第二章第一節(jié)加工余量的確定一、加工余量的概念

二、影響加工余量的因素

三、確定加工余量的方法第一節(jié)加工余量的確定49.eps一、加工余量的概念一、加工余量的概念圖2-1工序余量與工序尺寸及其公差的關(guān)系

a)被包容面b)包容面一、加工余量的概念一、加工余量的概念圖2-2雙邊余量二、影響加工余量的因素1.上工序的各種表面缺陷和誤差圖2-3表面粗糙度及缺陷層二、影響加工余量的因素(1)上工序表面粗糙度Ra和缺陷層Da為了使工件的加工質(zhì)量逐步提高，一般每道工序都應(yīng)切到待加工表面以下的正常金屬組織，將上工序留下的表面粗糙度Ra和缺陷層Da全部切去，如圖2-3所示。

(2)上工序的尺寸公差Ta從圖2-1可知，上工序的尺寸公差Ta直接影響本工序的基本余量，因此，本工序的余量應(yīng)包含上工序的尺寸公差Ta。圖2-?4軸線彎曲對加工余量的影響二、影響加工余量的因素(3)上工序的形位誤差(也稱空間誤差)ρa(bǔ)當(dāng)形位公差與尺寸公差之間的關(guān)系是包容原則時，尺寸公差控制形位誤差，可不計ρa(bǔ)值。

2.本工序的裝夾誤差εb圖2-5裝夾誤差對加工余量的影響二、影響加工余量的因素三、確定加工余量的方法(1)經(jīng)驗估算法此法是憑工藝人員的實踐經(jīng)驗估計加工余量。

(2)查表修正法將工廠生產(chǎn)實踐和試驗研究積累的有關(guān)加工余量的資料制成表格，并匯編成手冊。

(3)分析計算法此法是根據(jù)上述的加工余量計算公式和一定的試驗資料，對影響加工余量的各項因素進(jìn)行綜合分析和計算來確定加工余量的一種方法。第二節(jié)工序尺寸及其公差的確定一、基準(zhǔn)重合時工序尺寸及其公差的計算

二、基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算

三、工藝尺寸鏈封閉環(huán)的選擇

四、工藝尺寸鏈的分析和計算第二節(jié)工序尺寸及其公差的確定51.eps一、基準(zhǔn)重合時工序尺寸及其公差的計算1)確定毛坯總余量和工序余量。

2)確定工序公差。

3)計算工序基本尺寸。

4)標(biāo)注工序尺寸公差。圖2-?6孔加工余量、公差及工序尺寸分布圖二、基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算1.工藝尺寸鏈

(1)工藝尺寸鏈的概念

1)工藝尺寸鏈的定義：在機(jī)器裝配或零件加工過程中，互相聯(lián)系且按一定順序排列的封閉尺寸組合，稱為尺寸鏈。圖2-7定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)

不重合的工藝尺寸鏈二、基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算2)工藝尺寸鏈的特征：通過以上分析可知。

①關(guān)聯(lián)性：任何一個直接保證的尺寸及其精度的變化，必將影響間接保證的尺寸及其精度。如上例尺寸鏈中，尺寸A1和A2的變化都將引起尺寸A的變化。

②封閉性：尺寸鏈中各個尺寸的排列呈封閉性，如上例中的A1—A2—A，首尾相接組成封閉的尺寸組合。

3)工藝尺寸鏈的組成：我們把組成工藝尺寸鏈的各個尺寸稱為環(huán)。二、基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算圖2-8測量基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)

不重合的工藝尺寸鏈二、基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算①封閉環(huán)：工藝尺寸鏈中間接得到的尺寸，稱為封閉環(huán)。它的基本屬性是派生性，隨著別的環(huán)的變化而變化。圖2-7和圖2-8中的尺寸A均為封閉環(huán)。一個工藝尺寸鏈中只有一個封閉環(huán)。

②組成環(huán)：工藝尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的其他環(huán)，稱為組成環(huán)。根據(jù)其對封閉環(huán)的影響不同，組成環(huán)又可分為增環(huán)和減環(huán)。二、基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算③組成環(huán)的判別：為了迅速判別增、減環(huán)，可采用下述方法：在工藝尺寸鏈圖上，先給封閉環(huán)任定一方向并畫出箭頭，然后沿此方向環(huán)繞尺寸鏈回路，依次給每一組成環(huán)畫出箭頭，凡箭頭方向和封閉環(huán)相反的則為增環(huán)，相同的則為減環(huán)。

