机械制造技术基础复习

机械制造技术基础复习第1页/共89页切削加工成形运动和切削用量切削用量（1）切削速度它是切削刃上选定点相对于工件的主运动线速度。当主运动为旋转运动时，其切削速度为（单位为m/min）式中d——完成主运动的工件或刀具的最大直径（单位为mm）；

n——主运动的转速（单位为r/min）（2）进给量f当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上的位移量f。进给量的大小也反映了进给速度（单位为mm/min）的大小，关系为第2页/共89页切削加工成形运动和切削用量背吃刀量车削时（单位为mm）是工件上待加工表面与已加工表面间的垂直距离：式中——工件待加工表面的直径，单位为mm；

——工件已加工表面的直径，单位为mm。合成切削速度在主运动与进给运动同时进行的情况下，切削刃上任一点的实际切削速度是它们的合成速度第3页/共89页

图2-11CA6140型普通卧式车床外形1-主轴箱；2-刀架；3-尾座；4-床身；5-右床腿；6-光杠；7-丝杠；8-溜板箱；9-左床腿；10-进给箱；11挂轮变速机构第4页/共89页典型机床的加工范围卧式车床的加工范围很广，它能完成多种加工，主要包括：各种轴类、套类和盘类等零件上的回转表面，如车外圆、镗孔、车锥面、车环槽、切断、车成形面等；车端面；车螺纹；还能进行钻中心孔、钻孔、铰孔、攻丝、滚花等，如图1.8所示。图1.8卧式车床加工的刀具和典型表面第5页/共89页刀具图1.19车刀的组成第6页/共89页刀具几何角度刀具切削部分的组成金属切削刀具的种类很多，但它们参加切削的部分具有相同的几何特征，为方便起见，以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。如图1.19所示，车刀由切削部分和刀柄（用于装夹）两部分构成。切削部分由三个面、两条切削刃和一个刀尖组成。(1)前刀面（Aγ）切削过程中切屑流出所经过的刀具表面。(2)后刀面（Aα）切削过程中与工件过渡表面相对的刀具表面。(3)副后面（A'γ）切削过程中与工件已加工表面相对的刀具表面。(4)主切削刃（s）前刀面与后刀面的交线。它担负主要的切削工作。(5)副切削刃（s'）前刀面与副后面的交线。它配合主切削刃完成切削工作。(6)刀尖主切削刃与副切削刃连接处的一小段切削刃。为了改善刀尖的切削性能，常将刀尖磨成直线或圆弧形过渡刃。第7页/共89页刀具几何角度刀具的标注角度①前角γo是指前刀面与基面之间的夹角。前面与基面平行时前角为零；刀尖位于前刀面最高点时，前角为正；刀尖位于前刀面最低点时，前角为负。前角对刀具切削性能影响很大。②后角αo是指后刀面与切削平面之间的夹角。刀尖位于后刀面最前点时，后角为正；刀尖位于后刀面最后点时，后角为负。后角的主要作用是减小后刀面与过渡表面间的摩擦。③楔角βo前刀面与后刀面的夹角。是由前角后角得到的派生角。第8页/共89页刀具材料1.刀具材料应具备的性能(1)硬度和耐磨性刀具材料的硬度应比工件材料的硬度高，一般常温硬度要求60HRC以上。刀具材料应具有较高的耐磨性。材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料含有耐磨的合金碳化物越多、晶粒越细、分布越均匀，则耐磨性越好。(2)强度和韧性刀具材料必须有足够的强度和韧性，以便在承受振动和冲击时不产生崩刃和折断。(3)耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。(4)工艺性为便于制造，刀具材料应具备较好的可加工性（焊接、锻、轧、热处理、切削和磨削第9页/共89页夹具图1.41套筒零件及钻夹具1—快换钻套2—导向套3—钻模板4—开口垫圈5—螺母6—定位销7—夹具体第10页/共89页机床夹具的组成虽然机床夹具的种类繁多，但它们的组成均可概括为下面五个部分。⑴定位元件定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置。在图1.41b中，夹具上的圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据了正确的位置。⑵夹紧装置夹紧装置的作用是将工件夹紧夹牢，保证工件在加工过程中正确位置不变。夹紧装置包括夹紧元件或其组合以及动力源。图1.41b中的螺杆8（与圆柱销合成的一个零件）、螺母7和开口垫圈6组成了夹紧装置。⑶对刀及导向装置对刀及导向装置的作用是迅速确定刀具与工件间的相对位置，防止加工过程中刀具的偏斜。图1.41b中的钻套1与钻模板2就是为了引导钻头而设置的导向装置。⑷夹具体夹具体是机床夹具的基础件，如图1.41b中的件3，通过它将夹具的所有部分连接成一个整体。⑸其他装置或元件机床夹具除有上述五部分外，还有一些根据需要设置的其他装置或元件，如分度装置，夹具与机床之间的联接元件等。第11页/共89页六点定位第12页/共89页第13页/共89页第14页/共89页第15页/共89页积屑瘤的形成及对加工影响概念：在一定的切削速度和保持连续切削的情况下，加工塑性材料时，在刀具前刀面常常粘结一块剖面呈三角状的硬块，这块金属被称为积屑瘤。第16页/共89页积屑瘤对金属切削过程产生的影响：（1）实际刀具前角增大（2）实际切削厚度增大（3）加工后表面粗糙度增大（4）切削刀具的耐用度降低

