第一章至第三章.ppt
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1、绪 论,机械制造工业在国民经济中的地位和作用 机械制造工业和制造技术的 发展 本课程的性质和主要内容 本课程的目的要求和特点,机械制造工业在国民经济中的地位和作用,制造是人类最主要的生产活动之一 制造业的概念 制造业创造的财富 制造业的从业人数 制造业在国民经济中的地位 制造技术的概念 机械制造业是制造业的重要组成部分,机械制造工业和制造技术的发展,机械制造工业发展史 工艺装备的发展 机械制造技术及基础理论的发展 现代机械制造技术发展的趋势 机械制造基础技术 超精密及微细加工技术 自动化制造技术 绿色制造技术,本课程的性质和主要内容,机械制造技术是机械设计制造与自动化及相近专业的一门专业课,本
2、课程的目的要求和特点,本课程设置的目的要求 掌握机械制造工艺的基本理论知识,能初步分析和处理与切削加工有关的工艺技术问题 能编制零件的机械加工工艺规程 初步具备综合分析机械制造工艺过程中质量、生产率和经济性问题的能力,了解金属切削机床的工作原理和主要结构,能根据工艺要求合理选择机床并能进行机床主传动系统和进给系统的结构设计 了解机床夹具的基本原理和知识,能根据工艺需要设计专用机床夹具 对机械制造新技术和发展趋势有一定了解,本课程的特点 本课程的实践性很强,涉及的知识面很宽,第一章 典型表面的加工工艺,机械产品都是由零件组成的,零件表面的结构形状各式各样,常见的典型表面有以下几种: 平面 外圆表
3、面 内孔表面 成形表面,零件表面按其在机器中的作用不同,可分为两类: 功能性表面 非功能性表面 功能性表面往往有较高的精度和表面质量要求,而非功能性表面的加工精度和表面质量则要求较低,本章将讨论常见的典型表面的加工工艺 各种表面的加工工艺的讨论都将包括如下内容: 典型表面的技术要求 典型表面加工方案 典型表面加工方法及特点,1.1 平面加工,平面的分类 根据平面所起的作用不同,大致可以分为如下几种: 非配合平面 这种平面不与任何零件相配合,一般无加工精度要求,只有当表面为了增加抗腐和美观时才进行加工。 配合平面 这种平面多数用于零部件的连接面。如车床主轴箱、进给箱与床身的连接平面,一般要求精度
4、和表面质量均较高。,导向平面 如各类机床的导轨面,这种平面的精度和表面质量要求很高。 端平面 指各种轴类、盘套类零件上与其旋转中心线相垂直的平面,多起定位作用。这类平面往往对垂直度、端面间的平行度和表面粗糙度有较高的要求。 精密量具表面 如钳工的平台、平尺的测量面和计量用量块的测量平面等。这种平面精度和表面质量要求均很高。,1.1.1 平面的技术要求,形状精度 指平面本身的直线度、平面度公差。 位置尺寸及位置精度 指平面与其他表面之间的位置尺寸公差及平行度、垂直度公差等。 表面质量 指表面粗糙度、表面波度和表层物理力学性能等。,1.1.2 平面加工方案分析,平面加工方案的选择应考虑的因素 精度
5、 表面粗糙度 零件的结构形状 零件的尺寸 材料的性能和热处理要求 生产批量,平面的类型,按平面的加工精度的要求,可将平面分为如下四类 低精度平面 中等精度平面 高精度平面 精密平面,低精度平面的加工方案,对精度要求不高的各种零件(淬火钢零件除外)的平面,经粗刨、粗铣、粗车等即可达到要求,中等精度平面加工方案,表面质量要求中等的非淬火钢件、铸铁件,视工件平面尺寸不同有以下几种方案: 粗刨精刨 此方案适于加工窄长平面。 粗铣精铣 此方案适于加工宽大平面。 粗车精车 此方案适于加工回转体轴、套、盘、环等类零件的端面。此外,大型盘类零件的端面,一般较宜在立式车床上加工。,高精度平面加工方案,粗刨精刨宽
