机械加工工艺介绍详解.ppt

1 机械加工工艺 2 第一章 切削加工的基础知识第二章 金属切削机床第三章 机械加工工艺过程 3 机械加工工艺基础 主要介绍机械加工的基本概念 切削基本原理 切削机床与刀具 切削加工基本工艺过程 选择切削加工方法的基本原则 以及零件机械加工结构工艺性 4 第一章切削加工的基础知识 5 钳工 通过工人手持工具进行切削加工 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 1 1钳工与机械加工 6 2 零件表面质量的概念 零件几何参数 宏观几何参数 包括 尺寸 形状 位置等要素 微观几何参数 指 微观表面粗糙程度 7 2 1加工精度 加工精度 指零件经切削加工后 其尺寸 形状 位置等参数同理论参数的相符合的程度 偏差越小 加工精度越高 它包括 a 尺寸精度 零件尺寸参数的准确程度 b 形状精度 零件形状与理想形状接近程度 c 位置精度 零件上实际要素 点 线 面 相对于基准之间位置的准确度 8 2 1加工精度 国家标准规定 常用的精度等级分为20级 分别用IT01 IT0 IT1 IT2 IT18表示 数字越大 精度越低 其中IT5 IT13常用 高精度 IT5 IT6通常由磨削加工获得 中等精度 IT7 IT10通常由精车 铣 刨获得 低精度 IT11 IT13通常由粗车 铣 刨 钻等加工方法获得 9 零件精度等级及其相应的加工方法 10 2 2表面粗糙度 表面粗糙度 零件微观表面高低不平的程度 产生的原因 1 切削时刀具与工件相对运动产生的磨擦 2 机床 刀具和工件在加工时的振动 3 切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹 4 加工时零件表面发生塑性变形 11 2 2表面粗糙度 表面粗糙度对零件质量的影响 零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大 主要有以下几个方面 1 零件表面粗糙 将使接触面积减小 单位面积压力加大 接触变形加大 磨擦阻力增大 磨损加快 2 表面粗糙度影响配合性质 对于间隙配合 表面粗糙易磨损 造成间隙迅速加大 对于过盈配合 在装配时 可使微小凸峰挤平 有效过盈量减少 使配合件强度降低 3 零件表面粗糙 低谷处容易聚积腐蚀性物质 且不易清除 造成表面腐蚀 4 当零件承受载荷时 凹谷处易产生应力集中 以致产生裂纹而造成零件断裂 12 2 2表面粗糙度 国家标准规定 表面粗糙度分为14个等级 分别用表示 数字越大 表面越粗糙 表面粗糙度符号上的数值Ra 单位是微米 m 13 2 3常见加工方法的Ra表面特征 14 3 切削运动与切削用量 机器零件的基本表面包括 外圆 内圆 孔 平面和成型面基本表面主要由如下的加工方法获得 15 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 3 1切削运动 16 机床的切削运动 17 3 2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 如下图 18 3 2 1车削切削速度 背吃刀量的计算 V 切削速度d 工件直径n 工件转速 背吃刀量 切削速度 dmax 待加工表面直径dmin 已加工表面直径ap 背吃刀量 19 4 切削刀具 刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素 刀具性能主要取决于两个因素 即刀具材料和刀具的几何角度 4 1刀具材料应具备如下五个基本特性 1 高硬度 HRC 60以上 2 高的强度与韧性 保证能够承受切削力的作用而不破坏 3 高的热硬性 材料在高温下仍然保持高硬度的性能 热硬性用热硬温度表示 4 良好的耐磨性 5 良好的工艺性和经济性 20 4 1 1常用的刀具材料 碳素工具钢 如T7 T8 T9 T13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 21 4 1 1常用的刀具材料 常用的硬质合金有 钨钴钛类 牌号YT 硬质合金 适合于加工钢等塑性材料 其代号有YT5 YT15 YT30等 粗加工用YT5 精加工用YT30 钨钴类 牌号YG 硬质合金 适合于加工铸铁 青铜等脆性材料 其代号有YG3 YG6 YG8等 粗加工用YG8 精加工用YG3 22 4 1 2其它刀具材料 陶瓷 常用的刀具陶瓷有两种 Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷 陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度 很高的耐磨性和耐热性 其主要缺点是抗弯强度低 冲击韧性很差 不能承受较大的冲击载荷 金刚石 它分三种天然单晶金刚石刀具整体人造聚晶金刚石刀具金刚石复合刀片立方氧化硼 由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成 23 常用的刀具材料 24 为了研究刀具的几何角度 建立三个辅助平面 基面 通过主切削刃上的某一点 与该点切削速度方向垂直的平面 切削平面 通过主切削刃上的某一点 与该点加工表面相切的平面 正交平面 通过主切削刃上的某一点 与主切削刃在基面上的投影垂直的平面 4 2刀具的几何角度 车刀的基本形状 25 前刀面和主后刀面的交线叫主切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃两条切削刃的交点叫刀尖 但刀尖并非绝对尖锐 4 2刀具的几何角度 车刀的基本形状 26 4 3刀具角度的合理选择问题 原则 粗加工时 为了提高切削效率 切削力会较大 因此强度要高 精加工时 切削力较小 为了保证零件质量因此刀具较锋利 粗加工 前角 后角均小 强度高精加工 前角 后角均大 刀具锋利主偏角 车台阶轴 取90度既车外圆又车端面 取45度副偏角 为降低表面粗糙度 取小值 一般为 5 15度刃倾角 粗加工常取负值 精加工取正值 27 5 刀具磨损和刀具耐用度 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 28 刀具使用 磨钝 刃磨刀具 包括 三种磨损形式与三个磨损阶段 5 1刀具的使用过程 29 第二章金属切削机床 30 1 机床的类型 金属切削机床是用来对工件进行加工的机器 故称为 工作母机 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 31 车削的加工范围 车削是以加工回转体为主要加工目的 在车床上可以加工 外圆 端面 锥度 钻孔 钻中心孔 镗孔 铰孔 切断 切槽 滚花 车螺纹 车成型面 绕弹簧等 32 车削的工艺特点 粗加工 经济精度可达到IT10 表面粗糙度在25 12 5之间 精加工 经济精度可达IT7左右 表面粗糙度Ra6 3 1 6之间 2 易于保证相互位置精度要求 一次装夹可加工几个不同的表面 避免安装误差 3 刀具简单 制造 刃磨和安装方便 容易选用合理的几何形状和角度 有利于提高生产率 4 应用范围广泛 几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体表面及端面 均可以用车削方法达到要求 5 可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加工 有色金属的高精度零件不适合采用磨削 33 铣削的主要加工范围 34 铣削的工艺特点 1 铣削加工的精度可达IT10 IT7 表面粗糙度可达6 3 1 6左右2 生产效率高 铣刀是多刀齿刀具 铣削时有几个刀齿同时参加切削 主运动是刀具的旋转 所以铣削的生产效率比刨削高 3 容易产生振动 铣刀的刀齿切入和切出时产生振动 加工过程中切削面积和切削力变化较大 4 刀齿的散热条件较好 在刀具旋转过程的不切削时间内 刀具可以得到一定的冷却 5 与刨床相比 铣床价格高 适用于批量生产 35 第三章机械加工工艺过程 36 1 下料2 粗车3 焊接4 精车5 磨削6 钻孔 生产过程中 直接改变毛坯形状 尺寸和性能 使之变为合格零件的过程 称为工艺过程 工艺过程由很多工序组成 工序是指在一个工作地点对一个或一组工件所连续完成的部分工艺过程 例 37 1 1各种生产类型的要求和特征 38 2 工件的安装 直接安装法 工件直接安装在工作台或采用通用夹具 三爪卡盘 四爪卡盘 顶尖 平口钳 电磁吸盘等标准附件 有时要对工件进行划线找正 再行夹紧 专用夹具安装 工件安装在为其加工而专门设计的夹具中 无须找正 迅速保证工件对刀具和机床的准确定位 节约时间 生产效率高 但夹具的设计和制造需要一定的成本 39 3 夹具简介 夹具是用来将待加工工件固定的装置 夹具一般可分为通用夹具和专用夹具两种 此外还发展了通用可调夹具 成组夹具和组合夹具等类型的夹具 40 3 1夹具的分类 1 通用夹具 指一般已经标准化 不需特殊调整就可以用来装夹不同工件的刀具 如 三爪卡盘 四爪卡盘 顶尖 分度头 平口钳 电磁吸盘 通用夹具价格较低 使用范围广泛 但生产效率不如专用夹具 