机械制造基础课件.docx

1、机械制造基础课件幻灯片1第1章 机械制造技术基础概述 （时间：4次课，8学时）幻灯片2机械制造技术基础 幻灯片5第1章 概 论 教学目标： 机械产品是由若干机械零件组成的。要获得需要的机械零件，必需要了解该零件表面的成形方法，通过选择合适的机床、刀具和夹具，采用正确的装夹方法，对材料或毛坯进行加工，即变成具有一定形状、尺寸和精度的零件。其中，由机床、刀具、夹具和工件组成的系统称为机械加工工艺系统（简称工艺系统），它对能否满足工件的要求起着决定性的作用。本章重点分析工艺系统各部分的特点及机械加工中常用的概念和方法。幻灯片6本课程的性质、研究对象、主要内容及学习要求1、性质：是机械类各专业的主干专

2、业技术基础课程。2、研究对象：金属切削原理、金属切削机床与刀具、机床夹具设计原理以及机械产品的制造工艺（包括零件加工和装配两方面）。3、主要内容与学习要求（1）以金属切削理论为基础，要求掌握金属切削的基本原理和基本知识，并具有根据具体情况合理选择加工方法（机床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力；（2）掌握机械加工的基础理论和知识：如定位理论、工艺尺寸链理论、加工精度理论等。（3）了解影响加工质量的各种因素，学会分析研究加工质量的方法；（4）学会制定零件机械加工工艺过程的方法；（5）掌握机床夹具设计的基本原理和方法。本课程的性质、目的与基本要求幻灯片7 学 习 方 法 机械制造技术基础是一门

3、综合性、实践性、灵活性较强的课程，它涉及了毛坯制造、金属材料、热处理、公差配合等方面的知识。金属切削理论和机械制造工艺知识具有很强的实践性。因此，希望学习本课程时必须重视实践环节，即通过实验、实习、课程设计及工厂调研来更好地体会、加深理解。本书给出的仅是基本概念与理论，真正的掌握与应用必须在不断的实践理论实践的循环中善于总结，才能达到自由王国的境界。幻灯片11 使用教材：倪小丹等主编。机械制造技术基础M，清华大学出版社，07.3参考教材：1.张世昌等主编。机械制造技术基础M， 高教出版社，2008.122.王启平主编，机械制造工艺学M， 哈尔滨工业大学出版社，2002.3.陈日曜主编。金属切削

4、原理M，机械工业出版社，1993. 幻灯片13 目 录第1章 机械制造技术基础概述 第2章 金属切削基本原理第3章 工艺规程设计第4章 机械加工精度与表面质量第5章 机床夹具第6章 机械装配工艺基础第7章 典型零件加工幻灯片14第1章 机械制造技术基础概述 第1章 概 论 图1.1 阶梯轴简图幻灯片19第1章 概 论 1.1 机械加工的基本概念 1.2 机械加工工艺装备 1.3 基准的概念及其分类 1.4 工件定位的六点定则 1.5 获得加工精度的方法 1.6 实 训 1.7 习 题 幻灯片201.1 机械加工的基本概念 1.1.1 工件表面的成形方法 1.1.2 切削加工成形运动和切削用量1

5、.1 机械加工的基本概念1.1.1 工件表面的成形方法 所有机械零件的表面，都是由一些基本表面形成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形表面（如螺纹表面、渐开线齿面等），这些表面通常可以看成是一条母线沿着另一条导线运动而形成的。图1.2所示的几何表面都是由母线1沿导线2运动而形成的。母线和导线统称为发生线。幻灯片231.1.1 工件表面的成形方法 图1.2 零件表面的成形幻灯片241.1.1 工件表面的成形方法 需要指出：1虽然母线和导线相同，但若两者间起始位置不同，形成的表面也不同，如图1.2中的b及c。2有些表面，其母线和导线可以互换，如图1.2中a、d和f等，称为可逆表面；另一

6、些表面则不能互换，如图中b和e，称为不可逆表面。 切削加工中发生线是由刀具的切削刃和轨迹的相对运动得到的，不同的加工运动、不同的切削刃形状，形成发生线的方式不同，获得的零件表面就不同。形成零件表面的方法可以归纳为以下4种： （1）轨迹法 利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。图1.3中母线2，工件作回转运动形成导线，最终获得回转曲面。采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。幻灯片251.1.1 工件表面的成形方法 图1.3 形成零件表面的4种方法幻灯片261.1.1 工件表面的成形方法 （2）成形法 利用成形刀具对工件进行加工的方法

