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第一章 机械加工方法一、 成形原理1. m0 材料累加成形原理（快速成形）二、 机械加工方法1. 车削 IT8IT7 Ra=6.31.6m 精车IT6IT5, Ra=0.40.1m 生产率较高，切削过程平稳，刀具简单2. 铣削 IT8IT7 Ra=6.30.8m 顺铣：铣削力水平分力与工件进给方向相同，而工作台进给丝杠与固定螺母一般有间隙，因此铣削力引起工件与工作台向前传动，进给量突然增大，引起打刀。逆铣：（可避免打刀，多采用）铣削力水平分力与工件进给方向相反，切削厚度从零开始逐渐增大，切削刃经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段，加速磨损，同时，铣削刀具有将工件上抬的趋势，也易引起振动。3. 刨削 IT8IT7 Ra=3.21.6m 精刨Ra=0.80.4m 速度不高，生产率较低，但比铣平稳。4. 钻削与镗削 钻削IT13IT11 Ra=12.50.8m 铰削IT9IT8 Ra=1.60.4m镗孔IT10IT8Ra=3.20.8m5. 磨削 IT7IT5 Ra=1.60.025m 砂轮“自锐性” 加工平稳，精度高，表面粗糙度小6. 齿面加工 成形法，展成法 速度传动链，展成传动链，轴向进给传动链，差动传动链展成运动，差动运动7. 特种加工 电火花加工工具电极，工件电极 电解加工阳极溶解的电化学原理 激光加工能量密度高，方向性好，单色性好，相干性好的光第二章 金属切削原理与道具一、 刀具的结构1. 金属切削加工：利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层（加工余量）以获得一定尺寸、形状、位置精度和表面质量的机械加工方法。2. 切削运动（表面成形运动）：刀具与工件的相对运动。分为 主运动：切下切屑所需的最基本的运动进给运动：多余材料不断被投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。3. 已加工表面、加工表面（过渡表面）、待加工表面4. 切削因素： 切削用量切削速度v，进给量f，背吃刀量ap 切削层切削宽度aw=ap/sinKr 切削厚度ac=f*sinKr 切削面积Ac=awac5. 前面，主后面，副后面，主切削刃，副切削刃，刀尖6. 参考面：切削平面通过主切削刃上某一点并与工件加工表面相切 基面通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向垂直 正交平面通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影垂直7. 刀具标注角度：前角0 后脚0 主偏角Kr 副偏角Kr 刃倾角s二、 刀具材料1. 基本要求：高的硬度，高的耐磨性，高的耐热性，足够的强度与韧性，良好的工艺性，良好的物理性能与耐热冲击性能。2. 常用材料：碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，陶瓷，金刚石，立方氮化硼三、 金属切削过程及其物理现象1. 切削过程：指刀具与工件相互作用形成切屑的过程2. 塑性材料的三个变形区：第一变形区/基本变形区（切削层塑性变形）、第二变形区/摩擦变形区（切屑与前面摩擦）、第三变形区/加工表面变形区（已加工表面与后面）3. 切屑类型： 塑性材料带状切屑：切削厚度小，速度高，前角大（过程平稳，切削力 波动小，已加工表面粗糙度小） 挤裂切屑：切削厚度大，速度低，前角小 单元切屑：波动最大，较少见脆性材料崩裂切屑：减小切削厚度，提高速度4. 切屑控制（切屑处理、断屑）：在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。5. 