机械加工工艺基础

CentralSouthUniversity机械加工工艺基础主讲人：孔存生多媒体教学课件机械加工工艺基础：主要介绍机械加工的基本概念、切削基本原理、切削机床与刀具、切削加工基本工艺过程、选择切削加工方法的基本原则，以及零件机械加工结构工艺性。第一章.切削加工的基础知识第二章.金属切削机床第三章.机械加工工艺过程第四章.零件表面的加工方案第五章.零件的结构工艺性索引第一章切削加工的基础知识返回索引1.1钳工与机械加工•钳工：通过工人手持工具进行切削加工。•机械加工：采用不同的机床（如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等）对工件进行切削加工。2.零件表面质量的概念零件几何参数：宏观几何参数：包括：尺寸、形状、位置等要素。微观几何参数：指：微观表面粗糙程度。2.1加工精度•加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、形状、位置等参数同理论参数的相符合的程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：a.尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。b.形状精度：零件形状与理想形状接近程度。c.位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。2.1加工精度•国家标准规定：常用的精度等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。数字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。•高精度：IT5、IT6通常由磨削加工获得。•中等精度：IT7-IT10通常由精车、铣、刨获得。•低精度：IT11-IT13通常由粗车、铣、刨、钻等加工方法获得。2.1.1尺寸精度Φ250-0.04零件尺寸要素的误差大小。问：精度的高低与哪两个因素有关？基本尺寸和公差大小。2.1.2形状精度Φ25轴加工后可能产生的形状误差0－0.0132.1.2形状精度•指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；•国家标准规定了六类形状公差（见下表）•形状精度的标注：框格分为2格，箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。2.1.3位置精度•指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待表达的表面精度等级尺寸精度范围Ra值范围（μm）相应的加工方法低精度IT13～IT1125～12.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等精度IT10～IT96.3～3.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等IT8～IT71.6～0.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗铰等高精度IT7～IT60.8～0.2精磨、精铰等特别精密精度IT5～IT2Ra＜0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等零件精度等级及其相应的加工方法2.2表面粗糙度•表面粗糙度：零件微观表面高低不平的程度。产生的原因：1）切削时刀具与工件相对运动产生的磨擦；2）机床、刀具和工件在加工时的振动；3）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；4）加工时零件表面发生塑性变形。2.2表面粗糙度表面粗糙度对零件质量的影响：零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，主要有以下几个方面：1）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快；2)表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损，造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低；3）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造成表面腐蚀；4）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而造成零件断裂。2.2表面粗糙度评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra2.2表面粗糙度nh...hhhn321RaRah1h2h3…hnldxxylRa0|)(|12.2表面粗糙度•国家标准规定：表面粗糙度分为14个等级，分别用表示，数字越大，表面越粗糙。•表面粗糙度符号上的数值Ra,单位是微米（μm）。2.2表面粗糙度表面粗糙度符号的意义及应用符号符号说明意义及应用基本符号单独使用无意义基本符号上加一短划线表示表面粗糙度是用去除法获得基本符号内加一小圆表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得符号上加Ra值用去除材料方法获得的表面，Ra的最大允许值为3.2µm2.3常见加工方法的Ra表面特征加工方法Ra(微米)表面特征粗车粗镗50可见明显刀痕粗铣粗刨25可见刀痕钻孔12.5微见刀痕精铣精刨半精车6.3可见加工痕迹3.2微见加工痕迹精车1.6看不清加工痕迹粗磨0.8可辨加工痕迹方向精磨0.4微辨加工痕迹方向精密加工0.1-0.012只能按表面光泽辩识•碳素工具钢：如T7、T8、T9…T13等。适合于制造简单的手工工具，如锉刀、锯条等；•合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr等，适合于制造低速成型刀具，如丝锥；•高速钢：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制造中速精加工刀具；•硬质合金：成分由WC、TiC和Co组成，采用烧结方法获得4.1.1常用的刀具材料4.1.1常用的刀具材料常用的硬质合金有：钨钴钛类（牌号YT）硬质合金：适合于加工钢等塑性材料，其代号有YT5、YT15、YT30等，粗加工用YT5,精加工用YT30;钨钴类（牌号YG）硬质合金：适合于加工铸铁、青铜等脆性材料，其代号有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：常用的刀具陶瓷有两种：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受较大的冲击载荷。