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机械制造技机械制造技术基基础第版第版课件件第一章 机械加工方法第一节第一节 零件的成形方法零件的成形方法第二节第二节 机械加工方法机械加工方法第一节第一节 零件的成形方法零件的成形方法一、m0的制造过程第二节第二节 机械加工方法机械加工方法一、车 削图1-1 车床加工的典型工序 车削方法的特点是工件旋转，形成主切削运动，因此车削加工后形成的面主要是回转外表，也可加工工件的端面。铣削的主切削运动是刀具的旋转运动，工件本身不动，而是装夹在机床的工作台上完成进给运动。二、铣 削图1-2 铣削加工二、铣 削图1-3 顺铣和逆铣 a)顺铣 b)逆铣 a)b)刨削时，刀具的往复直线运动为切削主运动，如下图。因此，刨削速度不可能太高，故消费率较低。图1-4 刨削加工三、刨 削 在钻床上，用旋转的钻头钻削孔是孔加工最常用的方法，钻头的旋转运动为主切削运动，如下图。图1-6 镗床镗孔四、钻削与镗削图1-7 车床镗孔 齿轮齿面的加工运动较复杂，根据形成齿面的方法不同，可分为两大类：成形法和展成法(又称范成法)。成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两个简单成形运动：刀具的旋转运动B11(主切削运动)和直线挪动A21进给运动。图1-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理五、齿面加工 三维曲面的切削加工，主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法。仿形铣必须有原型作为靠模，加工中球头仿形头始终以一定压力接触原型曲面，仿形头的运动变换为电感量，信号经过放大控制铣床三个轴的运动，形成刀头沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。六、复杂曲面加工 磨削以砂轮或其它磨具对工件进展加工，如下图。其主运动是砂轮的旋转运动。图1-10 磨削加工a)磨外圆 b)磨内孔 c)磨平面1拨盘 2拨销 3尾架 4工件 5鸡心夹头 6头架七、磨 削八、特种加工1.电火花加工电火花加工 (请点击链接)2.电解加工电解加工 3.激光加工激光加工4.超声波加工超声波加工1.电火花加工电火花加工 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温，熔蚀工件材料来成形工件的。电火花加工在专用的电火花加工机床上进展，如下图。图1-11 电火花加工原理示意图1床身 2立柱 3工作台 4工件电极 5工具电极 6进给机构7工作液 8脉冲电源 9工作液循环过滤系统 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进展成形加工的一种方法。图1-13 电解加工原理示意图1直流电源 2工件 3工具电极 4电解液 5进给机构2.电解加工电解加工 激光是一种能量密度高、方向性好(激光束的发散角极小)、单色性好(波长和频率单一)、相干性好的光。图1-14 激光加工机示意图1激光器 2光阑 3反射镜 4聚焦镜5工件 6工作台 7电源3.激光加工激光加工 超声波加工是利用超声频(16-25kHz)振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒，由磨粒对工件外表撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法，其加工原理如下图。图1-15 超声波加工原理示意图1超声波发生器 2、3冷却水 4换能器 5振幅扩大棒 6工具 7工件 8工作液4.超声波加工超声波加工第二章 金属切削原理与刀具第一节第一节 刀具的构造刀具的构造第二节第二节 刀具材料刀具材料第三节第三节 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象第四节第四节 切削力与切削功率切削力与切削功率第五节第五节 切削热与切削温度切削热与切削温度第六节第六节 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命第七节第七节 切削用量的选择及工件材料加工性切削用量的选择及工件材料加工性第一节第一节 刀具的构造刀具的构造一、切削运动与切削要素二、刀具角度三、刀具种类1.1.切削运动切削运动 刀具与工件间的相对运动称为切削运动，即外表成形运动。切削运动可分解为主运动和进给运动。一、切削运动与切削要素图2-1 切削运动与切削外表2.2.切削要素切削要素(1)切削用量1)切削速度vc2)进给量f3)背吃刀量切削深度p图2-1 切削运动与切削外表图2-2 切削用量与切削层数(2)切削层几何参数1)切削宽度w2)切削厚度c3)切削面积Ac2.2.切削要素切削要素图2-3 车刀的组成二、刀具角度1.1.刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成2.刀具角度的参考平面图2-5 确定车刀角度的参考平面3.刀具的标注角度(1)前角o(2)后角o(3)主偏角r(4)副偏角r(5)刃倾角s图2-6 车刀的主要角度参考系与角度4.刀具的工作角度 以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。