機械加工課件

機械加工基礎(chǔ)課程

機械加工工藝基礎(chǔ)機械加工工藝基礎(chǔ)：

主要介紹機械加工的基本概念、切削基本原理、切削機床與刀具、切削加工基本工藝過程、選擇切削加工方法的基本原則，以及零件機械加工結(jié)構(gòu)工藝性。目錄第一章.切削加工的基礎(chǔ)知識第二章.金屬切削機床第三章.機械加工工藝過程第四章.零件表面的加工方案第六章.數(shù)控加工技術(shù)第一章

切削加工的基礎(chǔ)知識1.機械加工機械加工：采用不同的機床（如車床、銑床、刨床、磨床、鉆床等）對工件進行切削加工。2.零件表面質(zhì)量的概念

零件幾何參數(shù)：宏觀幾何參數(shù)：包括：尺寸、形狀、位置等要素。

微觀幾何參數(shù)：指：微觀表面粗糙程度。2.1加工精度加工精度：指零件經(jīng)切削加工后，其尺寸、形狀、位置等參數(shù)同理論參數(shù)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：零件尺寸參數(shù)的準確程度。b.形狀精度：零件形狀與理想形狀接近程度。c.位置精度：零件上實際要素（點、線、面）相對于基準之間位置的準確度。2.2表面粗糙度表面粗糙度：零件微觀表面高低不平的程度。

產(chǎn)生的原因：

1）切削時刀具與工件相對運動產(chǎn)生的磨擦；

2）機床、刀具和工件在加工時的振動；

3）切削時從零件表面撕裂的切屑產(chǎn)生的痕跡；

4）加工時零件表面發(fā)生塑性變形。2.2表面粗糙度表面粗糙度對零件質(zhì)量的影響：

零件的表面粗糙度對機器零件的性能和使用壽命影響較大，主要有以下幾個方面：

1）零件表面粗糙，將使接觸面積減小，單位面積壓力加大，接觸變形加大，磨擦阻力增大，磨損加快；

2)表面粗糙度影響配合性質(zhì)。對于間隙配合，表面粗糙易磨損，造成間隙迅速加大；對于過盈配合，在裝配時，可使微小凸峰擠平，有效過盈量減少，使配合件強度降低；

3）零件表面粗糙，低谷處容易聚積腐蝕性物質(zhì)，且不易清除，造成表面腐蝕；

4）當零件承受載荷時，凹谷處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，以致產(chǎn)生裂紋而造成零件斷裂。3.切削運動與切削用量

機器零件的基本表面包括：外圓、內(nèi)圓（孔）、平面和成型面基本表面主要由如下的加工方法獲得3.1切削運動要完成零件表面的切削加工，刀具和工件應(yīng)具備形成表面的基本運動，即切削運動切削運動：刀具和工件的相對運動切削運動分為主運動和進給運動主運動：提供切削可能性的運動。主運動只有一個進給運動：提供連續(xù)切削可能性的運動。進給運動可以有多個3.1機床的切削運動機床名稱主運動進給運動臥式車床工件旋轉(zhuǎn)運動車刀縱向、橫向、斜向直線移動鉆床鉆頭旋轉(zhuǎn)運動鉆頭軸向移動臥銑、立銑銑刀旋轉(zhuǎn)運動工件縱向、橫向、斜向直線移動牛頭刨床刨刀往復(fù)運動工件橫向間歇移動或刨刀垂向、斜向間歇移動龍門刨床工件往復(fù)運動刨刀橫向、垂向、斜向間歇移動外圓磨床砂輪高速旋轉(zhuǎn)工件轉(zhuǎn)動，同時工件往復(fù)移動，砂輪橫向移動內(nèi)圓磨床砂輪高速旋轉(zhuǎn)工件轉(zhuǎn)動，同時工件往復(fù)移動，砂輪橫向移動平面磨床砂輪高速旋轉(zhuǎn)工件往復(fù)移動，砂輪橫向、垂向移動3.2切削用量切削用量包括切削速度、進給量和背吃刀量切削速度：切削刃上選定點相對于工件主運動的瞬時速度,用V表示，單位為m/s

