机械制造基础课件.ppt
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1、切削加工工艺基础理论知识,知识目标 1.了解切削加工的定义、分类和特点,熟悉切削运动的分类及特点,掌握切削用量的选择。 2.了解常用刀具的结构特点,熟悉车刀的主要角度。 3.了解切削力的分类和影响因素,熟悉切削力与切削温度对切削加工的影响以及减少切削热和降低切削温度的工艺措施。 4.了解切削液的作用和种类,掌握切削液的选用。 5.了解材料的切削加工性,熟悉改善材料切削加工性的基本方法。,技能目标 1.能分析常见切削方法的切削运动 2.会合理的选择切削用量和刀具 3.能分析影响切削力和切削温度的因素 4.能正确选用切削液,模块六 切削加工工艺基础理论知识,一、切削加工分类 钳工:通过工人手持工具
2、进行切削加工。 机械加工:采用不同的机床(如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等)对工件进行切削加工。 二、切削加工特点 三、切削运动的分类及特点,图6-1 切削运动和加工表面,模块六 切削加工工艺基础理论知识,项目6.1切削运动及切削要素基础及应用,模块六 切削加工工艺基础理论知识,1、要完成零件表面的切削加工,刀具和工件应具备形成表面的基本运动,即切削运动 切削运动:刀具和工件的相对运动 切削运动分为主运动和进给运动 主运动:提供切削可能性的运动。主运动只有一个 进给运动:提供连续切削可能性的运动。进给运动可以有多个,2. 切削加工时工件上形成的表面、 1)待加工表面将被切除的表面; 2)过渡表
3、面正在切削的表面; 3)已加工表面切除多余金属后形成的表面。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,四、切削用量 切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量 切削速度:切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度, 用V表示,单位为m/s 进 给 量:刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量,用f表示,车、钻和铣削时单位为mm/r 背吃刀量: 已加工表面和待加工表面之间的垂直距离,用ap表示,单位为mm,,模块六 切削加工工艺基础理论知识,图6-3切外圆时的切削层要素,项目6.2金属切削原理与刀具基础知识及应用 一、刀具的分类 1)切刀:包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等。 2)孔加工刀具:包括各种
4、钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工刀具(如钻一铰复合刀具)等。 3)拉刀:包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀)等。 4)铣刀:包括加工平面的圆柱铣刀、端铣刀等;加工沟槽的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等;加工特殊形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。 5)螺纹刀具:包括螺纹车刀、丝锥、板牙、螺纹切刀、搓丝板等。 6)齿轮刀具:包括齿轮滚刀、蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。 7)磨具:包括砂轮、砂带、油石和抛光轮等。 8)其他刀具:包括数控机床专用刀具、自动线专用刀具等。 按刀具材料,分为碳素钢刀具、高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具等。 按刀具结构,分为整体式、镶片式
5、、复合式刀具等。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,模块六 切削加工工艺基础理论知识,二、刀具结构 各种多齿刀具或复杂刀具,就其一个刀齿而言,都相当于一把车刀。 车刀分为切削部分和夹持部分,切削部分由三个刀面组成:前刀面、主后刀面、副后刀面。,三、刀具的主要角度,前角。 :在正交平面中,前刀面与基面之间的夹角; 后角。:在正交平面中,主后刀面与切削平面之间的夹角 主偏角Kr : 在基面上,主切削刃的投影与进给方向的夹角 副偏角Kr :在基面上,副切削刃的投影与进给反方向的夹角 刃倾角s,图6-5车刀的参考系,模块六 切削加工工艺基础理论知识,四、常用刀具材料的种类、牌号、规格和性能,模块六 切
6、削加工工艺基础理论知识,碳素工具钢:如T7、T8、T9T13等。适合于制造简单的手工工具,如锉刀、锯条等; 合金工具钢:在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素,耐热性较低,如9SiCr等,适合于制造低速成型刀具,如丝锥; 高速钢:含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制造中速精加工刀具; 硬质合金:成分由WC、TiC和Co组成,采用烧结方法获得,模块六 切削加工工艺基础理论知识,项目6.3切削过程中的物理现象及应用 一、切屑的形成及类型,模块六 切削加工工艺基础理论知识,图 6-8切屑的形成过程,2、常见的切屑有如下三种: a.带状切屑:用大
