第一章、工藝過程基本概念與組成

1、第一章 工藝過程基本概念與組成,1.1 儀器的生產(chǎn)過程,新產(chǎn)品構思與實驗 儀器生產(chǎn)過程：產(chǎn)品設計 產(chǎn)品制造 產(chǎn)品銷售與售后服務, 新產(chǎn)品構思與實驗：,科技人員根據(jù)具體的使用需要和現(xiàn)有科學技術的水平和制造能力，對新型儀器的開發(fā)進行規(guī)劃。 在此階段應該注意! 產(chǎn)品應具有： 先進性 新穎性 實用性, 產(chǎn)品設計：,將成熟的構思落實到具體可實現(xiàn)的技術和方法上。, 產(chǎn)品制造：,儀器生產(chǎn)過程，是形成最終儀器的主要工作，目的是獲取具有一定幾何特性和物理、化學性能的產(chǎn)品。,原材料、工具的供應、篩選、運輸、保 管和檢驗； 毛坯制造 制造活動包括： 零件制造：即機械加工與熱處理 儀器的裝配過程：部件和成品的裝配 產(chǎn)

2、品質量檢查及運行試驗 表面裝飾和包裝,熱處理工藝,如退火、正火、淬火、回火、發(fā)黑、煮蘭、表面處理等，可以使機械零件獲得一定的力學性能（強度、硬度）、物理特性、化學特性（耐磨、耐腐蝕）。,所謂退火,退火是將工件加熱到適當溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。,所謂正火,正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。,所謂淬火,淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無

3、機鹽、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。,所謂回火,為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。,退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可。,主要的儀器制造工藝方法：,材料成形：鑄、鍛、焊、注塑、沖壓、冷鍛等,所謂鑄造,鑄造熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法,鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄

4、造毛坯因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時間鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎工藝之一。,所謂鍛造,在鍛壓設備及工(模)具的作用下，使坯料或鑄錠產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀和質量的鍛件的加工方法。,鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法，鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結構，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的

5、板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。,所謂焊接,所謂注塑,所謂沖壓：,沖壓加工是借助于常規(guī)或專用沖壓設備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進行變形，從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術。板料，模具和設備是沖壓加工的三要素。按沖壓加工溫度分為熱沖壓和冷沖壓。前者適合變形抗力高，塑性較差的板料加工；后者則在室溫下進行，是薄板常用的沖壓方法。它是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工程技術。,所謂冷鍛：,機械加工 車、 銑、 刨、 磨等,所謂車削,就是在車床上，利用工件的旋轉運動和刀具的直線運動或曲線運動來改變毛坯的形狀和尺寸，把它加工成符合圖紙的要求。,車削加工

6、是在車床上利用工件相對于刀具旋轉對工件進行切削加工的方法。車削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。車削是最基本、最常見的切削加工方法，在生產(chǎn)中占有十分重要的地位。 車削適于加工回轉表面，大部分具有回轉表面的工件都可以用車削方法加工，如內外圓柱面、內外圓錐面、端面、環(huán)形溝槽（與圓柱面母線相垂直的）、螺紋和回轉成形面等，所用刀具主要是車刀。,所謂銑削,一種常見的金屬冷加工方式，和車削不同之處在于銑削加工中刀具在主軸驅動下高速旋轉，而被加工工件處于相對靜止。,車削加工和銑削加工的區(qū)別,車削用來加工回轉體零件，把零件通過三爪卡盤夾在機床主軸上，并高速旋轉，然后用車刀按照回轉體的母線走刀，切出產(chǎn)品外型

7、來。車床上還可進行內孔，螺紋，咬花等的加工，后兩者為低速加工。,所謂刨削,刨刀與工件作水平方向相對直線往復運動的切削加工方法。,刨削是平面加工的主要方法之一。常見的刨床類機床有牛頭刨床、龍門刨床和插床等。 刨削是單件小批量生產(chǎn)的平面加工最常用的加工方法，加工精度一般可達IT9IT7級，表面粗糙值為Ra12.51.6m。 Ra:表示表面輪廓算術平均偏差 精度IT ：按照國家標準，將標準公差分為20級，即IT01、IT02、 IT20. 數(shù)字越大，精度越低，加工誤差越大。,表面粗糙度(2.27),是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離（波距）很?。ㄔ?mm以下），用

8、肉眼是難以區(qū)別的，因此它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小，則表面越光滑。表面粗糙度的大小，對機械零件的使用性能有很大的影響。,刨削可以在牛頭刨床或龍門刨床上進行，刨削的主運動是變速往復直線運動。因為在變速時有慣性，限制了切削速度的提高，并且在回程時不切削，所以刨削加工生產(chǎn)效率低。但刨削所需的機床、刀具結構簡單，制造安裝方便，調整容易，通用性強。因此在單件、小批生產(chǎn)中特別是加工狹長平面時被廣泛應用。 刨削運動構成：刀具的往復直線運動為切削主運動，生產(chǎn)率較低。,刨削加工 由于刨削的特點，刨削主要用在單件、小批生產(chǎn)中，在維修車間和模具車間應用較多。 刨削主要用來加工平面(包括水平向、垂直面和斜面

