机械制造技术基础.ppt

1、2020/8/2,武汉理工大学,1,机械制造技术基础音视频串讲武汉理工大学 沈奇显,1 课程的性质与任务 机械制造技术基础是一门与生产实践有着紧密联系的课程，其实践性和工艺性强，涉及到的知识面广，是机械工程及自动化专业学生必修的重要学科基础课之一。 本课程着重讲述机械制造、机械制造工艺及夹具设计方面的基础知识，介绍金属切削过程中切削变形的基本规律以及基本规律在生产中的应用和机械加工精度、机械加工表面质量等方面的内容。,2020/8/2,武汉理工大学,2,课程的性质与任务,学生学完此课程后，应初步了解和掌握金属切削刀具、金属切削机床、机床夹具等方面的专业知识，掌握机械加工工艺过程的拟定方法，初步

2、具备应用金属切削过程基本理论解决生产实际问题的能力, 为以后的专业课学习、毕业设计以及毕业后从事机械产品的设计、制造及生产管理等方面打下坚实的理论基础。,2020/8/2,武汉理工大学,3,2 课程的主要教学内容和基本要求,一、制造工艺装备 1、 金属切削刀具 重点讲述：车削运动；刀具角度的标注；刀具工作角度的计算；常用刀具材料的牌号、性能及用途；一般介绍各种切削刀具的种类和用途。 学生重点掌握刀具角度的标注、工作角度的计算以及各种常用金属切削刀具材料的牌号和选用。,2020/8/2,武汉理工大学,4,课程的主要教学内容和基本要求,2、 金属切削机床 重点讲述： CA6140型普通车床的切削功

3、能；车床的成形运动，车床的传动原理和传动原理图以及传动系统图； Y3150E型滚齿机加工直齿和斜齿的滚齿原理、直齿和斜齿的成形运动；机床的传动原理及传动系统图，滚切直齿和斜齿时的传动链； 简要介绍其他各种机床的性能与用途。,2020/8/2,武汉理工大学,5,课程的主要教学内容和基本要求,3、机床夹具（重点内容） 重点讲述： 工件在夹具中的定位（六点定位原理、完全定位、部分定位、过定位与欠定位、常见的定位方式及定位元件） 各种定位和夹紧方案的实例分析； 定位误差的分析计算(一般掌握）； 工件在夹具中的夹紧原理(夹紧力的方向、力的作用点、夹紧力的大小) 以及典型机床夹具的设计要点。,2020/8

4、/2,武汉理工大学,6,课程的主要教学内容和基本要求,二、切削过程及控制 1、金属切削变形过程 重点讲述： 三个变形区的变形特征 ； 变形系数、剪切角及切屑对前刀面的平均摩擦系数以及各种因素对切削变形影响 ； 积屑瘤的生成机理以及积屑瘤对切削加工的利弊。,2020/8/2,武汉理工大学,7,课程的主要教学内容和基本要求,2、切削力的计算 主要掌握切削分力 、 、 和切削功率 的计算方法。 3、 刀具磨损和耐用度 重点讲述： 刀具磨损的机理（机械磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损）； 刀具磨钝标准和刀具耐用度； 刀具耐用度T于V、f、之间的关系；刀具耐用度的选择。,2020/8/2,武汉理工大学

5、,8,课程的主要教学内容和基本要求,4、工件材料的切削加工性 重点讲述： 相对切削加工性 ； 常用金属材料的切削加工性分析以及改善材料切削加工性的措施。 5、切削用量的合理选择 重点讲述：刀具几何参数和切削用量三要素v、f、 的选择方法。,2020/8/2,武汉理工大学,9,课程的主要教学内容和基本要求,三、 机械加工质量分析与控制 1、机械加工精度和加工误差 重点讲述： 加工误差产生的原因： 由于刀具与工件切削运动所产生的几何轨迹误差（原理性误差、机床误差、刀具误差）； 由于工艺系统受力变形； 由于工艺系统热变形； 减少加工误差的主要措施；,2020/8/2,武汉理工大学,10,课程的主要教

