机械基本工艺与工装夹具的设计.doc
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1、机械工艺与工装夹具设计一 工装夹具设计基本 具备机械设计方面知识; 具备机械原理、液压(气压)传动原理、电机电气等方面知识; 具备制造工艺方面知识; 具备材料工程方面知识; 具备检测方面知识; 具备机械绘图(特别是计算机辅助设计)方面知识; 具备关于国家、公司原则方面知识;二 制造工艺简朴简介、机床分类 机床重要是按加工办法和所用刀具进行分类,依照国家制定机床型号编制办法,机床分为11大类:车床,钻床,镗床,磨床,齿轮加工机床,螺纹加工机床,铣床,刨插床,拉床,锯床和其她机床。在每一类机床中,又按工艺范畴,布局型式和构造性能分为若干组,每一组又分为若干个系(系列)。 除了上述基本分类办法外,尚
2、有其他分类办法:1.按照万能性限度,机床可分为:通用机床 工艺范畴很宽,可完毕各种类型零件不同工序加工,如卧式车床、万能外圆磨床及摇臂钻床等。专门化机床 工艺范畴较窄,它是为加工某种零件或某种工序而专门设计和制造,如铲齿车床、丝杠铣床等。 专用机床 工艺范畴最窄,它普通是为某特定零件特定工序而设计制造,如大量生产汽车零件所用各种钻、镗组合机床。 2.按照机床工作精度,可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 3.按照重量和尺寸,可分为仪表机床、中型机床(普通机床)、大型机床(质量不不大于10t)、重型机床(质量在30t以上)和超重型机床(质量在100t以上)。 4.按照机床重要器官数目,可分
3、为单轴、多轴、单刀、多刀机床等。 5.按照自动化限度不同,可分为普通、半自动和自动机床。三 自动机床具备完整自动工作循环,涉及自动装卸工件,可以持续自动加工出工件。半自动机床也有完整自动工作循环,但装卸工件还需人工完毕,因而不能持续地加工。、刀具种类(一)刀具分类 由于机械零件材质、形状、技术规定和加工工艺多样性,客观上规定进行加工刀具具备不同构造和切削性能。因而,生产中所使用刀具种类诸多。刀具常按加工方式和详细用途,分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。刀具还可以按其他方式进行分类,如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方
4、氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等;按构造分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等;按与否原则化分为原则刀具和非原则刀具等。(二)惯用刀具简介1.车刀 车刀是金属切削加工中应用最广一种刀具。它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔,也可用于切槽和切断等。车刀在构造上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片车刀。机械夹固刀片车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。机械夹固车刀切削性能稳定,工人不必磨刀,因此在当代生产中应用越来越多。2.孔加工刀具 孔加工刀具普通可分为两大类:一类是从实体材料上加工出孔刀具,惯用有麻花钻、中心钻和深孔钻等;另一类是对工件上已有孔进行再加工刀具,惯用有扩孔钻、铰
5、刀及镗刀等。例如,下图示原则高速钢麻花钻构造。工作某些(刀体)前端为切削某些,承担重要切削工作,后端为导向某些,起引导钻头作用,也是切削某些后备某些。3.铣刀 铣刀是一种应用广泛多刃回转刀具,其种类诸多。按用途分有:1)加工平面用,如圆柱平面铣刀、端铣刀等;2)加工沟槽用,如立铣刀、T形刀和角度铣刀等;3)加工成形表面用,如凸半圆和凹半圆铣刀和加工其他复杂成形表面用铣刀。铣削生产率普通较高,加工表面粗糙度值较大。4.拉刀 拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高多齿刀具,广泛应用于大批量生产中,可加工各种内、外表面。拉刀按所加工工件表面不同,可分为各种内拉刀和外拉刀两类。使用拉刀加工时,除了要依照
