机械设计制造基础

1、m0时材料累加成形 m0 长处 可以成形任意复杂形状的零件，无需刀夹具等生产准备活动，称RP技术车削 主运动 工件旋转 通过刀具相对工件实现不同的进给运动 精度IT8IT7铣削 主运动 刀具旋转 工件通过装夹在机床的工作台上完成进给运动 精度IT8IT7 按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或反，分为顺铣、逆铣。 顺铣 易引起打刀，首先接触铣刀硬皮，加剧了铣刀磨损 逆铣 工件具有上台的趋势，易引起振动刨削 主运动 刀具往复直线运动 精度IT8IT7钻削 主运动 钻头的旋转运动 IT13IT11铰削 IT9IT8 镗削 主运动 镗刀随镗杆一起转动 工件不动 IT10IT8齿轮齿面加工分为

2、：成形法和展成法成形法：刀具的旋转运动和直线移动展成法：加工齿面的常用机床有滚齿机、插齿机等磨削 主运动 砂轮的旋转运动 砂轮自锐性：当切削力超过粘结剂强度时，磨钝的磨粒会脱落，露出一层新的磨粒 磨床是精加工机床 精度达IT7IT5 往往作为最终加工工序磨削分为外圆磨、内圆磨、平面磨电火花加工：利用工具电极和工件电极瞬时火花放电产生的高温，熔蚀工件材料来获得工件成形电解加工：利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工激光加工：激光是能量密度高、方向性好、单色性好、相干性好的光刀具的切削作用是通过刀具与工件的相互作用和相对运动实现的切削运动分为主运动和进给运动主运动是切下切屑所

3、需的最根本运动，只有一个 进给运动是多余材料不断被投入切削，从而加工出完整外表所需的运动。一个或多个切削三要素：切削速度v 进给量f 背吃刀量ap按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和金刚石刀具 按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具。刀具要求：1、高硬度 2、高耐磨性 3、高耐热性 4、足够强度和韧性 5、良好的工艺性 6、良好的热物理性能和耐热冲击性能金属切削过程实质是一种挤压过程，在这一过程中产生的许多物理现象都是由切削过程中的变形和摩擦引起的切屑类型1带状切屑 内外表光滑，外外表毛茸2挤裂切屑 外表呈锯齿形，内外表有时有裂纹3单元切屑 以上

4、三种切屑只有在加工塑性材料可见，带状切屑的切削过程最平稳，切削力波动最小，单元切屑的波动最大，生产最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑少见 切屑形态随切削条件转化4崩碎切屑 这是属于加工脆性材料的切屑切屑控制切屑处理或断屑在切削加工中采取适当措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成可接受的良好屑形积屑瘤的产生会引起刀具实际角度的变化，可增大前角，可延长刀具寿命。但是积屑瘤不稳定，增大到一定程度后会碎裂，易嵌入在已加工外表内，增大工件外表粗糙度值。积屑瘤是不可控的，只能通过改变切削条件防止其产生金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。来源于：1 克

5、服被加工材料弹性变形的抗力 2 克服塑性变形的抗力 3 克服切屑与前面摩擦力和刀具与过渡外表和已加工外表间摩擦力。车削加工时，切屑带走的切削热50%86%带走热量最多钻削加工，带走切削热28%切削速度对切削温度影响最大，随v提高，T迅速上升，背吃刀量对切削温度影响很小材料强度硬度越高，切削时消耗功越多，切削温度越高影响切削力和切削功率的要素 主要有工件材料，切削用量，刀具几何参数，刀具材料，刀具磨损状态和切削液主要刀具角度对切削力的影响切削力主要受到前角、主偏角、刃倾角等各方面的影响，当角度不同时，产生的切削力的大小也不同，当前角的角度减小时，切削的变形会增大，从而使得切削力随之增大，除此之外

