机械制造工艺与装备.ppt

,机械制造工艺与装备,培训要点：熟悉各加种表面的加工工工艺，熟悉机械加工工艺规程的相关概念，掌握基准的选择原则，掌握工艺规程编制原则、方法、步骤及工艺分析，掌握工艺尺寸链的概念及其计算。会编制简单的工艺，熟悉影响加工精度的因素，能定性的分析加工误差，熟悉提高加工精度的措施。,机械制造工艺与装备,各种表面的加工工艺机械加工工艺规程切削加工质量,各种表面的加工工艺,金属切削机床外圆表面加工内圆表面加工平面加工螺纹加工齿轮的齿形加工,第一章各种表面的加工机械零件虽然多种多样，不管其结构如何复杂，但不外乎是由外圆、内孔、平面和各种曲面所组成，因此下面仅就各种表面的加工设备和加工方法及其特点，分别介绍。第一节金属切削机床（简称机床）一、机床是指用切削刀具对金属毛坯进行切削加工，以获得一定形状、尺寸和表面质量的机械零件的机器。二、机床的分类（一共十多种）车床、钻床、铣床、镗床、磨床、齿轮加工机床等。三、机床的基本构造主传动部件进给运动部件动力源刀具的安装装置工件的安装装置支承件四、机床的基本传动类型机床的机械传动:带、齿轮、齿条、蜗杆、丝杆螺母等（工作可靠、维修方便，除带传动外都具有固定的传动比）机床的液压传动:（传动平稳、传动比大，易于实现自动化）,表2-8各种加工方法可能达到的公差等级,第二节外圆表面加工（轴类、套筒类、圆盘类）一、车削加工1、车削加工在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的方法。工件的装夹：三爪、四爪、花盘、双顶尖、双顶尖中心架、一夹一顶跟刀架车刀的装夹和选择2、外圆车刀：直头（用于车削没有台阶或台阶要求不严，常用高速钢制成）弯头（常用硬质合金制成，45、75、90,45车刀其副偏角较大，工件加工表面粗糙，不适于精加工，90刀，适于加工垂直台阶、细长轴）3、车削外圆的形式和加工精度粗车外圆：IT13-IT11、Ra50-12.5半精车外圆：IT10-IT9、Ra6.3-3.2精车外圆：IT7-IT6、Ra1.6-0.8,二、磨削加工（外圆表面精加工的方法之一）1、磨削加工用砂轮作刀具以较高的线速度对工件表面进行加工。砂轮：切削刀具，由磨料加结合剂烧结制成的一种多孔物体。（砂轮的特性：磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状以及尺寸等）2、磨削的工艺特点：径向分力大磨削温度高精度高、表面粗糙度小砂轮有自锐作用磨削加工的工件材料范围广3、磨削外圆：（磨床顶尖不随工件一起转动）（1）在外圆磨床上磨外圆方法：纵磨法横磨法深磨法（2）在无心外圆磨床上磨外圆,孔及孔系加工,第三节内孔表面加工孔加工特点：孔内排屑难、散热差、冷却润滑条件不好，所以加工较困难。分类：紧固孔回转零件上的孔箱体零件上的孔深孔圆锥孔一、钻削加工：1、机床：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床（1）钻孔：IT13-IT11、Ra12.5-32.5（2）扩孔：没有横刃，钻芯大，刚度好（3）铰孔：用于直径不很大的未淬火工件上孔的精加工。（手铰刀直径：1-50；机铰刀直径10-80；）,二、镗削加工：镗孔是镗刀在已加工孔的工件上使孔径扩大并达到精度，表面质量的加工方法。镗削方法：单刃镗刀镗孔：适应性广、灵活性大可校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差生产率低多刃镗刀镗孔：加工质量好、生产率高三、拉削加工（拉孔时一般不需夹紧，只以工件端面支承）拉削加工在拉床上用拉刀加工工件的工艺过程。拉削孔径一般：10-100。孔的深径比不应超过3-5。拉削前不用前期加工特点：生产率高、拉刀结构复杂、制造成本高、对于薄壁孔，拉削力大，易变形、一般不用拉削。四、磨削内圆砂轮直径受孔径限制，磨头转速不易过高。砂轮直径小、刚性差IT8-IT6。砂轮直径小、易磨损、易堵塞、需常修整，生产率低。,平面加工,（铣削、刨削、磨削、拉削、研磨、刮削等）一、铣削是在铣床上利用多刃铣刀进行切削的一种方法。1、铣削四要素：铣削速度、进给量、铣削深度、铣削宽度。