机械制造行业机械认识与参观.docx
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机械制造行业机械认识与参观
机械工程概论
实验指导书
江苏大学工业中心机制实验室
二00五年一月
《机械认识与参观》实验指导书
《切削原理、刀具、夹具》现场教学
一实验目的
通过现场讲解和观察各种模型,使学生初步了解《机械工程基础》中各个基本知识点,为今后进入专业基础课和专业课的学习提供工程感性认识,也使学生初步认识到各门课程之间学习内容的相关性和系统性。
二实验教具
包含切削原理、刀具、夹具模型的陈列柜共13个。
三实验内容
本实验内容主要按照现有陈列柜摆放顺序和参观路线进行编写。
【第1个陈列柜】
一车床刀具及车削运动
1、常用车刀
1)45°偏刀:
主要用于加工轴类工件的外圆、端面和倒角。
2)螺纹车刀:
根据刀头形状,主要加工各种螺距的三角形、梯形等外螺纹。
3)割断刀:
用于切断轴类工件。
4)成形刀:
根据成形面设计刀刃几何形状。
5)90°偏刀:
主要用于加工轴类工件的外圆、轴肩等。
6)75°偏刀:
主要用于加工轴类工件的外圆、端面和倒角。
7)可转位车刀:
一处刀刃磨损,通过转位,利用另外一处刀刃完成加工。
8)镗刀:
主要用于精加工内孔,包括盲孔。
2、切削分力分析示意模型
1)切削加工时,工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力,称为切削力。
2)切削力来源:
一是三个变形区产生的弹性和塑性变形抗力;二是切屑、工件与刀具之间的摩擦力。
3)根据测量和计算的需要,通常把切削力按照主运动速度方向、切深方向和进给方向分解成三个相互垂直的分力,分别是切向力Fz、径向力Fy和轴向力Fx。
4)其中,切向力Fz是三个分力中最大的一个力,它消耗了切削总功率的95%左右,是设计与使用刀具的主要依据。
3、主平面、辅助平面判断示意模型
1)主平面指刀具自身具有的几何面,比如车刀的前刀面、后刀面和副后刀面。
2)为了便于确定刀具上的各个几何角度,人为规定了多个辅助平面,比如基面、主切削平面、副切削平面和主剖面等。
3)刀具的角度包括标注角度、工作角度和刃磨角度。
4、切屑流出与刀刃几何角度关系
1)在现代切削加工中,控制切屑形状和流出方向对正常生产和人身安全具有重要的影响。
2)切屑流向工件方向,人身较安全,但容易影响已加工表面的粗糙度;反之,切削背离工件流出,结果相反。
3)切屑的形状主要取决于刀具的前角、主偏角,切屑的流出方向取决于刃倾角的大小和正负值。
5、车刀的各种类型
1)成形刀:
根据加工的成形面设计刀刃的几何形状。
2)切断刀:
割断轴类工件。
3)滚花刀:
外圆表面滚花,有直纹、花纹等形状,常用于把手类工件。
二刨削刀具及用途
1、滚齿刀:
通常在滚齿机上批量加工各种模数的渐开线形状的齿轮。
2、插床插刀:
比较适合于在插床上加工内孔键槽、内方孔等。
3、插齿机用插齿刀:
比较适合于加工双联或多联齿轮的批量生产。
4、刨刀:
根据工件形状和工艺要求,设计各种类型刀口的刨刀。
5、刨刀加工用途示例:
1)刨削单侧燕尾槽
2)刨削台阶斜面
3)刨削大斜面
4)刨削双燕尾槽
5)刨削V型槽
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【第2个陈列柜】
一钳工刀具及应用
1、麻花钻切削平面角度标注
可以参照车刀几何角度的标注,认为麻花钻切削部分类似由两把车刀和一条横刃组成。
初步认识其螺旋角、锋角、主偏角、前角、后角和端面刃倾角等。
2、钻头各种类型
所有钻头都由切削部分、导向部分、颈部和连接柄部组成,根据结构和用途不同,可分为扁钻、麻花钻、深孔钻和中心钻,为提高加工效率和特殊孔的需要,常改进为多级钻和群钻。
