機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)()

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)參考教材：機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，賈振元、王福吉主編，科學(xué)出版社，2011機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第3版），盧秉恒主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2009金屬切削原理（第2版），陳日曜主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2009緒論制造業(yè)與制造技術(shù)零件與機(jī)器單工序與制造系統(tǒng)本課程的內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法零件的成形原理1、質(zhì)量變化?m＜0的制造過程去除成形：切削加工、磨削加工、電加工、三束加工等。切削加工通過刀具和工件之間的相對運(yùn)動及力的作用實(shí)現(xiàn)。切削過程中有力、熱、變形、振動、磨損等現(xiàn)象發(fā)生。這些運(yùn)動和現(xiàn)象的綜合決定了零件最終獲得的幾何形狀及表面質(zhì)量。2、質(zhì)量變化?m＝0的制造過程受迫成形：鑄造、壓力加工、模具成形等。模具成形現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的60％～90％需要使用模具加工。模具成形制品適合于大批量生產(chǎn)。模具制造一般是單件或小批量生產(chǎn)。3、質(zhì)量變化?m＞0的制造過程堆積成形：焊接、涂覆、快速成形、3D打印等?？焖俪尚瘟慵峭ㄟ^材料逐漸累加成形，可以成形任意復(fù)雜形狀的零件，而無需刀具、夾具等生產(chǎn)準(zhǔn)備活動。快速原型技術(shù)（RP）基于RP的快速模具制造技術(shù)3D打印第1章機(jī)械加工方法與切削機(jī)床學(xué)習(xí)目的與要求：（1）熟悉傳統(tǒng)加工方法的加工范圍。（2）熟悉主要加工機(jī)床的類型、結(jié)構(gòu)及其加工工藝特點(diǎn)。（3）了解各種刀具的結(jié)構(gòu)和用途。（4）了解機(jī)床的分類和型號編制方法。（5）熟悉機(jī)床的傳動方法和傳動鏈。（6）了解特種加工與常規(guī)切削加工的區(qū)別。（7）了解特種加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。機(jī)械加工——通過機(jī)床利用工具去除毛坯上多余的材料，獲得零件所需的形狀、尺寸和表面質(zhì)量。也就是通過刀具和工件之間力的作用以及相對運(yùn)動去除材料形成工件表面。主（切削）運(yùn)動：施加力的作用去除材料。進(jìn)給運(yùn)動：通過相對運(yùn)動形成所需要的工件表面。機(jī)械加工方法——運(yùn)動關(guān)系和工具形式1.1傳統(tǒng)切削加工方法與切削機(jī)床

1.1.1車削與車床1、車削加工最基本的機(jī)械加工方法。以工件旋轉(zhuǎn)作為主運(yùn)動，通過刀具對工件實(shí)現(xiàn)不同的進(jìn)給運(yùn)動，獲得不同的工件形狀。主要形成回轉(zhuǎn)表面，也可以加工平面。刀具沿平行于工件旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)給運(yùn)動，形成內(nèi)、外圓柱面。刀具沿與軸線相交的斜線進(jìn)給運(yùn)動，形成內(nèi)、外圓錐面。刀具沿一條曲線進(jìn)給運(yùn)動，形成特定的旋轉(zhuǎn)曲面。車削還可以加工螺紋面、端平面、偏心軸等。工藝特點(diǎn)適用范圍廣泛。容易保證被加工零件各表面的位置精度。可用于有色金屬零件的精加工。切削過程比較平穩(wěn)（切削力穩(wěn)定、慣性小、沖擊小）。生產(chǎn)成本較低。加工的萬能性好。加工精度和表面粗糙度普通車削：IT8～I(xiàn)T7，Ra6.3～1.6μm(▽4～▽6)。精密車削：IT6～I(xiàn)T5，Ra0.4～0.1μm(▽8～▽10)。超精密車削：Ra<0.04μm(▽11以上)。2、車床臥式車床，立式車床，轉(zhuǎn)塔車床，自動和半自動車床，仿形車床，數(shù)控車床等。臥式車床：中小型零件加工。立式車床：大型或重型零件加工。轉(zhuǎn)塔車床：形狀比較復(fù)雜的小型零件加工，不能加工螺紋。圖1.2CA6140普通型臥式車床

