机械加工一体化教材

模块一机加工基础知识模块第一章常用公差简介第一节加工精度简介加工精度是指零件加工后的实际几何形状（尺寸、形状、表面相互位置）与设计要求的理想几何参数的符合程度，符合程度越高，加工精度也越高。它包括尺寸精度、形状精度和位置精度三种，它们直接影响到产品性能与质量。一、尺寸精度尺寸精度是由尺寸公差来显示的，尺寸公差是指零件对尺寸允许的变动量。同一基本尺寸的零件，公差值的大小决定了零件尺寸的精度，公差值小的，精度高；公差值大的，精度低。例如，有一轴其直径为948+0.01哑，其基本尺寸为48mm，最大允许加工到48.01mm，-0.03最小允许加工到47.97mm。尺寸公差为48.01—47.97=0.04mm。二、形状精度形状精度是同一表面的实际形状相对理想形状的符合程度，形状精度由轨迹法、成形法、展成法三种方式获得。形状精度由形状公差来显示，常用形状公差有六项，如表1-1-1所示。表1-1-1形状公差项目直线度平面度圆度圆柱度线轮廓度面轮廓度符号—口0，三、位置精度位置精度是指零件点、线、面的实际位置相对于理想位置的符合程度。零件表面相互位置，主要是由机床精度、夹具精度和工件的安装精度来保证的。位置精度由位置公差来显示，常用位置公差由八项，如表1-1-2所示。表1-1-2位置公差项目平行度垂直度倾斜度位置度同轴度对称度圆跳动全跳动符号//1Z◎tU

位置公差举例:R0.D1//0.D2R0.D1//0.D2A-B:表示圆柱的轴线对组合基准A-B由平行度要求，公差带的形状为一个圆柱体。测量时实际轴线在任何方向的倾斜或弯曲都不得超过（P0.02mm的圆柱体。第二节表面粗糙度表面粗糙度是指零件被加工表面上的微观几何形状误差。它的形状误差和表面波度都是表面本身的几何形状误差。一、表面粗糙度符号含义如下：、'：基本符号，表示表面可用任何方法获得。不加注粗糙度参数或有关说明，仅适用于简化代号标准（如表面热处理、局部热处理状况等）。顼：基本符号加一短线，表示表面是用去除材料的方法获得（如车、铣、钻、磨、剪切、抛光、腐蚀、电火花加工、气割等）。*'：基本符号加一小圆，表示表面是用不去除材料的方法获得（如铸、锻、冲压变形、热轧、粉末冶金等）。二、表面粗糙度Ra值的含义举例如下：372、:用任何方法获得的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2pm。撰:用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2pm。*2:用不去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2pm。三、表面粗糙度的检测检验表面粗糙度常用比较法。将被测面与高度参数值的表面粗糙度样快进行比较和手摸的感触来判断表面粗糙度的一种检测方法。比较时还可借助放大镜等工具，以减少误差。比较时，样板与被检表面的加工纹理方向应保持一致。此外，还有光切法、干涉法、感触法等检测方法。复习思考题什么是加工精度？加工精度包括哪些方面？列举常见的形状公差和位置公差项目，并阐述其具体意义?表面粗糙度的含义是什么？阐述常见的表面粗糙度符号的含义？第二章常用金属材料与热处理第一节常用金属材料金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。而黑色金属包括碳素钢、合金钢、铸铁等。一、碳素钢碳素钢简称碳钢，是指含碳量小于2.11%的铁碳合金。由于其价格低廉，冶炼方便工艺性能良好，并且在一般情况下能满足使用性能要求，因而在机械制造、建筑、交通运输及其他工业行业得到了广泛的应用。碳素钢的分类碳素钢的分类很多，常用的分类如下，按含碳量可分为：低碳钢：含碳量小于0.25%的钢。中碳钢：含碳量在0.25%〜0.60%之间的钢。高碳钢：含碳量大于0.60%的钢。按质量分类：普通碳素钢：硫磷含量较高。优质碳素钢：硫磷含量较低。高级优质碳素钢：硫磷含量很低。特级质量碳素钢：硫磷含量非常低。按用途可分为：碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器零件，一般属于低碳钢和中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种刃具、量具、模具等，这类钢一般属于高碳钢。碳素钢的牌号与应用碳素结构钢：这类碳钢中碳的含量分数一般在0.06%〜0.38%范围，碳中有害杂质相对较多，但价格便宜，大多数用于要求不高的机械零件和一般工程构件。通常轧制成钢板或各种型材供应。碳素结构钢的牌号表示方法是由屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四个部分按顺序组成。例如Q235—AF表示碳素结构钢中屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。优质碳素结构钢：这类钢因有害杂质较少，其强度、韧性、塑性均比碳素结构钢好，主要用于制造较重要的机械零件。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，如08、10、45等，数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。如上述牌号分别表示平均含碳量的质量分数为0.08%、0.1%、0.45%。