機械制造工藝與裝備PPT完整全套教學課件

緒 論機械制造工藝與裝備第一章ch01緒論.pptxch02金屬切削過程.pptxch03機械制造中的加工方法及裝備.pptxch04機械加工工藝規(guī)程設計.pptxch05機床夾具設計.pptxch06機械加工精度.pptxch07機械加工表面質量.pptxch08機械裝配工藝.pptxch09先進機械制造技術.pptx全套可編輯PPT課件01機械制造技術的發(fā)展及其重要性最初的制造是靠手工來完成的，以后逐漸用機械代替手工，以達到提高產品質量和生產率的目的，同時也為了解放勞動力和減輕繁重的體力勞動，因此出現了機械制造技術。機械制造技術有兩方面的含義：其一是指用機械來加工零件（或工件）的技術，這種機械通常稱為機床、工具機或工作母機；其二是指制造某種機械的技術，如飛機、汽車等。此后，由于在制造方法上有了很大的發(fā)展，除了用機械方法加工外，還出現了電加工、光學加工、電子加工、化學加工等非機械加工方法，因此，人們把機械制造技術簡稱為制造技術。機械制造技術的發(fā)展及其重要性在制造規(guī)模上，從單件小批量一少品種大批量一多品種變批量一大批量定制一個性化定制的發(fā)展。在生產方式上，呈現出從勞動密集型一設備密集型一信息密集型一知識密集型的變化。在制造裝備上，從手工一機械化一單機自動化一剛性自動線一柔性自動線一智能自動化的發(fā)展。機械制造技術的發(fā)展及其重要性在制造技術上，從單純的機械發(fā)展為以機械為主體，交叉融合光、電、信息、材料、管理等學科的綜合體，并與社會科學、文化、藝術等關系密切。在范疇上，從加工、裝配這個狹義制造發(fā)展到覆蓋需求分析、產品設計、生產準備、加工制造、裝配、銷售、維修、報廢回收全生命周期的廣義制造。機械制造技術的發(fā)展及其重要性人類的發(fā)展過程就是一個不斷制造的過程。制造技術推動人類的發(fā)展制造業(yè)是所有與制造有關的行業(yè)的總體。制造業(yè)是國民經濟的支柱機械制造技術的發(fā)展及其重要性02制造的基本概念制造的基本概念制造在英文中是Manufacture，這個英文單詞起源于兩個拉丁字manus（手）和factus（做）。它的起源準確地反映了幾百年來人們對制造的理解，即用手來做。制造從現代的意義上指的是運用物理或化學的方法改變毛坯（初始材料）的幾何形狀、特性和/或外觀，最后制成零件或產品。制造包含將多個零件裝配成產品的操作。制造的定義制造的基本概念完成制造過程必須結合機器、工具、能源和人力四個因素，如圖1-1所示。制造業(yè)及其產品制造業(yè)是通過制造活動為人們提供生活消費品或工業(yè)品的行業(yè)，如汽車工業(yè)、航空工業(yè)、機械工業(yè)等。制造業(yè)的產品通常分為兩類：生活資料（消費品）和生產資料。消費品（如電視）直接由消費者購買，而生產資料（如機床）則由公司購買來制造別的產品。此外，還有大量的非最終產品（螺釘），它們被用來裝配最終產品。因此，制造業(yè)有著非常復雜的結構，它包含多種門類和多層中間供應商。制造的基本概念03制造的要素制造有四個要素：成本、時間、質量和柔性。這四個要素反映了對制造的基本要求。對于一個制造系統來說，使四個要素同時達到最優(yōu)是不可能的，只能折中選擇。在不同年代，對四個要素的折中選擇是不同的。制造的要素成本廣義地講，產品的成本包含制造商成本、用戶成本和社會成本。產品成本發(fā)生在從產品構思到制造、使用和回收的每一階段。時間（生產率）在制造系統中，時間屬性通常表達為一個產品能以多快的速度被生產出來，這個屬性有時又被稱為生產率。生產率要素對其他三個要素有著重要的影響。制造的要素質量按照ISO9000標準的定義，產品的質量是顧客對產品和服務的滿意程度。從質量的產生過程看，產品質量可以分為兩大類，即設計質量和生產質量。柔性柔性要素對制造系統的競爭力有著極為重要的影響，是20世紀90年代制造系統研究中最活躍的要素。制造的要素04制造的工藝制造工藝可以定義為運用一種或幾種物理或化學原理，改變材料形狀或特性，使之更接近于最終零件/產品。最古老的制造工藝可追溯到遠古時期（木材加工），發(fā)展至今其種類已經相當多了。廣義地講，制造工藝包括材料制備，但在本書中，制造工藝是指從原材料到產品形成過程中的工藝，而不包括原材料的制備。制造的工藝制造的工藝制造工藝的分類如圖1-2所示。鑄造、模塑工藝是一種將材料加熱成液體或半液體注入模具中，材料冷卻后成型的工藝。鑄造、模塑和粉末冶金工藝材料變形工藝是借助外力的作用，使坯料產生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的零件的工藝。材料變形工藝材料去除工藝是最常用的制造工藝之一。根據去除材料的機理不同，可將材料去除工藝分為四類。材料去除工藝制造的工藝相對于傳統的材料去除工藝技術，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。增材制造工藝性能強化工藝主要是指熱處理工藝，其工藝目的不是改變形狀而是改變基體的材料性能。性能強化和表面工藝結合工藝就是廣義的裝配工藝，是最常用的現代制造工藝。結合工藝制造的工藝制造的工藝選擇一個合適的工藝，要考慮產品的要求和四個要素之間的平衡等。表1-1則比較了不同工藝的成本、生產率、質量和柔性。05制造設備與工具制造設備與工具（或許還有人）是各種制造工藝的完成載體。從17世紀工業(yè)革命開始，機器就被廣泛地運用于完成制造工藝。最早發(fā)明并被廣泛應用的是金屬切削機床，動力驅動刀具實現切削加工，現代機床仍然遵循當時的基本概念，但自動化程度和精度更高。其他的生產設備包括壓力機、鍛壓機、軋鋼機、焊機等。生產設備通常需要用工具來完成加工，工具使得生產設備可以適應不同工件的加工要求，所以一般工具是按照產品的特定要求而專門設計的。制造設備與工具制造設備與工具工具的類型取決于制造工藝，表1-2所示是為完成各種特定工藝所需要的設備和工具。06生產過程、生產類型與工藝過程生產過程、生產類型與工藝過程生產各類機械產品的工廠，雖然各有不同的產品對象和生產特點，但其生產過程大體相同，一般都是：①根據定型產品的圖紙，制定工藝技術文件；②組織坯料、工藝裝備的制造和配套供應；③采用各種工藝方法，將坯料加工成各種零件；④將合格的零件裝配成完整的機器，并進行檢驗和試車；⑤油漆和包裝機器，并發(fā)運給用戶?，F今，一種或一類產品的生產過程往往是由許多專業(yè)化生產的工廠聯合起來共同完成的。這就是組織專業(yè)化協作分工的生產方式。它有利于零部件的標準化，也有利于提高產品質量、生產效率和降低成本。工廠的生產過程又可分為若干車間的生產過程。某一車間所用的原材料或半成品，可能是另一車間的成品。而它的成品，又可能是其他車間的原材料或半成品。例如，機械加工車間的原材料（毛坯），往往是鑄造車間或鍛造車間的成品，而機械加工車間的成品，又是裝配車間的半成品。生產過程、生產類型與工藝過程狹義的生產過程是指機械產品從原材料到成品之間各相互關聯的工作過程的總和，它包括原材料的運輸和保管、生產技術準備、毛坯制造、工件加工與熱處理、部件和產品的裝配、檢驗調試及油漆、包裝等。廣義的生產過程是指原材料一成品一用戶整個勞動過程的總和。在生產過程中按一定順序逐漸改變生產對象的形狀（鑄造、鍛造等）、尺寸（機械加工）、位置（裝配）和性能（熱處理）使其成為成品的過程稱為工藝過程。因此，工藝過程又可具體地分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理和裝配等。生產過程、生產類型與工藝過程生產綱領是指企業(yè)在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃。計劃期通常定為一年，所以生產綱領也稱年產量。生產綱領和生產批量制造系統按生產批量不同分為小批量制造系統、中批量制造系統和大批量制造系統。生產類型相應地也可以分為單件小批生產、成批生產和大量生產三種類型。