机械制造技术基础总Word下载.docx
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2.2.2典型表面加工方法（P19）
2.2.3切削用量与切削层截面参数（P25）
1.切削用量（三要素：
vc、f和ap）
1）切削速度vc—切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。
主运动为旋转运动时：
（m/s）（2.2）
主运动为往复运动时，其平均速度：
（m/s）（2.3）
2）进给量、进给速度及合成切削速度
v进给量f
v每齿进给量fz：
fz=f/Z
v进给速度vfvf=f·
n=fz·
Z·
n（2.4）
v合成切削速度ve—切削刃上选定点相对于工件的合成切削运动速度。
3）背吃刀量（切削深度）ap
2.切削层截面参数（P26）
v切削层—工件上正在被切削着的金属层。
v切削层参数：
变形前的尺寸。
在与vc垂直的截面中度量。
有：
v切削厚度hD:
垂直于切削表面度量。
hD=f·
sinkr（2.6）
v切削宽度bD:
沿着切削表面度量。
bD=ap/sinkr（2.7）
v切削面积Ac:
切削层截面面积Ac=hD·
bD=f·
ap
2.3基准与装夹（P26）
v装夹—工件在机床上或夹具中定位与夹紧的过程。
v定位—使工件在机床上或夹具中占有一个正确的位置（放准工件）。
v夹紧—使工件在加工过程中保持此正确的位置不变。
2.3.1基准—用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。
依其作用可分为：
1.设计基准—设计图样上采用的。
2.工艺基准—工艺过程中所采用的。
又分为：
（1）工序基准—用来确定本道工序所加工的表面加工后的尺寸、位置。
（它是工序图中工序尺寸的起点。
（2）定位基准—加工中定位用的。
可再细分为：
v粗基准；
v精基准v附加基准。
（3）测量基准—零件测量时采用的。
（4）装配基准—装配中用来确定零件或部件在产品（机器）中的相对位置所采用的。
2.3.2工件的装夹（P28）1.直接找正装夹2.划线找正装夹3.使用夹具装夹
2.3.3定位原理
1.六点定位原则
v六点定位原则—合理设置六个定位支承点，便可将物体的6个自由度完全限制（每一点限制1个）。
2.定位中可能出现的几种情况：
v完全定位—工件的6个自由度完全被限制；
v不完全定位（部分定位）—限制的自由度数不足6个，但按加工要求应该限制的自由度已全被限制；
v欠定位—存在应该限制而未被限制的自由度；
欠定位无法保证加工要求，不允许出现。
v过定位（重复定位）—工件的某一自由度被定位元件重复限制。
过定位是否允许，视具体情况（定位表面精度）而定。
过定位可能造成的不良后果：
（1）可能影响定位的稳定性、一致性。
（2）受力后可能使工件或定位元件变形，破坏定位精度。
（3）可能阻碍工件顺利安装。
2.3.4定位误差
1.定位误差—由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。
v加工误差来自工艺系统的各个方面，定位误差是其中之一。
v定位误差产生的原因：
（1）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的基准不重合误差；
（2）由于定位副（由工件的定位基准面和夹具的定位元件组成）制造不准确而引起的基准位置误差
2.定位误差的计算
2.4机械加工工艺系统
2.4.1机床
