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,,CentralSouthUniversity,機械加工工藝基礎(chǔ),主講人：孔存生,多媒體教學(xué)課件,CEP-P32-NPL-工裝組,,機械加工工藝基礎(chǔ)：主要介紹機械加工的基本概念、切削基本原理、切削機床與刀具、切削加工基本工藝過程、選擇切削加工方法的基本原則，以及零件機械加工結(jié)構(gòu)工藝性。,第一章.切削加工的基礎(chǔ)知識第二章.金屬切削機床第三章.機械加工工藝過程第四章.零件表面的加工方案第五章.零件的結(jié)構(gòu)工藝性,索引,第一章切削加工的基礎(chǔ)知識,返回索引,1.1鉗工與機械加工,鉗工：通過工人手持工具進行切削加工。機械加工：采用不同的機床（如車床、銑床、刨床、磨床、鉆床等）對工件進行切削加工。,2.零件表面質(zhì)量的概念,零件幾何參數(shù)：宏觀幾何參數(shù)：包括：尺寸、形狀、位置等要素。微觀幾何參數(shù)：指：微觀表面粗糙程度。,,,,2.1加工精度,加工精度：指零件經(jīng)切削加工后，其尺寸、形狀、位置等參數(shù)同理論參數(shù)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：零件尺寸參數(shù)的準確程度。b.形狀精度：零件形狀與理想形狀接近程度。c.位置精度：零件上實際要素（點、線、面）相對于基準之間位置的準確度。,,,,,,2.1加工精度,國家標(biāo)準規(guī)定：常用的精度等級分為20級，分別用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。數(shù)字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。高精度：IT5、IT6通常由磨削加工獲得。中等精度：IT7-IT10通常由精車、銑、刨獲得。低精度：IT11-IT13通常由粗車、銑、刨、鉆等加工方法獲得。,,,2.1.1尺寸精度,,,,,,,Φ25,0-0.04,零件尺寸要素的誤差大小。問：精度的高低與哪兩個因素有關(guān)？,基本尺寸和公差大小。,2.1.2形狀精度,Φ25軸加工后可能產(chǎn)生的形狀誤差,0－0.013,2.1.2形狀精度,指零件上實際要素的形狀與理想形狀相符合的程度；國家標(biāo)準規(guī)定了六類形狀公差（見下表）形狀精度的標(biāo)注：框格分為2格，箭頭指向待表達的表面，數(shù)字表示允許誤差的大小，單位為毫米。,2.1.3位置精度,指零件的實際要素（點、線、面）相對于基準之間位置的準確度。,圓圈中的英文字母表示基準，框格分3格，箭頭指向待表達的表面,零件精度等級及其相應(yīng)的加工方法,2.2表面粗糙度,表面粗糙度：零件微觀表面高低不平的程度。產(chǎn)生的原因：1）切削時刀具與工件相對運動產(chǎn)生的磨擦；2）機床、刀具和工件在加工時的振動；3）切削時從零件表面撕裂的切屑產(chǎn)生的痕跡；4）加工時零件表面發(fā)生塑性變形。,2.2表面粗糙度,表面粗糙度對零件質(zhì)量的影響：零件的表面粗糙度對機器零件的性能和使用壽命影響較大，主要有以下幾個方面：1）零件表面粗糙，將使接觸面積減小，單位面積壓力加大，接觸變形加大，磨擦阻力增大，磨損加快；2)表面粗糙度影響配合性質(zhì)。對于間隙配合，表面粗糙易磨損，造成間隙迅速加大；對于過盈配合，在裝配時，可使微小凸峰擠平，有效過盈量減少，使配合件強度降低；3）零件表面粗糙，低谷處容易聚積腐蝕性物質(zhì)，且不易清除，造成表面腐蝕；4）當(dāng)零件承受載荷時，凹谷處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，以致產(chǎn)生裂紋而造成零件斷裂。