02-1 机械制造过程基础知识.ppt

第第2 2章章 机械制造过程基础知识机械制造过程基础知识机械制造工艺过程零件机械加工方法基准与装夹工件材料切削加工性刀具材料与刀具几何角度机床与夹具1机械制造技术基础机械制造技术基础第第2章章 机械制造过程基础知识机械制造过程基础知识Fundamental of Mechanical Manufacturing Process2.1 机械制造工艺过程机械制造工艺过程Mechanical Manufacturing Process22.1.1 机械加工工艺过程及其组成机械加工工艺过程及其组成 工工序序是是指指由由一一个个或或一一组组工工人人在在同同一一台台机机床床或或同同一一个个工工作作地地，对对一一个个或或同同时时对对几几个个工工件件所所连连续续完完成成的的那那一一部部分分机械加工工艺过程。机械加工工艺过程。l劳动者（一个或一组工人）l工作地（机械设备）l加工对象（一个或几个工件）l工序是工艺过程的最基本单元。划分主要依据：划分主要依据：工作地是否改变或加工是否连续完成。3工作地是否改变？工作地是否改变？铣床铣床1铣床铣床24铣床铣床1铣床铣床2同一铣床，同一铣床，I、II连续连续 一个工序一个工序同一铣床，同一铣床，I、II不连续不连续 两个工序两个工序加工是否连续？加工是否连续？52.1.1 机械加工工艺过程及其组成机械加工工艺过程及其组成 工工序序是是指指由由一一个个或或一一组组工工人人在在同同一一台台机机床床或或同同一一个个工工作作地地，对对一一个个或或同同时时对对几几个个工工件件所所连连续续完完成成的的那那一一部部分分机械加工工艺过程。机械加工工艺过程。200.07210.8图2-3阶梯轴3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221flashflash62.1.1 机械加工工艺过程及其组成机械加工工艺过程及其组成200.07210.8图2-3阶梯轴3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221flashflash 工工序序是是指指由由一一个个或或一一组组工工人人在在同同一一台台机机床床或或同同一一个个工工作作地地，对对一一个个或或同同时时对对几几个个工工件件所所连连续续完完成成的的那那一一部部分分机械加工工艺过程。机械加工工艺过程。安安装装在在一一道道工工序序中中，工工件件每每经经一一次次装装夹夹后后所所完完成成的的那部分工序称为安装。那部分工序称为安装。92.1.1 机械加工工艺过程及其组成机械加工工艺过程及其组成工工位位工工件件在在机机床床上上占占据据每每一一个个位位置置所所完完成成的的那那部部分分工序称为工位。工序称为工位。图2-4多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔flash102.1.1 机械加工工艺过程及其组成机械加工工艺过程及其组成工工步步指指在在加加工工表表面面不不变变、切切削削刀刀具具不不变变的的情情况况下下所所连续完成的那部分工序。连续完成的那部分工序。122.1.1 机械加工工艺过程及其组成机械加工工艺过程及其组成工工步步指指在在加加工工表表面面不不变变、切切削削刀刀具具不不变变的的情情况况下下所所连连续续完完成成的的那那部部分分工工序序。（在在在在一一一一个个个个工工工工步步步步内内内内，若若若若有有有有几几几几把把把把刀刀刀刀具具具具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）走走刀刀同同一一加加工工表表面面加加工工余余量量较较大大，可可以以分分作作几几次次工工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。a）立轴转塔车床的一个复合工步b）钻孔、扩孔复合工步图2-5复合工步132.1.2 机械装配工艺过程机械装配工艺过程 机械装配工艺过程机械装配工艺过程 将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程 机械装配工作机械装配工作 包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等 装配工序、工步和操作装配工序、工步和操作装配工序在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作装配工步装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变装配操作装配工步中各个装配动作 flash142.1.3 生产类型及其工艺特点生产类型及其工艺特点 生产纲领生产纲领 N N=Q nQ n（1+1+%+%+%）（2-1）单件小批生产批量生产大批大量生产 式中Q 产品年产量（件/年）；n 每台产品中该零件数量（件/台）；备品率；废品率。