机械加工工艺基础(完整)ppt课件

中南大学CentralSouthUniversity 机械制造工程训练 中南大学工程训练中心 多媒体教学课件 材料成形工艺基础 主要介绍机械零件毛坯成形方法的工艺特点 工艺参数的选择 各类零件毛坯的结构工艺性 零件的材料选择与成形方法选择的基本原则 机械加工工艺基础 主要介绍机械加工的基本概念 切削基本原理 切削机床与刀具 切削加工基本工艺过程 选择切削加工方法的基本原则 以及零件机械加工结构工艺性 机械加工工艺基础 中南大学工业训练中心 中南大学CentralSouthUniversity 第一章 切削加工的基础知识第二章 金属切削机床第三章 机械加工工艺过程第四章 零件表面的加工方案第五章 零件的结构工艺性第六章 数控加工技术 索引 第一章切削加工的基础知识 返回索引 1 1钳工与机械加工 钳工 通过工人手持工具进行切削加工 机械加工 采用不同的机床 如车床 铣床 刨床 磨床 钻床等 对工件进行切削加工 2 零件表面质量的概念 零件几何参数 宏观几何参数 包括 尺寸 形状 位置等要素 微观几何参数 指 微观表面粗糙程度 22 04 2020 2 1加工精度 加工精度 指零件经切削加工后 其尺寸 形状 位置等参数同理论参数的相符合的程度 偏差越小 加工精度越高 它包括 a 尺寸精度 零件尺寸参数的准确程度 b 形状精度 零件形状与理想形状接近程度 c 位置精度 零件上实际要素 点 线 面 相对于基准之间位置的准确度 22 04 2020 22 04 2020 2 1加工精度 国家标准规定 常用的精度等级分为20级 分别用IT01 IT0 IT1 IT2 IT18表示 数字越大 精度越低 其中IT5 IT13常用 高精度 IT5 IT6通常由磨削加工获得 中等精度 IT7 IT10通常由精车 铣 刨获得 低精度 IT11 IT13通常由粗车 铣 刨 钻等加工方法获得 2 1 1尺寸精度 25 0 0 04 零件尺寸要素的误差大小 问 精度的高低与哪两个因素有关 基本尺寸和公差大小 2 1 2形状精度 25轴加工后可能产生的形状误差 0 0 013 2 1 2形状精度 指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度 国家标准规定了六类形状公差 见下表 形状精度的标注 框格分为2格 箭头指向待表达的表面 数字表示允许误差的大小 单位为毫米 2 1 3位置精度 指零件的实际要素 点 线 面 相对于基准之间位置的准确度 圆圈中的英文字母表示基准 框格分3格 箭头指向待表达的表面 零件精度等级及其相应的加工方法 2 2表面粗糙度 表面粗糙度 零件微观表面高低不平的程度 产生的原因 1 切削时刀具与工件相对运动产生的磨擦 2 机床 刀具和工件在加工时的振动 3 切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹 4 加工时零件表面发生塑性变形 2 2表面粗糙度 表面粗糙度对零件质量的影响 零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大 主要有以下几个方面 1 零件表面粗糙 将使接触面积减小 单位面积压力加大 接触变形加大 磨擦阻力增大 磨损加快 2 表面粗糙度影响配合性质 对于间隙配合 表面粗糙易磨损 造成间隙迅速加大 对于过盈配合 在装配时 可使微小凸峰挤平 有效过盈量减少 使配合件强度降低 3 零件表面粗糙 低谷处容易聚积腐蚀性物质 且不易清除 造成表面腐蚀 4 当零件承受载荷时 凹谷处易产生应力集中 以致产生裂纹而造成零件断裂 2 2表面粗糙度评定参数 常用的是轮廓算术平均偏差Ra 2 2表面粗糙度 22 04 2020 Ra h1h2h3 hn 2 2表面粗糙度 国家标准规定 表面粗糙度分为14个等级 分别用表示 数字越大 表面越粗糙 表面粗糙度符号上的数值Ra 单位是微米 m 22 04 2020 2 2表面粗糙度表面粗糙度符号的意义及应用 2 3常见加工方法的Ra表面特征 2 4零件的加工精度与表面粗糙度的关系 精度 宏观几何参数的误差表面粗糙度 微观几何参数的误差加工精度高 必须采用一系列的高精度的加工方法 而经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低 反之 表面粗糙度低 零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的加工方法 而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度的加工方法 实例 各种机床上的手柄 表面粗糙度非常低 但精度不高 22 04 2020 零件的加工精度与表面粗糙度的关系如何 提问 机器零件的基本表面包括 外圆 内圆 孔 平面和成型面基本表面主要由如下的加工方法获得 3 切削运动与切削用量 要完成零件表面的切削加工 刀具和工件应具备形成表面的基本运动 即切削运动切削运动 刀具和工件的相对运动切削运动分为主运动和进给运动主运动 提供切削可能性的运动 主运动只有一个进给运动 提供连续切削可能性的运动 进给运动可以有多个 3 1切削运动 3 1切削运动 机床的切削运动 3 2切削用量 切削用量包括切削速度 进给量和背吃刀量切削速度 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度 用V表示 单位为m s进给量 刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量 