机械制造技术基础部分简答题剖析 PPT课件

机械加工振动
强迫振动
系统在周期性激振力(干扰力)持续作用下 产生的振动，称为强迫振动。 (占35%)
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自激振动
在没有周期性干扰力作用的情况下，
由振动系统本身产生的交变力所激发
和维持的振动，称为自激振动。(占
65%)
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三、控制机械加工振动的途径
消除产生振动的 条件
消
除
振
改善工艺系统动
➢偏心夹紧机构
特点： 夹紧力小，自锁性能不是
很好，且夹紧行程小，故多 用于切削力小，无振动，工 件尺寸公差不大的场合，但 是圆偏心夹紧机构是一种快 速夹紧机构。
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1-垫板；2-手柄；3-偏心轮；4-轴；5-压 板
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➢偏心夹紧机构
特点： 夹紧力小，自锁性能不是
很好，且夹紧行程小，故多 用于切削力小，无振动，工 件尺寸公差不大的场合，但 是圆偏心夹紧机构是一种快 速夹紧机构。
•夹紧力的作用方向应垂直主要定位基准面
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➢夹紧力作用点的确定 • 夹紧力的作用点应落在在支撑范围内；
夹紧力作用点应在支承面内
夹紧力应作用点应落工件刚性好的部位
• 夹紧力的作用点应落工件刚性好的部位；
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• 夹紧力的作用点应尽可能靠近加工表面；
➢夹紧力的大小 夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和 相互位置关系具体计算，计算出的夹紧力应乘以安全系数 K，20一20/4般/5 K取2~3，粗加工取2.5~3，精加工取1.5~2。15
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例：已知卧式车床的k头座=300000N/mm，k尾座=56600N/mm，k刀架 =30000N/mm，径向切削分力Fy=4000N，设工件刚度、刀具刚度、夹具刚度相对较大 ，试计算加工一长为l的光轴由于工艺系统刚度发生变化引起的圆柱度误差。
解：工艺系统最小变形ymin和最大变形ymax：
1
或生产中出现不平衡环节时
，可202采0/4/5用最大生产率寿命。
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合理刀具寿命的选择原则
确定合理刀具寿命的三种方法
➢最大生产率寿命 ➢最低成本寿命 ➢最大利润寿命
一般情况下，往往采用
最低成本寿命，当任务紧迫
或生产中出现不平衡环节时
，可202采0/4/5用最大生产率寿命。
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➢夹紧装置的基本要求
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➢按伺服系统的类型 ：
开环控制 —由步进电机、齿轮和丝杆螺母等组成
无检测反馈装置，不能误差校正
结构简单——经济型机床
闭环控制 —由直流伺服电机、丝杆螺母和位移检测装
置等组成，有检测反馈装置，位移精度高
系统复杂、调整困难——高精度机床
半闭环控制—位移检测装置安装在丝杆上
精度不如闭环控制
•夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；
•夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、 不转动、不振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损 伤、变形；
•夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力；
•结构应尽量简单，制造、维修要方便。
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二、夹紧力的确定
➢夹紧力方向的确定
夹紧力的三要素： 大小、方向和作用点
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简单稳定，易调试，应用广
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直接找正安装
工件的安装方式 划线找正安装
采用夹具安装
•直接找正安装：
用百分表或划线盘上的划针等，以目测法校
正工件位置，一边较正，一边找正。工件在机床上
的应有位置，是通过一系列尝试而获得的。
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四爪卡盘 机床主轴中心线
工件中心线
特点： 直接找正装夹有什么特点，适用范围？
为： y系统= y机床+y刀具+y夹具+y工件 而
所以
k系统
Fy y系 统
，k机
床
Fy y机 床
，k刀 具
Fy y刀 具
，k夹
具
yF夹y具，k工件
Fy y工 件
1
k 系统
1 k机 床
1 k刀 具
1 k夹 具
1 k工 件
若已知工艺系统各组成部分的刚度，就可以求出工艺系统的刚度。工艺
2020系/4统/5 刚度主要取决于薄弱环节的刚度。
动
态特性
途
径
采用各种消振减 振装置
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强迫振 动
自激振 动
•减小内部振源 •调整振源频率 •采取隔振措施
•f、Kr↑→μ↓→自振↓ •γ、 Kr 、f↑→切削刚度↑→自振↑
•提高工艺系统刚度 •增大工艺系统阻尼
动力式减振器
阻尼减振器
