机械制造基础课件第2章机械制造基础知识

机械制造技术基础12009第2章机械制造过程的基础知识第一页，共一百零一页。材料成形法:

材料去除法（表2.1）材料累加法2.1机械制造过程的基本概念

2.1.1机械制造工艺方法

铸造锻造冲压粉末冶金注塑成形法

机械力去除法热能去除法

化学去除法复合去除法特种加工。焊接粘接铆接快速原型传统方法20092第二页，共一百零一页。20093第三页，共一百零一页。材料去除法（表2.1）2.1.1机械零件制造工艺方法

机械力去除法（机械加工方法）电火花、电子束、离子束与激光束。电解、电腐蚀、电铸化学腐蚀溶解切削磨削研磨、抛光高压水、磨料喷射超声加工等。机械与热能机械与化学机械与电（磁）热能、

化学去除法（特种加工）复合去除法20094第四页，共一百零一页。完成一个合格零件的制造，可以是一种或是几种工艺方法来完成。20095第五页，共一百零一页。2.1.1机械零件制造工艺方法

机械加工特种加工复合法加工切削磨削研磨、抛光高压水、磨料喷射超声加工等。材料成形法材料去除法材料累加法切削-----用金属切削刀具将工件上的多余金属层去除掉的工艺方法磨削-----用砂轮将工件上的多余金属层去除掉的工艺方法20096第六页，共一百零一页。2.1.2生产纲领与生产类型

生产纲领通常也称年产量，它是指企业在生产计划期内应当生产的产品数量。

N=Qn（1+α%+β%）（2-1）

式中Q-产品年产量（件/年）；

n-每台产品中该零件数量（件/台）；

α-备品率；

β-废品率。

20097第七页，共一百零一页。2.1.2生产类型及其工艺特点单件小批生产是指单个制造结构或尺寸不同、很少重复甚至不重复的产品的生产。如：重型机器制造厂、机修车间或试制车间等的生产。成批生产是指成批制造相同的零件，或每隔一定时间又重复进行的生产。批量是根据零件的年产量及产品装配周期划定的，根据批量的大小可分为大批、中批和小批三种。如：机床制造厂多为成批生产企业。大量生产是指产品数量很多，大多数工作地点经常重复进行某一种零件加工的生产。如：轴承厂、拖拉机厂或汽车厂等的生产。生产类型20098第八页，共一百零一页。92.1.3机械加工工艺过程机械制造工艺----是指制造机械产品的技巧、方法和程序。机械制造工艺过程----机械制造过程中，凡是直接改变“零件”形状、尺寸、性能及与其它零件的相对位置，使其成为成品或半成品的工艺过程。它通常包括零件的制造与机器的装配两部分。2009第九页，共一百零一页。2.1.3机械加工工艺过程机械制造过程机械产品采用机械加工方法以合格产品为目标，改变毛坯的形状、尺寸、各组成表面间的位置以及表面质量所经过的所有工作过程。毛坯机械加工工艺过程200910第十页，共一百零一页。机械加工工艺过程工序Ⅰ工序Ⅱ工序N走刀工步安装工位2.1.3机械加工工艺过程（零件）及其组成200911第十一页，共一百零一页。2.1.3---------工序

12地点工人工件工序工序是指一个（或一组）工人在同一台机床（或同一工作地点）对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程。工人、工作地点、工件与连续完成构成了工序的4要素。其中任一个要素发生了变更就构成了另一道工序。2009第十二页，共一百零一页。2009车削工序1安装工件切削阶梯端面卸下工件在另一台车床上安装加工轴颈卸下工件车削工序213第十三页，共一百零一页。铣削工序钻孔工序磨削工序（轴颈）142009第十四页，共一百零一页。2.1.3---------安装安装

是指一道工序中，工件装夹一次所完成的那部分工艺过程。（安装不是一个动作，而是一部分工作内容）当一道工序中只发生一次安装时，该工序的工作内容与安装的工作内容是相同的；当一道工序中发生n次安装时，该工序的工作内容是这n次安装工作内容的总合；为减少安装误差，应尽量减少安装次数。152009第十五页，共一百零一页。2.1.3---------工位

