11机制工艺及夹具设计

第一篇：11机制工艺及夹具设计

中 州 大 学

机械制造工艺与夹具

课程设计说明书

设计题目： 设计 零件的 机械加工工艺规程及工艺装备

（生产纲领：4000件）

班 级： 设 计 者： 指导教师： 评定成绩：

设计日期： 年 月 日至 年 月 日

目

录

设计任务书……………………………………………………………………

一、零件的分析………………………………………………………………

二、工艺规程设计……………………………………………………………(一)确定毛坯的制造形式…………………………………………………(二)基面的选择……………………………………………………………(三)制定工艺路线…………………………………………………………(四)确定加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………………(五)确定切削用量及基本工时……………………………………………

三、专用夹具设计……………………………………………………………(一)设计主旨………………………………………………………………(二)夹具设计………………………………………………………………

四、课程设计心得体会……………………………………………………… 参考文献………………………………………………………………………

中 州 大 学

机械制造工艺与夹具课程设计任务书

设计题目： 设计 零件的机械加工工艺规程及工艺装备

（生产纲领：4000件）

设计内容：

1、产品零件图

2、产品毛坯图

1张 1张 1套 1套 1张 2-3张 1份

3、机械加工工艺过程卡片

4、机械加工工序卡片

5、夹具装配图

6、夹具主要零件图

7、课程设计说明书

班 级： 设 计 者： 指导教师： 评定成绩：

年 月 日

第二篇：《机制工艺及夹具设计》讲稿

《机制工艺及夹具设计》讲稿

第一章 机械加工工艺规程设计

机械加工工艺规程：是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件 第一节 基本概念

一、机械产品生产过程与机械加工工艺过程

机械产品生产过程：是指从原材料到该产品出厂的全部劳动过程。

机械加工工艺过程：是机械产品生产过程的一部分，是对机械产品中的零件采用各种加工方法直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。

二、机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程由工序组成，工序又分为：安装、工步、工位、走刀。1.工序

工序：是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时几个）工件连续完成的那一部分工艺过程 图 1-1.jpg 2.安装

如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容。3.工位

在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置的安装内容称为工位。1-2.jpg 4.工步

加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。1-3.jpg 1-4.jpg 1-5.jpg 1-7.jpg 5.走刀 1-6.jpg 切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。

三、生产类型与机械加工工艺规程

用工艺文件规定的机械加工工艺过程，称为机械加工工艺规程。

（一）年生产纲领和生产批量

企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。生产纲领：在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领：计划期为一年的生产纲领。N=Qn(1+ %+ %)件/年

生产批量：是指一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量。

（二）生产类型

根据工厂（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的不同，可将生产类型分为：大量生产，成批生产和单件生产。表1-4.jpg 表1-5.jpg

（三）机械加工工艺规程的作用

（四）机械加工工艺规程的格式

通常，机械加工工艺规程被填写成表格（卡片）的形式。在我国各厂使用的表格的形式不尽一致，但是其基本内容是相同的。

四、机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容

（一）机械加工工艺规程的设计原则 设计机械加工工艺规程应遵循如下原则：

1）必须可靠地保证零件图纸上所有的技术要求的实现。2）在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。3）充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。

4）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。

（二）设计机械加工工艺规程的步骤和内容 1）阅读装配图和零件图

2）工艺审查 表1-9-1.jpg 表1-9-2.jpg 表1-9-3.jpg 3）熟悉或确定毛坯 4）拟定机械加工工艺路线 5）确定工艺装备

6）确定各工序技术要求和检验方法

7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸、和公差。8）确定其雪用量 9）确定时间定额 10）填写工艺文件

第二节 工件加工时的定位及基准

一、工件的定位

（一）工件的装夹

装夹有两个含义，即定位和夹紧。

定位：是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置过程。

夹紧：是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。在生产实际中常用的装夹方式有三种： 1.直接找正装夹

工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找正装夹。1-9.jpg 2.划线找正装夹图 1-10.JPG 3.夹具装夹 图1-8

（二）定位原理 1.六点定位原理

采用6个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。1-11.JPG 2.用定位元件代替约束点限制自由度 表1-10-1.jpg 表1-10-2.jpg 3.完全定位和不完全定位 1-12.JPG 根据工件加工面的位置（包括位置尺寸）要求，有时需要限制6个自由度，有时仅需要限制1个或几个（少于6个）自由度。前者称作完全定位，后者称作不完全定位。1-13.JPG 1-14.JPG 1-15.JPG 4.欠定位和过定位（1）欠定位

根据工件加工面位置尺寸要求必须限制的自由度没有得到全部限制，或者说在完全定位和不完全定位中，约束点不足，这样的定位称为欠定位。1-16.JPG（2）过定位 1-18.JPG 工件在定位时，同一个自由度被两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定位（或称定位干涉）。1-17.JPG

二、基准

基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的哪些点、线或面。

（一）设计基准

设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的起始位置称作设计基准。

（二）工艺基准

零件在加工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。1.工序基准

在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。称为工序基准。2.定位基准

在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。1）粗基准和精基准 2）附加基准 3.测量基准

在加工中或加工后用来测量工件形状、位置和尺寸误差，测量时采用的基准，称为测量基准。4.装配基准

在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。第三节 工艺路线的制定

一、定位基准的选择(一)粗基准的选择 1-21.jpg 1.保证相互位置要求的原则 1-22.jpg 2.保证加工表面加工余量合理分配的原则 1-23.jpg 3.便于工件装夹的原则

4.粗基准一般不得重复使用的原则.1-24.jpg 1-25.JPG

（二）精基准的选择

选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。1.基准重合原则

应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。2.基准统一原则

当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有）其它表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其它表面。表1-11.jpg 3.互为基准原则 某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。4.自为基准原则

旨在减少表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工。1-26.JPG 表1-12.jpg 5.便于装夹原则

所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠。夹紧机构简单，操作方便。

二、加工经济精度与加工方法的选择

（一）加工经济精度

加工经济精度：是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。

（二）加工方法的选择

一般情况下，根据零件的精度（包括尺寸精度，形状精度和位置精度以及表面粗糙度）要求，考虑本车间（或本厂）现有工艺条件，考虑加工经济精度的因素选择加工方法。

三、典型表面的加工路线

（一）外圆表面的加工路线 1.粗车—半精车—精车 2.粗车—半精车—粗磨—精磨 3.粗车—半精车—精车—金刚石车

4.粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光 1-29.JPG

（二）孔的加工路线 1.钻—粗拉—精拉 2.钻—扩—铰—手铰

3.钻或粗镗—半精镗—精镗—浮动镗或金刚镗 1-34.JPG 4.钻（或粗镗）—粗磨—半精磨—精磨—研磨 1-33.JPG

（三）平面的加工路线 1.粗铣—半精铣—精铣—高速铣

2.粗刨—半精刨—精刨—宽刀精刨、刮研或研磨

3.粗铣（刨）—半精铣（刨）—粗磨—精磨—研磨、精密磨、砂带磨或抛光 4.粗拉—精拉

5.粗车—半精车—精车—金刚石车 1-37.JPG

四、工序顺序的安排

（一）工序顺序的安排原则 1.先加工基准面，再加工其它表面 2.一般情况下，先加工平面，后加工孔 3.先加工主要表面，后加工次要表面 4.先安排粗加工工序，后安排精加工工序

（二）热处理工序及表面处理工序的安排

（三）其它工序的安排

检查、检验工序，去毛刺、平衡、清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分。

五、工序的集中与分散

工序集中：是使每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而使总的工序数目减少，夹具的数目和工件的安装数目也相应地减少。工序分散：是将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成，因而每道工序的工步少，工艺路线长。

六、加工阶段的划分

当零件的精度要求比较高时，若将加工面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求，或浪费人力、物力资源。第四节 加工余量、工序间尺寸及公差的确定

