机械制造基础

机械制造基础的思维导图，内容有 车削加工、铣削加工、刨削 插削及拉削加工、钻 扩 铰削及镗削加工、零件表面加工方法、磨削加工及特种加工、齿形加工，欢迎查看。

金属切削加工方法与装备

• 车削加工
  • 工艺特点
    • 容易保证零件各加工面的相互位置精度； 加工范围广，可车削黑色金属、有色金属及某些非金属材料，特别适合有色金属的精加工； 加工精度可达IT7~IT6, Ra 可达0.4~0.025μ m ； 刀具结构简单，制造、刃磨和安装方便；一般为连续切削，因而切削过程平稳，生产率高，生产成本低
  • 应用
    • 可用于车外圆、车端面、车槽、切断、孔加工、车螺纹、车锥面以及回转体成形面
  • 车刀的结构
    • 1.整体式高速钢车刀：切削部分与刀体是一整体材料。高速钢车刀多作成整体式，截面为矩形或长方形。 2.焊接式硬质合金车刀：在普通碳钢刀杆上镶焊硬质合金刀片，经刃磨而成。其结构简单、制造方便、刚性好，在车刀中占相当比例。 3.机夹重磨式车刀：将硬质合金刀片用机械夹固的方法安装在刀杆上。它只有一个主切削刃，用钝后必须刃磨。 4.机夹重磨式车刀：机夹可转位式车刀：是机夹车刀的一类，其刀片为多边形，每一边都可作为切削刃，用钝后只须将刀片转位即可重新投入切削。正开槽特有的双刃槽设计从而实现粗加工却又不易崩刀。
  • 工件在车床上的安装
    • 1．用三爪卡盘安装 适合于夹紧力和传递扭矩不大、长径比＜4的短轴、盘套类的中小型工件，当工件的直径较大时，可以采用反爪来装夹工件。 2．用两顶尖安装 适合4s长径比＜20的长轴类工件、加工表面较多、位置精度要求较高的轴类零件。 3．用单动卡盘安装 适用于装夹长径比＜4的大型或形状不规则零件，也可用来安装加工带有偏心外圆、内孔的工件。 4．用花盘安装 加工某些形状不规则的、要求外圆、孔的轴线与其底平面垂直，或端面与底平面平行的复杂零件，可用花盘安装，可以把工件直接压在花盘上，花盘安装在车床的主轴上。 5．用花盘一弯板安装 加工某些形状不规则的、要求孔的轴线与底平面平行，或侧平面与底平面垂直的复杂零件，可用花盘﹣弯板安装工件。 6．用心轴安装 适用于盘套类零件，要求外圆、孔和两个端面的同轴度或垂直度，外圆对孔的径向圆跳动和端面对孔的端面圆跳动，需要利用心轴以已精加工过的孔定位，保证有关圆跳动要求。我的文件助手 2:44:13 适用于装夹长径比＜4的大型或形状不规则零件，也可用来安装加工带有偏心外圆、内孔的工件。 7．应用中心架和跟刀架附加支承 (1）中心架主要用以车削有台阶或需要调头车削长径比＞20的细长轴 (2）跟刀架主要用来车削细长光轴，安装在车床刀架的床鞍上，与整个刀架一起移动
  • 车削加工方法
    • 粗车：粗车时采用较大的背吃刀量 a 、较大的进给量 f 以及中等或较低的切削速度 Vc ，以达到高的生产率。IT13~IT11, Ra 50~12.5μ m 。 半精车：半精车的背吃刀量和进给量较粗车时小。IT10~IT9, Ra 6.3~3.2μ m 。 精车：精车一般采用小的背吃刀量和进给量，可以采用高或低切削速度，以避免积屑瘤的形成。IT8~IT7, Ra 1.6~0.8μ m 。 精细车：用于技术要求高的、韧性大的有色金属零件的加工，小的背吃刀量和进给量，高切削速度。IT7~IT6, Ra 0.4~0.025μ m .
