机械加工基本知识

机械加工培训教材技术篇Ⅰ机械加工基础知识2011年8月第一部分：机械加工基础知识一、机床(一)机床概论机床是工件加工的工作母机.一个工件或零件从原始的毛胚状态加工成所需的形状和尺寸,都需在机床上完成.从加工的对象来分类,机床可以分为：◆金属加工机床◆木材加工机床◆石材加工机床等等….机械加工的对象大多为金属材料,所以,我们以下涉及的机床只针对金属加工机床.金属加工机床分类:◆锻压机床---通过压力使工件产生塑形变形，例如：压力机、弯板机、剪板机等等。◆特种机床---通过特种办法加工工件，例如：电火花机床、线切割机床、激光切割机床、水压切割机床等等。◆金属切削机床---采用刀具、砂轮等工具,除去工件上多余的材料,将其加工成所需的形状和尺寸的机床,主要包括:车床:工件与主轴一起旋转,刀具作轴向与径向进给运动.主要用于旋转工件、盘类零件、轴类零件的加工.车床的分类如下：根据主轴中心线的方向：卧式车床,立式车床.根据车床的大小：仪表车床、小型车床、普通车床、大型车床。根据控制方式：普通（手动）车床、简易数控车床、全功能数控车床根据控制轴数：普通（手动）车床与数控车床（X、Z轴）、车铣中心（X、Z、C轴）、复合车铣中心（X、Y、Z、C轴）根据主轴及刀塔数量：单主轴、双主轴、双刀塔车床。铣床:刀具旋转，工件与工作台一起作轴向运动。主要用于方型及箱体零件加工。铣床的分类如下：根据主轴中心线的方向：卧式铣床,立式铣床.根据控制方式：普通（手动）铣床、数控铣床根据控制轴数：普通铣床（X、Y、Z轴）、4轴数控铣床（X、Y、Z、A轴）、5轴数控铣床（X、Y、Z、A、B轴）根据主轴数量:双主轴铣床。镗（铣）床:刀具旋转，工件与工作台一起作轴向运动。主要用于铣削与镗孔。一般为卧式。镗床分类如下：根据镗床大小：台式镗床、大型落地镗铣床。根据控制方式：普通（手动）镗床、坐标镗床、数控镗床根据控制轴数：普通镗床（X、Y、Z、B轴）、带W轴的数控镗床（W、X、Y、Z、B轴）、带平园盘的数控镗床（W、X、Y、Z、B、U轴）钻床:钻孔用机床。有台式、摇背钻之分，也有数控钻床。攻丝机床:攻丝用机床。一般钻床也有攻丝功能。加工中心：带刀库及自动换刀系统的数控铣床或镗床。有钻削中心、立式加工中心、卧式加工中心、卧式镗铣加工中心、龙门加工中心、五面体加工中心、落地镗铣加工中心等等。磨床:有外圆磨、内圆磨、平面磨床等专用机床:为加工某个零件的某些部位专门设计的机床。(二)机床的控制轴机床的控制轴是以刀具作为基点，按照右手坐标系来定义的（车削以装刀具的刀塔为基点，铣削以装刀具的主轴为基点）：三个直线轴：X,Y,Z三个旋转轴:A,B,C其它辅助轴：W,UZ轴Y轴X轴(三)常见的数控机床及所能完成的加工内容1.全功能卧式数控车床车外圆（包括直线，曲线，台阶，倒角）车端面轴向钻孔镗内孔（包括直线，曲线，台阶，倒角）外圆切槽内孔切槽端面切槽外螺纹内螺纹切断B轴A轴C轴2.全功能立式数控车床所能完成的加工内容同上3.立式加工中心铣平面铣沟槽铣侧面，斜面，台阶面铣型腔，铣曲面钻孔攻丝铣内外螺纹铣沉孔，扩孔，镗孔铰孔孔口倒角，侧边倒角4.卧式加工中心所能加工的内容与立式加工中心相同，但因为其工作台可以旋转，控制轴数比立式的X,Y,Z轴多一个旋转轴---B轴，所以更适合箱体类零件的四周加工。卧式加工中心的另一个特点，是双工作台，可以自动交换。卧式加工中心一般按工作台大小（方形工作台），作为主要的规格参数，分为：400*400500*500630*630800*8001000*10005.卧镗加工中心卧镗加工中心与卧式加工中心的区别在于多出一个与Z轴平行的W轴，也就是说在主轴里面还有一个“镗杆”可以伸出（可以进给），以便镗孔作业，所以卧镗加工中心的镗孔能力比卧式加工中心强。另外，卧镗加工中心一般为大型设备，只有一个工作台。主规格一般按可伸出的镗杆直径来定义，比如：φ110，130，150，200，250mm等等6.