工位

是指在某一工序的一次安装中的每个位置所完成的那部分工艺过程。当一个安装中工件只在一个位置完成加工内容，该安装的工作内容与工位的工作内容是相同的；当一个安装中工件在n个位置完成加工内容，该安装的工作内容是这n个工位工作内容的总合；为减少安装次数和安装误差，应尽量采用多工位加工。162009第十六页，共一百零一页。2.1.3---------工步工步1工步2工步

是指在一道工序（一次安装或一个工位）中加工表面及所用刀具与切削用量都不变情况下所连续完成的那部分工艺过程。172009第十七页，共一百零一页。2.1.3---------复合工步

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，这样的工步称复合工步（图2.5）。182009第十八页，共一百零一页。2.1.3---------走刀走刀

是指在一个工步中，由于加工余量较大需要同一刀具对同一表面进行多次进给才能达到尺寸要求，每次进给即称一次走刀192009第十九页，共一百零一页。机械加工工艺过程工序1工序2工序N走刀2安装1安装2安装N工位1工位2工位N工步1工步2走刀12.1.3---------概念总结202009第二十页，共一百零一页。2.1.3---------工序数工序是机械加工工艺过程的基本单元工序数--------组成一个工艺过程的工序数是由被加工工件结构的复杂程度、加工精度要求及生产类型决定。212009第二十一页，共一百零一页。2.1.3---------工序数举例200922第二十二页，共一百零一页。2009表2.4单件生产阶梯轴的工艺过程

表2.5大批量生产阶梯轴的工艺过程

2.1.3---------工序数举例23第二十三页，共一百零一页。2.1.4基准基准的分类：设计基准、工艺基准基准的概念工件上，用来确定某些点、线、面的空间位置的那些个点、线、面。242009第二十四页，共一百零一页。

设计基准

基准

工序基准

装配基准

定位基准

测量基准

工艺基准2.1.4基准252009第二十五页，共一百零一页。

设计基准在零件工作图上，用来确定某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面或其组合。2.1.4基准----1设计基准262009第二十六页，共一百零一页。2.1.4基准----1设计基准272009第二十七页，共一百零一页。

工序基准

装配基准

定位基准

测量基准工艺基准

工件在机床或夹具上进行加工时用来确定本工序被加工表面位置的基准

装配时，用来确定零件在部件中的位置的基准（部件在机器中的位置）

测量工件已加工表面位置所依据的基准在工序图上，用来标定本工序加工位置尺寸关系的基准2.1.4基准----2工艺基准282009第二十八页，共一百零一页。工艺基准292009第二十九页，共一百零一页。2.1.5机械装配工艺过程

机械装配过程:以合格机械产品为目标，将组成机器的全部零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起的工作过程。

机械装配工作包括：组装、部装、总装、调试、检验、平衡、试车、涂装与包装等工作。

机械装配过程由一系列的工序、工步和操作组成。装配工序是指在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作。装配工步是装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变。装配操作是指装配工步中各个装配动作。302009第三十页，共一百零一页。2.2机械加工的最基本方法---切削加工方法2.2.1工件表面的形状及其形成方法

31切削加工成形方法

几何表面的形成原理

任何一个表面都可以看是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的生成线，前者称为母线，后者称为导线。2009第三十一页，共一百零一页。2.2.1工件表面的形状及其形成方法。。。。322009第三十二页，共一百零一页。工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的。形成工件表面的方法：（1）轨迹法（2）成型法（3）相切法（4）范成法2.2.1工件表面的形状及其形成方法。。。332009第三十三页，共一百零一页。2.2.1工件表面的形状及其形成方法