• 铣削加工
  • 铣削加工工艺特点
    • (1）铣削加工精度高，精铣平面的精度为：IT9~IT7,Ra3.2~1.6μ m 。 (2）生产率高。铣削没有空行程，可采用比较高的切削速度，铣刀又是多齿刀具 (3）切削过程不平稳。铣削是断续切削，容易引起振动。 (4）刀齿冷却条件好，但切入和切出冲击力大，刀具磨损快。
  • 铣削的应用
    • (1）铣削平面：水平面、垂直面、台面等 (2）铣削各种沟槽：沟槽、键槽、 T 型槽、燕尾槽、 V 形槽、螺旋槽等 (3）铣削成形面：齿形、型腔、曲面等
  • 铣床
    • 立式升降台铣床
      • 主运动：铣刀的旋转运动 进给运动：工作台带动工件做横向、纵向、垂直移动
    • 卧式升降台铣床
      • 主运动：铣刀的旋转运动 进给运动：工作台带动工件做横向、纵向、垂直移动
    • X2010龙门铣床
      • 主运动：铣刀的旋转运动 进给运动：工作台带动工件纵向移动、刀具的横向、垂直移动
  • 铣刀
    • 平面铣刀 (1）圆柱铣刀一平面 (2）端铣刀一平面、台阶面 加工沟槽铣刀 1．锯片铣刀 2．盘形铣刀 3．立铣刀 4．键槽铣刀 5．铣成形沟槽用铣刀 加工成形面铣刀 (1）凸半圆铣刀(2）凹半圆铣刀 (3）齿轮铣刀 (4）其他成形面铣刀 铣成形槽用铣刀
  • 工件在铣床上的安装
    • 用平口钳安装 用回转工作台安装 用万能分度头安装 用压板螺栓或 V 形块安装
  • 铣削加工方法
    • 铣平面 铣沟槽 铣斜面 铣成形面
• 刨削、插削及拉削加工
  • 刨削加工
    • 刨床 B6065牛头刨床 主运动：滑枕带动刨刀往复直线运动；进给运动：工作台带动工件横向间歇运动或垂直间歇运动 B2021A龙门刨床 主运动：工作台带动工件往复直线运动；进给运动：左右侧刀架或垂直刀架带动刨刀沿立柱或横梁做间歇运动
    • 工件在刨床上的安装 (1）用平口钳安装 适用于装夹形状简单、尺寸较小的工件 (2）用压板螺栓安装工件较大或形状不规则的工件 (3）用专用夹具安装 成批生产
    • 刨削加工工艺特点及应用 (1）加工精度：刨削加工精度高，精创平面的精度为：IT9~IT7,Ra3.2~1.6μ m ，直线度可达0.04-0.12mm/ m 。 (2）加工范围：创削不如铣削加工范围广泛，不能加工内凹平面、型腔、封闭型沟槽以及螺旋槽等。但对于 V 型槽、 T 型槽和燕尾槽的加工，铣削由于受铣刀尺寸的限制，一般适宜加工小型的工件，而刨削可以加工大型的工件。 (3）生产率：创削生产率一般低于铣削，但加工窄长平面，刨削的生产率则高于铣削。机床导轨面等窄长平面的加工多采用刨削。 (4）加工成本：由于牛头刨床结构比铣床简单，刨刀的制造和刃磨较铣刀容易，因此，一般刨削的成本比铣削低。
  • 插削加工
    • B5032插床 主运动：插刀的往复直线运动 进给运动：工件沿纵向、横向 及圆周三个方向分别作间歇插床进给运动
  • 拉削加工
    • 拉削加工工艺特点及应用
      • 拉削加工工艺特点
        • (1）加工质量较高：拉削加工精度高。IT8~IT7,Ra1.6~0.4um。(2）拉刀制造复杂、成本高：每种拉刀只适用于加工一种规格尺寸的型孔或槽，拉削主要适用于大批大量生产和成批生产 (3）容屑、排屑和散热困难：开设分屑槽 (4）拉刀寿命长：切削速度低，切削厚度小，在每次拉削过程中，每个刀齿只切削一次，工作时间短，拉刀磨损小。另外，拉刀刀齿磨钝后，还可重磨几次。 (5）生产率高：同时工作的刀齿数多、切削刃长，且拉刀的刀齿分粗切齿、精切齿和校准齿，在一次工作行程中就能完成工件的粗、精加工及修光。
      • 拉削的应用