落地镗铣床（加工中心）大型卧式镗铣床，床身与立柱分离，工作台与地面平行，便于大型工件上下。7.龙门立式加工中心，龙门五面体加工中心大型机床，Y轴为主轴在龙门横梁上的移动，Z轴可以是滑枕的上下移动，也有的是整体横梁的上下移动。规格主要按工作台面尺寸来定义，比如：3000*1500（长、宽），3000*2000，4000*2000,6000*2500，等等如果除了刀具可以自动交换之外，主轴还可以进行立、卧头的交换（或转换），则称之为五面体加工中心，即除了工件的底面不能加工之外，其它五个面都可以加工。8.车铣中心在一般的数控车床基础上，加上一个C轴（即主轴的分度轴），再加上可以旋转的动力刀头，就可以进行铣削加工，称之为车铣中心。能安装动力刀头的刀塔，不同于一般数控车床所采用的日本式刀塔，我们称之为德国标准的VDI刀塔。VDI刀塔有几个刀位可以装一般的车刀杆，另外几个刀位可以安装动力刀座。动力刀座又分为轴向动力刀座（与主轴中心线平行）与径向动力刀座（与主轴中心线垂直），分别进行轴向与径向铣削。9.复合车铣中心比上述车铣中心功能更强大，可以进行复杂的车削与铣削，相当于数控车床+立（卧）加工中心，这种复合车铣机床的结构、形式有多种。总之，最终目标就是要尽可能在一次装夹的情况下完成工件原来需要几台机床才能完成的的多种加工。二、机械加工工艺机械技术工作主要分为：设计与工艺设计人员负责设计产品。工艺人员负责如何将产品制造出来。所以简单地说：机械加工工艺就是零件的加工流程、方法、技巧、艺术。有关机械加工工艺的几个概念：1.工艺流程就是工艺人员制作的完成一个零件加工的总的过程和顺序。例如：2.工序是整个工艺流程中的某一个局部的加工工作，比如上述流程中的车削工序、铣削工序等，一个零件的加工工艺可能由多个工序组成。3.工位，工步简单说，工位就是一个工作位置，工步就是一个工作步骤。在一道工序中可能包含了多个工位及工步。比如：一个棒料在车削这道工序中，要分两头加工，即要两次装夹，一次装夹就是一个工位。一个工位又可能由几个工步组成。比如，在装夹一头来加工另一头时，要更换外圆车刀、外圆切槽、钻内孔、镗内孔4把刀来完成加工，也就是4个工步。4．工艺卡是工艺人员就某道工序编制的正式的、详细的加工步骤。包括该道工序分几个工位或工步完成，每一步的切削参数，装夹方式，刀具型号，精度与表面质量控制要求，如何测量及测量工具等等，数控加工还包括加工程序。5.工艺文件工艺人员编制的工艺流程、工艺卡、加工程序以及设计的刀具、夹具图纸等统称为某零件的工艺文件。毛胚下料车削加工铣削加工钻孔，攻丝热处理磨削三、机械加工精度机械加工的精度即为加工的精密程度，也就是加工后的实际参数与理论参数（名义参数）的符合程度。在加工中，不可能完全达到理论值，总会有误差，对一批零件加工时，每一个零件的加工误差都不一样，所以对理论参数规定一个公差（公共误差），在此范围之内的零件即为合格，反之即为超差。我们用公差的大小作为衡量精度的标准。公差越小，精度越高，加工成本越高，加工难度越大；公差越大，精度越低加工成本越低，加工难度越小。机械加工精度分为：尺寸精度形状、位置精度综合精度(一)尺寸精度单一的尺寸，如长度，直径的公差大小。包括线性尺寸（孔与轴）与角度尺寸，1.线性尺寸精度精度等级国家标准将线性尺寸精度分为20个等级，代号为：每一精度等级的公差大小（公差带宽度）与基本尺寸相关，国家标准将基本尺寸分成若干段，基本尺寸、精度等级与公差值得对应关系如下：公差带两个基本要素：公差带大小（宽度）公差带位置ES---代表孔的上极限偏差（简称上偏差）EI----代表孔的下极限偏差（简称下偏差）es---代表轴的上极限偏差（简称上偏差）ei---代表轴的下极限偏差（简称下偏差）孔与轴线性尺寸分为孔尺寸与轴尺寸，这里的孔与轴的概念是广义的：如下图：基本偏差的国家标准国家标准除对公差带宽度（精度等级）作了规范之外，还就公差带位置，按基本偏差进行了规范：公差带代号及标注2.