机械制造技术课件.ppt

绪论,机械制造技术,啤酒生产工艺流程,热加工冷加工,作业：铸造、锻压适用于什么情况下的生产？具有什么特点？,铸造锻压1锻压2,金属切削加工,利用切削工具从工件上切除多余金属材料。常用的金属切削方法有车削、铣削、刨削、磨削、拉削、镗削、钻削等，适用于不同零件、不同加工要求、不同生产情况之中。,车削、镗削铣削磨削钻削刨削、插削拉削,金属切削加工,作业：公差等级的含义是什么？不同的公差等级使用于何种配合？,生产过程与工艺过程,生产过程可以按照原材料、毛坯、半成品、成品的制造过程来组织；也可按不同的车间加工环节来组织。在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程；其它过程则称为辅助过程，例如统计报表、动力供应、运输、保管、工具的制造修理等。,工艺过程,一个同样要求的零件，可以采用几种不同的工艺过程来加工；针对具体的生产环境、生产情况，往往总有一种工艺过程在给定的条件下是最合理的；把工艺过程的有关内容用文件的形式固定下来指导生产，这个文件称为工艺规程。课程研究的是机械制造加工工艺及装配工艺。,汽车装配工艺流程,工艺过程的组成工序,一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。工序是工艺过程的基本组成部分，工序是制订生产计划和进行成本核算的基本单元。在同一工序内所完成的工作必须是连续的。,思考：P5范例中，粗磨、精磨为什么是两个不同工序？车削中粗车、精车也是两个不同的工序吗？,阶梯轴工序划分1阶梯轴工序划分2,工艺过程的组成工序,零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等。这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。在设计工艺路线时，应合理地安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题。,工序安排原则,基面先行原则：用作精基准的表而，应优先加工。因为定位基准的表而越精确，装夹误差就越小；对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时，还要进行精加工。先粗后精原则：各个表面的加工顺序按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。,粗精加工划分的必要性,避免铸造、锻造时积累的内应力的释放而影响加工精度；避免粗加工时较大夹紧力与切削力引起的弹性变形及热变形造成的精度影响；粗加工可发现毛坯内部缺陷（如铸造砂眼等）；合理使用机床；便于热处理工序的安排。,粗加工半精加工精加工精密加工超精密加工,工序安排原则,先主后次原则：零件上的工作面及装配面精度要求较高，属于主要表面，应先加工。自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度后、最终精加工之前加工。先面后孔原则：对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平面，后加工孔。因为使用加工过的平面定位稳定可靠；而且在加工过的平面上加工孔不仅容易，而且保证孔的轴线不易偏斜，能提高孔的加工精度。,工艺过程的组成安装,思考：在同一个工序中，被加工零件仅能安装一次吗？如多次安装该工序是否就会被划分为多个工序？,工艺过程的组成安装,在同一工序中，工件在工作位置可能只装夹一次，也可能要装夹几次。从减小装夹误差及减少装夹工件所花费的时间考虑，应尽量减少安装数。,工艺过程的组成工位,工位是工件相对于机床（或刀具）占据的一个确切位置，用以完成对应的那一部分工艺过程。在同一工序中，有时为了减少由于多次装夹而带来的误差及时间损失，往往采用转位工作台或转位夹具。,多工位加工实例1多工位加工实例2,工艺过程的组成工位,思考：若仅用该转塔车床完成零件的加工，那么该加工由几个工序完成？,工艺过程的组成工步,工步是在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指机床）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。有时为简化工步，可将同工件上钻削多个同直径孔视为一个工步；某些加工中，用几把刀具同时加工几个表面，也被看作是一个工步，称为复合工步。,作业：区分工序、工位、工步的概念。,工艺过程的组成走刀,在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切，每切削一次，就称为一次走刀。