机械制造基础(1).doc

1 切削运动分为主运动和进给运动。主运动:使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。2 切削用量三要素：切削速度vc，进给量f(或进给速度Vf)，背吃刀量ap3 切削层参数：切削层公称厚度hD、切削层公称宽度bD、切削层公称横截面积AD4 定义刀具角度的参考系a) 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。b) 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。c) 主剖面 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。5 刀具的标注角度1）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。o影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。2)后角o 在正交平面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。3）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。r的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。4）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。作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。5）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。影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零。6 刀具材料应满足以下基本要求（刀具材料应具备的性能）：1. 高的硬度和耐磨性2. 足够的强度和冲击韧性3. 高耐热性(热稳定性)4. 良好的热物理性能和耐热冲击性能5. 良好的工艺性（原因：由于刀具切削部分的材料在切削时要承受高温，高压，强烈的摩擦，冲击和振动）7 刀具材料中用得最多的是高速钢和硬质合金钢。8 高速钢特点：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，抗冲击振动能力较强；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。9 硬质合金钢特点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。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。10 刀具角度的选择 1）前角O 作用：前角越大刀刃越锋利主切削刃强度降低，易崩刃已加工表面质量越好。选择：工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。 2) 后角0 作用：后角增大后刀面与工件的摩擦减小后刀面的磨损率减小。选择：粗加工或工件材料较硬，后角取较小值；工件材料越软、塑性越大，后角越大；工艺系统刚度较差时，适当减小后角；3）.主偏角r 和副偏角r 角度越小刀刃强度散热强度刀具寿命 残留面积高度表面粗糙度 背向力Fp，工件易变形。选择 ：工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反之取较大值；当工艺系统刚性较差（如车细长轴）或强力切削时，一般取较大值，以减小背向力Fp，从而降低工艺系统的弹性变形和振动。副偏角大小取决于表面粗糙度（515)，粗加工时取大值，精加工取小值。4）刃倾角s 影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零。工件材料：加工高强度钢、淬硬钢时，应取绝对值较大的负刃倾角，以使刀具有足够的强度。加工过程：粗加工时取S=-50，精车时取S=05；断续切削、工件表面不规则，有冲击负荷时取S=-15-5。强力切削时，为提高刀头强度可取S=-30-10。微量切削时，为增加切削刃的锋利程度和切薄能力，可取S=4575。当工艺系统刚性差时，应取S0，以减小背向力，避免切削中的振动。19.磨床的主要运动：主运动：砂轮旋转主运动n1 .工件圆周进给运动n2工件纵向进给运动f1砂轮架周期或连续横向进给运动f2。应用：磨床主要用于零件精加工，尤其是淬硬钢和高硬度材料零件的精加工。15.机床的运动工件表面形成方法：轨迹法2) 成形法3) 相切法4) 展成法11.常用刀具及其主要用途 孔加工刀具按用途分为：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，如麻花钻、中心钻及深孔钻等；一类是对已有的孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀、镗刀等。孔加工刀具：麻花钻（双刃）主要用于孔的粗加工；扩孔钻用于对已钻孔的进一步加工，以提高孔的加工质量的刀具； 铰刀用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。铣刀 铣削方式：圆周铣削法（周铣法）：逆铣法（刀齿由切削层内切入，从待加工表面切出，切削厚度由零增至最大）。顺铣法（切削厚度由大到小，没有逆铣的缺点）；端面铣削法（端铣法）：对称铣、不对称顺铣、不对称逆铣。拉刀是一种高生产效率，高精度的多齿刀具。但拉刀结构复杂，制造比较麻烦，价格较高，因而多用于大量和批量生产的精加工。12.齿轮刀具成形法齿轮刀具：主要用于单件小批量生产和修配加工，适用于生产直齿圆柱齿轮，斜齿齿条。常用成形法齿轮刀：盘形齿轮铣刀和指状齿轮铣刀。展成法齿轮刀具用于大批量生产。常用展成法齿轮刀具有：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等。