积屑瘤：在切削速度不高而又能形成连续的切屑的情况下，加工一般钢料和其他塑性材料时，在刀具前面粘着一块剖面为三角状的硬块。硬度很高，代替切削刃进行切削。作用：刀具实际角度变化，如增大了前角，还可延长刀具寿命。但不稳定，一定程度后破裂嵌入已加工表面，增大工件表面的粗糙度。四、 切削力和切削功率1. 切削用量对切削力的影响：apfv影响切削力因素：工件材料，切削用量，刀具几何参数，刀具材料，刀具磨损状态，切削液等五、 切削热和切削温度1. 切削热来源：被切削金属在刀具作用下，发生弹性和塑性变形。切屑与前面、工件与后面的摩擦。2. 三个发热区：剪切面、切屑与前面接触区、后面与过渡表面接触区（与三个变形区对应）3. 塑性材料：变形和摩擦均较大，发热多。切削速度提高时，因变形减小，塑性变形热百分比下降，摩擦热百分比上升。脆性材料：后面上摩擦产生的热量在切削热中百分比大。4. 切削用量对切削功率/切削热的影响：apvf5. 切削温度：前面与切屑接触区域的平均温度自然热电偶法、人工热电偶法6. 切削温度的影响因素：1 切削用量：vfap2 工件材料：强度、硬度， 导热性3 刀具角度： 前角大，主偏角小4 刀具磨损： 切合金钢强度大，热导率小，比切碳素钢5 切削液：油类不如乳化液不如水基7. 切削液种类：水溶液、乳化液、切削油（润滑好但冷却差，用于精加工）硬质合金刀具由于耐热性、耐磨性好，一般不用切削液8. 温度对工件、刀具、切削过程的影响1 对工件硬度强度影响不大，对剪切应力影响也不大（但如果是预热切削，则切削力小很多）（切削速度高，变形速度高，抵消温度影响；剪切面来不及变形）2 温度高，硬质合金刀具的韧性就好（刀具和工件有最佳切削温度范围）3 对加工精度的影响（精加工特别突出）六、 刀具磨损与刀具寿命1. 刀具损坏：磨损（连续的逐渐磨损）、破损（脆性破坏和塑性破坏）2. 磨损形式：前面磨损（切削塑性时，切削速度厚度大）、后面磨损（铸铁时，小切削速度切塑性材料）、边界磨损3. 刀具磨损过程：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段4. 磨钝标准：刀具磨损到一定限度不能继续使用，这个限度即为磨钝标准5. 刀具寿命：一把新刀（或者重新刃磨过的刀具）从开始使用直至到达磨钝标准所经历的实际切削时间。（对可重磨刀具，指两次刃磨之间经历的实际切削时间；而从第一次使用到完全报废所经历的实际切削时间为刀具总寿命）6. 切削用量对刀具寿命影响：vfap （刀具材料耐热性越差，则速度对寿命影响越大）七、 切削用量的选择及工件材料加工性1. 切削用量的选择1 对加工质量的影响：ap和f增大，使切削力增大，工件变形增大，降低了加工精度，增大了表面粗糙度。如果v增大，则切削力减小，并可减小或避免积屑瘤，有利于加工质量和表面质量的提高。2 对基本时间的影响：ap，v，f对时间的影响相同3 对刀具寿命和辅助时间的影响：vfap2. 如何选择切削用量：首先选将可能大的ap，其次选尽可能大的f，最后选尽可能大的v粗加工（以提高生产率为主）：机床功率足够时，ap尽可能大，根据工艺系统的刚度，f尽可能大，中等或者更低v精加工（以保证加工精度和表面质量为主）：逐渐减小ap，根据表面粗糙度选择f，v应避开积屑瘤产生的速度区域。一般，较小ap和f，较高v，既保证加工质量，又提高生产率。3. 材料的切削加工性：工件材料被切削加工的难以程度。 良好的切削加工性指刀具寿命较长或在一定的寿命下v较高；相同切削条件下切削力小，切削温度低；容易获得较好的表面质量；切屑形状易控或容易断屑。还要看具体加工要求和切削条件（如，纯铁精加工性不好）4. 评价切削加工性的指标：vT 当刀具寿命为T时，切削某种材料所允许的最大切削速度。Kr 相对加工性（以切削正火状态45钢的v60为基准）Kr= v60/( v60)j5. 改善切削加工性的途径：1 调整材料化学成分：高碳钢强度硬度大，切削加工性差；低碳钢塑性韧性高，切削加工性差；中碳钢剧中，切削加工性好。