機械制造工藝與機床夾具

機械制造工藝與機床夾具第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述機械加工表面質量是指零件加工后的表面層狀態(tài)，這是判定零件質量的主要依據(jù)之一。一、機械加工表面質量的含義表面質量的含義有以下兩方面的內容：㈠表面層的幾何形狀特征⒈表面粗糙度⒉波度㈡表面層物理力學性能的變化⑴表面層的加工硬化；⑵表面層金相組織的變化；⑶表面層殘余應力。第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、表面質量對零件使用性能的影響⒈表面質量對零件耐磨性的影響Ra為0.8—0.2μ、加工硬化、改變金相組織。⒉零件表面質量對零件疲勞強度的影響Ra越小越好、一定的加工硬化、表面壓應力提高疲勞強度。⒊零件表面質量對零件耐腐蝕性能的影響Ra越小越好、一定的加工硬化壓應力、表面拉應力降低疲勞強度。⒋零件表面質量對配合性質及其它性能的影響

Ra越小配合越好，加工硬化和表面應力配合下降。密封性、接觸剛度、表面磨檫系數(shù)、發(fā)熱、功率損耗、噪聲第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)影響機械加工表面粗糙度的因素一、影響機械加工表面粗糙度的幾何因素切削加工過程中，刀具相對于工件作進給運動時，在被加工表面上殘留的面積愈大，所獲得表面將愈粗糙。尖刀切削時帶圓角半徑的刀切削時第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月復習提問1機械加工表面質量的含義？2影響機械加工表面粗糙度的幾何因素？

第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月由公式可知，減小進給量f，減小主、副偏角，增大刀尖圓角半徑，都能減小殘留面積的高度H，也就減小了零件的表面粗糙度。精加工時，在刀尖與負切削刃之間，磨出修光刃其長度=（1.2—1.5）f。也可以采用高轉速、很小進給量、曉得吃到深度獲得Ra極小值。粗加工就不用磨修光刃，表面粗糙度對加工精度沒有啥影響。對特殊的不要求精度，但表面光潔的件，表面要光整加工。二、影響機械加工表面粗糙的物理因素⒈切削力和磨擦力的影響（切削力和磨擦力大，Ra值大。）⒉積屑瘤的影響（使加工表面產生毛刺）⒊鱗刺的影響（在以加工表面產生鱗刺）第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三、影響磨削加工表面粗糙度的因素㈠磨削加工的特點⑴磨削過程比金屬切削刀具的切削過程要復雜得多（滑擦、刻劃、切削）⑵砂輪的磨削速度高（ν=30～50m/s目前高達ν=80～125m/s）⑶參與切削的磨粒多，所以，單位時間內切除金屬的量大。㈡影響磨削加工表面粗糙度的因素⒈磨削用量的影響⑴砂輪速度ν高，參切磨粒多，切削厚度小，殘留面積小，Ra小。⑵工件速度是砂輪速度的1/60左右，Ra小。⑶磨削深度和光磨次數(shù)按較大磨削深度、較小磨削深度、無進給磨削深度即為光磨，步驟磨削。光磨次數(shù)越多，Ra越小。第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒉砂輪的影響⑴砂輪的粒度：常用砂輪粒度在80﹟以內，粒度越細，Ra越小。⑵砂輪的硬度：常用砂輪硬度適中為好，主要根據(jù)工件材料選擇。⑶砂輪的修整：及時修整砂輪，有利于獲得鋒利和等高的微刃。⑷砂輪磨料：剛玉砂輪磨剛類零件；碳化物類砂輪磨鑄鐵硬質合金件。⒊被加工材料的影響一般工件材料較硬，采用磨削，如：碳鋼鑄鐵。對太軟、韌性太大材料，不易采用磨削，如：有色金屬。(用金剛石刀具加工)對太硬工件材料，不易采用磨削，因為磨粒很快鈍化。（采用特種加工或線切割加工）