生產類型生產過程、生產類型與工藝過程生產過程、生產類型與工藝過程生產類型不同，則零件的加工工藝、工藝裝備、毛坯制造等工藝特點也不同。各種生產類型的生產綱領及其工藝特點如表1-3所示。生產過程、生產類型與工藝過程機械加工工藝過程是機械產品生產過程的一部分，是直接生產過程，其原意是指采用金屬切削刀具或磨具來加工工件，使之達到所要求的形狀、尺寸、表面粗糙度和力學物理性能，成為合格零件的生產過程。生產過程、生產類型與工藝過程工序一個（或一組）工人，在一個工作地點，對一個（或同時幾個）工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程叫作工序。安裝在一個加工工序中，有時需要對工件進行多次裝夾加工，工件經一次裝夾后所完成那部分工序稱為安裝。生產過程、生產類型與工藝過程工位在工件的一次安裝中，通過分度（或移位）裝置，使工件相對于機床床身變換加工位置，則把每一個加工位置上的安裝內容稱為工位。工步在加工表面和加工工具都不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工藝過程叫工步。生產過程、生產類型與工藝過程生產過程、生產類型與工藝過程對如圖1-3所示的階梯軸，如果各表面都需要進行機械加工，則根據其生產類型和生產車間的不同，應采用不同的加工方案。生產過程、生產類型與工藝過程屬于單件小批生產時可用表1-4所示的方案加工。生產過程、生產類型與工藝過程如果屬于大批大量生產，則應改用表1-5所示的方案加工。生產過程、生產類型與工藝過程為了提高生產效率，采用幾把刀具或一把復合刀具同時加工一個或幾個表面可算作一個工步，稱為復合工步，如圖1-5和圖1-6所示。生產過程、生產類型與工藝過程如圖1-7所示，一個工步可包括一次或數次走刀。走刀有些工步，由于余量較大，需要同一刀具對同一表面進行多次切削。刀具在加工表面切削一次所完成的工步內容稱為一次走刀。“”生產過程、生產類型與工藝過程謝謝觀看機械制造工藝與裝備金屬切削過程機械制造工藝與裝備第二章01金屬切削的基本概念刀具和工件之間的相對運動即為切削運動，按照在切削加工中所起的作用不同，切削運動可分為主運動和進給運動。在切削過程中，工件上通常存在三個不斷變化的表面：待加工表面（工件上有待被切除的表面）、已加工表面（被切去材料而形成的新表面）和過渡表面（刀具切削刃正在切削的表面，它處于已加工表面和待加工表面之間）。金屬切削的基本概念金屬切削的基本概念以外圓車削和平面刨削為例，它們的切削運動和工件加工表面如圖2-1所示。主運動主運動是使刀具直接切除工件上的切削層，使之轉變?yōu)榍行迹孕纬尚卤砻娴倪\動。進給運動進給運動是刀具和工件之間的附加運動，使待切削金屬不斷投入切削，配合主運動持續(xù)進行以形成所需工件表面。金屬切削的基本概念金屬切削的基本概念車削外圓的切削用量三要素為切削速度vc、進給量f和背吃刀量ap，如圖2-2所示。切削速度是刀具切削刃上的某一點相對于待加工表面在主運動方向上的瞬時速度，單位為m/s或m/min。切削速度進給量是指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。進給量在與主運動和進給運動方向垂直的方向上，工件已加工表面和待加工表面之間的距離，稱為背吃刀量，單位是mm。背吃刀量金屬切削的基本概念切削厚度是垂直于過渡表面度量的切削層參數，它大致反映了切削刃單位長度上的切削負荷。切削寬度是平行于過渡表面度量的切削層參數，它大致反映了主切削刃參加切削工作的長度。切削層面積是在切削層參數平面內度量的橫截面積。金屬切削的基本概念02切削刀具基礎切削刀具基礎普通外圓車刀的構造如圖2-3所示，由刀頭（切削部分）和刀柄（裝夾部分）兩部分組成。刀具角度參考系刀具切削部分各個刀面和切削刃的空間位置通過在一定空間參考坐標系的幾何角度來表示，稱為刀具角度。刀具角度有兩種參考系：靜止參考系和工作參考系。切削刀具基礎刀具的標注角度刀具的標注角度是以靜止參考系為基準定義的刀具角度，標注于刀具的設計圖上，用于刀具制造、刃磨和測量。在正交平面參考系中，主切削刃及其前、后刀面的空間位置通過4個角度來確定，分別為前角、后角、主偏角和刃傾角。切削刀具基礎切削刀具基礎刀具的角度定義如下（見圖2-5）。刀具的工作角度刀具的標注角度建立于靜止坐標系。如果考慮進給運動和刀具實際安裝位置的影響，則正交平面參考系應按合成切削運動方向來確定。工作參考系是在實際切削條件下的參考系，以工作參考系為基準定義的刀具角度稱為刀具的工作角度。切削刀具基礎硬度和耐磨性。強度和韌性。耐熱性和化學穩(wěn)定性。導熱性和耐熱沖擊性。工藝性和經濟性。切削刀具基礎常用刀具材料刀具切削部分的材料通常分四類：工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼）、硬質合金（鎢鈷類硬質合金、鎢鈦鈷類硬質合金、鎢鈦鉭類硬質合金、鎳鉬鈦類硬質合金）、陶瓷和超硬材料（立方氮化硼、金剛石）。切削刀具基礎切削刀具基礎1）陶瓷2）立方氮化硼3）金剛石4）涂層其他刀具材料03金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形圖2-8所示是在直角自由切削條件下金屬切削過程中滑移線和流線（被切金屬在切削過程中流動的軌跡）的示意圖，根據滑移線和流線，切削層金屬的變形大致可劃分為三個區(qū)域。金屬切削過程中的變形圖2-9中，OA、OB、OC和OM等都是等切應力曲線。積屑瘤的形成在以中等速度切削塑性金屬材料（如一般鋼料或鋁合金）時，切屑經常在前刀面上靠刃口處黏結成一小塊硬楔塊，其硬度通常是工件硬度的2~3倍。這種黏結（冷焊）在前刀面刃口的硬楔塊稱為積屑瘤。積屑瘤對切削過程的影響積屑瘤對切削過程的影響有有利的一面，也有不利的一面。金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形如圖2-12所示，γ為積屑瘤前角，H為積屑瘤高度。工件材料工件材料的強度、硬度增高，切屑和前刀面間的平均正應力σ將增大，而摩擦系數為材料剪切屈服強度z，與正應力的比值，因此前刀面與切屑間的摩擦系數μ將減小，摩擦角阝將減?。ǜ鶕?tanβ），剪切角將增大，變形系數A，將隨之減小。刀具前角一方面，刀具前角x增大，剪切角弟將隨之增大，變形系數厶將隨之減小；但另一方面，刀具前角，增大，切屑和前刀面間的平均正應力σ將減小，摩擦系數μ和摩擦角阝將增大，導致剪切角減小。金屬切削過程中的變形切削速度切削速度是通過積屑瘤或切削溫度來影響切削變形的。進給量在無積屑瘤產生的切削速度范圍內，當進給量增大時，根據式（2-4）可知，切削厚度h，將增大，前刀面上的法向壓力F將增大，切屑和前刀面間的平均正應力σ將增大，變形系數厶將隨之減小。金屬切削過程中的變形04切削力與切削熱切削力切削時，使被加工材料發(fā)生變形而成為切屑所需的力稱為切削力。切削力主要用于抵抗兩個方面的變形和阻力：切削層材料和工件表面層材料的彈性變形、塑性變形；刀具前刀面與切屑、刀具后刀面與工件表面間的摩擦阻力。切削力與切削熱切削力與切削熱消耗在切削過程中的功率稱為切削功率，用P（kW）表示。由于在切削抗力方向的位移極小，可近似認為F，不做功，即不消耗功率。切削功率切削脆性材料時，被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦都比較小，故其切削力相對較小。切削塑性材料時，被切材料的強度、硬度越高，切削力越大。工件材料（1）背吃刀量和進給量；（2）切削速度。切削用量（1）前角；（2）主偏角；（3）刃傾角。刀具幾何參數切削力與切削熱后刀面磨損增大時，后刀面上的法向力和摩擦力都增大，切削力增大。刀具磨損以冷卻為主的切削液（如水溶液）對切削力的影響不大，但具有較強潤滑作用的切削液（如切削油）可以降低切削力。切削液刀具材料與工件材料間的摩擦系數將影響摩擦力的大小，導致切削力變化。刀具材料切削力與切削熱切削力測量目前常用的測力儀有電阻式測力儀和壓電式測力儀。測力儀輸出的模擬信號經A/D轉換器轉換為數字信號后輸入計算機，計算機對信號進行處理后即可求得切削力。