南工大机械制造工艺学.doc

1机械加工工艺过程由若干个工序组成。每一个工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀。
工序是指：一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。（只要工人、工作地点、工作对象（工件）之一发生变化或不是连续完成，则应成为另一个工序。）
工序安排和工序数目的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关。
安装：在一个工序中，每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。
工位：在一次安装中，通过分度（或移位）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安装内容称为一个工位。
工步：加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容称为一个工步。
走刀：切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容称为一次走刀。走刀次数又称行程次数。

2年生产纲领
生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件。

3装夹有两个含义，即定位和夹紧。
定位是指确定工件在机床（工作台）上或夹具中占有正确位置的过程，可以理解为工件相对于切削刀具或磨具的一定位置，以保证加工尺寸和形位精度的要求。
夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中能承受重力、切削力等而保持定位位置不变的操作。

4采用6个按一定规律布置的约束点来限制工件的6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。
定位元件所限制的自由度与其大小、长度、数量极其组合有关：
（1）长短关系 短圆柱销限制2个自由度，长圆柱销限制4个自由度；短V形块限制2个自由度，长V形块限制4个自由度。
（2）大小关系 1个矩形支承板限制3个自由度，1个条形支承板限制2个自由度，1个支承钉限制1个自由度。
（3）数量关系 1个短V形块限制2个自由度，2个短V形块限制4个自由度。
（）组合关系 1个短V形块限制2个自由度，2个短V形块的组合限制4个自由度。
1个支承点限制1个自由度，1个大平面限制3个自由度，1个菱形销限制1个自由度，1个固定锥销限制3个自由度，1个浮动锥销限制2个自由度。
完全定位 限制了6个自由度。
不完全定位 限制了1~5个自由度。
附加自由度 有些加工虽然按加工要求不需要限制某些自由度，但从承受夹紧力、切削力、加工调整方便等角度考虑，可以多限制一些自由度，是必要的，也是合理的。

5欠定位 在加工时根据被加工面的尺寸、形状和位置要求，应限制的自由度未被限制，即约束点不足。欠定位的情况下不能保证加工要求，是绝对不能允许的。
不完全定位时不一定就是欠定位，即所限制的自由度少于6时不一定会产生欠定位，只是不完全定位时应注意可能会有欠定位，要判别应限制的自由度是否已被限制。
过定位 工件定位时，一个自由度同时被两个或两个以上的约束点（夹具定位元件）所限制，或称重复定位或定位干涉。
过定位可能会破坏定位，因此一般不允许。但如果工件定位面的尺寸、形状和位置精度高，表面粗糙度值小，而夹具的定位元件制造质量又高，则不但不影响定位，而且还会提高加工时工件的刚度，这是允许的。

6基准 可分为设计基准和工艺基准
设计基准 设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系和零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标准尺寸（含角度）的起始位置，这些起始位置可以是点、线或面，称为设计基准。
工艺基准 零件在加工工艺过程中所用的基准称为工艺基准。又可分：工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。
工序基准 用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。与设计基准相同。
设计工序基准时主要考虑的问题：1、首先考虑选设计基准为工序基准，避免基准不重合所造成的误差；2、若不能选用设计基准为工序基准，则必须保证零件设计尺寸的技术要求；3、所选工序基准应尽可能用于定位，即定位基准，便于工序尺寸的检查。
定位基准 在加工时用于工件定位的基准。定位基准是获得零件尺寸、形状和位置的直接基准，可分为粗基准和精基准，又可分为固有基准和附加基准。
固有基准是零件上原来就有的表面，附加基准是根据加工定位的要求在零件上专门制造出来的。

7影响机械加工精度的原始误差及分类（以图2-1 活塞销孔精镗工序示意图为例）
工件装夹误差 由于设计基准（顶面）与定位基准（止口端面）不重合，以及定位止口与夹具上凸台、菱形销与销孔的配合间隙而引起的定位误差；由于夹紧力过大而引起的夹紧误差。
工艺系统的几何误差 由于调整不可能绝对精确而产生调整误差。另外机床、刀具、夹具本身的制造误差在加工前就已经存在。
工艺系统的动误差 由于在加工过程中产生了切削力、切削热和摩擦，它们将引起工艺系统的受力变形、受热变形和磨损，这些都会影响在调整时所获得的工件与刀具之间的相对位置，造成加工误差。
测量误差 任何测量方法和量具、量仪不可能绝对准确。一般精度零件，测量误差可占工序尺寸公差的1/5~1/10；精密零件，测量误差可占工序尺寸公差的1/3左右。
工件在毛坯制造、切削加工和热处理时的力和热的作用下产生的内应力，将会引起工件变形而产生加工误差。
加工原理误差 采用近似方法进行加工。