6、工件材料选取刀齿前角、后角,依照工件加工表面尺寸(如圆孔直径)拟定拉刀尺寸外,还需要拟定两个参数:(1)齿升角af即先后两刀齿(或齿组)半径或高度之差;(2)齿距p即相邻两刀齿之间轴向距离。 5.螺纹刀具 螺纹可用切削法和滚压法进行加工。6.齿轮刀具 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形刀具。按刀具工作原理,齿轮分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具。惯用成形齿轮刀具备盘形齿轮铣刀和指形齿轮刀具等。惯用展成齿轮刀具备插齿刀、齿轮滚刀和剃齿刀等。选用齿轮滚刀和插齿刀时,应注意如下几点:(1)刀具基本参数(模数、齿形角、齿顶高系数等)应与被加工齿轮相似。(2)刀具精度级别应与被加工齿轮规定精度级别相称。(3)刀具旋
7、向应尽量与被加工齿轮旋向相似。滚切直齿轮时,普通用左旋齿刀。7.自动线与数控机床刀具 此类刀具切削某些总来说与普通刀具没有多大区别不同状况,只是为了适应数控机床和自动线加工特点,对它们提出了更高规定。车刀拉刀螺纹刀具(梳刀)齿轮刀具(盘形铣刀)孔加工刀具(麻花钻)铣刀二、刀具材料 刀具切削性能好坏,取决于构成刀具切削某些材料、几何形状和刀具构造。刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等均有很大影响,因而要注重刀具材料对的选取与和合理使用。 (一)刀具材料应具备性能 1、 高硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高,常温硬度在HRC62以上;耐磨性表达抵抗磨损能力,它取决于组织中硬质
8、点硬度、数量和分布。2、足够强度和韧性为了承受切削中压力冲击和韧性,避免崩刀和折断,刀具材料应具备足够强度和韧性。3、高耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。4、良好工艺性为了便于制造,规定刀具材料有较好可加工性。如,切削加工性、锻造性、锻造性和热解决性等。5、良好经济性 (二)惯用刀具材料当前,生产中所用刀具材料以高速钢和硬质合金居多。碳素工具钢(如T10A、T12A)、工具钢(如9SiCr、CrWMn)因耐热性差,仅用于某些手工或切削速度较低刀具。 高速钢 定义:是一种加入较多钨、铬、钒等合金元素高合金工具钢。性能:有较高热稳定性;有较高强度、韧性、硬度和耐磨性;制造工
9、艺简朴,容易磨成锋利切削刃,可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等重要材料。 分类:按用途分:通用型高速钢和高性能高速钢;按制造工艺分:熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。1、通用型高速钢钨钢:典型牌号为W18Cr4V,有良好综合性能,可以制造各种复杂刀具。钨钼钢:典型牌号为W6Mo5Cr4V2,可做尺寸较小、承受冲击力较大刀具;热塑性特别好,更合用于制造热轧钻头等;磨加工性好,当前各国广泛应用。2、高性能高速钢典型牌号为高碳高速钢9W18Cr4V、高钒高速钢W6MoCr4V3、钴高速钢W6MoCr4V2Co8和超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8等。适合于加工高温合金、钛合金和超高强度钢等难加工
10、材料。3、粉末冶金高速钢用高压氩气或氮气雾化熔融高速钢水,直接得到细小高速钢粉末,高温下压制成致密钢坯,而后锻压成材或刀具形状。适合于制造切削难加工材料刀具、大尺寸刀具(如滚刀、插齿刀)、精密刀具、磨加工量大复杂刀具、高动载荷下使用刀具等。 硬质合金 由难熔金属化合物(如WC、TiC)和金属粘结剂(Co)经粉末冶金法制成。 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料(约占50%)。如大多数车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、拉刀、齿轮刀具等。 具备高耐磨性和高耐热性,但抗弯强度低、冲击韧性差,很少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削淬硬钢等硬材料。ISO将切削用硬质合金分为三类:(各种牌号
11、应用范畴见p16表1.1)1、 YG(K)类,即WC-Co类硬质合金2、 YT(P)类,即WC-TiC-Co类硬质合金3、 YW(M)类,即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金(三)其他刀具材料1、 涂层刀具2、 陶瓷:硬度高、耐用度高,还可用于冲击负荷下粗加工,切削效率明显提高。3、 金刚石4、 立方氮化硼三、刀具选用1.刀具种类选取 刀具种类重要依照被加工表面形状、尺寸、精度、加工办法、所用机床及规定生产率等进行选取。2.刀具材料选取 刀具材料重要依照工件材料、刀具形状和类型及加工规定等进行选取。.机械加工办法 依照机床运动不同、刀具不同,可将去除零件毛坯多余材料切削办法分为几种重要不同办
