機械加工工藝基礎.ppt

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,,CentralSouthUniversity,機械加工工藝基礎,主講人：孔存生,多媒體教學課件,CEP-P32-NPL-工裝組,,機械加工工藝基礎：主要介紹機械加工的基本概念、切削基本原理、切削機床與刀具、切削加工基本工藝過程、選擇切削加工方法的基本原則，以及零件機械加工結構工藝性。,第一章.切削加工的基礎知識第二章.金屬切削機床第三章.機械加工工藝過程第四章.零件表面的加工方案第五章.零件的結構工藝性,索引,第一章切削加工的基礎知識,返回索引,1.1鉗工與機械加工,鉗工：通過工人手持工具進行切削加工。機械加工：采用不同的機床（如車床、銑床、刨床、磨床、鉆床等）對工件進行切削加工。,2.零件表面質(zhì)量的概念,零件幾何參數(shù)：宏觀幾何參數(shù)：包括：尺寸、形狀、位置等要素。微觀幾何參數(shù)：指：微觀表面粗糙程度。,,,,2.1加工精度,加工精度：指零件經(jīng)切削加工后，其尺寸、形狀、位置等參數(shù)同理論參數(shù)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：零件尺寸參數(shù)的準確程度。b.形狀精度：零件形狀與理想形狀接近程度。c.位置精度：零件上實際要素（點、線、面）相對于基準之間位置的準確度。,,,,,,2.1加工精度,國家標準規(guī)定：常用的精度等級分為20級，分別用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。數(shù)字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。高精度：IT5、IT6通常由磨削加工獲得。中等精度：IT7-IT10通常由精車、銑、刨獲得。低精度：IT11-IT13通常由粗車、銑、刨、鉆等加工方法獲得。,,,2.1.1尺寸精度,,,,,,,Φ25,0-0.04,零件尺寸要素的誤差大小。問：精度的高低與哪兩個因素有關？,基本尺寸和公差大小。,2.1.2形狀精度,Φ25軸加工后可能產(chǎn)生的形狀誤差,0－0.013,2.1.2形狀精度,指零件上實際要素的形狀與理想形狀相符合的程度；國家標準規(guī)定了六類形狀公差（見下表）形狀精度的標注：框格分為2格，箭頭指向待表達的表面，數(shù)字表示允許誤差的大小，單位為毫米。,2.1.3位置精度,指零件的實際要素（點、線、面）相對于基準之間位置的準確度。,圓圈中的英文字母表示基準，框格分3格，箭頭指向待表達的表面,零件精度等級及其相應的加工方法,2.2表面粗糙度,表面粗糙度：零件微觀表面高低不平的程度。產(chǎn)生的原因：1）切削時刀具與工件相對運動產(chǎn)生的磨擦；2）機床、刀具和工件在加工時的振動；3）切削時從零件表面撕裂的切屑產(chǎn)生的痕跡；4）加工時零件表面發(fā)生塑性變形。,2.2表面粗糙度,表面粗糙度對零件質(zhì)量的影響：零件的表面粗糙度對機器零件的性能和使用壽命影響較大，主要有以下幾個方面：1）零件表面粗糙，將使接觸面積減小，單位面積壓力加大，接觸變形加大，磨擦阻力增大，磨損加快；2)表面粗糙度影響配合性質(zhì)。