1、机械制造工艺学全册配套机械制造工艺学全册配套 最完整精品课件最完整精品课件2 绪论绪论 v一、机械制造业及其现状与发展 v二、机械制造过程与机械制造系统 v三、本课程的研究对象与任务 v四、本课程的性质和学习要求 一、机械制造业及其现状与发展 v（一）机械制造业的重要地位与作用 v（二）机械制造业的现状与发展 v（三）机械加工工艺系统和机械制造系统 技术进展和发展趋势主要有以下几个方面： v1常规工艺的不断优化 v2新型加工方法的不断出现和发展 v3自动化等高新技术与工艺的紧密结合 二、机械制造过程与机械制造系统 v（一）机械制造过程 v（二）机械制造工艺与流程 v（三）机械加工工艺系统和机械
2、制造系统 图0-1 机械产品的生产过程 （一）机械制造过程 图0-2 机械制造工艺与流程 （二）机械制造工艺与流程 v1机械加工工艺系统 v2机械制造系统 （三）机械加工工艺系统和机械制造系统 三、本课程的研究对象与任务 本课程的主要任务有以下几点： v1）理解和掌握机械制造工艺过程的基本理论和基本知识。 v2）了解影响机械加工质量的各种因素，学会分析和控制加 工质量的方法。 v3）学会制订机械加工工艺规程，理解和掌握典型零件的加 工工艺。 v4）掌握机床夹具设计的基本原理和方法，理解和掌握典型 夹具的设计。 v5）理解和掌握机器装配工艺基础知识，充分认识先进制造 技术的内涵、工艺和发展。 v
3、6）了解计算机技术在机械制造领域的应用，能够结合相关 软件进行初步应用。 第1章 机械制造工艺过程 基本概念 第一节第一节 生产过程与工艺过程生产过程与工艺过程 第二节第二节 生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型 第三节第三节 工件的定位和基准工件的定位和基准 第四节第四节 机器的装配机器的装配 一、生产过程一、生产过程 1.生产过程生产过程 生产过程是指由原材料变成产品的劳动过程的总和。 包括:原材料的采购与保管、毛坯的制定、零件机械加 工和 热处理，产品的装配、调试、油封、包装、发运等。 第一节第一节 生产过程与工艺过程生产过程与工艺过程 工艺过程工艺过程：生产过程中，按一定顺序逐渐改变生
4、产对象的 形状、尺寸、性能和相对位置关系的过程，称为工艺过程。 具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、 电镀、装配等工艺过程。 二、工艺过程二、工艺过程 第二节第二节 生产纲领和生产类型生产纲领和生产类型 一、生产纲领一、生产纲领 企业在计划期内应生产的产品产量和进度计划，称为生产纲领。 年生产纲领N可由下式计算： N=Qn(1+)(1+) N -零件年产量（件/年） Q -产品年产量（件/年） n - 每台产品所需该零件数量（件/台） - 备品率 - 废品率 二、生产类型二、生产类型 生产类型生产类型 单件生产 成批生产 大量生产 基准是指用以确定生产对象 几何要素间的几何关系
5、所依据的 那些点、线、面。 (一)设计基准 设计基准是指在零件图上标 注设计尺寸所采用的基准。 图1-1 设计基准示例 一、基准一、基准 工艺基准是指在零件的工艺过程中所采用的基准。 按照用途的不同，工艺基准又可分为工序基准、定位基 准、测量基准和装配基准。 （二）工艺基准 图1-2 工序基准示例 图1-3 某工件工序简图 在分析基准问题时，必须注意下列两点： v1）作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在，而 由某些具体的表面来体现，这些表面称为基面。例如，内 孔的中心线是通过内孔表面来体现的，内孔中心线是基准， 内孔表面是基面。因此，选择基准的问题就是选择恰当的 基面的问题。特别地，有时
6、为了叙述方便，可以将基准和 基面统称为基准。 v2）作为基准，可以是没有面积的点和线或很小的面，但 代表这种基准的基面总是有一定面积的。例如，在车床上 用顶尖安装一根长轴，基准是轴心线，它没有面积；基面 是顶尖的锥面，它面积很小但确有一定面积。 （一）装夹的概念（一）装夹的概念 使工件在加工前相对于刀具和机床占有正确的加工 位置，并且在加工过程中始终保持加工位置的稳定可靠。 这一工艺过程称为装夹。 工件的装夹包括定位和夹紧两个过程。 定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的 工艺过程。 夹紧是指将工件定位后的位置固定下来，使其在加 工过程中保持定位位置不变的工艺过程。 二、工件的装夹 1直