12、法。重要有:车削、刨削、磨削、钻削和特种加工等。下面对这些重要办法逐个简介。一、车削 车削中工件旋转,形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时,就形成内、外园柱面。刀具沿与轴线相交斜线运动,就形成锥面。仿形车床或数控车床上,可以控制刀具沿着一条曲线进给,则形成一特定旋转曲面。采用成型车刀,横向进给时,也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度普通为IT8IT7,表面粗糙度为6.31.6m。精车时,可达IT6IT5,粗糙度可达0.40.1m。车削生产率较高,切削过程比较平稳,刀具较简朴。车床加工典型工艺(FLASH动画)锥面车削(avi)二、铣削 主切削运动是刀具
13、旋转。卧铣时,平面形成是由铣刀外园面上刃形成。立铣时,平面是由铣刀端面刃形成。提高铣刀转速可以获得较高切削速度,因而生产率较高。但由于铣刀刀齿切入、切出,形成冲击,切削过程容易产生振动,因而限制了表面质量提高。这种冲击,也加剧了刀具磨损和破损,往往导致硬质合金刀片碎裂。在切离工件普通时间内,可以得到一定冷却,因而散热条件较好。按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向相似或相反,又分为顺铣和逆铣。顺铣铣削力水平分力与工件进给方向相似,工件台进给丝杠与固定螺母之间普通有间隙存在,因而切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动,使进给量突然增大,引起打刀。在铣削铸件或锻件等表面有硬度工件时,顺铣刀齿一方面
14、接触工件硬皮,加剧了铣刀磨损。逆铣可以避免顺铣时发生窜动现象。逆铣时,切削厚度从零开始逐渐增大,因而刀刃开始经历了一段在切削硬化已加工表面上挤压滑行阶段,加速了刀具磨损。同步,逆铣时,铣削力将工件上抬,易引起振动,这是逆铣不利之处。铣削加工精度普通可达IT8IT7,表面粗糙度为6.31.6m。 普通铣削普通只能加工平面,用成形铣刀也可以加工出固定曲面。数控铣床可以用软件通过数控系统控制几种轴按一定关系联动,铣出复杂曲面来,这时普通采用球头铣刀。数控铣床对加工叶轮机械叶片、模具模芯和型腔等形状复杂工件,具备特别重要意义。三、刨削 刨削时,刀具往复直线运动为切削主运动。因而,刨削速度不也许太高,生
15、产率较低。刨削比铣削平稳,其加工精度普通可达IT8IT7,表面粗糙度为Ra6.31.6m,精刨平面度可达0.02/1000,表面粗糙度为0.80.4m。四、磨削磨削以砂轮或其他磨具对工件进行加工,其主运动是砂轮旋转。砂轮磨削过程事实上是磨粒对工件表面切削、刻削和滑擦三种作用综合效应。磨削中,磨粒自身也由尖锐逐渐磨钝,使切削作用变差,切削力变大。当切削力超过粘合剂强度时,圆钝磨粒脱落,露出一层新磨粒,形成砂轮“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而,磨削一定期间后,需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。 磨削时,由于刀刃诸多,因此加工时平稳、精度高。磨床是精加工机床,磨削精度可达IT6IT4,表
16、面粗糙度Ra可达1.250.01m,甚至可达0.10.008m。磨削另一特点是可以对淬硬金属材料进行加工。因而,往往作为最后加工工序。磨削时,产生热量大,需有充分切削液进行冷却。按功能不同,磨削还可分为外园磨、内孔磨、平磨等五、钻削与镗削 在钻床上,用钻头旋转钻削孔,是孔加工最惯用办法。钻削加工精度较低,普通只能达到IT10,表面粗糙度普通为12.56.3m在钻削后经常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻,铰孔采用铰刀进行加工。铰削加工精度普通为IT9IT6,表面粗糙度为Ra1.60.4m。扩孔、铰孔时,钻头、铰刀普通顺着原底孔轴线,无法提高孔位置精度。镗孔可以较正孔位置。镗孔
17、可在镗床上或车床上进行。在镗床上镗孔时,镗刀基本与车刀相似,不同之处是工件不动,镗刀在旋转。镗孔加工精度普通为IT9IT7,表面粗糙度为Ra6.30.8mm。六、齿面加工 齿轮齿面加工办法可分为两大类:成形法和展成法。成形法加工齿面所使用机床普通为普通铣床,刀具为成形铣刀,需要两个简朴成形运动:刀具旋转运动和直线移动。展成法加工齿面惯用机床有滚齿机、插齿机等。七、复杂曲面加工 三维曲面切削加工,重要采用仿形铣和数控铣办法或特种加工办法。仿形铣必要有原型作为靠模。加工中球头仿形头,始终以一定压力接触原型曲面。仿形头运动变换为电感量,加工放大控制铣床三个轴运动,形成刀头沿曲面运动轨迹。铣刀多采用与
