【正文】 人是很重要的。 為了達到解決問題的目的，以下的指導會很有幫助 ： 1. 在每一頁頂開始一個問題，盡管問題的解決方案會少于一頁。通過這種方式將問題細化，可以使得他人很容易地定位和閱讀你的每一個方案。每一頁紙只寫一面。這個習慣也會讓你的成果在查閱時變得容易。 2. 對于已知的問題和未知的問題，寫一個一兩句的小結(jié)。通過弄清楚問題的目標，你會忽略枝節(jié)信息而以更直接的方式抓住問題的主干。 3. 在你開始下筆計算前請思考一下問題。用簡短的話做一個總結(jié)，總體闡釋你將采用的方法，列出你將用到的主要的概念，等式以及假設(shè)。 4. 采用你正在分析的系統(tǒng)的圖紙，對主要的零 件進行標記，并且采用相關(guān)尺寸。工程師應將想法和知識圖形化，你的圖紙和圖表就是快速傳遞復雜信息的最好方式。幾乎在解決每一個工程問題時，非常重要的第一步就是用圖表將問題呈現(xiàn)出來。 5. 畫出正在使用的坐標系，這樣可以說明你采用的正方向。比如，如果你在方案中寫“ Fx=30N”，但是卻沒有在圖紙是指明 x 方向，那么這樣的方案對于查閱你成果的來的說就沒有意義。 6. 在你計算的每一步和最后的結(jié)果中，要確保每一個數(shù)值后都帶有單位。一個沒有單位的數(shù)，正如沒有數(shù)值的單位一樣，都是無意義的。 7. 要檢查你結(jié)果中的有效數(shù)字，還要確保你的結(jié)果不要 比真實的有效數(shù)字還多。數(shù)值的精確度是你使用的數(shù)據(jù)最后一位有效數(shù)字的一半。 The factor of onehalf arises， because the last digit of a number represents the roundingoff process, either higher or lower, of the tailing digits. 8. 你的計算結(jié)果僅對你有意義還不夠。你還要讓你的結(jié)果對希望閱讀你成果的人有意義。如果其他工程師不能審查和快速讀懂你的結(jié)果，那么你的結(jié)果將不會被采 用，原因就是混亂不清，不完整，或者不精確。要花時間寫清楚步驟。 9. 闡明你的結(jié)果的意義。這樣的結(jié)果對你有多合理？是否你的來自經(jīng)驗、判斷、直覺的結(jié)果的數(shù)量級有意義？ 2鉆孔操作 鉆床分類 鉆孔操作可以通過使用手電鉆或鉆床實現(xiàn)。后者在形狀和尺寸上不同。然而，刀具總是繞著它的軸線旋轉(zhuǎn)而工件是牢牢固定的。這和車床上的鉆孔操作是相反的，工件的放置位置和卡盤的旋轉(zhuǎn)。以下是常用的鉆床種類。 臺式鉆床： 臺式鉆床是一種通用鉆床，小的加工工具通常安放在工作臺上。這種鉆床有一個電動機作為動力源，運動經(jīng)由滑輪和皮帶傳到安放刀具的主 軸上。進給量由人工通過調(diào)節(jié)手柄改變，手柄設(shè)計來降低或升高主軸的。 工件安裝在工作臺上，盡管有時一個特制的虎鉗用來固定工件。要加工的工件的最大高度限制于主軸和工作臺的最大差距。 立式鉆床： 基于尺寸的機床，立式鉆床刀具可以用于輕型、中型、甚至中型工件。它基本上和臺式機床相似，主要區(qū)別是有一個長圓柱形床身固定在基部。沿著床身是一個附帶的用于固定工件以使工件而已在任何理想高度鎖定的滑動工作臺。這種鉆床需要的功率比臺式鉆床要大。 搖臂鉆床： 搖臂鉆床特別適合于在不方便安放在立式鉆床工作臺上的又大又重的工件上鉆孔。搖臂鉆 床有一個主要的床身固定在基部。攜帶鉆頭的懸臂引導手臂，能夠沿著床身提高或降低，夾緊在任意位置。這個鉆頭沿引導臂滑動，提供旋轉(zhuǎn)運動和軸向進給運動。