机械制造技术基础考前复习要点总结.docx
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机械制造技术基础考前复习要点总结
1.前角γo
作用：
它反映了前刀面的倾斜程度。
γo↑→切削刃越锋利→切削越轻快
γo↑↑→会削弱刀头的强度→崩刃。
选择：
工件材料的σb、HRC↑→γo↓,反之取大值。
刀具材料：
高速钢→γo↑；硬质合金→γo↓。
粗加工：
γo↓精加工：
γo↑
范围：
通常γo=-5°～+25°
切削用量三要素对切削力的影响由大到小的顺序为ap－f－v
结论：
切削用量三要素对切削温度的影响由大到小的顺序为v-f-ap
因此，为了有效的控制切削温度以提高刀具寿命，在机床允许的条件下，选比较大的ap和f比选大的v更有利。
•几何参数影响：
γ0↑→φ↑→ξ↓→Q↓→θ↓
•γ0↑↑（大于18°-20°）→楔
•角↓→散热体积↓→θ变化不大。
κr↓→aw↑ac↓→θ↓
工件材料的影响
σb、HB↑→Q↑→θ↑
导热系数↑→Q切屑↑Q工件↑→θ↓
切削温度的影响：
切削温度高是刀具磨损的主要原因
切削温度对工件材料强度和切削力的影响不是很明显
对刀具材料的影响
适当地提高切削温度，对提高硬质合金的韧性是有利的。
3.边界磨损
刀具磨损过程
1）初期磨损阶段
2）正常磨损阶段
3）急剧磨损阶段
三要素对寿命T的影响
脆性破坏类型：
1.崩刃2.碎断3.剥落.裂纹破损
合理选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量ap，其次选择一个大的进给量f。
最后根据已确定的ap和f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度v。
切削用量三要素对基本工艺时间的影响是相同的
材料切削加工性的概念及衡量指标—切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。
不同的工件材料，加工的难易程度也不相同。
改善材料切削加工性的主要途径
保证加工精度的条件：
斜楔的自锁条件是：
斜楔的升角小于斜楔与工件，斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。
1.夹紧装置的组成——动力装置、中间传力机构、夹紧元件。
2.夹紧装置的基本要求
（1）夹紧既不应破坏工件的定位，或产生过大的夹紧变形，又要有足够的夹紧力，防止工件在加工中产生振动；
（2）足够的夹紧行程，夹紧动作迅速，操纵方便、安全省力；
（3）手动夹紧机构要有可靠的自锁性，机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力的稳定性；
（4）结构应尽量简单紧凑，制造、维修方便。
1.确定夹紧力作用方向的原则
（1）夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠；
（2）夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小夹紧力。
（3）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形；
2.确定夹紧力作用点的原则
（1）夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内；
（2）夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位。
（3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。
（一）加工精度与加工误差
1、加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。
符合程度越高，加工精度越高。
尺寸形状位置
加工误差：
实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。
加工误差的大小表示了加工精度的高低。
生产实际中用控制加工误差的方法来保证加工精度。
有关加工精度和加工误差的理解，应注意以下几个方面：
1）加工精度和加工误差是从两个不同的角度来评定加工零件的几何参数的，加工精度的低和高就是通过加工误差的大和小来表示的，所谓保证和提高加工精度问题实际上就是限制和降低加工误差的问题。
2）“理想几何参数”的正确含义，即对于尺寸，是图样规定的平均值，如
的理想尺寸就是40.15；对于形状和位置，则是绝对正确的形状和位置，如绝对的圆度和绝对的平行度等等。
3）加工精度是由零件图样或工艺文件以公差T给定的，而加工误差则是零件加工后实际测得的偏离值△。
一般说，当△＜T时，就保证了加工精度。
一批零件的加工误差是指一批零件加工后，其几何参数的分散范围。
4）零件三个方面的几何参数，就是加工精度和加工误差的三个方面的内容。
即，加工精度（误差）包括尺寸精度（误差）、形状精度（误差）和位置精度（误差）。
加工精度内容的三个方面是既有区别又有联系的。
在精密加工中，形状精度往往占主导地位，因为没有一定的形状精度，也就谈不上尺寸精度和位置精度。
2加工经济精度——是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备，工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。
AB段：
δ↓→C↑
B右端：
δ↑→C＞CLC≠0
