《第二章机械制造过程基础知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章机械制造过程基础知识.ppt（75页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,第2章 机械制造过程基础知识,本章要点,机械制造工艺过程,零件的机械加工方法,基准与装夹,定位原理与定位误差,2,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.1 机械制造工艺过程Introduction to Mechanical Manufacturing Process,3,2.1.1 零件制造工艺方法的分类,零件成形方法,材料去除法零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来实现的。如切削与磨削，电火花加工、电解加工等特种加工
2、等。,表2-1 材料去除法的分类,4,2.1.1 零件制造工艺方法的分类,表2-1 材料去除法的分类(续),零件成形方法,5,5,零件成形方法,材料成形法进入工艺过程物料初始重量近似等于加工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成形等，这些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件,3.1.1 机械制造中的加工方法,图2-1 拉伸成型示意图,图2-2砂型铸造示意图,6,2.1.1 零件制造工艺方法的分类,零件成形方法,材料累加法传统的累加方法有焊接、粘接或铆接等，通过不可拆卸连接使物料结合成一个整体，形成零件。近几年才发展起来的快速成型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。,图2-3 焊
3、接示意图,图2-3 铆接示意图,7,2.1.2 机械加工工艺过程及其组成,在生产过程中，直接改变生产对象的形状、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程,机械制造工艺过程,毛坯和零件成形铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑 机械加工切削、磨削、特种加工 材料改性与处理热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂 机械装配把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作,8,2.1.2 机械加工工艺过程及其组成,机械加工工艺过程是指用机械加工的方法（切削或磨削）改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为零件的过程
4、,机械加工工艺过程,工序是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。安装在一道工序中，工件每经过一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。,机械加工工艺过程的组成,9,2.1.2 机械加工工艺过程及其组成,图2-5 阶梯轴设计图,10,2.1.2 机械加工工艺过程及其组成,图2-6 阶梯轴,11,2.1.2 机械加工工艺过程及其组成,工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。,图2-7多工位加工1.装卸工件 2.钻孔 3.扩孔 4.铰孔,12,2.1.2 机械加工工艺过程及其组成,工步指在加工表面不变、切削刀具不变的情
5、况下所连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）,走刀同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。,a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步图2-8 复合工步,13,2.1.3 机械装配工艺过程及其组成,机械装配工艺过程 将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程 机械装配工作 包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等 装配工序、工步和操作,装配工序在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作装配工步装配工序的组成部
6、分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变,装配操作装配工步中各个装配动作,14,2.1.3 生产类型及其工艺特点,生产纲领 N=Q n（1+%+%）（2-1）,单件小批生产批量生产大批大量生产,式中 Q 产品年产量（件/年）；n 每台产品中该零件数量（件/台）；备品率；废品率。,生产类型,15,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.2 零件机械加工方法Mechanical Machining Method for Parts,16,2.2.1 零件表面的切削加工成形方法,图
7、2-9 表面形成,17,2.2.1 零件表面的切削加工成形方法与成形运动,不同的加工运动、不同的切削刀刃形状，形成生成线的方式也不同，形成零件表面的方法也不同，归纳起来可有四种方法。,18,主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示），也可以是回转运动（用 R 表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。,2.2.2 零件表面的切削加工的成形运动,图2-10 成形运动,19,2.2.2 零件表面的切削加工的成形运动,图2-12 成形运动,20,2.2.3 切削用量与切削层截面参数,切削速度
8、vc,若主运动为往复运动时，其平均速度为：,（2-2）,式中 n 主运动转速（r/s）；d 刀具或工件的最大直径（mm）。,式中 主运动每秒钟往复次数（str/s）；l 往复运动行程长度（mm）。,（2-3）,进给量：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。背吃刀量：主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。,21,2.2.3 切削用量与切削层截面参数,切削厚度,（2-4）,切削宽度,（2-5）,22,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识Fundamental of Mechanical
9、Manufacturing Process,2.3 基准与装夹Datum and Fixing,23,2.3.1 基准,确定加工对象上几何要素(点、线、面）间几何关系所依据的那些几何要素（点、线、面）称为基准。,在设计图样上所采用的基准,图2-14 定位支座零件,24,2.3.1 基准,在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,图2-15 定位支座加工内孔、外圆及端面工序,25,2.3.1 基准,图2-16 定位支座零件钻孔工序,26,2.3.1 基准,图2-17 支座零件（钻、锪 4 分布孔）工序,27,2.3.1 基准,图2-18 支座零件（磨内孔、端面
10、）,图2-19 支座零件（磨外圆、台阶面）,28,2.3.1 基准,在加工中用作定位的基准,粗基准：使用未经机械加工的表面，作为定为基准。由于未经过机械加工，表面比较粗糙故称作粗基准。,精基准：使用经过机械加工的表面，作为定为基准。,附加基准：根据机械加工的需要，而专门设计的基准。,在加工中或加工后，用作测量的基准。,在装配是用来确定零件或部件相对位置的基准。,图2-20小刀架上的工艺凸台,29,2.3.2 工件装夹,划线找正装夹（图2-22）精度不高，效率低，多用于形状复杂的工件。,直接找正装夹（图2-21）精度高，效率低，对工人技术水平要求高。,专用夹具装夹（图2-23）精度和效率均高，广
