機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)

1、機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)學(xué)習(xí)指南機(jī)械制造工藝方法與工藝過(guò)程機(jī)械加工方法基準(zhǔn)與裝夾機(jī)械加工工藝系統(tǒng)成組技術(shù)基本原理零件結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)學(xué)習(xí)指南 學(xué)習(xí)本章內(nèi)容，在了解機(jī)械加工方法和機(jī)械加工裝備的同時(shí)，應(yīng)深入理解有關(guān)機(jī)械加工的基本概念和基本原理，如基準(zhǔn)的概念，工件的定位原理等。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.1 機(jī)械制造工藝方法與工藝過(guò)程 學(xué)習(xí)要點(diǎn):了解機(jī)械制造工藝方法，熟悉機(jī)械加工工藝過(guò)程，理解工序、安裝、工位、工步及走刀的含義。 工藝是指制造產(chǎn)品的技巧、方法和程序。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.1.2 機(jī)械加工工藝過(guò)程及其組成 機(jī)

2、械加工工藝過(guò)程的定義采用機(jī)械加工方法直接改變毛坯的形狀、尺寸、各表面間相互位置及表面質(zhì)量，使之成為合格零件的過(guò)程，稱為機(jī)械加工工藝過(guò)程。機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成由按一定的順序排列的若干個(gè)工序組成，而每一個(gè)工序又可細(xì)分為安裝、工位、工步及走刀等。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)工序工序 指由一個(gè)或一組工人在同一臺(tái)機(jī)床或同一個(gè)工作地，對(duì)一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。工作地、工人、工件與連續(xù)作業(yè)構(gòu)成了工序的四個(gè)要素，若其中任一要素發(fā)生變更，則構(gòu)成了另一道工序。 一個(gè)工藝過(guò)程需要包括哪些工序，是由被加工零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、加工精度要求及生產(chǎn)類型所決定的 。如圖所示。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)

3、和工藝系統(tǒng)單件生產(chǎn)加工工藝過(guò)程大批量生產(chǎn)加工工藝過(guò)程機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)安裝與工位安裝 工件每經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序稱為安裝。如表2-2中的第2、3及5工序中，須經(jīng)過(guò)兩次安裝才能完成其工序的全部?jī)?nèi)容。 工位 當(dāng)采用多工位夾具或多軸（多工位）機(jī)床時(shí)，使工件在一次安裝中先后經(jīng)過(guò)若干個(gè)不同位置順次進(jìn)行加工。則工件在機(jī)床上占據(jù)每一個(gè)位置所完成的那部分工序稱為工位。如果一個(gè)工序只有一次安裝，該安裝又只有一個(gè)工位，則工序內(nèi)容就是安裝內(nèi)容，同時(shí)也是工位內(nèi)容。圖2-4是通過(guò)立軸式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)使工件變換加工位置的例子。在該例中，有4個(gè)工位，可在一次安裝中實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔和絞孔加工。 機(jī)械制造過(guò)程基

4、礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)工步與走刀工步 是指在加工表面不變、切削刀具不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序內(nèi)容。按照此定義，帶回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)床（如轉(zhuǎn)塔車床）或帶自動(dòng)換刀裝置的機(jī)床（如加工中心），當(dāng)更換不同刀具時(shí)，即使加工表面不變，也屬不同工步。在一個(gè)工步內(nèi)，若有幾把刀具同時(shí)加工幾個(gè)不同表面，稱此工步為復(fù)合工步。采用復(fù)合工步可以提高生產(chǎn)效率。走刀 每次工作進(jìn)給所完成的工步稱為一次走刀。 機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.1.3 機(jī)械裝配工藝過(guò)程機(jī)械裝配過(guò)程是指將組成機(jī)器的全部零、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(guò)程。機(jī)械裝配工作包括：套裝、組裝、部裝、總裝、調(diào)試、檢驗(yàn)、平衡、