角度尺寸精度角度尺寸精度没有专门的标准，而是采用锥度精度标准，共分12级，分别为：AT1、AT2、AT3…….AT12高低(二)形状与位置精度（形位公差）1.形状精度零件上某一形状的精度，包括：直线度：平面度：园度：圆柱度：线轮廓度：面轮廓度2．位置精度表示零件上2个要素相对位置的精度，包括：平行度垂直度倾斜度同轴度对称度位置度园跳动全跳动.(三)综合精度是对某个零件，特别是标准件，或某个零件的某一部分的多个要素（尺寸，形状，位置）的公差进行规范，从而形成该零件的综合精度，比如：齿轮精度，轴承精度，螺纹精度等等。公制螺纹精度：内螺纹：分4,5,6,7,8级（小径及中径），基本偏差规定了2个位置：G,H标识：M10*1-6H外螺纹：分3,4,5,6,7,8,9（中径）分4，6，8（大径），基本偏差规定了4个位置：e,f,g,h标识：M10-5g6g四、加工表面质量加工表面质量主要包括两方面内容：表面的几何形状----主要指表面粗糙度表面的物理品质---加工硬化程度，冷硬层深度，表面残余应力等等(一)表面粗糙度表面粗糙度表示已加工表面的平滑程度。1.三个指标：Ra-----算术平均值------我国一般采用此指标Rz-----十点平均值Ry-----最大值如下图：RaRzRy2.粗糙度标识方法：3.Ra，Rz，Ry三者的大致关系Ra≈1/4Rz≈1/4Ry4.光洁度（我国老标准），粗糙度Ra，日本三角记号之间的关系我国老标准（▽）我国新标准（Ra）日本老三角记号（▽）25▽12.5▽▽46.3▽▽▽53.2▽▽▽61.6▽▽▽▽70.8▽▽▽▽80.4▽▽▽0.2▽▽▽▽0.1▽▽▽▽(二)粗糙度对零件的使用性能的影响粗造度影响零件的耐磨性粗造度影响配合的稳定性粗造度影响零件的疲劳强度粗造度影响零件的抗腐蚀性粗造度影响零件的密封性(三)主要加工办法能达到的表面粗糙度影响机械加工表面粗糙度的因素很多，主要有如下几种：机床（加工方法）加工形态（切削参数）工件材质刀具切削液以下是主要加工方法所能达到的粗糙度大致范围：车削外圆，端面，镗内孔：Ra12.5-Ra0.4切槽：Ra6.3--Ra1.6钻削：Ra6.3—Ra3.2铣平面，沟槽，台阶Ra12.5-Ra0.8镗孔：Ra6.3---Ra0.4铰孔：Ra3.2—Ra0.4磨削：Ra0.8—Ra0.1滚压：Ra0.4—Ra0.1五、金属材料及热处理(一)金属材料1.概述工业中所用的材料总体分为：非金属材料：工程塑料，石墨……..等等金属材料黑色金属材料：如钢，铁等有色金属材料：铝，铜，镁及其合金等在机械工程中，钢铁应用最为广泛，钢与铁都是以铁元素（Fe）为基体，以碳（C）为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。钢：含碳量＜2.11%的铁碳合金称为“钢”铁：含碳量≥2.11%的铁碳合金称为“铁”2.钢的分类按用途分类结构钢：一般工程及机械零件用钢工具钢：工刃具、模具、量具用钢特殊用途钢：不锈钢，耐热钢等等按化学成分分类碳素钢---低碳钢（≤0.25%C），中碳钢（0.25-0.6%C），高碳钢（＞0.6%C）合金钢---除Fe，C元素之外，还含有其他元素，如Si，Mo，Ni等锰钢，Cr钢等按品质分类（含P,S杂质的多少）普通钢优质钢高级优质钢3.铁的分类生铁：即含碳量≥2.11%的铁碳合金铁合金：锰铁合金，铬铁合金等铸铁：生铁中添加了1-3%硅（Si）元素，铸铁又分为：灰口铸铁：HT250--------------数字表示抗拉强度球墨铸铁:QT400-17--------抗拉强度—延伸率4.金属材料的性能金属材料的性能分为：使用性能与工艺性能。使用性能物理性能：比重，熔点，导电性，导热性，磁性等等化学性能：耐腐蚀性，抗氧化性等机械性能：须重点掌握的性能。抗拉强度--