金属加工工艺学第五篇切削加工.ppt

第五篇 切削加工,第五篇 切削加工,切削加工使用切削工具，在工具和工件的相对运动中， 把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定 的几何参数和表面质量的加工方法。 分为机械加工和钳工二部分 1. 机械加工通过工人操纵机床来完成切削加工。 主要方法: 车、钻、刨、铣、磨等。 2. 钳工 通过工人手持工具来进行加工。 常用方法: 锉、锯、刮、研、錾等。,一、金属切削加工的基础知识,1） 加工精度 尺寸精度：分为20级： T00、T01、T1、T2 - T18 T7T6 常用于机床、机器、车辆和仪表； T9T8 于中等精度，用于重型机械。 形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度等。 位置精度：平行度、垂直度、同轴度、对称度等。,（一）加工质量要求,2）表面加工质量以表面粗糙度标记 标记： 、 、 、 数字为Ra（m）。 Ra越小，表面愈光洁。,3.2,（二）切削运动与切削要素 .切削运动切削机床上刀具与工件的相对运动。,车 削,铣 削,根据其作用不同而分为主运动和进给运动。,主运动 速度最高；消耗功率最大；切下金属的主体运动。如车削中工件的旋转运动；铣削中刀具的旋转等。,进给运动（个或多个） 维持新的金属层连续 投入切削，消耗功率小。 如车削中车刀的直线平移 （轴向或径向进给）和铣 削中工作台带着工件的直 线移动。,.切削用量三要素,包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。 切削速度主运动速度c 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度（单位时间内工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离。）单位为m/s,主运动为旋转,切削速度为最大线速度,式中 d工件或刀具直径 （mm）； n工件或刀具转速 （r/s或r/min）；,1000,主运动为往复直线运动（如刨削）,式中 nr主运动（直线） 每秒或每分钟的 往复次 数（st/s 或st/min）； L 往复行程长度 （mm）。,进给量（f）,进给量（常以 f 表示）是主运动旋转一周或一个往复行程时，（刀具在进给方向上相对工件的位移量.）单位为mm/r或mm/st。,背吃刀量（p） 是工件已加工表面与待加工表面的垂直距离，(如车削) 即,式中 dw工件待加工表面直径（mm）； dm 工件已加工表面直径（mm）。,dw-dm,（三）刀具材料及刀具构造 了解刀具材料、刀头几何形状及典型刀具结构特点。,刀具的组成,夹持部分,切削部分, 高硬度; 足够强度和冲击韧度； 高耐磨性； 高热硬性，即具有高温 （600700）硬度（红硬度）； 良好的工艺性能和低成本。,1刀具材料 1）刀具材料性能要求,2）常用刀具材料,高速钢：W18Cr4V（600时48HRC） W6Mo5Cr4V3（630650时 60HRC）（高速切削）；,合金工具钢：9Mn2V、9SiCr、CrWMn（一般刀具）；,碳素工具钢：T8、T10A等（钳工刀具）；,.硬质合金：用粉末冶金制取，用于切削难加工材料； YG（K）：WCCo 切脆性材料 YT（P）：WCTiCCo 加工钢件,其他类：涂层（TiC）刀具；陶瓷（Al2O3TiC） 和金刚石（刻划玻璃）刀具等（用于切削难加工材料），,见P7表1-1 常用刀具材料的基本性能,2.刀具角度 1）车刀切削部分的组成 “三面两刃一刀尖”(以车刀为例),前刀面 切屑流出的表面（刀头上表面）；,副后刀面 与工件已加工表面相对应的刀头平面，包容副切削刃；,主后刀面 与工件加工表面相对应的刀头平面,包容主切刃；,主切削刃 前刀面与主后刀面的交线；承担主体切削工作;,副切削刃 前刀面与副后刀面的交线。,刀尖（实为小圆弧状或线形） 两刀刃的交点。,2）车刀切削部分的主要角度借助三个辅助面基面、切削平面、正交平面（静止参考系）,基面- 通过主切削刃上某一点而垂直于该点(假定)主运动方向的平面,可视为水平面。用Pr表示，,切削平面-通过主切削刃上某一点 与切削刃相切,且垂直基面的平面 用Ps表示。