7、前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性材料时出现。形成带状切屑时,切削力平稳,表面光洁,但切屑连续不断,不安全或容易刮伤已加工表面。 b.节状切屑:用低切削速度,大进给量加工中等硬度的钢材时出现。形成这种切屑时,金属经弹性变形、塑性变形、挤裂和切离阶段,是典型的切削过程,但切削力波动大,工件表面粗糙。 c.崩碎切屑:加工铸铁、黄铜等脆性材料时出现,形成这种切屑时,切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖,刀具容易磨损。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,3、积屑瘤,积屑瘤:当切屑沿前刀面流出时,与前刀面接触的切屑底层受到摩擦阻力,速度变慢,形成滞流层,于是,金属粘附在切削刃附近,形成了积屑瘤,积屑瘤的
8、影响: 1、保护切削刃,粗加工时,希望产生积屑瘤 2、本身不断形成和脱落,会引起振动,影响工件表面粗糙度,精加工不希望产生积屑瘤。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,二、切削力和切削切削功率,切削力Fr的方向如左下图:可以沿三个方向分解为: 1.切向力Fz 2.轴向力Fx 3.径向力Fy,模块六 切削加工工艺基础理论知识,三、切削热和切削温度 切削热产生原因: 1.切屑变形;2.工件与刀具的摩擦; 切削热传出途径: a.由切屑带走,带走越多越有利; b.由周围空气和冷却介质带走,同样带走越多越有利; c.传入工件,使工件温度升高 ,引起工件变形,产生误差; d. 传入刀具,使刀具温度升高。刀具
9、硬度降低,磨损加快。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,四 刀具磨损和刀具寿命 刀具经过一定时间的使用后,由于摩擦和切削热的作用,使刀具变钝,切削温度上升,影响加工精度和表面质量,因此必须及时刃磨。 刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间。例:硬质合金焊接刀具的耐用度规定为60分钟。,模块六 切削加工工艺基础理论知识,模块六 切削加工工艺基础理论知识,五 切削液,模块六 切削加工工艺基础理论知识,项目6.4工件材料的切削加工技术及应用 一、衡量切削加工性的指标,模块六 切削加工工艺基础理论知识,1)以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性; 2)以切削力或切削温度衡量加工性; 3
10、)以加工表面质量衡量加工性; 4)以切屑控制或断屑的难易 5)相对加工性 Kv=60/(60)j 二、改善材料切削加工性的基本方法 1)在材料中适当添加化学元素 2)采用适当的热处理方法 3)采用新的切削加工技术,知识目标 1.了解金属切削机床的分类,掌握金属切削机床型号的编制方法; 2.了解金属切削机床的运动、常用传动机构、定比传动机构、常用变速、换向机构等,掌握传动链的分析和计算方法; 3.了解外圆表面、内圆表面、平面和螺纹表面的技术要求,掌握各种典型表面加工的方法。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,模块七 零件表面的加工基础理论知识,技能目标 1.能认识各种金属切削机床,正确识别、编
11、制机床的型号; 2.能分析金属切削机床的切削运动和传动系统,会相关的运动计算; 3.能根据不同典型表面的技术要求,正确选取合适的加工方法,项目7.1金属切削机床基础知识及应用 一、分类 金属切削机床是用来对工件进行加工的机器,习惯上称机床。 按加工性质和所用刀具分类:分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类; 按精度分类:分为普通精度、精密和高精度三种; 按重量分类:分为一般机床、大型机床和重型机床。 机床的型号:如:C6136表示,模块七 零件表面的加工基础理论知识,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-1 机床的类别代号,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-2 机床通用