6、，切削力还受到材料本身的影响，前角对切削力的影响就与材料有关，在这些角度中，主偏角主要影响在切削力的方向，只要方向有偏差就会造成切削力方向的变化，切削力有很多的方向，分为主切削力等，而刃倾角对于主切削力的影响是不大的，但是刃倾角对于其他的切削力还是有一定的影响的，比方对进给力和背向力就会有一定的影响。所以还是要合理的选择刀具的几何形状，将刀具对切削力的影响降低到最小化。切削用量对切削温度的影响 V越快，温度越高 f越大，温度高。Ap越深，温度越高各种加工方法切削热的传递途径特点 车削加工，切屑带走的切削热为50%-86%，车刀传出10%-40%,工件传出3%-9%，周围介质传出1%.切削速度越

7、高或切削厚度越大，那么带走的热量越多。钻削加工时，切削带走的切削热28%,刀具传出14.5%，工件传出52.5%，周围介质传出5%刀具磨损的主要原因和磨损过程 前刀面磨损 形式：月牙洼 形成条件：加工塑性材料，v大，hD大hD0.5 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 形成条件：加工塑性材料, v 较小, hD 较小hD0.5； 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、后刀面磨损形式：界于以上二者之间 形成条件：中等切削厚ac=0.10.5mm塑性材料切削用量的选择 综合切削用量三要素对刀具寿命，生产率和加工质量的影响，选择切削用

8、量的顺序应该为;首先选尽可能大的背刀吃量，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度切削液分为： 1、水溶液 主要成分是水，在水中参加一定量的防锈剂，其冷却性好，润滑性能差，透明状，常在磨削中使用 2乳化液 具有良好的冷却和清洗性能，有一定润滑性能，用于粗加工及磨削 3切削油 冷却性能差，用于精加工切削温度对工件材料硬度和强度的影响并不很大刀具损坏的形式主要有磨损和破损。 磨损有前面磨损，后面磨损，边界磨损。刀具磨损过程初期磨损阶段 正常磨损阶段 急剧磨损阶段 磨损曲线图！刀具寿命：一把新刀从开始使用或重新刃磨过的刀具实际切削时间。切削速度是影响刀具寿命的最主要因素，提高V，刀具寿命降低

9、，这是由于切削速度对切削温度影响最大，因而对刀具磨损影响最大切削时，增加进给量f和背吃刀量ap，刀具寿命也要减小，v对刀具寿命影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap最小。 切削温度对刀具磨损和寿命有重要影响。粗加工时，应以提高生产率为主，同时保证规定的刀具寿命，因此一般选择较大的背吃刀量和进给量，切削速度不能很高。精加工时，应保证零件的加工精度和外表质量为主，同时考虑刀具寿命和获得较高生产率。机床的根本组成：1动力源 2传动系统 3支承件 4工作部件 5控制系统 6冷却系统 7润滑系统 8其他装置传动系统一般由动力源、变速装置及执行件以及开停、换向和制动机构等局部构成。机床导轨导向精度： 是导轨

10、副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。 影响因素：导轨几何精度和触精度、导轨结构形式、导轨和支承件的刚度，导轨的油膜厚度和油膜刚度，导轨和支承件的热变形。典型机床的主参数.导轨应满足的主要技术要求(1)导向精度 导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。 (2)承载能力大，刚度好 根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。 (3)精度保持性好 精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料(或磨粒)磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。(4)低速

11、运动平稳 当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。导轨的导向精度 导向精度是指导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差，影响导轨精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度，导轨的结构形式，导轨和支承件的刚度，导轨的油膜厚度和油膜刚度，导轨和支承件的热变形六点定位原理：要使工件完全定位，就必须限制工件在空间的六个自由度1定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度2定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。3一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件有六个自由度，所设置的定位

12、支承点数目原那么上不超过6个。4分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。定位误差：设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量产生原因：1定位基准与设计基准不重合产生的定位误差 2定位副制造不准确产生的基准位移误差夹紧力确实定一、紧力方向确定：1夹紧力的作用方向应垂直与主要定位基准面2夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小3夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小二、夹紧力作用点确实定：1夹紧力的作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内2夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位3夹紧力作用点应尽可能靠近加工面三、夹紧力的大小斜楔夹紧特点：1有增力作用2夹紧行程小3结构简单操作不方便夹具的作用1)保

