项目二 机械加工基础知识详文

项目二 机械加工基础知识详文 项目二 机械加工基础知识 项目简介 在制造生产过程中，由于零件的要求和生产条件等不同，其制造 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 也不相同。相同的零件采用不同的工艺方案生产时，其生产效率、经济效益也是不相同的。在确保零件质量的提下，要拟定具有良好的综合技术经济效益、合理可行的机械加工工艺方案。 项目目标 熟练掌握机械加工基本概念，掌握刀具材料的工作条件，可根据零件切削要求选择刀具，掌握刀具角度分析及常用刀具的刃磨。掌握金属切削过程及切削用量要素。熟悉工件的定位方式，能够使用机床夹具对工件进行夹紧和定位。能分析零件结构工艺性选择合理的加工方法及工艺路线，根据生产条件能制定合理工艺规程及工艺文件。 能力目标 通过本项目训练，掌握分析常见零件结构与技术要求的方法，并能正确选择模具零件表面的加工方案以及零件加工过程(结合生产现场的实际条件)，能编制出符合现场技术条件的加工工艺路线以及加工工艺，能正确合理的选择机床、夹具、刀具以及所需工具。 任务一:机械加工基本概念 一、生产过程和工艺过程 1.生产过程 由 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 图纸变为产品，要经过一系列的制造过程。通常将原材料或半成品转变成为产品所经过的全部过程称作生产过程。生产过程通常包括: (1)技术准备过程包括产品投产前的市场调查、预测、新产品鉴定、工艺设计、标准化审查等。 (2)工艺过程指直接改变原材料或半成品的尺寸、形状、表面的相互位置、表面粗糙度或性能，使之成为成品的过程。例如液态成形、塑变成形、焊接、粉末成形、切削加工、热处理、表面处理、装配等，都属于工艺过程。 将合理的工艺过程编写成用以指导生产的技术文件，这份技术文件称作工艺规程。 (3)辅助生产过程指为了保证基本生产过程的正常进行所必须的辅助生产活动，如工艺装备制造、能源供应、设备维修等。 (4)生产服务过程指原材料的组织、运输、保管、储存、供应及产品包装、销售等过程。其中，工艺过程是生产过程的主体，它可以在一个工厂内完成，也可以按专业协作的原则，将产品的若干个零部件分散到若干专业化厂家进行生产，总装厂只进行主要零部件的生产及总装调试。如汽车、飞 机制造等行业大都采用这种模式生产。 2.工艺过程的组成 零件的切削加工工艺过程由许多工序组合而成，每个工序又由工位、工步、走刀和安装组成。 (1)工序指在一台机床上或在同一个工作地点对一个或一组工件连续完成的那部分工艺过程。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作是否连续。图2-1所示阶梯轴的加工工艺过程见表2-1 图2-1阶梯轴零件图 表2-1阶梯轴的加工工艺过程 工序 工种 工序内容 工作地点 1 车 车端面，钻顶尖孔卧式 车床 2 车 粗车各外圆，半精车各外圆，倒角 卧式车床 3 钳 钳工划键槽线 钳工工作台 4 铣 铣键槽立铣或键槽 铣床 5 磨 磨各外圆外圆 磨床 6 钳 去毛刺 钳工工作台 7 检 检验 检验台 表2-1工序的划分，是由一个人在一台车床上连续完成车两端面、钻两顶尖孔后，便换第二个工件加工，重复以上内容，则这部分工艺过程为一个工序。该人又在同一台车床上连续完成粗车各外圆、半精车各外圆、倒角后，便换第二个工件加工，重复以上内容，则这部分工艺过程又为一个工序。如果是由一个人在一台车床上连续完成车两端面、钻两顶尖孔、粗车各外圆、半精车各外圆、倒角后再换第二个工件重复这些内容，则这部分工艺过程是一个工序，而不是两个工序。 (2)工步指在一个工序中，当工件的加工表面、切削刀具和切削用量中的转速与进给量均保持不变时所完成的那部分工序。加工表面较多的工序，可分为若干工步。工步是构成工序的基本单元。 (3)走刀刀具从被加工表面每切去一层余量，就称作一次走刀。待切除的余量太大而不可能或不适合一次切下时，可分成几次切削完成。 (4)安装工件经一次装夹(定位和夹紧)后所完成的那部分工序称为安装。装夹包括定位和夹紧两个内容。定位是使工件在机床上获得确定的位置，而夹紧则是使工件紧固在此位置上。 (5)工位相对刀具或设备的固定部分，工件所占有的每一个加工位置称为工位。多数情况下，一个工序中工件仅安装一次，有时也可能安装多次。如图2-1所示阶梯轴，在1 号工序中一般需两次安装，夹住一端车另一端，然后调头。调头后又形成一个新的工位。多次安装会增加生产辅助时间，还会降低相对位置精度。为此，当工件必须在不同位置上加工时，有的利用不必卸下工件而能改变其位置的夹具(如分度头等)进行位置变换，这样工件在一次安装中，可获得几个不同的加工位置。 提问:工序和工步有何区别，如何划分工序, 二、生产类型 生产类型是企业生产专业化程度的分类，对工艺过程的规划与制订有较大的影响。根据投产的特点，企业的生产可分为三种基本类型:单件生产、成批生产和大量生产。 (1)单件生产其特征是:每种产品只生产一件或几件，而且不再重复投产或不定期地重复投产。如各种试制产品、机修零件、某些专用量具、夹具、模具等的生产属于这一生产类型。 2)大量生产其特征是:长时间内只生产同一种产品，这些产品多为应用广泛，产量很大，已经定( 型了的产品。标准件生产是零件大量生产的典型例子。 (3)成批生产其特征是:产品分批进行生产，经过一定时期后，又交替地重复进行。其在产量较大时，接近于大量生产;在品种较多、产量较小时，又接近于单件生产。模具的零配件如导柱、导套、顶针、司筒等的生产常为成批生产。成批生产可以进一步分为大批生产、中批生产和小批生产三种。通常，生产类型可以按工作地的专业化程度或产品(零件)的年产量来进行划分，而尤以后者较为简单、常用。生产类型的划分见表2-2 和表2-3。 表2-2 按工作地工序数划分生产类型 工作地生产类型 固定于工作地的工序数目 大量生产 1,2 大批生产 2,10 中批生产 10,20 小批生产 20,40 单件生产 40以上 表2-3 按产量划分生产类型 零件的年产量/件 生产类型 重型零件(30kg以上) 中型零件(4-30kg) 轻型零件(4kg以下) 单件生产 <5 <10 <100 成批生产 小批 5,100 10,200 100,500 中批 100,300 200,500 500,1000 大批 300,1000 500,5000 5000,50000 大量生产 >1000 >5000 >50000 随着科学技术的发展进步，产品更新换代的周期越来越短，品种规格越来越多，多品种小批量的生产类型呈发展趋势。由于电子计算机技术的迅猛发展及数控机床和柔性制造系统的应用，为产品多品种小批量的生产自动化开拓了广阔的前景。 生产类型不同，生产组织、设备布局、毛坯制造及机床、刀具的配置等方面就均有不同;生产类型还影响着制订工艺过程的繁简程度。对于简单零件的单件生产，一般只制订工艺路线;而对于重要零件的单件生产、各类零件的成批和大量生产，就要制订详细的工艺规程，以免造成质量事故和经济损失。各种生产类型的工艺特征见表2-4。 表2-4各种生产类型的工艺特征 项目 单件(小批)生产 成批生产 大量生产 加工产品 经常变换 周期性变换 长期加工一种零件 通用及部分专用设备，工段式机床设备及布局 通用(万能)设备机群式分布 专用设备或自动线设备 分布 铸件:木模、手工造型 铸件:手工及部分金属模 铸件:金属模机器造型、 毛坯 造型等 压力铸造等 锻件:自由锻 锻件:模锻 锻件:模锻 安装方式 直接或划线找正 部分找正 不需找正 广泛使用高效率的专用刀刀具和量具 一般刀具，通用量具 部分专用刀具，部分专用量具 具和量具 夹具 通用或组合夹具 通用或专用夹具相结合 广泛使用高效的专用夹具 定距加工控制工件尺寸与试自动化程度高，自动控制尺工作方式 试切与测量多次交替进行 切、测量加工相结合 寸 采用标准的公差、配合件有互绝大部分完全互换，少量分组互换性 完全互换 换性，配制件无互换性 装配或修配 对调整工人技术要求较高，对工人的技术要求 高 较高 对操作工人技术要求较低 简单件:工艺路线卡;重要件、一般应制订较详细的工艺规详细的工艺规程(如工序卡对工艺规程的要求 复杂件:较详细的工艺规程 程 片)和其他工艺文件 提问:如何区分生产类型,模具生产属于哪种生产类型, 小贴士:1775年，英国人威尔肯逊为了制造瓦特发明的蒸汽机，制造了汽缸镗床。这台金属 机床的诞生，标志着人类进入了开始用机器代替手工操作的时代。最初的机床只适用于单件小 批量生产方式，随着工业文明的进步，人们认识到分工与协作的意义，认识到按照专业化方式 组织生产可以极大提高劳动生产率，因此原来单件小批量生产方式逐渐被大批量生产方式所替 代，1914年，美国人福特用传送带将多台机床联系起来，按照一定的程序和节拍进行生产， 制造了生产线。这种大批量生产方式又促进了互换性和测量技术的发展。 任务二:常用刀具材料及几何角度 在金属切削过程中，刀具直接参与切削，在很大的切削力和很高的温度下工作，并且与切屑和工件都产生剧烈的摩擦，工作条件极为恶劣。为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材料、合理的角度及适当的结构。刀具材料是刀具切削能力的重要基础，它对加工质量、生产率和加工成本影响极大。 一、刀具材料 1.刀具材料应具备的性能 刀具要在强力、高温和剧烈的摩擦条件下工作，同时还要承受冲击和振动，因此刀具材料应满足以下基本要求。 (1)高的硬度:刀具材料的硬度必须高于工件的硬度，以便切入工件。在常温下，刀具材料的硬度一般应在HRC60 以上。 (2)足够的强度和韧性:只有具备足够的强度和韧性，刀具才能承受切削力和切削时产生的振动，以防脆性断裂和崩刃。 (3)高的耐磨性:即抵抗磨损的能力。 (4)高的耐热性:指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨等性能。 (5)一定的工艺性:为便于刀具本身的制造，刀具材料还应具有一定的工艺性能，如切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等。 二、 常用的刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢及硬质合金等。各种刀具材料的特性，见2-5所示 表2-5常用刀具材料的特性 维持切削 抗弯强度性能的最 种类 牌号 硬度 工艺性能 用途 σbb/MPa 高温度/?C T8A 可冷热加工只用于手动刀具，如手碳素 60,64HRC T10A 200 2400,2800 成形，工艺性动丝锥、板牙、铰刀、(81,83HRA) 工具钢 T12A 能良好，磨削锯条、锉刀等 性好，须热处只用于手动或低速机60,65HRC 合金 9SiCr 理 250,300 2400,2800 动刀具，如丝锥、板牙、CrWMn等 (81,84HRA) 工具钢 拉刀等 W18Cr4V 可冷热加工用于各种刀具，特别是高速钢 62,70HRC 540,600 2500,3500 W6Mo5 成形，工艺性形状较复杂的刀具，如 Cr4V2Al 能好" 须热钻头、铣刀、拉刀、齿(82,87HRA) 处理，磨削性轮刀具、丝锥、板牙、 好，但高钒类刨刀等 较差 压制烧结后车刀刀头大部分采用 钨钴类: 使用，不能冷硬质合金，铣刀、钻头、 YG3、YG6、YG8热加工，多镶滚刀、丝锥等亦可镶刀硬质 钨钻钛类: 89,94HRA 800,1000 900,2500 片使用，无须片使用。钨钴类加工铸合金 YT5、YT15、热处理 铁，有色金属;钨钴钛 YT30 类加工碳素钢、合金 钢、淬硬钢等 (1)碳素工具钢与合金工具钢:碳素工具钢是含碳量高的优质钢(含碳量为0.7,,1.2,)，如T10A碳素工具钢淬火后具有较高的硬度，而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差，当温度达到200?C时，即失去它原有的硬度，并且淬火时容易产生变形和裂纹。合金工具钢是在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si 等合金元素形成的刀具材料，如9SiCr。由于合金元素的加入，与碳素工具钢相比，其热处理变形有所减小，耐热性也有所提高。以上两种刀具材料因其耐热性都比较差，所以常用于制造一些形状较简单的低速切削刀具，如锉刀，锯条，铰刀等。 (2)高速钢:又称为锋钢或风钢，它是含有较多Cr、W、V合金元素的高合金工具钢，如W18Cr4V。