在自動化生產中，可以用測得的切削力信號實時監(jiān)控和優(yōu)化切削過程。切削力經驗計算公式測量在不同切削工況條件下的切削力并經數據處理，可得到切削力的經驗計算公式為Fp=CFpapxFpfyFpvcnFpKFp。切削力與切削熱工件材料的導熱系數高，由切屑和工件傳導出去的熱量增多，切削區(qū)溫度就低；工件材料的導熱系數低，切削熱傳導慢，切削區(qū)溫度就高，刀具磨損就快。刀具材料的導熱系數高，切削區(qū)的熱量向刀具內部傳導快，降低切削區(qū)的溫度。采用冷卻性能好的切削液能有效降低切削區(qū)的溫度。切削力與切削熱05刀具磨損、破損與刀具壽命刀具磨損、破損與刀具壽命刀具的磨損形態(tài)刀具的磨損形態(tài)如圖2-15所示。刀具磨損、破損與刀具壽命不同位置的刀具磨損量如圖2-16所示。磨料磨損在工件材料中存在碳化物、氮化物和氧化物等硬質點及積屑瘤碎片等，這些硬質點如同“磨?！?，對刀具表面產生摩擦和刻劃作用，造成機械磨損。黏結磨損切削時，切屑與前刀面之間存在高壓力和高溫度的作用，使接觸點發(fā)生冷焊黏結，即切屑黏結在前刀面上，在切屑相對于前刀面的運動中，刀具材料表面微粒會被切屑黏走而產生小塊剝落，造成黏結磨損。刀具磨損、破損與刀具壽命擴散磨損切削中后刀面與已加工表面、前刀面與切屑底面相接觸，由于高溫和高壓的作用，刀具材料和工件材料中的化學元素相互擴散，使刀具材料化學成分發(fā)生變化，耐磨性能下降，造成擴散磨損?；瘜W磨損在高溫作用下，刀具材料與周圍介質（如空氣中的氧，切削液中的極壓添加劑硫、氯等）起化學作用，在刀具表面形成硬度和強度較低的化合物，易被切屑和工件摩擦掉，造成刀具材料損失，由此產生的刀具磨損稱為化學磨損。刀具磨損、破損與刀具壽命刀具磨損、破損與刀具壽命刀具的磨鈍標準常以刀具的徑向尺寸磨損量NB（見圖2-17）作為刀具的磨鈍標準。在切削加工中，刀具沒有經過正常磨損，而在很短時間內突然損壞，這種情況稱為刀具破損。磨損是逐漸發(fā)展的過程，而破損是突發(fā)的。破損的突發(fā)性很容易在生產過程中造成較大的危害和經濟損失。刀具的破損形式分為脆性破損和塑性破損。刀具磨損、破損與刀具壽命刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準為止所經歷的切削時間，稱為刀具壽命，用T表示。一把新刀往往要經過多次刃磨才會報廢?？芍啬サ毒叩牡毒邏勖莾纱稳心ブg所經歷的切削時間。刀具總壽命是刀具壽命與刃磨次數的乘積。試驗表明，影響刀具磨損的主要因素是切削速度。提高切削速度，將使切削溫度增高，磨損加劇，造成刀具壽命降低。刀具磨損、破損與刀具壽命06切削用量和刀具幾何參數的選擇合理的切削用量是指在保證加工質量的前提下，既取得較高的生產效率又獲得較低加工成本所采用的切削用量。選擇切削用量時主要考慮：工件的加工要求（包括加工質量要求和生產效率要求）、刀具材料的切削性能、機床性能（包括功率、轉矩等動力特性和運動特性）、刀具壽命要求等。切削用量的刀具幾何參數的選擇刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具幾何參數兩方面決定的。刀具幾何參數的選擇對切削力、切削溫度及刀具磨損有顯著影響。選擇刀具的幾何參數要綜合考慮工件材料、刀具材料、刀具類型及其他加工條件（如切削用量、工藝系統剛性及機床功率等）的影響。切削用量的刀具幾何參數的選擇07磨削原理磨削原理磨削一般有四個運動，以外圓磨削運動（見圖2-19）為例。磨削原理普通砂輪普通砂輪是用結合劑把磨粒黏結起來，經壓坯、干燥、焙燒及車整制成的。砂輪的特性取決于磨料、粒度、結合劑、硬度、組織及砂輪形狀等要素。磨削原理超硬砂輪超硬砂輪采用人造金剛石或立方氮化硼砂輪為磨料。砂輪由磨粒層和基體兩部分組成，磨粒層由人造金剛石或立方氮化硼磨粒與結合劑組成，基體常用鋁、鋼、銅或膠木等制作?；岭A段。耕犁階段。形成切屑。磨削原理磨削原理以外圓磨削為例，如圖2-22所示，磨削力可以分解為三個互相垂直的分力。謝謝觀看機械制造工藝與裝備機械制造中的加工方法及裝備機械制造工藝與裝備第三章01機械制造中的切削加工方法車削加工中，工件旋轉，形成主切削運動。車削加工后形成的加工面是回轉表面。車削加工方法也可以加工回轉工件的端面（平面）。通過刀具相對工件實現不同的進給運動，可以獲得不同的工件形狀。當刀具沿平行于工件回轉軸線的方向運動時，就形成內圓柱面、外圓柱面；當刀具沿與工件旋轉軸線相交的斜線運動時，就形成錐面；在仿形車床或數控車床上，當刀具沿著一條曲線進給時，就形成一個特定的旋轉曲面。采用成形車刀，橫向進給時，也可以加工出旋轉曲面。車削還可以加工螺紋面、端平面和偏心軸等。機械制造中的切削加工方法機械制造中的切削加工方法車削加工由車床來完成，如圖3-1所示為臥式車床所能加工的典型表面。粗車是外圓粗加工最經濟有效的方法。粗車半精車和精車的主要任務是保證零件所要求的加工精度和表面質量。半精車和精車精細車的特點是背吃刀量a，和進給量f取值極小，切削速度高達150~2000m/min。精細車機械制造中的切削加工方法銑削的主切削運動是刀具的旋轉運動，工件本身不動，而是裝夾在機床的工作臺上完成進給運動。銑削刀具比較復雜，一般為多刃刀具。機械制造中的切削加工方法機械制造中的切削加工方法如圖3-2所示，銑削加工的方法有端銑和周銑兩種。機械制造中的切削加工方法如圖3-3（a）所示，銑刀在切入工件處的切削速度v的方向與工件進給速度v的方向相反，稱為逆銑。機械制造中的切削加工方法如圖3-3（b）所示，順銑是銑刀切削速度v與工件進給速度v兩者方向相同的一種銑削方式。機械制造中的切削加工方法刨削加工由刨床來完成。圖3-6所示為在牛頭刨床上加工的平面和溝槽。機械制造中的切削加工方法在鉆床上，用旋轉的鉆頭鉆削孔是常用的孔加工方法，鉆頭的旋轉運動是主切削運動。如圖3-7所示為典型的鉆削加工方法。機械制造中的切削加工方法鏜削是一種用刀具擴大孔或其他圓形輪廓的內徑車削工藝，其應用范圍一般從半精加工到精加工，所用刀具通常為單刃鏜刀。圖3-9所示為臥式鏜床的主要加工方法。磨削加工以砂輪或其他磨具對工件進行加工，其主運動是砂輪的旋轉運動。研磨是利用研磨工具和研磨劑，從工件上研去一層極薄表面層的精密加工方法。珩磨是利用珩磨工具對工件表面施加一定的壓力，珩磨工具同時做相對旋轉和直線往復運動，切除工件上極小余量的一種精密加工方法。機械制造中的切削加工方法拋光是利用涂有拋光膏的軟輪（拋光輪）高速旋轉對工件進行微弱切削，從而降低工件表面粗糙度的一種精密加工方法。拋光超精加工是用極細磨料的油石，以恒定壓力（0.05~0.5MPa）和復雜相對運動對工件進行微量切削，以降低工件表面粗糙度為目的的精密加工方法。超精加工機械制造中的切削加工方法齒形加工是整個齒輪加工的關鍵，齒形加工的方法很多，如熱軋、冷擠、沖壓、粉末冶金等，這些方法的加工精度都不高，常用的加工方法是切削加工。齒形的切削加工方法分兩大類：成形法（又稱仿形法）和展成法（又稱范成法）。成形法所用的機床一般為普通銑床，用與齒輪齒槽形狀完全相符的成形刀具加工出齒輪，還可以在刨床上用成形刨刀加工，在拉床上用拉刀也可以加工出齒輪。展成法加工齒面的常用機床有滾齒機、插齒機等。機械制造中的切削加工方法機械制造中的切削加工方法圖3-21所示為汽車發(fā)動機曲軸的車銑復合加工。機械制造中的切削加工方法復合加工技術依托強大的設備功能，將多種加工工序合并在一起，不僅能夠實現不同機械加工方法的復合加工，而且還能夠實現機械加工方法與特種加工方法的復合加工?；瘜W、電解、電火花和超聲波等特種加工方法與切削、磨削加工方法組合而形成多種復合加工技術，如化學機械復合加工、電火花銑復合加工、電火花磨復合加工、電解在線修整砂輪磨削加工、超聲振動輔助切削加工等。特種加工與機械加工復合加工02金屬切削機床基礎金屬切削機床是制造機器的機器或工作母機，它是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，是機械加工的主要設備。