机械加工工艺基础中南大学完整.pptx
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1、材料成形工艺基础:材料成形工艺基础:主要介绍机械零件毛坯成形方法的工艺特点、工艺参数的选择、各类零件毛坯的结构工艺性、零件的材料选择与成形方法选择的基本原则。机械加工工艺基础: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1页/共320页机械加工工艺基础机械加工工艺基础机械加工工艺基础机械加工工艺基础 中南大学 工业训练中心 中南大学中南大学Central South UniversityCentral South University第2页/共320页第一章第一章.切削加工的基础知识
2、切削加工的基础知识第二章第二章.金属切削机床金属切削机床第三章第三章.机械加工工艺过程机械加工工艺过程第四章第四章.零件表面的加工方案零件表面的加工方案第五章第五章.零件的结构工艺性零件的结构工艺性第六章第六章.数控加工技术数控加工技术索引第3页/共320页 第一章 切削加工的基础知识返回索引第4页/共320页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。第5页/共320页2.零件表面质量的概念 零件几何参数:零件几何参数:宏观几何参数:宏观几何参数:包括:包括:尺寸、形状、位置尺寸、形状、位置等要
3、素。等要素。微观几何参数:微观几何参数:指:指:微观表面粗糙程度。微观表面粗糙程度。第6页/共320页2.1 加 工 精 度加工精度:指零件经切削加工后,其尺寸、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:程度,偏差越小,加工精度越高,它包括:a.尺寸精度:尺寸精度:零件尺寸参数的准确程度。零件尺寸参数的准确程度。b.b.形状精度:形状精度:零件形状与理想形状接近程度。零件形状与理想形状接近程度。c.c.位置精度:位置精度:零件上实际要素(点、线、面)相对零件上实际要素(点、线、面)相对于基
4、准之间位置的准确度。于基准之间位置的准确度。第7页/共320页2.1 加 工 精 度国家标准规定:常用的精度等级分为国家标准规定:常用的精度等级分为2020级,级,分别用分别用IT01IT01、IT0IT0、IT1IT1、IT2IT2IT18IT18表示。表示。数字越大,精度越低。其中数字越大,精度越低。其中IT5-IT13IT5-IT13常用。常用。高高 精精 度:度:IT5IT5、IT6 IT6 通常由磨削加工获得。通常由磨削加工获得。中等精度:中等精度:IT7-IT10 IT7-IT10 通常由精车、铣、刨获得。通常由精车、铣、刨获得。低低 精精 度:度:IT11-IT13 IT11-I
5、T13 通常由粗车、铣、刨、钻通常由粗车、铣、刨、钻 等加工方法获得。等加工方法获得。第8页/共320页2.1.1 尺 寸 精 度250-0.04 零件尺寸要素的误差大小。零件尺寸要素的误差大小。问:精度的高低与哪两个因精度的高低与哪两个因 素有关?素有关?基本尺寸和公差大小基本尺寸和公差大小。第9页/共320页2.1.2 形 状 精 度25 轴加工后可能产生的形状误差 00.013第10页/共320页2.1.2 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;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)国家标准规定了六类形状公差(见下表)形状
6、精度的标注:框格分为形状精度的标注:框格分为2 2格,格,箭头指向待表达的表面,数字表示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。允许误差的大小,单位为毫米。第11页/共320页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。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,框格分圆圈中的英文字母表示基准,框格分3 3格,箭头指向待格,箭头指向待表达的表面表达的表面第12页/共320页精度等级精度等级尺寸精度范围尺寸精度范围Ra值范围值范围(m)相应的加工方法相应的加工方法低精度低精度IT13IT 11251