一、加工余量的概念

（一）加工总余量（毛坯余量）与工序余量 毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量 余量公差: 其中 为加工面在本道工序的工序尺寸公差 加工面在上道工序的工序尺寸公差 1-38.JPG 1-39.JPG 1-40.JPG

（二）工序余量的影响因素 1.上工序的尺寸公差Ta 2.上道工序产生的表面粗糙度Ry（表面轮廓最大高度）和表面缺陷层深度Ha在本道工序加工时，应将它们切除掉。

3.上工序留下的需要单独考虑的空间误差，用符号ea表示。1-42.JPG 表1-18.jpg 4.本工序的装夹误差 综上所述, 1)对于单边余量 2)对于双边余量

二、加工余量的确定 1.计算法

1)镗孔、铰孔、拉孔 2)磨外圆 3)光整加工

2.查表法 3.经验法

三、工序尺寸与公差的确定

生产上绝大部分加工面都是在基准重合的情况下进行加工。所以，掌握基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程非常重要。

第五节 工艺尺寸链

一、直线尺寸链的基本计算公式

（一）极值法计算公式

1.封闭环的基本尺寸等于各组成环基本尺寸的代数和

2.封闭环的公差等于各组成环的公差之和

3.封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

4.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

（二）概率法计算公式

1.将极限尺寸换算成平均尺寸： 2.将极限偏差换算成中间偏差： 3.封闭环中间偏差的平方等于各组成环中间偏差平方之和：

二、直线尺寸链在工艺过程中的应用

（一）工艺基准和设计基准不重合时工艺尺寸的计算 1.测量基准和设计基准不重合 1-43.JPG 2.定位基准和设计基准不重合 1-44.JPG

（二）一次加工满足多个设计尺寸要求的工艺尺寸计算 1-45.JPG

（三）表面淬火、渗碳层深度及镀层、涂层厚度工艺尺寸链

对那些要求淬火或渗碳处理，加工精度要求又比较高的表面，常常在淬火或渗碳处理之后安排磨削加工，为了保证磨后有一定厚度的淬火层或渗碳层，需要进行有关的工艺尺寸计算。1-47.JPG 1-48.JPG

（四）余量校核

校核加工余量，对加工余量进行必要的调整是制定工艺规程时不可少的工艺工作。

二、工序尺寸与加工余量计算图表法 1-50.JPG

（一）绘制加工过程尺寸联系图

（二）工艺尺寸链查找

在尺寸联系图中，从结果尺寸的两端出发向上查找，遇到圆点不拐弯继续往上查找，遇到箭头拐弯，逆箭头方向水平找加工基准面，遇到加工基准面再向上拐，重复前面的查找方法，直至两条查找路线汇交为止。

（三）计算项目栏的填写 1-51.JPG

第六节 时间定额和提高生产率的工艺途径

一、时间定额

1.时间定额的概念 时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。2.时间定额的组成

（1）基本时间t基=（2）辅助时间t辅（3）布置工作地时间t布置（4）休息和生理需要时间t休（5）准备与终结时间t准备 2.单件时间和单件工时定额计算公式

单件生产时 单件时间的计算公式:T单件=t基+t辅+t布置+t休 成批生产时 单件工时定额的计算公式:T定额= T单件+t准备/n 大量生产时 单件工时定额的计算公式:T定额= T单件

二、提高生产率的工艺途径

（一）缩短基本时间 1.提高切削用量缩短基本时间

提高切削用量的主要途径是进行新型刀具材料的研究与开发。2.采用复合工步缩短基本时间

（1）多刀单件加工 1-54.JPG 1-56.JPG 1-57.JPG（2）单刀多件或多刀多件加工 1-58.JPG 1-59.JPG 1-60.JPG 将工件串联装夹或并联装夹进行多件加工，可有效地缩短基本时间。

（二）减少辅助时间和辅助时间与基本时间重叠 1.减少辅助时间

（1）采用先进夹具或自动上、下料装置减少装、卸工件的时间。

（2）提高机床操作的机械化与自动化水平，实现集中控制、自动调速与变速以缩短开、停车床和改变切削用量的时间。

２.使辅助时间与基本时间重叠

（1）采用可换夹具或可换工作台，在机床外装夹工件，可使装夹工件的时间与基本时间重叠。

（2）采用转位夹具或转位工作台，可在加工中完成工件的装卸，使装卸时间与基本时间基本重叠。1-61.JPG（3）采用回转夹具或回转工作台进行连续加工 1-62.JPG 1-63.JPG 1-64.JPG（4）采用在线检测的方法来控制加工过程中的尺寸，使测量时间与基本时间重叠。

（三）减少布置工作地时间

减少布置工作地时间，可在减少更换刀具的时间方面采取措施。1-65.JPG 1-66.JPG

（四）减少准备与终结时间

准备与终结时间的多少，与工艺文件是否详尽清楚、工艺装备是否齐全、安装、调整是否方便有关。第七节

工艺方案的比较与技术经济分析

一、工艺方案比较

当用同一加工内容的集中工艺方案均能保证所要求的质量和生产率时，一般可通过经济评比加以选择。全年的工艺成本Sn=VN+Cn 其中 V——每零件的可变费用（元/件）N——零件的年生产纲领（件）Cn——全年的不变费用（元）单个零件的工艺成本Sd =V+ １.当需评比的工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近时，工艺成本即可作为衡量各种工艺方案经济性的依据。

Sn=V1Nj+Cn1 =V2Nj+Cn2 1-67.JPG 1-68.JPG ２.当需评比的工艺方案基本投资差额较大时，单纯比较其工艺成本是难以全面评定其经济性的，必须同时考虑不同方案的基本投资差额的回收期。

二、技术经济指标

当新建或扩建车间时，在确定了主要零件的工艺规程、工时定额、设备需要量和厂房面积等以后，通常要计算 车间的技术经济指标。第八节 成组技术

一、成组技术的基本概念

成组技术：是从成组工艺发展起来的。

成组工艺：是把形状、工艺、尺寸相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族统一制定工艺规程进行制造，这样就扩大了批量，便于采用高效率的生产方法，从而大大提高劳动生产率。

二、零件的成组分类编码

零件的分类编码：是用数字来描绘零件的名称、几何形状、工艺特征、尺寸和精度等，也就是零件特征的数字化。1-76.JPG 1-77.JPG

三、产品零件设计的成组技术

在设计部门应用成组技术的主要手段是成组零件设计图册。

四、成组工艺

（一）划分零件族（组）

根据零件编码划分零件族（组）的方法主要有： 1）特征码域法 2）势函数法 3）生产流程分析法

（二）设计主样件和制定典型工艺

在零件组组成以后，选择一个能包括该组全部结构要素的主样件（多半是人为拟定的假想零件），编制其工艺规程。并使这个工艺规程适用于组内所有零件。

（三）机床的选择与布置

推行成组工艺时，机床的选择与布置可按下述四种情况来介绍： 1.成组单机

主要用于能在同一设备上基本加工完成的零件组，它可以是独立的成组加工机床或成组加工柔性制造单元。1-80.JPG 2.成组制造单元

将一个零件组的加工设备封闭在一块面积中，使管理和运输方便，其中有成组单机、也可有普通机床或专用机床。3.成组流水线

是按零件组的成组工艺建立的，各台设备的工序节拍基本一致。4.成组加工柔性制造系统

成组加工柔性制造系统是成组工艺的最高组织形式。

（四）设计成组工艺装备

在实施成组加工中，当工件变换时，一般不更换夹具而只做适当调整。

五、成组技术的效益

第九节 计算机辅助工艺过程设计

计算机辅助工艺过程设计是指用计算机编制零件的加工工艺过程

一、计算机辅助工艺过程设计的基本方法

（一）样件法

在成组技术的基础上，将同一零件族中所有零件的主要形面特征合成主样件，再按主样件制定出适合本厂条件的典型工艺规程，并以文件的形式存储在计算机中。1-84.JPG

（二）创成法

利用对各种工艺决策制定的逻辑算法语言自动地生成工艺规程。

（三）综合法

以样件法为主，创成法为辅。

二、样件法CAPP的基本原理

（一）各种工艺信息的数字化 1.零件编码的矩阵化

按照所选用的零件分类编码系统，将本厂所生产的零件进行编码。1-85.JPG 2.零件组特征的矩阵化

将同一零件组内所有零件的编码都转换成特征矩阵，并叠加起来，就得到零件组的特征矩阵。3.主样件的设计

零件组的特征矩阵虽显示了该零件组的结构工艺特征，但还不能表示零件组所具有的所有表面。1-87.JPG 1）零件行面的数字化 2）工序工步名称的数字化 3）工序工步内容矩阵