此外，這個懸臂引導臂可以彎曲旋轉(zhuǎn)，因此使刀具可以根據(jù)柱面坐標系統(tǒng)沿不同方向運動。 2車床 在切割操作中使用的機床的一般特征，在這篇文章進行闡述。依據(jù)功能和所包含的配件，設(shè)備可分為不同類別。主要類別如下所述。 車床 車床通常被認為是最古老的機床，并在 1750s 產(chǎn)生 .車床上進行基本操作有車削，鏜，和端面車削。 最常見的車床（普通車床）的基本組成部分是床身，床頭，尾座 和 .托架。工件的一端是被一個安裝在主軸的夾頭夾緊，主軸在床頭旋轉(zhuǎn)。工件的另一端是由尾座支撐。床頭包含主軸轉(zhuǎn)速傳動齒輪，并通過適當?shù)凝X輪和進給桿，驅(qū)動車架，使滑動裝配滑動。托架提供運動平行旋轉(zhuǎn)軸，橫滑板提供了正常的運動。切削刀具，連接到一個刀架和托架，沿床消除材料。切割操作是按工件所需的一定的外設(shè)速度，進給速度，切削深度運行。 進一步發(fā)展的是自動車床。通過各種機械手段，運動和控制更加精確。，如凸輪和數(shù)控和計算機控制，從而減輕了工人的勞動或要求不太熟練的勞動力。 轉(zhuǎn)塔車床（在 19 世紀 50 年代開發(fā)的）能夠進行 了多種切割操作，如車削，鏜，鉆，線切割，端面車削。各種切削工具，通常在最多六個炮塔上安裝。操作相當靈活。它可能是手工操作或自動，一旦正確安裝，它并不需要熟練的勞動力。有種類繁多的炮塔車床可用于不同的目的 螺桿機（在 18 世紀 70 年代開發(fā)了第一個螺絲車床）是專為高產(chǎn)率，自動化生產(chǎn)螺釘和類似部件的設(shè)計的。所有的操作都由連接到一個特殊的炮塔的工具自動執(zhí)行。每個螺絲加工成成品后，棒料自動送入。這些機器可能會配有單個或多個主軸，以減少循環(huán)時間 鏜床 雖然鏜操作可以在車床上進行，但鏜床用于大型工件。這些機器是臥式或 立 式，并有各種用于鏜和端面車削操作的功能 坐標鏜床是精度高的立式鏜床和用于生產(chǎn)工裝夾具，鏜部分安裝在夾具中。 銑床，銑床是最通用和最有用的工具機，因為它們能夠執(zhí)行各種切割操作。有大量的提供眾多特性的銑床可供選擇（在 19 世紀 60 年代開發(fā)的）?；绢愋透攀鋈缦隆? 升降臺式銑床是最常見的，用于一般用途的加工。連接銑刀的主軸，可水平（板坯銑削），或垂直（面銑）。 床身式銑床上安裝一個平臺，只可以在縱向方向移動。這些機器很簡單，嚴格裝配并用于高量產(chǎn)。主軸可水平或垂直，可以雙工或三工類型（即有兩個或三個主軸，同時加工 兩個或三個部分表面）。其他類型的銑削機也可用，如用于繁重的工作的龍門式和特殊用途的機器。 銑床，使用最廣泛的配件是通用的分度頭。這是一個夾具，在各個加工步驟使工件旋轉(zhuǎn)到指定角度。典型的用途是加工銑削有多邊形表面的零件和加工齒輪齒。 龍門刨床和牛頭刨床，這些機床一般用于加工大平面 ，雖然其他形狀，如凹槽，也可以加工。在龍門刨床，工件上在裝有刀具的下軌移動，而在牛頭刨床，工具移動和工件是固定的。 由于所涉及的工件的大小，龍門刨床是位于最大的機床之列。刨邊機可水平或垂直，也用于加工凹槽和鍵槽。 拉床 這些機器 推或拉拉刀，水平或垂直，從而加工各種內(nèi)部或外部的表面。他們的構(gòu)造相對簡單，液壓驅(qū)動可實現(xiàn)，拉刀只有直線運動。由于涉及的形狀和部分種類繁多，拉床被制造成各式的設(shè)計和尺寸。 鉆孔機，這些機器用于鉆孔，攻絲，锪孔，鉸孔，和其他通用的鏜操作。它們通常是垂直的，最常見的一種是鉆床。鉆床制造成種類繁多的尺寸，從簡單的板凳類型單元到搖臂鉆床和有多個主軸的大型生產(chǎn)設(shè)備。 