《機械加工工藝系統(tǒng)》

1、第2章 機械加工工藝系統(tǒng) 定義：在機械加工中，由機床、刀具、夾具與被加工工件一起構(gòu)成了一個實現(xiàn)某種加工方法的整體系統(tǒng)，這一系統(tǒng)稱為機械加工工藝系統(tǒng)。 對應于不同的加工方法有不同的機械加工工藝系統(tǒng)，如車削工藝系統(tǒng)、銑削工藝系統(tǒng)、磨削工藝系統(tǒng)等。 機械制造技術(shù)就是以表面成形理論、金屬切削理論和工藝系統(tǒng)的基本理論為基礎，以各種加工方法、加工裝備的特點及應用為主體，以機械加工工藝和裝配工藝的設計為重點，以實現(xiàn)機械產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高郊、低成本為目的的綜合應用技術(shù)。看一看新 課2-1 零件表面的成形和機械加工運動一、零件表面的成形 機械零件的表面形狀千變?nèi)f化，但大都是由幾種常見的表面組合而成的。這些表面包括平

2、面、圓柱面、圓錐面、球面、螺旋面、圓環(huán)面以及成形曲面等，如圖所示。 如圖表示的各類零件都由各種表面構(gòu)成。 這些表面都可以看成是由一根母線沿著導線運動而形成的，母線和導線統(tǒng)稱為發(fā)生線。一、零件表面的成形一、零件表面的成形 機械加工中，工件表面是由工件與刀具之間的相對運動和刀具切削刃的形狀共同實現(xiàn)的。相同的表面，切削刃的不同，工件和刀具之間的相對運動也不相同，這是形成各種加工方法的基礎。有軌跡法、成形法、展成法、相切法等。1、軌跡法：母線和導線都是刀具切削刃端點（刀尖）相對 于工件的運動軌跡。2、成形法：刀具的切削刃就是被加工表面的母線，導線是 刀具切削刃相對于工件的運動形成的。3、展成法：又稱范

3、成法。是指對各種齒形表面進行加工時， 刀具的切削刃與工件表面之間為線接觸，刀具 與工件之間作展成運動（或稱嚙合運動），齒 形表面的母線是切削刃各瞬時位置的的包絡線。 4、相切法：采用銑刀、砂輪等旋轉(zhuǎn)刀具加工工件時，刀具自身的旋轉(zhuǎn)運動形成圓形發(fā)生線，同時切削刃相對于工件的運動形成其他發(fā)生線。一、零件表面的成形二、機械加工的運動機床的運動：表面成形運動和輔助運動。 1、表面成形運動：根據(jù)幾何的角度來分析，為保證得到工 件表面的形狀所需的運動。根據(jù)工件表面形狀和成形方法的不同，成形運動有以下類型：（1）簡單成形運動：如果一個獨立的成形運動，是由單獨 的旋轉(zhuǎn)運動或直線運動構(gòu)成的，則此成形運動稱為簡 單

4、成形運動。 （2）復合成形運動：如果一個獨立的成形運動，是由兩個 或兩個以上旋轉(zhuǎn)運動或直線運動，按照某種確定的運 動關系組合而成，則稱此成形運動為復合成形運動。 看一看例 題例1：用外圓車刀車削外圓柱面時 工件的旋轉(zhuǎn)運動B1和刀具的直線運動A1就是兩個簡單成形運動。 例2：車螺紋時，螺紋表面的導線（螺旋線）必須由工件的回轉(zhuǎn)運動和刀架直線運動保持確定的相對運動關系才能形成，這也是一個復合成形運動。（見圖a），（見圖b）二、機械加工的運動 從保證金屬切削過程的實現(xiàn)和連續(xù)進行的角度看，成形運動可分為：主運動和進給運動。（1）主運動：使工件與刀具產(chǎn)生相對運動以進行切削的最基 本運動，稱為主運動。主運動

