機械加工工藝基礎(chǔ)(完整版)ppt課件

.,中南大學CentralSouthUniversity,機械制造工程訓練,中南大學工程訓練中心,多媒體教學課件,.,制造技術(shù)是將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)，它既是科學技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用的接口和橋梁，又是推動科學技術(shù)向前發(fā)展的基礎(chǔ)。先進的制造技術(shù)對于創(chuàng)造物質(zhì)財富和發(fā)展科學技術(shù)，具有十分重要的意義。世界各工業(yè)發(fā)達國家都無不擁有先進的制造技術(shù)和龐大的制造業(yè)，制造業(yè)已成為各工業(yè)發(fā)達國家的基本支柱產(chǎn)業(yè)。所創(chuàng)造的物質(zhì)財富達到國民經(jīng)濟總值的一半以上。所以，要使國家繁榮富強，必須大力創(chuàng)新制造技術(shù)，大力發(fā)展現(xiàn)代制造業(yè)。機械制造工程訓練是一門以工藝理論教學與制造工程實踐相結(jié)合的學科基礎(chǔ)課程，本課程包括“材料成形工藝基礎(chǔ)”、“機械加工工藝基礎(chǔ)”兩大部分。,.,材料成形工藝基礎(chǔ)：主要介紹機械零件毛坯成形方法的工藝特點、工藝參數(shù)的選擇、各類零件毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性、零件的材料選擇與成形方法選擇的基本原則。,機械加工工藝基礎(chǔ)：主要介紹機械加工的基本概念、切削基本原理、切削機床與刀具、切削加工基本工藝過程、選擇切削加工方法的基本原則，以及零件機械加工結(jié)構(gòu)工藝性。,.,機械加工工藝基礎(chǔ),中南大學工業(yè)訓練中心,中南大學CentralSouthUniversity,.,第一章.切削加工的基礎(chǔ)知識第二章.金屬切削機床第三章.機械加工工藝過程第四章.零件表面的加工方案第五章.零件的結(jié)構(gòu)工藝性第六章.數(shù)控加工技術(shù)第七章.加工中心自動編程與操作第八章.裝配第九章.快速第九章成形制造技術(shù)第十章.先進制造技術(shù),索引,.,第一章切削加工的基礎(chǔ)知識,返回索引,.,切削加工是利用刀具和工件的相對運動，刀具從毛坯或型材上切除多余的材料，以便獲得精度和表面粗糙度均符合要求的零件的加工過程。切削加工分為機械加工和鉗工。,26.04.2020,1.切削加工的概念,.,1.1鉗工與機械加工,鉗工：通過工人手持工具進行切削加工。機械加工：采用不同的機床（如車床、銑床、刨床、磨床、鉆床等）對工件進行切削加工。,.,2.零件表面質(zhì)量的概念,零件幾何參數(shù)：宏觀幾何參數(shù)：包括：尺寸、形狀、位置等要素。微觀幾何參數(shù)：指：微觀表面粗糙程度。,26.04.2020,.,2.1加工精度,加工精度：指零件經(jīng)切削加工后，其尺寸、形狀、位置等參數(shù)同理論參數(shù)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：零件尺寸參數(shù)的準確程度。b.形狀精度：零件形狀與理想形狀接近程度。c.位置精度：零件上實際要素（點、線、面）相對于基準之間位置的準確度。,26.04.2020,.,26.04.2020,2.1加工精度,國家標準規(guī)定：常用的精度等級分為20級，分別用IT01、IT0、IT1、IT2IT18表示。數(shù)字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。高精度：IT5、IT6通常由磨削加工獲得。中等精度：IT7-IT10通常由精車、銑、刨獲得。低精度：IT11-IT13通常由粗車、銑、刨、鉆等加工方法獲得。,.,2.1.1尺寸精度,25,0-0.04,零件尺寸要素的誤差大小。問：精度的高低與哪兩個因素有關(guān)？,基本尺寸和公差大小。,.,2.1.2形狀精度,25軸加工后可能產(chǎn)生的形狀誤差,00.013,.,2.1.2形狀精度,指零件上實際要素的形狀與理想形狀相符合的程度；國家標準規(guī)定了六類形狀公差（見下表）形狀精度的標注：框格分為2格，箭頭指向待表達的表面，數(shù)字表示允許誤差的大小，單位為毫米。,.,2.1.3位置精度,指零件的實際要素（點、線、面）相對于基準之間位置的準確度。,圓圈中的英文字母表示基準，框格分3格，箭頭指向待表達的表面,.,零件精度等級及其相應(yīng)的加工方法,.,2.2表面粗糙度,表面粗糙度：零件微觀表面高低不平的程度。產(chǎn)生的原因：1）切削時刀具與工件相對運動產(chǎn)生的磨擦；2）機床、刀具和工件在加工時的振動；3）切削時從零件表面撕裂的切屑產(chǎn)生的痕跡；4）加工時零件表面發(fā)生塑性變形。,.,2.2表面粗糙度,表面粗糙度對零件質(zhì)量的影響：零件的表面粗糙度對機器零件的性能和使用壽命影響較大，主要有以下幾個方面：1）零件表面粗糙，將使接觸面積減小，單位面積壓力加大，接觸變形加大，磨擦阻力增大，磨損加快；2)表面粗糙度影響配合性質(zhì)。