7、接找正装夹 通常用于单件小批生产中加工表面单一、加工精度要 求不高、生产率低的加工情况。 2划线找正装夹 通常用于单件中小批生产中加工表面复杂、加工精度 要求不太高、生产率较低的铸件加工情况，也可用于大 型铸件的精加工中。 3夹具装夹 广泛应用于成批生产和大量生产中。 （二）装夹的方法（二）装夹的方法 图1-4 工件的六个自由度 在夹具中采用合理布置的六个定位支承点与工件的定位 基准相接触，来限制工件的六个运动自由度，就称为六 点定位原理。 三、三、 工件的定位原理 图1-5 长方体工件的定位分析 应用六点定位原理实现工件在夹具中的正确定位时，应注 意下列几点： v1）设置三个定位支承点的平面
8、限制一个移动自由度和两 个转动自由度，称为主要定位面。工件上选作主要定位的 表面应力求面积尽可能大些，而三个定位支承点的分布应 尽量彼此远离和分散，绝对不能分布在一条直线上，以承 受较大外力作用，提高定位稳定。 v2）设置两个定位支承点的平面限制两个自由度，称为导 向定位面。工件上选作导向定位的表面应力求狭而长，而 两个定位支承点的分布在平面纵长方向上应尽量彼此远离， 绝对不能分布在平面窄短方向上，以使导向作用更好，提 高定位稳定性。 v3）设置一个定位支承点的平面限制一个自由度，称为止 推定位面或防转定位面。究竟是止推作用还是防转作用， 要根据这个定位支承点所限制的自由度是移动的还是转动 的
9、而定。 4）一个定位支承点只能限制一个自由度。 5）定位支承点必须与工件的定位基准始终贴紧 接触。一旦分离，定位支承点就失去了限制工 件自由度的作用。 6）工件在定位时需要限制的自由度数目以及究 竟是哪几个自由度，完全由工件该工序的加工 要求所决定，应该根据实际情况进行具体分析， 合理设置定位支承点的数量和分布情况。 7）定位支承点所限制的自由度，原则上不允许 重复或相互矛盾。 （二）完全定位与不完全定位 图1-6 图1-7 工件的6个自由度全部被限制而在夹具中占有完全 确定的唯一位置，称为完全定位。 没有全部限制工件的6个自由度，但也能满足加工 要求的定位，称为不完全定位。 （三）欠定位与过
10、定位 图1-8 轴铣槽工序的定位分析 根据加工的要求，工件必须限制的自由度没有达到 全部限制的定位，称为欠定位。 工件在夹具中定位时，若几个定位支承点重复限制 同一个或几个自由度，称为过定位。 图1-9 铣削矩形工件的定位分析 一、装配的概念一、装配的概念 图1-10 套件装配式齿轮 1基准零件 2铆钉 3齿轮 第四节第四节 机器的装配机器的装配 按规定的技术要求，将零件或 部件进行配合和联接，使之成为成 品或半成品的工艺过程称为装配。 套件是最小的装配单元，如图 1-10。 二、二、 装配工作基本内容装配工作基本内容 装配不只是将合格零件、套件、组件和部件等简单装配不只是将合格零件、套件、组
11、件和部件等简单 地联接起来，而是需要根据一定的技术要求，通过校正、地联接起来，而是需要根据一定的技术要求，通过校正、 调整、平衡、配作以及反复检验等一系列工作来保证产调整、平衡、配作以及反复检验等一系列工作来保证产 品质量的一个复杂工艺过程。品质量的一个复杂工艺过程。 常见的装配工作内容有下列几项：常见的装配工作内容有下列几项： 1清洗 2联接 3校正、调整与配作 4平衡 5验收 对旋转体内部的不平衡，需要结合校正 方法进行： v1）用补焊、铆接、胶接或螺纹联接等方法 加配部分质量。 v2）用钻、铣、磨或锉等方法去除部分质量。 v3）在预制的平衡槽内改变平衡块的位置和 数量，加以平衡 第2章
12、机械加工工艺规程的 设计 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 机械加工的工艺过程设计机械加工的工艺过程设计 第三节第三节 机械加工的工序设计机械加工的工序设计 第四节第四节 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 第五节第五节 工艺过程的生产率和经济性工艺过程的生产率和经济性 一、机械加工工艺规程的一、机械加工工艺规程的作用作用 1工艺规程是生产准备工作的依据 2工艺规程是组织生产的指导性文件 3工艺规程是新建和扩建工厂（或车间）时的原始资料 4便于积累、交流和推广行之有效的生产经验 （一）机械加工工艺规程的设计原则 1）确保加工质量，可靠地达到产品图样所提出 的全部技术条件。 2）提
