导图社区 机械制造技术基础
机械制造技术基础复习大纲（切削物理变化中的原因分析是为了加强对结论的理解，可能有误，希望读者注意）
机械优化算法课程论文框架，提供了一个关于机械优化设计的全面指南，从问题定义到优化方案实施，每个阶段都进行了详细的阐述和讨论。读者可以清晰地了解机械优化设计的整个流程和方法，为实际工程应用提供了有价值的参考。
日本作家八木仁平作品，通过三大自我认知法则，2个公式，5个步骤帮助你找到人生喜欢、擅长且重要的事！
参考教材：清华大学出版社《数值分析》，主要内容为误差、多项式插值、最小二乘法、数值微分与数值积分、解线性方程组的直接法与迭代法、解非线性方程组、常微分方程求初值章节易考公式。
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机制
加工
加工方法
减材、等材、增材
切削加工
刀具
车
铣
多刃
效率高，不稳
钻
钻头2刃
磨
中心磨削
纵磨
横磨
复合磨
无心磨削
研磨
拉
尺寸精度高，生产率高
刨
形状
外圆
孔
精度最高：研磨孔
镗孔可调
平面
特种加工
超声波：硬脆打型孔
电子束：真空
发动机油嘴：激光
零件表面成型方法
轨迹法
车外圆
刀具运动精度
成形法
铣齿、拉齿
刀具制造精度
相切法
铣刀，砂轮
需要刀具旋转＋刀具轨迹
展成法
滚齿、插齿
展成运动，严格速比关系
主运动，进给运动
1.车床
主运动：工件旋转
进给运动：刀架移动
2.钻床
主运动：钻头旋转
进给运动：钻头移动
3.镗床
主运动：镗杆旋转
进给运动：工件移动
4.刨床
主运动：刀架移动
5.铣床
主运动：铣刀旋转
各种床
车床
立式
回转直径大，笨重
卧式
细长轴
铣床
按刀具进行铣削的部位
周铣：铣刀圆周的刀齿
端铣：铣刀端面的刀齿
按主运动与进给运动方向
顺铣：同
逆铣：反 粗加工
切削原理
切削用量切削层参数
切削速度vc：工件刀具主运动方向上相对位移
选刀具上速度最高的点进行计算
旋转运动
d工件（刀具）最大直径
n工件（刀具）转速
f：每转一周，进给方向相对位移
vf=nzf
ap：切削刃与工件接触长度在主运动、进给运动投影长度
选用顺序ap f vc
切削层公称厚度ac：垂直于过渡表面度量的切削层层尺寸
公称宽度aw：沿过渡表面度量
切削面积Ac
结构
结构321
3
前刀面
后刀面
副后刀面
2
切削刃
副切削刃
刀尖
角度
基面Pr：经过切削刃一点与切削速度方向垂直
Kr
Kr'
刃尖角
180°
切削平面Ps：经过切削刃一点与加工面相切，与基面垂直
刃倾角λs
正交平面Po：经过切削刃一点与切削刃在基面上的投影垂直，垂直于Pr Ps
α0
β0
γ0
90°
车刀刀尖高于中心，前角大，后角小
材料
要求6
1高硬度
2一定的强度韧性
3高耐磨性
4高耐热性
5良好热物理性能和耐热冲击性
6良好的工艺性
切削物理变化
切削变形
变形区
1：剪切滑移
2：金属纤维化
靠近前刀面
:3：金属纤维化+加工硬化
已加工表面
切屑
带状：加工塑型金属，刀具前角较大，切削速度较高，切削厚度较小
挤裂：加工塑型，前角较小，速度较低，厚度较大
单元：塑型差，前角小，速度低
崩碎：脆性材料
切屑排出
刃倾角：为正，利于排出；
为负，切屑流向已加工表面
积屑瘤
定义：切削速度不高又能形成带状切屑的情况下，加工钢材铝合金，在前刀面粘着一块三角形硬块，硬度为工件2-3倍
形成：切削速度不高又能形成带状切屑的情况下，切屑和前刀面强烈摩擦，达到一定温度，又有较大压力，被切材料冷焊在刀具前刀面上，切屑流动，底部工件也会冷焊上去，形成积屑瘤
对切削过程的影响
1.刀具前角变大
2.切削厚度变大
3.加工表面粗糙度变大
利于粗加工
子主题
4.影响寿命
