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2010机械加工工艺基础 1.pdf

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2010 机械 加工 工艺 基础
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机械制造工程训练 教学课件材料成形工艺基础: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 中南大学工业训练中心第一章.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 索引 第一章 切削加工的基础知识 返回索引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零件几何参数:宏观几何参数:包括:尺寸、形状、位置等要素。微观几何参数:指:微观表面粗糙程度。2.1 加 工 精 度 ? 加工精度:指零件经切削加工后,其尺寸、 形状、位置等参数同理论参数的相符合的 程度,偏差越小,加工精度越高,它包括: a. 尺寸精度:零件尺寸参数的准确程度。 b.形状精度:零件形状与理想形状接近程度。 c.位置精度:零件上实际要素(点、线、面)相对 于基准之间位置的准确度。2.1 加 工 精 度 ? 国家标准规定:常用的精度等级分为20级, 分别用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。 数字越大,精度越低。其中IT5-IT13常用。 ? 高 精 度:IT5、IT6 通常由磨削加工获得。 ? 中等精度:IT7-IT10 通常由精车、铣、刨获得。 ? 低 精 度:IT11-IT13 通常由粗车、铣、刨、钻 等加工方法获得。2.1.1 尺 寸 精 度 Φ25 0 -0.04零件尺寸要素的误差大小。问:精度的高低与哪两个因 素有关?基本尺寸和公差大小。2.1.2 形 状 精 度Φ25 轴加工后可能产生的形状误差0 -0.0132.1.2 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。 圆圈中的英文字母表示基准,框格分3格,箭头指向待 表达的表面精度等级 尺寸精度范围 Ra值范围 (μm) 相应的加工方法 低精度 IT13~IT 11 25~12.5 粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等 中等 精度 IT10~IT 9 6.3~3.2 半精车、半精镗、半精铣、半精刨、 扩孔等 IT8~IT 7 1.6~0.8 精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗 铰等 高精度 IT7~IT 6 0.8~0.2 精磨、精铰等 特别 精密 精度 IT5~IT2 Ra<0.2 研磨、珩磨、超精加工、抛光等 零件精度等级及其相应的加工方法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Ra2.2 表 面 粗 糙 度 n h ... h h h n 3 2 1 ? ? ? ? ? R a Ra h1 h2 h3…hn ? ? l dx x y l R a 0 | ) ( | 12.2 表 面 粗 糙 度 ? 国家标准规定:表面粗糙度分为14个等级, 分别用 表示, 数字越大,表面越粗糙。 ? 表面粗糙度符号上的数值Ra,单位是微米 (μm)。2.2 表 面 粗 糙 度 表面粗糙度符号的意义及应用符号 符号说明 意义及应用 基本符号 单独使用无意义 基本符号上加一短 划线 表示表面粗糙度是用去 除法获得 基本符号内加一小 圆 表示表面粗糙度是用不 去除材料的方法获得符号上加Ra值 用去除材料方法获得的 表面,Ra的最大允许值 为3.2μm2.3 常见加工方法的Ra表面特征 加工 方法 Ra(微米) 表面特征 粗车 粗镗 50 可见明显刀痕 粗铣 粗刨 25 可见刀痕 钻孔 12.5 微见刀痕 精铣 精刨 半精 车 6.3 可见加工痕迹 3.2 微见加工痕迹 精车 1.6 看不清加工痕迹 粗磨 0.8 可辨加工痕迹方向 精磨 0.4 微辨加工痕迹方向 精密加工 0.1-0.012 只能按表面光泽辩识2.4零件的加工精度与表面粗糙度的关系 ? 精度:宏观几何参数的误差 ? 表面粗糙度:微观几何参数的误差 ? 