進給量：刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量，用f表示，車、鉆和銑削時單位為mm/r背吃刀量:

已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，用ap表示，單位為mm，如下圖：

4.切削刀具

常用的刀具材料

碳素工具鋼：如T7、T8、T9…T13等。適合于制造簡單的手工工具，如銼刀、鋸條等；合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入少量的鎢、鉻、錳、硅等元素，耐熱性較低，如9SiCr等，適合于制造低速成型刀具，如絲錐；高速鋼：含較多的鎢、鉻、釩等合金元素、常用的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。適合于制造中速精加工刀具；硬質(zhì)合金：成分由WC、TiC和Co組成，采用燒結(jié)方法獲得種類硬度HRC抗彎強度GPa熱硬性℃工藝性能用途碳素工具鋼60-652.16200-250熱成型手工刀具合金工具鋼60-652.35300-400同上低速刀具高速鋼63-701.9-4.4600-700同上中速刀具硬質(zhì)合金89-931.0-2.2800-1000燒結(jié)成型高速刀具陶瓷材料91-950.4-0.91100-1200同上連續(xù)精加工刀具4.2刀具的幾何角度(車刀的基本形狀)

為了研究刀具的幾何角度，建立三個輔助平面：基面：通過主切削刃上的某一點，與該點切削速度方向垂直的平面。切削平面：通過主切削刃上的某一點，與該點加工表面相切的平面。正交平面：通過主切削刃上的某一點，與主切削刃在基面上的投影垂直的平面4.3麻花鉆的基本形狀

麻花鉆由工作部分、頸部和柄部組成，工作部分又包括導(dǎo)向部分和切削部分第二章

金屬切削機床1、機床的類型金屬切削機床是用來對工件進行加工的機器，故稱為“工作母機”，習慣上稱機床。

按加工性質(zhì)和所用刀具分類：分為車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機床等12大類；按精度分類：分為普通精度、精密和高精度三種；按重量分類：分為一般機床、大型機床和重型機床。機床的型號：如：C6136表示…2、機床的基本結(jié)構(gòu)1.主傳動部件：用來實現(xiàn)機床主運動；2.進給傳動部件：主要用來實現(xiàn)機床進給運動；3.工件安裝裝置：用來安裝工件；4.刀具安裝裝置：用來安裝刀具；5.支承件：用來支承和連接機床各零部件，是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件；6.機床動力部件：為機床提供動力。3、機床的傳動

機床的傳動有機械、液壓、氣動、電氣等多種形勢，最常見的是機械傳動和液壓傳動。機械傳動包括皮帶傳動、齒輪傳動、渦輪蝸桿傳動、齒輪齒條傳動和絲桿螺母傳動4、車床的基本結(jié)構(gòu)主電機及變速機構(gòu)掛輪箱床頭箱進給箱卡盤中心架溜板箱尾架絲桿光桿5銑削加工主軸箱主軸橫溜板工作臺升降臺底座5.1立式銑床的基本結(jié)構(gòu)5.2銑削的主要加工范圍5.5銑削的工藝特點1.銑削加工的精度可達IT10-IT7，表面粗糙度可達6.3-1.6左右2.生產(chǎn)效率高，銑刀是多刀齒刀具，銑削時有幾個刀齒同時參加切削，主運動是刀具的旋轉(zhuǎn)，所以銑削的生產(chǎn)效率比刨削高。3.容易產(chǎn)生振動，銑刀的刀齒切入和切出時產(chǎn)生振動，加工過程中切削面積和切削力變化較大。4.刀齒的散熱條件較好，在刀具旋轉(zhuǎn)過程的不切削時間內(nèi)，刀具可以得到一定的冷卻。5.與刨床相比，銑床價格高，適用于批量生產(chǎn)。6.刨（插）削加工刨床主要有牛頭刨床和龍門刨床兩種牛頭刨床:刨刀的直線往復(fù)運動是主運動，工件在刨刀返回行程將結(jié)束時作橫向進給運動。牛頭刨床主要用于加工中小型零件龍門刨床:工作臺往復(fù)運動，橫梁上的刀架可以水平或垂直運動龍門刨床主要用于加工大型零件7.鉆削加工