6、学内容和基本要求,2、加工精度统计分析 重点讲述： 实验分布曲线（直方图）的绘制方法； 正态分布曲线的特点；正态分布曲线的应用（工序精度、随机误差的大小、工艺能力系数、废品率和合格率的计算、产生废品的原因分析） 简要介绍点图法。,2020/8/2,武汉理工大学,11,课程的主要教学内容和基本要求,3、机械加工表面质量 重点讲述： 影响表面粗糙度的因素 鳞刺产生的机理 加工表面产生残余应力的机理 综合性地简述提高加工表面质量的主要途径。,2020/8/2,武汉理工大学,12,课程的主要教学内容和基本要求,四、工艺规程设计 1、机械加工工艺路线的拟定 重点讲述： 粗基准、精基准和定位基准的选择、加

7、工阶段的划分、工序的集中与分散、安排加工顺序的准则 、工序图的画法 典型箱体零件、轴类零件的一般机械加工工艺过程； 工艺过程拟定举例。 难点：工艺过程拟定,2020/8/2,武汉理工大学,13,课程的主要教学内容和基本要求,2、工艺尺寸链的解算（重点、难点） 重点讲解： 工序尺寸、工艺尺寸链的组成（封闭环、组成环、增环、减环）； 工艺尺寸链的解算方法（工艺尺寸链图的画法，工艺尺寸链的解算） 计算例题。 难点：工艺尺寸链的解算,2020/8/2,武汉理工大学,14,课程的主要教学内容和基本要求,3、零件的结构工艺性 简要介绍改善零件的结构工艺性的原则及实例。 4、装配工艺 重点讲解： 装配的基本

8、慨念、装配尺寸链的建立； 装配方法的选择（介绍：完全互换装配法、选择装配法、调整装配法和修配装配法） 重点介绍完全互换装配法中的等公差法。,2020/8/2,武汉理工大学,15,3 学习方法,1、学习方式,课堂讲授讲授重点、难点 自学课程内容20自学，通过作业保证效果 实践环节作业、练习、生产实习、课程设计,2、课程特点与学习方法,综合性注意联系和综合应用以往所学知识 实践性注意理论联系生产实际，重视实践性环节 灵活性掌握基本原理，活学活用,2020/8/2,武汉理工大学,16,学习方法,3、教材 教材： 机械制造技术基础 （普通高等教育“十五”国家级规划教材、面向21世纪课程教材）（第三版）

9、 熊良山、严晓光、张福润 主编 华中科技大学出版社 2006年1月第三版 参考教材： 机械制造技术基础 张世昌 主编 天津大学出版社,2020/8/2,武汉理工大学,17,4 本课主要知识点介绍,第一章 诸 论（略） 第二章 制造工艺装备 21 金属切削刀具 本节考核知识点： 1、重要基本慨念 机床的切削运动 (主运动、进给运动和合成运动) 以车削为例： 车削运动 工件的转动 刀具的直线移动,2020/8/2,武汉理工大学,18,重要基本慨念,1,2020/8/2,武汉理工大学,19,重要基本慨念, 切削速度和合成切削速度的方向,2020/8/2,武汉理工大学,20,重要基本慨念,金属切除率,

10、2020/8/2,武汉理工大学,21,2、刀具角度的标注, 构成刀具切削刃的三面二刃一尖,2020/8/2,武汉理工大学,22,主剖面参考系, 主剖面参考系 由三个参考平面组成：基面 ，切削平面 和主剖面 。 基面 的定义：通过主切削刃上某选定点，与该点的切削速度方向垂直的平面。 切削平面 的定义：通过主切削刃上某选定点，与主削刃相切且与该点的基面垂直的平面。,2020/8/2,武汉理工大学,23,主剖面参考系,主剖面 的定义：通过主切削刃上某选定点，同时垂直与基面 和切削平面 的平面。,2020/8/2,武汉理工大学,24,刀具角度的标注方法,刀具角度的标注方法：,2020/8/2,武汉理工

11、大学,25,刀具角度标注举例：,2020/8/2,武汉理工大学,26,3、刀具工作角度的计算, 基本概念 上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用实际切削运动方向或合成切削运动方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。,2020/8/2,武汉理工大学,27,工作主剖面参考系,工作主剖面参考系由三个参考平面：工作基面 、工作切削面 和工作主剖面 组成。 基本定义： 工作基面 ：它是与主切削刃上选定点的实际切削速度方向或合成切削速度方向垂直的