對于間隙配合，表面粗糙易磨損，造成間隙迅速加大；對于過盈配合，在裝配時，可使微小凸峰擠平，有效過盈量減少，使配合件強度降低；3）零件表面粗糙，低谷處容易聚積腐蝕性物質(zhì)，且不易清除，造成表面腐蝕；4）當零件承受載荷時，凹谷處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，以致產(chǎn)生裂紋而造成零件斷裂。,.,2.2表面粗糙度評定參數(shù)：常用的是輪廓算術(shù)平均偏差Ra,.,2.2表面粗糙度,26.04.2020,Ra,h1h2h3hn,.,2.2表面粗糙度,國家標準規(guī)定：表面粗糙度分為14個等級，分別用表示，數(shù)字越大，表面越粗糙。表面粗糙度符號上的數(shù)值Ra,單位是微米（m）。,26.04.2020,.,2.2表面粗糙度表面粗糙度符號的意義及應(yīng)用,.,2.3常見加工方法的Ra表面特征,.,2.4零件的加工精度與表面粗糙度的關(guān)系,精度：宏觀幾何參數(shù)的誤差表面粗糙度：微觀幾何參數(shù)的誤差加工精度高，必須采用一系列的高精度的加工方法，而經(jīng)過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，零件必須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。實例：各種機床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度不高。,26.04.2020,零件的加工精度與表面粗糙度的關(guān)系如何？,提問,.,機器零件的基本表面包括：外圓、內(nèi)圓（孔）、平面和成型面基本表面主要由如下的加工方法獲得,3.切削運動與切削用量,.,要完成零件表面的切削加工，刀具和工件應(yīng)具備形成表面的基本運動，即切削運動切削運動：刀具和工件的相對運動切削運動分為主運動和進給運動主運動：提供切削可能性的運動。主運動只有一個進給運動：提供連續(xù)切削可能性的運動。進給運動可以有多個,3.1切削運動,.,3.1切削運動,機床的切削運動,.,3.2切削用量,切削用量包括切削速度、進給量和背吃刀量切削速度：切削刃上選定點相對于工件主運動的瞬時速度,用V表示，單位為m/s進給量：刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量，用f表示，車、鉆和銑削時單位為mm/r背吃刀量:已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，用ap表示，單位為mm，如下圖：,.,3.2.1車削切削速度、背吃刀量的計算,V:切削速度d:工件直徑n:工件轉(zhuǎn)速,背吃刀量：,切削速度：,dmax:待加工表面直徑dmin:已加工表面直徑ap:背吃刀量,.,3.3切削用量的合理選擇問題,(1)粗加工按apfv的順序選擇a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次數(shù)盡快切除多余金屬，只留后續(xù)工序的加工余量，所以應(yīng)根據(jù)毛坯尺寸首先選擇apb、粗加工不必考慮表面粗糙度，在ap確定后，選取大的f，減少走刀時間c、ap和f確定后，在機床功率和刀具耐用度允許的前提下選擇v(2)精加工按vfap的順序選擇精加工的主要目的是保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低零件的表面粗糙度。因此首先應(yīng)選擇盡可能高的v，然后選擇達到表面粗糙度要求的f，最后再根據(jù)精加工余量決定ap,.,4.切削刀具,刀具性能的好壞也是直接影響切削效果的一個重要因素，刀具性能主要取決于兩個因素：即刀具材料和刀具的幾何角度,4.1刀具材料應(yīng)具備如下五個基本特性：,1.高硬度：HRC60以上;2.高的強度與韌性：保證能夠承受切削力的作用而不破壞；3.高的熱硬性：材料在高溫下仍然保持高硬度的性能，熱硬性用熱硬溫度表示；4.良好的耐磨性；5.良好的工藝性和經(jīng)濟性；,.,碳素工具鋼：如T7、T8、T9T13等。適合于制造簡單的手工工具，如銼刀、手用鋸條等；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、板牙；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，如銑刀、鉆花；硬質(zhì)合金：成分由WC、TiC和Co組成，采用燒結(jié)方法獲得,4.1.1常用的刀具材料,.,4.1.1常用的刀具材料,常用的硬質(zhì)合金有：鎢鈷鈦類（牌號YT）硬質(zhì)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(zhì)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。,.,4.1.2其它刀具材料,陶瓷：常用的刀具陶瓷有兩種：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特點是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐熱性，其主要缺點是抗彎強度低，沖擊韌性很差，不能承受較大的沖擊載荷。金剛石：它分三種天然單晶金剛石刀具整體人造聚晶金剛石刀具金剛石復(fù)合刀片立方氧化硼：由軟的立方氧化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成,.,常用的刀具材料,.,各種多齒刀具或復(fù)雜刀具，就其一個刀齒而言，都相當于一把車刀。