碳素工具钢：碳素工具钢因含碳量比较高，硫磷杂质含量较少，经淬火，低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。主要用于制造各种低速切削刀具、量具和模具。碳素工具钢的由代号“T”后加数字组成，数字表示钢中平均碳质量分数的千倍。如T18钢，表示平均碳的质量分数为0.8%的优质碳素工具钢。铸造碳钢：生产中由血多形状复杂、力学性能要求高的机械零件，通常用铸造碳钢制造。碳钢中碳的质量分数一般在0.15%〜0.6%范围内。铸碳碳钢的牌号是用铸钢两字的汉语拼音的首字母：“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。如ZG270-500表示屈服强度为270MPa，抗拉强度为500MPa的铸造碳钢。二、合金钢合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善组织和性能，由目的地加入一些元素而制成的钢，加入的元素称为合金元素。常用的合金元素由Si、Mn、Cr、Ni、W、V、Mo、Ti等。合金钢的分类合金钢的分类由多种，常见的分类按用途分：合金结构钢：指用于制造各种机械零件和工程结构的钢。合金工具钢：指用于制造各种工具的钢。特殊性能钢：具有某种特殊的物理、化学性能的钢。按照合金元素的总含量可分：低合金钢：合金元素总量小于5%。中合金钢：合金元素总量在5%〜10%。高合金钢：合金总量大于10%。合金钢的牌号合金结构钢：合金结构钢的牌号用“两位数字+元素符号+数字”表示。如60Si2Mn(60硅2锰)表示平均含碳量为0.6%，硅含量为2%，锰含量小于1.5%。合金工具钢：合金工具钢的含碳量比较高(0.8%〜1.5%)。如9Mn2V表示平均含碳量为0.9%，锰含量为2%，钒含量小于1.5%。特殊性能钢：碳素性能钢的牌号表示方法与合金工具钢的基本相同，如2Gr13表示含碳量为0.2，含13%铬的不锈钢。三、铸铁铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性、耐磨性及减振性，而且熔炼铸铁的工艺与设备简单，成本低廉，是制造各种铸件的常用材料。根据碳在铸铁中存在的形式和形态的不同，铸铁可分为：白口铸铁：碳除少量熔于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其端口呈银白色，故称为白口铸铁，这类铸铁硬而脆，很难切削加工，随意很少直接用来制造各种零件。灰铸铁：铸铁中的碳大部分以石墨形式存在，其断口呈暗灰色，故称为灰铸铁，这类铸铁力学性能不高，但生产工艺简单，价格低廉，而其具有其他方面的特性。球墨铸铁：铸铁中的碳绝大部分以球状石墨存在，故称为球墨铸铁。这类铸铁力学性能比灰铸铁高，且通过热处理后可以进一步提高。可锻铸铁：铸铁中碳主要以絮状石墨的形式存在于铸铁中，它在薄壁复杂铸铁件中应用较多。四、有色金属及其合金工业上常用的金属材料中，通常称铁及其合金（钢铁）为黑色金属，其他的非铁金属及其合金称为有色金属。如铝、镁、铜、锡、谦、锌等金属及其合金是常用的有色金属，它们具有许多良好的特殊性能，成为现代工业中不可缺少的材料。铝及铝合金（1）工业纯铝。工业纯铝是银白色的轻金属，它的熔点为6600C，具有良好的导电、导热性。工艺纯铝的主要用途是制作电线、电缆及强度要求不高的器皿。（2）常用的铝合金。纯铝的强度很低，不适于作为结构零件的材料，在铝中加入铜、锰、硅、镁等合金元素即可称为铝合金，其力学性能大大提高，且具有密度小、耐腐蚀的优点。根据铝合金的成分及生产工艺特点，可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金塑性好，可由冶金厂加工成各种型材产品供应；铸造铝合金塑性较差，一般只用于成形铸造。铜及铜合金（1）工业纯铜。纯铜因其外观呈紫红色亦称为紫铜，它熔点为10830C，具有良好的塑性、导电性、导热性和耐蚀性。广泛用于制造电线、电缆、铜管以及配置铜合金。我国工业纯铜的代号由T1、T2、T3、三种，顺序号越大，纯度越低。（2）常用铜合金。在铜中加入锌、锡、镍、铝和铅等合金元素即可成为铜合金。铜合金按其化学成分分为黄铜、青铜和白铜。第二节金属材料的热处理金属材料的热处理是将金属材料在固态下，通过加热、保温和冷却的方法来改变内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法，其工艺方法用曲线表示，如图1-2-1所示。一、热处理的种类退火把钢加热到一定温度并在此温度下进行保温，然后缓慢地冷却到室温，这一热处理工艺称为退火。常用的退火方法有：（1）完全退火。将钢加热到预定温度，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理方法。它的目的是降低钢的硬度，消除钢中的不均匀组织和内应力。（2）球化退火。将钢加热到7500C左右，保温一段时间，然后缓慢冷却到5000C以下，最后在空气中冷却的热处理方法，其目的是降低钢的硬度，改善切削性能，主要用于高碳钢。（3）去应力退火。把钢加热到5000C〜6000C，保温一段时间后，随炉缓冷至3000C以下出炉的热处理方法。它主要用于消除材料的内应力。正火将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在空气中冷却的方法叫正火。正火与退火的目的基本相同，但正火可以得到较细的组织，其硬度强度均较退火高。淬火将钢加热到一定温度，经保温后快速在水(或油)中冷却的热处理方法。