优缺点
减小前刀面磨损；利于粗加工
积屑瘤周期性的脱落造成切削力突变，刀具易突然断裂；不利于精加工
精加工要防止
1.切削速度避开产生积屑瘤的区域
2.润滑性能好的切削液，减小底层摩擦
3.增大前角
4.增加材料硬度，减小加工硬化倾向
衡量变形程度
变形系数＞1
相对滑移
比变形系数精确
剪切角
切削力
影响因素
切削用量
刀具角度（曲线
切削温度
定义：切削过程中消耗的能量主要都转化为切削热，工件、切屑、刀具吸收切削热而使温度升高；切削温度通常指刀具前刀面与切屑接触区域的平均温度
产生
工件材料塑性变形
切屑与前刀面的摩擦
刀具和已加工表面摩擦
切削热在刀具、工件、切屑之间分配，形成切削温度
vc＞f＞ap
刀具角度
降温
增大γ0
减小切削力散热
减小Kr
增大刀头散热体积散热
刀具磨损
切削液
选用
1.水溶液
磨削
2.乳化液
粗加工及磨削
低浓度：冷却性能好
高浓度：润滑好：精加工
3.切削油
精加工
4.不用切削液
硬质合金
铸铁、青铜黄铜等脆性
如何测量切削温度
热电偶法
辐射热温度计法
热敏电阻法
刀具磨损与耐用度
原因
磨粒磨损
相变磨损
粘结磨损
扩散磨损
氧化磨损
过程
初期磨损
很快
正常磨损阶段
慢
急剧磨损阶段
刀具寿命
刀具耐用度：开始切削到磨钝
刀具寿命：开始使用到报废（磨钝了可以再重磨，并没有报废
参数影响
切屑形状
切屑断不断
角度对切屑形状
前角γ0
越大，越锋利，切屑不易断
切削用量对切屑形状
切削速度vc
速度越快，温度高，加工硬化程度小，切屑不易断
切削层参数对切屑形状
切削厚度ac
厚度越大，变形越大，加工硬化程度大，越容易断
Fc
角度对切削力Fc的影响
越钝，Fc越大
前角大，刀具锋利，切削力小
主偏角Kr
Kr越大，刀具越尖，切削力Fc、背向力Fp越小（进给力Ff越大
太大刀尖圆弧半径的作用加大，反而变大
切削用量对Fc的影响
切的东西越多，加工硬化程度越大，Fc越大
背吃刀量ap
ap越大，切的东西多，变形量大，Fc大
正比
进给量f
f越大，切的东西多，变形量大，Fc大
0.68-0.86
切削速度vc（塑性，脆性材料无加工硬化影响不大）
速度越快，发热越多，加工硬化程度越小，Fc小
直到产生的积屑瘤脱落，刀具实际前角减小，前角变小，刀具变钝，切削力变大
功耗；材料去除量；散热
越大，越锋利，功耗小，发热少
越小，公称宽度越大，公称厚度越小，刀体散热体积变大，温度低
速度越快，功耗越大，发热多
切的东西多，消耗功率多，切削热多
磨具
砂轮
砂带
砂纸
磨料
氧化物
刚玉
高速钢、
碳化物
碳化硅等
磨削铸铁
超硬磨料
人造金刚石 立方氮化硼CBN
难加工高合金钢
结合剂
定义：将磨粒结合成具有一定强度形状的砂轮
砂轮性能主要取决于结合剂性能
分类
陶瓷
应用广泛，自锐性好
树脂
橡胶
强度，弹性＞树脂
金属
硬度最高，强度最大
磨削过程
划擦阶段
犁耕阶段
形成切屑
砂轮硬度和磨粒硬度
砂轮硬度
砂轮上磨粒脱落的难易程度，越难越高
磨粒硬度
砂轮选择
磨削材料的种类
钢：刚玉类
硬铸铁，Y，非铁金属：碳化硅
软材料硬砂轮；硬材料软砂轮
软材料粗砂轮；硬材料细砂轮
粗糙度，要求越高磨粒越细
要求表面质量高：橡胶树脂；大磨除率：陶瓷结合剂
机床
特征代号
CA6140
机床组成8
动力源
液压缸、液压马达
传动系统
变速箱
支承件
床身
工作部件
执行
上下料
转向
控制系统
冷却系统
润滑系统
其他装置
排屑、自动测量
机床技术性能
工艺范围
定义：机床上加工的零件类型和尺寸
通用机床：工艺范围宽
专用机床：工艺范围窄
技术参数3
尺寸参数：机床加工范围和工作能力
运动参数：运动速度，主轴转速
动力参数：电机功率
机床精度
几何精度：机床不运动时