鉆床包括臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。如圖：工件直徑≤12mm的孔一般使用臺式鉆床加工，孔徑<50mm的中小型零件在立式鉆床上加工，大型工件上的孔在搖臂鉆床上加工。

鉆夾頭是鉆孔的常用夾具，一般用于孔徑較小(≤

12mm)的工件，大直徑的零件用錐度套筒裝入鉆軸。對精度要求高，粗糙度低的零件鉆孔后還必須進行精加工。

8.1擴孔

用擴孔鉆對已經(jīng)鉆出或鑄出、鍛出的孔進行擴大和提高精度的加工，稱為擴孔。擴孔鉆如下圖所示。其結(jié)構(gòu)與麻花鉆相似，但切削刃有3

4個，前端是平的，無橫刃，螺旋槽較淺，鉆頭剛度好。擴孔余量小，切削比較平穩(wěn)，所以擴孔精度比鉆孔高。其尺寸公差等級可達IT10

IT9，表面粗糙度Ra值可達6.3

3.2

m。擴孔可作為終加工，也可作為鉸孔前的預(yù)加工。

8.2鉸孔

鉸刀有手用鉸刀和機用鉸刀兩種(圖a)。手用鉸刀為直柄，工作部分較長。機用鉸刀多為錐柄，可裝在鉆床、車床或鏜床上鉸孔。鉸刀的工作部分由切削部分和修光部分組成。切削部分呈錐形，擔負切削工作。修光部分起導(dǎo)向和修光作用。鉸刀有6

12個切削刃，制造精度高，心部直徑較大，剛度和導(dǎo)向性好。鉸孔余量小，切削平穩(wěn)。鉸孔尺寸公差等級可達IT8

IT6，表面粗糙度Ra值達1.6

0.4

m。手鉸孔時，用鉸桿轉(zhuǎn)動鉸刀并輕壓進給(圖b)。鉸刀不能倒轉(zhuǎn)，否則鉸刀與孔壁之間易擠住切屑，造成孔壁劃傷或刀刃崩裂

鉸孔適用于加工精度高、直徑不大孔的終加工。手鉸時，切削速度低，切削力小，不受機床振動等影響，加工質(zhì)量比機鉸好，但生產(chǎn)率低。

第三章

機械加工工藝過程1.工件的安裝直接安裝法：工件直接安裝在工作臺或采用通用夾具（三爪卡盤、四爪卡盤、頂尖、平口鉗、電磁吸盤等標準附件），有時要對工件進行劃線找正，再行夾緊。專用夾具安裝：工件安裝在為其加工而專門設(shè)計的夾具中，無須找正，迅速保證工件對刀具和機床的準確定位。節(jié)約時間，生產(chǎn)效率高，但夾具的設(shè)計和制造需要一定的成本。2.夾具簡介