它是提高材料的强度、硬度、耐磨性的重要热处理方法。单介质淬火法。将加热保温后的钢放入一种淬火介质中，冷却至转变结束此法称为单介质淬火法。双介质淬火法。淬火时，先将加热保温后的钢件水中急冷，冷却到一定温度再放入油中冷却，此法称为双介质淬火法。分级淬火。是将加热保温后的钢件直接放入温度为1500C〜2600C的盐液或碱液内淬火，在该温度下，停留一定时间，然后取出在空气中冷却的一种方法。回火将淬火后的钢重新加热到莫一温度，并保持一定时间，然后以一定的方式冷却至室温，这种热处理的方法称回火，回火是淬火的继续，经淬火的钢件须进行回火处理。其目的是减少或消除工件淬火时产生的内力，调整钢的强度和硬度，使工件获得所需要的力学性能及稳定组织，常见的“调质处理”即“淬火+高温回火”。表面淬火通过快速加热，使工件表层迅速达到淬火温度，不等到热量传到心部就立即冷却的热处理方法，可使工件获得高硬度的表层和韧度的心部。化学热处理将工件置于化学介质中加热保温，改变表层的化学成分和组织，从而改变表层性能的热处理工艺。常见的化学热处理有以下几种：将钢件放入含碳的介质中，并加热到900oC将钢件放入含碳的介质中，并加热到900oC〜950oC高温下保温，使钢件这一工艺称为渗碳。将氮渗入钢件表层的过程称为渗氮。其目的是提高零件表面的硬度，耐表面含碳量提高渗氮：磨性。液体碳氮共渗：碳氮共渗是想钢的表面同时渗入碳和氮的过程。

二、加热温度的判定在热处理工艺过程中，加热温度应使用仪器测定。在锻造炉中加热时，钢件的温度与颜色之间的对照关系如表1-2-1所示。表1-2-1退火颜色、温度对照表色标温度/0C色标温度/0C暗褐550正红900褐红630橘红950暗红680鲜橘红100暗樱桃红740黄1100樱桃红780AV4-F.鲜黄1200鲜樱桃红810黄白1300及以上淡红850三、常用工具的热处理錾子的淬火过程淬火前先做好以下准备工作：确定錾子的钢号（通常使用T7、T8），磨好刃口，准备好冷却液（水），然后按下列步骤淬火，如图1-2-2所示。-一L'旦加热K度约30mm浸水歌31mm-一L'旦加热K度约30mm（1）加热：在锻炉中加热时，錾子的长度约30mm左右。加热温度为7600C〜7800C（呈樱桃红）时，去除錾子。（2）冷却：将取出的錾子立即垂直插入水中（入水深度约4mm左右），并缓慢移动和上下窜动进行冷却。（3）回火：当錾子在水面上部的红色退去后，将其从水中取出，并立即去掉錾子上的氧化皮，利用錾子上部的余热进行回火。回火时，錾子刃部的颜色逐渐变化，由白而黄，由黄而紫，由紫而蓝。

（4）第二次冷却：当錾子刃部出现紫蓝色时，急速将其加热部分全部浸入水中冷却，使其颜色不发生变化，从而得到所需要的硬度。刮刀的淬火过程刮刀通常选用优质碳素钢（T12A）制作，淬火过程与錾子基本相同，但因选用的钢材和需要淬火的硬度不同，因此选用的冷却液和确定的回火温度有所区别，冷却液可选用浓度为10%的盐水，也可在水中冷却后再在油水中冷却。淬火温度7800C〜8000C，刮刀加热长度25mm左右，入水长度约为8〜10mm，如图1-2-3所示。加热长度约25mm加热长度约25mm图1-2-4手锤热处理图图1-2-4手锤热处理手锤热处理手锤热处理用碳素工具钢（T7或T8）制成。用锻造方法制作的手锤毛坯件应经过退火和正火处理后再进行加工制作。手锤的淬火过程与錾子淬火过程液基本相同，但冷却时，锤顶和锤底部应交替冷却，翻转要迅速。冷却液用水或油，如图1-2-4所示。四、淬火中的注意事项冷却液必须洁净。冷却液的温度不能过高或过低；一般保持在150C〜250C。炉火炉火不旺时，不要加热。淬火时，光线应适宜。复习思考题常用金属材料如何分类的？简述碳素钢的分类和牌号？简述合金钢的分类和牌号？简述铸铁的分类情况？简述常见有色金属的性能？热处理的种类及加热时温度的判定？第三章常用量具及其测量第一节测量概述测量的实质是被测量的参数与一标准量进行比较的过程，长度尺寸的测量就是这样。因此，必须有一个精密准确的基准，即长度单位基准。现在国际上把光在真空中299792458-is所经过的行程作为度量长度的标准，称为米。根据GB3100-GB3102—1982规定，我国的法定计量单位包括：国际单位制的基本单位；国际单位制的辅助单位；国际单位制中具有专门名称的导出单位；国家选定的非国际单位制单位；由以上单位构成的组合形式的单位；由词头和以上单位所构成的十进倍数和分数单位。目前，我国法定的长度单位名称和代号如表1-3-1所示。表1-3-1长度计量单位单位名称符号对基准单位的比米m基准单位分米dm10-1m(0.1m)厘米cm10-2m(0.01m)毫米mm10-3m(0.001m)丝米dmm10-4m(0.0001m)锪米cmm10-5m(0.00001m)微米lim10-6m(0.000001m)注：丝米、锪米不是法定计量单位，工厂里有时米用。在实际工作中，有时还会遇到英制尺寸，常用的由ft（英尺）、in（英寸）等，其换算关系为1ft=12in。英制尺寸常以英寸为单位。为了工作方便，可将英制尺寸换算成米制尺寸，1in=25.4mm，所以把英寸乘以25.4mm就可以了。如5/16in换算成米制尺寸：25.4mmX5/16e7.938mm。第二节常用量具及其使用一、游标卡尺

