第1章 机械加工工艺装备 机械制造技术基础课件.ppt

第1章机械加工工艺装备,本章要点,1.1机床,1.2刀具,1.3夹具,机械制造技术基础,第1章机械加工工艺装备EquipmentofMechanicalManufacturingProcess,1.1机床MachineTools,1.1机床,内容提要,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,1.1.2典型机床的加工工艺范围1.1.3车床的传动原理1.1.4数控机床与加工中心,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,1.机床的分类,1.1按加工性质和所用刀具来分类，分成为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。,1.2按结构、性能和工艺特点每类机床分为若干组，如普通车床、立式车床、六角车床等。每一组又细分为若干系。,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,1.3同类机床按照应用范围分为：通用机床-适用于单件小批生产，如普通车床；专门化机床-适宜一类或几类零件的特定工序，如丝杠车床；专用机床-适宜某一工件的特定工序的加工，如导轨磨床。,1.4同类机床按照精度分为：普通精度机床精密机床高精度机床,1.5同类机床按照自动化程度分为：手动机床机动机床半自动机床自动机床,1.6同类机床按照重量和尺寸分为：仪表机床中型机床大型机床重型机床超重型机床（10-30t）（30-100t）（100t以上）,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,2.机床型号,（）（）（）（）/（）（-）,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,MG1432A（最大磨削直径320mm，高精度万能外圆磨床）M-类别代号（磨床类）G-通用特性（高精度）1-组别代号（外圆磨床组）4-系别代号（万能外圆磨床系）32-主参数（最大磨削直径320mm）A-重大改进序号（第一次重大改进）MB8240（最大回转直径400mm半自动曲轴磨床）,例1-机床型号,例2-机床型号,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,CA6140（床身上最大工件回转直径400mm卧式普通车床）C-类别代号（车床类）A-结构特性（A类）6-组别代号（落地及卧式车床组）1-系别代号（卧车系）40-主参数（最大车削直径400mm）C2150（最大棒料直径500mm的六轴棒料自动车床）,例3-机床型号,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,Z304016（最大钻孔直径40mm，最大跨距为1600mm的摇臂钻床）ZH5120（最大钻孔直径20mm立式钻削加工中心）TH6150（工作台面宽度500mm，基本结构与卧式镗床相似的加工中心）TG4280（工作台面宽度800mm，高精度双柱坐标镗床）2M2120（最大珩孔直径为200mm的深孔珩磨机）2M5820（工作台面宽度为200mm的平面砂带磨床）3M1120（最大工件孔径为200mm的摆式轴承内圈沟磨床）3MZ319（最大工件孔径为90mm的自动轴承内圈沟超精机）YM3180（最大工件直径为800mm的精密滚齿机）Y5132（最大工件直径为320mm的插齿机）XK5040（工作台面宽度400mm的数控立式升降台铣床）X8125（工作台面宽度250mm的万能工具铣床）B2016（最大刨削宽度为1600mm的龙门刨床）,例4-机床型号,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,例如：B1-3100B1-北京第一机床厂3-第三组（铣床组）100-序号（第100种专用机床）,3.机床技术性能指标,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,3.1机床工艺范围工序种类，加工零件类型、使用刀具、达到加工精度及表面粗糙度，适用的生产规模。3.2机床技术参数尺寸参数机床能够加工工件的最大几何尺寸运动参数主运动速度范围、速度数列、进给速度、空行程速度动力参数驱动机床主运动、进给运动、空行程运动的电动机额定参数3.3机床的精度与刚度几何精度静止状态下的原始精度，包括制造精度和位置精度运动精度主要部件运动时各项精度，如回转精度、传动精度。机床刚度机床受力作用下抵抗变形的能力。