13、高生产率，保证按期完成并力争超额完成 生产任务。 3）减少人力和物力的消耗，降低生产成本。 4）尽量降低工人的劳动强度，使操作工人有安 全良好的工作条件。 （二）机械加工工艺规程的制订步骤和内容 v1分析研究产品的装配图和零件图 v2选择毛坯 v3拟订工艺路线 v4确定各工序所采用的设备 v5确定各工序所采用的工艺装备 v6确定各主要工序的技术要求及检验方法 v7确定各工序的加工余量、工序尺寸和公差 v8确定切削用量 1分析研究产品的装配图和零件图 v（1）熟悉产品的性能、用途和工作条件明确各零件的相 互装配位置及其作用，了解及研究各项技术条件制订的依 据，找出其主要技术要求和关键技术问题等。
14、 （2）对装配图和零件图进行工艺审查包括以下3方面： v1）审查图样的完整性和正确性。审查是否有足够的视图， 尺寸、公差和技术要求是否标注齐全等。若有错误或遗漏， 应提出修改意见。 v2）审查零件技术要求的合理性。审查加工表面的尺寸精 度、几何形状精度、各加工表面之间相互的位置精度、表 面粗糙度、热处理等是否合理，在现有的生产条件下能否 达到，需要采取何种工艺措施，过高的精度、过小的表面 粗糙度值要求和其他过严的技术要求会使工艺过程复杂、 加工困难。 v3）审查零件的结构工艺性。审查零件的结构工艺性是否 合理。 （一）零件的结构工艺性 对零件作结构分析时，应考虑以下几方面： v1零件尺寸要合理
15、 （1）尺寸规格尽量标准化 （2）尺寸标注要合理 v2零件结构要合理 （1）零件结构应便于加工 （2）零件结构应便于度量（图2-10） （3）零件结构应有足够的刚度（图2-11） 三、三、 零件的结构工艺性及毛坯选择零件的结构工艺性及毛坯选择 图2-1 零件结构应便于加工 v1）一个零件上的两相邻表面间应留有退刀槽和让 刀孔，以便在加工中进刀和退刀，否则无法加工， 如图2-2所示。 v2）应使刀具能顺利地接近待加工表面，如图2-3 所示。 图2-2 图2-3 v3）钻孔表面应与孔的轴线垂直，否则会引 起两边切削力不等，致使钻孔轴线歪斜或 折断钻头，设计时应尽量避免钻孔表面是 斜面或圆弧面，如图
16、2-4所示。 图2-4 v4）零件外表面比内表面的加工方便容易，故应尽 量将加工表面放在零件外部。如果不能把内表面 加工转化为外表面加工时，应简化内表面形状， 如图2-5所示。 图2-5 v5）配合面的数目要尽量少，这样可降低零 件精度，制造容易，装配方便，如图2-6所 示。 图2-6 v6）应减少零件的加工表面面积，这样可降 低刀具消耗，减少装配时的修配工作量， 并能保证配合表面接触良好，如图2-7所示。 图2-7 v7）减少加工的安装次数，如图2-8、2-9所 示。 图2-8图2-9 图2-10图2-11 （二）（二） 毛坯选择毛坯选择 机械加工常用的毛坯有机械加工常用的毛坯有铸件铸件、锻
17、件锻件、型材件型材件、焊接件焊接件 等。选用时应考虑以下等。选用时应考虑以下因素因素： 1零件的材料及其力学性能零件的材料及其力学性能 2. 零件的结构形状和尺寸零件的结构形状和尺寸 3. 生产类型生产类型 4. 车间的生产能力车间的生产能力 5. 充分注意应用新工艺、新技术、新材料充分注意应用新工艺、新技术、新材料 一、机械加工工艺过程的组成一、机械加工工艺过程的组成 二、定位基准的选择二、定位基准的选择 三、零件表面加工方法的选择三、零件表面加工方法的选择 四、四、 加工顺序的安排加工顺序的安排 五、工序的集中与分散五、工序的集中与分散 第二节第二节 机械加工的工艺过程设计机械加工的工艺过
18、程设计 一、机械加工工艺过程的组成一、机械加工工艺过程的组成 （一）机械加工工艺过程 机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序 排列的工序组成，而工序又可细分为工步或走刀。 （二）工艺文件 工艺过程制订以后，要以表格卡片的形式 确定下来，成为生产准备和机械加工依据的工艺 文件。 第二节第二节 机械加工的工艺过程设计机械加工的工艺过程设计 1.1.工序工序 工序是指一个（或一组）工人在一台机床（或一 个工作地点）上，对同一个（或同时几个）工件所连 续完成的那一部分工艺过程。 图2-12 阶梯轴 如图2-12所示，其工艺过 程包括： 切一端面打中心孔 切另一端面打另一端中 心孔车大外圆大外圆 倒角车小
19、外圆小外圆 倒角铣键槽去毛刺 图2-13 相同加工表面的工步 2.2.工步与走刀工步与走刀 工步工步是在加工表面不变、加工工具不变、切削用量 （机床转速和进给量）不变的条件下所连续完成的那一部 分工序。 在一个工步中，若被加工表面需切去的金属层很厚， 要分几次切削，每进行一次切削就是一次走刀。 图2-14 复合工步 3.3.安装与工位安装与工位 安装安装是指工件（或装配单元）通过一次装夹后所完 成的那一部分工艺过程。 工位工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个 位置上所完成的那一部分工艺过程。 二、定位基准的选择二、定位基准的选择 在最初的零件加工工序中，只能选用毛坯的 表面进行定位，这