生产类型生产类型161718不同生产类型机械加工的工艺特征 生产类型特征 大批、大量生产 批量生产 单件、小批生产产品生产单一产品或系列化产品，数量很大。每台设备常年生产某一种零件的某一种零件的某一工序。产品改型后，设备很难改装生产单一产品或几种产品，数量较多。每台设备完成多种零件的相同工序。产品改型对生产有影响。生产多种产品，数量较少，产品改型对生产影响不大。生产组织采用流水线或自动生产线。按部件（总成）组织生产成批轮番生产。部分零件按流水线生产，部分按同类零件组织生产。零件生产无流水线。按零件类别划分车间或工段。生产设备采用高生产率的专用机床、组合机床、半自动或自动机床和自动生产线采用万能机床，部分采用高效率的专用机床和组合机床、数控机床等采用万能机床、部分采用数控机床、自动换刀数控机床等。工艺设备采用专用复合刀具、成形刀具；专用高效率量具或自动化量具；高效率专用夹具部分采用标准刀具、万能量具、夹具，部分采用高效率的专用刀具、量具、夹具和组合夹具采用标准刀具、万能量具、万能夹具、组合夹具机床调整法工件在已调整好的机床上加工工件大部分在已调整好的机床上加工，部分用试切法工作基本用试切法加工对毛坯的要求高精度、余量小的各种毛坯，大量采用精铸件、压铸件、金属模铸件、模锻件等主要采用金属模铸件、模锻件或胎膜锻件，部分采用精密铸、锻件等采用木模铸件、手工造型，自由锻件。毛坯精度低，余量大工艺文件有详细的工艺文件，重点工序有工序调整卡有工艺过程卡，重点工序由工序调整卡工艺文件简单，只有工艺过程卡19机械制造技术基础机械制造技术基础2.2 零件机械加工方法零件机械加工方法Mechanical Machining Method for Parts202.2.1 零件表面形成方法零件表面形成方法 轨迹法轨迹法 成形法成形法 相切法相切法 展成法展成法flashflashflashflasha）轨迹法b）成形法c）相切法d）展成法图2-6零件表面成形方法21主运动主运动指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T表示），也可以是回转运动（用 R表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。进给运动进给运动指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（fmm/r）或进给速度（vf mm/min）表示。定位和调整运动定位和调整运动使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。2.2.2 切削加工的成形运动切削加工的成形运动 26外圆表面加工方法2.2.3 典型表面加工方法典型表面加工方法内圆表面加工方法平面表面加工方法螺纹表面加工方法齿形表面加工方法271 车削加工的主要范围内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹、端面、沟槽、回转型成形面以及滚花、盘绕弹簧等；还可以进行钻孔、铰孔和镗孔等操作。282 铣削的加工范围 l铣刀的种类很多，铣削的加工范围很铣刀的种类很多，铣削的加工范围很广。广。l铣平面的方法有铣平面的方法有周铣法周铣法和和端铣法端铣法两种，两种，在卧式铣床或立式铣床上均可进行。在卧式铣床或立式铣床上均可进行。35铣削的基本工作示例36铣削的基本工作示例37逆铣和顺铣38周铣周铣和和端铣端铣比较比较(1)(1)端铣加工质量高端铣加工质量高端铣时同时参加工作的刀齿多，切削力变化小，因此，端铣的切削过程比周铣时平稳 周铣和端铣比较周铣和端铣比较(2)(2)端铣生产率比周铣高端铣生产率比周铣高n 端铣刀具系统刚性好；n 端铣刀镶装硬质合金刀片，圆柱铣刀多用高速钢制造。n 端铣时可以采用高速铣削，提高了生产率。