342009第三十四页，共一百零一页。2.切削加工成形运动（切削运动）

工件表面的成形方法母线形成方法和导线形成方法的组合。

形成加工表面所需的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。2.2.2成形运动

与切削用量图2.16合成运动

352009第三十五页，共一百零一页。表面成形运动非表面成形运动主运动进给运动（纵、横、斜向）

按运动的功能分类切入运动分度运动辅助运动控制运动接近退刀返回2.2.2成形运动与切削用量362009第三十六页，共一百零一页。主运动:使切削能够发生的运动，是唯一的，消耗功率最大的。进给运动：使切削连续进行的运动其他辅助运动：保证加工余量全部切除掉的运动，可是连续的和非连续的。2.2.1。。。。切削运动372009第三十七页，共一百零一页。2.2.3成形运动与切削用量图2.15外圆车削的切削运动与工件表面

工件上的三个表面待加工表面：切削过程中，即将被切掉的表面加工表面：刀具正在切削的表面已加工表面：刀具切削后形成的表面。*有粗、精等多序加工的表面，这道工序是已加工表面，下道工序就是待加工表面。382009第三十八页，共一百零一页。2.2.2成形运动与切削用量主运动进给运动待加工表面已加工表面加工表面切削速度：主运动的最大线速度m/s进给量：有每转进给量、每齿进给、进给速度背吃刀量：待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。392009第三十九页，共一百零一页。2.2.3典型表面的加工方法---外圆200940第四十页，共一百零一页。20092.2.3典型表面的加工方法---内圆41第四十一页，共一百零一页。20092.2.3典型表面的加工方法---平面42第四十二页，共一百零一页。2.2.3典型表面的加工方法---螺纹432009第四十三页，共一百零一页。成形表面加工回转成形面直线成形面立体成形面2.2.3典型表面的加工方法---成型表面加工442009第四十四页，共一百零一页。硬件软件机械加工工艺系统工件机床刀具夹具工艺方法工艺过程数控程序2.3机床的基本概念452009第四十五页，共一百零一页。金属切削机床作用:利用切削刀具与金属工件的相对运动从工件上切除多余的金属或预留层，以获得符合规定的尺寸、形状、精度及表面质量要求的零件。

2.3.1机床的分类与型号表示法—1分类200946第四十六页，共一百零一页。HarbinInstituteofTechnology通用机床专用机床专门化机床自动生产线按通用性分按精度分普通精度机床精密机床高精度机床超精密机床按自动化程度分手动机床自动机床半自动机床2.3.1机床的分类与型号表示法—1分类按加工方式分车床、铣床、钻床、镗床、磨床、刨（插）床、拉床、齿轮加工机床、

螺纹加工机床、珩磨机床、锯床、键槽加工机床200947第四十七页，共一百零一页。2.3.1机床的分类与型号表示法—2机床型号表示方法482009第四十八页，共一百零一页。类别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电加工机床切断机床其他机床代号CZTMYSXBLDGQ表2.14机床的类别代号

表2.15机床的通用性代号通用特性高精度精密自动半自动数控自动换刀仿形万能轻型简式代号GMZBKHFWQJ2.3.1机床的分类与型号表示法—2机床型号表示方法200949第四十九页，共一百零一页。2.3.1机床的分类与型号表示法—2机床型号举例

（万能）特性代号

CW6140（车床）类别代号（卧式）组别代号（普通）型别代号（直径1/10）主参数200950第五十页，共一百零一页。

卧式

X

6

2

W

铣床类（2号工作台）主参数（万能）改进序号2.3.1机床的分类与型号表示法—2机床型号举例200951第五十一页，共一百零一页。2.3.1机床的分类与型号表示法—2机床型号举例200952第五十二页，共一百零一页。2.3.1机床的分类与型号表示法—2机床型号举例200953第五十三页，共一百零一页。2.3.2机床的基本组成200954第五十四页，共一百零一页。图2.21立式钻床

图2.22摇臂钻床

2.3.2机床的基本组成200955第五十五页，共一百零一页。图2.24卧式镗床

图2.25牛头刨床

2.3.2机床的基本组成200956第五十六页，共一百零一页。图2.30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

