1、1,第2章 機(jī)械制造過程基礎(chǔ)知識,本章要點(diǎn),機(jī)械制造工藝,機(jī)械加工方法,定位原理與定位誤差,工件材料切削加工性,刀具材料與刀具幾何角度,機(jī)床與夾具,2,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第2章 機(jī)械制造過程基礎(chǔ)知識 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.1 機(jī)械制造工藝總論 Introduction to Mechanical Manufacturing Process,3,2.1.1 機(jī)械制造工藝過程,機(jī)械制造中與產(chǎn)品生成直接有關(guān)的生產(chǎn)過程常被稱為機(jī)械制造工藝過程,機(jī)械制造工藝過程,毛坯和零件成形鑄造、鍛造、沖壓、焊接 、壓制、燒結(jié)、注塑、壓塑

2、機(jī)械加工切削、磨削、特種加工 材料改性與處理熱處理、電鍍、轉(zhuǎn)化膜、涂裝、熱噴涂 機(jī)械裝配把零件按一定的關(guān)系和要求連接在一起，組合成部件和整臺機(jī)械產(chǎn)品，包括零件的固定、連接、調(diào)整、平衡、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作,4,2.1.2 機(jī)械制造工藝方法,機(jī)械制造工藝方法與分類,JB/T5992-92按大、中、小和細(xì)分類四個層次劃分,表2-1 機(jī)械制造工藝方法類別劃分及代碼（JB/T5992-92）,5,2.1.3 零件成形方法,零件成形方法,材料成形法進(jìn)入工藝過程物料初始重量近似等于加工后最終重量。如鑄造、壓力加工、粉末冶金、注塑成形等，這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終幾何形狀

3、局限在毛坯的初始幾何形狀范圍內(nèi)，零件形狀的改變是通過去除一部分材料，減少一部分重量來實(shí)現(xiàn)的。如切削與磨削，電火花加工、電解加工等特種加工等。 材料累加法傳統(tǒng)的累加方法有焊接、粘接或鉚接等，通過不可拆卸連接使物料結(jié)合成一個整體，形成零件。近幾年才發(fā)展起來的快速原型制造技術(shù)（RPM），是材料累加法的新發(fā)展。,6,快速原型制造技術(shù)（RPM）,快速原型制造（Rapid Photograph Manufacturing RPM），又稱“快速成形技術(shù)”（ Rapid Photograph RP）或“分層制造”（Layer Manufacturing LM），是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來的一種新型制造

4、技術(shù)。 它將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）、精密伺服驅(qū)動、新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型，對其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的輪廓。 按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的箔材（或固化一層層的液態(tài)樹脂，或燒結(jié)一層層的粉末材料），或噴射源選擇性地噴射一層層的粘結(jié)劑或熱熔材料等，形成一個個薄層，并逐步迭加成三維實(shí)體（見圖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,圖2-2a 快速成型機(jī)床及快速成型件,2.1.3 零件成形方法,10,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第2章 機(jī)械制造過程基

5、礎(chǔ)知識 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.2 機(jī)械制造工藝過程 Mechanical Manufacturing Process,11,2.2.1 機(jī)械加工工藝過程及其組成,工序是指由一個或一組工人在同一臺機(jī)床或同一個工作地，對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分機(jī)械加工工藝過程。 安裝在一道工序中，工件每經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序稱為安裝。,12,2.2.1 機(jī)械加工工藝過程及其組成,工位工件在機(jī)床上占據(jù)每一個位置所完成的那部分工序稱為工位。,13,2.2.1 機(jī)械加工工藝過程及其組成,工步指在加工表面不變、切削刀具不

6、變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序。（在一個工步內(nèi)，若有幾把刀具同時加工幾個不同表面，稱此工步為復(fù)合工步）,走刀同一加工表面加工余量較大，可以分作幾次工作進(jìn)給，每次工作進(jìn)給所完成的工步稱為一次走刀。,a）立軸轉(zhuǎn)塔車床的一個復(fù)合工步 b）鉆孔、擴(kuò)孔復(fù)合工步 圖2-5 復(fù)合工步,14,2.2.2 機(jī)械裝配工藝過程,機(jī)械裝配工藝過程 將組成機(jī)器的零、部件按一定的精度要求和技術(shù)條件連接與固定在一起，構(gòu)成合格機(jī)械產(chǎn)品的過程 機(jī)械裝配工作 包括：組裝、部裝、總裝、調(diào)試、檢驗(yàn)、試車、涂裝與包裝等 裝配工序、工步和操作,裝配工序在一個工作地點(diǎn)，由一個或一組工人所連續(xù)完成的那一部分裝配工作 裝配工步裝配工序的組成