,生产类型,生产类型可划分为单件生产、成批生产和大量生产三种；单件生产：产品种类很多，同一种产品的数量不多，生产很少重复；大量生产：产品的品种较少，数量很大，每台设备经常重复地进行某一工件的某一工序的生产；成批生产：成批地制造相同零件的生产，按批量多少和被加工零件自身的特性，又可进一步划分为小批生产、中批生产和大批生产；小批生产接近单件生产，大批生产接近大量生产；中批生产介于单件生产和大量生产之间。,生产类型,注意：相同零件不同批量的生产，会造成工序的划分不同，具体情况应该视零件本身及生产设备而定。,生产类型,零件重量范围,作业：排定P5零件大批量生产时的工序。熟悉并理解P8中表14的内容，能根据不同的生产类型确定相关工艺特征。,金属切削加工,金属切削的三要素分别是主轴转速vc、进给量vf和背吃刀量ap。,作业：切削三要素的基本概念。,由表1-4可知，不同的生产类型具有不同的工艺特征。在制订零件机械加工工艺规程时，必须首先确定生产类型，生产类型确定之后，工艺过程的总体轮廓就勾画出来了。在同一个工厂中，可能同时存在几种不同生产类型的生产。例如，长春第一汽车集团公司是一个大量生产性质的企业，但是它的工具分厂却是成批生产性质的分厂。即使是在同一个分厂中，也可能同时存在着不同生产类型的生产。例如，长春第一汽车集团公司的发动机分厂是大量生产性质的分厂，可是它的杂件车间却是成批生产性质的车间。判断一个工厂（或一个车间）的生产类型应根据该厂（或车间）的主要工艺过程的性质来确定。一般说，生产同样一个产品，大量生产要比成批生产、单件生产的生产效率高，成本便宜，性能稳定，质量可靠。但是社会对机械产品的需求量有多有少。有没有可能对那些社会需求量不多的产品按照规模生产的方式组织生产呢？可能性是有的，出路在于产品结构的标准化、系列化，如果产品结构的标准化、系列化系数能达到(7080)%以上，即使在各类产品的生产数量不大的条件下也能组织区域性的（例如东北地区、华东地区等）专业化的大批量生产，可以取得很高的经济效益。此外，推行成组技术，组织成组加工，也可使大批量生产中被广泛采用的高效率加工方法和设备应用到中小批生产中去。,基准,用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。基准可分为设计基准和工艺基准两大类；工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。一设计基准设计图纸上标注设计尺寸所依据的基准，称为设计基准。图1-4a中，A与B互为设计基准；图1-4b中40外圆是60外圆的设计基准；图1-4c中平面1是平面2与孔3的设计基准，孔3是孔4和孔5的设计基准；图1-4d中中心线是内孔30H7、齿轮分度圆48和顶圆50h8的设计基准。二工艺基准工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途之不同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。1工序基准在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置所依据的基准，称为工序基准（又称原始基准）。图1-5是一个工序简图，图中端面C是端面T的工序基准，端面T是端面A、B的工序基准，孔中心线为外圆D和内孔d的工序基准。为减少基准转换误差，应尽量使工序基准和设计基准重合。2定位基准在加工中用作定位的基准，称为定位基准。作为定位基准的点、线、面，在工件上有时不一定具体存在（例如，孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等），而常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面。例如，在图1-5中，工件被夹持在三爪卡盘上车外圆D和镗内孔d，此时D和d的设计基准与定位基准皆为中心线，而定位基面则为外圆面E。3测量基准工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依据的基准，称为测量基准。例如，在图1-5中，尺寸L1和L2可用深度卡尺来测量，端面T就是端面A、B的测量基准。4装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准，称为装配基准。图1-4d所示齿轮的内孔30H7就是齿轮的装配基准。上述各种基准应尽可能使之重合。