游标尺寸是一种中等精度的量具，可以测量出工件的外径、孔径、长度、宽度、深度和孔距等尺寸。游标卡尺的结构游标卡尺由尺身（主尺）、游标（副尺）、固定量爪、活动量爪、止动螺钉等组成。精度由0.1mm、0.05mm和0.02mm三种。如图1-3-1所示。其中，0.02mm的游标卡尺最为广泛，按构造分，由带微调游标卡尺、带表盘游标卡尺和电子数显游标卡尺等。游标卡尺的刻线原理0.05mm游标卡尺刻线原理是：主尺上每一格长度为1mm，副尺总长为39mm，并等分为20格，每格长度为39/20=1.95mm，则主尺2格和副尺1格长度之差为2mm—1.95mm=0.05mm，所以它的精度为0.05mm，其刻线原理如图1-3-2所示。0.02mm游标卡尺刻线原理是：主尺上每一格的长度为1mm，副尺总长为49mm，并等分为50格，每格长度为49/50=0.98mm，则主尺1格和副尺1格长度之差为1mm—0.98mm=0.02mm，所以它的精度为0.02mm，其刻线原理如图1-3-3所示。图1-3-1游标卡尺r图1-3-1游标卡尺r12345'0[Fll|!IHHII|HII|!IM|IIII|112345678910图1-3-20.05mm游标卡尺刻线原理图1-3-30.02mm游标卡尺刻线原理游标卡尺的读数方法首先读出游标副尺零线以左主尺上的整毫米数，再看到副尺上从零刻度线开始第几条刻度线与主尺上某一刻线对齐，其游标刻线数与精度的乘积就是1mm的小数部分，最后将整毫米数与小数相加就是测得的实际尺寸。其读数如图1-3-4所示。。51。IS2001234567891050+12X0.05=50,650+20X0.02=50A图1-3-4游标卡尺的读数方法游标卡尺的规格按测量范围分为：0〜125mm、0〜200mm、0〜300mm、0〜500mm、300〜800mm、400〜1000mm、600〜1500mm、800〜2000mm等。1/50mm游标卡尺示值误差为±0.02mm,1/20mm游标卡尺示值误差为土0.05，故不能测量精度较高的工件尺寸。注意事项测量前应将游标卡尺擦干净，检查量爪贴合后主尺与副尺的零刻度线是否对齐。测量时，所用的推力应使两量爪紧贴接触工件表面，力量不宜过大。测量时，不要使游标卡尺倾斜。在游标上读数时，要正视游标卡尺，避免视线误差的产生。二、千分尺千分尺是一种精密的测微量具，用来测量精度要求较高的尺寸，主要有外径千分尺和内径千分尺两种。普通千分尺的测量精确度为0.01mm。如图1-3-5所示。千分尺的结构及规格它的规格按测量范围有0〜25mm、25〜50mm、50〜75mm、75〜100mm、100〜125mm等，使用时按被测工件尺寸选用。千分尺的制造精度分为0级和1级两种，0级精度最高，1级稍差。千分尺的制造精度主要由它的示值误差和两测量面平行度误差的大小来确定。图1-3-5外径千分尺1、尺架；2、砧座；3、测微螺杆；4、锁紧手柄；5、螺纹套；6、固定套筒；7、微分筒;8、螺母；9、接头；10、测力装置；11、弹簧；12、棘轮爪；13、棘轮千分尺的刻线原理测微螺杆3右端螺纹为0.5mm。当微分筒转一周时，螺杆3就能移动0.5mm。微分筒圆锥面上共刻有50格，因此微分筒每转一格，螺杆3就移动0.5-50=0.01mm，这种千分尺的读数即为0.01mm。千分尺的读数方法在千分尺上读数方法可分为三步：读出微分筒边缘在固定套管主尺的毫米数和半毫米数。看微分筒上哪一格与固定套管主尺的毫米数和半毫米数对齐。把两个读数加起来就是测得的实际尺寸。如图1-3-6所示为千分尺的读数方法示例，其中左图读数为14mm+0.29mm=14.29mm，右图读数为38.5mm+0.29mm=38.79mm。(狠5HL29)mm-3S,79mm(147.29)mm-14.29mm25(狠5HL29)mm-3S,79mm(147.29)mm-14.29mm253035bjlllHUlliliimiiinnii千分尺的使用方法以及注意事项千分尺的测量前应保持干净，使用前应检查零位的准确性。对0〜25mm的千分尺可以先使两测量面接触，检查微分筒上的零线是否与福鼎套筒上的基准线对齐，如果没有则应先校正，对25〜50mm及以上的千分尺可用校正杆来校准。测量时，千分尺的测量面和零件的被测表面应擦拭干净，以保证测量准确，千分尺要放正，先转动微分筒，当测量面接近工件时，改用测力装置，至测力装置内棘轮发生吱吱声音为止。测量方法主要有两种，单手握尺测量时，可用大拇指和食指握住微分筒，小指将尺架压向手心即可测量；双手握尺测量时，可先将工件放在水平工作台上。读数时，最好不取下千分尺进行读数。如需要尺寸，应先锁紧测微螺杆，然后轻轻取下千分尺，以防止尺寸变动。读数时要看清楚刻度，不要错读0.5mm。不能用千分尺测量毛坯，更不能在工件转动时去测量或将千分尺当锤子敲击物体。千分尺用完后应擦干净，并将测量面涂油防锈，放入专用盒内，不能与其他工具、刀具、工件等混放。千分尺应定期送计量部门进行精度鉴定。三、百分表百分表是一种精密量具，可用来检验机床精度和测量工件尺寸、形状和位置误差。百分表的结构百分表一般由触头、测量杆、齿轮、指针、表盘等组成。如图1-3-7所示。百分表的刻线原理百分表内的齿杆和齿轮的周节是0.625mm。当齿杆上升16齿时(即上升0.625X16=10mm),16齿小齿轮转一周，同时齿数为100齿的大齿轮也转一周，就带动齿数为10的小齿轮和长指针转10周，即齿杆移杆1mm时，长指针转一周。由于表盘上共刻100格，所以长指针每转一格表示齿杆移动0.01mm。百分表的读数方法测量时长指针转过的格数即为测量尺寸。图1-3-7百分表1、触头；2、测量杆；3、小齿轮；4和7、大齿轮；5、中间小齿轮；6、长指针；8、短指针；9、表盘；10、表圈；11、拉簧注意事项测量前，检查表盘和指针有无松动现象。