机床导轨直线度
直接影响加工质量
取决于结构设计、制造、装配质量
运动精度：机床空载运动
高速回转主轴回转精度
传动精度
定位精度
工作精度
多因素综合影响
精度保持性
影响精度保持性的主要因素：磨损
机床夹具
夹具功能4
保证加工精度
提高生产率
扩大机床使用范围
保证生产安全
夹具类型5
通用夹具
专用夹具
通用可调夹具和成组夹具
组合夹具
随行夹具
夹具组成6
导向和对刀元件
确定刀具和工件的相对位置或引导刀具方向
动力元件
夹紧元件
使工件在切削时保持既定位置
定位元件
确定工件在夹具中的正确位置
夹具体
用于连接并固定夹具上各个元件及装置，使之成为一个整体
其他元件
夹紧机构设计
设计原则
1定位可靠
2工件和夹具变形必须在允许范围内
3夹紧机构可靠（强度刚度足够
4安全省力
5复杂程度与工厂相匹配
夹紧力的确定
大小
方向
1.不能破坏工件定位，一般要求垂直于定位基准面
2.与工件刚度高的地方方向一致：减少工件变形
3.尽可能与切削力、重力方向一致：减小夹紧力
作用点
作用点与支撑点点对点
刚度高的部位
尽可能靠近切削部位
夹紧力的反作用力不应使夹具变形
常用夹紧机构
1.斜楔夹紧机构
最简单
具有一定扩力作用，方便改变力的方向
α小，行程长
2.螺旋夹紧机构
应用广泛
扩力比大，自锁性好
动作慢，操作强度大
3.偏心夹紧机构
操作方便迅速
自锁性不好，行程小，扩力比不大
用于切削力不大的场合，粗加工不用
定位
定位方法（装夹方式）3
直接找正定位（装夹）
划线找正
小批量
夹具定位（装夹）
大批量
6点定位原理
完全定位
不完全定位
欠定位
不允许
过定位
平面定位定位元件
固定支承
支承钉
1
支承板
可调支承
自位支承
辅助支承
0
只提高工件刚性和稳定性
工艺系统
组成
机床 夹具 刀具 工件
误差
1.几何误差
主轴
导轨
误差敏感方向 ：一般加工表面的法线方向为误差敏感方向
传动链
夹具
2.定位误差
基准不重合误差
定位副制造不准确误差
3.工艺系统受力变形产生误差
工艺系统刚度
垂直加工面的切削力Fy与刀刃相对加工面在法线方向上的相对变形位移之比：K=Fy/y
误差复映
加工后零件存在的加工误差，和加工前的毛坯误差相对应，其几何形状误差与上工序相似的现象
误差复映系数=工件误差/毛坯误差 <1
消除误差复映
减小进给量
提高工艺系统刚度
多次走刀
消除
1.提高工艺系统刚度
提高接触刚度
提高零件刚度
提高机床部件刚度
采用合理装夹和加工方式
2.减小切削力
鼓形
工件刚度差
导轨水平方向直线度误差
毛坯形状误差
措施
采用跟刀架
增大主偏角 进给量
采用反向进给
马鞍形
导轨在垂直方向上和工件轴线不平行
工艺系统刚度不足
前后顶尖刚度不足，导轨扭曲
锥形
工件轴线在水平方向与主轴不平行，eg尾顶尖往左或右偏
单独使用卡盘夹长轴
尾座刚度差
热伸长
4.受热变形误差
来源
工件热变形
1.减小发热和隔热
2.改善散热条件
3.均衡温度场
4.加快温度场的平衡
5.控制环境温度
5.内应力重新分布产生误差
内应力来源
1.毛坯制造过程中产生内应力
2.冷校直产生内应力
3.切削加工过程中产生内应力
1.合理设计零件结构
2.合理安排热处理和时效处理
3.合理安排工艺过程
质量分析
加工精度
包括
尺寸精度 如何获得？
1试切法
2调整法
3定尺寸刀具法
4自动控制法
形状精度
1轨迹法
2成型刀具法
3展成法
位置精度
1直接找正法
2划线找正法
3夹具定位
影响加工精度的因素
原始误差
如何提高加工精度？
直接减少或消除误差法
误差转移法
误差分组法
就地加工法
误差平均法
误差补偿法
加工误差
系统误差
常值系统误差
连续加工一批零件，误差的大小方向不变
原理误差