第17页/共89页回答1、根据本节积屑瘤对加工的影响分析可知，积屑瘤能增大刀具实际前角，使切削更容易，所以这位师傅在粗加工时采用了利用积屑瘤的加工方法，2、积屑瘤很不稳定，它会周期性地脱落，这就造成了刀具实际切削厚度在变化，影响零件的加工尺寸精度。3、积屑瘤的剥落和形状的不规则又使零件加工表面变得非常粗糙，影响零件表面光洁度。所以在精加工阶段，这位师傅又努力避免积屑瘤的发生。第18页/共89页刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损刀具耐用度第19页/共89页刀具磨损图2.27磨损曲线第20页/共89页刀具耐用度1.刀具的耐用度与刀具寿命刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间称为刀具耐用度，以T表示。耐用度指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。刀具耐用度还可以用达到磨钝标准时所走过的切削路程Lm来定义。Lm等于切削速度vc和耐用度T的乘积，即Lm＝vc·T刀具耐用度是一个重要参数。在相同切削条件下切削某种工件材料时，可以用耐用度来比较不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各种工件材料，可以用耐用度来比较材料的切削加工性；还可以用耐用度来判断刀具几何参数是否合理。刀具寿命是指一把新刀具从使用到报废为止的切削时间。它是刀具耐用度与刀具刃磨次数的乘积。第21页/共89页切削用量的选择切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。切削用量选择原则：能达到零件的质量要求（主要指表面粗糙度和加工精度）并在工艺系统强度和刚性允许下及充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下选取一组最大的切削用量。第22页/共89页切削用量的选择（1）确定切削用量时考虑的因素1）生产率2）机床功率3）刀具寿命（刀具的耐用度T）4）加工表面粗糙度（2）制订切削用量的原则粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，则以保证加工质量为前提，并兼顾切削效率、经济性和加工成本。第23页/共89页工艺过程的组成机械加工工艺过程是指用机械加工方法逐步改变毛坯的形态，使其成为合格零件的全部过程。机械加工工艺过程由按一定顺序排列的若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、工位、工步和走刀。第24页/共89页工艺过程的组成1．工序工序是机械加工工艺过程的基本单元，是指在一个工作地点，由一个或一组工人对一个或同时对数个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工作地点、操作工人、加工对象和连续作业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生变更，即成为另一工序。工序是组成工艺过程的基本单元，也是编制生产计划和进行经济核算的最基本的单元。如图3.1所示的阶梯轴，因不同的生产批量，就有不同的工艺过程：（1）单件生产时的加工过程为：①车端面，钻中心孔，车外圆，切退刀槽和倒角；②铣键槽；③磨外圆；④去毛刺。（2）大量生产时的加工过程为：①铣端面，钻中心孔；②车一端外圆，切退刀槽和倒角；车另一端外圆，切槽和倒角；③铣键槽；④磨外圆；⑤去毛刺。第25页/共89页第26页/共89页第27页/共89页工艺过程的组成2．安装在一道工序中，工件可能被装夹一次或多次，才能完成加工。工件每经一次装夹后所完成的那部分工序内容称为安装。如阶梯轴大批量生产时②④两道工序，均需经过两次安装才能完成。