用f表示 车 钻和铣削时单位为mm r背吃刀量 已加工表面和待加工表面之间的垂直距离 用ap表示 单位为mm 如下图 3 2 1车削切削速度 背吃刀量的计算 V 切削速度d 工件直径n 工件转速 背吃刀量 切削速度 dmax 待加工表面直径dmin 已加工表面直径ap 背吃刀量 3 3切削用量的合理选择问题 1 粗加工按ap f v的顺序选择a 粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多余金属 只留后续工序的加工余量 所以应根据毛坯尺寸首先选择apb 粗加工不必考虑表面粗糙度 在ap确定后 选取大的f 减少走刀时间c ap和f确定后 在机床功率和刀具耐用度允许的前提下选择v 2 精加工按v f ap的顺序选择精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表面粗糙度 因此首先应选择尽可能高的v 然后选择达到表面粗糙度要求的f 最后再根据精加工余量决定ap 4 切削刀具 刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素 刀具性能主要取决于两个因素 即刀具材料和刀具的几何角度 4 1刀具材料应具备如下五个基本特性 1 高硬度 HRC 60以上 2 高的强度与韧性 保证能够承受切削力的作用而不破坏 3 高的热硬性 材料在高温下仍然保持高硬度的性能 热硬性用热硬温度表示 4 良好的耐磨性 5 良好的工艺性和经济性 碳素工具钢 如T7 T8 T9 T13等 适合于制造简单的手工工具 如锉刀 锯条等 合金工具钢 在碳素工具钢中加入少量的钨 铬 锰 硅等元素 耐热性较低 如9SiCr等 适合于制造低速成型刀具 如丝锥 高速钢 含较多的钨 铬 钒等合金元素 常用的有 W18Cr4V W6Mo5Cr4V等 适合于制造中速精加工刀具 硬质合金 成分由WC TiC和Co组成 采用烧结方法获得 4 1 1常用的刀具材料 4 1 1常用的刀具材料 常用的硬质合金有 钨钴钛类 牌号YT 硬质合金 适合于加工钢等塑性材料 其代号有YT5 YT15 YT30等 粗加工用YT5 精加工用YT30 钨钴类 牌号YG 硬质合金 适合于加工铸铁 青铜等脆性材料 其代号有YG3 YG6 YG8等 粗加工用YG8 精加工用YG3 4 1 2其它刀具材料 陶瓷 常用的刀具陶瓷有两种 Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷 陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度 很高的耐磨性和耐热性 其主要缺点是抗弯强度低 冲击韧性很差 不能承受较大的冲击载荷 金刚石 它分三种天然单晶金刚石刀具整体人造聚晶金刚石刀具金刚石复合刀片立方氧化硼 由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成 常用的刀具材料 各种多齿刀具或复杂刀具 就其一个刀齿而言 都相当于一把车刀 车刀分为切削部分和夹持部分 切削部分由三个刀面组成 前刀面 主后刀面 副后刀面 前刀面和主后刀面的交线叫主切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃两条切削刃的交点叫刀尖 但刀尖并非绝对尖锐 为了研究刀具的几何角度 建立三个辅助平面 基面 通过主切削刃上的某一点 与该点切削速度方向垂直的平面 切削平面 通过主切削刃上的某一点 与该点加工表面相切的平面 正交平面 通过主切削刃上的某一点 与主切削刃在基面上的投影垂直的平面 4 2刀具的几何角度 车刀的基本形状 前角 在正交平面中 前刀面与基面之间的夹角 后角 在正交平面中 主后刀面与切削平面之间的夹角 主偏角Kr 在基面上 主切削刃的投影与进给方向的夹角 副偏角Kr 在基面上 副切削刃的投影与进给反方向的夹角 刃倾角 s 4 2 1车刀的几何角度 4 2 2前角的正与负一般加工韧性材料 应取较大的前角 加工脆性材料 应取较小的前角 前角的取值范围常在 5 25 之间 4 2 3刃倾角 s 刃倾角 s 在切削平面中 主切削刃与基面之间的夹角 它主要影响刀头的强度和排屑方向 一般取 s 10 10 粗加工时常取负值 增加刀头强度 精加工时常取正值 避免切屑擦伤已加工表面 4 2 4刃倾角 s的正与负 当刀尖在主切削刃上最高点时 s为正值 反之为负值 4 3刀具角度的合理选择问题 原则 粗加工时 为了提高切削效率 切削力会较大 因此强度要高 精加工时 切削力较小 为了保证零件质量因此刀具较锋利 粗加工 前角 后角均小 强度高精加工 前角 后角均大 刀具锋利主偏角 车台阶轴 取90度既车外圆又车端面 取45度副偏角 为降低表面粗糙度 取小值 一般为 5 15度刃倾角 粗加工常取负值 精加工取正值 麻花钻由工作部分 颈部和柄部组成 工作部分又包括导向部分和切削部分 4 4麻花钻的基本形状 螺旋角 刃带切线与钻头轴线的夹角 一般 18 30度 前角 后角 f顶角2 两个主切削刃在垂直钻头轴线平面上投影的夹角 通常2 116 120度之间 横刃斜角 它是横刃与主切削刃在钻头垂直轴线平面上投影的夹角 通常为47 55度 4 4 1麻花钻的主要几何角度 砂轮 是磨削加工的刀具 它是由磨料和结合剂烧结而成的 磨料 磨料是砂轮的主要组成因素 担负切削作用 所以磨料有很高的硬度 粒度 是指磨料颗粒的大小 结合剂 结合剂起粘结磨粒的作用 硬度 指砂轮上的磨粒脱落的难以程度 4 5砂轮的材料及形状 4 5 1常用的磨料的特性及用途 