机械制造基础课件.ppt

1、切削加工工艺基础理论知识,知识目标 1.了解切削加工的定义、分类和特点，熟悉切削运动的分类及特点，掌握切削用量的选择。 2.了解常用刀具的结构特点，熟悉车刀的主要角度。 3.了解切削力的分类和影响因素，熟悉切削力与切削温度对切削加工的影响以及减少切削热和降低切削温度的工艺措施。 4.了解切削液的作用和种类，掌握切削液的选用。 5.了解材料的切削加工性，熟悉改善材料切削加工性的基本方法。,技能目标 1.能分析常见切削方法的切削运动 2.会合理的选择切削用量和刀具 3.能分析影响切削力和切削温度的因素 4.能正确选用切削液,模块六 切削加工工艺基础理论知识,一、切削加工分类 钳工：通过工人手持工具

2、进行切削加工。 机械加工：采用不同的机床（如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等）对工件进行切削加工。 二、切削加工特点 三、切削运动的分类及特点,图6-1 切削运动和加工表面,模块六 切削加工工艺基础理论知识,项目6.1切削运动及切削要素基础及应用,模块六 切削加工工艺基础理论知识,1、要完成零件表面的切削加工，刀具和工件应具备形成表面的基本运动，即切削运动 切削运动：刀具和工件的相对运动 切削运动分为主运动和进给运动 主运动：提供切削可能性的运动。主运动只有一个 进给运动：提供连续切削可能性的运动。进给运动可以有多个,2. 切削加工时工件上形成的表面、 1）待加工表面将被切除的表面； 2）过渡表

3、面正在切削的表面； 3）已加工表面切除多余金属后形成的表面。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,四、切削用量 切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量 切削速度：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度, 用V表示，单位为m/s 进 给 量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用f表示，车、钻和铣削时单位为mm/r 背吃刀量: 已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，用ap表示，单位为mm，,模块六 切削加工工艺基础理论知识,图6-3切外圆时的切削层要素,项目6.2金属切削原理与刀具基础知识及应用 一、刀具的分类 1）切刀：包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等。 2）孔加工刀具：包括各种

4、钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工刀具(如钻一铰复合刀具)等。 3）拉刀：包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀)等。 4）铣刀：包括加工平面的圆柱铣刀、端铣刀等；加工沟槽的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等；加工特殊形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。 5）螺纹刀具：包括螺纹车刀、丝锥、板牙、螺纹切刀、搓丝板等。 6）齿轮刀具：包括齿轮滚刀、蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。 7）磨具：包括砂轮、砂带、油石和抛光轮等。 8）其他刀具：包括数控机床专用刀具、自动线专用刀具等。 按刀具材料，分为碳素钢刀具、高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具等。 按刀具结构，分为整体式、镶片式

5、、复合式刀具等。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,模块六 切削加工工艺基础理论知识,二、刀具结构 各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把车刀。 车刀分为切削部分和夹持部分，切削部分由三个刀面组成：前刀面、主后刀面、副后刀面。,三、刀具的主要角度,前角。 ：在正交平面中，前刀面与基面之间的夹角； 后角。：在正交平面中，主后刀面与切削平面之间的夹角 主偏角Kr ： 在基面上，主切削刃的投影与进给方向的夹角 副偏角Kr ：在基面上，副切削刃的投影与进给反方向的夹角 刃倾角s,图6-5车刀的参考系,模块六 切削加工工艺基础理论知识,四、常用刀具材料的种类、牌号、规格和性能,模块六 切

6、削加工工艺基础理论知识,碳素工具钢：如T7、T8、T9T13等。适合于制造简单的手工工具，如锉刀、锯条等； 合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr等，适合于制造低速成型刀具，如丝锥； 高速钢：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制造中速精加工刀具； 硬质合金：成分由WC、TiC和Co组成，采用烧结方法获得,模块六 切削加工工艺基础理论知识,项目6.3切削过程中的物理现象及应用 一、切屑的形成及类型,模块六 切削加工工艺基础理论知识,图 6-8切屑的形成过程,2、常见的切屑有如下三种： a.带状切屑：用大

7、前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性材料时出现。形成带状切屑时，切削力平稳，表面光洁，但切屑连续不断，不安全或容易刮伤已加工表面。 b.节状切屑：用低切削速度，大进给量加工中等硬度的钢材时出现。形成这种切屑时，金属经弹性变形、塑性变形、挤裂和切离阶段，是典型的切削过程，但切削力波动大，工件表面粗糙。 c.崩碎切屑：加工铸铁、黄铜等脆性材料时出现，形成这种切屑时，切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖，刀具容易磨损。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,3、积屑瘤,积屑瘤：当切屑沿前刀面流出时，与前刀面接触的切屑底层受到摩擦阻力，速度变慢，形成滞流层，于是，金属粘附在切削刃附近，形成了积屑瘤,积屑瘤的

8、影响： 1、保护切削刃，粗加工时，希望产生积屑瘤 2、本身不断形成和脱落，会引起振动，影响工件表面粗糙度，精加工不希望产生积屑瘤。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,二、切削力和切削切削功率,切削力Fr的方向如左下图：可以沿三个方向分解为： 1.切向力Fz 2.轴向力Fx 3.径向力Fy,模块六 切削加工工艺基础理论知识,三、切削热和切削温度 切削热产生原因： 1.切屑变形；2.工件与刀具的摩擦； 切削热传出途径： a.由切屑带走，带走越多越有利； b.由周围空气和冷却介质带走，同样带走越多越有利； c.传入工件，使工件温度升高 ，引起工件变形，产生误差； d. 传入刀具，使刀具温度升高。刀具

