机制

第一章：工艺规程的制定

对于一个零件的制造过程，对其最基本的要求有两个： 满足零件的使用要求或设计图纸的提出的质量要求 要求生产时的消耗最少

生产过程包括：原材料运输、技术准备、毛坯准备、零件加工、装配、检验、试车、油漆、包装等。

机械加工工艺系统：指由机床、刀具、夹具和工件组成的统一体。

工艺过程：指在生产过程中，按一定顺序直接改变生产对象的形状、尺寸、物理机械性能，以及决定零件相互位置关系的过程。

工艺过程包括：铸造、锻压、焊接、机械加工、热处理、表面处理、装配。

工艺路线（工艺流程）：零件依次通过的全部加工过程，是制订工业规程和生产组织管理的重要依据。

工艺规程：指规定了工艺过程内容的工艺文件，是工艺过程的文字反映，是工厂指导生产的重要文件，也是组织和管理的基本依据，所有工艺人员都必须严格按照工艺规程的内容办事。

工艺规程文件包括：机械加工综合过程卡、机械加工工艺卡、机床调整卡、检验工序卡等。

工序：由一个或一组工人，在一个工作地点，对一个或同时对几个工件 所连续完成的那部分工艺过程。

工步：在加工表面、切削用量（刀具、转速、进给量）都不变的情况下，所完成的那部分工艺过程。、

工步分为：顺序工步、复合工步。

安装：将一个或数个工件固定在机床夹具上或直接固定在机床工作台上的过程。

工位：工件与夹具或机床可移动部分一起相对于刀具或机床其它固定部分所占据的一个位置，即工件在加工过程中的一个确定位置。

对工艺过程的基本要求：

在符合零件设计质量的前提下，以最小消耗，在一定时间内生产出一定数量的零件，即优质、高产、低消耗。

生产类型：指企业生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件小批生产。

制订工艺规程的原则： 1）必须满足技术要求

2）在满足技术要求的前提下，追求高效、高生产率、低消耗 3）具有良好经济性

选择加工方法需要考虑的因素：

1）加工方法的经济精度和表面粗糙度应与加工技术相适应。经济加工精度：指正常生产条件下，各种加工方法都有一个对应于加工成本最小的精度范围，这个范围称经济加工精度。

2）材料的可加工性。淬火钢宜用磨削加工，有色金属磨削困难，精加工多采用金刚镗或 高速精密车削。

3）生产类型。大批量生产，采用专用设备。单件、小批生产，采用通用设备。

4）现有设备与技术条件。要充分利用现有设备，发挥创造性，不断改革创新，推广新技术。

加工阶段是如何划分的？

1）粗加工阶段： 加工余量大，主要考虑生产率问题，对加工精度要求

不高。

2）半精加工阶段：为精加工做准备，精度比粗加工有所提高，同时完成钻孔、铣槽等 次要表面加工。 3）精加工阶段： 达到图纸设计要求。

4）光整加工阶段：对于精度高于IT7和表面粗糙度Ra<0.32m的表面，精加工后还需要 进行光整加工。光整加工只改善尺寸精度，不能改善形位精度。

划分加工阶段的原因：

1）粗精加工安排可以达到“渐精”的目的。由于粗加工余量大，因此切削用量、切削热和切削力大，工艺系统受 力变形、热变形和工件内应力也大，只有通过渐精过程才能达到要求 的精度。

2）划分加工阶段，有利于机床的选择。精密机床不用作粗加工，避免过早丧失精度。

3）有利于消除应力。精加工夹紧力、切削力小，产生的内应力也小。粗精加工间隔可以自然时效，有利于粗加工后的工件的内应力消除，工件可以充分变形，以便在后续工序中得到修正。

