机械制造基础全套教案ppt课件.pptx

机械制造基础 1 课程介绍及要求 一 课程内容和目的二 特点三 重要性四 学习要求五 参考书 2 参考书 金属切削原理与刀具互换性与测量技术 公差 金属切削机床机械制造工艺学机床夹具设计 3 第一章绪论 机械制造业的作用与现状 4 第二章机械零件加工表面的形成 5 机器的组成 6 汽车的组成 7 机器的组成 8 机械零件的表面 例 9 机械零件的表面 10 第一节机械零件加工表面的形成过程 11 一 工件的加工表面及其形成方法 1 机械零件常用的表面形状 12 图2 1机器零件上常用的各种典型表面 13 2 工件表面的形成 工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的 并且我们把这两条线叫着母线和导线 统称发生线 14 例 工件表面的形成 图2 2组成工件轮廓的几何表面 15 3 发生线的形成 1 成型法 利用成形刀具来形成发生线 对工件进行加工的方法 16 图2 3形成发生线所需的运动 17 3 发生线的形成 2 轨迹法 靠刀尖的运动轨迹来形成所需要表面形状的方法 18 图2 3形成发生线所需的运动 19 3 发生线的形成 3 相切法 由圆周刀具上的多个切削点来共同形成所需工件表面形状的方法 20 图2 3形成发生线所需的运动 21 3 发生线的形成 4 展成法 利用工件和刀具作展成切削运动来形成工件表面的方法 22 图2 3形成发生线所需的运动 23 4 表面成型运动 例 车削外圆柱面的成形运动 24 4 表面成型运动 例 常见典型表面成形运动 25 二 切削运动与切削要素 1 切削加工中的工件表面 26 二 切削运动与切削要素 2 切削运动与切削用量 27 2 切削运动与切削用量 1 主运动 由机床或人力提供的主要运动 能使刀具从工件上切除金属层使之变为切屑 例如 车削时 车床主轴带动工件作的旋转运动 铣削时 铣床主轴带动铣刀作的旋转运动 28 2 切削运动与切削用量 1 主运动是一个矢量主运动方向 是指切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向 29 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 30 1 主运动 主运动方向 是指切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向 主运动速度 也就是切削速度 是指切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度 用vc表示 单位 m min 或m s 31 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 32 1 主运动 主运动方向 是指切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向 主运动速度 也就是切削速度 是指切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度 用vc表示 单位 m min 或m s 外圆车削时 切削速度的计算公式为 33 2 进给运动 进给运动 由机床或人力提供的附加运动 它能使把工件切削层不断地投入切削过程 34 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 35 2 进给运动 进给运动方向 是指切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动方向 36 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 37 2 进给运动 进给运动方向 是指切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动方向 进给运动速度 指切削刃选定点相对于工件进给运动的瞬时速度 用vf表示 单位常取为 mm s 或 mm min 38 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 39 进给运动速度 例 外圆车削时 进给运动速度常常用进给量f来表述 单位 mm r刨削时 进给运动速度用每一行程多少毫米来表述 单位为mm str 铣削时 进给运动速度常用每齿进给量f来表述 单位 mm z进给速度vf 进给量f 每齿进给量fz和刀具齿数Z之间的关系如下 vf nf nzfz 40 3 刀具的工作平面 切削过程中刀具的工作平面是指 通过切削刃选定点并同时包含主运动方向和进给运动方向的平面 工作平面的符号为Pfe 41 4 吃刀量 吃刀量是指过切削刃的两个端点 且垂直于所选定的测量方向的两平面间的距离 42 4 吃刀量 确定吃刀量有三点要注意 1 确定切削刃的两个端点 2 确定测量的方向 3 确定两界限平面 43 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 44 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 45 4 吃刀量 在一般切削加工中 常用的吃刀量有背吃刀量asp 或ap 和侧吃刀量ase 或ae 两个 其单位为mm 例 车削背吃刀量asp 铣削背吃刀量asp 侧吃刀量ase 46 5 背吃刀量 背吃刀量是指过切削刃选定点在垂直于工作平面方向上测量的吃刀量 例 外圆车削 47 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 48 5 背吃刀量 