7、。如图1.3b所示，切削刃1的形状和长度与所需形成的发生线（母线2）完全吻合，工件作回转运动形成导线，最终也获得回转曲面。 （3）相切法 利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。如图1.3c所示，刀刃1作回转运动，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动，切削点运动轨迹的包络线就是所需的发生线。为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。 （4）展成法 利用刀具和工件作展成切削运动进行加工的方法。如图1.3d所示，加工时，刀具1与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线，就是所需的发生线。用展成法形成发生线

8、需要一个成形运动（即刀具运动A与工件运动B组合而成的展成运动3）。幻灯片271.1.2 切削加工成形运动和切削用量 1. 成形运动 （1）主运动 直接切除工件上的切削层，以形成工件以加工表面的基本运动。主运动的速度最高，消耗功率最大，机床的主运动只有一个。主运动可以由工件或由刀具完成，车削时的主运动是工件的旋转运动。 （2）进给运动 是指不断把切削层投入切削的运动。进给运动的速度较低，消耗的功率较小。进给运动不限于一个，可以是连续的，也可以是间歇性的。 切削时，工件上形成三个不断变化着的表面（见图1.4）： 已加工表面 指经切削形成的新表面，它随着切削运动的进行逐渐扩大。 待加工表面 指即将被

9、切除的表面。它随着切削运动的进行，逐渐缩小，直至全部切去。 过渡表面 指切削刃正在切削的表面。幻灯片281.1.2 切削加工成形运动和切削用量 图1.4 车削时的切削运动与加工表面幻灯片291.1.2 切削加工成形运动和切削用量 在切削过程中，切削刃相对于工件运动轨迹面，就是工件上的过渡表面和已加工表面。这里有两个要素，一是切削刃，二是切削运动。不同形状的切削刃与不同的切削运动组合，即可形成各种工件表面，如图1.5所示。幻灯片301.1.2 切削加工成形运动和切削用量 图1.5 各种切削运动和加工表面幻灯片311.1.2 切削加工成形运动和切削用量 2. 切削用量 （1）切削速度 它是切削刃上

10、选定点相对于工件的主运动线速度。当主运动为旋转运动时，其切削速度为（单位为m/min） 式中 d完成主运动的工件或刀具的最大直径（单位为mm）； n主运动的转速（单位为r/min） （2）进给量f 当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上的位移量f。进给量的大小也反映了进给速度（单位为mm/min）的大小，关系为幻灯片321.1.2 切削加工成形运动和切削用量 背吃刀量 车削时（单位为mm）是工件上待加工表面与已加工表面间的垂直距离： 式中 工件待加工表面的直径，单位为mm； 工件已加工表面的直径，单位为mm。 合成切削速度 在主运动与进给运动同时进行的情况下，切削刃上任一点的实际切削速

11、度是它们的合成速度幻灯片331.2 机械加工工艺装备 1.2.1 机床 1.2.2 刀具 1.2.3 夹具 1.2.4 量具幻灯片341.2 机械加工工艺装备 零件加工时需要的成形运动，都是靠相应的机床来实现的。在加工过程中，除要使用机床外，还需要装夹工件用的夹具、切除工件上多余材料使用的刀具以及判断零件合格与否的量具。机床、夹具、刀具和量具统称为工艺装备。幻灯片351.2.1 机床 1.2.1.1 机床的分类与型号编制 1.2.1.2 机床的传动原理 1.2.1.3 典型机床的加工范围幻灯片361.2.1 机床 机床是制造机器的机器，被称为工作母机。根据加工工艺方法的不同，机床有几大类，如金

12、属切削机床、锻压机床、电加工机床、坐标测量机、铸造机床、热处理机床（表面淬火机床）等。本书以介绍金属切削机床为主。幻灯片371.2.1.1 机床的分类与型号编制 机床的品种规格繁多，为了便于区别、使用和管理，必须对机床进行分类，并编制型号。 1. 机床的分类 机床的传统分类方法，主要是按加工性质和所用的刀具进行分类。根据国家制定的机床型号编制方法，目前将机床分为12大类：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、特种加工机床、锯床和其它机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局形式和结构，分为若干组，每一组又细分为若干系（系列）。幻灯片381.2.1.1 机床的分类