2、铣削用量的选择原则：在保证加工质量的前提下，充分发挥机床工作效能和刀具切削性能，在工艺系统刚性所允许的条件下，首先尽可能选择较大的吃刀量和铣削宽度，其次选择较大的每齿进给量，最后根据所选定的刀具耐用度计算铣削速度。3、平面加工方法端铣：用圆铣刀的端面齿加工平面。（对称铣削和不对称铣削）周铣：用圆铣刀的周向齿加工平面。4、铣平面：在卧式铣床上用圆柱铣刀铣削在立式铣床上用端铣刀铣削（铣削平稳，表面质量较好）5、端铣与周铣相比较的特点端铣比周铣加工的表面粗糙度好端铣比周铣切削过程平稳端铣比周铣生产率高端铣刀比周铣刀使用寿命长因此：端铣优于周铣，但周铣适应面很广，一般情况下单件小批量用周铣，大批量用端铣。,二、刨削加工（插削与刨削切削方式相同，只是插削是铅直方向进刀）刨削加工在刨床上用刨刀对工件进行切削加工。刨床：牛头刨床：用于中小件的加工。龙门刨床：用于大型件的加工特点：生产率低。机床结构简单、操作调整方便。刨刀制造刃磨较方便、成本低。加工精度为IT8-IT7，Ra12.5-1.6。三、磨削加工（主要用于高精度平面及淬火零件的平面）周磨平面用砂轮圆周面磨削平面的方法。特点：接触面积小、磨削力小、磨削热少、冷却排屑条件好。适用：精加工，端磨平面用砂轮端面磨削工件的方法。特点：接触面积大、磨削力大、磨削热多、冷却排屑条件差、生产率高、受力变形大，砂轮磨损不均匀，圆周速度不等，因此加工精度不高。适用：粗加工,第五节螺纹加工一、车螺纹（螺纹车刀车削、螺纹梳刀加工）特点：使用通用设备、刀具简单、故适应性广，生产率较低。适用：单件、小批量生产。二、铣螺纹：成形法（单排螺纹铣刀）展成法（多排螺纹铣刀也称螺纹梳刀）三、磨螺纹：用成形砂轮磨削用展成法磨削无心磨削四、攻丝与套丝特点：加工精度低、主要于加工精度要求不高的普通螺纹。适用：单件小批生产,第六节齿轮的齿形加工一、成形法加工齿轮（齿形加工）1、铣齿在普通或万能铣床上利用成形铣刀和分度头，加工出齿轮齿形的方法。（成形法）铣齿的工艺特点：生产成本低。加工精度低。生产率低。适用：单件小批量生产和装配精度不高的齿轮。,二、展成法加工齿轮（齿形加工）1、滚齿是利用一对轴线交叉的螺旋圆柱齿轮相啮合的原理来进行加工的。主动动：滚刀旋转分齿运动：展成运动垂直进给运动：全齿宽上切出齿形滚齿的特点：加工精度比铣齿高比插齿低。连续切削、所以生产率高。适应性好。不能加工多联齿轮、内齿轮。2、插齿是按一对圆柱齿轮相啮合的原理进行加工的。主运动：插刀的上下往复。分齿运动：展成运动。径向进给运动：切齿深。让刀运动：返回让刀。插齿的工艺特点：加工精度高。齿面粗糙度值较小。生产率较低。,三、齿轮精加工简介（精度超过7级或淬火齿轮。齿面加工）1、剃齿用剃齿刀在专用剃齿机上对对齿轮进行精加工的一种方法。2、珩齿用珩磨轮在珩齿机上对齿轮进行精加工的一种方法。3、磨齿：（精加工已淬火齿轮）成形法磨齿（砂轮修整成与被磨齿轮齿间一致）展成法磨齿（用展成原理磨齿，齿条啮合）,机械加工工艺规程,基本概念基准的选择工艺规程的制定工艺尺寸链概念及其计算,基本概念,机械加工工艺过程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。第一节工艺过程的概述一、生产过程和工艺过程1、生产过程：是将原材料变为成品的全过程。它包括生产准备工作、毛坯制造、机械加工、热处理、部件和产品的装配、检验、试车、涂装和包装等。2、工艺过程：在生产中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能以及相对位置关系的过程。二、机械加工工艺过程：机械加工工艺过程用机械加工方法改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和材料性质，使之变为成品、半成品的过程。1、工序指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。2、安装如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。3、工位工件在一次安装中、通过分度装置使工件相对于机床床身变换加工位置，把每一个加工位置上的安装内容称为工位。