金刚石：它分三种天然单晶金刚石刀具整体人造聚晶金刚石刀具金刚石复合刀片立方氧化硼：由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成种类硬度HRC抗弯强度GPa热硬性℃工艺性能用途碳素工具钢60-652.16200-250热成型手工刀具合金工具钢60-652.35300-400同上低速刀具高速钢63-701.9-4.4600-700同上中速刀具硬质合金89-931.0-2.2800-1000烧结成型高速刀具陶瓷材料91-950.4-0.91100-1200同上连续精加工刀具常用的刀具材料第二章金属切削机床返回索引1、机床的类型金属切削机床是用来对工件进行加工的机器，故称为“工作母机”，习惯上称机床。•按加工性质和所用刀具分类：分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类；•按精度分类：分为普通精度、精密和高精度三种；•按重量分类：分为一般机床、大型机床和重型机床。•机床的型号：如：C6136表示…2、机床的基本结构1.主传动部件：用来实现机床主运动；2.进给传动部件：主要用来实现机床进给运动；3.工件安装装置：用来安装工件；4.刀具安装装置：用来安装刀具；5.支承件：用来支承和连接机床各零部件，是机床的基础构件；6.机床动力部件：为机床提供动力。5、车床的基本结构主电机及变速机构挂轮箱床头箱进给箱卡盘中心架溜板箱尾架丝杆光杆5.2车削的加工范围车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以加工：外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、切断、切槽、滚花、车螺纹、车成型面、绕弹簧等。5.3车削的工艺特点1.粗加工：经济精度可达到IT10，表面粗糙度在25-12.5之间;精加工：经济精度可达IT7左右，表面粗糙度Ra6.3-1.6之间。2.易于保证相互位置精度要求。一次装夹可加工几个不同的表面，避免安装误差。3.刀具简单，制造、刃磨和安装方便，容易选用合理的几何形状和角度，有利于提高生产率。4.应用范围广泛，几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体表面及端面，均可以用车削方法达到要求。5.可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）6铣削加工主轴箱主轴横溜板工作台升降台底座6.1立式铣床的基本结构6.2铣削的主要加工范围6.5铣削的工艺特点1.铣削加工的精度可达IT10-IT7，表面粗糙度可达6.3-1.6左右2.生产效率高，铣刀是多刀齿刀具，铣削时有几个刀齿同时参加切削，主运动是刀具的旋转，所以铣削的生产效率比刨削高。3.容易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出时产生振动，加工过程中切削面积和切削力变化较大。4.刀齿的散热条件较好，在刀具旋转过程的不切削时间内，刀具可以得到一定的冷却。5.与刨床相比，铣床价格高，适用于批量生产。7.刨（插）削加工刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种牛头刨床:刨刀的直线往复运动是主运动，工件在刨刀返回行程将结束时作横向进给运动。牛头刨床主要用于加工中小型零件龙门刨床:工作台往复运动，横梁上的刀架可以水平或垂直运动龙门刨床主要用于加工大型零件7.2刨削加工的范围3.1插削加工插床又称立式刨床，其运动原理与牛头刨床相似，主要用于孔内表面加工，如方孔、多边形孔、键槽等的加工。工件在工作台上可做纵向、横向和回转的运动，滑枕做上下往复运动。7.3插削主要加工范围7.4刨削加工的工艺特点1.加工精度通常为：精刨：IT7-IT10，粗糙度Ra为6.3-1.6之间。2.通用性好，刨床简单、价格低、调整和操作简便，刨刀形状简单，制造、刃磨方便。3.生产率一般比较低，主运动为往复直线运动，返回行程不参加切削。4.适用于单件小批生产。8.钻削加工钻床包括台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。如图：工件直径≤12mm的孔一般使用台式钻床加工，孔径50mm的中小型零件在立式钻床上加工，大型工件上的孔在摇臂钻床上加工。钻夹头是钻孔的常用夹具，一般用于孔径较小(≤12mm)的工件，大直径的零件用锥度套筒装入钻轴。对精度要求高，粗糙度低的零件钻孔后还必须进行精加工。钻削加工的范围8.1扩孔用扩孔钻对已经钻出或铸出、锻出的孔进行扩大和提高精度的加工，称为扩孔。扩孔钻如下图所示。其结构与麻花钻相似，但切削刃有34个，前端是平的，无横刃，螺旋槽较浅，钻头刚度好。扩孔余量小，切削比较平稳，所以扩孔精度比钻孔高。其尺寸公差等级可达IT10IT9，表面粗糙度Ra值可达6.33.2m。扩孔可作为终加工，也可作为铰孔前的预加工。第三章机械加工工艺过程返回索引4.工艺规程的拟定A.工艺分析检查图纸做出修改审查材料审查零件的结构工艺性下一步…B.毛坯的选择及加工余量的确定4.1工件的基准工件的基准：在零件的设计和制造过程中，要确定一些点、线或面的位置，必须以一些指定的点、线或面作为依据，这些作为依据的点、线或面，称为基准。按照作用的不同，常把基准分为设计基准和工艺基准两类。4.2工件的基准设计基准：即设计零件的基准，如下图左：齿轮内孔、外圆和齿轮分度圆均以轴线为基准；而两端面是互为基准。下图右：表面2和3及孔4的轴线的设计基准是表面1的。孔5的轴线的设计基准是孔4的轴线。工艺基准：在制造零件时所使用的基准，它又分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。下图左在加工时、轴线并不实际存在，所以内孔实际是加工外圆和左端面的定位基准。4.3.1工艺基准工艺基准分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。1、工序基准：在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准。2、定位基准：在机械加工中，用来使工件在机床或夹具中占有正确位置的点、线或面。它是工艺基准中最主要的基准。定位基准选择是否合理，对保证工件加工后的尺寸精度和形位精度、安排加工顺序、提高生产率以及降低生产成本起着决定性的作用，它是制定工艺过程的主要任务之一。定位基准可分为粗基准和精基准两种4.3.1工艺基准3、测量基准：用以测量已加工表面尺寸及位置的基准。4、装配基准：用来确定零件或部件在机器中的位置的基准。4.4机械加工工艺过程的制定机械加工工艺过程的制定按三个步骤进行：1、拟定加工工艺路线分析研究零件图的各项内容及技术要求拟定零件加工的加工方法、加工方案及工艺路线。2、安排好加工工序（1）选择毛坯4.4工艺路线的制定3、拟订加工工艺过程制定工艺规程的目的是确保产品质量、提高经济效益，同时它是确定生产人员数量以及定设备、定生产厂房面积和投资额的原始材料。安排加工顺序的原则：“基面先行、粗精分开、先粗后精、先