7、2.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等中等精度精度IT10IT 96.33.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等扩孔等IT8IT 71.60.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗铰等铰等高精度高精度IT7IT 60.80.2精磨、精铰等精磨、精铰等特别特别精密精密精度精度IT5IT2Ra0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等研磨、珩磨、超精加工、抛光等零件精度等级及其相应的加工方法零件精度等级及其相应的加工方法第13页/共320页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
8、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。第14页/共320页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,
9、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。第15页/共320页2.2 表 面 粗 糙 度评定参数:常用的是轮廓算术平均偏差Ra第16页/共320页2.2 表 面 粗 糙 度Rah1 h2 h3hn第17页/共320页2.2 表 面 粗 糙 度国家标准规定:表面粗糙度分为国家标准规定:表面粗糙度分为1414个等级,个等级,分别用分别用 表示,表示,数字越大,表面越粗糙。数字越大,表面越粗糙。表面粗糙度符号上的数值表面粗糙度符号上的数值Ra,Ra,单位是微米单位是微米(mm)。)。第18页/共320页2.2 表 面 粗 糙 度表面粗糙度符
10、号的意义及应用 符号符号 符号说明符号说明 意义及应用意义及应用基本符号基本符号单独使用无意义单独使用无意义基本符号上加一短基本符号上加一短划线划线表示表面粗糙度是用去表示表面粗糙度是用去除法获得除法获得基本符号内加一小基本符号内加一小圆圆表示表面粗糙度是用不表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得去除材料的方法获得 符号上加符号上加Ra值值用去除材料方法获得的用去除材料方法获得的表面,表面,Ra的最大允许值的最大允许值为为3.2m第19页/共320页2.3 2.3 常见加工方法的常见加工方法的RaRa表面特征表面特征加工加工方法方法Ra(Ra(微米微米)表面特征表面特征粗车粗车粗镗粗镗5050
11、 可见明显刀痕可见明显刀痕粗铣粗铣粗刨粗刨2525 可见刀痕可见刀痕钻孔钻孔12.512.5 微见刀痕微见刀痕精铣精铣精刨精刨半精车半精车6.36.3 可见加工痕迹可见加工痕迹3.23.2 微见加工痕迹微见加工痕迹精车精车1.61.6 看不清加工痕迹看不清加工痕迹粗磨粗磨0.80.8 可辨加工痕迹方向可辨加工痕迹方向精磨精磨0.40.4 微辨加工痕迹方向微辨加工痕迹方向精密加工精密加工0.1-0.0120.1-0.012 只能按表面光泽辩识只能按表面光泽辩识第20页/共320页2.4零件的加工精度与表面粗糙度的关系精度精度:宏观几何参数的误差:宏观几何参数的误差表面粗糙度表面粗糙度:微观几何参
12、数的误差:微观几何参数的误差加工精度高,必须采用一系列的高精度的加工方法,而经过高精度的加工加工精度高,必须采用一系列的高精度的加工方法,而经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低,反之,表面粗糙度低,零件必须采用一系列的后零件表面粗糙度一定低,反之,表面粗糙度低,零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的加工方法,而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度降低表面粗糙度的加工方法,而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度的加工方法。的加工方法。实例:各种机床上的手柄:表面粗糙度非常低,但精度不高。实例:各种机床上的手柄:表面粗糙度非常低,但精度不高。零件的加工精度与表面粗糙度的关系如何?提问第21页/共3
13、20页 机器零件的基本表面包括:外圆、内机器零件的基本表面包括:外圆、内圆(孔)、平面和成型面圆(孔)、平面和成型面 基本表面主要由如下的加工方法获得基本表面主要由如下的加工方法获得3.切削运动与切削用量第22页/共320页 要完成零件表面的切削加工,刀具和工件应具备形成表面的基本运动,即切削运动切削运动:切削运动:刀具和工件的相对运动刀具和工件的相对运动切削运动分为主运动和进给运动切削运动分为主运动和进给运动主运动:主运动:提供切削可能性的运动。主运动只有提供切削可能性的运动。主运动只有 一个一个进给运动:进给运动:提供连续切削可能性的运动。进给提供连续切削可能性的运动。进给 运动可以有多个