夾具是用來將待加工工件固定的裝置。

夾具一般可分為通用夾具和專用夾具兩種，此外還發(fā)展了通用可調(diào)夾具、成組夾具和組合夾具等類型的夾具。

3.1夾具的分類1.通用夾具：指一般已經(jīng)標準化，不需特殊調(diào)整就可以用來裝夾不同工件的刀具，如：三爪卡盤、四爪卡盤、頂尖、分度頭、平口鉗、電磁吸盤，通用夾具價格較低，使用范圍廣泛，但生產(chǎn)效率不如專用夾具。故一般僅適用于單件小批量生產(chǎn)。2.專用夾具：是指為某一零件的加工而專門設(shè)計和制造的夾具，既可以保證加工精度，又提高生產(chǎn)效率，但夾具需要一定的投資。所以主要用于成批及大量生產(chǎn)中。3.2夾具的組成下圖為在軸上鉆孔時所用的一種簡單夾具1、擋鐵；2、V形鐵；3、夾緊機構(gòu)；4、工件；5、鉆套；6、夾具體4.1機械加工工藝過程的制定機械加工工藝過程的制定按三個步驟進行：1、擬定加工工藝路線分析研究零件圖的各項內(nèi)容及技術(shù)要求擬定零件加工的加工方法、加工方案及工藝路線。2、安排好加工工序（1）選擇毛坯

4.2機械加工工藝過程的制定

（2）安排好切削加工工序

①合理選擇加工方案②合理確定基準面常見幾類典型零件的加工，其基準選擇的常用方法有：

A.臺階軸類零件：一般選擇兩端中心孔作為定位基準面；對于批量很小、長度很短的軸類零件，可采用三爪卡盤在一次裝夾中完成各表面的精加工。4.3機械加工工藝過程的制定

（3）安排好熱處理工序

①改善金屬材料切削性能的熱處理工序，如各種退火、正火等，一般安排在粗加工之前進行；②消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序，如中間退火、回火、時效處理等，一般安排在粗加工與精加工之間進行；③提高機械性能的熱處理工序，如淬火、調(diào)質(zhì)、滲碳等各種表面處理，一般安排在最終加工之前進行。

4.4機械加工工藝過程的制定

所有的熱處理工序都是在零件最終加工之前進行，這是因為零件經(jīng)過熱處理工序后必有變形，最終加工時可以糾正變形帶來的誤差。（4）安排好檢驗工序在成批生產(chǎn)的工廠執(zhí)行“自檢、互檢、專檢”，產(chǎn)品經(jīng)檢驗合格，方可出廠。量具應(yīng)定期交有關(guān)部門檢驗，不合格的量具不允許上崗使用。

第四章

零件表面的加工方案

零件是由多個表面組成的，每一個表面又可以用多種加工方法獲得。因此，應(yīng)該對零件的結(jié)構(gòu)特點、形狀大小、技術(shù)要求、材料性能、生產(chǎn)批量、設(shè)備現(xiàn)狀以及經(jīng)濟性等多方面進行分析，選擇合適的加工方法。將多種加工方法按照一定的加工順序鏈接起來，依次對各個表面進行加工，多種加工方法的有機組合成為加工方案。加工方案是擬訂工藝過程的基礎(chǔ)。1.外圓表面的加工方案公差等級表面粗糙度Ra(

