机械制造实用工艺基础

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1、word2.1 机械制造工艺方法与工艺过程 机械制造工艺是指制造机械产品的技巧、方法和程序。机械制造过程中，但凡直接改变零件形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为成品或半成品的过程、称为机械制造工艺过程。它通常包括零件的制造与机器的装配两局部。 2.1.1 零件制造工艺方法的分类 根据零件制造工艺过程中原有物料与加工后物料在重量(或质量)上有无变化与变化的方向(增大或减少)，可将零件制造工艺方法分为三类： 材料成形法的特点是进入工艺过程的物料，其初始重量等于(或近似等于)加工后的最终重量。常用的材料成形法有铸造、锻压、冲压、粉木冶金、注塑成形等，这些工艺方法使物料受控地改变其几何形状，多用于毛

2、坯制造，但也可直接成形为零件。 材料去除法的特点是零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状X围内，零件形状的改变是通过去除一局部材料，减少一局部重量来实现的。在材料去除法中，根据工件形态的变化过程和能源作用的形式，又可分为四种类型(见表2.1)： 1)产生机械变化过程的加工方法 这类方法主要是利用机械力使工件材料产生剪切、断裂，从而去除材料，即通常所说的“以硬切软的原理。利用机械力去除材料的加工方法通常标为机械加工方法，最典型的机械加丁方法是切削加工与磨削加工。机械加工方法是目前以与在可以预见的一段时期内机械零件的最主要加工方法，因而也是本课程讨论的主要内容。 除切削加工与磨削加工外，利用机

3、械力去除材料的加工方法还有磨料喷射加工、喷水加工、超声波加工、弹性发射加工、磨料流加工等。这些方法以与下面谈到的利用热、光、化学等能量去除材料的方法统称为特种加工方法。 2)产生热过程的加工方法 这类方法一般是利用电能、光能、化学能等作用在工件上，这些不同的能转化成热能，产生瞬时高温，使固体材料变成液体或气体，以达到材料去除的目的。典型的加工方法有电火花加工、电子束加工、离子束加工、激光加工、热力去毛刺等。 3)产生化学过程的加工方法 这类方法是利用工件材料在化学溶剂内的腐蚀、溶解去除余量。电解加工、化学铣削、电铸等均属于这类加工方法。 4)产生复合过程的加工方法 指综合利用以上三种过程的加工

4、方法。如电解磨削(利用机械-化学复合过程)、加热切削(利用机械-热复合过程)、电解电火花加工(利用热-化学复合过程)、超声切削(利用机械-机械复合过程)等。 传统的累加方法主要是焊接、粘接或铆接，通过这些不可拆卸的连接方法使物料结合成一个整体，形成零件。近几年才开展起来的快速原型制造技术(RPM)，是材料累加法的新开展：它将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数控(C)、精细伺服驱动、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，对其进展分层切片得到各层截面轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的纸(或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料)，

5、或喷射源选择性地喷射一层层的粘接剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体，见图2.1。 图2.2所示为切纸型快速成形机床工作原理示意图、由图可见机床的主要组成局部有计算机、原材料存储与送进机构、热压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统等。其中计算机的功用是承受和存储产品的三维模型，沿模型高度方向，提取一系列的横截面轮廓线，并据此发出控制指令。原材料存储与送进机构将存储于其中的原材料(底面涂有热熔胶和填加剂的纸)，按要求逐步送至工作台上方，热压机构将一层层纸粘接在一起。激光切割系统按计算机指令提取横截面轮廓信息，逐一将位于工作台上的纸切割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片，

6、可升降工作台支承正在成形的样品或模具，并在每层成形之后，降低一层纸厚，以便送近、粘合和切割新的一层纸。数控系统执行计算机发出的控制指令，控制纸的送进与工作台的运动，完成切割、粘接，最终形成产品。 快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除方法的束缚，它采用了全新的“增长方法(见图2.3)，并将复杂的三维加工分解为简单的一维加工的组合、快速原型制造技术的精华在于“快速，它直接出CAD模型驱动，采用“分层制造的方法，是对传统零件成形方法的一次革命。虽然，目前快速原型制造方法还主要用于制造产品样品和模具，但可以预见其应用将不断扩大。 采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各外表间相互位置与外表质量，

7、使之成为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。它由按一定的顺序排列的假如干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、工位、工步与走刀等。 1)工序 工序是机械加工工艺过程的根本单元，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局部工艺过程。工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素，假如其中任一要素发生变更，如此构成了另一道工序。 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、加工精度要求与生产类型所决定的，如图2.4所示的阶梯轴，因不同的生产批量，就有不同的工艺过程与工序，如表2.2与表2.3所示。 2)安装 在一道工序中，工件在加

