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培訓教材 機械加工工藝 切削部分 CONTENTS 機械加工工藝過程的基本概念 第一章 機械加工方法和設備簡介 基準 基準系基準形體 機械加工工藝規(guī)程 機械加工中的夾具 量具 刀具 表面粗糙度 形位公差 機械加工案例 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 目錄 1 1機械加工工藝的含義 1 2機械加工工藝的作用 1 3機械加工中的術語 1 4基孔制 第一章機械加工工藝過程的基本概念 工藝 是指制造產(chǎn)品的技巧 方法和程序 機械制造過程中 凡是直接改變零件形狀 尺寸 相對位置和性能等 使其成為成品或半成品的過程 稱為機械制造工藝過程 它通常包括零件的制造與機器的裝配兩部分 1 1機械加工工藝的含義 新設計和擴建工廠 車間 時 生產(chǎn)所需要的設備的種類和數(shù)量 機床的布置 車間的面積 生產(chǎn)工人的工種 等組長和數(shù)量以及輔助部門的安排等 都是以工藝規(guī)程為基礎 根據(jù)生產(chǎn)類型來確定的 是指導生產(chǎn)的主要技術文件 是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)預備工作的依據(jù) 是新設計和擴建工廠布局的依據(jù) 生產(chǎn)工人必須嚴格按照工藝規(guī)程進行生產(chǎn) 檢驗人員必須按照工藝規(guī)程的要求進行檢驗 一切有關于生產(chǎn)人員都須嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程 不容擅自更改 否則 可能造成廢品 或產(chǎn)品質量及生產(chǎn)效率下降 甚至會引起整個生產(chǎn)過程的混亂 但是 工藝規(guī)程也不是一成不變的 它需要不斷修改 不斷完善 生產(chǎn)計劃和制訂 產(chǎn)品投產(chǎn)前原材料和毛壞的供給 工藝裝備的設計 制造與采購 機床負荷的調整 作業(yè)計劃的編排 勞動力的組織 工時定額的制訂以及成本的核算等 都是以工藝規(guī)程作為基本依據(jù)的 1 2機械加工工藝的作用 加工表面 刀具 進給量 轉速不變的條件下 所連續(xù)完成的那部分工藝過程 如何理解 1 3 1工序 1 3 2工步 1 3 3安裝 工件在一次裝夾中所完成的那部分工藝過程 一個 一組 工人 在同一工作地點 同一機床 對一個 一組 零件所連續(xù)完成的那部分工藝過程 如何理解 拆卸后算下一個工序嗎 實際的操作是如何的 1 3機械加工中的術語 1 3 5生產(chǎn)過程 1 3 6夾具 在生產(chǎn)過程中 直接改變原材料的 毛坯 的形狀 尺寸 性能 使之變?yōu)槌善返倪^程 可分為 鑄造 壓力加工 焊接 機械加工 熱處理 特種加工 電鍍 涂覆 裝配等工藝過程 由原材料制成各種零件 并裝配成機器的全過程 加工工件時 為完成某道工序 用來正確迅速安裝工件的裝置 1 3 4工藝過程 機械制造 各種機械的制造方法和過程的總稱 工藝文件 指導工人操作和用于生產(chǎn) 工藝管理等的各種技術文件 工藝規(guī)程 規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件 工藝參數(shù) 為了達到預期的技術指標 工藝過程中所需選用或控制的有關量 工藝裝備 工裝 產(chǎn)品制造過程中所用的各種工具總稱 