14、运动可以有多个3.1 切削运动第23页/共320页3.1 3.1 切削运动切削运动机床名称机床名称主运动主运动进给运动进给运动卧式车床卧式车床工件旋转运动工件旋转运动车刀纵向、横向、斜向直线移动车刀纵向、横向、斜向直线移动钻钻 床床钻头旋转运动钻头旋转运动钻头轴向移动钻头轴向移动卧铣、立铣卧铣、立铣铣刀旋转运动铣刀旋转运动工件纵向、横向、斜向直线移动工件纵向、横向、斜向直线移动牛头刨床牛头刨床刨刀往复运动刨刀往复运动工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向间歇移动间歇移动龙门刨床龙门刨床工件往复运动工件往复运动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动外圆
15、磨床外圆磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件转动,同时工件往复移动,砂轮工件转动,同时工件往复移动,砂轮横向移动横向移动内圆磨床内圆磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件转动,同时工件往复移动,砂轮工件转动,同时工件往复移动,砂轮横向移动横向移动平面磨床平面磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件往复移动,砂轮横向、垂向移动工件往复移动,砂轮横向、垂向移动机床的切削运动机床的切削运动第24页/共320页3.23.2切削用量切削用量切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量切削速度切削速度:切削刃上选定点相对于工件主运动的切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬瞬 时速度时速度,用用V V表示,单位为表示,单位为m/sm/
16、s 进进 给给 量量:刀具在进给运动方向上相对于工件的刀具在进给运动方向上相对于工件的位位 移量,用移量,用f f表示,车、钻和铣削时单表示,车、钻和铣削时单位位 为为mm/rmm/r背吃刀量背吃刀量:已加工表面和待加工表面之间的垂直已加工表面和待加工表面之间的垂直距距 离,用离,用a ap p表示,单位为表示,单位为mmmm,如下图:,如下图:第25页/共320页3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算V:切削速度d:工件直径n:工件转速背吃刀量:切削速度:dmax:待加工表面直径dmin:已加工表面直径ap:背吃刀量第26页/共320页3.3 3.3 切削用量的合理选择问题切削用量的合理选择
17、问题(1)(1)粗加工按粗加工按a ap pf fv v的顺序选择的顺序选择 a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多除多 余金属,只留后续工序的加工余量,所以应根余金属,只留后续工序的加工余量,所以应根据毛据毛 坯尺寸首先选择坯尺寸首先选择ap b、粗加工不必考虑表面粗糙度,在、粗加工不必考虑表面粗糙度,在ap确定后,选确定后,选取大取大 的的f,减少走刀时间,减少走刀时间 c、ap和和f确定后,在机床功率和刀具耐用度允许的确定后,在机床功率和刀具耐用度允许的前提前提 下选择下选择v(2)(2)精加工按精加工按v v f f a ap p的顺
18、序选择的顺序选择 精加工的主要目的是保证产品质量和降低零精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的件的表面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的v,然,然后选择达到表面粗糙度要求的后选择达到表面粗糙度要求的f,最后再根据精加工,最后再根据精加工余量决定余量决定ap第27页/共320页 4.切 削 刀 具 刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素,刀具性能主要取决于刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素,刀具性能主要取决于两个因素:即两个因素:即刀具材料刀具材料和和刀具的几何角度刀具的几何角度4.1 刀具材料应具备如下五个基本特性:1.高硬度:高硬
19、度:HRC60 HRC60 以上以上;2.2.高的强度与韧性:保证能够承受切削力的作用而不破高的强度与韧性:保证能够承受切削力的作用而不破坏;坏;3.3.高的热硬性:材料在高温下仍然保持高硬度的性能,高的热硬性:材料在高温下仍然保持高硬度的性能,热硬性用热硬温度表示;热硬性用热硬温度表示;4.4.良好的耐磨性;良好的耐磨性;5.5.良好的工艺性和经济性;良好的工艺性和经济性;第28页/共320页碳素工具钢碳素工具钢:如:如T7T7、T8T8、T9T9T13T13等。适合于制造等。适合于制造简单的手工工具,如锉刀、锯条等;简单的手工工具,如锉刀、锯条等;合金工具钢合金工具钢:在碳素工具钢中加入少