,2.2表面粗糙度評定參數(shù)：常用的是輪廓算術(shù)平均偏差Ra,2.2表面粗糙度,,,,,,,,Ra,,,,,,,,h1h2h3…h(huán)n,2.2表面粗糙度,,國家標(biāo)準規(guī)定：表面粗糙度分為14個等級，分別用表示，數(shù)字越大，表面越粗糙。表面粗糙度符號上的數(shù)值Ra,單位是微米（μm）。,,2.2表面粗糙度表面粗糙度符號的意義及應(yīng)用,2.3常見加工方法的Ra表面特征,碳素工具鋼：如T7、T8、T9…T13等。適合于制造簡單的手工工具，如銼刀、鋸條等；合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入少量的鎢、鉻、錳、硅等元素，耐熱性較低，如9SiCr等，適合于制造低速成型刀具，如絲錐；高速鋼：含較多的鎢、鉻、釩等合金元素、常用的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。適合于制造中速精加工刀具；硬質(zhì)合金：成分由WC、TiC和Co組成，采用燒結(jié)方法獲得,4.1.1常用的刀具材料,4.1.1常用的刀具材料,常用的硬質(zhì)合金有：鎢鈷鈦類（牌號YT）硬質(zhì)合金：適合于加工鋼等塑性材料，其代號有YT5、YT15、YT30等，粗加工用YT5,精加工用YT30;鎢鈷類（牌號YG）硬質(zhì)合金：適合于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，其代號有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：常用的刀具陶瓷有兩種：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特點是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐熱性，其主要缺點是抗彎強度低，沖擊韌性很差，不能承受較大的沖擊載荷。金剛石：它分三種天然單晶金剛石刀具整體人造聚晶金剛石刀具金剛石復(fù)合刀片立方氧化硼：由軟的立方氧化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成,常用的刀具材料,第二章金屬切削機床,返回索引,1、機床的類型,金屬切削機床是用來對工件進行加工的機器，故稱為“工作母機”，習(xí)慣上稱機床。按加工性質(zhì)和所用刀具分類：分為車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機床等12大類；按精度分類：分為普通精度、精密和高精度三種；按重量分類：分為一般機床、大型機床和重型機床。機床的型號：如：C6136表示…,2、機床的基本結(jié)構(gòu),1.主傳動部件：用來實現(xiàn)機床主運動；2.進給傳動部件：主要用來實現(xiàn)機床進給運動；3.工件安裝裝置：用來安裝工件；4.刀具安裝裝置：用來安裝刀具；5.支承件：用來支承和連接機床各零部件，是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件；6.機床動力部件：為機床提供動力。,,,,,,,,,5、車床的基本結(jié)構(gòu),,,主電機及變速機構(gòu),掛輪箱,床頭箱,進給箱,卡盤,中心架,溜板箱,尾架,絲桿,光桿,5.2車削的加工范圍,車削是以加工回轉(zhuǎn)體為主要加工目的。在車床上可以加工：外圓、端面、錐度、鉆孔、鉆中心孔、鏜孔、鉸孔、切斷、切槽、滾花、車螺紋、車成型面、繞彈簧等。