9、)，也廣泛地用于加工直槽，如直角槽、燕尾槽和T形槽等、如果進行適當?shù)恼{整和增加某些附件，還可以用來加工齒條.齒輪、花鍵和母線為直線的成形面等。,磨削,磨削加工在機械制造行業(yè)中應用比較廣泛，經(jīng)熱處理淬火的碳素工具鋼和滲碳淬火鋼零件，在磨削時與磨削方向基本垂直的表面常常出現(xiàn)大量的較規(guī)則排列的裂紋磨削裂紋，它不但影響零件的外觀，更重要的還會直接影響零件質量。,利用高速旋轉的砂輪等磨具加工工件表面的切削加工。磨削用于加工各種工件的內外圓柱面、圓錐面和平面,以及螺紋、齒輪和花鍵等特殊、復雜的成形表面。,由于磨粒的硬度很高,磨具具有自銳性,磨削可以用于加工各種材料，包括淬硬鋼、高強度合金鋼、硬質合金、玻璃

10、、陶瓷和大理石等高硬度金屬和非金屬材料。,特種加工 電化學、 電火花、 激光、 超聲波、 高能粒子束等,表面加工 光整、 電鍍、 鍍膜、 轉換膜、 裝涂、 表面改性加工,常用元器件加工 彈性、 陶瓷、 光學、 塑料零件加工,儀器常用工藝 釬焊、 粘接、 刻劃、 MEMS工藝、 電子裝聯(lián)加工,MEMS：,Micro Electromechanical System，即微電子機械系統(tǒng)，是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。,MEMS具有以下幾個基本特點,微型化、 智能化、 多功能、 高集成度 適于大批量生產(chǎn)。,1：MEMS的理論基礎,在當前MEM

11、S所能達到的尺度下，宏觀世界基本的物理規(guī)律仍然起作用，但由于尺寸縮小帶來的影響（Scaling Effects），許多物理現(xiàn)象與宏觀世界有很大區(qū)別，因此許多原來的理論基礎都會發(fā)生變化，如力的尺寸效應、微結構的表面效應、微觀摩擦機理等，因此有必要對微動力學、微流體力學、微熱力學、微摩擦學、微光學和微結構學進行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大，往往需要多學科的學者進行基礎研究。,2：MEMS的技術基礎,MEMS的技術基礎可以分為以下幾個方面： 設計與仿真技術; 材料與加工技術; 封裝與裝配技術; 測量與測試技術; 集成與系統(tǒng)技術等。,3：MEMS的應用研究,人們不僅要開發(fā)各種制造

12、MEMS的技術，更重要是將MEMS技術與航空航天、信息通信、生物化學、醫(yī)療、自動控制、消費電子以及兵器等應用領域相結合，制作出符合各領域要求的微傳感器、微執(zhí)行器、微結構等MEMS器件與系統(tǒng)。,1.2 工藝過程設計的基本概念,完整的工藝過程設計可分為以下步驟： 進行零件的描述、建立零件的信息模型。 設計加工工藝方法和路線，選擇機床或其他設備。 確定加工基準，選用或設計夾具。 確定工序等加工工藝過程。 設計加工余量和工序尺寸參數(shù)。 計算工時和制造成本。 設計檢驗方法，選擇或設計檢驗量具。 生成工藝卡片等。,1.2.1 機械加工工藝過程的組成,工藝過程：直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性能等

13、，使其成為成品或半成品的過程稱為。,工藝過程,機械加工工藝過程：直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質量，使之成為零件的過程，稱為。 裝配加工工藝過程：按規(guī)定的技術要求，將零件或部件進行配合和連接，使之成為儀器的過程，稱為。, 工序,一個或一組工人，在一個工作地對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 工序是工藝過程的基本單元。,如圖所示，階梯小軸可分為下表所列的五個工序。, 安裝：,是指在某一道工序中，有時需要對零件進行多次裝夾加工，每裝夾一次所完成的那一部分工藝過程稱為一次安裝。,工序2和工序3都是兩次安裝。 再如上圖的階梯軸，如表中，若工序2和工序3合并成一個工序，則需要進行兩次

14、裝夾；先裝夾工件一端，車端面、大端外圓及倒角，稱為安裝1，再掉頭裝夾工件，車另一端面、小端外圓及倒角，稱為安裝2。, 工位：,是指在某一道工序中，工件在機床所占的每一個位置上所完成的那一部分工藝過程，稱為一個工位。 這是因為有些機床有多個加工位置，比如多軸車床、六角車床、組合車床、多位機床，或者在普通機床上通過安裝轉臺也可實現(xiàn)多位加工，在這種情形下，就有工位的概念。, 工步：,一次安裝或一個工位中，加工表面、切削刀具及切削用量都不變的情況下所進行的那一部分工藝過程，即稱為一個工步。 這里指的切削用量是指主軸轉速和進給量，不包括切削深度。, 進給,有些工件，由于余量大，需要用同一刀具，在同一轉速