在设计机器零件时，应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工工艺规程时，应尽量选用设计基准作为工序基准；在加工及测量工作时，应尽量选用工序基准作为定位基准及测量基准；以消除由于基准不重合引起的误差（基准不重合误差计算参见第四章第二节、第五章第二节）。,装夹,一、工件的装夹在机床上加工工件时，为使工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确的位置，此过程称为定位。工件在定位之后还不一定能承受外力的作用，为了使工件在加工过程中总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此过程称为夹紧。工件的装夹过程就是定位过程和夹紧过程的综合。定位的任务是使工件相对于机床占有某一正确的位置，夹紧的任务则是保持工件的定位位置不变。定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。定位误差与夹紧误差之和称为装夹误差。二、工件的定位物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动（分别用符号、和表示）和绕三个坐标轴的转动（分别用x、y和z表示），如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。工件的定位应使工件在空间相对于机床占有某一正确的位置，这个正确位置是根据工件的加工要求确定的。为了达到某一工序的加工要求，有时不一定要完全限制工件的六个自由度。例如，在图1-6所示工件上铣一个通槽，其加工要求为：槽底到工件底面A的尺寸为，并要求槽底与工件底面A平行；槽侧面到工件侧面B的尺寸为，并要求槽侧面与侧面B平行。为保证要求，工件的底面A应放置在与铣床工作台面相平行的平面上定位，三点可以决定一个平面这就相当于在工件的底面A上设置了三个支承点，它限制了工件、三个自由度；为保证要求，工件的侧面B应紧靠与铣床工作台纵向进给方向相平行的某一直线，两点可以决定一条直线，这就相当于让工件侧面靠在两个支承点上，它限制了工件和两个自由度。限制了上述、五个自由度，就可以保证图1-6所示工件的加工要求，工件沿y方向的移动自由度可以不加限制。,装夹,综上分析知，欲使工件在空间处于完全确定的位置，必须选用与加工件相适应的6个支承点来限制工件的6个自由度，这就是工件定位的六点定位原理。但工件加工不一定非要使工件的位置达到完全确定的程度，图1-6所示加工实例，按照铣槽工序的加工要求，就只需限制5个自由度就足够了。工件在机床夹具上定位究竟需要限制那几个自由度，可根据工序的加工要求确定。分析工件定位所限制的自由度数时，必须把定位与夹紧区别开来，在图1-6所示加工实例中，工件限制了5个自由度，自由度可以不限制；但工件在夹紧后沿y轴确实是不能再移动了，这能不能说自由度也被限制了呢？不能这样认为，因为工件相对于机床的定位位置是在夹紧动作之前就已确定了的，夹紧的任务只是保持原先的定位位置不变。工件加工所需限制的所有自由度必须全部限制，否则就会产生欠定位现象。例如，在上例中，铣槽工序需限制、五个自由度，如果在工件侧面B上只放置一个支承点，则工件的z自由度就未加限制，加工出来的工件就不能满足尺寸的要求，也不能满足槽侧面须与工件侧面B平行的要求，欠定位的情况是不允许的。工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。几个定位元件重复限制工件某一自由度的定位现象，称为过定位。例如，在滚齿机上加工齿轮时，工件是以孔和它的一个端面作为定位基面装夹在滚齿机心轴1和支承凸台3上的（图1-7），心轴1限制了工件的、y四个自由度，支承凸台3限制了工件的、x、y三个自由度，心轴1和支承凸台3同时重复限制了工件的x和y两个自由度，出现了过定位现象。一般说，滚齿机心轴轴线与支承凸台平面的垂直度误差是很小的，而被加工工件孔中心线与端面的垂直度误差则较大；工件以内孔定位装在滚齿机心轴1中并用螺帽7将工件4压紧在支承凸台3上后，会使机床心轴产生弯曲变形或使工件产生翘曲变形。出现过定位情况，通常会使加工误差增大。在研究确定定位方案时，原则上不允许出现某一自由度出现重复限制的情况；只有在需要增强工件系统的刚度而各定位面间又具有较高位置精度的条件下才允许采用过定位定位方案。对于图1-7所示过定位定位方式，为减小由于过定位引起的心轴弯曲或工件翘曲误差，通常要求定位孔与定位端面应相互垂直。,知识点要求,了解机械制造技术的发展方向。熟悉了解生产过程和工艺过程的概念，能够准确判别生产过程中的那些生产活动属于工艺过程，那些生产活动不属于工艺过程。