北航制造工程基础2及互换性复习整理

1、北航制造工程基础 2 及互换性复 习整理互换性 :一种产品替代另一种产品满足同样要求 的性能。 作用：在设计方面：缩短设计周期，并便于采用 计算机辅助设计。 在制造加工方面： 提高劳动生 产率，提高产品质量，降低生产成本。在使用维 修方面： 减少维修时间和费用， 提高机器的使用 价值。鉴于互换性在提高产品质量和可靠性、 提高经 济效益等方面的重大意义， 互换性原则已成为现 代机械制造业中一个普遍遵守的原则 基本尺寸 指结构设计和强度、刚度计算确定 的尺寸 实际尺寸对完工零件用两点法测量所得到的 尺寸 极限尺寸 : 允许零件实际尺寸变化的两个界限 值 偏差 某一尺寸与基本尺寸的代数差 尺寸公差

2、- 允许尺寸的变动量 配合 - 基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴的 公差带之间的关系。 间隙配合 过盈配合 过渡配合 基准制 - 为了设计和制造上的经济性，把其中 孔公差带或轴公差带的位置固定 , 而改变轴公差 带或孔公差带的位置 , 来实现所需要的各种配合 的制度。优先采用基孔制： 因为采用基孔制可以减少定值 刀、量具的规格数目，有利于刀量具的标准化、 系列化，因而经济合理，使用方便，能以广泛采 用基孔制配合选择基轴制配合情况： 1、由冷拉棒材制造的零 件，其配合表面不经切削加工 2、与标准件相配 合的孔或轴 3、同一根轴上与几个零件孔配合， 且有不同的配合性质。轮廓要素是指构零件的点，线，

3、面各要素。中心 要素是指轮廓要素对称中心所表示的点线面各 要素。理想要素是指具有几何意义的要素 , 即几 何的点、线、面。它们不存在任何误差。实际要 素是指零件上实际存在的要素。 在评定形位误差 时，通常以测得要素代替实际要素。 最大实体尺寸 (MMS)：实际孔 ( 轴)在最大实体状 态下的极限尺寸 最大实体实效尺寸 (MMVS):实际孔( 轴)在最大实 体实效状态下的体外作用尺寸最大实体要求： 用最大实体实效边界 MMB控 制被测孔 （轴）的形位误差 f，用 T（极限尺寸 ） 控制实际尺 寸 Da（da） 。f 合格 : d a+ f =dfe dB=dMv=dmax+ tM D a-f =

4、Dfe DB=DMV=Dmin- t M尺寸合格 : d min dadmaxDminDaDmax表面粗糙度 : 指由加工零件表面上具有的较小间 距和谷峰所组成的微观几何形状特征。 表面粗糙度对零件工作性能的影响 ： 耐磨性 配合性质稳定性 疲劳强度 抗腐蚀性 （ 1）取样长度 lr ：用于判别被评定轮廓的不 规则特征的长度。（ 2）评定长度 ln ：评定表面轮廓所必需的一段 长度高度评定参数： 轮廓最大峰高 Rp 轮廓 最大谷深 Rv 轮廓最大高度 Rz ：取样长度 内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。 轮 廓总高度 Rt ：评定长度内，轮廓的峰顶线和谷 底线之间的距离。高度均化评定参数 -

5、 轮廓算术平均偏差 Ra：取 样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离 绝对值的平均值。Ra 能充分反映表面微观几何形状高度方面的特滚动轴承内圈与轴（轴颈）配合采用基孔制、外 圈与孔（轴承座孔）的配合分别采用基轴制平键联接的公差与配合 在平键联结中， 键宽和槽宽 b是配合尺寸， 键标 准件，是平键结合中的“轴” ，所以键宽与槽宽 的配合采用基轴制配合。 三种联接类型， 即较松 联接、一般联接和较紧联接 矩形花键结合的公差与配合 国标规定矩形花键联结采用小径定心； 为了减少 加工内花键的拉刀的品种、 规格，花键联结采用 基孔制配合；定心直径 d 的公差带在一般情况 下，内、外花键取相同的公差等