（二）CAPP的数据库

第二章 机床夹具设计原理 第一节 机床夹具概述

一、机床夹具及其组成

机床夹具：是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。2-1.JPG 机床夹具组成：

二、机床夹具的分类

机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型： 1）通用夹具

通用夹具具有一定的通用性。2）专用夹具

专用夹具是针对某一种工件的某一个工序而专门设计的。3）通用可调整夹具和成组夹具

通用可调整夹具和成组夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。4）组合夹具

组合夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。5）随行夹具

随行夹是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。

三、机床夹具的功用 1）保证加工质量

机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。

2）提高生产率，降低成本

使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多件、多工位加工。3）扩大机床工艺范围

在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。4）减轻工人劳动强度，保证生产安全。

第二节 工件在夹具上的定位

一、常用定位方法与定位元件

（一）工件以平面定位

平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种： 1.固定支承

固定支承有支承钉和支承板两种形式。2-2.JPG 2.可调支承 2-3.JPG 支承点位置可以调整的支承称为可调支承。3.自位支承

自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并 与之相适应。2-4.JPG 4.辅助支承

辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用。2-5.JPG

（二）工件以圆柱孔定位 1.心轴

工件在心轴上的定位通常限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四个自由度，是四点定位。2-6.JPG 2.定位销2-7.JPG 2-8.JPG

（三）工件以外圆表面定位2-9.JPG 工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。2-10.JPG T=H+

（四）工件以其它表面定位 2-11.JPG 2-12.JPG

（五）定位表面的组合

实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。2-13.JPG 图 2-14.JPG 中菱形销的宽度 考虑到1 与销之间的间隙补偿则上式变为

二、定位误差的计算

定位误差：是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差，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。

（一）用几何方法计算定位误差2-15.JPG 采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，求出工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。2-16.JPG

（二）用微分方法计算定位误差

第三节 工件在夹具中的夹紧

一、对夹紧装置的要求

二、夹紧力的确定

夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。

（一）夹紧力方向的选择

夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则：

1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。2-18.JPG 2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。2-19.JPG 3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。2-20.JPG

（二）夹紧力作用点的选择 一般注意以下几点：

1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。2-21.JPG 2）夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。2-22.JPG 3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。2-23.JPG

（三）夹紧力大小的估算

夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并引起振动；夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。2-24.JPG 2-25.JPG

三、常用夹紧机构

（一）斜楔夹紧机构

斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。2-26.JPG 可获得的夹紧力为

（二）螺旋夹紧机构

螺旋夹紧机构结构简单，易于操作，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。可获得的夹紧力为 2-27.JPG 表2-3.jpg 2-28.JPG 2-29.JPG

（三）偏心夹紧机构

偏心夹紧的优点是结构简单，操作方便，动作迅速，缺点是自锁性能较差，增力比较小。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合。可获得的夹紧力为 2-30.JPG 2-31.JPG

（四）铰链夹紧机构

铰链夹紧机构的优点是动作迅速，增力比大，并易于改变力的作用方向；缺点是自锁性能差。多用于机动夹紧机构中。可获得的夹紧力为 2-32.JPG

（五）定心夹紧机构

定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性。定心夹紧机构按其工作原理可分为两大类： 1.以等速移动原理工作的定心夹紧机构2-33.JPG 2-34.JPG 2.以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构2-35.JPG

（六）联动夹紧机构

夹紧力作用在两个相互垂直的方向上，称为双向联动夹紧；两夹紧点的夹紧力方向相同，称为平行联动夹紧。2-36.JPG 2-37.JPG 2-38.JPG

四、夹紧机构的动力装置

（一）气动夹紧装置

气动夹紧装置的工作介质是压缩空气，其工作压力通常为0.4~0.6MPa。2-39.JPG 2-40.JPG 2-41.JPG 2-42.JPG 2-43.JPG

（二）液压夹紧装置

液压夹紧装置利用压力油为夹紧动力。

（三）气、液增压夹紧装置 气、液增压夹紧装置以压缩空气为动力源，通过压力油来传力和增力。2-44.JPG

第四节 各类机床夹具

一、钻床夹具

钻床夹具因大都具有刀具导向装置，习惯上又称为钻模。

（一）钻模的类型

钻模根据其结构特点可分为固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模等。2-45.JPG 2-46.JPG 2-47.JPG 2-26.JPG 2-48.JPG 2-49.JPG 2-50.JPG

（二）钻模设计要点 1.钻套

钻套是引导刀具的元件，用以保证孔的加工位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。2-51.JPG 2-52.JPG 2-53.JPG 2.钻模板

钻模板用于安装钻套。2-45.JPG 2-46.JPG 2-54.JPG 2-55.JPG 3.夹具体

钻模的夹具体一般不设定位或导向装置，夹具通过夹具底面安放在钻床工作台上，可直接用钻套找正并用压板压紧（或在夹具体上设置耳座用螺栓压紧）。2-26.JPG

二、镗床夹具

具有刀具导向的镗床夹具，习惯上又称为镗模，镗模与钻模有很多相似之处。

（一）镗模的种类

镗模 根据其镗套支架的布置形式可分为单面导向和双面导向两类。2-56.JPG 2-57.JPG

（二）镗模的设计要点 1.镗套

镗套用于引导镗杆。2-58.JPG 2-59.JPG 2-60.JPG 2.镗模支架与夹具体

镗模支架用于安装镗套，保证被加工孔系的位置精度，并可承受切削力的作用。2-61.JPG

三、铣床夹具

铣床夹具主要用于加工零件上的平面、键槽、缺口及成形表面等。

（一）铣床夹具的类型

按不同的进给方式将铣床夹具分为直线进给式，圆周进给式和仿形进给式三种类型。2-62.JPG 2-63.JPG 2-64.JPG 2-65.JPG

（二）铣床夹具设计要点 1.夹具总体结构

铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此铣 夹具的受力元件要有足够的强度和刚度。2.对刀装置

对刀装置用以确定夹具相对于刀具的位置。2-66.JPG 3.夹具体

铣床夹具的夹具体要承受较大的切削力，因此要有足够的强度和稳定性。2-67.JPG

四、车床夹具

车床夹具主要用于加工零件的内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端平面等。

（一）车床夹具的类型 根据工件的定位基准和夹具本身的结构特点，车床夹具可分为以下四类： 1）以工件外圆定位的车床夹具。2）以工件内孔定位的车床夹具。3）以工件顶尖孔定位的车床夹具。

4）用于加工非回转体的车床夹具。2-68.JPG

（二）车床夹具设计要点 1.车床夹具总体结构

车床夹具大都安装在机床主轴上，并与主轴一起作回转运动。2.夹具与机床主轴的联结

车床夹具与车床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端的结构以及夹具的体积和精度要求。2-71.JPG