1、11-床腿；2-進(jìn)給箱；3-主軸箱；4-床鞍；5-中滑板；6-刀架；7-回轉(zhuǎn)盤

8-小滑板；9-尾座；10-床身；12-光杠；13-絲杠；14-溜板箱圖1.4普通轉(zhuǎn)塔車床及加工零件1-主軸箱2-前刀架3-床身4-前刀架溜板箱5-轉(zhuǎn)塔刀架1.1.2銑削與銑床1、銑削加工以刀具的旋轉(zhuǎn)作為主運(yùn)動，工件通過裝夾在機(jī)床的工作臺上完成進(jìn)給運(yùn)動。普通銑削一般加工平面、溝槽面等。采用成形銑刀可以加工特定的曲面，如銑削齒輪等。數(shù)控銑床通過控制幾個(gè)軸按一定關(guān)系聯(lián)動，采用球頭銑刀，可以加工復(fù)雜曲面，如模具型腔、葉輪葉片等。銑削方式按照完成切削的銑刀刀刃區(qū)分：周銑：由銑刀的外圓面刀刃完成加工表面。端銑：由銑刀的端面刀刃完成加工表面。加工特點(diǎn)：端銑：加工質(zhì)量好，多用于大平面銑削。周銑：適應(yīng)性強(qiáng)，多用于小平面、溝槽和成形面銑削。按照銑削（周銑）時(shí)主運(yùn)動速度方向與工件進(jìn)給方向的相同或相反區(qū)分：順銑：銑削的主運(yùn)動速度方向與工件進(jìn)給運(yùn)動方向相同。缺點(diǎn)：切削力容易使工件和工作臺一起向前竄動，進(jìn)給量突然增大引起打滑；銑削有硬皮的鑄件和鍛件時(shí)，首先接觸工件外皮，加劇刀具的磨損。逆銑：銑削的主運(yùn)動速度方向與工件進(jìn)給運(yùn)動方向相反。缺點(diǎn)：切削厚度從零逐漸開始增大，切削之初存在切削刃在加工表面的擠壓滑行過程，加劇刀具的磨損；逆銑將工件上抬，易引起振動。生產(chǎn)中多采用逆銑。工藝特點(diǎn)多刃切削，生產(chǎn)率較高。斷續(xù)切削，散熱條件較好。應(yīng)用范圍廣泛。銑刀刀齒的切入切出形成沖擊，切削過程容易產(chǎn)生振動，限制表面質(zhì)量的提高。加工精度和表面粗糙度普通銑削：IT8～I(xiàn)T7，Ra6.3～1.6μm(▽4～▽6)。高速銑削：IT6以上，Ra0.8～0.4μm(▽7～▽8)以上。2、銑床升降臺式銑床，床身式銑床，龍門銑床，工具銑床，仿形銑床，數(shù)控銑床等。升降臺式銑床：工作臺升降，單件小批量中小型零件加工。床身式銑床：刀具升降，大批量中等尺寸零件加工。龍門銑床：大型零件加工。圖1.10立式升降臺銑床1-立銑頭2-主軸3-工作臺4-床鞍5-升降臺圖1.8臥式升降臺銑床1-床身2-懸臂3-銑刀心軸4-掛架