3、扩孔钻:
半精加工孔或者作为铰孔的预加工孔。
4、丝锥:
加工内螺纹的标准刀具,有手用丝锥和机用丝锥。
5、板牙:
常用于加工普通外螺纹和圆锥外螺纹。
6、铰刀:
1)作用:
可以用作孔的精加工,也可用于磨孔或研孔前的预加工。
2)分类:
包括直柄铰刀、锥柄铰刀、可调节手用铰刀、机用铰刀、硬质合金机用铰刀、各种锥度铰刀。
7、钳工用錾子:
1)作用:
錾削是用手锤打击錾子对金属工件进行切削加工的方法,用于去除凸缘、毛刺、分割材料、錾油槽等。
2)分类:
包括扁錾、尖錾和油槽錾。
8、钳工用刮刀:
1)作用:
刮削是对工件表面去除很薄一层金属的方法,常用于加工机床导轨面、重要工件的接触面,可以达到很高的尺寸精度和形位精度。
2)分类:
包括三角刮刀、平口刮刀和曲面刮刀。
9、锪钻:
常用在钻床和车床上,加工沉孔、锥孔、凸台面等
10、拉刀:
在拉床上用来加工各种形状的通孔,适于批量生产。
二铣削刀具及应用
铣刀是刀齿分布在旋转表面上或断面上的多刃刀具。
铣刀的种类很多,常见的有以下类型:
1、端铣刀:
常用于高速铣削大平面,加工效率高,分焊接式和机夹式。
2、V型槽铣刀
3、指状铣刀:
常用于模具加工。
4、平面铣刀:
也称圆柱铣刀,加工大的平面。
5、铲齿成形铣刀
6、铣燕尾槽专用刀
7、立铣刀:
加工小平面。
8、键槽铣刀:
加工轴类键槽。
9、锯片铣刀:
常用于铣削小沟槽或切断工件。
10、三面刃铣刀:
包括整体式和镶片式。
三铣削加工示例
铣刀是一种多齿刀具,同时参加切削的齿数较多,适宜切削平面、阶台面、沟槽、成形表面及切断等,效率较高。
铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀,它的切削基本规律与车削相似,但铣削是断续切削,切削厚度和切削面积随时变化,所以铣削具有特殊的规律。
1、铣凸圆弧台阶
2、铣凹圆弧
3、铣侧平面
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【第3个陈列柜】
一磨具及其加工
为了适应在不同类型的磨床上磨削各种形状和尺寸的工件的需要,砂轮有许多形状和尺寸,常见的有以下几种:
1、平形砂轮:
主要可以磨削外圆、内孔、无心磨等。
2、双斜边砂轮:
主要可以磨削齿轮和螺纹。
3、小角度单斜边砂轮:
主要磨削刀具角度用。
4、单斜边砂轮:
主要磨削刀具角度用。
5、单面凹砂轮:
可以磨削外圆、内孔、平面。
6、双面凹砂轮:
可以磨削外圆,无心磨的砂轮和导轮,刃磨车刀后刀面。
7、薄片砂轮:
主要用于切断和开槽。
8、蝶形砂轮:
主要刃磨刀具前刀面。
9、双面凹带锥砂轮:
主要磨削外圆兼磨两端肩部。
10、筒形砂轮:
用于立式平面磨床上。
11、碗形砂轮:
刃磨刀具或用在导轨磨上磨削机床导轨。
12、蝶形砂轮:
用于刃磨刀具的刀面,也可磨削齿轮的齿面。
13、磨园角轴肩砂轮
14、圆形磨头
15、三阶梯砂轮
16、杯形砂轮:
常用于磨削刀具的后刀面。
17、砂瓦类型:
1)双弧面砂瓦
2)扇形砂瓦
3)弧面砂瓦
4)梯形砂瓦
二砂轮磨削的运用
磨削是机械加工中仅次于车削的常用的一种切削方法,应用范围很广,用于磨削刀具难于切削的高硬、超硬材料;能磨削外圆、内孔、平面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形面等各种表面,实现精加工或超精加工。
1、磨削成形凹形槽
2、磨削内孔
3、磨削花键
4、磨削外圆
5、磨削平面
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【第4个陈列柜子】
一机床常用附件夹具
机床附件一般作为标准配置,在单件、小批生产和修配中具有实用意义。
1、莫氏锥套
作为机床和刀具的连接,已经标准化,常有莫氏1#、2#、3#、4#、5#锥套。