20、种定位基准称为粗基准。 在以后各工序的加工中，可以采用已经加工 过的表面进行定位，这种定位基准称为精基准。 1粗基准的选择原则 v（1）重要表面余量均匀原则 必须首先保证工件 重要表面具有较小而均匀的加工余量，应选择该表 面作为粗基准，图2-15。 v（2）工件表面间相互位置要求原则 必须保证工 件上加工表面与不加工表面之间的相互位置要求， 应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多 不加工的表面，则应以其中与加工表面相互位置要 求较高的不加工表面作粗基准，以求壁厚均匀、外 形对称等，图2-16、2-17。 v（3）余量足够原则 如果零件上各个表面 均需加工，则以加工余量最小的表面作为 粗基
21、准，图2-18。 v（4）定位可靠性原则 作为粗基准的表面， 应选用比较可靠、平整光洁的表面，以使 定位准确、夹紧可靠。 v（5）不重复使用原则 粗基准的定位精度 低，在同一尺寸方向上只允许使用一次， 不能重复使用，否则定位误差太大。 图2-15 图2-16 图2-17 图2-18 2精基准的选择原则 v（1）基准重合原则 应尽可能选用零件设计 基准作为定位基准，以避免产生基准不重合 误差。 v（2）统一基准原则 应尽可能选用统一的精 基准定位加工各表面，以保证各表面之间的 相互位置精度。 v（3）自为基准原则 有些精加工或光整加工 工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表 面本身作为精基准。
22、v（4）互为基准反复加工原则 有些相互位 置精度要求比较高的表面，可以采用互为 基准反复加工的方法来保证。 v（5）定位可靠性原则 精基准应平整光洁， 具有相应的精度，确保定位简单准确、便 于安装、夹紧可靠。 图2-19 三、零件表面加工方法的选择 选择机械零件各表面的加工方法时，要综合考 虑各方面工艺因素： 1.加工表面本身加工要求 2.被加工材料的性能 3.生产类型 4.本厂（或本车间）的现有设备情况及技术条件 四、四、 加工顺序的安排加工顺序的安排 机械加工工序机械加工工序 热处理工序热处理工序 辅助工序辅助工序 复杂零件的复杂零件的 加工工序加工工序 先基面后其他先基面后其他 先粗后精
23、先粗后精 先主后次先主后次 预备热处理预备热处理 最终热处理最终热处理 去除应力处理去除应力处理 工件的检验工件的检验 去毛刺去毛刺 去磁去磁 清洗、涂防锈油清洗、涂防锈油 （1）先基面后其他表面先基面后其他表面 加工一开始，总是先加工一开始，总是先 安排精基面的加工，然后以精基面定位加工其他表安排精基面的加工，然后以精基面定位加工其他表 面。如果精基面不止一个，则应该按照基面转换的面。如果精基面不止一个，则应该按照基面转换的 顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基面和主要顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基面和主要 表面的加工。表面的加工。 （2）先粗后精先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精先
24、安排粗加工，中间安排半精 加工，最后安排精加工和光整加工。加工，最后安排精加工和光整加工。 （3）先主后次先主后次 先安排主要表面的加工，后安先安排主要表面的加工，后安 排次要表面的加工。排次要表面的加工。 1机械加工工序安排原则机械加工工序安排原则 （1）预备热处理预备热处理 预备热处理安排在机械加工预备热处理安排在机械加工 之前，以改善切削性能、消除毛坯制造时的内应力之前，以改善切削性能、消除毛坯制造时的内应力 为主要目的。为主要目的。 （2）最终热处理最终热处理 最终热处理安排在半精加工最终热处理安排在半精加工 以后和磨削加工之前（但有氮化处理时，应安排在以后和磨削加工之前（但有氮化处理
25、时，应安排在 精磨之后），主要用于提高材料的强度和硬度，如精磨之后），主要用于提高材料的强度和硬度，如 淬火、渗碳淬火。由于淬火后材料的塑性和韧性很淬火、渗碳淬火。由于淬火后材料的塑性和韧性很 差，有很大的内应力，易于开裂，组织不稳定，材差，有很大的内应力，易于开裂，组织不稳定，材 料的性能和尺寸要发生变化等原因，所以淬火后必料的性能和尺寸要发生变化等原因，所以淬火后必 须进行回火。调质处理能使钢材既获得一定的强度、须进行回火。调质处理能使钢材既获得一定的强度、 硬度，又有良好的冲击韧性等综合力学性能，又常硬度，又有良好的冲击韧性等综合力学性能，又常 作为最终热处理。作为最终热处理。 2热处理