,正交平面（主剖面） 通过主切削刃上某一点且同时垂直于基面和 切削平面的平面。用Po表示。,“前角、后角两偏角”还有一个刃倾角刀头标注角度 用于刀头设计、制造、刃磨和测量。标示前刀面、后刀面（三面）的空间位向。 以外圆车刀为例：,车刀切削部分的五个主要角度,前角:在正交平面内测量。前刀面与基面的夹角，以 0表示, 0增大，车刀锋利，减小与切屑的磨损。一般取值1020,切灰铸铁取值515,主后角: 正交平面P0内测量的,主后刀面与切削平面的夹角。 以0表示，0增大，减小刀头与工件的磨损。 一般取612,两偏角(主偏角和副偏角) : 在基面Pr内测量的,表示两切削刃偏离进给方向的空间位向。 主偏角:主切削刃在基面Pr的投影与进给方向的夹角称为主偏角，以Kr表示。一般取值3075。,Kr增大（90 ），用于切削的刃长减小，刀具耐用度增加， 径向力降低。车削细长轴时弯曲变形小。,副偏角: 副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角， 用Kr表示，一般取值510。Kr减小，减小刀具磨损， 有利于降低表面粗糙度。,还有一个“刃倾角” 在切削平面Ps测量的,主切削刃与基面的夹角，以s表示。,刃倾角的正负： 刃尖为最高点，主切削刃向下倾斜，s定为正。 刃尖处于最低点，主切削刃向上倾斜，s定为负。 s 取负值时，刀头强度加大，适于铸铁粗加工。 s 取正值时，切屑流向待加工表面。 精加工,s取负值，对于带状切屑，切屑流向已加工表面， 有可能刮伤加工表面。这一点，需要注意。,车刀磨刃技巧,取s=+3，切屑流向待加工表面。不损伤已加工表面,主切削刃磨有0.150.2mm的倒棱，能提高刀刃强度。,大前角，令 0=1530，切削力小，前刀面上磨有平行于主切削刃的圆形卷屑槽（46mm深）。排屑顺利，发热小。,主偏角Kr =90，切削刃长度最小，工件受力（径 向力）变形最小。用于细长轴精加工。,金属切削过程,定义：用金属切削刀具从工件表面切除多余的金属，获得一定精度和表面质量的要求的零件的过程。 1）切屑的形成与切削变形 切屑的形成 刀具挤压切削层产生变形与工件分离形成了切屑。,（四） 金属切削过程,切削过程三个变形区 第一变形区：从OA塑性变形开始OM剪切滑移基本完成。 第二变形区：靠近前刀面处的晶粒进一步变形，沿前刀面方向纤维化 第三变形区：已加工表面上金属与后刀面摩擦，产生纤维化和加工硬化,切削厚度压缩比: h=hch/hD,lD,2）影响切削变形的因素(选讲）,a 工件材料 ： 塑性好，变形大 b 刀具的角度：前角大，变形小 c 切削用量：切削速度大，进给量大，切削厚度大，变形小 d 刀具与工件的摩擦：摩擦大。变形大。,3） 切屑的种类,a 带状切屑 塑性材料，切削厚度小，切削速度高，前角大 b 挤裂切屑 切削速度低，切削厚度大，前角较小 c 粒状切屑 （单元切屑）切削速度更低，切削厚度更厚，塑性较低 c 崩碎切屑 脆性材料（铸铁和黄铜）,4）积屑瘤,切塑性金属（在一定的切削速度范围内），刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附一块很硬的金属。 形成条件： 切塑性金属，切削速度在一定的范围内(550m/min), 切削区的温度高。 控制方法：提高强度、硬度，增大切削速度， 控制切削区的温度。,作用在刀具上的力,5) 切削力和切削功率,1）切削力的来源： 切屑层金属和切屑作用在前刀面上的正压力和摩擦力； 已加工表面作用在后刀面上的正压力和摩擦力,外圆切削时的切削合力与分力,主切削力（Fc)（切向力） 总切削力在主运动方向上的分力。 进给力（Ff）（轴向力） 总切削力在进给方向上的分力 背向力（Fp）（径向力） 总切削力在背吃刀量方向上的分力 F= Fc + Ff + Fp,6）切削功的计算 Pm=Fcvc10 -3 (KW),3）影响切削力的因素 a 工件材料 b 切削用量 c 刀具几何角度 d 切削液和刀具材料,7)切削热和切削温度,切削热的产生 产生于三个变形区 切屑变形所产生的热是主要来源（第一变形区） 切屑与前刀面的摩擦所产生的热（第二变形区） 刀具的后刀面与工件表面摩擦所产生的热（第三变形区）,切削热的传出,通过 切屑、 工件、 刀具、 周围的介质传出 车削 5086% 39% 1040% 1% 钻削 28% 52. 