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢具有较高的耐热性，温度达600?C时，仍能正常切削，其 -50m/min，是碳素工具钢的5,6倍，而且它的强度、韧性和工艺性都较好，可许用切削速度为30 广泛用于制造中速切削及形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、各种齿轮加工刀具。 (3)硬质合金:它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC)为基体，以金属:Co、Ni等为黏结剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。其硬度高，耐磨、耐热性好，许用切削速度是高速钢的6倍，但强度和韧性比高速钢低，工艺性差，因此硬质合金常用于制造形状简单的高速切削刀片，经焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀、钻头等的刀体(刀杆)上使用。 国产的硬质合金一般分为两大类:一类是由WC和Co 组成的钨钴类(类);另一类是WC、TiC和Co 组成的钨钛钴类(类)。 YG类硬质合金的韧性较好，但切削韧性材料时，耐磨性较差。因此，它适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有YG3、YG6、YG8等，其中数字表示Co的百分含量。 YT类硬质合金比YG类硬度高，耐热性好，在切削韧性材料时的耐磨性较好，但韧性较差，一般适用于加工钢件。常用的牌号有YT5、YT15、YT30等，其中数字表示TiC的百分含量。 提问:机加工使用的刀具材料有哪些性能要求,，举例说明典型刀具使用的材料和性能。 三、车刀组成及车刀切削部分的几何参数 切削刀具的种类很多，其中，车刀是最常用、最简单而且是最基本的切削刀具，因而最具有代表性。 1.车刀的组成及结构形式 车刀是由刀头和刀体组成的。刀头用来切削，故称切削部分。刀体是用来将车刀夹固在刀架或刀座上的部分。车刀可用高速钢制成，也可在碳素结构钢的刀体上焊硬质合金刀片。车刀切削部分是由三面、二刃、一尖组成(图2-2)。 (1)前刀面:切削时，切屑流出所经过的表面。 (2)主后刀面:切削时，与工件加工表面相对的表面。 (3)副后刀面:切削时，与工件已加工表面相对的表面。 (4)主切削刃:前刀面与主后刀面的交线。它可以是直线或曲线，承担主要的切削工作。 (5)副切削刃:前刀面与副后刀面的交线。一般情况下，它仅起微量的切削作用。 (6)刀尖:主切削刃和副切削刃的交接处。为了强化刀尖，常将其磨成圆弧形。 1—夹持部分 2—切削部分 3—前刀面 4—副切削刃 5—副后刀面 6—刀尖 7—主后刀面 8—主切削刃 图2-2普通外圆车刀切削部分的组成 2.车刀切削部分的几何参数 1.辅助平面 为了确定刀具切削部分刀面和刀刃的空间位置，首先介绍3个相互垂直的辅助平面，见图2-3 (1)切削平面:通过主切削刃上某一点并与工件加工表面相切的平面。 (2)基面:通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向相垂直的平面。 (3)主剖面:通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。 切削平面、基面和主剖面3 个辅助平面是互相垂直的。 图2-3确定刀具角度的辅助平面 2.车刀的主要角度 车刀的标注角度是指在刀具图样上标注的角度，也称刃磨角度。车刀的5个主要角度是前角γ、后0角α、主偏角κ、副偏角κ’和刃倾角λ ，见图2-4a 0rrs (1)前角γ:在主剖面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。前角对切削的难易程度有很大影响。0 增大前角能使车刀锋利，切削轻快，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具使用寿命。前角的大小对加工工件的表面粗糙度及排屑、断屑的情况都有一定的影响。 前角大小的选择与工件材料、刀具材料、加工要求等有关。工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之应选得小些;刀具材料韧性好(如高速钢)，前角可选得大些，反之应选得小些(如硬质合金);精加工时前角可选得大些，粗加工时应选得小些。通常硬质合金车刀的前角γ在的-5?,20?0范围内选取。 图2-4车刀的主要角度 (2)后角α:在主剖面中测量，是主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的作用是为了减小后刀面0 与工件之间的摩擦和减少后刀面的磨损。但后角不能过大，否则同样使切削刃的强度下降。粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够的强度，应取较小的后角，一般为5?,7?;精加工时，为保证加工工件的表面质量，应取较大的后角，一般为8?,12?;高速钢刀具的后角可比同类型的硬质合金刀具稍大一些。 (3)主偏角κ:在基面中测量，是主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角。主偏角的r 大小影响切削条件和刀具寿命，如图2-5所示。在进给量和切削深度相同的情况下，减小主偏角可以使刀刃参与切削的长度增加，切屑变薄，因而使刀刃单位长度上的切削负荷减轻。同时加强了刀尖强度，增大了散热面积，从而使切削条件得到改善，刀具寿命提高。 主偏角的大小还影响切削分力的大小，如图2-6所示。在切削力同样大小的情况下，减小主偏角会使切深抗力Fy增大。当加工刚性较差的工件时，为避免工件变形和振动，应选用较大的主偏角。车刀常用的主偏角有45?、60?、75?、90?几种。 图2-5主偏角对切削宽度和厚度的影 图2-6主偏角对切深抗力的影响 (4)副偏角κ’:在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向之间的夹角。副偏r 角的作用是为了减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响表面粗糙度。如图2-7所示，切削时由于副偏角κ’和进给量ƒ的存在，切削层的r 面积未能全部切去，总有一部分残留在已加工表面上。在切削深度、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可以使残留面积减小，降低表面粗糙度。副偏角一般为5?,15?。粗加工取较大值，精加工取较小值。 图2-7副偏角对残留面积的影响 (5)刃倾角λ:在切削平面中测量，是主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角主要影响主切削刃的强s 度和切屑流出的方向。如图2-8所示，当主切削刃与基面重合时，λ为零(图2-8a)，切屑向着与主s 切削刃垂直的方向流出;当刀尖处于主切削刃最高点时，λ为正值(图2-8b)，主切削刃强度较差，s 切屑向待加工表面流出，不影响加工表面质量;当刀尖处于主切削刃最低点时，λ为负值(图2-8c)，s主切削刃强度较好，切屑向已加工表面流出，可能擦伤加工表面。 一般刃倾角可在-4,5?之间选取，粗加工时λ常用负值，精加工时为了防止切屑划伤已加工表面，s λ常用正值或零度值。 s 图2-8刃倾角及其对切屑流出方向的影响 a刃倾角为零 b刃倾角为正值c 刃倾角为负值 提问:分析常用外圆车刀的五个主要角度。 小贴士:近年来刀具材料发展与应用的主要方向是发展高性能的新型材料，朝着超硬方向发 展，提高刀具材料的使用性能，增加刃口的可靠性，延长刀具使用寿命;大幅度地提高切削 效率，目前陶瓷、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等超硬材料已被应用于切削加工，使切削速 度高达每分钟数千米。 任务三:金属切削过程及切削用量要素 金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程。在这一过程中会有切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等现象。对加工质量、生产率和生产成本有重要影响。 一、切削过程及切屑种类 1. 切屑形成过程 对塑性金属以缓慢的速度进行切削时，切屑形成的过程如图2-9所示，当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在始滑移面OA以左发生弹性变形，愈靠近OA 面，弹性变形愈大。在OA 面上，应力达到材料的屈服强度σ，则发生塑性变形，产生滑移现象。OA 线表示材料各点开始滑移的位置，s 称为始滑移线，即点1 在向前移动的同时也沿OA 滑移，其合成运动将使点1流动到点2，2',2 就是它的滑移量，随着滑移变形的继续进行，剪切应力逐渐增大，当P点顺次向2、3，„各点移动时，剪切应力不断增大，直到点4位置，此时其流动方向与刀具前刀面平行，不再沿OM 线滑移，故称OM 为终滑移线。 在终滑移面OM上，应力和变形达到最大值。越过OM面，切削层金属将脱离工件母材，沿着前刀面流出而形成切屑，完成切离阶段。经过塑性变形的金属，其晶粒沿大致相同的方向伸长。可见，金属切削过程实质上是工件在刀具作用下产生塑性变形的过程，在这一过程中产生的许多物理现象，都是由切削过程中的变形和摩擦所引起的。 图2-9切削过程3个变形区 切削塑性金属材料时，在刀具与工件接触的区域产生3个变形区，如图2-9所示。OA 与OM 之间是切削层的塑性变形区，称为第一变形区，或称基本变形区。基本变形区的变形量最大，常用它来说明切削过程的变形情况。切屑与前刀面摩擦的区域II称为第二变形区，或称摩擦变形区。切屑形成后与前刀面之间存在很大的压力，沿前刀面流出时有很大的摩擦，因而使切削底层又一次产生塑性变形。工件已加工表面与后刀面接触的区域III称为第三变形区，或称加工表面变形区。 2.切屑的种类 由于金属材料的性能不同，切屑形成过程也不相同。例如，切削铸铁等脆性金属时，因铸铁本身塑性很低，在弹性变形之后就很快切离本体而形成切屑。而切削塑性很好的低碳钢等材料时，挤裂前有明显的塑性变形。此外，不同的刀具角度和切削用量，对切屑形成过程的影响也不同，从而产生切屑的形状各不一样。切屑一般可分为以下4类。 (1)带状切屑:使用较大前角的刀具并选用较高的切削速度、较小的进给量和切削深度，切削硬度较低的塑性材料时，切削层金属经过终滑移面OM虽然产生了最大的塑性变形，但尚未达到破裂程度即被切离母体，从而形成连绵不断的带状切屑，如图2-10a所示。带状切屑的顶面呈毛茸状，底面光滑。形成带状切屑的切削过程比较平稳，切削力波动较小，加工的表面较光洁。但它会缠绕在刀具或工件上，损坏刀刃，刮伤工件，且清除和运输也不方便，常成为影响正常切削的关键。为此 常在刀具前刀面上磨出各种不同的形状和尺寸的卷屑槽或断屑槽，促使切屑成卷或折断。 (2)节状切屑:一般用较低的切削速度粗加工中等硬度的塑性材料时，容易产生节状切屑，如图2-10b所示。当切削金属到达OM面时，材料已达到破裂程度，被一层一层地挤裂而呈锯齿形，越过OE 面被切离母体形成切屑。这是最典型的切削过程，经过弹性变形、塑性变形、挤压、切离等阶段。因变形较大，切削力也较大，并有波动，最终工件表面较粗糙。 (3) 粒状切屑:在切削塑性材料时，如果被剪切面上的应力超过零件材料的强度极限时，裂纹扩展到整个面上，则切屑被分成梯形状的粒状切屑。如图2-10c所示，加工塑性金属材料时，当切削厚度较大，切削速度较低，刀具前角较小时，易成为粒状切屑，粒状切屑的切削力波动最大，已加工表面粗糙。 (4)崩碎切屑:在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，切削层金属发生弹性变形以后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块状屑片，即为崩碎切屑，如图2-10d所示。工件愈是硬脆，愈容易产生这类切屑。产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易产生振动，影响工件表面粗糙度 a b c d 图2-10切屑的种类 a带状切屑 b节状切屑 c粒状切屑 d 崩碎切屑 切屑的形状可以随切削条件的不同而改变。在生产中，常根据具体情况采取不同的措施来得到需要的切屑，以保证切削加工的顺利进行。比如，加大前角、提高切削速度或减小切削厚度，可将节状切屑转变成带状切屑，使加工的表面较为光洁。 