2 采用热处理改善材料切削加工性：高碳钢球化退火，降低硬度；低碳钢正火，降低塑性。第三章第四章 机械夹具原理与设计一、 概述1. 装夹：定位和夹紧过程的总和。 定位：确定工件在机床上或者夹具中占有准确的加工位置的过程；夹紧：在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。2. 夹具工作原理：使工件在夹具中占有正确的加工位置；夹具对机床保证准确的相对位置，夹紧结构又保证定位原件的定位工作面对夹具与机床相连表面间的相对准确位置；使刀具相对有关定位元件的定位工作面调整到准确位置3. 夹紧作用：保证加工精度要求；缩短工时，提高劳动生产率；降低成本；减轻工人劳动强度；可由较低技术等级的工人加工；扩大机床工艺范围4. 夹具的组成：定位元件夹紧装置对刀元件导引元件其他装置连接元件和连接表面夹具体二、 工件在夹具中的定位1. 六点定位原理：工件六个自由度x、y、z，x、y、z，要使它完全定位必须限制六个自由度。用六个定位支承点与工件接触，并保证支承点合理分布，每个支承点限制一个自由度，便可将工件6个自由度完全限制，工件空间位置也唯一确定。2. 完全定位：限制工件的六个自由度 不完全定位：允许少于六点的定位3. 欠定位：工件定位支承点数少于应限制的自由度数，导致到不到所要求的加工精度（绝对不允许） 过定位：某一个自由度同时被一个以上定位点重复限制（消除方法改变定位元件结构，减少转化支承点数目，消除重复限制（如一面两销的削边销）提高工件定位基面间及家具定位元件工作表面间的位置精度，消除干涉）4. 定位元件要求：与工件相适应的精度足够的刚度耐磨性5. 定位元件举例：平面：固定支承、可调支承、自位支承、辅助支承；圆孔：定位销、锥销、定位心轴；外圆柱面：V形块、定位套筒、半圆孔定位座、外圆定心夹紧机构三、 定位误差分析1. 基准：零件上用来确定点线面位置时，作为参考的其他的点线面设计基准：由零件在产品结构中功用决定，在零件图上，确定点线面位置工艺基准：加工和装配中使用的基准（定位基准、测量基准、装配基准、调刀基准）2. 调刀基准：由夹具定位元件的定位工作面体现在加工精度参数方向上调整刀具位置的依据。（设计基准和定位基准均在工件上，调刀基准在定位元件定位工作面上）定位误差dw基准位移误差jw定位基准调刀基准基准不重合误差jb设计基准3. 定位误差：4. 保证加工精度的条件：工件夹具+加工 （夹具1/3加工）5. 夹紧装置的组成：力源装置，中间传力机构，夹紧元件6. 夹紧力确定：方向：垂直定位基准面，使夹紧力最小，工件变形小；作用点：稳定受力区内，工件刚性好的部位，靠近加工面；大小：乘以安全系数K7. 典型夹紧机构：斜楔夹紧：增力作用，夹紧行程小，结构简单，但操作不便；螺旋夹紧：结构简单，夹紧可靠，但夹紧动作面，辅助时间长，效率低；偏心夹紧：夹紧力小，自锁性不好，夹紧行程小，快速夹紧。8. 夹紧动力源：气动夹紧，液压夹紧，气-液压组合夹紧第五章 机械制造质量分析与控制一、 加工精度的基本概念1. 加工精度：零件在加工以后的几何参数（尺寸、形状和位置）与图样规定的理想零件的几何参数符合的程度。2. 加工经济精度：在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备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。3. 加工精度分为尺寸精度、形状精度和位置精度形状精度获得方法：轨迹法，成形法，展成法尺寸精度获得方法：试切法，定尺寸刀具法，调整法，自动控制法位置精度获得的方法：夹具的正确定位（夹紧方式）；机床的精度（加工方法）二、 影响加工精度的因素及其分析1. 机械加工工艺系统：机床、夹具、刀具和工件构成一个完整的系统。2. 原始误差：工艺系统的误差。 