9、硬度降低，磨损加快。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,四 刀具磨损和刀具寿命 刀具经过一定时间的使用后，由于摩擦和切削热的作用，使刀具变钝，切削温度上升，影响加工精度和表面质量，因此必须及时刃磨。 刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间。例：硬质合金焊接刀具的耐用度规定为60分钟。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,模块六 切削加工工艺基础理论知识,五 切削液,模块六 切削加工工艺基础理论知识,项目6.4工件材料的切削加工技术及应用 一、衡量切削加工性的指标,模块六 切削加工工艺基础理论知识,1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性； 2）以切削力或切削温度衡量加工性； 3

10、）以加工表面质量衡量加工性； 4）以切屑控制或断屑的难易 5）相对加工性 Kv=60/(60)j 二、改善材料切削加工性的基本方法 1）在材料中适当添加化学元素 2）采用适当的热处理方法 3）采用新的切削加工技术,知识目标 1.了解金属切削机床的分类，掌握金属切削机床型号的编制方法； 2.了解金属切削机床的运动、常用传动机构、定比传动机构、常用变速、换向机构等，掌握传动链的分析和计算方法； 3.了解外圆表面、内圆表面、平面和螺纹表面的技术要求，掌握各种典型表面加工的方法。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,模块七 零件表面的加工基础理论知识,技能目标 1.能认识各种金属切削机床，正确识别、编

11、制机床的型号； 2.能分析金属切削机床的切削运动和传动系统，会相关的运动计算； 3.能根据不同典型表面的技术要求，正确选取合适的加工方法,项目7.1金属切削机床基础知识及应用 一、分类 金属切削机床是用来对工件进行加工的机器,习惯上称机床。 按加工性质和所用刀具分类：分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类； 按精度分类：分为普通精度、精密和高精度三种； 按重量分类：分为一般机床、大型机床和重型机床。 机床的型号：如：C6136表示,模块七 零件表面的加工基础理论知识,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-1 机床的类别代号,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-2 机床通用

12、特性代号,模块七 零件表面的加工基础理论知识,通用机床的型号编制举例,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、工件表面成形方法与机床运动分析 工件表面成形方法,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-2 形成发生线的四种方法 a-轨迹法 b-成形法 c-相切法 d-展成法,机床运动分析,图7-3 成形运动组成,机床的运动：表面成形运动和辅助运动。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,机床传动原理 通常传动链包括各种传动机构，在考虑传动路线时，可以先撇开具体的机构，把各种机构分成两大类： 一类为：定比传动机构(传动比和传动方向不变)，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等，称为定比传动机构；

13、另一类是：换置机构(可根据加工要求变换传动比和传动方向），如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,车床的主传动,模块七 零件表面的加工基础理论知识,车床的传动框图,模块七 零件表面的加工基础理论知识,机床运动计算,按每一传动链分别进行，其一般步骤如下： 1)确定传动链的两端件，如电动机主轴，主轴刀架等。 2)根据传动链两端件的运动关系，确定它们的计算位移，即在指定的同一时间间隔内两端件的位移量。 3)根据计算位移以及相应传动链中各个顺序排列的传动副的传动比，列写运动平衡式。 4)根据运动平衡式，计算出执行件的运动速度(转速、进给量等)或位移量，

14、或者整理出换置机构的换置公式，然后按加工条件确定挂轮变速机构所需采用的配换齿轮齿数，或确定对其它变速机构的调整要求。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,项目7.2 外圆表面加工基础知识及应用,图7-9 外圆面的加工方案流程框图,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、外圆表面的车削加工,1、车削的特点 刀具沿着所要形成的工件表面，以一定的背吃刀量和进给量，对回转的工件进行切削。 （1）易于保证工件各加工面的位置精度。 （2）切削过程较平稳。 避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利于生产率提高。 （3）适于有色金属零件的精加工。 有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时，不

15、宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。 （4）刀具简单。,图7-10 车削加工范围,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-11 CA6140型卧式车床外形图 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,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-12 各种车刀,模块七 零件表面的加工基础理论知识,外圆车刀的选择和装夹,1）外圆车刀 主偏角45 弯头车刀，可以车外圆，车平面和倒角，但切削时背向力较大，车细长件时，容易被顶玩而引起振动，常用于车削刚性好的工件。 主偏角90 可以车外圆、端面、阶

16、台。背向切削力较小。 2）外圆车刀的装夹 （1）车刀刀杆伸出刀架长度应不超过刀杆高度的1.5倍。 （2）车刀刀杆中心线应与进给方向垂直。 （3）车刀刀尖一般应与工件轴线等高，但在粗车外圆时刀尖应略高于工件轴线，精车细长轴外圆时刀尖应略低于工件轴线。 （4）刀杆下的垫片应平整稳定，并尽量用厚垫片，以减少垫片叠加数目，从而减少安装误差； （5）车刀至少要用两个螺钉压紧在刀架上，并交替逐个拧紧。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,车床主要附件,图7-13 三爪自定心卡盘 1方孔 2小锥齿轮 3大锥齿轮 4平面螺纹 5卡爪,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、 外圆表面的磨削 1.磨削加工 1）