第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)影響表面物理力學性能的工藝因素影響因素有以下三方面：一、表面殘余應力切削過程中金屬材料的表層組織發(fā)生形狀變化和組織變化時，在表層金屬與基體材料交界處將會產生相互平衡的彈性應力，該應力就是表面殘余應力。表面殘余應力的產生因素：㈠冷塑性變形的影響：表面產生壓應力，內部產生拉應力。㈡熱塑性變形的影響：表層產生拉應力，里層產生壓應力。㈢金相組織變化的影響：磨削時，馬氏體轉為托氏體或索氏體，表面產生拉應力；若產生二次淬火馬氏體，表面產生壓應力。加工后表面層的實際殘余應力是以上三方面原因綜合的結果第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、表面層加工硬化表面加工硬化——在機械加工過程中，由于切削力的作用，使被加工表面產生強烈的塑性變形，加工表面層晶格間剪切滑移，晶格嚴重扭曲、拉長、纖維化以及破碎，造成加工表面層強度和硬度增加，就稱為表面加工硬化（也稱為冷作硬化）。影響冷作硬化的主要因素有： ㈠切削用量：切削速度提高，溫度升高，硬度下降；f和ap增大，產生硬化；f和ap減小，加工硬化減小。 ㈡刀具：刃口圓角大、后刀面磨損、前后刀面不光潔，加工硬化增大。 ㈢工件材料：工件材料硬度低，切削后，產生加工硬化。第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三、表面層金相組織變化與磨削燒傷機械加工時，在工件的加工區(qū)及其附近區(qū)域將產生一定的溫升。當溫升達到相變臨界點時，表層金屬就會發(fā)生金相組織變化，產生極大的表面殘余應力，強度和硬度降低，甚至出現(xiàn)裂紋。這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。分為：退火燒傷（最嚴重）：零件表面硬度很低，甚至報廢。淬火燒傷：表面有很薄一層出現(xiàn)二次淬火，硬度有所下降。回火燒傷：表面硬度較低。

避免燒傷主要是設法減少磨削區(qū)的高溫對工件的熱作用。磨削時采用強有力的、效果好的切削液，能有效地防止燒傷；合理地選用磨削用量、適當?shù)靥岣吖ぜD動的線速度；選擇和使用合理硬度的砂輪。第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)機械加工中的振動振動使工藝系統(tǒng)的各種成形運動受到干擾和破壞，使加工表面出現(xiàn)振紋，降低了零件的加工精度和增大表面粗糙度。切削加工中的振動，主要是強迫振動和自激振動兩種類型。磨削加工的振動主要是強迫振動；切削加工的振動常常是自激振動。一、強迫振動㈠產生強迫振動的原因在外界周期性干擾的作用下，工藝系統(tǒng)被迫產生振動，這些干擾力可能來源于工藝系統(tǒng)之外，稱為外部振源；如其它機械的振動。也可能來自工藝系統(tǒng)的內部，稱為內部振源；如離心力、傳動件有缺陷、往復機構中的轉向沖擊和斷續(xù)切削加工。

第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月復習提問1、機械加工表面質量的含義？2、影響機械加工表面粗糙度的幾何因素？3、影響機械加工表面粗糙度的物理因素？4、砂輪的粒度如何選？砂輪的磨削速度一般選為多少？磨削時工件速度為多少？5、磨削鋼件和鑄鐵件怎樣選擇磨料？6、什么是加工硬化（冷作硬化）？影響加工硬化有什么因素？7、如何避免磨削燒傷？8、切削加工中易產生哪兩種振動？第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月㈡強迫振動的特性分析⑴強迫振動的頻率等于激振力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關。⑵強迫振動的穩(wěn)態(tài)過程是簡諧振動，只要有激振力存在，振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減掉。⑶強迫振動的振幅取決于振源激振力p、頻率比λ和阻尼比D。⑷強迫振動的位移總是滯后于激振力。

第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月㈢減少強迫振動的途徑⒈減少激振力⒉避免激振力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近，以防止共振⒊采取隔振措施如采用厚橡皮或木板將機床與地基隔離；液壓緩沖裝置。⒋采用消振措施如增加阻尼(在振動物體上放其他物體)；安裝消振器（靜音裝置）。二、自激振動這種由振動系統(tǒng)本身引起的交變力作用而產生的振動稱為自激振動（顫振）。第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月㈠自激振動的特征⑴自激振動是一種不衰減的振動。⑵自激振動的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率。⑶自激振動是否產生以及振幅的大小取決于振系統(tǒng)在每一周期內，輸入的能量是否大于消耗的能量。㈡產生自激振動的學說振動是機械加工中影響零件表面質量的重要因素之一。對于自激振動，目前為止尚無完全成熟的理論來解釋其原因。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月㈢減少自激振動的基本途徑自激振動與切削過程有關，也與工藝系統(tǒng)的結構有關。減少自激振動的基本途徑：⒈合理選用切削用量⑴切削速度v的選擇⑵進給量f的選擇⑶切削深度ap的選擇

