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(中职）车削加工技术任务三课件车削加工技术任务三 金属切削基础知识Contents目录01子任务一金属切削的基本知识及金属切削刀具03子任务三零件的加工工艺分析02子任务二金属切削过程与控制任务描述 图 3-1 和图 3-2 所示零件（坯料3565、6080）是如何加工成型的呢？图 2-1 图 2-9所示的零件又是如何得到的？它们都是运用金属切削的基本知识和技能技术，按图样要求对坯料进行切削加工出来的。通过本任务的学习，要能熟悉并掌握金属切削的基本知识，并能灵活运用所学知识和技能，为后期学习零件车削加工做准备。任务描述子任务一01金属切削的基本知识及金属切削刀具子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具【知识目标】1.掌握常用金属材料性能、切削运动、切削用量三要素。2.掌握常用刀具材料、刀具结构、刀具切削部分的几何角度。3.掌握砂轮机及砂轮的型号、选用。4.了解刃磨刀具的安全方法。【技能目标】1.能正确说出切削过程中形成的三个面。2.能正确说出和选用切削用量。3.能正确讲出刀具材料应具备的性能和刀具切削部分的几何角度。4.能正确选用砂轮刃磨刀具。5.能掌握刀具刃磨的方法、步骤和要点。6.能通过查阅资料或讨论交流的方式获取所需相关信息。7.具有严谨的工作作风和良好的职业道德。子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具典型工作任务 图 3-3 所示是刀具吗？它的结构特点是什么？它是什么材料做成的？它是什么刀？用刀切削加工，其切削过程怎样？刀具钝了如何刃磨？子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 金属切削加工一般可分为锉削（图 3-4）、錾削（图 3-5）、钻削（图 3-6）、锯削（图 3-7）、车削、铣削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 切削运动是指利用刀具切除工件上多余的金属层，以获得所要求的尺寸、形状精度和表面质量的运动，其过程如图 3-8 所示。切削运动分为主运动和进给运动。一、切削运动子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 1.切削时的主运动 主运动具有唯一性，是进行切削时最主要的、消耗动力最多的运动。它是刀具与工件之间产生相对运动，直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，形成工件新表面的运动。主运动的运动形式为旋转运动和直线运动。车、镗削的主运动是机床主轴的旋转运动。2.切削时的进给运动 进给运动是刀具与工件之间产生的附加相对运动，以保持切削连续进行，即使新的切削层不断投入切削运动。其运动形式为纵向进给运动（走刀运动）和横向进给运动（吃刀运动）。图 3-8 中的 vf 是车外圆时的纵向进给速度，是连续的，而横向进给运动则是间断的。一、切削运动子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具教学视频车床的切削运动和切削用量相关知识 切削时形成的表面有三个，如图 3-9 所示，分别是待加工表面、已加工表面和过渡表面。二、切削时形成的表面子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （1）待加工表面指加工时工件上等待切除的表面。（2）已加工表面指工件上经刀具切削后产生的表面。（3）过渡表面指工件上由切削刃正在形成的那部分表面。二、切削时形成的表面子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 图 3-10 所示为切削层的形成，切削层参数影响切削变形和切削力。（1）切削宽度 aw。沿着过渡表面度量的切削层尺寸为切削层公称宽度，简称切削宽度，单位为 mm。（2）切削厚度 ac。过切削刃选定点且垂直于过渡表面度量的切削层尺寸为切削层公称厚度，简称切削厚度，单位为 mm。三、切削层子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （3）切削面积 AD。主切削刃上在基面的切削层投影图形的面积为切削层公称截面积，简称切削面积，单位为 mm2。图 3-11 中ABCE 的面积为切削面积。三、切削层子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 切削用量又称切削三要素，是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。它表示主运动量及进给运动量，用于调整机床的工艺参数。1.切削速度vc 切削速度即切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度，单位为 m/s 或 m/min。