對于間隙配合，表面粗糙易磨損，造成間隙迅速加大；對于過盈配合，在裝配時，可使微小凸峰擠平，有效過盈量減少，使配合件強度降低；3）零件表面粗糙，低谷處容易聚積腐蝕性物質(zhì)，且不易清除，造成表面腐蝕；4）當零件承受載荷時，凹谷處易產(chǎn)生應力集中，以致產(chǎn)生裂紋而造成零件斷裂。,2.2表面粗糙度評定參數(shù)：常用的是輪廓算術平均偏差Ra,2.2表面粗糙度,,,,,,,,Ra,,,,,,,,h1h2h3…h(huán)n,2.2表面粗糙度,,國家標準規(guī)定：表面粗糙度分為14個等級，分別用表示，數(shù)字越大，表面越粗糙。表面粗糙度符號上的數(shù)值Ra,單位是微米（μm）。,,2.2表面粗糙度表面粗糙度符號的意義及應用,2.3常見加工方法的Ra表面特征,碳素工具鋼：如T7、T8、T9…T13等。適合于制造簡單的手工工具，如銼刀、鋸條等；合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入少量的鎢、鉻、錳、硅等元素，耐熱性較低，如9SiCr等，適合于制造低速成型刀具，如絲錐；高速鋼：含較多的鎢、鉻、釩等合金元素、常用的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。適合于制造中速精加工刀具；硬質(zhì)合金：成分由WC、TiC和Co組成，采用燒結方法獲得,4.1.1常用的刀具材料,4.1.1常用的刀具材料,常用的硬質(zhì)合金有：鎢鈷鈦類（牌號YT）硬質(zhì)合金：適合于加工鋼等塑性材料，其代號有YT5、YT15、YT30等，粗加工用YT5,精加工用YT30;鎢鈷類（牌號YG）硬質(zhì)合金：適合于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，其代號有YG3、YG6、YG8等，粗加工用YG8，精加工用YG3。,4.1.2其它刀具材料,陶瓷：常用的刀具陶瓷有兩種：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特點是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐熱性，其主要缺點是抗彎強度低，沖擊韌性很差，不能承受較大的沖擊載荷。金剛石：它分三種天然單晶金剛石刀具整體人造聚晶金剛石刀具金剛石復合刀片立方氧化硼：由軟的立方氧化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成,常用的刀具材料,第二章金屬切削機床,返回索引,1、機床的類型,金屬切削機床是用來對工件進行加工的機器，故稱為“工作母機”，習慣上稱機床。按加工性質(zhì)和所用刀具分類：分為車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機床等12大類；按精度分類：分為普通精度、精密和高精度三種；按重量分類：分為一般機床、大型機床和重型機床。機床的型號：如：C6136表示…,2、機床的基本結構,1.主傳動部件：用來實現(xiàn)機床主運動；2.進給傳動部件：主要用來實現(xiàn)機床進給運動；3.工件安裝裝置：用來安裝工件；4.刀具安裝裝置：用來安裝刀具；5.支承件：用來支承和連接機床各零部件，是機床的基礎構件；6.機床動力部件：為機床提供動力。,,,,,,,,,5、車床的基本結構,,,主電機及變速機構,掛輪箱,床頭箱,進給箱,卡盤,中心架,溜板箱,尾架,絲桿,光桿,5.2車削的加工范圍,車削是以加工回轉(zhuǎn)體為主要加工目的。