(2)工藝尺寸鏈計算的基本公式工藝尺寸鏈的計算，關(guān)鍵是正確地確定封閉環(huán)，否則計算結(jié)果是錯的。

1)封閉環(huán)的基本尺寸

2)封閉環(huán)的極限尺寸：封閉環(huán)的最大極限尺寸Amax等于所有增環(huán)的最大極限尺寸Aimax之和減去所有減環(huán)的最小極限尺寸Ajmin之和，即二、基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算3)封閉環(huán)的平均尺寸：封閉環(huán)的平均尺寸AM等于所有增環(huán)的平均尺寸AiM之和減去所有減環(huán)的平均尺寸AjM之和，即

4)封閉環(huán)的上、下偏差：封閉環(huán)的上偏差E等于所有增環(huán)的上偏差E之和減去所有減環(huán)的下偏差E之和，即

5)封閉環(huán)的公差：封閉環(huán)的公差等于所有組成環(huán)的公差之和，即三、工藝尺寸鏈封閉環(huán)的選擇1)選擇工藝尺寸鏈的封閉環(huán)時，盡量與零件圖樣上的尺寸封閉環(huán)一致，以避免產(chǎn)生工序公差的“壓縮現(xiàn)象”。

2)選擇工藝尺寸鏈的封閉環(huán)時，盡可能選擇公差大的尺寸作封閉環(huán)，以便使組成環(huán)分得較大的公差。

3)選擇工藝尺寸鏈的封閉環(huán)時，盡可能選擇不容易測量的尺寸作為封閉環(huán)。

4)選擇工藝尺寸鏈的封閉環(huán)時，要注意兩個或多個尺寸鏈中的“公共環(huán)”，它在某一尺寸鏈中作了封閉環(huán)，則在其他尺寸鏈中必為組成環(huán)，這種情況就稱為“封閉環(huán)的一次性”。三、工藝尺寸鏈封閉環(huán)的選擇5)選擇工藝尺寸鏈的封閉環(huán)時，要注意所求解的尺寸鏈的環(huán)數(shù)最少，從而使組成環(huán)能獲得較大的公差，這就稱之為“最短尺寸鏈原則”。

6)選擇工藝尺寸鏈的封閉環(huán)時，通常選擇加工余量作為封閉環(huán)。四、工藝尺寸鏈的分析和計算1.工序基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合的工藝尺寸計算圖2-9工序基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合的尺寸換算四、工藝尺寸鏈的分析和計算1)A的基本尺寸：A=A∑-12.4=63.6-12.4=51.2

2)A的上、下偏差

2.定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合的工藝尺寸計算圖2-10定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合的尺寸換算四、工藝尺寸鏈的分析和計算3.精加工余量的校核

(1)確定余量

1)求余量Z的基本尺寸Z=45.3+9.5-8-46.6=0.2

2)求余量Z的變動范圍ESZ=(0+0)-［(-0.2)+(-0.17)］=+0.37圖2-11余量校核的換算

a)工序5：粗車內(nèi)孔及端面b)工序10：粗車外圓及端面

c)工序15：半精車內(nèi)孔及端面d)工序20：磨內(nèi)孔及端面

e)工序25：磨外圓及端面f)尺寸鏈圖四、工藝尺寸鏈的分析和計算(2)調(diào)整從余量的變化范圍可以看到，被加工表面有可能發(fā)生余量不夠(Zmin=-0.02)的情況。

1)縮小有關(guān)工序尺寸的公差：縮小尺寸公差可以控制余量的變化，當(dāng)尺寸公差較大時，這種方法是可行的。

2)加大公稱余量：這種方法的優(yōu)點是不需要提高加工精度，但其缺點是加大了最大工序余量值。57.eps4.間接測量四、工藝尺寸鏈的分析和計算圖2-12零件圖尺寸標(biāo)注和保證設(shè)計尺寸的方法四、工藝尺寸鏈的分析和計算1)求測量尺寸H的基本尺寸

2)求測量尺寸H的上、下偏差圖2-13軸承座測量

的工藝尺寸鏈四、工藝尺寸鏈的分析和計算5.多尺寸保證圖2-14多尺寸保證時的尺寸換算

a)零件圖部分尺寸要求b)銑削加工D面c)銑削各臺階面d)磨削C面四、工藝尺寸鏈的分析和計算圖2-15多尺寸保證時的尺寸鏈簡圖四、工藝尺寸鏈的分析和計算1)銑削尺寸A4′