车削时切削速度的计算式为 （3-1）式中，d 为待加工表面直径，mm；n 为主运动的旋转速度，r/min 或 r/s。四、切削用量子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具教学视频切削用量教学视频外圆车削切削用量的选择相关知识 2.进给量 f 进给量即工件或刀具每转一转或刀具往复一次，刀具相对于工件在进给运动方向上的位移，单位为 mm/r。车削时的进给速度的计算式为 （3-2）四、切削用量子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 3.背吃刀量 ap 背吃刀量即工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。车外圆时，背吃刀量的计算式为 （3-3）式中，da 为已加工表面直径；dm 为待加工表面直径。四、切削用量子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （一）车刀的组成 车刀由切削部分和刀柄部分组成，切削部分又包括刀面、切削刃和刀尖，如图 3-12 所示。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 1.刀面 刀面分为前面、后面和副后面。（1）前面又称前刀面，即刀具上切屑流出时经过的表面。（2）后面又称主后刀面，即与工件过渡表面相对的刀具表面。（3）副后面又称副后刀面，即与工件已加工表面相对的刀具表面。前面和后面之间所包含的刀具实体部分为刀楔。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具教学视频车刀几何形体参数相关知识 2.切削刃 （1）主切削刃 S，即刀具前面与后面的交线。（2）副切削刃 S，即刀具前面与副后面的交线。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 3.刀尖 刀尖是前刀面与主后刀面的交线和前刀面与副后刀面的交线及主后刀面与副后刀面的交线三线相交的点。刀尖不能太尖，应修成圆弧或倒角。刀尖圆弧半径用 r 表示，如图 3-13 所示。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （二）坐标平面与参考系 车刀角度包括静态的标注角度和动态的工作角度。为标注车刀角度，必须建立三个坐标平面组成的参考系。假定主运动方向垂直于车刀刀柄的安装面。假定进给运动方向垂直或平行于刀柄轴线。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （1）基面 Pr。它是指过切削刃选定点，垂直于该点切削速度（假定主运动方向）的平面。车刀的基面是平行于车刀安装面（底面）的平面，如图 3-14 所示。（2）切削平面 Ps。它是指通过切削刃选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。（3）正交平面 Po。它是指通过切削刃选定点，同时垂直于基面 Pr 和切削平面 Ps 的平面。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 车刀角度标注参考系如图 3-15 所示。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （三）车刀几何角度 车刀几何角度如图 3-16 所示。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （1）前角 o。它是指在正交平面 Po 中测量的前面与基面 Pr 间的夹角。前角正负的判断如图 3-17（a）所示，当前面与 Pr 之间的夹角小于90时，前角为正；当该夹角大于90时，前角为负。（2）（主）后 角 o。它是指在正交平面 Po 中测量的后面与基面 Pr 间夹角。后角正负的判断如图 3-17（a）所示，当后面与 Pr 之间的夹角小于 90时，后角为正；当该夹角大于 90时，后角为负。（3）主偏角 r。它是指主切削刃 S 在基面 Pr 上的投影与进给方向间的夹角。五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识五、车刀几何参数子任务一 金属切削的基本知识及金属切削刀具相关知识 （4）刃倾角 s。它是指在切削平面 Ps 中测量的主切削刃 S 与基面的夹角。如图 3-17（b）所示，当切削刃与基面重合时，刃倾角为零度（刀尖水平，s=0）；当刀尖为切削刃最高点时，刃倾角为正值（刀尖上翘，s 0）；当刀尖为切削刃最低点时，刃倾角为负值（刀尖下倾，s 60）的车刀切削。刃倾角s。s 对 Fz 影响较小，但对 Fx、Fy 影响较大。s 由正向负转变，则 Fx 减小、Fy 增大。实践中从切削力观点分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角s。特别是在工艺系统刚度较差的情况下，往往因负刃倾角s 增大了切深力 Fy 的作用而产生振动。