3．工位为减少工件装夹的次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工。在每一次装夹中，工件在机床上所占据的每一个位置，称为一个工位。如图3.2为在有分度装置的钻模上加工零件上的四个孔，工件在机床上先后占据四个不同的位置，即装卸、钻孔、扩孔和铰孔，称为四个工位。第28页/共89页工艺过程的组成4.工步工步是指在工件被加工表面、加工工具和切削用量都不变的情况下，所连续完成的那部分工序，其中任一因素改变后，即构成新的工步。工步是工序的主要组成部分。一个工序可以有几个工步。5．走刀切削工具在被加工表面上移动一次，切下一层金属的过程称为走刀。如零件被加工表面的加工余量较大，则在一个工步中要分几次走刀。第29页/共89页机械制造生产类型及其工艺特点由前可知，机械产品的制造过程是一个复杂过程，需要经过一系列的加工过程和装配过程才能完成。尽管各种机械产品的结构、精度要求等相差很大，但它们的制造工艺则存在着许多共同的特征，这些共同的特征取决于产品的生产类型和生产纲领。1.生产纲领:生产纲领是企业根据市场需求和自身的生产能力决定的在计划期内应当生产产品的产量和进度计划。计划期常定为一年，所以生产纲领也常称为年产量。2.生产类型：根据零件的生产批量和结构特点可以将其分为单件生产，成批生产和大批大量生产。第30页/共89页零件的工艺分析第31页/共89页定位基准的选择在选择定位基准时，通常按如下顺序进行选择：（1）首先选择精基准选择零件上的哪一组（个）表面作为精基准，方能保证零件的精度要求？是否需要第二组（个）表面作为精基准，以及如何进行转换？（2）然后选择粗基准粗基准是为加工精基准服务的，为了加工出上述精基准，应选择哪一组（个）毛坯表面作为粗基准？粗精基准的用途不同，在选择时所考虑的侧重点也不同。下面对它们的选择原则分别加以说明。第32页/共89页定位基准的选择1．精基准的选择在零件的机械加工过程中，除起始工序采用粗基准外，其余工序的主要定位面都应采用精基准。选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。具体选择原则为：（1）基准重合原则应尽量选择加工表面的工序基准作为定位基准，称为基准重合原则。第33页/共89页第34页/共89页第35页/共89页定位基准的选择（2）基准统一原则在零件的加工过程中，应采用同一组精基准定位，尽可能多地加工出零件上的加工表面。这一原则称为基准统一原则。（3）自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准，这一原则称为自为基准原则。自为基准原则多应用在某些要求加工余量小而均匀的精加工中。车床导轨面磨削时，在导轨磨床上，用百分表找正导轨面相对机床运动方向的正确位置，然后磨去小而均匀的一层，以满足对导轨面的质量要求。（4）互为基准原则对于零件上两个有位置精度要求的表面，可以彼此互为定位基准，反复进行加工。如加工精密齿轮时，齿面淬火后需进行磨削。除上述四个原则外，选择精基准时，还应考虑所选精基准能使工件定位准确、稳定、夹紧方便可靠、夹具的结构简单、操作方便。第36页/共89页第37页/共89页第38页/共89页定位基准的选择2．粗基准的选择粗基准选择得是否合理，直接影响到各个加工表面加工余量的分配，以及加工表面和非加工表面的相互位置关系。粗基准一般按下列原则进行选择：（1）有些零件上的个别表面不需要进行机械加工，为了保证加工表面和非加工表面的位置关系，应该选择非加工表面作为粗基准。例如，图3.8所示的零件，内孔和端面需要加工，外圆表面不需加工，铸造时内孔2相对外圆1有偏心。为了保证加工后零件的壁厚均匀，应该选择外圆表面作为粗基准。第39页/共89页定位基准的选择图3.8以不加工表面作为粗基准1—外圆2—内孔第40页/共89页定位基准的选择

