轴类零件加工工艺分析与设计.ppt

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1、机械制造技术工作项目之一：轴类零件的加工工艺分析与设计,机械制造技术工作项目之一：轴类零件的加工工艺分析与设计,1.1 轴类零件的功用与结构,轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。,零 件 的 技 术 要 求,一、表 面 粗 糙 度 二、尺 寸 精 度 三、形 状 精 度 四、位 置 精 度 五、热 处 理,1.2 轴类零件的技术要求,一、表 面

2、 粗 糙 度,指零件的表面微观不平度。在切削加工中，由于振动、刀痕以及刀具与工件之 间的摩擦，在工件已加工表面上不可避免地会产生一些微小的峰谷。即使是光滑的磨削表面，放大后也会发现高低不同的微小峰谷。表面上这些微小峰谷的高低程度称为表面粗糙度，也称微观不平度。,表面粗糙度共分14级：不加工符号：加工符号：表面粗糙度符号：Ra表面粗糙度单位：m不同的加工方法可以达到不同的表面粗糙度。要合理地在图纸上标注表面粗糙度，必须掌握各种加工方法，以及详细了解零件各表面在装配体中的功能。除了外观需要外，一般情况在满足使用要求的情况下，选用较低要求的表面粗糙度，以降低成本。,二、尺 寸 精 度,尺寸精度是指零

3、件加工后的实际尺寸相对于理想尺寸的准确程度。尺寸精度是用尺寸公差来控制的。尺寸公差是切削加工中零件尺寸允许的变动量。在基本尺寸相同的情况下，尺寸公差愈小，则尺寸精度愈高。反之亦然。尺寸精度由尺寸公差等级来确定。尺寸公差等级共有20个等级。,尺寸公差等级为：IT01、IT0、IT1、IT2IT3、IT4T5、IT6、IT7、IT8、IT9、IT10IT11、IT12、IT13、IT14、IT15、IT16、IT17、IT18不同的加工方法，可以达到不同的尺寸公差等级。工程技术人员要使自己的设计合理，必须掌握各种加工方法。在满足使用要求的前提下，一般选用较低的尺寸公差等级，以降低制造成本。,1.标

4、准公差系列,公差等级 标准公差共分20级:IT01、IT0、IT1、IT2、到IT18。IT国际标准公差（ISO Tolerance）的缩写代号 IT7表示标准公差7级。从IT01至IT18，公差等级依次降低，相应的标准公差数值依次增大。,任务1：公差等级的分析与选用,公差等级的选用,1）IT01、IT0、IT1级公差一般用于高精度量块和其它精密标准量块的尺寸。2）IT2IT5级公差用于特别精密的零件尺寸。3）IT5（孔到IT6）级公差用于高精度和重要表面的配合尺寸；4）IT6（孔到IT7）级公差用于零件较精密的配合尺寸；5）IT7IT8级用于一般精度要求的配合尺寸；6）IT9IT10级常用于

5、一般要求的配合尺寸，或精度要求较高的与键配合的槽宽尺寸。7）IT11IT12级公差用于不重要的配合尺寸。8）IT12IT18级公差用于未注公差的尺寸。,三、形 状 精 度,1.直 线 度 2.平 面 度 3.圆 度 4.圆 柱 度,1.直 线 度,直线度是指零件被测素线（如轴线母线、平面交线、平面内直线）直与不直的程度。,2.平 面 度,平面度是指零件被测平面要素平整的程度。,3.圆 度,圆度是指零件的回转表面（圆柱面、圆锥面、球面等）横剖面上的实际轮廓圆和理想圆相差的程度。,4.圆 柱 度,圆柱度是指零件上被测圆柱轮廓表面的实际形状对理想圆柱相差的程度。,四、位 置 精 度（基准概念）,1.

