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机械制造技术基础复习资料机械制造技术基础复习资料第一章 机械制造技术概述一、机床的分类1. 金属切削机床 （Metal cutting machine tools） 用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。占机器总制造工作量的40%60%。2. 木工机床3. 锻压机械按加工性质分类车床（C）；铣床（X）；刨床（插床）（B）；磨床（M）；钻床（Z）；镗床（T）；拉床（L）；齿轮加工机床（Y）；螺纹加工机床（S）；（组合机床）；特种加工机床（D）；锯床（G）；其它机床（Q）二、并行工程（CE） 零件结构工艺性分析示例（见课本P29-30）第二章 机械制造过程基础知识一、机械制造工艺过程u 机械制造过程中，凡是直接改变零件形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为成品或半成品的过程，称为机械制造工艺过程。u 机械加工工艺过程由按照一定的顺序排列的若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、工位、工步、及走刀等二、零件表面形成方法 轨迹法：利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工 件进行加工（如车削、刨削） 成形法：利用成形刀具对工件进行加工 相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工（如铣削、磨削） 展成法：利用工件和刀具作展成切削运动的加工方法（如滚齿、插齿）三、切削用量与切削层截面参数切削速度vc n 主运动转速（r/s）； D 刀具或工件的最大直径（mm若主运动为往复运动时，其平均速度为：nr 主运动每秒钟往复次数（str/s）； l 往复运动行程长度（mm）。 进给量 工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。 背吃刀量 主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。 四、基准与装夹1、基准 确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。按照其作用的不同，基准可分为以下两大类：设计基准和工艺基准 设计基准：在设计图样上所采用的基准u OO轴心线是外圆表面和内孔的设计基准；u F面是E面和D面的设计基准；u 内孔表面A是外圆表面同轴度的设计基准，同时也是端面E、F 的端面圆跳动的设计基准 2、工艺基准在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准（尽可能用设计基准作工序基准）：在工序图上确定本工序加工表面位置的基准定位基准；测量基准；装配基准。五、工件装夹装夹的含义 装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。 定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置 夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变六、定位原理1、六点定位原理任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。2、完全定位与不完全定位工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。3、欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。4、过定位过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。七、定位误差1、 定位误差的概念 定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。2、定位误差的来源1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差不准确。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差不重合。 3、定位误差分析与计算定位误差：指一批工件在夹具中的位置不一致而引起的误差。 用DW表示。误差产生原因：1.工序基准与定位基准不重合：基准不重合误差不重合 2.工件定位表面或定位副制造不准确误差：基准位置误差不准确定位误差的计算：DW= 不重合 不准确 当工件以平面定位时: DW= 不重合，（ 不准确=0）下例图当工件以内孔定位时:不准确=1/2（dD+dd） 当工件以外圆柱面定位时: D=0.207dD（90V型块定位） 例：用=90的V形块定位铣轴上键槽，计算定位误差；若不考虑其它误差，判断其加工精度能否满足加工要求？解： 远小于工件尺寸公差0.25 ，所以能够满足加工要求 八、工件的夹紧图示 夹紧力应指向主要定位面图示 夹紧力作力点的位置图示 作用力点落在工件刚性较好的方向或部位九、机床传动基础机床的传动系统图传动路线表达式：变速级数 Z=332=18十、车削加工1、车床刀具切削加工过程是一个动态过程， 在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面。即：待加工表面：工件上即将被切除的表面。已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。过渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。