(1)刀具安装位置对工作角度的影响图2-8 车刀安装高度对工作角度的影响a)刀尖高于工件轴线 b)刀尖低于工件轴线图2-9 车刀安装偏斜对工作角度的影响(为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)4.刀具的工作角度图2-10 纵向进给运动对工作角度的影响(2)进给运动对工作角度的影响图2-11 横向进给运动对工作角度的影响4.刀具的工作角度视频1.刀具分类 按加工方式和详细用处，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型；按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等；按构造形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。三、刀具种类(1)车刀图2-12 常用的几种车刀a)直头外圆车刀b)45弯头外圆车刀c)90弯头外圆车刀d)端面车刀e)内孔车刀f)切断刀g)宽刃光刀2.常用刀具简介 孔加工刀具一般可分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进展再加工用的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。(2)孔加工刀具2.常用刀具简介 图2-16 中型标准群钻a)外形图 b)投影图图2-15 麻花钻的构造2.常用刀具简介图2-19 扩孔钻a)高速钢整体式 b)镶齿套式 c)镶硬质合金可转位式2.常用刀具简介图2-20 不同种类的铰刀图2-21 单刃镗刀2.常用刀具简介图2-22 铣刀种类(3)铣刀2.常用刀具简介图2-24 常用内拉刀a)圆孔拉刀 b)花键拉刀(4)拉刀图2-25 外拉刀 2.常用刀具简介 螺纹可用切削法和滚压法进展加工。图2-26 切削法工作的螺纹刀具a)平体螺纹梳刀 b)棱体螺纹梳刀 c)圆体螺纹梳刀 d)板牙 e)丝锥(5)螺纹刀具2.常用刀具简介齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。图2-27 盘形齿轮铣刀(6)齿轮刀具 图2-28 插齿刀a)盘形直齿插齿刀 b)碗形直齿插齿刀 c)锥柄直齿插齿刀2.常用刀具简介图2-29 滚刀图2-30 两种典型的剃齿刀2.常用刀具简介 1.高的硬度 2.高的耐磨性 3.高的耐热性 4.足够的强度和韧性 5.良好的工艺性 6.良好的热物理性能和耐热冲击性能第二节第二节 刀具材料刀具材料一、刀具材料应具备的性能 1.碳素工具钢与合金工具钢 碳素工具钢是含碳量最高的优质钢碳的质量分料为0.7%1.2%，如T10A。二、常用的刀具材料 2.高速钢 又称为锋钢或风钢，它是含有较多W、Cr、V合金元素的高合金工具钢，如W18Cr4V。3.硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物WC，TiC为基体，以金属Co，Ni等为粘结剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。三、新型刀具材料 陶瓷是以氧化铝Al2O3或氮化硅Si3N4等为主要成分，经压制成形后烧结而成的刀具材料。陶瓷的硬度高、化学性能高、耐氧化，所以被广泛用于高速切削加工中。但由于其强度低、韧性差，长期以来主要用于精加工。陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比，具有以下优点：可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工材料；可进展扒荒粗车及铣、刨等大冲击连续切削；耐用度可进步几倍至几十倍；切削效率进步3-10倍，可实现以车、铣代磨。1.切屑过程及切屑种类第三节第三节 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象一、切削过程及切屑种类 图2-31 切屑的形成过程a)金属切削层变形图像 b)切削过程晶粒变形情况 c)切削过程3个变形区图2-32 切屑类型a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑2.切屑的类型及其控制3.积屑瘤现象 在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2-3倍，在处于比较稳定的状态时，可以代替切削刃进展切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。图2-34 积屑瘤现象 在金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。图2-35 切削合力和分力第四节第四节 切削力与切削功率切削力与切削功率一、切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 1.测定机床功率，计算切削力 用功率表测出机床电动机在切削过程中所消耗的功率PE后，计算出切削功率Pc。2.用测力仪测量切削力 测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换处理后，读出Fc、Ff和Fp的值。