机械制造学习笔记

一、切削加工、切削运动的基本概念及刀具切削过程

1. 切削加工：

   • 定义：切削加工是利用切削刀具对工件进行切削，以去除多余材料并得到所需形状和尺寸的加工方法之一。
   • 应用：广泛应用于金属加工、木材加工、塑料加工等领域，是制造业中重要的加工方式之一。

2. 切削运动的基本概念：

   • 主切削运动：指刀具相对于工件的主要运动，包括主轴旋转和进给运动。
   • 主轴旋转：刀具固定在主轴上旋转，产生相对于工件的切削速度。
   • 进给运动：工件或刀具在切削过程中相对于彼此的相对运动，包括工件的进给运动和刀具的进给运动。

3. 刀具切削过程：

   • 切削力：切削过程中，刀具对工件施加的力，包括切削力、推进力和辅助力等。
   • 切削区：刀具与工件接触区域，包括刀具前沿、刀具侧面和切屑形成区。
   • 切削过程：刀具在切削区域与工件接触，通过切削运动将工件材料切削或剪切下来，形成所需形状。
   • 切屑：切削过程中由工件材料切削或剪切下来的废屑，随着刀具运动离开切削区域。

二、车刀组成以及刀具几何角度的标注与分析

1. 车刀组成：

   • 刀体：车刀的主体部分，通常由金属制成，用于支撑和夹持刀片，并将切削力传递到工件上。
   • 刀片：固定在刀体上，是实际进行切削加工的部分，通常由硬质合金或高速钢制成。

2. 刀具几何角度的标注与分析：

   • 刀尖半径（R）：刀片切削部分的前端半径，决定切削表面的最小曲率半径，对表面质量有重要影响。
   • 主偏角（α）：刀片前端面与工件表面的夹角，主要影响切削力和切削温度，通常选择合适的主偏角可以降低切削力和切削温度，提高切削效率和刀具寿命。
   • 副偏角（γ）：刀片侧面与刀具进给方向的夹角，影响切削力、切削温度和切削表面质量，通常选择合适的副偏角可以减小切削力和切削温度，提高切削效率和刀具寿命。
   • 刀片后角（β）：刀片背面与刀具进给方向的夹角，用于控制切屑的流动和断裂，对切削过程稳定性和切屑排出有重要影响。
   • 切削角（γ）：刀片切削刃的前沿与工件表面的夹角，直接影响切削深度和切削力大小，通常选择合适的切削角可以提高切削效率和刀具寿命。

三、加工精度和表面质量概念及其影响因素

1. 加工精度：

   • 定义：加工精度是指加工件与设计尺寸或理想几何形状之间的偏差程度，通常用公差来描述。
   • 影响因素：
     • 机床精度：机床的精度直接影响加工件的精度，高精度的机床能够提供更高的加工精度。
     • 刀具质量：刀具的尺寸精度、刃磨质量等会影响加工件的精度。
     • 加工工艺：加工过程中的工艺参数如切削速度、进给速度、切削深度等对加工精度有着重要影响。
     • 加工环境：温度、湿度等环境因素也可能对加工精度产生影响。

2. 表面质量：

   • 定义：表面质量是指加工件表面的光洁度、平整度以及表面缺陷的程度。
   • 影响因素：
     • 切削条件：切削速度、进给速度、切削深度等切削参数的选择会直接影响表面质量。
     • 刀具质量：刀具的几何精度、刃磨质量等会影响加工表面的质量。
     • 工件材料：不同材料的加工性能不同，对表面质量的要求也不同。
     • 切削润滑：良好的切削润滑能够减少切削温度和切削力，有利于提高表面质量。
     • 加工工艺：加工过程中的振动、共振等因素会对表面质量产生影响。

四、各种切削、磨削加工方法工艺特点及应用

1. 铣削（Milling）：

   • 工艺特点：通过旋转刀具在工件上进行切削来形成平面、曲面等复杂形状。可实现高精度的加工，适用于批量生产和加工复杂零件。
   • 应用：广泛用于航空航天、汽车、模具等行业的零部件加工，如轴承座、齿轮等。

2. 车削（Turning）：

   • 工艺特点：利用旋转工件，在刀具的切削下形成旋转体表面的加工方法。适用于生产精度要求较高的轴类零件。
   • 应用：常用于加工轴类零件，如轴、轴承、销轴等。

3. 钻削（Drilling）：

   • 工艺特点：通过旋转刀具在工件上形成圆孔的加工方法。可高效完成孔加工，但表面质量相对较差。
   • 应用：用于加工各种金属、非金属材料的孔加工，如机械零件的螺孔、销孔等。

4. 磨削（Grinding）：

   • 工艺特点：利用磨粒切削工件表面，以获得高精度、高光洁度的加工表面。适用于对表面精度和光洁度要求高的零件加工。
   • 应用：广泛用于模具、汽车零部件、航空零件等高精度零件的加工，如滚子轴承、磨削轮等。