6、平 行 度 2.垂 直 度 3.同 轴 度 4.圆 跳 动 5.对 称 度,1.平 行 度,平行度是指零件上被测要素（面或直线）相对于基准要素（面或直线）平行的程度。,1.定向位置公差平行度,被测实际要素相对于基准要素的方向成0的要求。,以平面为基准的平行度公差带,2.垂 直 度,垂直度是指零件上被测要素（面或直线）相对于基准要素（面或直线）垂直的程度。,定向位置公差垂直度,被测实际要素相对于基准要素的方向成90的要求。,以轴线为基准的 垂直度公差带,3.同 轴 度,同轴度是指零件上被测回转表面的轴线相对于基准轴线同轴的程度。,定位位置公差同轴度,要求被测实际要素与基准要素同轴。,同轴度公差带

7、,4.圆 跳 动,圆跳动是指零件上被测回转表面相对于以基准轴线为轴线的理论回转面的偏离度。,5.对称度,对称度常用在具有对称结构的沟或槽处，例如轴系传动中的轴径与轴上零件的配合。例如当齿轮、蜗轮、皮带轮安装在轴上时，需要靠键实现连接和传递扭矩。此时轴上的键槽和轮毂孔内的键槽必须对中心线对称，否则很难装配。,（四）形位公差的选用,(1)一般形状公差应比位置公差小：同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值。如同一平面上，平面度公差值应小于该平面对基准的平行度公差值。(2)表面粗糙度与形状公差的大概的比例关系：通常，表面粗糙度的Ra值可取为形状公差值的(20%25%)。,1.2 轴类零件的技术要求

8、,(1)加工精度 1)尺寸精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精 度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级，精密的轴颈也可达IT5级。,2)几何精度 轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。,3)相互位置精度 轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为0.01-0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。

9、,(2)表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra值为0.63-0.16 m；配合轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5-0.63 m,任务2：分析零件图，确定支撑轴颈的公差尺寸。选择加工、测量所用的刀具和量具。零件机械加工时，哪些要素应着重保障？,1.3 轴类零件的材料和毛坯,常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢 对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢 40Cr经调质处理后具有较好的综合力学性能 若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、

10、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢,(2)轴类零件的毛坯,轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件。内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。,工件材料的切削加工性分级,高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料。,改善工件材料切削加工性的途径,1.进行适当的热处理将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。对于性质很软、塑性很高的低碳钢,加工时不易断屑、容易硬化。往往采用正火的办法,提高其强度和硬度、降低韧性,从而改善其切削加工性。对于硬度很高的高碳工具钢,加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的办法,降低其硬度,从而改善其切削

11、加工性。2.改变加工条件 合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。,1.4 外圆表面的加工方法和加工方案,1、外圆表面的加工方法及加工精度 外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。,第二节 外圆表面加工,一、外圆表面的车削加工1、加工方法1)粗车主要任务：以去除余量

12、为目的，以提高生产率为目标。切削用量：背吃刀量和进给量较大，切削速度较低；刀具参数：主偏角较大，前、后角较小，刃倾角为负值加工精度：IT12-11，Ra50-12.5,返回,2)精车主要任务：保证加工精度和表面质量。切削用量：背吃刀量和进给量较小，切削速度 较高；刀具参数：前、后角较大，刃倾角为正值；加工精度：IT 8-7(6)，Ra 1.6-0.8,返回,3)精细车 主要任务：以提高加工精度和表面质量为主要任务。切削用量：背吃刀量和进给量极小，切削速度很高；刀具参数：一般采用立方氮化硼、金刚石等超硬材料刀具进行加工。加工精度：IT 6 级以上，Ra 0.4-0.05 用途：多用于有色金属工件

13、的精密加工。,返回,二、外圆表面的磨削加工1、加工方法1)工件有中心支承的外圆磨削纵向进给磨削特点：磨削精度较高，表面粗糙度较小，生产率较低适用：单件小批量生产中磨削较长的外圆表面横向进给磨削(切入磨法)特点：加工精度低，表面粗糙度较大，生产率较高适用：大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面成形表面。,返回,2)工件无中心支承的外圆磨削（无心磨削）,返回,2、外圆磨削的尺寸控制：加工过程中主动测量。3、外圆磨削加工的工艺特点及应用范围 工艺特点：磨粒硬度高，能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件表面；能切除极薄极细的切屑，修正误差的能力强，加工精度高，表面粗糙度较小。应用范围：广泛用于精加工

