第2章 机械加工工艺系统

课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-1-页第2章机械加工工艺系统□□教学基本要求与目标1．认识和理解机械加工工艺系统；2．掌握工艺系统中的基本概念（主要是：工件、机床、刀具、夹具四部分。）。□□教学重点切削用量、刀具的参考系及其角度、工件的定位□□课时分配本章课时：讲课…12学时2.1零件表面的成形和运动（1.5学时）2.2工件（0.5学时）2.3金属切削机床（2学时）2.4刀具（4学时）2.5夹具概述（2学时）☆单元测验（第1、2章内容）（2学时）□□授课方式以教师讲授为主，多媒体教学为辅□□习题与思考题P47习题与思考题2.1，2.2，2.3，2.4，……2.12〖主要教学过程〗2.1零件表面的成形和机械加工运动一、零件表面的形成回转体表面：是以直线为母线作旋转运动所形成的表面。成型方法：车削、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、内外圆磨削等。课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-2-页形成发生线的方法:（1）轨迹法（2）成形法（3）展成法（4）相切法二、机械加工的运动1、表面成形运动从几何的角度来分析，为保证得到工件表面的形状所需的运动，称为成形运动。根据工件表面形状和成形方法的不同，成形运动有以下类型：（1）简单成形运动：一个成形运动是由单独的旋转运动或直线运动构成的。（2）复合成形运动：一个成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成。从保证金属切削过程的实现和连续进行的角度看，成形运动可分为：（1）主运动：切除切屑所需的基本运动。3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。（通常只有一个主运动）。（2）进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。（可以是连续的，也可以是断续的。）成形运动是机床最基本的运动。2、辅助运动除成形运动外，为完成机床工作循环，还需一些其它的辅助运动：（1）空行程运动刀架、工作台的快速接近与退出工件等，可节省辅运动。（2）切入运动保证被加工面获得所需尺寸，刀具相对互动式件表面的深入运动。（3）分度运动使工件或刀具回转到所需要的角度。（4）操纵及控制运动包括变速、换向、起停及工件的装夹等。课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-3-页常见机床的切削运动三、切削用量和切削层参数1、切削过程中工件上的表面正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：（1）待加工表面：即将进入切削加工的表面。（2）已加工表面：已经加工完成的表面。（3）加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削加工的表面。课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-4-页课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-5-页2、切削用量切削用量三要素：（1）切削速度vc：切削速度是主运动的线速度(m/s或m/min)主运动为旋转运动vc=πdn/1000往复运动vc=2Lnr/1000（2）进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离。1）进给速度vf（mm/min）进给速度vf=nf=nfzz（mm/s或mm/min)2）进给量f（mm/r）3）每齿进给量fz（mm/z）（3）背吃刀量（切削深度）ap（mm）：已加工表面与待加工表面间的距离。车削外圆时ap=(dw-dm)/2钻孔时ap=dm/2课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-6-页2.2工件一、概述工件是机械加工过程中被加工对象的总称，任何一个工件都经过由毛坯到成品的过程。1、工件的毛坯毛坯是工件的基础，毛坯的种类和质量对机械加工的质量有很大影响。2、工件表面的构成工件的表面一般由多种几何形状构成。3、工件的质量要求工件质量包括加工精度和表面质量两方面。加工精度指工件加工后的几何参数（尺寸、形状和位置）与规定的理想零件的几何参数符合的程度，符合程度越高，加工精度也越高。工件是机械加工工艺系统的核心。二、工件的安装和基准工件在夹具上定位和夹紧的过程称为安装。常用的安装方法有直接找正定位的安装、按划线找正的安装、用夹具找正的安装。为了保证工件的正确安装，必须在工件上选定合理的安装定位基准。基准就是工件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面。一般用中心线、对称线或平面来做基准。基准分为设计基准和工艺基准两大类。(一)设计基准在零件图上用以确定其它点、线、面的基准，称为设计基准。(二)工艺基准零件在加工、测量、装配等工艺过程中使用的基准统称工艺基准。工艺基准又可分为：1．装配基准在零件或部件装配时用以确定它在机器中相对位置的基准。2．测量基准用以测量工件已加工表面所依据的基准。例如以内孔定位用百（千）分表测量外圆表面的径向跳动，则内孔就是测量外圆表面径向跳动的测量基准。3．工序基准在工序图中用以确定被加工表面位置所依据的基准。所标注的加工面的位置尺寸称工序尺寸。工序基准也可以看作工序图中的设计基准。图3-1所示为钻孔工序的工序图，图a、b分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。4．定位基准用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。作为基准的点、线、面有时在工件上并不一定实际存在（如孔和轴的轴线、某两面之间的对称中心面等），在定位时是通过有关具体表面起定位作用的，这些表面称定位基面。例如在车床上用顶尖拨盘安装一根长轴，实际的定位表面（基面）是顶尖的锥面，但它体现的定位基准是这根长轴的轴线。因此，选择定位基准，实际上既选择恰当的定位基面。课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-7-页2.3金属切削机床一、机床概述1、机床的作用和特点金属切削机床是用切削加工的方法将金属毛坯加工成机器零件的工艺装置，它提供刀具与工件之间的相对运动，提供加工过程中所需的动力，经济地完成一定的机械加工工艺。