6、级。 为了保证内、 外花键小径定心表面的配合性质， 国标规定该表 面的形状公差与尺寸公差的关系采用包容要求。 三种联接形式， 即滑动联接、 紧滑动联接和固定 联接 测量获取被测量量值的实验过程。 计量保持量值统一和传递为目的的专门测量。四个要素：测量对象：几何量（长度，角度，表 面粗糙度， 形状和位置误差以及螺纹， 齿轮的各 几何参数等）计量单位：长度的基本单位是米、 平面角度单位为弧度。 测量方法： 测量时所采用 的测量原理， 计量器具和测量条件的综合。 测量 的准确度：测得值与被测量真值相一致的程度。 量块的用途 ：作为长度尺寸的实物基准，将 国家的长度基准按照一定的规范逐级传递到机 械产

7、品制造环节， 实现量值统一。 作为标准长 度标定量仪， 检定量仪的示值误差。 相对测量 时以量块为标准， 用测量器具比较量块与被测尺 寸的差值。 也可直接用于精密测量、 精密划线 和精密机床的调整。按等使用 : 以 La 为工作尺寸，按级使用 : 以标称 长度 L 为工作尺寸 按等使用比按级使用的测量精度高。 直接测量：指被测几何量的量值直接由计量器具 读出。间接测量： 指欲测量的几何量的量值由实 测几何量的量值按一定的函数关系式运算后获 得。（按实测几何量是否为被测几何量分 绝对测量：计量器具的示值即为被测几何量的量 值 . 相对测量：计量器具显示出被测几何量相 对于已知标准量的偏差，被测几

8、何量量值为已知 标准量与该偏差的代数和.（按示值是否为被测 几何量的量值分）切削加工：切削刀具和工件按一定规律作相对运 动，利用切削刃去除工件上多余的（预留）的材 料，使工件的形状、尺寸及表面质量都合乎设计 要求。待加工表面：加工时即将被切除的表面。 已加工表面：被切去多余材料而形成符合要求的 工件新表面。过渡表面：又称加工表面，加工时 由主切削刃正在切削的那个表面，它是待加工表 面和已加工表面之间的表面 切削用量三要素：切削速度 vc 、进给速度 vf 、 切削深度 ap 前刀面：切下的切屑沿其流出的表面。前刀面： 切下的切屑沿其流出的表面。副后刀面：与工件 上已加工表面相对的表面。主切削刃

9、：前刀面与 后刀面相交而得到的边锋，用以形成加工的加工 表面，主要完成金属切除工作。副切削刃：前刀 面与副后刀面相交而得到的边锋，协同主切削刃 完成切除工作。刀尖：主切削刃和副切削刃的连 接处。 主偏角r：在基面上，主切削刃的投影与进给 方向的夹角。副偏角 r ：在基面上，副切削 刃的投影与进给方向的夹角副偏角 r ：在基 面上，副切削刃的投影与进给方向的夹角。 后角 o：在同一主剖面 Po 内，后刀面与切削平面的 夹角。刃倾角 s：在切削平面内，主切削刃与基面的夹角 切削层： 在各种切削加工中， 刀具相对于工件沿 进给方向每移动 f 或 f z之后，刀齿正在切削的材 料层称为切削层。切削厚度

10、 hD 切削宽度 bD切削 面积 AD = hD×bD = f ×ap。材料去除率 Zw：单位时间刀具从工件上切除的材 料体积，是衡量加工效率的指标。 车削外圆或镗内孔： Zw= napf （dm ± ap） 钻孔： Zw= nfd m2 4扩孔： Z w= nf（dm2- d w2） 4 刀具材料具备的基本性能 硬度：一般情况下必须高于工件硬度， 应在 62HR 以上；耐磨性：通常硬度高耐磨性好； （3）耐热 性: 在高温条件下保持较高的硬度、强度、韧性 及耐磨性；强度和韧性：承受切削力、冲击和振 动；用抗弯强度来表示；减磨性：减小切削力、降低切削温度；导热性和

11、热膨胀系数：散热性， 经济性：可加工性好，易于刃磨。价格低廉，推 广应用 2、高速钢:高速钢可以锻造， 淬火前可以切削加 工，强度高，价格便宜。所以广泛用于齿轮刀具、 螺纹刀具、拉刀等复杂刀具。硬度可达到 HRC626，5 超过 600硬度下降， 失去切削能力。 高性能高速钢：增加 V、Co、Al 、稀土等元素， 提高高速钢的性能。 粉末冶金高速钢： 粉末冶金 高速钢无碳化物偏析， 晶粒粉细小均匀， 杂质含 量少。3、硬质合金：是由硬度很高的金属碳化物（如 WC、TiC 等） +金属粘结剂（如 Co、Ni、Mo等）， 以粉末冶金法制成的。 与高速钢相比硬度高， 能 够达到 HRC85以上（ H

