機械加工工藝基礎

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,機械加工工藝基礎,,,了解機械加工工藝過程的基本概念，工藝規(guī)程內(nèi)容及制定步驟。,,教學目的：,,金屬的切削過程,,,1,．切屑形成過程,,金屬的切削過程是被切削金屬層在刀具切削刃和前刀面的擠壓作用下而產(chǎn)生剪切、滑移變形的過程。切削金屬時，切削層金屬受到刀具的擠壓開始產(chǎn)生彈性變形，隨著刀具的推進，應力、應變逐漸加大，當應力達到材料的屈服強度時產(chǎn)生塑性變形，刀具再繼續(xù)切入，當應力達到材料的抗拉強度時，金屬層被擠裂而形成切屑。,,,Ⅰ,、滑移變形區(qū),,Ⅱ,、前刀面摩擦變形區(qū),,,Ⅲ,,、,后刀面摩

2、擦變形區(qū),,,金屬的切削過程,—,切屑的種類,,一般加工塑性金屬材料（如軟鋼、銅、鋁等），在切削厚度較小、速度較高、刀具前角較大時，容易得到,帶狀切屑,。切削過程較平穩(wěn)，切削力波動較小，加工表面質(zhì)量高，但連續(xù)切屑會纏繞工件。,,,加工塑性較低的金屬材料（如黃銅），切削速度較低、厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生；特別是當工藝系統(tǒng)剛性不足、加工碳素鋼材料時，容易得到,節(jié)狀切屑,。切削過程不太穩(wěn)定，切削力波動也較大，已加工表面質(zhì)量較低。,,采用小前角或負前角，以極低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金屬（延伸率較低的結(jié)構(gòu)鋼）時，會產(chǎn)生,粒狀切屑,。切削過程不平穩(wěn)，切削力波動較大，已加工表面質(zhì)量較差。,,切

3、削脆性金屬（鑄鐵、青銅等）時，在切削層內(nèi)靠近刃和前刀面的局部金屬未經(jīng)明顯的塑性變形就被擠裂，形成不規(guī)則狀的碎塊切屑。材料越硬脆、刀具前角越小、切削厚度越大時，越易產(chǎn)生,崩碎切屑,。產(chǎn)生崩碎切削時，切削力波動大，加工表面凹凸不平，刀刃容易損壞。,,金屬的切削過程,—,積屑瘤及其影響,,切削過程中，由于切屑底層與前刀面間產(chǎn)生擠壓和劇烈摩擦，在摩擦溫升和壓力達到一定程度時，切屑就黏結(jié)在刀刃附近而形成硬化的,積屑瘤,。積屑瘤形成后不斷增大，達到一定高度后受外力作用和振動而破裂脫落，被切屑或已加工表面帶走，故極不穩(wěn)定。,,積屑瘤對加工的影響,,增大實際前角,。減少切屑變形，降低切削力。,,增大切削厚度,

4、。積屑瘤延伸到刃外，使得實際切削厚度增大，影響尺寸準確性。,,增大已加工表面粗糙度,。,,積屑瘤周期性增大脫落，可隨切屑排出或殘留在已加工面形成鱗片狀毛刺。,,影響刀具耐用度,。,積屑瘤未脫落時，起保護刀刃和減小前刀面磨損的作用，脫落時可能粘連刀具材料一起剝落而加快刀具失效。,材料塑性越好，越容易產(chǎn)生積屑瘤。碳素鋼正火調(diào)質(zhì)可改善。,,Vc=5~50m/min,易形成積屑瘤。,,降低進給量,f,，增大前角，前刀面光滑均可減小切屑和前刀面的接觸與摩擦，避免積屑瘤形成。,,合理使用切削液，可減小摩擦，降低溫升，避免或減少積屑瘤。,,刀具的磨損過程,初期磨損階段：,,此階段磨損較快。這是因為新磨好的刀

5、具表面存在微觀粗糙度，且刀刃比較鋒利，刀具與工件實際接觸面積較小，壓應力較大，使后刀面很快出現(xiàn)磨損帶。,,急劇磨損階段：,,刀具經(jīng)過正常磨損階段后已經(jīng)變鈍，如繼續(xù)切削，溫度將劇增，切削力增大，刀具磨損急劇增加。在此階段，既不能保證加工質(zhì)量，刀具材料消耗也多，甚至崩刃而完全喪失切削能力。,,一般應在此階段之前及時換刀。,正常磨損階段：,,此階段磨損速度減慢，磨損量隨時間的增加均勻增加，切削穩(wěn)定，是刀具的有效工作階段。,,,刀具的耐用度,,刀具耐用度,常用刀具耐用度參考值,所謂刀具耐用度，指的是從刀具刃磨后開始切削，一直到磨損量超過允許的范圍所經(jīng)過的總切削時間，用符號,T,表示，單位為,min,。