13、与型号编制 2. 机床型号的编制 机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、通用和结构特性、主要技术参数等。GB/T15375-94规定：机床的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排列组成，适用于各类通用机床和专用机床（组合机床除外）。 通用机床型号的表示方法： 幻灯片391.2.1.1 机床的分类与型号编制 （） （） （）（）/ （）（-） 企业代号 其它特性代号 重大改进顺序号 主轴数或第二主参数 主参数或设计顺序号 系代号 组代号 通用特性、结构特性代号 类代号 分类代号幻灯片401.2.1.1 机床的分类与型号编制 （1）机床的类别代号 机床的类别代号用大写的汉语拼音字

14、母表示，如表1.1所示。若每类又有分类，则在类别代号之前用阿拉伯数字表示。 （2）机床的特性代号 机床的特性代号表示机床所具有的特殊性能，包括通用特性和结构特性，用字母表示。当某类机床除了有普通型外，还有某种特性时，应在类别代号之后加特性代号予以区别。如表1.2所示为机床的通用特性代号。通用特性的代号在各类机床中所表示的意义相同；结构特性代号无统一规定，在不同的机床中含义也不相同，用于区别主参数相同而结构不同的机床。幻灯片411.2.1.1 机床的分类与型号编制幻灯片421.2.1.1 机床的分类与型号编制幻灯片431.2.1.1 机床的分类与型号编制 （3）机床的组别代号和系列代号 机床的组

15、别代号和系列代号用两位阿拉伯数字表示，前者表示组别，后者表示系列。每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，每个组又划分为10个系，分别用数字09表示。金属切削机床的类、组划分见表1.3所示。 （4）机床主参数和设计顺序号 机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示。各类机床的主参数及折算系数见表1.4所示。 第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作长度等等。第二主参数也用折算值表示。幻灯片441.2.1.1 机床的分类与型号编制幻灯片451.2.1.1 机床的分类与型号编制幻灯片461.2.1.1 机床的分类与型号编制幻灯片471.2.1.1 机

16、床的分类与型号编制 （5）机床的重大改进顺序号 当机床的性能及结构布局有重大改进，并按新产品重新设计、试制和鉴定时，在原有机床型号的尾部，加重大改进号，以区别于原有机床型号。序号按A、B、C、的字母顺序选用。 （6）其它特性代号 主要用以反映各类机床的特性，如对数控机床，可用来反映不同的数控系统；对于一般机床可用来反映同一型号机床的变型等。其它特性代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。幻灯片481.2.1.1 机床的分类与型号编制 （7）企业代号 生产企业单位的代号。 例如Z304016/S2型摇臂钻床型号中：Z类别代号（钻床类）； 3组别代号（摇臂钻床组）；0系别代号（摇臂钻床系

17、）；40主参数（最大钻孔直径40mm）；16第二主参数（最大跨距1600mm）；S2企业代号（中捷友谊机床厂代号）。幻灯片491.2.1.1 机床的分类与型号编制 3. 机床技术性能指标 机床的技术性能指标是根据使用要求确定的，通常包括以下内容： （1）机床的工艺范围 机床的工艺范围是指机床上可以完成的工序种类，能加工的零件类型，使用的刀具，所能达到的加工精度和表面粗糙度，适用的生产规模等。 （2）机床的技术参数 机床的技术参数主要包括：尺寸参数（几何参数）、运动参数和动力参数。 尺寸参数 是指机床能够加工工件的最大几何尺寸。例如，对于卧式车床的主参数为床身上最大工件回转直径，第二主参数为最大

18、工件长度；对于矩台平面磨床，主参数为工作台面宽度，第二主参数为工作台面长度。幻灯片501.2.1.1 机床的分类与型号编制 运动参数 是指机床加工工件时所能提供运动速度，包括主运动的速度范围、速度数列和进给运动范围、进给量数列，以及空行程的速度等。对作回转运动的机床，主运动参数是主轴转速，对作直线运动的机床，主运动参数是机床工作台或滑枕的每分钟往复次数。 大部分机床（如车床、钻床）的进给量用工件或刀具每转的位移（mm/r）来表示。直线往复运动的机床（如刨床、插床）的进给量，以每一往复的位移量来表示。铣床和磨床的进给量，以每分钟的位移量（mm/min）来表示。 动力参数 是指机床驱动主运动、进给

