大 贡 献 。 ”回 国 后 , 在 国 家 自 然 科 学 基 金 及 其 他 基 金 的 资 助 下 , 继 续 了 该 方 向 的 研 究 工 作 , 重 点 转

18、向 机 床 颤 振 的 在 线 监 控 。 这 方 面 的 研 究 产 生 了 发 表 在 国 内 外 有 影 响 的 刊 物 上 的 一 系 列 科 学 论 文 32 59 。关 于 “ 机 床 颤 振 的 非 线 性 理 论 ”的 研 究 获 1987 年 度 国 家 自 然 科 学 奖 和 多 项 国 家 教 委 科 技 进 步 奖 。1987 年 和 1990 年 , 作 者 分 别 应 邀 赴 英 国 伯 明 翰 大 学 、 日 本 丰 桥 科 技 大 学 就 机 床 颤 振 的 非 线 性 理 论 及 其 在 线 监 控 技 术 进 行 讲 学 和 学 术 交 流 。“ 非 自 由

19、 切 削 力 学 ”方 面 的 研 究 , 于 1966 年 停 下 来 , 尔 后 人 事 倥 偬 , 一 直 未 能 恢 复 。 岁 月 如 流 , 弹 指 间 过 了 26 年 , 直 到 1992 年 秋 天 , 美 国 密 歇 根 大 学 聘 请 作 者 任 该 校 机 械 系 访 问 教 授 和 主 任 研 究 员 ( principal investigator ) , 负 责 指 导 金 属 切 削 方 面 的 研 究 工 作 时 , 才 得 以 恢 复 该 方 面 的 研 究 工 作 。 当 时 该 科 研 组 正 在 承 担 美 国 国 家 自 然 科 学 基 金 委 员

20、会 的 一 个 研 究 项 目 : 发 展 钻 头 和 钻 头 刃 磨 过 程 的 科 学 基 础 ( On Development of a Science Base for Drills and Drill Grinding Processes ) , 需 要 建 立 形 状 复 杂 的 钻 头 ( multi-facet drill) 的 切 削 力 模 型 , 而 钻 头 各 段 刀 刃 的 排 屑 干 涉 必 须 纳 入 考 虑 。 因 此 ,“ 非 自 由 切 削 力 学 ”就 派 上 了 用 场 。 作 者 指 导 该 校 一 名 博 士 研 究 生 , 顺 利 地 完 成 了

21、有 关 研 究 任 务 。 同 时 , 在 “ 非 自 由 切 削 力 学 ”的 基 础 理 论 方 面 也 做 了 大 量 的 研 究 工 作 , 取 得 了 较 大 的 进 12 14 展 。与 此 同 时 , 作 者 还 指 导 该 校 另 一 名 博 士 研 究 生 从 事 数 控 机 床在 线 防 颤 、 避 振 的 研 究 , 在 “ 机 床 颤 振 的 非 线 性 理 论 ”的 “ 临 床 应 用 ”方 面 做 出 了 一 些 新 的 成 果 60 , 62 。访 美 归 来 , 在 国 家 自 然 科 学 基 金 的 资 助 下 继 续 了 “ 非 自 由 切 削 力 学 ”方

22、 面 的 研 究 工 作 , 在 国 内 外 权 威 刊 物 上 发 表 了 一 系 列 的 15 31 科 学 论 文, 并 与 厂 家 合 作 , 在 所 研 究 的 自 由 切 削 理 论 的 指 导下 试 验 了 新 型 硬 质 合 金 刀 片 。 所 承 担 的 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目“ 自 由 切 削 法 和 自 由 切 削 刀 具 设 计 理 论 和 方 法 的 研 究 ”( 批 准 号 : 59675058) 于 1999 年 结 项 , 被 评 为 机 械 学 科 当 年 结 项 的 120 个 项 目 中 的 9 个 “ 特 优 项 目 ”之 一 。作 者