車刀分為切削部分和夾持部分，切削部分由三個刀面組成：前刀面、主后刀面、副后刀面。,前刀面和主后刀面的交線叫主切削刃前刀面和副后刀面的交線叫副切削刃兩條切削刃的交點叫刀尖，但刀尖并非絕對尖銳,為了研究刀具的幾何角度，建立三個輔助平面：基面：通過主切削刃上的某一點，與該點切削速度方向垂直的平面。切削平面：通過主切削刃上的某一點，與該點加工表面相切的平面。正交平面：通過主切削刃上的某一點，與主切削刃在基面上的投影垂直的平面,4.2刀具的幾何角度(車刀的基本形狀),.,前角。：在正交平面中，前刀面與基面之間的夾角；后角。：在正交平面中，主后刀面與切削平面之間的夾角；主偏角Kr：在基面上，主切削刃的投影與進給方向的夾角。副偏角Kr：在基面上，副切削刃的投影與進給反方向的夾角。刃傾角s,4.2.1車刀的幾何角度,.,4.2.2前角的正與負一般加工韌性材料，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料，應(yīng)取較小的前角；前角的取值范圍常在-5+25之間。,.,4.2.3刃傾角s,刃傾角s：在切削平面中，主切削刃與基面之間的夾角。它主要影響刀頭的強度和排屑方向。一般取s=10+10,粗加工時常取負值，增加刀頭強度；精加工時常取正值，避免切屑擦傷已加工表面。,.,4.2.4刃傾角s的正與負,當?shù)都庠谥髑邢魅猩献罡唿c時，s為正值，反之為負值。,.,4.3刀具角度的合理選擇問題,原則：粗加工時，為了提高切削效率，切削力會較大，因此強度要高；精加工時，切削力較小，為了保證零件質(zhì)量因此刀具較鋒利。粗加工：前角、后角均小，強度高精加工：前角、后角均大，刀具鋒利主偏角：車臺階軸：取90度既車外圓又車端面，取45度副偏角：為降低表面粗糙度，取小值：一般為：5-15度刃傾角：粗加工常取負值，精加工取正值,.,麻花鉆由工作部分、頸部和柄部組成，工作部分又包括導(dǎo)向部分和切削部分,4.4麻花鉆的基本形狀,.,螺旋角：刃帶切線與鉆頭軸線的夾角,一般=18-30度；前角：。后角：f頂角2：兩個主切削刃在垂直鉆頭軸線平面上投影的夾角，通常2=116-120度之間；橫刃斜角：它是橫刃與主切削刃在鉆頭垂直軸線平面上投影的夾角。通常為47-55度；,4.4.1麻花鉆的主要幾何角度,.,砂輪：是磨削加工的刀具，它是由磨料和結(jié)合劑燒結(jié)而成的。磨料：磨料是砂輪的主要組成因素，擔負切削作用，所以磨料有很高的硬度。粒度：是指磨料顆粒的大小。結(jié)合劑：結(jié)合劑起粘結(jié)磨粒的作用。硬度：指砂輪上的磨粒脫落的難以程度。,4.5砂輪的材料及形狀,.,4.5.1常用的磨料的特性及用途,.,4.5.2砂輪的形狀、代號及用途,.,5.刀具磨損和刀具耐用度,刀具經(jīng)過一定時間的使用后，由于摩擦和切削熱的作用，使刀具變鈍，切削溫度上升，影響加工精度和表面質(zhì)量，因此必須及時刃磨。刀具耐用度是刀具從開始切削至達到磨損限度為止的切削時間。例：硬質(zhì)合金焊接刀具的耐用度規(guī)定為60分鐘。,26.04.2020,.,刀具使用,磨鈍,刃磨刀具,包括：三種磨損形式與三個磨損階段,5.1刀具的使用過程,.,金屬切削過程是指從工件表面切除一層多余的金屬，從而形成切屑的過程：1.金屬在刀具前刀面的作用下，受到擠壓產(chǎn)生彈性變形。2.應(yīng)力逐漸變大，產(chǎn)生塑性變形滑移。3.應(yīng)力達到強度極限，剪切滑移被擠裂形成切屑。4.切離。,1彈性變形2塑性變形3擠裂切屑,6.金屬的切削過程,.,常見的切屑有如下三種：a.帶狀切屑：用大前角刀具、高切削速度、小進給量加工塑性材料時出現(xiàn)。形成帶狀切屑時，切削力平穩(wěn)，表面光潔，但切屑連續(xù)不斷，不安全或容易刮傷已加工表面。b.節(jié)狀切屑：用低切削速度，大進給量加工中等硬度的鋼材時出現(xiàn)。形成這種切屑時，金屬經(jīng)彈性變形、塑性變形、擠裂和切離階段，是典型的切削過程，但切削力波動大，工件表面粗糙。c.崩碎切屑：加工鑄鐵、黃銅等脆性材料時出現(xiàn)，形成這種切屑時，切削熱和切削力均集中在刀刃和刀尖，刀具容易磨損。,6.1金屬的切屑類型,.,6.2積屑瘤,積屑瘤：當切屑沿前刀面流出時，與前刀面接觸的切屑底層受到摩擦阻力，速度變慢，形成滯流層，于是，金屬粘附在切削刃附近，形成了積屑瘤。,積屑瘤的影響：1、保護切削刃，粗加工時，希望產(chǎn)生積屑瘤2、本身不斷形成和脫落，會引起振動，影響工件表面粗糙度，精加工不希望產(chǎn)生積屑瘤。,.,6.3切削力,1、切向力（切削力）Fz：總切削力在主運動方向上的正投影，其大小約占總切削力的9599%,是三個分力中最大的。消耗功率最多的分力，它是機床動力、重要零件的強度和剛度設(shè)計和校核的主要依據(jù)；2、軸向力（進給力）Fx:總切削力在進給方向上的正投影，其大小約占總切削力的15%,它是設(shè)計和驗算機床進給機構(gòu)必須的參數(shù)；3、徑向力（背向力）Fy:總切削力在垂直工作平面上的分力，它作用在工件剛性較差的方向，容易使工件變形，同時引起振動，影響加工精度。所以加工剛性較差的工件（如細長軸）時，應(yīng)該力求減少切削力。,.,6.3切削力,Fy,切削力Fr的方向如左下圖：可以沿三個方向分解為：1.切向力Fz2.軸向力Fx3.徑向力Fy,.,6.3切削力,主偏角影響徑向力的分配：,.,6.4切削熱,切削熱產(chǎn)生原因：1.