4、工步加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容。5，走刀切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。,三，生产纲领：（产品的生产纲领即包括备品和废品在内的该产品）1、生产纲领企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。零件的年生产纲领可按下式计算：N零=Nn(1+)(1+)N零零件的年产量纲领(件/年)N产品的年产量（台/年）n每台产品中，该零件的数量（件/台）备品率（%）废品率（%）2、生产类型（根据生产纲领的在大小）分为：单件生产成批生产大量生产。,基准的选择,一、基准的概念及分类1、基准在零件图上或实际的零件上，用来确定其他点、线、面位置时所依据的那些点、线、面。2、基准的分类（1）设计基准零件图上用来确定其他点、线、面位置的基准。（2）工艺基准是加工、测量和装配过程中使用的基准。1）工序基准指工序图上，用来确定加工表面位置的基准。2）定位基准加工过程中，使工件相对于机床或刀具占据正确位置所使用的基准。3）度量基准用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准。4）装配基准装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准。,二、定位基准的选择定位基准粗基准用未加工过的毛坯表面做基准。精基准用已加工过的表面做基准。1、粗基准选择原则：（1）合理分配加工余量的原则。（床身导轨加工为例）（2）具有一定位置精度的原则。（保证壁厚均匀）（3）便于装夹的原则。（4）粗基准一般不得重复使用的原则。（两组位置误差）2、精基准的选择原则（1）基准重合原则。（2）基准统一原则。（3）互为基准原则。（4）自为基准原则。,工艺规程的制定,一、工艺文件及工艺规程1、工艺文件指导工人操作和用于生产、工艺管理的各种技术文件。2、工艺规程是规定产品和零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。3、工艺规程的作用指导生产的主要技术文件。生产组织和生产管理的依据。新建或扩建工厂或车间的主要技术依据。二、编制机械加工工艺规程的过程1，编制工艺规程的原则：在一定的生产条件下，必须从产品的优质、高产、低消耗综合考虑，并注意以下三个原则：1）技术的先进性2）经济的合理性3）有良好的工艺性,2，编制工艺规程的步骤：1）消化原始资料（产品图样，验收标准，生产纲领，毛坯资料，现有的生产条件，国内外同类产品的工艺资料）2）零件图的工艺分析（零件图的技术要求分析，零件的结构工艺性分析）3）确定毛坯（它了决于零件结构、功能和作用。还应考虑生产纲领的大小，工件的结构形状和尺寸大小，工件材料的工艺性）4）拟定工艺路线（选择定位基准，选择表面加工方法，安排加工顺序）5）确定各工序的机床、夹具、量具和辅助工具（机床与零件外形尺寸、加工精度、生产类型、加工要求、单位现有的设备情况相适应。夹具尽量用通用夹具，刀具一般采用标准刀具，量具根据生产类型、工件精度来选用）6）确定加工余量、工序尺寸及公差（经验估计法、查表修正法、分析计算法）7）确定切削用量和工时定额（根据零件的材质、形状、加工精度、刀具、机床等条件合理选用。工时定额根据计算和实践修正而确定）8）确定鉴定、检验方法（粗加工之后、精加工前、后、重要工序和工时长的工序前、后，零件全部完工后）9）填写工艺文件确定了工艺过程以后，应以表格或卡片形式固定下来，作为指导工人现场操作和用于生产、工艺管理的技术文件,工艺尺寸链概念及其计算,二，工艺尺寸链及其应用1，工艺尺寸链尺寸链这种相互联系的、按一定顺序排列成封闭图形的尺寸的组合称为尺寸链。工艺尺寸链由单个零件在工艺过程中的有关尺寸所组成的尺寸链称为工艺尺寸链。2，尺寸链的组成（1）环组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。（2）封闭环在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接形成的环）称为封闭环。