18、仿形头等半径球头铣刀。数控技术浮现为曲面加工提供了更有效办法。在数控铣床或加工中心上加工时,是通过球头铣刀逐点按坐标值加工而成。采用加工中心加工复杂曲面长处是:加工中心上有刀库,配备几十把刀具。曲面粗、精加工,可用不同刀具对凹曲面不同曲率半径,也可选用恰当刀具。同步,可在一次安装中加工各种辅助表面,如孔、螺纹、槽等。这样充分保证了各表面相对位置精度。 八、特种加工特种加工办法是指区别于老式切削加工办法,运用化学、物理(电、声、光、热、磁)或电化学办法对工件材料进行加工一系列加工办法总称。这些加工办法涉及:化学加工(CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械加工(ECMM)、电火花加工(EDM)
19、、电接触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光束加工(LBM)、离子束加工(IBM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料喷射加工(AJM)、液体喷射加工(HDM)及各类复合加工等。.零件制造工艺过程一、几种概念1、生产过程:从原材料或半成品到成品制造出来各关于劳动过程总和称为工厂生产过程。一台产品生产过程涉及内容有: 1)原材料(或半成品、元器件、原则件、工具、工装、设备)购买、运送、检查、保管; 2)生产准备工作:如编制工艺文献,专用工装及设备设计与制造等; 3)毛坯制造; 4)零件机械加工及热解决; 5)产品装配与调试、性能实验
20、以及产品包装、发运等工作。 提示: 生产过程往往由许多工厂或工厂许多车间联合完毕,这有助于专业化生产,提高生产率、保证产品质量、减少生产成本。2、工艺过程:在生产过程中凡直接变化生产对象尺寸、形状、性能(涉及物理性能、化学性能、机械性能等)以及相对位置关系过程,统称为工艺过程。 工艺过程又可分为锻造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程,本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程;锻造、锻造、冲压、焊接、热解决等工艺过程是材料成型技术课程研究对象。二、机械加工工艺过程(一) 定义: 用机械加工办法直接变化毛坯形状、尺寸和机械性能等,使之变为合格零件过程,称为机械加工工艺过程,又称工艺路
21、线或工艺流程。(二)机械加工工艺过程构成机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列工序构成。工序:指一种(或一组)工人在一种工作地点(如一台机床或一种钳工台),对一种(或同步对几种)工件持续完毕那某些工艺过程,称为工序。它涉及在这个工件上持续进行直到转向加工下一种工件为止所有动作。区别工序重要根据是:工作地点固定和工作持续。工序是构成工艺过程基本单元,也是制定生产筹划、进行经济核算基本单元。工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等构成某些。安装:工件加工前,使其在机床或夹具中相对刀具占据对的位置并予以固定过程,称为装夹。(装夹涉及定位和夹紧两过程) 安装是指工件通过一次装夹后所完毕那一某些工序。工位
22、:工位是指在一次装夹中,工件在机床上所占每个位置上所完毕那一某些工序。 采用多工位加工,可提高生产率和保证被加工表面互相位置精度。工步:当加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变状况下所完毕那某些工序,称为工步。工步是构成工序基本单元。为了提高生产率,常惯用几把刀具同步加工几种表面,这样工步称为复合工步。走刀:走刀(又称工作行程)是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完毕那某些工作。每个工步可涉及一次走刀或几次走刀。(三)机械加工工艺过程与生产类型 不同生产类型,其生产过程和生产组织、车间机床布置、毛坯制造办法、采用工艺装备、加工办法以及工人纯熟限度等均有很大不同,因而在制定工艺路线时必要明
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