6、刃精刨(代刮研) 此方案适于加工未淬火钢件、铸铁件、有色金属等材料的窄长平面。 粗铣精铣高速精铣 此方案适于加工未淬火钢件、铸铁件、有色金属等材料的宽平面。 粗铣(粗刨)精铣(精刨)磨削 此方案适于加工淬火钢和非淬火钢件、铸铁件的各种平面。,粗车精车磨削 此方案适于加工回转体零件的台肩平面。其较小台肩平面采用普通外圆磨床加工;较大台肩平面用行星磨加工。 粗铣拉削 此方案适用于大批大量生产除淬火钢以外的各种金属零件,不仅生产率很高,而且加工质量也较高。 上述各种加工方案的表面的粗糙度不大于Ra0.80.2m,精密平面的加工方案,更高精度要求的平面,可在磨削后分别采用研磨、抛光,也可在铣、刨后采用
7、刮研,使表面粗糙度不大于Ra0.40.12m,平面加工方案,1.1.3平面的加工方法,加工平面常用的机械加工方法有: 车削、铣削、刨削、宽刀细刨、刮研、普通磨削、导轨磨削、精密磨削、砂带磨削、超精加工、研磨和抛光等;特种加工方法有电解磨削平面和电火花线切割平面等。,平面的车削加工: 平面车削的表面粗糙度为Ra 6.31.6m,精车后的平面度误差在直径为100mm的端面上最小可达0.0050.008mm 平面的铣削加工: 铣削是加工平面的主要方法之一 平面铣削分粗铣和精铣 精铣后的表面粗糙度为Ra3.21.6m,两平面间的尺寸公差等级为IT8IT7,直线度可达0.080.12mm/m,平面的刨削
8、加工和拉削加工 刨削一般适用于水平面、垂直面、斜面、直槽、V形槽、T形槽、燕尾槽的单件小批量的粗加工、半精加工 拉削适用于尺寸较小平面的大批量加工,平面刨削分粗刨和精刨。精刨后的表面粗糙度为Ra3.21.6m,两平面间的尺寸公差等级可达IT8IT7,直线度可达0.040.12/1000。在龙门刨床上采用宽刀精刨技术,其表面粗糙度可达Ra 0.80.4m,直线度不大于0.02mm/m。对于窄长平面的加工来说,刨削加工的生产率也较高。 拉削加工精度为IT8IT7,直线度可达0.080.12mm/m。,平面的磨削加工 磨削平面是平面精加工的主要方法之一,一般在铣、刨削加工基础上进行。 主要用于中、小
9、型零件高精度表面及淬火钢等硬度较高的材料表面的加工。 磨削后表面粗糙度为Ra0.80.2m,两平面间的尺寸公差等级可达IT6IT5,平面度可达0.010.03mm/m。,平面磨削方法,端面磨削: 砂轮的工作表面是端面 磨削时砂轮和工件接触面积较大,精度较低。主轴伸出长度短、刚性好,磨头又主要承受的是轴向力,弯曲变形小,因而可采用较大的磨削用量,故生产率高。 圆周磨削 砂轮的工作面是圆周表面,磨削时砂轮和工件接触面积小,发热少,散热快,加之冷却和排屑条件好,故能获得较高的加工精度和表面质量。通常适用于加工精度要求 。,平面的光整加工,平面的光整加工方法主要有研磨、刮削和抛光等。 平面的研磨: 多
10、用于加工中小型工件的最终加工。尤其当两个配合平面间要求很高的密合性时,常用研磨法加工。 平面的刮研: 常用于工具、量具、机床导轨、配合平面的最终加工 。 平面抛光: 是在平面上进行了精刨、精铣、精车、磨削后进行的表面加工 。,1.2 外圆表面加工,外圆表面是轴、套、盘等类零件的主要表面或辅助表面,这类零件在机器中占有相当大的比例。各种不同零件上的外圆表面或同一零件上不同部位的外圆表面,由于所起作用不同,技术要求也不一样。加工时,需要拟定合理的加工方案。,1.2.1 外圆表面的技术要求,尺寸精度 指外圆表面直径和长度的尺寸精度。 形状精度 指外圆柱表面的圆度、圆柱度、母线直线度和轴线直线度。 位