背吃刀量是指过切削刃选定点在垂直于工作平面方向上测量的吃刀量 例 外圆车削 49 切削用量三要素 背吃刀量asp 进给量f切削速度vc 50 6 合成切削运动 切削过程中 由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动 合成切削运动方向 就是切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向 合成切削速度ve 就是切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度 51 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 52 二 切削运动与切削要素 3 切削层参数切削层 切削过程中 由刀具的一个单一动作所切除的工件材料层 切削层尺寸平面 通过切削刃基点并垂直于该点主运动方向的平面 切削刃基点 切削刃等分中点 例 平行四边形BCDF即为切削层尺寸平面 它截切削层于BCDE四边形 53 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 54 3 切削层参数 1 切削层公称横截面积AD 切削面积 切削面积是指在给定瞬间 切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积 单位 mm2 55 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 56 3 切削层参数 1 切削层公称横截面积AD 切削面积 切削面积是指在给定瞬间 切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积 单位 mm2 AD aspf 57 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 58 3 切削层参数 2 切削层公称宽度bD 切削宽度 切削宽度是指在给定瞬间 在切削层尺寸平面中测量的作用主切削刃截形上两个极点间的距离 单位 mm 例 如图2 6所示 平面cBCDF即为切削层尺寸平面 BC段为作用的主切削刃 BC两点间的距离bD即为切削层公称宽度 实际横截面积BCDE就是切削面积 59 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 60 3 切削层参数 3 切削层公称厚度hD 切削厚度 切削厚度是指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比 单位 mm 即 61 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 62 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 63 3 切削层参数 4 切削层的工艺参数 64 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 65 图2 6外圆车削时的加工表面 切削用量与切削层 66 4 材料切除率 材料切除率Q 在特定瞬间 单位时间所切除的材料体积 单位 mm3 s Q 1000vcAD 1000vchDbD 1000vcaspf 67 第二节金属切削机床基本知识 68 一 对金属切削机床的基本要求 1 机床的性能方面 1 工艺范围是指机床适应不同加工要求的能力 69 一 对金属切削机床的基本要求 1 机床的性能方面 1 工艺范围1 通用机床2 专用机床 70 一 对金属切削机床的基本要求 1 机床的性能方面 2 加工精度机床的加工精度是指该机床加工零件表面的实际几何参数与理想几何参数的符合程度 如 零件加工表面的尺寸 形状 位置及粗糙度 71 一 对金属切削机床的基本要求 1 机床的性能方面 3 生产效率及自动化程度生产效率即是单位时间内机床所能加工的工件数量 72 一 对金属切削机床的基本要求 1 机床的性能方面 3 生产效率及自动化程度全自动半自动普通机床 73 一 对金属切削机床的基本要求 1 机床的性能方面 4 人机适应性人机适应性的基本要求是可靠 安全和舒适 74 一 对金属切削机床的基本要求 2 机床的经济性方面机床的经济性包括两方面 机床制造厂的经济效益机床使用厂的经济效益 75 一 对金属切削机床的基本要求 2 机床的经济性方面产品定义 外观设计 结构设计 工艺设计 成本核算 质保措施 运输安装 合理使用 维修折旧 报废回收 76 一 对金属切削机床的基本要求 2 机床的经济性方面机床品种系列化 零部件通用化和标准化是生产和使用机床的一项重要的技术经济措施 77 二 金属切削机床的分类 1 按机床的加工性能分类车床C钻床Z铣床X镗床T磨床M齿轮加工机床Y拉床L螺纹加工机床S锯床G刨插床B其他机床Q 78 二 金属切削机床的分类 2 按机床的通用性分类1 通用机床2 专门化机床3 专用机床 79 二 金属切削机床的分类 3 按机床的自动化程度分类1 手动机床2 机动机床3 半自动机床4 全自动机床 80 二 金属切削机床的分类 4 按机床的工作精度分类1 普通精度机床2 精密机床3 高精度机床 81 二 金属切削机床的分类 5 按机床的主要工作部件数目精度分类1 单刀机床2 多刀机床3 单轴机床4 多轴机床 82 二 金属切削机床的分类 6 按机床的重量和尺寸分类1 仪表机床2 中型机床3 大型机床4 重型机床5 超大型机床 83 二 金属切削机床的分类 7 按加工过程的控制方式分类1 普通机床2 数控机床3 加工中心4 柔性制造单元 84 三 金属切削机床型号的编制 1 