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1、机械加工工艺基础培训讲义机械加工工艺基础材料成形工艺基础： 主要介绍机械零件毛坯成形方法的工艺特点、工艺参数的选择、各类零件毛坯的结构工艺性、零件的材料选择与成形方法选择的基本原则。机械加工工艺基础： 主要介绍机械加工的基本概念、切削基本原理、切削机床与刀具、切削加工基本工艺过程、选择切削加工方法的基本原则，以及零件机械加工结构工艺性。机械加工工艺基础 第一章.切削加工的基础知识第二章.金属切削机床第三章.机械加工工艺过程第四章.零件表面的加工方案第五章.零件的结构工艺性第六章.数控加工技术 第一章 切削加工的基础知识1.1 钳工与机械加工钳工：通过工人手持工具进行切削加工。机械加工：采用不同

2、的机床（如车床、铣 床、刨床、磨床、钻床等）对工 件进行切削加工。2.零件表面质量的概念2.1.2 形 状 精 度 25 轴加工后可能产生的形状误差2.1.2 形 状 精 度指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；国家标准规定了六类形状公差（见下表）形状精度的标注：框格分为2格，箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。2.1.3 位 置 精 度指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。2.2 表 面 粗 糙 度表面粗糙度：零件微观表面高低不平的 程度。 产生的原因： 1）切削时刀具与工件相 对运动产生的磨擦； 2）机床、刀具和工件在加工时的振动； 3）切

3、削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹； 4）加工时零件表面发生塑性变形。 2.2 表 面 粗 糙 度 表面粗糙度对零件质量的影响： 零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，主要有以下几个方面： 1）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触 变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快； 2) 表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损， 造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰 挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低； 3）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造 成表面腐蚀； 4）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而 造成零

4、件断裂。2.2 表 面 粗 糙 度评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra2.2 表 面 粗 糙 度表面粗糙度符号的意义及应用2.3 常见加工方法的Ra表面特征3.1 切削运动3.2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，如下图：3.3 切削用量的合理选择问题(1)粗加工按apfv的顺序选择 a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多 余金

5、属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛 坯尺寸首先选择ap b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大 的f，减少走刀时间 c、ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提 下选择v(2)精加工按v f ap的顺序选择 精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的v，然后选择达到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定ap4.1.1 常用的刀具材料 常用的硬质合金有： 钨钴钛类（牌号YT）硬质合金：适合于加工钢等塑性材料，其代号有YT5、YT15、YT30等，粗加工用YT5, 精加工用YT30; 钨钴类（牌号YG）硬质合金：适合于加工铸铁、青

6、铜等脆性材料，其代号有YG3、YG6、YG8等，粗加工用YG8，精加工用YG3。4.1.2其它刀具材料 陶瓷：常用的刀具陶瓷有两种： Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受较大的冲击载荷。 金刚石：它分三种 天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片 立方氧化硼：由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成4.2.3 刃倾角s刃倾角s：在切削平面中，主切削刃与基面 之间的夹角。 它主要影响刀头的强度和 排屑方向。一般取s = 10 +10 , 粗加工时常取负值，增加刀头强度；

7、精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。 4.2.4 刃倾角s的正与负 当刀尖在主切削刃上最高点时，s为正值，反之为负值。 4.3 刀具角度的合理选择问题原 则：粗加工时，为了提高切削效率，切削力会较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，为了保证零件质量因此刀具较锋利。粗加工：前角、后角均小，强度高精加工：前角、后角均大，刀具锋利主偏角：车台阶轴：取90度 既车外圆又车端面，取45度副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为： 5-15度 刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值6.3 切削力1、切向力（切削力）Fz ：总切削力在主运动方向上的正投影，其大小约占总切削力的9599%,是三个分力中

8、最大的。消耗功率最多的分力，它是机床动力、重要零件的强度和刚度设计和校核的主要依据；2、轴向力（进给力）Fx : 总切削力在进给方向上的正投影，其大小约占总切削力的15%, 它是设计和验算机床进给机构必须的参数；3、径向力（背向力）Fy: 总切削力在垂直工作平面上的分力，它作用在工件刚性较差的方向，容易使工件变形，同时引起振动，影响加工精度。所以加工刚性较差的工件（如细长轴）时，应该力求减少切削力。6.3 切削力主偏角影响径向力的分配： 第八章 零件表面的加工方案 第八章 零件表面的加工方案 第二章 金属切削机床 1、机床的类型 金属切削机床是用来对工件进行加工的机器，故称为“工作母机”，习惯