15、和進給量下對同一表面進行多次切削，這每一次切削就稱為一次進給。 如下圖所示，將棒料加工成階梯軸，第二工步車右端外圓分兩次進給。, 動作,是指工人或機器本身的一個行動單元。例如在一次進給中可有開車、接近、送進、停車、退刀等各種動作。,1.2.4 加工余量的確定, 基本概念 加工余量：工件加工前后尺寸之差，即使加工表面達到所需的精度和表面質量而應切除的金屬表層。 它分為工序余量和加工總余量。 工序余量：相鄰兩工序的尺寸之差。用Zbi表示。 加工總余量（毛坯余量）：毛坯尺寸與零件圖設計尺寸之差。用Zb0表示。,n工序或工步數(shù)目,單面余量與雙面余量,a) 對回轉面加工： 單面余量是指相鄰兩工序的半徑差

16、，以Zb表示。 雙面余量是指相鄰兩工序的直徑差，以2Zb表示。,一般多采用雙面余量（直徑余量）；回轉表面的加工余量如圖所示。 對于外圓表面而言： 對于內圓表面而言： 其中：、上工序直徑尺寸；、本工序直徑尺寸,b) 對于平面加工 單面余量是指一個表面為基準加工另一表面時相鄰兩工序的尺寸差，以Zb表示。 雙面余量是指以加工表面的對稱平面為基準同時加工兩表面時相鄰兩工序的尺寸差，以2Zb表示。,對于外表面：單面余量： 雙面余量： 對于內表面：單面余量： 雙面余量：, 加工余量對機械加工的影響,由于毛坯不能達到零件所要求的精度和表面粗糙度，因此要留有加工余量，以便經(jīng)過機械加工來達到這些要求。 如果加工

17、余量過大，增加了材料、電能、工具等的消耗，降低了生產(chǎn)率，而且有可能無法保存零件的最耐磨的表面層，降低了被加工表面的機械性質。 如果加工余量過小，不能修正上道工序的誤差和加工后的痕跡，即不能保證去除零件表面的缺陷層，因而不能保證質量，造成廢品。 由此可知，余量過大或過小時，都會對機械加工帶來不利的影響，因此要研究余量問題。, 影響加工余量的因素, 前一工序的公差Ta 前一工序所遺留的表面粗糙度Rza與表面缺陷層深度Ia 前一工序各表面間相互位置的空間偏差 它包括彎曲度、平面度、同軸度、平行度和垂直度等，應在本工序予以修正。 本工序的裝夾誤差 它包括定位誤差和夾緊誤差，它會影響夾具和被加工表面的相

18、對位置，使加工余量不夠，所以也應計入加工余量。, 確定加工余量的方法, 分析計算法 經(jīng)驗估計法 查表修正法,分析計算法,是根據(jù)一定的試驗資料和計算關系式，對影響加工余量的各因素進行綜合分析計算來確定加工余量的方法。多用于大批量生產(chǎn)中，在某些重要工序上應用。 這種方法確定的加工余量是最為經(jīng)濟合理的，但需要積累較全面的試驗資料，且計算過程較復雜。,經(jīng)驗估計法,是工藝人員根據(jù)積累的生產(chǎn)經(jīng)驗采用類比法確定加工余量的方法，為避免產(chǎn)生廢品，此法所估計的加工余量一般偏大，常用于單件小批生產(chǎn)。,查表修正法,是以生產(chǎn)實踐和試驗研究積累的有關加工余量的資料數(shù)據(jù)為基礎，并按具體生產(chǎn)條件加以修正來確定加工余量的方法。

19、,加工余量的計算,由于設計尺寸、毛坯尺寸、工序尺寸都有公差，所以加工余量不是一個固定值，有最大余量、最小余量之分。,最大余量與最小余量的計算有“極值計算法”和“誤差復映計算法”兩種。 調整法加工時采用“誤差復映計算法”較適宜，一般地均采用“極值計算法”。 何為誤差復映？ 所謂的誤差復映，即在待加工表面有什么樣的誤差，加工后的表面也必然出現(xiàn)同樣性質的誤差。這就是誤差復映現(xiàn)象。, 極值計算法,根據(jù)極值法原理，對于外表面加工，最大余量是上工序的最大極限尺寸與本工序最小極限尺寸之差；最小余量是上工序的最小極限尺寸與本工序最大極限尺寸之差，如圖所示。內表面加工則相反。,為了便于加工和計算，工序尺寸一般按

20、“入體原則（偏向實體原則）”標注極限偏差，即對于外表面最大極限尺寸就是基本尺寸，對于內表面最小極限尺寸就是基本尺寸。 最大、最小加工余量可分別表示如下：,對于外表面（平面）加工：,對于內表面（平面）加工：,對于外圓面加工：,對于內圓面加工：,式中： 、 本工序最大、最小單面余量,本工序單面余量公差 上工序最大極限尺寸 上工序最小極限尺寸 本工序最大極限尺寸 本工序最小極限尺寸 上工序、本工序尺寸公差，對于回轉表面指直徑公差。,、,、, 誤差復映計算法,根據(jù)誤差復映規(guī)律，當上工序的工序尺寸是最大時，本工序亦將是最大尺寸，反之亦然。如圖所示。,誤差復映,誤差復映現(xiàn)象是在機械加工中普遍存在的一種現(xiàn)象

