机械制造基础课件第2章机械制造基础知识.ppt

1、机械制造技术基础,1,2009,第2章 机械制造过程的基础知识,材料成形法: 材料去除法（表2.1） 材料累加法,2.1机械制造过程的基本概念 2.1.1机械制造工艺方法,铸造 锻造 冲压 粉末冶金 注塑成形法,机械力去除法热能去除法 化学去除法 复合去除法,特种加工。,焊接 粘接 铆接 快速原型,传统方法,2009,2,2009,3,材料去除法（表2.1）,2.1.1机械零件制造工艺方法,机械力去除法 （机械加工方法）,电火花、电子束、离子束与激光束。 电解、电腐蚀、电铸化学腐蚀溶解,切削 磨削 研磨、抛光 高压水、磨料喷射 超声加工等。,机械与热能 机械与化学 机械与电（磁）,热能、 化学

2、去除法 （特种加工）,复合去除法,2009,4,完成一个合格零件的制造，可以是一种或是几种工艺方法来完成。,2009,5,2.1.1机械零件制造工艺方法,机械加工 特种加工 复合法加工,切削 磨削 研磨、抛光 高压水、磨料喷射 超声加工等。,材料成形法 材料去除法 材料累加法,切削-用金属切削刀具将工件上的多余金属层 去除掉的工艺方法 磨削-用砂轮将工件上的多余金属层去除掉的工艺方法,2009,6,2.1.2 生产纲领与生产类型,生产纲领 通常也称年产量，它是指企业在生产计划期内应当生产的产品数量。 N = Q n（1+% +% ） （2-1）式中 Q-产品年产量（件/年）； n-每台产品中该

3、零件数量（件/台）； -备品率；-废品率。,2009,7,2.1.2生产类型及其工艺特点,单件小批生产是指单个制造结构或尺寸不同、很少重复甚至不重复的产品的生产。如：重型机器制造厂、机修车间或试制车间等的生产。 成批生产是指成批制造相同的零件，或每隔一定时间又重复进行的生产。批量是根据零件的年产量及产品装配周期划定的，根据批量的大小可分为大批、中批和小批三种。如：机床制造厂多为成批生产企业。 大量生产是指产品数量很多，大多数工作地点经常重复进行某一种零件加工的生产。如：轴承厂、拖拉机厂或汽车厂等的生产。,生 产 类 型,2009,8,9,2.1.3机械加工工艺过程,机械制造工艺-是指制造机械产

4、品的技巧、方法和程序。,机械制造工艺过程- 机械制造过程中，凡是直接改变“零件”形状、尺寸、性能及与其它零件的相对位置，使其成为成品或半成品的工艺过程。 它通常包括零件的制造与机器的装配两部分。,2009,2.1.3机械加工工艺过程,机械制造过程,机械产品,采用机械加工方法以合格产品为目标，改变毛坯的形状、尺寸、各组成表面间的位置以及表面质量所经过的所有工作过程。,毛坯,机械加工工艺过程,2009,10,机械加工工艺过程,走刀,工步,安装,工位,2.1.3机械加工工艺过程（零件）及其组成,2009,11,2.1.3-工序,12,工序是指一个（或一组）工人在同一台机床（或同一工作地点）对一个（或

5、同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程。 工人、工作地点、工件与连续完成构成了工序的4要素。其中任一个要素发生了变更就构成了另一道工序。,2009,2009,车削工序1,车削工序2,13,14,2009,2.1.3-安装,安装 是指一道工序中，工件装夹一次所完成的那部分工艺过程。（安装不是一个动作，而是一部分工作内容） 当一道工序中只发生一次安装时，该工序的工作内容与安装的工作内容是相同的；当一道工序中发生n次安装时，该工序的工作内容是这n次安装工作内容的总合； 为减少安装误差，应尽量减少安装次数。,15,2009,2.1.3-工位,工位 是指在某一工序的一次安装中的每个位置所完成的那部分

6、工艺过程。 当一个安装中工件只在一个位置完成加工内容，该安装的工作内容与工位的工作内容是相同的；当一个安装中工件在n个位置完成加工内容，该安装的工作内容是这n个工位工作内容的总合； 为减少安装次数和安装误差，应尽量采用多工位加工。,16,2009,2.1.3-工步,工步1,工步2,工步 是指在一道工序（一次安装或一个工位）中加工表面及所用刀具与切削用量都不变情况下所连续完成的那部分工艺过程。,17,2009,2.1.3-复合工步,有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，这样的工步称复合工步（图2.5）。,18,2009,2.1.3-走刀,走刀 是指在一个工步中，由于加