,4.1动力源：为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分4.2传动系统：包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件4.3支撑件：用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等4.4工作部件,4.机床的组成,与主运动和进给运动的有关执行部件，如主轴及主轴箱、工作台及其溜板、滑枕等安装工件或刀具的部件；与工件和刀具有关的部件或装置，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等；与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,4.5控制系统控制系统用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统。4.6冷却系统4.7润滑系统,4.8其他装置如排屑装置，自动测量装置,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,1.1.2典型机床的加工工艺范围,1.车床,应用最广的一类金属切削机床,卧式车床的基本结构及运动1主轴箱2夹盘3刀架4后顶尖5尾座6床身7光杠8丝杠9溜板箱10底座11进给箱,1.1.2典型机床的加工工艺范围,1.1车床分类（P14表1.3）1.2车床组成,1.3车床的运动（主运动、进给运动）1.4车床的加工范围（P18图1.2）,2.铣床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,应用多刃铣刀进行切削加工的金属切削机床,立式升降台铣床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,2.1铣床分类（P14表1.3）,圆台铣床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,龙门铣床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,2.2铣床组成2.3铣床的运动（主运动、进给运动）2.4铣床的加工范围（P19图1.4）,万能卧式升降台铣床1底座2床身3悬梁4主轴5支架6工作台7回转盘8床鞍9升降台,1.1.2典型机床的加工工艺范围,3.磨床刀具为砂轮、砂带、油石、研磨料（P14表1.3）,1.1.2典型机床的加工工艺范围,3.1普通外圆磨床组成,1.1.2典型机床的加工工艺范围,3.2磨床加工工艺,1.1.2典型机床的加工工艺范围,钻床和镗床都是孔加工机床。主要用于加工外形复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔。,4.钻床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,1.1.2典型机床的加工工艺范围,4.1钻床分类P14表1.3,立式钻床1工作台2主轴3主轴箱4立柱5底座,摇臂钻床1底座2工作台3立柱4摇臂5主轴箱和进给箱6主轴,1.1.2典型机床的加工工艺范围,钻孔扩孔铰孔攻螺纹钻埋头孔刮平面,1.1.2典型机床的加工工艺范围,4.2钻床加工方法,5.镗床,5.1镗床的主要类型P14表1.3,1.1.2典型机床的加工工艺范围,T68型卧式镗床外观图,1.1.2典型机床的加工工艺范围,立式双柱坐标镗床外观图,坐标镗床属高精度机床，主要用在尺寸精度和位置精度都要求很高的孔及孔系的加工中，如钻模、镗模和量具上的精密孔的加工。,坐标镗床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,切削速度高，可获得很高的加工精度和很细的表面粗糙度。主轴端部设有消振器，且结构粗短，刚性高，故主轴运转平稳而精确。金刚镗床广泛地用于汽车、拖拉机制造中，常用于镗削发动机气缸、油泵壳体、连杆、活塞等零件上的精密孔。,金刚镗床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,1.1.2典型机床的加工工艺范围,5.2卧式镗床的主要加工方法,6.1分类（P14表1.3）滚齿机范成法加工齿轮仿形法加工齿轮,6.齿轮加工机床,1.1.2典型机床的加工工艺范围,1.1.2典型机床的加工工艺范围,6.3滚刀安装角（P23表1.10）滚刀轴线与齿轮坯端面间的夹角=-滚刀螺旋升角-工件齿轮螺旋角滚刀螺旋升角与工件齿轮螺旋角方向一致取“”,反之取“+”,滚刀主轴,床身,立柱,后立柱,刀架,工件心轴,工件台,6.2滚齿机组成（P22图1.9）,立式滚齿机,1.1.3车床的传动原理,进给换向,卧式车床的传动原理图,主换向机构,主变速机构,主轴,进给变速,刀架进给,1.