,5.3車削的工藝特點,粗加工：經(jīng)濟精度可達到IT10，表面粗糙度在25-12.5之間;精加工：經(jīng)濟精度可達IT7左右，表面粗糙度Ra6.3-1.6之間。2.易于保證相互位置精度要求。一次裝夾可加工幾個不同的表面，避免安裝誤差。3.刀具簡單，制造、刃磨和安裝方便，容易選用合理的幾何形狀和角度，有利于提高生產(chǎn)率。4.應(yīng)用范圍廣泛，幾乎所有繞定軸心旋轉(zhuǎn)的內(nèi)外回轉(zhuǎn)體表面及端面，均可以用車削方法達到要求。5.可以用精細車的辦法實現(xiàn)有色金屬零件的高精度的加工（有色金屬的高精度零件不適合采用磨削）,6銑削加工,,,,,,,主軸箱,主軸,橫溜板,工作臺,升降臺,底座,6.1立式銑床的基本結(jié)構(gòu),6.2銑削的主要加工范圍,6.5銑削的工藝特點,1.銑削加工的精度可達IT10-IT7，表面粗糙度可達6.3-1.6左右2.生產(chǎn)效率高，銑刀是多刀齒刀具，銑削時有幾個刀齒同時參加切削，主運動是刀具的旋轉(zhuǎn)，所以銑削的生產(chǎn)效率比刨削高。3.容易產(chǎn)生振動，銑刀的刀齒切入和切出時產(chǎn)生振動，加工過程中切削面積和切削力變化較大。4.刀齒的散熱條件較好，在刀具旋轉(zhuǎn)過程的不切削時間內(nèi)，刀具可以得到一定的冷卻。5.與刨床相比，銑床價格高，適用于批量生產(chǎn)。,7.刨（插）削加工,刨床主要有牛頭刨床和龍門刨床兩種,牛頭刨床:刨刀的直線往復(fù)運動是主運動，工件在刨刀返回行程將結(jié)束時作橫向進給運動。牛頭刨床主要用于加工中小型零件,龍門刨床:工作臺往復(fù)運動，橫梁上的刀架可以水平或垂直運動龍門刨床主要用于加工大型零件,7.2刨削加工的范圍,,3.1插削加工,,,,插床又稱立式刨床，其運動原理與牛頭刨床相似，主要用于孔內(nèi)表面加工，如方孔、多邊形孔、鍵槽等的加工。,,工件在工作臺上可做縱向、橫向和回轉(zhuǎn)的運動，滑枕做上下往復(fù)運動。,7.3插削主要加工范圍,,7.4刨削加工的工藝特點,1.加工精度通常為：精刨：IT7-IT10，粗糙度Ra為6.3-1.6之間。2.通用性好，刨床簡單、價格低、調(diào)整和操作簡便，刨刀形狀簡單，制造、刃磨方便。3.生產(chǎn)率一般比較低，主運動為往復(fù)直線運動，返回行程不參加切削。4.適用于單件小批生產(chǎn)。,8.鉆削加工,鉆床包括臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。如圖：工件直徑≤12mm的孔一般使用臺式鉆床加工，孔徑<50mm的中小型零件在立式鉆床上加工，大型工件上的孔在搖臂鉆床上加工。,鉆夾頭是鉆孔的常用夾具，一般用于孔徑較小(≤12mm)的工件，大直徑的零件用錐度套筒裝入鉆軸。對精度要求高，粗糙度低的零件鉆孔后還必須進行精加工。,鉆削加工的范圍,8.1擴孔,用擴孔鉆對已經(jīng)鉆出或鑄出、鍛出的孔進行擴大和提高精度的加工，稱為擴孔。擴孔鉆如下圖所示。其結(jié)構(gòu)與麻花鉆相似，但切削刃有3?4個，前端是平的，無橫刃，螺旋槽較淺，鉆頭剛度好。擴孔余量小，切削比較平穩(wěn)，所以擴孔精度比鉆孔高。其尺寸公差等級可達IT10?IT9，表面粗糙度Ra值可達6.3?3.2?m。擴孔可作為終加工，也可作為鉸孔前的預(yù)加工。,第三章機械加工工藝過程,返回索引,4.工藝規(guī)程的擬定,A.工藝分析,檢查圖紙,做出修改,審查材料,審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性,,,,,,,,下一步…,B.