14、，但不适于加工塑性较大的材料。新形高速磨削和高效磨削得到发展。,返回,三、外圆表面的精整、光整加工定义：精加工后，从工件表面上不切除或切除极薄金属层，用以提高加工表面的尺寸和形状精度、减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。目的：减小表面粗糙度。（提高尺寸精度和形状精度）分类：研磨、超精加工、滚压、抛光,返回,1、研磨,1）原理2)研具：比工件材料软，常用硬度为120-160HBS的铸铁 3)研磨剂：磨料、研磨液、表面活性物质 磨料：刚玉、碳化硅、碳化硼等。研磨液：煤油、汽油、机油、工业甘油等；表面活性物质：油酸、硬脂酸,返回,4)分类：手工研磨、机械研磨 5)工艺特点：设备和研具简单、成本低

15、、容易保证质量。具有较强的对 误差与缺陷的修正能力，能提高加工表面的尺寸精度、形状精度和 减小表面粗糙度。但不能提高位置精度，生产率较低。6)应用：可加工钢、铸铁、硬质合金、光学玻璃、陶瓷等多种材料。,返回,2、超精加工 1)原理：2）工艺特点：设备简单、自动化程度高、操作简便、生产效率高。能减小表面粗糙度，但不能提高工件的加工精度。,返回,任务3：分析确定下列轴零件的加工方案,外圆表面加工方案,车削加工方案的确定,一般根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件表面的车削加工方法及加工方案。(1)加工精度为IT7IT8级、Ra0.81.6m的除淬火钢以外的常用金属，

16、可采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案加工。(2)加工精度为IT5IT6级、Ra0.20.63m的除淬火钢以外的常用金属，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。(3)加工精度高于IT5级、Ra0.08m的除淬火钢以外的常用金属，可采用高档精密型车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工。(4)对淬火钢等难车削材料，其淬火前可采用粗车、半精车的方法，淬火后安排磨削加工。,刀具选择,切削加工的基本知识,项目任务3：金属切削刀具分析与选择,机械加工工艺系统：是机械制造系统的一部分，由机床、夹具、刀具和工件四要素组成。金属切削加工必须具备三个条件：刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的

17、几何参数，即切削角度等；刀具材料应具有一定的切削性能。,3.1 切削加工的基本知识,1.切削运动 刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。分1）主运动 是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。有且仅有一个。运动形式：旋转运动，如车削、镗削的主轴运动，直线运动，如刨削、拉削的刀具运动；运动主体：工件，如车削，刀具，如铣削。,2）进给运动使新切削层不断投入切削。速度较低，消耗功率较少。运动形式：旋转运动、直线运动或两者组合。连续的，如车削；间歇的，如刨削。一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；没有进给运动，如拉削。运动主体：工件，如铣削、磨削，刀具，如车削、钻

18、削。,1.切削运动,3.切削用量,切削用量即切削三要素：切削速度、进给量和切削深度。1）切削速度Vc 指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。各点不同，取最大，m/s。主运动为旋转运动时(如车、钻、铣、镗、磨等)，Vcnd/10 d刀具或工件的最大回转直径mm；n主运动转速r/s。,3.切削用量,2）进给量f或进给速度Vff 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。mm/r。Vf切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度。mm/s。,3.切削用量,3）切削深度ap（背吃刀量）是工件上已加工表面与待加工表面间的垂直距离，mm。车外圆时：ap=(dwdm)/2钻孔时：ap=dw/2金属切除率Q