4）便于其他工序安排。 热处理、表面处理、检验等辅助工序可以穿插安排在粗、精加工阶段之间。

5）尽早发现毛坯缺陷，保护光整表面。粗加工中及时发现缺陷，尽早报废或修补，以免浪费精加工工时。 精加工和光整加工安排在最后，不至因粗加工而损伤或影响表面的光整。

工序集中的特点：

1）生产率高：采用专用设备 2）设备、人力消耗少 3）缩短工艺路线 4）减少工件的运输

5）减少安装次数，易于保证位置精度 6）成本高，柔性差，不易维护

工序分散的特点：

1）采用通用机床，容易调整 2）设备、人力消耗多 3）工人技术水平要求低 4）生产适应性好

加工顺序的安排原则： 1、机械加工顺序： 1）先粗后精 2）先主后次 3）基准先行 4）先面后孔 2、热处理工序：

热处理工序的目的是改变材料性能，消除内应力。

1）对改善金属组织和加工性能的热处理工序，如退火、正火等，一般安排在机械加工之前。

2）对提高零件表面硬度的热处理工序，如淬火、氮化处理等，安排在最终加工以前进行。

3）对减少内应力的热处理工序，如时效处理，安排在粗加工后，精加工前。

3、辅助工序：

辅助工序包括：去毛刺、倒棱、倒边、去磁、清洗、油漆、检验等。 辅助工序要穿插安排在各工序中。

基准：是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。

基准的分类

基准

设计基准

工序基准（原始基准）

粗基准

工艺基准 定位基准 测量基准 装配基准

精基准

辅助基准 基本基准

定位基准：加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置所采用 的基准。

工序基准：工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、 形状、位置的基准。

工序基准的选择原则：

1、尽可能与设计基准重合。

2、工序基准应能方便的用作测量基准。

3、与定位基准重合，定位方便可靠。

定位基准的选择原则：

1、粗基准的选择原则： 1）表面要平整光洁。

2）以加工余量最小的表面作为粗基准。 3）选不加工面。 4）避免重复使用。 2、精基准的选择原则：

1）基准重合：工序基准和定位基准与设计基准重合。 2）基准统一：具有公共的定位基准。

3）自为基准：无心磨、床身导轨修整、拉孔、珩磨。 采用自为基准原则，不能提高位置精度。 4）互为基准。

为什么要规定加工余量？ 1、毛坯制造精度低。

2、零件在机械加工和热处理过程中造成的误差。

加工余量的大小对零件加工的影响？

1、加工余量大：材料、动力、工具和加工时间等消耗增大，同时引起切削力增大，工件受力变形大。

2、加工余量小：刀具切去金属层的厚度过薄，不容易保证加工精度。

影响加工余量的因素？

1、上一工序的已加工表面上留有高低不平的粗糙度及缺陷。 2、上一工序尺寸公差。

3、上一工序形成的表面空间位置误差，如平面度误差，轴线的弯曲， 同轴度误差，轴线倾斜等，这一误差是向量。

4、本工序工件装夹误差：由于夹紧力变动，使工件定位基准产生变形量。

第二章：夹具设计基础

夹具的作用是什么？

1、保证产品质量：专用夹具易于保证加工精度，加工质量稳定，降低对操作 工人的技术水平要求。

2、提高劳动生产率：使用专用夹具可以降低单件工时，减少辅助时间。 3、扩大机床使用性能：使用专用夹具可以完成机床本身所不能完成的工作， 如以车代镗。

4、改善劳动条件，降低对操作工人的技术水平要求。

完全定位：用6个约束限制工件的6个自由度。

不完全定位：没有限制工件的全部6个自由度。

欠定位：应该限制住的自由度没有限制住。

这种定位方案保证不了槽与工件侧面平行。

欠定位不能保证加工质量要求，所以是不允许的。

过定位：以1个以上的约束重复限制同一个自由度。

这种定位方案使工件定位不稳定。

过定位要尽量避免。增加支承点有利于保证工件位置精度，同时使工件定位不稳定。增大接触面积，可以增加刚度，此时过定位允许使用。

将长销1改为短销，过定位变成完全定位。

平面作为定位基准，如何配置定位点？

1）主要定位基准取面积最大且较精确的平面，限制3个自由度，三个支承相距越远越稳定，但相距太远时，受刚度限制，容易产生受力变形。 2）导向基准应选窄长平面，限制两个自由度，两支承相距应尽量远。 3）止推基准应选面积小的平面，限制一个自由度。