车刀由刀体和刀柄两部分组成，刀体即为切削部分，具有以下各要素：前刀面刚形成的切屑沿其流出的刀面；主后刀面与工件加工表面相对的刀面；副后刀面与工件已加工表面相对的刀面；主切削刃前刀面与主后刀面的交线，承担主要的切削工作；副切削刃前刀面与副后刀面的交线；刀尖主、副切削刃的实际交点，为了强化刀尖，一般都在刀尖处磨成折线或圆弧形过渡刃。十一、刀具几何角度1、刀具标注角度坐标系（主剖面坐标系）1）基面 Pr ：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。2）切削平面 Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面 Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。十二、刀具材料硬质合金（表格见课本）硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。硬质合金因其切削性能优良被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。十三、普通车床 1、卧式车床的工艺范围卧式车床通用性强，结构复杂，自动化程度低，适合单件、小批量生产适合加工各种轴类、套类、盘类零件上的回转表面： 内、外圆柱面； 圆锥面；环槽；成形回转面；端面；螺纹；钻孔、扩孔、铰孔；滚花2、卧式车床的传动系统以CA6140型车床为例： 主运动传动链； 进给运动传动链： 螺纹运动传动链； 纵向、横向进给传动链 刀架快速运动传动链十四、铣削加工铣削方式 端铣用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削。铣刀的副切削刃、倒角刀尖具有修光作用，可使加工表面获得较小的表面粗糙度；且主轴刚性好，切削用量大，生产率较高 周铣用分布于铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削，分为顺铣与逆铣。顺铣铣刀切出工件时的切削速度方向和工件的进给方向相同逆铣铣刀切入工件时的切削速度方向和工件的进给方向相反顺逆铣的特点：1、逆铣时，切削厚度由零逐渐增大，由于刃口钝圆半径的影响，开始切削时前角为负值，刀齿在工件表面上挤压、滑行，造成工件表面加工硬化严重，并加剧了刀齿的磨损。 顺铣时，切削厚度由最大开始，刀具磨损小，耐用度高。2、顺铣时，铣削力在进给方向的分力与工件的进给方向相同，由于工作台丝杠螺母存在间隙，当进给力逐渐增大时，铣削力会拉动工作台而产生窜动，造成进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。 逆铣时，由于进给力作用，使丝杠与螺母传动面始终贴紧，故铣削过程较平稳。3、逆铣时，刀齿对工件的垂直作用力向上，与工件的夹紧力和工件重力相反，有把工件从工作台上抬起的趋势，加剧了振动，影响工件的夹紧和表面粗糙度。顺铣时，垂直切削力向下，加紧可靠。 十五、材料切削加工性概念和指标1、材料切削加工性的概念工件材料的切削加工性是指材料在一定条件下被切削加工成合格零件的难易程度。 2、材料切削加工性的不同表示方法 考虑生产率和耐用度的表示方法 1）一定生产率条件下，加工这种材料时刀具耐用度； 2）一定刀具耐用度前提下，加工这种材料所允许的切削速度； 3）相同的切削条件下，刀具达到磨钝标准时所能切除工件材料的体积。 考虑已加工表面质量的表示方法 考虑切削力或切削功率的表示方法 考虑是否易于断屑的表示方法十六、磨削热与磨削温度1、磨削热 磨削时去除单位体积材料所需能量为普通切削的1030倍，砂轮线速度高，且为非良导热体 磨削热多，且大部分传入工件，工件表面最高温度可达1000以上。2、磨削温度 磨削区温度 砂轮与工件接触区的平均温度，它与磨削烧伤、磨削裂纹密切相关。 磨粒磨削点温度 磨粒切削刃与磨屑接触点温度，是磨削区中温度最高的部位，与磨粒磨损有直接关系。 工件平均温度 磨削热传入工件引起的温升，影响工件的形状与尺寸精度。第三章 切削原理一、积 屑 瘤1、概念：在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤（或刀瘤）。2、积屑瘤成因 切屑底层与前刀面接触处产生摩擦，当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。 如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。3积屑瘤对切削过程的影响（1）保护刀具积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑瘤一旦形成，它使代替切削刃和前刀面进行切削。切削刃和前、后刀面都得到积屑瘤的保护，减少了刀具的磨损。 （2）实际前角增大积屑瘤具有30度左右的前角，它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。（3）使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。（4）对刀具寿命的影响积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。人们按照加工的种类和要求判断积屑瘤的利弊。粗加工对已加工表面质量的要求不高，生成积屑瘤后切削力减小，从而降低能量消耗；或者可加大切削用量，使劳动生产率得以提高；积屑瘤还能保护刀具，减少磨损。据此可以认为，积屑瘤对粗加工是有利的。对于精加工则相反，精加工要求较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，可是积屑瘤降低尺寸精度和增大已加工表面粗糙度。所以，积屑瘤对精加工是不利的。 