5. 铣磨复合加工（Milling and Grinding Composite Processing）：

   • 工艺特点：将铣削和磨削工艺结合起来，在同一工序中完成加工。可实现高效率、高精度的加工，适用于复杂零件加工。
   • 应用：常用于模具加工、航空零件等对精度和表面质量要求较高的零件加工。

五、各种螺纹、齿形、成形面加工方法及特点

1. 螺纹加工方法：

   • 车削法：

     • 特点：通过车床上的车削刀具，沿着工件轴向切削形成螺纹。适用于粗加工和对螺纹精度要求不高的情况。
     • 应用：常用于一般螺纹的加工，如螺栓、螺母等。

   • 铣削法：

     • 特点：利用铣削刀具沿着螺纹轮廓进行切削形成螺纹，可实现高效加工。
     • 应用：适用于长螺纹和大批量螺纹的加工，如螺柱、导杆等。

   • 攻丝法：

     • 特点：通过攻丝工具在预先加工好的孔中切削形成螺纹。适用于小批量生产和对螺纹精度要求高的情况。
     • 应用：常用于孔螺纹的加工，如机械零件的螺孔。

2. 齿形加工方法：

   • 铣齿法：

     • 特点：利用铣削刀具在工件上切削形成齿形。适用于大模数齿轮和大模数齿条的加工。
     • 应用：常用于齿轮箱、传动装置等机械零部件的制造。

   • 滚齿法：

     • 特点：通过滚刀或滚轮在工件上滚压形成齿形，具有高加工效率和较高的齿形精度。
     • 应用：适用于生产批量较大、精度要求高的齿轮。

   • 成型法：

     • 特点：利用模具或刀具将工件表面冲压、挤压或压制成特定的齿形。适用于成形复杂齿形和非金属工件的加工。
     • 应用：常用于塑料齿轮、橡胶齿条等的生产。

3. 成形面加工方法：

   • 铣削法：

     • 特点：通过铣削刀具对工件表面进行切削，形成所需的成形面。
     • 应用：适用于形状复杂、尺寸精度要求高的成形面加工，如模具、模板等。

   • 磨削法：

     • 特点：利用磨粒对工件表面进行精密切削，可获得高精度、高光洁度的成形面。
     • 应用：常用于对表面精度要求极高的零件加工，如轴承座、导向面等。

六、常见外圆、锥面、内圆、平面、螺纹、齿形等表面加工方案选择

1. 外圆加工：

   • 车削：适用于对外圆直径和精度要求不高的情况。
   • 磨削：适用于对外圆直径和精度要求高的情况，可获得更高的表面质量和精度。

2. 锥面加工：

   • 车削：适用于锥度较小的情况，对锥度精度要求不高。
   • 铣削：适用于锥度较大的情况，可实现高效加工。

3. 内圆加工：

   • 镗削：适用于对内孔直径和精度要求较高的情况。
   • 磨削：适用于对内孔精度和表面质量要求极高的情况。

4. 平面加工：

   • 铣削：适用于平面加工，可以加工出各种形状的平面。
   • 磨削：适用于对平面精度和表面质量要求高的情况。

5. 螺纹加工：

   • 攻丝：适用于小批量生产和对螺纹精度要求不高的情况。
   • 车削：适用于一般螺纹加工，对螺纹精度要求中等的情况。
   • 铣削：适用于长螺纹和大批量螺纹加工。

6. 齿形加工：

   • 铣削：适用于一般齿形加工，可实现高效加工。
   • 滚齿：适用于大批量生产和对齿形精度要求高的情况。

七、零件结构的切削加工工艺性分析、装配工艺性分析

1. 切削加工工艺性分析形：

   • 几何形状分析：分析零件的几何形状和特征，确定加工工艺路线、刀具选择和夹具设计等。

   • 材料性能分析：考虑零件所用材料的硬度、切削性能等特性，选择合适的切削参数和刀具。

   • 加工精度要求分析：根据零件的设计要求和功能需求，确定加工所需的精度和表面质量，并制定相应的加工工艺。

   • 切削力与切削温度分析：预估切削过程中的切削力和切削温度，选择合适的切削速度、进给量和切削深度，以保证加工质量和刀具寿命。

   • 切削工艺路线规划：综合考虑加工工艺性、成本和生产效率等因素，制定最优的切削工艺路线。

2. 装配工艺性分析：

   • 零件尺寸与公差分析：分析零件尺寸和公差，确定装配间隙和配合尺寸，保证装配精度和功能性。

   • 零件间配合分析：分析零件之间的配合方式，选择合适的装配工艺，如插接、螺纹连接、焊接等。

   • 装配顺序与方法分析：制定合理的装配顺序和方法，考虑装配的可行性、安全性和效率，确保装配过程顺利进行。

   • 检测与调试分析：规划装配后的检测与调试工序，确保产品装配质量符合设计要求。

   • 故障分析与改进：分析装配过程中出现的问题和故障，提出改进措施，优化装配工艺。

八、工件的安装、六点定位原理分析

1. 工件的安装：将待加工工件正确、稳定地固定在加工设备上，以保证加工过程中工件的位置和姿态不变。工件安装的关键在于选择合适的夹具和安装方法，常见的安装方法包括：