在車床上可以加工：外圓、端面、錐度、鉆孔、鉆中心孔、鏜孔、鉸孔、切斷、切槽、滾花、車螺紋、車成型面、繞彈簧等。,5.3車削的工藝特點,粗加工：經(jīng)濟精度可達到IT10，表面粗糙度在25-12.5之間;精加工：經(jīng)濟精度可達IT7左右，表面粗糙度Ra6.3-1.6之間。2.易于保證相互位置精度要求。一次裝夾可加工幾個不同的表面，避免安裝誤差。3.刀具簡單，制造、刃磨和安裝方便，容易選用合理的幾何形狀和角度，有利于提高生產(chǎn)率。4.應用范圍廣泛，幾乎所有繞定軸心旋轉(zhuǎn)的內(nèi)外回轉(zhuǎn)體表面及端面，均可以用車削方法達到要求。5.可以用精細車的辦法實現(xiàn)有色金屬零件的高精度的加工（有色金屬的高精度零件不適合采用磨削）,6銑削加工,,,,,,,主軸箱,主軸,橫溜板,工作臺,升降臺,底座,6.1立式銑床的基本結構,6.2銑削的主要加工范圍,6.5銑削的工藝特點,1.銑削加工的精度可達IT10-IT7，表面粗糙度可達6.3-1.6左右2.生產(chǎn)效率高，銑刀是多刀齒刀具，銑削時有幾個刀齒同時參加切削，主運動是刀具的旋轉(zhuǎn)，所以銑削的生產(chǎn)效率比刨削高。3.容易產(chǎn)生振動，銑刀的刀齒切入和切出時產(chǎn)生振動，加工過程中切削面積和切削力變化較大。4.刀齒的散熱條件較好，在刀具旋轉(zhuǎn)過程的不切削時間內(nèi)，刀具可以得到一定的冷卻。5.與刨床相比，銑床價格高，適用于批量生產(chǎn)。,7.刨（插）削加工,刨床主要有牛頭刨床和龍門刨床兩種,牛頭刨床:刨刀的直線往復運動是主運動，工件在刨刀返回行程將結束時作橫向進給運動。牛頭刨床主要用于加工中小型零件,龍門刨床:工作臺往復運動，橫梁上的刀架可以水平或垂直運動龍門刨床主要用于加工大型零件,7.2刨削加工的范圍,,3.1插削加工,,,,插床又稱立式刨床，其運動原理與牛頭刨床相似，主要用于孔內(nèi)表面加工，如方孔、多邊形孔、鍵槽等的加工。,,工件在工作臺上可做縱向、橫向和回轉(zhuǎn)的運動，滑枕做上下往復運動。,7.3插削主要加工范圍,,7.4刨削加工的工藝特點,1.加工精度通常為：精刨：IT7-IT10，粗糙度Ra為6.3-1.6之間。2.通用性好，刨床簡單、價格低、調(diào)整和操作簡便，刨刀形狀簡單，制造、刃磨方便。3.生產(chǎn)率一般比較低，主運動為往復直線運動，返回行程不參加切削。4.適用于單件小批生產(chǎn)。,8.鉆削加工,鉆床包括臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。如圖：工件直徑≤12mm的孔一般使用臺式鉆床加工，孔徑<50mm的中小型零件在立式鉆床上加工，大型工件上的孔在搖臂鉆床上加工。,鉆夾頭是鉆孔的常用夾具，一般用于孔徑較小(≤12mm)的工件，大直徑的零件用錐度套筒裝入鉆軸。對精度要求高，粗糙度低的零件鉆孔后還必須進行精加工。,鉆削加工的范圍,8.1擴孔,用擴孔鉆對已經(jīng)鉆出或鑄出、鍛出的孔進行擴大和提高精度的加工，稱為擴孔。擴孔鉆如下圖所示。其結構與麻花鉆相似，但切削刃有3?4個，前端是平的，無橫刃，螺旋槽較淺，鉆頭剛度好。擴孔余量小，切削比較平穩(wěn)，所以擴孔精度比鉆孔高。其尺寸公差等級可達IT10?IT9，表面粗糙度Ra值可達6.3?3.2?m。擴孔可作為終加工，也可作為鉸孔前的預加工。