4 5 2砂轮的形状 代号及用途 5 刀具磨损和刀具耐用度 刀具经过一定时间的使用后 由于摩擦和切削热的作用 使刀具变钝 切削温度上升 影响加工精度和表面质量 因此必须及时刃磨 刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间 例 硬质合金焊接刀具的耐用度规定为60分钟 22 04 2020 刀具使用 磨钝 刃磨刀具 包括 三种磨损形式与三个磨损阶段 5 1刀具的使用过程 金属切削过程是指从工件表面切除一层多余的金属 从而形成切屑的过程 1 金属在刀具前刀面的作用下 受到挤压产生弹性变形 2 应力逐渐变大 产生塑性变形 滑移 3 应力达到强度极限 剪切滑移被挤裂形成切屑 4 切离 1弹性变形2塑性变形3挤裂切屑 6 金属的切削过程 常见的切屑有如下三种 a 带状切屑 用大前角刀具 高切削速度 小进给量加工塑性材料时出现 形成带状切屑时 切削力平稳 表面光洁 但切屑连续不断 不安全或容易刮伤已加工表面 b 节状切屑 用低切削速度 大进给量加工中等硬度的钢材时出现 形成这种切屑时 金属经弹性变形 塑性变形 挤裂和切离阶段 是典型的切削过程 但切削力波动大 工件表面粗糙 c 崩碎切屑 加工铸铁 黄铜等脆性材料时出现 形成这种切屑时 切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖 刀具容易磨损 6 1金属的切屑类型 6 2积屑瘤 积屑瘤 当切屑沿前刀面流出时 与前刀面接触的切屑底层受到摩擦阻力 速度变慢 形成滞流层 于是 金属粘附在切削刃附近 形成了积屑瘤 积屑瘤的影响 1 保护切削刃 粗加工时 希望产生积屑瘤2 本身不断形成和脱落 会引起振动 影响工件表面粗糙度 精加工不希望产生积屑瘤 6 3切削力 1 切向力 切削力 Fz 总切削力在主运动方向上的正投影 其大小约占总切削力的95 99 是三个分力中最大的 消耗功率最多的分力 它是机床动力 重要零件的强度和刚度设计和校核的主要依据 2 轴向力 进给力 Fx 总切削力在进给方向上的正投影 其大小约占总切削力的1 5 它是设计和验算机床进给机构必须的参数 3 径向力 背向力 Fy 总切削力在垂直工作平面上的分力 它作用在工件刚性较差的方向 容易使工件变形 同时引起振动 影响加工精度 所以加工刚性较差的工件 如细长轴 时 应该力求减少切削力 6 3切削力 Fy 切削力Fr的方向如左下图 可以沿三个方向分解为 1 切向力Fz2 轴向力Fx3 径向力Fy 6 3切削力 主偏角影响径向力的分配 6 4切削热 切削热产生原因 1 切屑变形 2 工件与刀具的摩擦 切削热传出途径 a 由切屑带走 带走越多越有利 b 由周围空气和冷却介质带走 同样带走越多越有利 c 传入工件 使工件温度升高 引起工件变形 产生误差 d 传入刀具 使刀具温度升高 刀具硬度降低 磨损加快 6 5降低切削温度的措施 1 减少切削热的产生 包括选择合理的刀具几何角度和切削用量 比如适当增大刀具的前角以减少切屑变形 选用大的背吃刀量和小的进给量 2 改善散热条件 包括使用冷却液等各种冷却措施 冷却液一般有 水溶液 比热大 导热性好 但不能起润滑作用 如苏打水 苏打用于防锈 用于粗磨 切削油 如矿物油 比热小 但有润滑作用 乳化液 具有良好的流动性和导热性 它由乳化油加水稀释而成 应用最广泛 第八章零件表面的加工方案 复习思考题1 试说明下列加工方法的主运动和进给运动 1 车端面 2 在车床上钻孔 3 在钻床上钻孔 4 在铣床上铣平面 5 在平面磨床上磨平面 6 在外圆磨床上磨孔 2 试说明车削的切削用量 包括名称 定义 代号和单位 简述切削用量选择的原则 3 对刀具材料的性能有那些要求 4 高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是什么 各适合做什么刀具 5 积屑瘤是如何形成的 它对切削加工有何影响 6 试分析车外圆时各切削分力的作用和影响 7 切削热对切削加工有什么影响 8 简述车刀前角 后角 主偏角 副偏角和刃倾角的作用及选择原则 第八章零件表面的加工方案 9 切削液的主要作用是什么 常根据哪些主要因素选用切削液 10 已知下列车刀的主要角度 试画出它们切削部分的示意图 1 外圆车刀 o 10 o 8 60 10 s 4 2 切断刀 o 10 o 6 90 2 s 0 11 车削外圆时 工件转速n 360r min 切削速度v 150m min 试求工件直径d 12 为什么不宜用碳素工具钢制造铣刀 钻花等复杂刀具 为什么目前常采用高速钢制造这类刀具 而较少采用硬质合金 第二章金属切削机床 返回索引 1 机床的类型 金属切削机床是用来对工件进行加工的机器 故称为 工作母机 习惯上称机床 按加工性质和所用刀具分类 分为车床 铣床 钻床 磨床 齿轮加工机床等12大类 按精度分类 分为普通精度 精密和高精度三种 按重量分类 分为一般机床 大型机床和重型机床 机床的型号 如 C6136表示 2 机床的基本结构 1 主传动部件 用来实现机床主运动 2 进给传动部件 主要用来实现机床进给运动 3 工件安装装置 用来安装工件 4 刀具安装装置 用来安装刀具 5 支承件 用来支承和连接机床各零部件 是机床的基础构件 6 机床动力部件 为机床提供动力 3 机床的传动 机床的传动有机械 液压 气动 电气等多种形势 最常见的是机械传动和液压传动 机械传动包括皮带传动 齿轮传动 涡轮蜗杆传动 齿轮齿条传动和丝杆螺母传动 3 1皮带传动 皮带传动是靠胶带与带轮之间的磨擦作用 将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮上去的 