图2.29M2120内圆磨床1-床身；2-头架；3-砂轮修整器；4-砂轮；5-磨具架；6-工作台；7-操纵磨具架手轮；8-操纵工作台手轮2.3.2机床的基本组成200957第五十七页，共一百零一页。2009图2.23立式车床1-立刀架溜板；2-立刀架；3-横梁；4-花盘；5-横刀架；6-立柱

2.3.2机床的基本组成58第五十八页，共一百零一页。图2.26龙门刨床

图2.27M7120A平面磨床1-床身；2-垂直进给手轮；3-工作台；4-行程挡块；8-拖板；9-磨头；10-驱动工作台手轮5-立柱；6-砂轮修整器；7-横向进给手轮；

2.3.2机床的基本组成200959第五十九页，共一百零一页。

图2.28M1432A万能外圆磨床

1-床身；2-工作台；3-头架；4-砂轮；

5-内圆磨头；6-砂轮架；7-尾架

2.3.2机床的基本组成200960第六十页，共一百零一页。2.3.2机床的基本组成动力源

传动系统

支撑件

工作部件包括

控制系统

冷却系统

润滑系统

其他装置机床基本部分组成：

612009第六十一页，共一百零一页。2.3.2机床的基本组成动力源为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分传动系统支撑件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

交流电动机直流电动机液压马达主传动系统变速箱、主轴箱进给传动系统进给箱其他运动的传动系统床身底座立柱622009第六十二页，共一百零一页。2.3.2机床的基本组成工作部件

①与主运动和进给运动的有关执行部件，例如主轴及主轴箱，工作台及其溜板或滑座，刀架及其溜板，以及滑枕等安装工件或刀具的部件；②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；③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。不同种类的机床，由于其用途、表面形成运动和结构布局的不同，这些工作部件的构成和结构差异很大。632009第六十三页，共一百零一页。2.3.2机床的基本组成控制系统用于控制各工作部件的正常工作电气控制系统液压控制系统气动控制系统数控系统。642009第六十四页，共一百零一页。2.3.3机床的技术性能指标

652009第六十五页，共一百零一页。66机床是实现对工件进行机械加工的必要设备，为机械加工提供切削加工运动和动力。夹具是装夹工件的重要工艺装备，用它实施对工件的定位和夹紧，使工件在加工时相对于机床或刀具保持一个正确的位置。刀具是直接对工件进行加工的工具，将直接由它切除工件毛坯上预留的材料层。

2009第六十六页，共一百零一页。2.4.刀具的基本概念672009第六十七页，共一百零一页。2.4.1刀具切削部分组成68前刀面Aγ–

刚形成的切屑沿其流出的刀面；主后刀面Aα

--与工件加工表面相对的刀面；副后刀面Aα′-与工件已加工表面相对的刀面；屑主切削刃S–前刀面与主后刀面的交线，它承担主要的切削工作；副切削刃S′-

前刀面与副后刀面的交线；刀尖

–主、副切削刃的实际交点2009第六十八页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度刀具标注角度坐标系的假定条件

1、假定运动条件：用刀具主运动向量近似代替合成运动向量，然后再用平行或垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。

2、假定安装条件：假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。692009第六十九页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度2009

基面pr：通过切削刃某一点，垂直于主运动方向的平面。2)

切削平面ps：通过切削刃某一点，包含主运动方向并与工件加工表面相切的平面。切削平面ps与基面pr垂直。3)

正交平面P0：通过切削刃某一点，垂直于切削刃在基面上的投影的平面。垂直于切削平面ps与基面pr的平面。4)

法剖面Pn：通过切削刃某一点，垂直于切削刃的平面。5)

进给剖面Pf：通过切削刃某一点，平行于进给运动方向并垂直于基面pr的平面。6)

背平面Pp：通过切削刃某一点，同时垂直于进给剖面Pf与基面pr的平面。70第七十页，共一百零一页。图2.35正交平面参考系

图2.36法平面参考系

图2.37假定工作平面与背平面参考系

712009第七十一页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度72在正交平面Po中测量的角度：