11、置精度 指外圆表面与其他表面(外圆表面或内孔表面)间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动;与规定平面(端平面)间的垂直度、倾斜度等。 表面质量 主要指表面粗糙度,对某些重要零件的表面,还要求有表层硬度、残余应力、显微组织等。,1.2.2 外圆表面加工方案分析,低精度外圆表面的加工 对于加工精度要求低、表面粗糙度数值较大的各种零件的外圆表面(淬火钢件除外),经粗车即可达到要求。尺寸精度达ITl0IT13,表面粗糙度为Ra5012.5m。 中等精度外圆表面的加工 对于非淬火工件的外圆表面,粗车后再经一次半精车即可达到要求。尺寸精度达ITl0IT9,表面粗糙度为Ra6.33.2m。,较高精度外圆表面
12、的加工 视工件材料和技术要求不同可有两种加工方案。 (1) 粗车一半精车磨 此方案适用于加工精度较高的淬火钢件,非淬火钢件和铸铁件外圆表面。尺寸精度达IT8IT7,表面粗糙度为Ra1.60.8m。 (2) 粗车半精车精车 该方案适用于铜、铝等有色金属件外圆表面的加工。由于有色金属塑性较大,其切屑易堵塞砂轮表面,影响加工质量,故以精车代替磨削。,高精度外圆表面的加工 视工件材料有两种方案: 粗车一半精车粗磨精磨 此方案适于加工各种淬火、非淬火钢件和铸铁件。尺寸精度达IT6IT5,表面粗糙度为Ra0.40.2m。 粗车一半精车精车精细车 该方案尤其适于加工有色金属工件,它比加工钢件和铸铁件能获得更
13、低的表面粗糙度,其尺寸精度可达IT6IT5,表面粗糙度为Ra0.40.2m。由于有色金属不宜采用磨削,所以常采用细车来代替磨削,5. 精密外圆表面的加工 对于更高精度的钢件和铸铁件,除车削、磨削外,还需增加研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光等精密、超精密加工或光整加工工序,其尺寸精度达IT5IT3,表面粗糙度达Ra0.10.006m。,外圆加工方案,1.2.3 外圆表面的加工方法,外圆表面加工最常用的切削加工方法有:车削、磨削;当精度及表面质量要求很高时,还需进行光整加工;特种加工方法有旋转电火花和超声波套料等。,1. 外圆表面的车削加工,荒车 毛坯是自由锻件或大型铸件,需要进行荒车加工的尺
14、寸精度可达ITl5ITl8级 粗车 目的是尽快切除多余材料,使其接近工件的形状和尺寸 半精车 是在粗车的基础上进行的。可进一步提高外圆表面的尺寸精度、形状和位置精度及表面质量 精车 一般作为高精度外圆表面的终加工 精细车 一般用于单件、小批量的高精度外圆表面的终加工,提高外圆车削生产率的主要途径,刀具方面 采用新型刀具材料 缩短换刀时间 设计先进刀具 采用多刀加工 机床方面 采用多刀半自动机床 采用仿形加工,2.细长轴外圆表面的车削加工,(1)细长轴外圆的车削特点及其工艺措施 细长轴 长径比大于10的轴 细长轴加工时的特点 刚性差 散热性差 刀具磨损大 措施 针对刚性差-减小径向切削分力;改变
15、走刀方向;采用中心架或跟刀架。 针对热变形-减少切削力;充分冷却;采用弹簧顶尖。 针对刀具磨损大-提高刀具耐用度,(2)细长轴外圆的车削方法,车削细长轴时,多采用中心架或跟刀架 由于使用中心架车削,需要接刀,同时不能一次车削全长,而且提高工件的刚性也不如跟刀架明显 使用跟刀架时,支承工件的两个支承块对工件的压力要适当,压力过小,甚至没有接触,则不能起到提高工件刚性的作用;若压力过大,工件被压向车刀,切深增加。车出的工件直径就小,当跟刀架继续移动后,支承块支承在小直径外圆上,支承块与工件脱离切削力使工件向外让开,切削深度减小,车出的直径就变大,以后跟刀架又再跟到大直径外圆上,又把工件压向车刀,使
