卢秉恒《机械制造技术基础》第三版考试重点.doc

第一章
△m＜0的制造过程
主要指切削加工。

(1)主运动：切下金属所必须的最主要的运动。
(2)进给运动：不断地把金属层投入切削的运动。

齿面加工
齿轮加工方法:
无屑加工：热轧、冷轧、压铸、注塑、粉末冶金。
切削加工：成形法、展成法。

复杂曲面加工
1）仿形铣：
2）数控铣：

磨削加工特点：
1. 属精加工，尺寸精度IT7～IT5, Ra值0.8~0.2mm
2. 能加工硬度很高的工件；
3. 磨削温度高；
4. 磨削的径向力大；

第二章
1、切削运动
金属切削加工 ：通过机床提供的切削运动和动力，使刀具和工件产生相对运动（即切削运动），从而切除工件上多余的材料，以获得合格零件的加工过程。
(1)主运动：切下金属所必须的最主要的运动。
(2)进给运动：不断地把金属层投入切削的运动。

2、切削要素
已加工表面： 已被切去部分多余金属而形成的新表面。
待加工表面：即将被切除金属层的表面。
加工表面(或称过渡表面)：切削刃正在切削的表面。

切削用量三要素：
1） 切削速度V：

2） 进给量f：

3）背吃刀量（切削深度）ap ：

3. 切削层几何参素：
（1）切削厚度ac (hD)
（2）切削宽度aw (bD) －沿加工表面度量的切削层尺寸。
（3）切削面积Ac (hD) －切削层垂直于切削速度截面内的面积。

二、 刀具角度：（图+角度）
1） 基面Pr：
2） 切削平面Ps：
3） 正交平面Po：

道具分类：
1.整体车刀；2.焊接车刀；3.机夹车刀；4.可转位车刀；5.成形车刀

与焊接车刀比较，可转位车刀的优点：1）刀具使用寿命长；2）生产率高；3）有利于推广新技术、新工艺；4）有利于降低刀具成本；

麻花钻的工作部分：6面＋1横刃＋2主切削刃＋2副切削刃＋4刀尖。
麻花钻的缺点：1）主切削刃上前角不等； 2）横刃长且为大负前角，切削条件差；3）排屑、断屑、散热困难。

钻、扩、铰孔的工艺特点比较（书P21 手抄表格PPT 2-45）

拉刀特点：
1）生产率高；2）加工质量高；（一般为IT8~IT7，Ra2.5~1.25μm)3）加工范围广；4）刀具磨损缓慢，寿命长；5）机床结构简单，操作方便；6）拉刀的设计、制造复杂，价格昂贵。
因此适用于大批大量生产。

第二节 ：刀具材料应具备的性能
刀具工作条件：力 、热 、振动。
刀具性能要求：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）良好的工艺性和经济性；6）良好的热物理性能和耐热冲击性能。

硬质合金：钨钴钛类和钨钴类。书P27

第三节 金属切削过程及其物理现象：（单选填空简答重点章节）
切削变形
切削变形的力学本质：类似于工件材料受挤压而产生剪切滑移的塑性变形。

变形区的划分：

第一变形区（基本变形区）：在切削层上形成切屑变形区。第一变形区金属的剪切滑移变形。 从AC线开始发生滑移塑性变形，到AE线金属晶粒的剪切滑移基本完成。
第二变形区（摩擦变形区）：切屑玉前面摩擦的区域称为第二变形区。第二变形区内金属的挤压摩擦变形。切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化其方向基本上和前刀面相平行。
第三变形区（加工表面变形区）：在已加工表面上与后刀面挤压摩擦形成的变形区。第三变形区内金属的挤压摩擦变形。已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，造成纤维化与加工硬化。

切屑的类型及其控制：
（1）带状切屑：加工塑性金属材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大。
（2）挤裂切屑（又称节状切屑）：加工塑性金属材料，切削厚度较大，切削速度较低，刀具前角较小。
（3）单元切屑：加工塑性金属材料，刀具前角更小，切削速度更低，或切削厚度更大。
（4）崩碎切屑：加工脆性金属材料，特别是切削厚度较大时。

切屑的形成：挤压→剪切应力→剪切滑移塑性变形→分离→切屑

积屑瘤现象：（必考）
1)积屑瘤的形成：
位置：第二变形区
原因：摩擦＋塑性变形、堆积、硬化形成条件：切削塑性材料、中等速度、形成带状切屑。
2） 积屑瘤对切削过程的影响：
前角增大；保护切削刃；切削厚度增加，加工精度降低；使Ra增大。
3） 抑制或消除积屑瘤的措施：
采用高速或低速切削
增大前角、增加刀具刃磨质量、合理选用切削液。