17、砂轮：用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的多孔疏松物体。砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-3 砂轮磨料的种类及性能,模块七 零件表面的加工基础理论知识,（2）粒度 粒度是指磨料颗粒的大小，通常分为磨粒(颗粒尺寸40m和微粉(颗粒尺寸40m)两类。磨粒用筛选法确定粒度号。微粉按其颗粒的实际尺寸分组。 （3）硬度 砂轮的硬度是指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。它反映磨粒与结合剂的粘固强度。磨粒不易脱落，称砂轮硬度高；反之，称砂轮硬度低。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,2、磨屑形

18、成过程,图7-25磨屑形成过程 a）平面示意图 b）截面示意图,模块七 零件表面的加工基础理论知识,4.外圆磨床的磨削方法 外圆表面磨削一般在外圆磨床或无心磨床上进行，也可采用砂带磨床磨削。在外圆磨床上常用的磨削方法有： 1）中心磨削法：在外圆磨床上以工件的两顶尖孔定位进行外圆磨削。 （1) 纵磨法（图7-26） （2）横磨法（图7-27）,图7-26 纵向进给磨削法,图7-27横向进给磨削法,模块七 零件表面的加工基础理论知识,2）无心外圆磨床的磨削方法（图7-28） 无心外圆磨床有两种磨削方式： (1）贯穿磨削法（纵磨法） 这种方法不适用于带台阶的圆柱形工件。 （2）切入磨削法（横磨法）

19、这种方法适用于有阶梯或成形回转表面的工件，但磨削表面长度不能大于磨削砂轮宽度。,图7-28 无心外圆磨削,模块七 零件表面的加工基础理论知识,项目7.3内圆表面加工基础知识及应用 内圆表面的加工方法 内圆表面可以在车、钻、镗、拉、磨床上进行。常用的加工方法有：钻孔、扩孔、饺孔、镗孔、拉孔和磨孔等。常见内圆表面加工方案见表7-4。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-4 内圆表面加工方案,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、钻削加工 1.钻孔 钻孔最常用的刀具是麻花钻，用麻花钻属于粗加工。主要用于质量要求不高的孔的终加工。 1）麻花钻的结构（图7-29） 柄部：钻头的夹持部分，用以传递

20、扭矩和轴向力。 颈部：是柄部和工作部分的连接部分，是磨削柄部时砂轮的退刀槽，也是打印商标和钻头规格的地方。直柄钻头一般不制有颈部。,图7-29麻花钻的结构,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-30钻头的工作部分,图7-31麻花钻的切削角度,模块七 零件表面的加工基础理论知识,2.钻深孔 对于孔的深度与直径之比l/d=510的普通深孔，可用加长麻花钻加工；对于深度与直径之比l/d510的深孔，必须采用特殊结构的深孔钻才能加工。 3.铰孔 用铰刀从工件孔壁上切削下微量的金属的加工方法。铰孔的精度可达IT8IT6，表面粗糙度为1.60.4m 4.钻床 钻床主要是用钻头钻削直径不大，精度要求较低

21、的孔，此外还可以进行扩孔、饺孔、攻螺纹等加工。其主要加工方法见图7-32。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,三、镗削加工 用镗刀对已有的孔进行再加工。一般镗孔加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=1.60.8um 精细镗加工精度：IT7IT6，表面粗糙度：Ra=0.80.2um 回转体零件上的孔在车床上加工；箱体类零件上的孔或孔系在镗床上加工。 在镗床上除可加工孔或孔系外，还可加工平面、沟槽、钻、扩铰孔等，如图7-33所示。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-34 卧式铣镗床 1床身2下滑座3上滑座4后支架5后立柱6工作台7镗轴8平旋盘9径向刀具溜板10前立柱11主轴箱,模块七

22、 零件表面的加工基础理论知识,四、磨削 磨孔是孔精加工的方法之一（图7-35），精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.60.4m。 磨孔方式与外圆磨削类似,可以采用纵磨法和横磨法,由于砂轮轴刚性较差,一般采用纵磨法。,图7-35内圆磨削 1工件 2卡盘 3砂轮,模块七 零件表面的加工基础理论知识,1.内圆磨削方法 1）普通内圆磨床的磨削方法 2）无心内圆磨床磨削 3）行星内圆磨床 2.内圆磨削的工艺特点及应用范围 1）砂轮直径受到被加工孔的限制，直径较小。 2）砂轮直径小，磨削速度低，比外圆磨效率低。 3）砂轮轴的直径尺寸小，刚性差，影响加工精度和表面粗糙度。 4）切削液不易进入磨削区，磨屑排

23、除较外圆磨削困难。 3.普通内圆磨床（图7-36） 它主要由床身、工作台、头架、砂轮架和滑鞍等,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-36 普通内圆磨床 1床身 2工作台 3头架 4砂轮架 5滑鞍,模块七 零件表面的加工基础理论知识,五、拉削 1.拉削加工的特点 拉孔与其他孔加工方法比较，具有以下特点： 1）生产率高； 2）加工范围广 3）加工精度高，表面粗糙度低 4）拉床结构简单； 5）拉刀寿命长。 2.拉刀 根据工件加工面及截面形状不同，拉刀有多种形式。常用的圆孔拉刀如图7-37所示。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-37 拉刀,3.拉床,图7-38卧式内拉床、工件安装 1床