二、切削力的测量1.计算切削力的指数公式三、切削力的经历公式和切削力估算2.按单位切削力计算切削力和切削功率单位切削力kc是指单位切削面积上的切削力：切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。切削速度进步时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生热量的百分比增高。切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。第五节第五节 切削力与切削功率切削力与切削功率一、切削热的产生和传导图2-37 切削热的产生与传导 切削温度的测量方法很多，大致可分为热电偶法、辐射温度计法以及其它测量方法。目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法。二、切削温度的测量1.切削用量的影响2.工件材料的影响3.刀具角度的影响4.刀具磨损的影响5.切削液的影响三、影响切削温度的主要因素1.水溶液2.乳化液3.切削油四、切削液1.切削温度对工件材料强度和切削力的影响2.对刀具材料的影响3.对工件尺寸精度的影响4.利用切削温度自动控制切削速度或进给量5.利用切削温度与切削力控制刀具磨损五、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响1.前刀面磨损第六节第六节 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命一、刀具磨损的形态及其原因图2-38 刀具的磨损形态图2-39 前刀面的磨损痕迹随时间的变化2.后刀面磨损图2-40 刀具磨损的测量位置 切削时，工件的新颖加工外表与刀具后刀面接触，互相摩擦，引起后刀面磨损。3.边界磨损 切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹。二、刀具磨损过程及磨钝标准图2-41 典型的磨损曲线 vT m=C 式中 v 切削速度(m/min)；T刀具寿命(min)；m指数，表示v-T 间影响的程度；C系数，与刀具、工件材料和切削 条件有关。三、刀具寿命的经历公式 1.对加工质量的影响 切削用量三要素中，背吃刀量和进给量增大，都会使切削力增大，工件变形增大，并可能引起振动，从而降低加工精度和增大外表粗糙度Ra值。进给量增大还会使残留面积的高度显著增大，外表更加粗糙。切削速度增大时，切削力减小，并可减小或防止积屑瘤，有利于加工质量和外表质量的进步。2.对根本工艺时间的影响 切削用量三要素对根本工艺时间t m的影响是一样的。第七节第七节 切削用量的选择及工件材料加工性切削用量的选择及工件材料加工性一、切削用量的选择 3.对刀具寿命和辅助时间的影响 在切削用量中，切削速度对刀具寿命的影响最大，进给量的影响次之，背吃刀量的影响最小。也就是说，当进步切削速度时，刀具寿命下降的速度，比增大同样倍数的进给量或背吃刀量时快得多。由于刀具寿命迅速下降，势必增加磨刀或换刀的次数，这样增加了辅助时间，从而影响消费率的进步。综合切削用量三要素对刀具寿命、消费率和加工质量的影响，选择切削用量的顺序应为:首先选尽可能大的背吃刀量，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。1.工件材料切削加工性的概念 工件材料被切削加工的难易程度，称为材料的切削加工性。衡量材料切削加工性的指标很多，一般地说，良好的切削加工性是指：刀具寿命较长或一定寿命下的切削速度较高；在一样的切削条件下切削力较小，切削温度较低；容易获得好的外表质量；切屑形状容易控制或容易断屑。但衡量一种材料切削加工性的好坏，还要看详细的加工要求和切削条件。二、工件材料的切削加工性2.改善工件材料切削加工性的途径(1)调整材料的化学成分(2)采用热处理改善材料的切削加工性第三章 金属切削机床第一节第一节 概概 述述第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件第三节第三节 常见金属切削机床常见金属切削机床 1.动力源 为机床提供动力(功率)和运动的驱动部分，如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系统的液压泵、液压马达等。2.传动系统 包括主传动系统、进给传动系统和其它运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱。3.支承件 用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等。支承件是机床的根底构件，亦称机床大件或根底件。第一节第一节 概概 述述一、机床的根本组成 4.工作部件 (1)与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件；(2)与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置；(3)与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。5.控制系统 用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床部分采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，它包括数控装置、主轴和进给的伺服控制系统(伺服单元)、可编程序控制器和输入输出装置等。