机械制造技术基础第一章

1、同学们大家好！,机械制造技术基础,机械设计制造及其自动化专业选修课程,掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法。 对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握。 了解机械制造领域的最新成就和发展趋势。,机械加工方法 金属切削原理与刀具 金属切削机床 机床夹具原理与设计 机械制造质量分析与控制 工艺规程设计 先进制造技术,课程简介,技术基础课 基础课向专业课过渡 工科的公共课 技术性强 实践性强 应用性强,综合性 金属切削原理与刀具 金属切削机床概论 金属工艺学 机床夹具设计 机械制造工艺学,课程的性质,课堂讲授讲授重点、难点,期末考试80 平时20(出勤、作业）,综合性注意联系和综合应用以往

2、所学知识 实践性注意理论联系生产实际，重视实践性环节 灵活性掌握基本原理，活学活用,1陈日曜主编，金属切削原理与刀具,机械工业出版社。 2戴曙主编，金属切削机床,机械工业出版社。 3曾志新等，机械制造技术基础 ，武汉理工大学出版社。 4王先逵主编，机械制造工艺学，机械工业出版社。 5邓文英主编，金属工艺学，高等教育出版社。,卢秉恒主编，机械制造技术基础，机械工业出版社。,绪论,广义理解：制造 = 生产,2.制造的概念,“小制造” 狭义:将原材料转变为产品的全过程。 包括生产准备、毛坯制作、零件加工、检验、装配、 包装运输等。,“大制造” 广义,是将社会资源（物料、能源、设备、信息、人力 等）转

3、化为产品的全过程，是一个综合的系统。,美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。,对原材料进行加工或再加工，及装配的工业的总称.,制造系统 是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。,4.制造技术,制造技术是使原材料变成产品的技术的总称。 是国民经济得以发展，也是制造业本身赖以生存的关键基础技术。,与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。,二、 制造业的发展及其在国民经济中的地

4、位,人类从原始社会使用石器到现在应用现代化的机器装备和先进的工艺技术，逐步加强了控制自然、开发和利用自然的能力。制造业为人类创造着辉煌的物质文明。,1. 制造业的发展,1)设备：向数控技术，精密，超精密，高速，超高 速方向发展； 普通设备加工精度 10 mm 精密加工 1mm 超精密加工 0.1mm 2)刀具材料：向超硬，高硬度，耐热方向发展； 3)生产规模：向大批量，变批量，多品种方向发展 4)生产方式：向柔性自动化，智能自动化方向发展 5)提倡绿色制造技术:综合考虑社会、环境、资源等可持续发展因素,发展趋势,制造业是工业的主体，是提供生产工具、生活资料、科技手段、国防装备等的手段以及它们进

5、步的依托，是现代化的动力源，是现代文明的支柱。,2. 制造业在国民经济中的地位,机械制造业是制造业的基础, 是重中之重。,美国68%的财富来源于制造业 日本国民总产值的49%由制造业提供 中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例 可以说，没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。,制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十 分重要的位置，是国民经济的支柱产业。,三、本课程的任务和要求,1.掌握金属切削基本规律，按加工条件选择切削用量， 计算切削力、切削功率等； 2.掌握机械加工基本知识，能选择加工方法和机床、刀 具、夹具及加工参数； 3.熟悉各种机床的构造、用途、工艺范围，具有

6、通用机 床传动链分析的能力。,4.掌握机械加工精度和表面质量的基本知识； 5.具备制订工艺规程的能力； 6.初步具备分析解决机械制造过程中工艺问题的能力； 7.了解先进制造技术的发展。,第一章 机械加工方法,第一节 零件的成形方法,1.材料去除工艺（m0） 按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术 要求的零件的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。,2.材料成形工艺（m=0） 利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。 常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。,3.材料累加工艺（m0）先进制造技术之一 将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。 常用的工艺方法有:,光固化法（SL

7、A）用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体. 叠层制造法（LOM）、激光选区烧结法（SLS）、熔积法（FDM）、三维打印法等 制造的原型可作设计评估、投标或展示的样件 看小片,第二节 机械加工方法,零件制造是机器制造过程的基本单元。零件的制造主要利用材料去除工艺方法（包括切削加工及特种加工）和材料成形工艺方法形成零件所需形状，并且适时的将热处理工艺穿插在其中完成。 绝大部分零件是通过机械加工完成的。,如图所示阶梯轴的工艺路线可以为： 1）下料； 2) 车外圆