2.4.2机床夹具
1.机床夹具的组成
1）定位元件及定位装置2）夹紧元件及夹紧装置3）对刀及导向元件4）连接元件5）其它元件及装置6）夹具体（多需自行设计）
2.夹具的分类
按使用范围分：
1）通用夹具2）专用夹具3）通用可调夹具（成组夹具）4）组合夹具5）随行夹具
按所用机床分：
车床、铣床、钻床、镗床、磨床夹具等。
2.4.3刀具
1.刀具切削部分的组成
2.刀具坐标系与刀具角度
（1）刀具坐标系
1）刀具工作角度的参考平面（只用于确定刀具工作角度）
①工作基面Pre:
过切削刃选定点与合成切削速度ve垂直；
②工作切削平面Pse:
过选定点与切削刃相切并与Pre垂直。
2）刀具标注角度的参考系（用于确定刀具本身固有的几何角度）
为使之与工作角度参考系尽可能一致，假设：
①切削速度v垂直于刀杆底面；
②进给速度vf垂直于刀杆中心线，其大小忽略不计。
参考平面：
①基面Pr：
过切削刃选定点与切削速度vc垂直；
②切削平面Ps:
过选定点与切削刃相切并与Pr垂直；
③正交平面Po（主剖面）:
过选定点与Pr和Ps都垂直。
Pr—Ps—Po组成正交平面（主剖面）参考系。
经常用到的参考平面还有：
④进给剖面Pf；
⑤切深剖面Pp。
Pr—Pf—Pp组成进给和切深剖面参考系。
⑥法平面Pn:
过选定点与切削刃S垂直。
（一般，Pn不与Pr垂直）
Pr—Ps—Pn组成法平面（法剖面）参考系。
v只需一种参考系中的刀具角度，便可确定刀具切削部分的几何形状；
v各参考系中的刀具角度可以互相换算（换算公式可以查阅有关手册）。
（2）刀具标注角度
v确定主切削刃S的：
1主偏角Kr—S在Pr上的投影与Vf的夹角；
2刃倾角s—S与Pr的夹角（在PS内度量）；
v与S共同确定A、A的：
③前角0—在正交平面PO中，A与Pr的夹角；
④后角0—在正交平面PO中，A与Ps的夹角；
vS与S’共面时，确定副切削刃S’及副后刀面A’的：
⑤副偏角Kr’—S’在Pr上的投影与Vf所夹锐角；
⑥副后角0’—在副正交平面PO’中，A’与Ps’的夹角。
——①～⑥为外圆车刀的基本角度（要会画图并标注），此外还有：
v派生角度（可以由基本角度换算得到的）：
⑦刀尖角r—S与S’在Pr上投影的夹角，r=180o-（Kr+Kr’）；
⑧楔角o—在PO中，A与A的夹角，o=90o-（0+0）。
v切削方式：
●正切削—s=0o的切削方式，也叫直角切削；
●斜切削—s≠0o的切削方式，也叫斜角切削；
●自由切削—只有一条直线形刀刃参加的切削；
●非自由切削—刀刃为曲线形或两条以上直线形刀刃参加的切削。
●直角自由切削模型：
（3）刀具工作角度（一般与标注角度相差不大，但若工作情况与前述假定条件很不一致时，也可能出现较大差异）要求会判断刀具的安装与进给对工作角度的影响趋势。
3.刀具材料
（1）刀具材料应具备的性能
1）高的硬度和耐磨性
2）足够的强度和韧性3）高耐热性（红硬性）、4）良好的工艺性能5）经济性
（2）常用刀具材料的种类和特性
●碳素工具钢：
T10A、T12A，耐热约200oC，允许Vc为8～10m/min;
●合金工具钢：
9SiCr、CrWMn等，耐热约220oC，允许Vc为10～12m/min;
1）高速钢：
常温硬度63～69HRC，强度高，韧性好，红硬性500～650oC，切削中碳钢时允许Vc为40～60m/min，加工工艺性好，广泛用于成形刀具、复杂刀具。
2）硬质合金
由耐高温金属碳化物和高熔点金属经粉末冶金制成的刀片。
