普通机械加工工艺.doc

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。主要讲解以下内容：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 第一章 切削加工的基础知识1、钳工与机械加工钳工：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。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。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。国家标准规定：常用的精度等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2IT18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。2.1.1尺寸精度零件尺寸要素的误差大小。问：精度的高低与哪两个因素有关？基本尺寸和公差大小。2.1.2形状精度 25-0.0130 轴加工后可能产生的形状误差形状精度指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；国家标准规定了六类形状公差（见下表）形状精度的标注：框格分为2格，箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。2.1.3 位置精度指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待表达的表面。零件精度等级及其相应的加工方法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。 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。评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra表面粗糙度符号的意义及应用2.3 常见加工方法的Ra表面特征3 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：HRC60 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；4.1.1 常用的刀具材料碳素工具钢：如T7、T8、T9T13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。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（1） 天然单晶金刚石刀具 （2） 整体人造聚晶金刚石刀具 （3）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 4.2 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，精加工取正值第二章金属切削机床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2、机床的基本结构1）主传动部件： 用来实现机床主运动；2）进给传动部件：主要用来实现机床进给运动； 3）工件安装装置：用来安装工件； 4）刀具安装装置 ：用来安装刀具； 5）支承件：用来支承和连接机床各零部件，是机床的基础构件；6）机床动力部件：为机床提供动力。3、机床的传动机床的传动有机械、液压、气动、电气等多种形势，最常见的是机械传动和液压传动。机械传动包括皮带传动、齿轮传动、涡轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和丝杆螺母传动3.1 皮带传动皮带传动是靠胶带与带轮之间的磨擦作用，将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮上去的。皮带传动的优点是传动平稳、轴间距较大，结构简单、制造维修方便，过载时皮带打滑。不易引起机器损坏；其缺点是不能保证精确的传动比，且磨擦损失大，传动效率较低。如果考虑皮带与皮带轮之间的滑动，其传动比为： i = ( d1 / d2) = (n2 / n1) 式中： d1 主动皮带轮的直径；d2 被动皮带轮的直径；n1 主动皮带轮的转速 n2 被动皮带轮的转速； 滑动系数，约为0.983.2 齿轮传动齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式，这种传动方式种类多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿轮传动等，最常见的是直齿圆柱齿轮。 设 ：z1和n1分别为主动轮的齿数和转速； z2和n2分别为被动轮的齿数和转速；传动比 i = ( z1 / z2) = (n2 / n1) 3.3 涡轮、蜗杆传动采用这种方式，只能由蜗杆带动蜗轮传动，其传动的优点是：可获得较大的降速比，传动平稳、噪音小，结构紧凑。其缺点是传动效率低，并需要良好的润滑条件3.4 齿轮、齿条传动齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前者居多。齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时，传动的平稳性和准确性较差。3.5 丝杆、螺母传动丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动，例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后，刀架便作纵向运动。其传动的优点是工作平稳，无噪音，其缺点是传动效率较低。4、机床的变速机构在一般的通用机床上通过变速机构实现接近理想值的切削速度。变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱，齿轮箱变速机构的形式多样，最常见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮变速机构4.1滑动齿轮变速机构带长键的从动轴上装有滑动齿轮z2, z4, z6 , 通过手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴上的齿轮z1, z3, z5 相啮合，其传动比 i 1= z1 / z2；i 2= z3 / z4；i 3= z5 / z6 轴的转速分别为：n2= i 1n1 或n2= i 2n1或 n2= i 3n1（式中n1为轴的转速, n2为轴的转速）4.2 离合器式齿轮变速机构从动轴两端空套有齿轮z2和z4，它们分别与固定在主动轴上的齿轮z1和z3啮合。轴中部带有键3，并装有压嵌式离合器4。当手柄左移或右移离合器时，离合器的爪1与齿轮z2啮合或爪2与齿轮z4啮合，这样轴可得到两种不同的转速，其传动比是： i1= z1 / z2；i 2= z3 / z45车床的基本结构5.1车床的主传动5.2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。5.3 车削的工艺特点1）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）6铣削加工6.1立式铣床的基本结构6.2 铣削的主要加工范围6.3逆铣和顺铣逆铣：铣刀旋向（或铣削力）与进给方向相反顺铣：铣刀旋向与进给方向一致6.4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。