分为原理误差、工件装夹误差、工艺系统静误差（机床误差、夹具误差、刀具误差）、调整误差、工艺系统动误差（工艺系统受力变形、工艺系统热变形、刀具磨损、工件内应力引起的变形）、测量误差1 原理误差：由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓而产生的2 机床误差：来自三个方面，即机床本身的制造、磨损和安装导轨误差：在垂直面内的直线度；在水平面内的直线度；前后导轨的平行度（对精度影响很大） 又由导轨误差引出误差敏感方向的概念一般情况下，加工表面的法线方向即为误差的敏感方向。主轴误差：在运转情况下，主轴能保持轴心线的位置稳定不变，即主轴的回转精度。 车床类主轴用滑动轴承主轴轴颈圆度误差传给工件；镗床类主轴用滑动轴承轴套孔的圆度误差传递给工件。传动链误差：提高传动精度的措施：尽可能缩短传动链尽可能采用降速传动，并尽可能使末端传动副采用大的降速比提高传动元件的制造精度和装夹精度3 调整误差：机床的调整、夹具的调整、刀具的调整*试切法调整时，加工余量的影响（辨析粗、精加工的不同）3. 工艺系统受力变形对加工精度的影响减少变形的途径：提供各零件间配合表面质量，提高接触刚度；设置辅助支承提高部件刚度；当工件刚度成为尝试加工误差的薄弱环节时，缩短切削力作用点和支承点的距离4. 工艺系统热变形引起的加工误差（机床热变形、刀具热变形、工件热变形）减少机床热变形途径：结构措施（热对称结构、关键件的热变形避开加工误差敏感方向、合理安排支承使产生热位移的有效部分缩短、对发热量大的热源冷却、均衡关键件温升避免弯曲变形、隔离热源工艺措施（保持很定的环境温度、精密机床安装在恒温室中使用、机床开车后空转一段时间待热平衡后再加工）5. 内应力引起的变形内应力：当外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。内应力是由于金属内部宏观或微观的组织发生不均匀体积变化产生的。6. 保证加工精度途径（车长轴反向进给和活顶尖、磨薄片）三、 加工误差的综合分析1. 加工误差分为系统性误差和随机性误差2. 正态分布曲线的特点：曲线成钟形，中间高，两边低；工件尺寸大于x和小于x的同间距范围内频率相等；表示曲线形状的参数（均方根），越大，曲线越平，尺寸分散，精度低；取正态曲线分散范围为3，因此公差带宽度T63. 工艺能力系数：Cp=T/6（越大越好，一般不应低于二级）四、 机械加工表面质量1. 表面质量内容：表面层几何形状特征（表面粗糙度、波度）表面层的物理力学性能的变化（冷作硬化、金相组织变化、残余应力）2. 表面质量对零件使用性能的影响：对耐磨性（最佳粗糙度、粗糙度轮廓形状和加工纹路、表面变质层）对疲劳强度（应力集中、残余应力、冷作硬化）对抗腐蚀性能（表面粗糙度、应力加速腐蚀、冷作硬化和金相组织变化加速腐蚀）对配合质量（较低粗糙度）其他3. 粗糙度及其影响因素（有横向粗糙度和纵向粗糙度之分）1 几何因素：由于刀具进给2 物理因素：刀具的刃口圆角及后面的挤压和摩擦使材料塑性变形，与理论轮廓相比沟纹加深塑性材料时出现刀瘤（横向粗糙度）和鳞刺（纵向）3 降低的措施：几何因素（减小f和Kr Kr，增大刀尖的r）物理因素v增大，从而塑性变形小，防止刀瘤鳞刺产生；被加工材料的影响，韧性大，粗糙度大（常调质或正火）；刀具的影响，前角增大，后角增大等4. 表面物理力学性能变化1 冷作硬化：切削过程中表面层塑性变形使晶体间产生剪切滑移。晶格扭曲，并产生经历的拉长、破碎和纤维化，引起材料强化，强度硬度提高。（切削力F大，切削速度v小，温度t小，硬化程度大）刀具的影响：前角小，刃口及后面磨损大，则冷硬层深度硬度大切削用量的影响：f大，v小，硬化大被加工材料的影响：硬度小，塑性大，硬化严重2 金相组织变化：回火烧伤：磨削区温度超过马氏体转变温度，表面变为屈氏体或索氏体，硬度降低；淬火烧伤：超过相变临界温度，又由于冷却液急冷，发生二次淬火，出现二次淬火马氏体，硬度增大。减轻磨削热损伤途径：减少磨削热