机床的技术参数及其结构尺寸系列机床的技术参数是表示机床尺寸大小及加工能力的各种数据 85 三 金属切削机床型号的编制 机床的技术参数包括 主参数第二主参数主要工作部件的结构尺寸 如工作台面 主要工作部件的移动行程范围各种运动的速度范围和级数电机功率机床轮廓尺寸 86 三 金属切削机床型号的编制 主参数 机床主参数是表示机床规格大小的一种参数 它直接反应出机床的加工能力的大小 87 三 金属切削机床型号的编制 2 机床型号机床型号是用来表明机床的类型 通用特性 结构特性 主要技术参数等 88 2 机床型号 其它特性代号重大改进顺序主轴数或第二主参数主参数或设计顺序号系代号组代号通用特性 结构特性代号类代号分类代号 89 2 机床型号 90 第三节机械零件的公差与配合 91 一 公差与配合的基本概念 公差 加工误差 92 一 公差与配合的基本概念 1 有关 尺寸 的术语和意义 1 尺寸尺寸是用特定单位表示长度的数字 93 1 有关 尺寸 的术语和意义 2 基本尺寸基本尺寸是由设计者经过计算或按经验确定后 再按标准选取的标注在设计图上的尺寸 94 1 有关 尺寸 的术语和意义 3 实际尺寸实际尺寸是通过测量所得的尺寸 95 1 有关 尺寸 的术语和意义 4 极限尺寸极限尺寸是允许尺寸变化的两个界限值 其中 较大的一个称为最大极限尺寸较小的一个称为最小极限尺寸 96 4 极限尺寸 图2 8公差与配合示意图图2 9公差带图 97 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 1 尺寸偏差尺寸偏差 某一尺寸 基本尺寸偏差包括 实际偏差 实际尺寸 基本尺寸极限偏差 98 极限偏差 上偏差 最大极限尺寸 基本尺寸ES 孔 es 轴 下偏差 最小极限尺寸 基本尺寸EI 孔 ei 轴 99 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 2 尺寸公差 公差 尺寸公差是指尺寸允许的变动量 尺寸公差 最大极限尺寸 最小极限尺寸 上偏差 下偏差 100 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 3 零线零线是在公差带图中 确定偏差的一条基准直线 也叫零偏差线 101 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 4 公差带 102 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 4 公差带在公差带图中 由代表上 下偏差两条直线所限定的一个区域称为公差带 在国家标准中 公差带包括 公差带大小由标准公差确定公差带位置由基本偏差确定 103 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 5 标准公差标准公差就是国家标准所确定的公差 104 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 6 基本偏差基本偏差就是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差 一般指靠近零线的那个偏差 105 2 有关 公差 偏差及误差 的术语和定义 7 误差误差是指零件的设计值X0与加工后的实测值Xi之差 用 Xi表示 即 Xi Xi X0式中 i 1 2 3 n 为测量次数 误差 Xi恒不为零 106 3 有关 配合 的术语和定义 1 配合配合就是基本尺寸相同的 相互结合的孔与轴公差带之间的相配关系 基孔制基轴制 107 基孔制 基孔制是基本偏差固定不变的孔公差带 与不同基本偏差的轴公差带形成各种配合的一种制度 基孔制的孔为基准孔 它的下偏差为零 基准孔的代号为 H 108 图2 11基孔制配合与基轴制配合 109 基轴制 基轴制是基本偏差固定不变的轴公差带 与不同基本偏差的孔公差带形成各种配合的一种制度 基轴制的轴为基准轴 它的上偏差为零 基准轴的代号为 h 110 图2 11基孔制配合与基轴制配合 111 2 配合类型 间隙配合过渡配合过盈配合 112 2 配合类型 间隙配合 当孔的公差带在轴的公差带之上 形成具有间隙的配合 包括最小间隙等于零的配合 113 图2 11基孔制配合与基轴制配合 114 2 配合类型 过盈配合 当孔的公差带在轴的公差带之下 形成具有过盈的配合 包括最小过盈等于零的配合 115 图2 11基孔制配合与基轴制配合 116 2 配合类型 过渡配合 当孔与轴的公差带相互交迭 既可能形成间隙配合 也可能形成过盈配合 117 图2 11基孔制配合与基轴制配合 118 3 配合公差 允许间隙或过盈的变动量称为配合公差 间隙配合 配合公差 最大间隙 最小间隙过盈配合 配合公差 最大过盈 最小过盈过渡配合 配合公差 最大间隙 最大过盈 119 3 配合公差 配合公差 轴公差 孔公差 120 二 标准公差系列与基本偏差系列 1 标准公差系列P28表2 7 121 1 标准公差系列 1 公差单位 公差因子 单位 m 当尺寸 500mm时 mm 反映加工误差 反映测量误差 122 1 标准公差系列 2 公差等级标准公差共分20级 IT01 IT0 IT1 IT2 到IT18 IT 国际标准公差 ISOTolerance 的缩写代号IT7表示标准公差7级 从IT01至IT18 公差等级依次降低 相应的标准公差数值依次增大 123 1 标准公差系列 2 公差等级公差等级系数a 见表2 6 标准公差的值T ai 表2 6尺寸 500mm的IT5至IT18级标准公差计算表公差等级IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12公差值7i10i16i25i40i64i100i160i 