26、工序热处理工序 （3 3）去除应力处理去除应力处理 最好安排在粗加工之最好安排在粗加工之 后、精加工之前，如人工时效、退火。但是为了后、精加工之前，如人工时效、退火。但是为了 避免过多的运输工作量，对于精度要求不太高的避免过多的运输工作量，对于精度要求不太高的 零件，一般把去除内应力的人工时效和退火放在零件，一般把去除内应力的人工时效和退火放在 毛坯进入机械加工车间之前进行。但是，对于精毛坯进入机械加工车间之前进行。但是，对于精 度要求特别高的零件（例如精密丝杠），在粗加度要求特别高的零件（例如精密丝杠），在粗加 工和半精加工过程中，要经过多次去除内应力退工和半精加工过程中，要经过多次去除内应
27、力退 火，在粗、精磨过程中，还要经过多次人工时效。火，在粗、精磨过程中，还要经过多次人工时效。 辅助工序包括工件的辅助工序包括工件的检验、去毛刺、去磁、清洗检验、去毛刺、去磁、清洗和和涂涂 防锈油防锈油等。其中检验工序是主要辅助工序，它是监控产品等。其中检验工序是主要辅助工序，它是监控产品 质量的主要措施，除了各工序操作工人自行检验外，还必质量的主要措施，除了各工序操作工人自行检验外，还必 须在下列情况下安排单独的检验工序：须在下列情况下安排单独的检验工序： 1）粗加工阶段结束之后。粗加工阶段结束之后。 2）重要工序之后。重要工序之后。 3）送往外车间加工的前后，特别是热处理前送往外车间加工的
28、前后，特别是热处理前 后。后。 4）特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之 前。前。 3辅助工序 五、工序的集中与分散 1.工序集中的特点 v1）便于采用高效专用机床和工艺装备，生产率高。 v2）减少了设备数量，相应地减少了操作工人和生产面。 v3）减少了工序数目，减少了运输工作量，简化了生产计划 工作，缩短了生产周期。 v4）减少了工件安装次数，不仅有利于提高生产率，而且由 于在一次安装中加工许多表面，也易于保证它们之间的相 互位置精度。 v5）因为采用的专用机床和专用工艺装备数量多而复杂，所 以机床和工艺装备的调整、维修较困难，生产准备工作量 很大。 2工
29、序分散的特点 v1）采用比较简单的机床和工艺装备，调整容易。 v2）由于工序内容简单，有利于选择合理的切削用 量，也有利于平衡工序时间，组织流水生产。 v3）生产准备工作量小，容易适应产品更换。 v4）对操作工人的技术要求低，或只需经过较短时 间的训练。 v5）设备数量多，操作工人多，生产面积大。 六、加工阶段的划分及其目的 1.加工阶段的划分 v（1）粗加工阶段 在这一阶段中，切除大量 的加工余量，使毛坯在形状和尺寸上尽快接 近成品，为半精加工提供精基准，其主要问 题是如何获得高的生产率。 v（2）半精加工阶段 在这一阶段中，应为主 要表面的精加工做好准备，并完成一些次要 表面的加工。 v（
30、3）精加工阶段 保证各主要表面达到或 基本达到（精密件）图样规定的质量要求。 v（4）光整加工阶段 对于精度要求很高、 表面粗糙度数值要求很小的零件，还要有 专门的光整加工阶段。光整加工阶段是以 提高加工的尺寸精度和减小表面粗糙度值 为主，一般不用以纠正形状精度和位置精 度。 2.划分加工阶段的目的 v（1）利于保证加工质量 粗加工阶段中切除较 多的加工余量，产生的切削力和切削热都较大， 因而工艺系统受力变形、受热变形及工件内应力 变形较大，不可能达到高的加工精度和表面质量。 因此，需要在后续阶段逐步减少加工余量，来逐 步修正工件的变形。同时各加工阶段之间的时间 间隔相当于自然时效，有利于消除
31、工件的内应力， 使工件有变形的时间，以便在后续工序中加以修 正，从而保证零件的加工质量。 v（2）便于合理使用机床 粗加工时可采用 功率大、精度低的高效率机床；精加工时 可采用相应的精加工机床，这样，不但发 挥了机床各自的性能特点，也延长了高精 度机床的使用寿命。 v（3）便于安排热处理工序 为了在机械加 工工序中插入必要的热处理工序，同时使 热处理发挥充分的效果，这就自然而然地 把机械加工工艺过程划分为几个阶段，并 且每个阶段各有其特点及应该达到的目的。 此外，划分了加工阶段可带来两个有利条 件： v1）粗加工各表面后可及早发现毛坯的缺陷， 及时报废或修补，以免继续进行精加工而 浪费工时和制