测量前，检查长指针是否对准零线，如果未对齐则及时调整。测量前，测量杆应垂直于工件表面。测量时，测量杆应有0.3〜1mm的压缩量，保持一定的初始测力，以免由于存在负偏差而测不出值来。四、万能角度尺万能角度尺又称万能游标量角器，是用来测量内、外角度的量具。按游标的测量精度为21和51两种，其示值误差分别为±21和土51，测量范围时00〜3200，一般常用的时测量精度为21的万能游标量角器。万能角度尺的结构如图1-3-8所示，万能角度尺主要由尺身、扇形板、基尺、游标、直角尺、直尺和卡块等部分组成。2.21万能角度尺的刻线原理万能角度尺的尺身刻线每格为10，游标共30格等分290，游标每格为29/30=581，尺身1格和游标1格之差为10—581=21。万能角度尺的读数方法

如图1-3-9所示，先读出游标尺零刻度前面的整度数，再看游标卡尺第几条刻线和尺身刻线对齐，读出角度“'”的数值，最后两者相加就是测量角度的数值。图1-3-8万能游标角度尺1、尺身；2、基尺；3、游标；4、卡块；5、900角尺；6、直尺图1-3-9万能角度尺的读数方法万能角度尺的测量范围如图1-3-10所示，万能角度尺由于直尺和900角尺可以移动和拆换，因此可以测量从00〜3200，的任何角度。注意事项（1）使用前检查是否与零位对齐。（2）测量时，应使万能角度尺的两测量值与被测件表面在全长上保持良好接触，然后拧紧制动器上的螺母即可读数。（3）在500〜1400范围内测量时，应装上直尺；在1400〜2300范围内测量时，应装上

角尺；在2300〜3200范围内测量时，不装角尺和直尺。（4）万能角度尺用完后应擦净上油，放入专用盒内。图1-3-10万能角度尺的测量范围五、刀口角尺刀口角尺的使用刀口角尺是样板平尺中的一种，因它有圆弧半径为0.1〜0.2mm的棱边，如图1-3-11所示，故可用漏光法或痕迹法检验垂直度、直线度和平面度。图1-3-11刀口直角尺（a）检验外角（b）检验内角（c）正确（d）不正确（e）不正确检验工件直线时，刀口尺的测量棱边紧靠工件表面，然后观察漏光缝隙大小，判断工件表面是否平直。在明亮而均匀的光源照射下，全部接触表面能透过均匀而微弱的光线时，被测表面就是平直的。刀口直角尺当直角尺一边贴在零线基准表面时，应轻轻压住，然后使直角尺的另一边与零件被测表面接触，根据透光的缝隙，判断零件相互垂直面的垂直精度。刀口直角尺主要有宽座直角尺和样板直角尺两种，如图1-3-12所示。注意事项（1）检验平面度时，还应沿对角线方向检验。（2）直角尺的放置位置不能歪斜，否则测量不正确。（3）检验内角的方法与检验外角的方法相同。图1-3-12刀口直角尺（a）宽座直角尺（b）样板直角尺六、塞规塞规的结构如图1-3-13所示，塞规由两个测量端组成，尺寸小的一端在测量内孔或内表面时应能通过，称为通端，它的尺寸是按被测量面的最小极限尺寸制作的。尺寸大的一端在测量工件时应不通过，称为止端，它的尺寸时按被测量面的最大极限尺寸制作的。环规与塞规类似，不同点时环规是测量轴类等外表面零件的。图1-3-13塞规图1-3-14塞尺七、塞尺如图1-3-14所示，塞尺时用来检验两个结合面之间隙大小的片状量规。塞尺的结构塞尺由两个平行的测量平面，其长度由50mm、100mm、200mm等多种。塞尺由若干格不同角度的片，可叠合起来装在夹板里。塞尺的使用使用塞尺时，应根据间隙大小选择塞尺的片数，可用一片或数片重叠在一起插入间隙内。部分塞尺片很薄，容易弯曲和折断，插入时不易用力过大。用后应将塞尺擦拭干净，并及时合到夹板中。注意事项（1）使用时，要用厚片带动薄片移动，放置损坏薄片。（2）使用前要清洁塞尺和被测表面。（3）测量时不能用力过大。用完后擦净上油放入匣内。复习思考题试述游标卡尺的读数方法，并拿游标卡尺进行读数练习？试述千分尺的读数方法，并拿千分尺进行读数练习？试述百分表的读数方法，并拿百分表进行读数练习？试述万能角度尺的读数方法，并拿万能角度尺进行读数练习？第四章金属切削与刀具知识第一节金属切削的基本知识一、切削运动切削时，刀具和工件的相对运动，称为切削运动。通常把切削运动分为两类：主运动。将切屑切下所必须的基本运动叫做主运动。进给运动。使新的金属继续投入切削的运动，称为进给运动。这两种运动在不同加工形式中时不同的。如图1-4-1所示，车削时，工件的旋转是主运动，刀具的纵向或横向运动时进给运动（（a）图）；铣削时，铣刀的旋转时主运动，工件的移动时经给运动（（b）图）；钻削时，钻头或工件的旋转时主运动，钻头的轴向移动时进给运动（（c）图）；刨削时，在龙门刨床上，工件直线往复运动时主运动，刨刀的移动时进给运动（（d）图）；磨削外圆时，砂轮的旋转时主运动，工件的轴向移动和旋转都是进给运动（（e）图），磨削平面时，砂轮的旋转时主运动，工件的纵向运动和砂轮的横向运动都是进给运动（（f）图）。切削加工时，主运动只有一个，通常是速度最高，消耗功率最大的运动。进给运动可以时一个或多个，进给运动速度较低，消耗功率较小。图1-4-1几种切削加工的运动（a）刀具进给运动；（b）X件进给运动；（c）钻头进给运动（d）刨刀进给运动；（e）X件进给运动；（f）X件进给运动二、切削加工时工件上形成的表面切削加工过程中，工件形成三个表面，以车削和钻床上扩孔为例，如图1-4-2所示。1.待加工表面，工件上即将被切去金属层的表面。加工表面，工件上正被切削的表面。已加工表面，工件上被切去金属层的表面。三、切削用量切削用量包括三个要素，时衡量切削运动大小的参数。