机械加工工艺介绍解答课件.ppt
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1、1机械加工工艺2第一章第一章.切削加工的基础知识切削加工的基础知识第二章第二章.金属切削机床金属切削机床第三章第三章.机械加工工艺过程机械加工工艺过程3机械加工工艺基础:机械加工工艺基础:主要介绍机械加工的基本概念、切削基本原理、切削机床与刀具、切削加工基本工艺过程、选择切削加工方法的基本原则,以及零件机械加工结构工艺性。4 第一章第一章 切削加工的基础知识切削加工的基础知识5 钳工钳工:通过工人手持工具进行切削加工。通过工人手持工具进行切削加工。机械加工机械加工:采用不同的机床(如车床、铣采用不同的机床(如车床、铣 床、刨床、磨床、钻床等)对工床、刨床、磨床、钻床等)对工 件进行切削加工。件
2、进行切削加工。1.1 钳工与机械加工钳工与机械加工62.零件表面质量的概念零件表面质量的概念 零件几何参数:零件几何参数:宏观几何参数:宏观几何参数:包括:包括:尺寸、形状、位置尺寸、形状、位置等要素。等要素。微观几何参数:微观几何参数:指:指:微观表面粗糙程度。微观表面粗糙程度。72.1 加加 工工 精精 度度 加工精度:指零件经切削加工后,其尺寸、加工精度:指零件经切削加工后,其尺寸、形状、位置等参数同理论参数的相符合的形状、位置等参数同理论参数的相符合的程度,偏差越小,加工精度越高,它包括:程度,偏差越小,加工精度越高,它包括:a.尺寸精度:尺寸精度:零件尺寸参数的准确程度。零件尺寸参数
3、的准确程度。b.b.形状精度:形状精度:零件形状与理想形状接近程度。零件形状与理想形状接近程度。c.c.位置精度:位置精度:零件上实际要素(点、线、面)相对零件上实际要素(点、线、面)相对于基准之间位置的准确度。于基准之间位置的准确度。82.1 加加 工工 精精 度度 国家标准规定:常用的精度等级分为国家标准规定:常用的精度等级分为2020级,级,分别用分别用IT01IT01、IT0IT0、IT1IT1、IT2IT2IT18IT18表示。表示。数字越大,精度越低。其中数字越大,精度越低。其中IT5-IT13IT5-IT13常用。常用。高高 精精 度:度:IT5IT5、IT6 IT6 通常由磨削
4、加工获得。通常由磨削加工获得。中等精度:中等精度:IT7-IT10 IT7-IT10 通常由精车、铣、刨获得。通常由精车、铣、刨获得。低低 精精 度:度:IT11-IT13 IT11-IT13 通常由粗车、铣、刨、钻通常由粗车、铣、刨、钻 等加工方法获得。等加工方法获得。9零件精度等级及其相应的加工方法零件精度等级及其相应的加工方法精度等级精度等级尺寸精度范围尺寸精度范围Ra值范围值范围(m)相应的加工方法相应的加工方法低精度低精度IT13IT 112512.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等中等精度精度IT10IT 96.33.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨
5、、半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等扩孔等IT8IT 71.60.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗铰等铰等高精度高精度IT7IT 60.80.2精磨、精铰等精磨、精铰等特别特别精密精密精度精度IT5IT2Ra0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等研磨、珩磨、超精加工、抛光等102.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度 表面粗糙度:表面粗糙度:零件微观表面高低不平的零件微观表面高低不平的 程度。程度。产生的原因产生的原因:1)切削时刀具与工件相)切削时刀具与工件相 对运动产生的磨擦;对运动产生的磨擦;2)机床、刀具和工件在加工时的振动;)机床、刀具和工件在加工时的振
6、动;3)切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹;)切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹;4)加工时零件表面发生塑性变形。)加工时零件表面发生塑性变形。112.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度 表面粗糙度对零件质量的影响:表面粗糙度对零件质量的影响:零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大,主要零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大,主要有以下几个方面:有以下几个方面:1)零件表面粗糙,将使接触面积减小,单位面积压力加大,接触)零件表面粗糙,将使接触面积减小,单位面积压力加大,接触 变形加大,磨擦阻力增大,磨损加快;变形加大,磨擦阻力增大,磨损加快;2)表面粗糙度影响配合性质