周铣和端铣比较周铣和端铣比较(3)(3)周铣适应性强周铣适应性强n 周铣便于使用各种结构形式的铣刀铣削斜面、成形表面、台阶面、各种沟槽和切断等 （1）钻孔尺寸公差等级IT13IT11、表面粗糙度Ra值2512.5m3 3 钻削容易产生容易产生“引偏引偏”n麻花钻刚性差n导向作用差n横刃的不利影响n两个主切削刃不对称（2）钻孔的工艺特点解决办法解决办法n预钻定心坑n用钻套导向n两个主切削刃刃磨均匀排屑困难排屑困难切削热不易传散切削热不易传散尺寸公差等级IT10IT9、表面粗糙度Ra值6.33.2m（2）扩孔扩孔与钻孔相比的特点：1.刚性较好2.导向性好3.切削条件好4.不能更正孔的位置偏差尺寸公差等级IT8IT6、表面粗糙度Ra值1.60.4m（3）铰孔铰孔的工艺特点：铰孔的工艺特点：1.铰刀是定径精加工工具，易保证孔的尺、形状精铰刀是定径精加工工具，易保证孔的尺、形状精度，生产率高。但适应性较差。度，生产率高。但适应性较差。2.铰刀不能校正孔的位置误差。铰刀不能校正孔的位置误差。3.孔的精度和表面粗糙度主要取决于铰刀的精度和孔的精度和表面粗糙度主要取决于铰刀的精度和装夹方式以及加工余量、切削用量和切削液等。装夹方式以及加工余量、切削用量和切削液等。4 4 镗削镗削卧式铣镗床因其工艺范围广泛而得到普遍应用。卧式铣镗床因其工艺范围广泛而得到普遍应用。尤其适合大型、复杂的箱体类零件的孔加工。尤其适合大型、复杂的箱体类零件的孔加工。当零件孔的精度、孔间距精度、孔的轴心线之间当零件孔的精度、孔间距精度、孔的轴心线之间的同轴度、垂直度、平行度等都有严格要求时，的同轴度、垂直度、平行度等都有严格要求时，如在钻床上加工难以保证精度。如在钻床上加工难以保证精度。卧式铣镗床除镗孔以外，还可车端面、铣平面、卧式铣镗床除镗孔以外，还可车端面、铣平面、车外圆、车螺纹等。因此，一般情况下，零件可车外圆、车螺纹等。因此，一般情况下，零件可在一次安装中完成大部分甚至全部的加工工序。在一次安装中完成大部分甚至全部的加工工序。图图所示为卧式铣镗床的外形。所示为卧式铣镗床的外形。51卧式镗床的主要加工方法53拉削加工拉削加工就是用各种不同的拉刀在相应的拉床上切削就是用各种不同的拉刀在相应的拉床上切削出各种内、外几何表面的一种加工方式。出各种内、外几何表面的一种加工方式。拉削可以加工拉削可以加工各种形状各种形状的通孔、平面及成形表面等，的通孔、平面及成形表面等，但拉削只能加工贯通的等截面表面，特别是适用于成但拉削只能加工贯通的等截面表面，特别是适用于成形内表面的加工。形内表面的加工。拉削生产率较高，被加工表面在一次走刀中成形。拉削生产率较高，被加工表面在一次走刀中成形。拉削的加工精度可达拉削的加工精度可达IT8IT7，表面粗糙度值可达，表面粗糙度值可达Ra3.20.4m。拉削主要应用于成批、大量生产的场合。拉削主要应用于成批、大量生产的场合。5 5 拉削拉削（1）拉削加工54卧式内拉床卧式内拉床（2）拉床及拉刀57立式外拉床立式外拉床58连续式拉床连续式拉床59l头部（柄部）：头部（柄部）：拉刀的夹持部分，用于传递拉力；拉刀的夹持部分，用于传递拉力；l颈部：颈部：直径相对较小，是打标记的地方；直径相对较小，是打标记的地方；l过渡锥：过渡锥：用于引导拉刀逐渐进入工件孔中；用于引导拉刀逐渐进入工件孔中；l前导部：前导部：用于引导拉刀正确地进入孔中，防止拉刀歪斜；用于引导拉刀正确地进入孔中，防止拉刀歪斜；l切削部：切削部：由粗切齿、过渡齿和精切齿三部分组成；由粗切齿、过渡齿和精切齿三部分组成；l校准部：校准部：起修光和校准作用，并可作为精切齿的后备齿，各齿起修光和校准作用，并可作为精切齿的后备齿，各齿形状及尺寸完全一致，用以提高加工精度和减小表面粗糙度值；形状及尺寸完全一致，用以提高加工精度和减小表面粗糙度值；l后导部：后导部：用于保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀的刀齿在切用于保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀的刀齿在切离后因下垂而损坏已加工表面或刀齿；离后因下垂而损坏已加工表面或刀齿；l尾部（支托部）：尾部（支托部）：用于长又重的拉刀，支承并防止拉刀下垂。用于长又重的拉刀，支承并防止拉刀下垂。60根据加工表面位置可分为根据加工表面位置可分为内拉刀内拉刀与与外拉刀外拉刀。6162机床：普通磨床机床：普通磨床加工范围：外圆、内圆、锥面、平面加工范围：外圆、内圆、锥面、平面按照砂轮粒度号和切削用量的不同，普通磨削可按照砂轮粒度号和切削用量的不同，普通磨削可分为粗磨和精磨。分为粗磨和精磨。