5、試車、涂裝與包裝等工作。機(jī)械裝配過(guò)程由一系列的工序、工步和操作組成。裝配工序是指在一個(gè)工作地點(diǎn)，由一個(gè)或一組工人所連續(xù)完成的那一部分裝配工作。裝配工步是裝配工序的組成部分，在裝配工步中，裝配對(duì)象、裝配工具和裝配方法均不改變。圖2-6所示為一鉆夾具的裝配過(guò)程 。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.1.4 生產(chǎn)類型及其工藝特點(diǎn)生產(chǎn)綱領(lǐng)企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)要求和自身能力決定生產(chǎn)計(jì)劃。在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量稱為生產(chǎn)綱領(lǐng)。計(jì)劃期通常為一年，零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)N按下式計(jì)算：N = Q n（1+% +% ） （2-1）式中 Q-產(chǎn)品年產(chǎn)量（件/年）； n-每臺(tái)產(chǎn)品中該零件數(shù)量（件/臺(tái)

6、）； -備品率；-廢品率。生產(chǎn)類型生產(chǎn)類型是指企業(yè)（或車間）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。主要根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)，并考慮產(chǎn)品的體積、重量和其他特征，生產(chǎn)類型一般可分成：?jiǎn)渭∨可a(chǎn)、成批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.3 基準(zhǔn)與裝夾學(xué)習(xí)要點(diǎn)：掌握基準(zhǔn)的概念，深刻理解設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)（包括工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)）的含義及其相互之間的關(guān)系；掌握裝夾的概念及三種裝夾方法的特點(diǎn)。 2.3.1 基準(zhǔn) 基準(zhǔn)的概念：將用來(lái)確定加工對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面稱為基準(zhǔn)。基準(zhǔn)的分類：按照其作用的不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。(1)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在設(shè)計(jì)圖

7、樣上所采用的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。如圖2-8示 。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)圖中所示的箱體零件，頂面B的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為底面A（尺寸H）；孔I的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為底面A與角尺面C（尺寸X1、Y1）；孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為底面A和孔I的中心（尺寸Y2、R1）；孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為孔I與孔的中心（尺寸R2、R3）。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員是從零件的工作性能要求出發(fā)而確定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的。圖中孔I與孔、孔之間，孔與孔之間均有齒輪嚙合傳動(dòng)關(guān)系。為保證齒側(cè)嚙合間隙量，孔采用了孔I中心作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，孔采用了孔I與孔的中心作為的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。 機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)(2)工藝基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn)是指在工藝過(guò)程中所采用的基準(zhǔn)。根據(jù)其作

8、用不同，工藝基準(zhǔn)又可分為：工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)。1）工序基準(zhǔn) 工序基準(zhǔn)是在工序圖上用來(lái)確定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置關(guān)系的基準(zhǔn)。工序基準(zhǔn)的選擇應(yīng)主要考慮如下兩個(gè)方面的問(wèn)題： 盡可能用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作工序基準(zhǔn)。當(dāng)采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為工序基準(zhǔn)有困難時(shí)，可另選工序基準(zhǔn)，但必須可靠地保證零件的設(shè)計(jì)尺寸和技術(shù)要求。 所選工序基準(zhǔn)應(yīng)盡可能用于工件的定位和工序尺寸的檢查。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)(2)工藝基準(zhǔn)2）定位基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)是加工中用作定位的基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)可進(jìn)一步分為粗基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)和附加基準(zhǔn)。 粗基準(zhǔn) 使用未經(jīng)機(jī)械加工的表面作定位基準(zhǔn)，稱為粗基準(zhǔn)。 精基準(zhǔn) 使用已經(jīng)機(jī)械加工的表

9、面作定位基準(zhǔn)，稱為精基準(zhǔn)。 附加基準(zhǔn) 僅僅是為了機(jī)械加工工藝需要設(shè)計(jì)的定位基準(zhǔn)，稱為附加基準(zhǔn)。如軸類零件的兩頂尖孔、小刀架上的工藝凸臺(tái)。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)(2)工藝基準(zhǔn)3）測(cè)量基準(zhǔn) 零件測(cè)量時(shí)所采用的基準(zhǔn)，稱為測(cè)量基準(zhǔn)。4）裝配基準(zhǔn) 裝配時(shí)用來(lái)確定零件或部件在機(jī)器中的相對(duì)位置所采用的基準(zhǔn)，稱為裝配基準(zhǔn)。如，齒輪和軸的裝配，齒輪的裝配基準(zhǔn)為齒輪內(nèi)孔和端面。裝配基準(zhǔn)一般與零件的主要設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相一致。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.3.2 工件的裝夾裝夾的概念在機(jī)械加工時(shí)，工件在機(jī)床上或者夾具中需裝夾好以后才能進(jìn)行加工。裝夾應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的任務(wù)：定位與夾緊。