切屑變形；2.工件與刀具的摩擦；切削熱傳出途徑：a.由切屑帶走，帶走越多越有利；b.由周圍空氣和冷卻介質(zhì)帶走，同樣帶走越多越有利；c.傳入工件，使工件溫度升高，引起工件變形，產(chǎn)生誤差；d.傳入刀具，使刀具溫度升高。刀具硬度降低，磨損加快。,.,6.5降低切削溫度的措施,1.減少切削熱的產(chǎn)生：包括選擇合理的刀具幾何角度和切削用量，比如適當增大刀具的前角以減少切屑變形，選用大的背吃刀量和小的進給量。2.改善散熱條件：包括使用冷卻液等各種冷卻措施；冷卻液一般有：水溶液：比熱大，導(dǎo)熱性好，但不能起潤滑作用，如蘇打水，蘇打用于防銹。用于粗磨。切削油：如礦物油；比熱小，但有潤滑作用。乳化液：具有良好的流動性和導(dǎo)熱性，它由乳化油加水稀釋而成，應(yīng)用最廣泛。,.,第八章零件表面的加工方案,復(fù)習思考題1、試說明下列加工方法的主運動和進給運動：（1）車端面；（2）在車床上鉆孔；（3）在鉆床上鉆孔；（4）在銑床上銑平面；（5）在平面磨床上磨平面；（6）在外圓磨床上磨孔。2、試說明車削的切削用量（包括名稱、定義、代號和單位），簡述切削用量選擇的原則。,.,3、對刀具材料的性能有那些要求？4、高速鋼和硬質(zhì)合金在性能上的主要區(qū)別是什么？各適合做什么刀具？5、積屑瘤是如何形成的？它對切削加工有何影響？6、試分析車外圓時各切削分力的作用和影響。7、切削熱對切削加工有什么影響？8、簡述車刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角的作用及選擇原則。,.,第八章零件表面的加工方案,9、切削液的主要作用是什么？常根據(jù)哪些主要因素選用切削液？10、已知下列車刀的主要角度，試畫出它們切削部分的示意圖：（1）外圓車刀：o=10o=8=60=10s=4(2)切斷刀：o=10o=6=90=2s=011、車削外圓時，工件轉(zhuǎn)速n360r/min，切削速度v=150m/min,試求工件直徑d。12、為什么不宜用碳素工具鋼制造銑刀、鉆花等復(fù)雜刀具？為什么目前常采用高速鋼制造這類刀具？而較少采用硬質(zhì)合金？,.,課間休息,.,第二章金屬切削機床,返回索引,.,1、機床的類型,金屬切削機床是用來對工件進行加工的機器，故稱為“工作母機”，習慣上稱機床。按加工性質(zhì)和所用刀具分類：分為車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機床等12大類；按精度分類：分為普通精度、精密和高精度三種；按重量分類：分為一般機床、大型機床和重型機床。機床的型號：如：C6136表示,.,2、機床的基本結(jié)構(gòu),1.主傳動部件：用來實現(xiàn)機床主運動；2.進給傳動部件：主要用來實現(xiàn)機床進給運動；3.工件安裝裝置：用來安裝工件；4.刀具安裝裝置：用來安裝刀具；5.支承件：用來支承和連接機床各零部件，是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件；6.機床動力部件：為機床提供動力。,.,3、機床的傳動,機床的傳動有機械、液壓、氣動、電氣等多種形式，最常見的是機械傳動和液壓傳動。機械傳動包括皮帶傳動、齒輪傳動、渦輪蝸桿傳動、齒輪齒條傳動和絲桿螺母傳動,.,3.1皮帶傳動,皮帶傳動是靠膠帶與帶輪之間的磨擦作用，將主動皮帶輪的轉(zhuǎn)動傳遞到另一個被動皮帶輪上去的。皮帶傳動的優(yōu)點是傳動平穩(wěn)、軸間距較大，結(jié)構(gòu)簡單、制造維修方便，過載時皮帶打滑。不易引起機器損壞；其缺點是不能保證精確的傳動比，且磨擦損失大，傳動效率較低。,.,3.1皮帶傳動,如果考慮皮帶與皮帶輪之間的滑動，其傳動比為：i=(d1/d2)=(n2/n1)式中：d1主動皮帶輪的直徑d2被動皮帶輪的直徑n1主動皮帶輪的轉(zhuǎn)速n2被動皮帶輪的轉(zhuǎn)速滑動系數(shù)，約為0.98,.,3.2齒輪傳動,齒輪傳動是目前機床中應(yīng)用最多的一種傳動方式，這種傳動方式種類多，如直齒、斜齒、人字齒、圓弧齒輪傳動等，最常見的是直齒圓柱齒輪。設(shè)：z1和n1分別為主動輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速z2和n2分別為被動輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速傳動比i=(z1/z2)=(n2/n1),.,3.3渦輪、蝸桿傳動,采用這種方式，只能由蝸桿帶動蝸輪傳動，其傳動的優(yōu)點是：可獲得較大的降速比，傳動平穩(wěn)、噪音小，結(jié)構(gòu)緊湊。其缺點是傳動效率低，并需要良好的潤滑條件,.,3.4齒輪、齒條傳動,齒輪齒條傳動機構(gòu)可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動（當齒輪為主動輪時），也可將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動（當齒條為主動件時），在實際運用中，以前者居多。齒輪齒條傳動的效率很高，但制造精度不高時，傳動的平穩(wěn)性和準確性較差。,.,3.5絲桿、螺母傳動,絲桿、螺母傳動可使旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，例如在車床上車螺紋時，絲桿旋轉(zhuǎn)，合上開合螺母后，刀架便作縱向運動。