《机械加工技术》-第1章

1.1机械识图的基础知识１.１.１识图基础知识在机械制造业中能准确地表达物体的形状、尺寸及其技术要求的图称为机械图样。机械图样是机械设计、制造、修配过程中的重要依据，也是进行技术交流的手段，因此被称为工程界的通用“语言”和特殊“文字”。作为机械工人，如果看不懂机械图样，就等于技术上的文盲，无法正常工作。所以机械工人必须具备准确、快速识图的能力，才能更好地进行生产、技术交流和技术革新。１.图线的种类和应用（表１－１）物体上的形状在图样上是用各种不同的图线表达的。图线的应用示例如图１－１所示。下一页返回1.1机械识图的基础知识２.投影法的基本概念在日常生活中，有这样一种自然现象：当物体在灯光或日光的照射下，就会在墙上或地面上产生一个影子。根据生产活动的需要，人们对这一自然现象进行几何抽象，总结出了影子和物体之间的关系，逐步形成了投影法。投影法分为中心投影法和平行投影法两类。３.三视图将物体放在三个互相垂直的投影面中，使物体的主要平面平行于投影面，然后分别向三个投影面作正投影，得到的三个图形称为三视图。图１－２所示为三视图的投影方向。上一页下一页返回1.1机械识图的基础知识三个视图的名称分别为：从前向后看，即得Ｖ面上的投影，称为主视图；从上向下看，即得在Ｈ面上的投影，称为俯视图；从左向右看，即得在Ｗ面上的投影，称为左视图。４.简单零件剖视、剖面的表达方法１）剖视图及剖面符号用假想剖切平面把机体剖开，将处在观察者与剖切平面之间的部分移去，将剩余部分向投影面投影，并在切口部分画上剖面符号的视图叫剖视图。通过比较视图与剖视图，可以看出，采用了剖视画法的主视图，将机件上不可见的内部结构变为可见，使原来视图中的虚线变成粗实线，并按规定在剖面区域内画出剖面符号。上一页下一页返回1.1机械识图的基础知识这样可以清楚地看到孔、槽的位置和大小，同时也可明显地看到剖切和未剖切的部分，前后层次清晰，一目了然。２）剖视图机件的形状结构是多种多样的，因此作剖视图时，应当根据机件的内部形状和特点，采取不同的剖视画法。常用的剖视画法有：全剖视图、半剖视图和局部剖视图。３）断面图假想用剖切平面将机件的某处断开，仅画出断面的图形，称为断面图。５.常用零件的规定画法在机器中被广泛应用的螺栓、键、销、滚动轴承、齿轮、弹簧等零件称为常用件。其中有些常用件的整体结构和尺寸已标准化，称为标准件。上一页下一页返回1.1机械识图的基础知识６.识读零件图和装配图１）读零件图图１－５所示为连杆零件图。读零件图的一般步骤：①看标题栏，从中可以概括地了解零件的名称、材料、用途、数量等，然后通过装配图或其他资料了解零件的作用及其与其他零件的装配关系。②看零件形体，了解零件各部分的形状，然后综合想象出整个零件的形状。③看结构尺寸，进行尺寸分析，掌握尺寸种类和加工顺序。上一页下一页返回1.1机械识图的基础知识④看技术要求，分析零件的尺寸公差、几何公差、表面粗糙度和其他技术要求，以便进一步考虑相应的加工方法。２）读装配图读装配图，最主要的是要弄清楚部件或机器的用途，以及工作原理和各个零件间的关系，并能分析和读懂其中最主要零件及其有关零件的结构形状，进而了解零件的装配（或拆卸）顺序，以便在进行装配、维修和使用时心中有数。图１－６和图１－７所示分别为浮动球阀立体图和浮动球阀装配图，请读者试分析该装配图。上一页下一页返回1.1机械识图的基础知识１.１.２极限与配合零件具有互换性，必然要求尺寸的准确性，但并不是要求零件都准确地制成一个指定的尺寸，而只是将其限制在一个合理的范围内变动，以满足不同的使用要求，由此产生了“极限与配合”制度。