        • 拉削用于加工各种截面形状的通孔及一定形状的外表面。拉削的孔径一般为8~125mm，孔的深径比一般不超过5。拉削不能加工台阶孔和盲孔。由于拉床工作的特点，复杂形状零件的孔（如箱体上的孔）也不宜进行拉削。
• 钻、扩、铰削及镗削加工
  • 孔加工概述
    • 孔的类别 (1)按照与其他零件相对连接关系的不同：配合孔／非配合孔(2）按照几何特征：通孔／盲孔／阶梯孔／锥孔(3）按照几何形状：圆孔／非圆孔
    • 孔的加工方法 (1）实体上加工圆孔：钻削(2）已有圆孔的加工：铰削、镗削、磨削、拉削 (3）对非圆孔加工：插削、拉削及特种加工方法
    • 孔加工过程中的主要特点 (1）孔加工刀具多为定尺寸刀具：如钻头、铰刀等，在加工过程中，磨损造成的刀具形状和尺寸变化直接影响被加工孔的精度·插削、镗削例外。 (2）由于受被加工孔尺寸的限制，切削速度很难提高，影响加工生产率和加工表面质量，尤其是对较小的孔进行精密加工时，为达到所需的速度，需要使用专门的装置，对机床的性能也提出了很高的要求。 (3）刀具的结构受孔的直径和长度限制，刚性较差。 (4）排屑困难，散热条件差：孔加工时，刀具一般是在半封闭的空间下工作，排屑困难；切削液难以进入切削区域，散热条件差，切削区热量集中，温度较高，影响刀具的寿命和钻孔加工质量。
  • 钻、扩、铰削加工
    • 钻床及其应用
      • 台式钻床 主运动：钻头的旋转运动;进给运动：钻头垂直移动 立式钻床 主运动：钻头的旋转运动;进给运动：主轴带动刀具垂直方向自动移动 摇臂钻床 主运动：钻头的旋转运动进给运动：主轴带动刀具垂直方向自动移动。 辅助运动：摇臂沿外立柱做垂直运动，主轴箱沿着摇臂长度方向水平移动，摇臂和外立柱一起绕内立柱的回转运动 应用：钻削大型和重型的多孔工件，减少装夹次数，提高生产效率，单件和成批生产。
    • 钻孔
      • (1）麻花钻：规格p0.1~p80mm (2）工件的安装：平口钳；压板＋螺栓； V 型块、钻模夹具 (3）钻孔的应用 1）精度和表面质量要求不高的孔，如螺栓孔、油孔； 2）精度和表面质量要求较高，用钻孔作为预加工工序 3）内螺纹攻螺纹前所需底孔 4）通孔、盲孔均可加工 (4）钻孔的工艺特点 属于粗加工，IT13-IT11,Ra50-12.5μ m 2）钻头易"引偏"，导致孔径扩大（扩大量甚至达孔径的5~10%)，孔不圆，或孔的轴线偏斜；孔的表面质量较差3）排屑困难 4）切削热不易传散，工件吸收的热量高达52.5%
      • 钻头产生"引偏"原因及改进措施
        • 引偏原因 两主切削刃不对称，刚性不足 减小"引偏"措施： 尽量将两主切削刃磨得对称一致，使得轴向切削力的大小和方向相同，径向切削力互相抵消； 预钻锥形定心坑； 用钻套为钻头导向；
    • 扩孔
      • 扩孔工艺特点 (1）属于半精加工，IT10-IT9,Ra6.3-3.2μ m ;(2）没有横刃，且有预制孔，改善了切削条件； (3）余量少，切屑较窄，易于排屑； (4）刀齿较多，导向性好； (5）钻芯较粗，刚性较好； (6）在一定程度上纠正原有孔轴线的偏斜。
    • 铰孔
      • 铰孔工艺特点 (1）属于精加工，IT8-IT6,Ra1.6-0.4μ m ;(2）加工余量小，切削速度低； (3）铰孔是以工件原有孔为导向，不能纠正原有孔轴线的偏斜。 4）适应性差，一把铰刀只能加工一定尺寸和公差等级的孔，非标尺寸的孔以及浅孔、盲孔、阶梯孔等均不适于铰削； (5）需加切削液，钢件用高浓度乳化液，铸铁件用煤油
    • 镗削加工
      • 镗床