5% 14. 5% 5%,影响切削温度的主要因素,a 切削用量 b 刀具角度 c 工件材料 d 其他因素,(五)、刀具的磨损,1）刀具磨损的形式 前刀面磨损 、后刀面磨损、前后刀面同时磨损,2）影响刀具磨损的因素,2）影响刀具磨损的因素,a 切削用量 b 刀具角度 c 工件材料 d 刀具材料,3）刀具的磨损的过程 分三个阶段 a 初级磨损阶段 b 正常磨损阶段 c 急剧磨损阶段,4）磨钝标准,刀具的磨损量到达一定的程度就要换刀或刃磨，这个磨损限度称为磨钝标准 刀具都存在后刀面的磨损，通常规定以后刀面的均匀磨损区的宽度VB值作为衡量磨损量的大小。,VB,5）刀具的耐用度和刀具寿命,一把新刀或新刃磨过的刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准(磨损限度）为止所经历的实际切削时间 刀具的耐用度（T） 硬质合金焊接车刀：60min 高速钢钻头：80-120min 硬质合金端铣刀：120-180min 齿轮刀具：200-300min,刀具开始切削到完全报废所经历的实际切削时间的总和刀具寿命。,6) 切削液 作用：改善润滑条件，减小摩擦热；冷却降温，改善散热条件； 清洗工件等。 合理选择可以降低切削力和切削温度，提高刀具的耐用度和加工质量,矿物油 同时起润滑和冷却作用，以润滑为主； 用于精加工。,水溶液（加一定量的防锈剂苏打）主要起冷 却降温作用；用于粗加工。,分类：,乳化液（乳化油加水稀释，70%98%的水），可用于粗、精加工。,加工铸铁一般不用切削液。 组织内有石墨能起润滑作 用。用硬质合金刀具，也 不用切削液。,（六） 切削用量（Vc、f、p）的合理选择,2）方案 例如: 粗车： p与 f 较大， Vc较低； 精车： p与 f 较小， Vc较高； 对于表面较硬和难加工材料，Vc较低； 刀具材料好， Vc可适当提高。,1）原则 在充分利用刀具的耐用性能和维护机床安全使用的前提下，以“质量、效率、成本”三准则来合理选择。,选择切削用量顺序：首先选取尽可能大的背吃刀量；其次选进给量；最后选切削速度。 1）粗加工中切削用量的选择 主要考虑生产率，应尽量选取较大的背吃刀量。 根据切削力来选择进给量。 切削速度通过计算得出。 2）精加工中切削用量的选择 主要考虑加工质量和刀具耐用度 背吃刀量小，进给量选小，切削速度选大,复习题,分别指出车端面和铣（镗）平面的主运动和进给运动，并同时用示意图表示。 说明切削用量三要素的物理意义。 绘制外圆车刀刀头工作示意图，分别说明“三面两刃一刀尖”和“前角后角两偏角”。 对刀具材料有何要求？常用刀具材料有哪几种？举例说明其应用特点。 何谓刀具耐用度？ 说明切削热的产生原因和切削液的种类及其作用。 简述切削用量的一般选择原则。,二 常用切削加工方法综述及零件典型表面工艺方案的制订,（一）外圆表面切削加工及工艺方案的制订(录像),挂轮轴,1加工方法分类： 车削：粗车、半精车、 精车及精细车； 外圆磨削：粗磨、半精 磨、精磨、超精磨等。,(1) 运动形式,主运动 工件（主轴）旋转运动 进给运动刀具的直线运动（横向、纵向等）,车 削,(2) 精度等级,按加工工艺分：,粗车加工精度为 IT13 IT10，表面粗糙度值为 Ra12.5 6.3 m。 去掉零件大部分加工余量，以达到较高的生产率，为后续加工作准备。次要表面的最终加工。,半精车加工精度IT10IT9，表面粗糙度为Ra 6.3 3.2m。 为零件的精加工作准备。中等精度表面最终加工工序。,精车加工精度IT8IT7， 表面粗糙度为 Ra 6.3 1.6m表面加工的最终工序或光整加工的预加工。,精细车加工精度IT6IT5 表面粗糙度： Ra0.40.1 m 是小型非铁金属零件代替磨削加工的主要加工方法。,普通车床 适于各种中、小型轴、盘、套类零件的单件、小批量生产。,转塔式六角车床 适于加工零件尺寸较小、形状较复杂的中、小型轴、盘、套类零件的大批大量生产。,立式车床 适于直径较大、长度较短的形状复杂的大型或重型零件。（L/D=0.30.8）,数控车床 适于多品种、小批量生产复杂形状的零件。