机械加工质量、切削运动教学课题.docx

机械加工质量切削运动教学课题目的要求掌握加工质量的评价要求清楚加工精度和表面质量等概念掌握切削加工中运动情况及切削三要素教学重点切削加工中运动情况及切削三要素教学难点切削三要素教学方法多媒体教学教学课时授课时间认识课本知识体系了解本课程掌握内容引入课程学习通过课本目录了解本教材各章节知识内容回顾已学内容让学生头脑中形成知识体系机械制造基础内容包括工程材料热加工技术公差与配合机械加工技术等多门专业知识作为机械制造技术课程我们主要学习掌握的是热加工技术与机械加工技术第七八章即是机械加工技术的主要内容第一章金属切削加工基本知识提问通过以往所接触到的专业知识和工学交替实习经历大家见到过哪些制造加工方法大家所了解的一些加工方法哪些应该是属于金属切削加工金属切削加工的定义利用工件和刀具之间的相对切削运动用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层从而获得具有一定加工质量零件的过程通过金属切削加工的定义描述我们可见理解零件加工质量的概念掌握切削运动和金属切削刀具的基本知识认识金属切削过程的基本规律是学习金属切削加工的基本内容观看各种切削加工方法的图片了解车刨铣磨钻镗等加工方法具体第八章学习只需引出通过不同的加工方法来达到金属切削加工的目的提问金属切削加工有何目的金属切削加工的目的使被加工零件的尺寸精度形状和位置精度表面质量达到设计与使用要求现代机械制造中除少数采用精密铸造精密锻造粉末冶金和工业塑料压制而成等方法直接获得零件外绝大多数机械零件要靠切削加工成形那切削加工具有哪些特点呢切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛且可获得高的加工精度和低的表面粗糙度目前可达切削加工零件的材料形状尺寸和重量的范围大切削加工的生产率高只在少数特殊场合其生产率低于精密铸造精密锻造和粉末冶金等方法切削过程中存在切削力刀具和工件均需要有一定强度和刚度且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度由于前三个特点和生产批量等因素制约绝大多数机械零件要靠切削加工成形切削加工的发展方向加工设备朝着数控技术精密和超精密高速和超高速方向发展分别达到和向原子级加工逼近刀具材料朝超硬刀具材料方向发展陶瓷聚晶金刚石切削速度每分钟数千转生产规模由目前小批量和单品种大批量向多品种变批量的方向发展加工质量为了保证机电产品的质量设计时应对零件提出加工质量的要求机械零件的加工质量包括加工精度和表面质量两方面它们的好坏将直接影响产品的使用性能使用寿命外观质量生产率和经济性加工精度经机械加工后零件的尺寸形状位置等参数的实际数值与设计理想值的符合程度称为机械加工精度简称加工精度实际值与理想值相符合的程度越高即偏差加工误差越小加工精度越高机械加工精度包括尺寸精度形状精度和位置精度尺寸精度零件的直径长度表面距离等尺寸的实际数值与理想数值相接近的程度形状精度加工后零件上的线面的实际形状与理想形状的符合程度位置精度加工后零件上的点线面的实际位置与理想位置的符合程度零件图上对被加工件的加工精度要求常用尺寸公差形状公差和位置公差来表示什么是公差回顾相关知识公差实际参数值的允许变动量对于机械制造来说制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数使其变动量在一定的范围之内以便达到互换或配合的要求举例螺栓与螺母几何参数的公差有尺寸公差形状公差位置公差等尺寸公差指允许尺寸的变动量等于最大极限尺寸与最小极限尺寸代数差的绝对值形状公差指单一实际要素的形状所允许的变动全量包括直线度平面度圆度圆柱度线轮廓度和面轮廓度个项目位置公差指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量它限制零件的两个或两个以上的点线面之间的相互位置关系包括平行度垂直度倾斜度同轴度对称度位置度圆跳动和全跳动个项目国家标准形状和位置公差中规定形状和位置公差共有个项目如课本页表格所示公差表示了零件的制造精度要求反映了其加工难易程度通过一个简单的零件图进一步了解公差与加工精度表面质量零件的机械加工质量不仅指加工精度而且包括加工表面质量机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面它存在着不同程度的表面粗糙度冷硬裂纹等表面缺陷虽然只有极薄的一层几微米几十微米但都错综复杂地影响着机械零件的精度耐磨性配合精度抗腐蚀性和疲劳强度等从而影响产品的使用性能和寿命因此必须加以足够的重视加工表面质量主要是指零件加工后的表面粗糙度以及表面层材质的变化表面粗糙度表面粗糙度是指在切削加工中由于刀痕塑性变形振动和摩擦等原因会使加工表面产生微小的峰谷这些微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度表面粗糙度对零件的耐磨性抗腐蚀性和配合性质等有很大影响它直接影响机器的使用性能和寿命一般来说零件的表面粗糙度越小零件的使用性能越好寿命也越长但零件的制造成本也会相应增加表面层材质的变化是指零件加工后在表面层内出现不同于基体材料的力学冶金物理及化学性能的变质层具体表现为加工硬化金相组织变化残余应力产生热损伤疲劳强度变化及耐腐蚀性下降等在确定零件加工精度和表面粗糙度时总的原则是在满足零件使用性能要求和后续工序要求的前提下尽可能选用较低的精度等级和较大的表面粗糙度值表面质量对零件使用性能的影响见图详细列明可以举以下几个影响为例讲一讲表面粗糙度对零件耐磨性的影响表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