        • 卧式镗床切削运动 1）主运动：主轴带动刀具旋转运动→镗削浅孔、台阶孔、钻孔、磨孔、铣平面等 或平旋盘带动刀具旋转运动→镗削大孔、内环槽、车外圆面、端面等 2）卧式镗床的进给运动包括： 主轴的轴向进给运动 主轴箱的垂直进给运动 工作台的纵、横向进给运动 平旋盘上径向刀架的径向进给运动。 3）辅助运动：包括主轴、主轴箱及工作台在进给方向上的快速调位运动、后立柱的纵向调位运动、后支架的垂直调位运动、工作台的转位运动。
      • 镗刀
        • 单刃镗刀：镗刀头垂直或倾斜安装在镗刀杆上，用于镗通孔或盲孔。可调节刀头的悬伸长度来适应不同孔径的需要·可矫正原有孔轴线歪斜，生产效率低，多用于单件小批量生产。 多刃镗刀：在刀体上安装两个以上的镗刀片。生产效率高，不能校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差，适用于大批量生产 浮动镗刀：刀片不固定在镗刀杆上，而是插在杆的方槽中沿径向自由滑移
      • 镗孔的工艺特点
        • (1）单刃镗刀可矫正原有孔的轴线歪斜 (2）制造、刃磨简单、方便，费用低 (3）生产效率低 (4）适应性广，镗削可以加工机座、箱体、支架等外形复杂的大型零件上的直径较大的孔，如通孔、不通孔、阶梯孔等，特别是有位置精度要求的孔和孔系，如平行孔系、同轴孔系、垂直孔系。
• 零件表面加工方法
  • 零件表面加工方法的选择
    • 外圆面的加工
      • 加工方法选择依据 (1）依据零件的生产纲领，选择生产率高且加工成本低的加工方法；(2）表面的类型、尺寸精度和粗糙度 Ra 值； (3）工件的结构形状及尺寸；(4）工件材料及其热处理。 (5）考虑现有设备，技术条件及工人的技术水平
      • 选择表面加工方法应遵循的原则： (1）所选加工方法的经济精度及表面粗度值要与加工表面的要求相适应； (2）几种不同加工方法配合选用； (3）粗、精加工要分开； (4）所选加工方法要与零件材料的切削加工性及产品的生产类型相适应。
      • 车、磨 (1）最终工序采用车削的加工方案，适用于除淬火钢以外的各种金属。(2）最终工序采用磨削的加工方案，一般适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁，但不宜加工有色金属。磨削之前精度不用太高，可降低成本。 (3）最终工序采用精细车或研磨的加工方案，一般适用于有色金属的精加工 (4）研磨、超级光磨前需进行精磨，以提高生产率和加工质量 (5）对于精度要求不高，但表面粗糙度值要求比较小而光亮的外圆可采用抛光
    • 孔的加工
      • 孔的技术要求 1．尺寸精度；2．位置精度；3．形状精度；4．表面粗糙度。
      • 钻、扩、铰、镗、拉、磨 总结： (1）若在实体材料上加工，必须先采用钻孔(2）若对已铸出孔或锻出孔加工，多为中、大型孔，可直接采用扩孔或镗孔 (3）对于孔的精加工，铰孔和拉孔适合于未淬硬的中、小直径的孔 (4）中等直径以上的孔，可采用精镗或精磨，淬硬孔只能精磨 (5）孔的光整加工中，珩磨多用于直径稍大的孔，研磨大孔和小孔都可
    • 平面的加工
      • 平面的技术要求 1．形状精度；2．位置精度； 3．表面质量。
      • 平面的分类： (1）非结合面；(2）结合面与重要结合面 (3）导向平面；(4）精密量具表面
      • 总结： (1）车削、磨削适用于回转体的端面； (2）铣削、刨削适用于非回转体的平面；铣削适用于大平面；刨削适用于窄长平面 (3）拉削适用于大批量生产，技术要求比较高但面积不大的平面； (4）淬硬的高精度平面必须用磨削。
    • 螺纹加工