,(3) 车削设备(选讲),(4) 工件装夹的方法,卡盘装夹,适用于L/D 4的工件。,顶尖装夹,适用于L/D = 410的工件。,心轴装夹,适用于盘、套类零件的精加工。,其它附件,跟刀架、中心架、花盘等。, 易于保证工件各加工面的位置精度 切削过程比较平稳 刀具简单，装夹方便， 应用广泛，加工材料范围广。(适用于有色金属零件的精加工),(5)车削的工艺特点,(6) 车削加工的应用,1.车外圆面,2.车内圆面（车床上镗孔）,3.车端面、车槽、切断, 实体零件：,钻孔,车（镗）,扩、铰, 已铸出、锻出孔：,镗孔,4.车锥面,5.车成形面,6.车螺纹,7. 滚花,外圆磨削 在外圆磨床上进行。 用砂轮作为切削刀具，为外圆精加工的主要方法，宜用于淬火钢铁件。,砂轮依靠砂轮磨粒对被加工表面起着“挤压、滑擦和刻划”作用。 砂轮具有“自锐性”，即砂轮内新旧磨粒在磨削时通过推陈出新而始终保持锐利的性能。 磨削需要切削液（乳化液）进行冷却。 加工精度高，表面质量好。,运动形式： 主运动砂轮的旋转运动 进给运动工件、砂轮的旋转、直线运动 精度等级：IT7IT6 表面粗糙度:Ra0.20.8m 工艺特点:精度高,表面粗糙度小,砂轮有自锐作用,磨削温度高。,3加工方案制订,1）原则 粗精分开，先粗后精；先面后孔。,2）外圆面的技术要求,本身精度 位置精度 表面精度,粗车半精车精车（T8 T7 ；R0.81.6）。 用于：非铁金属件的最终加工；,粗车半精车（T9 T10； R3.26.3）。 用于不重要的配合表面或非配合表面。,粗车（T12 T11；R12.550）。 外圆表面的预加工，提高生产率为主要目的。,3）方案,粗车半精车磨削（T8 T7；R0.81.6）。 用于淬火钢质且精 度要求高的轴、套 类零件。半精车后， 磨削前要插入表面淬火。,粗磨精磨研磨（或精细磨）（T6 T5； R0.0080.1）。 用于精度很高和表面粗糙度很小的表面淬硬 件。粗磨前进行车削和表面淬火。,（二）零件平面加工方法及加工方案的制订,柴油机油底壳件,双面铣削,1平面加工方法 几乎所有普通加工方法（钻削 除外）都可以应用，即车削、铣削、刨削、拉 削、磨削、刮研及抛光等。以铣削、刨削 为主。,这里指在一次拉削汽车连杆大头三个侧平面。,用车、铣 、拉、刨削加工平面，加工质量一般情况下可达到“六六、七七、八八”，即：表面粗糙度R1.66.3：加工精度T7 T8。当然，进一步精车、精铣、精刨，还可提高加工精度。,1）刨削 机床：牛头刨床（中小件）、龙门刨床（中、大件） 运动形式：主运动和进给运动均为直线。 精度等级：T7T8；R1.66.3，,工艺特点：生产率低，加工成本低 加工工艺范围：加工平面（水平面、垂直面、斜面）沟槽等。 主要用于平面加工，小批量生产和维修。,2）铣削 机床：卧式铣床、立式铣床和龙门铣床。 运动形式: 主运动：刀具旋转； 进给运动：工件直线运动。,卧式铣床（X6125）,立式铣床（X5030）,分类： 依刀齿在铣刀上的分布分： 周铣刀齿分布于刀盘圆周上，一般为卧铣（绕水 平轴旋转）。,顺铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同。,逆铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反。,顺铣,逆铣,刀具寿命长；,工件表面质量高；,有利于工件的夹紧。,工件表面质量低。,刀具磨损严重；,不利于工件的夹紧。,端铣刀齿分布于刀盘端面。一般为立铣（绕垂直 轴线旋转）。 端铣加工质量比周铣高，生产效率也比周铣高。目前大都采用端铣。,铣刀：,带 柄 铣 刀,带 孔 铣 刀,铣削生产率比刨削高，属于多刀齿切削；加工质量适中；工件便于安装，生产成本低。但加工时因切削不连续，有冲击和振动，影响加工质量。 精度等级：T7T8；R1.63.2 工艺特点：生产效率高，加工工艺范围广。容易产生震动；刀齿散热条件好 应用范围。可加工大小平面、沟槽（直槽、T形、燕尾形等）,3）拉削为多刀刨削，一次 加工成形，属于高效、高质 量的加工方法。,刀具为拉刀，由多排刀具组成。各排刀齿切削分量之和等于切削层厚。,运动形式：只有主运动-直线运动，,拉削加工精度 T6T7；R0.40.8。 应用拉平面、拉圆孔、型孔等；大量生产。