机械制造技术基础(A)

1、机械制造技术基础（机械制造技术基础（A1）复习复习金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识第一节第一节 切削加工的运动的分析切削加工的运动的分析与切削要素与切削要素 一、一、切削运动切削运动二、切削加工过程中的工件表面二、切削加工过程中的工件表面三、切削要素三、切削要素第二节第二节 金属切削刀具金属切削刀具一、一、刀具的构成刀具的构成二、刀具切削部分的基本定义二、刀具切削部分的基本定义 三、刀具角度三、刀具角度 四、刀具工作角度四、刀具工作角度五、刀具材料五、刀具材料1 1、刀具材料的基本要求刀具材料的基本要求2 2、常用刀具材料、常用刀具材料第三节第三节 切削过程中的物切削过程中的物理现

2、象理现象一、金属切削层的切削变形一、金属切削层的切削变形二、影响切削变形的主要因二、影响切削变形的主要因素素 三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度五、刀具磨损及刀具寿命五、刀具磨损及刀具寿命第四节第四节 工件材料的切削工件材料的切削加工性加工性第五节第五节 切削液切削液(一) 切削运动n1主运动n2进给运动n3合成切削运动主运动主运动切削运动 金属切削时，刀具和工件之间的相对运动，即金属切削时，刀具和工件之间的相对运动，即。分。分和和。 是金属加工的主要运动，是从金属表层切下金属所必需的运动。是金属加工的主要运动，是从金属表层切下金属所必需的运动。其

3、特征是运动速度高，消耗机床的功率大。在一个切削加工中主运其特征是运动速度高，消耗机床的功率大。在一个切削加工中主运动只有一个，它可以由工件完成，也可以由刀具完成。动只有一个，它可以由工件完成，也可以由刀具完成。 如车削时工件的旋转、铣削时铣刀的旋转、钻孔时钻头的旋转等。如车削时工件的旋转、铣削时铣刀的旋转、钻孔时钻头的旋转等。主运动示意图进给运动进给运动 使主运动能够连续不断地切除工件上多余的金属而形成使主运动能够连续不断地切除工件上多余的金属而形成新的加工表面所需的运动。新的加工表面所需的运动。 进给运动可以是一个，也可以是两个或两个以上，既可进给运动可以是一个，也可以是两个或两个以上，既可

4、以是连续运动又可以是间断的运动。以是连续运动又可以是间断的运动。 如车削加工中可以只有纵向进给，或只有横向进给，也如车削加工中可以只有纵向进给，或只有横向进给，也可以两个进给运动同时进行；在刨削加工中工件的进给运可以两个进给运动同时进行；在刨削加工中工件的进给运动是间断的。动是间断的。合成切削运动合成切削运动 当主运动和进当主运动和进给运动给运动进行进行时，切削刃上某时，切削刃上某一点相对于工件一点相对于工件的运动为合成切的运动为合成切削运动。削运动。 零件加工表零件加工表面实际上是由合面实际上是由合成切削运动形成成切削运动形成的。的。 。，v，vvefc为合成切削运动为进给运动为主运动图中1

5、刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成以外圆车刀为例，它由以外圆车刀为例，它由三个刀三个刀面面、两条切削刃两条切削刃和和一个刀尖一个刀尖组成。组成。( (三面两刃一点三面两刃一点) )（1 1）三个刀面）三个刀面 前刀面前刀面刀具上切屑刀具上切屑流过的表面。流过的表面。 主后刀面主后刀面刀具上与刀具上与切削表面相对的面。切削表面相对的面。 副后刀面副后刀面与已加工与已加工表面相对的面。表面相对的面。（2 2）两个刀刃）两个刀刃 副切削刃副切削刃前刀面与副后刀面前刀面与副后刀面相交形成的切削刃。相交形成的切削刃。它完成部分的切削它完成部分的切削工作，并最终形成工作，并最终形成己加工表面。己加工表面