,第三章機械加工工藝過程,返回索引,4.工藝規(guī)程的擬定,A.工藝分析,檢查圖紙,做出修改,審查材料,審查零件的結構工藝性,,,,,,,,下一步…,B.毛坯的選擇及加工余量的確定,4.1工件的基準,工件的基準：在零件的設計和制造過程中，要確定一些點、線或面的位置，必須以一些指定的點、線或面作為依據(jù)，這些作為依據(jù)的點、線或面，稱為基準。按照作用的不同，常把基準分為設計基準和工藝基準兩類。,4.2工件的基準,設計基準：即設計零件的基準，如下圖左：齒輪內(nèi)孔、外圓和齒輪分度圓均以軸線為基準；而兩端面是互為基準。下圖右：表面2和3及孔4的軸線的設計基準是表面1的。孔5的軸線的設計基準是孔4的軸線。工藝基準：在制造零件時所使用的基準，它又分為工序基準、定位基準、測量基準、裝配基準。下圖左在加工時、軸線并不實際存在，所以內(nèi)孔實際是加工外圓和左端面的定位基準。,4.3.1工藝基準,工藝基準分為工序基準、定位基準、測量基準、裝配基準。1、工序基準：在工藝文件上用以標定加工表面位置的基準。2、定位基準：在機械加工中，用來使工件在機床或夾具中占有正確位置的點、線或面。它是工藝基準中最主要的基準。定位基準選擇是否合理，對保證工件加工后的尺寸精度和形位精度、安排加工順序、提高生產(chǎn)率以及降低生產(chǎn)成本起著決定性的作用，它是制定工藝過程的主要任務之一。定位基準可分為粗基準和精基準兩種,4.3.1工藝基準,3、測量基準：用以測量已加工表面尺寸及位置的基準。4、裝配基準：用來確定零件或部件在機器中的位置的基準。,4.4機械加工工藝過程的制定,機械加工工藝過程的制定按三個步驟進行：1、擬定加工工藝路線分析研究零件圖的各項內(nèi)容及技術要求擬定零件加工的加工方法、加工方案及工藝路線。2、安排好加工工序（1）選擇毛坯,4.4工藝路線的制定,3、擬訂加工工藝過程制定工藝規(guī)程的目的是確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟效益，同時它是確定生產(chǎn)人員數(shù)量以及定設備、定生產(chǎn)廠房面積和投資額的原始材料。安排加工順序的原則：“基面先行、粗精分開、先粗后精、先面后孔”,4.4工藝路線的制定,(1)基面先行原則,零件加工時，必須選擇合適的表面作為定位基面，以便正確安裝工件。在第一道工序中，只能用毛坯面(未加工面)作為定位基面，在后續(xù)工序中，為了提高加工質(zhì)量，應盡量采用加工過的表面為定位基面，顯然，安排加工工序時，精基面應先加工。例如，軸類零件的加工多采用中心孔為精基準。因此，安排其加工工藝時，首先應安排車端面、鉆中心孔工序。(2)粗精分開，先粗后精的原則零件加工質(zhì)量要求高時，對精度要求高的表面，應劃分加工階段。一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段，精加工應放在最后進行。這樣，有利于保證加工質(zhì)量，有利于某些熱處理工序的安排。,4.4工藝路線的制定,(3)先面后孔的原則對于箱體、支架類等零件應先加工平面后加工孔。這是因為平面的輪廓平整，安放和定位穩(wěn)定可靠。先加工好平面，就能以平面定位加工孔，保證平面和孔的位置綜上所述，一般機械加工的順序是：先加工精基準?粗加工主要面(精度要求高的表面)?精加工主要面。次要表面的加工適當穿插在各階段之間進行。