11、泛采用。,定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的正确位置在加工过程中保持不变,30,2.3.2 工件装夹,31,2.3.2 工件装夹,图2-23 工件在专用夹具上装夹（滚齿夹具）,32,2.3.3 定位原理,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度,将 6 个支承抽象为6个“点”，用6个合理分布的点限制工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。,任何物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度，用X，Y，Z，a，b，c 表示。,33,与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体,两点注意：,“点”的含义
12、 对自由度的限制，与实际接触点不同,2.3.3 定位原理,34,图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钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。图2-24给出了平面定位的几种情况。,2.3.3 定位原理,35,图2-25 工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图 2-25。,2.3.3 定位原理,36,图2-26 工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种
13、形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,2.3.3 定位原理,37,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图2-27为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。,2.3.3 定位原理,38,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面
14、或导向面，称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。,2.3.3 定位原理,39,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。,完全定位与不完全定位,不完全定位主要有两种情况：工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。,2.3.3 定位原理,40,2.3.3 定位原理,完全定位与不完全定位,图
15、2-29 工件应限制的自由度,41,欠定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,2.3.3 定位原理,42,过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不
16、准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,2.3.3 定位原理,43,过定位分析（桌子与三角架）,图2-31 过定位分析,2.3.3 定位原理,44,过定位分析,图2-32 过定位示例,2.3.3 定位原理,45,过定位分析,图2-33 过定位示例,2.3.3 定位原理,46,过定位应用,2.3.3 定位原理,47,过定位讨论,2.3.3 定位原理,48,图2-35a 过定位引起夹紧变形,2.3.3 定位原理,过定位讨论,49,图2-35b 过定位处理分析,2.3.3 定位原理,过定位讨论,50,过定位讨论,分析图示定位方案：各方案限制的自由度有无欠定位或过定位对不合理的定位方案提出改进意见
17、。,图2-36 过定位分析,2.3.3 定位原理,51,图2-36a 过定位示例分析,2.3.3 定位原理,过定位讨论,52,图2-36b 过定位示例分析,2.3.3 定位原理,53,图2-36c 过定位示例分析,2.3.3 定位原理,过定位讨论,54,2.3.4 定位误差,定位误差的概念,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。,55,1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如图2-29所示例子。,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。,2.3.4 定位误差,56,2.3.4 定位误差,定位
18、误差计算,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，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。,用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。,1.用几何方法计算定位误差,57,2.3.4 定位误差,【例2-4】图2-31所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。,58,2.3.4 定位误差,此时，孔在销上的定位已由定心定位转化为支承定位的形式，定位基准也由孔心变
19、成了与定位销固定边接触的一条母线。这种情况下，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。,59,2.3.4 定位误差,如图2-41 所示定位方法，在车床上车销外圆，要求内外圆同轴度 孔的尺寸为 轴的尺寸 试计算能否满足加工需要,图2-41 套筒定位,60,2.3.4 定位误差,【例2-5】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；键槽对工件外圆中心的对称度,61,（2-10）,2.3.4 定位误差,62,2.3.4 定位误差,一面
20、两孔定位分析,图2-44 一面两孔定位,63,定位误差计算,2.3.4 定位误差,定位设计举例,图2-45 拨叉定位设计,64,2.3.4 定位误差,2.用微分方法计算定位误差,【例2-5】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；键槽对工件外圆中心的对称度,对上式求全微分，得到：,2,65,以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：,2.3.4 定位误差,（2-8）,式中 Td 工件外圆直径公差；
21、T V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（图2-33中尺寸H方向）上的定位误差为：,（2-9）,66,对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。,2.3.4 定位误差,（2-10）,67,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.4零件结构工艺性Technolo
22、gical Efficiency of Machine-Part,68,零件结构工艺性概念,影响结构设计工艺性的因素主要有三个方面：生产类型、制造条件和工艺技术。,2.4.1 概述,影响结构工艺性的因素,在机械设计中，不仅要保证所设计的的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造、便于制造和尽可能的降低成本。零件的结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的条件下制造的可行性与经济性。,69,2.4.1 概述,零件结构工艺性的基本要求,1.零部件的结购工艺性应服从整机的工艺性要求。2.在满足工作性能的前提下，零件造型应尽量简单，尽量减少加工表面的数量和面积；尽量采用标准件、通用件；增加相同形状和相同元素的数量。3.在满足工作性能的前提下，应符合经济性的要求，尽量降低技术要求，以使零件便于制造。4.尽量减少加工余量，降低零件的生产成本。5.合理选择零件材料。6.符合环境保护要求。,70,2.4.2 零件机械加工结构工艺性,71,2.4.2 零件机械加工结构工艺性,72,2.4.2 零件机械加工结构工艺性,73,2.4.2 零件机械加工结构工艺性,74,习题,75,习题,