2銑削 除了車床銑床是在制造業(yè)使用最為廣泛。在銑削過程中，工件被送入一個旋轉(zhuǎn)的銑刀，這是一種如圖 所示的多刃工具。去除金屬是通過銑刀和工件 同時直線運動而相結(jié)合成旋轉(zhuǎn)運動完成的。 在銑刀和工件接觸時每一個銑刀刀刃都是單一的銑削。因此，每個切削刃都有適當?shù)膬A斜和救濟角度。由于一次只有少數(shù)的切削刃與工件接觸，所以重切削不影響刀具的使用壽命。事實上，允許的切削速度和進給速度是車削或鉆的三到四倍。此外，銑削的表面質(zhì)量大體上優(yōu)于車削，塑造，鉆的表面質(zhì)量。 銑削過程的特點是： 斷續(xù)切削。每個切削刃去除材料只有旋轉(zhuǎn)銑刀的一部分。因此，銑刀在再次進行銑削前有時間冷卻。因此，銑削操作相比車削操作更為冷。 小尺寸的碎片。雖然碎片的尺寸很小，由于多個切削刃同時接觸材 料所以材料被切除很多，因此工件一般是在一個單一的行程中完成不像車削過程需要大量切割才能完成。 碎片厚度的變化。這有助于非穩(wěn)態(tài)循環(huán)條件下不同切削力作用時切削刃與碎片接觸厚度從零到最大尺寸，反之亦然。這種周期性變化的力，可以激起機床系統(tǒng)的自然頻率，這對刀具的壽命是有害的同時使表面粗糙度產(chǎn)生。 對于刀具旋轉(zhuǎn)和工件進給的方向而言，銑削是通過以下兩種方法之一完成的。 向上銑削（逆銑）。逆銑刀具的轉(zhuǎn)向和工作臺的移動方向相反，碎片厚度從零開始并逐漸增加到最大厚度，如圖 所示。這有讓工件離開工作臺的趨勢。有一種可能就 是刀具在開始移動之前將摩擦工件。然而，加工過程中不涉及沖擊載荷，從而確保機床的平滑操作。 在逆銑中最初的摩擦有讓刀刃變頓的趨勢，因此刀具具有較短的壽命。此外，由于刀具傾向于削減和滑動，所以通過這種方法獲得的加工表面質(zhì)量不是很高。然而，逆銑在工業(yè)中常用，特別是粗切削。 向下銑削（順銑）。在順銑中銑刀得轉(zhuǎn)向和工作臺的移動方向相同，碎片從最大厚度逐漸變?yōu)榱?，如圖 （ b）所示。這將導致一系列沖擊或突然加載。因此，這種方法不能用于銑削加工除非工作臺與絲桿間隙消除。 最大切削深度是通過刀具切削工件并給很大一個力來實現(xiàn)的，這必須要一個剛性的絲桿來配合工作臺的進給。 這種方法的優(yōu)點是切削力下降所以能獲得更高品質(zhì)的加工表面同時工件的裝夾更簡單。順銑比逆銑允許更大的進給撮合和擁有更長的刀具壽命。但是，它不能被用來加工鑄件或熱軋鋼板，否則硬的刻度將損壞刀具。 齒輪材料 制造齒輪的材料多種多樣 ,無論是金屬還是非金屬。作為設(shè)計所選用材料的根據(jù)，所選材料應該使一個特定的齒輪最便宜 ,同時確保有滿意的性能。在做出一個選擇前 ,設(shè)計師必須決定對這個問題手上的哪些條件是最重要的。如果高強度是首要考慮的 , 應該經(jīng)常選鋼 ,而不是鑄鐵。如 果耐磨性是最重要的考慮條件 ,一個有色金屬比一個黑色金屬好。還有一個如何做出選擇的例子，對于降噪問題、非金屬材料與金屬材料的表現(xiàn)比較。然而 ,在大多數(shù)設(shè)計上的問題中 ,最后通常都是一個折中的選擇材料。換句話說 ,選擇合理的材料 ,符合所有的要求我們之前提到的 ,雖然在每一個方面它不一定是最好的?？偟恼f這一次討論中 ,我們將根據(jù)各種金屬和非金屬齒輪材料的一般分類來考慮他們的特點。 鑄鐵 鑄造鑄鐵是一種最常用的齒輪材料。其成本低 ,易于鑄造 ,有良好的切削性能 ,具有高的耐磨性和良好的降噪性能，使它成為一個較好的選擇。鑄鐵作為一 個齒輪材料主要的缺點是其抗拉強度低 ,這使齒輪容易屈曲而且需要相當大的齒牙。 另一種類型的鑄鐵是球墨鑄鐵 ,它是在鑄鐵里增加了諸如鎂或鈰。