2、顶尖:
顶尖是机床上直接与工件接触的定位件,常用于装夹轴类零件,保证同轴度要求,死顶尖与主轴锥孔、尾座套筒皆以莫氏圆锥牢固连接,没有丝毫可动的缝隙。
常用的死顶尖有:
1)圆球顶尖
2)死顶尖90
3)大头顶尖(短锥面)
4)大头顶尖(长锥面)
3、活动顶尖
活动顶尖在自身结构间隙内可动,还不影响工件加工精度,适合与高速加工,但定位精度和刚性不如死顶尖。
4、钻夹头
可以夹持直柄钻头、直柄立铣刀、直柄键槽铣刀等。
5、内球面顶尖:
通过和外球面接触来支承工件。
6、平面顶尖:
通过和端面接触来支承工件。
7、台虎钳
1)工作原理:
通过丝杆螺母机构,改变固定钳口和移动钳口的距离,可以夹持不同厚度的工件。
2)用途:
一般安装在钳工工作台上,用来夹持工件进行锯料、修锉、錾削、攻丝等钳工工作。
8、四爪卡盘
1)工作原理:
通过四个各不相关的卡爪,每个爪后面有一半瓣内螺纹与丝杆啮合,丝杆一端有一方孔,用来安放扳手。
2)优点:
可以夹持椭圆形、方形等异形工件并对其找正。
3)缺点:
找正麻烦、费时。
二铣削用途
铣削加工是在铣床上利用铣刀对工件进行切削加工,铣刀是一种多刃刀具,同时参加切削的刀刃总长度较长,切削时刀具作旋转运动,可以使用较高的切削速度,铣削也是金属切削加工的主要方法,可以进行以下加工:
1、铣沟槽
2、铣台阶面
3、铣齿轮
4、铣圆弧槽
5、铣特形面
6、铣T形槽
7、铣螺旋槽
8、铣轴类键槽
9、切断工件
10、铣V形槽
11、双刀组合铣台阶
12、铣燕尾槽
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【第5个陈列柜】
一平面加工方法
1、平面铣刀
2、用45°车刀车削端面
3、用90°车刀车削端面
4、铣削平面
5、横向磨削法
6、纵向磨削法
7、台阶磨削
8、砂带磨削
9、刨削垂直面
10、刨削平面
11、刨削斜面
12、刨沟槽
二外圆和内孔加工法
1、车削圆柱面
2、车削圆锥面
3、切断刀割断工件
4、铰刀加工孔
5、磨削外圆
6、无心磨床磨削轴类
7、磨削成形面
8、磨削花键
9、拉刀拉内花键
10、铰刀加工内孔
11、镗内孔
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【第6个陈列柜】
一螺纹类型
螺纹从功能和用途来分有联结螺纹与传动螺纹之分;有左旋、右旋之分;有粗、细牙之分;有单线螺纹和多线螺纹之分;从牙型剖面形状分有以下类型:
1、三角螺纹
2、锯齿螺纹
3、圆锥螺纹
4、管螺纹
5、梯形螺纹
6、方牙螺纹
7、滚珠螺纹
二螺纹加工法
联接螺纹应用面广量大,以三角牙形小螺距为主,一般精度不高,但要求有较高生产率。
使用的刀具有丝锥、板牙、螺纹滚压工具以及车刀、梳刀等。
传动螺纹以梯形大螺距为主,一般精度要求较高,使用的刀具有车刀、旋风铣刀盘、盘形铣刀、拉式丝锥等,也可用滚压工艺冷挤成形。
1、搓丝法
2、滚丝
3、板牙套丝
4、丝锥加工内螺纹
5、板牙加工外螺纹
6、磨削螺纹
7、车削蜗杆
8、旋风法切削螺纹
三零件加工方法
1、磨削内孔
2、在立式磨床进行多件磨削
3、在卧式磨床进行多件磨削
4、在立式磨床上磨削平面
5、在卧式磨床上磨削平面
6、磨削外圆弧面多件磨削
7、车外螺纹机床模型
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【第7个陈列柜】
一切削原理模型
1、车刀的三个辅助平面
刀具角度是确定刀头几何形状与切削性能的重要参数,确定刀具角度需要选择合理的参考坐标系,而刀具坐标系平面是以刀具结构为基础,需要考虑刀具的安装定位面及假定的切削运动方向。
而常用的主剖面系坐标是由以下三个平面组成的:
1)切削平面
2)基面
3)主剖面(正交平面)