其基本功能是為被切削的工件和使用的刀具提供必要的運動、動力和相對位置。金屬切削機床基礎表面成形運動用來形成被加工表面形狀的運動稱為表面成形運動。表面成形運動是機床的基本運動，它包括主運動和進給運動。輔助運動在加工過程中，加工工具與工件除工作運動以外的其他運動稱為輔助運動。輔助運動可以實現機床的各種輔助動作。金屬切削機床基礎機床的工藝范圍機床的工藝范圍是指在機床上加工的工件類型和尺寸，能夠加工完成何種工序，使用什么刀具等。不同的機床，有寬窄不同的工藝范圍。機床的技術參數機床的主要技術參數包括尺寸參數、運動參數和動力參數。金屬切削機床基礎幾何精度是指機床空載條件下，在不運動或運動速度較低時各主要部件的形狀、相互位置和相對的精確程度。幾何精度運動精度是指機床空載或以工作速度運行時，主要零部件的幾何位置精度。運動精度定位精度是指機床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。傳動精度金屬切削機床基礎定位精度是指機床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。定位精度加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的工作精度。工作精度在規(guī)定的工作時間內，保持機床所要求的精度，稱為精度保持性。精度保持性金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎機床是機械加工系統的主要組成部分。為適應不同的加工對象和加工要求，機床有許多品種和規(guī)格。為了便于區(qū)別、使用和管理，需要對機床加以分類，并編制型號。機床的分類金屬切削機床基礎各類主要機床的示意圖如圖3-22~圖3-37所示。金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎金屬切削機床基礎機床型號是機床產品的代號，用以簡明地表示機床的類型、性能和結構特點、主要技術參數等。我國的機床型號是按照國家標準GB/T15375-1994《金屬切削機床型號編制方法》編制的。此標準規(guī)定機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯數字按照一定的規(guī)律組成。通用機床的型號編制金屬切削機床基礎專用機床的型號由設計單位代號、組代號和設計順序號組成。專用機床的型號編制03機床的結構和傳動機床的結構和傳動機床布局圖3-38所示是CA6140型臥式車床的外形圖。機床的結構和傳動機床的傳動系統圖3-39所示為CA6140型臥式車床的傳動系統原理框圖。機床的結構和傳動3.（1）傳動路線圖3-40所示為CA6140型臥式車床傳動系統圖。機床的結構和傳動4.（1）螺紋進給傳動鏈如圖3-40所示，動力從主軸上齒輪58或皿軸上齒輪44傳出，經過I~XI軸間的換向機構，傳給掛輪箱。機床的結構和傳動5.主軸箱的主要機構圖3-42所示是CA6140型臥式車床主軸箱展開圖。數控機床的結構數控機床是一種用數字化信號進行運動控制和加工過程控制的自動化機床，它能夠按照機床規(guī)定的數字化代碼，把各種機械位移量、工藝參數、輔助功能表示出來，經過數控系統的邏輯處理與運算，發(fā)出各種控制指令，實現要求的機械動作，自動完成零件加工任務。數控機床的主傳動系統數控機床的主傳動廣泛采用無級變速傳動，用交流調速電動機或直流調速電動機驅動，傳動鏈短，傳動件少，系統可靠性高。機床的結構和傳動數控機床的進給傳動系統數控機床的進給傳動系統將伺服電動機的旋轉運動轉變?yōu)閳?zhí)行部件的直線進給運動或回轉進給運動。機床的結構和傳動謝謝觀看機械制造工藝與裝備機械加工工藝規(guī)程設計機械制造工藝與裝備第四章01機械加工工藝規(guī)程設計方法機械加工工藝規(guī)程的作用一般來說，大批大量生產類型要求有細致和嚴密的組織工作，因此要求有比較詳細的機械加工工藝規(guī)程。單件小批生產由于分工比較粗糙，因此其機械加工工藝規(guī)程可以簡單些。但是，不論生產類型如何，都必須有章可循，即都必須有機械加工工藝規(guī)程。機械加工工藝規(guī)程設計方法生產的計劃、調度、工人的操作、質量檢查等都以機械加工工藝規(guī)程為依據，任何生產人員都不得隨意違反機械加工工藝規(guī)程。生產準備工作（包括技術準備工作）離不開機械加工工藝規(guī)程。除單件小批生產外，在中批或大批大量生產中要新建或擴建車間（或工段），其原始依據也是機械加工工藝規(guī)程。機械加工工藝規(guī)程設計方法機械加工工藝規(guī)程設計方法機械加工工藝規(guī)程的格式一般只編寫簡單的機械加工工藝過程卡片或機械加工工藝路線卡片（參見表4-1）。設計機械加工工藝規(guī)程應遵循如下原則。必須可靠地保證零件圖紙上所有技術要求的實現。在規(guī)定的生產綱領和生產批量下，一般要求工藝成本最低。充分利用現有生產條件，提高生產效率。盡量減輕工人的勞動強度，保障生產安全，創(chuàng)造良好、文明的勞動條件。機械加工工藝規(guī)程設計方法機械加工工藝規(guī)程設計必須具備以下原始資料。（1）產品裝配圖、零件圖。（2）產品驗收質量標準。（3）產品的年生產綱領。（4）毛坯材料和毛坯的生產條件。（5）現有生產條件，包括機床設備和工藝裝備的規(guī)格、性能和當前的技術狀態(tài)，工人的技術水平，工廠自制工藝裝備的能力及供電、供氣能力的有關資料。（6）工藝規(guī)程設計和工藝裝備設計所用設計手冊和有關標準。（7）國內外有關制造技術資料等。機械加工工藝規(guī)程設計方法機械加工工藝規(guī)程設計的步驟和內容如下。分析產品裝配圖和零件圖。工藝審查。確定毛坯的種類和制造方法。擬定機械加工工藝路線。機械加工工藝規(guī)程設計方法確定滿足各工序要求的機床和工藝裝備。確定各主要工序的技術要求和檢驗方法。確定各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差。確定切削用量。確定各工序時間定額。機械加工工藝規(guī)程設計方法評價工藝路線。填寫工藝文件。機械加工工藝規(guī)程設計方法02零件的結構工藝性分析零件的結構工藝性分析（1）應盡量采用標準化參數。（2）要保證加工的可能性和方便性，加工面應有利于刀具的進入和退出。（3）加工表面形狀應盡量簡單，便于裝夾，并盡可能布置在同一表面和同一軸線上，以減少工件裝夾、刀具調整和走刀次數，有利于提高加工效率。（4）零件的結構應便于工件裝夾，并有利于增強工件和刀具的剛度。零件的結構工藝性分析（5）有相互位置要求的有關表面，應盡可能在一次裝夾中加工完。（6）應盡可能減輕零件重量，減小加工表面面積，并盡量減少內表面加工。（7）合理采用零件的組合，以便于零件的加工。（8）在滿足零件使用性能的條件下，零件的尺寸、形狀、相互位置與表面粗糙度的要求應盡量合理。（9）零件的結構應與先進的加工工藝方法相適應。零件的結構工藝性分析目前，關于零件結構工藝性的分析尚停留在定性分析階段，表4-5列舉了在常規(guī)工藝條件下零件結構工藝性定性分析的例子，供設計零件和對零件進行結構工藝性分析時參考。零件的結構工藝性分析零件的結構工藝性分析零件的結構工藝性分析03工件的定位及基準工件的裝夾在設計機械加工工藝規(guī)程時，要考慮的最重要的問題之一就是怎樣將工件裝夾在機床上或夾具中。這里裝夾有兩個含義，即定位和夾緊。定位是指確定工件在機床或夾具中占有正確位置的過程，可理解為確定工件相對于刀具的位置，以保證加工尺寸的形位精度要求。夾緊是指工件定位后將其固定，使其在加工過程中能承受重力、切削力而保持定位位置不變的操作。工件的定位及基準工件定位原理1）六點定位原理2）用定位元件代替約束點限制自由度3）完全定位和不完全定位4）欠定位和過定位工件的定位及基準設計基準設計圖樣上標注設計尺寸所依據的基準，稱為設計基準。工藝基準零件在加工工藝過程中所采用的基準稱為工藝基準。