m)加工方案適用范圍IT13

IT1150

12.5粗車適用于淬火鋼外的各種金屬IT10

IT86.3

3.2粗車—半精車IT8

IT71.6

0.8粗車—半精車—精車IT6

IT50.8

0.2粗車—半精車—精車—精細車主要用于要求高的有色金屬IT8

IT70.8

0.4粗車—半精車—磨削

適用于除有色金屬外的各種金屬，特別是淬火鋼IT7

IT60.4

0.1粗車—半精車—粗磨—精磨IT5

IT30.1

0.025粗車—半精車—粗磨—精磨—超精磨2.平面的加工方案公差等級表面粗糙度加工方案適用范圍IT12

IT1025

12.5粗車軸、套、盤類等零件未淬火的端面IT9

IT76.3

0.8粗車—半精車—精車IT10

IT86.3

1.6粗刨（銑）—精刨（銑）用于不淬硬的平面IT7

IT60.8

0.1粗刨（銑）—精刨（銑）—刮研IT7

IT60.4

0.05粗刨（銑）—精刨（銑）—粗磨—精磨用于高精度低粗糙度的平面3.孔的加工方案公差等級表面粗糙度加工方案適用范圍IT13

IT1150

12.5鉆

加工除淬火鋼外各種金屬實心毛坯上較小的孔IT10

IT96.3

3.2鉆—擴IT8

IT76.3

3.2鉆—擴IT7

IT60.4

0.2鉆—擴—機鉸—手鉸IT13

IT1012.5

6.3粗鏜

除淬火鋼外各種金屬，毛坯有鑄出孔或鍛出孔IT9

IT83.2

1.6粗鏜—精鏜IT8

IT71.6

0.8粗鏜—半精鏜—精鏜IT7

IT60.8

0.4粗鏜—半精鏜—精鏜—精細鏜IT7

IT60.2

0.1粗鏜—半精鏜—粗磨—精磨主要用于淬火鋼，但不宜用于有色金屬4.齒輪的加工方案5.螺紋的加工方法

螺紋的結(jié)構(gòu)簡單、形式多樣、傳動穩(wěn)定、連接可靠、調(diào)整迅速準確、裝拆方便、成本低廉，在機械行業(yè)中應(yīng)用廣泛。5.1螺紋的種類和用途螺紋按其用途分為聯(lián)接螺紋和傳動螺紋1、聯(lián)接螺紋：主要起聯(lián)接和調(diào)整的作用（1）普通螺紋：牙形角為60o，又分為粗牙螺紋和細牙螺紋兩種，代號為M。（2）管螺紋：牙形角為55o，常用于水管、氣管、油管等防泄露要求的場合。5.1螺紋的種類和用途2、傳動螺紋：主要用于傳遞運動和動力。

(1)梯形螺紋：牙形角為30o，牙形為等腰梯形，代號為Tr，它是傳動螺紋的主要形式，如機床絲杠等。5.1螺紋的種類和用途（2）矩形螺紋：主要用于力的傳遞，其特點是傳動效率較其它螺紋高，但強度較低、對中準確性較差，特別是磨損后軸向和徑向的間隙較大，因此應(yīng)用受到了一定的限制。5.1螺紋的種類和用途(3)鋸齒形螺紋：其牙形為鋸齒形，代號為B。它只用于承受單向壓力，由于它的傳動效率及強度比梯形螺紋高，常用于螺旋壓力機及水壓機等單向受力機構(gòu)。5.1螺紋的種類和用途（4）模數(shù)螺紋：即蝸桿蝸輪螺紋，其牙形角為40o，它具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、自鎖性能好等特點，主要用于減速裝置。

5.2螺紋的加工1、車螺紋：其特點是通過車床機構(gòu)的調(diào)整，能方便地車出不同螺距、不同直徑、不同線數(shù)和不同牙形的螺紋，適合于單件小批量生產(chǎn)。5.2螺紋的加工2、攻螺紋和套螺紋:

攻螺紋是用絲錐在工件的光孔內(nèi)加工出內(nèi)螺紋的方法，如下圖左。套螺紋是用板牙在工件光軸上加工出螺紋的方法，如下圖右。5.2螺紋的加工

攻螺紋和套螺紋的特點是特別適宜于小尺寸的螺紋加工，對于特別小的螺紋，攻螺紋和套螺紋幾乎是其它方法不能代替的。攻螺紋和套螺紋的另一特點是操作十分靈活，特別適宜于成批大量箱體類零件上小螺紋的加工。5.2螺紋的加工3、銑螺紋、磨螺紋和滾壓螺紋

（1）銑螺紋：是在專用的螺紋銑床上進行，也可在萬能臥式銑床上進行。銑螺紋比車螺紋的加工精度略低、表面粗糙度略大，但銑螺紋的生產(chǎn)率高，適宜于大批大量螺紋生產(chǎn)的粗加工和半精加工。（2）磨螺紋：是在專用的螺紋磨床上進行，主要是對需要熱處理（硬度較高和精度要求高）的螺紋進行精加工，一般需要磨削的螺紋是經(jīng)過車螺紋或銑螺紋等半精加工后才進行的。5.2螺紋的加工