机床刀具夹具量具制造误差
调整误差
机床夹具量具磨损
一次调整误差
变值系统误差
连续加工一批零件，误差按一定规律变化
机床刀具热变形
随机误差
加工一批零件，误差大小方向不规律变化
多次调整误差
毛坯的复映误差
定位误差
夹紧误差
内应力变形误差
加工误差统计分析
工艺过程中的点图分析法
X点图控制工艺过程质量指标分布中心的变化
R点图控制工艺过程质量指标分散范围的变化
表面质量
表面质量包括
表面粗糙度
波度
表面层的物理机械性能
1.影响表面冷作硬化的因素
切削速度：vc快 热量高，冷硬程度减轻
f：增大f，变形量大，冷硬程度增加；但f太小，圆角挤压，反而冷硬程度增大
切削刃钝，塑性变形量大，冷硬大
后刀面磨损大，表面粗糙度大，摩擦力大，塑性变形大，冷硬大
加工材料
材料塑性越大，冷硬大
含碳量大，塑性小，冷硬小
有色金属冷硬小
2.影响表面金相组织的因素
热
磨削烧伤：磨削加工速度高功率大，热量大，达到相变温度，金属组织性能变化，强度硬度降低，产生残余应力，甚至出现微观裂纹
尽可能减少切削热
改善冷却条件
3.影响表面残余应力的因素
表面层金属冷态塑性变形
热态塑性变形
金相组织变化
振动
振动危害
低频振动增大波度
高频振动增加粗糙度
刀具崩碎，尤其是硬度大的
导致机床松动，间隙变大，降低精度
自由振动
强迫振动
自激振动
工艺规程
生产类型（按年生产纲领划分）
零件生产纲领
包括备品和废品在内的零件的年产量
单件生产
成批生产
大量生产
工艺规程基本单元
工序
基本单元
一个工人在一个工作地点，对一个工件所连续完成的那部分机械加工工艺过程
划分工序的依据
工作地点是否变动；加工是否连续
安装
一道工序中 一次定位夹紧下完成的加工
工步
在加工表面，加工工具，进给量和切削速度都不变的情况下，所连续完成的那一部分工序
工位
工件在机床上占据一个位置完成的加工，叫做一个工位
走刀
机械加工工艺规程
定义
用机械加工的方法改变生产对象的形状，尺寸，表面质量，使其成为合格零件的全部过程
作用
1.是指导生产的技术文件
2.生产管理和组织的重要依据
3.新建或扩建机械制造工厂和车间的基本文件
4.是现有生产方法和技术的总结，进行生产技术交流的重要文件
工艺路线制定
工艺基准
设计基准
定位基准
粗基准4：未经过加工的毛坯表面作为定位基准
不加工表面原则
重要表面原则：重要表面要加工余量均匀，选择重要面为粗基准
加工余量最小原则
不重复使用原则
粗基准尽量避免重复使用
精基准4：加工过的表面作为定位基准
基准重合原则
基准统一原则
自为基准原则
互为基准原则
工序基准
测量基准
装配基准
表面加工方法
经济精度：正常加工条件下，所能达到的加工精度和表面粗糙度
加工阶段
粗
半精加工
精
光整加工
目的
保证加工质量
合理使用机床设备
便于安排热处理
粗精加工分开，便于及时发现毛坯缺陷
工序的集中和分散
工序顺序安排
原则4
先粗后精
先主后次
基面先行
先面后孔
工序设计
确定加工余量
影响加工余量的因素
1.上工序的各种表面缺陷和误差因素
2.本工序的装夹误差
加工余量如何确定？3
①计算法
②经验估计法
③查表法
工序尺寸和公差
基准重合时：确定完加工余量，按各种加工方法的经济精度确定工序尺寸的公差，再按 入体原则 确定上下偏差
基准不重合时：尺寸链确定工序尺寸
解尺寸链
1.极值法
广泛
2.概率法
可能存在0.27%的废品
时间定额
工人技术等级
零件精度
零件精度比机床精度低很多
分为
尺寸精度
如何保证？
定位、夹紧、安装
定位：加工前，工件在夹具或机床上占据一个正确的位置
夹紧：工件定位后，在切削力、重力等的作用下，使它保持正确的位置不变
安装：把工件从定位到夹紧的整个过程，统称为安装