一、切削力子任务二 金属切削过程与控制相关知识 （4）其他因素。其他影响因素如刀具棱面、刀具圆弧半径、刀具磨损情况等。刀具棱面应选较小宽度，使 Fy 减小。刀具圆弧半径增大，切削变形、摩擦增大，切削力增大。后刀面磨损增大，刀具变钝，与工件挤压、摩擦增大，切削力增大。一、切削力子任务二 金属切削过程与控制相关知识 被切削的金属在刀具的作用下发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦也要耗功，也产生大量的热量。因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡面接触区。三个发热区与三个变形区相对应。所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。二、切削热的产生和传导子任务二 金属切削过程与控制相关知识 1.影响切削温度的主要因素根据理论分析和大量的实验研究可知，切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、刀具磨损和切削液的影响。（1）切削用量。切屑的形成过程如图 3-22 所示。分析各因素对切削温度的影响，主要应从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的影响入手。若某些因素产生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；若某些因素使传出的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。而背吃刀量 ap 变化时，散热面积和产生的热量亦做相应变化，故 ap 对切削温度的影响很小。二、切削热的产生和传导子任务二 金属切削过程与控制相关知识二、切削热的产生和传导子任务二 金属切削过程与控制相关知识 （2）刀具几何参数。切削温度 随前角o 的增大而降低。其原因是前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少。但当前角大于 18时，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小使散热体积减小。当主偏角 r 减小时，切削宽度 aw 增大，切削厚度 ac 减小，故切削温度下降。负倒棱 b1 在（0 2）f 变化，刀尖圆弧半径 r 在 0 1.5 mm 变化，基本上不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很小。二、切削热的产生和传导子任务二 金属切削过程与控制相关知识 （3）刀具磨损。在后刀面的磨损值达到一定数值后，其对切削温度的影响增大；切削速度越高，对切削温度的影响就越显著。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响比切削碳素钢时大。（4）切削液。切削液对切削温度的影响与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式，以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。二、切削热的产生和传导子任务二 金属切削过程与控制相关知识 2.切削温度的分布 切削温度的分布特点如下：（1）剪切面上各点温度几乎相同。（2）前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而在离刀刃有一定距离的地方。（3）在剪切区域中，垂直于剪切面方向上的温度梯度很大。（4）切屑靠近前刀面的一层（简称底层）上的温度梯度很大，离前刀面 0.1 0.2 mm 处的温度可能下降一半。（5）后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短时间内完成的。（6）工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度越大，切削温度的分布也就越均匀；相反，工件材料的脆性越大，最高温度所在的点离刀刃越近。（7）工件材料的导热系数越低，刀具的前、后刀面的温度越高。二、切削热的产生和传导子任务二 金属切削过程与控制相关知识 3.切削温度对工件、刀具和切削过程的影响 切削温度高是刀具磨损的主要原因，它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低，使已加工表面产生残余应力及其他缺陷。（1）对工件材料强度和切削力的影响。切削时的温度虽然很高，但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大，对剪切区域的应力影响不很明显。切削时，80%的热量被切屑带走。（2）对刀具材料的影响。适当地提高切削温度，使工件硬度降低、塑性增加而易于切削，对提高硬质合金的韧性是有利的。（3）对工件尺寸精度的影响。其主要表现在工件的热胀冷缩使冷却后尺寸变小。（4）利用切削温度与切削力控制刀具磨损。