提问:车削加工时切屑是如何产生的,切屑有哪几种类型, 二 积屑瘤 在一定条件下切削塑性金属材料时，往往在前刀面上靠近切削刃处黏结着一小块很硬的金属，这块金属叫做积屑瘤，或称刀瘤，如图2-11所示。 积屑瘤的产生是由于切屑与前刀面之间挤压和摩擦作用而引起的。当切屑沿刀具前刀面流出时，在 高温和高压作用下，与前刀面接触的切屑底面层受到很大的摩擦阻力，使这层金属的流动速度降低。当这层金属与前刀面的摩擦力超过切屑本身分子间的结合力时，切屑和工件上局部的金属就黏附在前刀面上，形成积屑瘤。积屑瘤由于经过了强烈的变形，加工硬化效果明显，一般比工件本身的硬度提高1.5,2.5倍。因此能保护切削刃，增大刀具的实际工作前角，使切削变得轻快。但积屑瘤长到一定大小后会破裂，又会影响加工过程的稳定性，积屑瘤还会在工件加工表面上划出不规则沟痕，影响表面质量。因此粗加工时产生积屑瘤有一定益处，精加工时则必须避免积屑瘤的形成。 图2-11 积屑瘤 工件材料和切削速度是影响积屑瘤的主要因素。 塑性大的材料，切削时的塑性变形较大，容易产生积屑瘤。塑性小、硬度较高的材料，产生积屑瘤的可能性以及积屑瘤的高度相对小，切削脆性材料一般没有塑性变形，形成的崩碎切屑不流过前刀面，因此一般无积屑瘤产生。 切削速度很低(<5m/min)时，切屑流动较慢，切屑底面的新鲜金属氧化充分，摩擦系数减小。又由于切削温度低，切屑分子的结合力大于切屑底面与前刀面之间的摩擦力，因而不会出现积屑瘤。切削速度在5m~50m/min 范围内，切屑底面的新鲜金属与前刀面间的摩擦系数较大，同时切削温度升高，切屑分子的结合力降低，因而容易产生积屑瘤。一般钢料的切削速度在大约20m/min、切削温度300?C左右时，摩擦系数最大，积屑瘤的高度也最大。当切削速度很高(>100m/min)时，由于切削温度很高，切屑底面呈微熔状态，摩擦系数明显降低，不会产生积屑瘤。 所以，提高或降低切削速度是减小积屑瘤的措施之一。此外，增大刀具前角、减小进给量、减小前刀面粗糙度值以及合理使用冷却润滑液，均可减小积屑瘤。 提问:积屑瘤是如何产生的,影响积屑瘤的主要因素是什么, 三、切削用量 切削用量是指切削速度、进给量及背吃刀量等三个要素，表示切削过程中切削运动的大小及刀具切入工件的程度。 (1)切削速度v c 切削刃的选定点相对工件的主运动的瞬时速度。通常用v表示，单位为m/min或m/s在计算切削速c 度时，习惯上都取切削刃工作部分上速度最高的点为切削刃的选定点。当主运动为回转运动时， πDnv, (m/min) c 1000 式中 n—工件或刀具的转速(r/min); D—工件或刀具的直径(mm)。 【例】已知加工工件直径60mm，选用刀具材料的允许切削速度v,120m/min，求车床转速n, c πDn10001000【解】因v, 得n,v,120x?637r/min(根据机床铭牌进行修整) c c10003.14x60πD (2)进给量ƒ 在工件或刀具的每一转或每一往复行程的时间内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。通常用ƒ表示，单位为毫米/转(mm/r)。 Lƒ , n 中 ƒ—进给量(mm/r); 式 L—车刀每分钟移动距离(mm/min); n—工件转速(r、min)。 【例】已知刀具每分钟移动距离L=30mm/min，工件转速=100r/min，求进给量ƒ, L30【解】ƒ , ,,0.3mm/r 100n (3)背吃刀量α p 工件待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。通常用α表示，单位为毫米。外圆切削时 p D,dα, p 2 式中D—工件待加工表面的直径(mm); d —工件已加工表面的直径(mm)。 四、切削用量的选择 在工件材料、刀具材料、刀具几何参数及其他切削条件已确定的情况下，切削用量的选择将关系到工件质量，生产效率和加工成本。具体选择原则见表2-6 表2-6切削用量各要素的选择原则 切削用量要素 选择原则 切削速度的选择，主要考虑切削加工的经济性，必须保证刀具的经济耐用度，同时 切削负荷不应超过机床的额定功率，通常的原则是: 1.刀具材料的耐热性好，切削速度可高些; 2.工件材料的强度，硬度高，或塑性太大和太小，切削速度均应取低些; 3.加工带硬皮的工件时，应适当降低切削速度; 切削速度v c 4.加工表面要求表面粗糙度较小时，切削速度应避开积屑瘤的生成速度范围，对硬质合金刀具，可 取较高的切削速度，对高速钢刀具，宜采用低速切削; 5. 断续切削时，应取较低的切削速度; 6.工艺系统刚性较差时，切削速度应适当减小。 通常，限制进给量的主要因素是切削力及加工表面粗糙度。 粗切时，加工表面粗糙度要求低，进给量主要受刀杆，刀片、工件及机床的强度和刚度所能承受的进给量ƒ 切削力的限制。具体进给量数据可参照相关技术手册。 半精切及精切时，进给量主要受表面粗糙度要求的限制，刀具的副偏角越小，刀尖圆弧半径r越大， 切削速度越高，工件材料的强度越大，则进给量可越大。 背吃刀量是根据工件的加工余量来决定的。选择时应考虑: 1. 在留下精加工及半精加工的余量后，粗加工应尽可能将剩下的余量一次切除，以减少走刀次数; 2.如果工件余量过大，或机床动力不足而不能将粗切余量一次切除，则也应将第一次走刀的背吃刀 量尽可能取大些; 背吃刀量α p 3. 当冲击负荷较大(如断续切削时)，或工艺系统刚性较差时，应适当减小背吃刀量; 4. 一般精切(Ra 1.6,Ra 0.8μm)时，α,0.05,0.8mm;半精切(Ra 6.3,Ra 3.2μm)时， p α,1.0,3.0mm p 提问:切削用量有哪三个要素,如何进行选择 ,2,6mm，ƒ,0.3-0.6mm/r，v,1m/s左右或中速以下。精加工时，主小贴士:一般粗加工时αpc 要目的是保证加工精度和表面质量，同时兼顾提高生产率。由于精加工余量较小，应选用较小的 α;为了减少表面粗糙度，选择较小的ƒ;为了防止产生积屑瘤，保证表面质量，选择高或低的p 切削速度。一般精加工时α,0.05,0.8mm，ƒ,0.08-0.08mm/r，v>1m/s或者v<0.08m/s. pcc 任务四:刀具的刃磨 刀具切削部位在高温与高压作用下会逐渐被磨损。刀具磨损的原因很复杂，它涉及到机械、物理、化学和金相等的作用，有磨粒磨损、黏结磨损、扩散磨损、相变磨损和氧化磨损等。刀具磨损会使工件的精度和表面质量降低，增大切削力和消耗机床的动力，降低刀具的寿命。因此，通过刀具的合理刃磨提高刀具的寿命，在切削加工中不可忽视。 一、刀具磨损的形式 在切削过程中，刀具磨损到一定程度而失去切削性能的现象称为钝化。钝化的方式有卷刃、崩刃和磨损三种。卷刃是指刃口受挤压后发生塑性变形;崩刃是指切削刃的脆性破裂;磨损是指刀具与工件或切屑的接触面上，刀具材料的微粒被工件或切屑带走的现象。在刀具正常使用的条件下，刀具钝化的主要原因是磨损。刀具磨损的形式主要是前刀面磨损、后刀面磨损和前后刀面同时磨损。如图2-12所示。 a 后刀面磨损 b 前刀面磨损 c 前后刀面同时磨损 图2-12刀具的磨损形式 1.前刀面磨损 切削塑性金属时，切削速度较高及切削厚度较大，在前刀面上磨出小月牙凹槽，当刀具磨损继续扩大时，导致崩刃、刀具损坏。 2.后刀面磨损 切削硬度高的脆性金属时，如切削速度和进给量较低，一般都发生后刀面磨损。这种磨损形式发生在与切削刃连接的后刀面上，磨出后角等于或小于零的棱面。 3. 前后刀面同时磨损 在切削塑性金属过程中，采用中等切削速度和中等进给量时常会发生这种磨损形式。 二、刀具的磨损过程 图2-13,是刀具磨损过程典型曲线，可将此曲线划分为如下三个阶段。 1.初期磨损阶段 图中的曲线OA 段，此阶段刀具磨损较快。这是因为刀具表面粗糙不平或表层组织缺陷而引起的。 2.正常磨损阶段 图中的曲线AB段，这一阶段接触面积加大，压强变小，磨损速度已经减慢，磨损随时间的增加而均匀增加，切削稳定;曲线近似直线，这一阶段占刀具寿命的90,,95,是刀具工作的有效阶段。 3.急剧磨损阶段 图中的曲线BC 段，刀具经过正常磨损达到一定限度后，如果刀具不及时刃磨而继续使用，刀具很 快钝化。因为磨损量增大至某一数值后，刀具的切削条件会产生急剧的变化，使摩擦与温度急剧上升，磨损迅速增大。甚至引起崩刃而损坏刀具。使用中应严格规定当刀具的磨损量达到磨损限度进入急剧磨损阶段前要重新刃磨或换刀。 小贴士:硬质合金刀具没有急剧磨损阶段，当正常磨损量增到一定值后，即突然崩刃而钝化。 图2-13刀具磨损的三个阶段 三、刀具的耐用度 刀具磨损的程度，可以根据切削时的声音、切屑的颜色以及工件表面的粗糙度变化情况来粗略地判断。但是，一旦发现上述现象有明显的变化时、刀具已磨损得相当严重了。因此在实际生产中，通常用规定刀具的使用时间作为限定刀具磨损的衡量标准。于是提出了刀具耐用度的概念。 刀具耐用度是指两次刃磨之间实际进行切削的时间，以T(min)表示。刀具耐用度的数值应规定得合理。对于制造和刃磨比较简单、成本不高的刀具，耐用度可定得低些;对于制造和刃磨比较复杂、成本较高的刀具，耐用度应定得高些。例如，目前硬质合金焊接车刀的耐用度大致为60min;高速钢钻头的耐用度为120,180min;齿轮刀具的耐用度为200,300min。对于装刀、调刀较为复杂的多刀机床和组合机床上使用的刀具，其耐用度应定得更高些。 影响刀具耐用度的因素很多，主要有工件材料、刀具材料及几何角度、切削用量以及是否使用切削液等因素。耐热性好的刀具材料，就不易磨损;适当加大刀具前角，由于减小了切削力，从而可减少刀具的磨损;增加切削用量时，切削温度随之增高，将加速刀具磨损。切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为v、ƒ、α。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先cp 应采用尽可能大的背吃刀量α;然后再选用大的进给量ƒ;最后求出切削速度v。 pc 四、刀具的刃磨 刀具的刃磨方式主要有机械刃磨和手工刃磨两种，机械刃磨可用刀具刃磨机床，如MA6032型万能工具磨床就适用于各种刀具成批或单件刃磨需要，这里主要介绍车刀手工刃磨的方法。 1.砂轮的选择、安装及修整 刀具刃磨砂轮应根据刀具的材料和热处理等因素合理选用。刃磨高速钢刀具常选用白刚玉砂轮，刃磨超硬高速钢刀具，可选用单晶刚玉砂轮。刃磨硬质合金刀具时可选用绿色碳化硅砂轮和金刚石砂轮。粗磨用绿色碳化硅砂轮，然后用金刚石砂轮精磨。刃磨刀具的砂轮粒度常选用F46~F80 范围内。粗糙度要求高、刃磨接触面小、磨削量小时应选用F60~F80粒度的砂轮;特别是刀具的前、后刀面精磨，可选用F60~F100粒度。刃磨刀具砂轮硬度一般在H~L范围。具体见表2-7 表2-7刃磨用砂轮的选择参考表表2-7 刀具材料 磨料/代号 粒度 硬度 结合剂/代号 白钢玉/GB 高速钢刀具 粗磨 F46~F60 铬钢玉/GG 陶瓷结合剂/A H~L 工具钢刀具 精磨 F60~F100 微晶钢玉/GW 绿色碳化硅/TL 陶瓷结合剂/A F60~F120 H~J 硬质合金刀具 人造金刚石/JR 100/120,230/270 树脂结合剂/S , 天然金刚石/JT 砂轮安装的正确与否将直接影响刀具的刃磨质量。刃磨刀具的砂轮直径一般小于200mm，其磨削速度大都在20m/s内，所以砂轮是一般不进行平衡的，这就更要求砂轮的安装必须正确无误。刃磨用砂轮先装在法兰盘或连接轴上，然后一起装到磨床主轴上，用端面开槽的圆螺母锁紧。安装砂轮的法兰盘或连接轴的内锥面与磨床主轴的外锥面配合的接触面积应不小于80,，安装砂轮的外圆与内锥的同轴度允差也应在机床的允许范围内。压紧砂轮的垫圈与砂轮接触面应为平面或稍向内凹，与砂轮之间应加纸垫。在砂轮启动前必须装上砂轮罩。因砂轮没有平衡，启动应先采用“点动”，仔细观察砂轮的运转是否正常，如果确认砂轮运转正常，再启动砂轮。否则，应重新安装砂轮，直至砂轮运转正常。 砂轮经过一段时间的使用后，砂轮上磨粒的棱角会磨损变钝，这就要对砂轮及时修整，否则将会使刀具产生烧伤刀齿现象。刃磨砂轮的修整方法有三种，第一种用废砂轮修整，第二种是用砂棒修整，第三种是用金刚石修整。第一种方法和第二种方法都是手工进行，常用于新装的砂轮，其操作简便，易于掌握，且修整量较大，但修整质量差，多用作粗修。第三种方法是精修，因借助于修整夹具和金刚石，所以修整质量好，是刀具刃磨质量的保证。 2.车刀的刃磨 现以90?硬质合金(YTl5)外圆车刀为例，介绍手工刃磨车刀的方法。 1)先磨去车刀前面、后面上的焊渣，并将车刀底面磨平。 2)粗磨主后面和副后面的刀柄部分。 3)粗磨主后面 磨主后面时，刀柄处在水平位置，刀体底面向砂轮倾斜，使后角比正确后角大2,3?(如图2-14)。 