其傳動的優(yōu)點是工作平穩(wěn)，無噪音，其缺點是傳動效率較低。,.,4、機床的變速機構(gòu),在一般的通用機床上通過變速機構(gòu)實現(xiàn)接近理想值的切削速度。變換機床轉(zhuǎn)速的主要裝置是機床的齒輪箱，齒輪箱變速機構(gòu)的形式多樣，最常見的為滑動齒輪變速機構(gòu)和離合器式齒輪變速機構(gòu),.,4.1滑動齒輪變速機構(gòu),帶長鍵的從動軸上裝有滑動齒輪z2,z4,z6,通過手柄上的撥叉可使它們分別與固定在主動軸上的齒輪z1,z3,z5相嚙合，其傳動比i1=z1/z2i2=z3/z4i3=z5/z6軸的轉(zhuǎn)速分別為：n2=i1n1或n2=i2n1或n2=i3n1（式中n1為軸的轉(zhuǎn)速,n2為軸的轉(zhuǎn)速）,.,4.2離合器式齒輪變速機構(gòu),從動軸兩端空套有齒輪z2和z4，它們分別與固定在主動軸上的齒輪z1和z3嚙合。軸中部帶有鍵3，并裝有壓嵌式離合器4。當手柄左移或右移離合器時，離合器的爪1與齒輪z2嚙合或爪2與齒輪z4嚙合，這樣軸可得到兩種不同的轉(zhuǎn)速，其傳動比是：i1=z1/z2i2=z3/z4,.,5、車床的基本結(jié)構(gòu),主電機及變速機構(gòu),掛輪箱,床頭箱,進給箱,卡盤,中心架,溜板箱,尾架,絲桿,光桿,.,5.1車床的主傳動,.,5.1.1車床的傳動框圖,.,車削的進給量,如果工件的轉(zhuǎn)速加快，進給量是否會變化？答：所謂進給量，是指主軸轉(zhuǎn)一圈（一個工作循環(huán)）、刀架沿進給方向移動的距離，只要進給箱的掛輪手柄沒有調(diào)整，主軸到進給箱的傳動比沒有變化，進給量就不會發(fā)生變化。,.,5.2車削的加工范圍,車削是以加工回轉(zhuǎn)體為主要加工目的。在車床上可以加工：外圓、端面、錐度、鉆孔、鉆中心孔、鏜孔、鉸孔、切斷、切槽、滾花、車螺紋、車成型面、繞彈簧等。,.,5.3車削的工藝特點,粗加工：經(jīng)濟精度可達到IT10，表面粗糙度在25-12.5之間;精加工：經(jīng)濟精度可達IT7左右，表面粗糙度Ra6.3-1.6之間。2.易于保證相互位置精度要求。一次裝夾可加工幾個不同的表面，避免安裝誤差。3.刀具簡單，制造、刃磨和安裝方便，容易選用合理的幾何形狀和角度，有利于提高生產(chǎn)率。4.應(yīng)用范圍廣泛，幾乎所有繞定軸心旋轉(zhuǎn)的內(nèi)外回轉(zhuǎn)體表面及端面，均可以用車削方法達到要求。5.可以用精細車的辦法實現(xiàn)有色金屬零件的高精度的加工（有色金屬的高精度零件不適合采用磨削）,.,6銑削加工,主軸箱,主軸,橫溜板,工作臺,升降臺,底座,6.1立式銑床的基本結(jié)構(gòu),.,6.2銑削的主要加工范圍,.,6.3銑床的分度加工功能,在銑削六方、齒輪、花鍵和刻線等加工中，工件每銑過一個面（或一個齒）之后，需要轉(zhuǎn)過一定的角度，再銑第二個面（或第二個齒），這種工作叫做分度。分度頭就是根據(jù)加工需要，對工件在水平、垂直和傾斜位置進行分度的附件。,.,6.3銑床的分度加工功能,分度頭手柄,工件,銑刀,卡盤,尾架,扇形夾,1.分度頭手柄與卡盤中心軸之間的傳動比為40：1，即手柄轉(zhuǎn)40圈，卡盤或工件轉(zhuǎn)1圈。2.孔圈和扇形夾的張開角度用于非整數(shù)圈的定位,孔圈,.,問題：今欲在銑床上加工一個12等分的零件，分度手柄應(yīng)轉(zhuǎn)多少圈，用分度盤的哪個孔圈，扇形夾應(yīng)張開多少個孔距？（已知：分度盤孔圈孔數(shù)有：24、25、28、30、37）解：因為主軸上固定有齒數(shù)為40的蝸輪，它與單頭蝸桿相嚙合。當分度手柄轉(zhuǎn)一圈的同時，主軸(工件)轉(zhuǎn)動了1/40轉(zhuǎn)即設(shè)工件等分數(shù)為Z，則每次分度時，工件應(yīng)轉(zhuǎn)過1/Z，因此手柄轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)題中已知條件，可選孔圈數(shù)24、扇形夾張開孔距為8孔，可選孔圈數(shù)30，扇形夾張開孔距為10孔,6.3銑床的分度加工功能,.,6.4逆銑和順銑,逆銑：銑刀旋向（或銑削力）與進給方向相反順銑：銑刀旋向與進給方向一致,F,F,V,V,.,6.5銑削的工藝特點,1.銑削加工的精度可達IT10-IT7，表面粗糙度可達6.3-1.6左右2.生產(chǎn)效率高，銑刀是多刀齒刀具，銑削時有幾個刀齒同時參加切削，主運動是刀具的旋轉(zhuǎn)，所以銑削的生產(chǎn)效率比刨削高。3.容易產(chǎn)生振動，銑刀的刀齒切入和切出時產(chǎn)生振動，加工過程中切削面積和切削力變化較大。4.刀齒的散熱條件較好，在刀具旋轉(zhuǎn)過程的不切削時間內(nèi)，刀具可以得到一定的冷卻。5.與刨床相比，銑床價格高，適用于批量生產(chǎn)。,.,7.刨（插）削加工,刨床主要有牛頭刨床和龍門刨床兩種,牛頭刨床:刨刀的直線往復(fù)運動是主運動，工件在刨刀返回行程將結(jié)束時作橫向進給運動。牛頭刨床主要用于加工中小型零件,龍門刨床:工作臺往復(fù)運動，橫梁上的刀架可以水平或垂直運動龍門刨床主要用于加工大型零件,.,7.1牛頭刨床的擺桿機構(gòu),牛頭刨床的擺桿機構(gòu)擺桿齒輪帶動搖桿左右擺動，搖桿帶動滑枕做往復(fù)運動。