故一般仅适用于单件小批量生产 2 专用夹具 是指为某一零件的加工而专门设计和制造的夹具 既可以保证加工精度 又提高生产效率 但夹具需要一定的投资 所以主要用于成批及大量生产中 41 3 通用可调夹具和成组夹具 通过调整或更换个别元件后 可以加工形状相似 尺寸相近 加工工艺相似的多种工件 在当前多品种小批量生产的条件下 更显示出这两类夹具的优势 4 组合夹具 用事先准备好的通用标准元件和部件组合而成的夹具 用完之后可以将这类夹具拆卸下来 更换元 部件组装成新夹具 供再次使用 3 1夹具的分类 42 3 2夹具的组成 夹具一般由以下部分组成 1 定位装置 用来确定工件正确位置的装置 它包括定位元件或定位元件的组合 2 夹紧装置 工件定位后 用夹紧的力来承受切削力的机构 它包括夹紧元件或其组合 3 导向元件 用来确定刀具位置 并引导刀具进行加工的元件 4 夹具体 用来联系并固定上述各种装置和元件 使之成为一个整体的零件 43 4 工艺规程的拟定 A 工艺分析 检查图纸 做出修改 审查材料 审查零件的结构工艺性 下一步 B 毛坯的选择及加工余量的确定 44 4 1毛坯选择及加工余量的确定 加工余量 为了加工出合格零件 必须从毛坯上切去一层金属 称加工余量 加工余量分为工序余量和总余量 某道工序切除的余量称为工序余量 各工序余量的和称总余量 工序余量的确定 决定工序余量的大小 是在保证加工质量的前提下 使余量尽可能的小 过大影响生产效率 过小不能切去工件表面的缺陷层 加工余量的确定可采用如下方法 1 根据生产经验估计2 查表 根据工艺手册查表3 计算法 可查阅 机制工艺学 有关内容 45 4 2定位基准的选择 在机械加工中 无论采用哪种安装方法 都必须使工件在机床或夹具上正确地定位六点定位 任何一个未被约束的物体 在空间有六个自由度 而要使物体在空间有确定的位置 必须约束这六个自由度 46 4 3工件的基准 工件的基准 在零件的设计和制造过程中 要确定一些点 线或面的位置 必须以一些指定的点 线或面作为依据 这些作为依据的点 线或面 称为基准 按照作用的不同 常把基准分为设计基准和工艺基准两类 47 4 3 1工艺基准 工艺基准分为工序基准 定位基准 测量基准 装配基准 1 工序基准 在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准 2 定位基准 在机械加工中 用来使工件在机床或夹具中占有正确位置的点 线或面 它是工艺基准中最主要的基准 定位基准选择是否合理 对保证工件加工后的尺寸精度和形位精度 安排加工顺序 提高生产率以及降低生产成本起着决定性的作用 它是制定工艺过程的主要任务之一 定位基准可分为粗基准和精基准两种 48 3 测量基准 用以测量已加工表面尺寸及位置的基准 4 装配基准 用来确定零件或部件在机器中的位置的基准 4 3 1工艺基准 49 4 3 2定位基准的选择 粗基准 毛坯表面的定位基准 1 选取不加工的表面作粗基准 这样可使加工表面具有较正确的相对位置 并有可能在一次安装中把大部分加工表面加工出来 选择定位基准是为了保证工件的位置精度 因此 选择定位基准总是从有位置精度要求的表面开始进行选择的 50 精基准的选择原则 对于形位公差精度要求较高的零件 应采用已加工过的表面作为定位基准 这种定位基准面叫做精基准 精基准的选择原则 1 基准重合原则 选用定位基准与设计基准重合的原则 51 2 基准统一原则 位置精度要求较高的各加工表面 尽可能在多数工序中统一用同一基准 精基准的选择原则 52 3 互为基准原则 在需要加工的各表面中 加工时互相以对方为定位基准 精基准的选择原则 4 自为基准原则 以加工表面自身作为定位基准 总之 无论是粗基准还是精基准的选择 都必须首先使工件定位稳定 安全可靠 然后再考虑夹具设计容易 结构简单 成本低廉等技术经济原则 53 4 4机械加工工艺过程的制定 机械加工工艺过程的制定按三个步骤进行 1 拟定加工工艺路线分析研究零件图的各项内容及技术要求拟定零件加工的加工方法 加工方案及工艺路线 2 安排好加工工序 1 选择毛坯 54 2 安排好切削加工工序 合理选择加工方案 合理确定基准面常见几类典型零件的加工 其基准选择的常用方法有 A 台阶轴类零件 一般选择两端中心孔作为定位基准面 对于批量很小 长度很短的轴类零件 可采用三爪卡盘在一次装夹中完成各表面的精加工 4 4机械加工工艺过程的制定 55 A 台阶轴类零件 4 4机械加工工艺过程的制定 56 B 套类零件 一般选择其轴线 内孔 作为定位基准面 4 4机械加工工艺过程的制定 57 4 4机械加工工艺过程的制