24、身 2液压缸 3支承座 4滚柱 5护送夹头,模块七 零件表面的加工基础理论知识,项目7.4平面加工工件技术及应用 一、平面加工方法,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、刨削与插削加工 1.刨削加工 刨削加工常见的机床主要有牛头刨床和龙门刨床。 1）牛头刨床：适于加工中、小型零件。 2）龙门刨床：适于加工大型零件。 2.刨刀 3.刨削的工艺特点 三、铣削加工 1.铣削加工的工艺特点,模块七 零件表面的加工基础理论知识,1）铣削的适应性比刨削更广； 2）生产率高； 3）铣削加工范围广； 4）铣削力变化较大，易产生振动，切削不平稳； 5）铣刀与铣床结构比刨刀与刨床复杂，且铣刀的制 造和刃磨也比刨

25、刀复杂，故铣削成本比刨削高。 6）加工质量一般与刨削相近。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-39 铣削的典型加工方法,模块七 零件表面的加工基础理论知识,2.铣床及附件 铣床是用铣刀进行切削加工的机床，它的用途极为广泛。在铣床上常用不同类型的铣刀，配备万能分度头、回转工作台等附件，可以完成图7-39所示的各种典型表面加工。 （1）万能卧式升降台铣床 （2）立式升降台铣床 （3)龙门铣床 3.铣刀的类型及应用 1）圆柱铣刀 2）面铣刀 3）立铣刀 4）三面刃铣刀5)锯片铣刀6）键槽铣刀,模块七 零件表面的加工基础理论知识,4.铣削用量 1）铣削用量： （1）铣削速度Vc：铣削时切削刃上

26、选定点在主运动中的线速度。 VC=dn/ 1000 （m/min） d铣刀直径 mm； n铣刀转速 r/ min。 2)切削用量的选择 铣削用量应根据工件材料、加工精度、铣刀耐用度及机床刚度等因素进行选择。首先选定铣削深度（背吃刀量ap ），其次是每齿进给量fz ，最后确定铣削速度Vc,模块七 零件表面的加工基础理论知识,5.铣削方式 周铣用圆柱铣刀的圆周刀齿加工平面。 端铣用端铣刀端面刀齿加工平面。 1）周铣（图7-40） （1）顺铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同。 刀具寿命长； 工件表面质量高； 有利于工件的夹紧。 （2）逆铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反。

27、 刀具磨损严重； 工件表面质量低。 不利于工件的夹紧。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-40 周铣方式,模块七 零件表面的加工基础理论知识,四、平面磨削加工 1. 平面磨削的方式 周磨：多用于加工质量要求较高的工件，见图7-41 a、b所示。 端磨：多用于加工质量要求不高的工件，或代替铣削作为精磨前的预加工。见图7-41c、d所示。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,模块七 零件表面的加工基础理论知识,项目7.5螺纹加工工件技术及应用 一、车螺纹 车螺纹是螺纹加工的基本方法，其主要特点是使用通用设备，刀具简单，可加工各种形状、尺寸及精度的内、外螺纹，特别适于加工尺寸较大的螺纹，适应

28、性广。但是，车螺纹的生产率低，螺纹的加工质量取决于机床、刀具的精度及工人的技术水平，故适于单件小批生产。 二、铣螺纹 铣螺纹的生产率比车螺纹高，在成批和大量生产中应用很广。铣螺纹一般是在专门的螺纹铣床上进行，根据所用铣刀的结构不同，可分为以下两种方法： 1)盘形螺纹铣刀铣削 如图7-42所示， 这种加工方法的加工精度较低，一般只适于粗加工尺寸较大的传动螺纹，而精加工需采用车削或磨削。 2）梳形螺纹铣刀铣螺纹,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-42盘形螺纹铣刀铣削螺纹 图7-43梳形螺纹铣刀铣螺纹,模块七 零件表面的加工基础理论知识,模块八 机械加工工艺过程理论知识,知识目标 1.理解零

29、件加工工艺过程的概念。 2.掌握零件的定位原理，粗、精基准选择原则 3.掌握工艺规程制定 4.掌握典型零件工艺规程的制定,模块八 机械加工工艺过程理论知识,技能目标 1.能够结合具体的加工实例分析其中的工序、安装、工位、工步及走刀的组成； 2.能够对不同生产类型的具体内容能选择合适的工艺方法 3.具有编制、实施典型零件机械加工工艺规程的能力 4.具有编制典型零件机械加工工艺过程卡,项目8.1机械加工工艺过程的基础及应用 一、生产过程和工艺过程 1生产过程：在进行机器制造时，将原材料（或半成品）转变为成品的各有关过程的总和。它包括生产准备、毛坯制造、零件的切削加工及热处理、产品装配、质量检验与调

30、试、油漆、包装、运输、储藏等。 2工艺过程：是用机械（切削或磨削）的方法直接改变毛坯或半成品的形状、尺寸、表面之间相对位置和性质等。使其成为成品零件的过程。它是生产过程中的主要成分。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,二、机械加工工艺过程的组成 1工序 工序是指一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺内容,模块八 机械加工工艺过程理论知识,图8-1圆盘零件,模块八 机械加工工艺过程理论知识,2.工步与走刀 为了便于分析和描述工序的内容，工序还可以进一步划分工步。 在一个工步内，若被加工表面切去的金属层很厚，需分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可