12、参考平面； 工作切削平面 ：与主切削刃相切且与工作基面垂直的参考平面； 工作主剖面 ：过主切削刃上选定点，且与 和 同时垂直的参考平面。,2020/8/2,武汉理工大学,28,工作角度的计算, 当进给速度较大时，需计算工作角度 如：用切断刀切断工件时； 当刀具安装位置不正确时需计算工作角度， 如：刀具装高（或装低）时：,2020/8/2,武汉理工大学,29,工作角度的计算,根据计算简图可知：,2020/8/2,武汉理工大学,30,又如：用切槽刀在车床上镗削题图工件孔的内槽（刀尖装低h)。,2020/8/2,武汉理工大学,31,根据计算简图可知：,工作角度的计算,2020/8/2,武汉理工大学,

13、32,4、常用硬质合金牌号、性能及用途, 钨钴类（YG类） 常用牌号：YG3、YG3X、YG6、YG8; 常用于铸铁、不锈钢、高温合金和有色金属工件材料的切削加工。 钨钴钛类（YT类） 常用牌号：YT5、YT15、YT30。 常用于一般钢料的工件材料的切削加工 通用硬质合金（YW类） 常用牌号：YW1、YW2 适用于切削各种钢料、铸铁和高强度钢,2020/8/2,武汉理工大学,33,22金属切削机床,1、CA6140型普通车床 考核知识点：重点掌握车削加工范围，分析卧式车床的传动联系 ，能够读懂车床的传动系统图。 2、Y3150E型滚齿机 考核知识点：齿轮加工的基本原理和方法，滚齿加工的成形运

14、动分析， 滚齿机传动原理并读懂滚齿机的传动系统图。,2020/8/2,武汉理工大学,34,滚齿加工的成形运动分析,渐开线齿面的成形运动： 母线（渐开线）滚刀旋转B11+工件转动B12 导线：滚切直齿时为齿长直线:A2 滚切斜齿时为螺旋线： 刀架直线移动A2+工件附加转动B22,2020/8/2,武汉理工大学,35,滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图,2020/8/2,武汉理工大学,36,滚切斜齿时的四条传动链,从传动原理图可以看出，滚切斜齿齿轮时必须有四条传动链： 主运动传动链（使滚刀获得不同的转速） 末端件为： 电机滚刀； 展成运动传动链（形成不同的齿面渐开线） 末端件为： 滚刀工件； 轴向进给传

15、动链(滚刀直线进给,形成直齿的全齿长) 末端件为：工件刀架； 差动运动传动链（给工件一附加转动，以形成不同的斜齿轮螺旋齿长线） 末端件为： 刀架工件。,2020/8/2,武汉理工大学,37,23 机床夹具,1、六点定位原理 用六个支承点分别限制工件的六个自由度从而使工件在夹具中得到正确加工位置的方法称为六点定位原理 2、各种定位元件所能限制的自由度 3、 生产中的实际定位（重点、难点） 完全定位 部分定位 重要慨念： 仅仅限制影响工件加工精度的自由度，且又少于六点定位的定位方法称为部分定位。,2020/8/2,武汉理工大学,38,部分定位, 影响该加工表面加工精度的自由度也称必须限制的自由度。

16、 换句话说, 必须限制的自由度如果不限制的话，必将影响工件的加工精度而出现废品工件，这是绝对不允许的。 不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。 过定位和欠定位都是错误定位。,2020/8/2,武汉理工大学,39,本节考核知识点：,1）必须限制的自由度分析 举例：如右图所示，在球体的中心加工一个不透孔，试分析必须限制的自由度有哪些？允许不限制的自由度又有哪些？ 解：由于加工的孔必须位于球的中心，孔还有深度要求，故：必须限制的自由为： （其余的三个自由度允许不限制，它们并不影响孔的加工精度。）,2020/8/2,武汉理工大学,40,本节考核知识点：,2）定位原理分析举例 例一：如图所示为一长轴工

17、件在双顶尖和三爪卡盘上定位。 试分析此定位方案：写出各定位元件所限制的自由度；属于何种性质的定位？如有不合理之处，提出改进意见。,2020/8/2,武汉理工大学,41,定位原理分析举例,2020/8/2,武汉理工大学,42,定位原理分析举例,解：定位分析： 三爪卡盘限制工件四个自由度（三爪与工件的相对夹持长度较长）： 左顶尖限制工件三个自由度： 右顶尖限制工件二个自由度： 分析可知，这属于过定位。 改进方案：去掉三爪定位，采用双顶尖定位。（部分定位）,2020/8/2,武汉理工大学,43,定位原理分析举例,例二：分析下图所示加工零件，加工两个小孔时必须限制的自由度，选择定位基准和定位元件，并在