切削力的变化规律（重要）
(1) 工件材料的影响 ( 技术2 PPT 100 )
强度和硬度 ­® τs­ ® 切削力 ­ 。
塑性和韧性­ ® 摩擦 ­ ® 切削力­ 。

(2)切削用量的影响: ap > f >v
背吃刀量­ ® 切削力­ ­ ；进给量­ ® 切削力­
­
(3) 刀具几何参数的影响
前角： 前角 ­® 变形¯ ®切削力¯
主偏角 ：改变切削层金属形状；
改变进给力和背向力的大小。

刃倾角 ：主要影响进给力和背向力。
λs® Fy ­ , Fx ¯ 。

(4) 其它因素：刀尖圆弧，磨损，切削液，刀具材料等。

切削热的产生和传导
产生：变形功；摩擦功。
车削加工时，切削热50％~86%由切屑带走
钻削加工时，切削热52.5％传入工件

工件材料的影响（PPT 2-113）
® q ­

刀具角度的影响（PPT 2-114）

切削液：
（1） 水溶液 ：冷却为主。常用于粗加工和磨削加工.
（2） 乳化液1）低浓度乳化液：以冷却为主。 常用于粗加工、磨削加工;高浓度乳化液：以润滑为主。用于精加工和复杂刀具加工
(3) 切削油：以润滑为主。矿物油－机油、轻柴油、煤油。动植物油。复合油。

刀具磨损与刀具寿命
刀具磨损类型：
（1）前刀面磨损：高速、大进给切削塑性金属时。
（2）后刀面磨损：切削脆性金属或较小切削厚度切削塑性材料时。
*前、后刀面同时磨损：切削塑性金属时，中等速度和中等进给量的情况下。
（3） 边界磨损 （与O2的氧化反应）

1.刀具磨损三个阶段（书P41）
初期磨损：
正常磨损：
急剧磨损：

2.刀具磨钝标准
磨钝标准 － 刀具用到急剧磨损前的最大磨损量。规定后刀面磨损带中间均匀磨损量允许达到的最大值，以VB表示。（VB值的大小与加工要求有关）

3. 刀具磨损原因
（1） 磨粒磨损 （高速钢刀具）
（2） 粘结磨损
（3） 扩散磨损－化学磨损
（4） 相变磨损
（5） 氧化磨损

三、 刀具寿命的经验公式
（1）刀具寿命概念：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间，称为刀具寿命。
（2） 刀具寿命试验：
T与V的关系曲线
切削速度是影响T的重要因素。
VTm＝C

（3）刀具寿命的确定原则

（і）最高生产率刀具寿命Tp

（іі）最低生产成本刀具寿命Tc

1) 切削用量的影响：VC > f > ap （同对θ的影响）
刀具寿命方程：

2) 刀具参数的影响：（PPT2-139）

3) 工件材料：

4) 刀具材料：

切削用量的选择及工件材料加工性
一、 切削用量的选择
（1） 对加工质量的影响:(PPT2-140)
(重要！)：对刀具寿命和切削温度的影响：V > f > ap 选用：ap→f→V

第三章 ：金属切削机床
编号加意义：

第四章 ：机床夹具原理及设计
工件的装夹方法：
1、 用找正法装夹工件；2、用夹具装夹工件；

工作原理
1） 使工件在夹具中占有正确的加工位置。
2） 夹具对于机床应先保证有准确的相对位置。
3） 使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置。

夹具的作用
（1）缩短辅助时间，提高劳动生产率；
（2）能较容易、较稳定地保证加工精度；
（3）降低生产成本；
（4）减轻工人的劳动强度。
（5）可由低技术等级的工人进行加工。
（6）可扩大机床工艺范围；

夹具的组成
（1）定位元件 ；（2）夹紧装置；（3）对刀元件；（4）导引元件；（5）夹具体；（6）其它元件及装置。

六点定位原理 ： 在分析工件定位时，一般是用一个定位支承点限制工件的一个自由度，用适当分布的与工件接触的六个支承点来限制工件的六个自由度的规律。

定位元件要求：足够的精度；耐磨性好；足够的强度和刚度；工艺性好；便于清除切屑。
2)常用材料： 低碳钢（如20钢、 表面渗碳淬火）；高碳钢（如T8钢、淬火）58~62HRC