工藝基準又可進一步分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。工件的定位及基準定位基準還可進一步分為粗基準、精基準，此外還有附加基準?！啊惫ぜ亩ㄎ患盎鶞?4工藝路線的制定粗基準的選擇將影響加工面與不加工面的相互位置，或影響加工余量的分配，并且第一道粗加工工序首先要遇到粗基準選擇問題。粗基準的選擇選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現及裝夾準確、可靠、方便。精基準的選擇工藝路線的制定加工經濟精度及表面粗糙度加工經濟精度是指在正常加工條件下（采用符合質量標準的設備、工藝裝備和技術標準等級的工人、不延長加工時間）所能保證加工精度。加工方法的選擇一般情況下，根據零件的精度（包括尺寸精度、形狀精度和位置精度）和表面精糙度要求，考慮本車間（或本廠）的現有工藝條件、加工經濟精度的因素選擇加工方法。工藝路線的制定工藝路線的制定外圓表面的加工路線零件的外圓表面如圖4-25所示。工藝路線的制定孔的加工路線圖4-26所示是常見的孔的加工路線。工藝路線的制定平面的加工路線圖4-27所示是常見的平面的加工路線。工序順序的安排原則如下。先基準面，后其他表面。先主要平面，后主要孔。先主要表面，后次要表面。先安排粗加工工序，后安排精加工工序。工藝路線的制定熱處理工序及表面處理工序的安排如下。預備熱處理。時效處理。最終熱處理。表面處理。工藝路線的制定其他工序的安排檢查、檢驗工序，去毛刺、平衡、清洗工序等也是工藝規(guī)程的重要組成部分。檢查、檢驗工序是保證產品質量合格的關鍵工序之一。每個操作工人在操作過程中和操作結束以后都必須自檢。在工藝規(guī)程中，下列情況應安排檢查工序：①零件加工完畢；②從一個車間轉到另一個車間的前后；③工時較長或重要的關鍵工序的前后。工藝路線的制定選定了加工方法后，就要確定工序的數目，即工序的集中和分散問題。同一個工件，同樣的加工內容，可以安排兩種不同形式的工藝規(guī)程：一種是工序集中，另一種是工序分散。工序集中和工序分散的特點都很突出。工序集中有利于保證各加工面間的相互位置精度要求，有利于采用高生產率機床，節(jié)省裝夾工件的時間，減少工件的搬動次數。工序分散可使每個工序使用的設備和夾具比較簡單，調整、對刀也比較容易，對操作工人的技術水平要求較低。工藝路線的制定粗加工時，切削層厚，切削熱量大，無法消除因熱變形帶來的加工誤差。后續(xù)加工容易把已加工好的加工面劃傷。不利于及時發(fā)現毛坯的缺陷。不利于合理地使用設備。不利于合理地使用技術工人。工藝路線的制定05加工余量與工序尺寸的確定工藝路線擬定以后，在進一步安排各個工序的具體內容時，應正確地確定工序尺寸。加工余量的概念為了合理確定加工余量，必須了解影響加工余量的各項因素。影響工序余量的因素確定加工余量的方法有三種：分析計算法、查表法和經驗法。加工余量的確定加工余量與工序尺寸的確定加工余量與工序尺寸的確定對于各工序的工序基準與設計基準重合時的表面多次加工，其工序尺寸的計算相對比較簡單，掌握基準重合情況下工序尺寸與公差的確定過程非常重要，其過程如下。（1）確定各加工工序的加工余量。（2）從終加工工序開始，即從設計尺寸開始，到第一道加工工序，逐次加上每道加工工序余量，可分別得到各工序基本尺寸。（3）除終加工工序外，其他各加工工序按各自所采用加工方法的加工經濟精度確定工序尺寸公差。（4）填寫工序尺寸并按“入體原則”標注工序尺寸公差。06工藝尺寸鏈尺寸鏈的定義、組成在零件加工或機器裝配過程中，相互聯系并按一定順序排列的封閉尺寸組稱為尺寸鏈。尺寸鏈的分類（1）按尺寸鏈的形成及應用范圍分類。（2）按尺寸鏈中環(huán)所處的空間位置和幾何特征分類。工藝尺寸鏈極值法、概率法。尺寸鏈的計算方法正計算、反計算、中間計算。尺寸鏈的計算類型等公差法、等精度法、實際可行性分配法。尺寸鏈反計算中的公差分配工藝尺寸鏈工藝基準和設計基準不重合時工藝尺寸的計算。一次加工滿足多個設計尺寸要求的工藝尺寸計算。表面淬火、滲碳層深度及鍍層、涂層厚度工藝尺寸鏈的計算。余量校核。工藝尺寸鏈上面介紹的工藝尺寸鏈計算例子中，只包含一個封閉環(huán)和對應的一個尺寸鏈，尺寸鏈的建立與計算相對簡單。但對于尺寸要求比較多的零件，如果工序較多，工序基準又不重合，尺寸還需要換算，則工序尺寸及其公差的確定就比較復雜（關鍵是不容易正確列出工藝尺寸鏈）。通過跟蹤法能準確地查找出全部工藝尺寸鏈，并且能把一個復雜的工藝過程用箭頭直觀地在圖中表示出來。工藝尺寸鏈應用概率法計算尺寸鏈有五個基本因素，即基本尺寸、上偏差、下偏差、平均偏差及公差?！啊惫に嚦叽珂?7典型零件加工工藝典型零件加工工藝如圖4-47所示的直升機旋翼軸是典型的薄壁長軸類零件，且內部帶有深孔。主要是粗車內、外型面，主要目的是去除大部分余量，保證后續(xù)工序加工余量均勻。粗加工階段主要是深孔的擴鏜、外表面精細加工、部分孔的加工，并完成部分表面處理。半精加工階段精加工階段要完成軸的全部加工，達到設計圖樣的全部要求，并完成檢測。精加工階段典型零件加工工藝典型零件加工工藝直升機旋翼軸的機械加工工藝過程如表4-11所示。典型零件加工工藝典型零件加工工藝典型零件加工工藝典型零件加工工藝典型零件加工工藝08機械加工生產率和技術經濟分析所謂時間定額是指在一定生產條件下，規(guī)定生產一件產品或完成一道工序所需消耗的時間。時間定額的概念基本時間Z、輔助時間T、布置工作地時間、休息和生理需要時間、準備與終結時間T。時間定額的組成單件時間和單件工時定額計算公式機械加工生產率和技術經濟分析1.縮短單件工時定額2.采用高效自動化加工及成組加工在成批大量生產中，采用組合機床及自動線加工；在單件小批生產中，采用數控機床、加工中心機床及成組加工，都可以有效提高生產率。機械加工生產率和技術經濟分析機械加工生產率和技術經濟分析1.工藝成本的組成工藝成本由可變費用和不變費用兩部分組成。2.工藝方案的經濟性評定制定工藝規(guī)程時，對生產規(guī)模較大的主要零件的工藝方案應該通過計算工藝成本來評定其經濟性；對于一般零件，可利用各種技術指標，結合生產經驗，進行不同方案的經濟論證，從而決定不同方案的取舍。謝謝觀看機械制造工藝與裝備機床夾具設計機械制造工藝與裝備第五章01機床夾具概述機床夾具的功能如下。保證加工精度。提高生產率。擴大機床的工藝范圍。降低工人的勞動強度，保證生產安全。機床夾具概述機床夾具概述圖5-1所示連桿銑槽夾具。機床夾具有多種分類方法，按加工類型，可分為車床夾具、鏜床夾具、銑床夾具、磨床夾具等；按夾緊裝置的動力源，可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電磁夾具、真空夾具等；按夾具的使用范圍，則可分為以下五種類型。機床夾具概述（1）通用夾具。（2）專用夾具。（3）可調整夾具和成組夾具。（4）組合夾具。（5）隨行夾具。02工件在機床夾具上的定位工件以圓柱孔定位時，定位基準為孔的軸線，常用定位元件是各類心軸和定位銷。圓柱孔定位工件以外圓柱表面定位有兩種形式：一種是定心定位，另一種是支承定位。外圓定位工件在機床夾具上的定位對于箱體、床身、機座、支架類零件的加工，最常用的定位方式是以平面為定位基準。平面定位定位表面的組合在實際生產中，經常是幾個定位表面的組合，而非單一表面的定位。常見的組合形式有平面與平面組合、平面與孔組合、平面與外圓柱面組合、平面與其他表面組合、錐面與錐面的組合等。工件在機床夾具上的定位工件在機床夾具上的定位圖5-2所示為平面定位方式所采用的支承釘和支承板。定位誤差是指工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量所引起的加工誤差，它是工件加工誤差的一部分。設計夾具定位方案時，要充分考慮定位誤差的大小是否在允許的范圍內，一般定位誤差應控制在工件允差的1/5~1/3之內，如果超出范圍，則應考慮重新設計定位方案。工件在機床夾具上的定位03工件在機床夾具中的夾緊夾緊必須保證定位準確可靠，而不能破壞定位。工件和夾具的變形必須在允許的范圍內。