機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具

機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件加工后的表面層狀態(tài)，這是判定零件質(zhì)量的主要依據(jù)之一。一、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義有以下兩方面的內(nèi)容：㈠表面層的幾何形狀特征⒈表面粗糙度⒉波度㈡表面層物理力學(xué)性能的變化⑴表面層的加工硬化；⑵表面層金相組織的變化；⑶表面層殘余應(yīng)力。第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⒈表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響Ra為0.8—0.2μ、加工硬化、改變金相組織。⒉零件表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響Ra越小越好、一定的加工硬化、表面壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度。⒊零件表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響Ra越小越好、一定的加工硬化壓應(yīng)力、表面拉應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度。⒋零件表面質(zhì)量對(duì)配合性質(zhì)及其它性能的影響

Ra越小配合越好，加工硬化和表面應(yīng)力配合下降。密封性、接觸剛度、表面磨檫系數(shù)、發(fā)熱、功率損耗、噪聲第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)影響機(jī)械加工表面粗糙度的因素一、影響機(jī)械加工表面粗糙度的幾何因素切削加工過(guò)程中，刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在被加工表面上殘留的面積愈大，所獲得表面將愈粗糙。尖刀切削時(shí)帶圓角半徑的刀切削時(shí)第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)提問1機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義？2影響機(jī)械加工表面粗糙度的幾何因素？

第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由公式可知，減小進(jìn)給量f，減小主、副偏角，增大刀尖圓角半徑，都能減小殘留面積的高度H，也就減小了零件的表面粗糙度。精加工時(shí)，在刀尖與負(fù)切削刃之間，磨出修光刃其長(zhǎng)度=（1.2—1.5）f。也可以采用高轉(zhuǎn)速、很小進(jìn)給量、曉得吃到深度獲得Ra極小值。粗加工就不用磨修光刃，表面粗糙度對(duì)加工精度沒有啥影響。對(duì)特殊的不要求精度，但表面光潔的件，表面要光整加工。二、影響機(jī)械加工表面粗糙的物理因素⒈切削力和磨擦力的影響（切削力和磨擦力大，Ra值大。）⒉積屑瘤的影響（使加工表面產(chǎn)生毛刺）⒊鱗刺的影響（在以加工表面產(chǎn)生鱗刺）第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、影響磨削加工表面粗糙度的因素㈠磨削加工的特點(diǎn)⑴磨削過(guò)程比金屬切削刀具的切削過(guò)程要復(fù)雜得多（滑擦、刻劃、切削）⑵砂輪的磨削速度高（ν=30～50m/s目前高達(dá)ν=80～125m/s）⑶參與切削的磨粒多，所以，單位時(shí)間內(nèi)切除金屬的量大。㈡影響磨削加工表面粗糙度的因素⒈磨削用量的影響⑴砂輪速度ν高，參切磨粒多，切削厚度小，殘留面積小，Ra小。⑵工件速度是砂輪速度的1/60左右，Ra小。⑶磨削深度和光磨次數(shù)按較大磨削深度、較小磨削深度、無(wú)進(jìn)給磨削深度即為光磨，步驟磨削。光磨次數(shù)越多，Ra越小。第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒉砂輪的影響⑴砂輪的粒度：常用砂輪粒度在80﹟以內(nèi)，粒度越細(xì)，Ra越小。⑵砂輪的硬度：常用砂輪硬度適中為好，主要根據(jù)工件材料選擇。⑶砂輪的修整：及時(shí)修整砂輪，有利于獲得鋒利和等高的微刃。⑷砂輪磨料：剛玉砂輪磨剛類零件；碳化物類砂輪磨鑄鐵硬質(zhì)合金件。⒊被加工材料的影響一般工件材料較硬，采用磨削，如：碳鋼鑄鐵。對(duì)太軟、韌性太大材料，不易采用磨削，如：有色金屬。(用金剛石刀具加工)對(duì)太硬工件材料，不易采用磨削，因?yàn)槟チ：芸焘g化。（采用特種加工或線切割加工）