皮带传动的优点是传动平稳 轴间距较大 结构简单 制造维修方便 过载时皮带打滑 不易引起机器损坏 其缺点是不能保证精确的传动比 且磨擦损失大 传动效率较低 3 1皮带传动 如果考虑皮带与皮带轮之间的滑动 其传动比为 i d1 d2 n2 n1 式中 d1 主动皮带轮的直径d2 被动皮带轮的直径n1 主动皮带轮的转速n2 被动皮带轮的转速 滑动系数 约为0 98 3 2齿轮传动 齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式 这种传动方式种类多 如直齿 斜齿 人字齿 圆弧齿轮传动等 最常见的是直齿圆柱齿轮 设 z1和n1分别为主动轮的齿数和转速z2和n2分别为被动轮的齿数和转速传动比i z1 z2 n2 n1 3 3涡轮 蜗杆传动 采用这种方式 只能由蜗杆带动蜗轮传动 其传动的优点是 可获得较大的降速比 传动平稳 噪音小 结构紧凑 其缺点是传动效率低 并需要良好的润滑条件 3 4齿轮 齿条传动 齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动 当齿轮为主动轮时 也可将直线运动转变为旋转运动 当齿条为主动件时 在实际运用中 以前者居多 齿轮齿条传动的效率很高 但制造精度不高时 传动的平稳性和准确性较差 3 5丝杆 螺母传动 丝杆 螺母传动可使旋转运动变成直线运动 例如在车床上车螺纹时 丝杆旋转 合上开合螺母后 刀架便作纵向运动 其传动的优点是工作平稳 无噪音 其缺点是传动效率较低 4 机床的变速机构 在一般的通用机床上通过变速机构实现接近理想值的切削速度 变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱 齿轮箱变速机构的形式多样 最常见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮变速机构 4 1滑动齿轮变速机构 带长键的从动轴 上装有滑动齿轮z2 z4 z6 通过手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴 上的齿轮z1 z3 z5相啮合 其传动比i1 z1 z2i2 z3 z4i3 z5 z6轴 的转速分别为 n2 i1n1或n2 i2n1或n2 i3n1 式中n1为轴 的转速 n2为轴 的转速 4 2离合器式齿轮变速机构 从动轴 两端空套有齿轮z2和z4 它们分别与固定在主动轴 上的齿轮z1和z3啮合 轴 中部带有键3 并装有压嵌式离合器4 当手柄左移或右移离合器时 离合器的爪1与齿轮z2啮合或爪2与齿轮z4啮合 这样轴 可得到两种不同的转速 其传动比是 i1 z1 z2i2 z3 z4 5 车床的基本结构 主电机及变速机构 挂轮箱 床头箱 进给箱 卡盘 中心架 溜板箱 尾架 丝杆 光杆 5 1车床的主传动 车削的进给量 如果工件的转速加快 进给量是否会变化 答 所谓进给量 是指主轴转一圈 一个工作循环 刀架沿进给方向移动的距离 只要进给箱的挂轮手柄没有调整 主轴到进给箱的传动比没有变化 进给量就不会发生变化 5 1 1车床的传动框图 5 2车削的加工范围 车削是以加工回转体为主要加工目的 在车床上可以加工 外圆 端面 锥度 钻孔 钻中心孔 镗孔 铰孔 切断 切槽 滚花 车螺纹 车成型面 绕弹簧等 5 3车削的工艺特点 粗加工 经济精度可达到IT10 表面粗糙度在25 12 5之间 精加工 经济精度可达IT7左右 表面粗糙度Ra6 3 1 6之间 2 易于保证相互位置精度要求 一次装夹可加工几个不同的表面 避免安装误差 3 刀具简单 制造 刃磨和安装方便 容易选用合理的几何形状和角度 有利于提高生产率 4 应用范围广泛 几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体表面及端面 均可以用车削方法达到要求 5 可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加工 有色金属的高精度零件不适合采用磨削 6铣削加工 主轴箱 主轴 横溜板 工作台 升降台 底座 6 1立式铣床的基本结构 6 2铣削的主要加工范围 6 3铣床的分度加工功能 分度头手柄 工件 铣刀 卡盘 尾架 扇形夹 1 分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为40 1 即手柄转40圈 卡盘或工件转1圈 2 孔圈和扇形夹的张开角度用于非整数圈的定位 孔圈 问题 今欲在铣床上加工一个12等分的零件 分度手柄应转多少圈 用分度盘的哪个孔圈 扇形夹应张开多少个孔距 已知 分度盘孔圈孔数有 24 25 28 30 37 解 因为主轴上固定有齿数为40的蜗轮 它与单头蜗杆相啮合 当分度手柄转一圈的同时 主轴 工件 转动了1 40转即设工件等分数为Z 则每次分度时 工件应转过1 Z 因此手柄转数根据题中已知条件 可选孔圈数24 扇形夹张开孔距为8孔 可选孔圈数30 扇形夹张开孔距为10孔 6 3铣床的分度加工功能 6 4逆铣和顺铣 逆铣 铣刀旋向 或铣削力 与进给方向相反顺铣 铣刀旋向与进给方向一致 F F V V 齿轮的种类和用途 6 5铣削的工艺特点 1 铣削加工的精度可达IT10 IT7 表面粗糙度可达6 3 1 6左右2 生产效率高 铣刀是多刀齿刀具 铣削时有几个刀齿同时参加切削 主运动是刀具的旋转 所以铣削的生产效率比刨削高 3 容易产生振动 铣刀的刀齿切入和切出时产生振动 加工过程中切削面积和切削力变化较大 