切削用量包括切削深度、进给量和切削速度，如图1-4-3所示。切削深度（气）：工件上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，称为切削深度。图1-4-2工件上的三个表面（a）待加工表面；（员加工表面；（c）已加工表面车削外圆时，切削深度计算式是:dw-dm2式中：ap—切削深度，mm；d—待加工表面直径，mm；wdm—已加工表面直径，mm。图1-4-3车削外圆时的切削用量进给量（f）：在主运动的一个工作循环内，刀具与工件沿进给运动方向的相对位移，称为进给量。如车削时的进给量为工件转一圈，车刀沿进给方向移动的距离，单位时mm/min。切削速度（v）：刀具主切削刃上的某一点，相对于工件待加工表面在主运动方向的瞬时速度（即主运动的线速度），单位是m/min。车削时切削速度的计算式是：nndw

v—1000式中：v—切削速度，m/min；n一车床主轴转数，r/min；山—工件待加工表面直径，mm。w第二节金属切削过程及切削液一、金属切削过程如图1-4-4所示，工件上多余的金属层，在刀具切削刃的切割、前刀面的推挤下，产生滑移变形而成为切屑的过程，称为金属切削过程。在切削过程中伴随有切削力、切削热、刀具磨损，加工表面硬化等现象。切削的种类（1）带状切削。当选择较高的切削速度，较小的切削厚度切削塑性材料时，易产生内表面光滑，外表面毛茸状的带状切削，如图1-4-5（a）所示。（2）节状切削。当选用较低的切削速度，较大切削厚度切削塑性材料时，易产生内表面有裂纹、外表面呈齿状的挤裂切削，如图1-4-5（b）所示。（3）粒状切削。当切削条件变化，节状切削的裂缝贯穿切削时，得到粒状切削，如图1-4-5（c）所示。（4）崩碎切削。切削铸铁、黄铜等脆性材料时，切削层来不及变形就已经崩碎，呈现出不规则的粒状切削，称为崩碎切削，如图1-4-5（d）所示。图1-4-4金属切削过程图1-4-5切削的种类（a）带状切削（b）节状切削（c）粒状切削（d）崩碎切削切削力切削时，工件材料抵抗刀具切削产生的阻力，称为切削力。切削力来源于工件切削层，切屑的弹性变形与塑性变形，以及切削、工件与刀具的摩擦。切削力一般指材料变形阻力和摩擦阻力的合力，其力的分解如图1-4-6所示。图1-4-6切削力的分解（1）切削力的分解：1）主切削力F:作用于切削速度方向的分力。它是分力中最大的，占总切削力的90%z左右，时计算切削所需功率、刀具强度和选择切削用量的主要依据。2）径向分力F:作用于切削深度方向的分力。它使工件在水平面内弯曲，容易引起y振动，因而影响工件精度。增大主偏角可减少径向力。3）轴向力F：作用于进给方向的分力。它是计算机床进给机构强度的依据。切削力总的合力为：F2=F2,F2+F2

rxyz式中：F一切削力，N；rFz一主切削力，N；F：一轴向力，N；F—径向力，N。y（2）影响切削力的因素很多，最基本的有：1）工件材料。工件材料的硬度、强度高，其切削力就越大。切削脆性材料比切削塑性材料的切削力小。2）切削用量。切削用量中对切削力影响最大的是切削深度，其次是进给量，而影响最小的是切削速度。3）刀具几何角度。刀具几何角度中，对切削力影响最大的是前角，主偏角和刃倾角。切削热与切削温度切削热与切削温度是金属切削过程中重要物理现象之一。切削热的来源及影响因素和切削基本相同。凡是能使切削力增大的，均能使切削热增加。研究切削过程中的切削热与切削温度的目的就是要严格控制切削区的温度（切削温度过高，将影响刀具切削性能、加工精度及表面质量）。为防止切削温度的升高，可采取以下措施：（1）在刀具强度允许的条件下，应尽量增大刀具的前角。（2）改善刀具散热条件，在机床、工件、刀具系统刚性较好时，可尽量减小主偏角。（3）粗加工时，因尽可能取较大的切削深度，其次取较大的进给量，最后选取较小切削速度。（4）提高刀具前刀面和后刀面的刃磨质量，减小摩擦力。（5）合理地选用切削液。刀具磨损刀具磨损是由机械摩擦和切削热两个方面的因素造成的。刀具磨损一般分三个阶段，如图1-4-7所示：C图1-4-7刀具磨损过程（1）初期磨损阶段（OA线段）：刃磨后的刀具，由于表面粗糙度值较大，表层组织不耐磨，所以此阶段刀具磨损较快。（2）正常磨损（AB线段）：刀具经过初期磨损后，很快在后刀具面上形成一条磨损面，使接触面增大，磨损速度减慢，这是刀具的有效工作期间。（3）急剧磨损阶段（BC线段）：刀具正常磨损后，如不及时刃磨，刀具和工件的接触情况就会恶化，时摩擦加剧，温度上升，磨损急剧增大。刀具寿命：刀具从开始切削一直到磨损量达到磨损标准为止的纯切削时间。二、切削液为了提高切削加工效果而使用的液体为切削液。切削液的作用（1）冷却作用：切削液可带走切削时产生的大量热量，改善切削条件，起到冷却工件和刀具的作用。（2）润滑作用：切削液可以渗透到工件表面与刀具后刀面之间及前刀面与切屑之间的微小间隙中，减小工件、切屑与刀具的摩擦。（3）清洗作用：切削液有一定的压力和流量，可把附着在工件和刀具的细小切屑冲掉，防止拉毛工件，起到清洗作用。（4）防锈作用：切削液中加入防锈剂，可保护工件、刀具和机床免受腐蚀，起到防锈作用。切削液的种类工厂中常用的切削液由乳化液和切削油两种。乳化液，是把乳化油加15〜20倍的水稀释而成。它的特点是比热容大、黏度小和流动性好，可吸收切削区中的大量热量，主要起到冷却作用。切削油，起润滑作用的切削油主要特点时比热容小，黏度大和流动性差。在金属切削过程中，应根据工件材料、刀具材料、加工性质和工艺要求合理选择切削液。