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机械制造技术基础_课件.ppt

机械制造技术基础_课件

135*****161@sina.cn
2012-01-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《机械制造技术基础_课件ppt》,可适用于工程科技领域

第章机械制造技术概述机床的分类机床的分类金属切削机床(Metalcuttingmachinetools)用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。占机器总制造工作量的。木工机床锻压机械按加工性质分类:按加工性质分类:车床(C)铣床(X)刨床(插床)(B)磨床(M)钻床(Z)镗床(T)拉床(L)齿轮加工机床(Y)螺纹加工机床(S)(组合机床)特种加工机床(D)锯床(G)其它机床(Q)零件结构工艺性分析示例零件结构工艺性分析示例并行工程(CE)a)b)c)d)e)f)c)d)a)b)a)b)c)d)第章机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess机械制造工艺过程机械制造工艺过程机械制造过程中凡是直接改变零件形状、尺寸、相对位置和性能等使其成为成品或半成品的过程称为机械制造工艺过程。零件表面形成方法轨迹法成形法相切法展成法零件表面形成方法轨迹法利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工(如车削、刨削)成形法利用成形刀具对工件进行加工相切法利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工(如铣削、磨削)工件刀具展成法利用工件和刀具作展成切削运动的加工方法(如滚齿、插齿)刀具切削用量与切削层截面参数切削速度进给量背吃刀量切削速度vc若主运动为往复运动时其平均速度为:式中n主运动转速(rs)D刀具或工件的最大直径(mm)。式中nr主运动每秒钟往复次数(strs)l往复运动行程长度(mm)。进给量: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mmr。背吃刀量:主刀刃与工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。确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。基准与装夹OO轴心线是外圆表面和内孔的设计基准F面是E面和D面的设计基准内孔表面A是外圆表面同轴度的设计基准同时也是端面E、F的端面圆跳动的设计基准在工艺过程中所采用的基准。又可分为:工序基准(尽可能用设计基准作工序基准)定位基准测量基准装配基准。工序基准:在工序图上确定本工序加工表面位置的基准E面D面为E面的工序基准F面E面为F面的工序基准图b支座零件第工序(钻孔)OO轴心线E面工件装夹定位使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧对工件施加一定的外力使其已确定的位置在加工过程中保持不变定位原理定位原理六点定位原理要确定其空间位置就需要限制其个自由度将个支承抽象为个“点”个点限制了工件的个自由度这就是六点定位原理。工件的个自由度均被限制称为完全定位。工件个自由度中有个或几个自由度未被限制称为不完全定位。完全定位与不完全定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装因而是不允许的。欠定位过定位过定位工件某一个自由度(或某几个自由度)被两个(或两个以上)约束点约束称为过定位。定位误差定位误差定位误差的概念定位误差是由于工件在夹具上(或机床上)定位不准确而引起的加工误差。)由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差称为基准位置误差△不准确。)由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差称为基准不重合误差△不重合。定位误差分析与计算定位误差:指一批工件在夹具中的位置不一致而引起的误差。用△DW表示。误差产生原因:工序基准与定位基准不重合:基准不重合误差△不重合工件定位表面或定位副制造不准确误差:基准位置误差△不准确定位误差的计算:△DW=△不重合±△不准确当工件以平面定位时:△DW=△不重合(△不准确=)当工件以内孔定位时:△不准确=(Dd)定位误差分析与计算定位误差计算DHа当工件以外圆柱面定位时:△D=D(°V型块定位)例:用α=°的V形块定位铣轴上键槽计算定位误差若不考虑其它误差判断其加工精度能否满足加工要求?远小于工件尺寸公差㎜所以能够满足加工要求解:工件的夹紧夹紧力的确定方向作力点大小夹紧力方向有助于定位夹紧力应指向主要定位面落在支承范围内落在工件刚性较好的方向或部位靠近加工表面主要根据切削力大小由计算法或类比法确定确定工件的夹紧夹紧力应指向主要定位面夹紧力作力点的位置作用力点落在工件刚性较好的方向或部位机床传动基础机床传动基础ⅠⅡⅢⅣⅤ变速级数Z=××=传动路线表达式:车削加工TurnCutting车床刀具车床刀具待加工表面:工件上即将被切除的表面。过渡表面(加工表面):工件上正被刀具切削着的表面介于已加工表面和待加工表面之间。已加工表面:工件上已切去切削层而形成的新表面。前刀面刚形成的切屑沿其流出的刀面主后刀面与工件加工表面相对的刀面副后刀面与工件已加工表面相对的刀面主切削刃前刀面与主后刀面的交线承担主要的切削工作副切削刃前刀面与副后刀面的交线刀尖主、副切削刃的实际交点为了强化刀尖一般都在刀尖处磨成折线或圆弧形过渡刃。刀具几何角度刀具几何角度)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。图车刀主剖面坐标系)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。)