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1、中南大学中南大学 Central South UniversityCentral South University 机械制造工程训练 中南大学 工程训练中心 多媒体教学课件 制造技术是将原材料转变为产品的应用技术 它既是科学技术走向实际应用的接口和桥梁 又是 推动科学技术向前发展的基础 先进的制造技术对 于创造物质财富和发展科学技术 具有十分重要的 意义 世界各工业发达国家都无不拥有先进的制造技 术和庞大的制造业 制造业已成为各工业发达国家 的基本支柱产业 所创造的物质财富达到国民经济 总值的一半以上 所以 要使国家繁荣富强 必须 大力创新制造技术 大力发展现代制造业 机械制造工程训练 是一门
2、以工艺理论教学与 制造工程实践相结合的学科基础课程 本课程包括 材料成形工艺基础 机械加工工艺基础 两 大部分 材料成形工艺基础 主要介绍机械零件毛坯成形方法的工 艺特点 工艺参数的选择 各类零件毛坯 的结构工艺性 零件的材料选择与成形方 法选择的基本原则 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 机械加工工艺基础 中南大学 工业训练中心 中南大学中南大学 Central South UniversityCentral South University 第一章 切削加工的基础知
3、识 第二章 金属切削机床 第三章 机械加工工艺过程 第四章 零件表面的加工方案 第五章 零件的结构工艺性 第六章 数控加工技术 第七章 加工中心自动编程与操作 第八章 装配 第九章 快速第九章成形制造技术 第十章 先进制造技术 索引索引 第一章 切削加工的基础知识 返回索引 切削加工是利用刀具和工件的相对运动 刀具从毛坯或型材上切除多余的材料 以便获得精度和表面粗糙度均符合要 求的零件的加工过程 切削加工分为机械加工和钳工 1 切削加工的概念 1 1 钳工与机械加工 钳工 通过工人手持工具进行切削加工 机械加工 采用不同的机床 如车床 铣 床 刨床 磨床 钻床等 对工 件进行切削加工 2 零件
4、表面质量的概念 零件几何参数 宏观几何参数 包括 尺寸 形状 位置等要素 微观几何参数 指 微观表面粗糙程度 2 1 加 工 精 度 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 的程度 偏差越小 加工精度越高 它包 括 a 尺寸精度 零件尺寸参数的准确程度 b 形状精度 零件形状与理想形状接近程度 c 位置精度 零件上实际要素 点 线 面 相对 于基准之间位置的准确度 2 1 加 工 精 度 国家标准规定 常用的精度等级分为20级 分别用IT01 IT0 IT1 IT2 IT18表示 数字越大 精度越低 其中IT5 IT13常用 高 精 度 IT5 IT6 通常由
5、磨削加工获得 中等精度 IT7 IT10 通常由精车 铣 刨获得 低 精 度 IT11 IT13 通常由粗车 铣 刨 钻 等加工方法获得 2 1 1 尺 寸 精 度 25 0 0 04 零件尺寸要素的误差大小 问 精度的高低与哪两个因 素有关 基本尺寸和公差大小 2 1 2 形 状 精 度 25 轴轴加工后可能产产生的形状误误差 0 0 013 2 1 2 形 状 精 度 指零件上实际要素的形状与理想形状相符 合的程度 国家标准规定了六类形状公差 见下表 形状精度的标注 框格分为2格 箭头指向待表达的表面 数字表示 允许误差的大小 单位为毫米 2 1 3 位 置 精 度 指零件的实际要素 点
6、线 面 相对 于基准之间位置的准确度 圆圈中的英文字母表示基准 框格分3格 箭头指向待 表达的表面 精度等级级尺寸精度范围围Ra值值范围围 m 相应应的加工方法 低精度IT13 IT 1125 12 5粗车车 粗镗镗 粗铣铣 粗刨 钻钻孔等 中等 精度 IT10 IT 96 3 3 2半精车车 半精镗镗 半精铣铣 半精刨 扩扩孔等 IT8 IT 71 6 0 8精车车 精镗镗 精铣铣 精刨 粗磨 粗 铰铰等 高精度IT7 IT 60 8 0 2精磨 精铰铰等 特别别 精密 精度 IT5 IT2Ra 0 2研磨 珩磨 超精加工 抛光等 零件精度等级及其相应的加工方法 2 2 表 面 粗 糙 度