19、1000Vcfap mm3/min即单位时间内切除金属的体积，衡量切削效率。,切削刀具种类很多，形状各异，但其切削部分都有共同的特征。可看作是外圆车刀的演变和组合。刀具由刀头和刀体组成,刀具的几何参数,图2-47 各种刀具切削部分形状,1.刀具切削部分的组成,1.刀具切削部分的组成,车刀由刀头和刀杆组成。刀杆用于装夹，刀头用于切削。结构形式有：,1.刀具切削部分的组成,基本定义：前刀面A 控制切屑流向。主后面A 与工件过渡表面相对。副后面A 与工件已加工表面相对。主切削刃S 前刀面与主后面的交线。承担主要切削工作。副切削刃S 前刀面与副后面的交线。修光已加工表面。刀尖 主、副切削刃交汇处。一小

20、段直线或圆弧。,由一尖二刃三面组成。,刀具安装对工作角度的影响,图2-52 车刀安装高度对工作角度的影响,刀具的几何参数,1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的热硬性4）良好的工艺性5）经济性,刀具材料,在车床上以70m/min的切削速度精加工右图所示大端50,小端45的材料为45钢零件,试选用合理刀具材料。分析:选择刀具材料时,要考虑的主要是:工件材料、切削加工速度和不同的切削加工阶段:粗车、精车和半精车等;切削速度在很大程度上决定着刀具材料的选用。,常用刀具材料的选用:低速切削时的刀具材料 部分刀具常用工具钢碳素工具钢和合金工具钢仅适合制作手用铰刀、圆板牙等手用刀具,而手用刀具

21、的切削速度不会超过10m/min。只有高速钢才是机加工刀具的主要材料,但高速钢材料的耐热温度仅600700,在使用中,切削中碳钢时,切削速度一般不能大于30m/min。高速钢成形工艺性能好,在形状复杂刀具制作中,占主要地位。,刀具材料,刀具材料种类很多，常用的有：工具钢：碳素工具钢（如T10A、T12A）、合金工具钢（如9SiCr、CrWMn）和高速钢，前两者因耐热性很差，仅用于手工工具；硬质合金；陶瓷；(天然和人造)金刚石；立方氮化硼。,刀具材料,高速钢,高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；2）韧性高，比硬质合金高几十

22、倍；3）硬度HRC63以上，耐热性较好；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。,刀具材料,各类高速钢刀具,刀具材料,硬质合金,硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物经高压成型后，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而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、

23、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。,刀具材料,各类硬质合金钢刀具,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HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.483.56。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700800。天然金刚

24、石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m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HK65008000，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

25、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 30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000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。,陶瓷

26、刀具材料,刀具材料,有纯Al2O3陶瓷及Al2O3TiC混合陶瓷两种，以其微粉在高温下烧结而成。性能：硬度(HRA9195)、耐磨性、耐热性比硬质合金更高，在1200以上仍能进行切削；化学稳定性很高、与金属的亲合力小、摩擦系数小，抗粘结和抗扩散磨损能力强，因而切削速度比硬质合金高25倍；并可切削难加工的高硬度材料。,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

27、最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.483.56。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700800。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0.01m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HK65008000，

28、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 30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000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

29、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。,刀具材料,主要缺点：脆性大、抗冲击韧性差、抗弯强度低、易崩刀。,应用：可用于车、铣加工钢、铸铁；作为连续切削用的刀具材料，有很大发展前途。,金属切削过程与控制,金属切削过程中，刀具与工件相互作用，产生切削变形、形成切屑、产生切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等现象。为了保证产品加工质量、减少能耗、提高生产率、必须合理使用与设计刀具、夹具和机床，必须研究

30、切削过程，分析金属切削变形及其规律。,金属切削过程与控制,主要内容一.金属切削过程四个基本规律：切削变形切削力切削热与切削温度刀具磨损与寿命二.基本规律在生产上五个方面的应用控制切屑改善工件材料的切削加工性合理选择切削液合理选择刀具几何参数合理选择切削用量,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块。,特点：硬度比工件基体高23.5倍，故可替代切削刃参加切削。顶部凹凸不平，使加工表面粗糙度增加。反复生长和脱落，脱落后粘附在已加工表面上。,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,积屑瘤的形成条件：1.切削塑性材料；2.切削区温度高；3.接触面间的压力、粗糙程度、粘结强