（3）组成环除封闭环之外的其他环都称为组成环。,1）增环是该环变动（增大或减小）引起封闭环作同向变动（增大或减小）。2）减环是该环变动（增大或减小）引起封闭环作反向变动（减小或增大）。,图1（当以左端面定位加工两孔时）,3，尺寸链的分析：在尺寸链的计算前，应首先找出封闭环，查明与之相关的全部组成环，画出尺寸链图，然后按要求进行计算。1）确定封闭环：在工艺尺寸链中封闭环表现为其尺寸是“间接获得”的或者是加工过程最后形成的尺寸。（封闭环随着工艺不同、基准不同而不同，所以确定它是关键）,2）画尺寸链图是用符号表示尺寸链中各环之间关系的图形。其画法：首先分析工艺过程，结合设计图样（或工序图样）的要求，找出封闭环，然后从封闭环开始，按照尺寸之间的联系，首尾相连，依次画出对封闭环有影响的尺寸，找出最后一个组成环，回到封闭环的另一端，形成封闭图形。,3）确定增环减环：在尺寸链图上，由封闭环的任一端出发，绕其轮廓顺时针或逆时针方向旋转，最后从相反方向回到封闭环的另一端。在旋转时，依次标出与旋转方向相同的箭头，凡是与封闭环箭头相反的是增环，相同的是减环。,4，尺寸链的计算：（概率法、极值法）（1）封闭环的基本尺寸：封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和。,（2）封闭环的极限尺寸：封闭环的最大极限尺寸等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和。封闭环的最小极限尺寸等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和。,（3）封闭环的上、下偏差：封闭环的上偏差等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和封闭环的下偏差等于增环的下偏差之和减去减环的上偏差之和。,4）封闭环的公差：封闭环的公差等于各组成环的公差之和。由此可知封闭环的公差比任何组成环的公差都大，为了减小封闭环公差，就应尽量减少组成环的数目。当封闭环的T0一定时，组成环数少，其公差就比环数多时增大，从而降低加工难度。这一原则称为“尺寸链最短原则”。,5，工艺尺寸链的应用：在零件加工时，为了加工方便，加工过程中不使用设计基准，而另确定一个工艺基准，这样就出现了工艺基准和设计基准不重合的现象，这时我们就需要进行尺寸链的计算。,举下例进行讲解：（1）定位基准和设计基准不重合的尺寸计算例：零件如3-12图所示，镗孔前，表面A、B、C已粗加工。镗孔时，为了使定位稳定、装夹方便，选定A面为定位基准，并按工序尺寸A3进行加工。为了保证镗孔后间接获得的设计尺寸A0=1000.15，必须将A3的加工误差控制在一定范围内。(这个误差就要进行工艺尺寸链计算),(尺寸链图b),3-12图,由尺寸链图可知：A0为封闭环，A2、A3为增环，A1为减环计算基本尺寸：由于所以A0=A3+A2-A1A3=A0+A1-A2=100+280-80=300,计算上偏差：由于ES0=ES3+ES2-EI1所以ES3=ES0+EI1-ES2=0.15+0-0=+0.15计算下偏差：由于EI0=EI3+EI2-ES1所以EI3=EI0-EI2+ES1=-0.15-(-0.06)+0.1=0.01最后求得镗孔尺寸为：A3=300mm.,(2)应用实例：一零件的内孔和键槽的加工如图3-13a所示，键槽深度尺寸为62.6mm，与保证此设计尺寸工艺有关的工序尺寸和加工工序是：1）拉内孔至57.75mm，即半径为A1=28.875mm。2）拉键槽，保证尺寸X，这时工序尺寸只能从留有磨削余量的内孔下母线注出3）磨内孔，保证设计尺寸58mm，即半径尺寸为A2=29mm，并最后间接保证键槽深度尺寸62.6mm。要求确定工序尺寸X及其偏差。,由图3-13a工序尺寸，画出图3-13b所示的尺寸链图，尺寸62.6mm是了后间接形成的，因而是封闭环。考虑到磨孔的中心不可能与拉孔中心完全重合，故在尺寸链中改以半径A1和A2表示，且以各自的中心线作为半径尺寸的基准线，通过彼此的中心线发生联系，现以组成环Z来表示两中心的距离，其基本尺寸为零。