23、怀 念 那 些 在 不 同 时 期 曾 经 与 他 同 甘 共 苦 , 在 这 一 领 域 中 辛 勤 耕 耘 过 的 同 伴 , 他 们 是 : 陈 永 洁 、 张 华 书 、 熊 良 山 、 梅 志 坚 、 谢 月 云 、 刘 经 燕 、 卢 天 贶 、 昌 松 、 王 钲 霖 、 张 海 燕 、 方 宁 、 王 西 彬 、 陆 涛 、 闫 兴 等 , 在 这 里 谨 向 他 们 表 达 作 者 的 深 切 谢 意 并 道 一 声 珍 重 无 论 他 们 现 在 在 世 界 的 哪 一 个 角 落 。作 者 感 谢 杨 叔 子 院 士 在 机 床 颤 振 在 线 监 控 的 研 究 方 面

24、 所 给 予 的 支 持 、 帮 助 与 合 作 。 作 者 感 谢 星 铁 太 郎 教 授 ( 日 ) , 他 与 作 者 在 机 床 颤 振 理 论 及 颤 振 防 治 的 研 究 方 面 曾 经 有 过 深 入 的 学 术 讨 论 与 交 流 。 作 者 从 他 那 里 获 益 匪 浅 。最 后 , 作 者 深 深 怀 念 已 故 的 S. A. Tobias 教 授 ( 英 ) 和 吴 贤 铭 教 授 ( 美 ) , 他 们 对 于 作 者 的 思 路 、 想 法 、 研 究 计 划 和 研 究 结 果 分 别 给 予 了 充 分 的 理 解 、 支 持 与 帮 助 ; 尽 管 这 些

25、 想 法 与 结 果 往 往 显 得 那 么 偏 离 常 规 、 不 可 思 议 。最 后 , 作 者 深 切 感 谢 国 家 自 然 科 学 基 金 多 年 来 所 给 予 的 支 持 。 没 有 这 种 支 持 , 这 类 偏 重 于 基 础 理 论 的 研 究 项 目 是 根 本 无 法 进 行 的 。在 颇 长 的 时 间 跨 度 内 , 作 者 虽 然 先 后 发 表 了 一 些 与 本 书 内 容 有 关 的 科 学 论 文 , 可 是 由 于 论 文 发 表 时 间 、 发 表 顺 序 和 发 表 刊 物 的 随 机 性 , 加 以 论 文 篇 幅 的 限 制 , 以 致 对 许

26、 多 问 题 的 阐 述 缺 乏 系 统 性 和 严 密 性 。 本 书 并 不 是 作 者 在 各 个 时 期 所 发 表 科 学 论 文 的 简 单 汇 集 , 而 是 以 作 者 今 天 的 认 识 深 度 与 水 平 , 对 过 去 的 研 究 成 果 进 行 新 的 反 思 、 新 的 探 索 、 新 的 归 纳 和 新 的 阐 述 的 产 物 。此 书 还 包 括 一 些 过 去 尚 未 发 表 过 的 研 究 成 果 与 资 料 。此 外 , 作 者 发 现 过 去 所 发 表 的 论 文 中 存 在 某 些 欠 严 格 、 欠 周 详 、 欠 妥 当 之 处 , 甚 至 还 有

27、 少 量 技 术 性 的 错 误 , 也 借 此 书 出 版 的 机 会 加 以 修 订 或 改 正 。作 者 不 揣 简 陋 , 将 上 述 成 果 汇 集 起 来 , 公 诸 于 众 , 作 为 一 种 学 术 观 点 或 技 术 路 线 , 以 便 与 同 行 专 家 共 同 切 磋 。 切 望 海 内 外 学 者 、 专 家 们 不 吝 指 教 。全 书 分 为 “ 非 欧 氏 刀 具 几 何 学 ”、 “ 非 自 由 切 削 力 学 ”和 “ 非 线 性 机 床 动 力 学 ”三 篇 。 各 篇 内 容 自 成 体 系 , 读 者 可 以 从 任 何 一 篇 开 始 阅 读 。 师

28、汉 民 写 于 喻 家 山 下2002 年 6 月 22 日1目 录本 书 所 用 主 要 符 号 与 术 语 一 览 表 ( 1 )0 绪 论 ( 1)0 . 1 非 欧 氏 刀 具 几 何 学 ( 3)0 . 2 非 自 由 切 削 力 学 ( 4)0 . 3 非 线 性 机 床 动 力 学 ( 7)第 一 篇 非 欧 氏 刀 具 几 何 学1 空 间 角 度 的 平 面 表 像 法 ( 13)1 . 1 丛 的 几 何 学 及 其 在 射 影 平 面 上 的 映 射 ( 13)1 . 1 . 1 映 射 方 法 ( 13)1 . 1 . 2 空 间 平 面 与 直 线 在 单 叶 椭 圆