擺桿機構(gòu)的特點：返回行程比工作行程時間快。,.,7.2刨削加工的范圍,.,3.1插削加工,插床又稱立式刨床，其運動原理與牛頭刨床相似，主要用于孔內(nèi)表面加工，如方孔、多邊形孔、鍵槽等的加工。,工件在工作臺上可做縱向、橫向和回轉(zhuǎn)的運動，滑枕做上下往復(fù)運動。,.,7.3插削主要加工范圍,.,7.4刨削加工的工藝特點,1.加工精度通常為：精刨：IT7-IT10，粗糙度Ra為6.3-1.6之間。2.通用性好，刨床簡單、價格低、調(diào)整和操作簡便，刨刀形狀簡單，制造、刃磨方便。3.生產(chǎn)率一般比較低，主運動為往復(fù)直線運動，返回行程不參加切削。4.適用于單件小批生產(chǎn)。,.,8.鉆削加工,鉆床包括臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。如圖：工件直徑12mm的孔一般使用臺式鉆床加工，孔徑0;若點（X,Z）在直線下方，則：ZXe-XZe0時，NC發(fā)出移動微指令，使控制軸向+X方向移動一個步長；當F移動”，選擇該菜單后，系統(tǒng)彈出如圖6所示的對話框。該對話框設(shè)定工作臺中心點坐標沿當前CLI模型的中心點坐標沿XY方向平移的距離（均為相對坐標）。,圖5工具菜單,圖6移動菜單對話框,.,（4）造型菜單造型菜單如圖7所示，造型的第一步就是初始化系統(tǒng)，然后應(yīng)按照工藝要求一步步進行操作，造型過程中應(yīng)嚴格按操作步驟進行。系統(tǒng)初始化：單擊“造型系統(tǒng)初始化”后，系統(tǒng)將自動測試各電機的狀態(tài)；X、Y軸回原點；上圖左圖為未進行系統(tǒng)初始化時的菜單狀態(tài)；右圖為進行過系統(tǒng)初始化后的菜單狀態(tài)；系統(tǒng)初始化后運動命令和造型等命令才可使用。,圖7造型菜單,.,控制面板：單擊“造型控制面板”或單擊右側(cè)的控制面板圖標，系統(tǒng)彈出如圖8所示窗口；該窗口分為三個區(qū)域:XY軸掃描區(qū)域、噴頭區(qū)域、工作臺區(qū)域。,圖8控制面板,.,造型：單擊“造型造型”，系統(tǒng)彈出是否加熱和選擇造型層確認對話框，“選擇造型層”可以設(shè)定造型的起始層和結(jié)束層,如圖9。,圖9,.,“Start”按鈕啟動造型過程。啟動后該按鈕變?yōu)椤癙ause”，單擊該按鈕可以讓系統(tǒng)隨時暫停造型，按“Stop”按鈕則停止造型，XY軸電機回零點。,當用戶全部選擇確定后，彈出如圖10所示的造型對話框。,圖10造型狀態(tài),.,（5）系統(tǒng)菜單系統(tǒng)菜單如圖11所示，單擊“系統(tǒng)工藝參數(shù)菜單可以設(shè)定系統(tǒng)的工藝參數(shù)。,圖11系統(tǒng)菜單,.,單擊后系統(tǒng)狀態(tài)欄（參數(shù)欄）為激活可寫入狀態(tài)，見圖12所示。單擊“系統(tǒng)系統(tǒng)參數(shù)菜單可以設(shè)定系統(tǒng)的基本參數(shù),見圖13所示；,圖12系統(tǒng)工藝參數(shù)欄圖13系統(tǒng)參數(shù)欄,.,2、操作說明,使用控制軟件進行造型步驟如下：,.,（1）成形準備打開電源材料及成形室預(yù)熱數(shù)控初始化擠絲工作臺水平校準工作臺高度校準（2）造型設(shè)定好參數(shù)后，選擇菜單“造型造型”，此時彈出如圖14所示的提示對話框，此時又彈出如圖9所示的“選擇造型層”提示對話框，如需要請輸入起始層和結(jié)束層的層數(shù)。單擊“Start”，系統(tǒng)開始估算造型時間。造型時如果需要修改參數(shù),選擇菜單“系統(tǒng)工藝參數(shù)”，修改后的下一層會按照新參數(shù)進行加工。,圖14造型準備提示對話框,.,（3）后處理后處理包括設(shè)備降溫、零件保溫、去除支撐、表面處理等步驟。設(shè)備降溫原型制作完畢后，如不繼續(xù)造型。即可直接關(guān)閉溫控按鈕。零件保溫零件加工完畢，下降工作臺，將原型留在成形室內(nèi),保溫一段時間，保溫時間視零件的大小及形狀確定，否則過早取出零件會出現(xiàn)應(yīng)力變形。,.,模型處理用小鏟子小心取出原型。關(guān)閉系統(tǒng)其它按鈕和電源，關(guān)閉計算機。小心去除支撐，避免破壞零件。,.,三、大法師軟件的應(yīng)用,大法師（Daphne）是專門針對MEM、SLA等多種工藝而研究開發(fā)的快速成形數(shù)據(jù)處理軟件，它以STL文件為數(shù)據(jù)接口，將數(shù)字CAD造型轉(zhuǎn)化為快速成形制造系統(tǒng)接受的層片模型，用于產(chǎn)品設(shè)計、功能測試、模具制造等領(lǐng)域。,.,（一）軟件啟動,軟件啟動后的界面如圖15所示。大法師工作界面由三部分構(gòu)成：上部為菜單和工具條，左側(cè)為工作區(qū)窗口，顯示STL模型列表等，右側(cè)為圖形窗口，顯示三維STL或CLI模型。,圖15大法師工作界面,.,載入STL模型的方式有多種：選擇菜單“文件輸入STL模型”；在工作區(qū)窗口的空白處單擊鼠標右鍵，彈出如圖16的彈出式菜單，選擇“STL模型”；或者按快捷鍵“CTRLL”。,圖16載入菜單,（二）載入STL模型,.,選擇一個STL文件后，系統(tǒng)開始讀入STL模型，并在最下端的狀態(tài)條顯示已讀入的面片數(shù)和頂點數(shù)，如圖17所示。