数控加工工艺与编程-教学ppt课件--第一章-机械加工工艺基础.pptx

第一章机械加工工艺基础第一章机械加工工艺基础第一节基 本 概 念第二节表面加工方法及加工方案第三节机械加工工艺规程第四节金属切削刀具第五节工程材料简介第一节基 本 概 念一、机械产品的生产过程和工艺过程1.生产过程1)准备工作，如产品的开发设计和工艺设计，专用装备的设计与制造。2)原材料及半成品的运输和保管。3)毛坯的制造过程，如铸造、锻造和冲压等。4)零件的各种加工过程，如机械加工、焊接、热处理和表面处理等。5)部件和产品的装配过程，它包括组装、部装等。6)产品的检验、调试、油漆和包装等。2.工艺过程二、机械加工工艺过程的组成第一节基 本 概 念机械加工工艺过程一般由一个或若干个工序组成。1.工序2.安装3.工位4.工步图1-1-1多工位加工的实例1工位1：装卸工件2工位2：钻孔3工位3：扩孔4工位4：铰孔第一节基 本 概 念图1-1-2复合工步5.进给第一节基 本 概 念三、生产类型及其工艺特点机械产品的制造工艺不仅取决于产品的结构、技术要求，而且也与企业的生产类型有关，而企业的生产类型由企业的生产纲领决定。1.生产纲领2.生产类型及其工艺特点(1)单件生产基本特点是：产品品种多，但同一产品的产量少，而且很少重复生产，加工对象经常改变，如重型机械产品制造和新产品试制等都属于单件生产。(2)成批生产它是指成批地生产相同零件，生产周期性重复，如机床、机车、纺织机械等产品制造多属于成批生产。第一节基 本 概 念(3)大量生产基本特点是：产品的产量大、品种少，长期重复地进行某一零件某一工序的加工，如汽车、拖拉机、轴承和自行车等产品的制造多属于大量生产。表1-1-1生产纲领与生产类型的关系第一节基 本 概 念表1-1-2不同机械产品的零件质量型别四、获得尺寸精度的方法1.试切法2.调整法3.定尺寸刀具法4.自动控制法第二节表面加工方法及加工方案一、经济加工精度为了正确选择表面加工方法，首先应了解各种加工方法的特点和掌握经济加工精度的概念。二、典型表面的加工方法及加工方案1.各种加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度2.选择表面加工方案时考虑的因素(1)选择能获得相应经济精度的加工方法例如加工公差等级为IT7、表面粗糙度为Ra=0.4m的外圆柱面，通过精细车削是可以达到要求的，但不如磨削经济。第二节表面加工方法及加工方案表1-1-3外圆柱面加工方案第二节表面加工方法及加工方案表1-1-4平面加工方案第二节表面加工方法及加工方案表1-1-5孔加工方案第二节表面加工方法及加工方案表1-1-5孔加工方案第二节表面加工方法及加工方案(2)零件材料的可加工性能例如淬火钢的精加工要用磨削，有色金属圆柱面的精加工为避免磨削时堵塞砂轮，则要用高速精细车或精细镗(金刚镗)。(3)工件的结构形状和尺寸大小例如对于加工公差等级为IT7的孔，采用镗削、铰削、拉削和磨削均可达到要求。(4)生产类型大批量生产时，应采用高效率的先进工艺，例如用拉削方法加工孔和平面，用组合铣削或磨削同时加工几个表面，对于复杂的表面采用数控机床；单件小批生产时，宜采用刨削、铣削平面和钻、扩、铰孔等加工方法，避免盲目地采用高效加工方法和专用设备。(5)现有生产条件充分利用现有设备和工艺手段，发挥工人的创造性，挖掘企业潜力，创造经济效益。第二节表面加工方法及加工方案三、成形表面和复杂表面的加工在实际生产中，有些零件的表面不仅由平面、圆柱面或圆锥面等基本表面组成，往往还包含着一些复杂的形面，通常将这些复杂的形面统称为成形面。1.回转成形面图1-1-3各种成形面2.直线成形面第二节表面加工方法及加工方案3.立体成形面(1)成形刀具法此法是利用与被加工工件轮廓形状相符的成形刀具直接加工出成形面的一种加工方法。图1-1-4成形刀具法加工成形面(2)手动控制法手动控制法是由手工操纵机床，刀具相对工件作成形运动而加工出成形面的一种方法。第二节表面加工方法及加工方案图1-1-5双手控制法车回转成形面第二节表面加工方法及加工方案图1-1-6用样板度量成形面(3)靠模法靠模法是刀具由传动机构带动，第二节表面加工方法及加工方案跟随一靠模轮廓线移动而加工出与该靠模轮廓线相符的成形面的一种加工方法。(4)数控加工法对于批量小，形状复杂且多变的精密成形面，为了保证其加工质量和提高生产率常采用数控加工法。(5)特种加工法随着科学技术的发展和生产的需要，一些形状微小、结构复杂的成形面，或由高硬度、高韧性及高脆性材料制成的零件的成形面可选用各种特种加工方法进行加工。第三节机械加工工艺规程一、机械加工工艺规程简介1.