124 1 标准公差系列 3 基本尺寸分段 标准公差的值T ai 125 1 标准公差系列 3 基本尺寸分段例 基本尺寸 45mm 在 30mm 50mm尺寸段 的IT6与IT7的公差值 计算基本尺寸 mm 126 1 标准公差系列 例 基本尺寸 45mm 在 30mm 50mm尺寸段 的IT6与IT7的公差值 公差单位 mm IT6 10i 10 1 56 16 mm IT7 16i 16 1 56 24 97 25 mm 127 2 基本偏差系列 128 图2 15基本偏差系列 129 2 基本偏差系列 1 轴的基本偏差请看P32表2 9 130 2 基本偏差系列 1 轴的基本偏差有了基本偏差和标准公差 就不难求出轴的另一个偏差 上偏差或下偏差 es ei ITei es IT 131 2 基本偏差系列 1 轴的基本偏差1 a b c三种用于大间隙或热动配合 2 d e f主要用于旋转运动 3 g主要用于滑动和半液体摩擦 或用于定位配合 4 cd ef fg适用于小尺寸的旋转运动件 5 j h主要用于过渡配合 对中性好 6 p zc主要用于过盈配合 保证轴和孔有足够的连接强度 132 2 基本偏差系列 2 孔的基本偏差请看P34表2 10 133 2 基本偏差系列 2 孔的基本偏差当基本尺寸 500mm时 孔的基本偏差是从轴的基本偏差换算得来的 孔与轴基本偏差换算的前提是 基本偏差代号相当时 应保持配合相同 134 换算规则 1 通用规则a 全部间隙配合A H b 标准公差 IT8的K M N c 标准公差 IT7的P ZC 孔的基本偏差与轴的基本偏差数值相等 但符号相反 但有个别例外 对公差等级 IT8 基本尺寸 3mm的N 其基本偏差ES 0 135 换算规则 2 特殊规则a 标准公差 IT8的K M N b 标准公差 IT7的P ZC 孔的基本偏差要在上述基础上增加一个 值 136 三 公差与配合的基准制与公差等级 1 国家标准规定的公差与配合 137 图2 17尺寸 500mm轴的 方框内的 一般常用和 圆圈内的 优先公差 138 图2 18尺寸 500mm孔的 方框内的 一般常用和 圆圈内的 优先公差 139 图2 19基孔制优先配合公差带图2 20基轴制优先配合公差带 140 三 公差与配合的基准制与公差等级 2 基准制的选用一般情况下 应优先选用基孔制 141 三 公差与配合的基准制与公差等级 3 公差与配合的选用选择公差与配合的主要内容有 1 确定基准制 2 确定公差等级 3 确定配合种类 选择公差与配合的原则是在保证机械产品基本性能的前提下 充分考虑制造的可行性 并应使制造成本最低 142 三 公差与配合的基准制与公差等级 4 公差等级的选用选用的原则如下 1 对于基本尺寸 500mm的轴孔配合 当标准公差 IT8时 国家标准推荐孔比轴低一级相配合 但当标准公差 IT8级或基本尺寸 500mm的配合 推荐采用同级孔 轴配合 2 选择公差等级 既要满足设计要求 又要考虑加工的可能性与经济性 143 4 公差等级的选用 1 IT01 IT0 IT1级公差一般用于高精度量块和其它精密标准量块的尺寸 2 IT2 IT5级公差用于特别精密的零件尺寸 3 IT5 孔到IT6 级公差用于高精度和重要表面的配合尺寸 4 IT6 孔到IT7 级公差用于零件较精密的配合尺寸 5 IT7 IT8级用于一般精度要求的配合尺寸 6 IT9 IT10级常用于一般要求的配合尺寸 或精度要求较高的与键配合的槽宽尺寸 7 IT11 IT12级公差用于不重要的配合尺寸 8 IT12 IT18级公差用于未注公差的尺寸 144 三 公差与配合的基准制与公差等级 5 配合的选用应尽可能选用优先配合和常用配合 145 四 形状公差与位置公差 一 形状公差和形状误差1 形状公差构成机械零件形状的几何要素所允许的变动量称为形状公差 146 四 形状公差与位置公差 一 形状公差和形状误差2 形状误差 形状误差是指被测实际要素对理想要素的变动量 147 四 形状公差与位置公差 形状误差的评定原则最小条件 是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小 例 148 四 形状公差与位置公差 二 形状公差的项目 149 二 形状公差的项目 1 直线度公差实际被测要素对理想直线的允许变动量 150 1 直线度公差 1 在给定平面内的直线度公差带 图2 21给定平面内的直线度公差带 151 1 直线度公差 2 在给定一个方向上的直线度公差带 图2 22给定一个方向上的直线度公差带 152 1 直线度公差 3 在给定相互垂直的两个方向上的直线度公差带 图2 23给定两个方向上的直线度公差带 153 2 平面度公差 平面度公差是实际被测要素对理想平面的允许变动量 其公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域 图2 24平面度公差带 154 3 圆度公差 实际被测要素对理想圆的允许变动量 其公差带是垂直于轴线的任一截面上半径差为公差值t的两个同心圆间的区域 图2 25圆度公差带 155 4 圆柱度公差 实际被测要素对理想圆柱的允许变动量 其公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域 图2 26圆柱度公差带 156 5 线轮廓度公差 实际被测要素对理想轮廓线的允许变动量 其公差带是距离为公差值t 对理想轮廓线对称分布的两等距曲线之间的区域 图2 27线轮廓度公差带 157 6 面轮廓度公差 实际被测要素对理想轮廓面的允许变动量 其公差带是距离为公差值t 对理想轮廓面对称分布的两等距曲面之间的区域 理想轮廓面由理论正确尺寸标出 图2 28面轮廓度公差带 158 四 形状公差与位置公差 