7刨（插）削加工刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种龙门刨床:工作台往复运动，横梁上的刀架可以水平或垂直运动龙门刨床主要用于加工大型零件。牛头刨床:刨刀的直线往复运动是主运动，工件在刨刀返回行程将结束时作横向进给运动。牛头刨床主要用于加工中小型零件7.1 刨削加工的范围7.2 插削主要加工范围7.3刨削加工的特点1）加工精度通常为：精刨：IT7-IT10，粗糙度Ra为6.3-1.6之间。2）通用性好，刨床简单、价格低、调整和操作简便，刨刀形状简单，制造、刃磨方便。3）生产率一般比较低，主运动为往复直线运动，返回行程不参加切削。4）适用于单件小批生产。8钻削加工钻床包括台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。如图：工件直径12mm的孔一般使用台式钻床加工，孔径50mm的中小型零件在立式钻床上加工，大型工件上的孔在摇臂钻床上加工。钻夹头是钻孔的常用夹具，一般用于孔径较小( 12mm)的工件，大直径的零件用锥度套筒装入钻轴。对精度要求高，粗糙度低的零件钻孔后还必须进行精加工。钻削加工的范围8.1扩孔用扩孔钻对已经钻出或铸出、锻出的孔进行扩大和提高精度的加工，称为扩孔。扩孔钻如下图所示。其结构与麻花钻相似，但切削刃有34个，前端是平的，无横刃，螺旋槽较浅，钻头刚度好。扩孔余量小，切削比较平稳，所以扩孔精度比钻孔高。其尺寸公差等级可达IT10IT9，表面粗糙度Ra值可达6.33.2mm。扩孔可作为终加工，也可作为铰孔前的预加工。8.2铰孔铰刀有手用铰刀和机用铰刀两种(图a)。手用铰刀为直柄，工作部分较长。机用铰刀多为锥柄，可装在钻床、车床或镗床上铰孔。铰刀的工作部分由切削部分和修光部分组成。切削部分呈锥形，担负切削工作。修光部分起导向和修光作用。铰刀有612个切削刃，制造精度高，心部直径较大，刚度和导向性好。铰孔余量小，切削平稳。铰孔尺寸公差等级可达IT8IT6，表面粗糙度Ra值达1.60.4mm。手铰孔时，用铰杆转动铰刀并轻压进给(图b)。铰刀不能倒转，否则铰刀与孔壁之间易挤住切屑，造成孔壁划伤或刀刃崩裂铰孔适用于加工精度高、直径不大孔的终加工。手铰时，切削速度低，切削力小，不受机床振动等影响，加工质量比机铰好，但生产率低。8.3 镗削加工镗削一般是指在镗床上进行的切削加工。图为常用的卧式镗床。由床身、立柱、主轴箱、尾架和工作台等部分组成。镗床的主轴能作旋转主运动和轴向进给运动。安装工件的工作台可以实现纵向、横向进给运动，并可回转一定的角度。主轴箱可沿立柱导轨作上下运动。尾架可沿床身导轨水平移动，其上的镗杆支承也可与主轴箱同时上下运动。8.4 钻削的工艺特点1）钻削属于低精度（IT11-IT13）和高表面粗糙度的(Ra50-12.5)加工方法2）容易产生“引偏”，是加工过程中由于钻头弯曲产生孔径扩大、孔不圆等缺陷。原因是刀具呈细长状，刚性较差。3）排屑困难，钻孔在半封闭的状态下进行，切下来的切屑沿刀具两侧的螺旋槽上升，容易与已经加工出的表面发生摩擦和挤压，刮伤已加工表面，降低表面质量4）切削热不容易传散，切削液难以传到切削区。限制切削速度的提高9磨削磨削加工的机床是磨床，刀具是砂轮磨削加工可以磨削外圆、孔和平面，磨削加工的夹具通常有电磁吸盘、三爪卡盘、顶尖等，下图是磨床的液压传动原理图9.1 磨床类型 磨床包括外圆磨、内圆磨、无心磨等几种，下图是万能外圆磨床的图形。 M1432A万能外圆磨床(M磨床；14万能外圆磨床；32最大磨削直径的1/10，即最大磨削直径为320mm；A性能和结构上经过一次重大改进)。9.2磨削的工艺特点1）磨削的精度高，IT6-IT5，粗糙度低，Ra0.8-0.2，砂轮表面有极多的切削刃同时参加切削。2）可以加工一些难以加工的材料。如淬火钢、高速钢以及毛坯的清理。3）切削速度高（30m/s以上）切削温度高（1000以上）。使用冷却液。4）砂轮有自锐作用，这是其它刀具所不具备的。即磨粒不断脱落，新的磨粒又是锋利的。5）磨削力的径向分力较大，因此，在达到尺寸以后，还要进行多次无进给磨削。第三章 机械加工工艺过程生产过程中，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。1.生产类型 按产量划分：1.单件小批生产：很少重复，重型机器和试制零件时通常是这种生产形式。2.成批生产：成批的制造某种零件，每隔一段时间又重复生产。如一般的机床制造厂的生产。3.大量生产：在大多数工作地点，经常重复进行同一种零件的某一工序生产，如汽车制造厂、轴承厂等的生产。制定生产工艺通常要根据生产类型来进行1.1各种生产类型的要求和特征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。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。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。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。3.2 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。下图为在轴上钻孔时所用的一种简单夹具1、挡铁 ；2、V形铁；3、夹紧机构；4、工件；5、钻套；6、夹具体3.3 夹具的应用下图为移动式钻模示意图，这种夹具主要用于加工小孔，它使用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的距离（即工件上两孔的距离）。 1、导轨；2、定程板4.工艺规程的拟定A.工艺分析B.毛坯的选择及加工余量的确定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。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完全定位和不完全定位实际生产过程中六点有时并不完全定位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。设计基准：即设计零件的基准，如下图左：齿轮内孔、外圆和齿轮分度圆均以轴线为基准；而两端面是互为基准。下图右：表面2和3及孔4的轴线的设计基准是表面1的。孔5的轴线的设计基准是孔4的轴线。工艺基准：在制造零件时所使用的基准，它又分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。下图左在加工时、轴线并不实际存在，所以内孔实际是加工外圆和左端面的定位基准。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。4.3.2 定位基准的选择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。2）选取要求加工余量均匀的表面作为粗基准：这样可以保证作为粗基准的表面加工时余量均匀。3）对于所有表面都要加工的表面，选取余量和公差最小的表面作粗基准，以避免余量不足而造成废品。4）选取光洁、平整、面积大的表面作粗基准；5）粗基准不应重复使用。一般情况下，粗基准只允许使用一次。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。1）基准重合原则：选用定位基准与设计基准重合的原则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。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（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。 B. 套类零件：一般选择其轴线（内孔）作