机械制造工艺学常同立第2版课件全集上

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1、机械制造工艺学,常同立等编著,第2版,上集,教 材,内容简介 本书按照“机械制造工艺学基本理论+工程案例”的框架编写，主要包括机械加工工艺基础、机械加工工艺设计、数控加工工艺设计、机床夹具设计、机械加工精度控制、机械加工表面质量控制、机器装配工艺设计、先进制造技术与模式、复杂工程问题求解能力实训等九章。 最后一章通过七个典型机械制造工艺案例开展工程实训。 本书也介绍了工业4.0中机械制造工艺的新变化。 本书不仅适用于机械类专业的初学者，对已有较多机械制造行业从业经验的工程技术人员同样有较大帮助。 可作为高等院校专业教材，也可供机械制造行业工程技术人员参考和培训。,选用教材通过 ，索取书配套课件

2、,教学要求,了解机械产品开发及生产过程； 掌握生产类型及其工艺特点； 掌握机械零件加工质量； 掌握工件尺寸和形状的获得方法； 掌握机械加工工艺过程； 掌握尺寸链基本计算方法。,直接机械生产过程可以大致可分为毛坯制造、零件机械加工与热处理、机器装配和调试等阶段。,生产类型划分,零件表面质量,表面质量的含义（内容）,零件表面质量,粗糙度太大、太小都不耐磨,适度冷硬能提高耐磨性,对疲劳强度的影响,对耐磨性影响,对耐腐蚀性能的影响,对工作精度的影响,粗糙度越大，疲劳强度越差,适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度,粗糙度越大、工作精度降低,残余应力越大，工作精度降低,粗糙度越大，耐腐蚀性越差,压应力提高耐

3、腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性,表面质量对零件使用性能的影响,1.5 机械加工工艺过程组成,为了更精确描述生产过程的工艺问题，需要可以将工序细分为安装、工步、走刀，它们的层次关系大致如图所示。,单件生产,小批生产,大批量生产,机械制造工艺学中，安装指齿轮毛坯经一次定位夹紧后，在工件没有取下来，所进行的切削加工（铣齿）内容。,安装举例,3. 工位 在工艺过程的一个安装中，通过分度（或移动）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的一部分安装内容称为工位。 在机械制造工艺学中，工位概念是机床夹具的工位概念的转义，专指在某工位上完成的工艺过程，其内容是一部分工序内容。,图示表示

4、了多工位加工的例子；一个安装包含四个工位的例子。 依次顺时针旋转，夹具具有四个工位，在每一个工位完成一定的工序内容。 工位I处，装夹与卸下工件； 工位II处，钻孔； 工位III处，扩孔； 工位IV处，绞孔。,3. 工位,4. 工步 工步是指在加工表面、刀具和切削用量（不包括背吃刀量）均保持不变的情况下所完成的那一部分工序内容。 在多刀车床、转塔车床的加工中经常有这种情况，有时为了提高生产效率，经常出现用几把刀具同时分别加工几个表面的工步，这种工步称为复合工步。 在工艺文件上，复合工步也被视为一个工步。 图示复合工步用两把车刀和一个钻头，同时加工外圆和孔。,4. 工步,立轴转塔车床回转刀架复合工

5、步加工,刨平面复合工步,钻孔、扩孔复合工步,组合铣刀铣平面复合工步,教学要求,掌握机械加工工艺规程的作用、设计原则、步骤和内容; 掌握机械加工工艺性审查、零件图加工分析、毛坯选择； 掌握机械加工工艺过程设计方法； 掌握机械加工工序设计方法； 掌握机械加工过程的时间定额、提高劳动生产率的途径以及工艺过程的技术经济分析的基本内涵。,1. 零件结构无法加工或几乎无法加工 零件结构工艺性最差的情况是零件结构致使零件无法加工或几乎无法加工，表2.3给出了两个例子。这种情况是不能接受的，必须对零件结构进行修改。,零件结构可以加工，但是加工非常困难,零件结构加工不存在技术障碍，但是经济性不好,增加零件机械加