31、度等因素，符合内摩擦条件。,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,积屑瘤对切削过程的影响：,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,积屑瘤控制方法：改变切削速度最有效；使用冷却润滑液；降低前刀面粗糙度值；增大刀具前角。,粗加工时可利用，使积屑瘤稳定存在；精加工时避免或抑制积屑瘤的产生。,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,积屑瘤控制方法：改变切削速度最有效；,切削中碳钢时低速(vc3m/min)切削时，切削温度很低；较高速(vc60m/min)切削时，切削温度较高，这两种情况的摩擦系数均较小，故不易形成积屑瘤。中速(vc20m/min)时，积屑瘤的高度达到最大值。,5 切屑的类型与控制,切屑的类型与控制,

32、带状切屑,节状切屑,粒状切屑,崩碎切屑,图3-6 切屑形态照片,切屑的类型与控制,为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果（图3-7）,图3-7 切屑的卷曲,图3-8 断屑的产生,断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置，图3-8）,切削用量的合理选择,切削深度ap 尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分2次走刀，第一次取2/33/4 进给量f 粗切时根据工艺系统强度和刚度确定(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)切削速度v 根据规定的刀具耐用度确定(计算或查表),切削用量的合理选择

33、,切削液的合理选择,切削液的作用冷却，降低切削温度；冷却快慢：水、乳化液、油润滑，减少摩擦，提高刀具寿命，提高加工质量；切削液在切屑、工件与刀具界面之间形成边界润滑清洗与防锈。,切削液的合理选择,切削液的选用水溶液，主要起冷却作用。切削油，主要起润滑作用。乳化液，使用较广，由乳化剂加水配制而成。含水多的主要起冷却作用，用于粗加工和磨削，浓度高的主要起润滑作用，适于精加工。极压切削油和极压乳化液。,车削刀具,车刀的种类和用途,刀具的种类,2、刀具类型：（1）按进刀方向：左、右、中间进刀；（2）按加工位置：内孔、外圆、端面；（3）按加工形状：槽、螺纹、仿形。,车刀内孔用,按机床的加工性质和所用刀具

34、分12大类：,项目任务5：金属切削机床基本知识,每一类又按结构、性能和工艺特点细分为10个组(表2-2)，每个组又分10个系，组别、系别代号用09表示。前一位表示组别，后一位表示系别。同类机床 按通用性程度分：通用机床、专门化机床、专用机床 按加工精度分：普通精度、精密(M)和高精度(G)机床 按自动化程度分：手动、机动、半自动和自动机床 按重量与尺寸分：仪表、中型、大型、重型和超重型机床 按机床主要工作部件的数目分：单轴、多轴、单刀、多刀机床,表2-1 机床的类别代号,表2-3 通用特性代号,机床特性代号,机床的分类与型号,机床主参数、设计顺序号和第二主参数 用主参数或第二主参数值的1/10

35、或1/100表示机床的重大改进顺序号 按A、B、C的顺序选用,例如CA6140型卧式车床的代号意义为：C A 6 1 40,机床的分类与型号,尺寸参数 指机床的主要结构尺寸，表示机床的加工范围，包括主参数、第二主参数和其他参数。运动参数 指机床执行件运动速度。回转运动机床，为主轴的最高、最低转速n(r/min)；直线运动机床，为工作台或滑枕每分钟往返次数；进给运动的最大、最小进给量。动力参数 指驱动机床运动的电动机功率。应根据切削用量和传动系统的效率来确定。精度参数 如主轴回转精度、工作台定位精度等。,机床的分类与型号,表2-4 常用机床的主参数和第二主参数,机床的分类与型号,普通车床,1主轴

