機械加工基本知識

1、機械加工培訓教材技術(shù)篇機械加工基礎(chǔ)知識2011年 8 月第一部分：機械加工基礎(chǔ)知識一、機 床（ 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 -

2、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?。簝x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）、車銑中心（ X、Z、C 軸）、復合車銑中心（ 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。銑床 :

3、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。銑床的分類如下：? 根據(jù)主軸中心線的方向：臥式銑床 , 立式銑床 .? 根據(jù)控制方式：普通（手動）銑床、數(shù)控銑床? 根據(jù)控制軸數(shù)：普通銑床（ X、 Y、 Z軸）、 4軸數(shù)控銑床（ X、Y、Z、A軸）、 5 軸數(shù)控銑床 （X、Y、Z、 A、B 軸）? 根據(jù)主軸數(shù)量 : 雙主軸銑床。鏜（銑）床 : 刀具旋轉(zhuǎn)，工件與工作臺一起作軸向運動。主要用于銑削與鏜孔。一般為臥式。 鏜床分類如下：? 根據(jù)鏜床大小：臺式鏜床、大型落地鏜銑床。? 根據(jù)控制方式：普通（手動）鏜床、坐標鏜床、數(shù)控鏜床? 根據(jù)控制軸數(shù)：普通鏜床（ X、Y、Z、B 軸）、帶

4、 W軸的數(shù)控鏜床（ W、 X、Y、 Z、 B軸）、帶 平園盤的數(shù)控鏜床（ 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： 帶刀庫及自動換刀系統(tǒng)的數(shù)控銑床或鏜床。有鉆削中心、立式加工中心、臥式加工 中心、臥式鏜銑加工中心、龍門加工中心、五面體加工中心、落地鏜銑加工中心等等。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(shè)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，銑 削以裝刀具的主軸為基點）：?

5、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） 車端面軸向鉆孔鏜內(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 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? 銑平面? 銑溝槽? 銑側(cè)面，斜面，臺階面? 銑型腔，銑曲面? 鉆孔? 攻絲? 銑內(nèi)外螺紋? 銑沉孔，擴孔，鏜孔? 鉸孔? 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)，

6、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. 臥鏜加工中心臥鏜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軸，也就是說在主軸里面 還有一個“鏜桿”可以伸出（可以進給），以便鏜孔作業(yè)，所以臥鏜加工中心的鏜孔能力比臥式 加工中心強。另外，臥鏜加工中心一般為大型設(shè)備，只有一個工作臺。主規(guī)格一般按可伸出的鏜桿直徑來 定義，比如： 110， 1

7、30， 150， 200， 250mm等等6. 落地鏜銑床（加工中心） 大型臥式鏜銑床，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*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. 車銑中心在一般的數(shù)

8、控車床基礎(chǔ)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， 就可以進行銑削加工，稱之為車銑中心。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 軸向與徑向銑削。9. 復合車銑中心 比上述車銑中心功能更強大，可以進行復雜的車削與銑削，相當于數(shù)控車床+立（臥）加工中心，這種復合車銑機床的結(jié)構(gòu)、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

9、臺機床才能完成的的多種加工。二、機械加工工藝機械技術(shù)工作主要分為：設(shè)計與工藝 設(shè)計人員負責設(shè)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(shù) 。有關(guān)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：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、銑削工序等，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，

10、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、鏜內(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. 工藝文件 工藝人員編制的工藝流程、工藝卡、加工程序以及設(shè)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

11、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(guān)，國家標準將基

12、本尺寸分成若干段， 基本尺寸、精度等級與公差值得對應關(guān)系如下：公差帶兩個基本要素： ? 公差帶大小（寬度） ? 公差帶位置ES- 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 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，按基本偏差進行了 規(guī)范：差的國孔的基本偏差系列A-H:為下偏差EIJSJ公差帶代號及標注2. 角度尺寸精度12 級，分別為：角度尺寸精度沒有專門的標準，而是采用錐

13、度精度標準，共分AT1、AT2、AT3 .AT12（ 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：園度：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：同軸度傾斜度平行度垂直度對稱度位置度全跳動（ 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 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

14、 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(shù)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：Ra 1/4Rz 1/4Ry4. 光潔度（我國老標準），粗糙度Ra，日本三角記號之間的關(guān)系我國老標準（）我國新標準（ Ra ）25日本老三角

15、記號（）12.546.353.261.670.880.40.20.1（ 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，鏜內(nèi)孔： 切槽： 鉆削： 銑平面，溝槽，臺階 鏜孔： 鉸孔： 磨削： 滾壓：Ra12.5-Ra0.4Ra 6.3-Ra1.6Ra6.

16、3Ra12.5-Ra0.8Ra6.3-Ra0.4Ra3.2Ra0.8Ra0.4Ra3.2Ra0.4Ra0.1Ra0.1五、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，C）為主要添加元素的合金，統(tǒng)稱為 鐵碳合金 。鋼：含碳量 2.11%的鐵碳合金稱為“鋼”鐵：含碳量 2.11%的鐵碳合金稱為“鐵”2. 鋼的分類? 按用途分類? 結(jié)構(gòu)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

17、途鋼：不銹鋼，耐熱鋼等等? 按化學成分分類0.6%C)? 碳素鋼 - 低碳鋼（ 0.25%C），中碳鋼（ 0.25-0.6%C ），高碳鋼（ ? 合金鋼 - 除 Fe，C元素之外，還含有其他元素，如 Si ， Mo， Ni 等 ? 錳鋼， Cr 鋼等? 按品質(zhì)分類（含 P,S 雜質(zhì)的多少）? 普通鋼? 優(yōu)質(zhì)鋼? 高級優(yōu)質(zhì)鋼3. 鐵的分類? 生鐵：即含碳量 2.11%的鐵碳合金鐵合金：錳鐵合金，鉻鐵合金等鑄鐵：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

18、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?？估瓘姸?- 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，根據(jù)不同的測量方法，有如下幾種表示方法：布氏硬度： HB××× 洛氏硬度： HRA,HRBH, 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

19、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

20、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

21、，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間，使內(nèi)外 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

22、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)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，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

23、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650 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“四把火”，其中的淬火與回火關(guān) 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

24、方式的不同，又演變出不 同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。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

25、 火焰淬火和感應 加熱熱處理 ，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。? 化學熱處理 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。 化學熱處理與表 面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分。化學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 鉻等元素。 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(guān)教材。基本要求：? 能熟練手工繪制簡單的零件圖或零件的局部圖，最好能用AUTOC

26、AD繪制簡單的機械制圖。? 能熟練識別復雜的機械圖樣，包括手工與CAD繪制的圖紙。? 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 3.5mm，其