機械加工基本知識

1、技術篇I機械加工基礎知識2011年8月第一部分：機械加工基礎知識（一）機床概論機床是工件加工的工作母機.一個工件或零件從原始的毛胚狀態(tài)加工成所需的形狀 和尺寸，都需在機床上完成.從加工的對象來分類，機床可以分為：金屬加工機床木材加工機床石材加工機床 等等.機械加工的對象大多為金屬材料，所以,我們以下涉及的機床只針對金屬加工機床.金屬加工機床分類：鍛壓機床-通過壓力使工件產(chǎn)生塑形變形，例如：壓力機、彎板機、剪板機等等。特種機床-通過特種辦法加工工件，例如：電火花機床、線切割機床、激光切 割機床、水壓切割機床等等。金屬切削機床-采用刀具、砂輪等工具，除去工件上多余的材料，將其加工成所 需的形狀和尺

2、寸的機床，主要包括：車床:工件與主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具作軸向與徑向進給運動.主要用于旋轉(zhuǎn)工件、盤類零件、軸類零件的加工.車床的分類如下：根據(jù)主軸中心線的方向：臥式車床，立式車床.根據(jù)車床的大小：儀表車床、小型車床、普通車床、大型車床。根據(jù)控制方式：普通（手動）車床、簡易數(shù)控車床、全功能數(shù)控車床根據(jù)控制軸數(shù)：普通（手動）車床與數(shù)控車床（X、Z軸）、車銃中心（X、Z、C 軸）、復合車銃中心（X、Y、Z、C軸）根據(jù)主軸及刀塔數(shù)量：單主軸、雙主軸、雙刀塔車床。鈦9 刀具旋轉(zhuǎn)，工件與工作臺一起作軸向運動。主要用于方型及箱體零件加工。銃床的分類如下：根據(jù)主軸中心線的方向：臥式銃床，立式銃床.根據(jù)控制方式：普通

3、（手動）銃床、數(shù)控銃床根據(jù)控制軸數(shù)：普通銃床（X、Y、Z軸）、4軸數(shù)控銃床（X、Y、Z、A軸）、5 軸數(shù)控銃床（X、Y Z、A B軸）根據(jù)主軸數(shù)量：雙主軸銃床。鏈（銃）床：刀具旋轉(zhuǎn)，工件與工作臺一起作軸向運動。主要用于銃削與鏈孔。一 般為臥式。鏈床分類如下：根據(jù)鎮(zhèn)床大?。号_式鏈床、大型落地鎮(zhèn)銃床。根據(jù)控制方式：普通（手動）鍵床、坐標鏈床、數(shù)控鍵床根據(jù)控制軸數(shù)：普通鍵床（X、Y、Z、B軸）、帶Wtt的數(shù)控鍵床（W X、Y、Z、B軸）、帶平園盤的數(shù)控鏈床（W X、Y、Z、B、U軸）鉆床:鉆孔用機床。有臺式、搖背鉆之分，也有數(shù)控鉆床。攻絲機床：攻絲用機床。一般鉆床也有攻絲功能。加工中心：帶刀庫及自動

4、換刀系統(tǒng)的數(shù)控銃床或鏈床。 有鉆削中心、立式加工中心、 臥式加工中心、臥式鏈銃加工中心、龍門加工中心、五面體加工中心、落地鏈銃加工中 心等等。磨床:有外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨床等專用機床：為加工某個零件的某些部位專門設計的機床。（二）機床的控制軸機床的控制軸是以刀具作為基點，按照右手坐標系來定義的（車削以裝刀具的刀塔為基點，銃削以裝刀具的主軸為基點）：三個直線軸：X,Y,Z三個旋轉(zhuǎn)軸：A,B,C其它輔助軸：W,U（三）常見的數(shù)控機床及所能完成的加工內(nèi)容1.全功能臥式數(shù)控車床車外圓（包括直線，曲線，臺階，倒角）車端面軸向鉆孔鏈內(nèi)孔（包括直線，曲線，臺階，倒角）外圓切槽內(nèi)孔切槽端面切槽 外螺紋內(nèi)螺紋