毛坯的選擇及加工余量的確定,4.1工件的基準,工件的基準：在零件的設(shè)計和制造過程中，要確定一些點、線或面的位置，必須以一些指定的點、線或面作為依據(jù)，這些作為依據(jù)的點、線或面，稱為基準。按照作用的不同，常把基準分為設(shè)計基準和工藝基準兩類。,4.2工件的基準,設(shè)計基準：即設(shè)計零件的基準，如下圖左：齒輪內(nèi)孔、外圓和齒輪分度圓均以軸線為基準；而兩端面是互為基準。下圖右：表面2和3及孔4的軸線的設(shè)計基準是表面1的。孔5的軸線的設(shè)計基準是孔4的軸線。工藝基準：在制造零件時所使用的基準，它又分為工序基準、定位基準、測量基準、裝配基準。下圖左在加工時、軸線并不實際存在，所以內(nèi)孔實際是加工外圓和左端面的定位基準。,4.3.1工藝基準,工藝基準分為工序基準、定位基準、測量基準、裝配基準。1、工序基準：在工藝文件上用以標(biāo)定加工表面位置的基準。2、定位基準：在機械加工中，用來使工件在機床或夾具中占有正確位置的點、線或面。它是工藝基準中最主要的基準。定位基準選擇是否合理，對保證工件加工后的尺寸精度和形位精度、安排加工順序、提高生產(chǎn)率以及降低生產(chǎn)成本起著決定性的作用，它是制定工藝過程的主要任務(wù)之一。定位基準可分為粗基準和精基準兩種,4.3.1工藝基準,3、測量基準：用以測量已加工表面尺寸及位置的基準。4、裝配基準：用來確定零件或部件在機器中的位置的基準。,4.4機械加工工藝過程的制定,機械加工工藝過程的制定按三個步驟進行：1、擬定加工工藝路線分析研究零件圖的各項內(nèi)容及技術(shù)要求擬定零件加工的加工方法、加工方案及工藝路線。2、安排好加工工序（1）選擇毛坯,4.4工藝路線的制定,3、擬訂加工工藝過程制定工藝規(guī)程的目的是確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟效益，同時它是確定生產(chǎn)人員數(shù)量以及定設(shè)備、定生產(chǎn)廠房面積和投資額的原始材料。安排加工順序的原則：“基面先行、粗精分開、先粗后精、先面后孔”,4.4工藝路線的制定,(1)基面先行原則,零件加工時，必須選擇合適的表面作為定位基面，以便正確安裝工件。在第一道工序中，只能用毛坯面(未加工面)作為定位基面，在后續(xù)工序中，為了提高加工質(zhì)量，應(yīng)盡量采用加工過的表面為定位基面，顯然，安排加工工序時，精基面應(yīng)先加工。例如，軸類零件的加工多采用中心孔為精基準。因此，安排其加工工藝時，首先應(yīng)安排車端面、鉆中心孔工序。(2)粗精分開，先粗后精的原則零件加工質(zhì)量要求高時，對精度要求高的表面，應(yīng)劃分加工階段。一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段，精加工應(yīng)放在最后進行。這樣，有利于保證加工質(zhì)量，有利于某些熱處理工序的安排。,4.4工藝路線的制定,(3)先面后孔的原則對于箱體、支架類等零件應(yīng)先加工平面后加工孔。這是因為平面的輪廓平整，安放和定位穩(wěn)定可靠。先加工好平面，就能以平面定位加工孔，保證平面和孔的位置綜上所述，一般機械加工的順序是：先加工精基準?粗加工主要面(精度要求高的表面)?精加工主要面。次要表面的加工適當(dāng)穿插在各階段之間進行。,第四章零件表面的加工方案,返回索引,零件是由多個表面組成的，每一個表面又可以用多種加工方法獲得。因此，應(yīng)該對零件的結(jié)構(gòu)特點、形狀大小、技術(shù)要求、材料性能、生產(chǎn)批量、設(shè)備現(xiàn)狀以及經(jīng)濟性等多方面進行分析，選擇合適的加工方法。將多種加工方法按照一定的加工順序鏈接起來，依次對各個表面進行加工，多種加工方法的有機組合成為加工方案。