21、,它是由于加工時毛坯的尺寸和形位誤差、裝卡的偏心等原因導致了工件加工余量變化,而工件的材質也會不均勻,故引起切削力變化而使工藝系統(tǒng)變形量發(fā)生改變產(chǎn)生的加工誤差。,例：在車削有圓度誤差的毛坯時，工件每轉一轉，吃刀量會發(fā)生變化。毛坯橢圓長軸方向處為最大背吃刀量ap1，短軸處為最小背吃刀量ap2。假設毛坯材料的硬度是均勻的，則ap1處的切削力Fp1最大，相應的變形y1也最大；ap2處的切削力Fp2最小，相應的變形y2也最小。由此看見，車削圓度誤差m=ap1ap2的毛坯時，由于工藝系統(tǒng)受力變形而使工件產(chǎn)生相應的圓度誤差g=y1y2。這種現(xiàn)象就叫“誤差復映”。,由于工序的偏差按“入體原則”標注，故誤差復

22、映法計算的最大余量就是基本余量，故最大加工余量、最小加工余量、余量公差可分別表示如下：,對于外表面（平面）加工：,對于內表面（平面）加工：,對于外圓面加工：,對于內圓面加工：, 加工余量、工序尺寸及公差關 系圖,1.2.5 工序尺寸及公差的確定(3.28),在機械加工中，工序尺寸及其公差的確定是制定工藝規(guī)程的主要工作之一。,工序尺寸,工序尺寸是指零件在加工過程中各工序所應保證的尺寸。 要根據(jù)已經(jīng)確定的加工余量及定位基準的轉換情況進行計算，也就是說這部分內容與尺寸鏈的計算密切相關，并且此時的尺寸鏈稱為工藝尺寸鏈。, 尺寸鏈的一些知識, 原始尺寸和合成尺寸 原始尺寸：零件或部件的單個尺寸或相互位置

23、稱為。 合成尺寸：由兩個或多個原始尺寸間接形成的尺寸稱為，是由原始尺寸決定的。,對一個零件來講，合成尺寸是加工過程中自然形成的尺寸，如下圖所示：,其中尺寸 是加工獲得的，是原始尺寸； 是在 加工好之后自然形成，故為合成尺寸。,對一臺儀器來說，合成尺寸是裝配（間隙）尺寸，如下圖所示： 其中孔和軸的尺寸 是原始尺寸，它們形成的間隙 為合成尺寸。,1.3 基準,1.3.1基準的分類： 定義：是指用來確定零部件上各要素之間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面。, 基準的分類, 設計基準 工藝基準 工序基準 定位基準 裝配基準 測量基準,設計基準,定義: 在零件圖上用以確定其它點、線、面位置的基準稱為設計基

24、準。 即零件設計圖樣上所采用的基準。,齒輪的外圓 和分度圓 的設計基準是齒輪內孔的中心線，而尺寸L1和L2的設計基準是表面A。,工藝基準,零件在加工和裝配過程中所使用的基準，稱為。,工序基準,在工序圖上，用來標定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準。 它是標注工序尺寸的起點。如下圖或書P13圖1-9b所示。,加工表面為D孔，要求其中心線與A面垂直，并與C面和B面保持距離尺寸為L1和L2，因此表面A、B、C均為本工序的工序基準。 工序基準除采用工件上實際表面或表面上的線以外，還可以是工件表面的幾何中心、對稱面或對稱線。,定位基準,工件在機床上或夾具中進行加工時，用來決定工件在工序尺寸方

25、向上相對刀具確定位置的點、線、面為。 定位基準需采用實際存在的幾何要素，是工件上一個或幾個具體的面（或點、線），當工件在夾具上，它與夾具定位元件上的面（或點、線）相接觸，并使工件上加工表面在工序尺寸方向上相對刀具獲得確定的位置。,例如書中P13圖1-9b，再如下圖所示。,定位基準 粗基準：用作定位基準的表面是沒有加工 過的毛坯面。 精基準：用作定位基準的表面是已經(jīng)加工 過的表面。,裝配基準,定義：裝配時，用來確定需要組裝的零部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的那些點、線、面。 裝配基準也需采用實際存在的幾何要素。如圖所示，齒輪是以其內孔及一端面裝配到與其配合的軸上，故齒輪內孔A及端面B為裝配基準。,

26、測量基準,定義：在測量時所采用的基準。,1.3.2 定位基準的選擇原則, 粗基準的選擇原則 便于裝夾原則 選擇加工余量最小的、較精確光滑的、面積較大的毛坯面做粗基準，以利于被加工零件定位準確、裝夾方便。 也就是說，作粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口或飛邊等缺陷。, 余量均勻原則 粗基準的選擇應合理地分配各工序的加工余量。對某些重要表面（如導軌面和重要的內孔等），應盡量能使其加工余量均勻。此時，選擇重要表面為粗基準，就是為保證該重要表面的余量均勻，而后續(xù)工序則用加工后的精基準定位，這樣被加工表面的余量和精度都能得到保證。,例如，導軌面要求加工余量盡可能小，以獲得高硬度和耐磨的表面。這是因為鑄件