提高切削温度，工件因硬度降低、塑性增加而易于切削，使切削力减小，刀具的磨损减缓，从而提高切削效率和延长刀具的使用寿命。二、切削热的产生和传导子任务二 金属切削过程与控制相关知识 刀具寿命是指一把新刀具从开始投入使用直到报废为止的总切削时间，其中包含多次重磨（重磨次数以 n 表示）时间，所以刀具寿命等于刀具耐用度与（n+1）的乘积。影响刀具寿命的因素如下：（1）工件材料的强度、硬度和塑性越大，刀具的寿命越短。（2）在切削用量中，对刀具寿命影响最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是背吃刀量。（3）适当增大前角，减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，均能延长刀具寿命。（4）选用新型材料是提高刀具寿命的有效途径。（5）合理选择切削液也能延长刀具寿命。三、刀具寿命子任务二 金属切削过程与控制相关知识 在切削过程中，刀具推挤工件，首先使工件上的一层金属产生弹性变形；刀具继续前进，在切削力的作用下，金属产生不能恢复原状的滑移（塑性变形），当塑性变形超过金属的强度极限时，金属就从工件上断裂下来形成切屑。四、切屑的种类子任务二 金属切削过程与控制相关知识 由于工件材料不同，切削过程中的变形程度也就不同，因而产生的切屑种类也就多种多样，如图 3-23 所示。图中前三种为切削塑性材料的切屑，最后一种为切削脆性材料的切屑。切屑的类型是由应力-应变特性和塑性变形程度决定的。四、切屑的种类子任务二 金属切削过程与控制相关知识 （1）带状切屑。它的内表面光滑，外表面毛茸。在加工塑性金属材料过程中，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时常得到这种切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。（2）挤裂切屑。这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。四、切屑的种类子任务二 金属切削过程与控制相关知识 （3）单元切屑。如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，那么整个单元被切离，成为梯形的单元切屑，如图 3-23（c）所示。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。改变产生挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，降低切削速度或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件变化而转化的，掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。四、切屑的种类子任务二 金属切削过程与控制相关知识 （4）崩碎切屑。这是属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，其切屑形成机理和塑性材料也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了其抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，特别是切削厚度较大时常得到这种切屑。由于它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免出现崩碎切屑。其方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。四、切屑的种类子任务二 金属切削过程与控制相关知识 以上是四种典型的切屑，但加工现场获得的切屑，其形状是多种多样的。在现代切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的水平，但切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。所谓切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断屑”），是指在切削加工中采取适当的措施控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。四、切屑的种类子任务二 金属切削过程与控制教学视频带状切屑教学视频节状切削教学视频崩碎切屑相关知识 断屑是指挤压或卷曲切屑，使其剪切或弯曲变形而断裂。切屑的断裂性能主要与切削用量、工件材料、刀具几何形状有关。切削速度和切削深度越大，切屑越不易折断。而加大进刀量，则有利于断屑。目前，断屑主要从改变刀具几何形状方面来解决，大致有以下三种方法：在车刀上磨出断屑槽或台阶，采用断屑器，采用装夹式不重磨硬质合金刀片断屑。在加工铸铁等脆性材料时容易形成崩碎切屑，铁屑崩成碎片飞出，极易伤人，并且造成机床导轨表面的研损，因此需要采取措施，这对于保证工人安全十分重要。