12、特性代号,模块七 零件表面的加工基础理论知识,通用机床的型号编制举例,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、工件表面成形方法与机床运动分析 工件表面成形方法,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-2 形成发生线的四种方法 a-轨迹法 b-成形法 c-相切法 d-展成法,机床运动分析,图7-3 成形运动组成,机床的运动:表面成形运动和辅助运动。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,机床传动原理 通常传动链包括各种传动机构,在考虑传动路线时,可以先撇开具体的机构,把各种机构分成两大类: 一类为:定比传动机构(传动比和传动方向不变),如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等,称为定比传动机构;
13、另一类是:换置机构(可根据加工要求变换传动比和传动方向),如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,车床的主传动,模块七 零件表面的加工基础理论知识,车床的传动框图,模块七 零件表面的加工基础理论知识,机床运动计算,按每一传动链分别进行,其一般步骤如下: 1)确定传动链的两端件,如电动机主轴,主轴刀架等。 2)根据传动链两端件的运动关系,确定它们的计算位移,即在指定的同一时间间隔内两端件的位移量。 3)根据计算位移以及相应传动链中各个顺序排列的传动副的传动比,列写运动平衡式。 4)根据运动平衡式,计算出执行件的运动速度(转速、进给量等)或位移量,
14、或者整理出换置机构的换置公式,然后按加工条件确定挂轮变速机构所需采用的配换齿轮齿数,或确定对其它变速机构的调整要求。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,项目7.2 外圆表面加工基础知识及应用,图7-9 外圆面的加工方案流程框图,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、外圆表面的车削加工,1、车削的特点 刀具沿着所要形成的工件表面,以一定的背吃刀量和进给量,对回转的工件进行切削。 (1)易于保证工件各加工面的位置精度。 (2)切削过程较平稳。 避免了惯性力与冲击力,允许采用较大的切削用量,高速切削,利于生产率提高。 (3)适于有色金属零件的精加工。 有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时,不
15、宜采用磨削加工,需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时,可达较高质量。 (4)刀具简单。,图7-10 车削加工范围,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-11 CA6140型卧式车床外形图 1主轴箱 2刀架 3尾座 4床身 5右床腿 6光杠 7丝杠 8溜板箱 9左床腿 10进给箱 11挂轮变速机构,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-12 各种车刀,模块七 零件表面的加工基础理论知识,外圆车刀的选择和装夹,1)外圆车刀 主偏角45 弯头车刀,可以车外圆,车平面和倒角,但切削时背向力较大,车细长件时,容易被顶玩而引起振动,常用于车削刚性好的工件。 主偏角90 可以车外圆、端面、阶
16、台。背向切削力较小。 2)外圆车刀的装夹 (1)车刀刀杆伸出刀架长度应不超过刀杆高度的1.5倍。 (2)车刀刀杆中心线应与进给方向垂直。 (3)车刀刀尖一般应与工件轴线等高,但在粗车外圆时刀尖应略高于工件轴线,精车细长轴外圆时刀尖应略低于工件轴线。 (4)刀杆下的垫片应平整稳定,并尽量用厚垫片,以减少垫片叠加数目,从而减少安装误差; (5)车刀至少要用两个螺钉压紧在刀架上,并交替逐个拧紧。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,车床主要附件,图7-13 三爪自定心卡盘 1方孔 2小锥齿轮 3大锥齿轮 4平面螺纹 5卡爪,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、 外圆表面的磨削 1.磨削加工 1)
17、砂轮:用结合剂把磨粒粘结起来,经压坯、干燥、焙烧及车整而成的多孔疏松物体。砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-3 砂轮磨料的种类及性能,模块七 零件表面的加工基础理论知识,(2)粒度 粒度是指磨料颗粒的大小,通常分为磨粒(颗粒尺寸40m和微粉(颗粒尺寸40m)两类。磨粒用筛选法确定粒度号。微粉按其颗粒的实际尺寸分组。 (3)硬度 砂轮的硬度是指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。它反映磨粒与结合剂的粘固强度。磨粒不易脱落,称砂轮硬度高;反之,称砂轮硬度低。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,2、磨屑形
