机械制造基础.docx

第一章 绪论第二节一、生产过程和工艺过程生产过程：从原材料（或半成品）进厂，一直到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和称为工厂的生产过程。工艺过程：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二、工艺过程组成 1、工序：一个工人或在一组工人，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。2、安装：工件经一次安装后所完成的那一部分工艺过程。3、工位：工件在一次安装中，工件相对于机床（或刀具）每占据一个确切的位置所完成的那一部分工艺过程。4、工步：在加工表面、切削刀具和切削用量都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。（复合工步）5、走刀：每切削一次，称为一次走刀。第四节基准：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（设计基准、工艺基准）设计基准：设计图样上标注设计尺寸所依据的基准工艺基准：工艺过程所使用的基准（工序基准、定位基准、测量基准、装配基准）第五节一、工件的装夹装夹；定位过程与夹紧过程的综合定位：使工件相对于机床占有某一正确的位置（区别夹紧）夹紧：保持工件的定位位置不变，（直接找正装夹，划线找正装夹，夹具装夹）二、工件的定位六点定位原理：欲使工件空间处于完全确定的位置，就必须选用与加工工件相适应的六个支撑点来限制工件空间的六个自由度欠定位：工件加工所需限制的所有自由度没有完全限制过定位：几个定位原件重复限制工件的某一自由度完全定位：六个定位支撑点限制工件在空间的六个自有度不完全定位：根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个第二章 金属切削过程第一节一、切削加工主运动：是刀具和工件间产生相对切削速度并消耗大部分切削力的运动进给运动：使切削能持续进行以形成所需工件表面的运动二、切削用量切削三要素（切削速度Vc、进给量f和背吃刀量ap）1、刀具角度前角o ：在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。前刀面在基面之下时前角为正值，之上为负值后角o 在正交平面内测量的主后刀面与切削平面间的夹角，一般为正值。主偏角kr 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角。副偏角kr 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间的夹角。刃倾角s 在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。当刀尖处在切削刃最高位置时，刃倾角取正号；若刀尖处于切削刃最低位置时，刃倾角取负号；当主切削刃与基面平行时，刃倾角为零。基本角度只有 前角o、后角o、主偏角kr 、副偏角kr 和刃倾角s五个3、刀具的工作角度1） 进给运动对工作角度的影响进给量f越大，工作前角oe变大，工作后角oe减小2） 刀具安装位置对工作角度的影响刀尖安装高于工件中心，工作前角oe变大，工作后角oe减小；低于，相反三、刀具材料（一）性能要求(1)较高的硬度和耐磨性(2)足够的强度和韧性(3)较高的耐热性(4)良好的导热性的耐热冲击性能(5)良好的工艺性（二）常用刀具材料1)高速钢 高速钢是一种加入了较多钨、钼、铬和钒等合金元素的高合金工具钢。具有较高的硬度和耐热性，强度高（抗弯强度一般为硬质合金的23倍，是陶瓷的56倍），韧性好，能磨出锋利的刃口。制造工艺性好。（切削性能：普通高速钢和高性能高速钢；制造工艺：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢）2)硬质合金 硬质合金是用具有高耐磨性和高耐热性的WC、TiC等金属粉末，以Co、Ni作为粘结剂，用粉末冶金法制得的合金。硬度高、耐磨。但强速和韧性比高速钢差。制造车刀和面铣刀（P类，K类M类）3)陶瓷材料 氧化铝(Al2O3)基陶瓷硬度高达9195HRC，耐磨性好，耐热性好，化学稳定性高，抗粘结能力强，但抗弯强度和韧性差，加工冷硬铸铁，淬硬钢工件进行精加工和半精加工。氮化硅(Si3N4) 基陶瓷有较高的抗弯强度和韧性，适于加工铸铁及高温合金，切削钢料效果不显著。4)立方氮化硼 立方氮化硼（CBN）是以六方氮化硼为原料，经高温高压获得的人工合成材料，其硬度仅次于金刚石，和金刚石并称为超硬材料。具有很强的化学稳定性，主要用于加工铁族金属材料5)金刚石天然和人造金刚石都是碳的同素异构体，是自然界中最硬的材料。天然金刚石质量好，价格昂贵，只用作超精密加工切削工具。