１.公差尺寸公差是指允许的尺寸变动量，简称公差。公差定义及其说明见表１－１０。２.配合公称尺寸相同，相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。配合有三种类型，即间隙配合、过盈配合和过渡配合。配合的图示和说明见表１－１１。上一页下一页返回1.1机械识图的基础知识３.几何公差在生产实际中，经过加工的零件，不但会产生尺寸误差，而且会产生形状和位置误差。国标中规定了１４项几何公差，见表１－１３。４.表面结构参数表面结构参数是指加工表面上具有较小的间距和峰谷所组成的微观几何形状特征。经过加工的零件表面，看起来很光滑，但将其断面置于放大镜（或显微镜）下观察时，则可见其表面具有微小的峰谷。表面粗糙度值越大，零件的表面性能越差；表面粗糙度值越小，则表面性能越好，但加工费用也必将随之增加。上一页下一页返回1.1机械识图的基础知识因此，应在保证使用功能的前提下，选用较为经济的表面粗糙度值。国家标准规定的表面结构参数符号、代号及说明见表１－１５。１.１.３机械加工定位、夹紧符号１.定位支承符号（简称符号）定位支承符号见表１－１６。２.辅助支承符号辅助支承符号见表１－１７。３.夹紧符号夹紧符号见表１－１８。４.常用装置符号常用装置符号见表１－１９。上一页返回1.2常见钢铁材料１.２.１常用钢铁材料钢铁材料是指钢和铸铁。工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是碳的质量分数小于２.１１％的铁碳合金。合金钢是为了改善和提高碳素钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳素钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的以铁为基础的多元合金。合金钢的性能比碳素钢更加优良，因此合金钢的用量逐年增大。１.钢碳素钢是以铁和碳为主要元素而组成，常含有硅、锰、硫、磷等杂质成分。由于这类钢容易冶炼、价格低廉、工艺性好，在机械制造业中得到了广泛的应用，参见表１－２０。下一页返回1.2常见钢铁材料２.铸铁常用铸铁是以铁和碳为主的合金，其碳的质量分数大于２.１１％，此外还含有硅、锰、硫等元素。因为铸铁生产方法简便，成本低廉，性能优良，所以成为人类最早使用和广泛使用的金属材料之一。根据碳在铸铁中存在形式及石墨形态的不同，将铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁等。常用铸铁的牌号、种类和用途见表１－２２。１.２.２钢铁材料的鉴别１.火花鉴别法火花鉴别法是指利用钢铁在砂轮机上磨削过程中出现的各种不同的火花形态来区别材料的方法。上一页下一页返回1.2常见钢铁材料火花由火花束、流线、节点、爆花、尾花组成。火花束指被测材料在砂轮上磨削时产生的全部火花，常由根部、中部、尾部组成；流线指线条状的火花。每条流线都由节点、爆花和尾花组成；节点就是流线上火花爆裂的原点，呈明亮点；爆花是节点处爆裂的火花，由许多小流线（芒线）及点状火花（花粉）组成；尾花指流线尾部的花，根据钢的化学成分的不同，尾花的形状也不同，常为狐尾尾花、枪尖尾花、菊花状尾花、羽状尾花等。钢铁的火花形态与化学成分有关，常用钢材和铸铁的火花形态如图１－８所示。