   • 夹具选择：根据工件的形状、尺寸和加工需求选择合适的夹具，如机械钳、弹簧夹具、气动夹具等。

   • 夹紧方式：采用合适的夹紧方式固定工件，如机械夹紧、液压夹紧、气动夹紧等，确保工件不会在加工过程中移动或变形。

   • 位置调整：通过调整夹具或使用辅助装置，确保工件的位置、姿态和相对位置符合加工要求。

   • 夹具设计：设计夹具时考虑工件的加工表面和加工工序，确保夹具能够有效固定工件并提供良好的加工接触面。

   • 安全保障：在安装工件时，确保夹具夹紧力合适、稳固可靠，避免因夹具失效导致工件脱落或损坏。

2. 六点定位原理：是一种常用的工件定位方法，通过在工件上选择六个位置点，使工件与加工设备的定位系统之间建立起六个定位关系，从而实现工件的准确定位。这六个定位关系包括：

   • 平面定位：通过三个定位点使工件与加工台面建立平面接触关系，确定工件的平面位置。

   • 轴向定位：通过两个定位点确定工件的轴向位置，保证工件与加工设备的轴线对齐。

   • 高度定位：通过一个定位点确定工件的高度位置，确保工件与加工设备的高度一致。

九、粗基准和精基准的选择原则

1. 功能需求：首先要考虑零件的功能需求以及对加工精度的要求。如果零件对精度要求较高，需要选择精度较高的精基准；如果对精度要求相对较低，可选择粗基准。

2. 加工工艺：考虑到加工工艺的不同，对基准的选择也有所影响。在粗加工阶段，通常会选择更为稳定、易于加工的粗基准，而在精加工阶段，则需要选择更为精确、稳定的精基准。

3. 成本考量：精基准的制造成本通常高于粗基准，因此需要综合考虑制造成本和产品质量之间的平衡。在确保产品质量的前提下，尽量选择成本更低的基准。

4. 可调性：粗基准一般具有较强的可调性，能够适应加工过程中的一些误差或调整需求，而精基准的可调性较低。根据加工过程中是否需要调整和校正，选择合适的基准。

5. 稳定性：精基准的稳定性通常较高，能够提供更为可靠和稳定的基准参考，适用于对稳定性要求较高的加工场合。

6. 复杂度和精度匹配：基准的选择应与零件的形状、复杂度和加工精度匹配。对于形状简单、加工精度要求不高的零件，可选择相应的粗基准；而对于形状复杂、加工精度要求高的零件，则需要选择更为精确的精基准。

十、零件加工工艺规程的制定方法

1. 零件设计分析：首先对待加工零件进行全面的设计分析，理解其几何形状、材料特性、加工要求等方面的特点。这有助于确定加工工艺中可能出现的难点和重点，为后续制定工艺规程提供基础。

2. 加工工艺流程确定：根据零件的设计要求和加工特点，确定加工工艺的具体流程，包括粗加工、精加工、热处理、表面处理等各个环节的顺序和方法。

3. 工艺参数选择：针对每个加工环节，选择合适的工艺参数，如切削速度、进给量、切削深度等。这需要考虑到材料的硬度、切削性能、加工精度要求等因素。

4. 夹具与刀具设计：根据零件的几何形状和加工要求，设计相应的夹具和刀具，确保工件能够稳定固定在加工设备上，并选择合适的刀具以确保加工质量和效率。

5. 工艺文件编制：根据确定的加工工艺流程和参数，编制详细的工艺文件，包括加工顺序、加工参数、夹具刀具选择、加工程序等内容。这些文件应清晰、详细地记录了整个加工过程。

6. 工艺试验与优化：在制定工艺规程之前，通常需要进行一些工艺试验，验证工艺参数的选取是否合适，夹具刀具的设计是否有效，以及加工过程中是否存在潜在问题。根据试验结果对工艺进行调整和优化。

7. 规程审查与完善：完成初步的工艺规程后，需要组织专业人员对规程进行审查，确保其科学合理、操作可行。根据审查意见对规程进行修订和完善。

8. 培训与执行：在规程最终确定之后，对相关人员进行培训，确保他们能够正确理解和执行规程，从而保证加工过程的顺利进行和产品质量的稳定性。

十一、特型表面加工新方法、新技术

1. 寿命超精密磨削（ELID）技术：ELID技术是一种结合电解加工和磨削的技术，用于加工高硬度、脆性材料的特型表面。它通过在磨削区域形成微小电解蚀刻，有效地降低了磨削力和磨损，提高了加工精度和表面质量。

