制造工程基础期末复习.docx

切削加工是机械制造中获得零件精度和表面质量的最主要工艺方法。实现切削加工的基本条件： 切削工具 工件（加工表面） 切削运动主运动：产生切削加工形成工件新表面的运动。速度高，功率大进给运动：维持切削加工得以继续的运动切削用量三要素：切削速度Vc,切削深度ap，进给量f进给速度是单位时间内的进给量。进给量是工件或刀具每回转一周沿进给方向的相对位移。单位是（mm/r）Vf=fn=fzzn（多刃刀具）金属切除率Q=Vcfap刀具材料应该具备的性能：硬度：强度：耐磨性：热硬性：韧性：减磨性：导热性：热膨胀系数小：工艺性：经济型高速钢：在高碳钢中加入W.Mo.Cr.V合金元素，形成碳化物，提高硬度、耐磨性，W18Cr4V将高硬度、难溶化的高温碳化物粉末用粘结剂烧结而成。涂层刀具采用物理气相沉积或者化学气相沉积多次回火优点：具有很好的淬透性和高硬度，强度高，韧性好。可加工性好，广泛用于制造复杂形状刀具。缺陷：与硬质合金相比热硬性差，温度超过600时，硬度下降，失去切削性能。硬质合金与高速钢相比硬度高，高温硬度也很高，但强度只有高速钢的一半，韧性差主要成分：WC、TiC、TaC(碳化钽)、NbC、Co采用粉末冶金的制造方法，将碳化物粉末用钴作粘结剂在模具中成型，经高温高压烧结而成为各种刀具形状。陶瓷：热硬性好，可车淬火钢，缺点是脆，易崩刃，用于平稳车削金刚石:硬度极高，但是耐热性差，且易于黑色金属亲和磨损，不宜加工钢和钛合金等铁族金属。用于车削铜铝等有色金属立方氮化硼：硬度仅次于金刚石，但耐热性很高，化学稳定性好，不与铁亲和，因此可用于切削淬火钢前刀面：切屑流过的表面后到面：与工件过渡表面相对的刀具表面副后刀面：与已加工表面相对的刀面基面Pr:通过切削刃上的选定点，垂直于主运动方向的平面。切削平面Ps：通过切削刃上的选定点与切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面。（切削刃S与切削速度构成的平面）主剖面：通过切削刃上的选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。法剖面Pn:通过切削刃上的选定点，垂直于切削刃的平面进给平面Pf：通过切削刃上的选定点，平行于进给方向并垂直于基面Pr的平面切深剖面Pp：通过切削刃上的选定点，同时垂直于基面和进给剖面的平面 所在平面角度主剖面Po前角0基面Pr于前刀面A的夹角后角0后刀面A与切削平面Ps的夹角切削平面Ps刃倾角在切削平面度量的主切削刃S与基面Pr的夹角基面Pr主偏角Kr在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf的夹角工作角度参考系的基面应该垂直于实际的合成运动方向，而不是主运动方向金属切削过程就是工件的被切削层金属在刀具前刀面的推移下，沿着剪切面（滑移面）产生剪切变形并转变为切屑的过程。第一变形区：OA（始滑面）与OM（终滑面）所形成的塑性变形区特征：沿滑移线的剪切变形和随之产生的“加工硬化”现象。第二变形区：当切屑沿着前刀面流动时，由于切屑与前刀面接触处有相当大的摩擦力阻碍切屑的流动，因此切屑底部的晶粒又进一步被纤维化，其纤维化的方向与前刀面平行。这一沿着前刀面的变形区称为第二变形区特征:由于纤维化塑性变形，切屑地面非常光滑，而外侧面则呈毛茸状第三变形区：由于刀尖不断挤压已加工表面，而当刀具前移时，工件表面产生反弹，因此后刀面与以加工表面间存在挤压和摩擦，使已加工表面也产生塑性变形和晶粒的纤维化及冷硬效果。此变形区称为第三变形区切削的种类、形状种类形状产生条件原因特点带状切屑连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面呈毛茸状。切削塑性材料，高速V,小切屑厚度h0，大前角切削速度高，切削层未及充分变形就变成切屑，剪切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移变形而无断裂；前角大，则刀具锋利，切削层容易变成切屑；ho小，则切削力小，变形小，故易得到带状切屑切削过程变形小，切削力小且稳定，已加工表面粗糙度低；但对安全生产有危害挤裂切屑宏观上自然连接，但外表面呈锯齿形，如骨节状；微观上各滑移面已大部分被剪断而尚有小部分相连切削塑性材料，V中等，切削厚度ho较厚或前角较小。