4 刀齿的散热条件较好 在刀具旋转过程的不切削时间内 刀具可以得到一定的冷却 5 与刨床相比 铣床价格高 适用于批量生产 7 刨 插 削加工 刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种 牛头刨床 刨刀的直线往复运动是主运动 工件在刨刀返回行程将结束时作横向进给运动 牛头刨床主要用于加工中小型零件 龙门刨床 工作台往复运动 横梁上的刀架可以水平或垂直运动龙门刨床主要用于加工大型零件 7 1牛头刨床的摆杆机构 牛头刨床的摆杆机构摆杆齿轮带动摇杆左右摆动 摇杆带动滑枕做往复运动 摆杆机构的特点 返回行程比工作行程时间快 7 2刨削加工的范围 3 1插削加工 插床又称立式刨床 其运动原理与牛头刨床相似 主要用于孔内表面加工 如方孔 多边形孔 键槽等的加工 工件在工作台上可做纵向 横向和回转的运动 滑枕做上下往复运动 7 3插削主要加工范围 7 4刨削加工的工艺特点 1 加工精度通常为 精刨 IT7 IT10 粗糙度Ra为6 3 1 6之间 2 通用性好 刨床简单 价格低 调整和操作简便 刨刀形状简单 制造 刃磨方便 3 生产率一般比较低 主运动为往复直线运动 返回行程不参加切削 4 适用于单件小批生产 8 钻削加工 钻床包括台式钻床 立式钻床和摇臂钻床 如图 工件直径 12mm的孔一般使用台式钻床加工 孔径 50mm的中小型零件在立式钻床上加工 大型工件上的孔在摇臂钻床上加工 钻夹头是钻孔的常用夹具 一般用于孔径较小 12mm 的工件 大直径的零件用锥度套筒装入钻轴 对精度要求高 粗糙度低的零件钻孔后还必须进行精加工 钻削加工的范围 8 1扩孔 用扩孔钻对已经钻出或铸出 锻出的孔进行扩大和提高精度的加工 称为扩孔 扩孔钻如下图所示 其结构与麻花钻相似 但切削刃有3 4个 前端是平的 无横刃 螺旋槽较浅 钻头刚度好 扩孔余量小 切削比较平稳 所以扩孔精度比钻孔高 其尺寸公差等级可达IT10 IT9 表面粗糙度Ra值可达6 3 3 2 m 扩孔可作为终加工 也可作为铰孔前的预加工 8 2铰孔 铰刀有手用铰刀和机用铰刀两种 图a 手用铰刀为直柄 工作部分较长 机用铰刀多为锥柄 可装在钻床 车床或镗床上铰孔 铰刀的工作部分由切削部分和修光部分组成 切削部分呈锥形 担负切削工作 修光部分起导向和修光作用 铰刀有6 12个切削刃 制造精度高 心部直径较大 刚度和导向性好 铰孔余量小 切削平稳 铰孔尺寸公差等级可达IT8 IT6 表面粗糙度Ra值达1 6 0 4 m 手铰孔时 用铰杆转动铰刀并轻压进给 图b 铰刀不能倒转 否则铰刀与孔壁之间易挤住切屑 造成孔壁划伤或刀刃崩裂 铰孔适用于加工精度高 直径不大孔的终加工 手铰时 切削速度低 切削力小 不受机床振动等影响 加工质量比机铰好 但生产率低 镗削一般是指在镗床上进行的切削加工 图为常用的卧式镗床 由床身 立柱 主轴箱 尾架和工作台等部分组成 镗床的主轴能作旋转主运动和轴向进给运动 安装工件的工作台可以实现纵向 横向进给运动 并可回转一定的角度 主轴箱可沿立柱导轨作上下运动 尾架可沿床身导轨水平移动 其上的镗杆支承也可与主轴箱同时上下运动 8 3镗削加工 8 4镗孔加工的工艺特点 1 镗床主要用于加工大型工件或形状复杂工件上的孔和孔系 例如变速箱 发动机缸体等 2 镗孔尺寸公差等级可达IT8 IT7 表面粗糙度值一般为1 6 0 8 m 3 镗孔可以校正孔原有的轴线偏差或位置偏差 镗刀的形状 8 5钻削的工艺特点 1 钻削属于低精度 IT11 IT13 和高表面粗糙度的 Ra50 12 5 加工方法2 容易产生 引偏 是加工过程中由于钻头弯曲产生孔径扩大 孔不圆等缺陷 原因是刀具呈细长状 刚性较差 3 排屑困难 钻孔在半封闭的状态下进行 切下来的切屑沿刀具两侧的螺旋槽上升 容易与已经加工出的表面发生摩擦和挤压 刮伤已加工表面 降低表面质量4 切削热不容易传散 切削液难以传到切削区 限制切削速度的提高 9 磨削加工 磨削加工的机床是磨床 刀具是砂轮磨削加工可以磨削外圆 孔和平面 磨削加工的夹具通常有电磁吸盘 三爪卡盘 顶尖等右图是磨床的液压传动原理图 磨床包括外圆磨 内圆磨 无心磨等几种 下图是万能外圆磨床的图形 M1432A万能外圆磨床 M 磨床 14 万能外圆磨床 32 最大磨削直径的1 10 即最大磨削直径为320mm A 性能和结构上经过一次重大改进 9 1磨床类型 9 2磨削的工艺特点 1 磨削的精度高 IT6 IT5 粗糙度低 Ra0 8 0 2 砂轮表面有极多的切削刃同时参加切削 2 可以加工一些难以加工的材料 如淬火钢 高速钢以及毛坯的清理 3 切削速度高 30m s以上 切削温度高 1000 以上 使用冷却液 4 砂轮有自锐作用 这是其它刀具所不具备的 即磨粒不断脱落 新的磨粒又是锋利的 5 磨削力的径向分力较大 因此 在达到尺寸以后 还要进行多次无进给磨削 10 齿轮加工概述 齿轮应用广泛 常见的有圆柱齿轮 圆锥齿轮及蜗杆蜗轮等 其中以渐开线圆柱齿轮应用最广 圆柱齿轮中 齿向平行于轴线的称直齿轮 齿向呈螺旋线形状的称斜齿轮 其齿廓曲线通常采用渐开线 为了保证齿轮的传动质量 对齿轮加工提出下列要求 1 传动运动的准确性为保证齿轮传动速比的准确性 应要求齿轮一转内转角误差不超过允许值 为此 在齿轮加工中 分齿应均匀 2 传动的平稳性所谓传动平稳 是指振动和噪音小 冲击要小 因此 应限制局部齿形的制造误差 以限制瞬时速比的变动量 3 载荷分布的均匀性为避免造成齿面应力集中 局部磨损 影响使用寿命 4 齿侧间隙指齿轮副在工作状态下 非工作齿面间应有一定的间隙 以补偿齿轮的加工和安装误差 补偿热变形 