碳钢中随着含碳量的提高，火花的流线（线条状光亮火花）逐渐增多，长度变短，粗度变细，而火花爆裂的花数和花粉逐渐增多［图１－８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）］；上一页下一页返回1.2常见钢铁材料灰铸铁虽然含碳量?，但碳主要以石墨形式存在，且铸铁中的硅抑制火花爆裂，故火花中的爆花数目很少，且流线短而粗，流线量不多［图１－８（ｄ）］。高速钢中因有大量的钨，整个火花呈暗红色，无火花爆裂，流线首端为断续流线，尾端流线略有膨胀呈狐尾花［图１－８（ｅ）］。火花鉴别法简便实用，常用来区别成分不同的材料。２.色标鉴别在生产中，为了表明金属材料的牌号、规格等，需要在材料上做一定的标记，常用的标记方法有涂色、打印、挂牌等。金属材料的涂色标志是表示钢种、钢号的颜色，涂在材料一端的端面或外侧。成捆交货的钢应涂在同一端的端面上，盘条则涂在卷的外侧。具体的涂色方法在有关标准中做了详细的规定，生产中可以根据材料的色标对钢铁材料进行鉴别。上一页下一页返回1.2常见钢铁材料３.断口鉴别材料或零部件因受某些物理、化学或机械因素的影响而导致破断所形成的自然表面称为断口。生产现场常根据断口的自然形态来断定材料的韧脆性，也可据此判定相同热处理状态的材料含碳量的高低。若断口呈纤维状、无金属光泽、颜色发暗、无结晶颗粒且边缘有明显的塑性变形特征，则表明钢材具有良好的塑性和韧性，含碳量较低；若材料断口齐平、呈银灰色、具有明显的金属光泽和结晶颗粒，则表明材料金属脆性断裂；而过共析钢或合金钢经淬火及低温回火后，断口常呈亮灰色，具有绸缎光泽，类似于细瓷器断口特征。上一页下一页返回1.2常见钢铁材料４.音响鉴别生产现场有时也采用敲击辨音来区分材料。例如，当原材料钢中混入铸铁材料时，由于铸铁的减振性较好，敲击时声音较低沉；而钢材敲击时则可发出较清脆的声音。我们可根据钢铁敲击时声音的不同，对其进行初步鉴别，但有时准确度不高。当钢铁之间发生混淆时，因其声音比较接近，常采用其他鉴别方法进行判别。若要准确地鉴别材料，在上述几种生产现场鉴别的基础上，还可采用化学分析、金相检验、硬度试验等实验室分析手段对材料进行进一步的鉴别。上一页返回1.3常用工具和量具１.３.１常用工具介绍在车工操作中找正工件、调整间隙以及对工件、夹具进行拆卸和装夹等，需使用下列工具配合工作。１.锤子锤子主要用于找正工件时敲击用，如图１－９所示。２.划线盘（图１－１０）划线盘主要用于找正工件或划线，划针的位置可以按工作需要进行调整，如图１－１０所示。下一页返回1.3常用工具和量具３.扳手扳手主要用来扳紧或松开螺钉和螺母。常用的扳手有活扳手和呆扳手，如图１－１１所示。４.螺钉旋具螺钉旋具主要用来旋紧或松开螺钉，其规格以刀体部分长度表示，常用的有１５０ｍｍ（６ｉｎ）、２００ｍｍ（８ｉｎ）和４００ｍｍ（１６ｉｎ）等。螺钉旋具有一字槽螺钉旋具和十字槽螺钉旋具两种，如图１－１２所示，根据螺钉沟槽形状不同区别选用。上一页下一页返回1.3常用工具和量具５.内六角扳手内六角扳手用来扳紧或松开内六角螺钉，常用规格是６ｍｍ、８ｍｍ和１０ｍｍ（六角的对边尺寸），如图１－１３所示。１.３.２常用量具介绍１.游标卡尺（１）游标卡尺的规格及示值误差１）游标卡尺见表１－２３。２）深度游标卡尺见表１－２４。３）高度游标卡尺见表１－２５。４）齿厚游标卡尺见表１－２６。上一页下一页返回1.3常用工具和量具（２）游标卡尺的使用方法１）检查零位两测量面擦清后推合，检查尺身和游标的零位线是否上下对齐。如果有偏差，则说明游标卡尺的测量面磨损。使用这种游标卡尺去测量工件误差较大，应修复后再使用。