大接触表面的实际压强增大粗糙不平的凸峰相互咬合挤裂切断故磨损加剧表面粗糙度太小也会导致磨损加剧因为表面太光滑存不住润滑油接触面间不易形成油膜容易发生分子粘结而加剧磨损表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关载荷加大时磨损曲线向上向右移动最佳表面粗糙度值也随之右移表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化一般能提高零件的耐磨性因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高塑性降低减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形并非冷作硬化程度越高耐磨性就越高这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松在相对运动中可能会产生金属剥落在接触面间形成小颗粒使零件加速磨损表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度越大抗疲劳破坏的能力越差对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大在交变载荷作用下表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中产生疲劳裂纹表面粗糙度值越小表面缺陷越少工件耐疲劳性越好反之加工表面越粗糙表面的纹痕越深纹底半径越小其抗疲劳破坏的能力越差表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度残余应力有拉应力和压应力之分残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力延缓疲劳裂纹的扩展从而提高零件的疲劳强度表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度密封性和测量精度对滑动零件可降低其摩擦系数从而减少发热和功率损失切削运动以提问的形式引出金属切削加工要切除工件上多余的金属形成已加工表面必须具备两个基本条件切削运动和刀具切削运动的复杂程度将影响机床的结构刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度同时也会促进刀具材料刀具制造工艺的发展切削运动切削加工时为了获得各种形状的零件刀具与工件必须具有一定的相对运动我们将这种相对运动为切削运动切削运动按其所起的作用可分为主运动由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动它使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料使被切削层转变为切屑从而形成工件的新表面在切削运动中主运动速度最高耗功最大是切下切屑所必须的基本运动提问车削时主运动是什么工件的回转运动刨削时主运动是什么刀具的往复直线运动主运动方向切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向切削速度切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度进给运动由机床或人力提供的运动它使刀具与工件间产生附加的相对运动进给运动将使被切金属层不断地投入切削以加工出具有所需几何特性的已加工表面进给运动可由刀具完成如车削也可由工件完成如铣削可以是间歇的如刨削也可以是连续的如车削进给运动方向切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向进给速度切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度主运动的运动形式可以是旋转运动也可以是直线运动主运动可以由工件完成也可以由刀具完成主运动和进给运动可以同时进行也可以间歇进行主运动通常只有一个而进给运动的数目可以有一个或几个主运动和进给运动的合成当主运动和进给运动同时进行时切削刃上某一点相对于工件的运动为合成运动常用合成速度向量来表示如图所示工件表面切削加工过程中在切削运动的作用下工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑从而加工出所需要的新的表面在新表面形成的过程中工件上有三个依次变化着的表面绘制简图要求学生思考它们分别是待加工表面即将被切去金属层的表面切削表面切削刃正在切削而形成的表面切削表面又称加工表面或过渡表面已加工表面已经切去多余金属层而形成的新表面切削用量切削速度在切削加工时切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离单位为或主运动为旋转运动时切削速度计算公式为式中工件直径工件或刀具每分秒钟转数或主运动为往复运动时平均切削速度为式中一往复运动行程长度一主运动每分钟的往复次数往复次数进给量进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量车削时进给量的单位是即工件每转一圈刀具沿进给运动方向移动的距离刨削等主运动为往复直线运动其间歇进给的进给量为双行程即每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离单位时间的进给量称为进给速度背吃刀量切削深度背吃刀量是指主刀刃工作长度在基面上的投影沿垂直于进给运动方向上的投影值以外圆车削为例讲解课后习题教学总结