      • 螺纹的技术要求 与其他表面一样，有尺寸精度、形状、位置精度、表面质量等。但具体根据用途与使用要求不同而异。 螺纹加工方法
      • 常见螺纹加工方法有：车螺纹、攻丝、套扣、铣螺纹、滚压螺纹、磨螺纹等
• 磨削加工及特种加工
  • 磨削加工
    • 磨床的类型 1）外圆磨床：万能外圆磨床、普通外圆磨床、无心外圆磨床等。 2）内圆磨床：普通内圆磨床、行星内圆磨床、无心内圆磨床等。 3）平面磨床：卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等。 4）工具磨床：工具曲线磨床、钻头沟槽磨床等。 5）刀具刃具磨床：万能工具磨床、车刀刃磨磨床、滚刀刃磨磨床等。 6）专门化磨床：花键轴磨床、曲轴磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等。 7）其他磨床：珩磨机、研磨机、砂带磨床、超精加工机床等。
    • 磨具
      • 磨具类型 普通磨具是指用普通磨料制成的磨具，如刚玉类磨料、碳化硅类磨料和碳化硼磨料制成的磨具。 超硬磨具是指用高硬度磨料制成的磨具，如立方氮化硼磨料、金刚石磨料制成的磨具。
      • 砂轮的特性与选用 砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、组织、结合剂五个因素决定，特性参数还包括形状和尺寸。
      • 粒度选择原则： ①粗磨时，应选用磨粒颗粒较粗的砂轮，提高生产效率。粗磨时磨削余量大，表面粗糙度值较大，应选用较粗的磨粒。 ②精磨时，应选用磨粒颗粒直径较小的砂轮，以减小已加工表面的表面粗糙度值。 ③砂轮与工件接触面积较大时选用颗粒较粗的砂轮，减少同时参加切削磨粒数，以免发热过多而引起工件表面烧伤。
      • 硬度 砂轮的硬度是指磨粒在外力作用下从其表面脱落的难易程度硬度反应了结合剂的粘固程度，与磨粒硬度无关。
      • 组织 砂轮的组织是磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系，表示结构紧密和疏松程度。砂轮的组织用组织号的大小来表示，即磨粒在磨具中占有的体积百分数（磨粒率）
    • 磨削方式及特点
      • 外圆磨削 纵磨 散热条件好，加工表 面精度高，适应性好， 特别适合细长轴的磨 削；但生产率较低， 适用于单件小批。 横磨 生产率高；但适应性差，散 热条件差，加工表面易留下 磨削痕迹，降低加工精度， 适合表面长度较短且刚性较 好的工件，适用于大批量生 产，特别是成形表面的磨削。
      • 内圆磨削特点： 1）砂轮直径较小，悬伸长径比大，刚性较差 2）砂轮转速高
      • 平面磨削 周磨法（砂轮圆周） 散热、冷却、排屑好，加工精度高，但生产率低，多用于单件小批生产，或成批生产中薄片小件 端磨法（砂轮端面） 与周磨法相反，其加工质量略差，多用于大批量生产中加工精度要求不太高的平面
      • 无心磨削 特点：工件不需打中心孔，装卸简单省时；加工过程可连续不断运行；磨削余量较小，生产效率较高。 应用：成批及大量生产中加工尺寸较小、形状简单且连续的表面。
• 齿形加工
  • 齿形加工方法概述
    • 齿轮分类
      • 齿轮按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、齿条、蜗杆﹣蜗轮。 按齿线形状齿轮分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮。 按轮齿所在的表面齿轮分为外齿轮、内齿轮。外齿轮齿顶圆比 齿根圆大；而内齿轮齿顶圆比齿根圆小。