7、工余量较大需要同一刀具对同一表面进行多次进给才能达到尺寸要求，每次进给即称一次走刀,19,2009,机械加工工艺过程,走刀2,工步1,工步2,走刀1,2.1.3-概念总结,20,2009,2.1.3-工序数,工序是机械加工工艺过程的基本单元,工序数-组成一个工艺过程的工序数是由被加工工件结构的复杂程度、加工精度要求及生产类型决定。,21,2009,2.1.3-工序数举例,2009,22,2009,表2.4 单件生产阶梯轴的工艺过程 表2.5 大批量生产阶梯轴的工艺过程,2.1.3-工序数举例,23,2.1.4基准,基准的分类：设计基准、工艺基准,基准的概念 工件上，用来确定某些点、线、面的空间

8、位置的那些个点、线、面。,24,2009,设计基准,2. 1.4基准,25,2009,设计基准,在零件工作图上，用来确定某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面或其组合。,2. 1.4基准-1 设计基准,26,2009,2.1.4基准-1 设计基准,27,2009,工序基准,装配基准,定位基准,测量基准,工艺基准,工件在机床或夹具上进行加工时用来确定本工序被加工表面位置的基准,装配时，用来确定零件在部件中的位置的基准（部件在机器中的位置）,测量工件已加工表面位置所依据的基准,在工序图上，用来标定本工序加工位置尺寸关系的基准,2.1.4基准-2 工艺基准,28,2009,工艺基准,29,200

9、9,2.1.5机械装配工艺过程,机械装配过程 : 以合格机械产品为目标，将组成机器的全部零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起的工作过程。 机械装配工作包括：组装、部装、总装、调试、检验、平衡、试车、涂装与包装等工作。 机械装配过程由一系列的工序、工步和操作组成。 装配工序是指在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作。 装配工步是装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变。 装配操作是指装配工步中各个装配动作。,30,2009,2.2 机械加工的最基本方法-切削加工方法,2.2.1工件表面的形状及其形成方法,31,切削加工成形方法 几

10、何表面的形成原理 任何一个表面都可以看是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的生成线，前者称为母线，后者称为导线。,2009,2.2.1工件表面的形状及其形成方法 。,32,2009,工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的。 形成工件表面的方法： （1）轨迹法 （2）成型法 （3）相切法 （4）范成法,2.2.1工件表面的形状及其形成方法 。,33,2009,2.2.1工件表面的形状及其形成方法,34,2009,2. 切削加工成形运动（切削运动） 工件表面的成形方法母线形成方法和导线形成方法的组合。 形成加工表面所需

11、的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。,2.2.2成形运动 与切削用量,图2.16 合成运动,35,2009,表面成形运动,非表面成形运动,主运动,进给运动（纵、横、斜向）,按运动的功能分类,切入运动,分度运动,辅助运动,控制运动,接近,退刀,返回,2.2.2成形运动 与切削用量,36,2009,主运动:使切削能够发生的运动，是唯一的，消耗功率最大的。 进给运动：使切削连续进行的运动 其他辅助运动：保证加工余量全部切除掉的运动，可是连续的和非连续的。,2.2.1。切削运动,37,2009,2.2.3成形运动与切削用量,图2.15 外圆车削的切削运动与工件表面,工件上的

12、三个表面 待加工表面：切削过程中，即将被切掉的表面 加工表面：刀具正在切削的表面 已加工表面：刀具切削后形成的表面。 *有粗、精等多序加工的表面，这道工序是已加工表面，下道工序就是待加工表面。,38,2009,2.2.2成形运动与切削用量,主运动 进给运动 待加工表面 已加工表面 加工表面,背吃刀量：待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。,39,2009,2.2.3 典型表面的加工方法 -外圆,2009,40,2009,2.2.3 典型表面的加工方法 -内圆,41,2009,2.2.3典型表面的加工方法 -平面,42,2.2.3 典型表面的加工方法 -螺纹,43,2009,成形表面加工,回转成