5、的速度最高，所以消耗的 功率最大。一般機床的主運動只有一個。 如：車削、鏜削加工時工件的回轉(zhuǎn)運動，銑削和鉆削時刀具的 回轉(zhuǎn)運動，刨削時刨刀的直線運動等都是主運動。（2）進給運動是配合主運動實現(xiàn)依次連續(xù)不斷地切除多余金屬 層的刀具與工件之間的附加相對運動。進給運動與主運動 配合即可完成所需的表面幾何形狀的加工，根據(jù)工件表面 形狀成形的需要，進給運動可以是多個，也可以是一個； 可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。 二、機械加工的運動2、輔助運動：實現(xiàn)機床的各種輔助動作,為表面成形創(chuàng)造條件。 （1）空行程運動 刀架、工作臺的快速接近和退出工件等， 可節(jié)省輔助時間。（2）切入運動 為保證被加工面獲得所需尺寸

6、，刀具相 對于工件表面的深入運動。（3）分度運動 使工件或刀具回轉(zhuǎn)到所需要的角度，多用于加工若干個完全相同的沿圓周均勻分布的表面，也有在直線分度機上刻直尺時，工件相對刀具的直線分度運動。（4）操縱及控制運動 包括變速、換向、啟停及工件的 裝夾等。三、切削用量和切削層參數(shù)1、切削過程中工件上的表面 切削加工過程是一個動態(tài)過程， 在切削過程中，工件上通常存在著三個不斷變化的切削表面。即 （1）待加工表面（2）已加工表面（3）過渡表面工件上即將被切除的表面 工件上已切去切削層而形成的新表面。 工件上正被刀具切削著的表面，介于已加工表面和待加工表面之間。 2、切削用量 切削速度、進給量、背吃刀量（切削

7、深 度）稱為切削用量三要素(見圖示)三、切削用量和切削層參數(shù)（1）切削速度Vc 切削速度vc是刀具切削刃上選定點相對于工件的主運動瞬時線速度。由于切削刃上各點的切削速度可能是不同，計算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度。當主運動為回轉(zhuǎn)運動時： 當主運動為直線運動時，切削速度是刀具相對于工件的直線運動速度式中d切削刃上選定點的回轉(zhuǎn)直徑，mm; n主運動的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min. 三、切削用量和切削層參數(shù)（2）進給速度Vf、進給量f、和每齒進給量fz 進給速度Vf-切削刃上選定點相對于工件的進給運動 瞬時速度，單位是mm/s或mm/min。 進給量f-刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量，

8、用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述， 單位是mm/r或mm/行程。 每齒進給量fz -后一個刀齒相對于前一個刀齒的進給 量,單位是mm/z每齒進給量是對于銑刀、拉刀等多齒刀具各進給量間的關系：Vf=nf=nfzZ三、切削用量和切削層參數(shù)（3）背吃刀量ap 切削深度ap（背吃刀量）是在與主運動和進給運動方向相垂直的方向上度量的已加工表面與待加工表面之間的距離，單位mm。 主運動是回轉(zhuǎn)運動時：主運動是直線運動時：ap=Hw-Hm鉆孔時：式中：dw-工件待加工表面直徑 dm-工件已加工表面直徑 Hw-工件等加工表面厚度 Hm-工件已加工表面厚度看一看例 題例:車削直徑為300mm的鑄鐵帶輪外圓,

9、若切削速度為60m/min, 試求車床主軸轉(zhuǎn)速.解:根據(jù)公式 得 實際生產(chǎn)中,理論上計算出的主軸轉(zhuǎn)速應從車床轉(zhuǎn)速表中最接近的一檔選取2-2 金屬切削機床 機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設備，它所擔負的加工工作量，約占機械制造總工作量的40%60%，機床的技術(shù)性能直接影響機械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟性。因此，機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術(shù)水平的提高，必然對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重大推動作用。 金屬切削機床是用刀具切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，所以又稱為“工作母機”，習慣上簡稱為機床。鉆、鏜組合機床一、金屬切削機床的分類與型號 按加工性質(zhì)，所用刀具和機床的用途，機床可分為車

10、床，鉆床，鏜床，磨床，齒輪加工機床，螺紋加工機床，銑床，刨插床，拉床，特種加工機床，鋸床和其它機床共12類。 按機床的通用性程度分： 1、通用機床即萬能機床 2、專門化機床 3、專用機床 加工范圍廣，通用性強適用于單件小批生產(chǎn)；如 、及 等。 工藝范圍最窄，它一般是為某特定零件的特定工序而設計制造的，如大量生產(chǎn)的汽車零件所用的各種 。 工藝范圍較窄，它是為加工某種零件或某種工序而專門設計和制造的，如 、 等。 臥式車床萬能外圓磨床搖臂鉆床 鏟齒車床絲杠銑床一、金屬切削機床的分類與型號按機床的工作精度分：普通精度機床、精密機床、高精度機床 按自動化程度分：手動、機動、半自動和自動機床按照重量和尺