1. 工件以平面定位（书P109）
1）固定支撑
2）可调支撑：多用于未加工平面的定位。
3）自为支撑：能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支撑。仅限制一个自由度。
4）辅助支承——不起定位作用；提高工件的装夹刚度和稳定性，形式有：螺旋式；自位式；推引式等

2. 工件以圆孔定位
（1） 定位销 （2）圆锥销 （3）定位心轴

3. 工件以外圆柱面定位
（1） V形块（2）定位套筒（3）半圆孔定位座（4）圆锥套（5）外圆定心夹紧机构

组合定位
一面两销定位：
削边销：将定位销在两销联心线的垂直方向削去两边，只限制一个自由度，避免过定位

保证加工精度的条件
T工件≥△夹具+△加工
△夹具一般应不超过工序公差的1/3。

夹紧装置的组成及基本要求
1. 夹紧装置的组成：（1）力源装置；（2）中间传力机构；（3）夹紧元件。
2. 对夹紧装置的基本要求：（1）夹紧过程可靠；（2）夹紧力大小适当；（3）结构工艺性好；（4）使用性好。

夹紧力的确定
（1） 应朝向夹具上的主要定位工作面；（2）应方便装夹和有利于减小夹紧力；（3）应使工件夹紧变形尽可能小。

2、 夹紧力作用点的确定
（1） 应落在定位元件的支承范围内；（2）应落在工件刚性好的部位；（3）应靠近工件的加工表面。

3、 夹紧力的大小
根据工件在最不利情况下切削力的平衡，求夹紧力，乘以安全系数K。K值在粗加工时取2.5～3、精加工时取1.5～2。

典型夹紧机构 ：
1、 斜楔夹紧；2、螺旋夹紧；3、偏心夹紧

夹紧动力源装置：气动装置、液压装置。

第五章 加工精度与加工误差
加工精度：符合程度；加工误差：偏离程度
加工误差的大小表示加工精度的高低。
加工精度包括：尺寸精度；几何形状精度；相互位置精度。

加工经济精度：在正常加工的条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不能延长加工时间）所能保证的加工精度。

零件获得加工精度的方法：
1、 机械加工中获得工件形状精度的方法
（1） 轨迹法（成形运动） （2）成形法（刀刃形状）（3）展成法（传动链）
2、 机械加工中获得工件位置精度的方法：夹具
3、 机械加工中获得工件尺寸精度的方法
（1）试切法 （2）定尺寸刀具法 （3）调整法 （4）自动控制法（自动测量与数字控制）

影响加工精度的因素及其分析
一、加工原理误差： 在加工中采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓而产生的误差。
二、机床误差：
机床精度检验主要项目有：（1）床身导轨在垂直和水平面内的直线度和平行度（2）主轴轴线对床身导轨的平行度（3）主轴的回转精度 （4）传动链精度 （5）刀架各溜板移动时，对主轴轴线的平行度和垂直度。
（考）1. 导轨误差：垂直方向：

水平方向： ΔR'=δy
假设 δy=δz=0.1mm, D=40mm则 ΔR=0.00025mm
ΔR'= 0.1mm= 400ΔR

（1） 导轨在垂直面内的直线度（弯曲）
（2） 导轨在水平面内的直线度误差（弯曲）
（3） 前后导轨的平行度（扭曲）

2. 主轴回转误差
（1）主轴回转精度
书P156 表5-1
（考）滑动轴承、滚动轴承P156

提高主轴回转精度的措施：
提高轴承的精度； 对滚动轴承进行预紧； 提高箱体支承孔、主轴轴颈的制造精度；

3. 传动链误差
传动链误差，是指内联系传动链始末两端传动元件间相对运动的误差，一般用末端元件一转中的最大转角误差来衡量。
减少传动链误差的措施：
(1) 尽可能缩短传动链
(2) 合理规定各传动元件的制造精度
(3) 合理分配各传动副的传动比
(4) 采用误差校正装置

三、 调整误差
(1)机床的调整
(2)夹具的调整
(3)刀具的调整

1、试切法加工
(1)测量误差
(2)切削层厚度的影响
(3)微量进给误差(爬行现象)
2、调整法加工
(1)按定程机构调整
(2)按样件或样板调整

工艺系统受力变形对加工精度的影响
1. 现场加工中工艺系统受力变形的现象
2. 机床部件刚度及其特点
（1）零件的刚度
（2）机床部件的刚度
变形与作用力不成线性关系；
加载曲线与卸载曲线不重合;
加载曲线与卸载曲线不构成封闭图形。

