1、机械制造工艺与机床夹具,第2版刘守勇 主编机械工业出版社,序,本书突出了基本概念，注重实际应用，是根据全国职工高教学会推荐的大纲编写的。本书包括机械加工工艺规程的制订、机械加工精度、机械加工的表面质量、机床夹具设计基础、机床专用夹具及其设计方法、典型零件加工、特种加工工艺、计算机辅助工艺设计与现代制造技术及装配工艺基础共九章。,机械制造工艺与机床夹具,第一章 机械加工工艺规程的制订第一节 基本概念 第二节 机械加工工艺规程概述 第三节 零件图的分析 第四节 毛坯的选择 第五节 定位基准的选择 第六节 工艺路线的拟定 第七节 加工余量的确定 第八节 工序尺寸及其公差的确定 第九节 机械加工生产率
2、和技术经济分析,第一节 基本概念,一、生产过程和工艺过程包括 原材料和成品的运输与保管； 生产技术准备工作； 毛坯的制造； 零件的机械加工、热处理和其它表面处理； 产品的装配、调试、检验、油漆和包装等。,生产过程是指将原材料转变为成品的所有劳动过程。,在生产过程中，毛坯的制造、零件的机械加工与热处理、产品的装配等工作直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，这一过程称为工艺过程。,采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程。,二、工艺过程的组成 工序,一个或一组工人在一个工作地点或一台机床上，对同一个或几个零件进行
3、加工所连续完成的那部分工艺过程称为工序。,在零件的加工过程中，有一些工作并不改变零件的形状、尺寸和表面质量，但却影响工艺过程的完成。一般称完成这些工作的工序为辅助工序。,安装工件在加工前，先要把工件位置放准，确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。工件定位后将其固定住，使其在加工过程中的位置保持不变的操作称为夹紧。工件在加工时应尽量减少安装次数，以减少安装工作的时间，避免产生更大的误差。,将工件在机床上或夹具中定位后加以夹紧的过 程称为安装。,工位采用多工位加工法既减少了安装次数，又可同时进行作业，可以提高加工精度和生产率。,工件在机床上所占据的位置称为工位。,工步一个工序含有一个或
4、几个工步。为提高生产率，采用多刀同时加工一个零件的几个表面时，也看作一个工步，并称为复合工步。那些连续进行的若干相同的工步，通常也看作一个工步。,在加工表面不变、加工工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工序内容，称为工步。,走刀走刀是构成工艺过程的最小单元。,在一个工步内，若被加工表面需切除的余量较大，一次切削无法完成，则可分几次切削，每一次切削就称为一次走刀。,三、生产纲领与生产类型及其工艺特征生产纲领：企业在计划期内应生产的产品产量。 零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的年产量，可按下式计算：式中，N零件的生产纲领（件/年）Q产品的生产纲领（台/年）n每台产品
5、中含该零件的数量（件/台）a%零件备品率；b%零件废品率。,生产类型：企业生产专业化程度的分类。 根据生产纲领和产品的大小，可分为,单件生产：单个生产，很少重复或不重复的生产类型,大量生产：产品数量很大，大多数工作地点重复进行,成批生产：一年中分批轮流地制造，工作地点周期重复,生产纲领决定一生产类型，产品大小也对生产类型有影响。,工艺特征：不同的生产类型具有不同的工艺特点。,四、获得加工精度的方法 获得尺寸精度的方法试切法：通过试切出一小段测量调刀再试切，反复进行，直到达到规定尺寸再进行加工的一种加工方法。,调整法：先调整好刀具的 位置，然后以不变的位置加 工一批零件的方法。定尺寸刀具法：通过
6、刀具 的尺寸来保证加工表面的尺 寸精度。自动控制法：通过自动测 量和数字控制装置，在达到 尺寸精度时自动停止加工的 尺寸控制方法。,获得形状精度的方法刀尖轨迹法：通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法。仿形法：刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法。成形法：利用成形刀具对工件进行加工获得形状精度的方法。展成法：利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面，从而获得形状精度的方法。,获得位置精度的方法直接找正安装：用划针、 百分表等工具直接找正工 件位置并加以夹紧的方法。按划线找正安装：先用 划针画出要加工表面的位 置，再按划线用划针找正 工件在机床上的位置并加 以夹紧。用夹具安装：将工件直 接安装
7、在夹具的定位元件 上的方法。,第二节 机械加工工艺规程概述,用表格的形式将机械加工工艺过程的内容书写出来，成为指导性技术文件，就是机械加工工艺规程。其内容包括：一、工艺规程的作用是指导生产的主要技术文件是组织和管理生产的基本依据是新建和扩建工厂的基本资料,零件加工工序内容、切削用量、工时定额、各工序所采用的设备和工艺装备,二、工艺规程的格式 机械加工工艺过程卡,机械加工工艺卡,机械加工工序卡,三、制订工艺规程的原则工艺规程是直接指导生产和操作的重要文件，在编制时还应做到正确、完整、统一和清晰。所用术语、符号、计量单位和编号都要符合标准。,所制订的工艺规程，能在一定的生产条件下，以最快的速度、最
