机械制造技术基础第1章概论

第1章概论（时间：4次课，8学时）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。第1章概论教学重点和难点：工件表面的成形方法典型机床的加工工艺范围刀具的几何角度工件定位的方式六点定则获得加工精度的方法第1章概论案例导入怎样获得如图1.1所示的阶梯轴零件？分析：它是由一些外圆柱面、圆锥面(倒角)和平面组成，并有尺寸精度和表面粗糙度要求。怎样才能获得这些表面？需要哪些运动？需要用什么机床、刀具、夹具和量具？怎样把它装在机床上？精度怎样？第1章概论图1.1阶梯轴简图第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1.1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1.1机械加工的基本概念通过本节的学习，要求掌握机械零件表面的成形方法——轨迹法、成形法、相切法和展成法；熟悉零件常见表面（外圆、孔、平面、螺纹、齿面）的机械加工方法；掌握切削加工中的运动、切削用量与切削层截面参数。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。1.1.1工件表面的成形方法图1.2零件表面的成形1.1.1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。1.1.1工件表面的成形方法图1.3形成零件表面的4种方法1.1.1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。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）。1.1.2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。1.1.2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1.1.2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。1.1.2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1.1.2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1.1.2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度是它们的合成速度1.2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1.2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。1.2.1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1.2.1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。1.2.1.1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）。1.2.1.1机床的分类与型号编制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：1.2.1.1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1.2.1.1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。1.2.1.1机床的分类与型号编制1.2.1.1机床的分类与型号编制1.2.1.1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0～9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。1.2.1.1机床的分类与型号编制1.2.1.1机床的分类与型号编制1.2.1.1机床的分类与型号编制1.2.1.1机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。1.2.1.1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Z3040×16/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）；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）。1.2.1.1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。①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。1.2.1.1机床的分类与型号编制②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。③动力参数是指机床驱动主运动、进给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）。1.2.1.1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。1.2.1.2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，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