31、以包括一次走刀或几次走刀。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,图8-4 钻孔、扩孔复合工步 图8-5 组合铣刀铣平面复合工步,3.安装与工位,模块八 机械加工工艺过程理论知识,图8-6 多工位加工工位1装卸工件 工位2钻孔 工位3扩孔 工位4铰孔,三、工件的定位 1.工件的定位原理： 一个不受任何约束的物体，在空间直角坐标系中均与六个自由度，即沿着三个互相垂直坐标轴的移动（用X、Y、Z表示）和绕三个互相垂直坐标轴的转动（用X、Y、Z表示），如图所示。要使工件在机床或夹具中占有正确的位置，就必须限制六个自由度。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,模块八 机械加工工艺过程理论知识,1）六点定位原则

32、 2）完全定位、不完全定位与过定位 2.工件的基准 按照作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准两类。 1）设计基准是两件设计图纸上标注尺寸所根据的点、线面。如图8-7所示，齿轮的内孔、外圆和分度圆的实际基准是齿轮的轴线，轴向设计基准是断面A。 2）工艺基准：是制造零件和装配机器的过程中所使用的基准。按其用途的不同，可分为定位基准、测量基准和装配基准。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,图8-7齿轮,3等位基准的选择 合理地选择定位基准，对保证加工精度、安排加工顺序和提高加工生产率有着十分重要的影响。 粗基准：没有经过加工的表面做定位基准,模块八 机械加工工艺过程理论知识,图8-8 非加工表面

33、为粗基准 图8-9 余量小的表面为粗基准,8-10 导轨面为粗基准 图8-11 不重复使用粗基准,模块八 机械加工工艺过程理论知识,四、生产类型及工艺特征 机械制造生产分：单件生产、成批生产（小批、中批、大批）和大量生产。生产类型的划分及其工艺特性见表 生产类型零件的年产量/件 重型（30kg）中型（430kg）轻型（1kg） 单件生产510100 成批生产小批510010200100500 中批1003002005005005000 大批30010005005000500050000 大量生产1000500050000,模块八 机械加工工艺过程理论知识,五、机械加工工艺规程的格式 最常用的工

34、艺文件有机械加工工艺过程卡片、工艺卡片、和工序卡片 见课本图标,模块八 机械加工工艺过程理论知识,项目8.2工艺规程的制订基础知识及应用 一、工艺规程编制 1.零件图的研究 2.零件的结构工艺性分析 3.零件工艺分析应重点研究的几个问题 4毛坯的选择 5确定毛坯时应考虑的因素 6确定毛坯时的几项工艺措施,模块八 机械加工工艺过程理论知识,二、工艺路线的拟订 1.表面加工方法的选择 2加工阶段的划分 3切削加工工序顺序的安排原则 4切削用量选择 5.热处理的安排 6.辅助工序安排,模块八 机械加工工艺过程理论知识,项目8.3典型零件加工工艺过程基础知识及应用 一、轴类零件的加工 1轴类零件的功能

35、和特点 轴类零件是机器中的常见零件，也是重要零件，其主要功用是用于支承传动零部件（如齿轮、带轮等），并传递扭矩。轴的基本结构是由回转体组成，其主要加工表面有内、外圆柱面、圆锥面，螺纹，花键，横向孔，沟槽等2轴类零件的技术要求 l）直径精度和几何形状精度 2）相互位置精度。 3）表面粗糙度。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,3轴类零件的材料、毛坯及热处理 1）轴类零件的材料及热处理 一般轴类零件常用材料为45钢，并根据需要进行正火、退火调质、淬火等热处理以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。 2）主轴的毛坯。 轴类毛坯一般使用锻件和圆钢，结构复杂的轴件（如曲轴）可使用铸件。光轴和直径相差不大的

36、阶梯轴一般以圆钢为主4主轴的主要技术要求分析 对轴类零件，可以从回转精度、定位精度、工作噪音这三个方面分析其技术要求。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,5.主轴加工的工艺过程 通过对主轴一 结构特点、技术条件的分析，即可根据生产批量、设备条件等编制主轴的工艺规程。表8-8是成批生产CA1640车床主轴的工艺过程。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,模块八 机械加工工艺过程理论知识,模块八 机械加工工艺过程理论知识,模块八 机械加工工艺过程理论知识,6.主轴加工工艺过程分析 7轴类零件的检验 轴类零件在加工过程中和加工完成以后都要按工艺规程的要求进行检验 1）加工中的检验 2）加工后的检验 （

37、1）表面粗糙度的检验 （2）形状精度检验 （3）尺寸精度检验 （4）位置精度检验,模块八 机械加工工艺过程理论知识,二、箱体类零件的加工 箱体零件是机器或部件的基础零件，轴、轴承、齿轮等有关零件按规定的技术要求装配到箱体上，连接成部件或机器，使其按规定的要求工作，因此箱体零件的加工质量不仅影响机器的装配精度和运动精度，而且影响机器的工作精度、使用性能和寿命。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,图8-17某车床主轴箱体简图,模块八 机械加工工艺过程理论知识,1.箱体类零件的结构特点和技术要求分析 一般来说，箱体零件的结构较复杂，内部呈腔形，其加工表面主要是平面和孔。对箱体类零件的技术要求分析，应