27、內部耐磨性低于表面層，若在導軌面上切除余量太多，會降低導軌面耐磨性。為了使導軌面切除余量少而均勻，先選用導軌面作為粗基準，再以底平面作為精基準加工導軌面。, 相互位置原則 選擇不加工表面作為粗基準，以保證工件上加工表面與不加工表面的相互位置要求。也就是說，如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面的位置要求，應以不加工表面作為粗基準；如果在工件上有很多不需加工的表面，則應以其中與加工面的位置精度要求較高的表面作為粗基準。 例如，書P13圖1-11所示。,相反，以內孔2作為粗基準的定位基準（用四爪卡盤夾住外圓1），然后按內孔2找正，則加工面與內孔2的毛坯表面是同軸的，內孔2的余量是均勻的，但加工

28、面與不加工面1是不同軸的，即工件壁厚不均勻，如（b）所示。,如果在零件上有很多不需加工表面，則應以其中與加工表面的相互位置要求較高的表面作粗基準。如圖示的零件，徑向有三個不加工表面，若要求D2和40間的壁厚均勻，則應取 作為D2粗基準的定位面。, 一次性原則 粗基準只能使用一次。因為粗基準本身的精度低，粗糙度數(shù)值大，重復使用而產(chǎn)生的定位誤差會使相應加工表面出現(xiàn)較大的位置誤差。, 余量足夠原則 具有較多加工表面的零件，粗基準選擇應保證各加工表面都有足夠的加工余量。 如圖所示，粗基準應選擇毛坯上余量最小的表面，即選擇55，則有可能因為余量不足而報廢。, 切除總余量最少原則 對具有較多的加工表面的零

29、件，粗基準選擇應使零件各加工表面總的金屬切除量最少。 如“余量均勻原則”中圖所示的床身零件，當選擇導軌面為粗基準加工床腿表面時，由于加工平面是一簡單平面，且面積較小，即使切去較大余量，而金屬切除量也并不大，再以它為精基準加工導軌面，可使加工余量小而均勻，這樣總的金屬切除量和加工勞動量都減小許多。, 精基準的選擇原則, “基準重合原則” “基準統(tǒng)一原則” “互為基準原則” “自為基準原則” 輔助基準,基準重合原則 應選用設計基準作為定位基準，以避免由于定位基準與設計基準不重合而產(chǎn)生的定位誤差。 如書中P13圖1-10中所示，在加工主軸孔時，若要體現(xiàn)“基準重合原則”，就應該以設計基準底面M作為定位

30、基準，這樣可直接保證設計尺寸H1。,在實際生產(chǎn)中，常遇到基準不重合的情況，這是由于用設計基準定位有困難或使夾具結構變得復雜的緣故，此時就不得不選用非設計基準作定位基準。如圖所示零件，設1、2面已加工完畢，今在銑床上用調整法加工3面。,有兩種方案： 方案I是： 選2面作定位基準來加工3面，如（b）所示，定位基準與設計基準重和。由于尺寸B的制造公差為TB，所以允許產(chǎn)生的加工誤差。但這種方案的夾具結構復雜。夾緊力方向與銑削力方向相反，裝夾工件也不方便； 方案II是: 選1面作定位基準來加工3面，如（c）所示，此方案的夾具結構簡單，裝夾方便。但由于設計基準與定位基準不重合，設計基準相對于定位基準的變動

31、量TA必然引起尺寸B的變化，因此允許產(chǎn)生的加工誤差。,方案I、II雖然同是加工3面，但由于方案II的即基準不重合，其工序尺寸C的允差要比基準重合方案I的工序尺寸B小TA。 如果把定位基準到設計基準之間的距離稱為基準尺寸（如例中的尺寸A）則基準尺寸在加工方向上的最大變動量就是不重合誤差（如例中的尺寸TA）。 由于基準不重合誤差的存在，使工序尺寸的公差不得不縮小，有可能造成加工困難。, “基準統(tǒng)一原則”：零件上所有表面的加工，特別是相互位置要求精確的表面，盡可能在多數(shù)工序中采用同一組精基準定位。 例如書P13圖1-10。再如軸類零件的加工，多為采取頂尖孔做同一基準加工各外表面，可保證各表面之間較高

32、的同軸度。 采用了統(tǒng)一基準，必然會帶來基準不重合，因此基準重合原則和基準統(tǒng)一原則是有矛盾的，應根據(jù)具體情況處理。當然使用統(tǒng)一基準并不排斥個別工序采用其它基準。, “互為基準原則”：對于相互位置精度要求較高的兩個表面，自身的尺寸精度和形狀精度都很高時，采用互為基準。 例如，書P14圖1-12，精密齒輪的加工。,再如下圖所示，車床主軸要求前后軸頸與前錐孔同心，工藝上采用以前后軸頸定位，加工通孔和前錐孔，再以前錐孔及后錐孔（附加定位基準）定位加工前后軸頸。經(jīng)過幾次反復，由粗加工、半精加工至精加工，最后以前后軸頸定位，加工前錐孔，保證了較高的同軸度。, “自為基準原則”：對某些精度要求很高的表面，在精