设工件尺寸为d，最大直径为 d ，圆心为 O ，最小直径为 d - T ，圆心为O1。

d

对于图 (a)： d2 A1L对刀2

sin

2

 TTT1 定122

2sinsin

22

对于图 (b)： dTT1 定 2A2L对刀22sinsin

sin22

2

d1 对于图 (c)： dTTT2 A3L对刀定22 2sin2sinsin

222

1由此可见，采用同样的定位方式，采用同样的定位基准，而工序基准不同时，定位误差也不同。

定位误差的含义：

指一批工件在夹具中定位时，由于定位基准与工序基准不重合或定位基准副制造不准确而引起的工序基准相对于理想位置沿加工尺寸方向上的最大变动量。

夹紧的作用：

保持工件在定位元件的支承下获得正确位置，在切削力、重力、惯性力和离心力等外力作用下，不发生移动，确保加工质量和生产安全。

对夹紧的基本要求：

1）保证定位：夹紧时不得破坏工件的定位，夹紧后工件的变形和受 压表面的损伤不超出容许范围。

2）夹紧力的大小合适：保证加工过程中工件定位位置不发生变化的 前提下尽量小。

3）夹紧力的大小能够调节，又足够的夹紧行程。 4）夹紧装置应结构简单，可靠、安全。 5）夹紧力的方向应与切削力方向适应。

夹紧原理：

1、夹紧力的方向如何确定：

1）垂直于主要定位表面：稳定可靠，易保证定位精度。

2）夹紧力的方向要与工件刚度最大的方向一致：减小工件受力变形。 3）避免与工序尺寸方向一致：减小夹紧变形对工序尺寸的影响。 4）与重力、切削力方向一致：使夹紧力最小。

2、夹紧力的作用点如何设置：

1）设置在支承表面的几何中心：保证工件定位稳定，不发生位移或偏转。

2）位于工件刚度较大的部位：减少工件受力变形，确保加工精度。 3）接近被加工部位：防止工件在加工时转动及产生振动。

第三章：加工精度和加工表面质量

零件的加工质量包括：

几何参数：形状、尺寸、表面粗糙度 物理机械参数：强度、硬度、磁性 其它参数：防腐性、平衡性、密封性

可以概括为两方面的含义： 1）宏观几何参数（加工精度）

2）微观几何参数与物理机械性能参数（加工表面质量）

加工精度：实际加工的点、线、面与理想的几何参数相符合的程度。

影响加工误差的工艺因素：

1）近似的成形运动和近似的刀刃形状

2）机床、夹具、刀具本身制造误差及前两者磨损 3）机床调整误差 4）工件装夹误差

5）切削力和其它作用力使工件和刀具产生变形 6）切削热和其它热源使工件和刀具产生变形 7）刀具磨损

8）工件因内应力重新分布而产生变形 9）测量误差

镗孔时，导轨与主轴轴线的平行度误差：加工出的孔是椭圆形。

端铣时，导轨与主轴轴线的平行度误差：加工出的表面下凹。

工件加工表面的形成方法有三种：成形刀具法 刀尖轨迹法 展成法

误差复映规律：

1）毛坯有误差，因切削力变化，工艺系统产生与余量变化相对应 的变形，因此有加工误差。

2）毛坯误差复映到从毛坯到成品的整个机械加工过程中，每次走 刀毛坯误差复映到工件加工误差的值减小， < 1。

3）当毛坯有形位误差时，加工后的工件有同类的加工误差。

4）误差复映系数与C成正比，与J成反比，即f越大，误差复映程度越大；J越大，误差复映程度越小。

生产中为什么采用多次走刀能达到“渐精”的目的？

减小受力变形的措施： 1）提高工艺系统的刚度。

a）合理的结构设计：减少连接面数目；合理选择截面形状；增添加强筋。

b）提高接触刚度：材料；表面粗糙度；平面度误差；施加预紧力。 c）合理的装夹和加工方式：加工细长轴时，改正向走刀为反向走刀；镗深孔时，采用拉镗形式；增加辅助支承。