包括 刀具 夾具 模具 量具 檢具 具 鉗工工具和工位器具等 工件 加工過程中的生產(chǎn)對象 切削加工 利用切削工具從工件上切除多余材料的加工方法 工位 為了完成一定的工序部分 一次裝夾工件后 工件 或裝配單元 與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據(jù)的每一個位置工藝尺寸 根據(jù)加工的需要 在工藝附圖或工藝規(guī)程中所給出的尺寸 1 4 1機械加工中的其他術語 工藝 序 卡 按產(chǎn)品或零部件的某一工藝階段受編制的一種工藝文件 它以工序為單位 詳細說明這個階段的工序號 工序名稱 工序內容 工藝參數(shù) 操作要求以及采用的設備和工藝裝備等 工藝附圖 附在工藝規(guī)程上用以說明產(chǎn)品或零部件加工或裝地的簡圖或圖表 檢驗工藝卡 按工藝過程中零件的尺寸 形位公差 表面粗糙度才性質等的重要性 而編制的一種工藝文件 規(guī)定了檢驗百分比和使用的量 檢具以及合格標記等 裝夾 將工件在機床上或夾具中定位 夾緊的過程 粗加工 從坯料上切除較多的余量 所能達到的精度比較低 加工表面粗糙度數(shù)值比較大的加工過程 精加工 從工件上切除較少余量 所得精度比較高 表面粗糙度數(shù)值比較小的加工過程 半精加工 介于粗加工和精加工之間所進行的加工過程 工序余量 相鄰兩工序的尺寸之差 1 4 2機械加工中的其他術語 1 4基孔制 1 孔和軸的基本尺寸是一樣的 2 孔的下公差為0 上公差由設計需求確定 H7H6 3 軸的上下公差 相對地 不確定 由設計需求確定 4 孔的配合字母大寫 軸的配合字母小寫 孔大軸小 5 現(xiàn)實設計中 98 的情況是采用基孔制的 指基本偏差為一定 的 孔的公差帶 與 不同基本偏差的軸 的公差帶所形成的各種配合的一種制度 基孔制的 表面 特征 因為孔難加工 怎么理解難加工反而要以這個為基準 兩點 為什么要采用基孔制 基孔制含義 H8 f7 k7 s7 間隙配合 過渡配合 過盈配合 孔 軸 基孔制舉例 第二章機械加工方法和設備簡介 2 1車 普車 數(shù)車 車銑一體 縱切 儀表車2 2銑 普銑 數(shù)銑 加工中心 車銑一體2 3刨 牛頭刨床2 4磨 無心磨 外圓磨 研磨 珩磨2 5鉆鉸 普鉆 坐標鉆床 多用鉆床 群鉆2 6鏜 普通鏜床 坐標鏜床2 7拉削 臥室拉床 立式拉床2 8插齒搓齒 插齒機 搓齒機 銑齒機2 9沖 普通沖床 數(shù)控沖床2 10線切割 慢走絲 中走絲 快走絲2 11電火花2 12等離子切割2 13激光雕蝕2 14水切割 2 1車 車銑一體 2 2銑 普通銑床 2 4磨 無心磨床 2 5鉆 鉸 2 6鏜 2 7拉 2 8插齒搓齒 搓齒機 這個是 2 9沖 2 10線切割 2 11電火花 2 12等離子切割 2 13激光雕蝕 2 14水切割 第三章基準 基準系基準形體 在產(chǎn)品的設計 制造 裝配和檢測過程中 在零件圖 工藝圖和裝配圖上作為依據(jù)的點 線 面 非常重要 工作過程中的所有基準應統(tǒng)一 3 1基準含義 DatumPointOrigin DatumPlane Datumlineoraxis 基準平面 DRF 基準坐標系 基準點 起點 基準線或軸 基準系 DatumReferenceFrame DRF 由三個相互垂直的平面組成 提供了位置和方向測量的起點 3 2基準系含義 3 3基準形體含義 零件上那個用來建立基準的形體 基準形體是在零件上 模擬基準SIMULATEDDATUM 