36、箱2夹盘3刀架4后顶尖 5尾座6床身7光杠8丝杠9溜板箱10底座11进给箱,机床的组成,机床的组成,机床的组成,立式加工中心,机床的组成,项目任务6 工件定位基准与装夹分析,基准,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。,在设计图样上所采用的基准,图2-8 定位支座零件,基准,在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,图2-9a 支座零件第1工序（车削）,基准,图2-9b 支座零件第1工序（钻孔）,基准,图2-9c 支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）,基准,图2-9c 支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）,基准,图2-9d 支座

37、零件第4工序（磨内孔、端面）,图2-9e 支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）,工件装夹,划线找正装夹（图2-11）精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直接找正装夹（图2-10）精度高，效率低，对工人技术水平高,夹具装夹（图2-12）精度和效率均高，广泛采用,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,工件装夹,工件装夹,图2-12 工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,定位原理,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度,将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。,任何一个物体在空

38、间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示,与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体,两点注意：,“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同,定位原理,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1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,定位原理,欠定位,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。,定位原理,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。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经

39、过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,定位原理,过定位分析（桌子与三角架）,图2-17 过定位分析,定位原理,过定位讨论,定位原理,图2-22a 过定位引起夹紧变形,2.4.3 定位原理,图2-22b 过定位处理分析,定位原理,图2-24 工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板

40、、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。图2-24给出了平面定位的几种情况。,定位方法与定位元件,图2-25 工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图 2-25。,定位方法与定位元件,图2-26 工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2

41、个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,定位方法与定位元件,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图2-27为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。,定位方法与定位元件,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。,定位方法与定位元件,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。,1）由于

42、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，如图2-29所示例子。,2）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。,定位误差,定位误差,定位误差计算,在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。,项目任务7：机械加工工艺的分析与制定,一、零件(产品）的生产过程,生产过程包括：1)原材料的运输、保管和准备；2)生产的准备工作；3)毛坯的制造；4)零件的机械加工与热处理；5)零件装配成机器；6)机器的质量检查及运行试

43、验；7)机器的油漆、包装和入库。,2.工艺过程,1)毛坯制造工艺过程2)机械加工工艺过程3)热处理工艺过程4)装配工艺过程,二、机械加工工艺过程的组成,1.工序 一个或一组工人在一个工作地（机械设备）对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。,例：,图71 阶梯轴,讨论：,生产规模不同，工序的划分不一样。,二、机械加工工艺过程的组成,2.安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。,例：,图71 阶梯轴,两次,两次,一次,一次,一次,一次,一次,讨论：,安装次数多好还是少好？,二、机械加工工艺过程的组成,3.工步 工步是指在加工表面和加工工具不变的情况下，所

44、连续完成的那一部分工序内容。,例：,图71 阶梯轴,四个,五个,一个,两个,三个,两个,一个,二、机械加工工艺过程的组成,4.走刀 在一个工步中，有时因所需切除的金属层较厚而不能一次切完，需分几次切削，则每一次切削称为一次走刀。,二、机械加工工艺过程的组成,5.工位 为了完成一定的工序内容，工件一次装夹后，与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。,二、机械加工工艺过程的组成,5.工位,图73 在三个工位上钻、铰圆盘零件上的孔,工件,机床夹具回转部分,夹具固定部分,分度机构,例：,三、生产纲领与生产类型,1.生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的

45、产品产量。零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：,式中 Q产品的年生产纲领，单位：台/年；n每台产品中所含零件的数量，单位：件/台；a%备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要；b%废品率。,三、生产纲领与生产类型,2.生产类型及其工艺特征 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为：1）大量生产2）成批生产3）单件生产,四、制定机械加工工艺规程的步骤,1.根据零件的生产纲领确定生产类型 2.对被加工零件进行工艺分析 3.确定毛坯 4.拟定工艺路线 什么是工艺路线？工艺路线就是零件从毛坯到成品所经过工序的先后顺序。定位基准的选择 表面加工