6.冷却系统 用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进展冷却。7.光滑系统 用于对机床的运动副(如轴承、导轨等)进展光滑，以减小摩擦、磨损和发热。8.其它装置 如排屑装置、自动测量装置等。1.外表形成运动 外表形成运动是机床最根本的运动，亦称工作运动。(1)主运动 机床主运动是形成切削速度并从工件上切除多余材料起主要作用的工作运动，机床功率主要消耗于主运动。(2)进给运动 进给运动是使工件上的多余材料不断被去除的工作运动，是维持切削得以继续的运动。二、机床的运动2.辅助运动 机床在加工过程中加工工具与工件除工作运动以外的其他运动称为辅助运动。(1)切入运动 用于保证工件被加工外表获得所需要的尺寸，使工具切入工件外表一定深度。(2)各种空行程运动 空行程运动主要是指进给前后的快速运动。(3)其它辅助运动 包括分度运动、操纵和控制运动等，例如刀架或工作台的分度转位运动，刀库和机械手的自动换刀运动，变速、换向，部件与工件的夹紧与松开，自动测量、自动补偿等。1.机床的工艺范围 机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，可以加工完成何种工序，使用什么刀 具等等。三、机床技术性能指标 2.机床的技术参数 尺寸参数详细反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其它尺寸参数。运动参数指机床执行件的运动速度，例如主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给 量与最小进给量(或进给速度)。动力参数指机床电动机的功率，有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其它内容。1.几何精度 几何精度是指机床空载条件下，在不运动(机床主轴不转或工作台不挪动等情况下)或运动速度较低时各主要部件的形状，互相位置和相对运动的准确程度。2.运动精度 运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。3.传动精度 传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。四、机床精度与刚度 4.定位精度 定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。5.工作精度 加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。6.精度保持性 在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。1.通用机床的型号编制()()()()()五、机床的型号编制分类代号类别代号通用特性和构造特性代号组别、系别代号主参数或设计顺序号第二主参数重大改进顺序号同一型号机床的变型代号2.专用机床的型号编制设计单位代号组代号设计顺序号1.主传动系统 主传动系统可按不同的特征来分类：(1)按驱动主传动的电动机类型 可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。(2)按传动装置类型 可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合。(3)按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级变速传动。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件一、传动系统2、进给传动系统 (1)电气伺服进给传动系统的控制类型 电气伺服系统按有无检测和反响装置分为开环、闭环和半闭环系统。图3-1 开环伺服系统 图3-2 闭环系统1数控装置 2伺服电动机 3齿轮4丝杠 5工作台 6检测元件2、进给传动系统 图3-3 半闭环系统a)伺服电动机反响 b)、c)从动杠反响1反响装置 2伺服电动机 3齿轮2、进给传动系统 电气伺服进给系统由伺服驱动部件和机械传动部件组成。伺服驱动部件有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。(2)电气伺服进给系统驱动部件2、进给传动系统(3)电伺服进给传动系中的机械传动部件 机械传动部件主要指齿轮(或同步齿轮带)和丝杠螺母传动副。电气伺服进给系统中，运动部件的挪动是靠脉冲信号来控制，要求运动部件动作灵敏、低惯量、定位精度好，具有适宜的阻尼比及传动机构不能有反向间隙。2、进给传动系统 图3-7 滚珠丝杠螺母副的构造1密封环 2、3回珠器 4丝杠 5螺母6滚珠2、进给传动系统图3-8 采用双向推力圆柱滚子轴承的支承方式图3-9 采用角接触球轴承的支承方式2、进给传动系统 主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支承并带开工件或刀具旋转进展切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成外表成形运动。