目前常采用的措施有：操作者戴护目镜；在车床上安装活动或透明防护挡板；采用脆铜卷屑车刀（前刀面搓板形车刀），变崩碎切屑为卷状切屑。五、断屑的原则子任务二 金属切削过程与控制相关知识 切削液是一种在金属切、削、磨加工过程中用来冷却和润滑刀具与加工件的工业用液体。切削液是金属切削加工的重要配套材料。自 18 世纪中后期以来，切削液在各种金属加工领域中得到了广泛的应用。20 世纪初，人们从原油中提炼出大量润滑油，发明了各种润滑油添加剂，真正拉开了现代切削液技术的序幕。六、切削液子任务二 金属切削过程与控制教学视频切削液如何使用相关知识 1.切削液的组成及性能特点 切削液的品种繁多、作用各异，分为油基切削液和水基切削液两大类。油基切削液也称切削油，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。水基切削液分为三大类，有乳化切削液、微乳化切削液和合成切削液。六、切削液子任务二 金属切削过程与控制相关知识 2.切削液的作用 使用切削液的主要目的是减少切削能耗，及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度，减少刀具与工件间的摩擦和磨损，延长刀具使用寿命，保证工件加工精度和表面质量，提高加工效率，以达到最佳经济效果。切削液在加工过程中的这些效果主要来源于其润滑作用、冷却作用、清洗作用和防锈作用。此外，因为切削液是油脂化学制品，直接与操作人员、工件和机床相接触，所以对其安全性和腐蚀性也必须有一定的要求。六、切削液子任务二 金属切削过程与控制相关知识 3.切削液的发展趋势 众所周知，切削液具有润滑、冷却、清洗及防锈等作用，对提高切削加工质量和效率、减少刀具磨损等均有显著效果。近年来，我国的切削液技术发展很快，切削液新品种不断出现，性能也得到不断改进和完善，特别是 20 世纪 70 年代末生产的水基合成切削液和近几年发展起来的半合成切削液（微乳化切削液）在生产中的推广与应用，为机械加工向节能、减少环境污染、降低工业生产成本方向发展开辟了新路径。六、切削液子任务二 金属切削过程与控制相关知识 4.切削液的选用原则 （1）根据机床的要求选择切削液。车削加工一般选用乳化液，滚齿机选用油溶性切削液，刨床一般不用切削液。（2）根据刀具材料选择切削液。高速钢刀具选择以冷却为主的切削液，硬质合金刀具可以不用切削液。（3）根据工件材料选择切削液。加工塑性材料时选择以冷却为主的切削液，加工脆性材料时可以不用切削液，加工高硬度的材料时选择以润滑为主的切削液。（4）根据加工方法选择切削液。粗加工选择以冷却为主的切削液，精加工选择以润滑为主的切削液。六、切削液子任务二 金属切削过程与控制相关知识 5.切削液（或其他切削冷却剂）的使用方法 （1）手工加油法。固体或膏状润滑剂可以用毛笔、刷子将润滑剂涂或滴落到刀具或工件上（主要是攻螺纹、板牙套螺纹时）。最近还研制出了手提式供液器，通过加热将润滑剂雾化，喷到刀具和工件上。（2）溢流法。最常见的使用切削液的方法是溢流法。用低压泵把切削液打入管道中，切削液经过阀门从喷嘴（喷嘴安装在接近切削区域）流出。切削液流过切削区后再流到机床的不同部位，然后汇集到集油盘内，再从集油盘流回切削液箱中，循环使用。（3）高压法。对于某些加工，如深孔钻削和套孔钻削，常用高压（0.69 13.79 MPa）切削液系统供油。深孔钻削用的是单刃钻头，与镗孔相似，只是钻头内部有切削液的通路。六、切削液子任务二 金属切削过程与控制相关知识 （4）喷雾法。切削液可以用油雾的形式喷到刀具与工件上。切削液经一个小的喷嘴，在压力为0.069 0.552 MPa 的压缩空气下分散成很小的液滴喷入切削区。用喷雾法有以下优点：刀具寿命比干切削长。在没有或不宜使用溢流系统时，可用它提供冷却作用。切削液可以到达其他方法无法接近的地方。在工件与刀具之间，切削液的流速高于溢流阀，冷却效率按同体积的切削液计算。在某些条件下可以降低成本。六、切削液子任务二 金属切削过程与控制考核与评价（1）什么是切屑？切屑是如何形成的？（2）由于工件材料和切削条件不同，切屑有哪几种？（3）切削力是怎样分解的？分解成哪三个分力？（4）影响切削工件所需切削力的因素有哪些？（5）影响刀具寿命的因素有哪些？（6）切削液有何作用？如何选用切削液？一、理论知识考评子任务二 金属切削过程与控制子任务三03零件的加工工艺分析子任务三 零件的加工工艺分析【知识目标】1.掌握基准及其分类和基准的选用。2.掌握工艺及工艺路线。3.掌握生产过程中的工序、工步、工艺卡、工序卡相关知识。【技能目标】1.学会制定工艺卡、工序卡。2.能通过查阅资料或讨论交流的方式获取所需相关信息。3.具有严谨的工作作风和良好的职业道德。子任务三 零件的加工工艺分析典型工作任务 什么是基准、工艺、工艺路线、工步、工序、工艺卡、工序卡？如何设计工艺路线、工艺卡、工序卡？图 2-1 图 2-9 所示零件如何加工？子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 基准是机械制造中应用十分广泛的一个概念。机械产品从设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、校验时尺寸的测量，一直到装配时零部件的装配位置确定等，都要用到基准的概念。