4)粗磨副后面 磨副后面时，刀柄 尾部应向右转过一个副偏角κ′的角r 度，同时车刀底平面向砂轮方向倾斜一 个比副后角大2?的角度(见图2-15)。 5)粗磨前面 以砂轮的端面粗磨出图2-14 粗磨刀柄上的主后刀面、副后刀面 车刀的前面，并在磨前面的同时磨出前a)粗磨主后刀面上的后隙角 b)粗磨副后刀面上的后隙角 角γ。(见图2-16)。 6)磨断屑槽 解决好断屑是车削塑 性金属的一个突出问题。若切屑连绵不 断、成带状缠绕在工件或车刀上，不仅 会影响正常车削，而且会拉毛已加工表 面，甚至会发生事故。在刀体上磨出断 屑槽的目的就是当切屑经过断屑槽时，图2-15 粗磨后角、副后角 使切屑产生内应力而强迫它变形而折a)粗磨后角 b)粗副后角 断。 断屑槽常见的有圆弧型和直线型二种(图2-17)。圆弧型断屑槽的前角一般较大，适于切削较软的材料;直线型断屑槽前角较小，适于切削较硬的材料。 图2-16 粗磨前面 图2-17 断屑槽的两种形式 a)圆弧型 b)直线型 手工刃磨的断屑槽一般为圆弧型。刃磨时，须先将砂轮的外圆和端面的交角处用修砂轮的金刚石笔修磨成相应的圆弧。若刃磨直线型断屑槽，则砂轮的交角须修磨得很尖锐。刃磨时刀尖可向下磨或向上磨(图2-18)。但选择刃磨断屑槽的部位时，应考虑留出刀头倒棱的宽度。 刃磨断屑槽时要注意以下要点: ?砂轮的交角处应经常保持尖锐或具有一定的圆弧状。 当砂轮棱边磨损出较大圆角时，应及时修整。 ?刃磨时的起点位置应该与刀尖、主切削刃离开一定距 离，不能一开始就直接刃磨到主切削刃和刀尖上，而使主切 削刃和刀尖磨塌。一般起始位置与刀尖的距离等于断屑槽长图2-18 刃磨断屑槽的方法 度的1,2左右;与主切削刃的距离等于断屑槽宽度的1,2a)向上磨 b)向下磨 再加上倒棱的宽度。 ?刃磨时，不能用力过大，车刀应沿刀柄方向作上下缓慢移动。要特别注意刀尖，切莫把断屑槽的前端口磨塌。 ?刃磨过程中应反复检查断屑槽的形状、位置及前角的大小。对于尺寸较大的断屑槽，可分粗磨和精磨两个阶段;尺寸较小的则可一次磨成形。 7)精磨主后面和副后面 精磨前要修整好砂轮，保持砂轮平稳旋转，如图2-19所示。刃磨时将车刀底平面靠在调整好角度的托架上，并使切削刃轻轻地靠住砂轮的端面上并沿砂轮端面缓慢地左右移动，使砂轮磨损均匀、车刀刃口平直。 可选用杯形绿色碳化硅砂轮或金刚石砂轮。 8)磨负倒棱 刀具主切削刃担负着绝大部分的切削 工作。为了提高主切削刃的强度，改善其受力和散热条 件，通常在车刀的主切削刃上磨出负倒棱(见图2-20)。 图2-19 精磨主后面和副后面 负倒棱的倾斜 角度γ一般为,5?,,10?，其宽度b为进给量的0(5,0(8f 倍，即b=(0(5,0(8)ƒ。 图2-20 负倒棱 对于采用较大前角的硬质合金车刀，及车削强度、硬度特别低的材料，则不宜采用负倒棱。 负倒棱刃磨方法如图2-21所示。刃磨时，用力要轻微，要使主切削刃的后端向刀尖方向摆动。刃磨时可采用直磨法和横磨法。为了保证切削刃的质量，最好采用直磨法。所选用的砂轮与精磨主后刀面的砂轮相同。 9)磨过渡刃 过渡刃有直线型和圆弧型两种。其刃磨方法 与精磨后刀面时基本相同。刃磨车削较硬材料车刀时，也可以 在过渡刃上磨出负倒棱。 10)车刀的手工研磨 在砂轮上刃磨的车刀，其切削刃有时 图2-21 磨负倒棱 不够平滑光洁，其刃口上呈凸凹不平状态。使用这样的车刀车 a)直磨法 b)横磨法 削时，不仅会直接影响工件的表面粗糙度，而且也会降低车刀 的使用寿命。若是硬质合金车刀，在切削过程中还会产生崩刃现象。所以手工刃磨的车刀还应用细油石研磨其切削刃。研磨时，手持油石在切削刃上来回移动。要求动作平稳、用力均匀，如图2-22所示。 研磨后的车刀，应消除在砂轮上刃磨后的残留痕迹，刀面表面粗糙度值应达到Ra0.4,0.2µ,。 图2-22用油石研磨车刀 3.注意事项 1)刃磨时须戴防护镜。 2)新装的砂轮必须经过严格检查，经试转合格后才能使用。 3)砂轮磨削表面须经常修整。 4)磨刀时，操作者应尽量避免正对砂轮，以站在砂轮侧面为宜。一台砂轮机以一个人操作为好，不允许多人聚在一起。 5)磨刀时，不要用力过猛，以防打滑而伤手。 6)使用平型砂轮时，应尽量避免在砂轮端面上刃磨。 7)刃磨高速钢车刀时，应及时冷却，以防切削刃退火使硬度降低。而刃磨硬质合金刀头车刀时，则不能把刀体部分置于水中冷却，以防刀片因骤冷而崩裂。 8)刃磨结束，应随手关闭砂轮机电源。 提问:刀具的磨损主要有哪些形式, 为保证合理的刀具寿命，应如何选用切削用量, 任务五:工件的定位方式 确定工件加工时在机床上或机床夹具中占有正确位置的过程称为定位。 一、六点定位原理 任何工件在空间直角坐标系中都有6个自由度，如图2-23所示，沿X、Y、Z 3个坐标轴的移动(用符号 表示)和绕X、Y、Z 3个坐标轴的转动(用符号 表示)。因此，要想确定工件的正确位置，就必须使定位元件所相当的支承点数刚好为6个来限制工件的6 个自由度。6 个支承点应按3、2、1 的数目分布在3个相互垂直的坐标平面上，这即为六点定位原理。 图2-24所示为一长方形工件的六点定位，在夹具的三个相互垂直的平面内共布置了六个支承点。其中XOY 平面的三个支承点限制了工件的 三个自由度;XOZ平面的两个支承点限定了和两个自由度;YOZ平面的一个支承点限定了这最后一个自由度，零件的空间位置便完全确定了这种工件的6个自由度完全被限制的定位方式称完全定位。 图2-23 自由刚体的六个自由度 图2-24六点定位原则 二、常见的定位方式 (1)完全定位 工件六个自由度全部被限制的定位称为完全定位。如图2-25a所示工件。 (2)不完全定位 根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度的定位称为不完全定位如 图2-25b所示工件 a 完全定位 b 不完全定位 图2-25完全定位和不完全定位 (3)过定位 两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个自由度的定位称为过定位。如图2-26所示，齿轮的大端面限制了 三个自由度，心轴限制 四个自由度，其中 被两个定位元件重复限制。。当工件的刚度好时，应该尽量避免过定位，以免引起定位干涉而达不到定位要求。在实际加工中，有时为增加工件安装的刚性而采用辅助支承，由此引起的过定位是允许的。 图2-26齿轮的过定位 (4)欠定位 根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全限制的定位。欠定位无法保证加工要求，所以是不允许的。 提问:用车床卡盘装夹工件车削时，是否属于完全定位，分别限制了哪几个自由度, 提示:分析零件所需限制的自由度，应考虑以下两方面的因素: (1)零件的工序要求; (2)实际安装需要。 三、常用定位元件 六点定位原则是工件定位的基本法则，用于实际生产时起支承作用的是有一定形状的几何体，这些用于限制工件自由度的几何体即为定位元件。常用定位元件已经标准化(详见国家标准《机床夹具零件及部件》)，在夹具设计中可直接选用。但在设计中也有不便采用标准定位元件的情况，这时可参照标准自行设计。设计时应注意:定位元件首先要保证零件准确位置。同时还要适应零件频繁装卸以及承受各种作用力的需要。因此，定位元件应满足下列基本要求: (1) 应具有足够的精度。定位元件的精度直接影响零件在夹具中的定位误差。因此，定位元件的精度，应能够满足零件工序加工精度对定位精度的需要。通常定位元件的尺寸精度取IT6,IT8;表面粗糙度值取R a 0.2μ m ~ 1.6μm 。 (2) 应有足够的刚度和强度。在零件的装夹和切削加工过程中，定位元件不可避免地要承受零件的撞击力、重力、夹紧力和切削力等的作用。为了保证零件的加工精度，定位元件必须要有足够的刚度和强度，以减小其本身变形和抗破坏能力。 (3) 应有一定的耐磨性。在大批量生产中，为了保证零件在夹具中定位精度的稳定性，就要求定位元件应有一定的耐磨性，也就是定位元件应有一定的硬度，其硬度一般要求为HRC58,HRC65。一般对较大尺寸的定位元件，采用优质低碳结构钢20钢或优质低碳合金结构钢20Cr，表面渗碳深度0.8mm,1.2mm，然后淬火;对较小尺寸的定位元件，一般采用高级优质工具钢T7A、T8A 等直接淬火。由于定位元件的限位面要与零件的定位面相接触或配合，因此定位元件限位面的形状、尺寸取决于零件定位面的形状和尺寸。按照零件定位面的不同，现对常用定位元件的介绍如下。 1. 平面定位的定位元件 当零件定位面是平面时，常用的定位元件有固定支承、可调支承和自位支承，这些支承统称为基本支承。其中固定支承是指支承钉和支承板，因为它们一旦装配在夹具上后，其定位高度尺寸是固定的、不可调整的。 1) 支承钉 图2-27是标准支承钉的结构。A 型是平头支承钉。用于对已经加工过的精基准定位，当多个该型支承钉的限位面处于同一平面时，对其高度尺寸H 应有等高要求。一般通过配磨支承钉限位面实现。B 型支承钉的限位面是球面，用于定位没有经过加工的毛坯面。以提高接触刚度。C 型支承钉常用于侧面定位，以便利用其网纹限位面提高摩擦系数，增大摩擦力。 A 型 B型 C型 图2-27支承钉 支承钉可直接安装在夹具体上，与夹具体孔的配合采用H7/r6。如果支承钉需要经常更换时，可加衬套，衬套与夹具体的配合采用H7/r6，支承钉与衬套的配合采用H7/js6。 2) 支承板 标准支承板是通过螺钉安装在夹具体上，其结构有两种，如图2-28所示。A 型支承板结构简单，但 安装螺钉沉头孔部位易落入切屑且不易清理，会影响限位面定位的准确性，因此主要用于侧面和顶面定位。B 型支承板在安装螺钉部位开有斜槽，槽深约为1.5mm,2mm，螺钉安装后，其顶面与槽底面平齐或略低，因此落入沉头孔部位的切屑不会影响定位的准确性，比较适合用于零件的底面定位。标准支承板的形状均为狭长形，当用多块支承板构成大平面时，应注意各支承板高度尺寸H 的一致性，可以采用一次磨出或配磨的方法保证H尺寸的一致性。 A 型 B型 图2-28支承板的结构 3) 可调支承 当支承高度需要在一定范围内变化时，常采用图2-29所示的可调支承。其中，图a 为手动调整，适用于小型零件的定位。图(c)可用扳手操作，适用于大、中型零件的定位。对重载或频繁操作的可调支承，为保护夹具体不受破坏，应采用图(b)结构，以便可调支承的更换。 可调支承利用螺纹副实现调整，由于螺纹副易于松动，因此必须设有防松措施，图2-29所示的螺母就是防松的。可调支承的主要应用范围有:批量化加工时的粗基准定位，以适应不同批毛坯的尺寸变化;可调夹具中用于满足零件系列尺寸变化的定位;成组夹具中需要可调的定位元件。 (a) (b) (c) 图2-29可调支承结构 2. 圆柱孔定位的定位元件 当零件定位面是圆柱孔时，相应的定位元件的限位面就应是外圆柱面。常用的这类定位元件有心轴、定位销和定心夹紧装置。但有时也用零件圆柱孔口的孔缘定位，这时的定位元件用锥销。 1) 定位销 按安装方式，定位销有固定式和可换式两种。根据对零件自由度限制的需要，定位销又有圆柱定位销和削边销之分，如图2-30所示。 (a) (b) (c) (d) (e) 图2-30定位销的结构 图(a)、(b)、(c)为固定式定位销，图(d)为削边销，图(e)为可换式定位销。当D?10mm时，为提高限位面与台肩连接处强度，避免应力集中，用半径为1mm 的圆弧过渡连接，但要注意:零件定位孔不可与过渡圆弧配合，如图(a)所示。定位销的台肩是用于确定其本身在夹具体上安装时的轴向位置，一般不用它限制零件的自由度。当D,18mm 时，为了节省材料、方便加工，一般不再专门做出定位销的台肩。当只需要限制零件一个自由度时，采用图(d)所示削边销。大批量生产时，为定位销磨损后更换上的方便，可采用图(e)所示结构，这时要加装衬套。 固定式定位销一般直接与夹具体上的孔配合，其配合采用基孔制H7/r6。如果装有衬套，定位销与衬套按基轴制(H7/h6)制造，衬套与夹具体按基孔制(H7/r6)制造。 2) 定位心轴 定位心轴主要用于对套筒类和盘类零件的定位，在车床、磨床、铣床和齿轮加工机床上进行加工。 -31 就是两种心轴的根据与零件定位孔配合性质的不同，将心轴分为过盈心轴和间隙心轴两种，图2 结构图(a)所示为过盈心轴。是依靠过盈量产生的摩擦力来传递扭矩，心轴与零件孔一般采用H7/r6配合。过盈心轴由三部分构成:两侧铣扁的传动部分1，心轴工作部分2，方便零件装入的导向部分3，当零件孔的长径比L/D,1 时，为了零件安装方便和有较高的定心精度，心轴的定位工作部分可采用圆锥心轴，其锥度一般取1/1000,1/8000。过盈心轴的特点是:定心精度较高，可同时加工零件孔的端面，但零件安装麻烦。图b 所示为间隙心轴，零件在心轴工作部分2 上定位，同时靠在心轴台肩上限制轴向移动，通过开口垫圈4，用螺母5 将零件拧紧，心轴靠铣扁传动部分1传动。