5-工作臺6-床鞍7-升降臺8-底座圖1.11雙軸圓形工作臺銑床1-主軸2-立柱3-圓工作臺4-滑座5-底座圖1.9萬能升降臺銑床

圖1.12龍門銑床1-床身2、8-臥銑頭3、6-立銑頭4-立柱5-橫梁7-控制器9-工作臺1.1.3刨削與刨床1、刨削刀具的往復(fù)直線運(yùn)動作為主運(yùn)動，垂直于主切削運(yùn)動方向的刀具與工件之間的相對移動為進(jìn)給運(yùn)動。工藝特點(diǎn)機(jī)床與刀具簡單，加工成本低。加工精度低，生產(chǎn)率低。加工精度和表面粗糙度普通刨削：IT8～I(xiàn)T7，Ra6.3～1.6μm(▽4～▽6)。精密刨削：平面度0.02/1000，Ra0.8～0.4μm(▽7～▽8)。2、刨床牛頭刨床：中小型工件的單件生產(chǎn)。龍門刨床：加工大型工件。插床：可以看成立式的牛頭刨床，可以加工工件的內(nèi)表面如鍵槽、花鍵槽、多邊形孔等，還可加工漸開線齒輪齒面。圖1.16插床圖1.15牛頭刨床圖1.14龍門刨床1.1.4鉆削與鉆床1、鉆削加工鉆削是最常用的孔加工方法，鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為主運(yùn)動，鉆頭的軸向運(yùn)動為進(jìn)給運(yùn)動。單件小批量生產(chǎn)中小型零件ΦD<13,臺式鉆床加工。中小型零件13<ΦD<50,立式鉆床加工。大型零件，搖臂鉆床加工。大批量生產(chǎn)中，采用鉆模、多軸鉆或組合機(jī)床加工。精度高和表面質(zhì)量要求高的小孔，在鉆削后常常采用擴(kuò)孔（擴(kuò)孔鉆頭）和鉸孔（鉸刀）進(jìn)行半精加工和精加工。圖1.20分屑槽工藝特點(diǎn)（1）鉆孔加工精度低，表面質(zhì)量差，用于粗加工。容易產(chǎn)生“引偏”。排屑困難。不易散熱。圖1.18鉆孔引偏圖1.19減少引偏的措施（2）擴(kuò)孔半精加工，鉸孔前的預(yù)加工。剛性較好。導(dǎo)向性較好。切削條件較好。（3）鉸孔精加工。剛性和導(dǎo)向性好，容易保證孔的尺寸精度和形狀精度。不能校正原有孔的軸線偏斜。鉆-擴(kuò)-鉸不能保證孔與孔之間的尺寸精度和位置精度。2、鉆床鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲、锪鉆等。臺式鉆床，立式鉆床，搖臂鉆床，深孔鉆床，中心孔鉆床等。圖1.21鉆床的加工方法臺式鉆床：小型零件的單件小批量加工。立式鉆床：中小型零件的單件小批量加工。搖臂鉆床：大中型零件的單件小批量加工。圖1.22立式鉆床

圖1.23搖臂鉆床

1.1.5鏜削與鏜床1、鏜削加工鏜床鏜孔：鏜刀隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動，形成主切削運(yùn)動，工件軸向移動為進(jìn)給運(yùn)動。車床鏜孔：工件旋轉(zhuǎn)形成主切削運(yùn)動，刀具軸向移動為進(jìn)給運(yùn)動。工藝特點(diǎn)（1）加工箱體、機(jī)座、支架等大型零件上已有預(yù)孔的孔和孔系。（2）可有效地校正原孔的軸線偏斜，保證孔和孔系的位置精度。（3）能獲得較高的精度和較低的表面粗糙度。（4）加工范圍廣泛。（5）加工效率低。2、鏜床臥式鏜床，坐標(biāo)鏜床，金剛鏜床等。圖1.26臥式鏜床圖1.27立式單柱坐標(biāo)鏜床擴(kuò)孔、鉸孔與鏜孔的區(qū)別擴(kuò)孔、鉸孔無法提高原底孔軸線的位置精度和直線度。鏜孔后的軸線以鏜桿的回轉(zhuǎn)軸線決定，因此可以校正原底孔軸孔軸線的位置精度。加工精度和表面粗糙度鉆孔：IT10，Ra12.5～6.3μm(▽3)擴(kuò)孔：IT10～I(xiàn)T9，Ra6.3～3.2μm(▽4)鉸孔：IT9～I(xiàn)T6，Ra1.6～0.4μm(▽6～▽8)鏜孔：IT9～I(xiàn)T7，Ra1.6～0.8μm(▽6～▽7)1.1.6磨削與磨床1、磨削加工磨削是通過砂輪或其他磨具對工件進(jìn)行加工，砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是主運(yùn)動，砂輪與工件之間的相對直線移動為進(jìn)給運(yùn)動。磨削方式主要有外圓磨削、內(nèi)圓磨削和平面磨削。加工精度和表面粗糙度