9、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2、机床的基本结构1.主传动部件： 用来实现机床主运动；2 .进给传动部件：主要用来实现机床进给运动； 3 .工件安装装置：用来安装工件； 4 .刀具安装装置 ：用来安装刀具； 5 .支承件：用来支承和连接机床各零部件，是机 床的基础构件；6 .机床动力部件：为机床提供动力。3、机床的传动 机床的传动有机械、液压、气动、电气等多种形势，最常见的是机械传动和液压传动。 机械传动包括皮带传动

10、、齿轮传动、涡轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和丝杆螺母传动3.1 皮带传动 皮带传动是靠胶带与带轮之间的磨擦作用，将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮上去的。 皮带传动的优点是传动平稳、轴间距较大，结构简单、制造维修方便，过载时皮带打滑。不易引起机器损坏；其缺点是不能保证精确的传动比，且磨擦损失大，传动效率较低。3.1 皮带传动 如果考虑皮带与皮带轮之间的滑动，其传动比为： i = ( d1 / d2) = (n2 / n1) 式中： d1 主动皮带轮的直径 d2 被动皮带轮的直径 n1 主动皮带轮的转速 n2 被动皮带轮的转速 滑动系数，约为0.983.2 齿轮传动 齿轮传动是目前机床中应用最

11、多的一种传动方式，这种传动方式种类多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿轮传动等，最常见的是直齿圆柱齿轮。 设 ：z1和n1分别为主动轮的齿数和转速 z2和n2分别为被动轮的齿数和转速 传动比 i = ( z1 / z2) = (n2 / n1) 3.3 涡轮、蜗杆传动 采用这种方式，只能由蜗杆带动蜗轮传动，其传动的优点是：可获得较大的降速比，传动平稳、噪音小，结构紧凑。其缺点是传动效率低，并需要良好的润滑条件 3.4 齿轮、齿条传动 齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前者居多。 齿轮齿条传动的效率很高，

12、但制造精度不高时，传动的平稳性和准确性较差。 3.5 丝杆、螺母传动 丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动，例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后，刀架便作纵向运动。 其传动的优点是工作平稳，无噪音，其缺点是传动效率较低。 4、机床的变速机构 在一般的通用机床上通过变速机构实现接近理想值的切削速度。 变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱，齿轮箱变速机构的形式多样，最常见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮变速机构4.1 滑动齿轮变速机构 带长键的从动轴上装有滑动齿轮z2, z4, z6 , 通过手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴上的齿轮z1, z3, z5 相啮合，其传动比 i 1

13、= z1 / z2 i 2= z3 / z4 i 3= z5 / z6 轴的转速分别为：n2= i 1n1 或n2= i 2n1或 n2= i 3n1 （式中n1为轴的转速, n2为轴的转速） 4.2 离合器式齿轮变速机构 从动轴两端空套有齿轮z2和z4，它们分别与固定在主动轴上的齿轮z1和z3啮合。轴中部带有键3，并装有压嵌式离合器4。当手柄左移或右移离合器时，离合器的爪1与齿轮z2啮合或爪2与齿轮z4啮合，这样轴可得到两种不同的转速，其传动比是： i1= z1 / z2 i 2= z3 / z46.2 铣削的主要加工范围齿轮的种类和用途7.2 刨削加工的范围7.3 插削主要加工范围钻削加工

14、的范围 第八章 零件表面的加工方案 第八章 零件表面的加工方案 第三章 机械加工工艺过程1.生产类型 按产量划分： 1.生产类型1.单件小批生产：很少重复，重型机器和试制零件时通常是这种生产形式。2.成批生产：成批的制造某种零件，每隔一段时间又重复生产。如一般的机床制造厂的生产。 3.大量生产：在大多数工作地点，经常重复进行同一种零件的某一工序生产，如汽车制造厂、轴承厂等的生产。制定生产工艺通常要根据生产类型来进行2.工件的安装直接安装法：工件直接安装在工作台或采用通用夹具（三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、平口钳、电磁吸盘等标准附件），有时要对工件进行划线找正，再行夹紧。专用夹具安装：工件安装在为其