（3） 影响机床部件刚度的因素
①接触变形的影响
②薄弱环节的影响
③间隙的影响
④摩擦的影响
⑤施力方向的影响

P169 考试重点：误差复映。

4、 减少工艺系统受力变形的途径
1）提高接触刚度；2）设置辅助支承提高零部件刚度；3）合理装夹工件

工艺系统热变形引起的加工误差

1. 工艺系统的热变形及其热源
内部热源：切削热、传动系统的摩擦热
外部热源：辐射热、外部环境温度

热平衡 精密加工应在热平衡状态下进行

2. 机床热变形对加工精度的影响
1）车、铣、钻、镗、磨床：主运动为回转运动；主要热源：主轴箱内的摩擦热和箱中油池发热。
2）龙门刨床、牛头刨床：主运动为直线运动；主要热源：导轨的摩擦热。

3. 减少机床热变形的工艺措施
1) 保持恒定的环境温度
2) 将精密机床安装在恒温室中使用
3) 保持机床的热平衡

4. 刀具热变形对加工精度的影响
热源： 切削热
无论何种切削方式，经一段时间后，可达热平衡，刀具的热变形也趋于稳定。
一般，刀具的热伸长与刀具的磨损相互补偿，故刀具热变形对工件的加工精度影响不大。

5. 工件热变形对加工精度的影响
（1）工件均匀受热
简单、对称零件，如轴、套等
1)细长轴顶尖车削外圆
热变形→工件伸长→弯曲→圆柱度误差
宜采用弹性尾架顶尖

2)精密丝杆磨削：
热变形→螺距累积误差

（2） 工件不均匀受热
刨、铣、磨平面
工件单面受热→上、下平面产生温差→热变形→工件加工后中凹

减少工件热变形的措施：
1) 施加充分的冷却液
2) 提高 V 或 f
3) 精加工前应充分冷却
4) 保持锋利的刀具和砂轮
5) 使工件在夹紧状态下有伸缩的自由

六、 工件内应力引起的变形
1、 产生内应力的原因
1） 毛坯制造中的内应力；2）冷校直引起的内应力 ；3）切削（磨削）加工中产生的内应力

2、减少或消除内应力的措施
1）合理设计零件的结构；2）增加消除内应力的专门工序：去应力退火、时效
；3）合理安排工艺路线：粗加工和精加工分开。

加工误差的统计分析
1、系统性误差
（1）常值系统性误差：加工误差的大小和方向基本保持不变。
（2）变值系统性误差：加工误差的大小和方向随时间按一定规律变化。
如工艺系统的制造误差、加工原理误差、受力变形、刀具磨损和热变形产生的误差等。

2、随机性误差
一批工件的加工误差的大小和方向作不规则地变化 。
如复映误差、定位夹紧误差、内应力引起的变形误差等。

判断工序能力及其等级（必考）

Cp≥1——该工序具有不出废品的条件，
Cp＜1——该工序出废品是不可避免。
Cp>1.67为特级，说明工艺能力过高，不一定经济；
1.67≥Cp > 1.33为一级，说明工艺能力足够；
1.33≥Cp > 1为二级，说明工艺能力勉强；
1≥Cp > 0.67为三级，说明工艺能力不足；
0.67≥Cp 为四级，说明工艺能力不行。

分布曲线法的缺点：
1)不能反映误差的变化趋势，不易区分随机性误差和变值系统性误差；
2)不能在加工中及时提供控制精度的资料。

机械加工表面质量
（1）表面层的几何形状特征：表面粗糙度、表面波度。
（2）表面层的物理力学性能的变化
表面层的冷作硬化；表面层的金相组织变化；表面层残余应力。

表面质量对零件使用性能的影响
1、 影响零件的耐磨性
冷作硬化的影响：冷作硬化↑→耐磨性↑
金相组织变化的影响：金相组织变化→耐磨性↓¯

2、 影响零件的疲劳强度：
冷作硬化的影响：合适的冷作硬化能阻碍疲劳裂纹的出现和扩大，使疲劳强度↑。
残余应力的影响：残余压应力↑→疲劳强度↑
残余拉应力↑→疲劳强度↓
3、影响零件的耐腐蚀性
4、影响零件的配合精度
Ra的影响： Ra↑→ 配合精度↓
5、其他影响

机械加工表面的粗糙度及其影响因素
机械加工表面的粗糙度及其影响因素
1）几何因素 圆头刀尖：
尖头刀尖：
2） 物理原因：积屑瘤、刀具挤压、鳞刺、刀具后刀面摩擦
鳞刺的形成过程（节状切屑或单元切屑时）