基準形體DATUMFEATURE MATINGPART MEASUREMENTSAREMADEFROMTHESIMULATEDDATUMS 基準形體的作用 基準形體用來建立基準系 DRF 在形體控制框用字母表示 3 4工件的六項約束定位原理 X Y Z Z U V W 注意 1 定位支承點限制工件自由度時 必須使支承點與工件定位基準面始終緊密貼緊 2 一個支承點只限制工件的一個自由度 工件的同一自由度只能有一個支承點限制 3 夾緊 定位 最佳狀態(tài) 不穩(wěn)定 不可用 欠定位 不完全定位 完全定位 浪費狀態(tài) 過定位 定位現(xiàn)象分析 注意 不得采用字母EIJMOPLRF 公差配合與測量技術 黃云清機械工業(yè)出版社 2005年4月 字母是有先后順序的 GB T1182 2008 幾何公差形狀 方向 位置和跳動公差標注 9 5 國標GB T1183 1996中 基準符號為 3 5基準符號和標注 第四章機械加工工藝規(guī)程 1 邏輯性強 善于分析圖形和數(shù)據(jù) 2 具備幾何 代數(shù) 微積分 英語 等基礎知識 3 具備機械制圖 機械原理 材料力學 材料學 計量學等專業(yè)知識 4 實踐和現(xiàn)場經(jīng)驗 以及不斷累積的過程 5 基本的電腦操作 會機械和工藝制圖軟件更 4 1工藝人員的基本技能要求 為了保證產(chǎn)品質量 提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益 須根據(jù)具體生產(chǎn)條件擬定合理的工藝過程 用圖表 或文字 的形式寫成文件 工藝規(guī)程 對加工零件進行工藝分析 主要有以下步驟 選擇毛坯 確定加工余量 定位基準的選擇 一 二 三 四 工藝路線的擬定 機床與工藝裝備的選擇 工藝文件的編制 七 五 六 4 2工件工藝規(guī)程的制定 1 檢查零件的圖紙是否完整正確 2 審查零件材料的選擇是否恰當 3 審查零件的結構工藝性 4 分析零件的技術要求 一 對加工零件進行工藝分析 1 確定毛坯的種類 毛坯 鍛件 鑄件 型材 焊接件等 2 確定毛坯的形狀 圓形 方形 異型 二 選擇毛坯 三 確定加工余量 加工余量 為了得到一個合格的零件 必須從毛坯上切去的那層金屬 工序余量 相鄰兩道工序的工序尺寸之差 總余量 工序余量之和 基準的概念及分類 在零件圖上 設計圖樣上 所使用的基準 在工藝 圖紙 過程中所依據(jù)的基準 定位基準 裝配基準 裝配時 用來確定零件 部件在產(chǎn)品中的相對位置所依據(jù)的基準 在加工過程中 用作工件定位的基準 被加工表面尺寸和相互位置所依據(jù)的基準 四 定位基準的選擇 端面B基準 端面C基準 1 確定加工方案 加工一個直徑 25H7表面粗糙度Ra0 8 m的孔 可有四種加工方案 a 鉆孔 擴孔 粗絞 精絞 b 鉆孔 粗鏜 半精鏜 磨削 c 鉆孔 粗鏜 半精鏜 精鏜 精細鏜 d 鉆 粗拉 精拉 應根據(jù)零件加工表面的特點和產(chǎn)量等條件 確定采用其中一種加工方案 五 工藝路線的擬定 粗加工階段 切除各加工表面上的大部分余量 并做出精基準 半精加工階段 減小粗加工留下的誤差 為主要表面的精加工作好準備 并完成一些次要表面的加工 精加工階段 保證各主要表面達到圖紙規(guī)定的要求 光整加工階段 進一步減小表面粗糙度 提高精度 劃分加工階段的目的 保證加工質量 及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷 合理使用設備 