20、量的钨、铬、:在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素,耐热性较低,如锰、硅等元素,耐热性较低,如9SiCr9SiCr等,适合于等,适合于制造低速成型刀具,如丝锥;制造低速成型刀具,如丝锥;高速钢高速钢:含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用:含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有:的有:W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4VW6Mo5Cr4V等。适合于制造中速等。适合于制造中速精加工刀具;精加工刀具;硬质合金硬质合金:成分由:成分由WCWC、TiCTiC和和CoCo组成,采用烧结方组成,采用烧结方法获得法获得4.1.1 常用的刀具材料第29页/共320页4.1.1 常用的刀具材料常
21、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。第30页/共320页4.1.2其它刀具材料 陶瓷:陶瓷:常用的刀具陶瓷有两种:常用的刀具陶瓷有两种:AlAl2 2O O3 3基陶基陶瓷和瓷和SiSi3 3N N4 4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具基陶瓷。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
22、性很差,不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。能承受较大的冲击载荷。金刚石:金刚石:它分三种它分三种 天然单晶金刚石刀具天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀整体人造聚晶金刚石刀具具 金刚石复合刀片金刚石复合刀片 立方氧化硼:立方氧化硼:由软的立方氧化硼在高温高压由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成下加入催化剂转变而成第31页/共320页种种 类类硬度硬度HRCHRC抗弯强抗弯强度度GPaGPa热硬性热硬性工艺性能工艺性能用用 途途碳素工具钢碳素工具钢60-6560-652.162.16200-250200-250热成型热成型手工刀具手工刀具合金工具钢合金工
23、具钢60-6560-652.352.35300-400300-400同上同上低速刀具低速刀具高速钢高速钢63-7063-701.9-4.41.9-4.4600-700600-700同上同上中速刀具中速刀具硬质合金硬质合金89-9389-931.0-2.21.0-2.2800-1000800-1000烧结成型烧结成型高速刀具高速刀具陶瓷材料陶瓷材料91-9591-950.4-0.90.4-0.91100-1100-12001200同上同上连续精加连续精加工刀具工刀具常用的刀具材料第32页/共320页 各种多齿刀具或复杂各种多齿刀具或复杂刀具,就其一个刀齿而言,刀具,就其一个刀齿而言,都相当于一把
24、车刀。都相当于一把车刀。车刀分为切削部分和车刀分为切削部分和夹持部分,切削部分由三夹持部分,切削部分由三个刀面组成:前刀面、主个刀面组成:前刀面、主后刀面、副后刀面。后刀面、副后刀面。前刀面和主后刀面的交线叫主切削刃刀面和主后刀面的交线叫主切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃两条切削刃的交点叫刀尖,但刀尖并非绝对两条切削刃的交点叫刀尖,但刀尖并非绝对尖锐 为了研究刀具的几何角为了研究刀具的几何角度,建立三个辅助平面:度,建立三个辅助平面:基面基面:通过主切削刃上的某:通过主切削刃上的某一点,与该点切削速度方向一点,与该点切削速度方向垂直的平面。垂直的平面。切削
25、平面切削平面:通过主切削刃上:通过主切削刃上的某一点,与该点加工表面的某一点,与该点加工表面相切的平面。相切的平面。正交平面正交平面:通过主切削刃上:通过主切削刃上的某一点,与主切削刃在基的某一点,与主切削刃在基面上的投影垂直的平面面上的投影垂直的平面4.2 刀具的几何角度(车刀的基本形状)第33页/共320页前角。:在正交平面中,前刀面与基面之间的夹角;后角。:在正交平面中,主后刀面与切削平面之间的夹角;主偏角Kr:在基面上,主切削刃的投影与进给方向的夹角。副偏角Kr:在基面上,副切削刃的投影与进给反方向的夹角。刃倾角s4.2.1 车刀的几何角度第34页/共320页4.2.2 前角的正与负
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