6 磨削l粗磨粗磨的尺寸公差等级为的尺寸公差等级为IT8IT8IT7IT7，表面粗糙度表面粗糙度RaRa值为值为0.80.4m0.80.4m；l精磨精磨的尺寸公差等级为的尺寸公差等级为IT6IT6IT5IT5，表面粗糙度表面粗糙度RaRa值为值为0.40.2m0.40.2m。（1）普通磨削63床身床身横向横向进给进给手柄手柄脚踏操脚踏操作板作板尾座尾座横向进横向进给机构给机构砂轮架砂轮架内圆内圆磨具磨具工作台工作台头架头架机床：普通外圆磨床、万能外圆磨床机床：普通外圆磨床、万能外圆磨床 磨外圆64万能外圆磨床典型加工示意图磨削外圆柱面扳转工作台磨削长圆锥面扳转砂轮架磨削短圆锥面扳转头架磨削内圆锥面6566机床：内圆磨床、万能外圆磨床机床：内圆磨床、万能外圆磨床磨内圆67n 由于磨内圆砂轮受孔径限制，切削速度难以达到由于磨内圆砂轮受孔径限制，切削速度难以达到磨外圆的速度；磨外圆的速度；n 砂轮轴直径小，悬伸长，刚度差，易弯曲变形和砂轮轴直径小，悬伸长，刚度差，易弯曲变形和振动，且只能采用较小的背吃刀量；振动，且只能采用较小的背吃刀量；n 砂轮与工件成内切圆接触，接触面积大，磨削热砂轮与工件成内切圆接触，接触面积大，磨削热多，散热条件差，表面易烧伤；多，散热条件差，表面易烧伤；n 磨内圆比磨外圆生产率低，加工精度和表面质量磨内圆比磨外圆生产率低，加工精度和表面质量难以控制。难以控制。特点：特点：68机床：平面磨床机床：平面磨床周磨法：加工精度高，表面粗糙度周磨法：加工精度高，表面粗糙度RaRa值小，但生产率较值小，但生产率较低，多用于单件小批生产中。低，多用于单件小批生产中。端磨法：生产率较高，但加工质量略差于周磨法，多用端磨法：生产率较高，但加工质量略差于周磨法，多用于大批大量生产中磨削精度要求不太高的平面。于大批大量生产中磨削精度要求不太高的平面。磨平面69磨削砂轮工件导轮托板挡板（2）无心外圆磨削70生产率高，易实现自动化；加工精度高，其中尺寸精度可达IT5-IT6，形状精度也比较好，表面粗糙度Ra1.25-0.16m；不能加工断续表面，如花键、单键槽表面。无心外圆磨削方法特点71大轮为工作砂轮，起切削作用。大轮为工作砂轮，起切削作用。小轮为导轮，无切削能力。两轮与托板构成小轮为导轮，无切削能力。两轮与托板构成V V形定形定位面托住工件。位面托住工件。无心纵磨法72导轮的轴线与砂轮轴线平行导轮的轴线与砂轮轴线平行，工件不作轴向移动。工件不作轴向移动。无心横磨法主要用于磨削带台肩而又较短的外圆、锥无心横磨法主要用于磨削带台肩而又较短的外圆、锥面和成形面等。面和成形面等。无心横磨法73747 圆柱齿轮齿形加工方案75(1)成形法加工齿轮 铣齿原理铣齿原理：l 在卧式铣床上，将齿坯在卧式铣床上，将齿坯套在心轴上安装于分度头套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完一齿退出进行个槽，铣完一齿退出进行分度，依次逐个完成齿数分度，依次逐个完成齿数的铣削。的铣削。铣齿76铣齿加工特点l用普通的铣床设备，且刀具成本低。l生产效率低。每切完一齿要进行分度，占用较多的辅助时间。l齿轮精度低。齿形精度只达11-9级。l主要原因是每号铣刀的刀齿轮廓只与该范围最少齿槽相吻合，而此号齿轮铣刀加工同组的其它齿数的齿轮齿形都有一定的误差。拉齿拉齿加工拉齿加工77(2)展成法加工齿轮 滚齿l 齿轮滚刀是按展成法加工齿轮的刀具，在齿轮制造中应用很广泛，可以用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。l 用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。l 滚齿加工适于加工直齿、斜齿圆柱齿轮。齿轮加工精度为8-7级，齿面粗糙度Ra值为1.6m。78滚刀滚刀79用齿轮滚刀加工齿轮的情况80滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动：（1）主运动 滚刀的旋转运动。（2）展成运动 是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一对齿轮的啮合运动关系。即滚刀转一转，工件转K/Z转。其中：K是滚刀的头数，Z为齿轮齿数。（3）垂直进给运动 要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动8182插齿原理插齿83插齿有以下切削运动:(1)主运动 插齿刀的上下往复运动(2)展成运动 确保插齿刀与齿坯的啮合关系的运动(3)圆周进给运动 插齿刀的转动，其控制着每次插齿刀的切削量(4)径向进给量 插齿刀须作径向逐渐切入运动，以便切出全齿深。