8、少的劳动量和最低的费用，可靠地加工出符合要求的零件。同时还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验，并保证有良好的劳动条件。,四、制订工艺规程的原结资料产品的全套装配图和零价的工作图； 产品验收的质量标准； 产品的生产纲领； 产品零件毛坯生产条件及毛坯图等资料； 工厂现有生产条件； 国内外新技术新工艺及其发展前景； 有关的工艺手册及图册。,五、制订工艺规程的步骤分析零件图和产品装配图； 选择毛坯； 选择定位基准； 拟定工艺路线； 确定加工余量和工序尺寸； 确定切削用量和工时定额； 确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具； 确定各工序的技术要求及检验方法； 填写工
9、艺文件。,第三节 零件图的分析,一、检查零件图书的完整性和正确性 二、零件的技术要求分析加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求（如动平衡、未注圆角或倒角等） 三、零件的结构工艺性分析（见下图）,第四节 毛坯的选择,一、毛坯的种类 铸件：适用于形状较复杂的零件毛坯。铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。 锻件：适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。锻造方法有自由锻和模锻两种。 型材：有热轧（尺寸大、精度低）和冷拉（尺寸小、精度高）两种。 焊接件：根据需要将型材或钢板焊接而成的毛
10、坯件。 冷冲压件：可以非常接近成品要求，但模具昂贵。,二、毛坯选择时应考虑的因素零件的材料及机械性能要求。零件的结构形状与大小。生产纲领的大小。现有生产条件。充分利用新工艺、新材料。,三、毛坯的形状与尺寸的确定 为加工时安装工件的方便，有些铸件毛坯需铸出工艺搭子。,装配后需形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常将分离零件先做成一个整体毛坯，加工到一定阶段再切割分离。,对于形状比较规则的小型零件，为了提高机械加工的生产率和便于安装，应将多件合成一个毛坯，当加工到一定阶段后，再分离成单件。,第五节 定位基准的选择,一、基准的概念及其分类设计基准：零件图上用以确定其它点、线、
11、面位置的基准。它是标注设计尺寸的起点。,零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面,工艺基准：在零件加工、测量和装配过程中所使用的基准。按用途分为：定位基准在加工时，用以确定零件在机床夹具中的正确位置所采用的基准。又分为精基准和粗基准。工序基准在工艺文件上用以标定被加工表面位置的基准。测量基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准。装配基准装配时用以确定零件在机器中位置的基准。基准在工作上并不一定具体存在。,二、定位基准的选择 精基准的选择原则（考虑加工精度和工件安装）。 基准重合原则即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。为保证尺
12、寸c的精度(Tc)要求，应使：,如下图，此时尺寸a的误 差对加工尺寸c无影响，加工 误差只需满足：显然这种基准重合的情况能使 工序允许出现的误差加大，使 加工更容易达到精度要求，经 济性更好。,基准统一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。 自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准。互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。 所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。,粗基准的选择原则（保证足够余量，尽快获得精基面）。如果主要要求保证 工件上某重要表
13、面的加工 余量均匀，则应选该表面 为粗基准。若主要要求保证加工面与不加工面间的位置要求，则应选不加工面为粗基准。作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，以使工件定位可靠、夹紧方便。粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。,第六节 工艺路线的拟定,一、表面加工方法的选择工件材料的性质工件的结构和尺寸生产类型具体生产条件特殊要求,为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法,任何一种加工方法可以获得的精度和表面粗糙度值均有一个较大的范围。只有一定的精度范围内才是经济的。,二、加工顺序的安排 切削工序的安排原则 先精后精在一个零件的所有表面的加工中，一般包括 粗加工阶段切除各表面上大部分余