13、证稳定可靠地到达各项加工精度要求；2)缩短加工工时，提高劳动生产率；3)降低生产本钱；4)减轻工人劳动强度；5)可由较低技术等级的工人进行加工；6)能扩大机床工艺范围螺旋夹紧特点：结构简单，夹紧可靠，广泛应用。定位误差概念产生原因及构成2，定位副制造不准确产生的定位误差定位误差计算 一是先分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量和，即dw=jb+jw；二是按最不利情况，确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此两位置的距离，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。夹紧的合理性分析1.夹紧力方向确实定(1)夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面(2

14、)夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小(3)夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小(1)夹紧力的作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内(2)夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位(3) 夹紧力作用点应尽可能靠近加工面3.夹紧力的大小夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算。为平安起见，计算出的夹紧力应乘以平安系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大2-3倍。进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力(重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力。加工精度：零件在加工以

15、后的几何参数与图样规定的理想零件几何参数符合的程度。加工经济精度：在正常加工条件下所能保证的加工精度。原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统 (简称工艺系统) 会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式 (或扩大、或缩小) 反映为工件的加工误差。工艺系统的误差是“因，是根源；工件的加工误差是 “果，是表现；因此，我们把工艺系统的误差称为原始误差。研究机械加工精度的方法分析计算法是在掌握各原始误差对加工精度影响规律的根底上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一个或哪几个主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，进而通过估算来

16、确定工件的加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。 统计分析法是对具体加工条件下加工得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。分析计算法主要是在对单项原始误差进行分析计算的根底上进行的，统计分析法那么是对有关的原始误差进行综合分析的根底上进行的工艺系统几何误差1.机床的几何误差加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。 (1)定尺寸刀具 (如

17、钻头、铰刀、镗刀块、孔拉刀、丝锥、板牙、键槽铣刀等)的尺寸和形状误差 (2)成形刀具 (如成形车刀、成形铣刀、模数铣刀等)的形状误差(3)展成刀具 (如齿轮滚动、插齿刀、花键滚刀等)切削刃的形状及有关尺寸，以及其安装、调整不正确(4)一般刀具 (如普通车刀、单刃镗刀、面铣刀、刨刀等)的制造误差3. 夹具的几何误差 夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度 (特别是位置精度) 有很大影响。工艺系统刚度及其对加工精度的影响(1)由于工艺系统刚度变化引起的误差(2)由于切削力变化引起的误差，在加工过程中，由于工件的加工余量发生变化、工件材质不均等因素引起的

18、切削力变化，使工艺系统变形发生变化，从而产生加工误差。(3)由于夹紧变形引起的误差(4)其他作用力的影响 除上述因素外，重力、惯性力、传动力等也会使工艺系统的变形发生变化，引起加工误差减小工艺系统受力变形的途径(1)提高工艺系统刚度1)提高工件和刀具的刚度2)提高机床刚度3)采用合理的装夹方式和加工方式(2)减小切削力及其变化 合理地选择刀具材料、增大前角和主偏角、对工件材料进行合理的热处理以改善材料的加工性能等，都可使切削力减小。机床热变形对加工精度的影响 由于机床热源分布的不均匀、机床结构的复杂性以及机床工作条件的变化很大等原因，机床各个部件的温升是不相同的，甚至同一个零件的各个局部的温升

19、也有差异，这就破坏了机床原有的相互位置关系。减小工艺系统热变形的途径(1)减少发热和隔热 (2)改善散热条件(3)均衡温度场(4)改良机床结构(5)加快温度场的平衡(6)控制环境温度 工艺系统受力变形引起的误差机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降 工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比拟低，在切削力的作用下，工件由于刚性缺乏而引起的变形对加工精度的影响就比拟大，其最大变形量可按材料力学有关公式估算。 外圆车刀在加工外表法线y方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的