主剖面Po:通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。刀具材料刀具材料◆硬质合金 超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料根据其质量的不同硬度范围为HK~(HKKnoop硬度单位kgfmm)密度为~。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体因此在晶体上的取向不同耐磨性及硬度也有差异其耐热性为~℃。天然金刚石的耐磨性极好刃口锋利切削刃的钝圆半径可达μm左右刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成因此不存在各向异性其硬度比天然金刚石低为HK~价格便宜焊接方便可磨削性好因此成为当前金刚石刀具的主要材料可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具(如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等)上进行涂层故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV~间变动其耐热性达℃左右化学惰性很好在℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用取得良好的使用效果。硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)粉末和金属粘结剂(如Co、Ni、Mo等)经高压成型后再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高允许的切削速度远高于高速钢且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比其抗弯强度较低、脆性较大抗振动和冲击性能也较差。硬质合金因其切削性能优良被广泛用来制作各种刀具。在我国绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造目前在一些较复杂的刀具上如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。刀具材料刀具材料 超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料根据其质量的不同硬度范围为HK~(HKKnoop硬度单位kgfmm)密度为~。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体因此在晶体上的取向不同耐磨性及硬度也有差异其耐热性为~℃。天然金刚石的耐磨性极好刃口锋利切削刃的钝圆半径可达μm左右刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成因此不存在各向异性其硬度比天然金刚石低为HK~价格便宜焊接方便可磨削性好因此成为当前金刚石刀具的主要材料可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具(如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等)上进行涂层故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV~间变动其耐热性达℃左右化学惰性很好在℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用取得良好的使用效果。卧式车床的工艺范围卧式车床的工艺范围卧式车床通用性强结构复杂自动化程度低适合单件、小批量生产适合加工各种轴类、套类、盘类零件上的回转表面:内、外圆柱面圆锥面环槽成形回转面端面螺纹钻孔、扩孔、铰孔滚花普通车床卧式车床的传动系统卧式车床的传动系统主运动传动链进给运动传动链:螺纹运动传动链纵向、横向进给传动链刀架快速运动传动链以CA型车床为例:普通车床主轴箱溜板箱进给箱ⅠⅢⅡⅣⅤⅥ铣削加工MillingCutting铣削方式铣削方式端铣用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削。铣刀的副切削刃、倒角刀尖具有修光作用可使加工表面获得较小的表面粗糙度且主轴刚性好切削用量大生产率较高周铣用分布于铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削顺铣逆铣顺铣铣刀切出工件时的切削速度方向和工件的进给方向相同逆铣铣刀切入工件时的切削速度方向和工件的进给方向相反顺逆铣的特点:、逆铣时切削厚度由零逐渐增大由于刃口钝圆半径的影响开始切削时前角为负值刀齿在工件表面上挤压、滑行造成工件表面加工硬化严重并加剧了刀齿的磨损。顺铣时切削厚度由最大开始刀具磨损小耐用度高。、逆铣时刀齿对工件的垂直作用力向上与工件的夹紧力和工件重力相反有把工件从工作台上抬起的趋势加剧了振动影响工件的夹紧和表面粗糙度。顺铣时垂直切削力向下加紧可靠。、顺铣时铣削力在进给方向的分力与工件的进给方向相同由于工作台丝杠螺母存在间隙当进给力逐渐增大时铣削力会拉动工作台而产生窜动造成进给不均匀严重时会使铣刀崩刃。逆铣时由于进给力作用使丝杠与螺母传动面始终贴紧故铣削过程较平稳。铣屑开始厚铣刀能耐用铣力压工件稳定少振动机台有窜动又怕有黑皮相对逆铣比适合精加工。顺铣特点切屑厚度由薄到厚切初挤滑刀损加剧铣削力消除台窜动防台窜黑皮用逆铣。逆铣特点材料切削加工性概念和指标材料切削加工性概念和指标工件材料的切削加工性是指材料在一定条件下被切削加工成合格零件的难易程度。考虑生产率和耐用度的表示方法)一定生产率条件下加工这种材料时刀具耐用度)一定刀具耐用度前提下加工这种材料所允许的切削速度)相同的切削条件下刀具达到磨钝标准时所能切除工件材料的体积。考虑已加工表面质量的表示方法考虑切削力或切削功率的表示方法考虑是否易于断屑的表示方法磨削热与磨削温度磨削热与磨削温度磨削热★磨削区温度砂轮与工件接触区的平均温度它与磨削烧伤、磨削裂纹密切相关。