6、。 主切削刃主切削刃前刀面与主后刀面相交形成的交线前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃，它完成主要的切削工作。称为主切削刃，它完成主要的切削工作。 大多数刀具在刀尖处磨成一小段大多数刀具在刀尖处磨成一小段直线刃直线刃或或圆弧刃圆弧刃，也有少部分刀具主、副切削刃直接相交，形成刀尖。也有少部分刀具主、副切削刃直接相交，形成刀尖。见右上图示。见右上图示。（3 3）一个刀尖）一个刀尖 指主、副切削刃的连接部位。指主、副切削刃的连接部位。刀具角度的参考坐标系刀具角度的参考坐标系 刀具几何角度参考坐标系有两类：刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。 在在设计设计、制造制造、刃磨刃磨和和测量测量刀具

7、时，用于确定刀具各几何参数刀具时，用于确定刀具各几何参数所依赖的坐标系。所依赖的坐标系。有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系等。平面参考系等。车刀切削部分的主要角度 坐标系建立条件：刀尖和工件中线等高；刀杆对称面垂直于工件轴线；没有进给运动；工件已加工表面的形状是圆柱形。 用于确定刀具在工作状态时各个面、刃等的方位所依赖的坐标用于确定刀具在工作状态时各个面、刃等的方位所依赖的坐标系。在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样有正交平系。在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。面参

8、考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。 建立条件建立条件：以实际工作状态为基准，按照对辅助面的相关要求：以实际工作状态为基准，按照对辅助面的相关要求建立。建立。基面基面pr主切削平面主切削平面ps正交平面正交平面po 主切削平面ps 正交平面po 基面pr ：过切削刃选定点，垂直于该点假定运过切削刃选定点，垂直于该点假定运动方向的平面动方向的平面. 主切削平面ps ：过主切削刃某选定点过主切削刃某选定点与主切削与主切削刃相切刃相切并垂直于基面的平面。并垂直于基面的平面。 基面pr 正交平面po 基面基面p pr r 主切削平面ps 正交平面po ：过切削刃某选定点并过切削刃某选定点并同时同时

9、垂直于垂直于基面基面和和切削平面切削平面的平面。的平面。前角前角0基面投影线基面投影线前刀面投影线前刀面投影线 在正交平面内测量：前刀在正交平面内测量：前刀面与基面之间的夹角。面与基面之间的夹角。9.16切削平面投影线切削平面投影线主后刀面投影线主后刀面投影线后角后角0 在正交平面内测量，在正交平面内测量，主后刀面与切削平面主后刀面与切削平面之间的夹角。之间的夹角。主切削平面主切削平面与与进给运动方向进给运动方向( (假定工作平面假定工作平面) )之间的夹角。之间的夹角。主偏角主偏角r r 主偏角主偏角r r 减小，主切削刃参加切削的长度增加，刀具减小，主切削刃参加切削的长度增加，刀具磨损减慢

10、，但作用于工件的径向力会增加。磨损减慢，但作用于工件的径向力会增加。 常用刀具的主偏角常用刀具的主偏角r r 有有45450 0、60600 0、75750 0、90900 0。 副切削平面副切削平面与与进给运动方向进给运动方向( (假定工作平面假定工作平面) )之间的之间的夹角。夹角。副偏角副偏角r r基面投影线基面投影线主切削刃主切削刃刃倾角刃倾角s s 刀尖为切削刃上最高点时刃倾角为正值，反之为负值。刀尖为切削刃上最高点时刃倾角为正值，反之为负值。刃倾角刃倾角一般一般5 50 0 5 50 05)5)刃倾角刃倾角s s主切削刃主切削刃与与基面基面的夹角。的夹角。在在切削平面切削平面中测量

11、。中测量。刃倾角对切屑流向的影响 刀具材料的种类很多，常用的有刀具材料的种类很多，常用的有高速钢高速钢和和硬质合金两种。硬质合金两种。 例题n砂轮的特性主要由：磨料 、 粒度 、 结合剂 、 硬度 、 组织 、 形状尺寸 等因素决定。n切削液的作用主要有： 冷却 、 润滑 、 清洗 和 防锈 。n切削用量三要素对切削温度的影响的顺序是： 切削速度 进给量 背吃刀量 。金属切削机床及各种加工方法金属切削机床及各种加工方法第一节第一节 金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识一、金属切削机床的分类和型号编制金属切削机床的分类和型号编制二、工件表面形成和机床的运动二、工件表面形成和机床的运动三、