第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)影響表面物理力學(xué)性能的工藝因素影響因素有以下三方面：一、表面殘余應(yīng)力切削過(guò)程中金屬材料的表層組織發(fā)生形狀變化和組織變化時(shí)，在表層金屬與基體材料交界處將會(huì)產(chǎn)生相互平衡的彈性應(yīng)力，該應(yīng)力就是表面殘余應(yīng)力。表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生因素：㈠冷塑性變形的影響：表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。㈡熱塑性變形的影響：表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生壓應(yīng)力。㈢金相組織變化的影響：磨削時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)為托氏體或索氏體，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力；若產(chǎn)生二次淬火馬氏體，表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。加工后表面層的實(shí)際殘余應(yīng)力是以上三方面原因綜合的結(jié)果第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、表面層加工硬化表面加工硬化——在機(jī)械加工過(guò)程中，由于切削力的作用，使被加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，加工表面層晶格間剪切滑移，晶格嚴(yán)重扭曲、拉長(zhǎng)、纖維化以及破碎，造成加工表面層強(qiáng)度和硬度增加，就稱為表面加工硬化（也稱為冷作硬化）。影響冷作硬化的主要因素有： ㈠切削用量：切削速度提高，溫度升高，硬度下降；f和ap增大，產(chǎn)生硬化；f和ap減小，加工硬化減小。 ㈡刀具：刃口圓角大、后刀面磨損、前后刀面不光潔，加工硬化增大。 ㈢工件材料：工件材料硬度低，切削后，產(chǎn)生加工硬化。第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、表面層金相組織變化與磨削燒傷機(jī)械加工時(shí)，在工件的加工區(qū)及其附近區(qū)域?qū)a(chǎn)生一定的溫升。當(dāng)溫升達(dá)到相變臨界點(diǎn)時(shí)，表層金屬就會(huì)發(fā)生金相組織變化，產(chǎn)生極大的表面殘余應(yīng)力，強(qiáng)度和硬度降低，甚至出現(xiàn)裂紋。這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。分為：退火燒傷（最嚴(yán)重）：零件表面硬度很低，甚至報(bào)廢。淬火燒傷：表面有很薄一層出現(xiàn)二次淬火，硬度有所下降?；鼗馃齻罕砻嬗捕容^低。

避免燒傷主要是設(shè)法減少磨削區(qū)的高溫對(duì)工件的熱作用。磨削時(shí)采用強(qiáng)有力的、效果好的切削液，能有效地防止燒傷；合理地選用磨削用量、適當(dāng)?shù)靥岣吖ぜD(zhuǎn)動(dòng)的線速度；選擇和使用合理硬度的砂輪。第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)振動(dòng)使工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)受到干擾和破壞，使加工表面出現(xiàn)振紋，降低了零件的加工精度和增大表面粗糙度。切削加工中的振動(dòng)，主要是強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種類型。磨削加工的振動(dòng)主要是強(qiáng)迫振動(dòng)；切削加工的振動(dòng)常常是自激振動(dòng)。一、強(qiáng)迫振動(dòng)㈠產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的原因在外界周期性干擾的作用下，工藝系統(tǒng)被迫產(chǎn)生振動(dòng)，這些干擾力可能來(lái)源于工藝系統(tǒng)之外，稱為外部振源；如其它機(jī)械的振動(dòng)。也可能來(lái)自工藝系統(tǒng)的內(nèi)部，稱為內(nèi)部振源；如離心力、傳動(dòng)件有缺陷、往復(fù)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向沖擊和斷續(xù)切削加工。

第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)提問1、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義？2、影響機(jī)械加工表面粗糙度的幾何因素？3、影響機(jī)械加工表面粗糙度的物理因素？4、砂輪的粒度如何選？砂輪的磨削速度一般選為多少？磨削時(shí)工件速度為多少？5、磨削鋼件和鑄鐵件怎樣選擇磨料？6、什么是加工硬化（冷作硬化）？影響加工硬化有什么因素？7、如何避免磨削燒傷？8、切削加工中易產(chǎn)生哪兩種振動(dòng)？第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月㈡強(qiáng)迫振動(dòng)的特性分析⑴強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于激振力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。⑵強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，只要有激振力存在，振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。⑶強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅取決于振源激振力p、頻率比λ和阻尼比D。⑷強(qiáng)迫振動(dòng)的位移總是滯后于激振力。

第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月㈢減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的途徑⒈減少激振力⒉避免激振力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近，以防止共振⒊采取隔振措施如采用厚橡皮或木板將機(jī)床與地基隔離；液壓緩沖裝置。⒋采用消振措施如增加阻尼(在振動(dòng)物體上放其他物體)；安裝消振器（靜音裝置）。二、自激振動(dòng)這種由振動(dòng)系統(tǒng)本身引起的交變力作用而產(chǎn)生的振動(dòng)稱為自激振動(dòng)（顫振）。第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月㈠自激振動(dòng)的特征⑴自激振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)。⑵自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率。⑶自激振動(dòng)是否產(chǎn)生以及振幅的大小取決于振系統(tǒng)在每一周期內(nèi)，輸入的能量是否大于消耗的能量。㈡產(chǎn)生自激振動(dòng)的學(xué)說(shuō)振動(dòng)是機(jī)械加工中影響零件表面質(zhì)量的重要因素之一。對(duì)于自激振動(dòng)，目前為止尚無(wú)完全成熟的理論來(lái)解釋其原因。第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月㈢減少自激振動(dòng)的基本途徑自激振動(dòng)與切削過(guò)程有關(guān)，也與工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。減少自激振動(dòng)的基本途徑：⒈合理選用切削用量⑴切削速度v的選擇⑵進(jìn)給量f的選擇⑶切削深度ap的選擇