12、V2000以上），800时能 够到达 HRC55以上。强度低、韧性差。（ 1 ）涂层技术：涂层技术分为化学气相涂层（ CVD）和物理气相涂层（ PVD）。 （2）涂层材料：传统：C、N或 O的二元化合物， 如 TiC 、TiN 、Al 2O3等。新型多元化合物： TiCN、 TiAlN 、TiCrN、AlCrN、TiAlSiN 等；氮化碳（CNx）、 氮化物（ TiN/NbN、TiN/VN）等， 3、3、细化晶 粒：减小晶粒尺寸可以提高硬质合金的硬度、 耐 磨性、韧性。普通硬质合金的晶粒尺寸约 10 微 米以下，细晶粒 <1 微米、超细晶粒 <0.5 微米。4、陶瓷刀具：使用的主要

13、成分铝、硅、氧、氮 等在地壳中含量丰富； 优点：很高的硬度和耐磨 性，高温性能好，与金属的亲和力小，具有良好 的抗粘结性能，化学稳定性好，扩散磨损小，抗 氧化能力好；摩擦系数也低于硬质合金。缺点： 强度和断裂韧性较低，脆性较大，导热性差，抗 热震性不高。5、金刚石刀具：特点：最硬的刀具(8000 12000HV)，高的导热性，低的热胀系数，高的弹 性模量和较低的摩擦系数。 用途：加工有色金属 和非金属材料效果良好。 但其主要成分 C，在 Fe 中有较高的溶解度， 所以不能加工铁族金属。 分 类：单晶、聚晶 (PCD)、CVD厚膜和 CVD涂层四 类6、立方氮化硼刀具： 材质：结构、化学键类 型

14、、晶格常数与金刚石相似， 因此具有与金刚石 相近的硬度和强度。性能：较好的化学稳定性、 较好的导热性和较低的摩擦系数， 硬度高、 耐热 性高。金属的切削过程就是工件的被切金属层在刀具 前刀面的推挤下， 沿着剪切面产生剪切变形并转 变为切屑的过程。从 OA线始滑移面金属开始发生剪切变形到 OM线终滑移面金属晶粒剪切滑移基本结束， OA和 OM 所形成的塑性变形区称为发生在切屑上的第 变形区。1、剪切角：剪切面与切削速度方向的夹角叫做剪切角，用来表示。 剪切角的大小反映了剪切 变形的程度， 剪切角越小则变形越大。 李和谢弗 公式：+- 0=/4（ 作用在切屑上的摩擦 角；0刀具前角）2、积屑瘤：特

15、点：硬度为工件硬度的 23.5 倍； 不是一块堆积物一直驻留在前刀面上， 而是以一 定频率反复生长和脱落。形成条件： 1）切削塑 性材料； 2）切削区的温度、压力和界面状况符 合材料在刀面上发生冷焊和相对流动在材料内 部进行（即内摩擦成为可能）的条件。 影响：优点： 1）保护刀具。 2）增大前角。降低 切削力，使切削过程容易进行。缺点： 3）影响 加工精度。 4）增大已加工表面的粗糙度。 5）加速刀具磨损控制：改变切削速度，加注切削液， 增大刀具前角 3、影响切屑变形的因素： 1）工件材料强度越高， 变形系数 越小，切屑的变形越小。 2） 增大刀具前角 o，剪切角 将随之增大， 变形 系数 将

16、随之减小。 3） 切削速度 vc4）切削层厚 度（进给量 f ）增大切削层厚度， 切削变形减小 .4、切削力：来源：（1）切削过程中， 切削区（被 切金属层、 切屑和已加工表面层金属） 产生的弹 性变形和塑性变形抗力； （2）切屑、工件表面与 刀具之间的摩擦力。切削功率： Pc=Fc ·vc×10-3 （ kW）5、影响切削力的因素： （ 1）切削用量的影响： 背吃刀量 ap 和进给量 f 切削速度 vc（2）刀具几 何参数的影响 :前角 o增大， 减小，切削力 下降；主偏角 kr 增大，背向力 Fp 减小，进给力 Ff增大；刃倾角 s 增大 Fp减小， Ff 增大（3）