便于組織生產(chǎn) 2 加工階段的劃分 1 切削加工工序的安排 1 先粗后精 2 先基準后其它 3 先主后次 4 先面后孔 2 熱處理工序的安排 3 檢驗工序的安排 1 零件從一個車間送往另一個車間的前后 2 零件粗加工階段結束之后 3 重要工序加工的前后 4 零件全部加工結束之后 5 工序加工中重要尺寸的首件檢驗 1 預備熱處理 安排在機械加工之前 2 最終熱處理 安排在半精加工之后 磨削加工之前 3 時效熱處理 安排在粗加工之后 3 加工順序的安排 1 機床的選擇 機床的精度應與工序要求的精度相適應 機床的生產(chǎn)率應與該零件生產(chǎn)類型相適應 機床的加工尺寸范圍應與零件的外形尺寸相適應 應符合本廠現(xiàn)有的實際情況 2 工藝裝備的選擇 夾具的選擇 刀具的選擇 量具的選擇 六 機床與工藝裝備的選擇 1 機械加工工藝過程卡片 2 機械加工工序卡片 3 機械加工工藝 綜合 卡片 用于單件 小批生產(chǎn)中 用于大批大量生產(chǎn)中 用于成批生產(chǎn)中 七 工藝文件的編制 定位 夾緊 安裝 工件直接安裝在機床工作臺或通用夾具上 找正比較費時 定位精度的高低主要取決于所有工具或儀表的精度 以及工人的技術水平 所以 定位精度不易保證 生產(chǎn)率低 僅適用于單件小批量生產(chǎn) 1 直接安裝法 2 專用夾具安裝法 工件安裝在為其加工專門設計和制造的夾具上中 所以 定位精度高 生產(chǎn)率高 適用大批量生產(chǎn) 4 3工件的安裝 4 5典型零件工藝過程 單件 小批量生產(chǎn) 工序是否合理 大批量生產(chǎn) 第五章機械加工中的夾具 量具 5 1夾具定義5 2夾具分類5 3夾具組成5 4選用夾具準則5 5量具定義5 6量具分類5 7選用量具準則5 8切削三要素5 9常用刀具材料 機械制造過程中用來固定加工對象 使之占有正確的位置 以接受施工或檢測的裝置 從廣義上說 在工藝過程中的任何工序 用來迅速 方便 安全地安裝工件的裝置 都可稱為夾具 例如焊接夾具 檢驗夾具 裝配夾具 機床夾具等 其中機床夾具最為常見 常簡稱為夾具 夾具通常由定位元件 夾緊裝置 對刀引導元件 分度裝置 連接元件以及夾具體 夾具底座 等組成 夾具 加工工件時 為完成某道工序 用來正確迅速安裝工件的裝置 5 1夾具定義 特點 定位精度不易保證 生產(chǎn)率低 僅適用于單件小批量生產(chǎn) 2 專用夾具 為某一特定零件的特定工序專門設計和制造的夾具 所以 定位精度高 生產(chǎn)率高 適用于大批量生產(chǎn) 3 可調夾具 可以更換或調整元件的專用夾具 1 通用夾具 已標準化的夾具 如 如機用虎鉗 卡盤 分度頭和回轉工作臺等 有很大的通用性 能較好地適應加工工序和加工對象的變換 其結構已定型 尺寸 規(guī)格已系列化 其中大多數(shù)已成為機床的一種標準附件 為某種產(chǎn)品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設計制造 服務對象專一 針對性很強 一般由產(chǎn)品制造廠自行設計 4 組合夾具 由不同形狀 規(guī)格和用途的標準化元件組成的夾具 適用于新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品經(jīng)常更換的單件 小批生產(chǎn)以及臨時任務 5 2夾具分類 2 夾緊機構及裝置 3 導向及對刀元件 5 其它元件及裝置 4 聯(lián)接元件 6 夾具體 夾具上工件定位后 