7、部分，在裝配工步中，裝配對象、裝配工具和裝配方法均不改變,15,2.2.3 生產(chǎn)類型及其工藝特點(diǎn),生產(chǎn)綱領(lǐng) N = Q n（1+% +% ） （2-1）,單件小批生產(chǎn) 批量生產(chǎn) 大批大量生產(chǎn),式中 Q 產(chǎn)品年產(chǎn)量（件/年）； n 每臺產(chǎn)品中該零件數(shù)量（件/臺）； 備品率； 廢品率。,生產(chǎn)類型,16,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第2章 機(jī)械制造過程基礎(chǔ)知識 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.3 零件機(jī)械加工方法 Mechanical Machining Method for Parts,17,2.3.1 零件表面形成方法,軌跡法 成形法 相

8、切法 展成法,18, 主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動是實(shí)現(xiàn)切削加工的基本運(yùn)動，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成；可以是直線運(yùn)動（用 T 表示），也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動（用 R 表示）。正是由于上述不同運(yùn)動形式和不同運(yùn)動執(zhí)行元件的多種組合，產(chǎn)生了不同的加工方法。,2.3.2 切削加工的成形運(yùn)動,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 切削用量與切削層截面參數(shù),切削速度vc,若主運(yùn)動為往復(fù)運(yùn)動時，其平均速度為：,（2-2）,式中 n 主運(yùn)動轉(zhuǎn)速（r/s）；

9、d 刀具或工件的最大直徑（mm）。,式中 nr 主運(yùn)動每秒鐘往復(fù)次數(shù)（str/s）； l 往復(fù)運(yùn)動行程長度（mm）。,（2-3）,進(jìn)給量：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(或主運(yùn)動一循環(huán)時)，兩者沿進(jìn)給方向上相對移動的距離，單位為mm/r。 背吃刀量：主刀刃與工件切削表面接觸長度在主運(yùn)動方向及進(jìn)給運(yùn)動方向所組成的平面的法線方向上測量的值。,25,2.3.4 切削用量與切削層截面參數(shù),切削厚度,（2-4）,切削寬度,（2-5）,26,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第2章 機(jī)械制造過程基礎(chǔ)知識 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.4 基準(zhǔn)與裝夾 Datum

10、and Fixing,27,2.4.1 基準(zhǔn),確定加工對象上幾何要素間幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面稱為基準(zhǔn)。,在設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn),圖2-8 定位支座零件,28,2.4.1 基準(zhǔn),在工藝過程中所采用的基準(zhǔn)。又可分為：工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)。,圖2-9a 支座零件第1工序（車削）,29,2.4.1 基準(zhǔn),圖2-9b 支座零件第1工序（鉆孔）,30,2.4.1 基準(zhǔn),圖2-9c 支座零件第3工序（鉆、锪 4 分布孔）,31,2.4.1 基準(zhǔn),圖2-9d 支座零件第4工序（磨內(nèi)孔、端面）,圖2-9e 支座零件第5工序（磨外圓、臺階面）,32,2.4.2 工件裝夾,劃線找正裝夾（

11、圖2-11） 精度不高，效率低，多用于形狀復(fù)雜的鑄件,直接找正裝夾（圖2-10） 精度高，效率低，對工人技術(shù)水平高,夾具裝夾（圖2-12） 精度和效率均高，廣泛采用,定位 使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置 夾緊 對工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過程中保持不變,33,2.4.2 工件裝夾,34,2.4.2 工件裝夾,圖2-12 工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）,35,2.4.3 定位原理,六點(diǎn)定位原理,要確定其空間位置，就需要限制其 6 個自由度,將 6 個支承抽象為6個“點(diǎn)”，6個點(diǎn)限制了工件的6 個自由度，這就是六點(diǎn)定位原理。,任何一個物體在空間直角坐標(biāo)系中都有 6 個自由度用 表示