第五节 成组夹具、组合夹具与随行夹具

一、成组夹具

成组夹具是在成组技术原理指导下，为执行成组工艺而设计的夹具。

（一）成组夹具的结构特点

成组夹具在结构上由两大部分组成：基础部分和可调整部分。2-72A.JPG 2-72B.JPG

（二）成组夹具的调整方式 1.更换式

采用更换夹具可调整部分元件的方法，来实现组内不同零件的定位、夹紧、对刀或导向。2-72A.JPG 2-72B.JPG 2.调节式

借助于改变夹具上可调元件位置的方法来实现组内不同零件的装夹和导向。3.综合式

在实际中应用较多的是上述两种方法的综合，即在同一套成组夹具中，既采用更换元件的方法，又采用调节的方法。2-73A.JPG 2-73B.JPG 4.组合式

将一组零件的有关定位或导向元件同时组合在一个夹具体上，以适应不同零件加工的需要。2-74.JPG

（三）成组夹具设计

成组夹具的设计方法与专用夹具大体相同，主要区别在于成组夹具的使用对象不是一个零件而是一组零件。

二、组合夹具

（一）组合夹具的特点

组合夹具是一种根据被加工工件的工艺要求，利用一套标准化的元件组合而成的夹具。

（二）组合夹具的类型

目前使用的组合夹具有两种类型，即槽系组合夹具和孔系组合夹具。2-76.JPG 2-75A.JPG 2-75B.JPG 2-77.JPG 2-78.JPG

（三）组合夹具的组装 一般过程如下： 1.熟悉原始资料 2.构思夹具结构方案 3.进行必要的组装计算 4.试装 5.组装 6.检验

（四）组合夹具的精度与刚度 2-79.JPG 2-80.JPG 2-81.JPG

三、随行夹具

随行夹具是在自动线上或柔性制造系统中使用的一种移动式夹具。

（一）工件在随行夹具上的安装

工件在随行夹具上的定位与在一般夹具上的定位完全一样。工件在随行夹具上的夹紧则应考虑到随行夹具在运输、提升、翻转排屑和清洗等过程中由于振动而可能引起的松动，应采用能够自锁的夹紧机构，其中螺纹夹紧机构用的最多。2-82.JPG

（二）随行夹具的运输及其在机床夹具上的安装 2-82.JPG 2-83.JPG

第六节 机床夹具设计步骤与方法

一、专用夹具设计的基本要求 1）保证工件的加工精度

2）夹具总体方案应与生产纲领相适应

3）操作方便，工作安全，能减轻工人劳动强度 4）便于排屑

5）有良好的结构工艺性

二、专用夹具设计的一般步骤

（一）研究原始资料，明确设计要求

（二）拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图

（三）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求

（四）绘制零件图2-84.JPG 1.精度与批量生产 2.确定夹具结构方案

1）确定定位方案，选择定位元件 2）确定导向装置 3）确定夹紧机构

4）确定其它装置和夹具体

3.在绘制夹具草图的基础上绘制夹具总图，标注尺寸和技术要求。4.对零件进行编号，填写明细表和标题栏，绘制零件图。

三、夹具设计中的几个重要问题

（一）夹具设计的经济性分析

（二）成组设计思想的采用 2-72A.JPG 2-72B.JPG

（三）夹具总图上尺寸及技术条件的标注

夹具总图上标注尺寸及技术要求的目的主要是为了便于拆零件图，便于夹具装配和检验。为此应有选择地标注尺寸及技术要求。2-84.JPG

（四）夹具结构工艺性分析

在分析夹具结构工艺性时，应重点考虑以下问题： 1）夹具零件的结构工艺性

2）夹具最终精度保证方法 2-85.JPG 3）夹具的测量与检验 2-62.JPG

（五）夹具的精度分析

夹具的主要功能是用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面： 1.定位误差

2.夹具制造与装夹误差

3.加工过程误差 2-84.JPG 2-86.JPG 第七节 计算机辅助夹具设计

一、计算机辅助夹具设计原理

采用计算机辅助夹具设计不仅可以大大提高夹具设计工作的效率，缩短夹具设计周期；而且可以提高设计质量，使传统的主要靠经验类比和估算的夹具设计方法逐渐地向科学的、精确的计算和模拟方法转变。2-87.JPG

二、计算机辅助夹具设计系统应用软件的设计方法2-87.JPG 1）系统软件 2）支撑软件 3）应用软件

（一）程序库及其建立方法

夹具CAD系统程序库的建立，除了要开发夹具设计计算所需的各种程序外，还需研制相应的库管理程序，以使程序库有效地工作。

（二）数据库及其建立方法

数据库通常系指以一定组织方式存储在一起的相互有关的数据集合，它能以最佳方式、最少的冗余为多种用途服务。2-88.JPG 2-89.JPG

（三）图形库的建立方法

图形库中图形的生成方式主要有两种： 1）直接输入法生成图形

直接输入法生成图形是一种利用图形软件的作图命令，通过人机交互方式生成图形的方法。2）参数法生成图形

三、计算机辅助绘制夹具装配图

（一）夹具元件图形的编目与检索

夹具装配图实际上是有关夹具元件图形在二维空间的有序集合。

（二）图形的拼接 夹具由若干夹具元件装配而成，夹具装配图则由若干夹具元件图形拼接而成。

（三）绘图步骤

设计者在采用交互方式在计算机屏幕上绘制夹具装配图时，首先要对夹具总体结构进行构思，然后按着手工绘制夹具草图大体相同的步骤绘制夹具装配图。第三章 机械加工精度 第一节 概 述

一、机械加工精度

机械加工精度：是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度。

机械加工误差：是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的偏离程度。

二、影响机械加工精度的因素 1）装夹 3-1.JPG 2）调整 3）加工

三、误差的敏感方向 为了便于分析原始误差对加工精度的影响，我们把对加工精度影响最大的那个方向（即通过刀刃的加工表面的法向）称为误差的敏感方向。3-2.JPG

四、研究加工精度的方法 1）单因素分析法

研究某一确定因素对加工精度的影响，为简单起见，研究时一般不考虑其它因素的同时作用。2）统计分析法

以生产中一批工件的实测结果为基础，运用数理统计方法进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。

第二节 工艺系统的几何精度对加工精度的影响

一、加工原理误差

加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。3-3.JPG 3-4.JPG

二、调整误差

在机械加工的每一个工序中，总是要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，因而产生调整误差。

（一）试切法调整 1.测量误差

指量具本身的精度、测量方法或使用条件下的误差（如温度影响、操作者的细心程度）等，它们都影响调整精度，因而产生加工误差。2.机床进给机构的位移误差

3.试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响

（二）调整法

在成批、大量生产中，广泛采用试切法（或样件样板）预先调整好刀具与工件的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位置不变来获得所要求的零件尺寸。1． 定程机构误差 2． 样板或样件误差 3． 测量有限试件造成的误差

三、机床误差

引起机床误差的原因是机床的制造误差、安装误差和磨损。

（一）机床导轨导向误差

1.导轨导向精度及其对加工精度的影响

在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括下列主要内容： 1）导轨在水平面内的直线度； 3-5.JPG 2）导轨在垂直面内的直线度； 3-5.JPG 3）前后导轨的平行度；

4）导轨对主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。3-6.JPG 3-7.JPG 3-8.JPG 3-9.JPG 2.导轨导向误差的理论分析方法 3-10.JPG

（二）机床主轴的回转误差 1.主轴回转误差的基本概念

主轴回转误差：是指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。主轴回转误差分为：径向圆跳动、端面圆跳动、倾角摆动 图1-13 2.主轴回转误差对加工精度的影响 1)端面圆跳动 图3-14 2)径向圆跳动 图3-

15、16 3)倾角摆动

3.影响主轴回转精度的主要因素（1）轴承误差的影响

轴承误差主要是指主轴颈和轴承内孔的圆度误差和波度。图1-17（2）轴承间隙的影响

主轴轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会使主轴工作时油膜厚度增大，油膜承载能力降低，当工作条件（载荷、转速等）变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。（3）与轴承配合零件误差的影响（4）主轴转速的影响

（5）主轴系统的径向不等刚度和热变形 4.提高主轴回转精度的措施 图3-

18、19（1）提高主轴部件的制造精度（2）对滚动轴承进行预紧

（3）使主轴的回转误差不反映到工件上

（三）机床传动链的传动误差 图3-20 1.传动链精度分析

传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。2.传动精度的测量与信号处理

传动链的传动误差可以用误差频谱图来表示。3-21.JPG 3-22.JPG 3-23.JPG 3.传动误差的估算和对加工精度的影响 1）齿轮转角误差的估算 2）螺距误差的估算