★磨粒磨削点温度磨粒切削刃与磨屑接触点温度是磨削区中温度最高的部位与磨粒磨损有直接关系。★工件平均温度磨削热传入工件引起的温升影响工件的形状与尺寸精度。磨削时去除单位体积材料所需能量为普通切削的~倍砂轮线速度高且为非良导热体磨削热多且大部分传入工件工件表面最高温度可达℃以上。第章切削原理CuttingTheory◆在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下加工一般钢料或其它塑性材料时常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤(或刀瘤)。切屑刀具积屑瘤积屑瘤成因切屑底层与前刀面接触处产生摩擦当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时会产生粘结现象即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过形成“内摩擦”。如果温度与压力适当底层上面的金属因内摩擦而变形也会发生加工硬化而被阻滞在底层粘成一体。积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响()保护刀具积屑瘤包围着切削刃同时覆盖着一部分前刀面。积屑瘤一旦形成它使代替切削刃和前刀面进行切削。切削刃和前、后刀面都得到积屑瘤的保护减少了刀具的磨损。()实际前角增大积屑瘤具有度左右的前角它加大了刀具的实际前角可使切削力减小对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高实际前角愈大。()使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部相对稳定一些其顶部很不稳定容易破裂一部分连附于切屑底部而排出一部分残留在加工表面上积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。()对刀具寿命的影响积屑瘤粘附在前刀面上在相对稳定时可代替刀刃切削有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落反而使磨损加剧。人们按照加工的种类和要求判断积屑瘤的利弊。粗加工对已加工表面质量的要求不高生成积屑瘤后切削力减小从而降低能量消耗或者可加大切削用量使劳动生产率得以提高积屑瘤还能保护刀具减少磨损。据此可以认为积屑瘤对粗加工是有利的。对于精加工则相反精加工要求较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度可是积屑瘤降低尺寸精度和增大已加工表面粗糙度。所以积屑瘤对精加工是不利的。刀具磨损刀具磨损刀具磨损形态◆正常磨损前刀面磨损形式:月牙洼形成条件:加工塑性材料v大hD大影响:削弱刀刃强度降低加工质量后刀面磨损形式:后角=的磨损面(参数VBVBmax)形成条件:加工塑性材料,v较小,hD较小加工脆性材料影响:切削力↑,切削温度↑,产生振动降低加工质量前、后刀面磨损◆非正常磨损破损(裂纹、崩刃、破碎等)卷刃(刀刃塑性变形)刀具寿命刀具寿命刀具寿命(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。当工件材料、刀具材料和刀具几何形状确定后切削速度对刀具使用寿命的影响最大式中CT、m、n、p为与工件、刀具材料等有关的常数。可见v的影响最显著f次之ap影响最小。用硬质合金刀具切削碳钢(σb=GPa)时有:第章机械加工质量分析与控制AnalysisandControlofMachiningQuality机械加工质量机械加工质量(通常形状误差限制在位置公差内位置公差限制在尺寸公差内)表面粗糙度波度纹理方向伤痕(划痕、裂纹、砂眼等)◆加工精度:零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响对耐磨性影响表面粗糙度值↓→耐疲劳性↑适当硬化可提高耐疲劳性表面粗糙度值↓→耐蚀性↑表面压应力:有利于提高耐蚀性表面粗糙度值↑→配合质量↓表面粗糙度值↓→耐磨性↑但有一定限度(图)纹理形式与方向:圆弧状、凹坑状较好适当硬化可提高耐磨性误差敏感方向误差敏感方向图:显然:工艺系统原始误差方向不同对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向称为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。工艺系统几何精度对加工精度的影响机床误差机床误差主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。为便于研究可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式(图)。在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比式中k工艺系统刚度Fp吃刀抗力(加工表面法向切削力)ΔX工艺系统位移(切削合力作用下的位移)。工艺系统受力变形对加工精度的影响式中k工艺系统刚度kjc机床刚度kjj夹具刚度kd刀具刚度kg工件刚度。工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系:工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响◆机床变形和工件变形共同引起的加工误差式中Δg工件圆度误差Δm毛坯圆度误差k工艺系统刚度ε误差复映系数。以椭圆截面车削为例说明(图)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”误差复映误差复映系数机械加工中误差复映系数通常小于。可通过多次走刀消除误差复映的影响。误差复映程度可用误差复映系数来表示误差复映系数与系统刚度成反比。由式()可得:

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