,圖17STL模型讀入進程,.,（三）查看STL模型,如果STL模型顯示的比較小，則可以選擇菜單中“顯示重置窗口”項或工具條中的重置按鈕，刷新圖形。系統(tǒng)會選擇一個合適的縮放比例顯示該模型。,圖18重置窗口后顯示,.,觀察STL模型有關(guān)的命令集中在“查看”菜單和查看工具條中。要有關(guān)STL模型的信息，可以選擇菜單“查看模型信息”，系統(tǒng)彈出如圖19所示對話框，其中包括尺寸及面片數(shù)，頂點數(shù)。,圖19查看菜單、查看工具條、模型信息對話框,.,（四）STL模型操作,坐標變換是對STL模型進行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)、鏡像等。坐標變換命令集中在“模型變換”菜單中，分別為：平移、旋轉(zhuǎn)、移至底板、移至中心等。1、平移：平移是最常用的坐標變換命令，它將模型從一個位置移動到另一個位置。選擇“模型變換平移”命令后，系統(tǒng)彈出如圖20所示的對話框。,圖20平移對話框,.,2、旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)也是一個常用的坐標變換命令，該命令以某點為中心點對模型進行旋轉(zhuǎn)。選擇“模型變換旋轉(zhuǎn)”命令后，系統(tǒng)彈出如圖21所示的對話框。,圖21旋轉(zhuǎn)對話框,.,圖22為以中心點繞X軸旋轉(zhuǎn)90度的結(jié)果。,原模型旋轉(zhuǎn)90,圖22旋轉(zhuǎn)模型,.,3、移至底板：將模型移動到工作臺面上，將模型的最低點Z坐標變?yōu)榱悖琗Y坐標不變。4、移至中心：將模型幾何中心移動到工作臺的成形中心處，模型的Z坐標不變。,.,（五）MEM工藝模型處理,1、MEM模型處理基本步驟（1）載入原型的STL文件。（2）將模型放置在合適的位置和方向。一般將模型放在距工作臺23毫米的高度上、工作臺面的中心處。（3）提取支撐面。MEM工藝必須添加支撐，選擇菜單“支撐處理支撐參數(shù)”，系統(tǒng)彈出如圖28所示對話框。在該對話框中設(shè)定支撐角度，支撐填充線的角度和間距。,.,圖23支撐參數(shù)對話框,.,設(shè)定完參數(shù)后，選擇“支撐處理提取支撐面”，系統(tǒng)自動提取需要添加支撐的表面，并將其寫入工作區(qū)窗口的樹形列表中，如圖24所示。,圖24提取支撐面,.,（4）顯示支撐面選擇“支撐處理顯示支撐面”，圖形窗口中將顯示各個支撐面,圖25顯示支撐面,.,（5）分層填充。選擇“STL模型處理MEM模型處理（精確）”或“STL模型處理MEM模型處理（快速）”，系統(tǒng)開始對STL模型添加支撐，進行分層。一般使用“MEM模型處理（快速）”命令，以獲得更快的處理速度。,.,（6）系統(tǒng)開始分層狀態(tài)條將顯示分層的進程，可以看到層片高度不斷降低，直至起始高度。,（7）分層完畢系統(tǒng)彈出提示對話框，單擊“確定”按鈕，MEM模型處理結(jié)束,.,第十章先進制造技術(shù),.,10.1非傳統(tǒng)加工技術(shù),10.1.1激光加工10.1.2高壓水射流加工10.1.3高速加工,.,10.1.1激光加工,定義：激光加工技術(shù)是涉及光、機、電、計算機和材料等多個學科的綜合性高新技術(shù)。激光加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽化和蒸發(fā)而予以去除的高能束加工。原理激光束照射材料材料吸收光能光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁共牧霞訜峤?jīng)由熔融和氣化使材料去除或破壞。激光加工的特點（1）可以加工任何材料。（2）可用于精密微細加工。（3）激光加工是屬于非接觸性加工。（4）激光加工裝置比較簡單。（5）是一種熱加工，影響因素很多。,.,激光加工的應(yīng)用激光切割可切割任意的自由形狀，不需要更換工具，效率高激光打孔原理：先在工件表面瞬間發(fā)生熔融、蒸發(fā)、去除表層材料；其次，表層下的材料迅速達到蒸發(fā)溫度以上，發(fā)生爆炸，附近的熔融區(qū)域和松散狀態(tài)的部分飛散而形成孔。特點：1.激光打孔速度快,效率高,經(jīng)濟效益好。2.激光打孔可獲得大的深徑比。3.激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進行。4.激光打孔無工具損耗。5.激光打孔適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。6.用激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔,.,激光加工的應(yīng)用(續(xù))激光焊接熱導(dǎo)焊：激光功率密度較低，工件吸收激光后，僅達到表面融化，然后依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。深熔焊：激光功率密度高，工件吸收激光后迅速熔化乃至汽化，熔化后的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動時，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。