7、。对于间隙配合,表面粗糙易磨损,表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合,表面粗糙易磨损,造成间隙迅速加大;对于过盈配合,在装配时,可使微小凸峰造成间隙迅速加大;对于过盈配合,在装配时,可使微小凸峰 挤平,有效过盈量减少,使配合件强度降低;挤平,有效过盈量减少,使配合件强度降低;3)零件表面粗糙,低谷处容易聚积腐蚀性物质,且不易清除,造)零件表面粗糙,低谷处容易聚积腐蚀性物质,且不易清除,造 成表面腐蚀;成表面腐蚀;4)当零件承受载荷时,凹谷处易产生应力集中,以致产生裂纹而)当零件承受载荷时,凹谷处易产生应力集中,以致产生裂纹而 造成零件断裂。造成零件断裂。122.2 表表 面面 粗粗 糙糙 度度
8、 国家标准规定:表面粗糙度分为国家标准规定:表面粗糙度分为1414个等级,个等级,分别用分别用 表示,表示,数字越大,表面越粗糙。数字越大,表面越粗糙。表面粗糙度符号上的数值表面粗糙度符号上的数值Ra,Ra,单位是微米单位是微米(mm)。)。132.3 2.3 常见加工方法的常见加工方法的RaRa表面特征表面特征加工加工方法方法Ra(Ra(微米微米)表面特征表面特征粗车粗车粗镗粗镗5050 可见明显刀痕可见明显刀痕粗铣粗铣粗刨粗刨2525 可见刀痕可见刀痕钻孔钻孔12.512.5 微见刀痕微见刀痕精铣精铣精刨精刨半精车半精车6.36.3 可见加工痕迹可见加工痕迹3.23.2 微见加工痕迹微见加
9、工痕迹精车精车1.61.6 看不清加工痕迹看不清加工痕迹粗磨粗磨0.80.8 可辨加工痕迹方向可辨加工痕迹方向精磨精磨0.40.4 微辨加工痕迹方向微辨加工痕迹方向精密加工精密加工0.1-0.0120.1-0.012 只能按表面光泽辩识只能按表面光泽辩识143.切削运动与切削用量 机器零件的基本表面包括:外圆、内圆(孔)、平机器零件的基本表面包括:外圆、内圆(孔)、平面和成型面面和成型面 基本表面主要由如下的加工方法获得基本表面主要由如下的加工方法获得15 要完成零件表面的切削加工,刀具和工件应具备形成表面的基本运动,即切削运动切削运动:切削运动:刀具和工件的相对运动刀具和工件的相对运动切削运
10、动分为主运动和进给运动切削运动分为主运动和进给运动主运动:主运动:提供切削可能性的运动。主运动只有提供切削可能性的运动。主运动只有 一个一个进给运动:进给运动:提供连续切削可能性的运动。进给提供连续切削可能性的运动。进给 运动可以有多个运动可以有多个3.1 切削运动16机床名称机床名称主运动主运动进给运动进给运动卧式车床卧式车床工件旋转运动工件旋转运动车刀纵向、横向、斜向直线移动车刀纵向、横向、斜向直线移动钻钻 床床钻头旋转运动钻头旋转运动钻头轴向移动钻头轴向移动卧铣、立铣卧铣、立铣铣刀旋转运动铣刀旋转运动工件纵向、横向、斜向直线移动工件纵向、横向、斜向直线移动牛头刨床牛头刨床刨刀往复运动刨刀
11、往复运动工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向间歇移动间歇移动龙门刨床龙门刨床工件往复运动工件往复运动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动外圆磨床外圆磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件转动,同时工件往复移动,砂轮工件转动,同时工件往复移动,砂轮横向移动横向移动内圆磨床内圆磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件转动,同时工件往复移动,砂轮工件转动,同时工件往复移动,砂轮横向移动横向移动平面磨床平面磨床砂轮高速旋转砂轮高速旋转工件往复移动,砂轮横向、垂向移动工件往复移动,砂轮横向、垂向移动机床的切削运动机床的切削运动173.2切削用量切削用量包括切削速度、进给