18、成过程,图7-25磨屑形成过程 a)平面示意图 b)截面示意图,模块七 零件表面的加工基础理论知识,4.外圆磨床的磨削方法 外圆表面磨削一般在外圆磨床或无心磨床上进行,也可采用砂带磨床磨削。在外圆磨床上常用的磨削方法有: 1)中心磨削法:在外圆磨床上以工件的两顶尖孔定位进行外圆磨削。 (1) 纵磨法(图7-26) (2)横磨法(图7-27),图7-26 纵向进给磨削法,图7-27横向进给磨削法,模块七 零件表面的加工基础理论知识,2)无心外圆磨床的磨削方法(图7-28) 无心外圆磨床有两种磨削方式: (1)贯穿磨削法(纵磨法) 这种方法不适用于带台阶的圆柱形工件。 (2)切入磨削法(横磨法)
19、这种方法适用于有阶梯或成形回转表面的工件,但磨削表面长度不能大于磨削砂轮宽度。,图7-28 无心外圆磨削,模块七 零件表面的加工基础理论知识,项目7.3内圆表面加工基础知识及应用 内圆表面的加工方法 内圆表面可以在车、钻、镗、拉、磨床上进行。常用的加工方法有:钻孔、扩孔、饺孔、镗孔、拉孔和磨孔等。常见内圆表面加工方案见表7-4。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,表7-4 内圆表面加工方案,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、钻削加工 1.钻孔 钻孔最常用的刀具是麻花钻,用麻花钻属于粗加工。主要用于质量要求不高的孔的终加工。 1)麻花钻的结构(图7-29) 柄部:钻头的夹持部分,用以传递
20、扭矩和轴向力。 颈部:是柄部和工作部分的连接部分,是磨削柄部时砂轮的退刀槽,也是打印商标和钻头规格的地方。直柄钻头一般不制有颈部。,图7-29麻花钻的结构,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-30钻头的工作部分,图7-31麻花钻的切削角度,模块七 零件表面的加工基础理论知识,2.钻深孔 对于孔的深度与直径之比l/d=510的普通深孔,可用加长麻花钻加工;对于深度与直径之比l/d510的深孔,必须采用特殊结构的深孔钻才能加工。 3.铰孔 用铰刀从工件孔壁上切削下微量的金属的加工方法。铰孔的精度可达IT8IT6,表面粗糙度为1.60.4m 4.钻床 钻床主要是用钻头钻削直径不大,精度要求较低
21、的孔,此外还可以进行扩孔、饺孔、攻螺纹等加工。其主要加工方法见图7-32。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,三、镗削加工 用镗刀对已有的孔进行再加工。一般镗孔加工精度:IT8IT7,表面粗糙度:Ra=1.60.8um 精细镗加工精度:IT7IT6,表面粗糙度:Ra=0.80.2um 回转体零件上的孔在车床上加工;箱体类零件上的孔或孔系在镗床上加工。 在镗床上除可加工孔或孔系外,还可加工平面、沟槽、钻、扩铰孔等,如图7-33所示。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-34 卧式铣镗床 1床身2下滑座3上滑座4后支架5后立柱6工作台7镗轴8平旋盘9径向刀具溜板10前立柱11主轴箱,模块七
22、 零件表面的加工基础理论知识,四、磨削 磨孔是孔精加工的方法之一(图7-35),精度可达IT7,表面粗糙度Ra值为1.60.4m。 磨孔方式与外圆磨削类似,可以采用纵磨法和横磨法,由于砂轮轴刚性较差,一般采用纵磨法。,图7-35内圆磨削 1工件 2卡盘 3砂轮,模块七 零件表面的加工基础理论知识,1.内圆磨削方法 1)普通内圆磨床的磨削方法 2)无心内圆磨床磨削 3)行星内圆磨床 2.内圆磨削的工艺特点及应用范围 1)砂轮直径受到被加工孔的限制,直径较小。 2)砂轮直径小,磨削速度低,比外圆磨效率低。 3)砂轮轴的直径尺寸小,刚性差,影响加工精度和表面粗糙度。 4)切削液不易进入磨削区,磨屑排
23、除较外圆磨削困难。 3.普通内圆磨床(图7-36) 它主要由床身、工作台、头架、砂轮架和滑鞍等,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-36 普通内圆磨床 1床身 2工作台 3头架 4砂轮架 5滑鞍,模块七 零件表面的加工基础理论知识,五、拉削 1.拉削加工的特点 拉孔与其他孔加工方法比较,具有以下特点: 1)生产率高; 2)加工范围广 3)加工精度高,表面粗糙度低 4)拉床结构简单; 5)拉刀寿命长。 2.拉刀 根据工件加工面及截面形状不同,拉刀有多种形式。常用的圆孔拉刀如图7-37所示。,模块七 零件表面的加工基础理论知识,图7-37 拉刀,3.拉床,图7-38卧式内拉床、工件安装 1床
24、身 2液压缸 3支承座 4滚柱 5护送夹头,模块七 零件表面的加工基础理论知识,项目7.4平面加工工件技术及应用 一、平面加工方法,模块七 零件表面的加工基础理论知识,二、刨削与插削加工 1.刨削加工 刨削加工常见的机床主要有牛头刨床和龙门刨床。 1)牛头刨床:适于加工中、小型零件。 2)龙门刨床:适于加工大型零件。 2.刨刀 3.刨削的工艺特点 三、铣削加工 1.铣削加工的工艺特点,模块七 零件表面的加工基础理论知识,1)铣削的适应性比刨削更广; 2)生产率高; 3)铣削加工范围广; 4)铣削力变化较大,易产生振动,切削不平稳; 5)铣刀与铣床结构比刨刀与刨床复杂,且铣刀的制 造和刃磨也比刨
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