切削层经过充分变形全过程，最后被挤裂切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理；但由于变形相对较大，切削力幅值大，且波动明显，易产生振动，已加工表面粗糙度高。单元切屑切屑沿挤裂面完全断开成单元状切削塑性较差的材料，V很低，ho很大，前角很小。在整个剪切面上剪应力超过材料的破坏强度切削力波动大，振动明显，已加工表面非常粗糙，有振纹崩碎切屑切屑呈不规则的碎块状切削脆性材料，如铸铁、黄铜等塑性差，抗拉强度低，受前刀面推挤时几乎无塑性变形便脆断成不规则的碎块状切削力幅值较小但波动幅度大，因此已加工表面粗糙度高，易产生振动。积屑瘤特点：在前刀面上生成的一个非常坚硬的金属堆积物，其硬度比工件基体高23.5倍，以一定的频率反复脱落和生长。产生条件：（1）切削塑性材料（2）切削区的温度、压力和界面状况符合材料在刀面上发生冷焊优点：（1）如果稳定生长，则可以代替刀刃进行切削，保护刀刃，延长刀刃的使用寿命（2）增大了实际工作前角，使变形下降，切削容易进行缺点：（1）积屑瘤的形状极不规则，影响加工精度和表面粗糙度（2）如果积屑瘤不能稳定生长，则在频繁的脱落过程中，反复挤压前刀面，从而加剧刀具的磨损并产生振动控制:改变切削速度是控制积屑瘤最有效的方法。也可以通过使用冷却液、提高前刀面光洁度或改变前角的方法，来减小摩擦，减缓表面冷焊倾向，抑制积屑瘤的产生。切削力切削力可以分解为主切削力Fc，进给方向分离Ff和切深方向分力Fp切削热及其传到：热源：主运动FcV和进给运动功率FfVf传到：工件、刀具、切屑、周围介质。其中最重要的是通过传入工件和刀具的切削热，因为工件温度升高影响加工尺寸精度，刀具温度身高加剧刀具磨损。切削塑性材料时温度最高的不在切削刃的刀尖上，而在距离刀尖一小段长度的位置。这是因为切屑沿着前刀面流动时热流积累而传导速度又不十分高，即刀具热传导系数较低而形成的。因此切削塑性材料时，最易磨损的地方不在刀尖上，而是在离切削刃向里的某个位置上切削脆性材料时因为第一变形区塑性材料变形不太显著，切屑成崩碎状，在前刀面上的摩擦力较小，第三变形区产生的 热量是主要的，热量集中于刀尖处，所以刀尖处接近后刀面的位置切削温度最高，磨损也首先在这里产生。切削速度影响最大，进给量影响稍小，切削深度影响最小在实际生产中必须控制刀具不进入剧烈磨损阶段刀具磨钝标准定义：根据加工要求规定一个最大允许磨损值考虑因素：（1） 工艺系统刚性：工艺系统刚性差，VB应取小值（2） 工件材料：切削难加工材料一般VB取小值，一般材料VB可取大些（3） 加工精度和表面质量：加工精度和表面质量要求高时，VB应取小值（4） 工件尺寸：加工大型工件，为避免频繁换刀，VB应取大值。刀具使用寿命：达到VB值相应的切削时间来控制换刀时机称为刀具使用寿命应优先考虑选取最大可能的ap，其次选尽可能大的f,最后根据刀具使用寿命确定V刀具几何参数的选择1. 前角0（1） 前角的功用控制切削变形和切削力，同时也影响刀具的散热和强度。前角加大会降低切削变形和切削力、切削热的产生，但也使刀尖强度下降，散热条件恶化。此外，也影响切屑形态和断屑效果、以及加工表面质量（2） 前角的选择工件材料：加工脆性材料，变形不大，取较小前角；加工塑性材料，取较大前角。工件强度、硬度高，取小前角刀具材料：硬质合金刀具强度、韧性差，不耐冲击，取小前角；高速钢刀具可取大前角刀具承受冲击载荷，应取较小前角工艺系统刚度低，易振动，应加大前角，以降低切削力自动线上为保证可靠性，应取较小的前角成型刀具和前角影响切削刃形状的刀具，常取较小的前角从减小切削力的角度应选择较大的刀具前角；从减小切削热的角度考虑，应该选择较小的刀具前角；2. 后角（1）后角的公用较少后刀面与加工表面间的摩擦，同时也影响刀具的强度和散热条件。后角加大，可以使切削刃更锋利；在相同磨钝标准VB下，还可以延长刀具使用寿命。