《机械制造工艺学（第三版）》课件 第一章　机械制造基础知识

§1-3零件毛坯的选择31§1-1金属切削机床的型号

2§1-2常见金属切削机床及刀具§1-4零件的热处理方法4§1-1金属切削机床的型号一、金属切削机床的分类1.按加工性质和所用刀具不同，机床分为车床、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、锯床和其他机床共11大类。2.按加工精度不同，机床分为普通机床、精密机床和高精度机床。3.按使用范围不同，机床分为通用机床、专门化机床和专用机床。4.按自动化程度不同，机床分为一般机床、半自动机床和自动机床。5.按机床的自重不同，机床分为仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床等。二、金属切削机床型号的编制我国目前使用的机床型号按《金属切削机床型号编制方法》（GB/T15375—2008）编制，由大写的汉语拼音字母及阿拉伯数字按一定规律组合而成，适用于新设计的各类通用及专用金属切削机床及自动线（不包括组合机床、特种加工机床）。机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”，前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业决定。机床的类代号用大写的汉语拼音字母表示，如车床用“C”表示，钻床用“Z”表示。必要时，每类可分为若干分类。分类代号在类代号之前，作为型号的首位，用阿拉伯数字表示。第一分类代号的“1”省略，第二、三分类代号的“2”“3”则应予以表示。1.金属切削机床的分类及代号通用特性代号和结构特性代号用大写的汉语拼音字母表示，位于类代号之后。（1）通用特性代号：通用特性代号有统一的规定含义，它在各类机床的型号中表示的意义相同。通用特性代号按其相应的汉字字意读音。例如，“CK”表示数控车床。机床的通用特性代号见表1-2。2.通用特性代号、结构特性代号（2）结构特性代号：1）结构特性代号用汉语拼音字母（通用特性代号已用的字母和I、O两字母不用）A、B、C、D、E、L、N、P、T、Y表示。2）当单个字母不够用时，可将两个字母组合起来使用，如AD、AE或DA、EA等（1）机床的组、系划分原则

：将每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系（系列）。组、系的划分原则如下。1）在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床为同一组。2）在同一组机床中，主参数相

同、主要结构及布局形式相同的机床为同一系。3.机床的组、系划分原则及代号（2）机床的组、系代号：机床的组用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号、结构特性代号之后；机床的系用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。主参数代号用机床最大的加工尺寸或与此有关的机床部件的折算值表示，位于系代号之后。当折算值大于1时，则取整数，前面不加“0”；当折算值小于1时，则取小数点后第一位数，并在前面加“0”。4.主参数的表示方法某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号从1开始，当设计顺序号小于10时，由01开始编号。5.通用机床的设计顺序号（1）主轴数的表示方法：对于多轴车床、多轴钻床、排式钻床等机床，其主轴数应以实际数值列入型号，置于主参数之后，用“×”分开，读作“乘”；单轴时可省略，不予表示。6.主轴数和第二主参数的表示方法（2）第二主参数的表示方法：第二主参数（多轴机床的主轴数除外）一般不予表示，如有特殊情况，需在型号中表示。