但由于碳元素与铁元素具有很强的亲和性，所以金刚石刀具不能加工铁族金属材料。4）涂层刀具目前 80%以上都是涂层刀具。它是在硬质合金或高速钢刀体上涂敷氧化铝、碳氮化钛、氮化铝钛、碳氮化铝钛等，具有优异的高温性能。第二节一、 切削形成（1）第一变形区 塑性变形（2）第二变形区 金属纤维化（3）第三变形区 金属纤维化和加工硬化四、积屑瘤2、对切削过程的影响（1）使刀具前角变大 ，使切削力减小（2）使切削厚度变化 使切削力产生波动（3）使加工表面粗糙度增大 是加工表面质量下降（4）对刀具寿命影响：粘在前刀面上的积屑瘤，可代替切削刃切削，有利于减小刀具磨损，提高刀具寿命。但从前刀面上频繁脱落，会使刀具寿命下降防止积屑瘤产生措施：1）正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域2）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦3）增大刀具前角o，减小刀具前刀面与切屑之间的压力4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向第三节切屑类型（带状、节状、粒状、崩碎）第五节一、影响切削热的因素：（1） 工件材料的导热系数 工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出的热量就越多，切削区温度就低。（2） 刀具材料的导热系数 刀具材料的导热系数高，切削区的热量向刀具内部传导快，可以降低切削区的温度。（3） 周围介质 采用冷却性能好的切削液能有效降低切削区的温度。二、影响切削温度的主要因素 切削速度Vc 最显著，进给量f次之，背吃刀量ap最小第六节1、刀具磨损形态（1）前刀面磨损（2）后到面磨损（3）边界磨损2、刀具磨损过程（1）初期磨损阶段（2）正常磨损阶段（3）急剧磨损阶段3、刀具寿命刀具寿命：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间刀具总寿命：刀具寿命乘以刃磨次数第八节 磨削原理一、砂轮特性和选择（4）硬度 砂轮的硬度是指磨粒在磨削力推动作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬度越高，磨粒越不容易脱落（5）组织 是指磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒再砂轮体积中所占比例越大，则组织越密。第三章 机械制造中的加工方法及装备第三节一、 钻孔于加工1、 钻孔麻花钻：主要角度有顶角2，前角o，后角f、横刃斜角和螺旋角加工钢料和铸铁的钻头顶角取为118 2 横刃斜角一般为50 55 螺旋角取为25 32 后角越大，越小，横刃越长，钻削时轴向力越大第四节二、 铣平面1、 铣削方式（1）端铣（对称、不对称）（2）周铣（顺铣、逆铣） 1）顺铣：工件的进给方向与铣刀的旋转方向相同 2）逆铣：工件的进给方向与铣刀的旋转方向相反顺铣于逆铣如何选择？(1)从切屑截面形状分析 逆铣时刀齿磨损快，加工表面质量差，顺铣时则无此现象。顺铣加工表面质量好，但顺铣不宜铣带硬皮的工件。（2）从工件装夹可靠性分析 逆铣时，容易使工件的装夹松动：顺铣时，使工件压紧在工作台上，加工比较平稳。（3）从工作台丝杠、螺母间隙分析 逆铣时，铣床工作台丝杠始终与螺母接触：顺铣时，丝杠与螺母间有间隙，容易打刀。第六节滚齿与插齿的比较（1） 加工质量比较1）从运动精度分析 滚齿后轮齿的齿距累积误差比插齿小2）从传动平稳性分析 插齿后的齿形误差较滚齿小3）从齿面粗糙度分析 插齿的齿面粗糙度比滚齿小综上可知，滚齿的齿轮运动精度高，但齿形误差和齿面粗糙度比插齿大。（2） 生产效率比较 插齿的生产效率一般没有滚齿高（3） 生产应用比较 高精度的圆柱齿轮齿面的加工一般都采用滚齿，插齿主要用于不便于采用滚齿或不能采用滚齿的场合。插齿的灵活性比滚齿好。第四章 机械加工质量及其控制第一节一、加工精度与加工误差加工精度：零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数的接近程度。加工误差：零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数的偏离量。三、 加工经济精度在正常生产条件下（采用采用符合质量标准的设备、工艺装备和和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。第二节一、工艺系统的几何误差（一） 机床的几何误差（1）主轴回转误差（径向圆跳动、轴向圆跳动、角度摆动）（2）导轨误差（3）传动误差：是指传动链始末两端传动元件间相对运动误差，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。提高传动元件的制造精度和装配精度，减少传动件数，均可减少传动误差。