29、 平 面 上 的 像 及 其 间 的 几 何 关 系 ( 16)1. 1. 2. 1 平 面 的 像 点 ( 16)1. 1. 2. 2 直 线 的 像 线 ( 17)1. 1. 2. 3 平 面 与 直 线 之 间 的 结 合 关 系 和 正 交 关 系 ( 17)1. 1. 2. 4 平 面 和 直 线 的 齐 次 坐 标 ( 18)1. 1. 2. 5 O 平 面 上 的 “ 距离 ”与 “ 角度 ” ( 20)1 . 2 像 图 形 在 单 叶 椭 圆 平 面 上 的 移 动 ( 22)1 . 2 . 1 平 面 像 点 的 移 动 ( 23)1 . 2 . 2 像 轨 迹 图 ( 2

30、4)1 . 2 . 3 平 面 绕 空 间 任 意 轴 线 转 动 时 其 像 点 的 移 动 ( 25)1 . 2 . 4 求 实 现 给 定 移 动 的 转 轴 与 转 角 ( 26)21 . 2 . 5 瞬 时 转 轴 ( 26)1 . 2 . 6 直 线 像 线 的 移 动 ( 27)1 . 3 射 影 平 面 上 的 算 子 ( 28)1 . 3 . 1 垂 直 算 子 ( ) ( 28)1 . 3 . 2 合 成 算 子 ( ) ( 28)1 . 3 . 3 投 影 算 子 ( ) ( 29)1 . 3 . 4 移 动 算 子 及 其 矩 阵 表 示 法 ( ) ( 29)1 .

31、3 . 5 像 元 素 之 间 的 结 合 关 系 的 不 变 性 ( 30)1 . 4 球 心 投 影 与 双 曲 线 坐 标 ( 31)1 . 5 举 例 ( 32)2 切 削 刀 具 空 间 角 度 的 平 面 表 像 与 平 面 分 析 方 法( 36)2 . 1 单 点 刀 具 几 何 角 度 的 综 合 ( 36)2 . 1 . 1 采 用 平 面 向 量 图 计 算 刀 具 的 几 何 角 度 ( 36)2. 1. 1. 1 与 前 刀 面 有 关 的 几 何 角 度 ( 36)2. 1. 1. 2 与 后 刀 面 有 关 的 几 何 角 度 ( 38)2. 1. 1. 3 刀

32、具 几 何 角 度 矩 阵 ( 39)2 . 1 . 2 采 用 移 动 算 子 计 算 刀 具 的 工 作 角 度 或 动 态 角 度( 41)2. 1. 2. 1 在 x、 y( 横 向 剖 面 与 纵 向 剖 面) 坐 标 系 中 计 算 工 作角 度( 41)2. 1. 2. 2 在 t、 r( 切 削 平面 与 主 截 面 ) 坐 标 系中 计 算 动 态 角 度2 . 1 . 3 采 用 射 影 “ 距 离 ”和 “ 角 度 ”的 概 念 来 分 析 计 算( 44)刀 具 角 度 ( 47)2. 1. 3. 1 法 向 前 角 的 计 算 ( 47)2. 1. 3. 2 刀 具

33、制 造 中 调 整 角 度 的 计 算 ( 48)2 . 1 . 4 采 用 双 曲 线 坐 标 确 定 刀 具 刃 磨 时 万 向 夹 具 的3调 整 角 度 ( 49)2 . 2 其 他 刀 具 几 何 角 度 的 平 面 向 量 分 析 方 法 ( 51)2 . 2 . 1 扩 孔 钻 的 角 度 分 析 ( 51)2 . 2 . 2 麻 花 钻 的 几 何 角 度 分 析 ( 53)2 . 2 . 3 丝 锥 的 角 度 分 析 ( 56)2 . 2 . 4 插 齿 刀 的 角 度 分 析 ( 59)3 曲 线 刃 麻 花 钻 的 研 究 ( 60)3 . 1 麻 花 钻 的 几 何