6、耐用度應為切削時間，不包括對刀、測量、快進、回程等非切削時間。,高速鋼車刀、鏜刀,60,～,90 min,,高速鋼鉆頭,80,～,120,min,,硬質(zhì)合金焊接車刀,60,min,,硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀,15,～,30,min,,硬質(zhì)合金端銑刀,120,～,180,min,,齒輪刀具,200,～,300,min,,加工淬火鋼的立方氮化硼車刀,120,～,150,min,,工件材料的切削加工性能,,金屬材料切削加工的難易程度稱為材料的切削加工性,。,,良好的切削加工性能是指：刀具耐用度較高或在一定耐用度下的切削速度,Vc,較高、切削力較小、切削溫度較低、容易獲得較好的工件表面質(zhì)量和切屑形狀

7、容易控制或容易斷屑。,,相對加工性指標,Kr,以刀具耐用度為,60min,時各材料的切削速度,Vc60,與正火狀態(tài),45,鋼的（,Vc60,）,j,的比值,Kr,，稱為該材料的相對加工性。,,,Kr,＝,νc60,,/,（,νc60,）,j Kr,越大,,,性能越好,.,,機加工工藝過程的基本概念,,,1,．生產(chǎn)過程和工藝過程,,生產(chǎn)過程：將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。,,工藝過程：改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)，使其成為成品或半成品的過程。,,工藝過程是生產(chǎn)過程的主要部分，其余為輔助過程。,,,2,．工藝過程的組成,,安裝,1,工位,1,工步,1,走刀,1,工序,走刀,2,

8、工步,2,走刀,1,工位,2,安裝,2,走刀,2,,機加工工藝過程的基本概念,,,2,．工藝過程的組成,,工序：一個或一組工人、同一地點對同一或幾個工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。,,,單件小批和大批量加工劃分工序方法有很大差別。,安裝：一次裝夾后所完成的那一部分工序。,,但一道工序可能需要多次安裝才能完成。一次安裝后也可能分多道工序加工。,,工位：一工序內(nèi)，一次安裝后，工件與夾具及設備可動部分一起相對刀具占據(jù)的每一個位置,。,,工步：同一刀具連續(xù)加工同一性質(zhì)加工要素的工序內(nèi)容。,,走刀：或稱進給。余量大需分次切削時，每次為一次走刀。,,生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)類型,,生產(chǎn)綱領：即年產(chǎn)量。企業(yè)計劃一年內(nèi)

9、應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃,。,,N=Qn(1+α) (1+ β),,N——,零件的年產(chǎn)量，單位為件,/,年；,,Q——,產(chǎn)品的年產(chǎn)量，單位為臺／年；,,n——,每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量，單位為件／臺；,,α——,零件的備品率，一般為,3~5%,；,,β——,零件的廢品率，一般為,1~5%,。,,備品：為防止個別零件加工后互換性不好，常多做幾件備用。,,生產(chǎn)類型：企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。即單件、成批和大量生產(chǎn)性質(zhì)。,,,生產(chǎn)類型主要依據(jù)生產(chǎn)綱領確定。類型不同，工藝過程就不同。,生產(chǎn)類型,,生產(chǎn)綱領（臺,/,年或件,/,年）,,,,,重型零件,,（,30kg,以上）,中型零件,,（,4,～,3

10、0kg,）,輕型零件,,（,4 kg,以下）,單件生產(chǎn),,≤,5,≤,10,≤,100,成,,批,,生,,產(chǎn),小批生產(chǎn),>5,～,100,>10,～,150,>100,～,500,,中批生產(chǎn),>100,～,300,>150,～,500,>500,～,5000,,大批生產(chǎn),>300,～,1000,>500,～,5000,>5000,～,50000,大量生產(chǎn),,>1000,>5000,>50000,,生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)類型,,,機械加工工藝規(guī)程,,,工藝規(guī)程：規(guī)定零件制造工藝過程和操作方法等的,工藝文件,。,,,包括工藝路線、各工序具體加工內(nèi)容、所用機床夾具、切削參數(shù)及工時定額等。,是指導生產(chǎn)的主要技