保证齿轮能自由回转和贮存润滑油 齿侧间隙是由工作条件确定的 制造时 通过控制齿轮齿厚来获得 为了适应机械产品不同的需要 我国将渐开线圆柱齿轮分为12个精度等级 GBl0095一88 精度由高至低依次为1 12级 在一般机械中 以7 8级的齿轮应用最广 齿轮加工分齿坯加工和齿面加工两个阶段 而齿面加工是整个齿轮加工的关键 下面着重介绍渐开线齿面的切削加工 齿面加工按其加工原理分为成形法和展成法两类 若刀刃形状与被切齿轮齿槽的形状相符 齿面由成形刀具直接切出时 称成形法 例如铣齿等 若齿面是根据齿轮的啮合原理来形成的 称展成法 例如滚齿 插齿等 10 1齿轮加工之铣齿轮 铣齿通常是利用成型刀具 如齿轮铣刀 以及分度盘来进行加工 通过铣削加工的齿轮通常精度不高 这是由于分度盘的精度不高导致的 铣齿适用于加工单件小批量低精度的齿轮 通常铣齿成本较低 生产率较低 图为在卧式万能铣床上铣直齿轮的示意图 齿坯安装在铣床的分度头上 铣刀旋转作主运动 工作台带动齿坯作直线进给运动 每铣完一个齿槽后 工件退回 进行分度 再铣下一个齿槽 重复进行上述过程 直至铣出全部齿面为止 10 2齿轮加工之插齿原理和插齿 插齿加工是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的 它是按一对圆柱齿轮的啮合原理进行的 如图 一个是工件 另一个是刀具 插齿刀采用高速钢制造 在刀具上磨出前角和后角度 工件和刀具之间按传动比做纯滚动旋转 插齿刀同时再做上下往复运动 可在工件上插出齿轮来 插齿过程中 插齿刀与工件之间必须维持严格的啮合关系 这种运动称为分齿运动 齿轮加工之插齿原理和插齿 插齿运动的主运动是刀具的上下往复运动 进给运动包括分齿运动 展成运动 径向进给运动 让刀运动 让刀运动的作用是 避免刀具在返回时 刀齿的后刀面与工件发生摩擦 10 3齿轮加工之滚齿原理和滚齿 滚刀形状类似蜗杆 其加工过程与蜗杆蜗轮的啮合过程相似 为了形成切削刃和容屑槽 滚刀在垂直螺旋线方向等分地开出若干刀槽 并经过铲背 淬火和前 后刀面的刃磨 其刃形又近似于齿条齿形 滚齿时 每个齿形都是由滚刀在旋转中依次对齿坯切削的若干条切削刃包络而成的 图 当滚刀与齿坯进行强制啮合运动时 就在齿坯上切出了渐开线齿形 齿轮加工之滚齿原理和滚齿 主运动即滚刀的旋转运动 展成运动即滚刀与齿坯之间的啮合运动 两者应准确地保持齿轮啮合传动比关系 设滚刃的头数为K 通常K 1 被加工齿轮的齿数为Z 则滚刀每转一转 齿坯应沿啮合运动方向转K个齿 即转K Z转 垂直进给运动为了切出整个齿宽上的齿形 滚刀须沿齿坯轴线方向作连续进给运动 第八章零件表面的加工方案 复习思考题车床适合加工何种表面 为什么 用标准麻花钻钻孔 为什么精度低且表面粗糙 扩孔和铰孔为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度 镗孔和钻孔 扩孔和铰孔比较 有何特点 镗床镗孔与车床镗孔有何不同 各适用于什么场合 一般情况下 刨削的生产率为什么比铣削低 按加工原理的不同 齿轮齿形加工可以分为哪两大类 第八章零件表面的加工方案 为什么在铣床上铣齿的精度和生产率皆较低 铣齿适合于什么场合 轴上铣键槽可选用什么机床和刀具 而孔内键槽选用什么机床和刀具 插齿和滚齿各适合于加工何种齿轮 磨削为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度 加工要求精度高 表面粗糙度低的紫铜或铝合金轴件外圆时 应选用哪种加工方法 为什么 第三章机械加工工艺过程 返回索引 1 下料2 粗车3 焊接4 精车5 磨削6 钻孔 生产过程中 直接改变毛坯形状 尺寸和性能 使之变为合格零件的过程 称为工艺过程 工艺过程由很多工序组成 工序是指在一个工作地点对一个或一组工件所连续完成的部分工艺过程 例 1 生产类型 按产量划分 1 生产类型 1 单件小批生产 很少重复 重型机器和试制零件时通常是这种生产形式 2 成批生产 成批的制造某种零件 每隔一段时间又重复生产 如一般的机床制造厂的生产 3 大量生产 在大多数工作地点 经常重复进行同一种零件的某一工序生产 如汽车制造厂 轴承厂等的生产 制定生产工艺通常要根据生产类型来进行 1 1各种生产类型的要求和特征 2 工件的安装 直接安装法 工件直接安装在工作台或采用通用夹具 三爪卡盘 四爪卡盘 顶尖 平口钳 电磁吸盘等标准附件 有时要对工件进行划线找正 再行夹紧 专用夹具安装 工件安装在为其加工而专门设计的夹具中 无须找正 迅速保证工件对刀具和机床的准确定位 节约时间 生产效率高 但夹具的设计和制造需要一定的成本 3 夹具简介 夹具是用来将待加工工件固定的装置 夹具一般可分为通用夹具和专用夹具两种 此外还发展了通用可调夹具 成组夹具和组合夹具等类型的夹具 3 1夹具的分类 1 通用夹具 指一般已经标准化 不需特殊调整就可以用来装夹不同工件的刀具 如 三爪卡盘 四爪卡盘 顶尖 分度头 平口钳 电磁吸盘 通用夹具价格较低 使用范围广泛 但生产效率不如专用夹具 故一般仅适用于单件小批量生产 2 专用夹具 是指为某一零件的加工而专门设计和制造的夹具 既可以保证加工精度 又提高生产效率 但夹具需要一定的投资 所以主要用于成批及大量生产中 3 1夹具的分类 3 通用可调夹具和成组夹具 通过调整或更换个别元件后 可以加工形状相似 尺寸相近 加工工艺相似的多种工件 在当前多品种小批量生产的条件下 更显示出这两类夹具的优势 4 组合夹具 用事先准备好的通用标准元件和部件组合而成的夹具 用完之后可以将这类夹具拆卸下来 更换元 部件组装成新夹具 供再次使用 3 