38、针对平面和孔的技术要求进行分析。 1）平面的精度要求。 2）孔系的技术要求。 3）孔与平面间的位置精度 4）表面粗糙度,模块八 机械加工工艺过程理论知识,2.箱体类零件的材料及毛坯 箱体零件的材料常用铸铁，这是因为铸铁容易成形，切削性能好，价格低，且吸振性和耐磨性较好。根据需要可选用HT150350，常用HT200。在单件小批量生产情况下，为缩短生产周期，可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体有时采用铸钢件。在特定条件下，可采用铝镁合金或其它铝合金材料。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,3箱体类零件的加工工艺过程 箱体零件的主要加工表面是孔系和装配基准面。如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度

39、，孔系之间及孔与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度，是箱体零件加工的主要工艺问题。 箱体零件的典型加工路线为：平面加工孔系加工次要面（紧固孔等）加工。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,4箱体类零件的加工工艺过程分析 1）主要表面的加工方法选择 2）箱体加工定位基准的选择 （1）粗基准的选择。 （2）精基准的选择。 3）箱体加工顺序的安排 箱体机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则： （1）先面后孔的原则。 （2）先主后次的原则。 （3）孔系的数控加工。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,8.3.3套筒零件的加工 1套筒零件的功用和结构特点 套类零件是机械加工中经常碰到的一类零件，它的应

40、用范围很广。例如：支承旋转轴的各种形式的轴承、夹具上的导套、内燃机上的气缸套、液压系统中的油缸、飞机操纵系统中用于固定连结的各种套等。 套类零件，通常起支承或导向作用。由于功用不同，套类零件的结构和尺寸有着很大的差别，但在结构上仍有共同的特点：零件的主要表面为同轴度要求较高的内、外旋转表面；零件壁的厚度较薄易变形；零件的长度一般大于直径等。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,2.套同类零件的技术要求 套同类零件的主要表面时孔和外圆，其主要技术要求如下： 1）孔的技术要求 2）外圆表面的技术要求 3）孔与外圆的同轴度要求,模块八 机械加工工艺过程理论知识,3.套筒类零件的材料、毛坯及热处理 套筒

41、类零件毛坯材料的选择主要取决于零件的工作条件，一般用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料。有些滑动轴承以离心铸造法在钢或铸铁内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料，既可节省贵重的有色金属，又能提高轴承的寿命。 套筒类零件的功能要求和结构特点决定了套筒类零件的热处理方法，一般有表面淬火、调质、高温时效、渗碳及渗氮等。,模块八 机械加工工艺过程理论知识,4套筒类零件的加工工艺过程分析 1）轴承套的技术条件和工艺分析 2）表面加工方案选择。 3）定位基准的选择 4）加工顺序的安排,模块八 机械加工工艺过程理论知识,5套筒类零件的检验 1）尺寸精度检验。内孔的测量：外圆表面的测量同轴度零件。测量孔径尺寸时，应根据工件

42、的尺寸、数量及精度要求，采用相应的量具进行。 2）形状精度的检验。在车床上加工的圆柱孔，其形状精度一般仅测量孔的圆度和圆柱度（一般测量锥度）两项形状偏差。 3）位置精度的检验 径向圆跳动的检验方法一般套类工件测量径向圆跳动时，都可以用内孔作基准，把工件套在精度很高的心轴上，用百分表（或千分表）来检验。,模块九 先进制造技术基础理论知识,知识目标 1.熟悉数控加工的基本术语 2.掌握成组的工艺过程设计 3.掌握柔性系统的基本组成及主要功能 4.了解CIMS的体系结构,模块九 先进制造技术基础理论知识,技能目标 1.能编制简单的数控加工程序 2.了解成组生产的组织形式 3.熟悉柔性制造基本过程 4

43、. 实现对生产过程及步骤的任意组合。,模块九 先进制造技术基础理论知识,项目9.1数控加工技术基础知识及应用 9.1.1 数控加工概述 1.定义:数控，即数字控制 (Numerical Control ，NC ）。 数控技术是指用数字信号 (数字量及字符）形成的控制程序 对一台或多台机械设备进行控制的自动控制技术。,模块九 先进制造技术基础理论知识,2特点: 数控加工作为先进的加工技术具有如下特点。 1）提高生产效率，缩短生产的准备时间。 2）提高零件的加工精度，稳定零件的质量。 3）有很大的灵活性和广泛的适应性，通过改变程序，就可以加工新的零件，能够完成很多普通机床很难完成的复杂型面零件的加

44、工。 4）可以预先对产品进行成本计算和安排生产进度，以加速资金周转，提高经济效益。 5）不需要专用夹具，采用普通的夹具就能满足数控加工的要求，节省了费用，大大减轻了工人的劳动强度。 6）数控加工的初始投资和技术维修费用较高，要求管理及操作人员的素质也较高。,模块九 先进制造技术基础理论知识,9.1.2 数控加工术语 数控加工的专业性很强，术语比较多，掌握好数控加工的专业术语，对于学好UG软件 、数控加工非常必要。 1.数控程序 2刀具补偿 3.固定原点和浮动原点 4.定位精度和重复精度,模块九 先进制造技术基础理论知识,9.1.3数控加工坐标系 1. 机械坐标系 机械坐标系是机床上固有的坐标系

45、，是数控机床加工运动的基本坐标系，是考察刀具在机床上的实际运动位置的基准坐标系。 2. 编程坐标系 编程坐标系是编程序时使用的坐标系，也可称之为相对坐标系，其各轴的方向应该与所使用的机床相应的坐标轴的方向一致。 3加工坐标系 加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。,9.1.4数控加工编程基础 1.数控加工编程概述 2.数控加工编程的一般操作流程,模块九 先进制造技术基础理论知识,图9-2 程序编制的一般流程,9.1.4 数控机床概述 数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该