A左端：
δ↓→C↑↑δ≠0δ＞δL
注意某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一确定值，而应理解为一个范围（图4-2中之AB范围）在这个范围内都可说是经济的
3原始误差
1.工艺系统——由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）。
工艺系统会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式（或扩大或缩小）反映为工件的加工误差，工艺系统的误差是“因”，是“根源”，工件的加工误差是“果”，是“表现”。
因此工艺系统的误差就是原始误差！
原始误差引起加工误差的实质,就是原始误差的存在,使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系,偏离了正确的相对位置或速度,致使加工后的工件产生了加工误差
工艺系统的原始误差：
●工艺系统的几何误差
●工艺系统的定位误差
●工艺系统受力变形引起的加工误差
●工艺系统受热变形引起的加工误差
●工件内应力重新分布引起的变形
●原理误差
●调整误差
●测量误差等
工艺系统的几何误差：
机床的几何误差
刀具的几何误差
夹具的几何误差
一机床的几何误差
不同的加工方法，主轴回转误差所引起的加工误差也不同。
①在车床上加工外圆或内孔时，主轴径向回转误差可以引起工件的圆度和圆柱度误差，但对加工工件端面则无直接影响。
②主轴轴向回转误差对加工外圆或内孔的影响不大，但对所加工端面的⊥度及平面度则有较大的影响。
在车螺纹时，主轴轴向回转误差可使被加工螺纹的导程产生周期性误差。
减小主轴回转误差的措施：
①适当提高主轴及箱体的制造精度。
②选用高精度的轴承。
③提高主轴部件的装配精度。
④对高速主轴部件进行平衡。
⑤对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。
2．导轨误差导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准也是机床运动的基准。
在水平面内的直线度
车床导轨的精度要求主要有三个方面在垂直面内的直线度
前后导轨的平行度（扭曲）
1）导轨在水平面内的直线度（既有尺寸误差又有形状误差）。
将直接反应在被加工工件的法线方向上，对加工精度影响最大。
△1
导轨在垂直面内的直线度误差△2（见图5－3），可引起被加工工件的形状误差和尺寸误差，对加工精度的影响比△1小得多。
车床导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。
除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量也是造成导轨误差的重要因素。
措施：
导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一，可采用耐磨合金、铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨，导轨表面淬火等措施提高导轨的耐磨性。
二刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。
1.采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、铣刀、镗刀块、圆孔拉刀等）加工时，刀具的尺寸误差将直接影响工件尺寸精度。
2.采用成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、齿轮模数铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状误差将直接影响工件的形状精度。
3.采用展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等）加工时，刀具切削刃的几何形状及有关尺寸误差也会影响工件的加工精度。
4.对于一般刀具（如车刀、镗刀、铣刀等），其制造误差对工件加工精度无直接影响
刀具磨损对加工误差影响很明显
任何刀具在削过程中，都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状的改变。
三夹具的几何误差。
夹具设计时，凡影响工件精度的有关技术要求必须给出严格的公差。
精加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的1/2-1/3；粗加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的1/5-1/10。
工艺系统受力变形引起的误差
基本概念：
工艺系统刚度——垂直作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向分力与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值称为工艺系统刚度。
y>0y=0y<0
工件刚度（车细长轴）
刀具刚度（磨内孔）
●机床部件刚度
机床部件刚度具有以下特点：
①变形与载荷不成线性关系。
②加载曲线与卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线，两曲线线间所包容的面积就是在加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功和接触变形功。