將其夾緊以承受切削力等作用的機構或裝置 夾具上用來對刀和引導刀具進入正確加工位置的元件 分度機構 導向鍵 平衡塊等 夾具上用來確定夾具和機床正確位置的元件 1 定位元件及裝置 夾具上用來確定工件正確位置的元件及裝置 是夾具的基準零件 5 3夾具組成 1 滿足使用過程中工件定位的安全型 經(jīng)濟性 穩(wěn)定性和可靠性 2 有足夠的承載或夾持力度以保證工件在工裝夾具上進行的施工過程 同時不能因更換夾緊點而破壞夾具或工件定位精度 3 滿足裝夾過程中的簡單與快速操作 4 易損零件必須是可以快速更換的結構 最好不需要使用其它工具進行更換 5 滿足夾具在調整或更換過程中重復定位的可靠性 6 能定向安裝 協(xié)調零件定位面與機床之間保持一定的坐標尺寸聯(lián)系7 夾具要做得盡可能開敞 因此夾緊機構元件與加工面之間應保持一定的安全距離 同時要求夾緊機構元件能低則低 以防止夾具在加工過程中發(fā)生碰撞 5 4夾具夾具設計 選用準則 8 盡可能的避免結構復雜 成本昂貴 9 盡可能選用質量可靠的標準品作組成零件 優(yōu)先采用通用 萬能組合夾具 10 滿足夾具使用國家或地區(qū)的安全法令法規(guī) 11 設計方案遵循手動 氣動 液壓 伺服的依次優(yōu)先選用原則 小批或成批生產(chǎn)時可考慮采用專用夾具 在生產(chǎn)批量較大時可考慮采用多工位夾具和氣動 液壓夾具 12 形成公司內部產(chǎn)品的系列化和標準化 5 4夾具夾具設計 選用準則 定義 以一定形式復現(xiàn)量值的計量器具 量具是實物量具的簡稱 它是一種在使用時具有固定形態(tài) 用以復現(xiàn)或提供給定量的一個或多個已知量值的器具 例如砝碼 標準電池 色溫燈 電阻器 量塊 信號發(fā)生器以及 單值或多值的 帶或不帶標尺的 量器等都是量具 量具一般不帶指示器 也不含有測量過程中的運動部件 而由被計量對象本身形成指示器 例如計量液體容量的量器 就是利用液體上的上部端面作為指示器 可調量具雖然有指示器件 但它是供量具調整用而不是供計量時作指示用 如在信號發(fā)生器中的計量就是如此 5 5量具定義 也稱萬能量具 一般指由量具廠統(tǒng)一制造的通用性量具 如直尺 角度塊 卡尺等 也或稱非標量具 指專門為檢測工件某一技術參數(shù)而設計制造的量具 如內外溝槽卡尺 鋼絲繩卡尺 步距規(guī)等量具是以固定形式復現(xiàn)量值的測量器具 量具是測量零件的尺寸 角度 形狀精度和相互位置精度等所用的測量工具 常用游標量具包括 游標卡尺 深度游標卡尺 高度游標卡尺 千分尺以及百分表等 5 6量具分類 保證測量的準確性 按加工方法和數(shù)量選用 計量器具的性能指標是選用計量器具的主要依據(jù) 性能指標中以示值誤差 示值變動性和回程誤差為主 批產(chǎn)以專用量具 量規(guī)和專用儀器為主 大批產(chǎn)選用高效率的機械化 自動化的專用測量儀器 根據(jù)零件的結構 特性 大小 形狀 重量 材料 剛性和表面粗糙度選用計量器具 如現(xiàn)代機器制造業(yè)生產(chǎn)自動化 要求測量自動化 動態(tài)測量要比靜態(tài)測量復雜 根據(jù)零件性質選用 按所處的狀態(tài)選用 1 2 3 4 5 7選用量具準則 5 8切削用量三要素切削速度 切削深度 背吃刀量 進給量 走刀量 稱為切削用量三要素 1 切削速度V m min 工件上待加工表面的圓周速度 主運動的線速度 稱為切削速度 公式 V Dn 1000m minV 切削速度 D 工件待加工面的直徑 mm