19、运动和空行程运动的电动机额定参数（如额定功率、额定转速等）。幻灯片511.2.1.1 机床的分类与型号编制 （3）机床的精度与刚度 机床的精度包括几何精度和运动精度。机床的几何精度指机床在静止状态下的原始精度，包括各主要零部件的制造精度及其相互间的位置精度。机床的运动精度指机床的主要部件运动时的各项精度，包括回转运动精度、直线运动精度、传动精度等。机床的刚度是指机床在受力作用下抵抗变形的能力。幻灯片521.2.1.2 机床的传动原理 1. 机床的基本组成 为实现加工过程中所必须的各种运动，机床应具备三个基本部分： （1）执行件 执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。其任务是装夹刀具和工件

20、，直接带动它们完成一定形势的运动和保持准确的运动轨迹。 （2）运动源 为执行件运动和动力的装置。如交流异步电动机、直流电动机、部进电机等。 （3）传动装置 传递运动和动力的装置。通过它可以把运动源的运动和动力传给执行件，使它按一定的速度和方向运动；也可以把两个执行件联系起来，使二者保持某种确定的运动关系。 机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式。幻灯片531.2.1.2 机床的传动原理 2. 机床的传动链 机床上为得到所需要的运动，需要通过一系列的传动件把执行件和动力源（或者把执行件和执行件）连接起来，称为传动联系。组成传动联系的一系列传动件称为传动链。传动链中有两类传动机构：一是传

21、动比和传动方向固定不变的定比传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等；二是按加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，称为换置机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构和离合器变速机构等。幻灯片541.2.1.2 机床的传动原理 3. 机床的传动原理图 为了便于研究机床的传动系统联系，常用一些简明的符号表示传动原理和传动路线，这就是传动原理图。如图1.6所示，假想线代表定比传动机构，棱形块代表换置机构。图1.6a铣平面，有两条外联系传动链：传动链“1234”将运动源（电动机）和主轴联系起来，使铣刀获得一定转速和转向的旋转运动B；传动链“5678”将运动源和工作台联系起来，使工件获得一定进

22、给速度和方向的直线运动A。若要改变铣刀的转速、转向和工件的进给速度和方向时，可通过换置机构和实现。 幻灯片551.2.1.2 机床的传动原理 图1.6b车螺纹时，工件的旋转和车刀的移动为复合运动，有两条传动链：外联系传动链“12.34” 将运动源和主轴联系起来；内联系传动链“4567”将主轴和刀架联系起来，使工件和车刀保持严格的运动关系，利用换置机构，可实现不同导程的要求。图1.6c为车圆锥螺纹的传动原理图。车圆锥螺纹需要三个单元运动组成的复合运动：工件旋转B、车刀纵向直线移动A和横向直线移动A。这三个单元运动之间必须严格保持：工件转一转的同时，车刀纵向移动一个螺纹导程L的距离，横向移动Lta

23、n的距离（为圆锥螺纹的斜角）。这就需要在主轴与刀架纵向溜板之间用传动链“4567”联系，在刀架纵向溜板与横向溜板之间用传动链“789”联系，这两条传动链都是内联系传动链。传动链中的可适应加工不同导程螺纹的需要，可适应加工不同锥度螺纹的需要。外联系传动链“1234”使主轴和刀架获得一定速度和方向的运动。 幻灯片561.2.1.2 机床的传动原理 图1.6 传动原理图幻灯片571.2.1.3 典型机床的加工范围 1. 车床 车床是金属切削机床中应用最广泛的一种。车床类机床主要用于加工各种回转表面，如内圆、外圆、圆锥、成形面、螺纹面和回转体的端面等。车床上主要使用各种车刀，其次是各种孔加工刀具（如钻

24、头、扩孔钻、铰刀等）和螺纹刀具（板牙、丝锥等）。 车床的种类很多，按结构和用途的不同，可分为卧式车床、转塔车床、立式车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床、多刀车床、专门化车床（如凸轮轴车床、曲轴车床）等。其中卧式车床的应用最广。卧式车床由主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座和床身等部件组成（见图1.7）。车床的主运动是工件的旋转运动，进给运动是刀具的移动。幻灯片581.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.7 卧式车床 1主轴箱 2刀架 3尾座 4床身 5、9床腿 6 光杆 7丝杠 8溜板箱 10进给箱 11挂轮变速机构幻灯片591.2.1.3 典型机床的加工范围 卧式车床的加工范