2)銑削尺寸A3′

3)銑削尺寸A2′

4)銑削尺寸A1′59.eps6.關(guān)于角度尺寸鏈的計算四、工藝尺寸鏈的分析和計算圖2-16角度尺寸鏈的計算四、工藝尺寸鏈的分析和計算第三節(jié)數(shù)控銑削用刀具系統(tǒng)一、高速切削刀具

二、刀具磨損和壽命

三、數(shù)控銑削用刀具新材料新技術(shù)第三節(jié)數(shù)控銑削用刀具系統(tǒng)61.eps一、高速切削刀具1.刀具材料表2-1九種切削材料的性能和應(yīng)用范圍一、高速切削刀具表2-1九種切削材料的性能和應(yīng)用范圍一、高速切削刀具表2-1九種切削材料的性能和應(yīng)用范圍一、高速切削刀具2.高速刀具的裝夾圖2-17三棱變形靜壓夾頭的工作過程

a)原始狀態(tài)b)施加外力

c)插入刀柄d)去除外力一、高速切削刀具(1)三棱變形靜壓夾2-17所示是德國雄克公司生產(chǎn)的一種無夾緊元件的三棱變形靜壓夾頭。

(2)熱裝夾頭也是一種無夾緊元件的夾頭，夾緊力比液壓夾頭大，可傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，并且結(jié)構(gòu)對稱，更適合模具的高速、高效切削。

(3)高精度彈簧夾頭彈簧夾頭的工作原理為旋緊螺母→壓入套筒→套筒內(nèi)徑縮小→夾緊刀具，影響其夾持精度的因素除了夾頭本體的內(nèi)孔精度、螺紋精度、套筒外錐面精度、夾持孔精度及螺紋精度外，螺母與套筒接觸面的精度以及套筒的壓入方式也很重要。

3.高速切削刀具的安全技術(shù)一、高速切削刀具(1)刀體材料為了減輕離心力的作用，要求刀體材料的密度要小，強(qiáng)度要高。

(2)刀具結(jié)構(gòu)刀體上的槽(包括刀座槽、容屑槽、鍵槽)會引起應(yīng)力集中，降低刀體的強(qiáng)度，因此應(yīng)盡量避免通槽和槽底帶尖角。

(3)刀具(片)的夾緊方式刀具與主軸的聯(lián)接宜采用HSK錐柄或類似的錐柄結(jié)構(gòu)。

4.刀具的動平衡

(1)方法1在制造階段對刀具和刀柄分別進(jìn)行動平衡，動平衡包括各種圓柱銑刀、盤銑刀等加工中心用的刀具和刀柄。一、高速切削刀具(2)方法2采用可調(diào)平衡刀柄。圖2-18具有平衡環(huán)的可調(diào)平衡刀柄一、高速切削刀具圖2-19平衡環(huán)調(diào)整示意圖一、高速切削刀具①把刀具和刀柄聯(lián)接并鎖緊；②調(diào)整環(huán)相隔180°布置并鎖緊定位螺釘；③把裝配好的刀具刀柄放在動平衡機(jī)上測量不平衡量和方位；④在刀柄上標(biāo)出不平衡點的位置，并從平衡調(diào)整表中查出平衡環(huán)的調(diào)整角度；⑤按照表中角度旋轉(zhuǎn)帶刻度的調(diào)整環(huán)，并鎖緊螺釘；⑥再在動平衡機(jī)上檢查調(diào)整結(jié)果；⑦若不滿足，重復(fù)上述步驟繼續(xù)調(diào)整。調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)可用G等級標(biāo)準(zhǔn)，也可以根據(jù)實際要求確定。一、高速切削刀具(3)方法3僅僅調(diào)整刀具和刀柄的平衡往往還不夠，不平衡的主軸也會使原本平衡的刀柄發(fā)揮不了它應(yīng)有的潛力。

5.常用的高速切削用刀柄

(1)HSK刀柄

1)HSK刀柄的結(jié)構(gòu)。一、高速切削刀具圖2-20HSK-A63刀柄及主軸錐孔一、高速切削刀具表2-2HSK各種類型的形狀和特點一、高速切削刀具表2-2HSK各種類型的形狀和特點一、高速切削刀具表2-2HSK各種類型的形狀和特點一、高速切削刀具表2-2HSK各種類型的形狀和特點一、高速切削刀具表2-2HSK各種類型的形狀和特點一、高速切削刀具表2-2HSK各種類型的形狀和特點一、高速切削刀具2)HSK的工作原理