,第四章零件表面的加工方案,返回索引,零件是由多個表面組成的，每一個表面又可以用多種加工方法獲得。因此，應該對零件的結構特點、形狀大小、技術要求、材料性能、生產(chǎn)批量、設備現(xiàn)狀以及經(jīng)濟性等多方面進行分析，選擇合適的加工方法。將多種加工方法按照一定的加工順序鏈接起來，依次對各個表面進行加工，多種加工方法的有機組合成為加工方案。加工方案是擬訂工藝過程的基礎。,1.外圓表面的加工方案,2.平面的加工方案,3.孔的加工方案,5.螺紋的加工方法,螺紋的結構簡單、形式多樣、傳動穩(wěn)定、連接可靠、調(diào)整迅速準確、裝拆方便、成本低廉，在機械行業(yè)中應用廣泛。,5.1螺紋的種類和用途,螺紋按其用途分為聯(lián)接螺紋和傳動螺紋1、聯(lián)接螺紋：主要起聯(lián)接和調(diào)整的作用（1）普通螺紋：牙形角為60，又分為粗牙螺紋和細牙螺紋兩種，代號為M。（2）管螺紋：牙形角為55，常用于水管、氣管、油管等防泄露要求的場合。,5.1螺紋的種類和用途,2、傳動螺紋：主要用于傳遞運動和動力。(1)梯形螺紋：牙形角為30，牙形為等腰梯形，代號為Tr，它是傳動螺紋的主要形式，如機床絲杠等。,5.1螺紋的種類和用途,（2）矩形螺紋：主要用于力的傳遞，其特點是傳動效率較其它螺紋高，但強度較低、對中準確性較差，特別是磨損后軸向和徑向的間隙較大，因此應用受到了一定的限制。,5.1螺紋的種類和用途,(3)鋸齒形螺紋：其牙形為鋸齒形，代號為B。它只用于承受單向壓力，由于它的傳動效率及強度比梯形螺紋高，常用于螺旋壓力機及水壓機等單向受力機構。,5.1螺紋的種類和用途,（4）模數(shù)螺紋：即蝸桿蝸輪螺紋，其牙形角為40，它具有傳動比大、結構緊湊、傳動平穩(wěn)、自鎖性能好等特點，主要用于減速裝置。,5.2螺紋的加工,1、車螺紋：其特點是通過車床機構的調(diào)整，能方便地車出不同螺距、不同直徑、不同線數(shù)和不同牙形的螺紋，適合于單件小批量生產(chǎn)。,5.2螺紋的加工,2、攻螺紋和套螺紋:攻螺紋是用絲錐在工件的光孔內(nèi)加工出內(nèi)螺紋的方法，如下圖左。套螺紋是用板牙在工件光軸上加工出螺紋的方法，如下圖右。,5.2螺紋的加工,攻螺紋和套螺紋的特點是特別適宜于小尺寸的螺紋加工，對于特別小的螺紋，攻螺紋和套螺紋幾乎是其它方法不能代替的。攻螺紋和套螺紋的另一特點是操作十分靈活，特別適宜于成批大量箱體類零件上小螺紋的加工。,5.2螺紋的加工,3、銑螺紋、磨螺紋和滾壓螺紋（1）銑螺紋：是在專用的螺紋銑床上進行，也可在萬能臥式銑床上進行。銑螺紋比車螺紋的加工精度略低、表面粗糙度略大，但銑螺紋的生產(chǎn)率高，適宜于大批大量螺紋生產(chǎn)的粗加工和半精加工。（2）磨螺紋：是在專用的螺紋磨床上進行，主要是對需要熱處理（硬度較高和精度要求高）的螺紋進行精加工，一般需要磨削的螺紋是經(jīng)過車螺紋或銑螺紋等半精加工后才進行的。,5.2螺紋的加工,（3）滾壓螺紋：是使坯料在滾壓工具的壓力下產(chǎn)生塑性變形，強制壓制出相應的螺紋，滾壓方式主要有兩種：A.搓螺紋：是在搓絲機上進行，利用搓絲機壓出來的螺紋精度高，可達5級，表面粗糙度為Ra1.6~0.8，目前市場上購買的螺釘、螺栓等螺紋零件大都是由搓絲機生產(chǎn)出來的。B.滾螺紋：是在專用的滾壓螺紋機上進行的，被滾壓出來的螺紋精度可達3級，表面粗糙度為Ra0.8~0.2，其優(yōu)點是大大提高了螺紋的抗拉強度、抗剪強度和疲勞強度，且生產(chǎn)率很高，缺點是需要貴重的專用設備，對坯料精度要求較高，而且只能滾壓外螺紋。