11、術(shù)文件。,,是組織生產(chǎn)和管理的基本依據(jù)。,,是新建、擴建工廠車間的基本資料。,,作用：,常用,,工藝,,文件,工藝過程卡,,工序卡,,刀具卡,,走刀路線卡,1,）產(chǎn)品的裝配圖和零件圖。,,2,）產(chǎn)品驗收的質(zhì)量標準。,,3,）產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領。,,4,）毛坯的生產(chǎn)條件或協(xié)作關系。,,5,）現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和資料。,,6,）國內(nèi)外先進工藝發(fā)展狀況,設計,,準備,,資料,,工藝規(guī)程卡片,,機械加工工藝規(guī)程,-,工序卡片,,機械加工工藝規(guī)程,-,工序及刀具卡片,,機械加工工藝規(guī)程,-,走刀路線圖,,機械加工工藝規(guī)程設計,,工藝規(guī)程設計的步驟,,1,）分析零件工藝性。,,2,）選擇毛坯。,,3,）選擇定位基

12、準。,,4,）擬定工藝路線。,,5,）確定各工序的設備、刀具、量具和夾具等。,,6,）確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差。,,7,）確定各工序的切削用量和時間定額。,,8,）確定各工序的技術(shù)要求和檢驗方法。,,9,）進行技術(shù)經(jīng)濟分析，選擇最佳方案。,,10,）填寫工藝文件。,,零件加工工藝性分析,,零件工藝性包括：,,零件結(jié)構(gòu)形狀的合理性,、,幾何圖素關系的確定性,、,精度及技術(shù)要求的可實現(xiàn)性,、,工件材料的可切削性能,等,結(jié)構(gòu)形狀,：,在滿足使用要求的前提下加工的可行性和經(jīng)濟性,。盡量避免懸臂、窄槽、內(nèi)腔尖角以及剛性不穩(wěn)的薄壁、細長桿之類的結(jié)構(gòu)，減少或避免采用成型刀具加工的結(jié)構(gòu)，孔系、

13、內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑等盡量按標準刀具尺寸統(tǒng)一以減少換刀次數(shù)，深腔處窄槽和轉(zhuǎn)角尺寸要充分考慮刀具的剛性等等。,幾何關系,：視圖完整、正確，表達清楚無歧義，幾何元素的關系應明確，避免在圖紙上可能出現(xiàn)加工輪廓的數(shù)據(jù)不充分、尺寸模糊不清及尺寸封閉干涉等缺陷,。,,零件加工工藝性分析,,精度與技術(shù)要求,：包括尺寸精度、形位公差和表面粗糙度。,在滿足使用要求的前提下若能降低精度要求，則可降低加工難度，減少加工次數(shù)，提高生產(chǎn)率，降低成本。,,尺寸標注應便于編程且盡可能利于設計基準、工藝基準的統(tǒng)一。,工件材質(zhì),：零件毛坯材料及熱處理要求，是選擇刀具（材料、幾何參數(shù)及使用壽命），確定加工工序、切削用量及選擇機床的重要依據(jù)

14、。,,在滿足零件功能的前提下，盡量使用廉價的國產(chǎn)材料，不選貴重緊缺材料。,,零件數(shù)控加工的適應性,,適于數(shù)控加工的內(nèi)容：,,（,1,）通用機床無法加工的內(nèi)容，應作為優(yōu)選內(nèi)容（如復雜線廓、型面）。,,（,2,）通用機床難加工、質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應作為重點選擇的內(nèi)容（如車錐面、斷面時，可利用數(shù)控車床的恒線速度功能，選擇最佳線速度，使加工后的表面粗糙度小而且均勻一致,),。,,（,3,）通用機床效率低、工人勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚存在富余能力的基礎上進行選擇采用。,不宜數(shù)控加工的內(nèi)容：,,（,1,）占機調(diào)整時間長，如以毛坯的粗基準定位加工第一個精基準、要用專用工裝協(xié)調(diào)的加工內(nèi)容。,,（,2

15、,）加工部位分散，要多次安裝、設置原點，這時采用數(shù)控加工很麻煩，效果不明顯，可安排通用機床加工。,,毛坯的確定,,鑄件,鍛件,型材,焊接件,冷壓件,粉末冶金件,毛坯類型,砂型鑄,金屬模鑄,壓力鑄,模鍛,自由鍛,冷軋,熱軋,沖壓,冷擠,,毛坯選擇,,毛坯種類選擇,,1,）零件的材料及對零件力學性能的要求。,鑄鐵→鑄件，高強度→鍛件，一般性能→型材或鑄鋼,,2,）零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸。,軸→鍛件或型材，大件→鑄件,,,3,）生產(chǎn)類型和生產(chǎn)條件。,小批→砂型鑄或自由鍛，大批→模鍛、精密鑄，減少粗加工量，提高效率,,,4,）充分考慮利用新工藝、新技術(shù)和新材料。,,毛坯形狀和尺寸選擇,：,,（,1,