如汽车缸体上、下底面、侧面的拉削，一共由1754把刀组成刀排，上、下底面经往返两次拉削成。,拉削的特点：, 生产率高；, 加工范围广；, 加工精度高，表面粗糙度低；, 拉床结构简单；, 拉刀寿命长。,平面磨削通常用于平面精加工。,周磨：是利于砂轮的外圆面进行磨削的，多用于加工质量要求较高的工件 端磨：是利于砂轮的端面进行磨削的，适用于加工质量要求不很高的工件。,3平面加工方案制订 技术要求：形状精度；位置精度；表面质量三方面的要求。 方案制订： 1）粗车精车（端面）T8 T7；R1.612.5。 2）粗铣（刨） T13 T11；R12.525。 3）粗铣精铣（粗刨精刨） T10 T7； R1.63.2。 4）粗铣拉削 T6 T7；R0.81.6。 5）粗铣（刨）精铣（刨）表面淬火（钢质） 磨削 T5 T6；R0.20.8。,应用 ：非结合面，一般粗铣、粗刨或粗车即可。 结合面，先粗后精，粗精配合； 重要结合面，如机床床身导轨面，还要精磨。,（三）孔的加工及方案制订,1孔的加工方法 主要有钻孔、扩孔、铰孔、镗削、拉削、磨削等。,1）钻孔 多为粗加工，刀具为麻花钻头，,钻孔所用的设备,台式钻床：单件小批量生产中，中小型工件上的小孔。 （D13) 立式钻床：中小型工件上较大的孔（D50)。 摇臂钻床：大中型工件上的孔。 车床：回转体工件上的孔,运动形式： 主运动钻头的旋转运动 进给运动钻头的轴向进给运动 精度等级：IT1113 表面粗糙度：Ra12.525m 应用：孔加工（小于50mm） 钻孔的工艺特点：钻头的刚性差（引偏） ，排屑困难，加工精度低（切削热不易传出）,减少钻头引偏采取如下措施,预钻锥形定心坑 用钻套导向 钻头的两个主切削刃应尽量刃磨对称。,2）扩孔（用扩孔钻）和铰孔（用铰刀）指对已钻出或铸出、锻制的原孔进一步加工，以提高孔的加工精度和表面质量。扩孔可达T10T9， R3.26.3；铰孔可达T9T7；R0.41.6。,3）镗孔 用镗刀对已钻出、铸出或锻制的预加工孔 进一步加工，可在车床或镗床上进行。,加工T8T7（精镗），R 0.8 1.6。 精细镗精度可达T7T6，R0.20.8。 镗削生产率低。采用多刃镗刀可提高生产率。 镗削适应广，灵活性大， 加工质量高。 可矫正原孔轴线偏斜和位置偏差。,镗削是大孔（D80100）、孔内环槽合适的加工方法，,4）磨削（内圆磨）孔的精加工方法。加工精度达T8T7，R0.41.6。加工质量不如外圆磨和平面磨，砂轮直径受限。生产率较低。 一般用于不宜用其他方法加工的高精度孔及淬硬孔，如冲压模的淬硬凹模孔。,5）拉削用圆孔花键和内齿拉刀加工，用于大量生产。,2孔加工方案的制订 孔的技术要求与外圆表面相似,5）（钻）粗镗半精镗磨削（ T8 T7；R0.81.6） 用于淬火钢件的精加工。,4）粗镗半精镗精镗（ T8 T7；R0.81.6）。 中、小批生产，非淬火件的加工。,3）（钻）粗镗拉削（T8 T7；R0.40.8）。 成批、大量生产。,2）钻铰或钻扩铰（T8 T7；R1.63.2） 用于非淬火钢件、铸铁件和非铁金属件小孔、细 长孔加工（50）。,1）钻孔 用于任何批量、实体上的装配孔加工。,（四）齿轮齿形加工 齿轮传动：是用来传递空间任意两轴之间的运动 ，传递准确可靠，结构紧凑，寿命长，效益高，是应用最广泛的一种传动机构。,齿轮齿形一般为渐开线。 渐开线齿形齿轮因其加工简单，安装较方便，强度高，传动平稳等优点，应用最广。 齿轮齿形加工方法主要有 成形法和展成法。,成形法（仿形法） 用成形刀具直接切出，如铣齿、磨齿等。铣齿刀号见P112表5-3,铣齿刀,铣齿,磨齿,展成法（范成法或包络法） 利用滚齿或插齿刀具与被切齿轮坯的啮合运动切出齿形。如插齿机上插齿，滚齿机上滚齿等。,滚齿刀,滚齿,插齿,滚齿加工在滚齿机上进行,运动形式： 主运动滚刀的旋转运动 轴向进给运动滚刀沿工件的轴向进给 展成运动（分齿运动）滚刀与工件的 啮合运动,精度等级：IT7IT8 表面粗糙度： Ra1. 63.2m 加工工艺范围：直齿、斜齿、螺旋齿轮和蜗轮 工艺特点：加工范围大，生产效率高。齿形误差小。,插齿加工在插齿机上进行,运动形式： 主运动插齿刀的上下往复运动 展成运动（分齿运动）插齿刀与工件的啮合运动 径向进给运动切全齿深，插齿刀的运动。 