加工精度高,必须采用一系列的高精度的加工方法,而 经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低,反之,表 面粗糙度低,零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的 加工方法,而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度 的加工方法。 ? 实例:各种机床上的手柄:表面粗糙度非常低,但精度 不高。 零件的加工精度与表面 粗糙度的关系如何? 提问 机器零件的基本表面包括:外圆、内 圆(孔)、平面和成型面基本表面主要由如下的加工方法获得 3.切削运动与切削用量 要完成零件表面的切削加工,刀具和 工件应具备形成表面的基本运动,即切削 运动 切削运动:刀具和工件的相对运动 切削运动分为主运动和进给运动 主运动:提供切削可能性的运动。主运动只有一个 进给运动:提供连续切削可能性的运动。进给运动可以有多个 3.1 切削运动3.1 切削运动 机床名称 主运动 进给运动 卧式车床 工件旋转运动 车刀纵向、横向、斜向直线移动 钻 床 钻头旋转运动 钻头轴向移动 卧铣、立铣 铣刀旋转运动 工件纵向、横向、斜向直线移动 牛头刨床 刨刀往复运动 工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向 间歇移动 龙门刨床 工件往复运动 刨刀横向、垂向、斜向间歇移动 外圆磨床 砂轮高速旋转 工件转动,同时工件往复移动,砂轮 横向移动 内圆磨床 砂轮高速旋转 工件转动,同时工件往复移动,砂轮 横向移动 平面磨床 砂轮高速旋转 工件往复移动,砂轮横向、垂向移动 机床的切削运动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a p 表示,单位为mm,如下图:3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算 V:切削速度 d:工件直径 n:工件转速 ) ( 2 min max mm d d a p ? ? 背吃刀量: 切削速度: dmax:待加工 表面直径 dmin:已加工 表面直径 ap:背吃刀量 (m/ s) π dn v 1000 60 ? ?3.3 切削用量的合理选择问题 (1)粗加工按a p -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a pb、粗加工不必考虑表面粗糙度,在a p 确定后,选取大的f,减少走刀时间c、a p 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- a p 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a p 4.切 削 刀 具刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素, 刀具性能主要取决于两个因素:即刀具材料和刀具的几何角度 4.1 刀具材料应具备如下五个基本特性: 1.高硬度:HRC>60 以上; 2.高的强度与韧性:保证能够承受切削力的作用而不破 坏; 3.高的热硬性:材料在高温下仍然保持高硬度的性能, 热硬性用热硬温度表示; 4.良好的耐磨性; 5.良好的工艺性和经济性;? 碳素工具钢:如T7、T8、T9…T13等。适合于制造 简单的手工工具,如锉刀、锯条等; ? 合金工具钢:在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、 锰、硅等元素,耐热性较低,如9SiCr等,适合于 制造低速成型刀具,如丝锥; ? 高速钢:含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用 的有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制造中速 精加工刀具; ? 硬质合金:成分由WC、TiC和Co组成,采用烧结方 法获得 4.1.1 常用的刀具材料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: Al 2 O 3 基陶瓷 和Si 3 N 4 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种 类 硬度 HRC 抗弯强 度GPa 热硬性 ℃ 工艺性能 用 途 碳素工具钢 60-65 2.16 200-250 热成型 手工刀具 合金工具钢 60-65 2.35 300-400 同上 低速刀具 高速钢 63-70 1.9-4.4 600-700 同上 中速刀具 硬质合金 89-93 1.0-2.2 800-1000 烧结成型 高速刀具 陶瓷材料 91-95 0.4-0.9 1100- 1200 同上 连续精加 工刀具 常用的刀具材料 各种多齿刀具或复杂 刀具,就其一个刀齿而言, 都相当于一把车刀。