机械加工工艺基础培训讲义.docx

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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

Φ25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Ra

2.2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ap－f－v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ap

4.1.1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λs

刃倾角λs：

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λs=－10°~+10°,粗加工时常取负值，增加刀头强度；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λs的正与负

当刀尖在主切削刃上最高点时，λs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95~99%,是三个分力中最大的。

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1~5%,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、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）ε=（n2/n1）ε

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

ε—滑动系数，约为0.98

3.2齿轮传动

齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式，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，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Ⅱ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Ⅰ上的齿轮z1,z3,z5相啮合，其传动比

i1=z1/z2i2=z3/z4i3=z5/z6

轴Ⅱ的转速分别为：

n2=i1n1或n2=i2n1或n2=i3n1

（式中n1为轴Ⅰ的转速,n2为轴Ⅱ的转速）

4.2离合器式齿轮变速机构

从动轴Ⅱ两端空套有齿轮z2和z4，它们分别与固定在主动轴Ⅰ上的齿轮z1和z3啮合。

轴Ⅱ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Ⅱ可得到两种不同的转速，其传动比是：

i1=z1/z2

i2=z3/z4

6.2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，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。

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

①合理选择加工方案

②合理确定基准面

常见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

①改善金属材料切削性能的热处理工序，如各种

退火、正火等，一般安排在粗加工之前进行；

②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；

③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、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Φ32×104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Φ28的一端

后，立即调头车Φ16的一端；

b.先整批车出Φ28一端的端面和外圆，随后仍在这台车床上车

出Φ16一端的端面和外圆。

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60º，又分为粗牙螺纹和细牙螺纹两种，代号为M。

（2）管螺纹：

牙形角为55º，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30º，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。

5.1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40º，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Ra1.6~0.8