③第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。
④机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小。
影响机床部件刚度的因素
1）结合面接触变形的影响
①表面越粗糙↑→接触刚度↓。
②表面宏观几何形状误差↑→实际接触面积↓→接触刚度↓。
③材料硬度↑→塑性变形↓→接触刚度↑。
④表面纹理方向相同时接触变形↓→接触刚度↑。
2）摩擦力的影响
摩擦力总是阻止其变形的变化的，这就是机床部件的变形滞后现象。
3）低刚度零件的影响
4）间隙的影响
工艺系统刚度及其对加工精度的影响
上式表明，工艺系统刚度的倒数等于其各组成部分刚度的倒数之和
对于常见的几种工艺系统，其低刚度环节所在的位置不同。
在一般情况下：
工艺系统刚度对加工精度的影响主要有以下几种情况：
１.工艺系统刚度变化引起的误差
2.由于切削力变化引起的误差
称为误差复映系数。
它是误差复映程度的度量。
尺寸误差（包括尺寸分散）和形状误差都存在复映现象。
由上式可知，，毛坯复映到工件上的部分就越小，一般
表明该工序对误差具有修正能力，工件经多道工序或多次走刀加工之后，工件的误差就会减小到工件公差所许可的范围内
由以上分析，可以把误差复映的概念，推广到下列几点：
1）每一件毛坯的形状误差，不论是圆度、圆柱度、同轴度（偏心、径向跳动），平直度误差等都以一定的复映系数复映成工件的加工误差，这是由于加工余量不均匀引起的。
2）在车削的一般情况下，由于工艺系统刚度比较高，复映系数远小于1，在2-3次走刀以后，毛坯误差下降很快。
尤其是第二次第三次进给时的进给量f2和f3常常是递减的（半精车、精车）复映系数ε2和ε3也就递减，加工误差的下降更快。
所以在一般车削时，只有在粗加工时用误差复映规律估算加工误差才有实际意义。
但是在工艺系统刚度低的场合下（如镗孔时镗杆较细，车削时工件较细长以及磨孔时磨杆较细等），则误差复映的现象比较明显，有时需要从实际反映的复映系数着手分析提高加工精度的途径
3）在大批量生产中，都是采用定尺寸调整法加工的，即刀具调整到一定的切深后，就一件件连续加工下去，不再逐次试切，逐次调整切深。
这样，对于一批尺寸大小有参差的毛坯而言，每件毛坯的加工余量都不一样，由于误差复映的结果，也就造成了一批工件的“尺寸分散”。
为了保持尺寸分散不超出允许的公差范围，就有必要查明误差复映的大小，这也是在分析和解决加工精度问题时常常遇到的一项工作。
减小工艺系统受力变形的途径:
1.提高工艺系统刚度
（1）提高工件和刀具的刚度
1）在钻孔和镗孔加工中，刀具刚度相对较弱，常用钻套或镗套提高刀具刚度。
2）车削细长轴时工件刚度相对较弱，可设置中心架或跟刀架提高工件刚度。
3）铣削杆叉类工件时在工件刚度薄弱处宜设置辅助支承等。
（2）提高机床刚度
1）提高配合面的接触刚度，可以大幅度地提高机床刚度。
2）合理设计机床零部件，增大机床零部件的刚度，并防止因个别零件刚度较差而使整个机床刚度下降。
3）合理地调整机床，保持有关部位（如主轴轴承）适当的预紧和合理的间隙
（3）采用合理的装夹方式和加工方式，
2.减小切削力及其变化
合理的选择刀具材料、增大前角和主偏角、对工件材料进行合理的热处理以改善材料的加工性能等，都可使切削力减小。
工艺系统受热变形引起的误差
工件在机械加工中所产生的热变形，主要是由切削热引起的。
车、镗、磨轴类件形状简单、体积小、前后顶尖，后顶尖采用活顶尖，若死顶尖，工件受热变形。
减小工艺系统热变形的途径
1.减小发热和隔热
2.改善散热条件
3.均衡温度场
4.改进机床结构
5.加快温度场的平衡
6.控制环境温度
内应力重新分布引起的误差
内应力—没有外力作用而存在于零件内部的应力。
（又叫残余应力）
工件一旦产生内应力之后，就会使工件金属处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向低能位的稳定状态转化，并伴随着变形发生，从而使工件丧失原有的加工精度。
内应力的产生:
1.热加工中内应力的产生——在铸、锻、焊、热处理等工序中由于工件壁厚不均、冷却不均。
金相组织的转变等原因，使工件产生内应力。
2.冷校直产生的内应力
3.切削（磨削）带来的内应力
减小内应力变形误差的途径:
1.改进零件结构——在设计零件时，尽量做到壁厚均匀，结构对称以减少内应力的产生。
2.增设消除内应力的热处理工序——铸、锻、焊件在进入机加工之前，应进行退火、回火等热处理，加速内应力变形的进程。
对箱体床身，主轴等重要零件，在机械加工工艺中尚需要适当安排时效处理工序。
3.合理安排工艺过程——粗加工和精加工宜分阶段进行，使工件在粗加之后有一定的时间来松驰内应力。
保证和提高加工精度的途径:
（一）直接消除或减小原始误差——消除或减小原始误差是提高加工精度的主要途径。
（二）转移原始误差和变形
（三）均分原始误差（误差分组）大孔配大心轴，小孔配小心轴。
（四）均化原始误差（误差平均）
（五）误差补偿
（六）实时检测，动态补偿，偶件自动配制和温度积极控制的方法
各种加工误差，按他们在一批零件中出现的规律来看，可分为两大类：
系统性误差与随机性误差
常值系统性误差——在顺序加工一批工件中，其大小和方向皆不变的误差，称为常值系统性误差，如铰刀直径大小的误差、测量仪器的一次对零误差等。
1.系统性误差
变值系统性误差——在顺序加工一批工件中，其大小和方向循某一规律变化的误差，称为变值系统性误差。
如：
由于刀具磨损引起的加工误差，机床或刀具或工件的受热变形引起的加工误差等。