硬度89～94HRA，耐热900oC，允许Vc为100～240m/min，脆，不耐冲击、振动，工艺性差。
广泛应用于车（镗）刀、端铣刀、深孔钻。
3）其它刀具材料
①粉末冶金高速钢、碳化钛基硬质合金、涂层刀具等；
3陶瓷；
③金刚石：
超硬（HV10000），主要有：
●单晶金刚石：
刃口平整、锋利，主要用于精密车削；
●聚晶金刚石复合刀片：
粗、精加工难加工材料；
●金刚切削膜：
CVD（化学气相沉积）法制造，可激光切割、还原环境下焊接，也可直接沉积于刀具表面制成涂层刀具；
④立方氮化硼（CBN）复合刀片:
超硬（HV8000~9000），耐热1400oC,化学性能稳定，加工各种难加工材料。
2.6零件结构工艺性
2.6.1概述
1.结构工艺性的概念
v零件结构工艺性—所设计的零件在满足使用要求的条件下制造的可行性和经济性。
2.影响结构工艺性的因素:
v生产类型v制造厂的生产条件v工艺技术发展水平
3.零件结构工艺性的基本要求——应全面考虑，以下只讨论加工和装配。
切削与磨削原理
3.1.1切屑的形成过程（切削层的变形）
v大量观测、分析研究表明：
剪切滑移变形发生在三个变形区：
●第一变形区的变形：
一般切削速度下，区域OA-OM仅宽0.02~0.2mm,可用一平面OM表示，叫剪切面；
剪切面与切削速度v的夹角，叫剪切角。
变形特点：
切削层金属沿剪切面发生剪切滑移变形，同时产生材料的加工硬化和晶粒的纤维化。
●第二变形区的变形：
切屑受前刀面的挤压摩擦，底层金属再次剪切变形，形成滞流层，
晶粒再度纤维化,底面变得光滑并向上卷曲。
●第三变形区的变形：
已加工表面受刃口和后刀面的挤压摩擦而变形，造成表面加工变质层内金属的晶粒纤维化、加工硬化、残余应力及微裂纹。
其中，第一变形区是最主要的变形区；
第二变形区对切屑最终形成影响很大；
第三变形区对表面质量影响很大。
3.1.2切屑变形程度的表示方法（衡量指标）
1.变形系数h：
h=lD/lch=hch/hD
2.变形系数h与剪切角的关系tg=cos0/（h-sin0）（3.5）（实验求的方法）
3.1.3前刀面上刀—屑的摩擦与积屑瘤
1.摩擦面上的接触状态
1）峰点型接触（F不太大时）：
摩擦状态为滑动摩擦（外摩擦）。
2）紧密型接触（F很大时）：
摩擦状态为粘结摩擦（内摩擦）。
2.前刀面上刀—屑的摩擦：
既有粘结摩擦，也有滑动摩擦，以粘结摩擦为主。
前刀面上的平均摩擦系数可以近似用粘结区的摩擦系数表示：
=s/av≠常数
当前刀面上的平均正应力av增大时，随之减小。
4.积屑瘤
1）现象：
中速切削塑性金属时，在前刀面上切削刃处粘有楔形硬块（积屑瘤）。
2）形成原因：
（1）在一定的温度和很大压力下，切屑底面与前刀面发生粘结（冷焊）；
（2）由于加工硬化，滞流层金属在粘结面上逐层堆积（长大）
3）对切削过程的影响
（1）积屑瘤稳定时，保护刀具（代替刀刃切削）；
（2）使切削轻快（增大了实际前角）；
（3）积屑瘤不稳定时，加剧刀具磨损；
（4）降低尺寸精度；
（5）恶化表面质量（增大粗糙度、加深变质层、产生振动）。
——粗加工时可以存在，精加工时一定要避免。
4）抑制方法
（1）避免中速切削；
（2）提高工件材料的硬度（降低塑性）；
（3）增大刀具前角（至30~35o）；
（4）低速切削时添加切削液。
5.剪切角公式=/4-+0——李和谢弗的剪切角公式（1952）
由公式可知：
0↗→↗→h↘,（）↘→↗→h↘
—前刀面上的摩擦直接影响剪切面上的变形。
3.2切削力
3.3切削热
3.3.1切削热的产生和传出：
切削力做功使材料发生塑性变形，其能量转变成热能。