三 位置公差和位置误差几何要素 关联要素 基准要素 基准 159 四 形状公差与位置公差 三 位置公差和位置误差位置公差是关联实际要素的位置对基准的变动全量 位置公差带是限制关联实际要素变动的区域 被测实际要素要在此区域内才合格 160 四 形状公差与位置公差 三 位置公差和位置误差位置公差包括 定位位置公差定向位置公差跳动位置公差 161 1 定向位置公差 平行度 被测实际要素相对于基准要素的方向成0 的要求 图2 29以平面为基准的平行度公差带 162 1 定向位置公差 垂直度 被测实际要素相对于基准要素的方向成90 的要求 图2 30以轴线为基准的垂直度公差带 163 1 定向位置公差 倾斜度 被测实际要素相对于基准要素的方向成一定角度的要求 图2 31倾斜度公差带 164 2 定位位置公差 同轴度 要求被测实际要素与基准要素同轴 图2 32同轴度公差带 165 2 定位位置公差 对称度 要求被测实际要素与基准要素共面 图2 33对称度公差带 166 2 定位位置公差 位置度 要求被测实际要素与基准要素有一定的位置关系 图2 34孔轴线的位置度公差带 167 3 跳动位置公差 圆跳动全跳动 168 3 跳动位置公差 圆跳动 单个被测实际要素在任一截面上相对于基准要素的允许跳动量 根据允许变动的方向的不同 圆跳动可分为 径向圆跳动端面圆跳动斜向圆跳动 169 径向圆跳动 径向圆跳动用于控制圆柱表面任一横截面上的跳动量 图2 35径向圆跳动公差带 170 端面圆跳动 端面圆跳动用于控制端面任一测量直径处 在轴向方向的跳动量 图2 36端面圆跳动公差带 171 斜面圆跳动 斜面圆跳动用于控制圆锥面在法线方向的跳动量 172 3 跳动位置公差 全跳动 整个被测实际要素相对于基准要素的允许跳动总量 根据允许变动的方向的不同 全跳动可分为 径向全跳动端面全跳动斜向全跳动 173 径向全跳动 径向全跳动用于控制整个圆柱表面上的跳动总量 图2 37径向全跳动公差带 174 端面全跳动 端面圆跳动用于控制整个端面在轴向方向的跳动总量 图2 38端面全跳动公差带 175 四 形状公差与位置公差 四 形位公差的选用 176 四 形位公差的选用 1 形状公差应比尺寸公差小 例如 圆柱形零件的形状公差 轴线直线度除外 一般情况下应小于其尺寸公差值 平行度公差值应小于相应的距离尺寸公差值 圆度 圆柱度公差值约为同级的尺寸公差值的50 故一般可按同级选取 比如 尺寸公差为IT6 则圆度 圆柱度公差也选6级 但并不是圆度 圆柱度公差必须按尺寸公差同级选取 也可根据零件的功能要求选取相邻级 必要时可按比尺寸公差等级高半级到2级 177 四 形位公差的选用 2 一般形状公差应比位置公差小 同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值 如同一平面上 平面度公差值应小于该平面对基准的平行度公差值 3 表面粗糙度与形状公差的大概的比例关系 通常 表面粗糙度的Ra值可取为形状公差值的 20 25 178 四 形位公差的选用 4 对于制造难度大的零件应该选取较大的形位公差 对刚性较差的零件 如细长轴 和结构特殊的要素 如大跨距的孔或轴的同轴度公差 在保证零件功能的前提下 考虑到制造较困难 应适当降低1 2级形位公差值 179 第四节工件的定位和夹紧 180 一 零件的基准及其分类 什么是基准 基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点 线 面 181 一 零件的基准及其分类 1 设计基准在零件设计图上用以确定其它点 线 面位置的基准 点 线 面 称为设计基准 182 图2 47零件的设计基准与工艺基准示例 183 一 零件的基准及其分类 2 工艺基准零件在加工 检验和装配过程中所采用的基准 称为工艺基准 184 2 工艺基准 1 定位基准加工时 使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准 185 图2 47零件的设计基准与工艺基准示例 186 2 工艺基准 2 工序基准在工艺文件上用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸 形状和位置的基准 187 图2 47零件的设计基准与工艺基准示例 188 2 工艺基准 3 测量基准检验零件时 用以测量加工表面的尺寸 形状 位置等误差所依据的基准 189 图2 47零件的设计基准与工艺基准示例 190 2 工艺基准 4 装配基准装配时用以确定零件 组件和部件相对于其他零件 组件和部件的位置所采用的基准 191 图2 48齿轮的装配基准 传动轴 传动齿轮 键 192 基准重合 在实际生产中 应尽量使以上各种基准重合 以消除基准不重合误差 1 设计零件时应尽量以装配基准作为设计基准 以便保证装配技术要求 2 在制定加工工艺路线时 应尽量以设计基准作工序基准 以保证零件加工精度 3 在加工和测量零件时 要尽量使定位基准 测量基准和工序基准重合 以减少加工误差和测量误差 193 二 工件在工艺系统内的安装 定位 加工前 使工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置的过程 称为定位 194 二 工件在工艺系统内的安装 夹紧 用施加外力的形式 把工件已确定的定位位置固定下来的过程 称为夹紧 这个定位 夹紧的过程 称为装夹或安装 例 在墙上贴画例 看电影 195 二 工件在工艺系统内的安装 装夹或安装 工件定位 夹紧的全过程 称为装夹或安装 小结 定位在前 夹紧在后定位是首要的 定位 夹紧 安装 196 二 工件在工艺系统内的安装 机床夹具 在机床上用来完成工件定位 夹紧任务的装置 称为机床夹具 197 二 