机械加工工艺基础(全套)-课件

,中南大学 Central South University,机械制造工程训练,中南大学 工程训练中心,多媒体教学课件,制造技术是将原材料转变为产品的应用技术，它既是科学技术走向实际应用的接口和桥梁，又是推动科学技术向前发展的基础。先进的制造技术对于创造物质财富和发展科学技术，具有十分重要的意义。 世界各工业发达国家都无不拥有先进的制造技术和庞大的制造业，制造业已成为各工业发达国家的基本支柱产业。所创造的物质财富达到国民经济总值的一半以上。所以，要使国家繁荣富强，必须大力创新制造技术，大力发展现代制造业。 机械制造工程训练是一门以工艺理论教学与制造工程实践相结合的学科基础课程，本课程包括“材料成形工艺基础”、“机械加工工艺基础”两大部分。,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： 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。,机械加工工艺基础,中南大学 工业训练中心,中南大学 Central South University,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 第六章.数控加工技术 第七章.加工中心自动编程与操作 第八章.装配 第九章.快速第九章成形制造技术 第十章.先进制造技术,索引,第一章 切削加工的基础知识,返回索引,切削加工是利用刀具和工件的相对运动，刀具从毛坯或型材上切除多余的材料，以便获得精度和表面粗糙度均符合要求的零件的加工过程。 切削加工分为机械加工和钳工。,1.切削加工的概念,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、IT2IT18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,25,0 -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,25 轴加工后可能产生的形状误差,0 0.013,2.1.2 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； 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,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Ra,2.2 表 面 粗 糙 度,Ra,h1 h2 h3hn,2.2 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（m）。,2.2 表 面 粗 糙 度 表面粗糙度符号的意义及应用,2.3 常见加工方法的Ra表面特征,2.4零件的加工精度与表面粗糙度的关系,精度：宏观几何参数的误差 表面粗糙度：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。,零件的加工精度与表面粗糙度的关系如何？,提问,机器零件的基本表面包括：外圆、内圆（孔）、平面和成型面 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,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：刀具和工件的相对运动 切削运动分为主运动和进给运动 主运动：提供切削可能性的运动。主运动只有 一个 进给运动：提供连续切削可能性的运动。进给 运动可以有多个,3.1 切削运动,3.1 切削运动,机床的切削运动,3.2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：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬 时速度,用V表示，单位为m/s 进 给 量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位 移量，用f表示，车、钻和铣削时单位 为mm/r 背吃刀量: 已加工表面和待加工表面之间的垂直距 离，用ap表示，单位为mm，如下图：,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,3.3 切削用量的合理选择问题,(1)粗加工按apfv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除多 余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛 坯尺寸首先选择ap b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大 的f，减少走刀时间 c、ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提 下选择v (2)精加工按v f ap的顺序选择 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v，然后选择达到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定ap,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两个因素：即刀具材料和刀具的几何角度,4.1 刀具材料应具备如下五个基本特性：,1.高硬度：HRC60 以上; 2.高的强度与韧性：保证能够承受切削力的作用而不破坏； 3.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； 4.良好的耐磨性； 5.良好的工艺性和经济性；,碳素工具钢：如T7、T8、T9T13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,常用的刀具材料,各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把车刀。 车刀分为切削部分和夹持部分，切削部分由三个刀面组成：前刀面、主后刀面、副后刀面。,前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 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度，建立三个辅助平面： 基面：通过主切削刃上的某一点，与该点切削速度方向垂直的平面。 切削平面：通过主切削刃上的某一点，与该点加工表面相切的平面。 正交平面：通过主切削刃上的某一点，与主切削刃在基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),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s,4.2.1 车刀的几何角度,4.2.2 前角的正与负 一般加工韧性材料，应取较大的前角；加工脆性材料，应取较小的前角；前角的取值范围常在 -5° +25°之间。,4.2.3 刃倾角s,刃倾角s：在切削平面中，主切削刃与基面 之间的夹角。 它主要影响刀头的强度和 排屑方向。一般取s = 10° +10 °, 粗加工时常取负值，增加刀头强度；精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。,4.2.4 刃倾角s的正与负,当刀尖在主切削刃上最高点时，s为正值，反之为负值。,4.3 刀具角度的合理选择问题,原 则：粗加工时，为了提高切削效率，切削力会较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，为了保证零件质量因此刀具较锋利。 粗加工：前角、后角均小，强度高 精加工：前角、后角均大，刀具锋利 主偏角：车台阶轴：取90度 既车外圆又车端面，取45度 副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为： 5-15度 刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值,麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成，工作部分又包括导向部分和切削部分,4.4 麻花钻的基本形状,螺旋角：刃带切线与钻头轴线的夹角,一般=18-30度； 前角：。 后角：f 顶角2： 两个主切削刃在垂直钻头轴线平面上投影的夹角，通常2 =116-120度之间； 横刃斜角 ： 它是横刃与主切削刃在钻头垂直轴线平面上投影的夹角。通常为47-55度；,4.4.1 麻花钻的主要几何角度,砂轮：是磨削加工的刀具，它是由磨料和结合剂烧结而成的。 磨料：磨料是砂轮的主要组成因素，担负切削作用，所以磨料有很高的硬度。 粒度：是指磨料颗粒的大小。 结合剂：结合剂起粘结磨粒的作用。 硬度：指砂轮上的磨粒脱落的难以程度。,4.5 砂轮的材料及形状,4.5.1 常用的磨料的特性及用途,