切削过程中的三个变形区就是三个主要热源，切削热通过切屑、刀具、工件和周围的介质传出，如P87图3.23所示。
热量的传递使各部分温度升高，影响切削过程的直接原因不是产生热量的多少，而是各处温度的高低。
3.3.2切削区的温度分布：
最高温度区是在离开刃口一段距离的前刀面上。
通常所说的切削温度是指通过自然热电偶法测得的刀—工接触区内的“平均温度”。
3.3.3影响切削温度的主要因素
切削用量三要素对切削温度的影响：
vc影响最大，f其次，ap影响最小。
其它对切削温度影响较大的因素有：
前角、主偏角、工件材料、刀具磨损、切削液等。
具体影响情况见教材或课件。
3.4刀具磨损、破损与使用寿命
3.4.1刀具磨损形式有：
前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损。
3.4.2刀具磨损的原因是：
磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损和化学磨损。
3.4.3磨损过程及磨钝标准
1.刀具的磨损过程三阶段是：
初期磨损、正常磨损和急剧磨损阶段（如P92图3.28）
2.刀具的磨钝标准—所允许的刀具最大磨损限度（多用VB）。
3.4.4刀具使用寿命及其与切削用量的关系
1.刀具使用寿命（刀具耐用度）T——刃磨后的刀具达到磨钝标准所需的总切削时间。
2.T与切削用量的关系（可通过切削实验求得）
T—vc经验公式（泰勒公式）：
vcTm=Co,
m值越大，说明该刀具材料耐热性能越好。
三要素对T的影响程度：
vc最大（vc提高一点，则T显著下降。
），f其次，ap最小。
（这一规律与切削温度有关）
3.5切削条件的合理选择
3.5.1工件材料的切削加工性—即对这种材料进行切削加工的难易程度。
在不同加工情况下，切削加工性可用不同指标衡量。
如：
刀具使用寿命T、切削力F或切削温度、加工表面质量、断屑性能等。
3.5.2刀具几何参数的合理选择
一般来说，在保证加工质量前提下，使T最高的几何参数称为合理几何参数。
各参数间存在着相互依赖、相互制约的关系，选择时应综合考虑。
1.前角的选择：
切硬、脆材料、粗加工、断续切削、自动化加工、成形刀具取小值；
系统刚性差时取大值；
高速钢比硬质合金前角大5o~10o。
2.后角的选择：
切硬、脆材料、粗加工、断续切削取小些，以强化刀刃；
自动化机床上精加工取小些，以减小径向磨损量NB。
3.主偏角的选择：
主要看工艺系统的刚性，还要考虑工件形状（倒角、轴肩、中间切入等）、切入冲击、排屑方向等。
4.副偏角的选择：
粗加工取大些，精加工取小些，大走刀量精车时可做出修光刃。
5.刃倾角的选择
1）作用：
①影响切削刃的锋利性；
②影响刀尖：
负s可强化刀尖、改善散热、避免冲击（图3.36）；
③影响切削力的大小、方向：
s↗→Fp↘，Ff↗④影响切屑流出方向（图3.37）
2）选择：
粗加工、切硬脆材料、断续切削取负值；
精加工或系统刚性差时取正值；
微量精切可取很大值（450~750）
3.5.3刀具使用寿命T的选择
T—规定的换刀时间，它影响生产率、经济效益，应取得合理，而不是越高越好。
最大生产率使用寿命Tp—使生产率最高时的刀具使用寿命（适用于瓶颈工序或紧急任务）；
经济使用寿命Tc—使加工成本最低时的刀具使用寿命（适用于一般情况）。
3.5.4切削用量的选择（原则）
粗加工：
先选尽可能大的ap，再选大的f,最后根据合理T确定vc。
精加工：
先选适宜的较小ap，再根据粗糙度选f，最后根据合理T确定vc。