２）测量方法测量外径、孔径、长度的操作方法，如图１－１４所示。图１－１４所示双面游标卡尺测量孔径，其读数值应加上两量爪的厚度。２.千分尺千分尺是一种精度较高的外径测具，它的测量精度有０.００２ｍｍ和０.００１ｍｍ两种。上一页下一页返回1.3常用工具和量具结构形式分别如图１－１５和图１－１６所示。它的测量指示部位由两个部分组成：测量杆的百分值部分和杠杆表针的千分值部分。它的测量范围为０～２５ｍｍ，２５～５０ｍｍ。３.量块量块也叫块规，有方块形、圆柱形和角度量块三种。其中方块形量块用得最广，它有两个高度光滑平行的测量面。两个测量面间的距离尺寸，称为量块尺寸。圆柱形量块尺寸就是其直径的尺寸。角度量块的两个测量面间的夹角就是角度量块的工作角。量块都是用线胀系数小、耐磨的合金制造的，具有很高的精密度。上一页下一页返回1.3常用工具和量具方形量块根据其制造精度分为０、１、２、３、４五级，根据使用需要又分为１、２、３、４、５、６六组。量块以不同的块数分盒成套，常用的是８７块和４２块为一套。量块的用途主要是复制和保存长度单位，检验和校准量具及量仪。使用量块测量零件时，多采用比较测量法。将不同尺寸的量块拼粘在一起，得到需要的尺寸作为被测零件的比较标准，对零件进行测量。拼合量块时，为了减少组合积累误差，应尽量用最少的块数来组合，一般不得超过４～５块，如果量块组块数较多，应当去掉一位数字。组合量块时，在实际工作中是从最大数开始选取。上一页下一页返回1.3常用工具和量具例如量块的尺寸为６５.４５６ｍｍ，因为实际工作中的量块，每块都有误差，只有把误差加到最后一块，才能组合到接近理想的尺寸。４.量规和样板１）塞尺见表１－２７。２）半径样板见表１－２８。３）中心规见表１－２９。４）螺纹样板见表１－３０。５.机械式测微仪表及示值误差１）百分表见表１－３１。２）大量程百分表见表１－３２。上一页下一页返回1.3常用工具和量具３）千分表见表１－３３。４）杠杆百分表见表１－３４。５）杠杆千分表见表１－３５。６）内径百分表见表１－３６。上一页返回1.4切削加工知识１.４.１切削运动切削运动是靠刀具和工件之间的相对运动来实现的。各种机床为实现加工所必需的加工刀具与工件间的相对运动称为切削运动。根据在切削过程中所起的作用不同，切削运动分为主运动和进给运动。１.４.２切削三要素１.切削加工的三个表面在切削过程中，切削运动会使工件产生三个不断变化的表面，如图１－１８所示。①待加工表面工件上有待于切除的表面。下一页返回1.4切削加工知识②已加工表面工件上经过刀具切削后产生的新表面。③过渡表面工件上由主切削刃形成的那部分表面，也称为切削表面。过渡表面是待加工表面与已加工表面的过渡面。２.切削用量三要素切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量（也称切削深度）。它表示切削时各运动参数的数量，是切削加工前调整机床运动的依据。１.４.３刀具在切削过程中，刀具的性能直接影响着工件的加工质量、生产成本和生产率的高低。刀具性能的好坏主要取决于刀具材料切削性能的优劣和刀具切削部分的结构和几何参数等因素。上一页下一页返回1.4切削加工知识这里仅介绍刀具材料方面的知识，刀具的其他知识将在后面内容中介绍。刀具在切削过程中与工件直接接触，要承受极大的切削力，尤其是切削刃及前后刀面，长期工作在切削高温环境中，因此刀具切削部分的材料要大于工件的硬度，一般应在６０ＨＲＣ以上；为了能承受切削力和振动，要有一定的强度和韧性；为了能在高温下仍具备良好的强度、韧性和耐磨性，必须有一定的热硬性。