机械制造基础复习要点.docx

机械制造基础复习要点1 第一章：切削加工的基本要素：工件的表面形状：平面，成形表面，圆柱面，圆锥面，球面，圆环面，螺旋面工件表面的成形方法：各种典型表面都可以看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。发生线的形成方法：1.轨迹法 2.成形法 3.展成法 4.相切法主运动：指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用Vc (m/s)表示。 主要特征：速度最高、消耗功率大、通常只有一个 形式：直线或旋转主运动方向：不考虑进给运动的条件下，切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向进给运动：指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量(f)或进给速度(vf)表示。定位和调整运动：使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。待加工表面：即将被切去金属层的表面。加工表面(过渡表面)：切削刃正在切削着的表面。已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面。 切削用量三要素：切削速度Vc： d:工件或刀具上某一点的回转直径 n：工件或刀具转速进给量和进给速度：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。进给速度vf:是单位时间的进给量，单位为mm/s或mm/min。背吃刀量ap：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。 车削和钻削加工的背吃刀量为工件上已加工表面和待加工表面间垂直距离，单位为mm。前刀面：切屑流过的表面； 主后刀面：与过渡表面相对的刀具表面；副后刀面：与已加工表面相对应的刀具表面 切削刃：前刀面上直接进行切削的边锋； 主切削刃：指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃：指前刀面与副后刀面相交的锋边。刀尖：可以是主、副刀刃的实际交点，也可以是主、副刀刃连接起来的一段刀刃，它可以是圆弧，也可以是直线。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。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。正交平面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。前角o： 在正交平面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时o定为正值；位于刀头实体之内时o定为负值。前角的功用：前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度，直接影响切削过程。后角o： 在正交平面内测量，主后刀面与切削平面的夹角。后角的功用：后角影响切削中的摩擦和刀具强度。减小后角，会加剧后刀面与加工表面间的摩擦，使刀具磨损加大，加工表面冷硬程度增加、质量变差；减小后角的优点是刀具强度高，散热性能好。主偏角r：在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。副偏角r：在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。主偏角和副偏角的功用：主偏角影响工件残余面积的高度刃倾角s：切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,s定为正值；反之位负。进给运动对工作角度的影响（横切，纵切）切削层：由切削刃正在切削的这一层金属。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。直角切削(正切削)：切削刃垂直于切削运动方向的切削斜角切削(斜切削)：切削刃不垂直于切削运动方向的切削自由切削：只有直线形主刀刃参加切削工作非自由切削：曲线形主刀刃参加切削工作或主副刀刃均参加切削工作对刀具切削部分材料的要求：1.高的硬度和耐磨性：2.足够的强度和韧性3.良好的耐热性4.导热性和热膨胀系数：5.良好的工艺性和经济性：要便于制造；刀具要廉价高速钢：高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍； 2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度63HRC以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。根据成分分为：1）钨系：使用普遍，综合性能和磨削加工性好，可用于制造包括复杂刀具在内的各类刀具 2）钨钼系：碳化物分布均匀、韧性好、热塑性好 3）钼系 根据切削功能分为：普通高速钢和高性能高速钢提高高速钢性能的主要途径：1）改变高速钢的合金成分 2）采用粉末冶金技术；3）采用表面化学渗入法； 4）采用表面涂覆硬质薄膜技术硬质合金：硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）微米级粉末和金属粘结剂（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。