2. 电化学抛光技术：这是一种利用电化学原理对金属表面进行高效、高质量加工的技术。它可以实现对特型表面的精密抛光，消除表面缺陷、提高光洁度和平整度。

3. 高速切削技术：高速切削是近年来发展迅速的特型表面加工方法之一。利用高速旋转的刀具和高速进给，实现对材料的高速削除，可以获得高精度、高表面质量的特型表面。

4. 激光表面处理技术：激光可以精确地聚焦在特定表面区域，对金属进行熔化、烧结、熔覆等处理，实现特型表面的改性和涂覆。这种技术可以在不改变基材性质的情况下实现表面硬化、耐磨、耐蚀等性能的提升。

5. 离子注入技术：通过向材料表面注入离子，可以改变材料表面的化学成分和结构，从而实现特型表面的功能性改性。比如提高表面硬度、降低摩擦系数、增强耐磨性等。

十二、数控加工技术的概述，数控机床的基本单元及结构特点

数控加工技术的主要特点包括：

1. 高精度和高效率：数控系统能够实现对加工过程的高精度控制，确保产品的尺寸精度和表面质量，同时提高加工效率。

2. 灵活性和多样性：数控系统可以根据不同工件的加工要求，灵活调整加工路径和参数，实现多种加工方式和复杂形状的加工。

3. 自动化和智能化：数控机床可以实现自动换刀、自动测量、自动补偿等功能，减少人工干预，提高生产效率和一致性。

4. 可追溯性和数据化：数控系统可以记录加工过程中的各种参数和数据，实现加工过程的可追溯性，方便质量控制和工艺优化。

数控机床通常由以下几个基本单元组成，并具有相应的结构特点：

1. 数控系统：数控系统是数控机床的核心部件，包括数控装置、数控主机和操作界面。数控系统接收来自CAD/CAM系统的加工程序，控制机床的运动和加工过程。

2. 机床主体：机床主体包括床身、立柱、工作台和主轴等部件，承载和支撑整个机床的结构。机床主体的结构设计要具有足够的刚性和稳定性，以保证加工精度和稳定性。

3. 运动部件：运动部件包括主轴、进给系统、传动系统等，负责实现工件和刀具的相对运动。传统的数控机床采用液压、气压等传动系统，而现代数控机床通常采用伺服电机和滚珠丝杠等高精密传动系统。

4. 辅助装置：辅助装置包括刀具库、自动换刀系统、冷却液系统、夹具等，用于提高加工效率、方便操作和确保加工质量。

5. 检测系统：检测系统用于监测加工过程中的各种参数，如加工精度、工件尺寸、刀具磨损等，并及时反馈给数控系统进行调整和控制。

十三、特种加工定义、特点、基本原理、工艺特点及应用

1. 定义：特种加工是针对特定的工件材料、形状或加工要求，采用专门的加工方法和工艺流程进行加工的一种加工方式。它通常需要根据工件的具体特点进行定制化加工，以满足特定的技术要求和产品性能需求

2. 特点：

   • 针对性强：特种加工针对具体工件的特点和加工要求进行设计，加工过程更加针对性和定制化。
   • 高精度要求：特种加工通常需要达到较高的加工精度和表面质量，以满足产品的特殊要求。
   • 加工效率高：特种加工常常采用高效的加工方法和工艺流程，以提高加工效率和生产效率。
   • 工艺复杂：特种加工通常涉及到较为复杂的加工工艺和装备，需要较高水平的技术和经验。
   • 技术含量高：特种加工常常需要运用先进的加工技术和设备，对加工人员的技术要求较高。

3. 基本原理：特种加工的基本原理是根据工件的特点和加工要求，选择合适的加工方法和工艺流程，通过精密控制加工参数和运动轨迹，实现对工件的精密加工。

4. 工艺特点：

   • 定制化加工：特种加工根据工件的特点和加工要求，定制化设计加工方案，满足特定的技术要求和产品性能需求。
   • 精密控制：特种加工通常需要对加工参数和运动轨迹进行精密控制，以实现高精度的加工。
   • 复杂工艺：特种加工涉及到的加工工艺和装备通常较为复杂，需要较高水平的技术和经验。
   • 多样化应用：特种加工技术可以应用于各种不同的工件材料、形状和加工要求，具有广泛的应用前景。

5. 应用：特种加工广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等高端制造领域，以及模具制造、精密零件加工、微纳加工等领域。它在提高产品质量、降低成本、提高生产效率等方面发挥着重要作用，是现代制造业中不可或缺的重要加工技术之一。