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1、1,第2章 机械制造过程基础知识,本章要点,机械制造工艺,机械加工方法,定位原理与定位误差,工件材料切削加工性,刀具材料与刀具几何角度,机床与夹具,2,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.1 机械制造工艺总论 Introduction to Mechanical Manufacturing Process,3,2.1.1 机械制造工艺过程,机械制造中与产品生成直接有关的生产过程常被称为机械制造工艺过程,机械制造工艺过程,毛坯和零件成形铸造、锻压、冲压、焊接 、压制、烧结、注塑、压塑
2、机械加工切削、磨削、特种加工 材料改性与处理热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂 机械装配把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作,4,2.1.2 机械制造工艺方法,机械制造工艺方法与分类,JB/T5992-92按大、中、小和细分类四个层次划分,表2-1 机械制造工艺方法类别划分及代码（JB/T5992-92）,5,2.1.3 零件成形方法,零件成形方法,材料成形法进入工艺过程物料初始重量近似等于加工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成形等，这些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。 材料去除法零件的最终几何形状
3、局限在毛坯的初始几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来实现的。如切削与磨削，电火花加工、电解加工等特种加工等。 材料累加法传统的累加方法有焊接、粘接或铆接等，通过不可拆卸连接使物料结合成一个整体，形成零件。近几年才发展起来的快速原型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。,6,快速原型制造技术（RPM）,快速原型制造（Rapid Photograph Manufacturing RPM），又称“快速成形技术”（ Rapid Photograph RP）或“分层制造”（Layer Manufacturing LM），是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造
4、技术。 它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。 按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体（见图2-1）。,2.1.3 零件成形方法,7,2.1.3 零件成形方法,8,2.1.3 零件成形方法,9,图2-2a 快速成型机床及快速成型件,2.1.3 零件成形方法,10,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基
5、础知识 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.2 机械制造工艺过程 Mechanical Manufacturing Process,11,2.2.1 机械加工工艺过程及其组成,工序是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机械加工工艺过程。 安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。,12,2.2.1 机械加工工艺过程及其组成,工位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。,13,2.2.1 机械加工工艺过程及其组成,工步指在加工表面不变、切削刀具不
6、变的情况下所连续完成的那部分工序。（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）,走刀同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。,a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步 图2-5 复合工步,14,2.2.2 机械装配工艺过程,机械装配工艺过程 将组成机器的零、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：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等 装配工序、工步和操作,装配工序在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作 装配工步装配工序的组成
7、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,15,2.2.3 生产类型及其工艺特点,生产纲领 N = Q n（1+% +% ） （2-1）,单件小批生产 批量生产 大批大量生产,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,16,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.3 零件机械加工方法 Mechanical Machining Method for Parts,17,2.3.1 零件表面形成方法,轨迹法 成形法 相
8、切法 展成法,18, 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示），也可以是回转运动（用 R 表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。,2.3.2 切削加工的成形运动,19,2.3.3 典型表面加工方法,20,2.3.3 典型表面加工方法,21,2.3.3 典型表面加工方法,22,2.3.3 典型表面加工方法,23,2.3.3 典型表面加工方法,24,2.3.4 切削用量与切削层截面参数,切削速度vc,若主运动为往复运动时，其平均速度为：,（2-2）,式中 n 主运动转速（r/s）；
9、d 刀具或工件的最大直径（mm）。,式中 nr 主运动每秒钟往复次数（str/s）； l 往复运动行程长度（mm）。,（2-3）,进给量：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。 背吃刀量：主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。,25,2.3.4 切削用量与切削层截面参数,切削厚度,（2-4）,切削宽度,（2-5）,26,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.4 基准与装夹 Datum
10、and Fixing,27,2.4.1 基准,确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。,在设计图样上所采用的基准,图2-8 定位支座零件,28,2.4.1 基准,在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,图2-9a 支座零件第1工序（车削）,29,2.4.1 基准,图2-9b 支座零件第1工序（钻孔）,30,2.4.1 基准,图2-9c 支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）,31,2.4.1 基准,图2-9d 支座零件第4工序（磨内孔、端面）,图2-9e 支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）,32,2.4.2 工件装夹,划线找正装夹（
11、图2-11） 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直接找正装夹（图2-10） 精度高，效率低，对工人技术水平高,夹具装夹（图2-12） 精度和效率均高，广泛采用,定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置 夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变,33,2.4.2 工件装夹,34,2.4.2 工件装夹,图2-12 工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,35,2.4.3 定位原理,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度,将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。,任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示
12、,36,与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体,两点注意：,“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同,2.4.3 定位原理,37,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。,完全定位与不完全定位,不完全定位主要有两种情况： 工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制
13、3 个自由度就够了。,2.4.3 定位原理,38,2.4.3 定位原理,完全定位与不完全定位,图2-15 工件应限制的自由度,39,欠定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,2.4.3 定位原理,40,过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定： 1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。 2）反之，如果工
14、件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,2.4.3 定位原理,41,过定位分析（桌子与三角架）,图2-17 过定位分析,2.4.3 定位原理,42,过定位分析,图2-18 过定位示例,2.4.3 定位原理,43,过定位分析,图2-19 过定位示例,2.4.3 定位原理,44,一面两孔定位分析,图2-20 一面两孔定位干涉分析,2.4.3 定位原理,45,过定位应用,2.4.3 定位原理,46,过定位讨论,2.4.3 定位原理,47,图2-22a 过定位引起夹紧变形,2.4.3 定位原理,48
15、,图2-22b 过定位处理分析,2.4.3 定位原理,49,讨论,分析图示定位方案： 各方案限制的自由度 有无欠定位或过定位 对不合理的定位方案提出改进意见。,图2-23 过定位分析,2.4.3 定位原理,50,图2-23a 过定位示例分析,2.4.3 定位原理,51,图2-23b 过定位示例分析,2.4.3 定位原理,52,图2-23c 过定位示例分析,2.4.3 定位原理,53,图2-24 工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。图2-24给出了平面定位的几种情况。,2.4.4 定位方法与定位元件,54,图2-25 工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图 2-25。,2.4.4 定位方法与定位元件,55,图2-26 工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定