n 機床的轉速 r min 通常是根據(jù)切削深度計算機床主軸轉速 2 切削深度ap mm 工件的待加工面與已加工面之間的垂直距離稱切削深度 3 進給量f mm r 工件每轉一周時 車刀沿進給方向的移動量稱進給量 碳素工具鋼 如T7 T8 T9 T13等 適合于制造簡單的手工工具 如銼刀 鋸條等 合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入少量的鎢 鉻 錳 硅等元素 耐熱性較低 如9SiCr等 適合于制造低速成型刀具 如絲錐 高速鋼 含較多的鎢 鉻 釩等合金元素 常用的有 W18Cr4V W6Mo5Cr4V等 適合于制造中速精加工刀具 硬質合金 成分由WC TiC和Co組成 采用燒結方法獲得 5 9常用刀具材料 常用的硬質合金有 鎢鈷鈦類 牌號YT 硬質合金 適合于加工鋼等塑性材料 其代號有YT5 YT15 YT30等 粗加工用YT5 精加工用YT30 鎢鈷類 牌號YG 硬質合金 適合于加工鑄鐵 青銅等脆性材料 其代號有YG3 YG6 YG8等 粗加工用YG8 精加工用YG3 5 9 1常用合金刀具材料 第六章表面粗糙度 形位公差 6 1表面粗糙度的概念 6 2表面粗糙度對零件的影響 6 3表面粗糙度主參數(shù)評定 6 5表面粗糙度的檢測 6 4表面粗糙度的表面特征及應用 6 6形位公差 表面粗糙度反映的是零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差 它主要由加工過程中刀具和零件表面間的摩擦 切削分離時表面金屬層的塑性變形以及工藝系統(tǒng)的高頻振動等原因形成的 表面粗糙度不同于主要由機床幾何精度方面的誤差引起的表面宏觀幾何誤差 也不同于在加工過程中主要由機床 刀具 工件系統(tǒng)的振動 發(fā)熱 回轉體不平衡等因素引起的介于宏觀和微觀幾何形狀誤差之間的表面波度 而是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性 表面粗糙度 表面波度 形狀誤差這三種分類還沒有嚴格的標準 通常按波形起伏間距 和幅度h比值來劃分 小于40時 為表面粗糙度 40 1000時為表面波度 大于1000時為形狀誤差 6 1表面粗糙度的概念 6 2表面粗糙度對零件的影響 1 對摩擦和磨損影響 表面越粗糙 磨損越快 2 對配合性質影響 表面越粗糙 配合越不穩(wěn)定 3 對疲勞強度影響 表面越粗糙 疲勞強度越低 4 對接觸剛度的影響 表面越粗糙 接觸剛度越低 5 對耐腐蝕性能影響 表面越粗糙 越容易引起表面銹蝕 6 對密封性 外觀質量和表面涂層都有很大影響 表面粗糙度對零件使用性能的影響主要有以下幾個方面 6 3表面粗糙度主參數(shù)評定 6 3 1輪廓算術平均偏差Ra 在取樣長度內 被測實際輪廓上各點至基準線距離Yi的絕對值的算術平均值 近似等于 6 4表面粗糙度的表面特征及應用 Ra第一系列 0 012 0 025 0 050 0 100 0 20 0 40 0 80 1 6 3 2 6 3 12 5 25 50 100 注 當Ra 0 80時 普通的車 銑已經(jīng)難以加工 1 比較法 被測表面與粗糙度樣板比較2 光切法 光切顯微鏡3 干涉法 干涉顯微鏡4 輪廓法 電動輪廓儀5 掃描法 激光或紅外掃輪廓掃描儀 6 5表面粗糙度的檢測 6 6形位公差 第七章械加工案例 7 1零件的加工工藝 7 1一軸類零件的加工工藝 常規(guī)加工法 數(shù)控銑或加工中心 7 1車床工藝的改進 謝謝 全部培訓結束