32、造费用。 v2）精加工工序安排在最后，可保护精加工 后的表面少受损伤或不受损伤。 一、一、 机床和工艺装备的选择机床和工艺装备的选择 （一）机床的选择（一）机床的选择原则原则 1）机床的加工尺寸范围应尽量与零件外形尺寸相匹配）机床的加工尺寸范围应尽量与零件外形尺寸相匹配 2）机床的精度应与工序要求的加工精度相匹配）机床的精度应与工序要求的加工精度相匹配 机床机床 精度过低，则不能满足零件加工精度的要求；机床精度过精度过低，则不能满足零件加工精度的要求；机床精度过 高，则不仅浪费也不利于保护机床精度。当加工高精度零高，则不仅浪费也不利于保护机床精度。当加工高精度零 件而又缺乏精密机床时，可通过旧
33、机床改装以及一定的工件而又缺乏精密机床时，可通过旧机床改装以及一定的工 艺措施来实现。艺措施来实现。 3）机床的生产率应与零件的生产类型相匹配）机床的生产率应与零件的生产类型相匹配 一般单一般单 件小批生产选择通用机床，大批大量生产选择高生产率专件小批生产选择通用机床，大批大量生产选择高生产率专 用机床。用机床。 4）机床的选择应与现有设备条件相匹配）机床的选择应与现有设备条件相匹配 （二）工艺装备的选择（二）工艺装备的选择原则原则 v1）夹具的选择 在单件小批生产中尽量选择通用夹具， 有时可选择组合夹具；大批量生产中选用专用夹具。 v2）刀具的选择 一般情况下选用标准刀具，必要时可 选用复合
34、刀具和其他一些专用刀具。 v3）量具的选择 单件小批生产中选用通用量具；大批 大量生产中选用各种规格和高生产率的专用量具。 v4）辅具的选择 二、加工余量与工序尺寸及公差的确定二、加工余量与工序尺寸及公差的确定 （一）加工余量的确定 在切削加工时，为了保证零件的加工质量，从某加 工表面上所必须切除的金属层厚度，称为加工余量。分 为总余量和工序余量两种。 图2-20 加工余量及工序尺寸公差 （二）工序尺寸的确定 例：图2-21所示零件的毛坯为一般精度的热轧圆钢， 在中批生产条件下，其 外圆表面的加工路线为： 粗车半精车粗磨精磨。 1.确定各工序的余量 2.计算各工序公称尺寸 3.确定各工序的尺寸
35、公差 图2-21 阶梯轴 1.尺寸链的内涵和特征 尺寸链是指由相互联系的按 一定顺序排列的封闭尺寸组。 尺寸链图是指把尺寸链中的 尺寸按一定顺序首尾相接构成 的封闭图形，如图2-22b所示。 （一）概述 图2-22 尺寸链的主要特征是： v（1）封闭性 尺寸链是一组有关尺寸首 尾相接构成封闭形式的尺寸。其中应包含 一个间接保证的尺寸和若干个对此有影响 的直接获得的尺寸。 v（2）关联性 尺寸链中间接保证的尺寸 的大小和变化（即精度）是受那些直接获 得的尺寸的精度所支配的，彼此间具有特 定的函数关系，并且间接保证的尺寸的精 度必然低于直接获得的尺寸精度。 2.2.尺寸尺寸链的组成和尺寸链图的作法
36、链的组成和尺寸链图的作法 尺寸键的环尺寸键的环 构成尺寸链的每一个尺寸都称为“环”。 组成环分为 组成环 Ai 封闭环 A 增环 减环 1 A 2 A 尺寸链图的具体做法是： 1）首先根据零件的加工工艺过程，找出间接 保证的尺寸，定作封闭环。 2）从封闭环起，按照零件上表面间的联系， 依次画出有关直接获得的尺寸，作为组成环， 直到尺寸的终端回到封闭环的起端，形成一个 封闭图形。 3）按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个 方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭头方向与 封闭环箭头方向相同的尺寸为减环，箭头方向 与封闭环箭头方向相反的尺寸为增环。 第四节第四节 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设
37、计 v一、概述 v二、 CAPP的系统组成 v三、 CAPP的基本原理 一、概述 vCAPP是利用计算机编制零件加工工艺规程， 通过向计算机输入被加工零件的几何信息 （形状、尺寸、表面粗糙度等）和工艺信 息（材料、热处理、批量等），由计算机 自动输出零件的工艺路线、工序内容等工 艺文件的过程。 第四节第四节 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 毛坯 设计 工艺 路线 工序 设计 工时 定额 工装 设计 余量 分配 切削 用量 工时 定额 机床刀 具选用 工序图 绘制 二、二、 CAPP的系统组成的系统组成 CAPP CAPP系统包括3个基本组成部分，即产品设计信息输入、工 艺决策和产