当对机床的结构、性能有更高的要求，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，要按改进的先后顺序选用A、B、C等汉语拼音字母（但I、O两个字母不得选用）表示，并加在型号基本部分的尾部，以区别原机床型号。7.机床的重大改进顺序号其他特性代号置于辅助部分之首。其中，同一型号机床的变型代号一般应放在其他特性代号之首位。8.其他特性代号及其表示方法（1）其他特性代号的含义：其他特性代号主要用以反映各类机床的特性。（2）其他特性代号的表示方法：其他特性代号可用汉语拼音字母（I、O两个字母除外）表示，其中L表示联动轴数，F表示复合。当单个字母不够用时，可将两个字母组合起来使用，如AB、AC、AD等或BA、CA、DA等。其他特性代号也可以用阿拉伯数字表示，还可以用阿拉伯数字和汉语拼音字母组合表示。1.MG1432A：“MG1432A”表示高精度万能外圆磨床，最大磨削直径为320mm，经过第一次重大改进，无企业代号。2.Z3040×16：“Z3040×16”表示摇臂钻床，最大钻孔直径为40mm，最大跨距为1600mm。三、金属切削机床型号示例3.THM6350：“THM6350”表示精密镗卧式加工中心，工作台最大宽度为500mm。4.MKG1340：“MKG1340”表示高精度数控外圆磨床，最大磨削直径为400mm。§1-2常见金属切削机床及刀具一、车床与车刀（1）主轴箱：主轴箱固定在床身的左端，箱内装有主轴部件和主运动变速机构。通过改变操纵箱外变速手柄的位置，可以使主轴有不同的转速。主轴右端有外螺纹，用以安装卡盘等附件，其内表面为莫氏锥孔，用以安装顶尖。（2）交换齿轮箱：交换齿轮箱也称挂轮箱，它将主轴的回转运动传递给进给箱。更换箱内的齿轮，配合进给箱变速机构，可以车削各种导程的螺纹，并满足车削时对纵向和横向不同进给量的需求。1.CA6140型卧式车床的主要组成部件及功用（3）进给箱：进给箱安装在床身的左前侧，是改变进给量、传递进给运动的变速机构。它把交换齿轮箱传递过来的运动，经过变速后传递给丝杠或光杠。（4）溜板箱：溜板箱装在床鞍的下面，是纵向、横向进给运动的分配机构。（5）刀架部分：刀架部分由床鞍、中滑板、小滑板和刀架等组成。刀架用于装夹车刀并带动车刀做纵向、横向、斜向和曲线运动，从而使车刀完成工件各种表面的车削。（6）尾座：尾座安装在床身导轨右端，可沿导轨纵向移动。尾座可安装顶尖，以支承较长工件；也可安装钻头或铰刀进行孔加工。（7）床身：床身是车床的基础部件，主要用于支承和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。（8）照明、切削液供给装置：照明灯使用安全电压，为操作者提供充足的光线，保证明亮清晰的操作环境。切削液被切削液泵加压后，通过切削液管喷射到切削区域。（1）主运动：CA6140型卧式车床的主运动就是工件的旋转运动。2.车削运动（2）进给运动：CA6140型卧式车床的进给运动就是刀具的移动。3.车床的功用3.车床的功用3.车床的功用4.车刀4.车刀4.车刀二、铣床与铣刀1.铣床2.铣床的功用2.铣床的功用3.铣刀3.铣刀3.铣刀3.铣刀三、刨床和刨刀

1.牛头刨床2.龙门刨床3.刨床的功用4.刨刀1.插床四、插床与插刀2.插床的运动3.插床的功用4.插刀五、磨床与砂轮1.外圆磨床（1）外圆磨床的结构：图1-14所示为万能外圆磨床，它主要由床身、头架、砂轮架、工作台、尾座、内圆磨头等部件组成。1）床身。床身用以支承磨床其他部件。床身上面有纵向导轨和横向导轨，分别为磨床工作台和砂轮架的移动导轨。2）头架。头架主轴可与卡盘连接或安装顶尖，用以装夹工件。头架主轴由头架上的电动机经带传动、头架内的变速机构带动旋转，实现工件的圆周进给。3）砂轮架。砂轮装在砂轮架主轴的前端，由单独的电动机驱动做高速旋转运动。砂轮架可以通过液压系统或横向进给手轮带动砂轮实现机动或手动横向进给。4）工作台。