主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。二、主轴部件 (1)旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。(2)刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的才能，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义。(3)抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的才能。(4)温升和热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的所谓热变形。1.主轴部件应满足的根本要求2.主轴部件的传动方式 主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择，主要决定于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳性的要求以及构造紧凑、装卸维修方便等要求。多数机床的主轴采用前、后两个支承。这种方式构造简单，制造装配方便，容易保证精度。为进步主轴部件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。为进步刚度和抗振性，有的机床主轴采用三个支承。三个支承中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。(1)主轴的支承形式3.主轴部件构造 主轴的构造和形状主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装定位方法等。主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。(2)主轴的构造3.主轴部件构造(3)主轴的材料和热处理 主轴的材料应根据载荷特点、耐磨性要求、热处理方法和热处理后变形情况选择。普通机床主轴可选用中碳钢(如45钢)，调质处理后，在主轴端部、锥孔、定心轴颈或定心锥面等部位进展部分高频淬硬，以进步其耐磨性。只有载荷大和有冲击时、或精细机床需要减小热处理后的变形时、或有其它特殊要求时，才考虑选用合金钢。当支承为滑动轴承，则轴颈也需淬硬，以进步耐磨性。3.主轴部件构造(4)主轴轴承 主轴部件中最重要的组件是轴承。轴承的类型、精度、构造、配置方式、安装调整、光滑和冷却等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。图3-13 典型的主轴轴承a)、b)双列短圆柱滚子轴承 c)双列空心圆锥滚子轴承 d)单列空心圆锥滚子轴承e)圆锥轴承 f)双列圆锥轴承 g)双向推力角接触球轴承 h)角接触球轴承1、4内圈 2外圈 3隔套3.主轴部件构造 1.支承件应满足的根本要求 1)应具有足够的刚度和较高的刚度质量比。2)应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗(动刚度)和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起构造共振；不会因薄壁振动而产生噪声。3)热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。4)排屑畅通、吊运平安，并具有良好的构造工艺性。三、机床支承件 2.支承件的构造 (1)箱形类 支承件在三个方向的尺寸都相差不多，如各类箱体、底座、升降台等。(2)板块类 支承件在两个方向的尺寸比第三个方向大得多，如工作台、刀架等。(3)梁类 支承件在一个方向的尺寸比另两个方向大得多，如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。3.支承件的材料 支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗岩、预应力钢筋混凝土等。导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。运动的导轨称为动导轨，不动的导轨称为静导轨或支承导轨。动导轨相对于静导轨可以作直线运动或者回转运动。四、机床导轨 1.导轨应满足的主要技术要求 (1)导向精度 导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏向。(2)承载才能大，刚度好 根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。(3)精度保持性好 精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料(或磨粒)磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。(4)低速运动平稳 当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。2.导轨的截面形状和组合形式 图3-16 导轨的截面形状a)矩形导轨 b)三角形导轨 c)燕尾形导轨 d)圆柱形导轨3.导轨的构造类型及特点(1)滑动导轨(2)静压导轨(3)卸荷导轨(4)滚动导轨 1.机床刀架自动换刀装置应满足的要求 1)满足工艺过程所提出的要求。