车刀分为切削部分和 夹持部分,切削部分由三 个刀面组成:前刀面、主 后刀面、副后刀面。 前刀面和主后刀面的交线叫主切削刃 前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃 两条切削刃的交点叫刀尖,但刀尖并非绝对尖锐为了研究刀具的几何角 度,建立三个辅助平面: 基面:通过主切削刃上的某 一点,与该点切削速度方向 垂直的平面。 切削平面:通过主切削刃上 的某一点,与该点加工表面 相切的平面。 正交平面:通过主切削刃上 的某一点,与主切削刃在基 面上的投影垂直的平面 4.2 刀具的几何角度 (车刀的基本形状)? 前角γ。 :在正交平 面中,前刀面与基 面之间的夹角; ? 后角α。:在正交平 面中,主后刀面与 切削平面之间的夹 角; ? 主偏角Kr : 在基面 上,主切削刃的投 影与进给方向的夹 角。 ? 副偏角Kr’ :在基面 上,副切削刃的投 影与进给反方向的 夹角。 ? 刃倾角λs 4.2.1 车刀的几何角度4.2.2 前角的正与负一般加工韧性材料,应取较大的前角;加工脆性材料, 应取较小的前角;前角的取值范围常在 -5°~ +25°之间。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 麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成,工 作部分又包括导向部分和切削部分 4.4 麻花钻的基本形状螺旋角β:刃带切线与钻头轴线 的夹角,一般β=18-30度; 前角:γ。 后角:α f 顶角2Φ: 两个主切削刃在垂直 钻头轴线平面上投影的夹角,通 常2Φ =116-120度之间; 横刃斜角ψ : 它是横刃与主切 削刃在钻头垂直轴线平面上投影 的夹角。通常为47-55度; 4.4.1 麻花钻的主要几何角度? 砂轮:是磨削加工的刀具,它是由磨料和结 合剂烧结而成的。 ? 磨料:磨料是砂轮的主要组成因素,担负切 削作用,所以磨料有很高的硬度。 ? 粒度:是指磨料颗粒的大小。 ? 结合剂:结合剂起粘结磨粒的作用。 ? 硬度:指砂轮上的磨粒脱落的难以程度。 4.5 砂轮的材料及形状系 别 名 称 代 号 特 性 适合于磨削 刚 玉 棕刚玉 A硬度高,韧性 好,价廉 碳钢、可锻铸铁、 青铜 白刚玉 WA 硬度稍低,锋利 淬火钢、高速钢 碳 化 硅 黑碳化硅 C 锋利,导热性好 铸铁、黄铜 绿碳化硅 GC 硬度高,导热好 硬质合金、宝石 超 硬 材 料 金刚石 D 硬度最高,韧性 差 硬质合金、宝石、 陶瓷等 立方氮化硼 CBN 硬度仅次于金刚 石,韧性略好。 不锈钢、高矾高 速钢 4.5.1 常用的磨料的特性及用途砂轮名称 代号 断面简图 基本用途 平行砂轮 P 用途广泛、各种磨床 双斜边 PSX 1 用于精磨齿轮、螺纹 双面凹 PSA 外圆磨、刀具磨 薄片砂轮 PB 切断和开槽 筒形砂轮 N 立式平面磨削 杯形砂轮 B 端面刀具磨 碗形砂轮 BW 刀具磨、导轨磨 4.5.2 砂轮的形状、代号及用途5.刀具磨损和刀具耐用度 ? 刀具经过一定时间的使用后,由于摩擦 和切削热的作用,使刀具变钝,切削温 度上升,影响加工精度和表面质量,因 此必须及时刃磨。 ? 刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨 损限度为止的切削时间。例:硬质合金 焊接刀具的耐用度规定为60分钟。刀具使用 磨钝 刃磨刀具 包括:三种磨损形式与三个磨损阶段 5.1 刀具的使用过程 金属切削过程是指从工件表面切除一层 多余的金属,从而形成切屑的过程:1.金属在刀具前刀面的作用下,受到挤压产生弹性 变形。2.应力逐渐变大,产生塑性变形—滑移。3.应力达到强度极限,剪切滑移被挤裂形成切屑。4.切离。 1弹性变形 2 塑性变形 3 挤裂切屑 6. 金属的切削过程常见的切屑有如下三种: a.带状切屑:用大前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性 材料时出现。形成带状切屑时,切削力平稳,表面光洁,但 切屑连续不断,不安全或容易刮伤已加工表面。 b.节状切屑:用低切削速度,大进给量加工中等硬度的钢材时 出现。形成这种切屑时,金属经弹性变形、塑性变形、挤裂 和切离阶段,是典型的切削过程,但切削力波动大,工件表 面粗糙。 c.崩碎切屑:加工铸铁、黄铜等脆性材料时出现,形成这种切 屑时,切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖,刀具容易磨损。 