33、密加工（例如光整加工）時，為了保證加工精度，要求加工表面的余量很小并且均勻，這時常以加工面本身定位，待到夾緊后將定位元件移走，再進行加工。 自為基準加工原則，不能提高位置精度，但可以提高尺寸和形狀精度。 典型的自為基準加工方法有：鉸孔，拉孔，無心磨，珩磨。, 輔助基準：在零件上沒有合適的表面作為定位基準時，為滿足工藝需要在工件上專門設計定位面，這種定位面稱為。例如工藝凸臺和工藝孔。 選擇定位基準的各項原則常常是互相矛盾的，根據(jù)實際情況考慮定位準確、夾緊可靠、夾具結構簡單、操作方便等因素綜合衡量后應用。,1.4 夾具設計原理,1.4.1夾具的組成 基本概念 夾具： 按工藝要求，使工件迅速、準確定

34、位、夾緊供加工、檢測和裝配用的工藝裝備。, 機床夾具 定義：是用來在機床上迅速、準確地夾緊工件，保證加工中工件與刀具有正確相對位置的一種工藝裝備。 機床夾具是將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向或對刀，以保證工件和刀具的相對位置關系的附加裝置。將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置，稱為輔助工具。, 定位：工件在機床上加工時，按照定位基準的要求，將工件安放在工作臺上或夾具里使它和刀具之間保持正確的相對位置就稱之為定位。, 夾緊：在加工過程中為了保持工件位置不變，必須把工件夾緊，以承受切削力及其他外力，這就是夾緊。, 工件的裝夾方式, 直接找正裝夾：工件裝到機床后，用百分表（或千分尺）或劃線盤上的劃

35、針目測校正工件位置，以保證被加工表面的位置精度，而后夾緊工件。 每加工一個工件都得重復上述過程。, 劃線找正裝夾：有些重、大、復雜工件，先在待加工處劃線，然后裝到機床上，按線找正定位。 夾具裝夾：即以夾具夾緊工件進行加工。在成批和大量生產(chǎn)中廣泛采用夾具裝夾工件。, 夾具的分類,按不同的角度有不同的分類。 按照使用范圍來分： a) 通用夾具：用來加工一定范圍的同一類型的工件，與通用機床配套，作為通用機床的附件。 如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、平口鉗、分度頭和磁力工作臺等。廣泛應用于單件小批生產(chǎn)中。,b) 專用夾具：為某一零件的某一道工序而專門設計制造的夾具，它沒有通用性，但可用在通用機床或專用

36、機床上。 應用于產(chǎn)品和工藝相對穩(wěn)定，批量較大的生產(chǎn)中。 c) 組合夾具：由許多標準件組合而成，可根據(jù)零件加工工序的需要拼裝，用完后再拆卸。 d) 成組夾具：在成組加工中所使用的專用夾具。 成組加工：根據(jù)零件的相似性，對零件規(guī)類分組，制定成組加工工藝，然后設計各工序所用的夾具。,e) 隨行夾具：用于自動生產(chǎn)線。工件安裝在隨行夾具中由運輸裝置送往各機床，并在機床夾具或機床工作臺上進行定位夾緊。, 從使用機床的類型來分： a) 車床夾具 b) 磨床夾具 c) 銑床夾具 d) 鉆床夾具 e) 鏜床夾具 f) 齒輪機床夾具 g) 其它機床夾具 從用途來分： a) 機床夾具 b) 裝配夾具 c) 檢驗夾具

37、 d) 其它夾具 從夾緊力的來源可分為： a) 手動夾具 b) 氣動夾具 c) 液壓夾具 d) 氣、液壓夾具 e) 電動夾具 f) 電磁夾具 g) 真空夾具 h) 自緊夾具（靠切削力本身夾緊）, 夾具的結構和組成, 定位元件（或裝置） 夾緊裝置 對刀、引導元件 夾具連接元件（夾具在機床上的安裝裝置） 夾具體, 定位元件（或裝置） 用于確定工件在夾具中準確位置的元件（或裝置）。它與工件的定位基準相接觸，它的結構與所定位元件的基準面有關系。 如：支承釘、支承板、心軸、V形塊、定位套、定位銷等。 書P15圖1-13中的5，6即定位元件。, 夾緊裝置：用以確保工件在夾具中的定位位置，加工過程不發(fā)生改變

38、的裝置。 它將工件夾緊，以保證在加工時保持所限制的自由度。 書中P15圖1-13中的7。, 對刀、引導元件：用于確定夾具相對于刀具正確位置的元件。 用以引導刀具進行加工的元件稱為引導套筒，如鉆套、鏜套等。用以確定刀具位置的元件，稱為對刀元件，如對刀塊。 書P15圖1-13中的3。, 夾具連接元件（夾具在機床上的安裝裝置）：確定夾具在機床上正確位置的元件。 如：定位鍵、心軸、過渡盤等。 書P15圖1-13中的1。 夾具在機床上必須定位夾緊，才能最終保證工件與刀具的相對位置，在機床上進行夾具定位夾緊的元件，所以把它稱為連接元件。, 夾具體：用于安裝夾具上各種元件和裝置使之構成一個整體的基礎件。 夾