16、）鑄鍛件毛坯余量應足夠大。,鑄件有夾渣、疏松，鍛件有黑皮、飛邊和凹凸不平。,,（,2,）小、薄或組合件可考慮按多件連體備料，加工完成后再割開。,,（,3,）不便裝夾的零件應加設裝夾余料，工藝凸臺、凸耳，最后去除。,,工藝路線的擬定,,加,,工,,,表,,面,加,,工,,,方,,法,經(jīng)濟精度,,等級,IT,表,,面,,粗,,,糙,,度,,μ,m,加,,工,,,表,,面,加,,工,,,方,,法,經(jīng)濟精度,,等級,IT,表,,面,,粗,,,糙,,度,,μ,m,外圓柱面,,和端面,粗車,,半精車,,精車,,粗磨,,精磨,,研磨,,超精加工,,金剛車,11,～,13,,9,～,10,,7,～,8,,8,

17、～,9,,6,,5,,5,～,6,,6,12.5,～,50,,3.2,～,6.3,,0.8,～,1.6,,0.4,～,0.8,,0.1,～,0.4,,0.012,～,0.1,,0.012,～,0.1,,0.025,～,0.4,圓柱,,孔,鉆孔,,粗鏜,,半精鏜,,精鏜、鉸,,粗磨,,精磨,,珩磨,,研磨,11,～,12,,11,～,12,,8,～,9,,7,～,8,,7,～,8,,6,～,7,,6,～,7,,5,～,6,12.5,～,25,,6.3,～,12.5,,1.6,～,3.2,,0.8,～,1.6,,0.2,～,0.8,,0.1,～,0.2,,0.025,～,0.1,,0.025,～,

18、0.1,平,,面,粗刨（銑）,,精刨（銑）,,粗磨,11,～,13,,8,～,10,,8,～,9,12.5~50,,1.6,～,6.3,,1.25,～,5,平,,面,精磨,,刮研,,研磨,6,～,7,,6,～,7,,5,0.16,～,1.25,,0.16,～,1.25,,0.006~0.1,各種表面不同加工方法的經(jīng)濟精度及表面粗糙度,,經(jīng)濟精度：在正常加工條件下所能達到的加工精度及表面粗糙度,,,選擇表面加工方法,,首先應了解各種加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，然后考慮：,,,1,）零件的材料及性質(zhì)。,有色金屬的精加工不宜采用磨削，因為有色金屬易使砂輪堵塞，因此常采用高速精細車削或金剛鏜等切削加工

19、方法,,,2,）零件的形狀與尺寸。,形狀復雜、尺寸較大的零件，其上的孔一般不宜采用拉削或磨削；直徑大于,Φ60mm,的孔不宜采用鉆、擴、鉸等,,,3,）選擇的加工方法要與生產(chǎn)類型相適應,,。,大批量生產(chǎn)應選用高生產(chǎn)率的和質(zhì)量穩(wěn)定的加工方法，而單件、小批生產(chǎn)應盡量選擇通用設備和避免采用非標準的專用刀具來加工。,,,4,）具體的生產(chǎn)條件,,。,考慮工廠現(xiàn)有的加工設備及其工藝能力、工人的技術(shù)水平，以充分利用現(xiàn)有設備和工藝手段，同時也要注意不斷引進新技術(shù)，對老設備進行技術(shù)改造，挖掘企業(yè)的潛力，不斷提高工藝水平,,工藝路線的擬定,,外圓表面的加工路線,,四種基本方案：,,①,精度要求低時粗車,--,半精

20、車。,,②,黑色金屬材料（淬火），加工精度達,IT6,，表面粗糙度,,,≥,Ra,0.4,?,m,的外圓表面，,粗車,—,半精車,—,粗磨,—,精磨。,,③,高精度有色金屬件：,粗車,—,半精車,—,精車,—,金剛石車。,,④特高精度時應增加精密光整加工,,工藝路線的擬定,,孔加工路線：,,①鉆,—,擴,—,粗鉸,—,精鉸：,直徑小于,?,40mm,的中小孔,。,小直徑僅鉸一次即可,,②粗鏜（或鉆）,—,半精鏜,—,精鏜：,直徑較大的孔、位置精度要求較高的孔系、,,單件小批生產(chǎn)中的非標準中小尺寸孔或有色金屬材料的孔,,③鉆,-,拉：,多用于大批大量生產(chǎn)中加工盤、套類零件的圓孔、單鍵孔及花鍵孔,