11、寸分：儀表機床、中型機床（一般機床）、大型 機床（質(zhì)量大于10t）、重型機床（質(zhì)量在 30t以上）和超重型機床（質(zhì)量在100t以上） 按主要工作部件數(shù)目分：可分為單軸、多軸、單刀、多刀機床 機床的型號是機床產(chǎn)品的代號，用以表明機床的類型，通用和結(jié)構(gòu)特性，主要技術(shù)參數(shù)等。GB/T15375-94金屬切削機床型號編制方法規(guī)定，我國的機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字按一定規(guī)律組合而成。 機床的型號一、金屬切削機床的分類與型號1通用機床的型號編制通用機床型號的表示方法為：注：有“( )”的代號或數(shù)字，當無內(nèi)容時，不表示，若有內(nèi)容，則不帶擴號； 有“”符號者，為大寫的漢語拼音字母； 有“” 符號者，為

12、阿拉伯數(shù)字； 有“ ”符號者，為大寫的漢語拼音字母或阿拉伯數(shù)字或兩者兼有之。一、金屬切削機床的分類與型號（1）機床的類別代號 （2）機床的特性代號看一看例 題通用機床的型號編制舉例： 二、數(shù)控機床的概述 數(shù)控機床是綜合應用了電子技術(shù)、計算技術(shù)、自動控制、精密測量和機床設計等領域的先進技術(shù)成就而發(fā)展起來的一種新型自動化機床，具有廣泛的通用性和較大的靈活性。1、數(shù)控機床的定義數(shù)控機床是指采用數(shù)字形式控制的機床。2、數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體組成。 數(shù)控機床適用于中、小批量的零件加工二、數(shù)控機床的概述3、數(shù)控機床的的分類（2）按機床類型來劃分，有數(shù)控車床、數(shù)

13、控銑床、數(shù)控鉆 鏜床、數(shù)控磨床等 （3）按運動軌跡來劃分，有點位控制數(shù)控機床、直線控制 數(shù)控機床與輪廓（連續(xù)）控制數(shù)控機床（4）按伺服系統(tǒng)控制方式來劃分，可分為開環(huán)控制數(shù)控機床、 閉環(huán)控制數(shù)控機床和半閉環(huán)控制數(shù)控機床 （1）按工藝用途來劃分，有普通數(shù)控機床和數(shù)控加工中心機床 二、數(shù)控機床的概述4、數(shù)控機床的特點與普通機床相比，數(shù)控機床有以下優(yōu)點：（1）具有充分的柔性，只需更換零件程序就能加工不同零件。（2）加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。（3）生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期較短。（4）可以加工復雜形狀的零件。（5）大大減輕工人勞動強度。數(shù)控機床也存在以下問題（缺點）：（1）成本比普通機床高。（2）需要專門的維護

14、保養(yǎng)人員。（3）需要熟練的零件編程技術(shù)人員。2-3 刀 具 金屬切削刀具的種類很多,其切削部分的形狀和幾何參數(shù)都不盡相同,但它們都可由外圓車刀切削部演變而來。外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具。 2.3.1 車刀的組成外圓車刀是由一個刀尖、兩條切削刃、三個刀面組成。圖示1、刀面（1）前刀面 刀具上與切屑接觸并相互作用的表面（即切屑流過的表面）。（2）主刀后面 刀具上與工件過渡表面相對并相互作用的表面。（3）副刀后面 刀具上與已加工表面相對并相互作用的表面。2.3.1 車刀的組成2、切削刃（1）主切削刃 前刀面與主后刀面的交線。它完成主 要的切削工作。（2）副切削刃 前刀面與主后刀面的交線。它配

