机械制造技术基础总

机械制造过程的基础知识§2.1机械制造工艺方法与工艺过程（P11）机械制造工艺—制造机械产品的技巧、方法、程序。2.1.1零件制造工艺方法的分类1.材料成形法，如：铸造、锻压、粉末冶金、冲压、冷挤压、注塑成形等；2.材料去除法，见P12表2.1；3.材料累加法，如：粘、焊、铆、镀及特种堆积加工。2.1.2机械加工工艺过程及其组成（P14）机械加工工艺过程——采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各表面间相互位置及表面质量，使之成为合格零件的过程。其组成：由若干按一定顺序排列的工序（基本单元）组成。1）工序—由一个（或一组）工人在同一工作地对一个（或同时对几个）工件连续完成的那部分工艺过程。2）安装：工件每经一次装夹（定位、夹紧）后所完成的那部分工序。3）工位：工件在机床上（或夹具中）占据每一位置所完成的那部分工序。4）工步：在加工表面和切削刀具都不变情况下所连续完成的那部分工序。5）走刀：加工余量较大时，每次工作进给所完成的工步。在一次安装中连续进行的若干相同工步可视为一个工步；几把刀具同时加工几个表面的工步，称为复合工步。2.1.3机器装配工艺过程—即把零件按要求组装成部件（部装）和把零件、部件组装成机器（总装）。见第6章2.1.4生产类型及其工艺特点（P16）1.生产纲领（计划期内的产量，通常以年计。）2.生产类型：分为单件小批、成批、大批大量生产。批量不同，则其工艺过程不同—“批量法则”。§2.2机械加工方法2.2.1零件表面的切削加工成形方法与成形运动（P17）2.切削加工成形运动（P18）主运动—直接切除工件上的切削层，以形成工件新表面的基本运动。2）进给运动—不断地把切削层投入切削的运动。3）定位和调整运动（多在加工停止时进行）3.切削加工中工件上的三个表面1）待加工表面：即将被切去的表面；2）已加工表面：加工后形成的新表面；3）切削表面（加工表面）：刀刃正在切削着的表面。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fv每齿进给量fz：fz=f/Zv进给速度vfvf=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=f·sinkr(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·ap§2.3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：（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22..44..11机机床床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）22..夹夹具具的的分分类类按使用范围分：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。22..44..33刀刀具具1.刀具切削部分的组成22..刀刀具具坐坐标标系系与与刀刀具具角角度度（1）刀具坐标系1）刀具工作角度的参考平面(只用于确定刀具工作角度)①工作基面Pre:过切削刃选定点与合成切削速度ve垂直；②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：①切削速度v垂直于刀杆底面；②进给速度vf垂直于刀杆中心线，其大小忽略不计。参考平面：①基面Pr：过切削刃选定点与切削速度vc垂直；②切削平面Ps:过选定点与切削刃相切并与Pr垂直；③正交平面Po（主剖面）:过选定点与Pr和Ps都垂直。Pr—Ps—Po组成正交平面（主剖面）参考系。经常用到的参考平面还有：④进给剖面Pf；⑤切深剖面Pp。Pr—Pf—Pp组成进给和切深剖面参考系。⑥法平面Pn:过选定点与切削刃S垂直。(一般，Pn不与Pr垂直)Pr—Ps—Pn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Kr—S在Pr上的投影与Vf的夹角；②刃倾角s—S与Pr的夹角（在PS内度量）；v与S共同确定AA、AA的：③前角0—在正交平面PO中，AA与Pr的夹角；④后角0—在正交平面PO中，AA与Ps的夹角；vS与S’共面时，确定副切削刃S’及副后刀面AA’的：⑤副偏角Kr’—S’在Pr上的投影与Vf所夹锐角；⑥副后角0’—在副正交平面PO’中，AA’’与Ps’的夹角。——①～⑥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）：⑦刀尖角r—S与S’在Pr上投影的夹角，r=180o-（Kr+Kr’）；⑧楔角o—在PO中，AA与AA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—s≠0o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。33..刀刀具具材材料料（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8～10m/min;●合金工具钢：9SiCr、CrWMn等，耐热约220oC，允许Vc为10～12m/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①粉末冶金高速钢、碳化钛基硬质合金、涂层刀具等；陶瓷；③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；④立方氮化硼（CBN）复合刀片:超硬(HV8000~9000)，耐热1400oC,化学性能稳定，加工各种难加工材料。§§22..66零零件件结结构构工工艺艺性性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）vv大大量量观观测测、、分分析析研研究究表表明明：：剪剪切切滑滑移移变变形形发发生生在在三三个个变变形形区区：：●第一变形区的变形：：一一般般切切削削速速度度下下，，区区域域OOAA--OOMM仅仅宽宽00..0022~~00..22mmmm,,可可用用一一平平面面OOMM表表示示，，叫叫剪剪切切面面；；剪剪切切面面与与切切削削速速度度vv的的夹夹角角，，叫叫剪剪切切角角。。变变形形特特点点：：切切削削层层金金属属沿沿剪剪切切面面发发生生剪剪切切滑滑移移变变形形，，同同时时产产生生材材料料的的加加工工硬硬化化和和晶晶粒粒的的纤纤维维化化。。●●第第二二变变形形区区的的变变形形：：切切屑屑受受前前刀刀面面的的挤挤压压摩摩擦擦，，底底层层金金属属再再次次剪剪切切变变形形，，形形成成滞滞流流层层，，晶晶粒粒再再度度纤纤维维化化,,底底面面变变得得光光滑滑并并向向上上卷卷曲曲。。●●第第三三变变形形区区的的变变形形：：已已加加工工表表面面受受刃刃口口和和后后刀刀面面的的挤挤压压摩摩擦擦而而变变形形，，造造成成表表面面加加工工变变质质层层内内金金属属的的晶晶粒粒纤纤维维化化、、加加工工硬硬化化、、残残余余应应力力及及微微裂裂纹纹。。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。33..11..22切切屑屑变变形形程程度度的的表表示示方方法法（（衡衡量量指指标标））1.变形系数h：h=lD//lch=hch//hD22..变形系数h与剪切角的的关关系系ttgg==ccooss00//（（h--sin00））((33..55))（（实实验验求求ff的的方方法法））33..11..33前前刀刀面面上上刀刀——屑屑的的摩摩擦擦与与积积屑屑瘤瘤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.前前刀刀面面上上刀刀——屑屑的的摩摩擦擦：：既既有有粘粘结结摩摩擦擦，，也也有有滑滑动动摩摩擦擦，，以以粘粘结结摩摩擦擦为为主主。。前前刀刀面面上上的的平平均均摩摩擦擦系系数数可可以以近近似似用用粘粘结结区区的的摩摩擦擦系系数数表表示示：：=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