10、1）定位 使工件在機(jī)床上或夾具中占有某一個(gè)正確的位置。2）夾緊 對(duì)工件施加一定的外力，使工件在加工過(guò)程中保持定位后的正確位置不變動(dòng)。 裝夾方式工件在機(jī)床上的裝夾方式，取決于生產(chǎn)批量、工件大小及復(fù)雜程度、加工精度要求及定位的特點(diǎn)等。主要裝夾形式有三種：直接找正裝夾 劃線找正裝夾 夾具裝夾機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)（1）直接找正裝夾如何進(jìn)行直接找正裝夾？將工件裝在機(jī)床上，然后按工件的某個(gè)（或某些）表面，用劃針或用百分表等量具進(jìn)行找正，以獲得工件在機(jī)床上的正確位置。如圖2-21所示直接找正裝夾的特點(diǎn) 效率較低，但找正精度可以很高，適用于單件小批生產(chǎn)或定位精度要求特別高的場(chǎng)合。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)

11、和工藝系統(tǒng)（2）劃線找正裝夾 如何進(jìn)行劃線找正裝夾？按圖紙要求在工件表面上事先劃出位置線、加工線和找正線，裝夾工件時(shí)，先按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。如圖2-22所示劃線找正裝夾的特點(diǎn) 不需要專用設(shè)備，通用性好，但效率低，精度也不高，通常劃線找正精度只能達(dá)到。此方法多用于單件小批生產(chǎn)中鑄件的粗加工工序。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)（3）使用夾具裝夾使用夾具裝夾，工件在夾具中可迅速而正確的定位和夾緊。這種裝夾方式效率高、定位精度好而可靠，還可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和降低對(duì)工人技術(shù)水平的要求，因而廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)類型。 如圖2-23所示。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.3.3 定位原理

12、學(xué)習(xí)要點(diǎn)：定位是機(jī)械加工中一個(gè)極為重要的問(wèn)題。學(xué)習(xí)本節(jié)要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知生產(chǎn)中常用的定位方法。深刻理解欠定位與過(guò)定位的概念，能正確分析和處理有關(guān)欠定位與過(guò)定位的問(wèn)題。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)2.3.3.1 六點(diǎn)定位原則任何一個(gè)位置尚未確定的工件，均具有六個(gè)自由度，即沿空間三個(gè)直角坐標(biāo)軸X、Y、Z方向的移動(dòng)與繞它們的轉(zhuǎn)動(dòng)，分別以 、 、 和 、 、 表示。要使工件在機(jī)床夾具中正確定位，必須限制或約束工件的這些自由度。如圖2-24中所示，采用六個(gè)定位支承點(diǎn)合理布置，使工件有關(guān)定位基面與其相接觸，每一個(gè)定位支承點(diǎn)限制了工件的一個(gè)自由度，便可將工件六個(gè)自由度完全限制，使工件在空間

13、的位置被唯一地確定。這就是通常所說(shuō)的工件的六點(diǎn)定位原則。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)下一張機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)六點(diǎn)定位原則的兩點(diǎn)說(shuō)明1）機(jī)械加工中關(guān)于自由度的概念與力學(xué)中自由度的概念不完全相同。機(jī)械加工中的自由度實(shí)際上是指工件在空間位置的不確定性。這里特別要注意將定位與夾緊的概念區(qū)分開(kāi)來(lái)。工件一經(jīng)夾緊，其空間位置就不能再改變，但這并不意味著其空間位置是確定的。例如，圖2-25所示2）六點(diǎn)定位原則中“點(diǎn)”的含義是限制自由度，不要機(jī)械地理解成接觸點(diǎn)。例如，圖2-25所示板狀工件安放工作臺(tái)上限制了3個(gè)自由度，是三點(diǎn)定位。實(shí)際上，工件與工作臺(tái)面接觸點(diǎn)可能有多個(gè) 機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系