6、工过程带来的成本增加情况，从图中可以看出：控制零件制造成本需要选择恰当的零件机械加工方案，减少不必要的加工。,3) 选择加工余量最小的表面为粗基准 若零件有多个表面需要加工，则应选择其中加工余量最小的表面作为粗基准，以保证零件各加工表面都有足够的加工余量。 例如，图a所示零件，应选择其中加工余量最小的95圆柱表面作为粗基准，见图b,否则选用68表面作为粗基准，导致90表面加工余量不够，如图 (c)所示。,5) 粗基准在同一自由度方向上只能使用一次 重复使用粗基准并重复进行装夹工件操作会产生较大的定位误差。,由于粗基准是未加工表面，精度较低。用三爪卡盘固定未加工圆柱面时，重复安装工件中心位置可能

7、变化,2. 锻件 锻件常用作受力情况复杂、重载、力学性能要求较高零件的毛坯。 锻件是金属经过塑性变形得到的，其力学性能和内部组织较铸件好。 锻件的生产方法主要是自由锻和模锻。锻件的形状复杂程度受到很大限制。 锻件材料种类较多，不同材料、不同热处理方法零件的机械性能差别较大。,3. 冲压件 冲压件是常温下通过对良好塑性的金属薄板进行变形和分离工序加工而成。 冲压件的特点是重量较轻，且具有一定的强度和刚度、并有一定的尺寸精度和表面质量；但是冲压模具制造成本高。 冲压件材料通常采用塑性好的碳钢、合金钢和有色金属。,4. 焊接件 焊接是一种永久性的金属连接加工方法，不是毛坯件的主要制造方法。 焊接件毛

8、坯的优点是重量较轻，且机械性能较好。特别是焊接件还可以是异种材质的；焊接件毛坯的缺点是焊缝处及其附近机械加工性能不好。 焊接件作为毛坯通常出现在下列几种情况下：复杂大型结构件的毛坯、异种材质零件毛坯、某些特殊形状零件或结构件作毛坯、单件小批量生产的毛坯。,5. 型材 机械加工中常用型材是圆钢、方钢、扁钢、钢管及钢板等，型材经过切割下料后可以直接作为毛坯。 型材通常分为热轧型材和冷拉型材。 冷拉型材表面质量和尺寸精度较高，当零件成品质量要求与冷拉型材质量相符时，可以选用冷拉型材。 普通机械加工零件通常选用热轧型材制作毛坯。,汽车减速器螺旋伞齿轮加工过程中，磨内孔和端面的工序简图,采用单件工艺成本

9、计算公式（2.14），可以绘制单件工艺成本曲线图，见图2.22，同样可以进行工艺方案经济性分析，并得到相同的结论。,第3章 数控加工工艺设计,3.1 数控加工工艺设计总述 3.2 数控车床工艺设计 3.3 数控铣床工艺设计 3.4 加工中心工艺设计,书配套课件，,从起源上看，数控加工工艺是传统加工工艺的延续与演变，数控加工工艺继承了普通机床机械加工工艺的大量内容。 由于数控加工设备的新特点，数控加工工艺与普通机床机械加工工艺在工艺审查、加工过程设计、工序设计等方面也有着明显的不同，数控加工工艺在工序工步划分、刀具选择、工件装夹、夹具设计、加工方式、刀具路径、加工柔性等诸多工艺设计细节上有新特点

10、。,数控加工工序卡,数控刀具卡,4.数控加工作业指导书 数控加工普遍采用自动专用夹具，安装工件和卸下工件都较为方便。 数控加工程序启动运行后，数控加工过程在数控系统控制下自动完成，工件加工过程不需要人干预。因此数控加工作业指导书较普通机械加工作业指导书简单。 这里不再赘述。,数控加工作业指导书,3.2 数控车床加工工艺设计,数控车床是最为常见的数控设备，具有价格低和加工精度高的特点。 用数控车床取代普通车床进行机械加工，数控车削工艺设计具有显著的特点。,数控车削加工零件例子,例如，阶梯切削进给走刀路线如图a所示，是“矩形”进给路线；“三角形”进给路线如图b所示；“工件轮廓线形”进给路线如图c所