特点: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。不足：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。超硬刀具材料：1.陶瓷 2.金刚石 3.立方氮化硼2 切削过程的基本规律：研究意义：提高加工质量、降低生产成本、提高生产效率；为难加工材料、新型工程材料提供新的加工方法和高质量的刀具。研究方法：侧面方格变形观察法 高速摄影法 快速落刀法 弹性和塑性实验法 扫描电镜显微镜观察法切削加工的概念：首先使刀具接触工件，然后使刀具对工件作相对运动，由于工件内部产生较大的应力而引起工件材料破坏，把不需要的部分作为切屑剥离下来，加工出所需形状，尺寸和表面质量的工件。金属切削过程的实质：工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面(滑移面)产生剪切变形并转变为切屑的过程。因而可以说，金属切削过程就是金属内部不断滑移变形的过程。第变形区：近切削刃处切削层产生的塑性变形区。第一变形区的特点是切削层的剪切滑移变形。第变形区：与前刀面接触的切屑层内产生的变形区。此变形区的主要特点是切屑进一步纤维化，其变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。第变形区：近切削刃处已加工表层内产生的变形区。是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。剪切角：剪切面与切削速度方向的夹角计算：麦钱特公式： 李和谢弗公式：结论： (1)剪切角与摩擦角有关。当增大时，角随之减小，变形增大。减小前刀面上的摩擦系数有利于切削。(2)增大前角o，剪切角随之增大，变形减小。切屑的分类：带状切屑 节状切屑 粒状切屑(单元切屑) 崩碎切屑前刀面上的摩擦：特点：在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。两个摩擦区：粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘结区。切屑的粘接层与切屑上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘结区。切屑的粘接层与切屑上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦切屑瘤：积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块。特点：硬度是工件材料的23.5倍，可以代替刀具切削。周而复始的生长、脱落。成因：在切削过程中，摩擦力Ff的存在，使切屑滞留在前刀面上，切屑底层与前刀面发生粘接；同时切屑流动时形成推力T。粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化。产生条件：切削塑性材料。切削区的温度、压力和界面状况符合在刀面上发生冷焊的条件。(主要取决于切削温度)合理控制切削条件，调节切削参数，尽量不形成中温区域，就能较有效地抑制或避免积屑瘤的产生。积屑瘤对切削过程的影响: 1)保护刀具2)增大前角3)增大切削厚度4)增大已加工表面的粗糙度 5)加速刀具磨损影响切削变形的因素：1.材料的强度、硬度提高，切削变形减小。2.增大前角，切削变形减小。3. 切削速度vc增大，切削变形减小。4.进给量的增大，切削变形减小。切削力来源1.三个变形区产生的弹、塑性变形抗力2.切屑、工件与刀具间摩擦力。分力：主切削力：又称为切向力，垂直于基面，与切削速度的的方向一致 背向力：又称为径向力，吃刀力，他在基面内，并与进给方向相垂直 进给力：又称为轴向力，走刀力，他在基面内，并与进给方向平行影响切削力的因素：1.工件材料的强度、硬度越高，切削力增大。2.背吃刀量和进给量增大时，切削力均增大。3.前角增大，切削力减小。4.主偏角增大Fp减小，Ff增大。5.刃倾角增大Fp减小，Ff增大。切削热： q：单位时间内产生的切削热J/S Fc:主切削力 Vc：切削速度切削热通过工件，切屑，刀具以及周围介质传走。来源：1.切削层材料发生弹塑性变形产生的热量。2.切屑、工件与刀具间的摩擦转化成的热量。测量切削温度的方法：有热电偶法、辐射热计法、热敏电阻法等。目前常用的是热电偶法。影响切削温度的因素：1.切削用量增加时，切削温度增加。2.切削速度增加，切削温度上升。3.在一定范围内，前角增加，切削温度低，超出范围则相反。4.主偏角增加，切削温度升高。刀具磨损：前刀面磨损(月牙洼磨损) 后刀面磨损 前刀面和后刀面同时磨损磨损机理：磨料磨损 冷焊磨损 扩散磨损 氧化磨损 热电磨损磨损过程：初期磨损阶段 正常磨损阶段 剧烈磨损阶段刀具破损：工具钢、高速钢刀具1.切削温度高时发生相变磨损2.硬度不够时，切削刃或刀尖发生塑性变形3.精加工、薄切削刀具上发生卷刃。硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石刀具1.切削刃崩刃2.切削刃或刀尖崩碎3.刀片或刀具折断4.刀片表层剥落5.切削部分塑性变形6.刀片的热裂刀具破损的防止1.合理选择刀具材料的种类和牌号2.合理选择刀具几何参数3.保证焊接和刃磨质量，避免因焊接和刃磨带来的各种弊病。4.合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度。5.保证工艺系统较好的刚性，减小振动。6.尽量使刀具不承受或少承受突变性载荷。