二、装夹误差（1）定位误差：定位不准确而引起的误差（2）夹紧误差五、工件内应力重新分布引起的误差 （一）内应力及加工精度的影响1、内应力 内应力亦称残余应力，是指没有外力作用下或除去外力作用后残留在工件内部的应力。2、 内应力产生原因（1） 热加工中产生的内应力（2） 冷校直产生的内应力七、提高加工精度 1减小和消除原始误差 2转移原始误差 3. 均分原始误差 4.采用误差补偿技术第三节（二） 机械制造中常见的误差分布规律1. 正态分布2. 平顶分布3. 双峰分布4. 偏态分布第四节四、 加工表面的物理化学性能（三） 表面层材料金相组织变化回火烧伤：磨削区温度超过马氏体转变温度，马氏体转变为回火组织的烧伤。淬火烧伤：磨削区温度超过相变温度，加之冷却液急冷，表面二次淬火烧伤。退火烧伤：磨削区温度超过相变温度，冷却液没有进入表面产生退火组织的烧伤。第五章 工艺规程设计第一节工艺规程：把合理的工艺过程的有关内容写在工艺文件中，用以指导生产，这些工艺文件就是工艺规程。工艺过程：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第二节二、工艺路线的拟定（一） 选择定位基准1、 精基准的选择原则（1） 基准重合原则（2） 统一基准原则（3） 互为基准原则（4） 自为基准原则2、 粗基准的选择原则（1） 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则（2） 合理分配加工余量的原则（3） 便于装夹的原则（4） 在同一尺寸方向上粗基准一般不得重复使用的原则（三）加工阶段的划分要按先粗后精的原则大致安排机械加工的进行顺序。 粗加工半精加工精加工光整加工零件加工过程要划分加工阶段的原因如下： 保证零件加工质量。 有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理 有利于合理利用机床设备 （四）工序的集中与分散 1、按工序集中原则组织工艺过程的特点1）有利于采用自动化程度较高的高效率机床和工艺装备进行加工，生产效率高。2）工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积。3）工件的装夹次数少 2、按工序分散原则组织工艺过程的特点 1）所用机床和工艺设备简单，易于调整 2）对操作工人的技术水平要求不高 3）工序数多，设备数多，操作工人多，占用生产面积大。（五）工序先后顺序安排 1、机械加工工艺安排1）先加工定位基面，再加工其他表面2）先加工主要表面，再加工次要表面3）先安排粗加工工序，后安排精加工工序4）先加工平面，后加工孔2、热处理工序及表面处理工序的安排（P211）三、加工余量（加工余量可分为总余量和工序余量） 加工余量:毛坯上留作加工用的材料层总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸程度差值工序余量：上工序与本工序基本尺寸的差值七、编制工艺规程文件1、机械加工工艺过程卡片2、机械加工工序卡片（用于大批大量生产）第六章 机床夹具设计第一节机床夹具的组成1)定位元件：用于确定工件在夹具中的位置。2)夹紧装置：工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置3)对刀元件：确定刀具相对夹具定位元件具有正确的位置关系4)连接元件：用于确定夹具本身在机床主轴或工作台上的位置。5)其他元件及装置6)夹具体：用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机整体。第二节一、工件以平面定位常用的定位原件1、 支撑钉2、 支撑板3、 可调支撑4、 自为支撑5、 辅助支撑二、工件以孔定位常用的定位原件 1、定位销 2、心轴三、工件以外圆定位常用的定位原件 1、V形块 2、定位套 3、半圆孔第三节 工件在夹具中的夹紧一、 夹紧装置的组成和要求1. 组成（动力装置、夹紧原件、中间传力机构）二、夹紧力的确定1、 夹紧力作用点的选择（1） 夹紧力作用点应正对定位原件或位于定位原件所形成的支承面内（2） 夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位（3） 夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠2、 夹紧力作用方向的选择（1） 夹紧力作用方向应垂直于工件的主要定位基面（2） 夹紧力作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形。（3） 夹紧力作用方向应尽量与工件切削力、重力等的作用方向一致，可减小所需夹紧力值。三、典型的夹紧机构1、斜楔夹紧机构2、螺旋夹紧机构3、偏心夹紧机构4、定心夹紧机构 5、铰链夹紧机