2、机床的构成及布局（图2-5，P26）机床由传动装置、动力装置、执行机构、辅助机构和控制系统联合在一起，形成统一的工艺综合体。它包括以下几部分：（1）支承及定位部分（2）运动部分（3）动力部分（4）控制部分机床的布局是指合理安排机床各组成部件的位置以及相对于被加工零件的位置。从便于维护、工作安全、机床零部件调整、更换和修理迅速而方便、易于排屑及易于观察加工过程等几方面考虑，有如下几种布局：（1）刀具布置在被加工零件的前面或后面；课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-8-页（2）刀具布置在工件的侧面；（3）刀具布置在工件的上方；（4）刀具相对于工件扇形布置。3、机床的分类和型号编制按通用性程度分为：（1）通用机床即万能机床（2）专门化机床（3）专用机床按机床重量分为：轻型机床、中型机床、重型机床。按加工精度分为：普通精度级、精密和超精密级机床。按自动化程度分为：手动、机动、半自动化和自动化机床。二、机床的传动系统和传动原理传动系统是一台机床运动的核心，它决定机床的运动和功能。机床的传动系统就是各种运动的传动链综合。实现有级变速方式有两类传动机构：一类是传动比和传动方向固定不变的定传动比传动机构；另一类是可变换传动比和传动方向的传动机构。传动装置把运动源的运动和动力传给执行件，并完成运动形式、方向、运动量的转换等工作，从而在运动源和执行件间建立起运动联系，使执行件获得所需运动。图2-3卧式车床传动原理图课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-9-页三、数控机床概述1、数控机床的定义数控机床是指采用数字形式信息控制的机床。2、数控机床的组成及分类数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈装置和机床本体。数控机床一般按以下几种方法分类：（1）按工艺用途分1）普通数控机床2）数控加工中心机床（2）按运动轨迹分1）点位控制数控机床2）点位直线控制数控机床3）轮廓控制数控机床（3）按伺服系统的控制方式分1）开环控制数控机床2）闭环控制数控机床3）半闭环控制数控机床（4）其他类型数控机床1）金属塑性成形类数控机床2）特种加工数控机床3、数控机床的加工特点（1）数控机床能提高生产效率3～5倍，使用数控加工中心机床则可提高生产率5～10倍；（2）数控机床可以获得比机床本身精度还高的加工精度；（3）可加工复杂形状零件，且不需专用夹具；（4）可实现一机多用，减轻劳动强度且节省厂房面积；（5）有利于向计算机控制和管理方面发展，有利于机械加工综合自动化的发展；（6）数控机床初期投资及维修技术等费用较高，要求管理及操作人员的素质也较高。课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-10-页2.4刀具一、刀具的类型金属切削刀具是完成切削加工的重要工具，它直接参与切削过程，从工件上切除多余的金属层。根据用途和加工方法不同，刀具有如下几大类（P31）：（1）切刀类（2）孔加工刀具（3）拉刀类（4）铣刀类（5）螺纹刀具（6）齿轮刀具（7）磨具类（8）组合刀具、自动线刀具（9）数控机床刀具（10）特种加工刀具二、刀具的结构及几何参数金属切削刀具包含刀柄和切削部分，刀柄是指刀具上的夹持部分，切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分。各类金属切削刀具切削部分的形状和几何参数，都可由外圆车刀切削部分演变而来，因此，我们以外圆车刀为例研究金属切削刀具的几何参数。1、刀具切削部分的组成课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-11-页刀具切削部分由刀面、切削刃构成。1．前面（前刀面）Aγ刀具上切屑流过的表面。2．后面（后刀面）Aα与工件上过渡表面相对的表面。3．副后面（副后刀面）Aα/与已加工表面相对的表面。4．主切削刃S前刀面与后刀面的交线。它承担主要切削任务。5．副切削刃S/切削刃上除主切削刃以外刀刃，它承担部分切削任务。6．刀尖主、副切削刃汇交的一小段切削刃。前刀面Ar主切削刃S主后面Aa刀尖副后面Aa′副切削刃S2、刀具的几何参数为了便于设计时在图样上标注和制造以及刃磨时测量刀具的几何角度，需要假定三个辅助平面，即基面、切削平面和正交平面，它们构成刀具静止参考系，如图2-5所示：刀具的静止参考系（Pr—Ps—Po系—正交平面参照系）1）正交平面参考系及标注几何参数（1）静止参照系的假设条件：正交平面Po：Ps⊥Pγ基面Pγ：Pγ⊥Vc∥刀具安装面（车刀）切削平面Ps:与S相切且⊥Pγ假定主运动方向Vc主切削刃上选定点图2-5刀具静止参考系课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-12-页假定运动条件：进给量f=0；假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；刀杆方向与进给方向垂直。（2）辅助平面：切削平面Ps：过切削刃上一点，与加工表面相切的平面。基面Pr：过切削刃上同一点，与切削速度相垂直的平面。正交平面Po（主剖面）：过切削刃上同一点，与切削平和基面相垂直的平面。进给运动主运动加工表面正交平面切削平面□□刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）A、刀具标注前角γ0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹角。正负判断：前面于切削平面夹角小于90°为正，反之为负。前角的作用：前角↑切屑变形↓切削力↓刃口强度↓前刀面磨损↓导热体积↓。刀具前角的选用：加工塑性材料选大前角，加工脆性材料、断续切削选小前角，加工硬材料选用负前角。B、刀具标注后角α0：在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。正负判断：后面与基面夹角小于90°为正，反之为负。后角的作用：后角↑后刀面与加工表面间的摩擦↓后刀面磨损↓刃口强度↓导热体积↓刀具后角的选用：粗加工选小后角，精加工选大后角，选大前角时选小后角以增大刃口强度。课次3，4，5，6主要教学过程Chapter2共28页第-13-页进给运动主运动加工表面正交平面切削平面基面rC、主偏角Kr：在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。D、副偏角Kr′：在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。主偏角的作用：主偏角↑切削刃工作长度↓刀尖强度↓导热体积↓径向分力↓。刀具主偏角的选用：一般为30～75°，加工细长工件采用90～93°。副偏角的作用：副偏