零 件与心轴一般采用基轴制间隙配合(H7/g6 或H7/f6)。间隙心轴的特点是:零件装夹方便，但定心精度差，且无法同时加工端面。 图2-31 常见心轴的结构 3) 圆锥销 7.14 为圆柱孔的孔缘在圆锥销上定位的示例。当零件定位孔为毛坯孔时，为了减少 图 孔缘部分毛刺对定位的影响，一般采用图2-32(a)所示结构。图2-32(b)用于精基准定位。 (a) (b) 图2-32 圆锥销 3. 零件以外圆柱面定位的定位元件 当零件以外圆柱面作定位基准时，根据零件外圆柱面的结构特点、加工要求和装夹方式，可以采用V 形块、套筒、半圆套、圆锥孔及定心夹紧装置等实现零件定位。 1) V形块 图7.15 为常用V 形块的结构形式。图2-33(a)用于较短的精基准定位;图2-33(b)用于较长的粗基准定位;图2-33(c)用于较长的精基准定位;当零件直径较大且长度也大时，V形块一般采用铸铁底座、镶淬火钢板结构，如图2-33(d)所示。除长短大小之分，V 形块还有固定式、活动式和调整式之分。固定式V 形块通过螺钉和销钉直接安装在夹具体上。安装时，一般先将V形块在夹具体上的位置调整好，用螺钉拧紧，再配钻、铰销钉孔，然后安装销钉。 (a) 短V 形块 (b) 整体式长V 形块 (c) 分体式长V 形块 (d) 大型长V 形块 图2-33V形块的结构形式 一般V 形块两斜面间夹角α 有60?、90?和120?三种，在定位设计中多采用夹角为90?的V 形 -34进行计算。 块。非标准V形块设计时，其主要结构尺寸可按图2 图2-34 V形块的主要结构尺寸计算 V 形块的主要结构标注尺寸有: D——V 形块检验心轴直径，即定位零件的标准直径，mm; H——V 形块的高度，mm; α ——V 形块两斜面夹角，度(?); T——V 形块的标准定位高度，mm。 V 形块定位的优点是:定位对中性好。即零件定位基准轴线总在V 形块对称面上，不受零件定位面尺寸变化的影响;适应面广，不但可用于粗基准定位，也可以用于精基准定位，不但可用于圆柱面定位，也可用于局部圆弧面定位;零件装夹方便。 2) 定位套筒 套筒一般直接安装在夹具体上的孔中，零件定位外圆面与其孔一般采用基孔制配合(H7/g6)。套筒定位结构简单，主要用于精基准定位。套筒有长、短之分，其定位孔常与端面构成组合限位面，共同约束零件自由度。定位套筒的常见结构如图2-35所示。 图2-35 常见定位套筒结构 【例】:下图中，钻、扩、铰9H7孔，其余表面均已加工，请确定加工需要限制的自由度数。 图2-36 分析零件加工必须限制的自由度 【解】分析 (1)保证尺寸20 ? 0.05mm，需要限制的自由度为: (2)保证垂直度0.05mm时，需要限制的自由度为: (3)保证9H7孔中心对称分布于尺寸26mm的中心线，需要限制的自由度为: 综合上述可知，本工序要限制的自由度为: 等五个自由度。 提问:定位元件的技术要求是什么,常用的定位元件有哪些, 任务六:机床夹具 机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受加工或 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。 一、机床夹具的主要功能 在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作，具体如下: (1)保证加工精度 用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证加工精度。 (2)提高生产效率 机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率。 (3)减轻劳动强度 机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以减轻工人的劳动强度。 (4)扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如，在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有镗床的功能。 二、机床夹具的分类 1(按夹具的应用范围分类 (1)通用夹具 通用夹具是指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具，例如，车床用的三爪卡盘和四爪卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。 (2)专用机床夹具 专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。 (3)组合夹具 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合夹具结构灵活多变，设计和组装周期短，夹具零部件能长期重复使用，适于在多品种单件小批生产或新产品试制等场合应用。 (4)成组夹具 成组夹具是在采用成组加工时，为每个零件组设计制造的夹具，当改换加工同组内另一种零件时，只需调整或更换夹具上的个别元件，即可进行加工。成组夹具适于在多品种、中小批生产中应用。 (5)随行夹具 它是一种在自动线上使用的移动式夹具，在工件进入自动线加工之前，先将工件装在夹具中，然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个工位，直到工件在退出自动线加工时，才将工件从夹具中卸下。随行夹具是一种始终随工件一起沿着自动线移动的夹具。 2(按使用机床类型分类机床类型不同，夹具结构各异，由此可将夹具分为车床夹具、钻床夹具、铣 床夹具、镗床夹具、磨床夹具和组合机床夹具等类型。 3(按夹具动力源分类 按夹具所用夹紧动力源，可将夹具分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等。 三、机床夹具的组成 夹具一般由下列元件或装置组成: (1)定位元件 定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。 (2)夹紧装置 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。 (3)对刀元件、导向元件 对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定(或引导)刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如钻套、镗套、对刀块等。 (4)连接元件 夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。 5)其它元件及装置 根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置( 和辅助支承等装置。 (6)夹具体 夹具体是用于连接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具通过夹具体与机床连接。 定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其它部分可根据需要设置。 四、工件的夹紧 夹紧的目的就是使工件在夹具中的定位，不致加工中受切削力、重力、离心力和惯性力等作用而产生位移或振动，从而保证加工精度的实现和安全生产。 1.对夹紧装置的基本要求 夹紧装置应满足下列基本要求:(1)夹紧时不能破坏工件的定位。(2)夹紧力大小应适当，工件的夹紧变形和受压面损伤不超出允许范围，且夹紧可靠，加工中不松动。(3)结构简单合理，夹紧动作迅速，操作方便、省力和安全。(4)夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调和补偿。 2. 夹紧装置的组成 夹紧装置由力源和夹紧两大部分组成。 (1)力源部分。对于力源来自机械或电力的，一般称为传动装置。常用的有气压、液压、电力等传动装置。力源来自人力的，则称为手动夹紧机构。 (2)夹紧部分。接受和传递力源原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分。一般由下列元 件或机构组成:(1)中间递力机构。是介于力源和夹紧元件之间的机构，其作用是将原始作用力传递给夹紧元件，并能改变原始作用力的方向、大小，还具有一定的自锁性能。(2)夹紧元件。是夹紧装置最终执行元件，通过它和工件受压面接触完成夹紧作用。 3. 夹紧力的确定 对夹紧力的确定是指对夹紧力的大小、方向和作用点的确定。在确定夹紧力时，首先要考虑夹具的整体布局问题，其次要考虑加工方法、加工精度、零件结构、切削力等方面对夹紧力的不同需要。 (1)夹紧力方向的确定原则 夹紧力作用方向主要影响零件的定位可靠性、夹紧变形、夹紧力大小诸方面。选择夹紧力作用方向时应遵循下列原则: 1) 为了保证加工精度，主要夹紧力的作用方向应垂直于零件的主要定位基准，同时要保证零件其他定位面定位可靠。如图2-37 所示，图(a)是正确的，图(b)是错误的。 (a) (b) 图2-37夹紧力作用方向与零件主要定位基准的关系 2) 夹紧力的作用方向应尽量避开零件刚性比较薄弱的方向，以尽量减小零件的夹紧变形对加工精度的影响。例如图2-38中应避免图(a)的夹紧方式，可采用图(b)的夹紧方式。 (a) (b) 图2-38夹紧力作用方向对零件变形的影响 3) 夹紧力的作用方向应尽可能有利于减小夹紧力。假设机械加工中零件只受夹紧力Fj、切削力F 和零件重力FG的作用，这几种力的可能分布如图2-39所示。为保证零件加工中定位可靠，显然只有采用图(a)受力分布时夹紧力Fj最小。 图2-39紧力作用方向对夹紧力大小的影响 (2)夹紧力作用点的确定原则 夹紧力作用点选择，包括作用点的位置、数量、布局、作用方式。它们对零件的影响主要表现在:定位准确性和可靠性及夹紧变形;同时，作用点选择还影响夹紧装置的结构复杂性和工作效率。具体设计时应遵循下列原则: 1) 夹紧力作用点应正对定位元件限位面或落在多个定位元件所组成的定位域之内，以防止破坏零件的定位。如图2-40中，图(a)中夹紧力作用点是不正确的，夹紧时会破坏定位;图(b)的夹紧是正确的。 (a) (b) 图2-40 夹紧力作用点对零件定位的影响 2) 夹紧力作用点应落在零件刚性较好的部位上，以尽量减小零件的夹紧变形。如图2-41 所示，图(a)是错误的，图(b)是正确的。 (a) (b) 图2-41零件刚性对夹紧力作用点选择的影响 3) 夹紧力作用点应尽量靠近零件被加工面，以便最大限度地抵消切削力，提高零件被加工部位的刚性，降低由切削力引起的加工振动。如图2-42所示，夹紧力Fj1、Fj2、不能保证零件的可靠定位，Fj4的作用点距离加工部位较远，因此只有Fj3作用点选择最好。 图2-42夹紧力作用点与零件被加工部位的位置关系 4) 选择合适的夹紧力作用点的作用形式，可有效地减小零件的夹紧变形、改善接触可靠性、提高摩擦因数、增大接触面积、防止夹紧元件破坏零件的定位和损伤零件表面等。针对不同的需要，与零件被夹紧面相接触的夹紧元件的夹紧面应采用如图2-43所示的相应形式。 (a) (b) (c) 图2-43 夹紧力作用点作用形式选择 图(a)用于零件毛坯面粗糙不平，所以对毛坯面夹紧时应采用球面压点。图(b)的零件是薄壁套筒，为了减小零件夹紧变形，应增大夹压面积，以使零件受力均匀。图(c)夹紧力作用点为大面积、网纹面 接触，适用于对零件已加工表面夹紧并可提高摩擦因数。 5) 夹紧力作用点的数量和布局，应满足零件必须可靠定位的需要。如图2-44所示，最好由Fj1和Fj2共同实施对零件的夹紧。 6) 夹紧力作用点的数量和布局，应满足零件加工对刚性的需要，以减小零件的受力变形和加工振动。如图2-45 所示，必须设置夹紧力Fj2以提高零件加工部位的刚性。 图2-44 夹紧力作用点的数量和布局对零件定位可靠性的影响 图2-45夹紧力作用点的数量和布局对零件刚性的影响 (3)夹紧力大小的确定。计算夹紧力时，为安全起见，应在最不利的加工条件下，根据工件所受切削力P或切削力矩M，夹紧力W 以及摩擦力F(或摩擦力矩Mf)对大件还应考虑重力G，建立静力平衡力系，计算出理论夹紧力W’，再乘以安全系数K，得到实际夹紧力W。一般K取1.5,3，粗加时取大值，精加工时取小值。如用卡盘夹紧车削外圆时，见图2-46，夹紧力计算公式为 W’=2KM/(nDƒ) 式中:W’一卡爪产生的夹紧力 M—切削扭矩,N.mm N,卡爪数 D,工件直径，mm ƒ,摩擦系数 图2-46卡盘夹紧车削外圆加工简图 不同的机床夹具夹紧方式不同，夹紧力计算方法也不相同，具体计算可参照有关加工手册，这里不再赘述。 