d）合理使用机床：减少悬伸长度；减小运动部件间隙。 2）转移或补偿弹性变形。

3）采取适当的工艺措施：合理选择刀具几何参数和切削用量；将毛坯分组，使机床在一次调整中加工的工件余量接近。

传动系统的摩擦热和能量损耗是机床热变形的主要热源。

工艺系统热变形的对策： 1）降低热源发热。 2）热补偿。

3）改善机床结构。 4）热平衡。

5）控制环境温度。

削减内应力的措施：

1）合理设计结构：提高刚度、壁厚均匀、焊缝分布均匀等。

2）增加消除内应力的专门工序：热处理、时效处理。时效方法通常有高温时效、低温时效、热冲击时效、振动时效等。 3）合理安排工艺过程：

安排粗、精加工工序，将加工余量在不同阶段逐渐切除，使内应力引起的变形在各阶段逐渐减小和消除；

粗加工后松开工件，再用小夹紧力装夹进行精加工； 焊接前要预热，减小温差； 精密零件不能用冷校直。

表面质量包括两方面的含义： 1、表面的几何形状：

指加工后的表面几何形状，即起伏不平状态与理想光滑表面的偏差。

这种偏差又分为：

1）宏观表面几何形状误差（形状公差） 2）微观表面几何形状误差（粗糙度） 3）介于1、2之间的几何形状误差（波度）

2、表面层的物理机械性能：

1）表面层硬化深度和程度：由塑性变形引起。 2）表面层残余应力：切削变形和切削热的影响。

3）金相组织的改变：晶粒大小、形状、析出物、再结晶等的变化。 4）其它物理机械性能的变化：极限强度、疲劳强度、导热性和磁性的变化。

表面质量对疲劳强度的影响：

交变载荷下，零件表面不平的缺陷，最容易产生应力集中，并可发展为疲劳裂纹，从而导致零件的疲劳破坏。

1）表面粗糙度的影响：表面粗糙度值大，将降低疲劳强度。

2）表面残余应力的影响：表面的残余压应力将抵消部分交变载荷引起的拉应力，提高了零件的疲劳强度。

3）表面冷作硬化的影响：适当的冷硬能减小交变载荷引起的交变幅值，阻止疲 劳裂纹扩展，提高疲劳强度。

表面质量对耐磨性的影响：

零件的耐磨性与材料、热处理情况、润滑条件和表面质量有关，当前三个条件不变时，表面质量起着决定性的作用。

零件的磨损可以分为三个阶段：初期磨损、正常磨损、急剧磨损 新车为什么要磨合？

表面质量对耐腐蚀性的影响：

1）表面粗糙度的影响：Ra值小，耐腐蚀性好。

2）表面残余应力的影响：残余压应力可以提高耐腐蚀性。

表面质量对配合性质的影响：

1）有效过盈量和有效间隙值随表面粗糙度的大小而改变，会影响实际的配合性质和配合精度。

2）残余应力会引起零件尺寸、形状的变化，从而会影响配合性质。

表面粗糙度的形成原因：

1）几何因素：切削过程中刀刃在工件表面留下的残留面积。当刀刃上有修光 刃且进给量小于修光刃宽度时，理论上不产生残留面积。

2）物理因素：切削过程中塑性变形及其他物理因素，如积屑瘤、鳞刺等。

3）振动：刀刃与工件相对位置发生微幅变动，出现波纹。

与表面粗糙度相关的工艺因素：

1）工件材料和热处理：要获得小的Ra值，有色金属优于黑色金属，碳

钢优于合金钢，普通合金钢优于耐热钢和高强度钢。材料的韧性 越好，Ra越大。

2）刀具材料及几何形状：刀具材料与工件材料金属分子亲和力大，容易产生积屑瘤。刀具几何角度对粗糙度也有影响。

3）切削用量：f 小，Ra小。一般在低速或高速时，Ra小。

4）冷却润滑液：冷却润滑液可以降低切削区温度，减少摩擦，促进切屑分离，可减小Ra值。 5）振动。

加工表面的冷作硬化：

加工表面层产生塑性变形使晶体间产生剪切、滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料的强化，这时材料的强度和硬度都会提高，这种现象称之为冷作硬化。

冷作硬化的程度与下列因素有关：

1）产生塑性变形的力：力越大，塑性变形越大，硬化程度越大。 2）变形速度：速度越大，塑性变形越不充分，硬化程度越小。 3）被加工材料：材料硬度越小、塑性越大，硬化程度越大。 4）刀具：刃口圆角和后面磨损增大时，硬化程度增大。