2夹具的组成 夹具一般由以下部分组成 1 定位装置 用来确定工件正确位置的装置 它包括定位元件或定位元件的组合 2 夹紧装置 工件定位后 用夹紧的力来承受切削力的机构 它包括夹紧元件或其组合 3 导向元件 用来确定刀具位置 并引导刀具进行加工的元件 4 夹具体 用来联系并固定上述各种装置和元件 使之成为一个整体的零件 3 2夹具的组成 下图为在轴上钻孔时所用的一种简单夹具1 挡铁 2 V形铁 3 夹紧机构 4 工件 5 钻套 6 夹具体 3 3夹具的应用 下图为移动式钻模示意图 这种夹具主要用于加工小孔 它使用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的距离 即工件上两孔的距离 1 导轨 2 定程板 4 工艺规程的拟定 A 工艺分析 检查图纸 做出修改 审查材料 审查零件的结构工艺性 下一步 B 毛坯的选择及加工余量的确定 4 1毛坯选择及加工余量的确定 加工余量 为了加工出合格零件 必须从毛坯上切去一层金属 称加工余量 加工余量分为工序余量和总余量 某道工序切除的余量称为工序余量 各工序余量的和称总余量 工序余量的确定 决定工序余量的大小 是在保证加工质量的前提下 使余量尽可能的小 过大影响生产效率 过小不能切去工件表面的缺陷层 加工余量的确定可采用如下方法 1 根据生产经验估计2 查表 根据工艺手册查表3 计算法 可查阅 机制工艺学 有关内容 4 2定位基准的选择 在机械加工中 无论采用哪种安装方法 都必须使工件在机床或夹具上正确地定位六点定位 任何一个未被约束的物体 在空间有六个自由度 而要使物体在空间有确定的位置 必须约束这六个自由度 完全定位和不完全定位 实际生产过程中六点有时并不完全定位 加工沟槽 六点完全定位 4 3工件的基准 工件的基准 在零件的设计和制造过程中 要确定一些点 线或面的位置 必须以一些指定的点 线或面作为依据 这些作为依据的点 线或面 称为基准 按照作用的不同 常把基准分为设计基准和工艺基准两类 4 3工件的基准 设计基准 即设计零件的基准 如下图左 齿轮内孔 外圆和齿轮分度圆均以轴线为基准 而两端面是互为基准 下图右 表面2和3及孔4的轴线的设计基准是表面1的 孔5的轴线的设计基准是孔4的轴线 工艺基准 在制造零件时所使用的基准 它又分为工序基准 定位基准 测量基准 装配基准 下图左在加工时 轴线并不实际存在 所以内孔实际是加工外圆和左端面的定位基准 4 3 1工艺基准 工艺基准分为工序基准 定位基准 测量基准 装配基准 1 工序基准 在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准 2 定位基准 在机械加工中 用来使工件在机床或夹具中占有正确位置的点 线或面 它是工艺基准中最主要的基准 定位基准选择是否合理 对保证工件加工后的尺寸精度和形位精度 安排加工顺序 提高生产率以及降低生产成本起着决定性的作用 它是制定工艺过程的主要任务之一 定位基准可分为粗基准和精基准两种 4 3 1工艺基准 3 测量基准 用以测量已加工表面尺寸及位置的基准 4 装配基准 用来确定零件或部件在机器中的位置的基准 4 3 2定位基准的选择 粗基准 毛坯表面的定位基准 1 选取不加工的表面作粗基准 这样可使加工表面具有较正确的相对位置 并有可能在一次安装中把大部分加工表面加工出来 选择定位基准是为了保证工件的位置精度 因此 选择定位基准总是从有位置精度要求的表面开始进行选择的 粗基准的选择原则 2 选取要求加工余量均匀的表面作为粗基准 这样可以保证作为粗基准的表面加工时余量均匀 粗基准的选择原则 3 对于所有表面都要加工的表面 选取余量和公差最小的表面作粗基准 以避免余量不足而造成废品 粗基准的选择原则 4 选取光洁 平整 面积大的表面作粗基准 5 粗基准不应重复使用 一般情况下 粗基准只允许使用一次 精基准的选择原则 对于形位公差精度要求较高的零件 应采用已加工过的表面作为定位基准 这种定位基准面叫做精基准 精基准的选择原则 1 基准重合原则 选用定位基准与设计基准重合的原则 精基准的选择原则 2 基准统一原则 位置精度要求较高的各加工表面 尽可能在多数工序中统一用同一基准 精基准的选择原则 3 互为基准原则 在需要加工的各表面中 加工时互相以对方为定位基准 精基准的选择原则 4 自为基准原则 以加工表面自身作为定位基准 总之 无论是粗基准还是精基准的选择 都必须首先使工件定位稳定 安全可靠 然后再考虑夹具设计容易 结构简单 成本低廉等技术经济原则 4 4机械加工工艺过程的制定 机械加工工艺过程的制定按三个步骤进行 1 拟定加工工艺路线分析研究零件图的各项内容及技术要求拟定零件加工的加工方法 加工方案及工艺路线 2 安排好加工工序 1 选择毛坯 4 4机械加工工艺过程的制定 2 安排好切削加工工序 合理选择加工方案 合理确定基准面常见几类典型零件的加工 其基准选择的常用方法有 A 台阶轴类零件 一般选择两端中心孔作为定位基准面 对于批量很小 长度很短的轴类零件 可采用三爪卡盘在一次装夹中完成各表面的精加工 A 台阶轴类零件 4 4机械加工工艺过程的制定 B 套类零件 一般选择其轴线 内孔 作为定位基准面 4 4机械加工工艺过程的制定 C 箱体类零件 该类零件形状复杂 除有尺寸精度要求外 一般孔的轴线相对于底面 安装基准面 有位置度要求 因此箱体类零件多采用主要的装配基准面 一般为最大的底平面 作为定位精基准 4 4机械加工工艺过程的制定 3 安排好热处理工序 改善金属材料切削性能的热处理工序 如各种退火 正火等 一般安排在粗加工之前进行 消除内应力的热处理工序 如中间退火 回火 