5、切斷2,全功能立式數(shù)控車床所能完成的加工內(nèi)容同上3 .立式加工中心銃平面銃溝槽銃側(cè)面，斜面，臺階面銃型腔，銃曲面鉆孔攻絲銃內(nèi)外螺紋銃沉孔，擴孔，鎮(zhèn)孔錢孔孔口倒角，側(cè)邊倒角4 .臥式加工中心所能加工的內(nèi)容與立式加工中心相同，但因為其工作臺可以旋轉(zhuǎn)，控制軸數(shù)比立 式的X,Y,Z軸多一個旋轉(zhuǎn)軸-B軸，所以更適合箱體類零件的四周加工。臥式加工中心的另一個特點，是雙工作臺，可以自動交換。臥式加工中心一般按工作臺大?。ǚ叫喂ぷ髋_），作為主要的規(guī)格參數(shù)，分為：400*400500*500630*630800*8001000*10005 .臥鎮(zhèn)加工中心臥鎮(zhèn)加工中心與臥式加工中心的區(qū)別在于多出一個與Z軸平行的W

6、tt,也就是說在主軸里面還有一個“鏈桿”可以伸出（可以進給），以便鎮(zhèn)孔作業(yè)，所以臥鏈加工 中心的鍵孔能力比臥式加工中心強。另外，臥鎮(zhèn)加工中心一般為大型設備，只有一個工作臺。主規(guī)格一般按可伸出的鍵桿直徑來定義，比如：小110, 130, 150, 200, 250m出等6 .落地鎮(zhèn)銃床（加工中心）大型臥式鎮(zhèn)銃床，床身與立柱分離，工作臺與地面平行，便于大型工件上下7 .龍門立式加工中心，龍門五面體加工中心大型機床，Y軸為主軸在龍門橫梁上的移動，Z軸可以是滑枕的上下移動，也有 的是整體橫梁的上下移動。規(guī)格主要按工作臺面尺寸來定義，比如： 3000*1500 （長、寬），3000*2000,4000*

7、2000, 6000*2500 ,等等如果除了刀具可以自動交換之外，主軸還可以進行立、臥頭的交換（或轉(zhuǎn)換）， 則稱之為五面體加工中心，即除了工件的底面不能加工之外，其它五個面都可以加工8 .車銃中心在一般的數(shù)控車床基礎上，加上一個 C軸（即主軸的分度軸），再加上可以旋轉(zhuǎn) 的動力刀頭，就可以進行銃削加工，稱之為車銃中心。能安裝動力刀頭的刀塔，不同于一般數(shù)控車床所采用的日本式刀塔，我們稱之為 德國標準的VDI刀塔。VDI刀塔有幾個刀位可以裝一般的車刀桿，另外幾個刀位可以 安裝動力刀座。動力刀座又分為軸向動力刀座 （與主軸中心線平行）與徑向動力刀座 （與主軸中心線垂直），分別進行軸向與徑向銃削。9

8、.復合車銃中心比上述車銃中心功能更強大，可以進行復雜的車削與銃削，相當于數(shù)控車床+立（臥）加工中心，這種復合車銃機床的結(jié)構、形式有多種?？傊?，最終目標就是要盡可能在一次裝夾的情況下完成工件原來需要幾臺機床才能完成的的多種加工。二、機械加工工藝機械技術工作主要分為：設計與工藝設計人員負責設計產(chǎn)品。工藝人員負責如何將產(chǎn)品制造出來。所以簡單地說：機械加工工藝就是零件的加工流程、方法、技巧、藝術。有關機械加工工藝的幾個概念：1 .工藝流程就是工藝人員制作的完成一個零件加工的總的過程和順序。例如：車削加、銃削加、鉆禮，玫工方工分絲2 .工序是整個工藝流程中的某一個局部的加工工作，比如上述流程中的車削工序