基准就是用来确定生产对象几何关系所依据的点、线或面。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （一）基准的分类 按照功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类，如图 3-24 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 1.设计基准 在零件图上用以确定其他点、线、面位置的基准，称为设计基准。设计基准是加工、测量、安装的依据，也是消除加工积累误差、保证加工质量的依据。设计基准一般是零件的轴心线、对称中心线（面）、某个面积较大的平面（底面或顶面、侧面），如图 3-25 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 2.工艺基准 工艺过程中（零件加工与装配）所采用的基准称为工艺基准，如图 3-26 和图 3-27 所示。工艺基准又可以分为以下几类：一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （1）工序基准。工序基准是工序图上用来确定本工序所加工表面加工后应达到的尺寸、形状、位置所用的基准，如图 3-28（a）所示。就实质来说，它与设计基准有相似之处，只不过是工序图的基准。工序基准大多与设计基准重合，有时为了加工方便，与设计基准不重合而与定位基准重合。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （2）定位基准。定位基准是在加工中确定工件位置所用的基准，如图 3-28（b）所示。例如，用直接找正法装夹工件，找正面就是定位基准；用划线找正法装夹，所划线就是定位基准；用夹具装夹工件，与定位元件相接触的面就是定位基准。作为定位基准的点、线、面，可能是工件上的某些表面，也可能是看不见摸不着的中心线、中心平面、球心等，往往需要通过工件某些定位表面来体现，这些表面称为定位基面。例如，用三爪自定心卡盘夹持工件外圆，轴线为定位基准，外圆面为定位基面；车细长轴的定位基准是两端中心孔。（3）测量基准。测量基准是工件在加工中或加工后测量时所用的基准，如图 3-28（c）所示。（4）装配基准。装配基准是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （二）定位基准的选择 合理选用定位基准对保证工件的尺寸精度，尤其是定位精度起决定性作用。定位基准又分为粗基准和精基准。粗基准指用毛坯表面作为定位基准，精基准即用已加工表面作为定位基准。1.粗基准选择 （1）粗基准选择原则。首先，保证所有加工表面具有足够的加工余量；其次，保证工件加工表面与不加工表面之间具有一定的位置精度；最后，保证装夹稳妥可靠，以便切削加工。（2）粗基准选择方法。选择不加工表面作为粗基准，如图 3-29 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （二）定位基准的选择 合理选用定位基准对保证工件的尺寸精度，尤其是定位精度起决定性作用。定位基准又分为粗基准和精基准。粗基准指用毛坯表面作为定位基准，精基准即用已加工表面作为定位基准。1.粗基准选择 （1）粗基准选择原则。首先，保证所有加工表面具有足够的加工余量；其次，保证工件加工表面与不加工表面之间具有一定的位置精度；最后，保证装夹稳妥可靠，以便切削加工。（2）粗基准选择方法。选择不加工表面作为粗基准，如图 3-29 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 在有较多加工表面时，选择毛坯余量较小的表面作为粗基准，如图 3-30 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 选作粗基准的表面应尽可能平整，并有足够大的面积，还要去飞边、毛刺，保证定位准确、夹紧可靠，避免打刀。粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向，粗基准只许选用一次。粗基准的表面一般又是夹紧力的承受面，应有足够的刚性，不易变形。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 2.精基准选择 为保证加工精度，同时使工件装夹方便、正确、可靠，必须遵循基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则、自为基准原则和装夹方便原则。（1）遵循基准重合原则。以设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。