11、示。在同等条件下，上述三种进给路线中“矩形”进给路线切削所需时间（不含空行程）最短，刀具的损耗最小。,3.3 数控铣床加工工艺设计,数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方式之一，数控铣床与普通铣床加工原理相同。 由于数控铣床采用数控系统实现进给轴联动，因此能够完成更加复杂的表面加工，能够完成普通铣床不便进行的加工。,数控铣削加工零件例子,1. 柱面铣削走刀路线,对不同类型加工表面，数控铣削走刀路线设计要点是不同的。 1. 柱面铣削走刀路线 铣削柱面类零件外轮廓时，一般采用立铣刀的侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，不允许在铣刀与表面轮廓接触时出现停刀和抬刀，避免沿轮廓线的法

12、线方向切入和切出。例如铣削图 a所示外表面轮廓时，铣刀应沿零件轮廓曲线的延长线上切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件。若外轮廓曲线不允许外延(见图b)，则刀具只能沿外轮廓曲线的切向切入切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓曲线平滑过渡处。,铣削图示封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，如图a所示，则应沿切线方向切入切出。若内轮廓曲线不允许外延(见图b)，则刀具只能沿内轮廓曲线的切向切入切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓曲线平滑过渡处。,4）叶轮、螺旋桨等零件的空间曲面加工 对叶轮、螺旋桨空间曲面仍然可采用“行切法”加工，但因其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面干涉，应采用从里到外的环

13、切。如此设计有利于减少工件在加工过程中的变形，且常采用四坐标联动或五坐标联动加工。在切削成型点，铣刀端平面与被切曲面相切，铣刀轴心线与曲面该点的法线一致。空间曲面加工的编程计算相当复杂，一般采用自动编程。,叶轮、螺旋桨等空间曲面加工,3.4 加工中心加工工艺设计,加工中心是配备大型刀库和自动换刀装置的数控机床。以不同类型数控机床为基础扩展成的加工中心也是不同类型的，可以有车削加工中心、镗铣削加工中心等不同分类。不同类型加工中心的工艺也有不同的特点。 这里，加工中心特指数控镗铣加工中心。最早出现的加工中心，是一种以镗削和铣削加工为主，功能更为丰富的数控机床。能够完成镗削、铣削、钻削、铰削、攻螺纹

14、、切螺纹等多种加工，具备更强的加工能力、更大加工柔性和更高的生产率。,加工中心加工零件例子,如图 a所示零件有四个孔需要加工。按照定位迅速原则，最短路线如图b所示，但是孔4的定位精度受机械进给系统的反向传动间隙影响。采用图c所示走刀路线，对孔4定位单独处理，保证了定位精度。为清晰表达一条线上的往返走刀路线，将其画成分开的两条线。,z向进给路线,2. z向进给路线 刀具在z向进给路线分为快速进给阶段和工作进给阶段。刀具首先从初始平面快速移动到R平面，R平面至工件加工表面距离为 。然后，刀具以工作进给速度进行z向进给至加工尺寸，然后快速返回至R面。若只加工一个孔，则从R面继续快速返回至初始平面，如

15、图a所示。若加工多个孔，则在R面（xOy平面）内进行点位运动，移动至下一个孔的位置进行孔加工，直至全部孔加工完毕，从R面继续快速返回至初始平面，如图b所示。,第4章 机床夹具设计,4.1 概述 4.2 工件在夹具中的定位 4.3 工件在夹具中的夹紧 4.4 夹具的其他元件 4.5 典型机床夹具设计 4.6 夹具的设计方法和步骤,书配套课件，,4.1 概述,机械制造过程中用来固定加工对象，使之在机床上占有正确的位置，以便进行机械加工或检测的装置被称为机床夹具，简称夹具。 夹具设计是直接为机械产品生产服务的一项生产准备工作。机床夹具设计特点是周期要求短，夹具精度高。 夹具设计与机械加工工艺等关系密

16、切。,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,图2-43 通用夹具,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,图2-43 通用夹具,图2-44 专用夹具,图2-46 组合夹具,1加筋角铁（2） 2槽用螺栓（6） 3平键（10） 4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母（8） 9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板,图2-46a 铣拨叉槽组合夹具 1方形基础板 2小长方支承 3，14，20六角螺母 440圆形定位盘 5大长方支承 6螺钉 7右支承角铁 8，10厚六角螺母 9垫圈 11槽用螺栓 12侧中孔定位支承 13小长方支承 15回转压板 16双头螺