12、机床的传动联系和传动原理图三、机床的传动联系和传动原理图四、机床的运动调整四、机床的运动调整第二节第二节 车削加工车削加工一、车床的用途、分类及其组成车床的用途、分类及其组成二、二、CA6140型卧式车床传动系统型卧式车床传动系统三、主要结构三、主要结构第三节第三节 铣削、刨削和拉床拉削加工铣削、刨削和拉床拉削加工第四节第四节 钻削与镗床削加工钻削与镗床削加工第五节第五节 磨削加工磨削加工一、磨床磨削特点及应用磨床磨削特点及应用二、外圆磨床二、外圆磨床三、平面磨床三、平面磨床第六节第六节 数控机床与加工中心数控机床与加工中心第七节第七节 组合机床组合机床重点掌握各重点掌握各种加工方法种加工方法

13、的的加工特点加工特点及其及其适用范适用范围围机床夹具设计原理机床夹具设计原理一一概述概述 二二工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位 三三工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧 四四典型夹具介绍典型夹具介绍 机械加工工艺规程的制订机械加工工艺规程的制订一、基本概念基本概念二、毛坯确定二、毛坯确定三、零件结构工艺性三、零件结构工艺性四、定位基准选择四、定位基准选择五、工艺路线的拟定五、工艺路线的拟定六、工序设计六、工序设计七、工艺尺寸链七、工艺尺寸链八、机械加工的工艺性和经济性八、机械加工的工艺性和经济性机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程的组成：机械加工工艺过程的组成：一

14、般由一个一般由一个或若干个或若干个工序工序组成。组成。 工序的分类：工序的分类：安装、工位、工步和进给安装、工位、工步和进给（走刀）。（走刀）。 机械加工工艺过程：机械加工工艺过程：工艺过程中，采用工艺过程中，采用机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺寸及表面质量，使其成为合格零件的过程。寸及表面质量，使其成为合格零件的过程。 定义：定义：一个或一组工人，在一个或一组工人，在(如一台设备上如一台设备上)，对，对一个或同时对几个相同工件所一个或同时对几个相同工件所的那部分工艺过程。的那部分工艺过程。工工 序序安安 装装 要对工件进行加工，就必须使工件在机

15、床或夹具上占据一个正确位要对工件进行加工，就必须使工件在机床或夹具上占据一个正确位置并予以夹紧（即装夹）。置并予以夹紧（即装夹）。在加工过程中应尽量减少安装次数，以减少在加工过程中应尽量减少安装次数，以减少安装误差安装误差和和节约辅助时间节约辅助时间。如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则成为一个成为一个安装安装。工工 位位为减少工件的安装次数，在大批量生产时常将采用各种回转工作为减少工件的安装次数，在大批量生产时常将采用各种回转工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中能处于多个不同的台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中能处于多个不同的

16、加工位置。称加工位置。称工件在每一个位置上的加工内容为一个工位工件在每一个位置上的加工内容为一个工位。工工步步 同一工序中，在同一工序中，在加工表面加工表面、切削工具切削工具和和切削用量中的转切削用量中的转速与进给量均速与进给量均不变时所完成的那部分工艺内容，称为一个不变时所完成的那部分工艺内容，称为一个工步工步。一道工序可以有一个，也可以有几个工步。一道工序可以有一个，也可以有几个工步。 复合工步复合工步 在一个工步中，为提高效率，有时用几把刀具同时对工件的同一个表面或同时对几个表面进行加工，则该工步称为复复合工步合工步。工艺文件中视复合工步为一个工步。复合工步图例复合工步图例工序的层次图设

17、计基准设计基准:工艺基准工艺基准基准基准 工序基准：工序基准：定位基准：定位基准：测量基准：测量基准：装配基准：装配基准：加工中、后，测量时所用基准加工中、后，测量时所用基准装配时所用的基准装配时所用的基准在设计图样上所采用的基准。在设计图样上所采用的基准。定位方式： 按照限制工件自由度数目的不同，工件的定位可分为完全定位、不完全定位、欠定位和过定位等。工件的6个自由度均被限制，称为完全定位；在满足加工要求的情况下，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。 完全定位在加工中允许，不完全定位在加工中不允许。ZYXa）ZYXb）ZYXc） e）ZYXf）ZYX工件应限制的自由度