二、刀具磨损1、 刀具磨损形态 正常磨损前刀面磨损形式：月牙洼形成条件：加工塑性材料，v大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量后刀面磨损形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料, v 较小, hD 较小；加工脆性材料影响：切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量前、后刀面磨损非正常磨损 破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）2、刀具磨损过程3、磨钝标准 常取后刀面最大允许磨损量VB三、刀具寿命1、刀具寿命（耐用度）概念 刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。当工件材料、刀具材料和刀具几何形状确定后，切削速度对刀具使用寿命的影响最大2、刀具寿命（耐用度）经验公式 CT 、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数 。用硬质合金刀具切削碳钢（b= 0.763GP a）时，有： 可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。第四章 机械加工质量分析与控制一、机械加工质量1、加工质量 2、加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。 二、表面质量对零件使用性能的影响1、对耐磨性影响 （见上图）表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好适当硬化可提高耐磨性2、对耐疲劳性影响 表面粗糙度值 耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性3、对耐蚀性影响 表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性4、对配合质量影响 表面粗糙度值 配合质量三、误差敏感方向 工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。 误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。 显然：四、工艺系统几何精度对加工精度的影响加工原理误差 加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。五、机床误差1、主轴回转误差 主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。 为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。六、工艺系统受力变形对加工精度的影响 工艺系统刚度 在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比 k工艺系统刚度； Fp吃刀抗力（加工表面法向切削力）； X 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）七、工艺系统刚度计算 工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：k 工艺系统刚度； kjc 机床刚度；kjj 夹具刚度；kd 刀具刚度；kg 工件刚度。八、工艺系统刚度对加工精度的影响1、机床变形和工件变形共同引起的加工误差2、 切削力大小变化引起的加工误差 以椭圆截面车削为例说明g 工件圆度误差；m 毛坯圆度误差；k 工艺系统刚度； 误差复映系数。 3、 误差复映由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映” 4、误差复映系数误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数与系统刚度成反比。机械加工中，误差复映系数通常小于1。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。机械制造技术基础期末复习资料(机械0821）内部使用第一章工艺过程的组成：工序，安装，工位，工步工步：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。零件年生产纲领 N=Qn（1+a%）（1+b%）基准分为设计基准和工艺基准。 工艺基准：工序基准，定位基准，测量基准，装配基准。工件的定位：空间有6个自由度，沿三轴移动或转动。不允许出现欠定位的情况。过定位：几个定位元件重复限制某一自由度的现象。定位基准:用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。第二章 金属切削过程切削三要素：1，切削速度2，进给量3，背吃刀量切削层参数：1，切削层公称厚度2，切削层公称宽度3，切削层公称横截面积外圆车刀参考系图解刀具标注角度：1，前角2，后角3，主偏角4，副偏角5，刃倾角6，副后角剪切角： 平均摩擦因数：常用道具材料：高速钢、硬质合金、工具钢、陶瓷、立方氮化硼和金刚石（硬度越大，韧度越差）积屑瘤：中速产生 -避免积屑瘤产生的常用的方法有： (1) 选择低速或高速加工，避开容易产生积屑瘤的切削速度区间。例如，高速钢刀具采用低速宽刀加工，硬质合金刀具采用高速精加工； (2) 采用冷却性和润滑性好的切削液，减小刀具前刀面的粗糙度等； (3) 增大刀具前角，减小前刀面上的正压力； (4) 采用预先热处理，适当提高工件材料硬度、降低塑性，减小工件材料的加工硬化倾向。 关于切屑瘤P11还有例题积屑瘤对切屑过程的影响：使刀具前角变大、使切屑厚度变化、使加工表面粗糙度增大、对刀具寿命影响。控制措施：正确选用切削速度、使用润滑性能好的切削液、增大刀具前角、适当提高工件材料硬度，减小加工硬化方向。影响切削变形的因素：1，工件材料2，刀具前角 3，切削速度 4，切削层公称厚度切屑的类型：1，带状切屑2，节状切屑3，粒状切屑4，崩碎切屑切削力：Fp平行于基面，并与进给方向相垂直，称为背向力。 