15、合主 切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。3、刀尖 主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃。 它可以是小的直線段或圓弧。其他各類刀具，如 、 、 等，都可以看成是車刀的演變和組合。 2.3.2 刀具幾何角度參考系 刀具幾何角度參考系有兩類，刀具標注角度參考系和刀具角度參考系。(圖示)刨刀鉆頭銑刀1、刀具標注角度參考系 為了使參考系中的坐標平面與刃磨、測量基準面一致，特別規(guī)定了如下假設條件：（1）假定運動條件：刀刃上選定點x的切削速度方向與刀尖處的切削速度方向平行。（2）假定安裝條件：車刀安裝絕對正確。安裝車刀時使刀尖與工件中心等高，車刀刀桿軸線垂直于工件軸心線。基面r：通過主切削刃上選定點，

16、垂直于該點切 削速度方向的平面。 （3）刀具標注角度參考系諸平面 切削平面ps：通過切削刃某一點，與工件加工表 面（或與主切削刃）相切的平面。 切削平面ps與基面pr垂直。 圖示（3）正交平面P0 ：通過切削刃某一點，同時垂直于 切削平面ps與基面pr的平面 2.3.3刀具標注角度1、在基面內(nèi)測量的角度（1）主偏角Kr主切削刃與進給方向之間的夾角（2）副偏角Kr副切削刃與進給運動反方向之間的夾角（3）刀尖角主切削刃與副切削刃之間的夾角。圖示2、在主切削刃正交平面（O-O）內(nèi)測量的角度（1）前角o 前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度。當前刀面與基面平行時，前角為零?；嬖谇暗睹嬉詢?nèi)

17、，前角為負?；嬖谇暗睹嬉酝?，前角為正。 （2）后角o 主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。 （3）楔角0前刀面與后刀面間的夾角圖示3、在正交平面內(nèi)測量的角度（1）刃傾角s 在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。當主切削刃呈水平時，s=0；刀尖為主切削刃最低點時，s0；刀尖為主切削刃上最高點是，s0 2.3.4刀具工作角度 在實際的切削加工中，由于刀具安裝位置和進給運動的影響，上述標注角度會發(fā)生一定的變化。角度變化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變。以切削過程中實際的切削平面Ps、基面Pr和主剖面P0為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角

18、度，又稱實際角度。 現(xiàn)只將刀具安裝位置對角度的影響作如下說明：1、刀柄中心線與進給方向不垂直時對主、副偏角的影響 以車刀車外圓為例，若不考慮進給運動，當?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時，將引起工作前角oe和工作后角oe的變化 2、切削刃安裝高于或低于工件中心時，對前角、后角的 影響 當車刀刀桿的縱向軸線與進給方向不垂直時，將會引起工作主偏角re和工作副偏角re的變化 2.5刀具材料2.5.1 刀具分類 由于機械零件的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求進行加工的刀具具有不同的結(jié)構(gòu)和切削性能。因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多。刀具常按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、

19、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和磨具等幾大類型。刀具還可以按其它方式進行分類，如按所用材料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等；按結(jié)構(gòu)分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復合刀具等；按是否標準化分為標準刀具和非標準刀具等。車刀拉刀螺紋刀具(梳刀)盤形銑刀麻花鉆銑刀2.5.2 刀具材料應具備的性能 1、高的硬度和耐磨性 刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨損的能力，它取決于組織中硬質(zhì)點的硬度、數(shù)量和分布。2、足夠的強度和韌性 為了承受切削中的壓力沖擊和韌性，避免崩刀和折斷，刀具材料應具有足夠的強度和韌性。

20、3、高耐熱性 刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性得能力。 4、良好的工藝性 為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性。如，切削加工性、鑄造性、鍛造性和熱處理性等。 5、良好的經(jīng)濟性 2.5.3 高速鋼 高速鋼是一種加入較多的鎢、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。 性能：有較高的熱穩(wěn)定性；有較高的強度、韌性、硬度和耐磨性；制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造。是制造鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等的主要材料。 分類：按用途分：通用型高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝分：熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。1、通用型高速鋼 通用型高速鋼是切削硬度在HBS250280以下的大部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的

21、基本刀具材料，應用最為廣泛。通用型高速鋼一般可分為鎢鋼和鉬鋼兩類，常用牌號分別是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 高性能高速鋼（如9W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V3）較通用型高速鋼有著更好的切削性能，適合于加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金和超高強度鋼等難加工材料。2、高性能高速鋼2.5.4 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物（碳化鎢，碳化鈦，碳化鉭，碳化鈮等）與金屬粘結(jié)劑（鈷，鎳，鉬等）在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 具有高耐磨性和高耐熱性，但抗彎強度低、沖擊韌性差，很少用于制造整體刀具。它還可用于高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。 常用的硬質(zhì)合金有3類