①德國GUHRING公司的工具系統(tǒng)。自動夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理如圖2-21所示。夾緊裝置是靠拉桿的軸向運(yùn)動來帶動的，用液壓缸及彈簧驅(qū)動拉桿往復(fù)運(yùn)動。拉桿向外(向左)移動，處于松開位置。裝入刀柄后，拉桿向內(nèi)(向右)移動，拉桿前端的斜面將夾爪徑向推出，夾爪鉤在刀柄內(nèi)孔的30°錐面上，拉動刀柄向主軸方向移動，使刀柄端面與主軸端面靠緊，拉桿繼續(xù)施力，夾爪鉤使內(nèi)孔30°錐面脹大，則1∶10錐面緊密貼合，完成夾緊動作。松開刀柄時，拉桿向左移動，夾爪離開刀柄錐面，并將刀柄推出，即可卸下刀柄。一、高速切削刀具圖2-21GUHRING公司的HSK自動夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理一、高速切削刀具圖2-22HSK刀柄重復(fù)定位精度一、高速切削刀具圖2-23GUHRING公司兩爪四點夾緊裝置一、高速切削刀具表2-3GUHRING公司手動夾緊裝置扳手力矩及夾緊力②德國MAPAL公司的工具系統(tǒng)。圖2-24所示為MAPAL公司的手動夾緊裝置，其尾部的凸緣插入主軸孔內(nèi)相應(yīng)的凹槽中，旋轉(zhuǎn)90°用彈性銷鎖住。安裝刀柄時要注意鍵槽方向。用扳手旋轉(zhuǎn)雙頭螺釘，夾緊塊(夾爪)徑向伸出，頂在刀柄內(nèi)孔的30°錐面上將刀柄夾緊。一、高速切削刀具為了防止灰塵、切屑進(jìn)入扳手孔內(nèi)，應(yīng)轉(zhuǎn)動主軸外圓上的銅套，將扳手孔罩住。卸刀時，反向旋轉(zhuǎn)螺釘，則可松開。為了防止錐度自鎖，在松開時，雙頭螺栓上的小斜面推動夾緊裝置里的滑塊向外移動，頂在刀柄內(nèi)端面上，將刀柄從主軸孔內(nèi)推出。規(guī)定的夾緊扳手力矩見表2-?4。圖2-24MAPAL公司HSK手動夾緊裝置

a)松開狀態(tài)b)夾緊狀態(tài)一、高速切削刀具表2-?4MAPAL公司夾緊扳手力矩(2)KM刀柄KM刀柄采用1∶10短錐配合，錐柄的長度僅為標(biāo)準(zhǔn)7∶24錐柄長度的1／3，由于配合錐度較短，部分解決了端面與錐面同時定位而產(chǎn)生的干涉問題。一、高速切削刀具表2-5美國Kennametal公司KM刀柄規(guī)格系列及性能參數(shù)一、高速切削刀具①成功在36000r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)CAPTO刀柄Sandvik公司生產(chǎn)的CAPTO刀柄呈錐形三角體結(jié)構(gòu)。

(4)NC5刀柄日本日研(NIKKEN)公司日研工作所的NC5系列刀具系統(tǒng)也是針對7∶24刀柄的弊端開發(fā)的。圖2-25NC5刀柄結(jié)構(gòu)與HSK結(jié)構(gòu)的比較

1—拉桿牽引機(jī)構(gòu)2—拉桿3—頂壓調(diào)整墊4—錐套

5—碟形彈簧6—驅(qū)動鍵7—內(nèi)脹式彈性套筒機(jī)構(gòu)一、高速切削刀具(5)BIG—PLUS刀柄BIG—PLUS刀柄的錐度仍然是7∶24，其結(jié)構(gòu)見圖2-26。圖2-26BIG—PLUS刀柄與BT刀柄的比較一、高速切削刀具(6)H.F.C刀柄日立精工公司的H.F.C“日立”端面限位刀柄，也是針對高速化加工中心開發(fā)并申請了專利的雙面約束型刀柄，其結(jié)構(gòu)如圖2-27所示。圖2-27H.F.C刀柄結(jié)構(gòu)

1—刀具2—碳素纖維一、高速切削刀具(7)SHOWAD—F—C刀柄SHOWAD—F—C刀柄是圣和精機(jī)株式會社針對標(biāo)準(zhǔn)7∶24刀柄的弊端開發(fā)的，主要目的是提高其高速性能。圖2-28SHOWAD—F—C刀柄與BT刀柄的比較一、高速切削刀具(8)3LOCK刀柄3LOCK刀柄也是屬于7∶24錐度的雙面定位型結(jié)構(gòu)，是由日本株式會社日研工作所開發(fā)的，結(jié)構(gòu)如圖2-29所示。圖2-293LOCK刀柄與BT刀柄的比較一、高速切削刀具圖2-30WSU—1刀柄與

主軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)一、高速切削刀具(9)WSU刀柄這種刀柄設(shè)計的出發(fā)點是：開發(fā)出比普通7∶24錐聯(lián)接具有更好精度、剛度和高速的性能，同時又能與現(xiàn)存的主軸端部和刀柄兼容。圖2-31WSU—2刀柄設(shè)計方案一、高速切削刀具70.eps二、刀具磨損和壽命1.刀具磨損形式圖2-32刀具的正常磨損形式(1)前刀面磨損在切削速度較高、切削厚度較大的情況下，切削高熔點塑性金屬材料時，易產(chǎn)生前刀面磨損。二、刀具磨損和壽命(2)后刀面磨損在切削速度較低、切削厚度較小的情況下，會產(chǎn)生后刀面磨損，如圖2-32b所示，刀尖和靠近工件外皮兩處的磨損嚴(yán)重，中間部分磨損比較均勻。

(3)前刀面和主后刀面同時磨損在中等切削速度和進(jìn)給量的情況下，切削塑性金屬材料時，經(jīng)常發(fā)生前、后刀面同時磨損。

2.刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

(1)刀具磨損過程如圖2-33所示，刀具磨損過程可分為三個階段。二、刀具磨損和壽命圖2-33刀具磨損的典型曲線二、刀具磨損和壽命1)初期磨損階段(OA):因表面粗糙不平、主后刀面與過渡表面接觸面積小，壓應(yīng)力集中于刃口，導(dǎo)致磨損速率大。

2)正常磨損階段(AB)：粗糙表面被磨平，壓應(yīng)力減小。

3)急劇磨損階段(BC)：磨損量VB達(dá)到一定限度后，摩擦力增大、切削力和切削溫度急劇上升，導(dǎo)致刀具迅速磨損而失去切削能力。

(2)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)加工要求規(guī)定的主后刀面中間部分的平均磨損量VB允許達(dá)到的最大值作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。二、刀具磨損和壽命表2-?6銑刀后刀面允許的磨損量VB(單位：mm)二、刀具磨損和壽命71.eps3.刀具壽命

(1)刀具壽命的概念

(2)影響刀具壽命的因素

1)切削用量：切削用量三要素對刀具壽命的影響程度為：υc最大、f次之、ap最小。

2)刀具幾何參數(shù)：前角γ0增大，切削力減小、切削溫度降低，刀具壽命提高；但前角太大，刀具強(qiáng)度降低，散熱變差，刀具壽命反而降低了。二、刀具磨損和壽命3)刀具材料：刀具材料的紅硬性越高，則刀具壽命就越高。

4)工件材料：工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，產(chǎn)生的切削溫度越高，故刀具壽命越低。

(3)刀具壽命的確定表2-7常用刀具壽命參考值(單位：min)1)復(fù)雜、高精度、多刃刀具的壽命應(yīng)比簡單、低精度、單刃刀具高。二、刀具磨損和壽命2)可轉(zhuǎn)位刀具換刃、換刀片快捷方便，為保持切削刃鋒利，刀具壽命可選得低一些。

3)精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具壽命應(yīng)選得比粗加工刀具高一些。

4)精加工大件時，為避免中途換刀，刀具壽命應(yīng)選得高一些。

5)數(shù)控加工中的刀具壽命一般應(yīng)大于一個工作班，至少應(yīng)大于一個零件的切削時間。二、刀具磨損和壽命72.eps三、數(shù)控銑削用刀具新材料新技術(shù)1.銑削刀具用新材料

(1)陶瓷材料銑刀

①純氧化鋁陶瓷(Al2O3)刀片，俗稱白陶瓷刀片。它的紅硬性最好，能在很高的切削溫度下銑削而不產(chǎn)生塑性變形和氧化，最適用于高速銑削。在加工低硬度(低于35HRC)的鋼和鑄鐵時，耐磨性好。因其橫向斷裂強(qiáng)度低，不適合銑削帶有硬皮的毛坯和進(jìn)行斷續(xù)切削。它的抗振性很差，加工中不能使用切削液。純氧化鋁陶瓷刀片的后角為0°，用負(fù)前角切削。三、數(shù)控銑削用刀具新材料新技術(shù)②氮化硅基陶瓷(