让刀运动为了减少刀具磨损和已加工表面摩擦，齿坯而作的运动。,精度等级：IT8IT7 加工工艺范围：直齿、内齿。带台肩的齿轮 工艺特点：齿形误差小，生产率较滚齿低，加工范围大，表面粗糙度小。,这是用剃齿刀和珩磨轮对齿轮进行精加工，也属于展成法。,剃 齿 刀,珩 磨 轮,剃 齿,珩 磨,刀 具,圆柱齿轮的精加工,剃齿：是在剃齿机上用剃齿刀对齿轮轮齿进行精加工的方法。 用途：齿面未淬硬（小于35HRC）直齿和斜齿圆柱齿轮的精加工。 精度等级：IT5-IT6 表面粗糙度：Ra0.20.4m,珩齿：是在珩齿机上用珩磨轮对已淬火齿轮进行精加工的一种方法。 用途：主要用于剃齿后需淬火齿轮的精加工。 精度等级：IT6 磨齿：是在磨齿机上使用砂轮对已淬火的齿轮进行精加工的一种常用方法。 分类：成形法磨齿，展成法磨齿 精度等级：IT5-IT6,（五）数控加工 在数控机床（数控车床、数控铣床、数控磨床等）上用计算机数控程序实现自动加工。,数控车床,数控铣床,特点 1）加工精度高，质量稳定。 2）工件加工周期短，自动控制，生产效率提高。 3）不用换刀，由计算机自动调整，按程序运行加工。 改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度。 4）有利于生产管理。通过CAD/CAE/CAM柔性系统， 实现从产品设计，加工工艺分析、制造到自动检测的零件 生产全过程自动化. 5）应用广泛。对于小批量复杂的各种零件，数控 加工最为理想。但生产效率不如流水线高。,加工方法的选用 总的原则： 1. 根据被加工面的形状尺寸精度要求确定加工顺序。如：缸体、曲轴在自动线分工序由各自的专用机床加工。 2. 依据工件的材质、热处理要求来合理安排加工工序。 3. 按零件的结构形状、结构特点。 4.依据生产纲领、生产效率、生产条件等考虑。,复习题,说明车削加工的应用范围及工艺特点。 说明磨削加工的工艺使用范围及工艺特点。 简述外圆表面的加工工艺方案并作比较。 试述平面加工方法及工艺方案的制订。 说明孔加工方法及工艺方案的对比分析。 刨削和铣削有何异同，分别说明其工艺特点。 齿轮齿形加工分哪两类，说明其工作原理。 试述数控加工的特点及其应用。,三、工艺过程的基本知识,（一）基本概念 1生产过程和工艺过程 生产过程 指将原材料制成毛坯，再由毛坯加工成零件，经过装配成为机器的全过程。,生产过程,成形,装配,材 料,毛 坯,零 件,产 品,加工,工艺过程 直接改变毛坯尺寸、形状和材料性能， 使之变为成品的过程。,工艺过程连同原材料运输、保管、生产准备、装配、产品检验、试车和包装等环节组成生产过程。 工艺过程又包括若干道工序,下面请看一段关于汽车总装过程的录像。,2工序与工步 工序 指在同一工作地点，对一个或一组零件所 连续完成的部分工艺过程。工序组成工艺过程。 同一工序内还需若干次安装。 每一次安装又可分为若干工步。 下面以阶梯轴为例提出两种加工工序组合方案。,3、生产类型 生产纲领:某工厂一年制造的合格产品的数量(年产量),生产纲领是划分生产类型的依据.,1）单件生产：重复件少。重型机械制造和工厂修理车间对 单个零件的修理、配制属于单件生产。 2）成批生产：成批地生产相同零件。分小批生产、中批生产、大批生产 3）大量生产：同一产品的制造数量很多，在大多数工作地点，经常重复地进行一种零件某一工序的生产。 如汽车制造，标准轴承加工。 生产类型不同，对设备、夹具、刀具、检具和毛坯要求各不相同。单件小批量生产车间，通用机床和夹具用得多。对大量生产，专用机床、专用夹具用的多。,根据零件的大小和生产纲领分：,各种生产类型的特征和要求：,（二）工件安装和夹具,1工件定位的概念 无论是单个零件在机床上的安装与加工或多个零件的同类加工工序，工件相对于刀具都必须始终保持有一个准确的位置。这就称为工件的定位。 从定位到夹紧的整个过程-安装,工件在夹具中定位的过程是实现工件上的定位表面与夹具上相应的定位元件接触的过程。,2.工件的定位原理,工件定位不准或加工中位置错动，其尺寸、形状和位置精度都不可能得到保证，导致零件报废，这是不允许的。,任何一个工件在机床中未定位之前，都可以看成在空间直角坐标系中的自由的物体，即具有六个自由度。,沿X、Y、Z坐标的三个移动：,用,工件的六个自由度,3. 