确定切削用量的原则：能达到零件的质量要求（主要指表面粗糙度和加工精度）并在工艺系统强度和刚性允许条件下及充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下选取一组最大切削用量。合理选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量ap ，其次选择一个大的进给量 f，最后根据已确定的和ap和f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度vc。正前角的功用是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切削轻快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。负前角的功用在于改善刃部受力状况和散热条件，提高切削刃强度和耐冲击能力。主偏角的功用1.主偏角影响切屑层的形状2.主偏角影响工件残余面积的高度3.影响三个切削分力的大小和比例关系。副偏角的功用副偏角的主要作用是形成已加工表面刃倾角的功用1.控制切屑的流向2.影响刀具的强度和散热性3.影响切削刃的锋利性4.影响切削的平稳性5.影响各切削分力的比值衡量材料切削加工性的指标1.刀具耐用度的相对值2.相同刀具耐用度下切削速度的相对值3.切削力或切削温度4.已加工工件表面质量5.控制切屑或断屑的难易程度影响材料切削加工性的因素：1.工件材料物理和力学性能的影响2.工件材料化学成分的影响3.金属材料热处理状态和金相组织的影响改善材料切削加工性的途径：1.通过热处理改变材料的组织和力学性能2.调整材料的化学成分3.采用新的加工技术切削液种类：1水溶液水溶液主要起冷却作用2.乳化液乳化液是在切削加工中使用较广的切削液3.切削油切削油主要起润滑作用切削液的作用： 1.冷却作用 2.润滑作用 3.洗涤作用 4.防锈作用第3章 ：机械加工工艺规程的制定工序：是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。安装：在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。工位：工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。工步：指在被加工表面、切削用量（不包括背吃刀量）、切削刀具均保持不变的情况下所连续完成的那部分工序。走刀：切削刀具在加工表面上切削一次所完成的加工过程。生产纲领：产品的年生产量。三种生产类型：1.单件生产2.成批生产3.大量生产机械加工工艺规程的作用：1.生产的计划、调度，工人的操作、质量检查等都 是以机械加工工艺规程为依据。2.生产准备工作(包括技术准备工作)离不开机械加工工艺规程。3.除单件小批生产以外，在中批或大批大量生产中要新建或扩建车间(或工段)，其原始依据也是机械加工工艺规程。根据机械加工工艺规程确定机床的种类和数量，确定机床的布置和动力配置，确定生产面积和工人的数量等。机械加工工艺规程设计原则：1.以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2.工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3.充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4.尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5.积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。 基准：零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。分类：设计基准 工艺基准 测量基准 装配基准定位基准的选择的一般原则：1.选最大尺寸的表面为安装面(限制3个自由度)，选最长距离的表面为导向面(限制2个自由度)，选最小尺寸的表面为支承面(限制1个自由度)。2.首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。3.应尽量选择零件的主要表面为定位基准。因为零件的主要表面是决定其他表面的基准，也就是主要设计基准。4.定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。粗基准的选择原则：1.保证相互位置要求原则2.余量均匀分配原则3.便于工件装夹原则4.粗基准一般不得重复使用原则精基准的选择原则：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5.便于装夹原则机械零件设计工艺性评价：1.结构应便于装夹2.便于加工和测量3.提高切削效率，保证产品质量4.提高标准化程度加工阶段的划分：1.粗加工阶段：主要去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基准2.半精加工阶段：为精加工做好准备，切去的余量介于粗加工和精加工之间，并达到一定的精度和粗糙度值，为精加工留有一定的余量。3.精加工阶段： 主要是保证零件的尺寸形状位置精度及表面粗糙度，这是相当关键的加工阶段。4.精密加工和超精密加工：精密和超精密加工采用一些高精度的加工方法，进一步提高表面的尺寸、形状精度，降低表面粗糙度，最终达到图纸的精度要求。