8、工位置上至少要装夹一次，但有的工件也可能会装夹几次，工件每经一次装夹后所完成的那局部工序称为安装。如表2.3中的第2、3与5工序,须经过两次安装才能完成其工序的全部内容。 应尽可能减少装夹次数，屡次装夹就多一次安装误差，又增加了装卸辅助时间。 3)工位 为减少装夹次数，常采用多工位夹具或多轴(多工位)机床，使工件在一次安装中先后经过假如干个不同位置顺次进展加工。如此工件在机床上占据每一个位置所完成的那局部工序称为工位。 4)工步 工步是指在加工外表不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那局部工序。 5)走刀 有时，同一加工外表因加工余量较大，可以作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次

9、走刀。 2.1.3机械装配工艺过程 任何机械产品都是由零、部件组成的。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，称为机械装配过程。机械装配工艺过程是整个机械制造过程中的最后阶段，是决定机械产品质量的关键环节。 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局部装配工作。装配工步是装配工序的组成局部，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变。装配操作是指装配工步中各个装配动作。 制定装配工艺规程的内容包括：

10、选择装配方法、划分装配单元，拟订装配顺序，划分装配工序，确定各装配工序检测手段，进展装配尺寸链的计算，绘制装配工艺系统图，填写装配工艺卡、工序卡与检验卡等。装配工艺规程是装配生产的指导性技术文件，又是制订装配生产计划、组织管理装配生产的主耍依据，也是设计装配工艺装备和装配流水线作业区的重要依据。 2.1.4 生产类型与其工艺特点 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=Qn(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，。 生产类型是指企业

11、(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、成批生产和大批大量生产。目前，常规的机械制造工艺根本上是在“批量法如此之下组织生产活动的，不同问的生产类型有着不同的工艺特点，如表2.4所示。 需要指出的是，随着市场需求水的变化和先进制造技术的开展与其广泛应用，传统的生产制造方式正在发生巨大的变革，各种生产类型的工艺乙特点也在逐渐发生变化，并存在向柔性化的方向开展的总趋势。 2.2 机械加工方法 零件外表通常可看成是一条母线沿着另一条导线运动的轨迹。母线与导线统称为形成外表的生线，又称生成线或成形线 切削加工时，具体

12、实现这两根生线的是刀具的削削刃与工件的相对运动，并通过此运动将工件的外表切削成形。图2.5中，可将直线或曲线1视为母线、将绕O-O轴心旋转所形成的圆或按一定方向移动所形成的直线(或曲线)2视为导线。 需要指出的是：虽然母线一样，导线也一样，但假如两者间原始相对位置不同，如此所形成的外表也就不同，如图2.5中b与c。在某些情况下，母线、导线没有严格的区分，特别是对于自由曲面四(图2.5f)更是如此。 不同的加工运动、不同的切削刀刃形状，形成生线的方式不同，形成零件外表的方法也不向，可归纳为以下四种(图2.6)： 1)轨迹法 工件外表的生线(母线和导线)均由轨迹运动生成。如图2.6a所示，刀刃为切

13、削点1，它按照一定的规律作轨迹运动3，生成母线2，工件绕自身轴线作回转运动，形成导线，最终获得回转曲面。 2)成型法 工件的一条生线是通过刀刃的形状直接获得的。如图2.6b所示，刀刃l的形状与工件的母线2一样，工件绕自身轴线作回转运动，形成导线，最终也获得回转曲面。 3)相切法 工件的一条生线是刀刃运动轨迹的包络线。如图2.6c所示，刀刃(点1)作回转运动，其回转轴线按一定规律作轨迹运动3，刀刃切削点运动轨迹的包络线形成生线2。自由曲面的数控加工是相切法的典型例子。 4)X成法 又称展成法，其工件的一条生线也是刀刃运动轨迹的包络线，且包络线需通过刀具与工件之间的X成运动来生成。如图2.6d中，

14、刀具刀刃的形状为一条直线，通过刀具的运动A与工件的运动B所组合而成的X成运动3，使切削刃1相对于工件的位置按确定的规律变化，形成共扼生线2，共扼生线2是切削线1的包络线，各种形式的齿轮、链轮大多数采用X成法加工。 在切削和磨削加工中工件外表的形状、尺寸与相互位置关系是通过刀具相对于工件的运动形成的。工件外表的成形运动有三种： 1)主运动 直接切除工件上的切削层，以形成工件新外表的根本运动。主运动通常是切削运动中速度最高、消耗功率最多的运动，且主运动只有一个。主运动的速度以vc表示，称作切削速度。 2)进给运动 是指不断地把切削层投入切削的运动。它的速度较低。进给运动可能是连续性的运动，也可能是

15、间歇性的。进给运动有时仅有一个，但也可能有几个。进给运动的速度用进给量f或进给速度vf表示。 切削加工的主运动与进给运动往往是同时进展的，因此刀具切削刃上某一点与工件的相对运动应是上述两运动的合成。其合成速度ve vc+vf 3)定位和调整运动 使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。 主运动和进给运动是实现切削加工的根本运动，可以由刀具完成，也可以由工件完成，还可以由刀具和工件共同完成。同时，主运动和进给运动可以是直线运动(平动)，也可以是回转运动(转动)，还可以是平动和转动的复合运动。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。 表2.5列出了