加工方案是擬訂工藝過程的基礎(chǔ)。,1.外圓表面的加工方案,2.平面的加工方案,3.孔的加工方案,5.螺紋的加工方法,螺紋的結(jié)構(gòu)簡單、形式多樣、傳動穩(wěn)定、連接可靠、調(diào)整迅速準確、裝拆方便、成本低廉，在機械行業(yè)中應(yīng)用廣泛。,5.1螺紋的種類和用途,螺紋按其用途分為聯(lián)接螺紋和傳動螺紋1、聯(lián)接螺紋：主要起聯(lián)接和調(diào)整的作用（1）普通螺紋：牙形角為60，又分為粗牙螺紋和細牙螺紋兩種，代號為M。（2）管螺紋：牙形角為55，常用于水管、氣管、油管等防泄露要求的場合。,5.1螺紋的種類和用途,2、傳動螺紋：主要用于傳遞運動和動力。(1)梯形螺紋：牙形角為30，牙形為等腰梯形，代號為Tr，它是傳動螺紋的主要形式，如機床絲杠等。,5.1螺紋的種類和用途,（2）矩形螺紋：主要用于力的傳遞，其特點是傳動效率較其它螺紋高，但強度較低、對中準確性較差，特別是磨損后軸向和徑向的間隙較大，因此應(yīng)用受到了一定的限制。,5.1螺紋的種類和用途,(3)鋸齒形螺紋：其牙形為鋸齒形，代號為B。它只用于承受單向壓力，由于它的傳動效率及強度比梯形螺紋高，常用于螺旋壓力機及水壓機等單向受力機構(gòu)。,5.1螺紋的種類和用途,（4）模數(shù)螺紋：即蝸桿蝸輪螺紋，其牙形角為40，它具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、自鎖性能好等特點，主要用于減速裝置。,5.2螺紋的加工,1、車螺紋：其特點是通過車床機構(gòu)的調(diào)整，能方便地車出不同螺距、不同直徑、不同線數(shù)和不同牙形的螺紋，適合于單件小批量生產(chǎn)。,5.2螺紋的加工,2、攻螺紋和套螺紋:攻螺紋是用絲錐在工件的光孔內(nèi)加工出內(nèi)螺紋的方法，如下圖左。套螺紋是用板牙在工件光軸上加工出螺紋的方法，如下圖右。,5.2螺紋的加工,攻螺紋和套螺紋的特點是特別適宜于小尺寸的螺紋加工，對于特別小的螺紋，攻螺紋和套螺紋幾乎是其它方法不能代替的。攻螺紋和套螺紋的另一特點是操作十分靈活，特別適宜于成批大量箱體類零件上小螺紋的加工。,5.2螺紋的加工,3、銑螺紋、磨螺紋和滾壓螺紋（1）銑螺紋：是在專用的螺紋銑床上進行，也可在萬能臥式銑床上進行。銑螺紋比車螺紋的加工精度略低、表面粗糙度略大，但銑螺紋的生產(chǎn)率高，適宜于大批大量螺紋生產(chǎn)的粗加工和半精加工。（2）磨螺紋：是在專用的螺紋磨床上進行，主要是對需要熱處理（硬度較高和精度要求高）的螺紋進行精加工，一般需要磨削的螺紋是經(jīng)過車螺紋或銑螺紋等半精加工后才進行的。,5.2螺紋的加工,（3）滾壓螺紋：是使坯料在滾壓工具的壓力下產(chǎn)生塑性變形，強制壓制出相應(yīng)的螺紋，滾壓方式主要有兩種：A.搓螺紋：是在搓絲機上進行，利用搓絲機壓出來的螺紋精度高，可達5級，表面粗糙度為Ra1.6~0.8，目前市場上購買的螺釘、螺栓等螺紋零件大都是由搓絲機生產(chǎn)出來的。B.滾螺紋：是在專用的滾壓螺紋機上進行的，被滾壓出來的螺紋精度可達3級，表面粗糙度為Ra0.8~0.2，其優(yōu)點是大大提高了螺紋的抗拉強度、抗剪強度和疲勞強度，且生產(chǎn)率很高，缺點是需要貴重的專用設(shè)備，對坯料精度要求較高，而且只能滾壓外螺紋。,6.典型零件的工藝過程,我們對軸類、盤類以及箱體類零件進行工藝過程分析,6.1軸類零件,軸類零件按其結(jié)構(gòu)特點可分為光軸、階梯軸、空心軸、曲軸等，其主要表面為外圓面、軸肩和端面，某些軸類零件還有內(nèi)圓面、鍵槽、退刀槽、螺紋等其它表面。外圓面主要用于安裝軸承和輪系（帶輪、齒輪、鏈輪等），軸肩的作用是使上述零件在軸上軸向定位。