17、刀具磨损： 后刀面磨损增大时， 后刀面上的法向 力和摩擦力都增大，故切削力增大。6、切削热及切削温度：产生： 一是切削层金属 发生弹性和塑性变形所消耗的能量； 二是切屑 与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。 传导： 切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质 （空气， 切削液）向外传导。 第三变形区是热量的主要来源，最高温度将在刀尖处且靠近后刀面的地方， 磨损也将首先从此处开始。Q=Fc·vc（ J/s ）7、影响切削温度的主要因素： （ 1）切削用量 （ 2）刀具几何参数：前角 o 增大， 变形减小，切削力减小，切削温度下降。主偏角 kr 减小，切削刃工作长度和刀尖角增大，散热条 件变

18、好，使切削温度下降。（3）刀具磨损使切削 刃变钝，切削时变形增大、摩擦加剧，切削温度 上升。刀具磨损过程： 1）初期磨损阶段：与刀具刃磨 质量有关 2）正常磨损阶段： VB与切削时间近似 正比，斜率表示磨损强度， 是衡量刀具切削性能 的重要指标之一； 3）急剧磨损阶段：切削力、 温度急升，刀具磨损加剧，在此之前换刀。 刀具寿命的定义为：刀具由刃磨后开始切削， 一直到磨损量达到刀具的磨钝标准所经过的总 切削时间切削液： 1）切削液的种类：水溶液（冷却性能 最好）、乳化液、切削油 2）切削液的作用：冷 却、润滑、清洗、防锈1、机床：机床是机械制造的基础机械，是制造 机器的机器，被称为“工作母机”

19、。 机床的运动： 1）主运动：它是机床上形成切削 速度并消耗大部分切削动力的运动， 是必不可少 的成形运动。 2 ）进给运动：进给运动是配合主 运动维持切削加工连续不断进行的运动。2、车床是机械制造中使用最广的一类机床，主 要用于加工各种回转表面 （内外圆柱面、 圆锥面 及成形回转表面） 和回转体的端面， 有些还可加 工螺纹面，主运动通常是由工件的旋转运动实现 的，进给运动则由刀具的直线移动来完成。3、钻床是孔加工机床，是用钻头在工件上加工 孔的机床， 通常用于加工尺寸较小， 精度要求不 太高的孔，可完成钻孔、扩孔、铰孔以及攻螺纹 等工作，钻孔时，工件固定不动，刀具作旋转主 运动，同时沿轴向作

20、进给运动。4、铣床是用铣刀进行切削加工的机床，可加工 平面、沟槽、多齿零件上的齿槽、螺旋形表面及 各种曲面，用途广泛，由于铣削是多刃连续切削， 生产率较高。5、磨床是用磨料磨具（砂轮、砂袋）为工具进 行切削加工的机床， 广泛用于零件的精加工， 尤 其是淬硬零件、 高硬度特殊材料及非金属材料的加工1、加工表面质量：是指经过机械加工后，在零 件已加工表面上几微米至几百微米表面层所产 生的物理机械性能的变化， 以及表面微观几何形 状误差。2、表面层几何形状误差：表面层几何形状误差 主要由表面粗糙度和波度两个部分组成。表面粗糙度（波长 / 波高 50）：指表面的微 观几何形状误差， 它是切削运动后，

21、刀刃在被加 工表面上形成的峰谷不平的痕迹，主要指标是 Ra、Rz；波度（波长/ 波高=501000） ：是介于加工 精度（宏观几何形状误差，波长 /波高 1000 ） 和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差。 主要 由工艺系统的振动所引起的。3、表面质量对使用性能的影响：1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响：表面粗糙 度太大和太小都不耐磨； 表面粗糙度的最佳值与 机器零件的工作情况有关。 表面纹理对零件耐磨性的影响 ：圆弧状、凹坑 状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的耐磨性差； 在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动 方向相同时， 耐磨性较好，两者的刀纹方向和运 动方向垂直时，耐磨性最差。 表面层的冷