4.减少传动链传动误差的措施 3-24.JPG

四、夹具的制造误差与磨损 夹具的误差主要是指

1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。3-25.JPG

五、刀具的制造误差与磨损

1）采用定尺寸刀具（如钻头、绞刀、键槽铣刀、镗刀块及圆拉刀等）加工时，刀具的尺寸精度直接影响工作的尺寸精度。

2）采用成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度。

3）展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿滚刀等）的刀刃形状必须是加工表面的共轭曲线。此刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。

4）对于一般刀具（如车刀、镗刀、铣刀），其制造精度对加工精度无直接影响，但这类刀具的耐用度较低，刀具容易磨损。3-26.JPG 3-27.JPG 第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响

一、基本概念

工艺系统刚度：是指工件加工表面在切削力法向分力Fy的作用下，刀具相对工件在该方向上位移y的比值。即 3-28.JPG

二、工艺系统刚度的计算

切削加工时，机床的有关部件、夹具、刀具和工件在各种外力作用下，都会产生不同程度的变形，使刀具和工件的相对位置发生变化，从而产生相应的加工误差。即总的变形 所以

三、工艺系统刚度对加工精度的影响

（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差 1.机床的变形

假定工件短而粗，同时车刀悬伸长度很短，即工件和刀具的刚度好，其受力变形比机床的变形小到可以忽略不计。3-29.JPG 考虑刀具变形： 根据刚度定义：，机床总变形： 当 x = 0时: 当 x =L时： 当 时： 当 是：

2.工件的变形若在两顶尖间车削刚性很差的细长轴，则工艺系统中的工件变形必须考虑。图3-30 当x = 0或x =L时，当 时：

3.工艺系统的总变形

当同时考虑机床和工件的变形时，工艺系统的总变形为二者的叠加。1/

（三）切削力大小变化引起的加工误差 误差复映 3-31.JPG 时产生 车削时 误差复映系数

（三）夹紧力和重力引起的加工误差 3-32.JPG 工件在装夹时，由于工件刚度较低或夹紧力着力点不当，会使工件产生相应的变形，造成加工误差。3-33.JPG 3-34.JPG 3-35.JPG 3-36.JPG

（四）传动力和惯性力对加工精度的影响 1.传动力影响 3-37.JPG 2.惯性力的影响

四、机床部件刚度

（一）机床部件刚度的测定 1.静态测定法 3-38.JPG 1）变形与作用力不是线性关系，反映刀架变形不纯粹是弹性形变

2）加载与卸载曲线不重合，两曲线间包容的面积代表了加载-卸载循环中所损失的能量，也就是消耗在克服部件内零件间的摩擦和接触性变形所作的功。

3）卸载后曲线不回到原点，说明有残留变形。在反复加载-卸载后，残留变形逐渐接近于零。4）部件的实际刚度远比按实体所估计的小。2.工作状态测定法

工作状态测定法的依据是误差复映规律。不足之处是不能得出完整的刚度特性曲线，而且由于材料不均匀等所引起的切削力变化和切削过程中的其它随机因素，都会给测定的刚度值带来一定的误差。3-39.JPG

（二）影响机床部件刚度的因素 １.连接表面间的接触变形

连接表面的接触刚度将随着法向载荷的增加而增大，并受接触表面材料、硬度、表面粗糙度、表面纹理方向，以及表面集合形状误差等因素的影响。2.零件间摩擦力的影响 3.接合面的间隙 3-40.JPG 4.薄弱零件本身的变形 3-41.JPG

五、减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施

（一）提高工艺系统的刚度 1.合理的结构设计

在设计工艺装备时，应尽量减少连接面数目，并注意刚度的匹配，防止有局部低刚度环节出现。在设计基础件、支承件时，应合理选择零件结构和截面形状。2.提高连接表面的接触刚度

（1）提高机床部件中零件间接合表面的质量（2）给机床部件以预加载荷

（3）提高工件定位基准面的精度和减小它的表面粗糙度值 3.采用合理的装夹和加工方式 3-42.JPG

（二）减小载荷及其变化

采取适当的工艺措施如合理选择刀具几何参数以减少切削力，就可以减少受力变形。将毛坯分组，使一次调整中加工的毛坯余量比较均匀，就能减少切削力的变化，减少复映误差。3-44.JPG

六、工件残余应力引起的变化

残余应力也称内应力，是指在没有外力作用下或去除外力后工件内存留的应力。

（一）毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力

在铸、锻、焊、热处理等加工过程中，由于各部分冷热收缩不均匀以及金相组织转变的体积变化，使毛坯内部产生了相当大的残余力。

（二）冷校直带来的残余应力

（三）切削加工带来的残余应力

切削过程中产生的力和热，也会使加工工件的表面层产生残余应力。要减少残余应力，一般采取下列措施： 1）增加消除内应力的热处理工序 2）合理安排工艺过程

3）改善零件结构，提高零件的刚性，使壁厚均匀等均可减少残余应力的产生。

第四节 工艺系统的热变形对加工精度的影响

一、概述

热变形：在机械加工过程中，工艺系统会受到各种热的影响而产生温度变形。这种变形将破坏刀具与工件的正确几何关系和运动关系，造成的加工误差。

（一）工艺系统的热源

热源：内部热源（切削热、磨擦热）外部热源（环境温度、各种辐射热）热传递的方式:导热、对流、辐射传热

（二）工艺系统的热平衡和温度场概念 物体中各点温度的分布称为温度场。

二、工件热变形对加工精度的影响

使工件产生热变形的热源，主要是切削热。对于精密零件，周围环境温度和局部受到日光等外部热源的辐射热也不容忽视。产生圆度误差：

（一）工件比较均匀地受热

为了避免工件粗加工时热变形对精加工时加工精度的影响，在安排工艺过程时应尽可能把粗、精加工分开在两个工序中进行，以使工件粗加工后有足够的冷却时间。

（二）工件不均匀地受热

铣、刨、磨平面时，除在沿进给方向有温度差外，更重要的是在工件只是在单面受到切削热的作用，上下表面间的温度差将导致工件向上拱起，加工时中间凸起部分被切去，冷却后工件变成下凹，造成误差。3-45.JPG

三、刀具热变形对加工精度的影响

刀具热变形主要是由切削热引起的。为了减少刀具的热变形，应合理选择切削用量和刀具几何参数，并给以充分冷却和润滑，以减少切削热，降低切削温度。3-46.JPG

四、机床热变形对加工精度的影响

机床在工作过程中，受到内外热源的影响，各部分的温度将逐渐升高。机床空运转时，各运动部件产生的摩擦热基本不变。

机床类型不同，其内部主要热源也各不相同，热变形对加工精度的影响也不相同。3-47.JPG 3-48.JPG 3-49.JPG

五、减少工艺系统热变形对加工精度影响的措施

（一）减少热源的发热和隔离热源

工艺系统的热变形对粗加工加工精度的影响一般可不考虑，而精加工主要是为了保证零件加工精度，工艺系统热变形的影响不能忽视。

（二）均衡温度场3-50.JPG 3-51.JPG

（三）采用合理的机床部件结构及装配基准 1.采用热对称结构

在变速箱中，将轴、轴承、传动齿轮等对成布置，可使箱壁温升均匀，箱体变形减小。2.合理选择机床零部件的装配基准 3-52.JPG

（四）加速达到热平衡状态

对于精密机床特别是大型机床，达到热平衡的时间较长。为了缩短这个时间，可以在加工前，使机床作高速空运转，或在机床的适当部位设置控制热源，人为地给机床加热，使机床较快地达到热平衡状态，然后进行加工。