工件的六个自由度,用 X、Y、Z 表示,即绕X、Y、Z坐标的三个转动：,在三个相互垂直的平面上,用合理（按照三、二、一规律）分布的六个支承点(支承钉)去限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置被完全确定六点定位原理(规则),4.六点定位原理,工件在空间的六点定位,为保证尺寸Aa需限制工件的 Z、X、Y 为保证尺寸Bb需限制工件的 X、Z 为保证尺寸Cc需限制工件的 Y。 按照三、二、一规律布置的六个支承点、工件的六个自由度则全部被加以限制完全定位(六点定位）,0,X,Z,Y,实现完全定位的六点定位原理,1)完全定位 对于工件的加工，比如在长方体上加工出一定尺寸要求的不同槽，空间X、Y、Z三个方向都不得有任何位置的移动或旋转，需要完全定位。,5.六点定位原理的应用,由于工件加工的要求不同， 比如铣削或刨削平面，在轴 上铣削平面等，工件在空间 X、Y、Z方向上位置有所变动 或未作限制，并不影响工件的 加工精度要求，即称不完全定位。 不完全定位中，工件定位 与安装比实现完全定位来得 容易。,2)不完全定位限制自由度的数目少于六点的定位。,不完全定位图,6. 工件上定位基准的选择, 选择定位基准的意义： 要把无数被加工的工件依 次准确定位并快速安装在 机床上，必须选择工件的 合适表面作为基准，以此 保证加工和测量出图纸上 所要求的尺寸和定位精度 要求，并能提高生产效率， 减小定位误差。,定位基准选择类型 粗基准 工件加工前选择 合适毛坯表面作为第一次 定位基准，亦称毛基准。 对粗基准选择，顾及到相 对加工表面有相互位置精 度要求；并尽可能在一次 安装中能把大部分表面加 工出来；表面光滑、平整； 装夹面积足够；且让其在 后续加工中，粗基准面的 加工余量分布均匀。,精基准 : 以已加工表面作为加工或测量的基准面。,7.工件的安装 工件准确定位后需要及时夹紧，使得加工过程 中不得使工件因切削力、重力、离心力的作用而错 动位置。工件安装是先定位后夹紧的全过程。,工件装夹方法有直接安装法和夹具安装法两种。, 直接安装法 先对毛坯画线（轴心线、基准平面或定位点），安装前找正（如车外圆，使工件轴心线 与机床主轴重合），然后夹紧。,该方法费工，定位误差大，适于单件、小批量生产。,2）夹具安装法 按照先定位后夹紧，安装牢固的原则，选准工件和基准面，设计、制造专用夹具，以迅速找正，做到准确定位、快速夹紧。适用于成批大量生产。,8.夹具简介 1）夹具分类：通用夹具（车床上的卡盘、平口钳、万能分度头、电磁吸盘等）。 专用夹具：根据工件形状和定位要求设计。 2）夹具结构：有定位元件（平板、V形铁等），夹紧机构、导向元件和夹具体组成。,（三）零件的加工工艺规程的拟订 1编制零件机械加工工艺的工作内容。 零件图纸下达后，如何分析和编制零件的加工工艺，形成指导生产的技术文件，这是工艺人员的职责。具体工作内容包括： 1）认定零件加工的技术要求； 2）针对技术要求对零件进行加工工艺分析； 3）毛坯的选择及加工余量的确定 4) 选择定位基准； 5)工艺路线的拟定(确定加工工艺方案，安排加工顺序） 6)工艺文件的编制,加工顺序的安排,原则: 基面先行、 先粗后精、 先面后孔、 先主后次 主次穿插。,热处理工序的安排,1）预备热处理: 改善材料的切削加工性能，消除内应力低碳钢采用正火、中碳钢采用退火、高碳钢采用球化退火，综合力学性能要求高的零件采用调质,安排在切削加工(粗加工)之前 2）去内应力热处理 （人工失效、退火） 安排在粗加工之后。 对于加工硬化现象严重的材料在切削加工工序之间还应进行去内应力退火。 3）最终热处理:使材料获得所需的组织结构与性能 （淬火、调质，表面处理） 安排在精加工之前， 3. 辅助工序的安排 包括检查、检验、去毛刺、动平衡、清洗等工序。,工艺文件的编制工艺文件的种类包括：,工艺过程卡：即工艺路线卡或工艺流程卡，其主要作用是：以工序为单位，清晰表面零件加工经过的车间、工段、所用的机床设备、工艺装备及时间定额等。 是生产管理人在生产过程中进行调度，并简单迅速掌握生产情况必备的工艺文件。P131表6-3,工序卡：用于指导操作工人进行生产的文件，是为每道工序编制的工艺文件。一般附有工序简图，用粗实线标明本工序要加工的部位，注明定位基准符号，各加工表面的工序尺寸，表面粗糙度，公差以及其它的技术要求。