18、图中用示意图画出；确定夹紧力作用点的位置和作用方向，用规定的符号在图中标出。(关键点：定位基准应与设计基准重合）,2020/8/2,武汉理工大学,44,定位原理分析举例,要把握二点：一是定位方案必须合理（无重复定位和欠定位）；二是该定位方案必须能够保证加工精度（尺寸精度和位置精度），如不能同时满足以上二点，则该定位方案是错误的。 解:必须限制的自由度： 支承板定位，限制工件的三个自由度： （保证各孔的轴心线垂直于工件底面）； 两支承销定位，限制工件二个自由度： (保证工件二小孔的位置尺寸H）； 削边销定位，限制一个自由度： (保证工件二小孔与大孔中心的对称位置尺寸A)。 属于完全定位，且能保证

19、工件的加工精度要求，方案正确,2020/8/2,武汉理工大学,45,4、工件在夹具中的夹紧,1）夹紧的作用保持工件在夹具中由定位所获得的正确加工位置 2）定位和夹紧的重要慨念 定位的作用是确定工件在夹具中相对于刀具处于一个正确的加工位置； 夹紧的作用是保证工件在加工过程中始终保持由定位所确定的正确加工位置, 夹紧不能代替定位 。,2020/8/2,武汉理工大学,46,工件在夹具中的夹紧,3）合理确定夹紧力的三要素：力的大小、力的方向和力的作用点,2020/8/2,武汉理工大学,47,主要知识点介绍,第三章 切削过程及控制 31 金属切削变形过程 本节考核知识点： 1、三个变形区的划分及变形特征

20、 2、利用三个重要公式，分析切削变形的变化规律 三个重要公式：,2020/8/2,武汉理工大学,48,本节考核知识点：,3、积屑瘤的生成机理以及对切削加工的利弊 生成机理：在中低速切削塑性金属材料时,刀屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面,两接触表面的金属原子产生强大的吸引力,少量切屑金属粘结在前刀面上,产生了冷焊,并加工硬化,形成瘤核。瘤核逐渐长大成为积屑瘤，且周期性地成长与脱落。,2020/8/2,武汉理工大学,49,本节考核知识点：,积屑瘤粘结在前刀面上，减少了刀具的磨损； 积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，有利于减小切削力； 积屑瘤伸出刀刃之外，使切削厚度增加，降低了工件的加工精

21、度； 积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。,2020/8/2,武汉理工大学,50,32 切削力的计算,一般掌握切削力及切削功率的计算方法 33刀具磨损和刀具耐用度 本节考核知识点： 1、刀具磨损的原因和机理 机械磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损 2、刀具的磨钝标准和刀具耐用度的慨念 3、刀具耐用度与切削用量三要素的关系,2020/8/2,武汉理工大学,51,刀具耐用度与切削用量三要素的关系,用实验的方法，可推导出切削45 钢时, 刀具耐用度T与切削用量三要素的关系： 结论： 为提高切削效率，在机床电机功率允许的情况下，应优先采用较大的 ，其次采用较大的进给量f ，v对T的影响太大，应慎重确定

22、（一般可采用查表法或计算法求得）。,2020/8/2,武汉理工大学,52,4、刀具耐用度的选用原则：,刀具耐用度的选用原则： 一般情况下，应采用最低成本刀具耐用度Tc。 当需要完成紧急生产任务或生产中出现了不平衡加工环节时，应采用最高生产率刀具耐用度Tp 。,2020/8/2,武汉理工大学,53,34工件材料的切削加工性,本节考核知识点： 1、切削加工性的慨念 工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件的难易程度，是一个相对的概念 相对加工性：Kr / ( )j 2、常用金属材料的切削加工性分析及改善的途径 中碳钢、低碳钢、高碳钢、铸铁,2020/8/2,武汉理工大学,54,36刀具几何参数及