12、,36,與理論力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)自由度概念差別 位置不定度 夾緊與定位概念分開 工件、夾具是彈性體,兩點(diǎn)注意：,“點(diǎn)”的含義 對自由度的限制，與實(shí)際接觸點(diǎn)不同,2.4.3 定位原理,37,工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。,完全定位與不完全定位,不完全定位主要有兩種情況： 工件本身相對于某個點(diǎn)、線是完全對稱的，則工件繞此點(diǎn)、線旋轉(zhuǎn)的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。 工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制

13、3 個自由度就夠了。,2.4.3 定位原理,38,2.4.3 定位原理,完全定位與不完全定位,圖2-15 工件應(yīng)限制的自由度,39,欠定位,工件加工時必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。,2.4.3 定位原理,40,過定位,過定位工件某一個自由度（或某幾個自由度）被兩個（或兩個以上）約束點(diǎn)約束，稱為過定位。,過定位是否允許，要視具體情況而定： 1）如果工件的定位面經(jīng)過機(jī)械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因?yàn)楹侠淼倪^定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。 2）反之，如果工

14、件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機(jī)械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因?yàn)樗赡茉斐啥ㄎ徊粶?zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。,2.4.3 定位原理,41,過定位分析（桌子與三角架）,圖2-17 過定位分析,2.4.3 定位原理,42,過定位分析,圖2-18 過定位示例,2.4.3 定位原理,43,過定位分析,圖2-19 過定位示例,2.4.3 定位原理,44,一面兩孔定位分析,圖2-20 一面兩孔定位干涉分析,2.4.3 定位原理,45,過定位應(yīng)用,2.4.3 定位原理,46,過定位討論,2.4.3 定位原理,47,圖2-22a 過定位引起夾緊變形,2.4.3 定位原理,48

15、,圖2-22b 過定位處理分析,2.4.3 定位原理,49,討論,分析圖示定位方案： 各方案限制的自由度 有無欠定位或過定位 對不合理的定位方案提出改進(jìn)意見。,圖2-23 過定位分析,2.4.3 定位原理,50,圖2-23a 過定位示例分析,2.4.3 定位原理,51,圖2-23b 過定位示例分析,2.4.3 定位原理,52,圖2-23c 過定位示例分析,2.4.3 定位原理,53,圖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釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。圖2-24給出了平面定位的幾種情況。,2.4.4 定位方法與定位元件,54,圖2-25 工

16、件以圓孔定位,工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。工件以圓孔定位所限制的自由度見圖 2-25。,2.4.4 定位方法與定位元件,55,圖2-26 工件以外圓柱面定位,工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿（用套筒和卡盤代替心軸或柱銷）。工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊，短V型塊限制2個自由度，長V型塊（或兩個短V型塊組合）限制4個自由度。,2.4.4 定位方法與定位元件,

17、56,除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。圖2-27為工件以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉(zhuǎn)動外的 5個自由度。,2.4.4 定位方法與定位元件,57,在多個表面同時參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。通常稱定位點(diǎn)數(shù)最多的表面為主要定位面或支承面，稱定位點(diǎn)數(shù)次多的表面為第二定位基準(zhǔn)面或?qū)蛎?，稱定位點(diǎn)數(shù)為 1 的表面為第三定位基準(zhǔn)面或止動面。,2.4.4 定位方法與定位元件,58,2.4.5 定位誤差,定位誤差的概念,定位誤差是由于工件在夾具上（或機(jī)床上）定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。,59,1）由于工件定位表面或夾具

18、定位元件制作不準(zhǔn)確引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位置誤差，如圖2-29所示例子。,2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。,2.4.5 定位誤差,60,2.4.5 定位誤差,定位誤差計(jì)算,在采用調(diào)整法加工時，工件的定位誤差實(shí)質(zhì)上就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量。因此計(jì)算定位誤差，首先要找出工序尺寸的工序基準(zhǔn)，然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量即可。,用幾何方法計(jì)算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動的極限位置；然后運(yùn)用三角幾何知識，求出工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量，即為定位誤差。,1. 用幾何方法計(jì)算定位誤差,61,2.4.5 定位誤差,【例2-4】圖2-31所示為孔與銷間隙配合的情況，若工件的工序基準(zhǔn)為孔心，試確定其定位誤差。,62,2.4.5 定位誤差,此時，孔在銷上的定位已由定心定位轉(zhuǎn)化為支承定位的形式，定位基準(zhǔn)也由孔心變成了與定位銷固定邊接觸的一條母線。這種情況下，定位誤差是由于定