21、。,,④粗鏜,—,半精鏜,—,粗磨,—,精磨：,中小型淬硬零件的孔加工,四種基本方案：,,劃分加工階段,,加工階段一般為：粗加工、半精加工、精加工和光整加工。,,1,）有利于保證加工質(zhì)量,,。,可使大切削量粗切引起的變形充分釋放，由半精、精加工逐步校正。,,2,）合理地使用設備,,。,普通機床粗加工，數(shù)控機床精加工。充分發(fā)揮粗、精加工設備特點，有利于長期保證機床精度。,,,3,）有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷,,。,粗加工安排在前，若發(fā)現(xiàn)了毛坯缺陷，及時予以報廢，以免繼續(xù)加工造成工時的浪費。,,,4,）便于安排熱處理工序,,。,粗加工后要時效消除應力，精加工前要淬火，淬火變形可由精加工消除。,,,粗

22、精加工分開，使機床臺數(shù)和工序數(shù)增加，批量較小時，機床負荷率低、不經(jīng)濟。所以當工件批量小、精度要求不太高、工件剛性較好時也可以不分或少分階段。,,重型零件由于輸送及裝夾困難，一般在一次裝夾下完成粗精加工。,,加工順序的安排,,（,1,）“基準先行”原則,,基準表面先加工，為后續(xù)工序作可靠的定位。如軸類零件第,—,道工序一般為銑端面鉆中心孔，然后以中心孔定位加工其它表面。,,（,2,）“先面后孔”原則,,當零件上有較大的平面可以用來作為定位基準時，總是先加工平面，再以平面定位加工孔，保證孔和平面之間的位置精度，這樣定位比較穩(wěn)定，裝夾也方便，并可避免粗糙面鉆孔引起的偏斜。,,（,3,）“先主后次”原

23、則,,先加工主要表面（位置精度要求較高的基準面和工作表面）后加工次要表面（如鍵槽、螺孔、緊固小孔等）。次要表面一般在主要表面達到一定精度后，最終精加工之前。,,（,4,）“先粗后精”原則,,對于精度要求較高的零件，按由粗到精的順序依次進行，逐步提高加工精度。這一點對于剛性較差的零件，尤其不能忽視。,,其它工序的安排,,熱處理工序的安排：,,（,1,）,粗加工前的預備熱處理,：消除組織的不均勻，細化晶粒，改善金屬的切削加工性能,,。有退火、正火和調(diào)質(zhì)。,,（,2,）,中間工序間的時效退火熱處理,：消除殘余應力引起工件的變形,,。,,（,3,）,精加工前的最終熱處理,：獲得零件使用上所需要的力學性

24、能、表面硬度和抗蝕性，如淬火、滲碳、滲氮等。因淬火變形大，最終做磨削加工。,,,輔助工序安排：,,（,1,）,檢驗工序,：重要工序的前后、送往外車間之前、最終檢驗。確保質(zhì)量,,（,2,）,清洗和去毛刺,：淬火工序之前、全部完工之后。,,（,3,）,消磁等,：根據(jù)需要做消磁、平衡等安排,,工序的劃分,,工序劃分的原則：,,（,1,）工序集中的原則：將,加工集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成。可減少裝夾次數(shù)、減少機床使用數(shù)量和占地面積、簡化了生產(chǎn)組織和計劃調(diào)度工作。,,,但機床、工裝一次性投資大，調(diào)整維修費事、不利于階段劃分。,,（,2,）工序分散的原則：,將加工分散到較多的工序內(nèi)進行。每工序內(nèi)容簡單，所用設備、工裝也簡單，調(diào)整維修方便，對工人要求低。,,,但使用設備多、占地面積大、使用工人多。,,,工序劃分的方法：,,（,1,）,刀具集中分序法,：用同一把刀具加工完所有可加工的部位后再換刀完成它們所有可加工的部位。減少換刀次數(shù)、縮短空程時間，減少誤差。,,（,2,）,粗精加工分序法,：完成全部粗加工、半精加工，最后作全部精加工。,,（,3,）,加工部位分序法,：按“先面后孔”、“先簡單后復雜”、“先低后高（精度）”的加工順序?qū)π杓庸さ牟课粍澐止ば颉?,