工作台由上、下两层组成，上层可绕下层中心线在水平面内顺（逆）时针旋转3°（共6°），以便磨削小锥角的长圆锥工件。5）尾座。尾座套筒内安装尾顶尖，用以支承工件的另一端。6）内圆磨头。内圆磨头上装有内圆磨具，用来磨削内圆。它由专门的电动机经平带带动其主轴高速旋转，实现内圆磨削的主运动。（2）主运动和进给运动1）主运动。磨削外圆时，主运动为砂轮的旋转运动；磨削内圆时，主运动为内圆磨头上内圆磨具（砂轮）的旋转运动。2）进给运动。进给运动包括工件的圆周进给运动、工作台的纵向进给运动和砂轮架的横向进给运动。常用的平面磨床按其砂轮轴线位置和工作台的结构特点不同，可分为卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等几种类型，如图1-15所示。2.平面磨床（1）平面磨床组成1）工作台。矩形工作台安装在床身的水平纵向导轨上，由液压传动系统实现纵向直线往复移动，利用撞块自动控制换向。工作台上装有电磁吸盘，用于固定、装夹工件或夹具。2）磨头。装有砂轮主轴的磨头可沿床鞍上的水平燕尾导轨移动，磨削时的横向步进进给和调整时的横向连续移动由液压传动系统实现，也可用横向手轮手动操纵。（2）主运动与进给运动1）主运动。磨头主轴上砂轮的旋转运动是主运动。2）进给运动。进给运动包括工作台的纵向进给运动、砂轮的横向和垂直进给运动。①工作台的纵向进给运动。工作台的纵向进给运动由液压传动系统实现，移动速度范围为1～18m/min。②砂轮的横向进给运动。砂轮的横向进给运动在工作台每一个往复行程终了时，由磨头沿床鞍的水平导轨横向步进实现。③砂轮的垂直进给运动。手动使床鞍沿立柱垂直导轨上下移动，用以调整磨头的高低位置和控制背吃刀量。3.磨床的功用3.磨床的功用4.砂轮六、钻床与钻削刀具1.钻床2.钻床的功用3.钻削常用刀具卧式铣镗床（图1-23）为通用机床，可进行钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、锪平面及铣削等工作，同时机床带有固定的平旋盘，平旋盘中的滑块可做径向进给，因此，能镗削较大尺寸的孔以及车外圆、车平面、切槽等。七、镗床与镗刀1.卧式铣镗床镗削时，工件被装夹在工作台上，并由工作台带动做进给运动；镗刀用镗刀杆或刀盘装夹，由主轴带动旋转做主运动。主轴在旋转的同时，可根据需要做轴向移动，以取代工作台做进给运动。2.卧式镗床的运动3.镗床的功用4.镗刀八、拉床与拉刀1.拉床的结构2.拉床的运动拉床的运动只有拉刀的直线运动（主运动），径向进给由刀齿的齿升量保证。3.拉床的功用4.拉刀九、滚齿机与滚刀1.滚齿机的结构2.滚齿机的运动滚齿机的运动有主运动（滚刀的旋转运动）、分齿运动（工作台的旋转运动）、滚刀垂直进给运动和滚刀径向进给运动。3.滚齿机的功用滚齿机主要用于切削加工直齿、斜齿圆柱齿轮等外啮合单联齿轮，还可用于切削加工蜗轮、链轮等。4.滚齿常用刀具十、插齿机与插齿刀1.插齿机的结构2.插齿机的运动插齿运动如图1-32所示，包括主运动（插齿刀的上下往复直线运动）、分齿运动（插齿刀与工件分别绕自身轴线旋转的啮合运动）、圆周进给运动、径向进给运动和让刀运动。3.插齿机的功用插齿机主要用于插削加工内外啮合的直齿圆柱齿轮、多联齿轮、扇形齿轮和齿条。4.插齿常用刀具§1-3零件毛坯的选择通过铸造的方法所得到的金属工件或毛坯称为铸件。铸造是指将熔融金属浇注、压射或吸入铸型腔中，待其凝固后得到一定形状和性能铸件的方法。一、铸件1.基本概念2.铸件的生产过程及应用（1）砂型铸造1）基本概念。砂型铸造是指用型砂紧实成形，将熔融金属浇入砂型内获得铸件的铸造方法。2）砂型铸造工艺过程。图1-34所示为齿轮毛坯的砂型铸造工艺过程。3）砂型铸造的应用。砂型铸造适用于铁合金材料及对尺寸精度和表面质量要求不高的铸件的生产。（2）金属型铸造1）基本概念。通过重力作用进行浇注，将熔融金属浇入金属铸型内获得铸件的方法称为金属型铸造。