8误差敏感方向
当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精度的影响就最大。把对加工精度影响最大的那个方向（即通过切削刃的加工表面的法向）称为误差的敏感方向。

9机床主轴的回转误差
机床主轴是用来装夹工件或刀具并传递主要切削运动的重要零件。它的回转精度是机床精度的一项重要指标，主要影响零件加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。
提高主轴回转精度的措施
1、提高主轴部件的制造精度；2、对滚动轴承进行预紧；3、使主轴的回转误差不反映的工件上。
传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。它是螺纹、齿轮、涡轮以及其他按展成原理加工时，影响加工精度的主要因素。
减少传动链传动误差的措施（提高末端元件的制造和安装精度）：1、传动件数越少，传动链越短，传动误差就越小，因而传动精度就高。2、传动比i小，特别是传动链末端传动副的传动比小，则传动链中其余各传动元件误差对传动精度的影响就越小。3、传动链中各传动件的加工、装配误差对传动精度均有影响，但影响的大小不同，最后的传动件（末端件）的误差影响最大，故末端件应做得更精确些。4、采用校正装置。

10工艺系统刚度是指工件加工表面在切削力法向分力Fp的作用下，刀具相对工件在该方向上位移y的比值：k=Fp/y

11工艺系统刚度对加工精度的影响
工艺系统的刚度会随着切削力作用点位置的变化而变化，因此使工艺系统受力变形亦随之变化，引起工件形状误差。
误差复映：当车削具有圆度误差的毛坯时，由于工艺系统受力变形的变化而使工件产生相应的圆度误差的现象。
称为为误差复映系数。
它定量地反映了毛坯误差经加工后所减小的程度。减小进给量f就能减小C，使ε减小，又可提高加工精度，但切削时间增长。若设法增大k，不但可以减小Δg，而且可以在保证加工精度前提下相应增大进给量，提高生产率。
增加走刀次数可大大减小工件的复映误差。
毛坯材料硬度的均匀性很重要，可以减少加工误差。

12分布图分析法的应用
假如加工过程中没有变值系统误差，其尺寸分布应该服从正态分布，这是判别加工误差性质的基本方法。若实际分布与正态分布基本相符，加工过程中没有变值系统误差（或影响很小），这时就可进一步根据样本平均值x是否与公差带中心重合来判断是否存在常值系统误差（x与公差带中心不重合就说明存在常值系统误差）。常值系统误差只影响x值，只影响分布曲线的位置，不影响分布曲线的形状。
所谓工序能力是指工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。当加工尺寸服从正态分布时，其尺寸分散范围是6σ，所以工序能力建设6σ。
工序能力等级是以工序能力系数来表示的，代表了工序能满足加工精度要求的程度。
一般情况下Cp>1,说明该工序的工序能力足够，加工中是否有废品还要看调整得是否正确。如Cp<1，不合格品总是不可避免的。
不合格品率包括废品率和可返修的不合格品率。它可以通过分布曲线进行估算。P79，作业题。
分布图分析法的缺点在于：没有考虑一批工件加工的先后顺序，故不能反映误差变化的趋势，难以区别变值系统误差和随机误差的影响。必须等一批工件加工完毕后才能绘制分布图，因此不能在加工过程中及时提供控制精度的信息。

13零件结构工艺性分析举例（P145 表4-4)

14定位基准的选择：精基准先考虑
附加基准：根据加工工艺的需要而专门设计的定位基准。
一、粗基准的选择 粗基准的选择对零件的加工会产生重要影响。
在选择粗基准时一般遵循下列原则：（1）保证相互位置要求的原则 如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。（2）保证加工表面加工余量合理分配的原则 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。（3）便于工件装夹的原则 选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等问题。（4）粗基准一般不得重复使用的原则 如果能使用精基准定位，则粗基准一般不应被重复使用。
上述选择粗基准的四条原则，每一原则都只说明一个方面的问题。在实际应用中，划线装夹有时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要根据具体情况，抓住主要矛盾，解决主要问题。
二、精基准的选择原则：（1）基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。（2）统一基准原则 当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有）其他表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其他表面。（3）互为基准原则 某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。（4）自为基准原则 旨在减小表面粗糙度，减少表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工。（5）便于装夹原则 所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。

15加工经济精度与加工方法的选择
一加工经济精度 各种加工方法（车、铣、刨、磨、钻、镗、铰等）所能达到的加工精度和表面粗糙度，都是有一定范围的。任何一种加工方法，只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，其加工精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度就可以减小。
生产上加工精度的高度是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小，则加工精度高；加工误差大，则加工精度低。
所谓加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度和表面粗糙度。
查经济精度及方法与方案表，采用从终加工方法（满足精度要求的方法）倒推追查合适的加工方案。