1）前角γo--前刀面与基面之间的夹角。通过选定点的基面若位于楔形刀体的实体之外，前角为正值；反之为负值。

2）后角αo--后刀面与切削平面之间的夹角。若通过选定点的切削平面位于楔形刀体的实体之外，后角为正值；反之为负值。

3）楔角βo--前刀面与主后刀面之间的夹角。显然有：βo+γo+αo=90°。2009第七十二页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度在基面Pr中测量的角度：

4）主偏角kr--主切削刃在基面上的投影与假定进给方向之间的夹角。

5）副偏角k‘r--副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向之间的夹角。6）刀尖角εr--主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角。显然有：

kr+k'r+εr=180°。732009第七十三页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度在切削平面Ps中测量的角度：

7）刃倾角λs--主切削刃与基面之间的夹角。当刀尖是主切削刃上最低点时，刃倾角定为负值；当刀尖是主切削刃上最高点时，则刃倾角为正值，当λs=0°时，主切削刃与切削速度垂直，称之为直角切削或正切削。而λs≠0°的切削称为斜角切削或斜切削。λs的正或负会改变切屑流出的方向。742009第七十四页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度752009第七十五页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度在副正交平面中测量的角度8）副后角α'o--副后刀面与切削平面之间的夹角；

9）副前角γ'o--前刀面与基面之间的夹角。762009第七十六页，共一百零一页。2.4.2刀具几何角度772009第七十七页，共一百零一页。外圆车刀法平面参考系的标注角度

2.4.2刀具坐标系与刀具角度782009第七十八页，共一百零一页。

图2-59横车的坐标平面横车的坐标平面2.4.2刀具坐标系与刀具角度792009第七十九页，共一百零一页。2.4.2刀具坐标系与刀具角度(1)考虑进给运动的影响（横车）802009第八十页，共一百零一页。2.4.3切削层参数812009第八十一页，共一百零一页。

1.切削层厚度hD

它是垂直于切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。

822009第八十二页，共一百零一页。

2切削层宽度bD

它是沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。832009第八十三页，共一百零一页。3.切削层公称横截面积AD842009第八十四页，共一百零一页。曲线刃切削层参数852009第八十五页，共一百零一页。钻削的切削层参数

b)端铣

862009第八十六页，共一百零一页。铣削的切削层参数hD872009第八十七页，共一百零一页。2.4.4切削方式88直角切削与斜角切削自由切削与非自由切削2009第八十八页，共一百零一页。2.4.5刀具材料工欲善其事必先利其器决定切削刀具切削性能因素包括：刀具材料刀具结构（整体、焊接、装配等）刀具切削部分的几何参数（几何角度）

性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。

892009第八十九页，共一百零一页。2009刀具材料应具备的性能(1)高硬度和高耐磨性(2)足够的强度与冲击韧性(3)高耐热性(4)良好的工艺性和经济性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。高耐热性耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。

为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。90第九十页，共一百零一页。刀具材料的种类刀具材料的种类高速钢超硬材料硬质合金陶瓷金刚石立方氮化硼CBN单晶金刚石聚晶金刚石（PCD）碳素工具钢高速钢合金工具钢912009第九十一页，共一百零一页。高速钢

高速钢是一种加人了较多的钨W、铬Gr、钒V、鉬Mo等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。由于其制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在结构复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。922009第九十二页，共一百零一页。高速钢普通高速钢粉末冶金高速钢高性能高速钢W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。W12Cr4V4Mo在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的使用寿命为普通高速钢的1.5-3倍（60-180m/min）粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%．使用寿命可提高2-3倍。932009第九十三页，共一百零一页。硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物（ＷＣ、ＴiＣ）和金属粘结剂（如Ｃo）经粉末冶金方法而制成的。硬度比高速钢高很多硬质合金的抗弯强度只相当于高速钢强度的1/2~1/3硬合金的韧度比高速钢低得多硬质合金的导热性高于高速钢，热导率是高速钢的2~3倍硬质合金的耐热性比高速钢高很多，在800℃～1000℃时尚可进行切削，在高温下有良好的抗塑性变形的能力。94