机械制造基础复习重点.ppt

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1、第一章 切削加工的基本要素,1.1 工件表面的形成方法与成形运动1.2 加工表面与切削用量三要素1.3 刀具角度1.4 切削层参数与切削方式1.5 刀具材料,1,2023/10/15,轨迹法 成形法 相切法 展成法,形成方法,1.1 工件表面的形成方法与成形运动,2,2023/10/15,1.2 加工表面与切削用量三要素,切削用量三要素,1.切削速度vc,式中n 主运动转速（r/s）；d 刀具或工件的最大直径（mm）,2.进给量f：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。vf=fn=fzzn mm/s或mm/min,3.背吃刀量ap：主刀刃与工

2、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。车削和刨削加工：背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间垂直距离，单位为mm。外圆柱表面车削：ap=（dw-dm）/2mm,3,2023/10/15,1.2 加工表面与切削用量三要素,4,2023/10/15,1.3 刀具角度,外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由3个刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2个刀刃（主切削刃和副切削刃）和1个刀尖组成。,5,2023/10/15,1.3 刀具角度,前刀面 切屑流过的表面 后刀面 与过渡表面相对的刀具表面后刀面分为主后刀面与副后刀面切削刃

3、前刀面上直接进行切削的边锋主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃指前刀面与副后刀面相交的锋边。,刀尖 可以是主、副刀刃的实际交点，也可以是主、副刀刃连接起来的一段 刀刃；它可以是圆弧，也可以是直线,6,2023/10/15,1.3 刀具角度,刀具标注角度坐标系（正交平面坐标系）,1）基面Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。,2）切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。,3）正交平面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。,7,2023/10/15,1）前角o 正交平面内，前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位

4、于刀头实体之外时o定为正值；位于刀头实体之内时o定为负值。,刀具标注角度,1.3 刀具角度,2）后角o 正交平面内，主后刀面与切削平面的夹角。,8,2023/10/15,刀具标注角度,1.3 刀具角度,3）主偏角r 在基面内，主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。,4）副偏角r 在基面内，副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。,5）刃倾角s切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,s定为正值；反之位负。,9,2023/10/15,刀具标注角度,1.3 刀具角度,10,2023/10/15,刀具标注角度,1.3 刀具角度,在正交平面参考系中的标注角度,（1）主偏

5、角r（2）刃倾角s（3）前角o（4）后角o,（5）副偏角r（6）副后角o,11,2023/10/15,刀具标注角度坐标系（法平面坐标系）,1.3 刀具角度,法平面Pn：通过切削刃 上选定点，垂直于切削刃的平面。,Pr-Ps-Pn组成法平面参考系,假定工作平面Pf：通过切削刃上选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。,背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。,Pr-Pf-Pp组成一个假定工作平面、背平面参考系,12,2023/10/15,1.4 切削层参数与切削方式,由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。,切削层参数,切削层公称厚度

6、（切削厚度）切削层公称宽度（切削宽度）,切削层公称横截面积 AD(切削面积)AD hD bD f ap,13,2023/10/15,切削方式,1.4 切削层参数与切削方式,直角切削（正切削）斜角切削（斜切削）直角切削 没有副刃参加切削，且s=0,自由切削：只有直线形主刀刃参加切削工作,非自由切削：曲线形主刀刃参加切削工作 或主副刀刃均参加切削工作,14,2023/10/15,在切削过程中，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受着很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温高压以及冲击和振动下切削。因此刀具材料必须具备以下要求,1.5 刀具材料对刀具切削部分材料性能的要求,1）高的硬度和耐磨性2）足

7、够的强度和韧性3）良好的耐热性4）导热性和热膨胀系数5）良好的工艺性和经济性,15,2023/10/15,高速钢硬质合金超硬材料：PCD、PCBN、陶瓷涂层,2023/10/15,第二章 切削加工的基本规律,2.1 金属切削的变形过程2.2 切屑的种类及卷屑断屑机理 2.3 前刀面上的摩擦与积屑瘤 2.4 影响切削变形的因素 2.5 切削力及其影响因素2.6 切削热与切削温度2.7 刀具磨损、破损与使用寿命,17,2023/10/15,第二章 切削加工的基本规律,2.8 切削用量的选择2.9 刀具几何参数的选择 2.10 工件材料的切削加工性 2.11 切削液,18,2023/10/15,2.