IT6以上，Ra<0.8μm（▽8），最高可達(dá)Ra0.01μm（▽12以上）。工藝特點(diǎn)磨削過程是磨粒對工件表面的切削、刻劃和滑擦三種作用的綜合效應(yīng)。砂輪具有自銳性，但也需要修整。加工精度高，表面粗糙度小。可加工高硬度材料，往往作為最終加工工序。磨削溫度高，由于產(chǎn)生熱量大，需要充分的磨削液冷卻，否則會產(chǎn)生燒傷，降低工件表面質(zhì)量。徑向磨削分力大。2、磨床外圓磨床，內(nèi)圓磨床，平面磨床，工具磨床，專門化磨床等。圖1.31M1432A型萬能外圓磨床

特點(diǎn)：工件置于砂輪和導(dǎo)輪之間并用托板支承定位，工件中心略高于兩輪中心的連線，在導(dǎo)輪的摩擦力作用下旋轉(zhuǎn)分類：縱磨法（貫穿磨法）和橫磨法（切入磨法）無心磨削示意圖無心磨削圖1.35普通內(nèi)圓磨床圖1.36臥軸矩臺平面磨床1.2曲面加工方法與加工機(jī)床1.2.1齒輪齒面加工與加工機(jī)床1、齒輪齒面加工方法齒面形成方法成形法在普通銑床上采用成形銑刀實(shí)現(xiàn)齒輪齒面加工，銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為主運(yùn)動，銑刀的直線移動為進(jìn)給運(yùn)動。展成法展成法加工齒面的典型機(jī)床是滾齒機(jī)，滾刀旋轉(zhuǎn)形成主運(yùn)動，滾刀沿工件軸線方向的移動為進(jìn)給運(yùn)動。由滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動形成展成運(yùn)動關(guān)系，產(chǎn)生漸開線齒形，滾刀沿工件軸線方向進(jìn)給,實(shí)現(xiàn)直齒圓柱齒輪的加工。如果加工斜齒圓柱齒輪，需要增加由刀架沿工件軸向移動和工件附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動組成的差動運(yùn)動，產(chǎn)生螺旋線齒長。加工方法與機(jī)床（1）銑齒：銑床或銑齒機(jī)（2）滾齒：滾齒機(jī)（3）插齒：插齒機(jī)（4）剃齒：剃齒機(jī)（5）珩齒：珩齒機(jī)（6）磨齒：磨齒機(jī)（7）研齒：研齒機(jī)圖1.38盤狀和指狀銑刀銑齒圖1.41滾齒加工

圖1.44插齒加工

圖1.47剃齒原理

（a）帶齒芯的珩磨輪（b）不帶齒芯的珩磨輪圖1.49珩磨輪圖1.51展成法磨齒

圖1.50成形法磨齒

圖1.54研齒原理

2、齒面加工方法選擇加工方法精度等級齒面表面粗糙度Ra/μm適用范圍成形法9級以下6.3~3.2單件小批生產(chǎn)中加工直齒和螺旋齒輪及齒條展成法插齒8~71.6各種批量生產(chǎn)中加工內(nèi)外圓柱齒輪、雙聯(lián)齒輪、扇形齒輪、短齒條等，但插削斜齒只適用于大批量生產(chǎn)滾齒8~73.2~1.6各種批量生產(chǎn)中加工直齒、斜齒外嚙合圓柱齒輪和蝸輪剃齒7~60.8~0.4大批量生產(chǎn)中滾齒或插齒后未經(jīng)淬火的齒輪精加工珩齒7~61.6~0.4大批量生產(chǎn)中高頻淬火后齒形精加工磨齒6~30.8~0.2單件小批生產(chǎn)中淬硬或不淬硬齒形的精加工研齒0.4~0.2淬硬齒輪的齒形精加工，可有效的減小齒面的Ra值1.2.2復(fù)雜曲面加工與加工中心仿形銑削以原型作為靠模，加工中仿形頭始終保持與原型曲面接觸，仿形頭的運(yùn)動變換為電感量，信號放大控制銑床三個(gè)軸的運(yùn)動，形成刀具沿曲面運(yùn)動的軌跡，實(shí)現(xiàn)曲面的仿形加工。數(shù)控銑削在數(shù)控銑床或加工中心上，通過CAD/CAM系統(tǒng)編制的數(shù)控加工程序，控制球頭銑刀按曲面坐標(biāo)值逐點(diǎn)加工。在編程時(shí)要考慮刀具半徑補(bǔ)償，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)控制的是球頭銑刀球心位置，而成形面是球頭銑刀切削刃運(yùn)動的包絡(luò)面。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，工件一次裝夾后能夠進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。特點(diǎn)1）工序集中。2）備有刀庫，能自動換刀。3）加工精度高，生產(chǎn)效率高。4）一些加工中心具有自動轉(zhuǎn)位工作臺。分類按機(jī)床的形態(tài)①立式加工中心②臥式加工中心③龍門式加工中心④萬能加工中心按運(yùn)動和同時(shí)控制的坐標(biāo)軸數(shù)①三軸二聯(lián)動②三軸三聯(lián)動③四軸三聯(lián)動④五軸四聯(lián)動圖1.55加工中心1.3特種加工方法與加工機(jī)床特種加工——利用化學(xué)、物理及其復(fù)合方法，將電、聲、光、熱、磁等物理能量及化學(xué)能量，或其組合乃至與機(jī)械能組合，直接施加在零件被加工的部位上，使材料被去除、變形及改變性能等。

