济南大学机械制造技术基础复习资料2.ppt

1,机械制造技术基础总复习,绪 论（略） 第1章 机械加工方法 第2章 金属切削原理与刀具 第3章 金属切削机床 第4章 机床夹具原理与设计 第5章 机械制造质量分析与控制 第6章 工艺规程设计,2,第一章 机械加工方法,了解车、铣、镗、钻、刨、磨等加工方法 中，主运动与进给运动的特点； 特种加工的概念； 顺铣逆铣的特点； 砂轮的“自锐性”等概念；,3,一、车削,1）特点：工件旋转主切削运动； 直线（曲线）运动； 回转表面或端面，螺纹 面、端平面及偏心轴； 2）精度： 普通：IT8IT7 Ra=6.3-1.6 精车：IT6IT5 Ra=0.4-0.1,第一章 机械加工方法,4,二、铣削,特点：工件本身不动；刀具旋转为 主运动， 做直线、曲线进给运动； 卧铣及立铣,多刃切削、效率高； 断续切削，振动大；精度IT8-7、 Ra=6.3-1.6,第一章 机械加工方法,顺铣及逆铣 主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反,5,顺铣：铣削水平分力与工件的进给方向相同； 工作台的进给丝杠与固定螺母之间有间隙； 切削力容易引起工件和工作台向前窜动； 进给量增大，容易打刀； 对于表面较硬的工件，铣刀磨损加剧； 逆铣：铣削力将工件抬起，引起振动； 切削厚度从零开始增大，加剧刀具磨损；,顺铣及逆铣 主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反.,第一章 机械加工方法,8,第二章 金属切削原理与刀具,金属切削加工过程： 刀具与工件有一定的相对运动； 刀具具有合理的几何参数； 刀具具备应有的切削性能； 具有良好稳定的切削环境；,9,2、切削要素,（1）切削用量 1）切削速度 vc 2）进给量 f 3）背吃刀量（切削深度）ap （2）切削层参数 1）切削宽度 aw(国标为bD) 2）切削厚度 ac(国标为hD) 3）切削面积 Ac= aw ac (国标为AD),第二章 金属切削原理与刀具,10,第二章 金属切削原理与刀具,（）前角 （）后角 （）主偏角 （）副偏角 （）刃倾角,11,正交平面内,前角,后角,主偏角,副偏角,主切削刃与进给方向间的夹角,前刀面与基面间的夹角,主后刀面与切削平面间的夹角,负切削刃与进给方向的夹角,切削平面内,刃倾角,主切削刃与基面间的夹角,基面内,第二章 金属切削原理与刀具,12,注意：车外圆与车端面主、副偏角的变化,13,刀具角度,第二章 金属切削原理与刀具,14,刀具角度标注例1,设计要求：75车刀，主要参数为：,前角6， 后角5 ， 副后角4 ， 主偏角75 ， 副偏角15 ， 刃倾角-5 。,B,2.1.2 刀具角度,15,第二章 金属切削原理与刀具,（1） 刀具安装位置对工作角度的影响,（2） 进给运动对工作角度的影响,刀具的工作角度,刀具分类,按用途分：车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀 螺纹加工刀具、齿轮刀具、数控机床 刀具、磨具等； 按材料分：高速钢刀具、硬质合金、陶瓷、 立方氮化硼、金刚石刀具； 按结构分：整体刀具、镶片刀具、机夹刀具 复合刀具； 按标准化：标准刀具、非标准刀具,16,刀具材料,第二章 金属切削原理与刀具,1）高硬度,2）高耐磨性,3）高耐热性,4）足够的强度和冲击韧性,5）良好的工艺性,6）良好的热物理性能和耐热冲击性能,17,1. 碳素工具钢、 合金工具钢,用于制造手工工具,2. 高速钢,耐热性好（540600），强度高，主要用于制造形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具等。,3. 硬质合金,硬度高（7482HRC ）耐热8501000 ，切削速度高 钨钴类（YG 韧性好，耐磨性稍差，用于加工铸铁及有色金属） 钨钛钴类（YT 硬度高，耐热性、耐磨性好，用于加工钢类）,第二章 金属切削原理与刀具,18,金属切削过程及其物理现象,1. 第一变形区: 从开始发生塑性变形到晶粒的剪切滑 移基本完成。这一区域又称为基本变形区。 2. 第二变形区：切屑沿前刀面排出时进一步受前刀面的挤 压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本上和前刀面相平行。又称摩擦变形区。 3. 第三变形区：已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。又称加工表面变形区。,第二章 金属切削原理与刀具,19,第二章 金属切削原理与刀具,20,第二章 金属切削原理与刀具,对切削过程的影响： 1、实际前角增大 2、增大切削厚度 3、使加工表面粗糙度增大 4、对刀具寿命的影响:有时可延长刀具寿命等。但积屑瘤是不稳定的，增大到一定程度会破碎，这样容易嵌入已加工表面，增大表面粗糙度。, 成因:一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接; 粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化.,影响: 增大前角，保护刀刃 影响加工精度和表面粗糙度,21,防止积屑瘤：,积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生，可采取的控制措施有：,（2）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。,（1）正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。,（3）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。