軸類零件通過軸上安裝的零件起支承、傳遞運動和扭矩的作用。,6.1軸類零件,6.1軸類零件,1）技術(shù)要求本零件的軸頸Φ24和Φ16分別裝在箱體的兩個孔中，軸通過螺紋M10和孔Φ10緊固在箱體上，軸上Φ20h6處是用來安裝滾動軸承的，軸承上裝有齒輪，軸中間對稱地加工出相距22的兩個平行平面，是為了卡扳手而設(shè)計的。2）工藝分析①毛坯選擇：由于軸受力不大，主要是支承齒輪，所以可直接選用不經(jīng)鍛造的45鋼。,6.1軸類零件,②定位基準的選擇A.以圓鋼外圓面為粗基準，粗車端面并鉆中心孔；B.為保證外圓面的位置精度，以軸兩端的中心孔為定位精基準，這樣滿足了基準重合和基準統(tǒng)一的原則；C.調(diào)質(zhì)處理后，以外圓面定位，精車兩端面并修整中心孔；D.以修整的兩中心孔作為半精車和磨削的定位精基準，滿足了互為基準的原則。③制訂機械加工工藝過程,單件小批量生產(chǎn)機床某軸的工藝過程,,,,第五章零件的結(jié)構(gòu)工藝性,返回索引,零件結(jié)構(gòu)的工藝性是指這種結(jié)構(gòu)的零件加工的難易程度。零件具有使用性和工藝性兩種性質(zhì)。評價零件設(shè)計好壞不應(yīng)偏重使用性。工藝性的好壞是相對的。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，原來認為工藝性差的零件可能不再難于加工。例：,,,1.1機械零件的切削加工結(jié)構(gòu)工藝性,切削加工是零件獲得所需結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的主要途徑。通常切削加工所耗費的工時和費用是最高的。因此零件的切削加工結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計就顯得尤為重要。為了使零件有較好的切削加工結(jié)構(gòu)工藝性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾點原則：1.應(yīng)盡量采用標(biāo)準化參數(shù)；2.零件的結(jié)構(gòu)要素應(yīng)盡量統(tǒng)一;3.應(yīng)考慮到零件的方便裝夾;4.通孔比不通孔好、外表面比內(nèi)表面好加工、,1.1機械零件的切削加工結(jié)構(gòu)工藝性,平面比臺階面好、直孔比斜孔好加工、剛性好的好加工；5.盡可能使需精密加工的面少,使要加工的表面積少;6.為了方便零件的加工,可以考慮零件的合理拆分和組合;7.在滿足使用要求的基礎(chǔ)上,盡量降低零件的加工精度和表面質(zhì)量要求;8.零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)與先進加工方法相適應(yīng).,1.1結(jié)構(gòu)工藝性的一般原則,a.便于安裝和加工，即便于定位和可靠的夾緊。左圖中的設(shè)計方案中，上表面需要加工，加工時必須安裝在工作臺上，由于底部是斜面而裝夾不穩(wěn)。,1.1.1斜面鉆孔,斜面鉆孔引起鉆頭偏斜或折斷。,1.1.2T型槽結(jié)構(gòu)改進,b.便于加工和測量。T形槽設(shè)計要考慮刀具的進入和退出。,1.1.3鉆孔空間,考慮鉆孔時的加工狀況。鉆夾頭與工件不發(fā)生碰撞。,1.1.4彎曲的孔,避免彎曲的孔。,1.1.5尺寸要素的統(tǒng)一,盡量做到刀具規(guī)格統(tǒng)一，減少換刀，提高效率,1.1.6退刀槽,方便刀具退出。,攻絲不能直到孔底,盲孔形狀,1.1.7簡化零件結(jié)構(gòu),圖a形狀復(fù)雜，加工費時，圖b形狀簡單，有利于減少成本。,