ν＜20ν＞80m/min振動小f越大振動越小ap越大振動越大切削過程中改變f也減小振動第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月復習提問1、機械加工表面質量的含義？2、影響機械加工表面粗糙度的幾何因素？3、影響機械加工表面粗糙度的物理因素？4、砂輪的粒度如何選？砂輪的磨削速度一般選為多少？磨削時工件速度為多少？5、磨削鋼件和鑄鐵件怎樣選擇磨料？6、什么是加工硬化（冷作硬化）？影響加工硬化有什么因素？7、如何避免磨削燒傷？8、切削加工中易產生哪兩種振動？9、減小強迫振動途徑？10、切削用量對自激振動有何影響（減小自激振動的基本途徑）？第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒉合理選擇刀具的幾何參數(shù)⑴前角γ的選擇：前角增大，振動減??；當高速切削時，前角影響不大⑵主偏角κr的選擇：（κr在內）κr增大振動減小⑶后角α的選擇：α=～時有抑制振動作用。⑷刀尖圓角半徑的選擇：減小刀尖圓角半徑，振動減小。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的抗振性能⑴提高機床的抗振性能第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的剛度⑵提高刀具、工具夾持部分的剛度，即懸伸長度盡量短；加工細長軸、薄壁件，增加輔助支撐，如跟刀架、中心架、可調支承，死頂尖，尾架套筒伸出盡量短。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的抗振性能⑶合理安排機床、工件、刀具之間最大剛度方向的相對位置刀具方位角а在120°～140°之間或在300°～320°之間，無振動切削深度接近6mm。其他角度無振動切削深度僅為0.3～0.5mm。第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒊提高工藝系統(tǒng)的抗振性能⑷采用減振裝置第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)控制表面質量的工藝途徑提高表面質量的加工方法大致可以分為兩類：一類是用低效率、高成本的工藝措施，通過實驗，尋求各工藝參數(shù)的最佳組合，以減小工件的表面粗糙度；一類是著重改善工件表面的物理力學性能，以提高工件的表面質量。一、減小表面粗糙度的加工方法㈠超精密切削和低粗糙度磨削加工⒈超精密切削——用金剛石刀具，切除0.1μｍ微薄的切削層，得Ra＜0.04μ。⒉小粗糙度磨削加工—通過計算機對磨削用量的優(yōu)化，控制加工實現(xiàn)的。

第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月㈡采用超精加工、珩磨、研磨等方法作為終工序加工超精加工、珩磨等都是利用磨條以一定壓力壓在加工表面上，并作相對運動以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般Ra＜0.4μｍ。

⒈珩磨—用于加工直徑15～150mm的通孔、深孔和盲孔。⑴珩磨頭的結構（右圖）⑵珩磨的機理（下頁圖）⑶珩磨的工藝參數(shù)

第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月珩磨頭的旋轉運動和往復運動的合成運動在工件表面上產生了交叉而又不重復的網(wǎng)紋式磨粒軌跡，磨粒起到滑擦、刻劃和切削的作用。第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒉研磨—利用研具和工件的相對運動在磨料、研磨劑的作用下，對工件進行光整加工的方法。尺寸精度可達0.1～0.3μｍ和Ra為0.04～0.01μｍ。研磨分為手工研磨和機械研磨。可磨外圓、內孔、平面、成形面。⑴研磨的機理（右圖）⑵研磨的工藝參數(shù)

一般研磨壓強為10～40N/c㎡滑動速度10～50m/min，磨粒為200﹟～600﹟。第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月⒊超精加工

超精加工也叫超精研，是一種用細粒度磨塊進行磨削的光整加工方法。如下圖。

⒋拋光簡介

利用布輪、布盤等軟性器具涂上拋光膏來拋光工件表面的。拋光時，一般不去除加工余量，因而不可能提高工件的精度，甚至有時還會損壞上道工序已獲得的精度，拋光也不能減少零件的形狀位置誤差。第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、改善表面物理力學性能的加工方法

改善表面物理力學性能的加工方法也叫作無屑光整加工，包括滾壓加工、金剛石壓光、鋼球強化和擠孔等幾種方法。㈠滾壓加工——用自有轉動的滾子對加工表面施加壓力，使其產生塑性變形，用表面的“峰”填充“谷”，表面得到強化。