2）金属型铸造工艺过程。3）金属型铸造的应用。金属型铸造主要适用于形状不太复杂、壁厚不是很薄的小型有色金属铸件的大批大量生产。（3）压力铸造1）基本概念。使熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法称为压力铸造，简称压铸。2）压力铸造工艺过程。3）压力铸造的应用。压力铸造是实现少切削或无切削的有效途径之一，目前已广泛应用于铁合金和有色金属的铸件生产。（4）离心铸造1）基本概念。将熔融金属浇入旋转的铸型中，在离心力作用下，金属液布满型腔并随铸型一起转动，在转动中凝固形成铸件的铸造方法称为离心铸造。2）离心铸造工艺过程。3）离心铸造的应用。离心铸造适用于钢、铸铁、有色金属或双金属管状铸件的生产。（5）熔模铸造1）基本概念。用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成形壳，熔出模样后经高温焙烧，然后进行浇注的铸造方法称为熔模铸造，熔模铸造又称失蜡铸造。2）熔模铸造工艺过程。3）熔模铸造的应用。由于型壳的耐火性好，熔模铸造主要用于成批、形状复杂、高熔点以及难加工的小型精密合金铸件的生产。（6）陶瓷型铸造1）基本概念。用陶瓷浆料制成铸型生产铸件的铸造方法称为陶瓷型铸造。2）陶瓷型铸造工艺过程。陶瓷型铸造是在熔模铸造的基础上发展起来的一种新的铸造工艺。其工艺过程与熔模铸造相似。3）陶瓷型铸造的特点。采用陶瓷型铸造方法生产的铸件，具有较高的尺寸精度和表面质量，尺寸精度可达IT3级，表面粗糙度值可达Ra1.6μm，能达到少切削或无切削加工的目的。4）陶瓷型铸造的应用。陶瓷型铸造主要用于铸造大型厚壁精密铸件或铸造单件、小批量的冲模、锻模、塑料模、金属模、压铸模、玻璃模等各种模具。锻件是指金属材料经过锻造变形而得到的工件或毛坯。锻造是指在压力设备及工（模）具的作用下，使金属坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。二、锻件1.基本概念2.锻件的生产过程及应用（1）自由锻1）基本概念。只用简单的通用工具，或在锻造设备的上下砧间直接使坯料变形，从而获得所需几何形状及内部质量的锻件的锻造方法称为自由锻2）自由锻的工艺过程。首先将坯料放入加热炉加热至始锻温度，取出放到锻造设备的上下砧间进行锻压，或使用铁砧、铁锤等简单的通用工具直接打击坯料，经过镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断等工艺，使之产生变形；当坯料温度降至终锻温度时，重新放入加热炉加热，重复以上工艺，直到最后获得所需要的锻件。3）自由锻的应用。主要用于单件、小批量生产和大型及特大型的锻件的制造。（2）胎模锻1）基本概念。胎模锻是自由锻与模锻相结合的加工方法，即在自由锻设备上使用可移动的模具生产锻件。2）胎模锻工艺过程。以图1-40所示锤头胎模结构为例。使用胎模锻生产锻件时，下模置于空气锤的下砧上，但不固定。坯料放在胎模内，合上上模，用锤头锻打上模，待上下模合拢后，便形成锻件。（3）模锻1）基本概念。模锻是指在专用的模锻设备上进行的锻造。常用的模锻设备有模锻空气锤、螺旋压力机、平锻机、模锻水压机等。锻模紧固在锤头（或滑块）与砧座（或工作台）上。锤头沿导向性良好的导轨运动，砧座通常与模锻设备的机架连接成整体。2）模锻的工艺过程。图1-41所示为连杆弯形的多模膛锻模及其模锻过程。图1-41中的滚挤、弯形、拔长等模膛都属于制坯模膛。3）模锻的应用。模锻主要用于毛坯精度要求较高、大批量小型锻件的生产。三、焊件由焊接方法连接的组件称为焊件。焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件连接在一起的方法。焊件经过焊接后形成的接合部分称为焊缝，被焊的焊件称为母材，两个焊件的连接处称为焊接接头。焊接最本质的特点是通过焊接使焊件达到结合，从而将原来分开的物体变成永久性连接的整体。焊件从某种意义上讲是一个合件，由多个零件组成，这些零件直接采用型材下料，必要时对每个零件进行坡口加工，定位后进行焊接而成。1.基本概念2.焊件的生产过程及应用四、型材