16、车出的直径减小,这样连续有规律的变化,就会把细长工件车成“竹节”形。此外,跟刀架支承块的弧面形状对所车细长轴的精度也有较大的影响。,(3)细长轴的先进切削法反向走刀车削法,3. 外圆表面的磨削加工,磨削是外圆表面精加工的主要方法,它既能磨削淬火钢件,也能磨削未淬火钢和铸铁。某些精确坯料(如精密铸件,精密锻件和精密冷轧件)可不经车削加工直接进行磨削,按照外圆表面磨削时选用砂轮的磨料粒度和修整质量及磨削用量的不同,磨削也分为粗磨和精磨,(1)磨削方式,根据磨削时工件定位方式的不同可分为中心磨削和无心磨削两种磨削方式 中心磨削即普通外圆磨削,被磨削的工件由顶尖孔定位,在外圆磨床或万能外圆磨床上进行
17、无心磨削是一种高生产率的精加工方法,被磨削的工件由其外圆表面本身定位,(2 ) 提高外圆磨削生产率的措施,缩短辅助时间 这方面的措施如自动装工件;自动测量及数字显示;砂轮自动修整及补偿;发展新的磨料,提高砂轮耐用度等,(2 ) 提高外圆磨削生产率的措施,缩短机动时间 加大磨削用量 高速磨削就是采用特制高强度砂轮,在高速下对工件进行磨削,砂轮速度高达45m/s以上(35m/s以下为普通磨削)。加工精度可以提高,表面粗糙度可以进一步变细,并可延长砂轮使用寿命。但需要较好的冷却系统装置,使磨削区降温。应采用较好的防护装置。因消耗功率大,选用电动机的功率也要大些。 强力磨削就是采用较高的砂轮速度,较大
18、的磨削深度(一次切深可达6mm以上)和较小的进给,直接从毛坯或实体材料上磨出加工表面。它可代替车削和铣削,而效率比车、铣要高得多。但是强力磨削时磨削力和磨削热比高速磨削显著增加,因此对机床的要求除了增加电动机功率外,还要加固砂轮防护罩,增加冷却液供应和防止飞溅,合理选择砂轮,机床还必须有足够的刚性。 增大磨削面,(2 ) 提高外圆磨削生产率的措施,缩短机动时间 增大磨削面 一般外圆磨削砂轮宽度仅有50mm左右,而宽砂轮磨削是通过加大砂轮宽度(根据工件磨削长度决定,有的砂轮宽度达300mm左右),成倍地提高了生产率 多片砂轮磨削 这也是利用增加磨削面积,以提高磨削效率的一种有效措施。在一台机床上
19、安装几片砂轮可根据零件形状而定,4. 外圆表面的精密加工,精密加工的主要方法 低粗糙度磨削 通过磨削使轴的表面粗糙度在Ra 0.1m以下的磨削工艺称为低粗糙度磨削,它包括磨削(Ra为0.050.1m)、超精密磨削(Ra0.025m)和镜面磨削(Ra0.005m),4. 外圆表面的精密加工,精密加工的主要方法 超精加工 超精加工采用细粒度的磨条以较低的压力和切削速度对工件表面进行精密加工的方法,4. 外圆表面的精密加工,精密加工的主要方法 研磨 如果工件精度要求IT5以上,表面粗糙度要求达Ra0.10.008m,则在经过精车或精磨以后,还需通过光整加工。常用的外圆表面光整加工方法有研磨、超级光磨
20、和抛光等,4. 外圆表面的精密加工,精密加工的主要方法 滚压加工 滚压加工是利用金属产生塑性变形,从而达到改变工件的表面性能、形状和尺寸的目的。它是一种无切屑加工 滚压加工的目的有三种:第一种以强化零件为主,加压力大,变形层深(1.515mm)。第二种以降低表面粗糙度和提高硬度为主。加工后表面强化层较薄(0.011.5mm)。第三种以获得表面形状为主,如滚花、滚轧齿轮、螺纹等,4. 外圆表面的精密加工,精密加工的主要方法 滚压加工,1.3 孔加工,内孔表面有以下几种 配合用孔 装配中有配合要求的孔 非配合用孔 装配中无配合要求的孔 深孔 长径比L/D5的孔称为深孔 圆锥孔 如车床主轴前端的锥孔