（五）控制环境温度

第五节 加工误差的统计分析

一、加工误差的性质

（一）系统误差

在顺序加工一批工件中，其加工误差的大小和方向都保持不变，或者按一定规律变化，统称为系统误差。前者称常值系统误差，后者称变值系统误差。

（二）随机误差

在顺序加工的一批工件中，其加工误差的大小和方向的变化是属于随机性的，称为随机误差。

二、分布图分析法

（一）实验分布图

选择组数k和组距d，对实验分布图的显示好坏有很大关系。组数过多，组距太小，分布图会被频数的随机波动歪曲；组数太少，组距太大，分布特征将被掩盖。k值一般应根据样本容量来选择。样本的平均值 样本的标准差

频率密度=

（二）理论分布曲线 1.正态分布

概率论已经证明，相互独立的大量微小随机变量，其总和的分布是符合正态分布的。

正态分布的概率密度函数为: 正态分布函数是正态分布概率密度函数的积分: 令 一般加工情况下应使 3-55.JPG 2.非正态分布 分散范围: 分布中心偏移量:

（三）分布图分析法的应用 1.判别加工误差性质

如前所述，假如加工过程中没有变值系统误差，那么其尺寸分布应服从正态分布，这是判别加工误差性质的基本方法。

2.确定工序能力及其等级

所谓工序能力是指工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。工序能力系数 3.估算合格品率或不合格品率

不合格品率包括废品率和可返修的不合格品率。它可通过分布曲线进行估算。3-57.JPG

三、点图分析法

（一）单值点图

点图反映了每个工件尺寸（或误差）与加工时间的关系，故称为单值点图。3-58.JPG

（二）—R图

1.样组点图的基本形式及绘制

2.—R图上、下控制线的确定 3-59.JPG 3-60.JPG

点图：中线 上控制线 下控制线 R点图：中线 上控制线

下控制线

四、机床调整尺寸

工艺系统调整时必须正确规定调整尺寸（调整时试切零件的平均值），才能保证整批工件的尺寸分布在公差带范围内。3-61.JPG 3-62.JPG 第六节 保证和提高加工精度的途径

一、误差预防技术

（一）合理采用先进工艺与设备 这是保证加工精度的最基本方法。（二）直接减少原始误差法

这也是在生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明影响加工精度的主要原始误差因素之后，设法对其直接进行消除或减少。3-64.JPG

（三）转移原始误差

误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到不影响（或少影响）加工精度的方向或其它零部件上去。3-65.JPG

（四）均分原始误差

（五）均化原始误差

（六）就地加工法

就地加工法的要点是：要保证部件间什么样的位置关系，就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一部件。

二、误差补偿技术

生产中发展了所谓积极控制的误差补偿法，积极控制有三种形式： 1.在线检测

这种方法是在加工中随时测量出工件的实际尺寸（形状、位置精度），随时给刀具以附加的补偿量以控刀具和工件间的相对位置。这样，工件尺寸的变动范围始终在自动控制之中。2.偶件自动配磨

这种方法是将互配件中的一个零件作为基准，去控制另一个零件的加工精度。3.积极控制起决定作用的误差因素

在某些复杂精密零件的加工中，当无法对主要精度参数直接进行在线测量和控制时，就应该设法控制起决定作用的误差因素，并把它掌握在很小的变动范围以内。第七节 加工误差综合分析实例 3-71.JPG 1.误差情况的调查 3-72.JPG 3-73.JPG 2.分析 3-74.JPG 3-75.JPG 3.论证 3-76.JPG 3-77.JPG 4.验证 3-78.JPG 3-79.JPG

第四章 机械加工表面质量

第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响

一、加工表面质量的概念

（一）加工表面的几何形状误差 4-1.JPG 1）表面粗糙度

表面粗糙度:是加工表面的微观几何形状误差，其波长与波高比值一般小于50。2）波度

加工表面不平度中波长与波高的比值等于50~1000的几何形状误差称为波度。3）纹理方向

纹理方向:是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中的机械加工方法。4-2.JPG 4）伤痕

伤痕:是在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。

（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能 1）表面层金属的冷作硬化

表面层金属硬化的变化用硬化程度和深度两个指标来衡量。2）表面层金属的残余应力

机械加工过程中，由于切削热的作用会引起表面层金属金相组织发生变化。3）表面层金属的残余应力

二、加工表面质量对机器零件使用性能的影响

（一）表面质量对耐磨性的影响 1.表面粗糙度对耐磨性的影响

表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。4-3.JPG 4-4.JPG 2.表面纹理对耐磨性的影响 3.冷作硬化对耐磨性的影响

加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。4-5.JPG

（二）表面质量对耐疲劳性的影响 1.表面粗糙度对耐疲劳性的影响

表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。2.表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响

表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。

（三）表面质量对耐蚀性的影响 1.表面粗糙度对耐蚀性的影响 2.表面层力学物理性质对耐蚀性的影响

当零件表面层有残余应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。

（四）表面质量对零件配合质量的影响 第二节 影响加工表面粗糙度的 工艺因素及其改善措施

一、切削加工表面粗糙度

切削加工表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度 图4-6

（一）几何因素的影响

用尖刀切削： 用圆弧刀切削：

（二）表面层金属的塑性变形——物理因素的影响4-7.JPG

二、磨削加工后的表面粗糙度

（一）几何因素的影响 1.磨削用量对表面粗糙度的影响

砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。2.砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响

（二）表面层金属的塑性变形——物理因素的影响 1.磨削用量

磨削深度对表层金属塑性变形的影响很大。增大磨削深度，塑性变形将随之增大，被磨的表面粗糙度值会增大。4-8.JPG 2.砂轮的选择

砂轮的粒度、硬度组织和材料的选择不同，都会对被磨工件表层金属的塑性变形产生影响，进而影响表面粗糙度。

第三节 影响表层金属力学物理性能 的工艺因素及其改进措施

一、加工表面层的冷作硬化

（一）概述

机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度结果增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。硬化层深度：

（二）影响切削加工表面冷作硬化的因素 1.切削用量的影响

切削用量中以进给量和切削速度的影响为最大。4-10.JPG 2.刀具几何形状的影响

切削刃钝圆半径的大小对切屑形成过程中的进行有决定性影响。4-11.JPG 3.加工材料性能的影响

工件材料的塑性越大，冷硬倾向越大，冷硬强度也越严重。

（三）影响磨削加工表面冷作硬化的因素 1.工件材料性能的影响

分析工件材料对磨削表面冷作硬化的影响，可以从材料的塑性和导热性两个方面着手进行。2.磨削用量的影响

加大磨削深度，磨削力随之增大，磨削过程的塑性变形加剧，表面冷硬倾向增大。4-12.JPG 3.砂轮粒度的影响

砂轮的粒度越大，每颗磨粒的载荷越小，冷硬程度也越小。

（四）冷作硬化的测量方法

冷作硬化的测量主要是指表面层的显微硬度HV和硬化层h的测量，硬化程度N可由表面层的显微硬度HV和工件内部金属原来的显微硬度HV。通过式（4-3）计算求得。4-13.JPG

二、表层金属的金相组织变化

（一）机械加工表面金相组织的变化

机械加工过程中，在工件的加工区及其邻近的区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。

（二）改善磨削烧伤的工艺途径 1.正确选择砂轮 2.合理选择磨削用量 4-14.JPG 4-15.JPG 3.改善冷却条件

磨削时磨削液若能直接进入磨削区，对磨削区进行充分冷却，能有效地防止烧伤现象的产生。4-16.JPG 4-17.JPG 4.开槽砂轮

在砂轮的圆周上开一些横槽，能使砂轮将冷却液带入磨削区，对防止工件烧伤十分有效。

三、表层金属的残余应力

在机械加工过程中，当表层金属组织发生形状变化、体积变化或金相组织变化时，将在表面层的金属与其基体间产生相互平衡的残余应力。4-19.JPG

（一）表层金属产生残余应力的原因

（二）影响车削表层金属残余应力的工艺因素 1.切削速度和被加工材料

用正前角车刀加工45钢的切削实验结果表明，在所有的切削速度下，工件表层金属均产生拉伸残余应力。这说明切削热因素在切削过程中起主导作用。4-20.JPG 2.进给量的影响