8、，留磨量0.30.5mm; 3) 铣键槽； 4）热处理，4548 HRc； 5）磨外圆至图纸尺寸。,工艺规程：选用毛坯大小，选择加工方法，加工顺序，确定加工过程，使用机床，刀具切削参数和其他工艺信息等系列问题，完成这些工作就是制定工艺规程。,工艺路线：仅列出加工顺序和主要加工单元的工艺过程只能称之为工艺路线。,一、车削,车削的工艺特点,车削的应用,二、铣削,用于加工平面、沟槽、多齿零件上的齿槽、螺旋形表面及各种曲面。下面是铣削过程：,水平分力保持丝杠与 螺母接触不产生窜动,水平分力为零时，间隙在右侧。当水平分力增大时迫使丝杠与螺母接触 产生窜动,铣削-是平面的主要加工方法之一。,铣削的工艺特点

9、 1. 生产率较高； 2.容易产生振动； 3.刀齿散热条件较好。,三、刨削,刨削-是平面加工的主要方法之一。常用设备有牛头刨、龙门刨和插床。 一 . 刨削的工艺特点 （1）通用性好； （2）生产率较低。 （3）加工精度：IT8IT7，Ra1.66.3 。,因刨削的切削速度、加工表面质量、几何精度和生产率，在一般条件下都不太高，所以在批量生产中常被铣削、拉削和磨削所取代。但在加工一些中小型零件上的槽时（如V形槽、T形槽、燕尾槽），刨削也有突出的优点。,钻削的应用 钻孔精度-IT10 以下，Ra12.5 。 粗加工-当孔的精度要求较高时，钻孔可作为粗加工工序。,四、钻削与镗削,镗床通常用于加工尺寸

10、较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。,卧式镗床的主要加工方法,五、齿面加工：,滚齿机 （一）滚齿原理模拟一对螺旋齿轮啮合过程,（二）滚齿机运动分析 主运动滚刀旋转运动； 展成(啮合)运动齿坯与滚刀按一定速比转动； 进给运动滚刀沿齿坯轴向运动。,六、磨削,尤其是 高硬度 材料。,齿轮表面 螺纹面 磨刀具.,磨削区 8001000,IT5IT6 Ra0.2- 0.8,1. 解决各种难切削材料的加工问题 2. 解决各种复杂表面的加工问题 3. 解决各种超精或具有特殊要求的零件 的加工问题,科学和技术的发展对制造业提出新的

11、要求,特种加工,主要内容： 1.电火花加工 2.电解加工 3.激光加工 4.超声波加工,七、 特种加工,由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。 这些新加工方法从广义上定义为特种加工NTM，Non-Traditional Machining)，也被称为非传统加工技术。 特种加工是利用化学、物理（电、热、光、声、磁）或电化学法对工件材料进行去除的一系列加工方法的总称。特点：以柔克刚,特种加工的特点,与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是： (1) 不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如 电、 化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2) 加工过程中工具和工件之间

12、不存在显著的机械切削 力，故加工的难易与工件硬度无关。 (3) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工 艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。如目 前的电解电火花加工(ECDM)、电解电弧加工(ECAM) 就是两种特种加工复合而形成的新加工方法。,特种加工方法的分类,1.电火花加工,电火花加工（Electrical Discharge Machining）是基于正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对材料进行加工的，又称为放电加工、电蚀加工、电脉冲加工等，是一种电、热能量进行加工的方法，是在20世纪40年代开始研究和逐步应用到生产中的。,1.1电火花加工的机理,放电间隙 0.010.2

13、mm,工件、工具 浸在煤油 或机油中,当脉冲电压加到两极上时，某一相对间隙最小处或绝缘强度最低处的工作液将最先被电离为负电子和正离子而被击穿，形成放电通道，电流随即剧增，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工件和工具表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。 脉冲放电结束后，经过一段间隔时间（即脉冲间隔t0），使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。 这样以很高频率连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。,1.2电火花加工的特点及分类,1.电火花加工的特点 1）

14、适用的材料范围广。 2）适于加工特殊及复杂形状的零件 3）脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，可以在同一台机床上连续进行粗、半精及精加工。 4）直接利用电能进行加工，便于实现自动化。,1.3电火花加工工艺方法分类 按工具电极的形状、工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削和镗磨、电火花展成加工、电火花表面强化与刻字。 前四类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；最后一类属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。电火花穿孔加工和电火花线切割应用最为广泛。 看影片,优 点,1.适于难切削材料的加工 硬质合金、淬火钢等