磨削的刻痕：磨削三个过程——滑擦、耕犁、切削。
（1）砂轮的粒度（2）砂轮的修整（3）砂轮速度

机械加工后表面物理力学性能的变化
1、加工表面的冷作硬化
（1）产生的原因
机械加工时，工件表面层金属强烈的塑性变形，使金属的晶格被拉长、扭曲和破碎，提高了进一步变形的抗力，阻碍了进一步塑性变形，表现为材料的强度和硬度↑，塑韧性↓的现象。

（2） 影响因素
1) 刀具：切削刃的钝圆半径↑，后刀面磨损↑→冷作硬化↑；前角↓→冷作硬化↑。
2) 切削用量：V↑→冷作硬化↓; f↑→F↑→冷作硬化↑，但 f 较小→冷作硬化↑；ap↑影响不显著。
3）工件材料：HBs↓塑性↑→冷作硬化↑­
4) 切削液：使用合适的切削液，冷作硬化↓
¯
2、 加工表面层的金相组织变化
（1） 金相组织变化的原因
切削热使得工件温升很大，严重时使表层金属的金相组织发生变化，形成与基体不一样的金相结构。
经常是强度和硬度下降，产生残余应力，甚至产生显微裂纹，出现黄褐、紫、青等颜色变化，这种现象称为烧伤。

磨削烧伤：（考）
回火烧伤：TM转<T<AC3，表层为回火组织（S,T)，硬度↓。
退火烧伤: T≥AC3,无冷却液.硬度↓，常见于干磨削。
淬火烧伤: T≥AC3,有冷却液.硬度↓，常见于湿磨削。

（2） 减轻磨削烧伤的途径
1)改善砂轮的磨削性能
①合理选择砂轮：磨粒粒度号↓，硬度↓→则磨削温度↓，烧伤↓ 。
②增大磨削刃间距

2)正确选用磨削用量：ap↓fa↑ vw↑（相应vs↑）→磨削温度↓，烧伤↓。
3)提高冷却效果：①采用高压大流量冷却；②加装空气挡板；③采用内冷却。

控制加工表面质量的工艺途径
1、控制磨削参数
起因于磨削热，故要↓磨削热。一是↓产生，二是加速传出。
V砂↓、ap ↓、f↑、V工↑→↓但Ra ↑。生产中通过试验确定磨削参数。

第六章 、工艺规程设计
一、 生产过程与工艺过程（考概念）
生产过程：是指产品由原材料到成品之间劳动过程的总和。
*重点*工艺过程： 生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状(铸造、锻造等)、尺寸(机械加工)、位置(装配)和性质(热处理)使其成为成品或半成品的过程称之为工艺过程。也称为工艺路线或工艺流程。
工艺规程：把合理工艺过程的有关内容写成工艺文件的形式，用以指导生产，这些工艺文件称为工艺规程。
重点：书P220
（1） 工序：一个（或一组）工人在一台机床上（或一个工作地点）对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。
（2） 工步
（3） 工位
（4） 工作行程（走刀）

基准的选择原则：（重要）
粗基面：未加工过的表面作为定位基面；
精基面：已加工过的表面作为定位基面；
辅助基面：为了方便加工而设置的基面，在零件装配和使用时无用处。

1）精基面的选择（重要）
① 基准重合原则；② 基准统一原则；③ 互为基准原则；④ 自为基准原则。⑤ 应使工件装夹稳定可靠、夹具简单

2） 粗基面的选择（重要）
① 选择重要表面为粗基面；② 选择不加工表面为粗基面；③ 选择余量小的表面为粗基面；④ 选择平整光滑表面为粗基面；⑤粗基面只能用一次。

达到装配精度的工艺方法
1、 互换法
1） 完全互换法：极值法确定零件的公差。条件 ：
(1) 特点:
2） 装配过程简单，生产率高，质量稳定可靠。
3） 对工人技术水平要求不高，易于扩大生产。
4） 便于组织流水装配及自动化装配。
5） 容易实现零、部件的专业化生产，降低成本。
6） 备件供应方便。
(2) 应用: 常常用于装配精度要求较低的尺寸链或装配精度要求较高，但环数少的尺寸链中。
只要组成环加工经济可行优先采应用。
2）不完全互换法
概率法确定零件公差。条件:

(1)特点: 与完全互换法相似，但降低了组成环的精度，加工成本降低。
(2)应用: 一般装配精度要求较高。而环数又较多（>4）时，应该用概率解法。只适用于大批量生产。特别适用于装配节拍不严格的大批量生产。