熟悉了解工艺过程每个组成的定义。熟悉了解三种不同生产类型的工艺特征，能根据生产零件的生产纲领和零件本身的特性确定生产类型。熟悉了解设计基准、装配基准、工序基准、定位基准和测量基准的概念。掌握工件定位的六点定位原理，消化理解表1-5所列常见典型定位方式和定位元件所限制的自由度。熟悉了解欠定位和过定位的基本概念。,金属切削原理,机械制造技术,金属切削,机械制造技术,金属切削,切削过程是刀具和工件材料相互作用，刀具从工件表面上切去多余材料得到预期零件表面的过程。金属切削的方式方法都会对切削的质量产生影响。伴随着切削过程，会产生切削变形、切削力、切削热和刀具磨损等一系列现象。,切削表面与切削运动,待加工表面已加工表面过渡表面,切削表面与切削运动,主运动Vc在切削加工中起主要的、消耗动力最多的运动为主运动。进给运动Vf在切削加工中为使金属层不断投入切削，保持切削连续进行，而附加的刀具与工件之间的相对运动称为进给运动。进给运动可以是一个或多个，某些切削中也可能不存在进给运动。合成运动Ve,切削表面与切削运动,切削表面与切削运动,作业：分析车铣刨磨等各类机械加工中的加工表面、主运动与进给运动。,金属切削的三要素,金属切削的三要素,切削速度vc（m/s或m/min）切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。d切削刃上选定点的回转直径，mm;n主运动的转速，r/s或r/min.由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。,金属切削的三要素,进给量f（mm/r）工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量。背吃刀量ap（mm）刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动和进给运动的方向上的投影值称为背吃刀量。,切削层参数,切削层公称厚度切削层公称宽度切削层公称横截面积,刀具几何形体,刀体刀头前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖,刀具几何形体,前刀面刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）；主后刀面刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面；副后刀面刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面；,刀具几何形体,主切削刃前刀面与主后刀面交线，完成主切削；副切削刃前刀面与副后刀面交线，配合主切削刃完成修光切削工作，形成已加工表面；,56,可编辑,刀具几何形体,刀尖主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃，可以是小的直线段或圆弧。,作业：分析45度弯头车刀不同情况下的切削表面情况,重点：确定切削刃，判断刀具角度情况,附：车刀种类,整体车刀缺陷：刀尖材料与刀体材料一致，成本高。,附：车刀种类,焊接车刀：在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内。缺陷：高温焊接引起刀片硬度下降、产生裂纹等缺陷，刀具的耐用度会受影响。,附：车刀种类,机夹车刀：采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。,附：车刀种类,可转位车刀：切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃继续工作。,附：车刀种类,成型车刀制造较复杂、成本较高，刀刃工作长度较宽，故易引起振动。,刀具角度,机械制造技术,刀具角度参考系,进给速度为0，即vcvf刀尖与工件中心等高刀柄中心线与工件中心垂直主切削刃上选定点与工件中心等高,正交平面参考系,基面pr：通过主切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。切削平面ps：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。正交平面（主剖面）po：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。,法平面参考系,法平面参考系为国际标准；法平面Pn：通过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面。