机械加工工艺基础1(完整版)

机械制造工程训练一、成本要素二、切削加工的基础知识三、金属切削机床四、机械加工工艺过程五、零件表面的加工方案六、下料七、焊接索引一、成本计算变动成本：计件工人工资、辅料、材料费、能耗固定成本：设备、厂房、管理费用计算方法：产生费用分摊到单个时间费用，如车工序36元/H返回索引二、切削加工的基础知识返回索引切削加工是利用刀具和工件的相对运动，刀具从毛坯或型材上切除多余的材料，以便获得精度和表面粗糙度均符合要求的零件的加工过程。切削加工分为机械加工和钳工。1.切削加工的概念1.1钳工与机械加工钳工：通过工人手持工具进行切削加工。机械加工：采用不同的机床（如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等）对工件进行切削加工。2.零件表面质量的概念零件几何参数：宏观几何参数：包括：尺寸、形状、位置等要素。微观几何参数：指：微观表面粗糙程度。2.1加工精度•加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、形状、位置等参数同理论参数的相符合的程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：a.尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。b.形状精度：零件形状与理想形状接近程度。c.位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。2.1加工精度•国家标准规定：常用的精度等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。数字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。•高精度：IT5、IT6通常由磨削加工获得。•中等精度：IT7-IT10通常由精车、铣、刨获得。•低精度：IT11-IT13通常由粗车、铣、刨、钻等加工方法获得。2.1.1尺寸精度Φ250-0.04零件尺寸要素的误差大小。问：精度的高低与哪两个因素有关？基本尺寸和公差大小。2.1.2形状精度Φ25轴加工后可能产生的形状误差0－0.0132.1.2形状精度指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；国家标准规定了六类形状公差（见下表）形状精度的标注：框格分为2格，箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。2.1.3位置精度指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待表达的表面精度等级尺寸精度范围Ra值范围（μm）相应的加工方法低精度IT13～IT1125～12.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等精度IT10～IT96.3～3.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等IT8～IT71.6～0.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗铰等高精度IT7～IT60.8～0.2精磨、精铰等特别精密精度IT5～IT2Ra＜0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等零件精度等级及其相应的加工方法2.2表面粗糙度表面粗糙度：零件微观表面高低不平的程度。产生的原因：1）切削时刀具与工件相对运动产生的磨擦；2）机床、刀具和工件在加工时的振动；3）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；4）加工时零件表面发生塑性变形。2.2表面粗糙度•国家标准规定：表面粗糙度分为14个等级，分别用表示，数字越大，表面越粗糙。•表面粗糙度符号上的数值Ra,单位是微米（μm）。2.2表面粗糙度表面粗糙度符号的意义及应用符号符号说明意义及应用基本符号单独使用无意义基本符号上加一短划线表示表面粗糙度是用去除法获得基本符号内加一小圆表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得符号上加Ra值用去除材料方法获得的表面，Ra的最大允许值为3.2µm2.3常见加工方法的Ra表面特征加工方法Ra(微米)表面特征粗车粗镗50可见明显刀痕粗铣粗刨25可见刀痕钻孔12.5微见刀痕精铣精刨半精车6.3可见加工痕迹3.2微见加工痕迹精车1.6看不清加工痕迹粗磨0.8可辨加工痕迹方向精磨0.4微辨加工痕迹方向精密加工0.1-0.012只能按表面光泽辩识机器零件的基本表面包括：外圆、内圆（孔）、平面和成型面基本表面主要由如下的加工方法获得3.切削运动与切削用量3.1切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转运动车刀纵向、横向、斜向直线移动钻床钻头旋转运动钻头轴向移动卧铣、立铣铣刀旋转运动工件纵向、横向、斜向直线移动牛头刨床刨刀往复运动工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向间歇移动龙门刨床工件往复运动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动外圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动内圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动平面磨床砂轮高速旋转工件往复移动，砂轮横向、垂向移动机床的切削运动3.2切削用量切削量三要素包括切削速度、进给量和背吃刀量切削速度：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度,用V表示，单位为m/s或m/min进给量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用f表示，车、钻和铣削时单位为mm/r背吃刀量:已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，用ap表示，单位为mm，如下图：3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算V:切削速度d:工件直径n:工件转速)(2minmaxmmddap背吃刀量：切削速度：dmax:待加工表面直径dmin:已加工表面直径ap:背吃刀量(m/s)πdnv1000603.3切削用量的合理选择问题(1)粗加工按ap（吃刀量）－f（进给量）－v（转速）－的顺序选择a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛坯尺寸首先选择apb、粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大的f，减少走刀时间c、ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提下选择v(2)精加工按v（转速）－f（进给量）－ap（吃刀量）的顺序选择精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的v，然后选择达到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定ap三、金属切削机床返回索引1、机床的类型金属切削机床是用来对工件进行加工的机器，故称为“工作母机”，习惯上称机床。