13、形面,直线成形面,立体成形面,2.2.3 典型表面的加工方法 -成型表面加工,44,2009,硬件 软件,机械加工工艺系统,工件 机床 刀具 夹具,工艺方法 工艺过程 数控程序,2.3 机床的基本概念,45,2009,金属切削机床作用: 利用切削刀具与金属工件的相对运动从工件上切除多余的金属或预留层，以获得符合规定的尺寸、形状、精度及表面质量要求的零件。,2.3.1机床的分类与型号表示法1分类,2009,46,Harbin Institute of Technology,通用机床 专用机床 专门化机床 自动生产线,按通用性分,按精度分,普通精度机床 精密机床 高精度机床 超精密机床,按自动化程

14、度分,手动机床 自动机床 半自动机床,2.3.1机床的分类与型号表示法1分类,按加工方式分,车床、铣床、钻床、镗床、磨床、刨（插）床、拉床、齿轮加工机床、 螺纹加工机床、珩磨机床、锯床、键槽加工机床,2009,47,2.3.1机床的分类与型号表示法2机床型号表示方法,48,2009,2.3.1机床的分类与型号表示法2机床型号表示方法,2009,49,2.3.1机床的分类与型号表示法2机床型号举例,2009,50,2.3.1机床的分类与型号表示法2机床型号举例,2009,51,2.3.1机床的分类与型号表示法2机床型号举例,2009,52,2.3.1机床的分类与型号表示法2机床型号举例,2009

15、,53,2.3.2机床的基本组成,2009,54,图2.21 立式钻床 图2.22 摇臂钻床,2.3.2机床的基本组成,2009,55,图2.24 卧式镗床 图2.25 牛头刨床,2.3.2机床的基本组成,2009,56,图2.30 立式加工中心 1-床身；2-滑座；3-工作台；4-立柱；5-数控柜；6-机械手； 7-刀库；8-主轴箱；9-驱动电柜；10-操纵面板,图2.29 M2120内圆磨床 1-床身；2-头架；3-砂轮修整器；4-砂轮；5-磨具架； 6-工作台；7-操纵磨具架手轮； 8-操纵工作台手轮,2.3.2机床的基本组成,2009,57,2009,图2.23 立式车床 1-立刀架溜

16、板；2-立刀架；3-横梁；4-花盘；5-横刀架；6-立柱,2.3.2机床的基本组成,58,图2.26 龙门刨床,图2.27 M7120A平面磨床 1-床身；2-垂直进给手轮；3-工作台；4-行程挡块； 8-拖板；9-磨头；10-驱动工作台手轮 5-立柱；6-砂轮修整器；7-横向进给手轮；,2.3.2机床的基本组成,2009,59,图2.28 M1432A万能外圆磨床 1-床身；2-工作台；3-头架；4-砂轮； 5-内圆磨头；6-砂轮架；7-尾架,2.3.2机床的基本组成,2009,60,2.3.2机床的基本组成,动力源 传动系统 支撑件 工作部件 包括控制系统 冷却系统润滑系统其他装置,机床基

17、本部分组成：,61,2009,2.3.2机床的基本组成,动力源 为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分 传动系统 支撑件支撑件 用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力, ,交流电动机 直流电动机 液压马达 主传动系统 变速箱、主轴箱 进给传动系统 进给箱 其他运动的传动系统 床身 底座 立柱,62,2009,2.3.2机床的基本组成,工作部件, 与主运动和进给运动的有关执行部件，例如主轴及主轴箱，工作台及其溜板或滑座，刀架及其溜板，以及滑枕等安装工件或刀具的部件； 与工件和刀具有关的部件或装置，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等； 与上述部件或装置有关的分度、转位、

18、定位机构和操纵机构等。不同种类的机床，由于其用途、表面形成运动和结构布局的不同，这些工作部件的构成和结构差异很大。,63,2009,2.3.2机床的基本组成,控制系统用于控制各工作部件的正常工作,电气控制系统 液压控制系统 气动控制系统 数控系统。,64,2009,2.3.3机床的技术性能指标,65,2009,66,机床是实现对工件进行机械加工的必要设备，为机械加工提供切削加工运动和动力。 夹具是装夹工件的重要工艺装备，用它实施对工件的定位和夹紧，使工件在加工时相对于机床或刀具保持一个正确的位置。 刀具是直接对工件进行加工的工具，将直接由它切除工件毛坯上预留的材料层。,2009,2.4. 刀具

19、的基本概念,67,2009,2.4.1刀具切削部分组成,68,前刀面A 刚形成的切屑 沿其流出的刀面；,主后刀面A - 与工件加工表 面相对的刀面；,副后刀面A- 与工件已加工 表面相对的刀面；屑,主切削刃S 前刀面与主后刀面 的交线，它承担主要 的切削工作；,副切削刃S- 前刀面与副后 刀面的交线；,刀尖 主、副切削刃 的实际交点,2009,2.4.2 刀具几何角度,刀具标注角度坐标系的假定条件 1、假定运动条件：用刀具主运动向量近似代替合成运动向量，然后再用平行或垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。 2、假定安装条件：假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。,69,