(5)让刀运动 插齿刀回程向上时，为避免与工件摩擦而使插齿刀让开一定距离的运动8485插齿加工质量分析 l传动准确性传动准确性 齿坯安装时的几何偏心使工件产生径向位移使得齿圈径向跳动；工作台分度蜗轮的运动偏心使工件产生切向位移，造成公法线长度变动；插齿刀的制造齿距累积误差和安装误差，也会造成插齿的公法线变动。l传动平稳性传动平稳性 插齿刀设计时没有近似误差，所以插齿的齿形误差比滚齿小。86l载荷均匀性载荷均匀性 机床刀架刀轨对工作台回转中心的平行度造成工件产生齿向误差；插齿刀的上下往复频繁运动使刀轨磨损，加上刀具刚性差，因此插齿的齿向误差比滚齿大。l表面粗糙度表面粗糙度 插齿后的表面粗糙度比滚齿小，这是因为插齿过程中包络齿面的切削刃数较多。87剃齿工作原理剃齿工作原理盘形剃齿刀外型很像齿轮，加工时剃齿刀和齿轮轴交错成一角度，作螺旋齿轮啮合。剃齿88原理原理90珩齿(1)(1)珩齿原理及特点珩齿原理及特点l珩齿所用刀具（珩磨轮）是含有磨料、环氧树脂等原料混合后在铁心上浇铸而成的塑料齿轮。l切削是在珩轮与被加工齿轮的“自由啮合”过程中，靠齿面间的压力和相对滑动来进行的。l珩齿是热处理后的一种光整加工方法。l珩齿的运动关系与剃齿相似，珩轮与工件是一对斜齿轮副无侧隙的自由紧密啮合91(2)(2)珩齿的特点珩齿的特点(3)(3)珩齿方法珩齿方法 l 珩齿后表面质量较好 l 珩齿后的表面粗糙度值减少 l 珩齿修正误差能力低 94磨齿 磨齿多用于对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工。磨齿有两大类即用成形砂轮磨齿和用展成法磨齿。(1)(1)成形砂轮磨齿原理成形砂轮磨齿原理95(2)(2)展成法磨齿的原理展成法磨齿的原理 1 1）连续磨齿）连续磨齿 2 2）分度磨齿）分度磨齿96(3)(3)磨齿方法磨齿方法 双片碟形砂轮磨齿双片碟形砂轮磨齿 锥形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿 蜗杆砂轮磨齿蜗杆砂轮磨齿9798外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动 进给运动表2-2外圆表面加工方法刀具T/RT主运动 进给运动工件表面成形原理图RRRRRTRRT/R车削成形车削拉削研磨2.2.3 典型表面加工方法典型表面加工方法99表2-3内圆表面加工方法表 面 成 形 原 理 图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动 进给运动刀 具主运动 进给运动工 件RRTRRT/RTRTRTTRTT内圆磨无心磨2.2.3 典型表面加工方法典型表面加工方法100主运动 进给运动表2-4平面加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T2.2.3 典型表面加工方法典型表面加工方法101车螺纹板牙主运动 进给运动表2-5螺纹加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR2.2.3 典型表面加工方法典型表面加工方法102主运动 进给运动表2-6齿形加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿2.2.3 典型表面加工方法典型表面加工方法1032.2.4 切削用量与切削层截面参数切削用量与切削层截面参数切削用量切削用量切削速度切削速度v vc c若主运动为往复运动时，其平均速度为：（2-2）式中n主运动转速（r/s）；d刀具或工件的最大直径（mm）。式中nr主运动每秒钟往复次数（str/s）；l往复运动行程长度（mm）。（2-3）进进给给量量：工工件件或或刀刀具具每每转转一一周周时时(或或主主运运动动一一循循环环时时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/rmm/r。背吃刀量背吃刀量：主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。1042.2.4 切削用量与切削层截面参数切削用量与切削层截面参数切削层截面参数切削层截面参数切削切削厚度厚度（2-4）切削切削宽度宽度（2-5）图2-7切削层截面bDhD=ffdwDmapa）rhDbD=apb）c）105