车床的传动原理图和传动框图（P23图1.11）（P24图1.12）,CA6140型卧式车床传动路线框图,1.1.3车床的传动原理,2.CA6140卧式车床传动系统图（P25图1.13）,1.1.3车床的传动原理,CA6140型卧式车床传动系统图,1.1.3车床的传动原理,1.1.3车床的传动原理,3.CA6140卧式车床主运动传动链（P26）（主电机-主轴）,主轴正转有6级高速，18级低速，反转有12级速度P27图1.14,4.CA6140卧式车床进给传动链主电机-刀架纵向进给-刀架横向进给,切削螺纹车削圆柱面和端面刀架快速移动,1.1.3车床的传动原理,1.1.4数控机床与加工中心,1.数控机床,数控机床是计算机通过数字化信息实现对机床自动控制的机电一体化产品。CNC即数控系统综合了微电子技术、精密检测技术、伺服驱动技术、机械设计与制造技术，是一种先进的机械加工设备。,2.数控机床的特点,适应性广加工精度高、质量稳定生产率高减轻劳动强度、改善劳动条件实现复杂零件的加工便于现代化的生产管理,3.数控机床的工作原理,4.数控机床的组成,控制介质穿孔带、磁带、磁盘计算机数控装置将控制介质上指令编译、运算、逻辑处理，输出信号及指令伺服驱动系统伺服电机、各种驱动元件及执行部件。机床机械部件主运动部件、进给运动部件、支撑部件及其它辅助装置。,1.1.4数控机床与加工中心,5.加工中心,立式加工中心1床身2滑座3工作台4立柱5数控柜6机械手7刀库8主轴箱9驱动电柜10操纵面板,1.1.4数控机床与加工中心,具有自动换刀装置的数控机床称为加工中心加工中心能够自动连续完成铣、车、钻、铰、攻螺纹等多种加工。加工中心适宜加工箱体、支架、盖板、壳体、模具、凸轮、叶片等复杂零件的多品种小批量加工。加工中心分为卧式、立式、万能加工中心加工中心分为车削加工中心、钻削加工中心、复合加工中心加工中心的附件包括：工件自动检测装置、尺寸调整装置、刀具破损监测装置、自动更换工作台、自动更换主轴头、自动更换主轴箱、自动更换刀库等。,1.1.4数控机床与加工中心,6.数控机床的分类,按运动轨迹方式点位控制移动过程中不加工，获得准确的加工坐标点位置。直线控制起点、终点位置正确，控制两点间位移轨迹为一条直线轮廓控制对两个或两个以上坐标方向的运动同时进行连续控制并切削加工,按伺服系统类型开环控制无检测反馈装置，不能校正误差，由步进电机、配速齿轮和丝杠丝母副组成，机床精度不高，但结构简单。闭环控制安装在工作台上的位移检测装置将工作台的实际位置反馈到数控装置中，与指令要求的位置进行比较，用差值进行控制，可以保证高的位移精度。半闭环控制位置检测装置安装在传动丝杠上，丝杠丝母传动机构及工作台不在控制环内，其误差无法校正，精度不如闭环控制,1.1.4数控机床与加工中心,机床的类别代号,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,通用特性代号,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,注：结构特性代号排在通用特性后，且通用特性代号已用字母及I、O不可再用,表2-7常用机床主参数和第二主参数,尺寸参数表示机床加工范围，包括主参数、第二主参数和其他参数。,1.1.1机床的分类、型号和技术参数,机械制造技术基础,第1章机械加工工艺装备FundamentalofMechanicalManufacturingProcess,1.2刀具,内容提要,1.2.1金属切削加工的基本概念,1.2.2刀具材料1.2.3刀具几何角度1.2.4刀具种类及选用1.2.5砂轮,1.2.1金属切削加工的基本概念,1.切削加工成形方法,轨迹法刀具切削点按照一定规律作轨迹运动，工件绕自身轴线作回转运动，最终获得回转曲面。成型法刀具刀刃的形状与被加工面的母线形状一致相切法刀具刀刃旋转，刀具中心按照一定的规律做轨迹运动。需要两个独立的运动，如刀具边旋转边进给。范成法刀具与工件间范成运动，形成共轭线。,1.2.1金属切削加工的基本概念,2.切削运动刀具与工件间的相对运动,主运动对切削起主要作用的工作运动，速度最高，消耗机床的主要功率。机床主运动只有1个。主要形式：工件或刀具作回转运动，用转速（r/mim）表示；工件或刀具作直线运动，用速度（m/s）或行程次数（dst/min）表示；复合运动进给运动使工件不断投入切削，逐渐加工出完整表面所需的运动。机床的进给运动可以有一个或几个。两种形式：连续进给和间歇进给。表示方法：mm/s，mm/r，mm/dst,合成运动主运动与进给运动称为合成运动。,1.2.1金属切削加工的基本概念,待加工表面：工件上即将被切除的表面。过渡表面：工件上由切削刃正在切除的表面。