34、形 状 及 其 在 射 影 平 面 的 像 ( 60)3 . 1 . 1 前 刀 面 及 其 倾 斜 度 场 ( 60)3 . 1 . 2 切 削 刃 ( 62)3 . 1 . 3 后 刀 面 ( 64)3 . 1 . 4 切 削 速 度 ( 64)3 . 1 . 5 局 部 切 削 坐 标 系 ( 65)3. 1. 5. 1 基 面 P r ( 65)3. 1. 5. 2 切 削 平 面 P s ( 65)3. 1. 5. 3 s 在 P r 上 的 投 影 r ( 65)3. 1. 5. 4 主 截 面 P o ( 66)3 . 1 . 6 O 点 处 的 单 元 刀 具 的 切 削 角

35、度 ( 66)3 . 2 据 所 要 求 的 前 角 分 布 优 化 钻 头 刃 形 ( 68)3 . 2 . 1 由 既 定 前 角 o 求 刃 线 的 取 向 ( 68)3 . 2 . 2 最 大 前 角 刃 形 ( 71)3 . 2 . 3 不 同 前 角 分 布 所 对 应 的 刃 形 ( 71)3 . 3 钻 头 后 刀 面 设 计 、 刃 磨 与 后 角 控 制 ( 73)3 . 3 . 1 后 刀 面 的 映 像 与 后 角 控 制 ( 73)3 . 3 . 2 后 刀 面 的 刃 磨 ( 74)3 . 3 . 3 刃 形 的 检 验 ( 74)3 . 4 曲 线 刃 钻 头 的

36、 切 削 试 验 ( 75)3 . 4 . 1 钻 削 力 ( 75)43 . 4 . 2 钻 头 寿 命 ( 76)3 . 5 小 结 ( 76)附 录 3-1 标 准 麻 花 钻 前 刀 面 倾 斜 度 场 数 值 表 ( 77)4 刀 具 角 度 的 近 似 计 算 与 近 似 图 解 法 ( 83)4 . 1 空 间 角 度 问 题 近 似 解 法 的 理 论 基 础 ( 83)4 . 1 . 1 单 叶 椭 圆 平 面 上 的 非 欧 氏 度 量 特 性 在 原 点 附 近 的 欧 氏 近 似 ( 83)4 . 1 . 2 “ 小 倾 斜 度 ”假 设 与 空 间 角 度 问 题 的

37、 近 似 解 法( 85)4 . 2 刀 具 角 度 的 近 似 计 算 与 近 似 图 解 法 ( 86)4 . 2 . 1 确 定 机 械 夹 固 车 刀 在 刀 片 下 加 装 刀 垫 以 后 的 工 作 角 度 ( 86)4 . 2 . 2 镶 齿 盘 铣 刀 工 作 角 度 的 近 似 图 解 法 ( 90)4 . 2 . 3 复 杂 情 况 下 的 动 态 角 度 ( 93)4. 2. 3. 1 车 刀 的 静 态 角 度 ( 刃 磨 角 度 ) ( 93)4. 2. 3. 2 车 刀 的 工 作 基 面 ( 93)4. 2. 3. 3 车 刀 工 作 基 面 的 振 动 ( 95

38、)4. 2. 3. 4 车 削 的 瞬 时 动 态 工 作 角 度 ( 95)第 二 篇 非 自 由 切 削 力 学5 金 属 切 削 中 的 最 小 能 量 耗 散 原 理 ( 99)5 . 1 最 小 能 量 耗 散 原 理 的 含 义 ( 99)5 . 2 单 元 刀 具 切 削 下 的 最 小 能 量 耗 散 原 理 ( 101)5 . 2 . 1 关 于 单 元 刀 具 进 行 斜 角 切 削 的 一 个 理 论 模 型( 101)5 . 2 . 2 斜 角 自 由 切 削 的 计 算 机 仿 真 ( 103)5 . 2 . 3 切 削 功 率 的 极 值 特 性 ( 103)55