23、切削用量的合理选择,1、刀具几何参数的合理选择 前刀面型式 有平面型、曲面型和带倒棱型三种。 刃倾角的作用 刃倾角s主要影响刀头的强度和切屑流动的方向：,2020/8/2,武汉理工大学,55,切削用量的合理选择,2、切削用量的合理选择 切削用量选择原则： 从保证合理的刀具耐用度出发，应该首先选择一个尽量大的切削深度ap，其次选择一个大的进给量f。最后根据已确定的ap和f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选挥一个合理的切削速度V。,2020/8/2,武汉理工大学,56,37磨削过程及磨削机理,1、砂轮的特性 决定砂轮切削性能的五个特性： 1）磨料 磨料的选取主要取决于工件材料的硬度 2）砂轮的

24、硬度 砂轮的硬度由结合剂的强度和数量决定，与磨料的硬度无关！ 3）磨料的粒度 粒度的选取，取决于加工表面的粗糙度,2020/8/2,武汉理工大学,57,磨削过程及磨削机理,4）砂轮的结合剂 取决于磨削速度 5）砂轮的组织 取决于容屑空间的大小。 2、磨粒的切削过程和机理 磨削过程大致分为三个阶段： 1）滑擦阶段 2）刻划阶段 3.切削阶段,2020/8/2,武汉理工大学,58,主要知识点介绍,第四章 机械加工质量分析与控制 1、基本慨念 机械加工精度、加工误差、原始误差、常值系统误差、随机误差、误差的敏感方向 2、影响加工精度的因素分析 产生加工误差的三大原因 工件与刀具作切削运动时产生的几何

25、轨迹误差； 工艺系统受力变形产生的加工误差； 工艺系统热变形所产生的加工误差。,2020/8/2,武汉理工大学,59,影响加工精度的因素分析, 主轴径向跳动对车外圆的影响 车出的是真圆：,2020/8/2,武汉理工大学,60,影响加工精度的因素分析,分析主轴部件采用滑动轴承作为支承时，轴瓦孔和主轴轴颈的形状误差对主轴回转精度的影响：（如下图所示） 对于车床主轴：由于切削力的方向不变，主轴轴颈始终被压向轴瓦孔的某一侧，故主轴旋转时，主轴轴颈的圆度误差将直接传给被切削的工件。 而轴瓦孔的圆度误差基本不影响主轴轴线的回转精度。,2020/8/2,武汉理工大学,61,影响加工精度的因素分析,对于镗床主

26、轴：主轴上的切削力的方向是随镗刀的旋转而改变,在切削力F的作用下，主轴总是以其轴颈某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，部分轴颈表面在轴瓦孔的孔壁上滑动，故轴瓦孔的形状误差将直接传给工件； 而轴颈的形状误差将不影响加工精度。,2020/8/2,武汉理工大学,62,采用滑动轴承时主轴的径向跳动,2020/8/2,武汉理工大学,63,影响加工精度的因素分析,毛坯形状的复映误差 车细长轴时防止切削变形的措施 增大主偏角 使用跟刀架或中心架 采用反向进给的切削方法 使用弹性的尾座顶尖,2020/8/2,武汉理工大学,64,3、正态分布曲线法,正态分布曲线的实用分散范围： 6表示这批零件的随机误差的大

27、小 6 的大小代表了某一种加工方法在规定的条件下所能达到的工序加工精度，即工艺能力。,2020/8/2,武汉理工大学,65,正态分布曲线法,计算一批零件的合格率和废品率,2020/8/2,武汉理工大学,66,计算一批零件的合格率和废品率,过小废品率： 式中: 过大废品率： 式中： =,2020/8/2,武汉理工大学,67,分析一批零件出现废品的原因：, 分析出现废品的原因，提出减少废品率的措施 首先判断工艺能力是否足够： 工艺能力系数： 当 时，工艺能力足够。 如果工艺能力足够，根据不出废品的充分必要条件： 可知：出现废品的主要原因就是常值系统误差过大。,2020/8/2,武汉理工大学,68,分析一批零件出现废品的原因,减少废品率的措施： 如果工艺能力不足：采用精度更高的工艺装备（采用更高精度的机床、提高夹具的定位精度等）； 如果是常值系统误差过大： 提高刀具相对工件的对刀精度； 对于成形刀具加工（如铰孔）：更换精度高的刀具。,2020/8/2,武汉理工大学,69,4、机械加工表面质量,影响表面粗糙度的因素 刀具刀尖的几何形状、积屑瘤、鳞刺、切削振动 加工表面产生残余应力的机理 由于刀