如：切削钢材时，切屑对前刀面的挤压应力高达２～３ＧＰａ，接触区的温度常保持在８００～９００°Ｃ，中心区甚至超过１０００°Ｃ。上一页下一页返回1.4切削加工知识１.４.４零件切削加工步骤安排零件切削加工的步骤安排是否合理，对零件加工质量、生产率及加工成本都有很大的影响。同时工艺规程的编制过程也是一个综合解决各种技术问题的过程，许多技术问题往往需要平行地加以考虑。１.零件切削步骤安排的依据零件的切削步骤安排是从研究零件图及其技术条件开始的。首先应确定其主要加工内容，并划分工序，进而选择适当的设备，并根据零件图和规定的生产数量选取合适的毛坯。上一页下一页返回1.4切削加工知识２.零件切削的步骤零件的生产工艺规程是实际生产操作的依据，但是，因零件的材料、批量、形状、尺寸大小、加工精度及表面质量等要求不同，切削加工步骤的安排也不尽相同。上一页返回1.5机械设备安全知识机械设备是现代生活中各行各业不可缺少的生产设备，不仅工业生产要用到各种机械，其他行业也在不同程度上用到各种机械，车工设备只是机械设备的一部分。在人类使用机械的过程中，由于设备的自身原因，如设计、制造、安装、维护存在缺陷，或者使用者的原因，如对设备性能不熟悉、操作不当、安全操作意识不足，或者作业场所的原因，如光线不足、场地狭窄等，使人处于被机械伤害的潜在危险之中。为防止和减少机械伤害的发生，需要从机械是如何对人造成伤害（伤害形式）、伤害常发生在机械的哪些部位（危险源）和导致伤害的原因等几个方面入手进行了解，从而采取适当的安全对策。下一页返回1.5机械设备安全知识１.机械危害人们在使用机械的过程中，由于机械设计、制造的缺陷，或机械的状态不佳，或人们对机械性能了解不足、操作不当，或安全防护措施不当、作业场所条件恶劣等原因，潜藏着被机械伤害的危险。概括地讲，作业场所和机械的不安全状态、人的不安全行为，都会使人处于被伤害的危险之中。为了防止和减少事故的发生，需要了解哪些机械是危险性较大的，机械的危险部位在哪里，不同运动状态的零部件有哪些危险等。这样，我们就可以有针对性地、有重点地采取安全防护措施，保障操作者的安全。上一页下一页返回1.5机械设备安全知识２.机械伤害的形式（１）咬入和挤压这种伤害是在两个零部件之间产生的，其中一个或两个零部件是运动的，人体被卷进两个部件的接触处。咬入最典型的挤压点是啮合的齿轮、传动带与带轮、链与链轮、两个相反方向转动的轧辊的接触点等，一般是两个运动部件直接接触，将人的四肢卷进运转中的咬入点。挤压最典型的伤害是压力机滑块（冲头）下落时，把正在安放工件或调整模具的手压伤。挤压不一定是两个部件的完全接触，只要距离很近，四肢就可能受挤压。除直线运动部件外，人手还可能在螺旋输送机、塑料注射成形机中受到挤压。上一页下一页返回1.5机械设备安全知识（２）碰撞和撞击这种伤害有两种主要形式：一种是往复运动部件撞人，例如人受到运动中的刨床滑枕碰撞（碰撞包括运动物体撞人和人撞向固定物体）；另一种是飞来物及落下物的撞击造成的伤害。飞来物主要指高速旋转的零部件、工具、工件、联结件（含紧固件）等因固定不牢或松脱时以高速甩出的物体。高速飞出的切屑也能使人受到伤害。运动物体的质量越大，运动速度越高，碰撞或撞击的伤害程度越大。（３）夹断当人体伸入两个接触部件的中间时，人的肢体可能被夹断。夹断与挤压不同，夹断是发生在两个部件之间的直接接触，挤压不一定完全接触。上一页下一页返回1.5机械设备安全知识两个部件不一定是刀刃，只要其中一个或两个部件是运动部件，都能造成夹断伤害。