五、常用机床夹具 1.卡盘式车床夹具 卡盘式夹具广泛地应用于通用车床、铣床、钻床及圆磨床上，其夹紧多采用定心夹紧机构，且多具有对称性结构，常用来装夹回转类外形结构的工件。图2-47为斜楔—滑块式定心夹紧卡盘，卡盘靠楔形块2 的轴向移动推动三个滑块卡3 对工件实行定心夹紧。装夹工件时，工件以Ф105内孔套装在三个滑块卡爪上，并以其左端面靠紧端面定位盘1，拉杆螺钉4在气动力或液动力作用下向左移动时，楔形块上的斜楔使3个滑块卡爪同步地径向外移，将工件内孔胀紧。向右移动拉杆螺钉，楔形块放松滑块卡爪，在弹簧销5作用下，滑块卡爪向内收缩，松开工件。 图2-47斜楔—滑块式定心夹紧卡盘 1—定位盘 2—楔形块 3—滑块卡爪 4—拉杆螺钉 5—弹簧销 2. 移动式钻模 移动式钻模是指工件安装到夹具上后，可通过夹具整体的自由移动或夹具局部结构的直线移动来依次完成多个孔的加工的钻模。图2-48为一种移动式钻模，夹具本身具有导轨、移动换位装置，钻完一个孔后，夹具可以带动工件在导轨的引导下进行定向移动，转换孔位。这种结构本身经常具有活动模板，靠模板上的钻套引导钻头，确定孔位。当换位工作只需进行一次时，可以应用图2-19 中挡板限位机构，靠挡板1、2来限定滑板及工件的最终移动位置，进行两孔位的转换。当孔数较多，且孔位精度要求较高时，可采用直线分度对定机构来完成孔位间的转换。 图2-48 移动式钻模 1—右挡板 2—左挡板 3.有镗套镗床夹具 有镗套类镗床夹具上都设置有镗套结构，用来对刀具或镗杆进行引导。这类镗床夹具由于采用镗套直接控制孔位精度，镗孔加工可以不受机床精度的影响，甚至在其他通用机床，如车床，铣床，摇臂钻，立钻上，经过简单的设备改装，都可以用来镗孔。只要具有简单的旋转动力及较严格的进给控制装置，就可以利用支架，镗套系统加工较高精度的大、中型孔及孔系，所以，这类结构常被应用于各种技术革新及设备改造中对单件、小批量的工件镗孔加工。图2-49为一部加工车床尾座主轴孔的镗床夹具，其镗套引导结构为前、后单套引导结构。工件安装位置设置在夹具前、后镗套的中间部位，是一种最普遍的箱类工件镗孔设置方式。为保证工件孔的轴线相对前工序已加工好的底面间的平行度及相对底面横向小导轨表面间的垂直度要求，工件直接以底平面作为第一定位基准面，以底面横导轨的垂直侧面作第二定位基准面，以整个工件底部凸缘的一侧面作第三定位基准面(见图2-49)，夹具以定位板3、4 所组成的平面为工件提供第一定位基准依据三个定位点，以定位板3上的垂直导向窄面为工件提供第二定位基准依据两个定位点，以支撑钉7为工件提供最后一个点，使工件实现六点定位。工件的夹紧采用联动夹紧机构。拧紧螺钉6，杠杆式压板5压向工件，同时通过拉杆带动压板8使工件夹紧。镗杆10 穿在前、后镗套2中，并通过浮动接头与主轴相连接。 图 2-49 车床尾座孔镗模 1—支架 2—镗套 3、4—定位板 5、8—压板 6—夹紧螺钉 7—可调支撑钉 9—镗模底座 10—镗刀杆 11—浮动接头 提问:夹具一般由哪些元件或装置组成, 任务七 零件结构的切削加工工艺性和基准 一、零件结构工艺性 零件结构工艺性是指制造和装配时的可行性和经济性。根据使用要求所设计的零件结构，在毛坯生产、切削加工、热处理等生产阶段都能用高效率、低消耗和低成本的方法制造出来，并便于装配和拆卸，则说明该零件具有良好的结构工艺性。 对于模具而言，在模具的整个制造过程中，零件切削加工所耗费的工时和费用最多，因此零件结构的切削加工工艺性非常重要。为使零件在切削过程中具有良好的工艺性，对零件结构设计提出了以下几方面的要求。 (1)加工表面的几何形状应尽量简单，尽可能布置在同一平面上或同轴线上; (2)不需要加工的毛面不要设计成加工面，要求不高的面不要设计成高精度、低粗糙度的表面; (3)有相互位置精度要求的各个表面，最好能在一次安装中加工; (4)应使定位准确，夹紧可靠，便于加工，易于测量; (5)尽量使用标准刀具和通用量具，减少专用刀具和专用量具的设计和制造; (6)结构应与采用高效机床和先进的工艺方法相适应。 表2-8便于安装和加工的部分零件结构举例 序号 结构工艺性差结构(A) 结构工艺性好结构(B) 说明 双联齿轮中间1 必须设计有越程槽，保证小齿轮可以插削 原设计的两个2 键槽，需要在轴用虎钳上装夹两次，改进 后只需要装夹一次 结构A 底座上3 的小孔离箱壁太近，钻头向下引进时，钻床主轴碰到箱壁。改进后底 板上的小孔与箱壁留有适当的距离 当从功能需要4 出发设计如图示的水平孔时，必须增加工艺孔才能加 工，打通后再堵上。 结构凸台表面5 尽可能在一次走刀中加工完毕。以减少机床的调整次数 加工面减少，6 减少材料和切削刀具的消耗，节省工时，且易保证平面 度要求 加工结构A 上7 的孔时，钻头容易引偏 减少孔的加工8 深度，避免深孔加 工，同时也节约了材料 为方便加工，9 螺纹应有退刀槽 为了减少刀具10 种类，轴上的砂轮退刀槽宽度尽可能分别一致 内螺纹的孔口11 应有倒角，以便顺利引入螺纹刀具 结构B 可以减12 少加工面积，同时也容易保证加工精度，而结构A 则不行 在磨削圆锥面13 时，结构A 容易有碰伤圆柱面，同时也不能对圆锥全长上进行磨削， 结构B 则 可方便磨削 结构A 的加工14 表面设计在箱 体里面，不易 加工 在同一轴线上15 的孔，孔径要 两边大、中间 小或依次递 减，不能出现 两边小、中间 大的情况 二、基准的概念 零件的各种不同的形状，是由许多表面以各种不同的组合形式构成的，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。基准是确定零件(或部件)上某些点、线、面的位置时所依据的点、线、面，即基准是零件本身上的或者是与零件有关的面、线或点，根据这些面、线或点来确定零件上的另一些面、线或点的位置。按其作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准，工艺基准又可分为定位基准、测量基准和装配基准，定位基准又可分为粗基准和精基准。 1.设计基准 是标定零件设计图上的某些面、线或点的位置时所依据的面、线或点。零件图上标出的尺寸称为设计尺寸。设计人员从零件在产品中的工作性能出发，在零件图上用一定的尺寸或相互位置关系要求，来确定各表面的相对位置。如图2-50所示的轴套中，轴线是内圆和外圆的设计基准，端面B是台阶面C、槽面D、端面E的设计基准。 图2-50 导套零件图 2.工艺基准 工艺基准是在制造零件和安装机器的过程中所使用的基准。按用途不同可分为以下三种: (1)定位基准 是指在加工时，工件在机床或夹具中定位用的基准。例如，轴类零件常用顶尖孔作为车磨工序的定位基准。若作为定位基准的表面是加工过的面，则称为精基准;若是未加工过的面，则称为粗基准。当工件上没有合适的表面作为工艺基准时，为满足工艺需要有时在工件上专门做出定位基准面，这种定位基准称为辅助基准。例如，轴类零件的中心孔。 (2)测量基准 是指零件检验时，用于测量被加工表面的尺寸和位置的基准。如图2-21所示，轴套内孔D 是检验表面B 端面跳动和直径40H7外圆径向跳动的测量基准，表面A是检验长度尺寸L和l 的测量基准。 (3)装配基准 是指装配时用于确定零件在部件或产品中位置的基准。如上述轴套用内孔作为装配基准。 工艺人员在工艺规程中的每个工序图中标定被加工表面位置时所依据的面、线或点称为原始基准。原始基准是该工序中零件的定位基准或测量基准，而标定被加工表面位置的尺寸称为原始尺寸。 提问:何谓基准,工艺基准按用途不同可分为哪几种, 三、基准的选择 1. 粗基准的选择 为使所有加工表面都有足够的加工余量和保证各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度，粗基准选择应遵守以下原则。 (1)选择工件上的不加工表面作为粗基准，如果零件上有不需加工的表面，则应选择该面作粗基准，以保证不加工表面与加工表面之间的相互位置精度。如图2-51所示的套筒法兰，以不需加工的外圆表面作基准，不但可以保证各加工表面与外圆表面之间具有较高的同轴度或垂直度，而且套筒厚度均匀，在一次安装中加工出大部分需要加工的表面。 当零件上有几个不需加工的表面时，应选择与加工表面之间相互位置精度要求较高的表面作粗基准。 图 2-51 套筒法兰的粗基准 (2)选择重要表面或加工余量最小的表面作为粗基准 若工件上的所有表面都需加工，应选择工件上的重要表面或加工余量最小的表面作为粗基准，可使各加工表面都有足够的加工余量，并使重要表面的余量均匀。如图2-52所示的车床床身，导轨面要求耐磨，因此加工时，希望导轨面只切除一层薄而均匀的金属，使其表面保留组织均匀、耐磨性好且硬度高的铸件表面层，故应选择导轨面作为粗基准，先加工床身底平面(图2-52a)，然后以底平面为精基准加工导轨面(图2-52b)。 图2-52车床床身的粗基准 (3)选择较为平整光洁、面积较大的表面作粗基准 这是为了保证定位准确，夹紧牢靠。不宜选择有浇口、冒口、飞边的表面和毛坯分型面等作粗基准。 (4)粗基准一般只能使用一次，尽量避免重复使用 因为粗基准本身是毛坯面，精度和表面粗糙度很差，如果重复使用会导致加工表面产生较大的位置误差。 2.精基准的选择 粗基准使用一次后，零件就应该用精基准定位，为保证零件的加工精度，精基准选择应遵守以下原则。 (1)基准重合原则 主要考虑减少由于基准不重合而引起的定位误差，即选择设计基准作为定位基准，以避免因基准不重合而引起的定位误差。 (2)基准同一原则 应使尽可能多的表面加工采用同一个精基准。采用同一基准可以简化加工工艺和夹具的设计与制造工作，减少加工中的位置误差。如轴类零件的加工通常采用中心孔作为基准，采用顶尖装夹工件，这样既保证了各个外圆表面的同轴度，又可提高生产效率。 (3)互为基准原则 为了获得小而均匀加工余量和较高的位置精度，采用反复加工，互为基准，如图2-52齿轮在进行精密加工时，采用先以齿面为基准磨削齿轮内孔，再以磨好的内孔为基准磨齿面，从而保证磨齿面余量均匀，且内孔与齿面又有较高的位置精度。 图2-52 齿轮 (4)一般要求 选择精基准时，要求定位准确、稳定可靠，并能使夹具结构简单、操作方便。在实际生产中，选择精基准时不一定能完全符合上述原则，需要根据具体情况进行全面分析，选出最有利的定位基准。 提问 提问:粗、精基准的选择原则有哪些,为什么在同一尺寸方向上粗基准一般只允许使用一次, 任务八 工艺规程的拟订 工艺规程是指导生产的技术文件，它必须满足产品质量、生产率和经济性等多方面要求。工艺规程应适应生产发展的需要，尽可能采用先进的工艺方法。但先进的高生产率的设备成本较高，因此，所制订的工艺规程必须经济合理。 一、制订工艺规程的要求 零件的工艺规程就是零件的加工方法和步骤。它的内容包括:排列加工工艺(包括热处理工序)，确定各工序所用的机床、装夹方法、度量方法、加工余量、切削用量和工时定额等。将各项内容填写在一定形式的卡片上，这就是机械加工工艺的规程。.制订工艺规程的要求如下 不同的零件，由于结构、尺寸、精度和表面粗糙度等要求不同，其加工工艺也不同。同一零件，由于生产批量、机床设备以及工、夹、量具等条件的不同，其加工工艺也不尽相同。在一定生产条件下，一个零件可能有几种工艺方案。合理的加工工艺必须能保证零件的全部技术要求;在一定的生 产条件下，使生产率最高，成本最低;有良好、安全的劳动条件。因此，制订一个合理的加工工艺，除须具备一定的工艺理论知识和实践经验外，还要深入工厂或车间，了解生产的实际情况。 二、 制订工艺规程的步骤 1.零件的工艺分析 最好先熟悉一下有关产品的装配图，了解产品的用途、性能、工作条件以及该零件在产品中的地位和作用。然后根据零件图对其全部技术要求做全面的分析，然后从加工的角度出发，对零件进行工艺分析，其主要内容有: (1)检查零件的图纸是否完整和正确，分析零件主要表面的精度、表面完整性、技术要求等在现有生产条件下能否达到。 (2)检查零件材料的选择是否恰当，是否会使工艺变得困难和复杂。 (3)审查零件的结构工艺性，检查零件结构是否能经济地、有效地加工出来。 2. 毛坯的选择 毛坯的选择对经济效益影响很大。因为工序的安排、材料的消耗、加工工时的多少等，都在一定程度上取决于所选择的毛坯。毛坯的类型一般有型材、铸件、锻件、焊接件等。具体选择要根据零件的材料、形状、尺寸、数量和生产条件等因素综合考虑决定。单件、小批量生产轴类零件时，一般采用自由锻毛坯;成批生产中小轴类零件时，一般采用模锻毛坯;单件、小批量生产箱体零件时，一般采用砂型铸造毛坯;成批生产中小箱体零件时，一般采用金属型铸造毛坯。 3. 定位基准的选择 在拟订加工路线之前，先要选择工件的粗基准与主要精基准，轴类零件的主要精基准一般选用两端的中心孔作为主要精基准。