已加工表面：工件上已经切削形成的表面。,3.加工表面,1.2.1金属切削加工的基本概念,4.切削参数-切削用量（切削三要素）,4.1切削速度vc,单位：m/s,刀具切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度。主运动为旋转运动时：,式中n主运动转速（r/s）；d刀具或工件的最大直径（mm）。,主运动为往复运动时：,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）。,d,1.2.1金属切削加工的基本概念,4.2进给量f主运动每转一转或每一行程时，刀具在进给运动方向上对工件的位移。单位：mm/r或mm/行程。有时用进给速度vf表示，单位：mm/min或m/minvf=nf4.3背吃刀量ap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切削层最大尺寸值。单位：mm车外圆时：ap=（dw-dm）/2式中dw-待加工表面直径，单位mm；dm-已加工表面直径，单位mm；,f,1.2.1金属切削加工的基本概念,5.切削参数-切削层参数,切削公称厚度,切削公称宽度,ap,切削层公称横截面积,AD=hDbD=apf,切削参数的选择直接影响加工质量、生产率、切削过程,1.2.2刀具材料,1.刀具材料应具备的性能,1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的热硬性4）良好的工艺性5）经济性,1.2.2刀具材料,刀具材料的发展与切削加工高速化的关系,1.2.2刀具材料,1.2.2刀具材料,2.常用刀具材料,工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。,2.1高速钢,含有钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍韧性高，比硬质合金高几十倍硬度HRC63-70以上较好的耐热性,540-620可加工性好，热处理变形较小。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）。,1.2.2刀具材料,1.2.2刀具材料,2.2硬质合金,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。高耐磨、硬度74-81HRC耐热性达890-1000，允许的切削速度远高于高速钢，抗弯强度较低、脆性较大抗振动、冲击性能较差。,制作各种刀具车刀、面铣刀、深孔钻、立铣刀、孔加工刀具,1.2.2刀具材料,钨钴类,钨钴钛类,添加稀有金属碳化物类,1.2.2刀具材料,2.3陶瓷刀具材料,陶瓷材料(氧化铝、氮化硅）高硬度（HRA9195）耐热性（1200）耐磨性好、化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强。,性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。切削难加工的高硬度材料。,1.2.2刀具材料,2.4超硬刀具材料,天然金刚石自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃钝圆半径0.01m，寿命达数百小时。价格昂贵，用于高速、精密加工，如磁盘。聚晶金刚石金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK65008000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（CBN）单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度HV30004500，耐热1300，化学惰性好。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。,1.2.2刀具材料,1.2.3刀具几何角度,1.刀具切削部分的组成,前刀面（A）-切屑流出所经过的刀具表面主后刀面（A）-与工件过渡表面相对的刀具表面副后刀面（A）-与工件已加工表面相对的刀具表面,刀头-切削,刀体-装夹,主切削刃（s）-前刀面与主后刀面的交线副切削刃（s）-前刀面与副后刀面的交线刀尖-主切削刃与副切削刃汇交的一小段切削刃。,1.2.3刀具几何角度,2.车刀标注角度坐标系（正交平面参考系）,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。,车刀主剖面坐标系（正交平面）,正交平面Po,1.2.3刀具几何角度,3.刀具标注角度(正交平面参考系角度),3.1前角o前刀面与基面的夹角。