,6.典型零件的工藝過程,我們對軸類、盤類以及箱體類零件進行工藝過程分析,6.1軸類零件,軸類零件按其結構特點可分為光軸、階梯軸、空心軸、曲軸等，其主要表面為外圓面、軸肩和端面，某些軸類零件還有內(nèi)圓面、鍵槽、退刀槽、螺紋等其它表面。外圓面主要用于安裝軸承和輪系（帶輪、齒輪、鏈輪等），軸肩的作用是使上述零件在軸上軸向定位。軸類零件通過軸上安裝的零件起支承、傳遞運動和扭矩的作用。,6.1軸類零件,6.1軸類零件,1）技術要求本零件的軸頸Φ24和Φ16分別裝在箱體的兩個孔中，軸通過螺紋M10和孔Φ10緊固在箱體上，軸上Φ20h6處是用來安裝滾動軸承的，軸承上裝有齒輪，軸中間對稱地加工出相距22的兩個平行平面，是為了卡扳手而設計的。2）工藝分析①毛坯選擇：由于軸受力不大，主要是支承齒輪，所以可直接選用不經(jīng)鍛造的45鋼。,6.1軸類零件,②定位基準的選擇A.以圓鋼外圓面為粗基準，粗車端面并鉆中心孔；B.為保證外圓面的位置精度，以軸兩端的中心孔為定位精基準，這樣滿足了基準重合和基準統(tǒng)一的原則；C.調(diào)質(zhì)處理后，以外圓面定位，精車兩端面并修整中心孔；D.以修整的兩中心孔作為半精車和磨削的定位精基準，滿足了互為基準的原則。③制訂機械加工工藝過程,單件小批量生產(chǎn)機床某軸的工藝過程,,,,第五章零件的結構工藝性,返回索引,零件結構的工藝性是指這種結構的零件加工的難易程度。零件具有使用性和工藝性兩種性質(zhì)。評價零件設計好壞不應偏重使用性。工藝性的好壞是相對的。隨著科學技術的進步，原來認為工藝性差的零件可能不再難于加工。例：,,,1.1機械零件的切削加工結構工藝性,切削加工是零件獲得所需結構形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的主要途徑。通常切削加工所耗費的工時和費用是最高的。因此零件的切削加工結構工藝性設計就顯得尤為重要。為了使零件有較好的切削加工結構工藝性，在結構設計時應考慮以下幾點原則：1.應盡量采用標準化參數(shù)；2.零件的結構要素應盡量統(tǒng)一;3.應考慮到零件的方便裝夾;4.通孔比不通孔好、外表面比內(nèi)表面好加工、,1.1機械零件的切削加工結構工藝性,平面比臺階面好、直孔比斜孔好加工、剛性好的好加工；5.盡可能使需精密加工的面少,使要加工的表面積少;6.為了方便零件的加工,可以考慮零件的合理拆分和組合;7.在滿足使用要求的基礎上,盡量降低零件的加工精度和表面質(zhì)量要求;8.零件的結構應與先進加工方法相適應.,1.1結構工藝性的一般原則,a.便于安裝和加工，即便于定位和可靠的夾緊。左圖中的設計方案中，上表面需要加工，加工時必須安裝在工作臺上，由于底部是斜面而裝夾不穩(wěn)。,1.1.1斜面鉆孔,斜面鉆孔引起鉆頭偏斜或折斷。,1.1.2T型槽結構改進,b.便于加工和測量。T形槽設計要考慮刀具的進入和退出。,1.1.3鉆孔空間,考慮鉆孔時的加工狀況。鉆夾頭與工件不發(fā)生碰撞。,1.1.4彎曲的孔,避免彎曲的孔。,1.1.5尺寸要素的統(tǒng)一,盡量做到刀具規(guī)格統(tǒng)一，減少換刀，提高效率,1.1.6退刀槽,方便刀具退出。,攻絲不能直到孔底,盲孔形狀,1.1.7簡化零件結構,圖a形狀復雜，加工費時，圖b形狀簡單，有利于減少成本。,