,假定工作平面、背平面参考系,假定工作平面Pr：过切削刃上选定点平行于刀具进给方向且垂直于基面的平面；背平面Pp：过切削刃上选定点同时垂直于刀具进给方向和基面的平面；,刀具角度,前角在正交平面Po上测量的刀具前面与基面Pr之间的夹角。后角在正交平面Po上测量的刀具后面与切削平面Ps之间的夹角。副后角在副正交平面Po上测量的副后面Aa与副切削平面Ps之间的夹角。,刀具角度,主偏角在基面Pr上测量的切削平面Ps与假定工作平面Pf之间的夹角。副偏角在基面Pr上测量的副切削平面Ps与假定工作平面Pf之间的夹角。刃倾角在切削平面Ps上测量的刀具主切削刃S与基面Pr间的夹角。刃倾角总为锐角，其正、负值的确定原则为：当刀尖位于主切削刃的最高点时，刃倾角为正值；反之为负值。,刀具角度,刀具角度,作业：按照以下角度值绘制刀具，并构建三维模型。,外圆车刀,切断刀,刀具角度选择,机械制造技术,各类车刀,作业：每组绘制45种不同刀具，并标注刀具角度图。,楔角与刀尖角,为比较切削刃、刀尖的强度，还定义了楔角0和刀尖角r两个角度，它们也属派生角度。楔角：在正交平面中，前刀面与主后刀面之间的夹角。刀尖角：主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角。,前角的影响,前角越大，切削造成的阻力就越小，由此产生的切削力与切削热也随之减少；前角越大，楔角越小，刀具强度也随之减小，刀具散热性能下降；减小前角或使用负前角，切削刃变钝，加工表面质量变差；,前角影响,前角的选择,工件强度、硬度较低，可采用前角较大的刀具；反之前角应较小；对于特别硬的材料，刀具前角应减小设置采用负前角。加工塑性材料，采用较大前角；加工脆性材料，则采用较小前角；成形刀具加工面积较大，冲击交大，应选取小的前角以防止刀具畸变；高速钢刀具韧性好，前角可510度；硬质合金钢刀具则可增大到30度。,后角的影响,增大后角，能有效减少刀具与工件（后刀面与切削表面）之间的摩擦，提高工件表面加工质量；后角越大，楔角越小，刀具强度也随之减小，散热条件也会变差；后角越大，刀具耐磨性越高。磨钝标准不一（VB、NB），后角选择不一。,后角影响,后角的选择,增大后角，能有效减少刀具与工件（后刀面与切削表面）之间的摩擦，提高工件表面加工质量；后角越大，楔角越小，刀具强度也随之减小，散热条件也会变差。,后角影响,主偏角的影响,主偏角越小，切削刃越长，切削热散热情况有所改善；随着切削层变薄，切削越省力；主偏角越小，对工件冲击力越大（背向力、径向力），降低加工质量；主偏角改变切削层形状，影响刀具承受的负荷，影响刀具磨损和耐用度。,主偏角影响,主偏角的选择,工件材料强度较大，选择小主偏角刀具，以减小刀具的背向力，减小刀具振动；按照工件形状与工艺加工要求合理选择刀具。,副偏角的影响,副偏角改变加工残留面积，影响加工表面的粗糙度。副偏角过大影响刀具散热条件。,副偏角的选择,副偏角过大，降低刀具强度与散热条件；副偏角过小，增大副后刀面与已加工表面之间摩擦，引起振动；在不引起振动的前提下，副偏角应尽可能减小。,作业：叙述各个刀具角度的位置、作用及对金属切削的影响。叙述各个刀具角度的选择方法。,切削力,机械制造技术,切削力的产生,金属切削时，刀具切除工件上切削层金属，使之成为切屑，产生切削力。,切削力的产生,（1）克服工件材料弹性变形的力；（2）克服工件材料塑性变形的力；（3）克服刀具切屑、刀具工件接触面上的摩擦力。,切削合力,切削力或切向力，计算切削功率和设计机床的主要参数。进给力或轴向力，设计机床进给机构或校核其强度的主要参数，约为0.1-0.6Fc。背向力或径向力，使机床加工系统（含机床、刀具、工件）产生变形，对加工精度的影响较大。约为0.15-0.7Fc。,Fp位移很小，忽略不计，仅Fc、Ff做功。Ff的功率相比Fc约为的1%，相比之下太小，切削功率可近似为式中切削力（N）；切削速度（m/s）；进给力（N）；工件转速（r/s）；进给量（mm/r）,切削功率,根据切削功率选择机床电动机时，还要考虑机床的传动效率。机床电动机的功率PE应为：式中m机床传动效率，取0.750.85。,切削功率,单位切削力,单位切削面积上的切削力称为单位切削力，用Kc（Nmm2）表示。,影响切削力的主要因素,刀具几何参数切削用量（V,f,ap）工件材料刀具材料切削液刀具磨损机床和装夹,切削用量的影响,（l）背吃刀量ap和进给量f当ap和f增加时，切削面积增加，切削变形抗力增大，因而切削力增加。,切削用量的影响,（2）切削速度v切削塑性金属时，在积屑瘤区，由于产生积屑瘤现象，影响刀具实际前角大小，从