设同轴度误差为0.05mm，则Z=0.025mm。由尺寸链图可知：封闭环是A0=62.6增环是：A2=29，Z=0X减环是：A1=28.875,3-13a,3-13b,计算基本尺寸：由于A0=X+Z+A2-A1所以X=A0-Z-A2+A1=62.6-0-29+28.875=62.475mm计算上偏差：由于ES0=ESx+ESz+ES2-EI1所以ESx=ES0-ESz-ES2+EI1=0.25-0.025-0.015+0=+0.21mm计算下偏差：由于EI0=EIx+EIz+EI2-ES1所以EIx=EI0-EIz-EI2+ES1=0-(-0.025)-0+0.015=+0.04mm最后确定工序尺寸及其公差为X=62.475=62.515mm,切削加工质量,概述影响加工精度的因素及提高加工精度的措施加工误差的分析影响粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施,概述,尺寸精度加工精度形状精度（宏观几何形状精度）位置精度加工质量表面粗糙度（微观几何形状精度）表面形貌波度（中间几何形状精度）表面质量表面层冷作硬化表面物理力学性能表面层残余应力表面层金相组织变化,一、加工精度与加工误差1、加工精度是指零件在加工后的实际几何参数与理想几何参数符合的程度。2、加工误差是指加工后零件的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。研究加工精度的目的：是研究各种工艺因素对加工精度的影响及其规律，从而找出减小加工误差，提高加工精度的途径。二、产生加工误差的因素1、工艺系统的几何误差。2、工艺系统受力变形所引起的误差。加工条件不同，误差构成不同3、工艺系统热变形所引起的误差。4、工件内应力变化所引起的误差。（加工过程中产生的原始误差称为动误差，加工前存在的机床、刀具、夹具本身的制造误差，安装误差称为静误差）,三、加工表面质量加工表面的几何形状误差。表面层金属的力学物理性能和化学性能。1、加工表面的几何形状误差（1）表面粗糙度（微观几何形状误差，波长与波高比小于50）（2）波度（宏观几何形状误差，波长与波高比小于50-1000，主要由于振动）（3）纹理方向（指刀纹的方向）（4）伤痕（缺陷）2、表面层金属的力学物理性能和化学性能（1）表面层金属的冷作硬化（2）表面层金属的金相组织（3）表面层金属的残余应力,影响加工精度的因素及提高加工精度的措施,一、工艺系统的几何误差1、加工原理误差（理论误差）（1）近似的刀具轮廓（2）近似的成形运动轨迹（3）近似传动比的成形运动2、机床、刀具、夹具的制造误差（1）机床误差导轨导向误差。主轴误差。传动链误差。（2）刀具误差一般刀具（制造误差对加工精度没有直接影响）定尺寸刀具（尺寸、形状误差及磨损会直接影响工件尺寸及形状误差）成形刀具（主要影响工件的形状误差）（3）夹具误差（定位元件、导向元件、对刀装置、分度机构及夹具体等零件制造误差）,二、工艺系统受力变形所引起的加工误差1、工艺系统刚度(误差敏感方向)2、误差复映：在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度不均，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而使工件产生误差。3、其他力引起的加工误差夹紧力引起的加工误差重力引起的加工误差惯性力引起的加工误差三、工艺系统热变形所引起的误差1、机床的热变形及其对加工精度的影响2、工件热变形及其对加工精度的影响3、刀具的热变形及其对加工精度的影响四、工件残余应力所引起的加工误差1、毛坯制造中产生的内应力（热应力）2、冷校直带来的内应力（塑变应力）3、切削加工的附加应力（塑变应力）减少或消除残余应力的措施（1）合理设计零件结构（2）对工件进行热处理和时效处理高温时效（适用于毛坯或粗加工后）500-600低温时效（半精加工后）200-300（3）合理安排工艺过程,五、提高加工精度的工艺措施1、误差预防（减少原始误差或减少其影响）（1）合理采用先进工艺与设备（2）直接减少误差法（3）误差转移法（4）误差分组法（5）误差平均法（