,（4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。,第二章 金属切削原理与刀具,22,一、切削热的产生和传导,例：车削加工：切屑、刀具传热为主； 钻削加工：工件、切屑传热为主； 磨削加工: 工件为主,第二章 金属切削原理与刀具,切削热的来源： 切屑变形功，前后刀面的摩擦功, 切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处温度最高。 切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处温度最高。,23,1. 切削用量,三、影响切削温度的主要因素,第二章 金属切削原理与刀具,3、刀具角度的影响,2、工件材料的影响: 材料的强度、硬度和导热性,前角增大，切削温度降低 主偏角减小，切削温度降低,5、切削液的影响 导热性能、比热容、流量、浇注方式及温度。,4、刀具磨损的影响,24,刀具磨损过程及磨钝标准,1. 初期磨损阶段（OH) 特点：快，刀刃不直、刀面不平与刀具刃磨质量有关 2. 正常磨损阶段(HI) 特点：时间 磨损 稳定 直线 VB与切削时间近似正比 斜率表示磨损强度 3. 急剧磨损阶段(IJ) 特点：切削性能急剧 切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀,第二章 金属切削原理与刀具,25,在切削加工中，刀具有时没有经过正常磨损阶段，而在很短时间内突然损坏，这种情况称为刀具破损。破损也是刀具损坏的主要形式之一。脆性破损和塑性破损。,第二章 金属切削原理与刀具,机械磨损 热磨损 化学磨损,硬质点的刻划,粘结、扩散、腐蚀等,刀具磨损:,26,刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标 准为止所经历的总切削时间，称为刀具寿命，用T表示。 一把新刀往往要经过多次重磨，才会报废，刀具寿命指的是两次刃磨之间所经历的切削时间。如果用刀具寿命乘以刃磨次数，得到的就是刀具总寿命。,刀具寿命的定义,第二章 金属切削原理与刀具,27,1工件材料对刀具耐用度T的影响 1)硬度T， 2)塑性T，3）导热系数T。 2切削用量对刀具耐用度T的影响 1)切削用量， T ，2）其中速度v 对T 影响最大，进给量f 次之，背吃刀量ap影响最小。优选ap 3刀具抗磨能力刀具耐用度T的影响 1）刀具材料抗磨能力 T ； 2）刀具几何角度好 T ； 3）刀具结构合理 T ； 4）刃磨质量 T 。 4切削液对刀具耐用度T的影响 切削液的种类 冷却润滑方式,28,切削用量的选择及工件材料加工性,一、切削用量的选择,选尽大的背吃刀量，其次进给量，大的切削速度,粗加工：提高生产率为主，保证规定的刀具寿命； ap, f,保证，v不高（中等或低的值） 精加工：保证零件的加工精度和表面质量为主，同 时考虑T和高生产率。 ap, f较小, v高,第二章 金属切削原理与刀具,29,工件材料的切削加工性,1、工件材料切削加工性的概念和衡量标准,衡量标准： 刀具寿命 切削力 加工质量 断屑性能,定义：在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。,第二章 金属切削原理与刀具, 材料的切削加工性是上述这些机械性能（硬度、强度、塑性、韧性、弹性模量等）综合影响的结果。,30,第三章 金属切削机床,了解机床结构，如传动、主轴导轨等。 掌握机床的型号标注含义,31,机床的基本组成,1）动力源 2）传动系统 3）支承件 4）工作部件 5）控制系统 6）冷却系统 7）润滑系统 8）其它装置,第三章 金属切削机床,32,常用机床的主参数和第2参数,33,当机床的性能及结构布局有重大改进，并按新产品重新设计、试制和鉴定时，在原机床型号的尾部，加重大改进顺序号，以区别于原机床型号。序号接A、B、C、，等字母的顺序选用。,第三章 金属切削机床,34,某些机床，根据不同的加工需要，在基本型号机床的基础上，仅改变机床的部分结构时，在原机床型号后加1、2、3、等变形代号，并用/分开。,例： C A 6 1 4 0 机床类别代号（车床类） 机床特性代号（结构特性） 机床组别代号（落地及卧式车床组） 机床系别代号（卧式车床系） 机床主参数代号（最大车削直径400mm）,第三章 金属切削机床,35,CM6132 最大车削直径为320mm的精密卧式车床； XK5040 工作台宽度为400mm的数控立式升降台铣床； MG1432A 最大磨削直径为320mm,经过第一次重大改进的高精度万能外圆磨床；,第三章 金属切削机床,36,第四章 机床夹具原理与设计,六点定位原理; 过定位与欠定位，重点理解P95与p101的 过定位分析; 限制自由度的分析，重点看表4-1的各种 形式; 定位误差计算,掌握p105例题;,37,完全定位与不完全定位,工件应限制的自由度,38,欠定位与过定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为“欠定位”。 欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,39,欠定位与过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）同时被两个（或两个以上）定位支承点限制，称为“过定位”或“重复定位”。,40,过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,41,消除过定位及其干涉的途径： 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；,2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消 除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚 度和定位稳定性。