9、、銃削 工序等，一個零件的加工工藝可能由多個工序組成。3 .工位，工步簡單說，工位就是一個工作位置，工步就是一個工作步驟。在一道工序中可能包含了多個工位及工步比如：一個棒料在車削這道工序中，要分兩頭加工，即要兩次裝夾，一次裝夾就是一個工位。一個工位又可能由幾個工步組成。比如，在裝夾一頭來加工另一頭時，要更換外圓車刀、外圓切槽、鉆內(nèi)孔、鏈內(nèi)孔 4把刀來完成加工，也就是4個工步。4 .工藝卡是工藝人員就某道工序編制的正式的、詳細的加工步驟。包括該道工序分幾個工 位或工步完成，每一步的切削參數(shù)，裝夾方式，刀具型號，精度與表面質(zhì)量控制要求, 如何測量及測量工具等等，數(shù)控加工還包括加工程序。5 .工藝文

10、件工藝人員編制的工藝流程、工藝卡、加工程序以及設計的刀具、夾具圖紙等統(tǒng)稱為某零件的工藝文件。三、機械加工精度機械加工的精度即為加工的精密程度，也就是加工后的實際參數(shù)與理論參數(shù)（名 義參數(shù)）的符合程度。在加工中，不可能完全達到理論值，總會有誤差，對一批零件 加工時，每一個零件的加工誤差都不一樣，所以對理論參數(shù)規(guī)定一個公差（公共誤差）， 在此范圍之內(nèi)的零件即為合格，反之即為超差。我們用公差的大小作為衡量精度的標 準。公差越小，精度越高，加工成本越高，加工難度越大；公差越大，精度越低加工 成本越低，加工難度越小。機械加工精度分為：尺寸精度形狀、位置精度綜合精度（一）尺寸精度單一的尺寸，如長度，直徑的

11、公差大小。包括線性尺寸（孔與軸）與角度尺寸，1. 線性尺寸精度精度等級國家標準將線性尺寸精度分為20個等級，代號為：每一精度等級的公差大?。ü顜挾龋┡c基本尺寸相關，國家標準將基本尺寸 分成若干段，基本尺寸、精度等級與公差值得對應關系如下：公差帶兩個基本要素:公差帶大?。▽挾龋┕顜恢肊S-代表孔的上極限偏差（簡稱上偏差）EI-代表孔的下極限偏差（簡稱下偏差） es-代表軸的上極限偏差（簡稱上偏差）ei-代表軸的下極限偏差（簡稱下偏差）孔與軸線性尺寸分為孔尺寸與軸尺寸，這里的孔與軸的概念是廣義的:如下圖:基本偏差的國家標準國家標準除對公差帶寬度（精度等級）作了規(guī)范之外，還就公差帶位置，按基

12、本偏差進行了規(guī)范：公差帶代號及標注2. 角度尺寸精度角度尺寸精度沒有專門的標準，而是采用錐度精度標準，共分12級，分別為:ATI、AT2、AT3 .AT12局低（二）形狀與位置精度（形位公差）1.形狀精度零件上某一形狀的精度，包括:直線度：平面度:國度:圓柱度:線輪廓度:面輪廓度2.位置精度表示零件上2個要素相對位置的精度，包括:平行度垂直度傾斜度同軸度對稱度位置度園跳動全跳動（三）綜合精度是對某個零件，特別是標準件，或某個零件的某一部分的多個要素（尺寸，形狀, 位置）的公差進行規(guī)范，從而形成該零件的綜合精度，比如：齒輪精度，軸承精度， 螺紋精度等等。公制螺紋精度：內(nèi)螺紋：分4,5,6,7,8