21、、钻床刀 杆的锥孔等,1.3.1 内孔表面的技术要求,尺寸精度 指孔径和孔深的尺寸精度及孔系中孔与孔、孔与相关表面间的尺寸精度等。 形状精度 指内孔表面的圆度、圆柱度及素线直线度和轴线直线度等。 位置精度 指孔与孔(或与外圆表面)间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动,孔与孔(或与相关平面)间的垂直度、平行度、倾斜度等。 表面质量 指内孔表面的粗糙度及表层物理力学性能的要求等。,1.3.2 内孔表面加工方案分析,根据各种零件内孔表面的尺寸、长径比、精度和表面粗糙度要求,在实体材料上加工内孔,其加工方案大致有以下几类: 低精度内孔表面的加工 对精度要求不高的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属件,经一次
22、钻孔粗糙度可达到要求。尺寸精度达ITl0以下,表面粗糙度值为Ra5012.5m,较高精度内孔表面的加工 对于精度要求较高的除淬硬钢外的零件内孔表面,当孔径小于20mm时,应采用钻孔后铰孔;孔径大于20mm时,视具体条件,选用下列方案之一:钻扩铰;钻粗镗精镗;钻镗(或扩)磨;钻拉 尺寸精度达IT8IT7,表面粗糙度为Ra1.60.4m 拉刀和铰刀都是定尺寸刀具,经拉削或铰削加工的孔一般为7级精度的基准孔(H7),中等精度内孔表面的加工 对于精度要求中等的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属件,当孔径小于30mm时,采用钻孔后扩孔;孔径大于30mm,采用钻孔后粗镗达到要求 尺寸精度达ITl0IT9,表面粗
23、糙度为Ra6.33.2m,高精度内孔表面的加工 对于精度要求很高的内孔表面, 当孔小于20mm时,可采用钻粗铰精铰方案 孔径大于20mm时,视具体条件,选用下列方案之一:钻扩(或镗)粗铰精铰;钻粗拉精拉;钻扩(较大孔采用镗)粗磨精磨 对于箱体零件的孔系加工 一般采用钻或粗镗半精镗精镗浮动镗,在这条加工路线中当工件毛坯上已有毛坯孔时,第一道工序安排粗镗,无毛坯孔时则第一道工序安排钻孔,后面的工序视零件的精度要求再作安排 尺寸精度达IT7IT6,表面粗糙度为Ra0.80.4m,精密内孔表面的加工 对于精度要求更高的精密内孔表面,可在高精度内孔表面加工方案的基础上,视情况分别采用手铰、精细镗、精拉、
24、精磨、研磨、珩磨、挤压或滚压等精细加工方法加工 尺寸精度达IT6以上,表面粗糙度为Ra0.40.025m。,1.3.3 内孔表面的加工方法,内孔表面的加工方法很多,切削加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、磨孔 锪孔、镗孔、拉孔、研磨、珩磨、滚压等;特种加工孔的方法有电火花穿孔、超声波穿孔和激光打孔等 钻孔、锪孔粗加工 扩孔、车孔、镗孔半精加工或精加工 铰孔、磨孔、拉孔精加工 珩磨、研磨、滚压高精度加工 特种加工方法加工各种特殊的难加工材料,1.钻孔,钻孔是采用钻头在实心材料上加工孔的一种方法 钻孔后精度达ITl2级左右,表面粗糙度Ra达8020m,防止和减少钻头的偏斜,工艺上常采用的措施: 钻孔前先加
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