2、切削力的分解模型
根据测量和计算的需要,通常把切削力按照主运动速度方向、切深方向和进给方向分解成三个相互垂直的分力,分别是切向力Fz、径向力Fy和轴向力Fx。
1)Pz
2)Py
3)Px
3、积屑瘤
1)形成原因:
在切削塑性金属材料时,在切削速度不高时常有一些从切屑和工件上带来的金属“冷焊”在前刀面上,靠近切削刃处形成一个堆积的小楔块。
2)产生后果:
当积屑瘤长大到突出于切削刃之外时,改变了切削几何角度,影响已加工表面,并且一般情况下,积屑瘤不稳定,容易断裂和脱落,使切削过程变得不稳定。
2)影响因素:
影响积屑瘤的主要因素有工件材料、切削速度、进给量、前角、冷却液等。
4、车削外圆的方法
5、常用车刀类型(前面已介绍)
6、刃倾角的类型
1)正
2)负
3)零
刃倾角可以认为是切削平面中测量的前刀面与基面的夹角,即把刃倾角当作切削平面中的前角,判断方法:
观察刀尖和切削刃上任意一点到车刀底面距离,刀尖处于最高点,刃倾角为正;刀尖处于最低点时,刃倾角为负。
7、刃倾角对切屑流出方向的影响
在负刃倾角影响下,致使切屑流向已加工表面;在正刃倾角影响下,会使切削流向待加工表面。
8、切屑形状
根据切削层变形特点和变形后形成切屑的外形不同,通常将切屑分为以下四类:
a)粒状
b)节状
c)带状
d)崩碎状
不同切屑形状会影响切削的效果。
二轴类零件加工原理
1、常见轴的分类
1)曲轴
2)轴上铣键槽
3)传动轴
4)光轴:
有5个常见类型
5)齿轮轴
6)卷筒轴
7)花键轴
8)输出轴
9)磨床主轴
10)机床主轴
11)带有多处键槽的传动轴
2、阶梯轴常见加工工序:
1)下料:
锻坯或棒料
2)车外圆,端面打中心孔
3)车出其它外圆
4)铣键槽
5)热处理
6)磨外圆
7)倒角、去毛刺
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【第8个陈列柜】
一齿轮加工方法
1、常见工序
i.制造毛坯:
模锻或直接锯棒料;
ii.车毛坯
iii.钻孔
iv.拉内花键
v.精车内孔
vi.铣齿
vii.插齿:
常用于加工双联齿轮
viii.齿形端面倒角
ix.在滚齿机飞刀
10)装配内花键
2、其它说明
二分离式箱体加工方法
分离式箱体的结构较复杂,加工表面多,其主要加工表面是平面和孔。
通常平面的加工精度较易保证,而精度较高的支承孔以及孔与孔之间、孔与平面之间的相互位置精度则较难保证,成为加工中的关键工序。
1、主要工序
1)铸造箱体:
分别制造出箱盖、底座木模,造型,浇注,清砂,时效处理;
2)箱体划线
3)粗刨
4)精刨
5)刨平分合面
6)钻孔
7)合箱,镗轴承孔
8)箱座底面钻连接孔
9)箱体上所有的螺纹孔
10)清洗、检验,主要项目:
外观、粗糙度、孔尺寸、分合面的几何精度、孔系尺寸及其位置精度;
11)装配
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【第9个陈列柜】
一机床夹具及其用途
夹具是保证在机床上与刀具间正确的相对位置,由于工件未安装前已预先调整好,所以在加工一批工件时,不必再逐个找正定位,就能保证加工的技术要求,在成批和大量生产中广泛使用。
夹具在机械加工中的作用主要有:
一是保证加工精度,降低工人等级;二是提高劳动生产率和降低加工成本;三是扩大机床工艺范围。
夹具有夹具体、定位元件、夹具元件、引导元件、分度元件等组成。
夹具按照夹具的应用范围,可分为:
通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和成组夹具等;如果按照所配机床名称,可以分为:
钻床夹具、车床夹具、铣床夹具、磨床夹具等等。
以下为常见的夹具模型:
1、钻床夹具
1)定位方法
2)钻模板
3)压紧方法
4)钻套
2、车床改拉床的模型