(2）当零件上具有较多需要加工的表面时，粗基准的选择，应有利于合理地分配各加工表面的加工余量。在余量分配时，应考虑以下两点：1）应保证各加工表面都有足够的加工余量。例如，对图3.9所示的阶梯轴，由于锻造的误差，使两段轴颈产生了3mm的偏心，在这种情况下，应选择Φ55mm的外圆表面作粗基准，因其在两段轴颈中加工余量最小。2）为保证重要表面的加工余量小而均匀，并使总的金属切除量最小，应以重要表面作为粗基准。例如图3.10所示的机床床身，要求导轨面应有较好的耐磨性，以保持其导向精度。第41页/共89页定位基准的选择图3.9阶梯轴粗基准选择第42页/共89页第43页/共89页定位基准的选择图3.10机床床身粗基准第44页/共89页定位基准的选择（3）应尽量选择没有飞边、浇口、冒口或其它缺陷的平整表面作为粗基准，使工件定位可靠。（4）粗基准在零件的加工过程中一般只能使用一次，由于粗基准的误差很大，重复使用必然产生很大的加工误差。以上各项原则，每项只突出了一个方面的要求，具体应用时，可能会相互矛盾，这时，应根据零件的技术要求，保证主要方面，兼顾次要方面，使粗基准的选择合理。第45页/共89页工艺路线的拟订2．加工阶段的划分为保证加工质量和合理地使用资源，对零件上精度要求较高的表面，应划分加工阶段来加工，即先安排所有表面的粗加工，再安排半精加工和精加工，必要时安排光整加工。（1）粗加工阶段主要任务是尽快切去各表面上的大部分加工余量，要求生产率高，可用大功率、刚度好的机床和较大的切削用量进行加工。（2）半精加工阶段在粗加工的基础上，可完成一些次要表面的终加工，同时为主要表面的精加工准备好基准。（3）精加工阶段保证达到零件的图纸要求，此阶段的主要目标是保证加工质量。（4）光整加工阶段对于质量要求很高（IT6级以上，表面粗糙度Ra0.2μm以下）的表面，还应增加光整加工阶段，以进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙独。第46页/共89页工艺路线的拟订3．加工顺序的安排零件的加工顺序包括机械加工工序顺序、热处理先后顺序及辅助工序。在拟定工艺路线时，工艺人员要全面地把三者一起加以考虑。（1）机械加工工序顺序的安排原则零件上需要加工的表面很多，往往不是一次加工就能达到要求。表面的加工顺序对基准的选择及加工精度有很大的影响，在安排加工顺序时一般应遵循以下原则：1）基准先行除第一道工序外，选作基准的表面，必须在前面已加工，即从第二道工序开始就必须用精基准作主要定位面。所以，前工序必须为后工序准备好基准。2）先粗后精是指先安排各表面的粗加工，后安排半精加工、精加工和光整加工。从而逐步提高被加工表面的精度和表面质量。第47页/共89页工艺路线的拟订3）先主后次是指先安排主要表面的加工，再安排次要表面的加工。次要表面的加工可适当穿插在主要表面的加工工序之间进行。当次要表面与主要表面之间有位置精度要求时，必须将其加工安排在主要表面的加工之后。4）先面后孔当零件上有平面和孔要加工时，应先加工面，再加工孔。这样，不仅孔的精度容易保证，还不会使刀具引偏。对于箱体类零件尤为重要。第48页/共89页工艺尺寸链基本概念尺寸链计算的基本公式工艺尺寸链的应用第49页/共89页图3.20零件加工与测量中的尺寸关系第50页/共89页基本概念2．尺寸链的组成组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。根据各环的性质，可分为封闭环和组成环。凡在零件加工过程中间接获得的尺寸称为封闭环，封闭环加一下标Σ，如图3.20中的AΣ。封闭环不具有独立性，随着加工过程或其它尺寸的变化而变化。尺寸链中除封闭环以外的，对封闭环有影响的各环，称为组成环，如图3.20中的尺寸A1和A2。组成环一般是加工中直接得到的。3．封闭环的确定在工艺尺寸链的建立中，首先要正确确定封闭环。封闭环是在加工过程中间接得到的，当工艺方案发生变化时，封闭环会随之变化。第51页/共89页工艺尺寸链的应用解：1）确定封闭环、画出尺寸链图。根据加工过程可知，为间接获得是封闭环，画出尺寸链图如图3.22b）所示。2）确定各环的性质由于AΣ是间接得到的，是封闭环；而X和A1是直接测量得到的，是组成环。3）计算车内孔端面C的尺寸X及其公差。第52页/共89页第53页/共89页1）影响加工精度的原始误差因素工艺系统原始误差工艺系统的几何误差与工艺过程有关的误差加工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工艺系统静误差刀具磨损工艺系统受热变形工艺系统受力变形工件内应力引起的变形测量误差工艺系统动误差影响机械加工精度的因素第54页/共89页误差的敏感方向切削加工过程中，各种原始误差的大小和方向是不同的，加工误差是在工序尺寸方向度量。因此，不同的原始误差对加工精度有不同的影响。当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精度的影响就最大。如图4.3所示车外圆。图4.3误差的敏感方向第55页/共89页机床误差１．机床导轨导向误差1）导轨的导向精度导轨导向精度是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度，这两者之间的偏差值则称为导向误差。导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括下列主要内容：①导轨在水平面内的直线度△y(弯曲)(图4.4)；②导轨在垂直面内的直线度△z(弯曲)(图4.4)；③前后导轨的平行度δ(扭曲)(图4.5)；④导轨对主轴回转轴线的平行度(或垂直度)。第56页/共89页2）机床导轨误差导轨的误差对不同的加工方法和加工对象，将会产生不同的加工误差，分析导轨误差对加工精度的影响时，主要应考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向上的相对位移。图5.6导轨水平面内的直线度误差对加工精度的影响图5.7导轨垂直面内的直线度误差对加工精度的影响ΔR=Δy