16工艺顺序的安排原则
（1）先加工基准面，再加工其他表面（基面先行）。（2）先加工平面，后加工孔（先面后孔）。（3）先加工主要表面，后加工次要表面（先主后次）。（4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序（先粗后精）。

17先加工精基准面——粗加工主要面（精度要求高的表面）——精加工主要面，次要表面的加工适当穿插在各阶段进行。
检查、检验工序，去毛刺、平衡、清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分。切削加工后应安排去毛刺处理。工件进入装配之前，一般应安排清洗。
工序集中：使每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而使总的工序数目减少，夹具数目和工件的安装次数也相应减少。
工序分散：将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成，每个工序的工步少，工艺路线长。
粗加工阶段——半精加工阶段——精加工阶段——精密、光整加工阶段

18加工总余量（毛坯余量）与工序余量
毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量。加工总余量的大小取决于加工过程中各个工步切除金属层厚度的大小。每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。加工总余量和工序余量的关系可用下式表示：

式中Z0—加工总余量，Zi—工序余量，n—机械加工工序数目。Z1为第一道粗加工工序的加工余量，它与毛坯的制造精度有关，实际上是与生产类型和毛坯的制造方法有关。
工序余量还可以定义为相邻两工序基本尺寸之差。零件非对称结构的非对称表面，加工余量为单边余量；零件对称结构的对称表面，加工余量为双边余量。

19工序尺寸与公差的确定
生产上绝大部分加工面都是基准重合（工艺基准和设计基准重合）的情况下进行加工。
1）确定各加工工序的加工余量。2）倒推法求各工序尺寸。3）各加工工序（除终加工工序）按各自所采用加工方法的加工经济精度确定工序尺寸公差。4）填写工序尺寸并按“入体原则”标注工序尺寸偏差（极限偏差）。
倒推法，查表得到加工经济精度。（见P170表4—12）

20工艺尺寸链
1、尺寸链图：单箭头，封闭圈，循环方向，同减异增。
2、封闭环基本尺寸=增环基本尺寸之和—减环基本尺寸之和；
3、封闭环上偏差=增环上偏差之和—减环下偏差之和；
4、封闭环下偏差=增环下偏差之和—减环上偏差之和。

21P219装配工艺系统图：在装配工艺规程制订过程中，表明产品零件、部件间相互关系及装配流程的示意图。装配工艺系统图装配工艺规程在生产中有一定的指导意义。它主要应用于大批大量生产中，以便指导组织平行流水装配，分析装配工艺问题，但在单件小批生产中很少使用。
装配工艺规程是指导装配生产的主要技术文件，制定装配工艺规程是生产技术准备工作的主要内容之一。装配工艺规程对保证装配质量、提高装配生产效率、缩短装配周期、减轻工人劳动强度、缩小装配占地面积、降低生产成本等都有重要的影响。它取决于装配工艺规程制定的合理性，这就是制定装配工艺规程的目的。
装配工艺规程的主要内容：1、分析产品图样，划分装配单元，确定装配方法；2、拟定装配顺序，划分装配工序；3、计算装配时间定额；4、确定各工序装配技术要求、质量检查方法和检查工具；5、确定装配时零、部件的输送方法及所需要的设备和工具；6、选择和设计装配过程中所需要的工具、夹具和专用设备。

22一、装配精度的内容：1、相互位置精度；2、相对运动精度；3、相互配合精度。
二、装配精度和零件精度的关系
零件的精度特别是关键零件的精度会直接影响相应的装配精度。多数装配精度均与和它相关的零件或部件的加工精度有关，即这些零件的加工误差的累积将影响装配精度。在加工条件允许时，我们可以合理地规定有关零件的制造精度。但是，零件的加工精度受工艺条件、经济性的限制，不能简单按装配精度要求来加工，常在装配时采取一定工艺措施（如：修配、调整等）来保证最终装配精度。产品的装配方法必须根据产品的性能要求、生产类型、装配的生产条件来确定。
为了定量地分析零件加工精度与装配精度间的关系，常建立装配尺寸链图，通过解算装配尺寸链，来确定零件精度和装配精度间的定量关系。
在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链，称为装配尺寸链。
装配尺寸链的封闭环就是装配所要保证的装配精度或技术要求。装配精度（封闭环）是零部件装配后才最后形成的尺寸或位置关系。

23查找装配尺寸链应注意的问题：1装配尺寸链应进行必要的简化；2装配尺寸链组成的“一件一环”；3装配尺寸链的“方向性”在同一装配结构中，在不同位置方向都有装配精度的要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。