這樣的合金化處理使得他們比 普通鑄鐵 有更強的抗拉強度的同時保留了良好的耐磨性和易于加工的特點。 通常的設(shè)計是在鑄鐵齒輪和鋼齒輪于成本、強度、磨損間取一個平衡。 鋼 鋼齒輪通常由碳素鋼和合金鋼制成。他們與鑄鐵相比有更高的強度和更低的成本。然而 ,為了達到滿意的耐磨性他們通常需要經(jīng)過表面熱處理。不幸的是 ,熱處理工藝通常會使齒輪產(chǎn)生變形 ,結(jié)果是齒輪負載不能均勻分布在整個齒輪齒面。通常 更愿意選擇合金鋼因為他們熱處理時變形比碳素結(jié)構(gòu)鋼小。 雖然說討論各種熱處理方法和他們對材料特性的影響不是我們這里的目的，設(shè)計師同樣應該意思到材料熱處理可能帶來的問題。 齒輪經(jīng)常通體淬火或者用水或油淬火 ,以增加其耐磨性。回火通常是齒輪淬火后立即執(zhí)行 , 包括加熱齒輪溫度到 200 度至 700 度 ,然后慢慢在空氣冷卻到室溫。如果較低的硬度就能滿意 ,最好的方法可能是通體淬火，因為它廉價。 在許多情況下 , 雖然表面必須有非常高的硬度但主體部位只需要適當強度。對于齒輪 ,例如 ,表面硬度必須較高 ,在齒輪的一生中齒牙將抵抗數(shù)百萬 次磨損。在每一個接觸齒牙表面都會有很高的應力。如果真的需要的話對這種情況就采用表面淬火。表面 ~ 毫米深得部分被賦予一個較高的硬度 ,盡管對里面的部分 (核心 )只有輕微的影響。表面淬火的優(yōu)勢在于 ,當表面達到所需的耐磨硬度時、核心的部分仍然具有較好的的韌性、耐沖擊和抗疲勞性。最常用的表面硬化過程為是火焰表面淬火、感應淬火、滲碳、滲氮、 氰化 , 碳氮共滲 。 圖 :顯示了一個典型的 碳氮共滲 齒輪的截面部分 ,清楚地顯示出堅硬的表面圍繞著柔軟而有韌性的核心。 有色金屬 用銅、鋅、鋁、鈦是來獲取的合金材 料是有用的齒輪材料。銅合金 ,稱為青銅器 ,也許是應用得最廣泛的。他們在對耐腐蝕性有較高要求和需要較大滑動的場合非常有用，因為它們可以減少摩擦損耗 ,他們通常被用做蝸輪蝸桿的原料。在鋁、鋅合金用于制造重載齒輪。 非金屬材料 非金屬材料制造齒輪已經(jīng)很多年了。尼龍、各類塑料等都已被使用過。使用這些材料的優(yōu)勢有，運行平穩(wěn)、內(nèi)部潤滑、減弱沖擊和振動 ,而且制造經(jīng)濟。他們的主要缺點是承載能力低、導熱率低 ,導致齒牙的熱變形而且可能導致齒輪嚴重弱化。 近來熱塑性樹脂 ,與玻璃纖維加固和潤滑油作為添加劑 ,已被用來在齒輪材料上。這些復合材料給予了更大的承載能力 ,降低了熱膨脹 ,而且有更大的耐磨性和耐疲勞性。 3機械加工精度基礎(chǔ) 加工是通過最簡單和最廉價的方式將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫漠a(chǎn)品。因此，只為了加工某些原材料和獲得預期的產(chǎn)品，這樣還不夠。事實上，通過采用最簡單、最快以及最高效的方法來實現(xiàn)預期的目標是非常重要的。如果采用的技術(shù)不夠高效，所得零件的成本將會很高，并且這樣的零件會在和其他制造商生產(chǎn)的類似零件的競爭中失去優(yōu)勢。同時，產(chǎn)品的生產(chǎn)時間應盡量短以使廠家占據(jù)更大的市場份額。 可以通過不同的方式對現(xiàn)代工業(yè)進行分類。其分類方式可以是按加工 過程，按產(chǎn)品類型也可以按產(chǎn)量和差異程度分類。按加工過程分類可以用鑄造行業(yè)和沖壓行業(yè)以及類似的行業(yè)來印證。當按產(chǎn)品分類時，產(chǎn)業(yè)可以分為汽車行業(yè)，航空航天產(chǎn)業(yè)以及電子產(chǎn)業(yè)。第三種方式，即按產(chǎn)量分