15、加工而专门设计的夹具中，无须找正，迅速保证工件对刀具和机床的准确定位。节约时间，生产效率高，但夹具的设计和制造需要一定的成本。3.夹具简介 夹具是用来将待加工工件固定的装置。 夹具一般可分为通用夹具和专用夹具两种，此外还发展了通用可调夹具、成组夹具和组合夹具等类型的夹具。 3.1 夹具的分类1.通用夹具：指一般已经标准化，不需特殊调整就可以用来装夹不同工件的刀具，如：三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、分度头、平口钳、电磁吸盘，通用夹具价格较低，使用范围广泛，但生产效率不如专用夹具。故一般仅适用于单件小批量生产。2.专用夹具：是指为某一零件的加工而专门设计和制造的夹具，既可以保证加工精度，又提高生产效率

16、，但夹具需要一定的投资。所以主要用于成批及大量生产中。3.1 夹具的分类3、通用可调夹具和成组夹具：通过调整或 更换个别元件后，可以加工形状相似、 尺寸相近、加工工艺相似的多种工件。 在当前多品种小批量生产的条件下，更 显示出这两类夹具的优势；4、组合夹具：用事先准备好的通用标准元 件和部件组合而成的夹具。用完之后可 以将这类夹具拆卸下来，更换元、部件 组装成新夹具，供再次使用。3.2 夹具的组成夹具一般由以下部分组成： 1、定位装置：用来确定工件正确位置的装置，它 包括定位元件或定位元件的组合；2、夹紧装置：工件定位后，用夹紧的力来承受切 削力的机构。它包括夹紧元件或其组合；3、导向元件：用

17、来确定刀具位置，并引导刀具进 行加工的元件。4、夹具体：用来联系并固定上述各种装置和元件， 使之成为一个整体的零件。3.2 夹具的组成下图为在轴上钻孔时所用的一种简单夹具1、挡铁 ；2、V形铁；3、夹紧机构；4、工件；5、钻套；6、夹具体3.3 夹具的应用 下图为移动式钻模示意图，这种夹具主要用于加工小孔，它使用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的距离（即工件上两孔的距离）。 1、导轨；2、定程板4.工艺规程的拟定A.工艺分析 4.1 毛坯选择及加工余量的确定加工余量：为了加工出合格零件，必须从毛坯上切去一层金属，称加工余量。加工余量分为工序余量和总余量。某道工序切除的余量称为工序余量，各工序

18、余量的和称总余量。工序余量的确定：决定工序余量的大小，是在保证加工质量的前提下，使余量尽可能的小。过大影响生产效率，过小不能切去工件表面的缺陷层。加工余量的确定可采用如下方法： 1.根据生产经验估计 2.查表：根据工艺手册查表 3.计算法：可查阅“机制工艺学”有关内容。4.2 定位基准的选择在机械加工中，无论采用哪种安装方法，都必须使工件在机床或夹具上正确地定位六点定位：任何一个未被约束的物体，在空间有六个自由度。而要使物体在空间有确定的位置，必须约束这六个自由度4.3.1 工艺基准 工艺基准分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。1、工序基准：在工艺文件上用以标定加工表面 位置的基 准。

19、2、定位基准：在机械加工中，用来使工件在机床或夹具中 占有正确位置的点、线或面。它是工艺基准 中最主要的基准。 定位基准选择是否合理，对保证工件加工后的尺寸精度和形位精度、安排加工顺序、提高生产率以及降低生产成本起着决定性的作用，它是制定工艺过程的主要任务之一。 定位基准可分为粗基准和精基准两种 4.3.1 工艺基准3、测量基准：用以测量已加工表面尺寸及 位置的基准。4、装配基准：用来确定零件或部件在机器 中的位置的基准。4.3.2 定位基准的选择粗基准：毛坯表面的定位基准。 1. 选取不加工的表面作粗基准：这样可使加工表面具有较正确的相对位置，并有可能在一次安装中把大部分加工表面加工出来。粗

20、基准的选择原则2. 选取要求加工余量均匀的表面作为粗基准：这样可以保证作为粗基准的表面加工时余量均匀。 粗基准的选择原则3. 对于所有表面都要加工的表面，选取余量和公差最小的表面作粗基准，以避免余量不足而造成废品。粗基准的选择原则4.选取光洁、平整、面积大的表面作粗基准；5.粗基准不应重复使用。一般情况下，粗基准只允许使用一次。精基准的选择原则 对于形位公差精度要求较高的零件，应采用已加工过的表面作为定位基准。这种定位基准面叫做精基准。 精基准的选择原则： 1. 基准重合原则：选用定位基准与设计基准重合 的原则 精基准的选择原则 2. 基准统一原则：位置精度要求较高的各加工表面，尽可能在多数工