ΔR≈Δz2/2R

机床误差第57页/共89页加工误差的性质根据加工一批工件时误差出现的规律，加工误差可分为：1．系统误差在顺序加工一批工件中，其加工误差的大小和方向都保持不变，或者按一定规律变化，统称为系统误差。前者称常值系统误差，后者称变值系统误差。加工原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，工艺系统的受力变形等引起的加工误差均与加工时间无关，其大小和方向在一次调整中也基本不变，因此都属于常值系统误差。机床、夹具、量具等磨损引起的加工误差，在—次调整的力旺中也均无明显的差异，故也属于常值系统误差。机床、刀具和夹具等在热平衡前的热变形误差，刀具的磨损等、都是随加工时间而有规律地变化的，因此属于变值系统误差。第58页/共89页加工误差的性质2．随机误差在顺序加工的一批工件中，其加工误差的大小和方向的变化是属于随机性的，称为随机误差。如毛坯误差(余量大小不一、硬度不均匀等)的复映，定位误差(基准面精度不一、间隙影响)，夹紧误差，多次调整的误差，残余应力引起的变形误差等都属于随机误差。应该指出，在不同的场合下，误差的表现性质也有不同。例如，机床在一次调整中加工一批工件时，机床的调整误差是常值系统性误差。但是，当一批工件的加工中需要多次调整机床时，每次调整的误差就是随机误差。第59页/共89页工件的定位一、常用的定位方法和定位元件

1、工件以平面定位

2、工件以圆柱孔定位

3、工件以外圆表面定位

4、工件的组合定位方式第60页/共89页定位方法与定位元件在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点是由对工件起定位作用的定位元件如支承钉、支承板、圆柱销等来体现的。一个定位元件可以体现一个或多个支承点。某一定位元件相当支承点的数目，由该定位元件限制的工件自由度数来判断。第61页/共89页第62页/共89页第63页/共89页提高定位稳定性提高工件刚度辅助支承的应用辅助支承不起定位作用第64页/共89页3、工件以外圆表面定位定位形式定位元件限制的自由度支承定位V形块长4短2定心圆柱套长4短2定位圆锥套三点定位外圆定心夹紧机构长4短2第65页/共89页V形块的常用形式活动V形块按接触线长短分析圆柱体在V形块上的定位第66页/共89页定位误差：指工件在夹具中定位，由于定位不准确而造成的加工面相对于工序基准沿加工要求方向上的最大位置变动量。包括基准不重合误差和基准位移误差。（用△D表示）本质：工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量基准位移误差：由于定位元件、定位基准本身制造误差而引起定位基准本身相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量。（用△Y表示）基准不重合误差：工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量。（用△B表示）第67页/共89页1、工件以平面定位方案一方案二定位基准与工序基准不重合，工序尺寸A1△D=△Y+△B

=T2+0定位基准与工序基准重合，工序尺寸A3△D=△Y+△B

=0+0第68页/共89页工件的夹紧一、对夹紧装置的基本要求二、夹紧力的确定

1、夹紧力方向选择的原则

2、夹紧力作力点选择的原则

3、夹紧力大小的估算三、基本夹紧机构

1、斜楔夹紧机构2、螺旋夹紧机构

3、偏心夹紧机构4、联动夹紧机构

5、其它夹紧机构第69页/共89页一、工件在夹具中的夹紧1.夹紧装置的组成及基本要求组成（1）力源装置（2）中间传力机构（3）夹紧元件作用1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；

稳2）夹紧力大小要适当；牢3）夹紧动作要迅速、可靠；快4）结构紧凑，易于制造与维修。5）标准化基本要求第70页/共89页夹紧力的确定1、夹紧力方向的选择•夹紧力的方向不能破坏工件定位的准确性——夹紧力方向应朝向主要定位基准，并保证工件与定位元件接触的可靠性。第71页/共89页•

夹紧力的方向应使夹紧时工件的变形最小——夹紧薄壁工件尤其应当注意•

夹紧力方向的选择应使夹紧力最小——利用重力、切削力，最好是方向相同。第72页/共89页2、夹紧力作力点选择的原则•夹紧力作用点应落在支承元件或支承平面范围内第73页/共89页QQ/2Q/2•夹紧力作用点应处于工件刚度好的部位(A)(B)第74页/共89页•

夹紧力作用点应尽量靠近被加工表面——提高工件加工