12、量和背吃刀量切削速度切削速度:切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬 时速度时速度,用用V V表示,单位为表示,单位为m/sm/s 进进 给给 量量:刀具在进给运动方向上相对于工件的位刀具在进给运动方向上相对于工件的位 移量,用移量,用f f表示,车、钻和铣削时单位表示,车、钻和铣削时单位 为为mm/rmm/r背吃刀量背吃刀量:已加工表面和待加工表面之间的垂直距已加工表面和待加工表面之间的垂直距 离,用离,用a ap p表示,单位为表示,单位为mmmm,如下图:,如下图:183.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算车削切削速度、背吃刀量的计算V:切削速度切削速度d:
13、工件直径工件直径n:工件转速工件转速)(2minmaxmmddap背吃刀量:背吃刀量:切削速度:切削速度:dmax:待加工表面待加工表面直径直径dmin:已加工表面直已加工表面直径径ap:背吃刀量背吃刀量(m/s)dnv10006019 4.切切 削削 刀刀 具具 刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素,刀具性能主要取决于刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素,刀具性能主要取决于两个因素:即两个因素:即刀具材料刀具材料和和刀具的几何角度刀具的几何角度4.1 刀具材料应具备如下五个基本特性刀具材料应具备如下五个基本特性:1.高硬度:高硬度:HRC60 HRC60 以上以上;2
14、.2.高的强度与韧性:保证能够承受切削力的作用而不破坏;高的强度与韧性:保证能够承受切削力的作用而不破坏;3.3.高的热硬性:材料在高温下仍然保持高硬度的性能,热硬性高的热硬性:材料在高温下仍然保持高硬度的性能,热硬性用热硬温度表示;用热硬温度表示;4.4.良好的耐磨性;良好的耐磨性;5.5.良好的工艺性和经济性;良好的工艺性和经济性;204.1.1 常用的刀具材料常用的刀具材料 碳素工具钢碳素工具钢:如:如T7T7、T8T8、T9T9T13T13等。适合于制造简单的等。适合于制造简单的手工工具,如锉刀、锯条等;手工工具,如锉刀、锯条等;合金工具钢合金工具钢:在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰
15、、硅:在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素,耐热性较低,如等元素,耐热性较低,如9SiCr9SiCr等,适合于制造低速成型等,适合于制造低速成型刀具,如丝锥;刀具,如丝锥;高速钢高速钢:含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有:含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有:W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4VW6Mo5Cr4V等。适合于制造中速精加工刀具;等。适合于制造中速精加工刀具;硬质合金硬质合金:成分由:成分由WCWC、TiCTiC和和CoCo组成,采用烧结方法获得组成,采用烧结方法获得214.1.1 常用的刀具材料常用的刀具材料 常用的硬质合金有:常用的硬质合金有:钨钴钛类
16、(牌号钨钴钛类(牌号YT)硬质合金)硬质合金:适合于加工:适合于加工钢等塑性材料,其代号有钢等塑性材料,其代号有YT5、YT15、YT30等,粗加工用等,粗加工用YT5,精加工用精加工用YT30;钨钴类(牌号钨钴类(牌号YG)硬质合金:)硬质合金:适合于加工铸适合于加工铸铁、青铜等脆性材料,其代号有铁、青铜等脆性材料,其代号有YG3、YG6、YG8等,粗加工用等,粗加工用YG8,精加工用,精加工用YG3。224.1.2其它刀具材料其它刀具材料 陶瓷:陶瓷:常用的刀具陶瓷有两种:常用的刀具陶瓷有两种:AlAl2 2O O3 3基陶瓷基陶瓷和和SiSi3 3N N4 4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是
17、具有基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性,其主要很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性,其主要缺点是抗弯强度低,冲击韧性很差,不能承受缺点是抗弯强度低,冲击韧性很差,不能承受较大的冲击载荷。较大的冲击载荷。金刚石:金刚石:它分三种它分三种 天然单晶金刚石刀具天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片金刚石复合刀片 立方氧化硼:立方氧化硼:由软的立方氧化硼在高温高压下由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成加入催化剂转变而成23种种 类类硬度硬度HRCHRC抗弯强抗弯强度度GPaGPa热硬性热硬性工艺性能工艺性能用用 途途碳素工具