按加工性质和所用刀具分类：分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类；按精度分类：分为普通精度、精密和高精度三种；按重量分类：分为一般机床、大型机床和重型机床。机床的型号：如：CW6163表示…2、机床的基本结构1.主传动部件：用来实现机床主运动；2.进给传动部件：主要用来实现机床进给运动；3.工件安装装置：用来安装工件；4.刀具安装装置：用来安装刀具；5.支承件：用来支承和连接机床各零部件，是机床的基础构件；6.机床动力部件：为机床提供动力。3、机床的传动机床的传动有机械、液压、气动、电气等多种形势，最常见的是机械传动和液压传动。机械传动包括皮带传动、齿轮传动、涡轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和丝杆螺母传动3.1皮带传动皮带传动是靠胶带与带轮之间的磨擦作用，将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮上去的。皮带传动的优点是传动平稳、轴间距较大，结构简单、制造维修方便，过载时皮带打滑。不易引起机器损坏；其缺点是不能保证精确的传动比，且磨擦损失大，传动效率较低。3.2齿轮传动齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式，这种传动方式种类多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿轮传动等，最常见的是直齿圆柱齿轮。设：z1和n1分别为主动轮的齿数和转速z2和n2分别为被动轮的齿数和转速传动比i=(z1/z2)=(n2/n1)3.3涡轮、蜗杆传动采用这种方式，只能由蜗杆带动蜗轮传动，其传动的优点是：可获得较大的降速比，传动平稳、噪音小，结构紧凑。其缺点是传动效率低，并需要良好的润滑条件3.4齿轮、齿条传动齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前者居多。齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时，传动的平稳性和准确性较差。3.5丝杆、螺母传动丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动，例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后，刀架便作纵向运动。其传动的优点是工作平稳，无噪音，其缺点是传动效率较低。4、机床的变速机构在一般的通用机床上通过变速机构实现接近理想值的切削速度。变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱，齿轮箱变速机构的形式多样，最常见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮变速机构4.1滑动齿轮变速机构带长键的从动轴Ⅱ上装有滑动齿轮z2,z4,z6,通过手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴Ⅰ上的齿轮z1,z3,z5相啮合，其传动比i1=z1/z2i2=z3/z4i3=z5/z6轴Ⅱ的转速分别为：n2=i1n1或n2=i2n1或n2=i3n1（式中n1为轴Ⅰ的转速,n2为轴Ⅱ的转速）4.2离合器式齿轮变速机构从动轴Ⅱ两端空套有齿轮z2和z4，它们分别与固定在主动轴Ⅰ上的齿轮z1和z3啮合。轴Ⅱ中部带有键3，并装有压嵌式离合器4。当手柄左移或右移离合器时，离合器的爪1与齿轮z2啮合或爪2与齿轮z4啮合，这样轴Ⅱ可得到两种不同的转速，其传动比是：i1=z1/z2i2=z3/z45、车床的基本结构主电机及变速机构挂轮箱床头箱进给箱卡盘中心架溜板箱尾架丝杆光杆5.1车削的加工范围车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以加工：外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、切断、切槽、滚花、车螺纹、车成型面、绕弹簧等。5.2车削的工艺特点1.粗加工：经济精度可达到IT10，表面粗糙度在25-12.5之间;精加工：经济精度可达IT7左右，表面粗糙度Ra6.3-1.6之间。2.易于保证相互位置精度要求。一次装夹可加工几个不同的表面，避免安装误差。3.刀具简单，制造、刃磨和安装方便，容易选用合理的几何形状和角度，有利于提高生产率。4.应用范围广泛，几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体表面及端面，均可以用车削方法达到要求。5.可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）6铣削加工主轴箱主轴横溜板工作台升降台底座6.1立式铣床的基本结构6.2铣削的主要加工范围6.3铣床的分度加工功能分度头手柄工件铣刀卡盘尾架扇形夹1.分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为40：1，即手柄转40圈，卡盘或工件转1圈。2.孔圈和扇形夹的张开角度用于非整数圈的定位孔圈6.4逆铣和顺铣逆铣：铣刀旋向（或铣削力）与进给方向相反顺铣：铣刀旋向与进给方向一致FFVV6.5铣削的工艺特点1.铣削加工的精度可达IT10-IT7，表面粗糙度可达6.3-1.6左右2.生产效率高，铣刀是多刀齿刀具，铣削时有几个刀齿同时参加切削，主运动是刀具的旋转，所以铣削的生产效率比刨削高。3.容易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出时产生振动，加工过程中切削面积和切削力变化较大。4.刀齿的散热条件较好，在刀具旋转过程的不切削时间内，刀具可以得到一定的冷却。5.与刨床相比，铣床价格高，适用于批量生产。7.刨（插）削加工刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种牛头刨床:刨刀的直线往复运动是主运动，工件在刨刀返回行程将结束时作横向进给运动。牛头刨床主要用于加工中小型零件龙门刨床:工作台往复运动，横梁上的刀架可以水平或垂直运动龙门刨床主要用于加工大型零件7.1牛头刨床的摆杆机构牛头刨床的摆杆机构摆杆齿轮带动摇杆左右摆动，摇杆带动滑枕做往复运动。摆杆机构的特点：返回行程比工作行程时间快。7.2刨削加工的范围3.1插削加工插床又称立式刨床，其运动原理与牛头刨床相似，主要用于孔内表面加工，如方孔、多边形孔、键槽等的加工。工件在工作台上可做纵向、横向和回转的运动，滑枕做上下往复运动。7.3插削主要加工范围7.4刨削加工的工艺特点1.加工精度通常为：精刨：IT7-IT10，粗糙度Ra为6.3-1.6之间。2.通用性好，刨床简单、价格低、调整和操作简便，刨刀形状简单，制造、刃磨方便。3.生产率一般比较低，主运动为往复直线运动，返回行程不参加切削。4.适用于单件小批生产。8.钻削加工钻床包括台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。如图：工件直径≤12mm的孔一般使用台式钻床加工，孔径50mm的中小型零件在立式钻床上加工，大型工件上的孔在摇臂钻床上加工。钻夹头是钻孔的常用夹具，一般用于孔径较小(≤12mm