13磨削是用带等有磨粒的工具（砂轮，砂带，油石等）对工件进行切削加工的方法，是半精加工和精加工的主要方法之一。砂轮是最主要的磨削刀具，特性主要由磨粒，粒度，结合剂，硬度，组织及形状尺寸等因素决定。硬度：指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。14.插齿机主要用于加工直齿圆柱齿轮，增加特殊的附件后可加工斜齿圆柱齿轮，对滚齿刀无法加工的内齿轮和多联齿轮，使用插齿机。14金属切削机床 牌号（主参数是反映机床最大工作能力的一个参数，它直接影响机床的其他参数和基本结构大小）CA6140类别代号（车床类）M(磨床类)结构特性代号（结构不同）G通用特性（高精度）组代号（落地及卧式车床组）1组代号（外圆磨床组）系别代号（卧式车床系）4系代号（万能外圆磨床系）主参数代号（最大工件回转直径400mm）32主参数（最大磨削直径）16.母线和导线统称为表面的发生线。17.构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，称为传动链。 传动链的两个末端件的转角或移动量（称为“计算位移”）之间如果有严格的比例关系要求，这样的传动链称为内联系传动链，若没有这种要求，则为外联系传动链。18.齿轮加工机床按轮齿加工原理分两大类：成形法、展成法。滚齿加工是根据展成法原理加工齿轮的。（P61图2-46）20.平面磨床根据砂轮主轴的布置方式分为水平（卧式）、垂直（立式）。21.机床夹具的用途：定位（占有正确位置）和加紧（保持定位位置不变）。装夹目的：定位和夹紧。机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。22.机床夹具的组成：定位元件（必备的）夹紧装置（必备的）对刀、导引元件或装置（基本的）连接元件夹具体（必备的）其他装置或元件。机床夹具分类：通用夹具，专用夹具，组合夹具，通用可调夹具和成组夹具。23基准（用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的点线面）设计基准、工艺基准（定位基准、测量基准、装配基准、工序基准）。24.六点定位原理：用正确分布的六个支承点来限制工件的 六个自由度，使工件在夹具中得到正确位置的规律，称为六点定位原理。完全定位:六个自由度都要限制的定位方法。不完全定位：按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位。 过定位：工件的同一自由度被两个或两个以上的支承点重复限制的定位。欠定位：按工序的加工要求，工件应该限制的自由度未予限制的定位。是绝对不允许的。25.车床可加工内外圆柱面，圆锥面，成形回转面，端平面和各种内外螺纹面。1. 变形区的划分：第区（剪切变形区）剪切滑移变形，加工硬化。金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。第区（刀-屑接触区）靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。第区：刀具后刀面与已加工表面间的挤压和摩擦产生的以加工硬化和残余应力为特征的滑移变形，此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。2. 切削变形程度：切削变形系数：厚度变形系数a= hch/hD=切屑厚度切削层的厚度3. 长度变形系数l=lc/lch=切削层长度lc切屑长度lch。根据体积不变原理, 则 a l。变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。剪应变： = 4. 摩擦副间为峰点型接触时，摩擦力的大小与法向力成正比而与接触面积无关，这种摩擦称为外摩擦（长度为lf2）。阻力与法向力无关而与接触面积成正比，这种摩擦称为内摩擦(长度为lf1)。刀屑间摩擦为内摩擦，占总摩擦的85%。5. 积屑瘤的形成对切屑过程的影响a. 实际刀具前角增大，切削力降低。b. 影响刀具耐用度c. 使切入深度增大d. 增加工件表面粗糙度。6. 避免或减小切屑瘤产生的措施：1)避开积屑瘤产生的中速区，采用较低或较高的切削速度；2)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4)增大刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；5)采用适当的热处理方法，提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。7. 影响切屑变形的主要因素：工件材料，刀具几何参数-前角，切削速度切削层公称厚度8. 切削的类型：带状切削，挤裂切削，单元切削，崩碎切削（脆性材料其余塑性材料）。9. 切削力的来源：切削层金属、切屑和工件表面金属层的弹性、塑性变形所产生的抗力。刀具与切屑、工件表面层间的摩擦阻力10. 切削力的合力及特征：主切削力（F在主运动方向的分力又称切向力，切削过程中消耗功率最大。）背向力（垂直与进给方向分力，没有相对运动，不消耗功率）进给力（轴向力，是机床进给机构强度和刚度设计、校验的主要依据） 11. 影响切削力的因素：（1）工件材料（2）切削用量、背吃刀量ap与进给量f影响、切削速度（3）刀具几何参数、刀具前角、负倒棱、 刀具主偏角r、刀尖圆弧半径和刀具刃倾角s （4）其他因素、刀具材料、刀具磨损、切削液12. 切削热的产生：切削层金属发生弹性变形和塑性变形所产生的热和切削与前刀面、工件与后刀面间的摩擦热。切削热的传出：切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去。切削热Q=FcVc13. 影响切削温度的因素：切削用量，刀具几何参数前角go切削温度主偏角kr切削温度负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小 ，工件材料，刀具磨损的影响。