14、統(tǒng)板狀工件安放在平面磨床的磁性工作臺(tái)上，扳動(dòng)磁性開(kāi)關(guān)后，工件即被夾緊，其位置就被固定。但工件放在工作臺(tái)什么位置上并不確定，既可以放在1的位置上（圖中實(shí)線所示），也可以放在2的位置上（圖中虛線所示），也即工件的 、 和 三個(gè)自由度未被限制。xyz機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)典型定位元件的定位分析在實(shí)際生產(chǎn)中，工件總是通過(guò)定位元件實(shí)現(xiàn)其在夾具或機(jī)床上的定位。定位元件有多種形式，常用的有支承釘、支承板、定位銷、定位套、心軸、V型塊等。（見(jiàn)表2-10）機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)工件的定位面為圓孔機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)工件的定位面

15、為圓孔固定錐銷浮動(dòng)錐銷固定錐銷與浮動(dòng)錐銷組合機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)工件的定位面為外圓柱面zyzxzxzyzyyxxyyxzyzzyy機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)工件的定位面為外圓錐孔機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)典型定位元件的定位分析多個(gè)表面定位分析在多個(gè)表面同時(shí)參與定位的情況下，各定位表面所起的作用有主次之分。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)蛎娣Q定位點(diǎn)數(shù)為1的表面為第三定位基準(zhǔn)面或止動(dòng)面（如書(shū)中P28圖)機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)典型定位元件的定位分析多個(gè)表面定位分析在分析多個(gè)表面定位情況下各表面限制的自由度時(shí)，分清主次定位

16、面（或定位元件）很重要。分析方法：先利用反證法，看哪些自由度未被限制；然后再分開(kāi)分析。（下面補(bǔ)充生產(chǎn)中常用定位方法定位點(diǎn)分析2例。）機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)未被限制的自由度為短V形塊1限制了短V形塊2限制了12機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)車床上用前后頂尖裝夾加工軸套類零件外圓未被限制的自由度為前頂尖限制了后頂尖限制了機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)完全定位與不完全定位完全定位工件定位時(shí)，6個(gè)自由度完全被限制，稱為完全定位。不完全定位工件定位時(shí)，6個(gè)自由度中有1個(gè)或1個(gè)以上自由度未被限制，稱為不完全定位。如圖 2-34所示。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)在長(zhǎng)方體工件上銑削上平面工序，要求保

17、證Z方向上的高度尺寸及上平面與底面的平行度，只需限制 3個(gè)自由度即可。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)過(guò)球體中心打一通孔，定位基面為一球面，則對(duì)三個(gè)會(huì)標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度均無(wú)必要需限制，所以限制 二 個(gè)自由度就夠了。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)在長(zhǎng)方體工件上銑削一個(gè)通槽，需限制除 以外的其他5個(gè)自由度。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)需限制在長(zhǎng)方體工件上銑削一個(gè)不通的槽，在三個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，必須限制全部的6個(gè)自由度 ，即完全定位。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)e與b進(jìn)行比較，e為圓柱形的工件，b為長(zhǎng)方體工件。雖然它們均是銑一個(gè)通槽，加工內(nèi)容、要求相同，但是加

18、工定位時(shí)，b的定位基面是一個(gè)底面與一個(gè)側(cè)面，而e只能采用外圓柱面作為定位基面。因此e對(duì) 的限制就無(wú)必要，只需限制 四個(gè)自由度就可以了。需限制機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)f與e進(jìn)行比較，均是在圓柱體工件上銑通槽，但f的加工要求增加了一條，被銑通槽與下面槽需對(duì)中。雖然它們均用外圓柱面作為定位基面，但f需增加對(duì) 自由度的限制，一共需要限制 個(gè)自由度。需限制機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)欠定位與過(guò)定位欠定位工件加工時(shí)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位，因而是不允許的。過(guò)定位如果工件的某一個(gè)自由度被定位元件重復(fù)限制，稱為過(guò)定位。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)過(guò)定位實(shí)例分析之一 圖2-36所示為加工連桿小頭孔工序中以連桿大頭孔和端面定位的兩種情況 。先看圖b)長(zhǎng)圓柱銷限制支承板限制出現(xiàn)了過(guò)定位圖a)長(zhǎng)銷改短銷，限制解決辦法機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)過(guò)定位實(shí)例分析之二圖2-37所示工件以底平面定位，要求限制3個(gè)自由度 。機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)和工藝系統(tǒng)過(guò)定位實(shí)例分析之三圖2-38所示工件以底面及與其垂直的