ν＜20ν＞80m/min振動(dòng)小f越大振動(dòng)越小ap越大振動(dòng)越大切削過(guò)程中改變f也減小振動(dòng)第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)提問1、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義？2、影響機(jī)械加工表面粗糙度的幾何因素？3、影響機(jī)械加工表面粗糙度的物理因素？4、砂輪的粒度如何選？砂輪的磨削速度一般選為多少？磨削時(shí)工件速度為多少？5、磨削鋼件和鑄鐵件怎樣選擇磨料？6、什么是加工硬化（冷作硬化）？影響加工硬化有什么因素？7、如何避免磨削燒傷？8、切削加工中易產(chǎn)生哪兩種振動(dòng)？9、減小強(qiáng)迫振動(dòng)途徑？10、切削用量對(duì)自激振動(dòng)有何影響（減小自激振動(dòng)的基本途徑）？第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒉合理選擇刀具的幾何參數(shù)⑴前角γ的選擇：前角增大，振動(dòng)減小；當(dāng)高速切削時(shí)，前角影響不大⑵主偏角κr的選擇：（κr在內(nèi)）κr增大振動(dòng)減?、呛蠼铅恋倪x擇：α=～時(shí)有抑制振動(dòng)作用。⑷刀尖圓角半徑的選擇：減小刀尖圓角半徑，振動(dòng)減小。第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的抗振性能⑴提高機(jī)床的抗振性能第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的剛度⑵提高刀具、工具夾持部分的剛度，即懸伸長(zhǎng)度盡量短；加工細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁件，增加輔助支撐，如跟刀架、中心架、可調(diào)支承，死頂尖，尾架套筒伸出盡量短。第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的抗振性能⑶合理安排機(jī)床、工件、刀具之間最大剛度方向的相對(duì)位置刀具方位角а在120°～140°之間或在300°～320°之間，無(wú)振動(dòng)切削深度接近6mm。其他角度無(wú)振動(dòng)切削深度僅為0.3～0.5mm。第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的抗振性能⑷采用減振裝置第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)控制表面質(zhì)量的工藝途徑提高表面質(zhì)量的加工方法大致可以分為兩類：一類是用低效率、高成本的工藝措施，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，尋求各工藝參數(shù)的最佳組合，以減小工件的表面粗糙度；一類是著重改善工件表面的物理力學(xué)性能，以提高工件的表面質(zhì)量。一、減小表面粗糙度的加工方法㈠超精密切削和低粗糙度磨削加工⒈超精密切削——用金剛石刀具，切除0.1μｍ微薄的切削層，得Ra＜0.04μ。⒉小粗糙度磨削加工—通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)磨削用量的優(yōu)化，控制加工實(shí)現(xiàn)的。

第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月㈡采用超精加工、珩磨、研磨等方法作為終工序加工超精加工、珩磨等都是利用磨條以一定壓力壓在加工表面上，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般Ra＜0.4μｍ。

⒈珩磨—用于加工直徑15～150mm的通孔、深孔和盲孔。⑴珩磨頭的結(jié)構(gòu)（右圖）⑵珩磨的機(jī)理（下頁(yè)圖）⑶珩磨的工藝參數(shù)

第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月珩磨頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)在工件表面上產(chǎn)生了交叉而又不重復(fù)的網(wǎng)紋式磨粒軌跡，磨粒起到滑擦、刻劃和切削的作用。第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒉研磨—利用研具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在磨料、研磨劑的作用下，對(duì)工件進(jìn)行光整加工的方法。尺寸精度可達(dá)0.1～0.3μｍ和Ra為0.04～0.01μｍ。研磨分為手工研磨和機(jī)械研磨。可磨外圓、內(nèi)孔、平面、成形面。⑴研磨的機(jī)理（右圖）⑵研磨的工藝參數(shù)

一般研磨壓強(qiáng)為10～40N/c㎡滑動(dòng)速度10～50m/min，磨粒為200﹟～600﹟。第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒊超精加工

超精加工也叫超精研，是一種用細(xì)粒度磨塊進(jìn)行磨削的光整加工方法。如下圖。

⒋拋光簡(jiǎn)介

利用布輪、布盤等軟性器具涂上拋光膏來(lái)拋光工件表面的。拋光時(shí)，一般不去除加工余量，因而不可能提高工件的精度，甚至有時(shí)還會(huì)損壞上道工序已獲得的精度，拋光也不能減少零件的形狀位置誤差。第30頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、改善表面物理力學(xué)性能的加工方法

改善表面物理力學(xué)性能的加工方法也叫作無(wú)屑光整加工，包括滾壓加工、金剛石壓光、鋼球強(qiáng)化和擠孔等幾種方法。㈠滾壓加工——用自有轉(zhuǎn)動(dòng)的滾子對(duì)加工表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，用表面的“峰”填充“谷”，表面得到強(qiáng)化。