机械制造技术基础总Word下载.docx

1、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 / Zv进给速度vf vf = 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）ap2.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

2、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=fsinkr （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 ap2.3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：（

3、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

4、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

5、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

6、作角度） 工作基面Pre: 过切削刃选定点与合成切削速度ve垂直； 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：切削速度v垂直于刀杆底面；进给速度vf垂直于刀杆中心线，其大小忽略不计。参考平面：基面Pr：过切削刃选定点与切削速度vc垂直；切削平面Ps: 过选定点与切削刃相切并与Pr垂直；正交平面Po（主剖面）:过选定点与Pr和Ps都垂直。PrPsPo组成正交平面（主剖面）参考系。经常用到的参考平面还有：进给剖面Pf；切深剖面Pp。PrPfPp组成进给和切深剖面参考系。法平面Pn:过

7、选定点与切削刃S垂直。（一般， Pn不与Pr垂直）PrPsPn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KrS在Pr上的投影与Vf的夹角；2 刃倾角 sS与Pr的夹角（在PS内度量）；v与S共同确定A 、A 的：前角 0在正交平面PO中，A 与Pr的夹角；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：副偏角Kr S在Pr上的投影与Vf所夹锐角；副后角 0在副正交平面PO中，A 与Ps的夹角。

8、 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）：刀尖角 rS与S在Pr上投影的夹角， r=180o-（ Kr+ Kr）；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 s0o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

9、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810m/min;合金工具钢：9SiCr、CrWMn等，耐热约220oC，允许Vc为1012m/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

10、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）其它刀具材料粉末冶金高速钢、碳化钛基硬质合金、涂层刀具等；3 陶瓷；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；立方氮化硼（CBN）复合刀片:超硬（HV80009000），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

11、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0.020.2mm ,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，

12、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 = cos 0 /（ h- sin 0 ）（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

13、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，

14、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3035o）；（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P

15、87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

16、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）Tvc经验公式（泰勒公式）：vc Tm=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

17、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5o10o。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

18、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：影响切削刃的锋利性；影响刀尖：负 s可强化刀尖、改善散热、避免冲击（图3.36）；影响切削力的大小、方向： sFp ，Ff 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（450750）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

19、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

20、.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22.5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

21、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：合理设计零件；采取必要的热处理；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

22、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

23、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

24、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

25、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CP1。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

26、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

27、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