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冲击式减振器
➢生产类型
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1-垫板；2-手柄；3-偏心轮；4-轴；5-压 板
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➢偏心夹紧机构
特点： 夹紧力小，自锁性能不是
很好，且夹紧行程小，故多 用于切削力小，无振动，工 件尺寸公差不大的场合，但 是圆偏心夹紧机构是一种快 速夹紧机构。
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1-垫板；2-手柄；3-偏心轮；4-轴；5-压 板
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特点：
生产效率低；定位精度不高
误差来源 ：
划线误差；观察误差
适用：生产批量小，毛坯精度低，以及大型工件等不
适宜202采0/4/5用夹具的粗加工中 。
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合理刀具寿命的选择原则
确定合理刀具寿命的三种方法
➢最大生产率寿命 ➢最低成本寿命 ➢最大利润寿命
一般情况下，往往采用
最低成本寿命，当任务紧迫
二、加工经济精度
加工成本与加工误差之间的关系
加工经济精度是指在正常生产条件下（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，不延长加工
时间202）0/4/5所能保证的加工精度，如图中之AB范围。
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三、零件获得加工精度的方法
试切法
获得尺寸精度的方法
定尺寸刀具法
调整法 自动控制法
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• 提高切削速度或进给量。
• 工件在精加工前得到足够的冷却。
• 刀具和砂轮不能过分磨钝。
• 使工件在夹紧状态下有伸缩的自由。
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➢误差平均的方法
在现场中，经常看到一些几何精度要求很高的轴和孔采 用研磨方法来达到。研具本身并不要求具有很高的精度， 但它却能在和工件作相对的运动中对工件进行微量的切削 。最初是工件和研具的表面粗糙中最高点相接触，在一定 的压力下，高点先磨损，然后接触面扩大，高低不平处逐 渐接近，几何形状的精度也逐渐提高。这种表面间相对研 擦和磨损的过程，也就是误差不断地减少的过程，称之为 误差平均的方法。
1
1
1
ymin
Fy ( k刀 架
k头 座
) k尾 座
4000 (
30000
300000
)mm 56600
0.144mm
ymax
Fy
(
1 k刀 架
1 k尾座
)
4000 ( 1 30000
1 )m 56600
0.204mm
由于工艺系统刚度变化引起的工件圆柱度误差：
ymax ymin 0.204mm 0.144mm 0.06mm
体温等
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➢减小机床热变形对加工精度影响的措施
•结构措施
❖ 热对称结构（图a） ❖ 避开加工误差的敏感方向（图 b）
❖ 合理选择装配基准（图c）
图a）立柱热对称结构
图b）20主20轴/4/5箱的两种装配结构的热位移
图c）支承距影响热变形 32
❖充分冷却和强制冷却，改善散热条件 。 ❖均衡温度场 ❖和隔离热源 •工艺措施
加工时误差敏感 方向和切削力方 向随主轴回转而 不断变化
下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴
回2转020/误4/5 差对加工精度的影响。
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受力变形对工件精度的影响
a) 车细长轴 b） 磨内孔
由此看来，工艺系统的受力变形是机械加工精度中
一项很重要的原始误差，为了保证和提高工件的加工
精度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其
由①＋②，在粗加工时希望有积屑瘤存在。
由③＋④＋⑤，在精加工时不希望生成积屑瘤。
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第二节 金属切削机床部件（自学部分）
思考题：
• 何谓电气伺服传动系统的分类中开环、闭环和半闭环系统，它们各有 什么优缺点？
• 数控系统中开环，闭环，半闭环的区别在于伺服系统的控制原理不同。 开环控制的数控机床的速度和精度都较低，其结构简单，成本较低， 调试维修方便；闭环控制的数控机床的定位精度高，速度调节快，但 工作台惯性大，系统的稳定性不易控制；半闭环控制的数控机床的加 工精度和速度较好，系统调节比闭环系统方便，稳定性好，成本比闭 环系统低。
积屑瘤
积屑瘤的形成
：由于摩擦力而
阻留在前刀面上
部分切屑转化而
成（第二变形区
的变形和摩擦）
。积屑瘤的产生
主要取决于温度
。中等温度时，
摩擦系数最大，
产生的积屑瘤最
大。
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积屑瘤对切削加工过程产生的影响
①其硬度高于工件材料，可代替切削刃起切削作用， 有保护刀刃作用。 ②积屑瘤可增大前角，使刀具更锋利。 ③使切入深度增大。 ④导致切削力变化、引起振动。 ⑤使工件表面粗糙度值变大。
• 主轴部件和导轨应满足的基本技术要求有哪些？
精度、刚度、抗振性、热变形、噪声、运动平稳性。
• 导轨的截面形状和组合形式有哪些，有何优缺点，分别适合哪些场合？
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➢数控机床的特点