20、内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。 影响机床部件刚度的因素1)结合面接触变形的影响由于零件外表存在宏观几何形状误差和微观几何形状误差，结合面的实际接触面积只是名义接触面积的一小局部 (图所示)，在外力作用下，实际接触区的接触应力很大，产生了较大的接触变形。 2)摩擦力的影响3)低刚度零件的影响 在机床部件中，个别薄弱零件对刚度的影响很大。4)间隙的影响 机床部件在受力作用时，首先消除零件间在受力作用方向上的间隙，这会使机床部件产生相应的位移。误差统计性质的分类在顺序加工一批工件中，其大小和方向皆不变的误差，称为常值系统性误差。在顺序加工一批工件中，其大小和方向遵循某一规

21、律变化的误差，称为变值系统性误差。加工误差可以分为两大类：系统性误差和随机性误差系统性误差 当连续加工一批零件时，这类误差的大小和方向保持不变或是按一定规律变化，前者称为常值系统性误差，后者称为変值系统性误差随机性误差在加工一批工件时，这类误差的大小方向是不规律地变化着的。(1)外表粗糙度对耐磨性的影响(2)外表冷作硬化对耐磨性的影响 加工外表的冷作硬化，使摩擦副外表层金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高耐磨性就愈高，这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。如果外表层的金相组织发生变化，其表层硬度相应地也随之发生变

22、化，影响耐磨性。金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件外表或外表冷硬层下面，因此零件的外表质量对疲劳强度影响较大。 (1)外表粗糙度对疲劳强度的影响 (2)剩余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响 零件的耐蚀性在很大程度上取决于外表粗糙度。外表粗糙度值愈大，那么凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就愈差。外表层的剩余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐蚀性，而剩余压应力那么能防止应力腐蚀开裂。 外表粗糙度值的大小将影响配合外表的配合质量。对于间隙配合，外表粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一局部外表凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低了配合件间的联

23、接强度。切削加工影响外表粗糙度的因素(1)刀具几何形状的复映 刀具相对于工件作进给运动时，在加工外表留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。(2)工件材料的性质 切削加工后外表粗糙度的实际轮廓之所以与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大的差异，主要是由于切削过程塑性变形的影响。(3)切削用量 切削速度对外表粗糙度的影响很大。加工塑性材料时，假设切削速度处在产生积屑瘤和鳞刺的范围内，加工外表将很粗糙。 (1)砂轮的粒度(2)砂轮的硬度(3)砂轮的修整(4)磨削速度(5)磨削径向进给量与光磨次数(6)工件圆周进给速度与轴向进给量(7)冷却润滑液生产过程与工艺过程机器的生产过程是将原材料转变为

24、成品的全过程。在生产过程中，但凡改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程，机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程的总和。其它过程那么称为辅助过程，例如运输、保管、动力供给、设备维修等等。 机械加工工艺过程的组成1.工序、工步和工作行程 工序是组成加工工艺过程的根本单元。一个工序是指一个或一组工人，在一台机床或一个工作地点，对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那一局部工艺过程。制订机械加工工艺过程，必须确定该工件要经过几道工序以及工序进行的先后顺序。仅列出主要工序

25、名称及其加工顺序的简略工艺过程，称为工艺路线。工步是在加工外表不变、加工工具不变、切削用量不变的条件下所连续完成的那局部工序。工作行程也叫进给，是加工工具在加工外表上加工一次所完成的工步。为完成零件的加工，必须对工件进行装夹，它是由定位和夹紧过程组成，这一功能是由夹具完成的。采用转位或移位夹具、回转工作台或多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过假设干个位置依次进行加工。工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一局部工序就称为工位。 零件获得加工精度的方法零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。位置精度平行度、垂直度、同轴度等的获得与工件的装夹方式和加工方法有关。当需要 屡次装夹加工时，有关外表的位置精度依赖夹具的正确定位来保证；如果工件一次装夹加工多个外表时，各外表的位置精度那么依靠机床的精度来保证，如数控加工中主要靠机床的精度保证工件各外表之间的位置精度。3.尺寸精度的获得方法(1)试切法(2)定尺寸刀具法(3)调整法(4)自动控制法工艺过程可分为：铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