13、 級（小徑及中徑），基本偏差規(guī)定了2個位置：G,H標識：M10*1-6H外螺紋：分3,4,5,6,7,8,9（中徑）分4, 6, 8 （大徑），基本偏差規(guī)定了 4個位置：e,f,g,h標識：M10-5g6g四、加工表面質(zhì)量加工表面質(zhì)量主要包括兩方面內(nèi)容：表面的幾何形狀-主要指表面粗糙度表面的物理品質(zhì)-加工硬化程度，冷硬層深度，表面殘余應力等等（一）表面粗糙度表面粗糙度表示已加工表面的平滑程度。1. 三個指標：Ra-算術平均值-我國一般采用此指標Rz-十點平均值Ry-最大值如下圖：RaRzRy2. 粗糙度標識方法:3. Ra, Rz, Ry三者的大致關系Ra 1/4Rz=1/4Ry4. 光潔度（

14、我國老標準），粗糙度 Ra,日本三角記號之間的關系我國老標準（）我國新標準（Ra ）日本老三角記號（）25V 4 5 6 7 8（二）粗糙度對零件的使用性能的影響粗造度影響零件的耐磨性粗造度影響配合的穩(wěn)定性粗造度影響零件的疲勞強度粗造度影響零件的抗腐蝕性粗造度影響零件的密封性（三）主要加工辦法能達到的表面粗糙度影響機械加工表面粗糙度的因素很多，主要有如下幾種:機床（加工方法）加工形態(tài)（切削參數(shù)）工件材質(zhì)刀具切削液以下是主要加工方法所能達到的粗糙度大致范圍：車削外圓，端面，鏈內(nèi)孔：切槽：Ra鉆肖U:銃平面，溝槽，臺階鎮(zhèn)孔：錢孔：一磨削：一五、金屬材料及熱處理（一）金屬材料1. 概述工業(yè)中所用的材

15、料總體分為：非金屬材料:工程塑料，石墨.等等金屬材料黑色金屬材料：如鋼，鐵等有色金屬材料：鋁，銅，鎂及其合金等在機械工程中，鋼鐵應用最為廣泛，鋼與鐵都是以鐵元素（Fe）為基體，以碳（C） 為主要添加元素的合金，統(tǒng)稱為 鐵碳合金。鋼：含碳量 %勺鐵碳合金稱為“鋼”鐵：含碳量%勺鐵碳合金稱為“鐵”2. 鋼的分類按用途分類結(jié)構鋼：一般工程及機械零件用鋼工具鋼：工刃具、模具、量具用鋼特殊用途鋼：不銹鋼，耐熱鋼等等按化學成分分類碳素鋼-低碳鋼（0 %C ,中碳鋼（），高碳鋼（ %C合金鋼-除Fe, C元素之外，還含有其他元素，如 Si, Mq Ni等鈕鋼，Cr鋼等按品質(zhì)分類（含P,S雜質(zhì)的多少）普通鋼優(yōu)

16、質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼3. 鐵的分類生鐵：即含碳量%勺鐵碳合金鐵合金：鈕鐵合金，銘鐵合金等鑄鐵：生鐵中添加了 1-3%硅（Si）元素，鑄鐵又分為：灰口鑄鐵：HT250 數(shù)字表示抗拉強度球墨鑄鐵：QT400-17 抗拉強度一延伸率4. 金屬材料的性能金屬材料的性能分為：使用性能與工藝性能。使用性能物理性能：比重，熔點，導電性，導熱性，磁性等等化學性能：耐腐蝕性，抗氧化性等機械性能：須重點掌握的性能。抗拉強度-在拉斷或壓破時所承受的最大應力，N/mm屈服強度延伸率-拉伸斷裂時的總伸長與原長之比斷面收縮率-拉伸斷裂后，斷面的最大縮小面積與原面積之比抗沖擊韌性：抗沖擊能力硬度：抵抗更硬物體壓入其表面的能力，根

17、據(jù)不同的測量方法，有如下幾種表示方法：布氏硬度：HBXXX洛氏硬度：HRA,HR田RC維氏硬度：HV工藝性能-指材料的加工性能，比如：鑄造性能焊接性能冷彎性能沖壓性能鍛造性能切削性能（二）金屬材料熱處理1. 熱處理的概念熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保 持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般 不改變工件的形狀和整體的化學成分， 而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而 這一般不是肉眼所能看到的2. 熱處理的目的為使金屬工