夾緊機構必須可靠。夾緊機構操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習慣。夾緊機構的復雜程度、自動化程度必須與生產綱領和工廠的條件相適應。工件在機床夾具中的夾緊夾緊力方向的確定。夾緊力作用點的選擇。夾緊力大小的確定。工件在機床夾具中的夾緊工件在機床夾具中的夾緊圖5-30所示是一種簡單的斜楔夾緊機構。工件在機床夾具中的夾緊螺旋夾緊機構是夾緊機構中應用最廣泛的一種，圖5-32所示為螺旋夾緊機構示例。工件在機床夾具中的夾緊偏心夾緊機構靠偏心輪回轉時其半徑逐漸增大而產生夾緊力來夾緊工件，圖5-34所示為三種偏心夾緊機構。工件在機床夾具中的夾緊圖5-36所示為鉸鏈夾緊機構的應用。工件在機床夾具中的夾緊圖5-38所示為螺旋定心夾緊機構。工件在機床夾具中的夾緊圖5-41所示為多點聯動夾緊機構。工件在機床夾具中的夾緊典型的氣動傳動系統如圖5-45所示。壓力油工作壓力可達6MPa，因此油缸尺寸小，不需增力機構，夾緊裝置緊湊。壓力油具有不可壓縮性，因此夾緊裝置剛度大、工作平穩(wěn)可靠。液壓夾緊裝置噪聲小。工件在機床夾具中的夾緊工件在機床夾具中的夾緊圖5-47所示為氣液增壓器，將壓縮空氣的動力轉換為較高的液體壓力，供給夾具的夾緊油缸。工件在機床夾具中的夾緊圖5-48所示為真空夾緊的工作情況，圖5-48（a）所示是未夾緊狀態(tài)，圖5-48（b）所示是夾緊狀態(tài)。04機床夾具的其他裝置刀具的導向是為了保證孔的位置精度，增加鉆頭和鏜桿的支承以提高其剛度，減小刀具的變形，確?？准庸さ奈恢镁取C床夾具的其他裝置在銑床或刨床夾具中，需要調整刀具相對工件的位置，因此常設置對刀裝置。對刀時移動機床工作臺，使刀具靠近對刀塊，在刀齒刀刃與對刀塊間塞進一規(guī)定尺寸的塞尺，讓刀刃輕輕靠緊塞尺，抽動塞尺感覺到有一定的摩擦力存在，這樣確定刀具的最終位置。抽走塞尺后，就可以開動機床進行加工。機床夾具的其他裝置機床夾具的其他裝置圖5-55所示為一斜面分度裝置。在進行機床夾具總體設計時，還要考慮夾具在機床上的定位、固定，這樣才能保證夾具（含工件）相對于機床主軸（或刀具）、機床運動導軌有準確的位置和方向。夾具在機床上的定位有兩種基本形式：一種是安裝在機床工作臺上，如銑床、刨床和鏜床夾具；另一種是安裝在機床主軸上，如車床夾具。機床夾具的其他裝置銑床類夾具體底面是夾具的主要基準面，要求底面經過精密加工，夾具的各定位元件相對于該底面應有較高的位置精度。05各類機床夾具舉例各類機床夾具舉例如圖5-58所示固定式鉆模為加工連桿零件鎖緊孔的鉆模。各類機床夾具舉例圖5-59所示為回轉式鉆模。各類機床夾具舉例圖5-60所示為蓋板式鉆模。各類機床夾具舉例圖5-63（a）所示為斜面銑削夾具，圖5-63（b）所示為計算O點位置的尺寸關系圖。各類機床夾具舉例圖5-64所示為圓周進給式銑床夾具。車床夾具通常分為以下四類。以工件外圓定位的車床夾具，如各類卡盤和夾頭。以工件內孔定位的車床夾具，如各種心軸。以工件頂尖孔定位的車床夾具，如頂尖。用于加工非回轉體的車床夾具，如花盤式車床夾具。各類機床夾具舉例各類機床夾具舉例（1）保證工件加工的各項技術要求。（2）夾具結構方案與生產綱領相適應。（3）盡量選用標準化元件和組件。（4）操作方便、安全、省力。（5）具有良好的結構工藝性。機床夾具設計要求各類機床夾具舉例（1）明確設計要求，收集和研究有關資料。（2）確定夾具結構方案。（3）繪制裝配圖，標注尺寸及技術要求。（4）繪制夾具零件圖。機床夾具設計的內容和步驟各類機床夾具舉例圖5-67所示為鉆小孔的鉆模設計實例。06航空制造中的典型夾具及設計方法為了適應航空產品單件、小批量生產需求，許多航空企業(yè)都建有組合夾具站，以滿足航空產品快速研制和生產的需求。航空制造中的典型夾具及設計方法現代航空企業(yè)的主要生產設備是數控機床、加工中心和以數控設備為基礎的柔性制造系統（FMS）。在數控加工等生產方式下，用于夾持工件的機床夾具仍然不可缺少。目前，數控加工中的夾具設計、制造、裝配的自動化程度較低，制造周期長，不能滿足高速、高精數控加工的需要，是航空企業(yè)迫切需要解決的問題之一。為了提高制造系統的經濟效益，要求夾具具有足夠的柔性，快速滿足加工需求。航空制造中的典型夾具及設計方法航空制造中的典型夾具及設計方法柔性多點夾持系統主要由底座、導軌、x軸排架、Y軸滑鞍、Z軸定位/支承單元及控制驅動裝置等組成，其結構示意圖如圖5-78所示。航空制造中的典型夾具及設計方法飛機結構件具有尺寸大、富含薄壁結構、材料去除率高等特點，使得飛機結構件在加工后容易發(fā)生變形（如圖5-80所示）。謝謝觀看機械制造工藝與裝備機械加工精度機械制造工藝與裝備第六章01概 述機械產品質量與零件的加工質量、產品的裝配質量密切相關，保證機械產品質量是機械制造人員的首要任務。零件的加工質量將直接影響產品的性能、效率、壽命及可靠性等質量指標，它是保證產品制造質量的基礎。零件的加工質量包括機械加工精度和加工表面質量兩個方面。概述指機械加工后零件表面的實際形狀與理想形狀的符合程度。形狀精度指機械加工后零件各表面間實際位置與理想位置的符合程度。位置精度概述指機械加工后零件的直徑、長度和表面間距離等尺寸的實際值與理想值的符合程度。尺寸精度原始誤差中一部分與工藝系統的初始狀態(tài)有關，一部分與加工過程有關。影響加工精度的原始誤差主要有：（1）與工藝系統的初始狀態(tài)有關的原始誤差（幾何誤差），包括加工原理誤差、調整誤差、測量誤差和機床、刀具、夾具的制造誤差，它們在切削加工前已經存在。（2）與工藝系統加工過程有關的原始誤差（動誤差），包括切削力及其他力引起的受力變形、切削熱引起的受熱變形，以及刀具磨損、測量誤差和殘余應力引起的變形。概述概述以外圓車削為例（見圖6-1）分析原始誤差與加工誤差的關系。單因素分析法為簡單起見，一般不考慮其他因素的同時作用，而研究某一確定因素對加工精度的影響。通過分析、計算、測試得到該因素與加工誤差間的關系。統計分析法針對批量生產的工件的實測數據，運用數理統計方法進行數據處理，找出誤差出現的規(guī)律，判斷誤差的性質，用于控制加工質量。概述02工藝系統的幾何誤差在機械加工的每一個工序中，總要對工藝系統進行調整。調整誤差測量誤差是工件的測量尺寸與實際尺寸的差值。測量誤差工藝系統的幾何誤差加工原理誤差是指由于采用了近似的成形運動或近似的切削刃輪廓進行加工而產生的誤差。加工原理誤差主軸回轉誤差1）主軸回轉誤差及其對加工精度的影響2）影響主軸回轉精度的因素3）提高主軸回轉精度的措施工藝系統的幾何誤差導軌導向誤差1）導軌導向誤差對加工精度的影響2）引起導軌誤差的原因傳動鏈的傳動誤差傳動鏈的傳動誤差是指內聯系的傳動鏈中首、末兩端傳動元件之間相對運動的誤差，一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。有些加工方法（如車螺紋、滾齒、插齒），要求刀具與工件之間必須具有嚴格的傳動比關系（例如單頭滾刀加工直齒時，要求滾刀轉一轉，工件轉過一個齒），機床傳動鏈的傳動誤差是影響這類表面加工精度的主要原因之一。工藝系統的幾何誤差不同種類刀具的誤差對加工精度的影響不同。（1）定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、圓拉刀等）的尺寸誤差將直接影響工件的尺寸精度。（2）成形刀具（如成形車刀、成形銑刀、齒輪模數銑刀、成形砂輪等）的形狀誤差將直接影響工件的形狀精度。（3）展成刀具（如滾齒刀、花鍵滾刀、插齒刀等）的切削刃形狀是加工表面的共軛曲線，因此，切削刃的形狀誤差會影響加工表面的形狀精度。（4）一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀等）的制造誤差對工件加工精度無直接影響，但這類刀具容易磨損。工藝系統的幾何誤差定位元件、刀具導向元件、分度機構、夾具體等的制造誤差。夾具元件裝配后工作面間的相對尺寸誤差。夾具在使用過程中工作表面的磨損。