22、作硬化对零件耐磨性的影响： 加工表 面的冷作硬化， 一般能提高零件的耐磨性； 并非 冷作硬化程度越高，耐磨性就越高2）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响：表面粗 糙度越大， 抗疲劳破坏的能力越差； 对承受交变 载荷零件的疲劳强度影响很大； 表面粗糙度值越 小，工件耐疲劳性越好； 表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的 影响 ：适度的表面层冷作硬化能阻止疲劳裂纹 生长并产生表面压应力，提高零件的疲劳强度； 残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其 扩展而降低疲劳强度； 残余压应力则能够部分地 抵消工作载荷施加的拉应力， 延缓疲劳裂纹的扩 展，从而提高零件的疲劳强度。3）表面粗糙度对配合质量的影响：

23、表面粗糙度 较大，则降低了配合精度。 表面残余应力对配合质量的影响： 表面层有较大 的残余应力，就会影响零件精度的稳定性。4、影响表面粗糙度的因素工件材料：塑性表面粗糙度；韧性 表面粗糙度； 脆性表面粗糙度； 同一材 料金相组织越粗大 表面粗糙度。5、工件在加工过程中由于受到切削力和切削热 的作用，其表面层的物理性能会产生很大的变 化，导致表面层与基体材料性能有很大的不同， 最主要的变化是表面层的金属组织变化、 显微硬 度变化和在表面层中产生残余应力。 加工硬化机械加工时， 工件表面层金属受到切 削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲， 晶粒间产生剪切滑移， 晶粒被拉长、 纤维化甚至 碎化，

24、从而使表面层的强度和硬度增加， 这种现 象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。 产生塑性变形的力越大， 硬化程度越大； 变形速 度越大，硬化程度越小； 切削加工中， 由于切削热的作用， 在工件的加工 区及其邻近区域产生了一定的温升， 当工件表层 温度达到或超过金属材料相变温度时， 表层金相 组织、显微硬度发生变化， 并伴随残余应力产生， 同时出现彩色氧化膜。1、加工精度：零件加工后实际几何参数与理想 几何参数（尺寸、几何形状和表面间的相互位置 等）符合程度。加工误差：零件的实际几何参数 与理想几何参数的偏离程度。 加工精度的高低是 由加工误差的小大来表示尺寸精度： 用尺寸公差的大小来表示， 尺寸

25、公差 分个等级；形状精度：直线度、圆度、圆柱 度、平面度；位置精度：平行度、垂直度、同轴 度、对称度；2、系统误差：在顺序加工一批工件中，其大小 和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误 差。加工误差： 静态误差：工艺系统在不切削状态下 所出现的误差，如机床的几何精度和传动精度 等。切削状态误差： 工艺系统在切削状态下所出 现的误差，如机床在切削时的受力变形和热变形 等。3、加工精度的保证方法： 1）试切法 2）调整法 3）定尺寸刀具法 4）主动测量法 主轴误差：机床主轴是工件或刀具的位置基准和 运动基准，它的误差直接影响工件的加工精度。 误差：纯径向跳动、纯角度摆动、纯轴向窜动和 轴心漂移。

26、工艺系统刚度定义： 在加工误差敏感方向上工艺 系统所受外力与变形量之比 k= Fp/y k工艺系统刚度； Fp吃刀抗力； y 工艺系统位移（切削合力作用下的位移） 。 工艺系统柔度定义：刚度倒数4、减小热变形对加工精度影响的措施：减少 热源的能量和隔离热源热补偿或者均衡温度 场改善机床结构保持工艺系统的热平衡 控制环境温度1、机械加工工艺规程的含义 机械产品生产过程：主要生产过程（工艺过程） 包括毛坯的制造、 零件的机械加工和热处理、 机 器的装配、检验、测试和油漆等主要劳动过程。 辅助生产过程 包括专用工具、夹具、量具和辅 具的制造、 机器的包装、 工件和成品的储存和运 输、加工设备的维修， 以及动力（电、压缩空气、 液压等）供应等辅助劳动过程。 机械加工工艺过程是制造产品的方法， 是机械产 品直接生产过程的一部分。 机械加工工艺规程是技术人员根据产品数量、 设 备条件和工人素质等情况，确定