盘套类零件的主要精基准一般是以中心部位的孔作为主要精基准。支架箱体类零件的主要精基准一般采用机座上的主要平面作为主要精基准加工各轴承支承孔，以保证各轴承支承孔之间以及轴承支承孔与主要平面的位置精度要求。 4(工艺路线的拟订 拟订工艺路线就是把加工零件所需要的各个工序按顺序排列起来，它主要包括以下几个方面。 (1)加工方案的确定:根据零件每个加工表面(特别是主要表面)的精度、粗糙度及技术要求，选择合理的加工方案，确定每个表面的加工方法和加工次数。在确定加工方案时还应考虑以下几方面的内容。 1)被加工材料的性能及热处理要求。例如，强度低、韧性高的有色金属不宜磨削，而钢件淬火后一般要采用磨削加工。 2)加工表面的形状和尺寸。不同形状的表面，有各种特定的加工方法。同时，加工方法的选择与加 工表面的尺寸有直接关系。如直径大于80mm的孔采用镗孔或磨孔进行精加工。 3)还应考虑本厂和本车间的现有设备情况、技术条件和工人技术水平。 (2)加工阶段的划分:当零件的精度要求较高或零件形状较复杂时，应将整个工艺过程划分为以下几个阶段。 1)粗加工阶段。其主要目的是切除绝大部分余量。 2)半精加工阶段。使次要表面达到图纸要求，并为主要表面的精加工提供基准。 3)精加工阶段。保证各主要表面达到图纸要求。 (3)加工顺序的安排:就是要合理地安排机械加工工序、热处理工序、检验工序和其他辅助工序，以便保证加工质量，提高生产率，提高经济效益。 1)机械加工工序的安排。在安排机械加工工序时，必须遵循以下几项原则。 (1)基准先行。作为精基准的表面应首先加工出来，以便用它作为定位基准加工其他表面。 (2)先粗后精。先进行粗加工，后进行精加工，有利于保证加工精度和提高生产率。 (3)先主后次。先安排主要表面的加工，然后根据情况相应安排次要表面的加工。主要表面就是要求精度高、表面粗糙度低的一些表面，次要表面是除主要表面以外的其他表面。 (4)先面后孔。在加工箱体零件时，应先加工平面，然后以平面定位加工各个孔，这样有利于保证孔与平面之间的位置精度。 2)热处理工序的安排 热处理工序的安排遵循以下的原则。如正火、退火、时效处理和调质等预备热处理常安排在粗加工前后，其目的是改善加工性能，消除内应力和为最终热处理作好组织准备;淬火,回火、渗碳淬火、渗氮等最终热处理一般安排在精加工(磨削)之前，或安排在精加工之后，其目的是提高零件的硬度和耐磨性。 3)检验工序的安排。为了保证产品的质量，除每道工序由操作人员自检以外，还应安排检验工序。 (1)粗加工之后。毛坯表面层有无缺陷，粗加工之后就能看见，此时发现毛坯缺陷，可有效降低生产成本。 (2)工件在转换车间之前。在工件转换车间之前，要检验工件是否合格，以避免扯皮现象的发生。 (3)关键工序的前后。关键工序是最难加工的工序，加工时间长，加工成本高，如在关键工序之前发现工件已经超差，可避免不必要的加工，从而降低生产成本。另一方面，关键工序是最难保证的工序，工件容易超差。因此，关键工序的前后要安排检验工序。 (4)特种检验之前。因为特种检验费用较高，因此，在特种检验之前必须知道工件是否合格。 (5)全部加工结束之后。工件加工完后是否符合零件图纸要求，需要按图纸进行检验。 4)辅助工序的安排。辅助工序主要有表面处理、特种检验、去毛刺、去磁、清洗等。 (1)零件表面处理工序。为了提高零件表面的耐蚀性、耐磨性等可采用电镀、氧化、油漆等方法，一般均安排在加工过程的最后。 (2)特种检验。为了特殊目的而进行的非常规检验。最常用的是无损探伤，例如:X 射线探伤、超声波探伤等用于检验工件内部质量，一般安排在毛坯制造之后，粗加工之前;磁力探伤、荧光探伤等用于检验工件表面层的质量，通常安排在精加工阶段;密封性检验根据情况而定;平衡检验安排在工艺过程的最后。 (3)去毛刺、去磁、清洗等。根据加工过程的具体情况而定。 (4)工序的集中与分散:在制订工艺路线时，在确定了加工方案以后，就要确定零件加工工序的数目和每道工序所要加工的内容。可以采用工序集中原则，也可以采用工序分散原则。 1)工序集中原则。使每道工序包括尽可能多的加工内容，因而工序数目减少。工序集中到极限时，只有一道加工工序。其特点是工序数目少，工序内容复杂，工件安装次数少，生产设备少，易于生产组织管理，但生产准备工作量大。 2)工序分散原则。使每道工序包括尽可能少的加工内容，因而使工序数目增加。工序分散到极限时，每道工序只包括一个工步。其特点是工序数目多，工序内容少，工件安装次数多，生产设备多，生产组织管理复杂。 在制订工艺路线时，是采用工序集中，还是采用工序分散，可根据生产类型、工件尺寸和总量和工艺设备条件综合决定。如单件、小批量生产时，采用工序集中原则;大批、大量生产时，采用工序分散原则。对于大尺寸和大重量的工件，由于安装和运输的问题，一般采用工序集中原则。自动化程度高的设备一般采用工序集中原则，如加工中心、柔性制造系统。 5) 确定加工余量 加工余量是指在加工过程中，从加工表面切除的那层材料的厚度。加工余量又可分为工序余量和总余量。某一表面在同一道工序中切除的材料层厚度，在数量上等于相邻两道工序基本尺寸之差，称为工序余量Zi 。某一表面毛坯尺寸与零件尺寸之差称为总余量Zo 。 总余量等于各工序余量之和。即 根据零件的不同结构，加工余量有单面和双面之分。对于平面(或非对称面)，加工余量单向分布，称为单边余量;对于外圆和内孔等回转表面，加工余量在直径方向上是对称分布的，称为双边余量。 前面所讲的工序余量，是相邻两道工序基本尺寸之差，因而是基本加工余量，也叫公称加工余量。 由于各工序尺寸都有公差，所以实际加工余量值也是变化的。一般工序尺寸公差都是按“入体原则”单向标注。即被包容尺寸的上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸;包容尺寸的下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。加工余量的计算如图2-53所示。 图2-53加工余量及其公差 加工余量的大小对于零件的加工质量和生产率有较大的影响。余量太小时，保证不了加工质量;太大时，既浪费材料又浪费人力物力，因此，合理确定加工余量，对确保加工质量、提高生产率和降低成本都有很重要的意义。影响加工余量的因素有:?上道工序所形成的表面粗糙度值和变质层深度;?上道工序工序尺寸公差;?上道工序已加工表面形状与位置误差;?本工序装夹误差。此外，对于有热处理要求的零件，还要考虑热处理后零件变形的大小和规律对加工余量的影响。 确定加工余量时常采用分析计算、查表修正和经验估计等3 种方法。分析计算法是以一定的试验资料和计算公式，对影响加工余量的各项因素进行分析和综合计算来确定加工余量的方法。这种方法确定的加工余量最经济合理，但需要全面的试验资料，计算也较复杂，实际应用较少。查表修正法是以企业生产实践和工艺试验积累的有关加工余量的资料数据为基础，并结合实际加工情况进行修正来确定加工余量的方法，应用比较广泛。经验估计法是工艺人员根据经验确定加工余量的方法。为了避免产生废品，所估计的加工余量一般偏大，此法常用于单件小批生产。 6)确定工序尺寸及其公差 在确定工序尺寸及其公差时，有工艺基准与设计基准重合和不重合两种情况，在两种情况下工序尺寸及其公差的计算是不同的。当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及公差的计算是比较容易的。其计算顺序是由最后一道工序开始向前推算。首先根据各工序不同的加工方法、加工精度确定所需工序余量，再由各工序余量计算毛坯总余量;最终工序尺寸公差等于设计尺寸公差，其余工序公差按经济精度确定，查有关手册确定;从零件图上的设计尺寸 开始，一直往前推算到毛坯尺寸，某工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量。计算好后，最后一道工序的公差按设计尺寸标注，毛坯尺寸公差为双向分布，其余工序尺寸公差按入体原则标注。现以查表法确定余量以及各加工方法的经济精度和相应公差值。例如某零件孔的设 ，0.035计要求为Ф100，表面粗糙度值Ra=0.8μm，毛坯材料为HT200，其加工工艺路线为毛坯—粗镗0 —半精镗—精镗—浮动镗。则毛坯总加工余量与其公差、工序余量以及工序的经济精度和公差值见表2-9。 表2-9工序尺寸及公差的计算 工序加工精度等级 工序名称 工序加工余量 基本工序尺寸 工序尺寸及公差 及工序尺寸公差 ，0.035，0.035H7() Ф100 0.1 100 浮动镗 00精镗 ，0.054，0.0540.5 100,0.1,99.9 H8() Ф99.9 00半精镗 ，0.14，0.142.4 99.9,0.5,99.4 H10() Ф99.4 00粗镗 ，0.54，0.545 99.4,2.4,97 H13() Ф97) 00毛坯 8 97,5,92 ?1.2 Ф92?1.2 数据确 查表确定 第一项为图样规定第一项图样规定，毛坯公 定方法 尺寸，其余计算得差查表，其余按经济加工 到 精度及入体原则定 在拟定加工工艺时，当测量基准、定位基准或工序基准与设计基准不重合，需通过工艺尺寸链原理进行工序尺寸及其公差的计算。在零件加工(测量)或机械的装配过程中，遇到的尺寸不是孤立的，往往是相互联系的。这种按一定顺序连接成封闭形式的关联尺寸组合称为工艺尺寸链。按尺寸链在空间分布的位置关系，可分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。如图2-54 所示零件，先按尺寸A加工台阶，再按尺寸A加工左右两侧端面，而A由A和A所确定，即A,A―A。那么，这21012012些相互联系的尺寸组合A、A和A就是一个工艺尺寸链。 120 图2-54 零件加工与测量中的尺寸关系图 通过以上分析可以知道，工艺尺寸链的主要特征是:?封闭性，即互相关联的尺寸必须按一定顺序排列成封闭的形式;?关联性，指某个尺寸及精度的变化必将影响其他尺寸和精度的变化，即它们的尺寸和精度互相联系、互相影响。 工艺尺寸链中各尺寸简称环。根据各环在尺寸链中的作用，可分为封闭环和组成环两种。 (1) 封闭环(终结环)是工艺尺寸链中唯一的一个特殊环，它是在加工、测量或装配等工艺过程完成时最后间接形成的。封闭环用A表示。在加工尺寸链中封闭环必须在加工(或测量)顺序确定后才能判0 定。在图2-54所示条件下，封闭环A是在所述加工(或测量)顺序条件下，最后形成的尺寸。当加工0 (或测量)顺序改变，封闭环也随之改变。 (2) 组成环是尺寸链中除封闭环以外的所有环。同一尺寸链中的组成环，一般以同一字母加下角标表示，如A、A 、A 、„。组成环的尺寸是直接保证的，它又影响到封闭环的尺寸。根据组成环对123 封闭环的影响不同，组成环又可分为增环和减环。 ? 增环是在其他组成环不变的条件下，此环增大时，封闭环随之增大，则此组成环称为增环，在图2-54 中尺寸A为增环。为简明起见，增环可标记为Az。 1 减环是在其他组成环不变的条件下，此环增大时，封闭环随之减小，则此组成环称为减环，在图? 2-54 中尺寸A为减环，减环可标记为Aj。 2 当尺寸链环数较多、结构复杂时，增环及减环的判别也比较复杂。为了便于判别，可按照各尺寸首尾相接的原则，顺着一个方向在尺寸链中各环的字母上划箭头。凡组成环的箭头与封闭环的箭头方向相同者，此环为减环，反之则为增环。如图2-55所示尺寸链由4个环组成，按尺寸走向顺着一个方向画各环的箭头，其中A、A的箭头方向与A的箭头方向相反，则A、A为增环;A的箭头130132方向与A的箭头方向相同，则A为减环。需要注意的是:所建立的尺寸链，必须使组成环数最少，02 这样可以更容易满足封闭环的精度或者使各组成环的加工更容易，更经济。 在单件或小批量生产时，工艺尺寸链的计算方法多采用极值法(或称极大极小值法)。 图2-55组成环增减性的判别图 用极值法计算尺寸链的基本公式如下。 封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和，见式(2-1)。 (2-1) 式中:m——为增环的环数; n——为总环数; A——封闭环的基本尺寸。 0 封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和，见式(2-2) (2-2) 封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去减环最大极限尺寸之和，见式(2-3) (2-3) 封闭环的上偏差等于所有增环上偏差之和，减去所有减环下偏差之和。见式(2-4) (2-4) 封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和，减去所有减环上偏差之和。