机械加工工艺基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械制造工程训练,中南大学,工程训练中心,制造技术是将原材料转变为产品的应用技术，它既是科学技术走向实际应用的接口和桥梁，又是推动科学技术向前发展的基础。先进的制造技术对于创造物质财富和发展科学技术，具有十分重要的意义。,世界各工业发达国家都无不拥有先进的制造技术和庞大的制造业，制造业已成为各工业发达国家的基本支柱产业。所创造的物质财富达到国民经济总值的一半以上。所以，要使国家繁荣富强，必须大力创新制造技术，大力发展现代制造业。,机械制造工程训练,是一门以工艺理论教学与制造工程实践相结合的学科基础课程，本课程包括,“,材料成形工艺基础,”,、,“,机械加工工艺基础,”,两大部分。,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,中南大学,Central South University,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,第七章,.,加工中心自动编程与操作,第八章,.,装配,第九章,.,快速,第九章,成形制造技术,第十章,.,先进,制造技术,索引,第一章,切削加工的基础知识,返回索引,切削加工是利用刀具和工件的相对运动，刀具从毛坯或型材上切除多余的材料，以便获得,精度,和,表面粗糙度,均符合要求的零件的加工过程。,切削加工分为机械加工和钳工。,1.,切削加工的概念,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,25,0,-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,25,轴加工后可能产生的形状误差,0,0.013,2.1.2,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。,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,（,m,）,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,Ra,2.2,表 面 粗 糙 度,Ra,h1 h2 h3hn,2.2,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（,m,）。,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,表示粗糙度是用任何方法获得（包括镀涂等）,基本符号上加一短划线,表示表面粗糙度是用去除法获得（如车、铣等）,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（如铸锻、热轧、冲压等）,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,3.2,m,2.3,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,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,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,p,b,、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：,HRC60,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、手用锯条等；,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、板牙；,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，如铣刀、钻花；,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,。,：在正交平面中，前刀面与基面之间的夹角；,后角,。,：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,s,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,s,刃倾角,s,：,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,s=,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,s,的正与负,当刀尖在主切削刃上最高点时，,s,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,：,刃带切线与钻头轴线的夹角,一般,=18-30,度；,前角：,。,后角：,f,顶角,2,：,两个主切削刃在垂直钻头轴线平面上投影的夹角，通常,2=116-120,度之间；,横刃斜角,：,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,9599%,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,15%,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,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。,第八章,零件表面的加工方案,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。,第八章,零件表面的加工方案,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：,o,=10 ,o,=8 ,=60,=10 s=4,(2),切断刀：,o,=10 ,o,=6 ,=90,=2 s=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？,课间休息,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、电气等多种形式，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,),=(n,2,/n,1,),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,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：,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,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,上的齿轮,z,1,z,3,z,5,相啮合，其传动比,i,1,=z,1,/z,2,i,2,=z,3,/z,4,i,3,=z,5,/z,6,轴,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,的转速,n,2,为轴,的转速）,4.2,离合器式齿轮变速机构,从动轴,两端空套有齿轮,z,2,和,z,4,，它们分别与固定在主动轴,上的齿轮,z,1,和,z,3,啮合。轴,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,可得到两种不同的转速，其传动比是：,i,1,=z,1,/z,2,i,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,5.1.1,车床的传动框图,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。