工件在工艺系统内的安装 1 工件的找正安装直接找正法 是用百分表 划针或用目测 在机床上直接找正工件 使工件获得正确位置的方法 198 图2 49直接找正法示例a 磨内孔时工件的找正b 刨槽时工件的找正 199 二 工件在工艺系统内的安装 1 工件的找正安装划线找正法 当零件形状很复杂时 可先用划针在工件上画出中心线 对称线或各加工表面的加工位置 然后再按划好的线来找正工件在机床上的位置的方法 200 图2 50划线找正法示例 201 二 工件在工艺系统内的安装 2 使用夹具安装工件 202 图2 51用专用夹具安装工件 支承板 支承板 支承钉 支承钉 支承钉 钻套 203 二 工件在工艺系统内的安装 2 使用夹具安装工件优点 1 易于保证加工精度 2 能大大地提高生产率 缩短辅助时间 3 装夹方便 能大大地减轻工人劳动强度 204 三 工件在夹具中的定位 1 六点定位原理 图2 52物体的六个自由度 205 三 工件在夹具中的定位 1 六点定位原理 图2 53六点定位简图 206 三 工件在夹具中的定位 1 六点定位原理在机械加工中 要完全确定工件在夹具中的正确位置 必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度 称为 六点定位原理 207 三 工件在夹具中的定位 2 常见定位分析 208 2 常见定位分析 1 完全定位 图2 54连杆钻孔定位方案 平面支承 侧挡销 短圆柱销 209 2 常见定位分析 2 不完全定位 图2 54连杆钻孔定位方案 平面支承 侧挡销 短圆柱销 210 2 常见定位分析 3 欠定位 图2 51用专用夹具安装工件 211 2 常见定位分析 4 过定位 图2 55过定位示意 212 2 常见定位分析 4 过定位 图2 56滚 插齿时工件的过定位 213 3 常见定位方式及定位元件 1 工件以平面定位主要支承辅助支承 固定支承可调支承自位支承 支承钉支承板 214 3 常见定位方式及定位元件 1 工件以平面定位支承钉 215 图2 57支承钉和支承板 216 3 常见定位方式及定位元件 1 工件以平面定位支承板 217 图2 57支承钉和支承板 218 3 常见定位方式及定位元件 1 工件以平面定位可调支承 219 图2 58可调支承 220 3 常见定位方式及定位元件 1 工件以平面定位自位支承 在定位时 其支承点的位置可随工件定位基准面位置的变化而自动与之协调 虽然自位支承与工件有两三个接触点 但只起到一个支承点的作用 221 图2 59自位支承 222 3 常见定位方式及定位元件 1 工件以平面定位辅助支承 223 图2 60辅助支承 224 3 常见定位方式及定位元件 2 工件以圆孔定位定位销定位心轴定心夹紧装置 225 3 常见定位方式及定位元件 2 工件以圆孔定位定位销 圆柱销圆锥销 长定位销短定位销 226 图2 64工件以圆柱孔定位的定位套 常见的圆柱销结构 227 常见的圆锥销结构 图2 65锥销定位 228 3 常见定位方式及定位元件 2 工件以圆孔定位定位心轴锥度心轴圆柱心轴过盈配合心轴间隙配合心轴 229 3 常见定位方式及定位元件 2 工件以圆孔定位锥度心轴 图2 67锥度心轴 230 3 常见定位方式及定位元件 2 工件以圆孔定位过盈配合心轴 图2 66圆柱心轴 231 3 常见定位方式及定位元件 2 工件以圆孔定位间隙配合心轴 图2 66圆柱心轴 232 3 常见定位方式及定位元件 3 工件以外圆表面定位V形块半圆环定位套支承定位 233 3 常见定位方式及定位元件 3 工件以外圆表面定位V形块 图2 61 型块 234 3 常见定位方式及定位元件 3 工件以外圆表面定位V形块 图2 62活动V型块的应用 235 3 常见定位方式及定位元件 3 工件以外圆表面定位定位套 图2 63工件以圆孔定位的定位套 236 3 常见定位方式及定位元件 4 工件以组合表面定位 图2 68一面两销定位 237 3 常见定位方式及定位元件 4 工件以组合表面定位 238 3 常见定位方式及定位元件 P63表2 14 239 四 工件的夹紧方式 1 夹紧装置及其组成什么是夹紧装置 将工件在夹具中夹紧 压牢的装置 就是夹紧装置 动力装置夹紧装置夹紧元件中间递力机构 240 四 工件的夹紧方式 2 对夹紧装置的基本要求1 夹紧应有利于工件的定位而不能破坏工件在定位时所获得的正确位置 2 夹紧力大小应适当 使夹紧作用可靠 而且能够自锁 3 夹紧后工件的变形应尽可能小 不能因夹紧变形而影响加工精度 4 夹紧机构的操作要方便 迅速 省力 安全 241 3 夹紧力的确定 1 确定夹紧力方向的两个原则 a 夹紧力作用方向应垂直于工件的主定位面 图2 69夹紧力方向对镗孔位置精度的影响 242 3 夹紧力的确定 1 确定夹紧力方向的两个原则 b 夹紧力的方向应有利于减少所需要的夹紧力 243 3 夹紧力的确定 1 确定夹紧力方向的两个原则 b 夹紧力的方向应有利于减少所需要的夹紧力 244 3 夹紧力的确定 2 夹紧力作用点的选择 a 夹紧力应作用在工件刚度最大的部位 图2 70夹紧力作用部位 245 3 夹紧力的确定 2 夹紧力作用点的选择 b 夹紧力的作用点应在夹具支承点所组成的面积之内 图2 71夹紧稳定性 246 3 夹紧力的确定 2 夹紧力作用点的选择 c 夹紧力的作用点应尽可能靠近加工表面 以减少和防止加工时工件的振动 247 3 夹紧力的确定 3 夹紧力大小的估算 248 第三章金属切削基本知识 第一节刀具切削部分几何参数 249 一 刀具切削部分的构成 图3 1车刀切削部分的组成要素 刀面 前刀面后刀面副后刀面 刀刃 主切削刃副切削刃刀尖 250 一 刀具切削部分的构成 图3 2刀尖的类型 251 二 刀具的静态角度 确定刀具角度的坐标参考系 