38、品工艺信息输出。 三、 CAPP的基本原理 v（一）样件法CAPP系统 v（二）创成法CAPP系统 v（三）管理型CAPP系统 工作原理：工作原理：利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。 要求先对零件编码，根据编码确定所属零件族，调用该族零 件标准工艺，经过编辑修改，最终获得零件工艺规程。 （一）样件法CAPP系统 样件法是在成组技术的基础上，将同一个零件 组中所有零件的结构要素合成为假想的（或实际 的）该零件组的主样件。 样件法CAPP系统的基本步骤包括： 1进行零件和样件的特征描述 2对各种工艺信息进行数字化处理 3建立数据库中的数据文件 4运行样件法CAPP系统 v对各种工艺信息进行
39、数字化处理 （1）零件各种型面的数字化 （2）典型工艺路线的数字化 （3）工序及工步内容的数字化 图2-27 v建立数据库中的数据文件 （1）特征矩阵文件 （2）典型工艺库文件 （3）标准工序、工步矩阵文件 （4）工艺数据文件 （三）管理型CAPP系统 CAPP系统解决的问题可以分为3层： v第一层可以概括称为工艺设计，主要包括：在分 析和处理大量零件、知识、资源等信息的基础上 选择加工方法、机床、刀具、加工顺序，计算加 工余量、工序尺寸、公差、切削参数、工时定额， 绘制工序简图，以及编制工艺文件等。 第二层可以概括称为工艺管理，主要关系到工 艺文件、信息的填写、管理，工艺、产品信息 的汇总等
40、事务性、管理性工作，如选择特定的 表格形式，提供表格填写工具和表格对应功能、 工装信息汇总和通知，对工艺文件的审核和批 准，标准工艺的存储等。 第三层可以概括称为工艺集成，是CAD、CAE、 CAQ、CAM、PDM等系统的集成及并行开发 等企业全面信息化工作，如CAPP系统从CAD 系统中智能化获取零件的尺寸、属性、工程符 号等信息，对设计模型进行制造工艺分析； CAPP的输出适应CAM、PDM等系统的要求等。 管理型CAPP系统的开发理念基于对企业的需求 分析： v第一，企业工艺部门的个性很强，随产品、生产 模式的不同，工艺差异很大，包括使用卡片的不 同，工艺汇总方法的不同，工艺编制过程的不
41、同 等。 v第二，工艺设计涉及的因素很多，如企业的加工 设备、工艺装备、工艺手段、典型工艺等，这些 信息可以统称为企业的工艺资源。 v第三，工艺设计由许多不同性质的子任务组成。 管理型CAPP系统实施步骤如下： v（1）需求分析 包括调查企业工艺部门的组织 结构、工艺类型、工艺编制的流程、相应的工艺 卡片，分析企业的工艺资源和工艺汇总要求等内 容。 v（2）总体规划 软件提供商进行需求分析后， 应该向企业提交需求分析报告、软件实施方案和 培训计划等。再由企业的有关领导和有经验的技 术人员与软件提供商的项目实施人员进行沟通， 确定CAPP软件的实施计划，对需求分析的内容 进行确认。这样才能保证软
42、件实施的顺利进行。 v（3）软件实施与培训 软件提供商的项目 实施人员与企业的技术人员一起，利用 CAPP系统在计算机上建立各类工艺卡片， 帮助企业建立网络化的工艺资源库。对于 有条件的企业，企业级的CAPP应用应该和 图档管理系统结合起来。 v（4）定制开发 在用CAPP系统满足了企 业的大部分个性化的需求以后，企业可能 仍然需要解决一些特殊的技术问题，这就 需要软件提供商与企业协作，进行适当的 定制开发。 一、工艺过程的生产率 （一）时间定额 时间定额是指在一定的技术和生产组织条件 下制订出来的完成单件产品或某工序所消耗的时 间。 单件时间定额是指完成工件一个工序的时间 定额。它包括以下部
43、分： （1）基本时间 指直接改变工件的尺寸、形状和 表面质量所消耗的时间，机械加工即是从工件上 切去金属层所消耗的时间（包括刀具的切入和切 出时间），也称机动时间。 第五节 工艺过程的生产率和经济性 v（2）辅助时间 指在每个工序中为保证完成基 本工艺工作所需要的辅助动作（如装卸工件、开 停机床、改变切削用量、进退刀具、测量工件等） 所耗费的时间。基本时间和辅助时间之和称为操 作时间。 v（3）工作地点服务时间 指工人在工作时间内 照管工作地点和保持工作状态（如在加工过程中 调整刀具、修整砂轮、润滑及擦拭机床、清理切 屑、刃磨刀具等）所消耗的时间。 v（4）休息和自然需要时间 指工人在工作班时