（2）后角的选择精加工时，切削力和温度条件不严重，提高加工表面应以减少摩擦为主，宜取较大的后角；粗加工时，为提高强度，应取较小的后角工件材料强、硬度高时，为保证切削刃强度，宜取小后角工件材料软、塑性大时，后刀面摩擦严重影响加工表面质量和刀具磨损，应加大后角；加工脆性材料，应取小后角工艺系统刚性差，易振动，应减小后角，增加阻尼有尺寸精度要求的刀具，宜取小后角，减小重磨后尺寸变化副后角一般与后角相等3.刃倾角功用：（1）影响主切削刃刀尖强度和散热条件+刀尖高，-刀尖低。作为不连续切削时，-使远离刀尖的切削刃先切入工件，避免+刀尖受冲击而损坏。-刀尖强度和散热条件也比较好（2）控制切屑的流向=0，切屑基本垂直于主切削刃0，刀尖高，刀刃低，切屑流向待加工表面0，刀尖低，刀刃高，切屑翻向已加工表面，易划伤已加工表面。（3）0时，实际前角加大，刀尖钝圆半径变小，使刃口变锋利（4）刃口具有“割”的作用。0时，沿主切削刃方向有一个切削速度分量，起着“割”的作用，有利于切割（5）影响切入切出的平稳性。=0时，切削刃同时切入切出，冲击大；0时，切削刃逐渐切入工件，冲击小。4.主偏角Kr影响进给方向切削分力和切深方向分力，也影响刀具切削刃工作长度。Kr越大，切削刃工作长度bD越短，单位切削刃上承受的主切削力负荷越大，但Fp越小。切削细长杆等刚度低的工件时，宜采用大的主偏角5.副偏角对着已加工表面，主要影响表面粗糙度。精加工时为降低表面粗糙度，常取为0的修光刃影响材料切削加工性的因素（1）硬度和强度金属材料的强度和硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，故切削加工性差（2）塑性和韧性金属材料的塑性和韧性好，切削时塑性变形大，消耗能量越多，切削力和切削温度也越高，且不易断屑，故切削加工性差（3）导热性材料的导热系数大，切削时的散热性越好，有利于降低切削温度，故切削加工性越好（4）线膨胀系数材料的线膨胀系数越大，加工时工件尺寸变化越大，不易控制尺寸精度，故切削加工性越差。灰铸铁内石墨呈片状分布，破坏了基体的连续性，而且有润滑作用，切削加工性较好。球墨铸铁内石墨呈球状，有利于基体连续，强度高，较难加工。冷硬铸铁或白口铸铁因其硬度高而很难加工机床的传动链和传动原理图为了获得所需要的运动，需要通过一些列的传动件把执行件和动力源，或者把执行件和执行件连接起来，以构成传动联系，称为传动链。外传动链：传动链使执行元件得到预定的速度的运动，并传递一定的动力内传动链：传动链使所联系的执行件之间有严格的传动比关系，用来保证运动的轨迹圆柱铣刀的铣削方式：顺铣和逆铣逆铣：切削力与工件进给的方向相反顺铣：切削力与工件进给的方向相同工作台所需的加紧力:顺铣时铣削力的垂直分力向下，将工件压向工作台，铣削较平稳切入厚度：顺铣时切入宽度大，不宜切带硬皮的工件切削厚度变化：逆铣时切削厚度由零逐渐增大。当刀齿刚接触工件时，后刀面与工件产生挤压和摩擦加速刀齿磨损接触长度：顺铣时接触长度短，刀具磨损小（1）螺母固定不动，丝杆转动，并和工作台一起移动（2）未切削时，摩擦阻力使丝杆螺牙右侧面与螺母紧靠（3）逆铣时，切削力使丝杆螺牙右侧面与螺母始终接触（4）顺铣时，若切削力大于摩擦力，切削力推动工作台和丝杆向左移动，螺牙左侧接触（5）切削力减小时，恢复螺母右侧接触，在这一瞬间工作台运动速度发生变化丝杆螺母间隙忽左忽右，使工作台运动不平稳磨床的主要类型外圆磨床；内圆磨床；平面磨床；无心磨床；齿轮磨床无心磨床：工件不用顶尖来定心和支承，而是由工件被磨削表面定位，工件在砂轮和导轮之间，由托班支承进行磨削。生产效率比外圆磨床高。工件的中兴应高于磨削砂轮和导轮的连心线，以避免磨削出菱形的工件。砂轮是由磨料加结合剂，使用陶瓷制备的工艺方法支撑磨粒以绝对值的负前角进行切削；砂轮上的磨粒随机分布，切削过程复杂每一磨粒下的切削体积非常小，可以获得表面粗糙度值很低的表面磨削速度非常高，磨削热80%传入工件，对工件质量影响大决定砂轮特性的5个因素：1.磨粒：（高硬度、耐磨、适当脆性）2.粒度：软材料、塑性大材料、大面积磨时，选用粗磨粒，避免堵塞砂轮3.粘合剂4.砂轮的硬度：反应磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面脱落的难易程度，即自砺性选择砂轮硬度的方法：工件硬，选用软砂轮。如冷硬铸铁工件软选硬砂轮。但有色金属等特别软的材料选较软的砂轮5.