复习思考题1、切削运动如何分类？2、切削加工时工件上形成的表面由哪些？3、切削用量三要素是什么？4、切削的种类由哪些？5、切削力包括什么，影响切削力的因素有哪些？6、降低切削热和切削温度的措施由哪些？7、刀具的磨损分为哪几个阶段？8、切削液的作用是什么，切削液的种类有哪些？第五章机械加工工艺过程第一节机械加工工艺过程和特征一、机械加工工艺过程及组成用金属切削的方法逐步改善毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件所进行的劳动过程，称为机械加工工艺过程。在机械制造业中，机械加工过程是最主要的工艺过程。机械加工过程由一系列的工序组成。通过这些工序对工件进行加工，将毛坯逐步加工为合格的零件。工序是工艺过程的基本单位，也是编制生产计划和进行核算的基本依据。工序又可细分为装夹、工步等。工序工序是由一个工人或一组工人在不更换工作地点的情况下对同一个或几个工件同时进行加工并连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续。图1-5-1所示为阶台轴零件，按单件生产制定的主要工艺过程如表1-5-1所示。按成批生产零件制定的工艺过程如表1-5-2所示。单件生产时，所有车削与磨削内容分别集中在一台机床与一台莫床上进行。成批生产时，车削的内容被分配到三台车床上进行，三个外圆的磨削也分别由三台磨床完成。由于后者工作地点发生了变动，因此，车削与磨削各有三个工序。工步一个工序可以只有一个工步，亦可以包括若干个工步。工步是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作。如表1-5-1中的工序2，需要车削2个端面，2个中心孔，4个外圆表面，3个沟槽连倒角，2个倒角及车螺纹，共分14个工步。在批量生产中，为了提高成产率，常采用多刀多刃或复合刀具同时加工工件的几个表面，这样的工步称为复合工步。复合工步亦视为一个工步。安装工件加工前使其在机床上或夹具中获得一个正确而固定位置的过程成为装夹。装夹包括工件定位和夹紧两部分内容。工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。在一个工序中可以包括一个或数个安装。工位为了完成一定的工序部分（即工序内容），一次装工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备之间的可动部分，一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，称为工位。

(a)49(b)图1-5-1阶台轴a阶台轴；b毛坯(a)49(b)表1-5-1单件成产阶台轴的加工工艺过程工序号工序名称工序内容工作地1毛坯下料？80mmX325mm锯床2车工车两端面及钻中心孔，车外圆，切槽及倒角，车螺纹卧式车床3热处理调质28〜32HRC热处理车间4磨工磨各外圆至图示尺寸要求外圆磨床5铣工铣键槽，去毛刺立式钻床6检验按图示要求进行检查检验台表1-5-2成批成产阶台轴的加工工艺过程工序号工序名称工序内容工作地1毛坯下料？80mmX325mm锯床2车工车两瑞面全总长，钻中心孔中心孔机床3车工车右端三个外圆（两外圆留磨量），切槽及倒角仿形机床4车工车左端一个外圆（留磨量），切槽及倒角卧式机床5热处理调质28〜32HRC热处理车间6钳工研磨中心孔钻床

7磨工磨外圆中0mm-0.030外圆磨床8磨工磨外圆^44。mm-0.016外圆磨床9磨工磨外圆中350mm-0.016外圆磨床10铣工铣键槽键槽铣床11铣工铣螺纹螺纹铣床12钳工去毛刺钳工台13检验按图示尺寸检验检验台二、生产类型及其特征生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。一般分为单件生产、成批成产和大量生产三种类型。（1）单件生产。产品的种类繁多，数量极少，少至一件或几件，多则几十件，工作地的加工对象经常改变，很少重复，这种生产类型称为称为单件生产。如新产品试制、专用设备制造、重型机械制造等都属于单件生产类型。（2）成批生产。产品的种类比较少，但同一产品的产量比较大，一年中产品周期地成批投入生产，工作地的加工对象周期性的更换，这种生产类型称为成批生产。一次投入或产出的同一产品的数量称为产品批量。根据批量的大小，成批生产又可分为小批量生产、中批量生产和大批量生产。小批量生产的特点与单件生产相似，中批量生产的特点介于单件、小批量与大量生产之间。如机床制造属于中批生产，飞机、航空发动机制造大多属于小批量生产。（3）大量生产。产品的产量很大，大多数工作地经常重复地进行某一零件的某一工序的加工，这种生产类型称为大量生产。如汽车、轴承等的制造通常属于大量生产。生产类型的工艺特征（如表1-5-3所示）表1-5-3各种生产类型的工艺特征类型措施单件小批量生产中批生产大批、大量生产毛坯制造锻件用自由锻，铸件用木模手工造型、毛坯精度地，加工余量大部分锻件用模锻，部分铸件用金属模造型，毛坯精度中等，加工余量中等锻件广泛采用模锻，铸件广泛采用金属模及机器造型、压力铸造等高效方法。毛皮精度高，加工余量小机床设备采用通用机床采用部分通用机床和部分高效生产率机床或专用机床广泛采用高效生产率的专用机床、自动机床、组合机床