（４）剪切两个具有锐利边刃的部件，在一个或两个部件进行运动时，能产生剪切作用。当两者靠近人的肢体时，刀刃能将肢体切断。（５）割伤和擦伤这种伤害可能发生在运动机械和静止设备上。当静止设备上有尖角和锐边，而人体与该设备做相对运动时，能被尖角和锐边割伤。当然，有尖角、锐边的部件转动时，对人造成的伤害更大，如人体接触旋转的刀具、锯片，都会造成严重的割伤。高速旋转的粗糙面（如砂轮）能使人擦伤。上一页下一页返回1.5机械设备安全知识（６）卡住或缠住具有卡住作用的部位是指静止设备的表面或运动部件上的尖角或凸出物。这些凸出物能卡住、缠住人的宽松衣服甚至皮肤。当卡住后，能引发另一种危险，特别是运动部件上的凸出物、传动带接头、车床的转轴、加工件都能将人的手套、衣袖、头发等缠住而使人受到严重伤害。一种机械可能同时存在几种危险，即同时造成几种伤害。因此，都应该加以防护。３.机械事故的原因凡是由机械造成的事故都叫机械事故，机械事故有以下特征。上一页下一页返回1.5机械设备安全知识①人与机械接触并有相对运动。②人与机械接触时有力的作用并且作用于人的力超过人所能承受的限度。了解机械事故的原因是为了寻求防止事故的对策。机械是由人设计、制造、安装的，在使用过程中也必须由人操作、维护和管理。因此，造成机械事故最根本的原因可追溯到人。具体来说，机械事故的原因可分为直接原因和间接原因。４.机械设备运动部分的防护因操作者不慎接触机械设备运动部分而导致伤残的例子不少，有些事故还相当严重，必须予以重视。上一页下一页返回1.5机械设备安全知识一般机械设备运动部分的类型有：旋转的轴及轴上的零件、飞轮、车床卡盘；啮合中的圆柱齿轮、伞齿轮、蜗杆蜗轮；运行中的传动带和带轮；运行中的传动链和链轮；工作中的丝杠螺母机构；转动的刀具，如钻头、铣刀、圆盘锯等；工作中的搅拌机、滚筒筛；往复运动着的机件，如锯床的锯片、冲床的冲头、牛头刨床的滑枕与刨刀、龙门刨床与龙门铣床的工作台、织布机的梭子。上一页返回1.6实训场地9S管理“９Ｓ管理”来源于企业，是现代企业行之有效的现场管理理念和方法。通过规范现场、现物，营造一目了然的工作环境，培养师生良好的工作习惯，最终目的是提升人的品质，养成良好的工作习惯。１.何谓９Ｓ９Ｓ就是整理（Ｓｅｉｒｉ）、整顿（Ｓｅｉｔｏｎ）、清扫（Ｓｅｉｓｏ）、清洁（Ｓｅｉｋｅｔｓｕ）、素养（Ｓｈｉｔｓｕｋｅ）、安全（Ｓａｆｅｔｙ）、节约（Ｓａｖｉｎｇ）、学习（Ｓｔｕｄｙｉｎｇ）、服务（Ｓｅｒｖｉｃｅ）九个项目，因其英语均以“Ｓ”开头，简称９Ｓ。其作用是：提高效率，保证质量，使工作环境整洁有序，预防为主，保证安全。下一页返回1.6实训场地9S管理２.９Ｓ管理的目的通过规范现场、现物，营造一目了然的工作环境，培养师生良好的工作习惯，其最终目的是提升人的品质，养成良好的工作习惯。９Ｓ管理是校企合一的体现，在企业在现场管理的基础上，通过创建学习型组织不断提升企业文化的素养，消除安全隐患、节约成本和时间。实行９Ｓ管理的目的：①全面现场改善，创造明朗、有序的实训环境，建设具有示范效应的实训场所。②全校上下初步形成改善与创新文化氛围。③激发全体员工的向心力和归属感；改善员工精神面貌，使组织活力化。上一页下一页返回1.6实训场地9S管理人人都变成有修养的员工，有尊严和成就感，对自己的工作尽心尽力，并带动改善意识，增加组织的活力。④优化管理，减少浪费，降低成本，提高工作效率，塑造学校一流形象。⑤形成校企合一的管理制度；建立持续改善的文化氛围。