机械制造工程-第2章

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1、第2章 机械制造过程基础知识 学习指南 机械制造工艺方法与工艺过程 机械加工方法 基准与装夹 机械加工工艺系统 成组技术基本原理 零件结构工艺性学习指南 学习本章内容，在了解机械加工方法和机 械加工装备的同时，应深入理解有关机械 加工的基本概念和基本原理，如基准的概 念，工件的定位原理等。2.1 机械制造工艺方法与工艺过程 学习要点:了解机械制造工艺方法，熟悉 机械加工工艺过程，理解工序、安装、 工位、工步及走刀的含义。 工艺是指制造产品的技巧、方法和程序。2.1.2 机械加工工艺过程及其组成 机械加工工艺过程的定义 采用机械加工方法直接改变毛坯的形状 、尺寸、各表面间相互位置及表面质 量，使

2、之成为合格零件的过程，称为 机械加工工艺过程。 机械加工工艺过程的组成 由按一定的顺序排列的若干个工序组成 ，而每一个工序又可细分为安装、工 位、工步及走刀等。工序工序 指由一个或一组工人在同一台机床 或同一个工作地，对一个或同时对几个工 件所连续完成的那一部分工艺过程。 工作地、工人、工件与连续作业构成了 工序的四个要素，若其中任一要素发生变 更，则构成了另一道工序。 一个工艺过程需要包括哪些工序，是由被 加工零件的结构复杂程度、加工精度要求 及生产类型所决定的 。 如图2.1所示。单件生产加工工艺过程大批量生产加工工艺过程安装与工位 安装 工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装 。

3、如表2-2中的第2、3及5工序中，须经过两次安装才能完成其 工序的全部内容。 工位 当采用多工位夹具或多轴（多工位）机床时，使工 件在一次安装中先后经过若干个不同位置顺次进行加工。 则工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为 工位。如果一个工序只有一次安装，该安装又只有一个工位，则工 序内容就是安装内容，同时也是工位内容。图2-4是通过立轴式回转工作台使工件变换加工位置的例子。在该例中， 有4个工位，可在一次安装中实现钻孔、扩孔和绞孔加工。 工步与走刀 工步 是指在加工表面不变、切削刀具不 变的情况下所连续完成的那部分工序内容 。按照此定义，带回转刀架的机床（如转塔车床）或带自动 换刀

4、装置的机床（如加工中心），当更换不同刀具时， 即使加工表面不变，也属不同工步。 在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称 此工步为复合工步。采用复合工步可以提高生产效率。走刀 每次工作进给所完成的工步称为一 次走刀。 2.1.3 机械装配工艺过程机械装配过程是指将组成机器的全部零、部件按 一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构 成合格机械产品的过程。 机械装配工作包括：套装、组装、部装、总装、 调试、检验、平衡、试车、涂装与包装等工作。 机械装配过程由一系列的工序、工步和操作组成 。 装配工序是指在一个工作地点，由一个或一组工 人所连续完成的那一部分装配工作。 装配工步是装配工

5、序的组成部分，在装配工步中 ，装配对象、装配工具和装配方法均不改变。图2- 6所示为一钻夹具的装配过程 。2.1.4 生产类型及其工艺特点 生产纲领 企业根据市场要求和自身能力决定生产计划。在计 划期内应当生产的产品数量称为生产纲领。计划期通常 为一年，零件的年生产纲领N按下式计算： N = Q n（1+% +% ） （2-1） 式中 Q-产品年产量（件/年）； n-每台产品中该零件数量（件/台）； -备品率； -废品率。 生产类型 生产类型是指企业（或车间）生产专业化程度的分 类。主要根据产品的生产纲领，并考虑产品的体积、重 量和其他特征，生产类型一般可分成：单件小批量生产 、成批生产和大批