39、. 2 . 4 切 削 功 率 的 极 值 特 性 的 实 验 研 究 ( 107)5. 2. 4. 1 强 制 改 变 排 屑 方 向 的 实 验 ( 108)5. 2. 4. 2 强 制 改 变 排 屑 速 度 的 实 验 ( 111)5 . 2 . 5 状 态 参 数 的 自 然 取 值 作 为 控 制 参 数 的 函 数( 114)5 . 3 最 小 能 量 耗 散 原 理 的 正 确 性 检 验 ( 114)5 . 3 . 1 与 Merchant 模 型 的 相 容 性 ( 114)5 . 3 . 2 与 Stabler 法 则 的 关 系 ( 115)5 . 3 . 3 实 验

40、验 证 ( 115)5 . 4 结 论 ( 117)5 . 4 . 1 最 小 能 量 耗 散 原 理 ( 117)5 . 4 . 2 单 元 刀 具 切 削 下 的 最 小 能 量 耗 散 原 理 ( 117)附 录 5-1 仿 真 得 出 的 自 然 切 削 比 ro 与 o 、 s 的 关 系附 录 5-2 仿 真 得 出 的 自 然 排 屑 角 o 与 o 、 s 的 关 系( 118)( 120)附 录 5-3 由 模 型 数 字 仿 真 得 出 的 1 值 ( 122)附 录 5-4 由 模 型 数 字 仿 真 得 出 的 2 值 ( 124)6 现 代 刀 具 切 削 过 程 建

41、 模 的 单 元 刀 具 非 线 性 综 合 法( 126)6 . 1 引 论 ( 126)6 . 2 非 自 由 切 削 过 程 总 体 排 屑 运 动 的 一 般 规 律( 127)6 . 2 . 1 单 元 刀 具 的 划 分 与 描 述 ( 127)6 . 2 . 2 切 屑 的 整 体 运 动 ( 129)6 . 2 . 3 最 小 能 量 耗 散 原 理 ( 130)6 . 3 非 自 由 切 削 下 排 屑 运 动 的 基 本 方 程 及 其 解 法( 131)66 . 3 . 1 方 程 的 性 质 及 其 一 般 解 法 ( 131)6 . 3 . 2 方 程 的 简 化 及

42、 其 近 似 解 法 ( 132)6 . 4 非 自 由 切 削 实 例 分 析 ( ) ( 133)6 . 4 . 1 双 刃 刀 具 非 自 由 切 削 ( 134)6 . 4 . 2 等 效 刀 刃 ( 136)6. 4. 2. 1 举 例 ( 136)6. 4. 2. 2 广 义 的 “ 等 效 刀 刃” ( 136)6. 4. 2. 3 狭 义 的 “ 等 效 刀 刃” ( 137)6. 4. 2. 4 实 验 验 证 ( 138)6 . 4 . 3 表 5 -4 和 表 5-5 中 的 资 料 再 分 析 ( 141)6 . 5 非 自 由 切 削 实 例 分 析 ( ) ( 14

43、2)6 . 5 . 1 单 元 刀 具 非 线 性 综 合 法 ( 142)6 . 5 . 2 理 论 预 测 与 实 验 结 果 比 较 ( 144)6 . 6 排 屑 协 调 失 败 自 然 分 屑 ( 145)6 . 7 切 削 过 程 的 非 自 由 度 及 自 由 切 削 法 ( 146)6 . 7 . 1 非 自 由 度 系 数 ( 146)6 . 7 . 2 实 现 自 由 切 削 的 充 要 条 件 ( 147)6 . 7 . 3 自 由 切 削 法 ( 147)6 . 8 结 论 ( 147)附 录 6-1 排 屑 运 动 的 基 本 方 程 式 ( 6-9) 的 推 导 (

44、 148)附 录 6-2 关 于 自 由 切 削 的 一 个 定 理 的 证 明 ( 151)7 形 状 复 杂 刀 具 的 力 学 模 型 ( 153)7 . 1 钻 削 力 模 型 的 理 论 框 架 和 建 模 步 骤 ( 154)7 . 1 . 1 整 体 坐 标 ( 154)7 . 1 . 2 单 元 刀 具 的 几 何 学 与 运 动 学 模 型 ( 154)7. 1. 2. 1 位 置 、 形 状、 取 向 ( 154)7. 1. 2. 2 切 削 运 动 ( 156)7. 1. 2. 3 局 部 坐 标 系 ( 157)77. 1. 2. 4 工 作 角 度 ( 157)7.