7、表面粗糙度 零件微观表面高低不平的 程度 产生的原因 1 切削时刀具与工件相 对运动产生的磨擦 2 机床 刀具和工件在加工时的振动 3 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 2 2 表 面 粗 糙 度 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 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 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 挤平 有效过盈量减少 使配合件强度降低 3 零件表面粗糙
8、低谷处容易聚积腐蚀性物质 且不易清除 造 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 造成零件断裂 2 2 表 面 粗 糙 度 评定参数 常用的是轮廓算术平均偏差Ra 2 2 表 面 粗 糙 度 Ra h1 h2 h3 hn 2 2 表 面 粗 糙 度 国家标准规定 表面粗糙度分为14个等级 分别用 表 示 数字越大 表面越粗糙 表面粗糙度符号上的数值Ra 单位是微米 m 2 2 表 面 粗 糙 度 表面粗糙度符号的意义及应用 符号 符号说说明 意义义及应应用 基本符号单单独使用无意义义 基本符号上加一短 划线线 表示表面粗糙度是用去 除法获获得 基本符号内加一小
9、圆圆 表示表面粗糙度是用不 去除材料的方法获获得 符号上加Ra值值 用去除材料方法获获得的 表面 Ra的最大允许值许值 为为3 2 m 2 3 常见加工方法的Ra表面特征 加工方法Ra 微米 表面特征 粗车粗镗50 可见明显刀痕 粗铣粗刨25 可见刀痕 钻孔12 5 微见刀痕 精铣 精刨 半精车6 3 可见加工痕迹 3 2 微见加工痕迹 精车1 6 看不清加工痕迹 粗磨0 8 可辨加工痕迹方向 精磨0 4 微辨加工痕迹方向 精密加工0 1 0 012 只能按表面光泽辩识 2 4零件的加工精度与表面粗糙度的关系 精度 宏观几何参数的误差 表面粗糙度 微观几何参数的误差 加工精度高 必须采用一系列
10、的高精度的加工方法 而 经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低 反之 表 面粗糙度低 零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的 加工方法 而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度 的加工方法 实例 各种机床上的手柄 表面粗糙度非常低 但精度 不高 零件的加工精度与表面 粗糙度的关系如何 提问 机器零件的基本表面包括 外圆 内圆 孔 平面和成型面 基本表面主要由如下的加工方法获得 3 切削运动与切削用量 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 刀具和工件的相对运动 切削运动分为主运动和进给运动 主运动 提供切削可能性的运动 主运动只有 一个 进给运动 提
11、供连续切削可能性的运动 进给 运动可以有多个 3 1 切削运动 3 1 切削运动 机床名称主运动动进给进给 运动动 卧式车车床工件旋转转运动动车车刀纵纵向 横向 斜向直线线移动动 钻钻 床钻头钻头 旋转转运动动钻头轴钻头轴 向移动动 卧铣铣 立铣铣铣铣刀旋转转运动动工件纵纵向 横向 斜向直线线移动动 牛头头刨床刨刀往复运动动工件横向间间歇移动动或刨刀垂向 斜向 间间歇移动动 龙门龙门 刨床工件往复运动动刨刀横向 垂向 斜向间间歇移动动 外圆圆磨床砂轮轮高速旋转转工件转动转动 同时时工件往复移动动 砂轮轮 横向移动动 内圆圆磨床砂轮轮高速旋转转工件转动转动 同时时工件往复移动动 砂轮轮 横向移动