3.5.5切削液的合理选用
切削液的作用：
冷却作用、润滑作用、清洗和防锈作用。
润滑作用—效果与其渗透性和吸附性（油性）、成膜能力、高温高压下膜的强度（极压性能）有关。
3.6磨削原理
3.6.1砂轮特性—决定其特性的因素有：
1.磨料—起切削作用;
2.粒度—即磨料颗粒大小;
3.结合剂—作用是粘合磨粒，使砂轮成形;
4.硬度—在磨削力作用下，磨粒脱落的难易程度;
5.组织—磨粒、结合剂、气孔三者间的比例关系。
3.6.2磨削加工特点（与切削加工相比有很大不同）
1.磨粒随机分布——有效磨粒只占总数的一小部分；
2.磨削过程复杂——是磨粒对工件表面进行滑擦、刻划和切削三种作用的综合；
3.背（径）向力FP最大——约是切向力Fc的2~2.5倍；
4.磨削温度高——会恶化表面质量（磨削烧伤）。
修整砂轮的目的：
剥除已钝化的磨粒；
使磨粒具有等高性和微刃性；
恢复砂轮正确廓形。
第一章机械加工质量及其控制
4.1机械加工质量概述
工件尺寸精度的获得方法:
试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法。
4.2机械加工精度的影响因素及其控制
4.2.1机械加工工艺系统的原始误差
可分为两大类：
1.工艺系统原有误差（静误差）——包括原理误差、机床、夹具、刀具、量具的误差、装夹误差、测量误差、调整误差等；
2.工艺过程原始误差（动误差）——加工过程中由于受到切削力、切削热、刀具磨损等影响产生的附加误差。
误差敏感方向——已加工表面的法向。
立轴转塔车床刀架转位误差的转移（P121图4.7）
减少或消除工件的内应力的措施：
①合理设计零件；
②采取必要的热处理；
③尽量避免冷校直。
4.3机床几何误差及其对加工精度的影响
4.3.1主轴的回转运动精度
主轴回转误差的形式有：
径向跳动（加工外圆或内孔时，引起圆度误差）、轴向窜动（影响端面平面度、端面对轴线的垂直度，车螺纹时会造成螺距误差）和角度摆动（加工外圆或内孔时，引起圆度和圆柱度误差）。
4.3.2直线运动精度
主要取决于导轨精度。
包括：
1.导轨在水平面内的直线度；
2.导轨在垂直面内的直线度；
3.前后导轨的平行度。
4.3.4成形运动间速度关系（传动链）精度
采用定比传动（内链传动）加工时（如车螺纹、切齿等），传动链中各元件的加工和装配误差均可能影响加工精度。
4.4工艺系统受力变形与受热变形对加工精度的影响
4.4.1工艺系统受力变形对加工精度的影响
工艺系统刚度及其对加工精度的影响（受力点变化的影响）：
这会使刀具—工件间位置和运动关系发生改变（变形、振动），从而降低加工精度和表面质量。
系统刚度Ks—在误差敏感方向上系统所受外力Fn与变形量△之比。
部件刚度的特点：
1）比整体零件的刚度小得多；
2）非线性；
3）循环加载中有能量消耗。
系统刚度会随受力点位置变化而变化，在两顶尖间车粗轴时，工件呈“鞍形”；
车细长轴时，工件呈“鼓形”。
误差复映规律
—毛坯误差会以相似形式复映到加工后的工件上。
其产生原因是：
由于加工余量不均，使切削力和系统变形量发生变化，从而造成加工误差。
复映系数的大小反映误差复映的程度，与工艺系统的刚度成反比。
●毛坯的各种形状误差均会复映为工件的加工误差；
●一般来讲，复映系数远小于1，所以，误差复映只在粗加工阶段影响显著。
但系统刚度低时，对精加工也有影响；
●用调整法加工一批工件时，毛坯余量的差异会由于复映造成工件尺寸分散。
4.4.2工艺系统受热变形对加工精度的影响