8、1 金属切削的变形过程,金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面(滑移面)产生剪切变形并转变为切屑的过程。因而可以说，金属切削过程就是金属内部不断滑移变形的过程。,19,2023/10/15,2.1 金属切削的变形过程,第变形区：剪切变形区 金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。,图2-4 切削部位三个变形区,第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。,三个变形区分析,20,2023/10/15,描述切削变形的三个物理量,2.1 金属切削的变形过程,变形系数 剪应变（相对滑移系数）剪切

9、角,关于剪切角：(1)剪切角与摩擦角有关。当增大时，角随之减小，变形增大。减小前刀面上的摩擦系数有利于切削。(2)增大前角o，剪切角随之增大，变形减小。可见在保证切削刃强度的前提下，增大前角对改善切 削过程是有利的。,21,2023/10/15,2.2 切屑的种类及卷屑断屑机理,22,2023/10/15,2.3 前刀面上的摩擦与积屑瘤,在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。,特点,前刀面上的摩擦不服从古典摩擦法则。,积屑瘤,积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块 可替代切削刃参加切削,积屑瘤成因,一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接

10、 粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化,23,2023/10/15,形成积屑瘤的条件：主要取决于切削温度,积屑瘤对切削过程的影响:1）保护刀具2）增大前角3）增大切削厚度4）增大已加工表面的粗糙度5）加速刀具磨损,2.3 前刀面上的摩擦与积屑瘤,24,2023/10/15,对积屑瘤的控制：积屑瘤有利有弊 粗加工 代替刀具切削，保护刀具，减小切削变形。精加工 不希望出现积屑瘤。控制积屑瘤的形成：控制切削温度 实质上就是要控制刀-屑界面处的摩擦系数 改变切削速度是控制积屑瘤生长的最有效措 加注切削液和增大前角都可以抑制积屑瘤的形成。,2.3 前刀面上的摩擦与积屑瘤,25,2023/10/15,2.4

11、 影响切削变形的因素,工件材料强度硬度越大，。越小 刀具前角前角增大，变形系数减小 切削速度 进给量进给量增大，。减小,26,2023/10/15,2.5 切削力,切削力来源,3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力,切削力分解,27,2023/10/15,2.5 切削力,工件材料 切削用量 刀具几何参数：前角、主偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径、负倒棱 刀具磨损 切削液 刀具材料,影响切削力的因素,28,2023/10/15,2.6 切削热与切削温度,切削热来源,切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热,切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去,切削热

12、传出,主要来源 QA=QD+QFF+QFR,式中，QD,QFF,QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量,29,2023/10/15,2.6 切削热与切削温度,切削温度分布,切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处温度最高。切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处温度最高。,切削温度 一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度,30,2023/10/15,2.6 切削热与切削温度,影响切削温度的因素,切削用量 刀具几何参数：前角、主偏角、负倒棱 工件材料 刀具磨损 切削液,31,2023/10/15,2.7 刀具磨损、破损和耐用度,刀具寿命（耐用度）概念,刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。

13、刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。,最大生产率寿命,刀具寿命（耐用度）的选择,最大利润寿命,经济寿命,当销售价生产成本时，有如下关系：Tc Tpr Tp 通常根据优化指标来选择刀具使用寿命,32,2023/10/15,切削用量 刀具几何参数：前角、主偏角、负倒棱 工件材料 刀具磨损,影响切削温度的因素,2023/10/15,2.7 刀具磨损、破损和耐用度,刀具破损的防止（1）合理选择刀具材料的种类和牌号（2）合理选择刀具几何参数（3）保证焊接和刃磨质量，避免因焊接和刃磨带来的各种弊病。（4）合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度。（5）保证

14、工艺系统较好的刚性，减小振动。（6）尽量使刀具不承受或少承受突变性载荷。,34,2023/10/15,2.8 切削用量的选择,在刀具耐用度一定的情况下，为提高生产率，选择切削用量的基本原则是：首先应选取尽可能大的背吃刀量；其次要在机床动力和刚度允许的条件下，同时又满足已加工表面粗糙度要求的情况下，选取尽可能大的进给量；最后根据公式vc=Cv/Tmapm/pfm/n确定最佳切削速度。,35,2023/10/15,2.8 切削用量的选择,1.确定背吃刀量 ap,尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分 2 次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的 2/33/4。,2.确定进给量 f,粗切时根据工艺系

15、统强度和刚度条件确定（计算或查表）精切时根据加工表面粗糙度要求确定（计算或查表）,3.确定切削速度 vc,根据规定的刀具耐用度确定切削速度 vc（计算或查表）,4.校验机床功率(仅对粗加工),选择切削用量的传统方法,36,2023/10/15,2.9 切削用量的选择,37,前角对切削过程的影响增大前角可以减小切削变形和切削力，减小切削热的产生，降低切削温度，但同时刀头导热面积和容热体积减小，切削温度反而升高。合理前角对于不同的刀具材料，各有其对应刀具耐用度最大的前角，称为合理前角 工件材料不同，刀具的合理前角也不同。如何合理选取前角（1）工件材料的强度、硬度低，可以取较大的前角；反之，取小的前