39、具體是夾具的關鍵零件。定位元件、夾緊裝置、導向元件、對刀裝置、連接元件等都裝在它上面，因此夾具體一般都比較復雜，它保證了各元件之間的相對位置。,夾具體設計時應滿足以下一些 基本要求：,a) 有足夠的強度和剛度 在加工過程中，夾具體要承受切削力、夾緊力、慣性力、以及切削過程中產(chǎn)生的沖擊和振動，所以夾具體應有足夠的強度和剛度。為此，夾具體要有足夠的壁厚，并根據(jù)受力情況適當布置加強筋或采用框式結構。一般加強筋厚度取壁厚的0.70.9倍，筋的高度不大于壁厚的25倍。 b) 減輕重量，便于操作 在保證一定的強度和剛度的情況下，應盡可能使其體積小、重量輕。在不影響剛度和強度的地方，應開窗口、凹槽，以便減輕

40、其重量。特別是對于手動、移動或翻轉夾具，通常要求夾具總重量不超過10kg，以便于操作。,c) 要有良好的結構工藝性和使用性 夾具體的結構應盡量緊湊，工藝性好，便于制造、裝配和使用。 d) 尺寸穩(wěn)定，有一定的精度 夾具體各主要表面要有一定的精度和表面粗糙度要求，包括形狀精度和位置精度，這是保證工件在夾具加工精度的必要條件。,e) 排屑方便 為了防止加工中切屑積聚在定位元件的工作表面上或其它裝置中，影響工件的正確定位和夾具的正常工作，因此在設計夾具體時，要考慮切屑的排除問題。 f) 在機床上安裝要穩(wěn)定、可靠 g) 吊裝方便，使用安全, 其他元件及裝置：主要有分度裝置、靠模裝置，操作機構及其它元件。

41、 凡是在工件一次裝夾后，可以通過夾具的可動部分轉動一定角度或移動一定距離以改變工件加工位置的裝置，都可以稱為分度裝置。,1.4.2定位原理與自由度分析 工件在加工中的六點定位原理 一個工件在空間可能具有的運動，稱為自由度。工件在空間的自由度，用直角坐標來表示時，共有六個，即在x、y、z軸的位移，和繞x、y、z軸的回轉，并分別用 、 、 和 、 、 符號表示。 六點定位原理：工件要進行定位，如果用定位元件限制了六個自由度，則該工件在空間的位置就完全確定了，這就是。,例如在討論長方體工件的定位時，可以布置如下圖所示的6個定位點。底平面的三個定位點限制 三個自由度，側面的兩個定位點限制 兩個自由度，

42、后端面的一個定位點限制一個自由度。,對于定位基準面，有如下三種： 主要定位基準：底平面A用三個支承點定位，限制工件的三個自由度，這個表面叫做。 如果把這三個支承點連接起來，就得到一個三角形，三角形愈大，工件放得愈穩(wěn)固，也愈能保持與工件其它表面間的位置精度，所以常選工件上最大表面作為主要定位基準。, 導向定位基準：側面B用兩個支承點定位，限制工件的兩個自由度，這個表面叫做。 常選用工件上最長表面作導向面，因為長表面可使這兩個支承點距離較遠，而使工件對準坐標平面的位置精度準確可靠。 止推定位基準：后端面C用一個支承點定位，消除工件最后一個自由度，這個表面叫做。 常選工件上最短最狹的表面為止推面。,

43、 六點定位原理在夾具設計中的 應用, 完全定位和不完全定位 a) 完全定位：當工件的六個自由度都被夾具的定位元件所限制時，稱為。 如書P16圖1-17a所示。 b) 不完全定位：按工件加工要求，當應限制的自由度都被限制，但還未完全限制六個自由度時，稱為, 欠定位和過定位 a) 欠定位：按工件加工要求，應該限制的自由度沒有完全限制，稱為。 也就是說，工件在機床或夾具中定位時，定位支承點數(shù)少于工序要求應予以限制的自由度數(shù)，則工件定位不足。 欠定位將不能保證加工尺寸和位置精度，所以欠定位是不允許的。 b) 過定位：在夾具中有一個以上的定位元件重復限制同一個自由度，稱為。,對于過定位，具體問題具體分析

44、。 如下圖所示齒輪毛坯定位的情況。,圖（1）是短銷、大平面定位：短銷限制了 、 ，大平面限制了 、 、 ，共限制了五個自由度，無過定位。 圖（2）是長銷、小平面定位：長銷限制了 、 、 、 ，小平面限制了 ，共限制了五個自由度，也無過定位。 圖（3）是長銷、大平面定位：長銷限制了 、 、 、 ，大平面限制了 、 、 ，因此 、 自由度有兩個定位元件限制，產(chǎn)生過定位。,消除過定位的方法就是去掉重復的定位元件，上圖（3）所示的過定位情況可采用圖（1）或圖（2）來解決。 若加工面要求與端面的位置精度較高時，則采用短銷、大平面的定位方案；若加工面要求與孔的位置精度較高，則采用長銷、小平面的定位方案。,