刀尖位于前刀面最高点时o定为正值；位于最低点时时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。,用硬质合金车刀切削钢件，o取1020；切削灰铸铁，o取515；切削铝及铝台金，o取2535；切削高强度钢，o取-5-10。,1.2.3刀具几何角度,后角o是后刀面与切削平面的夹角。刀尖位于后刀面最高点时，后角为正，反之为负。,后角的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。,粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为46；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为812。,3.2后角o,1.2.3刀具几何角度,3.3楔角o,楔角o是前刀面与主后刀面间的夹角。,楔角+前角+后角=90,1.2.3刀具几何角度,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。r的大小还影响切削分力。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。,主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45、60、75、90几种。,3.4主偏角r,1.2.3刀具几何角度,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。,副偏角的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。,在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。,3.5副偏角r,1.2.3刀具几何角度,3.6刀尖角,刀尖角在基面上投影的夹角。,刀尖角+主偏角+副偏角=180,1.2.3刀具几何角度,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。,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。,3.7刃倾角s,1.2.3刀具几何角度,s0，切屑流向待加工表面s0，切屑流向过度加工表面的法线方向,1.2.3刀具几何角度,4.1副前角o前刀面与基面的夹角。刀尖位于前刀面最高点时o定为正值；位于最低点时时o定为负值。,4.2副后角0o副后角0是副后刀面与切削平面的夹角。刀尖位于后刀面最高点时，后角为正，反之为负。,4.刀具标注角度(副正交平面参考系角度),1.2.3刀具几何角度,5.刀具工作角度（工作参考系）,5.1刀具安装对工作角度的影响道具安装高度影响前角及后角（图1.26），,车刀安装高度对工作角度的影响,刀具安装偏斜影响主偏角及副偏角（图1.27）,1.2.3刀具几何角度,5.2进给运动对工作角度的影响,横切（切端面或切断）,式中角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。称合成切削速度角。,1.2.3刀具几何角度,纵切（车外圆或螺纹）,在主剖面内：,在进给剖面，有：,将其换算到主剖面内得到合成切削速度角与螺旋升角的关系：,1.2.4刀具种类及选用,1.刀具分类,单刃和多刃刀具标准和非标准刀具定尺和非定尺刀具整体式、装配式和复合式刀具切刀、孔加工刀具、拉刀、铣刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动化刀具,1.2.4刀具种类及选用,3.车刀的结构（P47图1.30，1.31）,整体式、焊接式、机夹重磨式、可转位式、可换式成形车刀（P48图1.32）,2.车刀（P47）,外圆车刀是最基本、最典型应用最广的刀具。车刀可加工内圆、外圆、端面、螺纹、切槽及切断等,1.2.4刀具种类及选用,4.孔加工刀具,麻花钻（P49图1.33）粗加工、预制孔扩孔钻（P50图1.35）扩孔锪钻（P50图1.36）沉头孔，凸台铰刀（P51图1.37，P51图1.38）孔的精加工、半精加工镗刀（P52图1.39，P52图1.40，P52图1.41）精镗孔复合孔加工刀具（P53图1.43）保证其位置精度,5.拉刀（P53图1.44，P54图1.45）,6.铣刀（P55图1.46）,圆柱形铣刀硬质合金面铣刀三面刃铣刀锯片铣刀立铣刀模具铣刀键槽铣刀角度铣刀成型铣刀,1.2.4刀具种类及选用,8.齿轮刀具（P58图1.51，图1.52，图1.53，图1.37，图1.54，图1.55，图1.56）,7.