6、大量生产。2.3 基准与装夹学习要点：掌握基准的概念，深刻理解设计基准、工艺 基准（包括工序基准、定位基准、装配基准和测量基准 ）的含义及其相互之间的关系；掌握装夹的概念及三种 装夹方法的特点。 2.3.1 基准基准的概念：将用来确定加工对象上几何要素间的几何 关系所依据的那些点、线、面称为基准。 基准的分类：按照其作用的不同，基准可分为设计基准 和工艺基准两大类。(1)设计基准 在设计图样上所采用的基准称为设计基准。 如图2-8示 。图中所示的箱体零件，顶面B的设计基准为底面A（尺寸H）； 孔I的设计基准为底面A与角尺面C（尺寸X1、Y1）； 孔的设计基准为底面A和孔I的中心（尺寸Y2、R1

7、）； 孔的设计基准为孔I与孔的中心（尺寸R2、R3）。设计人员是从零件的工作性能要求出发而确定设计基准的。 图中孔I与孔、孔之间，孔与孔之间均有齿轮啮合传动关 系。 为保证齿侧啮合间隙量，孔采用了孔I中心作设计基准，孔采 用了孔I与孔的中心作为的设计基准。 (2)工艺基准 工艺基准是指在工艺过程中所采用的 基准。 根据其作用不同，工艺基准又可分为：工序基准、定位基准、测 量基准与装配基准。1）工序基准 工序基准是在工序图上用来确定 本道工序所加工的表面加工后位置尺 寸和位置关系的基准。工序基准的选择应主要考虑如下两个 方面的问题： 尽可能用设计基准作工序基 准。当采用设计基准为工序基准有困 难

8、时，可另选工序基准，但必须可靠 地保证零件的设计尺寸和技术要求。 所选工序基准应尽可能用于 工件的定位和工序尺寸的检查。 (2)工艺基准2）定位基准 定位基准是加工中用作定位的基准。 定位基准可进一步分为粗基准、精基准和附加基准 。 粗基准 使用未经机械加工的表面作定位 基准，称为粗基准。 精基准 使用已经机械加工的表面作定位 基准，称为精基准。 附加基准 仅仅是为了机械加工工艺需要 设计的定位基准，称为附加基准。如轴类零件的 两顶尖孔、小刀架上的工艺凸台。(2)工艺基准3）测量基准 零件测量时所采用的基准，称为测量基准。 4）装配基准 装配时用来确定零件或部件在机器中的相对 位置所采用的基准

9、，称为装配基准。如，齿轮和轴的装配，齿轮的装配基准为齿轮内孔和端面。装配基准一般与零件的主要设计基准相一致 。2.3.2 工件的装夹装夹的概念 在机械加工时，工件在机床上或者夹具中需装夹好 以后才能进行加工。 装夹应实现两个方面的任务：定位与夹紧。 1）定位 使工件在机床上或夹具中占有某一个正确的 位置。2）夹紧 对工件施加一定的外力，使工件在加工过程 中保持定位后的正确位置不变动。 装夹方式 工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及 复杂程度、加工精度要求及定位的特点等。 主要装夹形式有三种：直接找正装夹划线找正装夹夹具装夹（1）直接找正装夹如何进行直接找正装夹？ 将工件装在机床上

10、，然后按工件的某个（或 某些）表面，用划针或用百分表等量具进 行找正，以获得工件在机床上的正确位置 。 如图2-21所示直接找正装夹的特点 效率较低，但找 正精度可以很高，适用于单件小批生产或 定位精度要求特别高的场合。（2）划线找正装夹 如何进行划线找正装夹？ 按图纸要求在工件表面上事先划出位置线、加工 线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工 件的位置，然后夹紧工件。 如图2-22所示划线找正装夹的特点 不需要专用设备，通 用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找 正精度只能达到0.10.5mm。此方法多用于 单件小批生产中铸件的粗加工工序。（3）使用夹具装夹使用夹具装夹，工件在夹具中可迅