14、量 半精加工阶段完成次要表面的加工 精加工阶段保证各主要表面达到图样要求 光整加工阶段处理表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面利于保证加工重量便于合理使用设备便于安排热处理工序和检验工序便于及时发现毛坯缺陷，避免损伤已加工面,先主后次零件的加工应先安排加工主要表面，后加工次要表面。先面后孔零件上的平面必须先进行加工，然后再加工孔。基面先行用作精基准的表面要首先加工出来。,热处理工序的安排原则热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能及消除残余应力。 预备热处理正火、退火时效处理调质 最终热处理常用的有：淬火、渗碳淬火、渗氮等。 辅助工序的安排检验工序是主要的辅助工序，其它还有：表面
15、强化和去毛刺、倒棱、清洗、防锈等。,三、工序的集中与分散工序集中就是指每道工序加工内容很多，工艺路线短。可以采用高效机床和工艺装备，生产率高。减少了设备数量以及操作工人和占地面积、节省人力、物力。减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度。采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。,工序分散就是指每道工序的加工内容很少，甚至一道工序只含一个工步，工艺路线很长。设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换。对工人的技术要求较低。可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。集中或分散主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要
16、求，还要考虑各工序生产节拍的一致性。,第七节 加工余量的确定,一、加工余量的基本概念加工余量可分为工序余量和总余量。 工序余量指某一表面在一道工序中被切除的金属层厚度。工序余量的计算 对于外表面 对于内表面,加工时从加工表面上切去的金属层厚度。,式中，Z本工序的工序余量；a前工序的工序余量；b本工序的工序尺寸。上述加工余量均是非对称的单边余量，旋转表面的加工余量是对称的双边余量。 对于轴 对于孔式中，Z直径上的加工余量；da前工序加工直径；db本工序加工直径。,工序基本余量、最大余量、最小余量及余量公差当尺寸a、b均等于工序基本尺寸时，基本余量为 则最小余量 而最大余量,当工序尺寸用基本尺寸计
17、算时，所得 的加工余量称为基准余量或公称余量,工序余量和工序尺寸公差的关系式如下：式中，Ta前工序的工序尺寸公差；Tb本工序的工序尺寸公差。余量公差是加工余量的变动范围，其值为式中，Tz本工序余量公差。所以，余量公差等于前工序与本工序的工序尺寸公差之和。,总加工余量指零件从毛坯变为成品时从某一表面所切除的金属层总厚度。其值等于某一表面的毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也等于该表面各工序余量之和，即,二、影响加工余量的因素 上工序的表面质量 前工序的工序尺寸公差 前工序的位置误差 本工序工件的安装误差所以本工序的加工余量必须满足下式：用于对称余量时：用于单边余量时：,三、加工余量的确定 经验估计法根
18、据工艺人员的经验来确定加工余量。查表修正法根据有关手册，查得加工余量的数值，然后根据实际情况进行适当修正。分析计算法对影响加工余量的各种因素进行分析，然后根据一定的计算关系来计算加工余量的方法。在确定加工余量时，要分别确定加工总余量（毛坯余量）和工序余量。,第八节 工序尺寸及其公差的确定,一、基准重合时，工序尺寸及其公差的计算当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及公差的计算是比较容易的。其计算顺序是由最后一道工序向前推算。定毛坯总余量和工序余量。定工序公差。求工序基本尺寸。标注工序尺寸公差。,二、其准不重合时，工序尺寸及其公差的计算当零件加工时，多次转换工艺基
19、准，引起测量基准、定位基准工序与设计基准不重合，这时，需要利用工艺尺寸链原理来进行工序尺寸及其公差的计算。 工艺尺寸链的基本概念 工艺尺寸链由一系列相互联系的尺寸所形成的尺寸封闭图形。,通过对上图的分析可以知道，工艺尺寸链的主要特征是： 封闭性尺寸链中各个尺寸的排列呈封闭形式， 关联性任何一个直接保证的尺寸及其精度的变化，必将影响间接保证的尺寸和其精度。工艺尺寸链的组成组成工艺尺寸链的每一个尺寸称为环。环又分为： 封闭环在加工过程中间接获得、最后保证的尺寸， 组成环除封闭尺寸以外的其它环。分为增环（封闭环随其增加而增加）和减环(封闭环随其增加而减小),工艺尺寸链的建立利用工艺尺寸链进行工序尺寸
20、及其公差的计算，关键在于正确找出尺寸链，正确区分增、减环和封闭环，其步骤为：封闭环的确定组成环的查找区分增减环注意：所建立的尺寸链必须使组成环数最少，这样能更容易满足封闭环的精度或者使各组成环的加工更容易、更经济。,工艺尺寸链计算的基本公式 极值法封闭环的基本尺寸计算封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和，即式中，m增环的环数；n包括封闭环在内的总环数。,封闭环极限尺寸的计算封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和，即封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和，即,封闭环上下偏差的计算封