尽量选择设计基准作为精基准，以减小定位误差，如图 3-31 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识尽可能使精基准与测量基准重合，如图 3-32 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识尽可能使精基准与装配基准重合，如图 3-33 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （2）遵循基准统一原则。当零件上有许多表面需要进行多道工序加工时，尽可能在各工序的加工中选用同一组基准定位，称为基准统一原则。基准统一表现在除第一道工序外，其余工序尽量采用同一精基准加工大多数表面。该方法可以减小定位误差，提高加工精度且便于装夹。基准统一原则可较好地保证各个加工面的位置精度，各工序所用夹具定位方式统一、结构相似，可减少夹具的设计、制造工作量及费用，提高生产率，并且可以避免基准转换所造成的误差，如图 3-34 所示。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 基准统一原则在机械加工中应用较为广泛，如阶梯轴的加工，大多采用顶尖孔做统一的定位基准；齿轮的加工一般都以内孔和一端面做统一定位基准来加工齿坯、齿形；箱体零件加工大多以一组平面或一面两孔做统一定位基准来加工孔系和端面。在自动机床或自动线上，一般也需遵循基准统一原则。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （3）遵循互为基准原则。为了使加工面获得均匀的加工余量和加工面间有较高的位置精度，可令加工面间互为基准反复加工。如图 3-35 所示，加工精度和同轴度要求高的套筒类零件在精加工时一般先以外圆定位磨内孔，再以内孔定位磨外圆。又如，加工精密齿轮通常是将齿面淬硬后再磨齿面及内孔。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （4）遵循自为基准原则。有些精加工工序，为了保证加工质量，要求加工余量小而均匀，采用加工面自身做定位基准，称为自为基准原则，如图 3-36 所示。如在导轨磨床上磨削床身导轨，为了保证加工余量小而均匀，采用百分表找正床身表面的方式装夹工件。一、基准概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （一）工艺路线和生产类型 1.工艺路线 工艺路线是指产品、零部件在生产过程中，由毛坯准备到成品包装入库，经过企业各有关部门或工序的先后顺序。拟定工艺路线是制定工艺规程的关键。拟定工艺路线的要点为确保零件的全部技术要求、生产效率高、生产成本低、劳动生产条件好。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 2.生产类型 生产类型可分为单件生产、成批生产和大量生产。（1）单件生产。其特点是生产的产品种类繁多，每种产品仅制造一个或几个，且很少再重复生产。（2）成批生产。其特点是分批地生产相同的零件，生产呈周期性的重复。成批生产又分为小批生产、中批生产和大批生产。（3）大量生产。其特点是产品的产量大、品种少，大多数生产设备长时间、重复地进行某一零件、某一工序的加工。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 各生产类型的工艺特征见表 3-2。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （二）表面加工方法的选择 选择零件各表面的加工方法是拟定零件加工工艺路线的主要任务之一。对于零件的各表面有不同的加工方法，而同一表面可以有几种不同的加工方法，而不同的加工方法又具有不同的技术经济效果。一般根据经验或查表确定加工方法，并根据实际情况或工艺试验修改。选择合适的加工方法时要考虑下列因素：（1）选择能获得经济精度和经济表面粗糙度的方法。经济精度即在正常条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备、标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。经济表面粗糙度即在正常条件下所能保证的表面粗糙度。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （2）工件的结构形状和尺寸大小。（3）工件材料的力学性能及热处理的影响。（4）结合生产类型考虑生产率与经济性。（5）现有生产条件。在实际生产中，这些因素都不是孤立的，而是互相影响的，在具体选择加工方法时应根据具体条件全面考虑、灵活运用，不要顾此失彼。只有这样才能选择出优质、高产、低耗的加工方案。外圆、内孔、平面加工的经济精度、经济表面粗糙度 Ra 值及适用范围见表 3-3，可供参考。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （三）划分加工阶段 加工阶段一般划分为以下四个：（1）粗加工阶段。其主要任务是切除各加工面的大部分加工余量，主要问题是如何获得高的生产率。（2）半精加工阶段。其主要为精加工做准备。（3）精加工阶段。此阶段使工件的各主要表面达到图样规定的质量要求。（4）光整加工或超精加工阶段。