3、车床夹具
二工件定位的基本要求
1、工件的六点定位原则
工件定位的目的是使工件在机床上占有正确位置,也就是使它相对于刀具刀刃有正确的相对位置。
任一个刚体如果没有任何约束,在空间有六个自由度,要使工件在机床上完全定位,就必须限制它在空间的这六个自由度,这就是工件的“六点定位原则”。
2、支承钉
常作为工件平面定位的三点支承或侧面支承,其结构形式有平头A、圆头B、网纹顶面C三种。
3、支承板ABC
支承板多用于工件上已加工平面的定位。
一般说来,支承钉用于较小平面,支承板用于较大平面,有时可以用一个支承板代替二个支承钉。
支承板的结构形式有A、B、C三种。
4、平面零件的定位方式
常采用支承钉、支承板来限制工件的自由度。
5、轴类零件的定位,以铣键槽为例
6、圆柱体定位方法
工件以外圆定位,常采用V形块、圆孔或半圆孔、自动定心机构(如三爪卡盘、弹簧夹套等)
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【第10个陈列柜】
一工件的夹紧方法
机械加工中,工件的定位和夹紧是相互联系的两个工作过程,工件完成正确定位后,必须采用一定的装置将其压紧夹牢,防止在加工过程中由于重力、切削力和离心力等外力的作用而产生位移或振动。
1、夹紧装置设计的基本要求:
1)在夹紧过程中能保持定位时所获得的正确位置;
2)夹紧可靠稳定、操作方便安全;
3)复杂程度与工件的生产批量相适宜,结构上尽可能采用标准元件。
2、夹紧力三要素:
大小、方向和作用点。
1)夹紧力方向选择应考虑:
一是夹紧力作用方向应有利于工件的准确定位,而不能破坏定位。
二是夹紧力作用方向应使工件夹紧变形小。
三是夹紧力作用方向应有利于减少夹紧力。
2)夹紧力作用点选择时应考虑:
一是夹紧力作用点不能引起工件产生位移和偏转。
二是保证使夹紧变形最小。
三是让夹紧力作用点应尽量靠近加工部位。
3、生产实践中常用的基本的夹紧机构有以下类型:
1)螺旋压板夹紧机构
2)端面斜楔夹紧机构
3)快速螺旋夹紧机构
4)圆偏心轮夹紧机构
二定心夹紧机构
定心夹紧机构是一种特殊的夹紧机构,同时能实现定位和夹紧,在这种夹紧机构上与工件定位基准相接触的元件,既是定位元件,又是夹紧元件。
定心夹紧机构就其各自实现定心和对中的工作原理而言,常有以下两种类型:
一是按定位夹紧元件的等速移动或转动原理实现定心或对中夹紧;二是按定位-夹紧元件均匀弹性变形原理实现定心夹紧。
以下三种为生产中经常运用的定心夹紧机构:
1、车偏心零件时采用的弹簧夹头结构
2、楔式夹爪自动定心机构
3、虎钳式定心夹紧机构
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【第11个陈列柜】
一夹具常用的传动装置
以上介绍的手动夹紧机构,使用时比较费力费时,现代生产中为了改善劳动条件和提高生产效率,特别在大批量生产中均采用气动、液压、电磁、真空等动力装置,来代替人力夹紧。
1、气液增压器结构与原理
2、电磁吸盘夹紧原理
3、真空夹紧工作原理
4、车夹具气动回路布局图
二专用夹具设计方法
1)根据夹具设计任务,消化加工工件的图纸和工艺文件;
2)选择合理的定位方案,选择定位方法和元件;
3)选择合理的夹紧机构;
4)选择合理的与机床连接结构;
5)选择合理的和刀具的对定元件;
6)绘制夹具装配图;
以下为生产实际中经常使用的各种夹具:
1、多件联动夹紧铣床夹具
2、双向作用的偏心夹紧机构
3、带快速装置的斜楔夹紧机构
4、四点联动夹紧机构
5、偏心轴夹紧机构
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【第12个陈列柜】
一气动夹紧实例