11、速而正 确的定位和夹紧。 这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠 ，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工 人技术水平的要求，因而广泛应用于各种 生产类型。 如图2-23所示。2.3.3 定位原理学习要点：定位是机械加工中一个 极为重要的问题。学习本节要深刻 理解和牢固掌握定位原理，熟知生 产中常用的定位方法。深刻理解欠 定位与过定位的概念，能正确分析 和处理有关欠定位与过定位的问题 。2.3.3.1 六点定位原则任何一个位置尚未确定的工件，均具有六个 自由度，即沿空间三个直角坐标轴X、Y、Z 方向的移动与绕它们的转动，分别以 、 、 和 、 、 表示。要使工件在机床夹具中正确 定位，必须限制或约束

12、工件的这些自由度。 如图2-24中所示，采用六个定位支承点合理 布置，使工件有关定位基面与其相接触，每 一个定位支承点限制了工件的一个自由度， 便可将工件六个自由度完全限制，使工件在 空间的位置被唯一地确定。这就是通常所说 的工件的六点定位原则。下一张六点定位原则的两点说明 1）机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度 的概念不完全相同。 机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置 的不确定性。这里特别要注意将定位与夹紧的 概念区分开来。工件一经夹紧，其空间位置就 不能再改变，但这并不意味着其空间位置是确 定的。例如，图2-25所示 2）六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不 要机械地理解

13、成接触点。例如，图2-25所示板状工件安放工作台上限制了3 个自由度，是三点定位。实际上，工件与工作 台面接触点可能有多个 板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被 夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可 以放在以放在1 1的位置上（图中实线所示），也可以放在的位置上（图中实线所示），也可以放在2 2的位置上（图中虚线的位置上（图中虚线 所示），也即工件的所示），也即工件的 、 和和 三个自由度未被限制。三个自由度未被限制。x

14、yz典型定位元件的定位分析 在实际生产中，工件总是通过定位元件 实现其在夹具或机床上的定位。定位 元件有多种形式，常用的有支承钉 、支承板、定位销、定位套、 心轴、V型块等。（见表2-10）工件的定位面为圆孔工件的定位面为圆孔固定锥销浮动锥销固定锥销与浮动锥销组合工件的定位面为外圆柱面z yz xz xzyzyyxxyyxzyzzy y工件的定位面为外圆锥孔典型定位元件的定位分析多个表面定位分析在多个表面同时参与定位的情况下，各定位表 面所起的作用有主次之分。l通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面 l称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面 l称定位点数为1的表面为第三定位基准面或

15、止动面 （如书中P28图2.9)典型定位元件的定位分析多个表面定位分析 在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由 度时，分清主次定位面（或定位元件）很重要 。分析方法： 先利用反证法，看哪些自由度未被限制；然 后再分开分析。（下面补充生产中常用定位方法定位点分析2例。 ）未被限制的自由度为短V形块1限制了短V形块2限制了12车床上用前后顶尖装夹加工轴套类零件外圆未被限制的自由度为前顶尖限制了后顶尖限制了完全定位与不完全定位完全定位 工件定位时，6个自由度完全被限制，称为 完全定位。l不完全定位 工件定位时，6个自由度中有1个或1个以上 自由度未被限制，称为不完全定位。如图 2-34所示。在长方体工件上铣削上平面工序， 要求保证Z方向上的高度尺寸及上 平面与底面的平行度，只需限制 3个自由度即可。过球体中心打一通孔，定位基面为一球面 ，则对三个会标轴的转动自由度均无必要 需限制，所以限制 二 个自由度就 够了。在长方体工件上铣削一个通槽，需 限制除 以外的其他5个自由度 。需限制在长方体工件上铣削一个不通的槽，在三个 坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互 位置的要求，因此，必须限制全部的6个自由 度 ，即完全定位。e与b进行比较，e为圆柱形的工件，b为长方体工件。虽然它们均是铣 一