2)在刀架、刀库上要能结实地安装刀具，在刀架上安装刀具时还应能准确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。3)刀架、刀库、换刀机械手部应具有足够的刚度。4)可靠性高。5)刀架和自动换刀装置是为了进步机床自动化而出现的，因此它的换刀时间应尽可能缩短，以利于进步消费率。6)操作方便和平安。五、机床刀架和自动换刀装置 2.机床刀架和自动换刀装置的类型 按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架，例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按构造形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力不同可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。车床类机床的运动特征是：主运动为主轴作回转运动，进给运动通常由刀具来完成。车床加工所使用的刀具主要是车刀，还可用钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具。车床的种类很多，按用处和构造的不同有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动和半自动车床以及各种专门化车床等。其中卧式车床是应用最广泛的一种。第三节第三节 常见的金属切削机床常见的金属切削机床一、车 床 磨床是用磨料磨具(如砂轮、砂带、油石、研磨料)为工具进展切削加工的机床。它们是由于精加工和硬外表加工的需要而开展起来的，目前也有少数应用于粗加工的高效磨床。为了适应磨削各种加工外表、工件形状及消费批量的要求，磨床的种类很多，其中主要类型有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃磨磨床、各种专门化磨床(如曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等)、研磨床、其它磨床(如珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等)。二、磨 床 钻床是孔加工的主要机床。在钻床上主要用钻头进展钻孔。在车床上钻孔时，工件旋转，刀具作进给运动。而在钻床上加工时，工件不动，刀具作旋转主运动，同时沿轴向挪动作进给运动。故钻床适用于加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔，尤其是多孔加工。如：加工箱体、机架等零件上的孔。除钻孔外在钻床上还可完成扩孔、铰孔、锪平面以及攻螺纹等工作。钻床的主参数是最大钻孔直径。根据用处和构造的不同，钻床可分为：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床以及中心孔钻床等。三、钻 床 铣床是用铣刀进展铣削加工的机床。通常铣削的主运动是铣刀的旋转，工件或铣刀的挪动为进给运动，这有利于采用高速切削，其消费率比刨床高。铣床适应的工艺范围较广，可加工各种平面、台阶、沟槽、螺旋面等。铣床的主要类型有升降台式铣床、床身式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床以及近年来开展起来的数控铣床等。四、铣 床五、加工中心图3-36 加工中心第四章 机床夹具原理与设计第一节第一节 机床夹具概述机床夹具概述第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位第三节第三节 定位误差分析定位误差分析第四节第四节 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧第五节第五节 各类机床夹具各类机床夹具第六节第六节 现代机床夹具现代机床夹具第七节第七节 机床夹具设计的基本步骤机床夹具设计的基本步骤 1.用找正法装夹工件 把工件直接放在机床工作台上或放在四爪单动卡盘、机用虎钳等机床附件中，根据工件的一个或几个外表用划针或指示表找正工件准确位置后再进展夹紧。也有先按加工要求进展加工面位置的划线工序，然后再按划出的线痕进展找正实现装夹。第一节第一节 机床夹具概述机床夹具概述一、工件的装夹方法2.用夹具装夹工件图4-1 铣槽工序用的铣床夹具1定位键 2支承板 3齿纹顶支承钉4平头支承钉 5对刀块 6夹具底座7夹具底板 8螺旋压板 9夹紧螺母 10对刀塞尺1.夹具的主要工作原理二、机床夹具的工作原理和在机械加工过程中的作用图4-2 铣槽夹具在立式铣床上的工作原理图1铣床床身 2铣床升降台 3立铣刀4铣槽夹具 5夹具的定位键 6铣床工作台 7铣床溜板2.夹具的作用1)保证稳定可靠地到达各项加工精度要求；2)缩短加工工时，进步劳动消费率；3)降低消费本钱；4)减轻工人劳动强度；5)可由较低技术等级的工人进展加工；6)能扩大机床工艺范围。1.夹具的分类三、夹具的分类与组成图4-3 夹具分类表2.夹具的组成图4-4分度钻床夹1分度操纵手2钻模板 3分度板(棘轮)4钻套 5定位心轴6开口垫圈 7夹紧螺母 8工件 9对定机构(棘爪)10夹详细夹具的主要组成部分有:(1)定位元件(2)夹紧装置(3)对刀元件(5)联接元件和联接外表(6)夹详细(7)其它装置2.