机械制造技术基础_课件.ppt

,第1章机械制造技术概述,机床的分类,金属切削机床（Metalcuttingmachinetools）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%。木工机床锻压机械,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）,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。,机械制造工艺过程,轨迹法；成形法；相切法；展成法,零件表面形成方法,切削速度vc,若主运动为往复运动时，其平均速度为：,（2-2）,式中n主运动转速（r/s）；D刀具或工件的最大直径（mm）。,式中nr主运动每秒钟往复次数（str/s）；l往复运动行程长度（mm）。,（2-3）,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。,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。,基准与装夹,图2-8定位支座零件,OO轴心线是外圆表面和内孔的设计基准；F面是E面和D面的设计基准；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,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）；定位基准；测量基准；装配基准。,工序基准：在工序图上确定本工序加工表面位置的基准,图2-9a支座零件第1工序（车削）,E面,D面，为E面的工序基准,F面,E面，为F面的工序基准,图2-9b支座零件第2工序（钻孔）,OO轴心线,E面,工件装夹,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,定位原理,六点定位原理,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。,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,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。,完全定位与不完全定位,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。,欠定位,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。,定位误差,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。,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。,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）,当工件以内孔定位时:不准确=1/2（D+d）,定位误差分析与计算,定位误差计算,D,H,当工件以外圆柱面定位时:D=0.207D（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？,远小于工件尺寸公差0.25，所以能够满足加工要求,解：,夹紧力的确定,方向,作力点,大小,夹紧力方向有助于定位；夹紧力应指向主要定位面,落在支承范围内；落在工件刚性较好的方向或部位；靠近加工表面,主要根据切削力大小，由计算法或类比法确定确定,工件的夹紧,夹紧力应指向主要定位面,夹紧力作力点的位置,作用力点落在工件刚性较好的方向或部位,机床的传动系统图,机床传动基础,变速级数Z=332=18,传动路线表达式：,车削加工TurnCutting,待加工表面：工件上即将被切除的表面。,车床刀具,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。,已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。,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。,刀具几何角度,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。,图2-49车刀主剖面坐标系,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。,硬质合金,超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.483.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK65008000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。,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。,刀具材料,超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.483.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK65008000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。,刀具材料,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,普通车床,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,普通车床,主轴箱,溜板箱,进给箱,铣削加工MillingCutting,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顺铣逆铣,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。,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。,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。,铣屑开始厚，铣刀能耐用；铣力压工件，稳定少振动；机台有窜动，又怕有黑皮；相对逆铣比，适合精加工。,顺铣特点,切屑厚度由薄到厚；切初挤滑刀损加剧；铣削力消除台窜动；防台窜黑皮用逆铣。,逆铣特点,材料切削加工性概念和指标,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。,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,磨削热与磨削温度,磨削热,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。,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。,第3章切削原理CuttingTheory,图3-23积屑瘤,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）。,切屑,刀具,积屑瘤,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。,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。,刀具磨损,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）,刀具寿命,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,（3-14）,式中CT、m、n、p为与工件、刀具材料等有关的常数。,（3-15）,可见v的影响最显著；f次之；ap影响最小。,用硬质合金刀具切削碳钢（b=0.763GPa）时，有：,第4章机械加工质量分析与控制AnalysisandControlofMachiningQuality,机械加工质量,（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）,表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）,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。,表面质量对零件使用性能的影响,对耐磨性影响,表面粗糙度值耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性,表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性,表面粗糙度值配合质量