实际合成切削运动方向工作参考系进给运动方向刀具实际安装位置 252 二 刀具的静态角度 确定刀具角度的坐标参考系 主运动方向静止参考系进给运动方向刀具安装位置 253 二 刀具的静态角度 确定刀具角度的坐标参考系 工作参考系工作角度静止参考系静态角度 254 1 刀具静止参考系 刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的 1 刀刃上的选定点位于假定工件的轴平面内 是刀具静止参考系的原点 2 过刀具切削刃选定点的假定的进给运动方向位于车刀刀体 轴线 的法平面内并与车刀底面相平行 3 过刀具切削刃选定点的假定的主运动方向垂直于车刀刀体的底面 255 图3 3车刀的静止参考系 图中vc表示假定的主运动方向 vf表示假定的进给运动方向 256 1 刀具静止参考系 构成刀具静止参考系的基准平面有六个 1 基面Pr 通过切削刃选定点 垂直于假定主运动方向的平面 车刀的基面平行于刀体底面 257 图3 3车刀的静止参考系 图中vc表示假定的主运动方向 vf表示假定的进给运动方向 258 1 刀具静止参考系 2 切削平面Ps 通过切削刃选定点 与切削刃相切 并垂直于基面的平面 259 1 刀具静止参考系 3 正交平面Po 通过切削刃选定点 同时垂直于基面和切削平面的平面 260 1 刀具静止参考系 3 正交平面Po 正交平面为垂直于切削刃在基面上的投影的平面 由基准平面Pr Ps Po组成的静止参考系称为刀具的正交平面参考系 261 图3 3车刀的静止参考系 图中vc表示假定的主运动方向 vf表示假定的进给运动方向 262 1 刀具静止参考系 4 法平面Pn 通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面 263 1 刀具静止参考系 4 法平面Pn 通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面 由基准平面Pr Ps Pn组成的静止参考系称为刀具的法平面参考系 264 图3 3车刀的静止参考系 图中vc表示假定的主运动方向 vf表示假定的进给运动方向 265 1 刀具静止参考系 5 假定工作平面Pf 通过切削刃上选定点 垂直于基面 且平行于假定进给运动方向的平面 266 1 刀具静止参考系 6 背平面Pp 通过切削刃上选定点 同时垂直于基面和假定工作平面的平面 267 1 刀具静止参考系 6 背平面Pp 通过切削刃上选定点 同时垂直于基面和假定工作平面的平面 由基准平面Pr Pf Pp组成的静止参考系称为刀具的假定工作平面 背平面参考系 268 图3 3车刀的静止参考系 图中vc表示假定的主运动方向 vf表示假定的进给运动方向 269 2 刀具的静态角度 刀具在正交平面参考系中定义的静态角度有 1 前角go 在正交平面Po上测量的刀具前面Ag与基面Pr之间的夹角 270 图3 4车刀的静态角度 271 2 刀具的静态角度 2 后角ao 在正交平面Po上测量的刀具后面Ag与切削平面Ps之间的夹角 272 图3 4车刀的静态角度 273 2 刀具的静态角度 3 主偏角kr 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 274 图3 4车刀的静态角度 275 2 刀具的静态角度 4 刃倾角ls 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 切削刃的选定点 刃倾角和主偏角这三个参数 确定了主切削刃在参考系中的位置 276 图3 4车刀的静态角度 277 2 刀具的静态角度 5 副偏角kr 副偏角kr 是在基面Pr上测量的副切削平面Ps 与假定工作平面Pf之间的夹角 副偏角kr 一般为锐角 278 图3 4车刀的静态角度 279 2 刀具的静态角度 6 副后角ao 副后角ao 是在副正交平面Po 上测量的副后面Aa 与副切削平面Ps 之间的夹角 280 图3 4车刀的静态角度 281 2 刀具的静态角度 上述六个角度 go ao kr ls kr ao 是在正交平面参考系中 确定车刀三个刀面 前面Ag 后面Aa 副后面Aa 两个刀刃 主切削刃S 副切削刃S 的位置所必需的六个独立的刀具角度 282 图3 4车刀的静态角度 283 2 刀具的静态角度 7 楔角b 楔角b 是在正交平面Po上测量的前面Ag与后面Aa之间的夹角 b 90 go ao 284 图3 4车刀的静态角度 285 2 刀具的静态角度 8 刀尖角er 刀尖角er是在基面Pr上的测量切削平面Ps与副切削平面之间的夹角 er 180 kr kr 286 图3 4车刀的静态角度 287 2 刀具的静态角度 9 余偏角 余偏角 是在基面Pr上测量的切削平面Ps与背平面Pp之间的夹角 90 kr 288 图3 4车刀的静态角度 289 2 刀具的静态角度 刀具在法平面参考系中定义的静态角度也有六个 即 法前角gn法后角an主偏角kr刃倾角ls副偏角kr 副法后角an 其中主偏角kr 刃倾角ls 副偏角kr 同正交平面参考系中的角度完全相同 其余三个角度 即法前角gn 法后角an 副法后角an 的定义不一样 290 2 刀具的静态角度 正交平面参考系与法平面参考系之间的角度换算公式 291 2 刀具的静态角度 刀具在假定工作平面 背平面参考系中定义的刀具角度也有六个 即 侧前角gf侧后角af背前角gp背后角ap副侧后角af 副背后角ap 292 2 刀具的静态角度 正交平面参考系与假定工作平面 背平面参考系之间的角度换算公式 293 三 刀具的工作角度 例1 基面Pr与工作基面Pre的比较 基面Pr是通过切削刃上选定点且垂直于假定主运动方向的平面 而工作基面Pre是通过切削刃上选定点 