,过定位不是绝对不允许，视具体情况而定。,42,定位误差的计算,方法1合成法： 先分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量合，即dw jb jw 方法2极限位置法： 按最不利的情况，确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此两位置的距离，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。 方法3微分法（尺寸链分析计算法）,关键：找出同一批工件的工序基准在工序尺寸方向上可能的最大位移变动量,43,定位误差计算实例,如图所示，直径为的 轴在V形块上定位铣平面，加工表面的工序尺寸有三种不同的标注方式： 1）要求保证上母线到加工面的尺寸H1，即设计基准为B，图a； 2）要求保证下母线到加工面的尺寸H2，即设计基准为C，图b ； 3）要求保证轴心线到加工面的尺寸H3，即设计基准为O，图c ；,44,第五章 机械制造质量分析与控制,误差敏感方向的分析; 主轴回转误差的分析; 工艺系统受力变形引起的误差-课件上列出的典型情 况(细长轴与扁粗轴); 误差复映的概念与减小的途径; 工件受热造成的误差; 常值系统误差与变值系统误差及随机误差的概念及造成 因素;,45,能够根据正态分布的u值及值进行随机误差的计算; 工艺过程能力指数（系数）的基本计算; 能够分析车削时影响表面粗糙度的因素; 冷作（加工）硬化的作用与形成机理; 表面层残余拉应力与压应力的产生及影响; 表面强化的常用手段及其作用;,第五章 机械制造质量分析与控制,46,原始误差,原理误差 工件装夹误差 调整误差 机床误差 夹具误差 刀具制造误差 刀具磨损 工艺系统受力变形 工艺系统受热变形 内应力引起的变形 测量误差,工艺系统静误差,工艺系统动误差,原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。,47,误差敏感方向,R= OA OA,车刀垂直偏移a-切线方向：,车刀水平偏移b-法线方向：,误差敏感方向一般为加工表面过切削点的法线（Y）方向。,48,回转误差分析,（1）主轴回转误差：,切削力方向不变主轴径不同部位与轴承内径的固定部位接触主轴径的圆度误差对径向回转精度影响大轴承内径圆度误差影响小,切削力方向变化主轴固定部位与轴承内径的不同部位接触主轴径的圆度误差对径向回转精度影响小轴承内径圆度误差影响大,a)影响主轴径向回转精度加工方式的不同,49,b) 影响主轴轴向回转精度 产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线存在垂直度误差。,* 车床和镗床主轴回转误差的影响因素的差别,对车削：轴径圆度误差影响大 对镗削：轴承孔圆度误差影响大 车外圆、内孔：主轴径向跳动误差影响大 车端面、螺纹：轴向窜动动误差影响大,见表5-1 机床主轴回转误差产生的加工误差,回转误差分析,50,工件加工后成鞍形,机床受力变形引起的加工误差,由于工件变形，使工件加工后成鼓形,工件受力变形引起的加工误差,工艺系统受力变形引起,51,误差复映的概念与减小途径,定义:由于毛坯加工表面加工余量不同，使工艺系统受力不同，造成刀具与加工表面相对位置不同，加工后的表面仍有误差。 提高工艺系统刚度或使工件经过多道工序 或多次加工,提高毛坯精度和材质的均匀性,52,减少工艺系统热变形的途径,减少发热和隔热:将热源分离出去; 结构设计上改善摩擦条件; 隔离热源; 改善散热条件 均衡温度场 改进机床结构 加快温度场的平衡 控制环境温度,53,第五章 机械制造质量分析与控制, 常值系统误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差等。 变值系统误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。, 随机误差-在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加工误差。如加工余量或材料硬度不均匀引起的加工误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。,54,废品率与工艺能力系数的计算,1、工序尺寸分布图 2、计算工艺能力系数 3、工件极限尺寸计 算，判断废品率 4、计算总的废品率，估算加工质量,55,影响车削加工表面粗糙度的因素是哪些？ 并简述影响规律。,1）刀具几何形状影响：增大刀具主偏角、副偏角、增大刀尖圆角半径，有利于降低表面粗糙度； 2）工件材料对表面粗糙度影响：加工塑性材料时，塑性变形较大，使表面粗糙度值加大。加工脆性材料时，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。 3）切削用量影响：加工塑性材料，切削速度在产生积屑瘤的范围内，表面粗糙度增大。进给量增大，表面粗糙度增大；过小的背吃刀量，使刀具在被加上表面上挤压和打滑。形成附加的塑性变形，会增大表面粗糙度值。,56,冷作（加工）硬化的作用,机械加工中因切削力作用产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，此现象称为冷作硬化（或强化）。,表面层残余拉应力与压应力的产生及影响; 表面强化的常用手段及其作用;,57,第六章 工艺规程设计,粗基准与精基准的选用原则书上的典型例子 工序、工步、工作行程、工位的概念 工艺规程与生产纲领之间的关系 加工阶段划分的作用 全面掌握工艺尺寸链的计算方法 了解五种典型装配尺寸链分析方法及其适用性,58,1、工序、工步和工作行程,一个或一组工人，在一台机床或一个工作地点对一个或同时对