6. 1 金属的切屑类型 6.2 积 屑 瘤 积屑瘤:当切屑沿前刀面流出时,与前刀面 接触的切屑底层受到摩擦阻力,速度变慢,形 成滞流层,于是,金属粘附在切削刃附近,形 成了积屑瘤。 积屑瘤的影响: 1、保护切削刃,粗加工时, 希望产生积屑瘤 2、本身不断形成和脱落, 会引起振动,影响工件表 面粗糙度,精加工不希望 产生积屑瘤。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 Fy 切削力Fr的方向如左下图:可以沿三个方向分解为: 1.切向力Fz 2.轴向力Fx 3.径向力Fy 2 2 2 Z y X F F F F r ? ? ?6.3 切削力 主偏角影响径向力的分配: 6.4 切削热 切削热产生原因:1.切屑变形;2.工件与刀具的摩擦;切削热传出途径:a.由切屑带走,带走越多越有利;b.由周围空气和冷却介质带走,同样带走越 多越有利;c.传入工件,使工件温度升高 ,引起工件变 形,产生误差;d. 传入刀具,使刀具温度升高。刀具硬度降 低,磨损加快。6.5 降低切削温度的措施 1.减少切削热的产生:包括选择合理的刀具几何角度 和切削用量,比如适当增大刀具的前角以减少切屑变 形,选用大的背吃刀量和小的进给量。 2.改善散热条件:包括使用冷却液等各种冷却措施;冷却液一般有:水溶液:比热大,导热性好,但不能起润滑作用, 如苏打水,苏打用于防锈。用于粗磨。切削油:如矿物油;比热小,但有润滑作用。 乳化液:具有良好的流动性和导热性,它由乳化油 加水稀释而成,应用最广泛。 复习思考题 1、试说明下列加工方法的主运动和进给运动:(1)车端面;(2)在车床上钻孔;(3)在钻床上钻孔;(4)在铣床上铣平面;(5)在平面磨床上磨平面;(6)在外圆磨床上磨孔。 2、试说明车削的切削用量(包括名称、定义、代号和 单位),简述切削用量选择的原则。3、对刀具材料的性能有那些要求? 4、高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是 什么?各适合做什么刀具? 5、积屑瘤是如何形成的?它对切削加工有何影响? 6、试分析车外圆时各切削分力的作用和影响。 7、切削热对切削加工有什么影响? 8、简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角的作用及选择原则。9、切削液的主要作用是什么?常根据哪些主要因 素选用切削液? 10、已知下列车刀的主要角度,试画出它们切削部 分的示意图:(1)外圆车刀:γ o =10 α o =8° κ γ =60° κ γ ?=10° λs =4° (2) 切断刀:γ o =10° α o =6° κ γ =90° κ γ ?=2° λs =0° 11、车削外圆时,工件转速n=360 r/min ,切削速 度v =150 m/min , 试求工件直径d 。 12、为什么不宜用碳素工具钢制造铣刀、钻花等复 杂刀具?为什么目前常采用高速钢制造这类刀 具?而较少采用硬质合金? 第二章 金属切削机床 返回索引 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 = ( d 1 / d 2 ) ε= (n 2 / n 1 ) ε式中: d 1 — 主动皮带轮的直径 d 2 — 被动皮带轮的直径n 1 — 主动皮带轮的转速 n 2 — 被动皮带轮的转速ε— 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 :z 1 和n 1 分别为主动轮的齿数和转速z 2 和n 2 分别为被动轮的齿数和转速 传动比 i = ( z 1 / z 2 ) = (n 2 / n 1 ) 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z 2 , z 4 , z 6 , 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 z 1 , z 3 , z 5 相啮合,其传动比i 1 = z 1 / z 2i 2 = z 3 / z 4 i 3 = z 5 / z 6轴Ⅱ的转速分别为:n 2 = i 1 n 1 或n 2 = i 2 n 1 或n 2 = i 3 n 1 (式中n 1 为轴Ⅰ的转速, n 2 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z 2 和z 4 ,它们分别与固定 在主动轴Ⅰ上的齿轮z 1 和z 3 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z 2 啮合或爪2与齿轮z 4 啮合,这样轴Ⅱ 可得到两种不同的转速,其传动比是: i 1 = z 1 / z 2i 2 = z 3 / z 4 5、 车床的基本结构 主电机及变速机构 挂轮箱 床头箱 进 给 箱 卡 盘 中 心 架 溜 板 箱 尾 架 丝 杆 光 杆 5.1车床的主传动车削的进给量 如果工件的转速加快,进给量是否会变化? 