显然，常值系统性误差与加工顺序无关，而变值系统性误差与加工顺序有关。
、机械加工表面质量对机器使用性能的影响
1.表面粗糙度对耐磨性的影响
一般Ra↓→耐磨性↑
但Ra↓↓→润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接→耐磨性↓
接触面的表面粗糙度有一个最佳值，
2.表面冷作硬化对耐磨性的影响
一般冷作硬化↑→耐磨性↑
冷作硬化↑↑→金属组织过度疏松→耐磨性↓
3．金相组织变化→表层硬度变化→耐磨性变化
1.表面粗糙度对疲劳强度的影响
Ra↑→表面纹痕↑纹底半径↓→抗疲劳强度↓
2.残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响
残余拉应力→疲劳裂纹↑→加速疲劳破坏
残余压应力→阻止疲劳裂纹的扩展→延缓疲劳破坏的发生
3.表面冷作硬化→产生残余压应力→疲劳强度↑
耐腐蚀性：
Ra↑→凹谷中聚集腐蚀性物质↑→耐蚀性↓
表层的残余拉应力→耐蚀性↓
残余压应力→耐蚀性↑
对配合的影响：
对于间隙配合Ra↑→磨损↑→间隙↑
对于过盈配合装配过程中一部分表面凸峰被挤平→实际过盈量↓→降低了配合件间的连接强度
影响表面粗糙度的因素：
（一）切削加工影响表面粗糙度的因素
1.刀具几何形状的复映
背大吃刀量小背吃刀量
适当以减小切削时的塑性变形程度，合理选择冷却润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小Ra的有效措施。
2.工件材料的性质
1）加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使。
工件材料塑性变形。
中C钢和低C钢，在加工或精加工前，常安排作调质或正火处理，就是为了改善切削性能降低粗糙度。
2）加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点。
影响加工表面物理力学性能的因素
（一）表面层冷作硬化
二）表面层材料金相组织变化
（三）表面层残余应力
控制加工表面质量的途径
机械加工工艺规程设计的内容及步骤
1.分析零件图和产品装配图。
2.对零件图和装配图进行工艺审查。
3.由年生产纲领研究确定零件生产类型。
4.确定毛坯
5.拟定工艺路线。
重点：
将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的的是
1）保证零件加工质量
2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理
3）有利于合理利用机床设备
4）为了在机械加工工序中插入必要的热处理工序,同时使热处理发挥充分的效果,这就自然的把机械加工工艺过程划分为几个阶段,并且每个阶段各有其特点及应该达到的目的.
此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。
时间定额组成：
1．基本时间tm——直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系的时间称为基本时间。
２．辅助时间ta——为配合基本工艺工作完成各种辅助动作所消耗的时间，
３．布置工作地时间ts——为使加工正常进行，照管工作地（例如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间称为布置工作地时间，又称工作地点服务时间，一般按作业时间的2%~7%估算
4．休息和生理需要时间tr——工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间的2%估算。
5．准备与终结时间tbe——工人为生产一批工件进行准备和结束工作所消耗的时间称为准备与终结时间。
保装配精度的四种装配方法
1、互换装配方法
1．完全互换装配法
完全互换装配的优点：
装配质量稳定可靠,装配过程简单,装配效率高,易于实现自动装配,产品维修方便.不足之处是:
当装配精度要求高,尤其是组成环数多时,组成环的公差规定得严,零件制造困难,加工成本高.所以完全互换装配法适于在成批、大量生产中装配那些组成环数少或组成环虽多但装配精度要求不高的机器结构。
2．统计互换装配法
统计互换装配法的优点是：
扩大了组成环的制造公差，零件制造成本低，装配过程简单，生产效率高，不足之处是：
装配之后有极少数产品达不到规定的装配精度要求，需采取另外的返修措施，统计互换装配法适于在大批量生产中装配那些精度要求较高且组成环数又多的机器结构。
（二）分组装配法
分组法装配的主要优点是：
零件的制造精度不高，但却可获得很高的装配精度，组内零件可以互换，装配效率高，不足之处是：
增加了零件测量分组、存储、运输的工作量，分组装配法适于在大批量生产中装配那些组成环数少而装配精度又要求特别高的机器结构。
（三）修配装配法
修配装配法的主要优点是：
组成环均能以加工经济精度制造，但却可获得很高的装配精度，不足之处是：
增加了修配工作量，生产效率低，对装配工人的技术水平要求高，修配装配法常用单件小批生产中装配那些组成环数较多，而装配精度又要求较高的机器结构
（四）调整装配法
调整装配法的主要优点是：
组成环均能以加工经济精度制造，但却可获得较高的装配精度，装配效率比修配装配法高，不足之处是要另外增加一套调整装置。
可动调整法和误差抵消调整法适于在小批量生产中应用，固定调整法，则主要用于大批量生产。
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