24保证产品装配精度的方法有：互换法、选择法、修配法和调整法。
一、 互换装配法：在装配过程中，零件互换后仍能达到装配精度要求的装配方法。又可分为完全互换装配法和大数互换装配法。采用互换装配时，装配精度主要取决于零件的加工精度。互换法的实质是用控制零件的加工误差来保证产品的装配精度。
二、 选择装配法：将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证装配精度的要求。可分成：直接选配法、分组选配法和复合选配法。选择装配法常应用于装配精度要求高而组成环数又较少的成批或大批量生产中。
三、 修配装配法：在成批生产或单件小批生产中，当装配精度要求较高，组成环数目又较多时，常采用修配法来保证装配精度的要求。
四、 调整装配法：固定调整法、可动调整法和误差抵消调整法。对于精度要求高而组成环又较多的产品或部件，可采用调整法来保证装配精度。

25常用定位方法与定位元件 工件以平面定位
1、固定支承 有支承钉和支承板两种。
2、可调支承 支承点的位置可以调整的支承。
3、自位支承 自位支承在定位过程中，支承点可以自动调整其位置以适应工件定位表面的变化。自位支承通常只限制一个自由度，即实现一点定位。
4、辅助支承 辅助支承是在工件完成定位后才参与支承的元件，它不起定位作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度。不限制自由度。

26定位误差计算
定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。
定位误差的来源主要有两方面：1、由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，常用ΔJW表示。2、由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差，常用ΔJB表示。在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其加工尺寸方向上的最大变动量即可。
P269孔销间隙配合；P270一面两孔定位误差计算；P271V形块定位误差计算；

27分析题：P259 图6-1 连杆铣槽夹具；P287 图6-44 回转式钻模；
P277 图6-28 斜楔夹紧的翻转式钻模；P278 图6-29 螺旋夹紧示例；
P280 图6-32 偏心夹紧机构；P281 图6-34 铰链夹紧机构及其受力分析；P283 图6-36 螺旋定心夹紧机构；无缝隙配合：图6-37 弹簧夹头，图6-38 液塑心轴；P284 图6-39 联动夹紧机构；

28钻床夹具：有钻套，P289 图6-49 钻套；及图6-47、图6-48；P288 图6-46 盖板式钻模；P291 图6-53 悬挂式钻模；
铣床夹具：有对刀块和定向键；P294图6-57，图6-58；

29夹具设计的一般步骤
1、研究原始资料，明确设计要求；原始资料是指工序图（工序卡片）。
2、拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图。
3、绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求；按国家标准绘制，比例尽量取1:1，用双点画线画出工件轮廓，注意将工件视为透明体，不挡夹具；画出定位面、夹紧面和加工面，加工面可用粗实线或网格线表示；按夹紧状态画出夹紧元件及夹紧机构。
4、绘制零件图
P307 图6-73 夹具设计过程示例 P309 表6-6 夹具技术要求举例

附件：参考试卷习题内容
一、选择（可多），是非判题（正确标T，错误标F）
误差敏感方向、误差复映及公式、过定位和欠定位、经济加工精度、机加工顺序的安排、装配尺寸链最短路线原则：应使装配尺寸链的环数最少。
例1.误差敏感方向是（过刀尖的加工面的法向方向）
主运动方向进给运动方向过刀尖的加工面的法向方向过刀尖的加工面的切向方向
2. 过定位是不允许（ F ）
3. 只要装配得当，精度不高的零件也能装配出精度很高的机器（ T ）
4. 装配精度主要取决于零件加工精度的装配方法 D
A. 修配法 B.选配法 C.调整法 D.互换法
5. 浮动（自位，可调，辅助）支承和工件多点接触，限制工件多个自由度（ F ）
6. 零件机加工顺序的安排，一般是 A
A.先基准表面，后其他表面 B.先次要表面，后主要表面 C.先精加工，后粗加工 D.先孔，后平面
二简答题
例 何为工艺系统？为何分加工阶段？
安排加工顺序遵循原则；过欠定位及夹具各类支承的特点；粗，精基准选择应遵循原则（举例）

试简要分析影响精镗活塞销孔位置精度的各种原始误差因素。

举例说明保证装配精度的各种装配方法的应用场合。

三计算
例 1列表倒推法求基准重合时工序尺寸和偏差（填表确定）P170
2画尺寸链图并列式求解基准不重合时工序尺寸及公差（2例题与作业）P174，P215
3分布图计算和应用（CP及合格率，废品率）P79，P96（例题与作业，概率表）
4夹具定位误差的计算（V形块，销孔配合，1/3T）（2例题）