加大进给量，会使表层金属的塑性变形增加，切削区发生的热量也将增大。3.前角的影响

前角的变化不仅影响残余应力的数值和符号，而且在很大程度上影响残余应力的扩展深度。

（三）影响磨削残余应力的工艺因素 1.磨削用量的影响 2.工件材料的影响

一般来说，工件材料的强度越高、导热性越差、塑性越低，在磨削时表面金属产生拉伸残余应力的倾向就越大。4-24.JPG

（四）工件最终工序加工方法的选择

如何选择工件最终工序的加工方法，须考虑该零件的具体工作条件及零件可能产生的破坏形式。

四、表面强化工艺

这里所说的表面强化工艺是指通过冷压加工方法使表面层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面层产生压缩残余应力的表面强化工艺。表4-4-1.jpg 表4-4--2.jpg 表4-4-3.jpg

（一）喷丸强化

喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力，可显著提高零件的疲劳强度和使用寿命。

（二）滚压加工

滚压加工是利用经过淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，将表层的凸起部向下压，凹下部分往上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，从而修正工件表面的微观几何形状。4-25.JPG 第四节 机械加工过程中的振动

一、机械加工过程中的强迫振动

机械加工中的强迫振动是由于外界（相对于切削过程而言）周期性干扰力的作用而引起的振动。强迫振动是影响精密加工质量和生产率的关键问题。

（一）强迫振动产生的原因

强迫振动的振源有来自机床内部的称为机内振源，也有来自机床外部的，称为机外振源。

（二）强迫振动的特征

在机械加工中产生的强迫振动与一般机械振动中的强迫振动没有本质上的区别。

二、机械加工中的自激振动（颤振）

（一）概述 机械加工过程中，在没有周期性外力（相对于切削过程而言）作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称颤振。4-26.JPG

（二）产生自激振动的条件 1.自激振动实例 4-27.JPG 2.产生自激振动的条件

W振出>W振入时加工系统有持续的自激振动的产生分为三种情况

1）当W振出=W振入+ W摩阻（振入），加工系统有稳幅的自激振动的产生

2）当W振出 〉W振入+ W摩阻（振入），加工系统有振幅递减的自激振动的产生，振幅递增到一定程度出现新的能量平衡时，加工系统才会有稳幅的自激振动的产生。

3）当W振出 〈W振入+ W摩阻（振入），加工系统有振幅递减的自激振动的产生，振幅递增到一定程度出现新的能量平衡时，加工系统才会有稳幅的自激振动的产生。

（三）自激振动的激振机理

1.再生原理在金属切削过程中，除极少数情况外，刀具总是完全地或部分地在带有波纹的表面上进行切削的。4-31.JPG 4-32.JPG 2.振型耦合原理 4-33.JPG 4-34.JPG 3.负摩擦原理 4-36.JPG 4.切削力滞后原理

由于机床加工系统存在惯性与阻尼，因而实际作用在刀具上的切削力总是滞后于主振系统振动运动的。4-37.JPG 4-38.JPG

三、机械加工振动的诊断技术

机械加工振动的诊断，主要包括两个方面的内容。一是首先要判定机械加工振动的类别，要明确指出哪些频率成分的振动属强迫振动，哪些频率成分的振动属自激振动；二是如果已知某个（或几个）频率成分的振动是自激振动，还要进一步判定它是属于哪一种类型的自激振动。

（一）强迫振动的诊断 1.强迫振动的诊断依据

强迫振动与外界干扰力在频率方面的对应关系是诊断机械加工振动是否属于强迫振动的主要依据。2.强迫振动的诊断程序 频谱分析处理

做环境试验、查找机外振源 做空运转试验、查找机内振源

如果干扰力源在机床内部，还应查找其具体位置。

（二）再生型颤动的诊断 1.再生型颤动的诊断参数 2.相位差的测量与结果 3.再生型颤动的诊断要领

（三）振型耦合型颤振的诊断 1.振型耦合型颤振的诊断参数 2.振型耦合型颤振的诊断要领

（四）摩擦型颤振的诊断 1.摩擦型颤振的诊断参数 2.变化率的测量与计算 3.摩擦型颤振的诊断要领

（五）滞后型颤振的诊断 1.滞后型颤振的诊断参数 2.滞后型颤振的诊断要领

（六）诊断实例

1.工作条件与测试装置 4-39.JPG 4-40.JPG 2.诊断过程与诊断结果 4-41.JPG

四、机械加工振动的防治

（一）消除或减弱产生强迫振动的条件 1.减小机内外干扰力的幅值

在条件允许的情况下，适当降低换向速度及减小往复运动件的质量，以减少惯性力。2.适当调整振源的频率

（二）消除或减弱产生自激振动的条件 1.调整振动系统小刚度主轴的位置

除改进机床结构设计外，合理安排刀具和工件的相对位置，也可以调整小刚度主轴的相对位置。4-43.JPG 2.减小重叠系数

3.增加切削阻尼 4-44.JPG 适当减少刀具后角，可以加大工件和刀具后刀面之间的摩擦阻尼，对提高切削稳定性有利。4.采用变速切削方法加工

所谓变速切削就是人为地以各种方式连续改变机床主轴转速所进行的一种切削方式。4-45.JPG 4-46.JPG

（三）改善工艺系统的动态特性，提高工艺系统的稳定性 1.提高工艺系统刚度

提高工业系统的刚度，可以有效地改善工艺系统的抗振性和稳定性。2.增大工艺系统的阻尼

工艺系统的阻尼主要来自零部件材料的内阻尼、结合面上的摩擦阻尼及其它附加阻尼等。4-47.JPG

（四）采用各种消振装置

1、动力减振器 4-48.JPG

2、摩擦减振器

它是利用摩擦阻尼来消散振动能量。4-49.JPG

3、冲击式减振器 4-50.JPG

第五章 机器装配工艺过程设计 第一节 概述

一、机器装配的基本概念

任何机器都是由零件、套件、部件等组成的。为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的部分，称为单元。5-1.JPG

二、装配工艺系统图

在装配工艺规程制订过程中，表明产品零、部件间相互装配关系及装配流程的示意图称为装配系统图。5-2.JPG 5-3.JPG 5-4.JPG 5-5.JPG 5-6.JPG

第二 节 装配工艺规程的制定

装配工艺规程是指导装配生产的主要技术，制定装配工艺规程是生产技术准备工作的主要内容之一。

一、制定装配工艺规程的基本原则及原始资料

（一）制定装配工艺规程的原则 1）保证产品装配质量，力求提高质量，以延长产品的使用寿命

2）合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工手工劳动量，缩短装配周期，提高装配效率。3）尽量减少装配占地面积，提高单位面积的生产率。4）要尽量减少装配工作所占的成本。

（二）制定装配工艺规程原始资料

在制定装配工艺规程前，需要具备以下原始资料： 1.产品的装配图及验收技术标准 2.产品的生产纲领

二、制定装配工艺规程的步骤

根据上述原则和原始资料，可以按下列步骤制定装配工艺规程。

（一）研究产品的装配图及验收技术条件

审核产品图样的完整性、正确性；分析产品的结构工艺性；审核产品装配的技术要求和验收标准；分析与计算产品装配尺寸链。

（二）确定装配方法与组织形式

装配的方法和组织形式主要取决于产品的结构特点（尺寸和重量等）和生产纲领，并应考虑现有的生产技术条件和设备。

（三）划分装配单元，确定装配顺序

将产品划分为套件、组件及部件等装配单元是制定工艺规程中最重要的一个步骤。5-7.JPG 5-8.JPG

（四）划分装配工序

（五）编制装配工艺文件 第三节 机器结构的装配工艺性

一、机器结构能分成独立的装配单元

为了最大限度地缩短机器的装配周期，有必要把机器分成若干独立的装配单元，以便使许多装配工作同时平行进行，它是评定机器结构装配工艺的重要标志之一。5-9.JPG 5-10.JPG 5-11.JPG