组织：砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的关系。磨粒在砂轮总体积中所占的比例越大，则砂轮的组织越紧密，气孔越小；反之，磨粒的比例越小，则组织越疏松，气孔越大。工件的定位于夹紧定位：把工件安放在工作台或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置。夹紧：工件定位后，将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变安装：工件从定位到夹紧的整个过程工件安装的三种方式：直接找正安装：生产效率低，多用于单件小批生产，定位精度高划线找正安装：生产效率低，定位精度低，多用与单件小批生产中；特别适用于尺寸和重量较大的铸件和锻件夹具安装：直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件。 生产效率高，用于成批或大量生产；生产准备时间长夹具的作用：机床夹具是将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对运动关系的附加装置，简称夹具。夹具组成:对刀装置，夹具体，定位元件，连接元件，夹紧装置夹具分类：通用夹具：与通用机床配套，作为通用机床的附件，如三爪卡盘、四爪卡盘、虎钳、分度头和转台等专用夹具：根据零件工艺过程中某工序的要求专美设计的夹具，此夹具只为该零件用，一般都是成批和大量生产中所需，数量也比较大。成组夹具：适用于一组零件的夹具，一般都是同类零件，经过调整可用来定位、夹紧一组零件组合家具：由许多标准件组合而成，可根据零件加工工序的需要瓶装，用完后再拆卸，可用于单件、小批生产随行夹具：用于自动线上，工件安装在随行夹具上，随行夹具由运输装置送往各机床，并在机床夹具或机床工作台上进行定位夹紧。组合家具标准元件：基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固件、辅助件、组合键支承钉：固定支承钉，可调支承钉，自定位支承钉，辅助支承钉辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，其高度是由工件确定的，因此不起定位作用，但辅助支承锁紧后就成为固定支撑，能承受切削力。辅助支承主要用来在加工过程中加强被加工部位的刚度和提高工作的稳定性，通过增加一些接触点防止工件在加工中变形，但又不影响原来的定位。欠定位：应该限制的自由度没有被限制过定位：同一个自由度被两个或两个以上约束点约束（过定位只用于已加工表面，以加强刚度）定位误差的产生条件：在采用调整法加工一批工件的条件下，若一批工件逐个按试切法加工，则不存在定位误差。设计基准：零件图上标注尺寸标准的起始位置定位基准：工件在机床上或夹具中进行加工时用于定位的基准基准不重合误差：定位基准与设计基准不重合基准位移误差：由于工件定位表面不准确造成（由于定位元件不准确也会造成基准位移误差）夹紧机构的作用：夹紧机构保证了加工力的作用下工件的正确定位状态。夹紧力的作用方向的选择：i 一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面ii 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形iii 夹紧力的方向应尽可能与重力、切削力方向一致，以减小所需夹紧力。夹紧力作用点的选择：i. 夹紧力作用点应正对支撑元件或位于支承元件形成的平面内，以保证已获得的定位不变ii. 夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形iii. 