16、角。（2)加工塑性材料，尤其是冷硬严重的材料时，应取大的前角。加工脆性材料，可取软小的前角。（3）粗加工、断续切削或工件有硬皮时，为了保证刀具有足够强度，应取小的前角。（4）对于成形刀具和前角影响切削刃形状的其他刀具，为防止其刃形畸变，常取较小的前角。（5）刀具材料抗弯强度大、韧性较好时，应取大的前角。（6）工艺系统刚性差或机床功率不足时，应取大的前角。,2023/10/15,后角对切削过程的影响减小后刀面和过渡表面之间的摩擦。后刀面与过渡表面接触，由于摩擦造成后刀面磨损。增大后角，减小摩擦，可以提高已加工表面质量和刀具耐用度。合理前角在一定的切削条件下，总有某一对应刀具耐用度最高的后角，成为

17、合理后角如何合理选取后角（1)粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，要求切削刃有足够强度，应取较小的后角；精加工时，应以减小后刀面上的摩擦为主，宜取较大的后角，可增大刀具耐用度和提高已加工表面质量。（2）工件材料强度、硬度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小的后角；工件材料较软、塑性较大时，应适当加大后角，因为后刀面摩擦对已加工表面质量及刀具磨损影响极大；加工脆性材料，切削力集中在刃区附近，宜取较小的后角。（3）工艺系统刚性差，容易出现振动时，应适当减小后角，有增加阻尼的作用。（4）各种有尺寸精度要求的刀具，宜取小的后角以限制重磨后刀具尺寸的变化。,2023/10/15,增大主偏角，可以减小切削

18、力，增加切削温度，降低刀具耐用度,2023/10/15,2023/10/15,第三章 机械加工工艺规程的制定,3.1 基本概念3.2 定位基准的选择3.3 零件的机械加工结构工艺性 3.4 工艺路线拟订3.5 加工余量的确定3.6 工艺尺寸链3.7 时间定额和提高生产率的工艺途径 3.8 工艺过程经济分析,41,2023/10/15,3.1 基本概念,生产纲领？,三种生产类型：1、单件生产,2、成批生产,3、大量生产,42,2023/10/15,3.2 定位基准的选择,基准分类 1）设计基准,2）工艺基准 工序基准 工序图上用来确定本工序所加工 表面加工后的尺寸、形状、位置的基准 定位基准 a

19、.粗基准和精基准 b.附加基准 测量基准 装配基准,43,2023/10/15,3.2 定位基准的选择,在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。,使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。,零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。,44,2023/10/15,3.2 定位基准的选择,定位基准选择的一般原则,1.一般原则（1）选最大尺寸的表面为安装面(限制3个自由度)，选最长距离的表面为导向面(限制2个自由度)，选最小尺寸的表面为支承面(限制1个自由度)。（2）首先考虑

20、保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。（3）应尽量选择零件的主要表面为定位基准。（4）定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。,45,2023/10/15,3.2 定位基准的选择,粗基准的选择原则,精基准的选择原则 1）基准重合原则2）基准统一原则 3）互为基准原则4）自为基准原则,46,2023/10/15,3.4 工艺路线的制定,在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度。,加工经济精度,（1)所选择的加工方法能否满足零件加工精度的要求。（2）零件材料的机械加工工艺性。（3）生产率对加工方法有无

21、特殊要求。（4）现场工艺能力和现有加工设备的加工经济精度。,选择加工方法应考虑的问题,典型表面的加工方法选择：外圆；内孔；平面,47,2023/10/15,2023/10/15,3.5 工序尺寸的确定,加工余量加工过程中从加工表面切去材料层厚度 工序（工步）余量某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料层厚度 对于被包容表面,加工余量及其计算,对于包容表面,式中 Zb本工序余量；a 前工序尺寸；b 本工序尺寸。,49,2023/10/15,3.5 工序尺寸的确定,加工余量确定方法,计算法采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。,经验法由一些有经验的工程技术人员

22、或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。,查表法利用各种手册所给的表格数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。,50,2023/10/15,3.5 工序尺寸的确定,确定工序尺寸一般方法,1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；5）毛坯余量通常由

23、毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。,51,2023/10/15,3.6 工艺尺寸链,尺寸链定义,在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链,装配尺寸链在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链,工艺尺寸链在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链,52,2023/10/15,3.6 工艺尺寸链,尺寸链的环,封闭环在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）,指组成尺寸链的每一个尺寸,增环该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环,组成环尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得

24、到的,减环该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环,53,2023/10/15,3.6 工艺尺寸链,尺寸链计算的关键：正确画出尺寸链图，找出封闭环，确定增环和减环,作尺寸链图 按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件 图中要求的尺寸，形成一个封闭的图形。找封闭环 根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0 为 封闭环。确定增环和减环 可用以下简便的方法得到：从封闭环开始，给每一个环画出箭头，最后再回到封 闭环，像电流一样形成回路。凡箭头方向与封闭环方 向相反者为增环，箭头方向与封闭环方向相同者为减环。,54,2023/10/15,3.6 工艺尺寸链,基本计算公式,用极值法解尺寸链的基本