特種加工方法的分類（按能量形式和作用原理）1）電能與熱能作用方式：電火花成形與穿孔加工（EDM），電火花線切割加工（WEDM），電子束加工（EBM），等離子體加工（PAM）。2）電能與化學(xué)能作用方式：電解加工（ECM），電鑄加工（ECM）。3）電化學(xué)能與機(jī)械能作用方式：電解磨削（ECG），電化學(xué)機(jī)械光整加工。4）聲能與機(jī)械能作用方式：超聲波加工（USM）。5）光能與熱能作用方式：激光加工（LBM）。6）電能與機(jī)械能作用方式：離子束加工（IM）。7）液流能與機(jī)械能作用方式：水射流切割（WJC），磨料水噴射加工（AWJC）。特種加工方法的特點(diǎn)1）工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度。2）可以直接利用電能、化學(xué)能、電化學(xué)能、聲能、光能等能量對材料進(jìn)行加工。3）加工過程中的機(jī)械力不明顯，工件很少產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形，有助于提高工件的加工精度和表面質(zhì)量。4）各種加工方法可以有選擇地復(fù)合成新的工藝方法，使生產(chǎn)效率大幅度地增長，加工精度也相應(yīng)提高。5）每產(chǎn)生一種新的能源，就有可能產(chǎn)生一種新的特種加工方法。圖1.56電火花加工原理1-床身2-立柱3-工作臺4-工件電極5-工具電極6-進(jìn)給機(jī)構(gòu)7-工作液8-脈沖電源9-工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)

1.3.1電火花加工（放電加工）利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的高溫，熔蝕工件材料實(shí)現(xiàn)加工。圖1.57電火花線切割加工機(jī)床的工作原理1-貯絲筒2-工作臺X-Y向驅(qū)動電動機(jī)3-導(dǎo)輪4-電極絲5-工件-脈沖電源電火花加工的特點(diǎn)1）適合于加工用普通機(jī)械加工方法難以加工的各種導(dǎo)電材料。材料的可加工性幾乎與其機(jī)械性能（硬度、脆性、熱處理狀況等）無關(guān)。2）工具電極與工件之間沒有接觸式相對運(yùn)動，加工時(shí)不存在宏觀作用力，適用于低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工。3）工具電極不需要比工件材料硬，工具電極制造比較容易。4）脈沖電極持續(xù)時(shí)間極短，材料被加工表面受熱影響范圍小。5）生產(chǎn)效率低于機(jī)械加工。6）加工過程中電極有損耗，影響成形精度。圖1.58電解加工原理1-直流電源2-工件3-工具電極4-電解液5-進(jìn)給機(jī)構(gòu)1.3.2電解加工利用金屬在電解液中陽極溶解的電化學(xué)原理對工件進(jìn)行成形加工。電解加工的特點(diǎn)1）可加工難加工材料。2）加工效率較高。3