这类零件一般以零件最大外径为参考尺寸，加上毛坯的加工余量，比照型材规格选择最接近的型材即可。套类零件则需考虑双向加工余量，单向余量确定方法同上。1.光轴零件或直径尺寸相差不大的轴类零件2.套类零件五、零件毛坯的选择

脆性材料不宜选择锻件毛坯，如材料为铸铁和青铜的零件应选择铸件毛坯。零件形状不复杂、力学性能要求不太高的钢质零件，可选择型材毛坯；力学性能要求较高的重要钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻件毛坯。1.零件材料的工艺性能2.零件材料的力学性能3.零件的结构形状与外形尺寸形状复杂的零件，一般用铸件毛坯。一般用途的台阶轴，如果各台阶直径相差不大，可用圆棒型材毛坯；如果各台阶直径相差较大，为节省材料和减小切削工作量，宜选择锻件毛坯。大型板状零件可以选择焊件毛坯。§1-4零件的热处理方法将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。一、常用的热处理方法1.退火退火的目的一是降低金属材料的硬度，提高塑性，改善材料的切削性能；二是细化晶粒，均匀金属材料的组织及成分，改善金属材料的性能，为以后的热处理做准备；三是消除毛坯的内应力，以防止零件变形和开裂。常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火。（1）完全退火：将钢加热到完全奥氏体化，保温后随炉缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的工艺称为完全退火。完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑性，为切削加工和最终热处理做准备。（2）球化退火：为使钢中碳化物呈球状化而进行的退火称为球化退火。球化退火适用于共析钢及过共析钢，目的是球化渗碳体，降低硬度，改善切削加工性能并为淬火做准备。（3）去应力退火：为去除由于塑性变形、焊接等原因造成的内应力以及铸件内部存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。其目的是消除内应力，稳定工件尺寸并防止其变形与开裂。2.正火将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的目的是提高金属材料的硬度，降低塑性，改善金属材料的切削性能；其余目的与退火相同。各种退火、正火的热处理工艺曲线如图1-44所示。3.淬火与表面淬火（1）淬火:将钢件加热到某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是把奥氏体化的钢件淬成马氏体或贝氏体组织，然后和不同回火温度相配合，获得所需的力学性能。淬火工艺通常用淬透性和淬硬性两个指标来衡量。淬透性是指在规定条件下，钢材淬硬深度和硬度分布的特性。淬硬性是指钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。（2）表面淬火：仅对零件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。这种热处理方法是将零件表层迅速加热到淬火起始温度（此时零件心部仍接近室温状态），随即快速冷却，从而达到表面淬火的目的。钢件淬火后，再加热到某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。（1）淬火钢回火的目的1）减少或消除零件淬火时产生的内应力，防止零件在使用过程中的变形和开裂。4.回火2）通过回火提高钢的韧