造成系统各部分程度不等的热变形，有些对加工精度影响不大，有些则至关重要。
实践表明：
重点在机床和工件上。
1）机床热变形：
机床热平衡后，精度趋于稳定。
2）工件热变形：
均匀受热时，主要影响尺寸精度；
不均匀受热时会产生形状误差（如图4.24）。
4.5加工误差的统计分析
4.5.1加工误差的统计性质
按其在一批工件中出现的规律来看，可分为两大类，即：
1.系统误差（又分为常值系统误差。
原理误差，机床、夹具、刀具的制造、磨损和调整误差、系统受静力变形等和变值系统误差。
机床、刀具的热变形，刀具磨损等。
2.随机误差如：
毛坯误差的复映，定位误差，夹紧误差，多次调整的误差、内应力引起的变形等。
4.5.2加工误差的分布规律
在正常情况下，采用调整法加工一批零件时，其尺寸接近于正态分布。
正态分布的范围为±
3。
曲线的特征参数为（曲线分布中心的位置）和（离散程度）。
为便于计算，可把方程（4.27）化为=0，=1的标准形式。
对于标准形式的正态分布，F（Z）有表可查（要会查表）。
工艺能力系数CP=T/6，根据的CP大小，可将工序能力分为五个等级（见表4.3），一般要求工序能力不应低于二级，即要求CP﹥1。
4.5.3加工误差的统计分析方法（只适用于成批、大量生产）
1.分布图法：
要会算题。
2.点图法要点是：
按加工顺序作尺寸变化图，以暴露加工过程中误差变化的全貌。
5.1制订机械加工工艺过程的步骤和方法
5.1.1机械加工工艺规程及其作用
机械加工工艺规程——以文件（卡片）形式确定下来的机械加工工艺过程。
通常包括：
机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。
5.2定位基准的选择
5.2.1精基准的选择—应尽量符合：
“基准重合”原则、“基准统一”原则、“互为基准”原则、“自为基准”原则、便于装夹的原则。
5.2.2粗基准的选择——为实现不同的加工目的，粗基准有不同的选法。
1.为保证加工面与不加工面之间的位置精度——选该不加工面；
2.为保证某重要表面余量均匀——选该重要表面；
3.为保证定位可靠、夹紧方便——选较大、较平整的面；
4.为避免重复定位误差——同方向上的粗基准只准用一次。
5.3工艺路线的拟定
5.3.1加工方法的选择
1.应根据经济精度、经济粗糙度（在正常加工条件下，所能达到的加工精度和表面粗糙度）
确定各表面的加工方案。
2.加工方法要与零件材质、结构形状、尺寸大小、生产类型及本厂设备状况、技术条件相适应。
软材料、有色金属宜切不宜磨；
孔加工中，回转体零件可采用车（淬火前）、磨（淬火后）、拉（大批量）的加工方法，箱体类零件可采用镗（大孔）、铰（小孔）的加工方法；
单件小批量生产，应尽量采用本厂现有的通用设备，大批生产则应采用高效率的专用设备。
5.3.2加工阶段的划分
通常划分为：
1）粗加工阶段——高效切除大部分余量，并加工出精基准；
2）半精加工阶段——为主要表面的精加工作准备（达到一定精度，留出合适的余量），并完成次要表面的加工（钻、攻、铣槽等）；
3）精加工阶段——使主要表面达到图纸要求（IT7以上，Ra0.63以下）；
4）光整加工阶段——进一步提高重要表面的精度（IT6以上）和获得小粗糙度（Ra0.32以下）。
划分加工阶段的好处：
有利于最终保证加工质量、可及时发现毛坯缺陷、便于合理安排设备和工人、便于组织生产。
5.3.3加工顺序的安排——先排机加工工序，再
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