（3）滾壓螺紋：是使坯料在滾壓工具的壓力下產(chǎn)生塑性變形，強制壓制出相應(yīng)的螺紋，滾壓方式主要有兩種：

A.搓螺紋：是在搓絲機上進行，利用搓絲機壓出來的螺紋精度高，可達5級，表面粗糙度為Ra1.6~0.8，目前市場上購買的螺釘、螺栓等螺紋零件大都是由搓絲機生產(chǎn)出來的。

B.滾螺紋：是在專用的滾壓螺紋機上進行的，被滾壓出來的螺紋精度可達3級，表面粗糙度為Ra0.8~0.2，其優(yōu)點是大大提高了螺紋的抗拉強度、抗剪強度和疲勞強度，且生產(chǎn)率很高，缺點是需要貴重的專用設(shè)備，對坯料精度要求較高，而且只能滾壓外螺紋。6.典型零件的工藝過程

我們對軸類、盤類以及箱體類零件進行工藝過程分析6.1軸類零件

軸類零件按其結(jié)構(gòu)特點可分為光軸、階梯軸、空心軸、曲軸等，其主要表面為外圓面、軸肩和端面，某些軸類零件還有內(nèi)圓面、鍵槽、退刀槽、螺紋等其它表面。外圓面主要用于安裝軸承和輪系（帶輪、齒輪、鏈輪等），軸肩的作用是使上述零件在軸上軸向定位。軸類零件通過軸上安裝的零件起支承、傳遞運動和扭矩的作用。6.1軸類零件6.1軸類零件1）技術(shù)要求本零件的軸頸Φ24和Φ16分別裝在箱體的兩個孔中，軸通過螺紋M10和孔Φ10緊固在箱體上，軸上Φ20h6處是用來安裝滾動軸承的，軸承上裝有齒輪，軸中間對稱地加工出相距22的兩個平行平面，是為了卡扳手而設(shè)計的。

2）工藝分析

①毛坯選擇：由于軸受力不大，主要是支承齒輪，所以可直接選用不經(jīng)鍛造的45鋼。

6.1軸類零件

②定位基準的選擇

A.以圓鋼外圓面為粗基準，粗車端面并鉆中心孔；

B.為保證外圓面的位置精度，以軸兩端的中心孔為定位精基準，這樣滿足了基準重合和基準統(tǒng)一的原則；

C.調(diào)質(zhì)處理后，以外圓面定位，精車兩端面并修整中心孔；

D.以修整的兩中心孔作為半精車和磨削的定位精基準，滿足了互為基準的原則。

③制訂機械加工工藝過程

第五章

數(shù)控加工技術(shù)１.數(shù)控技術(shù)概述

1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)字控制（NumericalControlTechnology，NC）是一種借助數(shù)字化信息（數(shù)字、字符）對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）采用數(shù)字控制技術(shù)的自動控制系統(tǒng)。數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機床。是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。１.２數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展

2.制造業(yè)的發(fā)展需求產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型頻繁，提出高性能、高精度和高自動化要求一.產(chǎn)生背景1．傳統(tǒng)機床的不足人工操作，勞動強度大，難以提高生產(chǎn)效率人為誤差，難以保證質(zhì)量難以加工復(fù)雜形狀的零件不利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化1．國外

1930年，數(shù)控專利

1948年，數(shù)控機床生產(chǎn)的萌芽

1952年，第一臺數(shù)控銑床

1958年，第一臺加工中心

1968年，柔性制造系統(tǒng)

1974年，采用微處理器

1990年，采用基于工業(yè)PC的計算機數(shù)控系統(tǒng)2．國內(nèi)

1958年，第一臺數(shù)控銑床

1975年，第一臺加工中心

20世紀90年代末，華中數(shù)控自主開發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)二．產(chǎn)生與發(fā)展歷程１.２數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展第五代：微處理器數(shù)控(1974年)第四代：小型機數(shù)控(1967年)第三代：集成電路式(1965年)第二代：晶體管分立元件式(1959年)第一代：電子管、繼電器式(1952年）

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