螺纹刀具（P56图1.47，P57图1.48，P57图1.49，P58图1.50）,螺纹车刀-螺纹车刀、螺纹梳刀板牙与丝锥-图1.47,1.48螺纹铣刀-粗加工蜗杆梯形螺纹图1.49螺纹滚压工具-滚丝轮、搓丝板(适于大批标准螺纹生产)图1.50,铣刀图1.51-成形法成形齿轮齿轮滚刀图1.52-直齿斜齿圆柱齿轮,生产率高插齿刀1.54-直齿内齿多联齿轮人字齿齿条剃齿刀图1.54-未淬硬的直齿斜齿的精加工,1.2.4刀具种类及选用,1.2.5砂轮,1.砂轮参数（P62表1.7）,磨料构成砂轮的主要成分。粒度磨料颗粒的大小，尺寸大于40m称磨粒，粒度号为8#-240#；尺寸小于40m称微粉，如W20代表磨粒最大尺寸是20m。结合剂将磨粒黏结起来具有一定的形状和硬度。硬度砂粒从砂轮上脱落的难易程度。硬度从低到高分为16级。砂轮硬度高，即砂粒不易脱落，反之砂粒易脱落。组织砂轮的砂粒、结合剂、气孔称砂轮三要素,三者的比例关系即组织。磨料占的比例越大，砂轮的组织越紧密，组织号越小。,2.砂轮硬度选用原则,半精磨选用较软的砂轮，精磨选用较硬的砂轮。磨削接触面积大时采用较软的砂轮。材料较硬选用较软的砂轮。磨削有色金属采用较软的砂轮,1.2.5砂轮,3.砂轮种类及用途,常见砂轮形状及用途（P63表1.8）砂轮代号,圆柱铣刀加工,面铣刀加工,加工沟槽的铣刀,成形铣刀及锯片铣刀,1.1.2典型机床的加工工艺范围,铣床加工刀具,不同种类的铰刀,1.2.4刀具种类及选用,机械制造技术基础,第1章机械加工工艺装备FundamentalofMechanicalManufacturingProcess,1.3夹具,内容提要,1.3.1机床夹具概述1.3.2工件的定位1.3.3工件的夹紧1.3.4典型夹具,1.3.1机床夹具概述,1.机床夹具的作用,夹具安装在机床上，使工件相对机床和刀具有一个正确的位置，并能够承受切削力。,保证加工精度（P64图1.58,1.58套筒钻夹）提高劳动生产率(不需划线找正)扩大机床的使用范围改善劳动条件、保证生产安全,2.夹具的分类（P65图1.59）,2.1按夹具使用范围划分,4）组合夹具根据工件的工艺要求，由标准元件组合而成。组装成各种专用夹具。各元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。适用于新产品试制和单件小批生产。,1）通用夹具三爪、四爪卡盘，平口钳等，常作为机床附件提供给用户,2）专用夹具为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。,3）通用可调整夹具及成组夹具部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。,5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具,1.3.1机床夹具概述,气动虎钳,液压夹具,1.3.1机床夹具概述,3.夹具的组成,定位元件及装置,夹紧元件及装置,对刀及导向元件,连接元件,夹具体,其他元件及装置（防护、防错、分度）,1.3.1机床夹具概述,1.3.2工件的定位,1.定位的含义装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。,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,2.工件定位方法,直接找正装夹精度高，效率低，对工人技术水平高,划线找正装夹精度不高，效率低，用于形状复杂的铸件,夹具装夹精度和效率均高，广泛采用,3.工件的定位原理-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,1.3.2工件的定位,3.1定义,工件以平面3点定位,3.2两点注意：,“点”的含义对自由度的限制，与实际接触点不同,与理论力学、机构学自由度概念差别位置不定度夹紧与定位概念分开工件、夹具是弹性体,1.3.2工件的定位,3.2两点注意：,“点”的含义对自由度的限制，与实际接触点不同,与理论力学、机构学自由度概念差别位置不定度夹紧与定位概念分开工件、夹具是弹性体,1.3.2工件的定位,工件以平面3点定位,4.完全定位与不完全定位,1.3.2工件的定位,4.1完全定位六个自由度都需要限制的定位方法，称为完全定位。工件在夹具中具有完全确定的位置当工件在坐标三个方向上都有尺寸精度或位置精度要求时，必须采用完全定位方式,4.2不完全定位没有完全限制六个自由度而仍然保证有关工序尺寸的定位方法称为不完全定位。在满足加工要求的前提下，不完全定位是允许的。,1.3.2工件的定位,不完全定位主要有两种情况：工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。