18、钢碳素工具钢60-6560-652.162.16200-250200-250热成型热成型手工刀具手工刀具合金工具钢合金工具钢60-6560-652.352.35300-400300-400同上同上低速刀具低速刀具高速钢高速钢63-7063-701.9-4.41.9-4.4600-700600-700同上同上中速刀具中速刀具硬质合金硬质合金89-9389-931.0-2.21.0-2.2800-1000800-1000烧结成型烧结成型高速刀具高速刀具陶瓷材料陶瓷材料91-9591-950.4-0.90.4-0.91100-12001100-1200同上同上连续精加工连续精加工刀具刀具常用的刀具材
19、料常用的刀具材料24 为了研究刀具的几何角度,建立三个辅助平面:为了研究刀具的几何角度,建立三个辅助平面:基面基面:通过主切削刃上的某一点,与该点切削速度:通过主切削刃上的某一点,与该点切削速度方向垂直的平面。方向垂直的平面。切削平面切削平面:通过主切削刃上的某一点,与该点加工:通过主切削刃上的某一点,与该点加工表面相切的平面。表面相切的平面。正交平面正交平面:通过主切削刃上的某一点,与主切削刃:通过主切削刃上的某一点,与主切削刃在基面上的投影垂直的平面在基面上的投影垂直的平面4.2 刀具的几何角度刀具的几何角度(车刀的基本形状车刀的基本形状)25前前刀面和主后刀面的交线叫主切削刃刀面和主后刀
20、面的交线叫主切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃两条切削刃的交点叫刀尖,但刀尖并非绝对两条切削刃的交点叫刀尖,但刀尖并非绝对尖锐尖锐4.2 刀具的几何角度刀具的几何角度(车刀的基本形状车刀的基本形状)264.3 刀具角度的合理选择问题刀具角度的合理选择问题 原原 则:则:粗加工时,为了提高切削效率,切削力粗加工时,为了提高切削效率,切削力会较大,因此强度要高;精加工时,切削力较小,会较大,因此强度要高;精加工时,切削力较小,为了保证零件质量因此刀具较锋利为了保证零件质量因此刀具较锋利。粗加工:前角、后角均小,强度高粗加工:前角、后角均小,强度高 精加工:前角、
21、后角均大,刀具锋利精加工:前角、后角均大,刀具锋利 主偏角:车台阶轴:取主偏角:车台阶轴:取9090度度 既车外圆又车端面,取既车外圆又车端面,取4545度度 副偏角:为降低表面粗糙度,取小值:一般为:副偏角:为降低表面粗糙度,取小值:一般为:5-155-15度度 刃倾角:粗加工常取负值,精加工取正值刃倾角:粗加工常取负值,精加工取正值275.刀具磨损和刀具耐用度刀具磨损和刀具耐用度 刀具经过一定时间的使用后,由于摩擦刀具经过一定时间的使用后,由于摩擦和切削热的作用,使刀具变钝,切削温和切削热的作用,使刀具变钝,切削温度上升,影响加工精度和表面质量,因度上升,影响加工精度和表面质量,因此必须及
22、时刃磨。此必须及时刃磨。刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间。例:硬质合金损限度为止的切削时间。例:硬质合金焊接刀具的耐用度规定为焊接刀具的耐用度规定为6060分钟。分钟。28刀具使用刀具使用磨钝磨钝刃磨刀具刃磨刀具包括:三种磨损形式与三个磨损阶段5.1 刀具的使用过程刀具的使用过程29 第二章第二章 金属切削机床金属切削机床30 1、机床的类型、机床的类型 金属切削机床是用来对工件进行加工的机金属切削机床是用来对工件进行加工的机器,故称为器,故称为“工作母机工作母机”,习惯上称机床。,习惯上称机床。按加工性质和所用刀具分类:按加工性质和所用
23、刀具分类:分为车床、铣床、分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类;大类;按精度分类:按精度分类:分为普通精度、精密和高精度三种分为普通精度、精密和高精度三种;按重量分类:按重量分类:分为一般机床、大型机床和重型机分为一般机床、大型机床和重型机床。床。机床的型号:如:机床的型号:如:C6136表示表示31车削的加工范围车削的加工范围 车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以加工:外圆、端面、锥车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以加工:外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、切断、切槽、滚花、车螺纹、车成型面、绕度、钻孔、钻中心孔、镗孔、
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