它是一种使用压缩空气为动力的一种夹紧传动装置,压缩空气通过泵站传出,通过空气除水滤清器,去除水分和杂质;后经润滑器,使空气与雾化的润滑油混合,再经调压阀、单向阀、分配阀,进入夹具的工作腔。
以下为生产中运用较为广泛的气动夹具实例:
1、双臂双作用铰链夹紧机构
2、多件平行联动夹紧铣床夹具
3、气动斜楔夹紧机构
4、双臂单作用铰链夹紧机构
二分度装置
分度装置是指当加工好一个表面后,在不松开工件的情况下,能使工件与夹具上的活动部分一起转过一定角度或移动一定距离,从而实现风度要求的装置,分度装置一般分为回转式分度装置和直线移动式分度装置。
1、分度对定机构常见类型
1)钢球对定
2)圆柱销对定
3)削边销对定
4)锥销对定
5)双斜面楔形销对定
6)单斜面楔形槽对定
7)正多面体对定
8)滚柱对定
2、加工圆周等分工件实例
1)加工工件2个槽均布
2)加工工件4个槽均布
3)加工盘类工件6孔等分均布
3、在夹具中的运用实例
1)带分度装置的钻床夹具
2)主轴分度铣床夹具
3)带分度车床夹具
4、直线分度加工工件实例
1)加工工件4个孔等距分布
2)加工工件5个矩形槽等距分布
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【第13个陈列柜】
一典型组合夹具
1、组合夹具的概念、优点
1)组合夹具是机床夹具中一种标准化、系列化和通用化程度较高的工艺装备,它预先通过制造好的高度标准化的各种元件,利用这些元件经过数小时的组装就能成为满足产品要求的成套夹具。
2)组合夹具最适用于新品试制和小批生产,具有生产准备周期短、生产效率高的优点。
3)当然组合夹具也有缺点,因为它由许多具有互换的标准元件组合而成的,与针对特定工件的某一工序设计的专用夹具相比,显得重量大、体积大。
2、常用元件,通常分为8大类
1)基础件:
是组合夹具中最大的元件,通常用于作为夹具的基础。
2)支承件:
是组合夹具中的骨架元件,起到上下连接的作用。
3)定位件:
保证夹具中各元件的定位精度和连接强度。
4)导向件:
保证切削刀具的正确位置。
5)压紧件:
用于保证工件定位后的正确位置。
6)紧固件:
用于连接组合夹具中各种元件及紧固被加工工件。
7)其它件:
指起辅助作用的元件。
8)合件:
由若干零件装配而成,用于扩充组合夹具的使用范围。
3、孔系组合夹具实例
组合夹具通常包括槽系和孔系两个系统。
槽系指组合元件主要靠槽来定位和紧固;而孔系是指组合夹具元件主要靠孔来定位和紧固。
二现代机床夹具发展方向
随着制造业的快速发展,产品的不断更新换代,对生产中需要的夹具在保证产品质量、缩短生产准备时间、提高效率方面提出了更高的要求,对先进的机床夹具的要求为:
1)能够迅速而又方便地装备新产品的生产线;
2)能用来加工不是一种而是多种不同的零件;
3)在中、小批生产中,具有较高的效率。
以下为生产中运用较多的先进的夹具:
1、钻床半自动化夹具
2、模块化设计的钻模
3、模块化的铣镗夹具
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四实验报告
1、通过本次现场教学,你有何心得?
对实验方法有何建议?
2、通过观察各种模型,指出你感兴趣模型的工作原理和改进方法?
(建议指出不少于2个)。
3、填写实验思考题:
1)车刀常用的标注角度有、、、
和。
2)切削力按照主运动速度方向、切深方向和进给方向分解成三个相互垂直的分力,它们是、和。
3)影响切屑流出方向主要的刀具角度是。
4)写出常见的铣刀类型:
、、、
、。
5)丝锥是用来加工的刀具;
板牙是用来加工的刀具;
铰刀是用来加工的刀具。
6)磨削主要是用来加工材料,
可以用来磨削外圆、等范围。
7)常见内孔精加工的方法有:
、、
和。
8)螺纹常用的加工方法有:
。
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