见式(2-5) (2-5) 封闭环的公差等于所有组成环的公差之和，见式(2-6) (2-6) 由式(2-6)可知，封闭环的公差比任一组成环的公差都大。因此，在工艺尺寸链中，一般选最不重要的环作为封闭环。在装配尺寸链中，封闭环是装配的最终要求。为了减小封闭环的公差，应尽量减小尺寸链的环数，这就是在设计中应遵守的最短尺寸链原则。求解工艺尺寸链是确定工序尺寸的一个重要环节，尺寸链的计算步骤一般是:首先正确地画出尺寸链图;按照加工顺序确定封闭环、增环和减环;再进行尺寸链的计算;最后可以按封闭环公差等于各组成环公差之和的关系进行校核。 7) 填写工艺文件 工艺过程拟订之后，将工序号、工序内容、工艺简图、所用机床等项目内容用图表的方式填写成技 术文件。工艺文件的繁简程度主要取决于生产类型和加工质量。常用的工艺文件有以下几种。 (1)机械加工工艺过程卡片:其主要作用是简要说明机械加工的工艺路线。实际生产中，机械加工工艺过程卡片的内容也不完全一样，最简单的只有工序目录，较详细的则附有关键工序的工序卡片。主要用于单件、小批量生产中。 (2)机械加工工序卡片:要求工艺文件尽可能地详细、完整，除了有工序目录以外，还有每道工序的工序卡片。工序卡片的主要内容有:加工简图、机床、刀具、夹具、定位基准、夹紧方案、加工要求等。填写工序卡片的工作量很大，因此，主要用于大批、大量生产中。 (3)机械加工工艺(综合)卡片:对于成批生产而言，机械加工工艺过程卡片太简单，而机械加工工序卡片太复杂且没有必要。因此，应采用一种比机械加工工艺过程卡片详细，比械加工序卡片简单且灵活的机械加工工艺卡片。工艺卡片既要说明工艺路线，又要说明各工序的主要内容，甚至要加上关键工序的工序卡片。 提问:制订工艺规程的步骤有哪些,安排机械加工工序时，必须什么原则, 三、典型零件加工工艺规程 箱体零件是将箱体内部的轴、齿轮等有关零件和机构连接为一个有机整体的基础零件，如机床的床头箱、进给箱，汽车、拖拉机的发动机机体、变速箱，农机具的传动箱等。它们的尺寸大小、结构形式、外观和用途虽然各有不同，但是有共同的结构特点:结构复杂，一般是中空、多孔的薄壁铸件，刚性较差，在结构上常设有加强肋、内腔凸边、凸台等;箱体壁上既有尺寸精度和形位公差要求较高的轴承支承孔和平面。又有许多小的光孔、螺纹孔以及用于安装定位的销孔。因此，箱体类零件加工部位多且加工难度较大。 1. 箱体类零件的技术要求与材料 图2-56所示为CA6140 型车床主轴箱体，以它为例来说明箱体零件的主要技术要求。 图2-56CA6140型车床主轴箱简图 (1) 支承孔本身的精度。轴承支承孔要求有较高的尺寸精度、形状精度和较小的表面粗糙度值。在CA6140 型车床主轴箱体上主轴孔的尺寸公差等级为IT6，其余孔为IT7,IT6;主轴孔的圆度为0.006mm,0.008mm，其余孔的几何形状精度未作规定，一般控制在尺寸公差范围内即可;一般主轴孔的表面粗糙度值Ra=0.4 μm，其他轴承孔Ra=1.6μm，孔的内端面Ra=3.2 μm。 (2) 孔与孔的相互位置精度。在箱体类零件中，同一轴线上各孔的同轴度要求较高，若同轴度超差，会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜，造成主轴径向跳动和轴的跳动，加剧轴承磨损。所以主轴轴承孔的同轴度为0.012mm，其他支承孔的同轴度为0.02mm。箱体类零件中有齿轮啮合关系的相邻孔系之间的平行度误差，会影响齿轮的啮合精度，工作时会产生噪声和振动，降低齿轮的使用寿命，因此，要求较高的平行度，在CA6140型车床主轴箱体各支承孔轴心线平行度为0.04mm,0.06mm /400mm。中心距之差为?(0.05,0.07)mm。 (3) 主要平面的精度。箱体类零件的主要平面M 是装配基准或加工中的定位基面，它的平面度和表面粗糙度将影响主轴箱与床身连接时的接触刚度，加工过程中作为定位基面则会影响主要孔的加工精度。因此有较高的平面度和较小的表面粗糙度值要求。在CA6140型车床主轴箱体中平面度要求为0.04mm，表面粗糙度值Ra=0.63 μm,2.5 μm，而其他平面的Ra=2.5 μm,10 μm。主要平面间的垂直度为0.1/300mm。 (4) 支承孔与主要平面间的相互位置精度。一般都规定主轴孔和主轴箱安装基面的平行度要求，它们决定了主轴与床身导轨的相互位置关系，同时各支承也对端面要有一定的垂直度要求。因此在CA6140 型车床主轴箱体中主轴孔对装配基准的平行度为0.1/600mm。箱体类零件最常用的材料是HT200,400 灰铸铁，在航天航空、电动工具中也有采用铝和轻合金，当负荷较大时，可用ZG200,400、ZG230,450 铸钢，在单件小批生产时，为缩短生产周期，也可采用焊接件。 2. 箱体类零件的加工工艺分析 如前所述，箱体零件结构复杂，加工精度要求较高，尤其是主要孔的尺寸精度和位置 精度。要确保箱体零件的加工质量，首先要正确选择加工基准。 (1) 在选择粗基准时，要求定位平面与各主要轴承孔有一定位置精度，以保证各轴承孔都有足够的加工余量，并要求与不加工的箱体内壁有一定位置精度以保证箱体的壁厚均匀、避免内部装配零件与箱体内壁互相干扰。 (2) 箱体类零件加工工艺过程的特点。箱体类零件的结构、功用和精度不同，加工方案也不同。大批量生产时，箱体零件的一般工艺路线为:粗、精加工定位平面?钻、铰两定位销孔?粗加工各主要平面?精加工各主要平面?粗加工轴承孔系?半精加工轴承孔系?各次要小平面的加工?各次要小孔的加工?重要表面的精加工(本工序视具体箱体零件而定)?轴承孔系的精加工?攻螺纹。 (3) 在加工箱体类零件时，一般按照先面后孔、先主后次的顺序加工。因为先加工平面，不仅为加工精度较高的支承孔提供了稳定可靠的精基准，而且还符合基准重合原则，有利于提高加工精度。加工平面或孔系时，也应遵循先主后次的原则，以先加工好的主要平面或主要孔作精基准，可以保证装夹可靠，调整各表面的加工余量较方便，有利于提高各表面的加工精度。当有与轴承孔相交的油孔时，应在轴承孔精加工之后钻出油孔以免先钻油孔造成断续切削，影响轴承孔的加工精度。箱体类零件的结构一般较为复杂，壁厚不均匀，铸造残留内应力大。为消除内应力，减少箱体在使用过程中的变形以保持精度稳定，铸造后一般均需进行时效处理，对于精密机床的箱体或形状特别复杂的箱体，在粗加工后还要再安排一次人工时效，以促进铸造和粗加工造成的内应力释放。箱体零件上各轴承孔之间，轴承孔与平面之间，具有一定的位置要求，工艺上将这些具有一定位置要求的一组孔称为“孔系”。孔系有平行孔系、同轴孔系、交叉孔系。孔系加工是箱体零件加工中最关键的工序。根据生产规模，生产条件以及加工要求的不同，可采用不同的加工方法。CA6140 型车床主轴箱体的加工工艺见表2-10主轴箱装配基面和孔系的加工是其加工的核心和关键。 表2-10 CA6140主轴箱机械加工工艺过程 工序内容 设备及主要 工序 工序名称 工艺装备 1 铸造 铸造毛坯 2 热处理 人工时效 涂装 上底漆 3 划线 兼顾各部划全线 4 ?按线找正，粗刨顶面R，留量2mm,2.5mm 5 刨 ?以顶面R为基准，粗刨底面M 及导向面N，各部留量为2mm,2.5mm 龙门刨床 ?以底面M 和导向面N 为基准，粗刨侧面O 及两端面P、Q，留量为2mm,2.5mm 6 划 划各纵向孔镗孔线 7 镗 以底面M 和导向面N 为基准，粗镗各纵向孔，各部留量为2mm,2.5mm 卧式镗床 8 时效 ?以底面M 和导向面N为基准精刨顶面R至尺寸 9 刨 龙门刨床 ?以顶面R为基准精刨底面M 及导向面N，留刮研量为0.1mm 10 钳 刮研底面M 及导向N至尺寸 11 刨 以底面M 和导向面N为基准精刨侧面O 及两端面P、Q至尺寸 龙门刨床 以底面M 和导向面N为基准 ?半精镗和精镗各纵向孔，主轴孔留精细镗余量为0.05mm,0.1mm，其余镗12 镗 卧式镗床 好，小孔可用铰刀加工 ?用浮动镗刀块精细镗主轴孔至尺寸 13 划 各螺纹孔、紧固孔及油孔孔线 14 钻 钻螺纹底孔、紧固孔及油孔 摇臂钻床 15 钳 攻螺纹、去毛刺 16 检验 提问:试拟定出下图所示零件的加工工艺规程，零件采用45 钢锻件，成批生产。 项目小结: 机械加工工艺过程是利用机械加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其转变为合格零件的过程。它是由一个或若干个顺次排列的工序组成。每一个工序又可分为一个或若干个安装、工位、工步和走刀等。安排工序时应遵循工序集中与工序分散的原则，并且要合理地安排零件的热处理，制订工艺文件等。对于常见的机械加工要掌握加工刀具材料的工作条件，可根据零件切削要求选择刀具，能对刀具角度进行分析，学会车刀的刃磨。掌握金属切削过程及切削用量要 素。熟悉工件的定位方式，零件结构的机械加工工艺性，分析结构在零件加工和使用中的重要性，能够使用机床夹具对工件进行夹紧和定位。选择合理的加工方法及工艺路线，根据生产条件制定合理工艺规程及工艺文件。 项目练习题: 1. 什么叫生产过程,单件生产和大量生产各有哪些主要工艺特点, 2. 什么叫工艺过程，包含哪些内容, 3. 高速钢和硬质合金的主要性能是什么,各适合做哪些刀具, 4. 弯头车刀刀头的几何形状如习图2-1所示，试分别说明车外圆、车端面(由外向中心进给)时的主切削刃、刀尖、前角γ、后角α、主偏角k r 和副偏角k r ‘。 0 习图2-1 5. 车外圆时，已知零件转速n =320 r/min，车刀进给速度vf =64mm/min，其他条件如习图2-2 所示，试求切削速度vc、进给量 f、背吃刀量ap。 习图2-2 6. 切屑是如何形成的,常见的有哪几种, 7. 积屑瘤是如何形成的,它对切削加工有哪些影响,生产中最有效控制积屑瘤的手段是什么, 8. 试说明车削时的切削用量三要素，并简述粗、精加工时切削用量的选择原则。 9. 刀具的磨损形式有哪几种,在刀具磨损过程中一般分为几个磨损阶段, 10、影响刀具耐用度的主要因素是什么,切削三要素对刀具寿命的影响大小是怎样的,为保证合理 的刀具寿命，如何确定切削用量三要素, 11. 车刀刃磨时的注意事项主要有哪些, 12. 常见的定位方式有哪些,那种定位方式是不允许的, 13. 机床夹具按夹具的应用范围分哪几类, 14. 常用机床夹具是由哪几部分组成的, 15. 夹紧力三要素是什么,夹紧力三要素的确定原则有哪些, 16. 何谓工艺尺寸链,如何确定封闭环、增环和减环, 17. 什么是加工余量、工序余量和总余量, 18. 习图2-3所示零件加工时，设计要求保证尺寸5mm?0.2mm，但这一尺寸不便于测量，只有通过测量L 来间接保证。试求工序尺寸L 及其上下偏差。 19. 在设计需切削加工的零件时，对零件结构工艺性应考虑的一般有哪些? 20. 结合生产实际举例说明结构加工工艺性在实际中的应用。 21. 确定工序的集中和分散有什么原则, 习图2-3 参考数目: 1.侯书林 朱海 主编 机械制造基础(下册)—机械加工工艺基础 第一版 北京 北京大学出版 2006.7 2.于馨芝 王宁 闻济世主编 机械设计、制造工艺、质量检测与标准 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 全书 北京 金版电子出版公司 2003 3.冯道 主编 机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册 北京 机械工业出版社 2003 4.陈宏钧 方向明 马素敏等编 典型零件机械加工生产实例 第一版 北京:机械工业出版社，2005 5.王雅然 主编 金属工艺学 第二版 北京 机械工业出版社 1999 附表 注塑模零件加工工艺卡 工艺过程卡模具零件 产品名称 相机壳模具 零件名称 顶针板 名称 加工工艺 材料 45钢 尺寸 450×210×20 件 数 1件 工工序 工序内容要求 加工工艺设备 备注 序名称 设备 夹具 刀具 量具 号 1 钻孔 钻27个Ø7的通孔 普通平口虎钳 Ø7钻头 游标卡尺 铣床 2 铣沉普通平口虎钳 Ø11铣刀 游标卡尺 以工序1的孔中心作为铣27个Ø11 孔 铣床 沉孔中心 高为6的沉孔 3 钻孔 钻4个Ø8.3 普通平口虎钳 Ø8.3钻头 游标卡尺 的通孔 铣床 4 攻丝 攻4个M10的螺纹 平口虎钳 M10攻丝刀 游标卡尺 以工序3的孔中心作为 攻丝中心 5 钻孔 钻4个Ø22的通孔 普通平口虎钳 Ø9、Ø22钻头 游标卡尺 分步扩孔 铣床 6 铣沉铣4个Ø26高为8的普通平口虎钳 Ø26铣刀 游标卡尺 以工序5的孔中心作为 孔 沉孔 铣床 沉孔中心 7 铣沉铣4个Ø41高为1的普通平口虎钳 Ø41铣刀 游标卡尺 以工序5的孔中心作为 孔 沉孔 铣床 沉孔中心 编制者/日 审核 期 者/日 期