垂直于合成切削运动方向的平面 二者的不同点在于前者的主运动方向是假定的 而后者的合成切削运动方向是实际存在的 294 三 刀具的工作角度 例二 前角go与工作前角goe的比较 前角go是在正交平面Po上测量的前面Ag与基面Pr之间的夹角 而工作前角goe是在工作正交平面Poe中测量的前面Ag与工作基面Pre之间的夹角 二者的差异在于定义刀具角度参考系的三个基准平面都不同 原因还在于静止参考系的基准轴线是假定的 而工作参考系的基准是实际存在的合成切削运动与进给运动 295 三 刀具的工作角度 1 进给运动对刀具工作角度的影响 图3 5横向进给对工作角度的影响 296 三 刀具的工作角度 1 进给运动对刀具工作角度的影响 图3 5横向进给对工作角度的影响 goe go aoe ao 297 三 刀具的工作角度 2 刀具安装位置对工作角度的影响1 刀具安装高低对工作角度的影响 gpe gp qp ape ap qp 298 三 刀具的工作角度 2 刀具安装位置对工作角度的影响2 刀杆轴线与进给方向不垂直的影响 kre kre Gr kre kre Gr 299 第二节金属切削过程基本规律 一 金属切削过程 300 1 切屑的形成 图3 10金属切削过程中的滑移线和流线 301 1 切屑的形成 图3 12切屑类型 302 1 切屑的形成 图3 10金属切削过程中的滑移线和流线 303 1 切屑的形成 衡量切屑变形程度的方法 切屑厚度压缩比 h 图3 13切屑厚度压缩比 h的计算 304 2 积屑瘤 图3 15积屑瘤与切削刃的金相显微照片 305 2 积屑瘤 图3 16积屑瘤高度及其实际工作前角 306 2 积屑瘤 1 积屑瘤对切削过程的影响 1 积屑瘤包围着切削刃 可以代替前面 后面和切削刃进行切削 从而保护了刀刃 减少了刀具的磨损 2 积屑瘤使刀具的实际工作前角增大 而且 积屑瘤越高 实际工作前角越大 刀具越锋利 3 积屑瘤前端伸出切削刃外 直接影响加工尺寸精度 4 积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度 307 2 积屑瘤 2 积屑瘤的成因 1 工件材料的塑性 308 2 积屑瘤 2 积屑瘤的成因 1 工件材料的塑性 2 切削速度 图3 17切削速度对积屑瘤的影响 309 2 积屑瘤 2 积屑瘤的成因 1 工件材料的塑性 2 切削速度 3 刀具前角 310 2 积屑瘤 2 积屑瘤的成因 1 工件材料的塑性 2 切削速度 3 刀具前角 4 冷却润滑条件 311 二 切削力 1 总切削力的分解和切削功率 1 总切削力的分解1 切削力Fc2 背向力Fp3 进给力Ff 312 1 总切削力的分解和切削功率 1 总切削力的分解 313 1 总切削力的分解和切削功率 2 切削功率 单位 kw Fc 切削力 单位 N vc 切削速度 单位 m min 314 1 总切削力的分解和切削功率 2 切削功率 单位 kw c 机床传动效率 一般 取 c 0 75 0 85 315 二 切削力 2 切削力的经验公式切削力 316 2 切削力的经验公式 切削力背向力进给力切削时消耗的功率 317 2 切削力的经验公式 计算举例 用YT5硬质合金车刀外圆纵车 b 630MPa的热轧45钢 车刀几何参数为go 10 kr 75 ls 5 切削用量为asp 2mm f 0 3mm r vc 100m min 试计算切削力Fc Fp Ff及切削功率Pc 318 2 切削力的经验公式 解 查表3 2得 CFC 2795xFC 1 0yFC 0 75zFC 0 15 319 2 切削力的经验公式 解 320 2 切削力的经验公式 解 当 b 630MPa时 321 2 切削力的经验公式 续 按kr 75 查表3 4 得 按go 10 查表3 4 得 按ls 5 查表3 4 得 322 2 切削力的经验公式 续 323 二 切削力 3 影响切削力的因素总切削力的来源有两个方面 一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力 324 3 影响切削力的因素 1 工件材料的性能对切削力有显著的影响 工件材料的硬度或强度愈高 材料的剪切屈服强度也愈高 发生剪切变形的抗力也愈大 故切削力也愈大 325 3 影响切削力的因素 2 切削用量对切削力的影响 a 背吃刀量asp和进给量f对切削力的影响 326 二 切削力 标准切削试验 刀具材料P10 工件材料45钢 b 650Mpa 车刀几何参数为go 10 kr 45 ls 0 即 asp增大一倍 FC也增大一倍 而f增大一倍 FC只能增大68 80 327 二 切削力 由此可见 从减小切削力和节省动力消耗的观点出发 在切除相同余量的条件下 增大f比增大asp更为有利 328 3 影响切削力的因素 2 切削用量对切削力的影响 b 切削速度Vc对切削力的影响 切削塑性材料时 329 3 影响切削力的因素 2 切削用量对切削力的影响 b 切削速度Vc对切削力的影响 330 3 影响切削力的因素 3 刀具几何参数对切削力的影响 a 前角go对切削力的影响 刀刃锋利 前角go 变形抗力 切削力 331 3 影响切削力的因素 3 刀具几何参数对切削力的影响 a 前角go对切削力的影响 图3 25前角对切削力的影响asp 4mmf 0 25mm r 332 3 影响切削力的因素 3 刀具几何参数对切削力的影响 b 主偏角kr对切削力的影响 333 3 影响切削力的因素 3 刀具几何参数对切削力的影响 c 刃倾角ls对切削力的影响 ls 背前角gp 侧前角 gf Fp Ff 334 3 影响切削力的因素 3 刀具几何参数对切削力的影响 d 刀尖圆弧半径re对切削力的影响 335 3 影响切削力的因素 3 刀具几何参数对切削力的影响 e