工藝系統的幾何誤差03工藝系統的受力變形工藝系統的受力變形車削細長軸時，工件在切削力作用下的彎曲變形使加工后的軸產生鼓形的圓柱度誤差，如圖6-15(a)所示。在內圓磨床上用橫向切入法磨孔時，磨出的孔會產生帶有錐度的圓柱度誤差，如圖6-15(b)所示。在車床上加工短軸時，工藝系統剛度變化不大，可近似看作常數。切削力大小變化——誤差復映現象夾緊力引起的加工誤差、重力引起的加工誤差、慣性力引起的加工誤差。其他力引起的加工誤差工藝系統的受力變形切削過程中，工藝系統的剛度會隨切削力作用點位置的變化而變化，因此工藝系統受力變形也隨之變化，引起工件形狀誤差。切削力作用點位置變化引起的形狀誤差提高連接表面的接觸剛度由于部件的接觸剛度大大低于實體本身的剛度，所以提高接觸剛度是提高工藝系統剛度的關鍵，特別是對機床設備，提高其連接表面的接觸剛度，是提高機床剛度最簡便、最有效的方法。工藝系統的受力變形常用的方法是提高工藝系統主要零件接合表面的配合質量，比如，機床導軌副、頂尖錐體與主軸和尾座套筒錐孔、頂尖與中心孔等配合面采用刮研與研磨，以提高配合表面的形狀精度，減小表面粗糙度值，使實際接觸面增加，從而有效地提高接觸剛度。工藝系統的受力變形圖6-24（a）表示車削較長工件時，采用中心架增加支承；圖6-24（b）表示車細長軸時，采用跟刀架增加支承，都用來提高工件切削時的剛度。工藝系統的受力變形圖6-25（a）所示是在轉塔車床上采用固定導向支承套，圖6-25（b）所示是采用轉動導向支承套，用加強桿和導向支承套來提高部件的剛度。減小載荷及其變化采取適當的工藝措施，比如增大前角、讓主偏角接近90°，適當減小進給量和背吃刀量，以減小切削力，尤其是法向切削力。合理裝夾工件（尤其是薄壁工件），采取措施以減小夾緊變形。將毛坯分組，使一次調整中加工的毛坯余量比較均勻，就能減小切削力的變化和誤差復映。工藝系統的受力變形內應力是由金屬內部相鄰組織不均勻的體積變化造成的。促成這種不均勻體積變化的因素主要來自冷、熱加工。工藝系統的受力變形04工藝系統的受熱變形工藝系統的熱源熱總是由高溫處向低溫處傳遞。熱的傳遞有三種方式：傳導、對流和輻射。工藝系統的熱源可分為內部熱源和外部熱源兩大類。內部熱源主要是切削熱和摩擦熱，其熱量主要以熱傳導的形式傳遞。外部熱源是來自工藝系統外部的以對流傳熱為主要形式的環(huán)境熱（與氣溫變化、通風、空氣對流和周圍環(huán)境等有關）和以輻射傳熱為主要形式的輻射熱（由陽光、照明、暖氣設備等發(fā)出的輻射熱）。工藝系統的受熱變形熱平衡與溫度場工藝系統在工作狀態(tài)下，一方面經受各種熱源的作用，溫度會逐漸升高；另一方面，也通過各種傳熱方式向周圍介質散發(fā)熱量。當工件、刀具和機床的溫度升到某一數值時，單位時間內傳出和傳入的熱量接近相等，這時工藝系統就達到了熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統各部分的溫度保持在某一相對固定的數值上，因而各部分的熱變形也相應地趨于穩(wěn)定。工藝系統的受熱變形工件熱變形使工件產生熱變形的熱源主要是切削熱。對于精密零件，環(huán)境溫度和局部日光等外部熱源的輻射熱也不容忽視。刀具熱變形使刀具產生熱變形的熱源主要是切削熱。切削熱傳入刀具的比例雖然不大（車削時為5%左右），但由于熱量集中在切削部分，且刀具體積小，熱容量小，所以刀具切削部分的溫升仍較高。工藝系統的受熱變形機床熱變形使機床產生熱變形的熱源主要是摩擦熱和外界傳入的熱量。機床各部件由于體積都比較大，熱容量大，因此其溫升一般不大。“”工藝系統的受熱變形對發(fā)熱量大且既不能從機床內部移出，又不便隔熱的熱源，可采用強制式的風冷、水冷等散熱措施。改善散熱條件在外移熱源時，還應注意考慮均衡溫度場的問題。均衡溫度場工藝系統的受熱變形為了減小切削熱，應選用合適的切削用量和刀具幾何參數。減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源工藝系統的受熱變形圖6-33所示為雙端面磨床改進后的主軸結構，主軸1因軸承發(fā)熱而向左伸長時，套筒3則向右伸長，帶動整個主軸向右移動，兩個方向的熱變形可以相互抵消。05加工誤差的統計分析系統誤差系統誤差可分為常值系統誤差和變值系統誤差。隨機誤差在順序加工一批工件時，加工誤差的大小和方向都是隨機變化的，稱為隨機誤差。加工誤差的系統分析加工誤差的系統分析①無變值性系統誤差（或有但不顯著）：②各隨機誤差之間是相互獨立的；③在隨機誤差中沒有一個是起主導作用的誤差因素。正態(tài)分布加工誤差的系統分析在影響加工誤差的諸多因素中，如果砂輪或刀具的磨損比較顯著，變值系統誤差將占主導地位，則所得一批工件的尺寸將呈現平頂分布，如圖6-38（b）所示。加工誤差的系統分析加工軸時寧大勿小，故曲線凸峰偏向右；加工孔時寧小勿大，故曲線凸峰偏向左，如圖6-38（d）所示。分布圖分析法的應用1）判斷加工誤差性質2）確定工序能力及其等級3）確定合格品率及不合格品率加工誤差的系統分析點圖的基本形式點圖分析法所采用的樣本是順序小樣本，即每隔一定時間抽取樣本容量n=5~10的小樣本。點圖上、下控制限確定x-R圖上、下控制限，首先需要知道樣本均值x和樣本極差R的分布規(guī)律。加工誤差的系統分析加工誤差的系統分析表6-5所示是根據數理統計學原理確定的正常波動與異常波動的標志。06提高加工精度的途徑直接減小原始誤差直接減小原始誤差是提高零件加工精度的基本方法。在查明影響加工精度的主要原始誤差因素之后，設法對其直接進行消除或減小。轉移原始誤差誤差轉移法是把影響工件加工精度的原始誤差轉移到誤差非敏感方向或轉移到其他零部件上。提高加工精度的途徑均分原始誤差生產中會出現這樣的情況：由于毛坯或上一道工序的加工誤差較大，引起了很大的誤差復映或定位誤差，造成本工序的加工誤差超差。均化原始誤差有些誤差如導軌的直線度、傳動鏈的傳動誤差、刀具的誤差，是根據局部的最大誤差值來判定的。提高加工精度的途徑誤差補償技術誤差補償就是人為增加一個誤差源，使其與原有原始誤差大小相等、方向相反，以抵消原始誤差。采用誤差補償技術，有望在精度不很高的機床上加工出較精密的零件，是一種有效而經濟的提高加工精度的方法。對于消除或減小常值系統誤差，其補償一般比較容易實現；但對于變值系統誤差，由于補償量不固定，而且其隨時間的變化規(guī)律較難掌握，因此補償較難實現，有時不恰當的補償反而會加大誤差。提高加工精度的途徑謝謝觀看機械制造工藝與裝備機械加工表面質量機械制造工藝與裝備第七章01機械加工表面質量的概念表面層的幾何形貌主要包括表面粗糙度、波度、紋理方向和表面缺陷四個方面。表面缺陷是指加工表面上出現的各種缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕等。機械加工表面質量的概念機械加工表面質量的概念根據加工表面輪廓的特征（波長L與波高丑的比值），可將表面輪廓分為以下三種（見圖7-1）。機械加工表面質量的概念紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的加工方法。圖7-2給出了各種加工紋理方向及其符號標注。機械加工過程中，由于切削變形和切削熱等因素作用在工件表面層材料而產生的內應力，稱為表面層殘余應力。表面層的殘余應力機械加工過程中，在工件的加工區(qū)域，溫度會急劇升高，當溫度升高到超過工件材料金相組織變化的臨界點時，就會發(fā)生金相組織變化。表面層的金相組織變化機械加工表面質量的概念機械加工過程中表面層金屬產生強烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產生剪切滑移，晶粒被拉長，這些都會使表面層金屬的硬度增加、塑性減小。表面層的冷作硬化02機械加工表面質量對機器使用性能的影響表面冷作硬化對耐磨性的影響。表面紋理對耐磨性的影響。機械加工表面質量對機器使用性能的影響表面粗糙度對耐磨性的影響。表面質量對零件疲勞強度的影響表面粗糙度對零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易產生應力集中，出現疲勞裂紋，加速疲勞破壞。