,.,激光加工的應(yīng)用(續(xù))激光焊接深熔焊過程產(chǎn)生的金屬蒸氣和保護氣體，在激光作用下發(fā)生電離，從而在小孔內(nèi)部和上方形成等離子體。等離子體對激光有吸收、折射和散射作用，因此一般來說熔池上方的等離子體會削弱到達工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對焊接不利。通?？奢o加側(cè)吹氣驅(qū)除或削弱等離子體。由于經(jīng)聚焦后的激光束光斑小，功率密度高，比電弧焊高幾個數(shù)量級，因而激光焊接具有傳統(tǒng)焊接方法無法比擬的顯著優(yōu)點：加熱范圍小，焊縫和熱影響區(qū)窄，接頭性能優(yōu)良；殘余應(yīng)力和焊接變形小，可以實現(xiàn)高精度焊接；可對高熔點、高熱導(dǎo)率，熱敏感材料及非金屬進行焊接；焊接速度快，生產(chǎn)率高；具有高度柔性，易于實現(xiàn)自動化。,.,10.1.2高壓水射流加工,高壓水射流加工是以水為介質(zhì)，通過高壓發(fā)生設(shè)備，其壓力可達70400Mpa，再經(jīng)過貯液能器使高壓流體平穩(wěn)，最后由噴嘴形成300900m/s的高速流體束流，噴射到工件表面，從而達到去除材料的加工目的在普通射流中加入磨料磨粒則形成磨料水射流，此時，水射流作為載體使磨料粒子加速，由于磨料質(zhì)量大，硬度高，所以，磨料射流較之水射流動能更大，切割效果更強。高壓水射流加工裝置基本上由液壓系統(tǒng)（供水系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、高壓水路系統(tǒng)、磨料供給系統(tǒng)）、切割系統(tǒng)（WJ/AWJ噴嘴切割裝置）、數(shù)控運動控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備（CAD/CAM系統(tǒng)和全封閉防護罩等）組成。噴嘴的材料應(yīng)具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和承受高壓的性能。常用的材料有硬質(zhì)合金、藍寶石、紅寶石和金剛石。,.,10.1.3高速加工,定義：通常采用的切削速度和進給速度比常規(guī)加工高510倍的加工方式就是高速加工，但它并非普通意義上的采用大的切削用量來提高加工效率的一種加工方式，而是采用高轉(zhuǎn)速、快進給、小切深和小步距來去除余量，完成零件加工的過程。優(yōu)勢：單位時間內(nèi)的材料切除率可增加36倍，縮短零件的切削加工工時，提高生產(chǎn)效率；切削力至少降低30，徑向切削力小，有利于加工薄壁、細長等剛性差的零件；95以上的切削熱被切屑帶走，工件保持冷態(tài)，適合于加工易熱變形工件；激振頻率高，工作平穩(wěn)振動小，可加工非常緊密、光潔的零件，表面殘余應(yīng)力小，可省去銑削后的精加工工序。,.,10.2超精加工技術(shù)和納米加工技術(shù),10.2.1超精密加工方法和設(shè)備10.2.2LIGA技術(shù)10.2.3虛擬軸機床,.,10.2.1超精密加工方法和設(shè)備,超精密加工技術(shù)是一門集機械、光學、電子、計算機、測量和材料科學等先進技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。超精密加工技術(shù)通常是指被加工零件的尺寸精度低于0.1m，表面粗糙度Ra小于0.025m的加工技術(shù)。目前超精密加工的零件精度已達到亞微米級，正在向納米級工藝發(fā)展。按照加工方式的不同，超精密加工可分為超精密切削、超精密磨料（固結(jié)磨料和游離磨料）加工、超精密特種加工及復(fù)合加工。,圖1LLNL的LODTM大直徑光學超精密車床,.,鏡面銑技術(shù)鏡面銑在超精密機床中屬于最簡單的一類。其關(guān)鍵部件為高精度主軸和低摩擦高平穩(wěn)定性的滑臺?；_的驅(qū)動系統(tǒng)是達到高精度表面的關(guān)鍵，最初采用氣液缸驅(qū)動，后發(fā)展為平穩(wěn)的鋼帶驅(qū)動，最近又出現(xiàn)了高精度、高平穩(wěn)性的滾珠絲杠驅(qū)動和直線電機驅(qū)動系統(tǒng)。滾珠絲杠驅(qū)動具有高剛性的特點，其平穩(wěn)必除電機外取決于絲杠螺母副的精度。與鋼帶驅(qū)動系統(tǒng)相比，滾珠絲杠驅(qū)動對電機的要求較低，因為電機轉(zhuǎn)一周，滑臺只前進一個螺距，而在鋼帶驅(qū)合系統(tǒng)中，滑臺要前進帶輪的一個周長。受鋼帶的材質(zhì)和厚度的影響，帶輪的直徑通常在40mm以上，為了盡可能減少電機平穩(wěn)性的影響，多數(shù)鋼帶驅(qū)動系統(tǒng)采用蝸輪蝸桿減速器，其性能的優(yōu)劣決定了滑臺運動的平穩(wěn)性。應(yīng)用范圍較廣，如鏡面鏡削飛機玻璃的時間約是拋光的一半左右,.,金剛石車削技術(shù)金剛石車床與鏡面銑床相比，其機械結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，技術(shù)要求更為嚴格。除了必須滿足很高的運動平穩(wěn)性外，還必須具有很高的定位精度和重復(fù)精度。鏡面銑削平面時，對主軸只需很高的軸向運動精度，而對徑向運動精度要求較低。金剛石車床則須兼?zhèn)浜芨叩妮S向和徑向運動精度，才能減少對工件的形狀精度和表面粗糙度的影響。超精密金剛石切削的機