46、方法的选择 加工阶段的划分 工序顺序的安排 工序集中与分散的安排,五、制定机械加工工艺规程的步骤,1.根据零件的生产纲领确定生产类型 2.对被加工零件进行工艺分析 3.确定毛坯 4.拟定工艺路线 5.确定各工序所用的设备和工艺装备 6.确定加工余量、工序尺寸及公差7.确定切削用量及时间定额8.填写工艺文件,子任务1：工艺路线的分析与拟订,1.基准分类,设计基准：根据零件使用要求确定的基准，标注在设计图样上。工艺基准：零件在加工过程中采用的基准。工序基准：工序图上确定本工序加工尺寸的基准。定位基准：加工时用于工件定位。测量基准装配基准粗基准：未经机械加工的表面作为定位基准。精基准：经过机械加工的

47、表面作为定位基准。附加基准：根据加工需要专门设计的定位基准。如轴的顶尖孔，壳体的工艺孔或工艺凸台等。,附加基准,工艺凸台,A向,A,一、定位基准的选择,1.粗基准的选择,保证相互位置要求原则若工件上加工面与不加工面的相互位置有要求，则应以不加工面为粗基准。,余量均匀分配原则若工件某重要表面加工余量要求均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。,粗基准选择比较,便于工件装夹原则粗基准面尽可能平整、足够大。,粗基准一般不重复使用原则,2.粗基准的选择,2.精基准的选择,基准重合原则选用被加工面的设计基准作为精基准。,基准统一原则各工序尽可能用同一个基准。有利于保证各加工面间的位置精度；可以简化夹具设

48、计，减少工件搬动和翻转次数。,互为基准原则,主轴零件精基准选择,2.精基准的选择,二、加工方法的选择,选择加工方法应考虑的因素：1）各加工表面所要达到的加工技术要求；2）工件所用材料的性质、硬度和毛坯的质量；3）零件的结构形状和加工表面的尺寸；4）生产类型；5）车间现有设备情况；6）各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度等。,外圆表面加工方案,三、加工阶段的划分,1.粗加工阶段2.半精加工阶段3.精加工阶段4.光整加工阶段,四、工序内容的合理安排,1.工序集中 如果在每道工序中所安排的加工内容多，则一个零件的加工就集中在少数几道工序里完成，这样，工艺路线短，工序少，称为工序集中。,四、工序

49、内容的合理安排,2.工序分散 如果在每道工序中所安排的加工内容少，把零件的加工内容分散在很多工序里完成，则工艺路线长，工序多，称为工序分散。,五、安排加工顺序的原则,1.机械加工工序的安排 1）先基面后其它 2）先主后次 3）先粗后精 4）先面后孔,五、安排加工顺序的原则,2.热处理工序的安排1）预备热处理：为了改善工件材料机械性能和切削加工性能的热处理（正火、退火、调质），应安排在粗加工以前或粗加工以后，半精加工之前进行；2）时效处理：为了消除工件内应力的热处理，安排在粗加工以后，精加工以前进行；3）最终热处理：为了提高工件表面硬度的淬硬处理，一般都安排在半精加工之后，磨削等精加工之前进行；

50、,五、安排加工顺序的原则,2.热处理工序的安排4）当工件需要渗碳淬火时，由于高温渗碳会使工件产生较大的变形，故常将渗碳工序放在次要表面加工之前进行，待次要表面加工完毕之后再进行淬火，以减少次要表面的位置误差；5）氮化、氰化等热处理工序，可根据零件的加工要求安排在粗、精磨之间或精磨之后进行；6）表面装饰性镀层、发兰、发黑处理，一般都安排在机械加工完毕之后进行。,五、安排加工顺序的原则,3.辅助工序的安排 如：检验工序 动平衡 去磁 去毛刺 倒钝锐角边,子任务2：拟定工艺路线,图所示方头小轴，中批生产，材料为20Cr，要求12h7 mm段渗碳（深0.8mm1.1mm），淬火硬度为50 HRC 55