20、2009,2.4.2刀具几何角度,2009,基面pr：通过切削刃某一点，垂直于主运 动方向的平面。 2) 切削平面ps：通过切削刃某一点，包含主运 动方向并与工件加工表面相切的平面。切削平面ps与基面pr垂直。 3)正交平面P0：通过切削刃某一点，垂直于切削刃在基面上的投影的平面。垂直于切削平面ps与基面pr的平面。 4)法剖面Pn：通过切削刃某一点，垂直于切削刃的平面。 5)进给剖面Pf：通过切削刃某一点，平行于进给运动方向并垂直于基面pr的平面。 6) 背平面Pp：通过切削刃某一点，同时垂直于进给剖面Pf与基面pr的平面。,70,图2.35 正交平面参考系,图2.36 法平面参考系,图2.

21、37 假定工作平面与背平面参考系,71,2009,2.4.2刀具几何角度,72,在正交平面Po中测量的角度：1）前角o - 前刀面与基面之间的夹角。通过选定点的基面若位于楔形刀体的实体之外，前角为正值；反之为负值。2）后角o - 后刀面与切削平面之间的夹角。若通过选定点的切削平面位于楔形刀体的实体之外，后角为正值；反之为负值。3）楔角o - 前刀面与主后刀面之间的夹角。 显然有：o + o +o = 90。,2009,2.4.2刀具几何角度,在基面Pr中测量的角度：4）主偏角kr - 主切削刃在基面上的投影与假定进给方向之间的夹角。5）副偏角kr - 副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向之间

22、的夹角。 6）刀尖角r - 主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角。 显然有： kr+kr +r = 180。,73,2009,2.4.2刀具几何角度,在切削平面Ps中测量的角度：7）刃倾角s - 主切削刃与基面之间的夹角。当刀尖是主切削刃上最低点时，刃倾角定为负值；当刀尖是主切削刃上最高点时，则刃倾角为正值， 当s = 0时，主切削刃与切削速度垂直，称之为直角切削或正切削。而s 0的切削称为斜角切削或斜切削。s的正或负会改变切屑流出的方向。,74,2009,2.4.2刀具几何角度,75,2009,2.4.2刀具几何角度,在副正交平面 中测量的角度 8）副后角o - 副后刀面与切削平面之间的

23、夹角； 9）副前角o - 前刀面与基面之间的夹角。,76,2009,2.4.2刀具几何角度,77,2009,外圆车刀法平面参考系的标注角度,2.4.2 刀具坐标系与刀具角度,78,2009,图2-59 横车的坐标平面,横车的坐标平面,2.4.2 刀具坐标系与刀具角度,79,2009,2.4.2 刀具坐标系与刀具角度,(1) 考虑进给运动的影响（横车）,80,2009,2.4.3切削层参数,81,2009,1.切削层厚度hD 它是垂直于切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。 ,82,2009,2切削层宽度bD 它是沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。,83,2009,3.切削层公称横截面积AD,

24、84,2009,曲线刃切削层参数,85,2009,钻削的切削层参数,b) 端铣,86,2009,铣削的切削层参数,hD,87,2009,2.4.4切削方式,88,直角切削与斜角切削 自由切削与非自由切削,2009,2.4.5 刀具材料,工 欲 善 其 事 必 先 利 其 器,决定切削刀具切削性能因素包括： 刀具材料 刀具结构（整体、焊接、装配等） 刀具切削部分的几何参数（几何角度）,性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。 刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。,89,2009,2009,刀具材料应具备的性能,(1) 高硬度和高耐磨性 (2) 足够的强度与冲

25、击韧性 (3) 高耐热性 (4) 良好的工艺性和经济性,刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。,强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。,高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映

26、了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。,为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。,90,刀具材料的种类,91,2009,高速钢,高速钢是一种加人了较多的钨W、铬Gr、钒V、鉬Mo等合金元素的高合金工具钢， 有良好的综合性能。 其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。 由于其制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在结构复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。,92,2009,W18Cr4V 广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。,W12Cr4V4Mo 在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的使用寿命为普通高速钢的1.5-3倍（60-180m/min）,粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%使用寿命可提高