25、围很广，它能完成多种加工，主要包括：各种轴类、套类和盘类等零件上的回转表面，如车外圆、镗孔、车锥面、车环槽、切断、车成形面等；车端面；车螺纹；还能进行钻中心孔、钻孔、铰孔、攻丝、滚花等，如图1.8所示。幻灯片601.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.8 卧式车床加工的刀具和典型表面幻灯片611.2.1.3 典型机床的加工范围 2. 铣床 铣床主要用于加工各种平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮等表面。铣削与刨削的工艺范围基本相同，但由于铣刀同时有多个刀齿参加切削，所以铣削的生产率比刨削高，在机械加工中所占比重比刨削大。 铣床的种类很多，主要有升降台式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床、各种专

26、门化铣床（如凸轮铣床、曲轴铣床）等，其中应用最广的是升降台式铣床。万能升降台式铣床的主要结构如图1.9所示，其主运动是刀具的旋转运动。工作台6可在互相垂直的三个方向调整其位置，并可在任一方向上实现进给运动。在床鞍8上有一个回转盘7，可以绕垂直轴在45范围内调整角度，工作台在回转盘的导轨上移动，以便铣削各种角度的成形面。铣刀与铣床加工的典型表面如图1.10所示。幻灯片621.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.9 X62W型铣床 1主轴变速机构 2床身 3主轴 4横梁 5刀杆支架 6工作台 7回转盘 8横滑板 9升降台 10进给变速机构幻灯片631.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.10

27、铣刀与铣床加工的典型表面 a)、b)、铣平面 c)铣螺纹 d)、e)铣沟槽 f)铣台阶 g)铣T型槽 h)切断 i)、j)铣角度槽 k)、l)铣键槽 m)铣齿形 n)铣螺旋槽 o)铣曲面 p)铣立体曲面 q)球头铣刀幻灯片641.2.1.3 典型机床的加工范围 3. 钻床 主要用钻头在工件上加工孔的机床称为钻床。通常钻头的旋转运动为主运动，刀具的轴向移动为进给运动。 钻床的主要功用是钻孔和扩孔，也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉头孔和锪凸台端面等。普通钻床分为台式钻床（加工直径小于13mm的孔）、立式钻床（加工直径小于50mm的孔）、摇臂钻床、深孔钻床、中心孔钻床、数控钻床等等。应用最广泛的是立式钻

28、床、摇臂钻床和数控钻床。 图1.11所示为一摇臂钻床，主轴箱4装在摇臂3上，并可沿摇臂3的导轨作水平移动，摇臂3可沿立柱2作垂直升降运动，摇臂还可以绕立柱轴线回转。就能方便地加工不同高度和不同位置的工件。 钻床的加工方法及所需的运动如图1.12所示。幻灯片651.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.11 摇臂钻床 1底座 2立柱 3摇臂 4主轴箱 5主轴 6工作台幻灯片661.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.12 钻床的加工方法幻灯片671.2.1.3 典型机床的加工范围 4. 镗床 镗床的主要工作是用镗刀镗孔，通常孔的尺寸较大、数量多，孔的尺寸精度、形状精度、位置精度要求高。合适加工

29、各种大型箱体、床身、机壳、机架等工件。镗床的主要类型有卧式镗铣床、坐标镗床、金刚镗床等。其中以卧式镗铣床应用最广泛。其主要结构见图1.13所示。卧式镗床的主要运动有：镗杆或平旋盘的旋转主运动；镗杆的轴向进给运动；主轴箱的垂直进给运动（加工端面）；工作台的纵向、横向进给运动；平旋盘上的径向刀架进给运动（加工端面）。且工作台还能沿上滑座的圆轨道在水平面内转动，以适应加工互相成一定角度的平面和孔。 镗床还可用来钻孔、扩孔、铰孔、车螺纹、铣平面等加工。其典型加工方法如图1.14所示。 幻灯片681.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.13 卧式镗床 1床身 2下滑座 3上滑座 4后支架 5后立柱 6工作台 7镗轴 8平旋盘 9径向刀架 10前立柱 11主轴箱幻灯片691.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.14 卧式镗床的主要加工方法幻灯片701.2.1.3 典型机床的加工范围 图1.15 M1432A型万能外圆磨床幻灯片711.2.1.3 典型机床的加工范围 外圆磨床和万能磨床的加工方式如图1.16所示。图a为纵向进给磨削外圆柱面；图b为工作台旋转一角度，纵向进给磨削锥度不大的外圆锥面；图c和d为横向进给磨削（切入磨削）锥度较大，但较短的外圆锥面，图c为砂轮架倾斜一角度，图d为工件头架倾斜一角度；图e为内圆磨具磨内孔，若要磨锥孔，工件头架应倾斜一角度。幻灯片721.2.1.3 典