44、 间内所允许的必要的休息和生理上的自然需要所 消耗的时间。 v（5）准备与终结时间 指在加工一批工件的开 始时，需要熟悉零件的图样和工艺文件、领取毛 坯、安装刀具和夹具、调整机床等；在加工一批 工件的结束时，需要拆卸和更换工艺装备、发送 成品等所消耗的时间。 （二）提高生产率的工艺措施 v1缩短基本时间 v2缩短辅助时间 v3缩短技术性服务时间 v4缩短准备结束时间 缩短基本时间的方法： v（1）提高切削用量 v（2）减少切削行程长度 v（3）合并工步 v（4）采用多件加工 顺序多件加工 平行多件加工 平行顺序多件加工 图2-28 图2-29 二、工艺过程的经济性 （一）生产成本和工艺成本 生
45、产成本是指制造一个产品或零件所必须的一切费 用的总和。 工艺成本是与工艺过程直接相关的费用，约占生产 成本的70%75%，包括可变费用（V）和不变费用（C）。 一个零件的全年工艺成本一个零件的全年工艺成本E E （元（元/ /年）为年）为 E E = = C C + + VNVN 单件工艺成本单件工艺成本E Ed d（元（元/ /年）为年）为 EdEd = = C C/ /N N + + V V 式中V可变费用（元/年）； N年产量（件）； C全年的不变费用（元）。 （二）工艺成本与年产量的关系 v全年工艺成本E与年产量呈线性关系，如图 2-30、2-31。 图2-30 图2-31 1.1.若
46、各工艺方案的基本投资相近；或者可以使用现有设若各工艺方案的基本投资相近；或者可以使用现有设 备，不需要增加基本投资的情况下，可以采用工艺成本作备，不需要增加基本投资的情况下，可以采用工艺成本作 为评价各方案经济性的依据。为评价各方案经济性的依据。 假设两个工艺方案的全年工艺成本分别为假设两个工艺方案的全年工艺成本分别为 Enl= C1+VlN， En2= C2+V2N。 且有且有C1 C2，Vl0.025mm时，尽管磨削温度很高， 但因工业铁的含碳量极低，不可能出现淬火现象，此时塑性 变形因素逐渐起主导作用，表层金属的拉伸残余应力数值逐 渐减小。当ap取值很大时，表层金属呈现压缩残余应力状况
47、。 v提高砂轮速度，磨削区温度增高，而每颗磨粒所切除的金属 厚度减小，此时热因素的作用增大，塑性变形因素的影响减 小，因此提高砂轮速度将使表面金属产生拉伸残余应力的倾 向增大。 v加大工件的回转速度和进给速度，将使砂轮与工件的热作用 时间缩短，热因素的影响逐渐减小，塑性变形因素的影响逐 渐加大。这样，表面金属中产生拉伸残余应力的趋势逐渐减 小，而产生压缩残余应力的趋势逐渐增大。 v（2）工件材料的影响 工件材料的强度越高、导热性越差 、塑性越低，在磨削时表面金属产生拉伸残余应力的倾向就 越大。 （三）表层金属金相组织的变化（三）表层金属金相组织的变化 发生磨削烧伤的根本原因是磨削温度过高，因此
48、避发生磨削烧伤的根本原因是磨削温度过高，因此避 免和减轻磨削烧伤的基本途径是减少热量的产生和加免和减轻磨削烧伤的基本途径是减少热量的产生和加 速热量的发散，具体措施如下：速热量的发散，具体措施如下： v（1）正确选择砂轮正确选择砂轮 为避免产生烧伤，应选择较软的为避免产生烧伤，应选择较软的 砂轮。选择具有一定弹性的结合剂（如橡胶结合剂、砂轮。选择具有一定弹性的结合剂（如橡胶结合剂、 树脂结合剂），也有助于避免烧伤现象的产生。树脂结合剂），也有助于避免烧伤现象的产生。 v（2）合理选择磨削用量合理选择磨削用量 磨削深度磨削深度ap对磨削温度影对磨削温度影 响最大，从减轻烧伤的角度考虑，响最大，从
49、减轻烧伤的角度考虑，ap不宜过大。平磨不宜过大。平磨 时，加大横向进给量时，加大横向进给量ft有助于减轻烧伤。加大工件回有助于减轻烧伤。加大工件回 转速度转速度Vw，磨削表面的温度升高，但其增长速度与，磨削表面的温度升高，但其增长速度与 磨削深度磨削深度ap的影响相比要小得多；且的影响相比要小得多；且Vw越大，热量越大，热量 越不容易传入工件内层，具有减小烧伤层深度的作用越不容易传入工件内层，具有减小烧伤层深度的作用 。但增大工件速度。但增大工件速度Vw会使表面粗糙度值增大，为了会使表面粗糙度值增大，为了 弥补这一缺陷，可以相应提高砂轮速度弥补这一缺陷，可以相应提高砂轮速度Vs。 v（3）改善
50、冷却条件改善冷却条件 内冷却是一种较为有效内冷却是一种较为有效 的冷却方法。其工作原理是：经过严格过滤的冷却方法。其工作原理是：经过严格过滤 的冷却液通过中空主轴法兰套引入砂轮的中的冷却液通过中空主轴法兰套引入砂轮的中 心腔内，由于离心力的作用，这些冷却液就心腔内，由于离心力的作用，这些冷却液就 会通过砂轮内部的孔隙向砂轮四周的边缘洒会通过砂轮内部的孔隙向砂轮四周的边缘洒 出，这样冷却液就有可能直接进入磨削区，出，这样冷却液就有可能直接进入磨削区， 如图如图3-43a所示。所示。 图图3-43 第五节第五节 机械加工中的振动基本知 识 机械加工过程中常产生振动，振动对于加工质机械加工过程中常产