答:所谓进给量,是指主轴转一圈(一个工作循 环)、刀架沿进给方向移动的距离,只要进给箱 的挂轮手柄没有调整,主轴到进给箱的传动比没 有变化,进给量就不会发生变化。5.1.1 车床的传动框图 5.2车削的加工范围车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以 加工:外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、 切断、切槽、滚花、车螺纹、车成型面、绕弹簧等。 5.3 车削的工艺特点 1. 粗加工:经济精度可达到IT10,表面粗糙度在25- 12.5之间; 精加工:经济精度可达IT7左右,表面粗糙度Ra6.3- 1.6之间。 2. 易于保证相互位置精度要求。一次装夹可加工几个不 同的表面,避免安装误差。 3. 刀具简单,制造、刃磨和安装方便,容易选用合理的 几何形状和角度,有利于提高生产率。 4. 应用范围广泛,几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体 表面及端面,均可以用车削方法达到要求。 5. 可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加 工(有色金属的高精度零件不适合采用磨削)6 铣削加工 主轴箱 主轴 横溜板 工作台 升降台 底座 6.1立式铣床的基本结构6.2 铣削的主要加工范围6.3 铣床的分度加工功能 分度头手柄 工件 铣刀 卡盘 尾架 扇形夹 1.分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为40:1,即手柄转 40圈,卡盘或工件转1圈。 2.孔圈和扇形夹的张开角度用于非整数圈的定位 孔圈问题:今欲在铣床上加工一个12等分的零件,分度手 柄应转多少圈,用分度盘的哪个孔圈,扇形夹应张开多 少个孔距?(已知:分度盘孔圈孔数有:24、25、28、 30、37) 解:因为主轴上固定有齿数为40的蜗轮,它与单头蜗杆相啮 合。当分度手柄转一圈的同时,主轴(工件)转动了1/40 转即设工件等分数为Z,则每次分度时,工件应转过 1/Z,因此手柄转数根据题中已知条件,可选孔圈数24、扇形夹张开 孔距为8孔,可选孔圈数30,扇形夹张开孔距为10孔 6.3 铣床的分度加工功能 40 40 1 1 = = 工件转速 手柄转速n 3 1 3 12 40 40 1 40 ? ? ? ? ? z z n6.4 逆铣和顺铣 逆铣:铣刀旋向(或铣削力)与进给方向相反 顺铣:铣刀旋向与进给方向一致 F F V V齿轮的种类和用途6.5 铣削的工艺特点 1.铣削加工的精度可达IT10-IT7,表面粗糙度 可达6.3-1.6左右 2.生产效率高,铣刀是多刀齿刀具,铣削时有 几个刀齿同时参加切削,主运动是刀具的旋转, 所以铣削的生产效率比刨削高。 3.容易产生振动,铣刀的刀齿切入和切出时产 生振动,加工过程中切削面积和切削力变化较 大。 4.刀齿的散热条件较好,在刀具旋转过程的不 切削时间内,刀具可以得到一定的冷却。 5.与刨床相比,铣床价格高,适用于批量生产。7. 刨(插)削加工 刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种 牛头刨床:刨刀的直线往复 运动是主运动,工件在刨刀 返回行程将结束时作横向进 给运动。牛头刨床主要用于 加工中小型零件 龙门刨床:工作台往复运动,横梁 上的刀架可以水平或垂直运动 龙门刨床主要用于加工大型零件7. 1 牛头刨床的摆杆机构 牛头刨床的摆杆机构 摆杆齿轮带动摇杆左右摆动,摇杆带动 滑枕做往复运动。 摆杆机构的特点:返回行程比工作行程 时间快。 7.2 刨削加工的范围3. 1 插削加工 插床又称立式刨床,其运动原理 与牛头刨床相似,主要用于孔内 表面加工,如方孔、多边形孔、 键槽等的加工。 工件在工作台上可做纵 向、横向和回转的运动, 滑枕做上下往复运动。7.3 插削主要加工范围7.4 刨削加工的工艺特点 1.加工精度通常为:精刨:IT7-IT10,粗糙度Ra 为6.3-1.6之间。 2.通用性好,刨床简单、价格低、调整和操作简 便,刨刀形状简单,制造、刃磨方便。 3.生产率一般比较低,主运动为往复直线运动, 返回行程不参加切削。 