    • 齿形获得方法 (1）无屑加工：铸造、粉末冶金、精密锻造、热轧、冷挤压、注塑 (2）切削加工：铣齿、滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿
    • 齿形加工原理
      • (1）成形法：利用与被加工齿轮齿槽法向截面形状相一致的刀具，在齿坯上加工出齿形，如铣齿铁齿 (2）展成法：利用一对齿轮啮合的原理进行加工的。
  • 铣齿加工
    • 加工原理：利用成形法原理，采用与被加工齿轮齿槽法向截面形状相一致的刀具，在齿坯上加工出齿形。
    • 齿轮铣刀：成形法铣削齿轮所用的刀具有盘形齿轮铣刀和指形铣刀，前者适于加工小模数（ m <8mm）的直齿、斜齿圆柱齿轮，后者适于加工大模数（ m =8~40mm）的直齿、斜齿齿轮，特别是人字齿轮。
    • 铣齿切削运动特点
      • 铣直齿圆柱齿轮： 主运动：铣刀的高速旋转运动进给运动：工件的轴向进给运动 铣斜齿和螺旋齿轮： 主运动：铣刀的高速旋转运动 进给运动：工件的轴向进给运动和工件的低速旋转运动（分度头带动）
    • 铣齿的工艺特点及应用
      • 齿形误差大，分度精度低，加工精度IT9~IT12；加工条件差、表面粗糙度 Ra=3.2~6.3μ m ；生产率低 应用：单件小批生产，盘形铣齿刀可以加工直齿、斜齿、人字齿圆柱齿轮，指形铣刀是大型无槽人字齿轮的主要加工方法。
  • 滚齿加工
    • 滚齿加工原理 根据一对交错轴螺旋齿轮相啮合的原理进行加工的。利用滚齿刀在滚齿机上进行加工
    • 滚齿运动（3个） (1）主运动：滚齿刀的旋转运动，用转速（ r / min ）表示。 (2）分齿运动：滚齿刀和工件之间的啮合运动，两者的转速必须保持啮合关系，即 n 刀／ n ェ= Z ェ/ K ，其中 K ﹣滚刀的头数 (3）滚刀垂直进给运动：为了切出工件整个齿宽上的齿槽，滚刀需沿工件轴线方向作连续的垂直进给运动。垂直进给量的单位是 mm / t ，即工件每转一转，滚刀沿工件轴线的进给距离。
    • 滚齿的工艺特点：分齿精度略高于插齿·齿形误差小；表面粗糙度低于插齿：Ra1.6~3.2μ m ．生产率高于插齿 应用：加工范围大（直齿、螺旋齿、齿条、 蜗轮、蜗杆、齿轮轴），不能加工内齿轮、多联齿轮或带有台阶的齿轮
  • 插齿加工
    • 插齿加工原理 根据一对圆柱齿轮相啮合的原理进行加工的，利用插齿刀在插齿机上加工出齿轮的轮齿
    • 插齿运动（5个） (1）主运动：插齿刀上下往复的直线运动，以每分钟往复行程次数（ str / min ）表示 (2）分齿运动：插齿刀和工件之间的啮合运动，两者的转速必须保持啮合关系，即 n 为／ n ェ= Z ェ/ Z 刀，只控制插齿刀与齿轮坯的转速比 (3）圆周进给运动：在分齿运动中插齿刀每上下往复行程一次其分度圆所转过的弧长（ mm / str )。控制插齿刀的转速的快慢，直接影响齿面的粗糙度。 (4）径向进给运动：插齿开始阶段，为了逐步切至全齿深，插齿刀必须有径向进给运动。径向进给量用插齿刀每往复行程的径向位移（ mm / str ）表示； (5）让刀运动
    • 插齿的工艺特点 分齿精度高，但略低于滚齿 齿形误差小（选用与被切齿轮模数和压 力角相同的插齿刀），齿形精度略高于滚齿 表面粗糙度小：Ra0.8~1.6μ m 生产率比铣齿高，但比滚齿低 应用：加工范围大（直、斜圆柱齿轮、 旋齿轮、内齿轮、多联齿轮、扇形齿 轮），不能加工蜗轮、蜗杆和齿轮轴
    • 齿轮的精加工方法 剃齿：展成法，未淬硬齿轮； 珩齿：展成法，淬硬齿轮； 磨齿：成形法、展成法、淬硬／不淬硬齿轮；珩齿：展成法，淬硬齿轮 磨齿：成形法：成形砂轮磨齿 展成法：锥形砂轮磨齿，蝶形砂轮磨齿，蜗杆形砂轮