45、1. 2. 5 被 切 削 层 断 面 尺 寸 ( 158)1 . 3 单 元 刀 具 的 力 学 模 型 ( 158)7. 1. 3. 1 切 削 力 ( 158)7. 1. 3. 2 切 削 比 ( 159)7. 1. 3. 3 排 屑 角 ( 159)7. 1. 3. 4 排 屑 向 量 的 扰 动 ( 159)7 .7 . 1 . 4 坐 标 变 换 与 切 削 功 率 ( 160)7 . 1 . 5 排 屑 干 涉 与 排 屑 协 调 ( 161)7 . 1 . 6 建 模 方 法 与 步 骤 小 结 ( 161)7 . 2 单 元 刀 具 几 何 参 数 的 分 析 及 力 学 参

46、 数 的 实 测( 163)7 . 2 . 1 几 何 参 数 与 运 动 参 数 分 析 ( 163)7 . 2 . 2 力 学 参 数 ( 164)7. 2. 2. 1 单 元 刀 具 切 削 力 ( 164)7. 2. 2. 2 单 元 刀 具 的 切 削 比 和 排 屑 角 度 ( 167)7. 2. 2. 3 系 数 的标 定 ( 168)7 . 3 钻 头 力 学 模 型 的 实 验 验 证 ( 168)7 . 3 . 1 实 体 钻 削 实 验 ( 168)7 . 3 . 2 用 钻 头 扩 孔 的 切 削 实 验 ( 171)8 金 属 切 削 中 的 分 叉 与 突 变 (

47、175)8 . 1 引 论 ( 175)8 . 2 一 个 非 自 由 切 削 的 理 论 模 型 ( 176)8 . 3 最 小 能 量 耗 散 原 理 与 结 构 稳 定 性 ( 177)8 . 3 . 1 最 小 能 量 耗 散 原 理 ( 177)8 . 3 . 2 模 型 数 字 仿 真 ( 178)8 . 3 . 3 结 构 稳 定 性 ( 178)8 . 3 . 4 分 叉 与 突 变 ( 178)88 . 4 分 叉 与 突 变 的 实 验 验 证 ( 181)8 . 4 . 1 外 圆 车 削 实 验 ( 181)8 . 4 . 2 低 速 刨 削 实 验 ( ) ( 183

48、)8 . 4 . 3 低 速 刨 削 实 验 ( ) ( 184)8 . 5 结 论 ( 187)附 录 8-1 公 式 ( 8-1) 的 推 导 ( 188)9 自 由 切 削 刀 具 设 计 原 理 与 准 则 ( 192)9 . 1 疏 导 排 屑 向 量 消 除 排 屑 干 涉 的 基 本 原 理( 193)9 . 1 . 1 实 例 ( 193)9 . 1 . 2 实 验 验 证 ( 194)9 . 2 自 由 切 削 刀 具 设 计 的 基 本 方 法 与 准 则 ( 196)9 . 2 . 1 一 般 的 原 则 ( 196)9 . 2 . 2 一 类 比 较 具 体 的 情 况

49、 ( 198)9 . 2 . 3 关 于 自 由 切 削 刀 具 刃 形 的 一 个 定 理 ( 199)9 . 2 . 4 实 例 ( 200)9. 2. 4. 1 实 例 1 ( 200)9. 2. 4. 2 实 例 2 ( 201)9 . 3 自 由 切 削 刀 具 排 屑 协 调 设 计 的 基 本 准 则 与 约 束 条 件 ( 203)9 . 3 . 1 基 本 准 则 ( 203)9 . 3 . 2 完 全 排 屑 协 调 刀 片 的 研 制 与 试 验 ( 203)9 . 3 . 3 制 约 单 元 刀 具 切 削 性 能 的 关 键 因 素 ( 204)10 自 由 切 削 刀 具 设 计 的 约 束 条 件 ( 208)10. 1 判 别 各 前 角 对 刀 具 切 削 性 能 影 响 程 度 的 切 削 实 验 ( 208)10. 1. 1 实 验 条 件 ( 208)10. 1. 2 实 验 结 果 ( 210)910. 1. 3 实 验 结 果 分 析 ( 215)10. 2 自 由 切 削 硬 质 合 金 刀 片