18、欠定位示例XZYa）b）BB B常用的定位元件有支承钉、支承板等。支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应。支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应。，即一点定位。，即一点定位。提高工件的装夹刚度和稳定性,。在工件定位、夹紧之后才进行。，以，以d 表示表示左图中：左图中：A工序基准；工序基准； B定位基准定位基准图中，工序基准图中，工序基准A在加工在加工尺寸方向（竖直方向）尺寸方向（竖直方向）上的最大变动量上的最大变动量0.28 mm。 即d =0.28mm实例定位基准与工序基准不重合以及定位基准的位移误差造成。如按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差(仅有加工误差等) 是指工件的是指工件

19、的定位基准定位基准相对于定位元件在相对于定位元件在加工尺加工尺寸方向上的最大变动量寸方向上的最大变动量，以Y表示。 它由工件定位面和夹具定位元件的它由工件定位面和夹具定位元件的制造误差制造误差以以及及两者之间的间隙两者之间的间隙所引起所引起。 此种情况下，基准位移误差的方向是任意的。此种情况下，基准位移误差的方向是任意的。 XmaxXmax定位副最大配合间隙； D D工件定位基准孔的直径公差； dd圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差； XminXmin定位副所需最小间隙，由设由设计时确定计时确定。减小定位副配合间隙，即可减小Y值，提高定位精度。 式中孔最小，销最大时，工件向下移位半个最小间隙： 2

20、/minX对所有工件均至少应有该移动量，故在加工前调刀时可予消除。定位销尺寸为 ；工件内孔尺寸为： 0ddDD0)(min211XoodD2/min2Xoo )(212121dDYoooooo由图知：故： 定位元件可以是定位套，也可以是V型块。1OOY2sin2D 在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。它又可进一步分为：使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。 在零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。粗基准的选择原则(1) 。 精基准的选择 所谓基准重合是指以工序

21、基准作为定位基准，以避免产生基准不重合误差，这一原则称为基准重合原则。 “基准重合”原则对于保证表面间的相互位置精度（如平行度，垂直度，同轴度等）亦完全适用。 当工件上有许多表面需要进行多道工序的加工时，应尽可能多的在工序中采用同一组基准定位，此即“基准统一原则”。 有些精加工工序为了保证加工质量，要求加工余量小而均匀，采用加工表面本身作为定位基准，就是“自为基准”原则。 例如：磨削床身的导轨面时，就是以导轨面本身作定位基准。此外，用浮动铰刀铰孔，浮动镗刀镗孔，圆拉刀拉孔，无心磨床磨外圆表面等，均是以加工表面本身作定位基准的实例。导轨磨削基准选择 为了使加工面获得均匀的加工余量和加工面间有较高

22、的位置精度，可采用加工面间互为基准反复加工。 例例 精加工主轴零件时，一般先以先以两支承轴径定位磨削两锥孔，再以两锥孔定位磨削两轴径，以此来保证其较高的同轴度。 轴径轴径主轴零件精基准选择除此，高精度齿轮的加工也如此。 所谓零件的结构工艺性是指零件在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。 所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下，既能方便制造又有较低的制造成本。 毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法，机械制造中常用的毛坯有以下几种：铸件、锻件、型材、焊接件等。u 划分方法划分方法 零件的加工质量要求较高时，都应划分加工阶段。一般划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。如果零件要

23、求的精度特别高，表面粗糙度很细时，还应増加光整加工和超精密加工阶段。 粗加工阶段 主要任务是切除毛坯上各加工表面的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。因此，应采取措施尽可能提高生产率。同时要为半精加工阶段提供精基准，并留有充分均匀的加工余量，为后续工序创造有利条件。 半精加工阶段 达到一定的精度要求，并保证留有一定的加工余量，为主要表面的精加工作准备。同时完成一些次要表面的加工（如紧固孔的钻削，攻螺纹，铣键槽等）。 各加工阶段的主要任务是： 精加工阶段 主要任务是保证零件各主要表面达到图纸规定的技术要求。 光整加工阶段 对精度要求很高（IT6 以上），表面粗糙度很小（小于Ra0.