机械加工工艺规程的作用(1)指导生产的重要技术文件机械加工工艺规程简称工艺规程，是依据工艺学原理和工艺试验，经过生产验证而确定的技术文件，是科学技术和生产经验相结合的结晶。(2)生产组织和生产准备工作的依据生产计划的制订，产品投产前原材料和毛坯的供应、工艺装备的设计、制造与采购、机床负荷的调整、作业计划的编排、劳动力的组织、工时定额的制订以及成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。第三节机械加工工艺规程(3)新建和扩建工厂(车间)的技术依据在新建和扩建工厂(车间)时，生产所需要的机床和其他设备的种类、数量和规格，车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量、辅助部门的安排等都是以工艺规程为基础，根据生产类型来确定的。2.工艺规程制订的原则(1)技术先进性在制订工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进适用的工艺和工艺装备。(2)经济合理性在一定的生产条件下，可能会出现几种能够保证零件技术要求的工艺方案。(3)良好的劳动条件及避免环境污染在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。第三节机械加工工艺规程3.制订工艺规程的原始资料1)产品全套装配图和零件图。2)产品验收的质量标准。3)产品的生产纲领(年产量)。4)毛坯资料。5)本厂的生产条件。6)国内外先进工艺及生产技术发展情况。7)有关的工艺手册及图册。4.制订工艺规程的步骤1)计算生产纲领，确定生产类型。2)分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。3)选择毛坯。第三节机械加工工艺规程4)拟订工艺路线。5)确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。6)确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。7)确定切削用量及工时定额。8)确定各主要工序的技术要求及检验方法。9)填写工艺文件。5.工艺文件的格式(1)综合工艺过程卡片这种卡片以工序为单位，简要地列出了整个零件加工所经过的工艺路线(包括毛坯制造、机械加工和热处理等)，是制订其他工艺文件的基础，也是生产技术准备、编排作业计划和组织生产的依据。第三节机械加工工艺规程表1-1-6综合工艺过程卡片(2)机械加工工序卡片机械加工工序卡片是根据综合工艺过程卡片为每一道工序制订的。第三节机械加工工艺规程表1-1-7机械加工工序卡二、基准及其选择1.基准的概念及其分类第三节机械加工工艺规程(1)设计基准在零件图上用以确定零件上其他点、线、面位置的基准称为设计基准。(2)工艺基准零件在机械加工过程中所采用的基准称为工艺基准。1)工序基准。图1-1-7工序基准示例第三节机械加工工艺规程2)定位基准。3)测量基准。4)装配基准。2.定位基准的选择(1)粗基准的选择选择粗基准时，主要考虑如何保证加工面都能分配到合理的加工余量，以及如何保证加工面与非加工面之间的位置尺寸和位置精度，同时还要为后续工序提供可靠的精基准。1)非加工面作粗基准。图1-1-8铸件粗基准的选择第三节机械加工工艺规程2)合理分配加工余量。保证各主要加工面都有足够的余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最小、精度高的表面作粗基准。对于工件上的某些重要表面(如导轨和重要孔等)，为了尽可能使加工余量均匀，则应选择重要表面作粗基准。图1-1-9所示为车床床身的粗基准选择，导轨表面是重要表面，要求耐磨性好，且在整个导轨表面内具有大体一致的力学性能。因此，加工时应选导轨表面作为粗基准加工床腿底面(图1-1-9a)，然后以床腿底面为基准加工导轨平面(图1-1-9b)。第三节机械加工工艺规程图1-1-9车床床身的粗基准选择3)粗基准应避免重复使用。第三节机械加工工艺规程4)粗基准的表面应平整。(2)精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便，夹具结构简单。1)基准重合的原则。2)基准统一原则。3)自为基准原则。图1-1-10床身导轨面磨削时的自为基准定位第三节机械加工工艺规程4)互为基准原则。5)装夹方便原则。三、工艺路线的拟订工艺路线的拟订是制订工艺规程的关键，它直接影响到工艺规程的合理性、科学性和经济性。1.