15、 2.加工复杂形状或特殊零件 应用领域日益扩大,局限性,1.主要加工金属等导电材料 2.加工速度较慢 3.有电极损耗，影响加工精度,1.4电火花加工的特点及应用,可以加工难以用金属切削方法加工的零件，不受材料热处理状况影响。,电火花线切割加工,1.电火花线切割加工的原理、特点及应用,原理,电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。 不同的是，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割”出所需要的各种尺寸和形状。,看影片,特点,1）不需要制造复杂的成形

16、电极。 2）能够方便快捷地加工薄壁、窄槽、异形孔等复杂结构零件。 3）一般一次加工成形，在加工过程中大都不需要转换加工规 准。 4）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的 损耗较少，从而对加工精度的影响比较小。 5）工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油，不易引燃起 火，容易实现安全无人操作运行。 6）脉冲电源的加工电流较小，脉宽较窄，属于中、精加工范 畴。,应用,1）适用于各种形式的冲裁模及挤压模、粉末冶金 模、塑压模等。 2）高硬度材料零件的加工。 3）特殊形状零件的加工。 4）加工电火花成形加工用的铜、铜钨、银钨合金等 材料电极。,2 电解加工（电化学加工、简称ECM） 2.1

17、 加工的基本 原理 利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应原理，对金属材料进行成形加工的一种方法。,550m/s,525V 10100A/cm,NaCl,进给速度 0.5-3mm/min,2.2、电解加工特点：,1）可加工任何硬度的金属材料,2）加工叶片、锻模等型面，加工易变形或 薄壁零件,4）生产率约为电火花加工的510倍,3）加工表面质量好，无毛刺、变质层、残 余应力,5）阴极工具无损耗可长期使用,缺点：,1） 加工精度（0.03 mm）及稳定性不 易提高,2） 小孔、窄缝及棱角清晰零件难加工,3） 电极设计制造较麻烦，需多次修整,4） 附属设备多，一次性投资大,5） 防腐蚀及电解泥渣

18、、废液处理问题,电解加工工艺选用原则,1. 难加工材料的加工,2. 复杂形状零件的加工,3. 批量大的零件加工,以上三项均满足时较合理，锻模的 精度要求不高，需求量大，常选用,2.3电解加工的应用,1) 深孔扩孔加工,优点：设备简单，操作方便，生产率高 缺点：电源功率较大，加工精度及Ra不太均匀，阴极刚性弱,2) 型孔加工,用于形状复杂、 尺寸较小的型孔加工，如四方孔、椭圆等非圆形状的通孔或不通孔的加工。,多采用端面进给 方式, 阴极侧面须绝 缘。内锥面高度1.5 3.5mm,3) 型腔加工,用于尺寸较大、形状复杂的型腔加工，生产率高， 表面质量好，但加工精度不太高。多用于锻模型腔加工， 精度

19、控制在0.10.2mm。 也采用端面进给法。,阴极设计制造是关键。用成型 精度高的电解液或混气加工时，阴 极设计较易。为使流场均匀，阴极 对应处加开增液孔。,近年发展用简单形状电极的数 控电解加工，柔性好，减少准备时 间，电源容量小，但加工速度降低,4) 套料加工,用于等截面的大面积异 型孔或异型零件的加工，端 面进给加工方式。,零件尺寸精 度由阴极片 内腔口保证，偶尔短路烧伤时，只需更换阴极片。,增液孔 1mm,5) 叶片加工,叶片型面复杂，精度要求较高，加工批量大，电解加工效果好。 加工方式有单面加工和双面加 工。机床有立式和卧式两种。 多用NaCl电解液混气加工。,电解加工整体叶轮已普遍应 用，直接在轮坯上套料加工叶 片（等截面），叶轮强度高， 质量好，加工周期大大缩短。,数控展成电解加工整体叶轮,3.1 激光加工原理,激光加工是一种利用光能进行加工的方法。 激光是一种能量密度高、方向性强、单色性好的相干光。,3、激光加工,3.2 激光加工特点,1 激光加工不需要工具，没有工具损耗、更换 等问题。 2 工件无受力变形，易保证加工精度。 3 几乎能加工所有的金属和非金属材料 4 加工速度快，效率高