Ff平行于基面，并与进给方向平行，称为进给力。影响切削力的因素：1，工件材料的影响2，切削用量的影响3，刀具几何参数的影响4，刀具磨损5，切削液6，刀具材料影响切削温度的注意因素：1，切削用量对切削温度的影2，刀具几何参数对切削温度的影响3，工件材料对切削温度的影响4，刀具磨损对切削温度的影响5，切削液对切削温度的影响刀具磨损的形态：前刀面磨损（月牙洼磨损）、后刀面磨损、边界磨损刀具磨损机制：1，硬质点划痕2，冷焊粘结3，扩散磨损4，化学磨损以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度VB作为刀具的磨顿标准。刀具的寿命：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨顿标准为止所经历的总切削时间，称为刀具的寿命。刀具的破损形式：1，脆性破损2，崩刃3，碎断4，裂纹破损切削用量三要素的选用：1，背吃刀量 2，进给量 3，切削速度磨削过程中，磨粒对工件的作用包括：1，滑擦阶段2，耕犁阶段3，形成切屑 三个阶段影响磨削温度的影响：1，砂轮速度2，工件速度3，径向进给量4，工件材料5，砂轮特性第三章车刀在结构上可分为整体车刀，焊接车刀和机械夹固式车刀。外圆表面的光整加工：1，研磨2：超精加工孔加工：分为钻孔与扩孔钻孔:钻孔是在实心材料上加工的第一道工序，钻孔直径一般小于80mm。钻孔加工有两种方式：一种是钻头旋转，另一种是工件旋转。扩孔:扩孔是用扩孔钻对已经钻出，铸出或锻出的孔作进一步加工以扩大孔径并提高孔的加工质量。与钻孔相比，扩孔具有以下特点：1,扩孔钻齿数多，导向性好，切削比较稳定。2,扩孔钻没用横刃，切削条件好。3,加工余量较小，容削槽可以做的浅些，钻芯可以做的粗些，刀体强度和刚性较好。拉孔有三种不同的拉削方式:1,分层式拉削2,分块式拉削3,综合式拉削第四章零件的加工精度：尺度精度（试切法，调整法，定尺寸刀具法，自动控制法）、形状精度和位置精度。机床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有：主轴回转误差（径向圆跳动，轴向圆跳动，角度摆动）导轨误差：导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响-导轨在水平面内的直线度误差直接反应在被加工工件表面的法线方向（误差敏感方向）上，它对加工精度的影响最大。 导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响 导轨间的平行度误差对加工精度的影响传动误差。工艺系统刚度：工艺系统刚度、机床刚度、机床部件刚度。影响加工精度的原始误差主要包括以下几个方面：1，工艺系统的几何误差，包括机床、夹具和刀具等的制造误差及其磨损2，工艺装夹误差3，工艺系统受力4，工艺系统受热变形引起的加工误差5，工件内应力重新分布引起的变形5，其他误差，包括原理误差、测量误差、调整误差等。工艺系统刚度对加工精度的影响减少工艺系统热变形的途径：减少发热量、改善散热条件、均衡温度场、改进机床结构。提高加工精度的途径：减少和消除原始误差、转移原始误差、均分原始误差、采用误差补偿技术。加工误差的统计分析 机械制造中常见的误差分布规律：正态分布，平顶分布，双峰分布，偏态分布。正态分布机械加工表面质量对机器使用性的影响：表面质量对耐磨性的影响（表面粗糙度、表面冷作硬化、表面纹理）、表面质量对零件疲劳强度的影响、表面质量对抗腐蚀性能的影响、表面质量对两江配合性质的影响。第五章工艺路线的拟定：1选定定位基准：精基准的选择原则（基准重合原则、统一基准原则、互为基准原则、自为基准原则），粗基准的选择原则（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、合理分配加工余量的原则、便于装夹的原则、在同一尺寸方向上粗基准一般不得重复使用的原则）加工阶段的划分：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段将零件划分为几个加工阶段的主要目的是：保证零件加工质量、有利于及早发现毛胚缺陷并得到及时处理、有利于合理利用机床设备尺寸链计算很可能考工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算工序基准是尚待加工的设计基准表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算刀具的寿命：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨顿标准为止所经历的总切削时间，称为刀具的寿命。试述金属切削过程的三个变形区的变形特点： 1，第一变形区-被切金属向右运动进入OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。从OA到OM线的区域称为第一变形区。 2，第二变形区-切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化。这一区域称为第二变形区。 3，第三变形区-已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成表面金属纤维化与加工硬化。这一区域称作第三变形区。切削过程中，什么叫基面和切削平面正交平面？基面和切削平面有何关系？ 基面pr 通过主切削任上某一指定点，与该点切削速度方向相垂直的平面。切削平面ps 通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于改点基面的平面。二者相互垂直。正交平面P0 通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。 切削深度、进给量、切削速度对切削温度的影响。 刀具与切屑接触区平均切削温度的经验计算公式为 刀具与切屑接触区平均温度C切削温度系数切削速度f 进给量ap 被吃