刀、夹、量具采用通用的刀、夹、量具采用部分通用刀、夹、量具和部分专用刀、夹、量具广泛采用高生产率的专用刀、夹、量具对工人的技术要求需要技术熟练水平较高的工人需要具有一定熟练程度的技术工人需要技术熟练的调整工，对一般操作工人技术要求较低车间平面布置按照机床的种类及大小，采用机群式排列布置按加工零件类别，分工段排列布置按流水线或生产自动线形式排列布置工艺技术文件由简单的工艺过程卡片由工艺规程由详细的工艺过程零件的互换性没有互换性，一般配对制造，采用修配方法大部分有互换性，少量采用钳工修配全部要求互换性，对精度要求高的配合件，采用分组选配生产率低较高高经济性成产成本高生产成本较低生产成本低第二节定为基准的选择一、基准分类基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。根据应用场合的不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准设计图样上所采用的基准称为设计基准。设计基准是根据零件（或产品）的工作条件和性能要求而确定的。在设计图样上，以设计基准为依据，标出一定的尺寸或相互位置要求。工艺基准工艺过程中采用的基准称为工艺基准。在机械加工过程中，按用途不同，工艺基准又可分为工序基准、定位基准和测量基准。（1）工序基准。在工序图样上用来确定本工序的加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。（2）定位基准。在加工中用作定位的基准称为定位基准。工件定位的实质，是要使工件在机床或夹具中具有某个确定的正确加工位置。（3）测量基准。测量时所采用的基准称为测量基准。二、定位基准的选择定位基准的作用主要是保证工件各表面之间的相互位置精度。按照工序性质和作用不同，定位基准可分为粗基准和精基准两类。以毛坯上未加工表面来定位的基准称为粗基准，而采用已加工表面作为定位基准的称为精基准。粗基准的选择粗基准的选择，一般情况下也就是第一道工序定位基准的选择，往往是为了加工出后续工序的基准。在选择粗基准时，重点考虑两方面：一是加工表面的余量分配；二是保证加工面与不加工面间的相互位置要求。因此，粗基准的选择原则如下：（1）若首先保证工件上加工面与不加工面间的相互位置要求，则应以不加工面未粗基准；若由几个不需要加工的表面，则应以其中与加工表面位置精度较高者为粗基准；若每个表面都需要加工，则以余量最小者为粗基准，以保证工件在后道工序中不会因余量不足而报废。（2）若首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，则应以该表面未粗基准。（3）尽量选用位置可靠，平整光洁的表面作粗基准，应避免选用由飞边、浇口、冒口或其他缺陷的表面做粗基准，以保证定位准确，夹紧可靠。（4）粗基准一般不重复使用。这是因为粗基准比较粗糙，重复使用会产生很大的基准位置误差，影响加工精度。但是若采用精化毛坯，而相应的加工要求不高，重复安装的定位误差在允许的范围内，则粗基准可灵活使用。精基准的选择选择精基准时，重点考虑如何减少定位误差，提高加工精度，以及使工件安装准确、可靠、方便。精基准的选择如下：（1）基准重合原则。尽量选用设计基准作为精基准，这样可以避免基准不重合而引起的基准不重合误差。（2）基准统一原则。应用统一的定位基准进行各道工序或大部分工序的加工。基准统一原则是成批、大量生产中常常采用的一条原则，但不排除个别工序中为了保证加工精度而采用基准重合。（3）自为基准原则。当某些精加工要求加工余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则。遵循则基准原则时，不能提高加工面的位置精度，只是提高加工面本身的精度。（4）互为基准原则。为了使加工面间由较高的位置精度，使其加工余量小而均匀，可采取反复加工，互为基准原则。（5）保证工件定位基准、夹紧可靠、操作方便原则。所选精基准应该是精度高、表面质量好、支撑面积大的表面。当用夹具装夹时，选择的精基准面还应使夹具结构简单，操作方便。辅助定位基准生产实际中，有时工件上找不到合适的表面作为定为基准，为便于工件安排和保证获得规定的加工精度，可以在制造毛坯时或工件上允许的部位增设和加工出定位基准，如工艺凸台、工艺孔、中心孔等，这种定位基准称为辅助定位基准，它在零件的工作中不起作用，只是为了加工的需要而设置的。除不影响零件正常工作而允许保留的外，增设的辅助定位基准在零件全部加工后，还须将其切除。第三节工艺路线的拟定工艺路线是工艺规程的主干，它的合理与否将直接影响整个零件机械加工质量、成产率和经济性。因此，工艺路线的拟定是制定规程的关键性一步，在具体工作中，应在充分分析研究基础上，提出几个方案，通过比较，选择最佳的工艺路线。在拟定工艺路线时，除正确地确定定位基准外，还需要解决下面几个问题：一、表面加工方法的选择零件各表面加工方法的选择，不但影响加工质量，而且影响生产率和制造成本。选择零件表面加工方法，常常根据经验或查表来确定，再根据实际情况或通过工艺试验进行修改。表面精度和表面粗糙度是指在正常生产条件下，某种加工方法在经济效果良好时所能达到的加工精度和表面粗糙度。如表1-5-4、表1-5-5所示，介绍了外圆柱面和平面的加―L—CEZ2方^^。表1-5-4外圆柱面加工方案序号加工方法表面粗糙度（公差等级表示）表面粗糙度Ra值/以m适用范围1粗车IT11〜1312.5〜50适用于淬火钢以外的各种金属2粗车一半精车IT8〜103.2〜6.33粗车一半精车一精车IT7〜80.8〜1.64粗车一半精车一精车（或抛光）—滚压IT7〜80.025〜0.25粗车一半精车一磨削IT7〜80.4〜0.8主要用于淬火钢，也可以用于未淬火钢6