,4.3完全定位与不完全定位,Z,Y,X,a）,工件应限制的自由度,3,5,6,2,4,5,1.3.2工件的定位,5.欠定位与过定位,5.1欠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。,欠定位示例,1.3.2工件的定位,5.2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。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,1.3.2工件的定位,5.3过定位分析,过定位分析,1.3.2工件的定位,例1（桌子与三角架）,粗糙面应该采用3点定位，或加辅助支撑；定位面已加工可以4点定位。,1.3.2工件的定位,例2（平面）,1.3.2工件的定位,例3（连杆小头）,右短圆柱销限制y移动,z转动，而左短圆柱销限制x和y移动，有过定位，右销改削边销,1.3.2工件的定位,例4（一面两孔）,一面两孔定位干涉分析,1.3.2工件的定位,如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。,过定位示例,1.3.2工件的定位,例5,过定位引起夹紧变形,1.3.2工件的定位,过定位处理分析,1.3.2工件的定位,分析图示定位方案：各方案限制的自由度有无欠定位或过定位对不合理的定位方案提出改进意见。,过定位分析,1.3.2工件的定位,例6,过定位示例分析,1.3.2工件的定位,例6（a）,过定位示例分析,1.3.2工件的定位,例6(b),过定位示例分析,1.3.2工件的定位,例6(c),定位元件,固定式定位元件,可调式定位元件,辅助式支承元件,浮动式定位元件,支承钉,支承板,定位销,定位心轴,V型块,定位元件的种类,1.3.2工件的定位,6.定位元件,6.1工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。,工件以平面定位,1.3.2工件的定位,可调支撑-支撑钉可以调整P72图1.71,固定支撑-支撑钉和支支撑板P72图1.69,主要支撑,自位支撑-能够自动调整位置的支撑P72图1.72,辅助支撑,提高工件装夹稳定性和刚度，不起支撑作用P72图1.73P72图1.74,1.3.2工件的定位,6.2工件以圆孔定位,圆柱销圆角、倒角、热处理、衬套配合P74图1.75,圆柱心轴圆柱孔与端面同时定位，间隙配合P75图1.76（a）过盈配合用于精度要求高时P75图1.76（b）花键心轴P75图1.76（c）,圆锥销圆柱孔与端面同时定位，间隙配合P75图1.77（a）过盈配合用于精度要求高时P76图1.78（b）花键心轴P75图1.76（c）,圆锥心轴锥度心轴弹性变形与圆柱孔配合定位，适于高精度的精加工P76图1.79,1.3.2工件的定位,6.3工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,1.3.2工件的定位,V型块设计安装的基准是检验心轴的中心，安装尺寸T是检验V型块的制造、装配精度的主要参数。P77图1.80，1.81，1.82,定位套端面是主要定位面，定心精度不高，用于已加工表面。P78图1.83,半圆套下半圈为定位元件，上半圈为夹紧元件。适宜大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。P78图1.84,圆锥套即反顶尖P79图1.85,1.3.2工件的定位,6.4工件以其他表面定位,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图2-27为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的5个自由度。,1.3.2工件的定位,1.3.2工件的定位,6.5定位表面的组合,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为1的表面为第三定位基准面或止动面。,在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。如图2-28所示工件在两顶尖上的定位，应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是。然后再分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考虑，可以确定其限制的自由度是。,1.3.2工件的定位,7.典型定位方式及所限制的自由度7.1平面定位,1.3.2工件的定位,7.2孔定位,1.3.2工件的定位,7.3圆柱面定位,力源装置-产生夹紧力的原始作用力的装置中间传动机构-将力源装置产生的夹紧力传给夹紧元件的机构。