21、序中统一用同一基准。精基准的选择原则 3、互为基准原则：在需要加工的各表面中，加工时互相以对方为定位基准。精基准的选择原则4、自为基准原则：以加工表面自身作为定位基准。 总之，无论是粗基准还是精基准的选择，都必须首先使工件定位稳定，安全可靠，然后再考虑夹具设计容易、结构简单、成本低廉等技术经济原则。4.4 机械加工工艺过程的制定机械加工工艺过程的制定按三个步骤进行：1、拟定加工工艺路线 分析研究零件图的各项内容及技术要求拟定零件加工的加工方法、加工方案及工艺路线。2、安排好加工工序 （1）选择毛坯 4.4 机械加工工艺过程的制定 （2）安排好切削加工工序 合理选择加工方案 合理确定基准面 常见

22、几类典型零件的加工，其基准选择的常用方法有： A.台阶轴类零件：一般选择两端中心孔作为定位基准面 ；对于批量很小、 长度很短的轴类零件，可采用三爪卡盘在一次装夹中完成各表面的精加工。A.台阶轴类零件：4.4 机械加工工艺过程的制定 B. 套类零件：一般选择其轴线（内孔）作为定位基准面。4.4 机械加工工艺过程的制定 C. 箱体类零件：该类零件形状复杂，除有尺寸精度要求外，一般孔的轴线相对于底面（安装基准面）有位置度要求，因此箱体类零件多采用主要的装配基准面（一般为最大的底平面）作为定位精基准。4.4 机械加工工艺过程的制定 （3）安排好热处理工序 改善金属材料切削性能的热处理工序，如各种 退火

23、、正火等，一般安排在粗加工之前进行； 消除内应力的热处理工序，如中间退火、回 火、时效处理等，一般安排在粗加工与精加工 之间进行； 提高机械性能的热处理工序，如淬火、调质、 渗碳等各种表面处理，一般安排在最终加工之 前进行。 4.4 机械加工工艺过程的制定 所有的热处理工序都是在零件最终加工之前进行，这是因为零件经过热处理工序后必有变形，最终加工时可以纠正变形带来的误差。 （4）安排好检验工序 在成批生产的工厂执行“自检、互检、专检”， 产品经检验合格，方可出厂。 量具应定期交有关部门检验，不合格的量具不允许上岗使用。4.4工艺路线的制定 3、拟订加工工艺过程 制定工艺规程的目的是确保产品质量

24、、提高经济效益，同时它是确定生产人员数量以及定设备、定生产厂房面积和投资额的原始材料。 安排加工顺序的原则：“基面先行、粗精分开、先粗后精、先面后孔” 4.4 工艺路线的制定(1)基面先行原则 ,零件加工时，必须选择合适的表面作为定位基面，以便正确安装工件。在第一道工序中，只能用毛坯面(未加工面)作为定位基面，在后续工序中，为了提高加工质量，应尽量采用加工过的表面为定位基面，显然，安排加工工序时，精基面应先加工。例如，轴类零件的加工多采用中心孔为精基准。因此，安排其加工工艺时，首先应安排车端面、钻中心孔工序。 (2)粗精分开，先粗后精的原则 零件加工质量要求高时，对精度要求高的表面，应划分加工

25、阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，精加工应放在最后进行。这样，有利于保证加工质量，有利于某些热处理工序的安排。4.4工艺路线的制定 (3)先面后孔的原则 对于箱体、支架类等零件应先加工平面后加工孔。这是因为平面的轮廓平整，安放和定位稳定可靠。先加工好平面，就能以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置 综上所述，一般机械加工的顺序是：先加工精基准粗加工主要面(精度要求高的表面)精加工主要面。次要表面的加工适当穿插在各阶段之间进行。 5. 编制工艺文件 工艺文件包括： 1.机械加工工艺过程卡片 2.机械加工工序卡片 3.机械加工工艺卡片。 机械加工工艺过程卡片 用于单件小批生产。它的主