24、2 ）的零件，需安排光整加工阶段。其主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度。 m有两种不同的原则，即工序集中和工序分散。 就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一道工序的加工内容却比较多。其特点是： 有利于采用高生产率的专用设备和工艺装备，如采用多刀多刃、多轴机床、数控机床和加工中心等，从而大大提高生产率。 减少了工序数目，缩短了工艺路线，从而简化了生产计划和生产组织工作。 减少了设备数量，相应地减少了操作工人和生产面积。 减少了工件安装次数，不仅缩短了辅助时间，而且在一次安装下能加工较多的表面，。 专用设备和工艺装置复杂，生产准备工作和投资都比较大，尤其是转换新产品比较困难

25、。 是整个工艺过程中工序数量多，而每一道工序的加工内容则比较少。其特点是： 设备和工艺装备结构都比较简单，调整方便，对工人的技术水平要求低。 可采用最有利的切削用量，减少机动时间。 容易适应生产产品的变换。 设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。 工序集中和工序分散各有特点：一般情况下，单件小批生产时，多将工序集中；大批量生产时，既可采用多刀、多轴等高效率机床将工序集中，也可将工序分散后组织流水线生产。机械加工工序的安排机械加工工序的安排 零件加工一般多从精基准的加工开始，再以精基准定位加工其它表面。因此，选作精基准的表面应安排在工艺过程起始工序先进行加工，以便为后续工序提供精基准。 例如：

26、轴类零件先加工两端中心孔，然后再以中心孔作为精基准，粗、精加工所有外圆表面；齿轮加工则先加工内孔及基准端面，再以内孔及端面作为精基准，粗、精加工齿形表面。 该原则还有另外一层含义：指精加工前应先修一下精基准。这对不少工艺路线较长的零件，经常出现。 目前的发展趋势是倾向于工序集中。 指零件的加工要分阶段进行。在精基准加工好以后，整个零件的加工，应按粗加工半精加工精加工光整加工进行。 根据零件的功用和技术要求，先将零件的主要表面和次要表面分开，然后先安排主要表面的加工，再把次要表面的加工工序插入其中。次要表面一般指键槽、螺孔、销孔等表面。这些表面一般都与主要表面有一定的相对位置要求，应以主要表面作

27、为基准进行次要表面加工。所以，次要表面的加工一般放在主要表面的半精加工以后，精加工之前，以防止碰伤已加工好的主要表面。 在对重要表面精加工之前，有时需对精基准进行修整，以利于保证重要表面的加工精度，如主轴的高精度磨削时，精磨和超精磨削前都须研磨中心孔；精密齿轮磨齿前，也要对内孔进行磨削加工。 对于箱体、底座、支架等类零件，平面的轮廓尺寸较大，用它作为精基准加工孔，比较稳定可靠，也容易加工，有利于保证孔的精度。如果先加工孔，再以孔为基准加工平面，则比较困难，加工质量也受影响。热处理工序的安排热处理工序的安排 ( (一般掌握！一般掌握！) ) 常安排在毛坯制造之后，粗加工之前。 淬火工序一般安排在

28、半精加工与精加工之间进行。 常安排在粗加工之后，半精加工之前进行。 常安排在粗加工之后进行。 常安排在精加工之间进行。 渗碳淬火工序一般安排在半精加工与精加工之间。 检验工序一般安排在粗加工后，精加工前；送往外车间前后；重要工序和工时长的工序前后；零件加工结束后，入库前。（3 3）检验工序的安排）检验工序的安排 ( (有所了解有所了解) ) 如发蓝、电镀等一般安排在工艺过程的最后。（4 4）其它工序的安排）其它工序的安排 ( (有所了解有所了解) ) 如滚压、喷丸处理等，一般安排在工艺过程的最后。 如X射线检查、超声波探伤等多用于零件内部质量的检查，一般安排在工艺过程的开始。磁力探伤、荧光检验等主要用于零件表面质量的检验，通常安排在该表面加工结束以后。 包括动、静平衡，一般安排在精加工以后。 加工余量：总加工余量（毛坯余量）、工序加工余量等。 工序加工余量：又有单边余量和双边余量。 工序尺寸的公差带，一般按“单向入体原则”分布。即对包容面（轴类或越加工越小的尺寸），基本尺寸取公差带上限，下偏差取负值，工序尺寸为最大极限尺寸；对于被包容面（孔类或越加工越大的尺寸，如沟槽），基本尺寸为公差带下限，上偏差取正值，工序尺寸为最小尺寸。 孔中心距孔中心距及毛坯尺寸毛坯尺寸仍取双向对称布置。