其主要目的是提高表面尺寸精度、获得更高的表面粗糙度及使表面强化，一般不用于纠正表面的几何形状误差和相对位置误差。划分加工阶段的意义在于有利于保证加工质量，合理使用设备，充分发挥技术工人的操作技能，安排热处理工序，及早发现毛坯缺陷。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （四）确定加工顺序 1.工艺文件中的几个基本概念 （1）工序。一个或一组人在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程称为工序。（2）工位。为了完成一定的工序部分（工序内容），在一次装夹工件后，工件（装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每个位置，称为工位。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （3）工步。在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序，称为工步。一道工序可以包括几个工步，也可以只包括一个工步。（4）走刀。每次切削就是一次走刀。一个工步可包括一次或几次走刀。（5）安装。工件在加工前，在机床或夹具上首先占据一正确位置称为定位；然后夹紧，称为装夹；加工或装配单元经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 2.工序集中与分散 工序集中的特点包括以下几个方面：（1）在一次装夹中可以完成工件多个表面的加工，比较容易保证这些表面的相互位置精度；同时，也减少了工件的装夹次数和辅助时间，减小了工件在机床间转运的工作量，有利于缩短生产周期。（2）易于采用多刀、多刃、多轴机床，组合机床，数控机床加工中心等高效工艺装备，从而缩短基本时间。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （3）缩短工艺路线，减少对机床、夹具和操作工人及车间生产面积的需求，简化生产计划和生产管理工作。（4）采用专用设备和高效工艺装备使投资增大，设备调整和维修复杂，生产准备工作量加大。（5）一道工序加工表面较多，故对机床的精度要求全面，而且很难为每个加工表面都选择合适的切削用量。（6）对工人的技术水平和应变能力要求较高。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 工序分散的特点包括以下几个方面：（1）机床设备及工艺准备简单，调整和维修方便，工人掌握技术容易，生产准备工作量少，且易平衡工序时间，易于更换产品，对工件的装卸、切削和测量等过程易于实现自动化。（2）有条件为每个工步选择合适的切削用量，减少基本时间。（3）设备数量多，操作工人多，占用生产面积大，计划调度和生产管理工作较为烦琐。（4）操作简化，对工人的技术熟练程度和应变能力要求较低。工序集中和工序分散是拟定工艺路线的两个不同原则，各有利弊，具体应根据生产类型、零件的结构特征和技术要求、现有生产条件、企业能力等因素综合分析比较，择优选用。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 3.机加工工序安排原则 （1）先主后次。根据零件的功用（从装配图得知）和技术要求，分清零件的主要表面和次要表面。主要表面是指装配基准面、重要工作表面和精度要求较高的表面，次要表面是指光孔、螺纹孔、未标注公差表面和其他非工作表面。机加工工序安排如下：加工精基准面粗加工主要表面半精加工主要表面精加工主要表面光整加工、超精密加工主要表面。次要表面加工安排在各阶段之间进行。（2）先基面后其他。应先加工出选定的后续工序的精基准，如外圆、内孔、中心孔等。（3）先粗后精。先粗加工，再半精加工、精加工。（4）先面后孔。为了保证孔的稳定可靠性，应先加工孔的端面后加工孔。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （五）热处理工序的安排 1.预备热处理 预备热处理的目的是改善切削性能、消除毛坯制造时的内应力、细化晶粒、均匀组织，并为最终热处理准备良好的金相组织，包括退火、正火、低温时效处理、调质。（1）退火、正火。退火、正火主要用于铸件、锻件毛坯，改善切削性能，故将其安排在毛坯制造以后、粗加工之前。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 （2）低温时效处理。低温时效处理主要用于各种精密工件消除切削加工的内应力，保持尺寸的稳定性，通常安排在半精车之后，或粗磨、半精磨以后。特别重要的高精度的工件要经过几次低温时效处理。（3）调质。调质能获得均匀的索氏体组织，为以后表面淬火和渗氮处理时减小变形做好准备。由于调质之后工件的综合力学性能良好，因此对硬度、耐磨性要求不高的工件，调质也可作为其最终热处理。调质通常安排在粗加工之后、半精加工之前。二、工艺概述子任务三 零件的加工工艺分析相关知识 2.最终热处理 最终热处理的目的是提高加工材料的硬度、耐磨性、强度等力学性能，包括淬火、渗碳淬火、渗氮