22、: （1）鎢鈷類硬質(zhì)合金（YG） YG類硬質(zhì)合金主要由碳化鎢和鈷組成，常用牌號有YG3，YG6，YG8等。YG類硬質(zhì)合金的抗彎強度和沖擊韌性較好，不易崩刃，很適宜切削切屑呈崩碎狀的鑄鐵等脆性材料。YG類硬質(zhì)合金的刃磨性較好，刃口可以磨得較鋒利，故切削有色金屬及合金的效果也較好。適用于粗加工,含鈷量少的,用于精加工. （2）鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（YT） YT類硬質(zhì)合金主要由碳化鎢，碳化鈦和鈷組成，常用的牌號有YT5，YT15，YT30等。它里面加入了碳化鈦后，增加了硬質(zhì)合金的硬度，耐熱度，抗粘接性和抗氧化能力。 （3）鎢鈦鉭（鈮）鈷硬質(zhì)合金類（YW） 它是在普通硬質(zhì)合金中加入了碳化鉭和碳化鈮，從而提

23、高了硬質(zhì)合金的韌性和耐熱性，使其具有了較好的綜合性能。YW類硬質(zhì)合金主要用于不銹鋼，耐熱鋼，高錳鋼的加工，也適用于普通碳鋼和鑄鐵的加工，因此被稱為通用型硬質(zhì)合金，常用的牌號有YW1，YW2等。 1.切削運動由 、 及 。 2.切削用量三要素為： 、 、 。 8.刀具材料應具備的性能有那些？ 3.車外圓時車刀刀尖裝得高于工件中心時，車刀的工作后角將_，工作前角將_。 4.高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具的合理前角 。5.在刀具標注角度參考系下通過切削刃上選定點的基面是： (A) 垂直于假定主運動方向的平面； (B) 與切削速度相平行的平面； (C) 與過渡平面相切的表面。 6.影響刀頭強度和切屑流出方向

24、的刀具角度是： (A) 主偏角； (B) 前角； (C) 后角； (D) 刃傾角。 7.在車削加工中的切削層參數(shù)包括： (多選)1、切削層厚度 2、切屑厚度 3、切削層長度 4、切削層寬度 5、切削層面積2-3 夾具概述一、夾具概述機床夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。為保證工件某工序的加工要求，必須使工件在機床上相對刀具的切削或成形運動處于準確的相對位置。當用夾具裝夾加工一批工件時，是通過夾具來實現(xiàn)這一要求的。而要實現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個條件： 一批工件在夾具中占有正確的加工位置； 夾具裝夾在機床上的準確位置； 所以“定位”也涉及到三層關系：工件在夾具上的定位，夾具相對于機床的定

25、位，而工件相對于機床的定位是間接通 過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動，破壞了原來的準 確定位，無法保證加工要求。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。刀具相對夾具的準確位置。這里涉及了三層關系：零件相 對夾具，夾具相對于機床，零件相對于機床。工件的最終精度是由零件相對于機床獲得的。機床夾具的概念 機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。機床夾具的分類 機床夾具可根據(jù)其使用

26、范圍，分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、通用可調(diào)夾具和成組夾具等類型。機床夾具還可按其所使用的機床和產(chǎn)生加緊力的動力源等進行分類。根據(jù)所使用的機床可將夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具（鉆模）、鏜床夾具（鏜模）、磨床夾具和齒輪機床夾具等，根據(jù)產(chǎn)生加緊力的動力源可將夾具分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、電磁夾具和真空夾具等。按夾具的使用范圍，夾具可分為五種基本類型： （1）通用夾具：特點：具有很大的通用性。如三爪卡盤。（2）專用夾具：針對某一產(chǎn)品的某一特定工序而專門設計。特點：用途專一。（3）可調(diào)夾具：按一組零件而設計一套可調(diào)整的夾具。特點：夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整。（4）組合夾具：用標準化元件組裝成的夾具。特點：靈活多變，萬能性強，制造周期短，零件可以重復使用。（5）隨行夾具：在自動線上使用的一種夾具。特點：夾具隨工件在各工序中的機床上被定為和夾緊。3