,5.2,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,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,在铣削六方、齿轮、花键和刻线等加工中，工件每铣过一个面（或一个齿）之后，需要转过一定的角度，再铣第二个面（或第二个齿），这种工作叫做分度。分度头就是根据加工需要，对工件在水平、垂直和倾斜位置进行分度的附件。,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,6.4,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,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,0;,若点（,X,Z,）在直线下方，则：,ZXe-XZe0,时，,NC,发出移动微指令，使控制轴向,+X,方向移动一个步长；,当,F,移动”，选择该菜单后，系统弹出如图,6,所示的对话框。,该对话框设定工作台中心点坐标沿当前,CLI,模型的中心点坐标沿,XY,方向平移的距离（均为相对坐标）。,图,5,工具菜单,图,6,移动菜单对话框,（,4,）造型菜单,造型菜单如图,7,所示，,造型的第一步就是初,始化系统，然后应按,照工艺要求一步步进,行操作，造型过程中应严格按操作步骤进行。,系统初始化：,单击“造型,系统初始化”后，系统将自动测试各电机的状态；,X,、,Y,轴回原点；上图左图为未进行系统初始化时的菜单状态；右图为进行过系统初始化后的菜单状态；系统初始化后运动命令和造型等命令才可使用。,图,7,造型菜单,控制面板：,单击“造型,控制面板”或单击右侧的控制面板图标，系统弹出如图,8,所示窗口；该窗口分为三个区域,:XY,轴扫描区域、喷头区域、工作台区域。,图,8,控制面板,造型,：,单击“造型,造型,”,，系统弹出是否加热和选择造型层确认对话框，“选择造型层”可以设定造型的起始层和结束层,如图,9,。,图,9,“,Start,”,按钮启动造型过程。启动后该按钮变为“,Pause,”,，单击该按钮可以让系统随时暂停造型，按“,Stop,”,按钮则停止造型，,XY,轴电机回零点。,当用户全部选择确定后，弹出如图,10,所示的造型对话框。,图,10,造型状态,（,5,）系统菜单,系统菜单如图,11,所示，单击“系统,工艺参数菜单可以设定系统的工艺参数。,图,11,系统菜单,单击后系统状态栏（参数栏）为激活可写入状态，见图,12,所示。单击“系统,系统参数菜单可以设定系统的基本参数,见图,13,所示；,图,12,系统工艺参数栏 图,13,系统参数栏,2,、,操作说明,使用控制软件进行造型步骤如下：,（,1,）成形准备,打开电源,材料及成形室预热,数控初始化,挤丝,工作台水平校准,工作台高度校准,（,2,）造型,设定好参数后，选择菜单“造型,造型,”,，此时弹出如图,14,所示的提示对话框，此时又弹出如图,9,所示的“选择造型层”提示对话框，如需要请输入起始层和结束层的层数。单击“,Start”,，系统开始估算造型时间。,造型时如果需要修改参数,选择菜单“系统,工艺参数”，,修改后的下一层会按照新参数,进行加工。,图,14,造型准备提示对话框,（,3,）后处理,后处理包括设备降温、零件保温、去除支撑、表面处理等步骤。,设备降温,原型制作完毕后，如不继续造型。即可直接关闭温控按钮。,零件保温,零件加工完毕，下降工作台，将原型留在成形室内,保温一段时间，保温时间视零件的大小及形状确定，否则过早取出零件会出现应力变形。,模型处理,用小铲子小心取出原型。关闭系统其它按钮和电源，关闭计算机。小心去除支撑，避免破坏零件。,三、大法师软件的应用,大法师（,Daphne,）是专门针对,MEM,、,SLA,等多种工艺而研究开发的快速成形数据处理软件，它以,STL,文件为数据接口，将数字,CAD,造型转化为快速成形制造系统接受的层片模型，用于产品设计、功能测试、模具制造等领域。,（一）软件启动,软件启动后的界面如图,15,所示。大法师工作界面由三部分构成：上部为菜单和工具条，左侧为工作区窗口，显示,STL,模型列表等，右侧为图形窗口，显示三维,STL,或,CLI,模型。,图,15,大法师工作,界面,载入,STL,模型的方式有多种：选择菜单,“,文件,输入,STL,模型,”,；在工作区窗口的空白处单击鼠标右键，弹出如图,16,的弹出式菜单，选择,“,STL,模型,”,；或者按快捷键,“,CTRL,L,”,。,图,16,载入菜单,（二）载入,STL,模型,选择一个,STL,文件后，系统开始读入,STL,模型，并在最下端的状态条显示已读入的面片数和顶点数，如图,17,所示。,图,17 STL,模型读入进程,（,三）查看,STL,模型,如果,STL,模型显示的比较小，则可以选择菜单中,“,显示,重置窗口,”,项或工具条中的重置按钮，刷新图形。系统会选择一个合适的缩放比例显示该模型。,图,18,重置窗口后显示,观察,STL,模型有关的命令集中在,“,查看,”,菜单和查看工具条中。要有关,STL,模型的信息，可以选择菜单,“,查看,模型信息,”,，系统弹出如图,19,所示对话框，其中包括尺寸及面片数，顶点数。,图,19,查看菜单、查看工具条、模型信息对话框,（四）,STL,模型操作,坐标变换是对,STL,模型进行缩放、平移、旋转、镜像等。坐标变换命令集中在,“,模型变换,”,菜单中，分别为：平移、旋转、移至底板、移至中心等。,1,、平移：,平移是最常用的坐标变换命令，它将模型从一个位置移动到另一个位置。选择,“,模型变换,平移,”,命令后，系统弹出如图,20,所示的对话框。,图,20,平移对话框,2,、旋转：,旋转也是一个常用的坐标变换命令，该命令以某点为中心点对模型进行旋转。选择,“,模型变换,旋转,”,命令后，系统弹出如图,21,所示的对话框。,图,21,旋转对话框,图,22,为以中心点绕,X,轴旋转,90,度的结果。,原模型 旋转,90,图,22,旋转模型,3,、移至底板,：将模型移动到工作台面上，将模型的最低点,Z,坐标变为零，,XY,坐标不变。,4,、移至中心,：将模型几何中心移动到工作台 的成形中心处，模型的,Z,坐标不变。,（五）,MEM,工艺模型处理,1,、,MEM,模型处理基本步骤,（,1,）载入原型的,STL,文件。,（,2,）将模型放置在合适的位置和方向。一般将模,型放在距工作台,2,3,毫米的高度上、工作台,面的中心处。,（,3,）提取支撑面。,MEM,工艺必须添加支撑，选择,菜单,“,支撑处理,支撑参数,”,，系统弹出如图,28,所示对话框。在该对话框中设定支撑角度，支,撑填充线的角度和间距。,图,23,支撑参数对话框,设定完参数后，选择,“,支撑处理,提取支撑面,”,，系统自动提取需要添加支撑的表面，并将其写入工作区窗口的树形列表中，如图,24,所示。,图,24,提取支撑面,（,4,）显示支撑面 选择,“,支撑处理,显示支撑面,”,，图形窗口中将显示各个支撑面,图,25,显示支撑面,（,5,）分层填充。选择,“,STL,模型处理,MEM,模型处理（精确）,”,或,“,STL,模型处理,MEM,模型处理（快速）,”,，系统开始对,STL,模型添加支撑，进行分层。一般使用,“,MEM,模型处理（快速）,”,命令，以获得更快的处理速度。,（,6,）系统开始分层 状态条将显示分层的进程，可以看 到层片高度不断降低，直至起始高度。,（,7,）分层完毕,系统弹出提示对话框，单击,“,确定,”,按,钮，,MEM,模型处理结束,第十章先进制造技术,10.1,非传统加工技术,10.1.1,激光加工,10.1.2,高压水射流加工,10.1.3,高速加工,10.1.1,激光加工,定义：,激光加工技术是涉及光、机、电、计算机和材料等多个学科的综合性高