•加工精度高 •加工的适应性强 •加工形状复杂的工件比较方便 •加工生产率高 •使用、维修技术要求高，机床价格较昂贵
面的配合质量；在接触面间预加载荷。 •设置辅助支承提高部件刚度
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采用辅助支承提高机床部件的刚度
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• 提高工件的刚度
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增加支承提高工件的刚度
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a）采用中心架 b）采用跟刀架
• 合理装夹工件，减小夹紧变形
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铣角铁时的两种装夹
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五、工艺系统热变形引起的加工误差
误差平均法的实质是：利用有密切联系的表面相互比较 ，相互检查，从对比中找出差距以后，或是相互纠正(如 偶件的对研)或是互为基准进行加工。
➢实20时20/4检/5 测，动态补偿的方法
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第三节 机械加工过程中的震动
自由振动
当系统受到初始干扰力激励破坏了其 平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来 维持的振动称为自由振动。由于总存 在阻尼，自由振动将逐渐衰减。(占 5%)
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•切削力大小变化引起的加工误wk.baidu.com（误差复映）
车削一具有椭圆形状误差的 毛坯件A，让刀具预先调整到 图上双点划线的位置， 毛坯 椭圆长轴方向的背吃刀量为 ap1，短轴方向的背吃刀量为 ap2。由于背吃刀量不同，切 削力不同，工艺系统的变形也 不同，切削力大时，变形大。
车削时毛坯形状的误差复映
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图a）均衡立柱前后壁温度场
图b）采用隔热罩减少热变形33
•工件不均匀受热
在刨削、铣削、磨削加工平面时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向 上凸起，凸起部分被工具切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了几何 形状误差。
为了减少工件热变形，可以采取 下列措施：
• 在切削区域施加充分的冷却液。
有2关020组/4/5 成部分的变形。
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➢机床部件刚度及其特点
•工艺系统的刚度
工艺系统的刚度表示工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：垂直作 用于工件加工表面的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y的比值， 即k=Fy/y
工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的总变形量
由于毛坯存在的圆度误差△m=ap1-ap2 ，引起了工件产生圆度误
差△w=y1 -y2 ，且△m越大，△w越大，这种由于工艺系统受力变形的
变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为“误
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差复映”。
➢减小工艺系统受力变形的措施
•提高工艺系统中零件间的配合表面质量，以提高接触刚度 常用的提高接触刚度方法：改善工艺系统主要零件接触
➢工艺系统的热变形及其热源
工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而破坏工件与刀 具间正确的相对位置，造成加工误差。
热源
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内部热源 外部热源
切削热 摩擦热 环境温度 热辐射
•工件、刀具、切屑、 切削液
•电机、轴承、齿轮、 油泵等
•气温、室温变化、热 、冷风等
•日光、照明、暖气、
缺点：安装费时，效率低，需凭经验操作，对工人技术要求高。
优点：夹具结构简单，可减少夹具本身制造误差引起的定位误差，
定位精度高，可达0.01-0.05，采用夹具难以达到。
适20用20/4：/5 单件小批生产中（如工具修理车间）。
7
•划线找正安装
对重、大、复杂工件的加工，往往是在待加工处划线 （ 位置线、找正线、加工线），工件按所划的线进行找 正定位，再夹紧。
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获得形状精度的方法
轨迹法 成形刀具法 展成法
获得位置精度的方法
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直接装夹法
找正装夹法
夹具装夹法
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在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成一 个完整的系统。工艺系统中的误差是造成零件加工误 差的根源，故称为原始误差。
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工件回转类
机 床
刀具回转类
车床 镗床
误差敏感 方向不变