夹紧力作用点应尽量靠近被加工表买呢，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形夹紧力的计算：零件的加工精度包括尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度精度：对一定尺寸、形状、位置的精确程度误差：对一定尺寸、形状、位置的相差程度系统误差：加工过程中有一定的规律，可以用函数关系来表达的误差称为系统误差例如：由于铰刀直径较大，使得加工出的孔的直径也比较大随机误差：加工过程中规律性不强，表现为噪声性质，负荷统计规律例如：刀具磨损及热伸长所造成的工件尺寸误差组成误差的因素：机械设备、刀具误差，安装误差（定位误差、夹紧误差），对刀误差、切削过程误差（切削力引起的误差、切削热引起的误差、刀具磨损产生的误差），原理误差用模数铣刀加工渐开线齿轮，会产生原理误差机床导轨平直度与主轴轴线的平行度均影响加工表面的形状和尺寸精度（如果导轨不平行则会出现锥面，加工锥度）主轴误差：径向跳动-影响加工圆度角度摆动-影响加工圆柱度，垂直度轴向窜动-影响端面不平度刚度：用来表征物体受力后抵抗受力变形的能力。物体在受力方向上产生单位弹性变形所需要的力称为刚度。柔度：物体在受力方向上某一时刻的力变化与在该方向上产生的变形变化量的比值称为瞬时刚度柔度是物体受单位力时在受力方向的变形，它是刚度的倒数刚度曲线凹形曲线特点是开始时变形很大，逐渐刚度变好。凹形曲线可能是在机器或部件中存在着刚度很差的零件，极易变形，一旦该零件变形减小，则整个刚度值将上升。凸形曲线的特点是开始时刚度较好，随着载荷的加大，刚度越来越差凸形曲线可能是由于结构中有预紧力，当载荷超过预紧力时，刚度急剧变差误差复映指由于切削力和系统刚度的原因，加工表面的原始形状以缩小的比例复映到已加工工件表面。减小复映误差、提高精度的方法：1 多次走到2 提高系统刚度不平衡动力对加工精度的影响：（1） 传动力的影响：如图在拨动转盘的过程中，传动力F的方向是变化的，当传动力F的水平分力与切削力Fy方向相同是，切深将减小，切削量就会减少，当两者方向相反时，切深将增加，切削量就多，因而引起加工误差。（2） 惯性力的影响：离心力在会装的过程中不断改变方向，有时与切削分力Fy同向，有时反向。（3） 重力的影响：（4） 夹紧力对加工精度的影响（5） 内应力对加工精度的影响工艺系统受热变形对加工精度的影响（1） 刀具的热变形（2） 工件的热变形（3） 机床的热变形减小热变形对加工精度影响的措施：（1） 减少并隔离热源（2） 研究机构的热补偿（3） 稳定机床温度场分布（4） 控制环境温度典型表面的加工路线黑色金属材料、淬火热处理零件的精加工：粗车半精车粗磨精磨有色金属材料零件的精加工：粗车半精车精车金刚石车孔的加工路线毛培上无底孔钻扩铰钻半精镗精镗毛培上有底孔粗镗半精镗精镗金刚镗粗镗半精镗粗磨精磨（淬火）大批量生产，孔加工粗镗粗拉精拉为改善切削性能的热处理工艺应安排在切削加工之前为清除内应力的热处理工序应安排在粗加工之后半精加工之后，精加工之前安排淬火回火、渗碳、淬火等淬硬处理工序，淬硬之后一般只磨高精度零件安排冷处理，以稳定尺寸表面处理工序一般放在最后粗加工阶段：去除零件各个加工表面的大部分余量，只留下后续精加工余量，并作出精基准。这一阶段的主要目标是提高生产率。精加工阶段去除各个加工表面经粗加工后留下的较小且较均匀的余量，确保零件尺寸、形状精度及各表面间的位置精度以及表面粗糙度如果不是把零件的整个加工工艺过程这样划分为粗、精加工阶段，而是把每一个面都在一个工序中从粗加工到精加工连续完成，再顺序加工所有的面。这样的工序安排，虽然可以减少安装次数，但难以保证零件的精度要求，并可能造成人力、物力资源的浪费。原因：粗加工时，切削层厚，切削热大，无法消除因热变形带来的加工误差，也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的加工误差。后续加工容易把已加工好的加工面划伤不利于及时发现毛培的缺陷不利于合理地使用设备不利于合理地使用技术工人工序余量：完成一个工序中某一加工表面所需切除的金属层厚度加工总余量：各工序加工余量的和，即需从毛胚上切除总的金属层厚度余量过大：则不仅浪费金属，而且增加切削时机床和刀具的负荷。余量过小：则难以修正前一工序的误差，难以达到本工序的精度要求和表面质量要求。工序尺寸按“入体原则”标注加工条件：大批量生产采用静调整法调整工具工艺尺寸链：零件加工时，该零件与工艺相关的尺寸链称为工艺尺寸链工序尺寸：本工序通过加工直接得到产生原因：成批或大量生产中采用调整法加工，当定位基准与设计基准不重合，往往不能直接保证设计尺寸，需通过结算尺寸链，确