機械加工表面質量對機器使用性能的影響表面質量對抗腐蝕性能的影響零件在潮濕的空氣中或在腐蝕性介質中工作時，會發(fā)生化學腐蝕或電化學腐蝕。表面質量對零件配合性質的影響對于間隙配合，配合零件表面越粗糙，磨損越大，使配合間隙增大，降低配合精度；對于過盈配合，兩零件粗糙表面相配時凸峰被擠平，使有效過盈量減小，將降低過盈配合的連接強度。機械加工表面質量對機器使用性能的影響03影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制工件表面殘留面積的高度（參見圖7-4）。影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制加工塑性材料時，切削速度對加工表面粗糙度的影響如圖7-5所示。砂輪的粒度越細，單位面積上參與磨削的磨粒數越多，表面粗糙度值越小。砂輪的影響被加工材料的硬度、塑性和導熱性對表面粗糙度都有顯著影響。工件材料性質的影響影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制砂輪轉速v越高，單位時間內通過被磨表面的磨粒數越多，表面粗糙度值就越小。磨削用量的影響04影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝刀具的影響、切削用量的影響、加工材料的影響。影響冷作硬化的工藝因素影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝冷作硬化的程度取決于材料塑性變形的程度。冷作硬化及其評定參數如果磨削區(qū)溫度已超過馬氏體的轉變溫度(中碳鋼為300℃)而未超過相變溫度(碳鋼的相變溫度為723℃），則這時工件表面層金屬由原來的馬氏體轉變?yōu)橛捕容^低的回火組織(索氏體或托氏體)，這種燒傷稱為回火燒傷。如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上切削液的急冷作用，則會使表面層金屬發(fā)生二次淬火。若工件表面層溫度超過相變溫度，而磨削區(qū)又沒有冷卻液，則表面層金屬將產生退火組織，硬度將急劇下降，稱為退火燒傷。影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝表面層金屬產生殘余應力的原因1）冷塑性變形引起表面層材料的比容增大2）切削熱的影響3）金相組織的變化影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝影響表面層殘余應力的工藝因素1）切削速度與被加工材料的影響2）前角的影響零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇1）疲勞破壞2）滑動磨損3）滾動磨損影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝滾壓加工見圖7-10。影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝擠壓加工見圖7-12。噴丸強化噴丸強化利用壓縮空氣或離心力，將大量直徑為0.4~2mm的珠丸高速運動打擊工件被加工表面，使表面產生冷硬層和壓縮殘余應力，可以顯著提高零件的疲勞強度。珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時間后，自然變成球狀）。對于鋁工件，為了避免表面殘留鐵質微粒而引起電解腐蝕，珠丸宜采用鋁丸或玻璃丸。影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝05機械加工過程中的振動及其控制機械加工過程中的振動有兩類：強迫振動和自激振動。機械加工過程中的強迫振動是指在外界周期性干擾力的持續(xù)作用下，振動系統受迫產生的振動。強迫振動的振源有來自機床內部的機內振源來自機床外部的機外振源。機械加工中的自激振動是指在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下產生的振動運動。機械加工過程中的振動及其控制刀具相對于工件振動，切削截面、切削角度等將隨之發(fā)生周期性變化，工藝系統將承受動態(tài)載荷的作用，刀具易于磨損，機床的連接特性會受到破壞，嚴重時甚至使切削加工無法進行。為了避免發(fā)生振動或減小振動，有時不得不降低切削用量，致使機床、刀具的工作性能得不到充分發(fā)揮，限制了生產效率的提高。機械加工過程中的振動及其控制刀具相對于工件振動會使加工表面產生波紋，這將嚴重影響零件的使用性能。消除或減弱強迫振動1）強迫振動的診斷方法2）消除或減弱產生強迫振動的條件機械加工過程中的振動及其控制消除或減弱產生自激振動的條件1）合理選擇切削用量2）合理選擇刀具幾何參數3）增大切削阻尼機械加工過程中的振動及其控制增強工藝系統抗振性和穩(wěn)定性的措施1）提高工藝系統的剛度2）增大系統的阻尼其他消振、減振措施如果不能從根本上消除產生機械振動的條件，又不能有效地提高工藝系統的動態(tài)特性，則為了保證加工質量和生產率，就要采用消振、減振裝置。常用減振裝置包括摩擦式減振器、動力式減振器和沖擊式減振器等。機械加工過程中振動的控制謝謝觀看機械制造工藝與裝備機械裝配工藝機械制造工藝與裝備第八章01裝配與裝配尺寸鏈裝配的概念為保證有效地進行裝配工作，通常將機器劃分為若干個能進行獨立裝配的裝配單元。零件是組成機器的最小單元；套件是在基準件上裝上一個或若干個零件構成的；組件是在基準件上裝上若干個零件和套件構成的。裝配精度裝配精度是產品設計時根據使用性能規(guī)定的裝配時必須保證的質量指標。正確地規(guī)定機器和部件的裝配精度是產品設計的重要環(huán)節(jié)之一，它不僅關系到產晶質量，也影響產品制造的經濟性。裝配與裝配尺寸鏈裝配與裝配尺寸鏈圖8-1~圖8-3分別表示了組裝、部裝和總裝工藝系統圖。裝配與裝配尺寸鏈裝配與裝配尺寸鏈機器及其部件都是由零件組成的，因此，機器的裝配精度和零件的精度有著密切的關系。零件特別是關鍵零件的加工精度，對裝配精度有很大影響。裝配與裝配尺寸鏈裝配與裝配尺寸鏈在機器裝配中，由相關零件的尺寸或相互位置關系所組成的尺寸鏈，稱為裝配尺寸鏈。裝配尺寸鏈與工藝尺寸鏈有所不同，工藝尺寸鏈中所有尺寸都分布在同一個零件上，主要解決零件加工精度問題；而裝配尺寸鏈中每一個尺寸都分布在不同零件上，每個零件的尺寸是一個組成環(huán)，裝配尺寸鏈主要解決裝配精度問題。裝配方法與裝配尺寸鏈的計算方法密切相關。同一項裝配精度，采用不同裝配方法時，其尺寸鏈的計算方法也不相同。裝配與裝配尺寸鏈裝配尺寸鏈的建立就是在裝配圖上，根據裝配精度的要求，找出與該項精度有關的零件及其相關的尺寸，最后畫出相應的尺寸鏈圖。02保證裝配精度的裝配方法及其選擇互換法即零件具有互換性，在裝配時，各配合零件不經任何選擇、調整或修配，安裝后就能達到裝配精度要求的一種方法。產品采用互換法裝配時，裝配精度主要取決于零件的加工精度。其實質就是用控制零件的加工誤差來保證產品的裝配精度。按互換程度的不同，互換法又分為完全互換法和大數互換法兩種。用完全互換法進行裝配，裝配過程雖然簡單，但它是根據增環(huán)、減環(huán)同時出現極值情況來建立封閉環(huán)與組成環(huán)之間的尺寸關系的，由于組成環(huán)分配得到的制造公差過小，常使零件加工產生困難。保證裝配精度的裝配方法及其選擇直接選配法就是從配對的兩種零件群中，選擇符合規(guī)定要求的兩個零件進行裝配。當封閉環(huán)的精度要求很高時，采用完全互換法或大數互換法求解尺寸鏈，組成環(huán)的公差非常小，使加工困難且不經濟。復合選配法是上述兩種方法的復合，即把零件預先測量分組，裝配時再在各對應組中直接選配。保證裝配精度的裝配方法及其選擇修配法的分類（1）單件修配法。（2）合并加工修配法。修配環(huán)的選擇及其尺寸與極限偏