并写明各工序的顺序和内容，使用的设备及工艺装备，规定的切削用量和时间定额。 是指导操作工人进行生产的文件,调整卡：它是对自动或半自动机床或者是某些齿轮加工机床等进行调整用的一种工艺文件，常需对设备进行调整，以保证夹具相对于机床有正确位置，保证刀具相对于被切削零件有正确进给轨迹等。,检验工序卡：是检验人员所用的文件，其中列有检验内容、使用的设备及量检具等，,3、实例 1）轴类零件顶尖式心轴，单件、小批量生产,坯料：45圆钢（35），表面淬火硬度4060HRC。 工艺分析：中间轴（18 ）与之相邻的左端轴肩要求高，有位置精度要求，垂直度为0.01mm。两端顶尖中心孔为中心轴段定位基准，圆柱定位基准，圆柱度全跳动公差不超过0.01mm。,加工方法与方案 粗车半精车铣左端头四方平面淬火（回火）粗磨精磨 定位基准选择 以两端中心孔作为轴段及其他部位精加工的定位基准，符合基准统一和基准重合原则。 编写工艺卡 注明：加工方法、工序内容、加工简图、选定设备。 淬火回火工艺另行送热处理车间安排。,2）盘套类零件（大量生产） 图示为柴油机调速套筒。,工艺分析：右端止口（30）对套筒内圆（25）有同轴度要求；左端卡口（16mm槽）对称于内圆（25）中心线有对称度要求（公差值0.03mm）；左端卡口底面M与25内圆轴线有垂直度要求（公差为0.025mm）。 内圆25、止口30两个尺寸都有公差要求，尺寸精度相对较高。 零件调质 2631HRC， M面淬火硬度 5155HRC。,加工方法与工艺方案 25 ：钻扩铰（成批生产）或钻拉（大量生产）； 30 粗糙度R12.5，可用精车替代磨削。可先加工孔25后再以孔定位加工30。 16mm5mm槽先行铣削，淬火后再磨削。 坯料用44圆钢。（工件外圆最大直径为40）。,0,+0.045,+0.002,-0.017,基准选择 粗基准棒料外圆（拉削时，基准为孔本身）。 精基准选择孔25轴心线。这符合基准统一原则。端面加工以右端止口为基准，使设计基准与定位基准重合。 工艺规程 (略),3）轴类零件,材料：45,淬火硬度： 4050HRC,零件各主要部分的技术要求,1）在 的轴段上装滑动齿轮，并开有键槽；,2） 和 的两段为轴颈，支承于箱体的轴 承孔中；,3）表面粗糙度值Ra均为0.8 m；,4）工件材料为45钢，淬火硬度为4045HRC。,工艺分析,该零件各配合表面本身均有一定的精度（相当于IT7）和粗糙度要求。,根据对各表面的具体要求，可采用如下的加工方案：,粗车半精车热处理粗磨精磨,轴上的键槽可在立铣床上铣出。,3. 基准的选择,为了保证各配合表面的位置精度，选择轴线（轴两端的中心孔）为粗、精基准。,4. 工艺过程,单件、小批量生产：,复习题,说明机械加工生产过程、工艺过程、工序等的名词意义。 机加工中，工件定位的意义是什么？如何区分完全定位和不完全定位？ 何谓六点定位原理？加工时，可不可以实行不完全定位？举例说明。 什么是定位基准？基准分哪几类？基准选择应遵循什么原则？,四、零件的结构工艺性分析,概念：是指零件的结构是否便于零件的加工（装配和维修）的难易程度。它评价零件结构设计优劣的技术指标之一。,零件结构工艺应注意的几方面原则,1.便于安装、定位和夹紧,工艺凸台,（1 ） 增加工艺凸台,（2） 增设装夹凸缘或装夹孔,装夹凸缘与装夹孔,（3） 改变结构或辅助安装面,2. 便于加工和测量 1） 刀具的引进和退出要方便,2）尽可能的避免不敞开的内表面加工,3） 尽可能的避免弯曲孔 4）凸缘上的孔要留有足够的加工空间,弯曲的孔,5） 尽可能的避免深孔、,6） 零件的结构要适应刀具的要求(保证刀具自由退出）,1）有相互位置精度要求的表面，最好在一次安装中加工,3.提高切削效率，保证产品质量,2）减少装夹次数,3） 防止钻头的过早的磨钝和折断，应尽量避免单边工作,改善钻头的结构提高钻头寿命,4） 零件的各结构要素尽量采用统一的数据,5）减少加工面积,加工面应等高,6） 减少走刀次数 凸台最好设计成等高,4.提高标准化程度 1） 设计时尽量采用标准件 2）应能使用标准刀具加工,铣内凹面时注意转角圆弧半径与铣刀一致,5.合理规定表面精度和粗糙度等级 6. 合理采用零件的组合 7.保证装配的方便性与可拆性,