加工余量确定方法：计算法 查表法 经验法尺寸链：在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。分类：工艺尺寸链：在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链 装配尺寸链：在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链 工艺系统尺寸链：在零件生产过程中某工序的工艺系统内，由工件、刀具、 夹具、机床及加工误差等有关尺寸所形成的封闭尺寸链。封闭环：在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）特点：1.由于封闭环是最后形成的，因此在加工或装配完成前,它是不存在的。2.封闭环的尺寸自己不能保证，是靠其它相关尺寸来保证的。 组成环：尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的增环：在尺寸链中，当其余组成环不变的情况下，将某一组成环增大，封闭环也随之增大，该组成环即称为“增环”。减环：在尺寸链中，当其余组成环不变的情况下，将某一组成环增大，封闭环却随之减小，该组成环即称为“减环”。尺寸链按照各构成尺寸所处的空间位置，可分为直线尺寸链，平面尺寸链和空间尺寸链。按照构成尺寸链各环的几何特征，可分为长度尺寸链和角度尺寸链。按照尺寸链的相互联系的形态，又可分为独立尺寸链和相关尺寸链时间定额：在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间时间定额的作用：1.是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制、规划生产面积的重要根据。2.合理地制订时间定额对保证产品质量、提高劳动生产率、降低生产成本都有重大作用。时间定额的组成1.基本时间t基 2.辅助时间t辅3.布置工作地时间t布置4.休息和生理需要时间t休5.准备终结时间t准终：提高生产率的工艺途径：1.缩短基本时间2.缩短辅助时间3.缩短布置工作地时间4.缩短准备终结时间第5章 ：机械加工精度加工精度：加工后零件的尺寸、几何形状以及各表面相互位置等参数的实际值与理想值相符合的程度。加工误差：实际值与理想值的偏离程度。获得加工精度的方法：1.试切法2.调整法3.尺寸刀具法4.主动测量法获得形状精度的方法：1.轨迹法2.成形刀具法3.展成法获得相互位置精度的方法：主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证原始误差：工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。刚度：是指材料受力后抵抗外力的能力。柔度：是物体受到单位力时在受力方向的变形，它是刚度的倒数工艺系统：机床，夹具，刀具，工件所组成的系统。减小刀具尺寸对加工精度的影响的措施：1.进行尺寸补偿2.降低切削速度，增长刀具寿命3.选用耐磨性较高的工具材料减小受力变形对加工精度的影响的措施：1.提高零件的表面质量2.加预紧力3.减少接触面4.提高工件定位基准面的精度和减小它的表面粗糙度值5.采用合理的装夹和加工方式减小残余应力对加工精度的影响的措施：1.增加消除内应力的热处理工序2.合理安排工艺过程3.对于精密零件（如精密丝杠），在加工过程中不允许进行冷校直（可采用热校直）4.改善零件结构，提高零件的刚性，使壁厚均匀等均可减少残余应力的产生5.减少切削力，如减少切削用量、减少切深进行多次走刀减小热变形对加工精度影响的措施：1.减少热源发热和隔离热源2.均衡温度场3.采用合理结构4.加速达到热平衡5.控制环境温度工艺能力系数：加工所能达到的精度和实际能达到的精度之比第6章 ：机械加工表面质量机械加工表面质量：是指经过机械加工后，零件已加工表面上深度为几微米至几百微米的表面层产生的物理力学性能的变化以及表面层的微观几何形状误差，即机械加工表面质量的主要内容包括表面层微观几何形状和表面层物理力学性能。减小切削层残留面积的主要措施：刀具方面：1.适当减小r、r 或增大r，以减小残留面积高度Rmax 2.增大 ，使塑性变形减小，以利于抑制积屑瘤和鳞刺3.提高刃磨质量，减小刀面粗糙度，磨损超值要及时换刀4.减小刀具和工件之间的摩擦系数，控制粘结、积屑瘤、鳞刺 工件方面：改善工件材料的切削性能 切削条件：1.选择合理的切削速度，避开积屑瘤生长区2.减少 f ，减小Rmax，避免刀屑粘结，抑制积屑瘤和鳞刺生长3.采用有效冷却润滑液，减小摩擦，抑制积屑瘤和鳞刺生长4.采用加热或低温切削，以避开积屑瘤和鳞刺的生长5.避免工艺系统的高频振动减小磨削表面粗糙度值的措施：1.适当加大粒度号，增大砂轮单位面积的砂粒数2.适当提高砂轮速度vc或降低工件速度vw，即增大 vc/ vw 比值，减少塑变；3.合理使用直径较大的砂轮；4.加大砂轮宽度B，减小轴向进给量fa，使 B/fa 比值增大；5.减小径向进给量 fr或磨削深度ap（甚至无进给光磨）；6.提高砂轮修整质量，保持锋利度和微刃口等高性能7.选择合适的砂轮硬度、磨削液及其浇注方法 冷作硬化（加工硬化）：经过切削或磨削加工，而不是经热处理所造成的表面硬化现象。使表面的耐磨性提高，脆性增加，冲击韧性降低，也给后续加工带来困难，增加刀具磨损，减少刀具使用寿命。影响加工硬化的因素：表面层的硬化程度取决于产生塑性变形的力、变形速度以及变形时的温度。影响加工硬化的控制措施： 刀具方面1.选择较大的 ，减少切削变形，使N 和hd均减小2.选择较大的，减少后刀面的摩擦，使加工硬化减小3.减小刃口钝圆半径rn，减小挤压摩擦，使硬化