12、动 平面磨床砂轮轮高速旋转转工件往复移动动 砂轮轮横向 垂向移动动 机床的切削运动 3 2切削用量 切削用量包括切削速度 进给量和背吃刀量 切削速度 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬 时速度 用V表示 单位为m s 进 给 量 刀具在进给运动方向上相对于工件的位 移量 用f表示 车 钻和铣削时单位 为mm r 背吃刀量 已加工表面和待加工表面之间的垂直距 离 用ap表示 单位为mm 如下图 3 2 1车削切削速度 背吃刀量的计算 V 切削速度 d 工件直径 n 工件转速 背吃刀量 切削速度 dmax 待加工 表面直径 dmin 已加工 表面直径 ap 背吃刀量 3 3 切削用量的合理选择问题
13、 1 粗加工按ap f v的顺序选择 a 粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多 余金属 只留后续工序的加工余量 所以应根据毛 坯尺寸首先选择ap b 粗加工不必考虑表面粗糙度 在ap确定后 选取大 的f 减少走刀时间 c ap和f确定后 在机床功率和刀具耐用度允许的前提 下选择v 2 精加工按v f ap的顺序选择 精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表 面粗糙度 因此首先应选择尽可能高的v 然后选择达 到表面粗糙度要求的f 最后再根据精加工余量决定ap 4 切 削 刀 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两个因素 即刀具材料和刀具的几何角度
14、4 1 刀具材料应具备如下五个基本特性 1 高硬度 HRC 60 以上 2 高的强度与韧性 保证能够承受切削力的作用而不破 坏 3 高的热硬性 材料在高温下仍然保持高硬度的性能 热硬性用热硬温度表示 4 良好的耐磨性 5 良好的工艺性和经济性 碳素工具钢 如T7 T8 T9 T13等 适合于制造 简单的手工工具 如锉刀 锯条等 合金工具钢 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9SiCr等 适合 于制造低速成型刀具 如丝锥 高速钢 含较多的钨 铬 钒等合金元素 常用 的有 W18Cr4V W6Mo5Cr4V等 适合于制造中速 精加工刀具 硬质合金 成分由WC TiC和Co
15、组成 采用烧结方 法获得 4 1 1 常用的刀具材料 4 1 1 常用的刀具材料 常用的硬质合金有 钨钴钛类 牌号YT 硬质合金 适合于加工 钢等塑性材料 其代号有YT5 YT15 YT30 等 粗加工用YT5 精加工用YT30 钨钴类 牌号YG 硬质合金 适合于加工铸 铁 青铜等脆性材料 其代号有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 常用的刀具陶瓷有两种 Al2O3基陶瓷 和Si3N4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 金刚石 它分三种 天然单晶
16、金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片 立方氧化硼 由软的立方氧化硼在高温高压下 加入催化剂转变而成 种 类 硬度 HRC 抗弯强 度GPa 热硬性 工艺性能用 途 碳素工具钢60 652 16200 250热成型手工刀具 合金工具钢60 652 35300 400同上低速刀具 高速钢63 701 9 4 4600 700同上中速刀具 硬质合金89 931 0 2 2800 1000烧结成型高速刀具 陶瓷材料91 950 4 0 9 1100 1200 同上 连续精加 工刀具 常用的刀具材料 各种多齿刀具或复杂 刀具 就其一个刀齿而言 都相当于一把车刀 车刀分为切削部分和 夹持部分 切削部分由三 个刀面组成 前刀面 主 后刀面 副后刀面 前刀面和主后刀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 两条切削刃的交点叫刀尖 但刀尖并非绝对尖锐 为了研究刀具的几何角度 建立三个辅助平面 基面 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 切削平面 通过主切削刃上 的某一点 与该点加工表面 相切的平面 正交平面 通过主切削刃上 的某一点 与主切削刃在基 面上的投