18、件具有所需要的使用性能（機械性能、物理性能和化學性能），除 合理選用材料和各種成形工藝外，通過熱處理工藝往往可以達到提高這些性能的目 的。3. 熱處理的對象鋼鐵是機械工業(yè)中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以 控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其機械、物理和化 學性能，以獲得不同的使用性能。4. 熱處理過程熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過 程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一：金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用 木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。電

19、的應用使加熱易于控制，且無環(huán)境 污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行 間接加熱。金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量 降低），這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣 氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。保 溫：當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時,還須在此溫度保持一定時 問，使內(nèi)外

20、溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加 熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的一環(huán)：冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻 速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速 度進行淬硬。5. 熱處理種類熱處理工藝大體可分為三大類：整體熱處理整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體機械性 能的熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火：是將工件加熱到適當溫度，根據(jù)材料和工件

21、尺寸采用不同的保溫時問，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。正火：是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相 似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高 的零件作為最終熱處理。淬火：是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷 介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆?；?火：為了降低淬火后鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于 650c的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。調(diào) 質(zhì)：退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四

22、把火”，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝 回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫時效處理：某些合金淬火形成過飽和固溶體后， 將其置于室溫或稍高的適當 溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱 為時效處理。（將工件置于室外保持較長時間（半年以上），從而消除內(nèi)應力，稱為 自然時效處理）表面熱處理表面熱處理只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的熱處理工藝。為了只加 熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部， 使用的熱源須具有高的能量密度，即在 單位面積的工件上給

23、予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面 熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理，常用的熱源有氧乙快或氧丙烷等火 焰、感應電流、激光和電子束等?；瘜W熱處理化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；?學熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分?；瘜W熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)（氣體、液體、固體）中加熱，保溫較長時間， 從而使工件表層滲入碳、氮、硼和銘等元素。滲入元素后，有時還要進行其它熱處理 工藝如淬火及回火。化學熱處理的主要方法有：滲碳滲氮滲金屬六、機械制圖與識別詳見機械制圖相關教材。基本要求：能熟練手工繪制簡單的

24、零件圖或零件的局部圖，最好能用AUTOCAD制簡單的機械制圖。能熟練識別復雜的機械圖樣，包括手工與 CA港制的圖紙。掌握機械制圖的基本標準、規(guī)范及規(guī)定，包括：圖紙幅面及格式：繪制機械圖樣時，優(yōu)先采用 5種規(guī)定的圖紙基本幅面，分別是：A0、A1、A2、A3、A4。在圖紙上，圖框線必須用粗實線畫出，其格式分為不留裝訂邊和留有裝 訂邊兩種，但同一產(chǎn)品的圖樣只能采用一種格式。標題欄的文字方向應為看圖方 向，標題欄的外框為粗實線，里邊是細實線，其右邊線和底邊線應與圖框線重合繪圖比例:比例是圖中圖形與實物相應要素的線性尺寸之比。為了能從圖樣上得到實物大小的真實感，應盡量采用原值比例(1:1),當機件過大或過小時，可選用表規(guī)定的縮小或放大比例繪制，但尺寸標注時必須注實際尺寸。一般來說，繪制同一機件的各個視圖應采用相同的比例，并在標題欄中填寫。當某個視圖需要采用 不同比例時，可在視圖名稱的下方或右側(cè)標注比例字體:圖樣中書寫的字體必須做到：字體工整、筆畫清楚、間隔均勻、排列整齊。漢字漢字應寫成長 仿宋體，并應采用國家正式公布推行的簡化字。漢字的 高度不應小于，其字寬一般為字高的2/3 o長仿宋體的書寫要領是：橫平豎直,注意起落，結(jié)構勻稱，填滿方格