改变作用力的方向改变作用力的大小起自锁作用夹紧元件-与工件直接接触起夹紧作用的元件,1.3.3工件的夹紧,1.夹紧装置的组成,为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下，仍然保持已定的位置，在夹具上还须设有夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力。,1.3.3工件的夹紧,夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。对夹紧装置的要求：夹紧动作要准确迅速；操作省力方便；夹紧安全可靠；结构简单，易于制造。,夹紧力,力的大小,力的方向,力的作用点,这三要素是夹紧装置设计和选择的核心问题。,2.夹紧装置的基本要求,夹紧力的组成：,3.确定夹紧力三要素的原则,1.3.3工件的夹紧,3.1夹紧力三要素的设计原则-作用点,力的作用点的位置能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转；作用点的位置落在支承范围内，使夹紧力均匀分布在接触面上。如图1.89,夹紧力的作用点位于工件刚性较大处，且作用点有足够的数目，这样可使工件的变形量最小，如图1.90；也可增加夹紧面积，减小夹紧变形，如图1.91夹紧力的作用点尽量靠近工件被加工表面，这样可使切削力对该作用点的力矩减小，工件的振动也可以减小，如图1.92,1.3.3工件的夹紧,为避免夹紧力过分集中，可设计成特殊形状的夹紧元件。如图(a)是用三爪卡盘将薄壁套筒零件用径向力夹紧,因刚性不足易引起工件变形。改为图(b)用特定的螺母通过轴向力夹紧工件，则工件不易变形。,减小工件夹紧变形的措施P84图1.91,1.3.3工件的夹紧,夹紧力的方向方便装夹和有利于减小夹紧力，即与切削力、重力方向一致。图1.94。,3.2夹紧力三要素的设计原则-作用方向,夹紧力的方向垂直主要定位面，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，使工件装夹稳定可靠。如图1.93,夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。,工件的夹紧力过大，会引起工件变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸加大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成夹不牢工件，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。实际夹紧力为：FJKF式中K-安全系数，一般1.53；粗加工取大值，精加工时取小值。F-在最不利条件下按工件受力平衡所需要的夹紧力；FJ-实际需要的夹紧力对于重要夹具，往往通过试验的方法来测定所需的夹紧力。,3.3夹紧力三要素的设计原则-力的大小,1.3.3工件的夹紧,下图夹紧力Q、工件重力G始终指向地面、切削力F从装夹工件出发，以图（a）、（b）最好，因为主要定位元件表面是水平朝上，使工件装夹稳定可靠。图（c）、（d）、（e）情况较差；图（f）情况最差，不便装夹。从减小夹紧力出发，假定图中G和F大小相同，所需要的Q力以图（a）最小，图（b）次之，图（f）最大。当Q、F、G方向相同时，所需夹紧力最小，此时施加夹紧力的目的就是防止工件在加工中的振动。,1.3.3工件的夹紧,1.3.3工件的夹紧,4.常用夹紧装置4.1斜楔夹紧装置,斜楔夹紧机构（图1.95）斜楔的夹紧力（图1.96）斜楔的自锁条件斜角一般取=1014较大的升角用来快速趋近工件，较小的升角用来夹紧工件（图1.95b）,螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。,单个螺旋夹紧机构P88图1.98,摆动压块夹紧机构P88图1.99,快速螺旋夹紧机构P89图1.100,螺旋压板夹紧机构P89图1.101,4.2螺旋夹紧装置,1.3.3工件的夹紧,用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，常见的偏心件为偏心轮和偏心轴。,圆偏心夹紧机构P90图1.102,4.3偏心夹紧装置,1.3.3工件的夹紧,4.4定心夹紧装置,用工件对称中心或轴线作为设计基准，在实现定心的同时将工件夹紧。与工件接触的元件既是定位元件又是夹紧元件。,轴向固定式弹簧夹头P91图1.103液性介质定心夹紧机构P91图1.104,1.专用夹具设计的基本要求和设计步骤,1.1对机床夹具的基本要求保证