46、控制系统能逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而控制机床加工零件。,模块九 先进制造技术基础理论知识,图9-3 数控机床的构成,模块九 先进制造技术基础理论知识,1.数控机床的分类 1)按加工工艺方法分类 按照加工零件的工艺方法不同，数控机床可分为金属切削类数控机床、特种加工类数控机床和板材加工类数控机床等。 （1）金属切削类数控机床 （2）特种加工类数控机床 （3）板材加工类数控机床,模块九 先进制造技术基础理论知识,2)按控制运动轨迹分类 按照能够控制的刀具与工件间相对运动的轨迹，可将数控 机床分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床、轮廓控 制数控机床等。 （

47、1）点位控制数控机床：点位控制数控机床的特点是机床移动 部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和 定位过程中不进行任何加工。 （2）点位直线控制数控机床：在点位控制的基础上，还要保证 运动在一条直线，而且刀具在运动过程中还要进行切削加工。 （3）轮廓控制数控机床：常用的数控车床、数控铣床、数控磨 床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加 工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。,模块九 先进制造技术基础理论知识,3)按伺服系统的控制方式分类 按照对被控制量有无检测反馈装置，可以将数控机床分为开环控制、闭环控制、半闭环控制和混合控制4 种。 （1）开环控制数控机床

48、：开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。 （2）闭环控制数控机床：这类控制的数控机床，因为把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。 （3）半闭环控制数控机床：半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样就使结构更加紧凑。 （4）混合控制数控机床：将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床。,模块九 先进制造技术基础理论知识,4)按联动坐标轴数分类

49、按照联动坐标轴的个数，数控机床可分为二坐标数控机床、三坐标数控机床、多坐标轴联动数控机床(譬如四轴联动数控机床、五轴联动数控机床) 。 （1）二坐标数控机床：此类机床只能完成x 、y 轴的联动，完成平面轮廓加工。 （2）三坐标数控机床：此类机床可完成复杂形面的加工，数控铣床中以三坐标数控铣床最为常见。 （3）多坐标轴联动数控机床：多坐标轴联动数控机床主要指某些高性能的加工中心。这类数控机床的数控系统除了可以控制x, y, z 三个坐标轴的同时运动以外，还可以同时控制其他坐标轴的运动，从而完成更复杂的空间型面的加工。,模块九 先进制造技术基础理论知识,2. 数控机床的适用范围 数控机床是一种技术

50、含量高，成本高，使用维护要求加工的加工设备。与传统的机床相比，数控机床更适用于加工以下零件。 1)多品种小批量零件或试制的零件。 2)结构或轮廓形状复杂、精度要求较高的零件。 3)需要频繁改型的零件。 4)用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备(工具、夹具和模具) 的零件。 5)价格昂贵、不允许报废的关键零件。 6)需要最小生产周期的急需零件。,模块九 先进制造技术基础理论知识,3.数控机床的发展趋势 随着微电子、计算机和控制技术的进步，数控机床主要朝着以下几个方面发展。 1)高精度化 2)高速度化 3)高效率与复合化 4)高柔性自动化 5)高智能化 6)模块化、专门化与个性化 7)美观化、人

51、性化,模块九 先进制造技术基础理论知识,项目9.2成组技术基础知识及应用 9.2.1 成组技术概述 成组技术（Group Technology，GT）并不是自动生产的技术策略，而是一种理念，一种适合于中小批量生产方式的制造理念。世界上7580的机械产品是以这种中小批生产方式制造的，中小批生产在机械工业的地位日益重要，而且，现代的制造环境还将面临一系列的问题和挑战，它包括： 1.为满足不同用户的需要，要求产品具有不同的规格和选项； 2.要求产品具有高可靠性，以及零件具有高精度； 3.需要处理极为广泛的工件材料，包括不同的金属材料、塑性材料、陶瓷材料以及复合材料； 4.要求将产品的设计与制造紧密地

52、结合起来。,模块九 先进制造技术基础理论知识,9.2.2零件分类编码系统 1.分类编码系统概述 零件分类编码系统已经成为成组技术原理的重要组成部分，也是有效实施成组技术的重要手段，因此在实施成组技术的过程中，建立相应的零件分类编码系统，也就成为一项首要的准备工作。,1) 分类编码系统的定义 零件的分类编码就是按照一定的规则，用一组字符（数值、 字母或符号），对零件的有关特征进行描述和标别。,模块九 先进制造技术基础理论知识,图9-4分类编码的示例零件 a）回转体类零件 b）非回转体类零,2)分类编码系统的结构形式： 在成组技术中，码的结构有 三种形式：树式结构、链式 结构以及混合式结构。 a)

53、树式结构（分级结构） 码位之间是隶属关系，即除 第一码位内的特征码外，其 它各码位的确切含义都要根 据前一码位来确定。,模块九 先进制造技术基础理论知识,b)链式结构 也称为并列结 构或矩阵结构，每个码位内 的特征码具有独立的含义， 与前后位无关。链式结构所 包含的特征信息量比树式结 构少，但结构简单，编码和 识别也比较方便。OPITZ系统 的辅助码就属于链式结构形式。,模块九 先进制造技术基础理论知识,c)混合式结构 编码系统中同时存在以上所说的两种结构，而大多数分类编码系统都用混合式结构。例如OPITZ系统、KK系统等。,模块九 先进制造技术基础理论知识,模块九 先进制造技术基础理论知识,