25、计算公式如下：a)封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环 的基本尺寸之和；,b)封闭环的最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减 去减环最小极限尺寸之和；,c)封闭环的最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减 去减环最大极限尺寸之和；,d)封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之 和；,e)封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之 和；,f)封闭环的公差等于组成环公差之和。,55,2023/10/15,3.6 工艺尺寸链,封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大，应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环；为减小封闭环公差，应尽量减少组成环数及其公差。,计算尺寸链时，常遇到两种类型的问

26、题：1）已知全部组成环的极限尺寸，求封闭环基本尺寸及 公差，称为“正计算”，结果唯一。2）已知封闭环的极限尺寸，求一个或几个组成环的极限 尺寸，称为“反计算”。通常在制定工艺规程时，由于基准不重合而需要进行的 尺寸换算属于这类计算，结果不唯一，需优化计算。,56,2023/10/15,3.7时间定额,时间定额的组成：基本时间t基、辅助时间t辅、布置工作地时间t布置、休息和自然需要时间t体、准备和终结时间t准结 减缩基本时间的措施：提高切削用量、减少切削行程长度、合并工步、多件加工,2023/10/15,第五章 机械加工精度,5.1 机械加工精度的概念5.2 获得加工精度的方法5.3 影响加工误

27、差的因素5.4 加工误差的综合分析,58,2023/10/15,5.1 机械加工精度的概念,所谓加工精度，是指加工后零件的尺寸、几何形状以及各表面相互位置等参数的实际值与理想值相符合的程度，它们之间的偏离程度则称为加工误差。加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示。精度和误差是对同一问题的两种不同的描述，两者的概念是相关连的。精度愈高，误差愈小；反之，精度愈低，误差就愈大。,常用加工误差的大小来评价加工精度的高低加工误差越小，加工精度越高,59,2023/10/15,5.2 获得加工精度的方法,（1）获得尺寸精度的方法 1）试切法 用于单件小批生产 2）调整法 用于成批大量生产 3）定尺寸刀具

28、法 生产率高，刀具制造复杂 4）自动控制法 切削测量补偿调整,（2）获得形状精度的方法 1）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状 2）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状 3）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状,（3）获得相互位置精度的方法 主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证,60,2023/10/15,影响加工精度的因素,原理误差、工艺系统的制造误差和磨损、工艺系统的受力变形、工艺系统的受热变形、工艺系统的调整误差、工件的安装夹紧误差、度量误差7个方面,2023/10/15,5.3 影响加工精度的因素,工艺系统：机床、刀具、夹具以及工件组成的系统工艺系统刚度在加工误差

29、敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比误差复映：由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”,62,2023/10/15,5.3 影响加工精度的因素,合理设计零部件结构和截面形状提高连接表面接触刚度采用辅助支承（中心架等）采用合理装夹和加工方式,提高工艺系统刚度,减小载荷及其变化,变形转移、补偿和校正,63,2023/10/15,5.3 影响加工精度的因素,在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%。,温度场工艺系统各部分温度分布 热平衡单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上温 度场与热平

30、衡研究目前以实验研究为主,64,2023/10/15,5.3 影响加工精度的因素,减小热变形对加工精度影响的措施,65,2023/10/15,5.4 加工误差的综合分析,66,2023/10/15,第六章 机械加工表面质量,切削加工后的表面粗糙度及其影响因素 影响加工表面粗糙度的几何因素是指刀具相对工件作进给运动时，在加工表面上遗留下来的切削层残留面积。切削层残留面积愈大，表面粗糙度值就愈高。减小切削层残留面积的措施主要有：减小进给量f,减小刀具的主、副偏角k、k，增大刀尖半径。提高刀具的刃磨质量，避免刃口表面粗糙度在工件表面上的“复映”，也是降低加工表面粗糙度的有效措施。从物理因素看，降低表面粗糙度的主要措施是减少加工时的塑性变形，避免产生积屑瘤和鳞刺。基主要影响因素有切削速度，被加工材料的性质、刀具的几何形状、材料性质和刃磨质量(1)切削速度的影响切削速度越高，表面粗糙度越低。（2）被加工材料性质的影响一般来说，韧性愈大的塑性材料，加工后表面粗糙度愈差；脆性材料加工后表面粗糙度比较接近理想表面粗糙度。（3）刀具的几何形状、材料、刃磨质量的影响前角增大时，塑性变形程度减小，表面粗糙度降低。前角为负值时，塑性变形增大，表面粗糙度也随之增大。,67,2023/10/15,第七章 装配工艺规程的制定,68,2023/10/15,