26、要作用是慨略地说明机械加工的工艺路线。 机械加工工序卡片 用于大批大量生产。要求工艺文件更加完整和详细，每个零件的各加工工序都要有工序卡片。 机械加工工艺卡片 用于成批生产。它比工艺过程卡片详细，比工序卡片简单且较灵活，介于两者之间。 第八章 零件表面的加工方案9、下图所示加工小轴30件，毛坯为32104的圆钢料，若用两种 方案加工，那种方案较好？为什么？ a. 在一台车床上逐件进行加工，即每个工件车好 28的一端 后，立即调头车16的一端； b. 先整批车出28一端的端面和外圆，随后仍在这台车床上车 出16一端的端面和外圆。 第八章 零件表面的加工方案 第四章 零件表面的加工方案 零件是由多

27、个表面组成的，每一个表面又可以用多种加工方法获得。因此，应该对零件的结构特点、形状大小、技术要求、材料性能、生产批量、设备现状以及经济性等多方面进行分析，选择合适的加工方法。将多种加工方法按照一定的加工顺序链接起来，依次对各个表面进行加工，多种加工方法的有机组合成为加工方案。加工方案是拟订工艺过程的基础。4.齿轮的加工方案5.螺纹的加工方法 螺纹的结构简单、形式多样、传动稳定、连接可靠、调整迅速准确、装拆方便、成本低廉，在机械行业中应用广泛。5.1 螺纹的种类和用途螺纹按其用途分为联接螺纹和传动螺纹1、联接螺纹：主要起联接和调整的作用 （1）普通螺纹：牙形角为60，又分为粗牙螺纹和细牙螺纹两种

28、，代号为M。 （2）管螺纹：牙形角为55，常用于水管、气管、油管等防泄露要求的场合。5.1 螺纹的种类和用途2、传动螺纹：主要用于传递运动和动力。 (1) 梯形螺纹：牙形角为30，牙形为等腰梯形，代号为Tr，它是传动螺纹的主要形式，如机床丝杠等。5.1 螺纹的种类和用途（2）矩形螺纹：主要用于力的传递，其特点是传动效率较其它螺纹高，但强度较低、对中准确性较差，特别是磨损后轴向和径向的间隙较大，因此应用受到了一定的限制。5.1 螺纹的种类和用途 (3) 锯齿形螺纹：其牙形为锯齿形，代号为B。 它只用于承受单向压力，由于它的传动效率 及强度比梯形螺纹高，常用于螺旋压力机及 水压机等单向受力机构。5

29、.1 螺纹的种类和用途（4）模数螺纹：即蜗杆蜗轮螺纹，其牙形角为40，它具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、自锁性能好等特点，主要用于减速装置。 5.2 螺纹的加工1、车螺纹：其特点是通过车床机构的调整，能方便地车出不同螺距、不同直径、不同线数和不同牙形的螺纹，适合于单件 小批量生产。5.2 螺纹的加工2、攻螺纹和套螺纹: 攻螺纹是用丝锥在工件的光孔内加工出内螺纹的方法，如下图左。 套螺纹是用板牙在工件光轴上加工出螺纹的方法，如下图右。5.2 螺纹的加工 攻螺纹和套螺纹的特点是特别适宜于小尺寸的螺纹加工，对于特别小的螺纹，攻螺纹和套螺纹几乎是其它方法不能代替的。 攻螺纹和套螺纹的另一特点是操作十

30、分灵活，特别适宜于成批大量箱体类零件上小螺纹的加工。5.2 螺纹的加工3、铣螺纹、磨螺纹和滚压螺纹 （1）铣螺纹：是在专用的螺纹铣床上进行，也可在万能卧式铣床上进行。铣螺纹比车螺纹的加工精度略低、表面粗糙度略大，但铣螺纹的生产率高，适宜于大批大量螺纹生产的粗加工和半精加工。 （2）磨螺纹：是在专用的螺纹磨床上进行，主要是对需要热处理（硬度较高和精度要求高）的螺纹进行精加工，一般需要磨削的螺纹是经过车螺纹或铣螺纹等半精加工后才进行的。5.2 螺纹的加工 （3）滚压螺纹：是使坯料在滚压工具的压力下产生塑性变形，强制压制出相应的螺纹，滚压方式主要有两种： A. 搓螺纹：是在搓丝机上进行，利用搓丝机压出来的螺纹精度高，可达5级，表面粗糙度为Ra 1.60.8