4.适用于单件小批生产。8.钻削加工钻床包括台式钻床、立式 钻床和摇臂钻床。如图:工件直径≤12mm的孔一般使 用台式钻床加工,孔径<50mm的 中小型零件在立式钻床上加工, 大型工件上的孔在摇臂钻床上 加工。钻夹头是钻孔的常用 夹具,一般用于孔径较 小(≤ 12mm)的工件,大 直径的零件用锥度套筒 装入钻轴。对精度要求高,粗 糙度低的零件钻孔后还 必须进行精加工。钻削加工的范围 8.1扩孔用扩孔钻对已经钻出或铸出、锻出的孔进行扩大和提 高精度的加工,称为扩孔。扩孔钻如下图所示。其结构与 麻花钻相似,但切削刃有3 ?4个,前端是平的,无横刃, 螺旋槽较浅,钻头刚度好。扩孔余量小,切削比较平稳, 所以扩孔精度比钻孔高。其尺寸公差等级可达IT10 ?IT9, 表面粗糙度Ra值可达6.3 ?3.2 ?m。扩孔可作为终加工,也 可作为铰孔前的预加工。 8.2 铰 孔铰刀有手用铰刀和机用铰刀两种(图a)。手用铰刀为直柄,工 作部分较长。机用铰刀多为锥柄,可装在钻床、车床或镗床上铰 孔。铰刀的工作部分由切削部分和修光部分组成。切削部分呈锥 形,担负切削工作。修光部分起导向和修光作用。铰刀有6 ?12个 切削刃,制造精度高,心部直径较大,刚度和导向性好。铰孔余 量小,切削平稳。铰孔尺寸公差等级可达IT8 ?IT6,表面粗糙度 Ra值达1.6 ?0.4 ?m。手铰孔时,用铰杆转动铰刀并轻压进给(图b)。铰刀不能倒转, 否则铰刀与孔壁之间易挤住切屑,造成孔壁划伤或刀刃崩裂 铰孔适用于加工精 度高、直径不大孔的终 加工。手铰时,切削速 度低,切削力小,不受 机床振动等影响,加工 质量比机铰好,但生产 率低。 镗削一般是指在镗床上进行的切削加工。图为常用的卧式 镗床。由床身、立柱、主轴箱、尾架和工作台等部分组成。镗 床的主轴能作旋转主运动和轴向进给运动。安装工件的工作台 可以实现纵向、横向进给运动,并可回转一定的角度。主轴箱 可沿立柱导轨作上下运动。尾架可沿床身导轨水平移动,其上 的镗杆支承也可与主轴箱同时上下运动。 8.3 镗削加工8.4 镗孔加工的工艺特点 1.镗床主要用于加工大型工件或形状复杂工件上的孔和孔系。 例如变速箱、发动机缸体等。 2.镗孔尺寸公差等级可达IT8 ?IT7,表面粗糙度值一般为 1.6~0.8 ?m。 3.镗孔可以校正孔原有的轴线偏差或位置偏差。 镗刀的形状8.5 钻削的工艺特点 1.钻削属于低精度(IT11-IT13)和高表面粗糙度的 (Ra50-12.5)加工方法 2.容易产生“引偏”,是加工过程中由于钻头弯曲 产生孔径扩大、孔不圆等缺陷。原因是刀具呈细长 状,刚性较差。 3.排屑困难,钻孔在半封闭的状态下进行,切下来 的切屑沿刀具两侧的螺旋槽上升,容易与已经加工 出的表面发生摩擦和挤压,刮伤已加工表面,降低 表面质量 4.切削热不容易传散,切削液难以传到切削区。限制切削速度的提高9. 磨削加工 磨削加工的机床是 磨床,刀具是砂轮 磨削加工可以磨削 外圆、孔和平面, 磨削加工的夹具通 常有电磁吸盘、三 爪卡盘、顶尖等 右图是磨床的液压 传动原理图 磨床包括外圆磨、内圆磨、无心磨等几种,下图是 万能外圆磨床的图形。 M1432A万能外圆磨床(M—磨床;14—万能外圆磨床; 32—最大磨削直径的1/10,即最大磨削直径为320mm; A—性能和结构上经过一次重大改进)。 9.1 磨床类型9.2磨削的工艺特点 1.磨削的精度高,IT6-IT5,粗糙度低,Ra0.8-0.2, 砂轮表面有极多的切削刃同时参加切削。 2.可以加工一些难以加工的材料。如淬火钢、高速钢 以及毛坯的清理。 3.切削速度高(30m/s以上)切削温度高(1000℃以 上)。使用冷却液。 4.砂轮有自锐作用,这是其它刀具所不具备的。即磨 粒不断脱落,新的磨粒又是锋利的。 5.磨削力的径向分力较大,因此,在达到尺寸以后, 还要进行多次无进给磨削。10. 齿轮加工概述齿轮应用广泛。常见的有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗杆蜗轮等。 其中以渐开线圆柱齿轮应用最广。圆柱齿轮中,齿向平行于轴线的称直齿轮;齿向呈螺旋线形状 的称斜齿轮。其齿廓曲线通常采用渐开线。 为了保证齿轮的传动质量,对齿轮加工提出下列要求:(1)传动运动的准确性 为保证齿轮传动速比的准确性,应要 求齿轮一转内转角误差不超过允许值。为此,在齿轮加工中,分 齿应均匀。(2)传动的平稳性 所谓传动平稳,是指振动和噪音小,冲击 要小。因此,应限制局部齿形的制造误差,以限制瞬时速比的变 动量。 (3) 载荷分布的均匀性 为避免造成齿面应力集中,局部磨损, 影响使用寿命。
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