45、過定位雖然有壞處，但如果工件定位面的精度較高時，夾具定位元件的精度也較高，過定位的影響將不大，反而可以增加加工時的剛度。上述的齒輪毛坯，若其孔與端面垂直，則過定位是允許的。有時在加工中利用過定位來提高剛度，如下圖示，在車床上，用前后頂尖定位一根細長軸，兩個頂尖限制了 、 、 、 、五個自由度。,由于工件剛度差，車削時加了中心架，而中心架又限制了 、 兩個自由度，這樣，定位就有重復，產(chǎn)生過定位。但是，這種過定位是允許的，因為沒有中心架，加工誤差將更大，甚至產(chǎn)生切削振動而不能加工。,總結歸納關于定位的問題，有以下幾點：,加工要求限制的自由度沒有限制，是欠定位。欠定位是不允許的。所限制的自由度少于六

46、個時，不一定有欠定位。 當一個自由度受到一個以上的定位元件限制時，產(chǎn)生定位重復，叫過定位，又稱重復定位。過定位一般是不允許的。它可能 產(chǎn)生破壞定位，工件不能裝入，工件變形或夾具變形等后果。所限制的自由度少于六個時，也可能有過定位。 如果工件定位面精度較高，夾具定位元件的精度也很高，過定位是可以允許的，因為它可以提高加工時的剛度。,如果工件剛度較低，用過定位能提高其剛度，使加工精度改善，則過定位也是允許的。 六個自由度都被限制時，為完全定位。工件的定位應根據(jù)加工要求而定，不必都要完全定位。 欠定位和過定位可能同時存在。,1.4.3定位方法與定位元件設計 定位元件的設計應該滿足以下要求： 定位元件

47、的工作表面必須具有高的耐磨性，以便長期保持夾具的定位精度； 足夠的剛度和強度，以避免由于工件所受的重力、夾緊力、切削力的作用，使定位元件變形或損壞； 好的工藝性，使其便于制造和裝配； 工件表面的形狀要易于清除、切屑，防止損傷定位基準表面。, 工件以平面做定位基準 工件以平面作為定位基準時，除某些情況（例如定位基準面很小，工件剛性差、定位基準已經(jīng)過精加工等）可采用在斷續(xù)平面上定位外，一般多采用在適當布局的支承釘或支承板上定位。,這是因為兩個較大的平面均不可能是絕對平面，因而相互接觸的總是最突出的三點。如下圖（a）所示為用一個平面來支承一個粗糙的基準平面情況，這三點的位置對于每一個被定位的工件來說

48、是各不一樣的，且所構成的支撐三角形大小也不一樣，也就增大了基準位置誤差。所以在一般情況下采用三個定位支承釘，以使接觸點直接限制在這三個范圍內，同時應盡可能增大支承之間距離L，使三點之間面積S盡可能大，以利于提高定位基準位置精度。如下圖（b）所示。,對于經(jīng)過精加工的定位基準，精度比較高，此時采用平面來支承反而優(yōu)點較好：一是接觸面積大，能減少工件變形；二是不會影響定位精度但卻能提高工件的穩(wěn)固性。生產(chǎn)中所采用的定位支承面往往是斷續(xù)的平面，即加工掉中間的一部分或開若干個小槽，如下圖所示，這樣還便于清除支承面上的切屑。,平面定位元件有以下四種： 固定支承 可調支承 自位支承 輔助支承, 固定支承 固定支

49、承有兩種，支承釘和支承板。支承釘有許多種，大多已經(jīng)標準化或規(guī)格化。它們共同特點是不能調整，高矮尺寸是固定的。,平頭支承：用于已加工過的平面。P19圖1-19a。 圓頭支承：即球頭支承，用于未加工的平面，以便保證良好的接觸。P19圖1-19b。 網(wǎng)紋頭支承：用于未加工的平面，以便減少接觸面，使定位穩(wěn)固，同時又增加摩擦力，使定位可靠，一般用在側面較多。 當工件用已加工表面定位時，用支承板定位。P19圖1-19c。支承板工作表面有斜槽，切屑易清除，不影響定位。, 可調支承 可調支承用于未加工過的平面，以調節(jié)補償各批毛坯尺寸的誤差。一般不是對每個加工工件進行一次調整，而是一批毛坯調整一次。 P20圖1

50、-20為帶六方頭的可調支承：用扳手調節(jié)，可以得到較大的支持剛度，用于較重的工件。但螺母的并緊力較大，在可調節(jié)支承和夾具體之間增添一T鋼襯套，可延遲夾具的壽命。, 自位支承 又稱浮動支承，只起限制一個自由度的定位作用。自位支承又分為兩點自位支承和三點自位支承。P20圖1-21為兩點自位支承，用于工件的定位基準是長方形的。此外，還有三點自位支承，用于工件定位基準是圓形或方形。, 輔助支承 在定位時，為了增強工件的剛度和提高工件的穩(wěn)定性，就增加一些接觸點以防止工件在加工中變形，但又不能影響定位，故出現(xiàn)了輔助支承。 輔助支承的高度位置是在工件已經(jīng)定位后才確定的，因此它不起定位作用，輔助支承鎖緊后就成為固定支承，能承受切削力。, 工件以孔做定位基準 圓柱心軸 圓柱心軸分為間隙配合和過盈配合兩種。書P20圖1-22所示為間隙配合圓柱心軸，定位基準為孔的中心線。 間隙心軸：會產(chǎn)生一定的基準