14. 刀具磨损的原因：磨粒磨损（各种切速下均存在低速情况下刀具磨损的主要原因），粘结磨损（刀具材料与工件材料亲和力大，刀具材料与工件材料硬度比小、粘结磨损加剧，中等偏低切速），扩散磨损（高温下发生），氧化磨损（高温情况下，在切削刃工作边界发生）,相变磨损，热电磨损，塑性变形。15. 刀具的磨钝标准：指刀具后刀面磨损带中间部位平均磨损量允许达到的最大值，以VB表示。16. 刀具磨损方式：前刀面磨损（月牙洼磨损）、主后刀面磨损、前刀面和主后刀面同时磨损。17.刀具的耐用度：刀具从切削开始至磨损量达到磨钝标准的实际切削时间，用T 表示。17. 刀具磨损过程：初期磨损阶段，正常磨损阶段，剧烈磨损阶段18. 影响刀具的耐用度因素：切削用量的影响、刀具几何参数的影响、工件材料的影响。19. 选择切削用量的基本原则：首先选取尽可能大的背吃刀量；再选择较大的进给量；最后利用公式计算确定切削速度，这样才能保证在满足合理刀具耐用度的前提下，获得高的生产率和低的生产成本，是切削用量趋于合理。20. 切削液的作用：冷却作用；润滑作用；清洗和排泄作用；防锈作用。21. 切削液的选用：粗加工：选用冷却性好的切削液；精加工：有良好润滑性的切削液。22. 磨削的形成过程：划擦，刻划（耕犁）及切削三个过程。23. 磨削的特点：加工精度高表面粗糙度小；磨削的经向磨削力打，且作用系统工艺较差的方向上；磨削温度高；砂轮有自锐作用；砂轮可以加工铸铁、合金钢、碳钢等一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料；磨削加工的工艺范围广；磨削在切削加工中比重日益增大。1.机械加工精度：是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度。加工误差是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的偏离程度。2.获得机械加工进度的方法：一、获得尺寸精度的方法：试切法；调整法；定尺寸刀具法；自动控制法。二、获得形状精度的方法：轨迹法；成形法；展成法。三、获得位置精度的方法：直接装夹法；找正装夹法法；夹具装夹法。3.加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。机床几何精度的影响及控制：（1）误差敏感方向 所谓误差敏感方向就是通过刀刃的加工表面的法线方向，在此方向上原始误差对加工误差影响最大。 (2) 直线导轨导向误差对加工精度的影响：对于普通车床，加工外圆时导轨在水平面内的直线度误差将直接转换为工件表面的圆柱度误差，而在垂直面内的直线度误差对加工误差的影响可以忽略不计。对车刀装在垂直方向的立式转塔车床，则是导轨在垂直面内的直线度误差直接转换为工件表面的圆柱度误差。（3）机床主轴回转误差 主轴回转误差对加工精度的影响：纯径向跳动：对圆柱面的加工无影响，对加工端面，螺纹加工有影响。纯轴向窜动；纯倾角摆动。（4）减少传动链误差传动的措施：缩短传动链；降低传动比；减小各传动链中各传动件的加工、装配误差。采用校正装置。4.工艺系统刚度：工艺系统刚度K是工艺系统抵抗变形的能力。计算公式中k是指加工表面法向切削分力Fy与刀具的切削刃在切削力的作用下相对工件在此方向位移y的比值. K系统=Fyy。5.工艺系统刚度对加工精度的影响：（1）机床变形加工出来的零件呈两端粗、中间细的鞍形。（2）工件变形加工出来的零件呈鼓形。6.切削力大小变化引起的加工误差：工件加工前的误差一类似的规律反映为加工后的误差的现象称为“误差复映” 。误差复映系数（为一个小于1的正数），它反映了毛坯误差经加工后减少的程度。k为工艺系统刚度。8.减小工艺系统受力变形对加工精度的影响的措施：1）提高工艺系统的刚度：合理的结构设计K=Fy/y；提高连接表面接触刚度（表面粗糙度，改进接触质量，予加载荷）；采用辅助支承（中心架，跟刀架，镗杆支承等）；采用合理装夹和加工方式2）减小载荷及其变化 7.车床刀架静刚度特性曲线的特点：l）变形与载荷不成线性关系，反映刀架变形不纯粹是弹性变形。2）加载和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线；两曲线所包容的面积代表加载和卸载循环中消耗的能量，它消耗于克服部件内零件间摩擦力和接触塑性变形所做的功。3）卸载后曲线不回到原点，说明有残余变形。经多次加载和卸载后，残余变形才逐渐减小到零。4）部件实测刚度远比按实体结构估算值小。9.残余应力也称内应力，是指在没有外力作用下或去除外力后工件内存留的应力。残余应力产生的原因：残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。10.工艺系统的热源：可分为内部热源（切削热和摩擦热以传导的形式传递）和外部热源（环境温度和热辐射以对流传热的方式）11.加工误差分为系统误差（常值系统误差、变值系统误差）和随机误差。12.正态分布表征分布曲线位置的参数，是表征曲线形状的参数。（P207图4-39）13.分布图分析方法的应用：判别加工误差的性质；确定工序能力及其等级；估算合格品率或不合格品率。15.点图分析正常波动：（1）没有点子超出控制线（2）大部分点子在中线上下波动，小部分点子在控制线附近（3）点子分布没有明显规律性。分析工艺过程的稳定性通常用点图法16.加工表面质量的主要内容：加工表面粗糙和波度；加工表面层材料物理、机械性能的变化（主要包括加工表面层的加工硬化、残余应力，金相组织变化等三方面内容） 1.机械加工工艺过程：工序：是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序是机械加工工艺过程的基本组成单元。工作地、工人、零件、连续作业构成工序四要素。安装：是工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。在一个工序中，有的工件只需装夹一次；也有需要多次装夹的。工位：当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进行加