5）切削用量：切削速度越大，硬化程度越小；进给量较大或较小，会使硬化程度 增大。

振动对加工过程的影响： 1）恶化表面质量。 2）影响生产率。

3）影响刀具使用寿命。

4）降低机床精度。 5）噪声。

第四章、第五章：精密加工和特种加工

光整加工的主要工艺特点：

1）一般不提高工件的加工精度，主要降低表面粗糙度。 2）对工件光整加工前的形状和位置精度要求高。

3）加工余量极小，原则上是上一工序表面粗糙度的最大值。 4）利用加工面本身导向，工件安装的定位精度可不作要求，对机床没有精确的运动要求。

加工同样精度和表面粗糙度的孔要比加工外圆面困难，成本也高： 1）孔加工刀具受被加工孔的直径限制，又要有足够的长度（细长），因而降低了刀具的刚度和强度。

2）切屑的排除和冷却、润滑困难，切削用量难以提高。

3）用固定直径刀具（定尺寸刀具，如铰刀、拉刀等）时，刀具本身制造精度和磨损、装夹等都会直接影响孔的加工精度。 所以：

齿形的加工方法，根据加工原理可分为仿形法和展成法。

插齿加工：

属于展成法加工。利用一对圆柱齿轮啮合，插齿刀是具有切削能力的齿轮。

插齿运动：

1）切削运动：上下往返直线运动进行切削加工。 2）展成运动：插齿刀与工件啮合。

3）进给运动：为切到全齿深，插齿刀要径向进给。

4）让刀运动：避免插齿刀与工件齿面接触而划伤齿面。

滚齿加工特点：

1）滚刀只与模数、压力角有关，不受齿数限制。 2）连续切削，空程少，生产率高。

3）能得到较高的加工精度和较小的粗糙度：IT7~8，Ra0.63~0.32 m。

4）加工齿数太少的齿轮会发生根切现象。

插齿加工特点：

1）可加工内齿轮、多联齿轮、人字齿轮、扇形齿轮等滚齿不适宜的齿轮加工。 2）加工精度比滚齿高，7级以上，粗糙度比滚齿小，Ra<0.32 m 。 3）生产率一般比滚齿低：间歇切削。

铣齿加工加工特点：

1、加工精度低：用近似齿形的模数铣刀加工具有方法误差。 2、生产率低：切削过程是间歇的。

3、不会发生根切现象：适于加工齿数小于14的齿轮。 4、设备简单，费用低，可加工齿条。

特种加工指切削加工以外的一些新的加工方法，如电火花、电解、激光、超声波、电子束、离子束、喷射加工等。

特种加工的特点：

1）不依靠机械运动能量和切削力进行加工； 2）用比工件软的“刀具”进行加工；

3）可以加工难加工材料、复杂形状的表面。

第六章：装配工艺基础

总装配：由部件、组件、零件等最后总装成整个产品的过程称为总装配。

装配质量包括以下两方面的内容： 1）几何参数：

尺寸关系：配合性质、尺寸间隙 运动关系：齿轮、蜗杆的传动精度 配合的正确性：表面间配合的紧密性 形位精度 2）物理参数：

转速、重量、静平衡、动平衡、密封性、摩擦要求、弹性、强度等。

完全互换装配法：

合格零件不经任何选择、修配或调节，装配后能直接保证装配精度和技术要求，这就是完全互换装配法。其实质是用控制零件加工误差来保证装配精度。

不完全互换装配法：

由加工误差统计分析知，加工一批零件时，其尺寸处于公差带中心区域

为多数，接近极限尺寸的为少数。因此按完全互换法计算 装配尺寸链显然不合理，可以采用统计方法（不完全互换法）计算，这样可以放大零件制造公差，使零件便于加工，同时又能保证装配质量。

比较完全互换法与不完全互换法： 1、完全互换法：

优点：装配质量稳定，对装配工人技术等级要求低，生产率高，便于组织专业化生产和协作生产。

缺点：当封闭环要求较严且环数较多时，会提高零件的精度要求，使加工困难。

2、不完全互换法：

优点：与完全互换法类似，只是互换程度不同，不完全互换法是绝大多数零件可以互换，由于采用统计公差，因而扩大了组成环公差，使组成环的零件加工容易。

缺点：会有部分产品超差，要采用适当的工艺措施抑制超差。

选择装配法可分为以下几种情况：

1）直接选配法 2）分组互换法 3）分组选配法

4）分组选配后研配

修配法有三种方式： 1）独件修配法 2）合并加工修配法 3）就地加工修配法

按补偿件的形式，调节法分为： 1）固定调节法 2）可动调节法

产品的结构工艺性，是指在一定的生产条件下，结构能否满足优质、高产、低消耗的进行装配工作要求的性质。

减少加工表面

相似表面尺寸、位向一致性

考虑加工的可能性