夹具的组成 (1)设计基准 是在零件图上，确定点、线、面位置的基准，设计基准是由该零件在产品构造中的功用所决定的。(2)工艺基准 1)定位基准 在加工中使工件在机床夹具上占有正确位置所采用的基准。2)度量基准 在检验时所使用的基准。3)装配基准 装配时用来确定零件或部件在机器中位置所采用的基准。第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位一、基准的概念图4-5 工件在空间中的自由度二、六点定位原理 在夹具设计和定位分析中，还经常会遇到以下几个问题:(1)完全定位和不完全定位图4-6 工件应限制自由度确实定二、六点定位原理(2)过定位和欠定位 在加工中，假如工件的定位支承点数少于应限制的自由度数，必然导致达不到所要求的加工精度。这种工件定位点缺乏的情况，称为“欠定位。图4-7 连杆的过定位1长圆柱销 2支承板二、六点定位原理三、常见的定位方式和定位元件1.工件以平面定位工件以平面定位 (请点击链接请点击链接)2.工件以圆孔定位工件以圆孔定位 3.工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位4.工件以组合外表定位工件以组合外表定位 1.工件以平面定位 在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。(1)固定支承图4-8 各种固定支承钉图4-9 固定支承板 a)A型 b)B型 它指顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差，一般每批毛坯调整一次。(2)可调支承图4-10 可调支承 指支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。(3)自位支承图4-11 自位支承2.工件以圆孔定位(1)定位销图4-14 定位销(2)圆锥销图4-15 圆锥销定位(3)定位心轴图4-16 定位心轴3.工件以外圆柱面定位(1)V形块图4-17 各种V形块构造(2)定位套筒图4-18 定位套筒 将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装在夹详细上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用。(3)半圆孔定位座图4-19 半圆孔定位座 在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称为定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等。(4)外圆定心夹紧机构图4-20 弹簧夹头4.工件以组合外表定位 在箱体、连杆、盖板等类零件加工中，常采用这种组合定位，俗称“一面两孔定位。一面两孔定位时所用的定位元件是：平面采用支承板，两孔采用定位销，故又称为“一面两销，如下图。(1)一个平面和两个与其垂直的孔的组合图421“一面二孔的组合定位(2)一个平面和两个与其垂直的外圆柱面的组合图424工件以端面和两外圆定位(3)一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合图4-25 工件以一孔和一平面定位1.定位基准与设计基准不重合产生的定位误差图4-26 基准不重合产生的定位误差第三节第三节 定位误差分析定位误差分析一、定位误差及其产生原因2.定位副制造不准确产生的定位误差图4-27 基准位移产生的定位误差 通常，定位误差可按下述方法进展分析计算：一是先分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量和，即dw=jb+jw；二是按最不利情况，确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此两位置的间隔，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。二、定位误差的计算二、定位误差的计算 工件夹具加工 此不等式即为保证加工精度的条件，称为采此不等式即为保证加工精度的条件，称为采用夹具加工时的误差计算不等式。用夹具加工时的误差计算不等式。三、保证加工精度的条件三、保证加工精度的条件1.力源装置2.中间传力机构3.夹紧元件第四节第四节 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成及根本要求图4-29 夹紧装置组装示意图1气缸 2杠杆 3压板1.夹紧力方向确实定4-30 夹紧力作用方向不垂直于主要定位基准面二、夹紧力确实定(1)夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面(2)夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小图4-31 夹紧力方向与夹紧力大小的关系(3)夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小图4-32 套筒夹紧2.