加工阶段的划分(1)粗加工阶段主要任务是切除毛坯上各加工面的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，应采取措施尽可能提高生产率。(2)半精加工阶段达到一定的精度要求，并保证留有一定的加工余量，为主要表面的精加工作准备。第三节机械加工工艺规程(3)精加工阶段主要任务是保证零件各主要表面达到图样规定的技术要求。(4)光整加工阶段对公差等级要求很高(IT6以上)，表面粗糙度值很小(Ra0,为正前角；当A和Pr重合时，则o=0。后角o:主后面A与切削平面Ps间的夹角。后面与基面之间的夹角大于90时，后角为负；后面与基面之间的夹角小于90时，后角为正。主偏角r：主切削刃与进给运动方向的夹角。副偏角r：副切削刃与进给运动反方向的夹角。三、刀具几何参数的合理选择刀具的几何参数包括：刀具角度、刀具的结构和形状。1.前角的选择2.前面的形状及其选择第四节金属切削刀具(1)正前角平面型(图1-1-14a)这种形式的特点是结构简单、制造方便，刃口锋利，但强度低，传热能力差，多用于精加工刀具、复杂刀具、加工脆性材料的刀具。图1-1-14刀具前面的几种形式a)正前角平面型b)正前角曲面带倒棱型c)负前角单面型d)负前角双面型(2)正前角曲面带倒棱型(图1-1-14b)这种形式是在平面带倒棱的基础上，在前面上又磨出一个曲面，称为卷屑槽或月牙槽。第四节金属切削刀具(3)负前角型(图1-1-14c、d)切削高强度、高硬度材料时，为使脆性较大的硬质合金刀片承受压应力，而采用负前角。3.后角的选择4.主偏角的选择5.副偏角的选择6.刃倾角的选择四、刀具材料的选择1.对刀具材料的基本要求2.常用刀具材料及其选用第四节金属切削刀具(1)高速钢高速钢是以钨(W)、铬(Cr)、钒(V)、钼(Mo)为主要合金元素的高合金含量的合金工具钢，它允许的切削速度比碳素工具钢(T10A、T12A)及合金工具钢(9SiCr、CrWMn)高13倍，故称为高速钢。(2)硬质合金硬质合金是由高强度的难熔金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金属粘结剂(如Co、Ni等)按粉末冶金工艺制成的。(3)其他刀具材料1)陶瓷。2)人造金刚石。3)立方氮化硼。五、刀具磨损和刀具寿命第四节金属切削刀具刀具在切削金属的同时，本身也逐渐被磨损，当磨损到一定程度时，刀具便失去了继续切削的能力，如不及时重磨或换刀，便会产生加工质量恶化等一系列不良后果。1.刀具磨损的形式(1)前面磨损刀具前面磨损的典型形式是月牙洼磨损。(2)后面磨损在切削脆性金属，或用较低的切削速度和较小的切削厚度切削塑性金属时，在前面上只有轻微的磨损，还未形成月牙洼磨损时，却在后面上磨出了明显的痕迹，形成一个小棱面的磨损。(3)前、后面同时磨损在切削塑性金属时，经常出现的是前、后面同时磨损。2.刀具磨损过程和刀具磨钝标准第四节金属切削刀具3.刀具寿命第五节工程材料简介一、金属材料1.常用金属材料的力学性能2.常用金属材料的牌号、性能和用途(1)常用碳素钢的牌号、性能和用途1)(普通)碳素结构钢。2)优质碳素结构钢。3)碳素工具钢。(2)常用合金钢的牌号、性能和用途3.铸铁(1)灰铸铁灰铸铁中的碳主要以片状石墨形式存在，其断口呈灰色。第五节工程材料简介(2)可锻铸铁该类铸铁中石墨呈紧密的团絮状，这类铸铁强度较高，韧性好。(3)球墨铸铁铁水经过球化处理而使大部分(或全部)碳呈球状的铸铁，称为球墨铸铁。二、有色金属有色金属具有许多特殊的性能，如高的导电性和导热性、较低的密度和熔化温度以及良好的力学性能和工艺性能。1.铝及其合金(1)工业纯铝铝是银白色轻金属，具有良好的塑性、导电性、导热性和耐腐蚀能力，能承受各种冷、热加工处理，适用于热交换器、散热器、与腐蚀物质接触的容器和管道、导线等。第五节工程材料简介(2)铝合金纯铝不宜作结构材料，但在纯铝中加入适量的铜、硅、锰、镁、锌等元素形成合金，并经过冷变形处理和热处理后能获得良好的力学性能。1)防锈铝合金。2)硬铝合金。3)超硬铝合金。4)锻铝合金。(3)铸造铝合金铸造铝合金有铝-铜系、铝-镁系和铝-锌系等合金。2.铜及其合金(1)纯铜呈玫瑰色，表面形成氧化膜后，外观为紫红色，故俗称紫铜。第五节工程材料简介(2)黄铜铜与锌的合金称为黄铜。(3)青铜除了黄铜和白铜(铜和镍的合金)外，所有铜基合金都称为青铜。三、塑料塑料的品种很多，分类方法也很多。1)按塑料中合成树脂的分子结构及热性能，塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两类，这是一种较科学的分类方法，因为它反映了高聚物的结构特点、物理性能、化学性能及成型特性。2)按塑料的性能及用途，可分为通用塑料、工程塑料和增强塑料。