时效处理等 一般安排在粗加工与精加工之间进行 提高机械性能的热处理工序 如淬火 调质 渗碳等各种表面处理 一般安排在最终加工之前进行 4 4机械加工工艺过程的制定 所有的热处理工序都是在零件最终加工之前进行 这是因为零件经过热处理工序后必有变形 最终加工时可以纠正变形带来的误差 4 安排好检验工序在成批生产的工厂执行 自检 互检 专检 产品经检验合格 方可出厂 量具应定期交有关部门检验 不合格的量具不允许上岗使用 4 4工艺路线的制定 3 拟订加工工艺过程制定工艺规程的目的是确保产品质量 提高经济效益 同时它是确定生产人员数量以及定设备 定生产厂房面积和投资额的原始材料 安排加工顺序的原则 基面先行 粗精分开 先粗后精 先面后孔 4 4工艺路线的制定 1 基面先行原则 零件加工时 必须选择合适的表面作为定位基面 以便正确安装工件 在第一道工序中 只能用毛坯面 未加工面 作为定位基面 在后续工序中 为了提高加工质量 应尽量采用加工过的表面为定位基面 显然 安排加工工序时 精基面应先加工 例如 轴类零件的加工多采用中心孔为精基准 因此 安排其加工工艺时 首先应安排车端面 钻中心孔工序 2 粗精分开 先粗后精的原则零件加工质量要求高时 对精度要求高的表面 应划分加工阶段 一般可分为粗加工 半精加工和精加工三个阶段 精加工应放在最后进行 这样 有利于保证加工质量 有利于某些热处理工序的安排 4 4工艺路线的制定 3 先面后孔的原则对于箱体 支架类等零件应先加工平面后加工孔 这是因为平面的轮廓平整 安放和定位稳定可靠 先加工好平面 就能以平面定位加工孔 保证平面和孔的位置综上所述 一般机械加工的顺序是 先加工精基准 粗加工主要面 精度要求高的表面 精加工主要面 次要表面的加工适当穿插在各阶段之间进行 5 编制工艺文件 工艺文件包括 1 机械加工工艺过程卡片2 机械加工工序卡片3 机械加工工艺卡片 机械加工工艺过程卡片用于单件小批生产 它的主要作用是慨略地说明机械加工的工艺路线 机械加工工序卡片用于大批大量生产 要求工艺文件更加完整和详细 每个零件的各加工工序都要有工序卡片 机械加工工艺卡片用于成批生产 它比工艺过程卡片详细 比工序卡片简单且较灵活 介于两者之间 第八章零件表面的加工方案 复习思考题生产类型有哪几种 不同生产类型对零件的工艺过程有哪些影响 机械加工中 工件的安装方法有哪几类 各适用于什么场合 按其用途的不同 夹具分为哪几类 各适用于什么场合 何谓工序余量 总余量 它们之间是什么关系 确定加工余量的原则是什么 目前确定加工余量的方法有哪几种 何谓基准 根据作用的不同 基准分为哪几种 切削加工工序安排的原则是什么 常用的工艺文件有哪几种 各适用于什么场合 9 下图所示加工小轴30件 毛坯为 32 104的圆钢料 若用两种方案加工 那种方案较好 为什么 a 在一台车床上逐件进行加工 即每个工件车好 28的一端后 立即调头车 16的一端 b 先整批车出 28一端的端面和外圆 随后仍在这台车床上车出 16一端的端面和外圆 第八章零件表面的加工方案 10 加工轴类零件时 常以什么作为统一的精基准 为什么 11 如何保证套类零件外圆面 内孔及端面的位置精度 12 试分别拟定下图所示零件 在单件小批生产中的工艺过程 第四章零件表面的加工方案 返回索引 零件是由多个表面组成的 每一个表面又可以用多种加工方法获得 因此 应该对零件的结构特点 形状大小 技术要求 材料性能 生产批量 设备现状以及经济性等多方面进行分析 选择合适的加工方法 将多种加工方法按照一定的加工顺序链接起来 依次对各个表面进行加工 多种加工方法的有机组合成为加工方案 加工方案是拟订工艺过程的基础 1 外圆表面的加工方案 2 平面的加工方案 3 孔的加工方案 4 齿轮的加工方案 5 螺纹的加工方法 螺纹的结构简单 形式多样 传动稳定 连接可靠 调整迅速准确 装拆方便 成本低廉 在机械行业中应用广泛 5 1螺纹的种类和用途 螺纹按其用途分为联接螺纹和传动螺纹1 联接螺纹 主要起联接和调整的作用 1 普通螺纹 牙形角为60 又分为粗牙螺纹和细牙螺纹两种 代号为M 2 管螺纹 牙形角为55 常用于水管 气管 油管等防泄露要求的场合 5 1螺纹的种类和用途 2 传动螺纹 主要用于传递运动和动力 1 梯形螺纹 牙形角为30 牙形为等腰梯形 代号为Tr 它是传动螺纹的主要形式 如机床丝杠等 5 1螺纹的种类和用途 2 矩形螺纹 主要用于力的传递 其特点是传动效率较其它螺纹高 但强度较低 对中准确性较差 特别是磨损后轴向和径向的间隙较大 因此应用受到了一定的限制 5 1螺纹的种类和用途 3 锯齿形螺纹 其牙形为锯齿形 代号为B 它只用于承受单向压力 由于它的传动效率及强度比梯形螺纹高 常用于螺旋压力机及水压机等单向受力机构 5 1螺纹的种类和用途 4 模数螺纹 即蜗杆蜗轮螺纹 其牙形角为40 它具有传动比大 结构紧凑 传动平稳 自锁性能好等特点 主要用于减速装置 5 2螺纹的加工 1 车螺纹 其特点是通过车床机构的调整 能方便地车出不同螺距 不同直径 不同线数和不同牙形的螺纹 适合于单件小批量生产 5 2螺纹的加工 2 攻螺纹和套螺纹 攻螺纹是用丝锥在工件的光孔内加工出内螺纹的方法 如下图左 套螺纹是用板牙在工件光轴上加工出螺纹的方法 如下图右 5 2螺纹的加工 攻螺纹和套螺纹的特点是特别适宜于小尺寸的螺纹加工 对于特别小的螺纹 攻螺纹和套螺纹几乎是其它方法不能代替的 攻螺纹和套螺纹的另一特点是操作十分灵活 特别适宜于成批大量箱体类零件上小螺纹的加工 5 2螺纹的加工 3 铣螺纹 磨螺纹和滚压螺纹 1 铣螺纹 是在专用的螺纹铣床上进行 也可在万能卧式铣床上进行 铣螺纹