54、9.2.3零件分类成组的方法 1.视检法 视检法是由有经验的工艺师根据零件图样或实际零件及 其制造过程，凭经验判断零件的相似性并对零件分类成组。 2 生产流程分析法 生产流程法（PFAProduction Flow Analysis）是以 零件分类编码系统为基础，通过分析车间中零件的工艺流程 （工艺过程）来确定零件族的一种零件分类成组方法。 3.编码分类法 为实行编码分类法，首先需要各零件族零件的相似性判 断标准，以便对零件进行分选、归属于相应的零件族。,模块九 先进制造技术基础理论知识,9.2.4 成组工艺过程设计 1.成组工艺 成组工艺是在典型工艺的基础上发展起来的一种工艺设 计标准化方法

55、。 虽然成组工艺和典型工艺都希望实现工艺设计标准化，但是在具体的 做法上却各不相同。典型工艺着眼于零件的整个工艺过程的标准化，而 成组工艺首先着眼于缩小工艺标准化的范围，从构成零件工艺过程的一 道道工序出发，实现工序标准化：它不强求零件的结构形状必须属于同 一型，而只要一群零件的某道工序能在同一型号设备上、采用相同的工 艺装备和调整方法进行加工，则这群零件在这道工序上便可归并成组。 这样，成组工艺就跳出了典型工艺标准化的框框。,模块九 先进制造技术基础理论知识,2.成组工艺设计方法 实现成组工艺的基础和关键是零件的分组，即对多种产 品的不同零件按工艺过程的相似性分成零件组。成组工艺过 程是针对

56、一个零件组设计并适用于零件组内的每一个零件。 制订零件的成组加工工艺的方法主要有以下两种： 1)复合零件法 复合零件法，顾名思义是利用一种所谓的复合零件来设 计成组工艺的方法。复合零件既可以是零件组中实际存在的 某个具体零件，也可以是一个实际上并不存在而纯属人为虚 拟的假想零件。,模块九 先进制造技术基础理论知识,2)复合路线法 对于回转体类的形状规则、型体对称的零件而言，采用复 合零件方法不存在困难。然而，对于非回转体类零件来说， 因为形状的极不规则，要虚拟和采用复合零件法便十分困难。 因此设计非回转体类零件一般不用复合零件法，而采用复合 路线法。虽然复合路线法不及复合零件法来得直观，但是两

57、 者的实质仍然是一样的。,模块九 先进制造技术基础理论知识,9.2.5 成组生产的组织形式 成组生产可以有多种组织形式，其中成组生产单元是最基 本的组织形式，而成组生产单元是按一个（或）几个零件组 的共同工艺流程布置设备，它是能完成类似零件全部工序的 一种封闭式生产组织形式，它有以下几种类型： 1成组加工单机 成组单机是成组技术中生产组织最简单形式。车间的机床 布置仍然是机群式，其加工特点是围绕一台机床组织一组或 几组工艺相似零件的加工。,模块九 先进制造技术基础理论知识,2成组加工单元 在生产中单工序零件所占数量是有限的，大部分零件需 在不同机床上进行若干道工序加工方可完成其工艺过程。成 组

58、加工单元（机床单元）是实施成组技术时为多工序零件提 出来的一种生产组织形式。 3成组流水线 成组流水线与一般流水线的区别在于流水线上所加工的 不是一种零件而是一组零件。这组零件的工艺相似程度很 高，而且产量也较大。,模块九 先进制造技术基础理论知识,4自动化成组生产单元 它是成组流水线高一级的形式，实现了成组生产单元生产 的自动化，故亦可称为柔性自动生产线(FML)。近代迅速发 展的柔性制造系统(FMS)实质上就是自动化成组生产单元。 它是由计算机控制管理的若干台数控机床(包括各种类型的 加工中心)和物料存储及输送设备所组成的成组生产单元。,9.2.6 成组技术的技术经济效益,模块九 先进制造

59、技术基础理论知识,模块九 先进制造技术基础理论知识,1.提高劳动生产率 由于成组技术是采用成组地处理相似零件组在生产领 域中的各种问题，因而可以节省大量的时间，从而提高劳动生产率。 2.保证产品质量 采用成组技术后，由于消除了相似零件工艺上不必要的 多样性，加工族选择了合理的工艺方案，使工件质量稳定、可靠；生产工人 编制在生产单元或流水线上，工序专业化程度提高，即提高了工人的劳动熟 练程度；在成组生产单元内从组长到工人对零件质量全面负责，增强了生产 责任心；采用自动化程度高的设备与工艺装备，减少人为因素对加工质量的 影响，使废品率下降；减少零件的磕、碰、划伤。以上种种因素都促使零件 废品率降低，产品质量得以提高。 3.缩短生产技术准备周期 推行成组技术最先得益的项目是改进设计。借助于分类编码系统，新产品 大部分零件可以沿用原有图纸，减少设计工作量，从而缩短设计周期。,模块九 先进制造技术基础理论知识,项目9.3柔性制造加工理论知识及应用 9.3.1柔性制造概述 1.柔性 所谓“柔性”，即灵活性，主要表现在：1）生产设备的零件、 部件可根据所加工产品的需要变换；2）对加工产品的批量 可根据需要迅速调整；3）对加工产品的性能参数可迅速改 变并及时投入生产；4）可迅速而有效