21、闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和，即封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和，即式中， 增环和减环的上偏差增环和减环的下偏差,封闭环的公差计算封闭环的公差等于所有组成环公差之和，即式中，T(Ai)第i个组成环的公差值。封闭环平均尺寸和平均偏差的计算封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和，即封闭环的平均偏差等于所有增环的平均偏差之和减去所有减环的平均偏差之和，即,概率法当工艺尺寸链的环数较多、且为大批量生产时，应该按概率法计算，其公差什的计算公式为式中， 封闭环的公差值；第i个组成环的公差值；平均分配系数。在保证封闭
22、环精度不变的前提下，应用概率法可以使组成环公差放大，从而减低了加工时对工艺尺寸的精度要求，降低了加工难度和加工成本。,尺寸链的计算形式正计算已知各组成环尺寸，求封闭环尺寸，其计算结果是唯一的。反计算已知封闭环求各组成环。中间计算已知封闭环和部分组成环，求某一组成环。,二、工艺尺寸链的分析和解算测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算在零件加工时，会遇到一些表面加工之后设计尺寸不便直接测量的情况，因此需要在零件上另选一个易于测量的表面作测量基准进行测量，以间接检验设计尺寸。带来的问题是：提高了组成环尺寸的测量精度要求和加工精度要求假废品问题,定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算零件调整法加工
23、时，如果加工表面的定位基准与设计基准不重合，就要进行尺寸换算，重新标注工序尺寸。也需要提高本工序的加工精度，使加工更加困难，同时也会出现假废品的问题。措施是： 减小其它组成环的公差。 改变定位基准或加工方式。从尚需继续加工的表面上标注的工序尺寸计算 保证渗氮、渗碳层深度的工艺计算,靠火花磨削时的工序尺寸计算 靠火花磨削能保证磨去最小余量，生产率较高。 在尺寸链中，磨削余量是直接控制的，为组成环，而保证的设计尺寸为封闭环。 由于靠磨的余量值存在公差，因而靠磨后尺寸的误差要比靠磨前相应尺寸的误差增大一个余量公差值。工序尺寸的图算法针对零件加工工序较多，工艺基准又与设计基准不重合，且各工序的工艺基准
24、多次转换的情况，可采用此法来进行各工序尺寸的计算。,第九节 机械加工生产率和技术经济分析,一、机械加工生产率分析时间定额：在一定的生产条件下制订出来的完成单件产品或某项工作所必须消耗的时间。 基本时间（T基本）指直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置与表面质量等所耗费的时间,劳动生产率是指工人在单位时间内制造的合格品数 量，或者指制造单件产品所耗的劳动时间。,辅助时间（T辅助）指在每个工序中，为保证完成基本工艺工作所用于辅助动作而耗费的时间。辅助动作主要有：装卸工件开停机床改变切削用量试切和测量零件尺寸基本时间和辅助时间的总和称为操作时间(T操作),工作地点服务时间（T服务）指工人在工作时为照
25、管工作地点及保持正常工作状态所耗费的时间。休息和自然需要时间（T休息）指工人在工作时间内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间。上述时间的总和称为单件时间，即准备终结时间（T准终）指当加工一批工件的开始和终了时，所做的准备工作和结束工作而耗费的时间。,对一批零件，时间分摊到每个零件上，所以批量生产时单件时间定额为上述时间之和。即在大量生产时，每个工作地点完成固定的一道工序，一般不需要考虑准备终结时间，所以，其单件时间定额为,提高机械加工生产率的工艺措施 缩减时间定额 缩减基本时间提高切削用量n、f、ap减小切削长度多件加工,缩减辅助时间采用先进高效夹具采用多工位连续加工采用主动检验或数字显示自动
26、测量装置采用两个相同夹具交替工作的方法 缩减工作地点服务时间 缩减准备终结时间采用先进工艺方法采用选进的毛坯制造方法采用少、无切屑新工艺采用特种加工改进加工方法,二、工艺过程的技术经济分析所谓经济性好就是指在机械加工中能用最低的成本制造出合格的产品。 生产成本和工艺成本制造一个零件（或产品）所耗费的费用总和叫生产成本。分为与工艺过程有关的工艺成本和与工艺过程无关的开支。工艺成本的组成 可变费用V与零件年产量直接有关，并与之成正比变化的费用。 不变费用S与零件年产量无直接关系，不随着年产量的变化而变化的费用。,工艺成本的计算零件加工全年工艺成本可按下式计算 E=VN+S （元/年） 式中，E一种
27、零件全年的工艺成本（元/年）V可变费用（元/件）N零件年产量（件/年）S不变费用（元/年）每个零件的工艺成本可按下式计算（元/年）式中，Ed单件工艺成本（元/件）,年工艺成本与年产量的关系如左图 单件工艺成本与年产量是双曲线的关系如右图,不同工艺方案的经济性比较如果两种工艺方案基本投资相近 如两方案只有少数工序不同，可比其单件工艺成本则E单件值小的方案经济性好。,当两种工艺方案有较多工序不同时，应比较其全年工艺成本，即则E值小的方案经济性好。可见各方案的经济性与年产 量有关，当两方案的工艺成本相 同时的年产量称为临界年产量，若NNK，宜采用方案I,如果两种工艺方案的基本投资相差较大此时需要考虑投资差额的回收期限（年），其值可通过下式计算式中，K基本投资差额（元）E全年工艺成本差额（元/年）至少应满足以下要求： 小于所采用的设备的使用年限； 小于生产产品的更新换代年限； 小于国家所规定的年限。,