夹紧力作用点确实定(1)夹紧力的作用点应落在支承元件或 几个支承元件形成的稳定受力区域内图4-33 夹紧力作用点应在支承面内 a)不合理 b)合理不合理合理(2)夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位图4-34 夹紧力作用点应落在刚 性较好部位 a)不合理 b)合理不合理合理(3)夹紧力作用点应尽可能靠近加工面图4-35 夹紧力应靠近加工外表3.3.夹紧力的大小夹紧力的大小 夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和互相位置关系详细计算。为平安起见，计算出的夹紧力应乘以平安系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大2-3倍。进展夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力(重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力。1.斜楔夹紧三、典型夹紧机构图4-36 斜楔夹紧原理及受力分析2.螺旋夹紧图4-37 单螺旋夹紧1螺杆 2螺母 3螺钉 4压块3.偏心夹紧 偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件，直接夹紧或与其它元件组合实现对工件的夹紧，常用的偏心件有圆偏心和轴偏心两种。图4-38 偏心轮压板夹紧机构1垫板 2手柄 3偏心轮 4轴 5压板1.气动夹紧四、夹紧动力源装置 图4-39 典型气压传动系统1雾化器 2减压阀 3止回阀 4换向阀5调速阀 6气压表 7气缸2.液压夹紧 液压夹紧相比气动夹紧另有其本身的优点:(1)工作压力高(可达56.5MPa)，比气压高出十余倍，故液压缸尺寸比气缸小得多。因传动力大，通常不需增力机构，使夹具构造简单、紧凑。(2)油液不可压缩，因此夹紧刚性大、工作平稳、夹紧可靠。(3)噪声小，劳动条件好。3.气液压组合夹紧 图4-41 气液压组合夹紧工作原理1气缸 2增压缸 3活塞 4活塞杆 5工作缸 6活塞第五节第五节 各类机床夹具各类机床夹具一、车床夹具 图4-42 花盘角铁式车床夹具1削边销 2圆柱定位销 3轴向定程基面 4夹详细 5压块6工件 7导向套 8平衡块 1.直线进给式铣床夹具 这类夹具安装在作直线进给运动的铣床工作台上。2.圆周进给式铣床夹具 一般用于立式圆工作台铣床或鼓轮式铣床等。3.靠模铣床夹具 在铣床上用靠模铣削工件的夹具，可用来在一般万能铣床上加工出所需要的成形曲面，扩大了机床的工艺用处。二、铣床夹具 1.固定式钻模在使用过程中，钻模的位置固定不动。2.滑动式钻模钻模板固定在可以上下滑动的滑柱上，并通过滑柱与夹详细相联接。3.回转式钻模钻模体可按一定的分度要求绕某一固定轴转动。4.挪动式钻模用于单轴立式钻床，先后钻削工件同一外表上的多个孔。5.翻转式钻模整个夹具可以带开工件一起翻转，加工工件不同外表的孔系，甚至可加工定位基准面上的孔。6.盖板式钻模一般用于加工大型工件上的小孔。三、钻床夹具 1.固定夹具 固定夹具用于工件直接输送的消费自动线，通常要求工件具有良好的定位和输送基面，例如箱体零件、轴承环等。第六节第六节 现代机床夹具现代机床夹具一、自动线夹具2.随行夹具 随行夹具用于工件间接输送的自动线中，主要适用于工件形状复杂、没有适宜的输送基面，或者虽有适宜输送基面，但属于易磨损的非铸材料工件，使用随行夹具可防止外表划伤与磨损。图4-52 随行夹具垂直上方返回系统1随行夹具 2随行夹具输送器 3提升台4推杆 5倾斜返回滚道 6限位器 7下降台二、组合夹具图4-55 组合夹具的标准元件和组合件a)根底件 b)支承件 c)定位件 d)导向件 e)压紧件 f)紧固件 g)其它件 h)合件三、通用可调夹具和成组夹具图4-57 通用可调铣床夹具的可换钳口调整图图4-58 钻杠杆小头孔的成组夹具1定位板 2定位销 3紧固螺钉 4滑柱式钻模的挪动钻模板5压紧套6可换螺旋钻套 7滑动V形块 8底座 9支承套10固定刻度尺11滑动V形块的操纵手柄 12挡销四、数控机床夹具图4-59 数控机床夹具构成简图第七节第七节 机床夹具设计的根本步骤机床夹具设计的根本步骤1.研究原始资料，明确设计任务2.确定夹具的构造方案，绘制构造草图3.绘制夹具总图4.确定并标注有关尺寸和夹具技术要求5.绘制夹具零件图第五章 机械制造质量分析与控制第一节第一节 机械加工精度机械加工精度第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析第三节第三节 机械加工表面质量机械加工表面质量第四节第四节 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动1.加工精度与加工误差 所谓加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合 程度。实际值愈接近理想值，加工精度就愈高。实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏向，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度一、概 述2.加工经济精度图5-2 加工本钱与加工误差之间的关系3.原始误差 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的详细工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。工艺系统的误