二、减少装配的修配和机械加工

为了在装配时尽量减少修配工作量，首先要尽量减少不必要的配合面。因为配合面过大、过多，零件机械加工就困难，装配时修刮量也必然增加。

5-12.JPG 5-13.JPG 5-14.JPG 5-15.JPG 5-16.JPG

三、机器结构应便于装配和拆卸

机器的结构设计应使装配工作简单、方便。其重要的一点是组件的几个表面不应该同时装入基准零件（如箱体零件）的配合孔中，而应该先后依次进入装配。5-17.JPG 5-18.JPG 5-19.JPG

第四节 装配尺寸链

一、装配精度

装配精度不仅影响机器或部件的工作性能，而且影响它们的使用寿命。

（一）装配精度的内容

产品装配精度所包括的内容可根据机械的工作性能来确定，一般包括： 1.相互位置精度

相互位置精度是指产品中相关零部件间的距离精度和相互位置精度。2.相对运动精度

相互运动精度是产品中有相对运动的零部件之间在运动方向和相对运动速度上的精度。3.相互配合精度

相互配合精度包括配合表面间的配合质量和接触质量。

（二）装配精度与零件精度的关系

机器和部件是许多零件装配而成的，所以，零件的精度特别是关键零件的精度直接影响相应的装配精度。5-23.JPG 5-24.JPG

二、装配尺寸链的建立

（一）装配尺寸链的基本概念

在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链，称为装配尺寸链。5-25.JPG

（二）装配尺寸链的分类 1.直线尺寸链

由长度尺寸组成，且各环尺寸彼此平行。5-25.JPG 2.角度尺寸链

由角度、平行度、垂直度等构成。5-26.JPG 3.平面尺寸链

由成角关系的长度尺寸构成，且各环处于同一或彼此平行的平面内。5-27.JPG 4.空间尺寸链

由位于三维空间的尺寸构成的尺寸链。

三、装配尺寸链的查找方法

正确的查明装配尺寸链的组成，并建立尺寸链是进行尺寸链计算的基础。

（一）装配尺寸链的查找方法

（二）查找装配尺寸链应注意的问题

1.装配尺寸链应进行必要的简化 5-28.JPG 5-24.JPG 2.装配尺寸组成的“一件一环” 5-29.JPG 3.装配尺寸链的“方向性”

四、装配尺寸链的计算方法

装配尺寸链的计算可分为正计算和反计算。

第五节 保证装配精度的装配方法

一、互换装配法

互换装配法是在装配过程中，零件互换后仍能达到装配精度要求的装配方法。

（一）完全互换装配法

在全部产品中，装配时各组成环不需挑选或改变其大小或位置，装配后即能达到装配精度的要求，这种装配方法称为完全互换法。5-31.JPG 对于直线尺寸链 =1 按等公差原则确定平均极值公差 = 对于直线尺寸链 =1

（二）大数互换装配法

在绝大多数产品中，装配时各组成环不需挑选或改变其大小或位置，装配后即能达到装配精度的要求，但少数产品有出现废品的可能性，这种装配方法称为大数互换装配法。5-31.JPG 5-32.JPG 封闭环公差：

对于直线尺寸链 =1时，封闭环统计公差：

对于直线尺寸链 =1时，则组成环的平均统计公差： 对于直线尺寸链 =1时，则封闭环平方公差： 对于直线尺寸链 =1时，则组成环的平均平方公差：

二、选择装配法 选择装配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证装配精度的要求。

（一）直接选配法

在装配时，工人从许多待装配的零件中，直接选择合适的零件进行装配，以保证装配精度的要求。

（二）分组选配法 5-33.JPG 5-35.JPG

（三）复合选配法

复合选配法是分组装配法与直接选配法的复合，即零件加工后先检测分组，装配时，在各对应组内经工人进行适当的选配。

三、修配装配法

修配法是将尺寸链中各组成环按经济加工精度制造。

（一）补偿环被修配后封闭环尺寸变大

（二）补偿环被装配后封闭环尺寸变小

（三）修配的方法 最大修配量

1.单件修配法

单件修配法是在多环装配尺寸链中，选定某一固定的零件做修配件（补偿环），装配时用去除金属层的方法改变其尺寸，以满足装配精度的要求。2.合并加工修配法

这种方法是将两个或更多的零件合并在一起再进行加工修配，合并后的尺寸可看作为一个组成环，这样就减少了装配尺寸链组成环的数目，并可以响应减少修配的劳动量。5-36.JPG 3.自身加工修配法 5-36.JPG

四、调整装配法

在装配时，用改变产品中可调整零件的相对位置或选用合适的调整件以达到装配精度的方法称为调整装配法。

（一）固定调整法

在装配尺寸链中，选择某一零件为调整件，根据各组成环形成累积误差的大小来更换不同尺寸的调整件，以保证装配精度要求，这种方法即为固定调整法。

（二）可动调整法

采用改变调整件的相对位置来保证装配精度的方法称为可动调整法。5-37.JPG

（三）误差抵消调整法

在产品或部件装配时，通过调整有关零件的相互位置，使其加工误差相互抵消一部分，以提高装配的精度，这种方法称为误差抵消调整法。第六节 机器装配的自动化

一、自动装配机与装配机器人

（一）自动装配机

产品的装配过程所包括的大量装配动作，人工操作时看来容易实现，但如用机械化、自动化代替手工操作，则对装配机要求具备高度准确和可靠的性能。5-38.JPG

（二）装配机器人 5-39.JPG 5-40.JPG 5-41,5-42.jpg

二、装配自动线 5-43.JPG 5-44.JPG

第六章 机械制造技术的发展 第一节 现代制造技术的发展

一、现代制造技术的形成和特点

计算机技术、数控技术、控制论及系统工程与制造技术的结合，出现了制造系统，形成了现代制造工程学。现代制造技术的特点主要表现在三个方面： 1）制造已经成为一个系统 2）设计与工艺一体化 3）形成了制造科学

二、现代制造技术的内容和发展方向

现代制造技术的内容和发展方向大体上可以从5个方面来论述。1）制造系统的自动化、集成化和智能化 2）精密工程 3）特种加工方法

4）快速成形（零件）制造 6-1.JPG 5）传统加工工艺的改造和革新

第二节 机械制造系统自动化与计算机辅助制造

一、机械制造系统自动化

（一）单一产品大批量生产的自动化产品单

一、批量大时，可采用专用设备、专用流水线和自动线等刚性自动化措施来实现，一旦产品变化，则不能适应。通常采用的自动化措施有以下几项： 1）通用机床的自动化改造。2）自动机床和半自动机床 3）组合机床

4）自动生产线 6-2.JPG 6-3.JPG

（二）多品种小批量生产的自动化 1.成组技术

在机械加工中成组技术是成组工艺和成组夹具的综合，它是根据零件的几何形状、尺寸等几何特点和工艺特点的相似性进行分组分类，编制成组工艺，设计成组夹具。2.数字控制

在制造工艺中，数字控制技术主要是用来控制机床的运动，保证工件的尺寸和形位，由于它所控制的运动是以脉冲数量来计算，每一个脉冲信号机床运动部件所移动的距离称为脉冲当量，故称之为数字控制。3.适应控制

在机械加工中，在线检测加工状态，并及时修正控制参数，以实现加工过程的优化，获得预定的加工目标或效果，这种控制称为适应控制。

4.柔性制造系统 它是当前应用的最广泛的制造系统，一般是指可变的，自动化程度较高的制造系统。5.计算机集成制造系统

又称之为计算机综合制造系统，一般它是以计算机辅助设计为核心的产品建模信息系统。

二、柔性制造系统

（一）、柔性制造系统的特点和适应范围 有以下突出特点：

1）具有高度的柔性，能实现多种工艺要求不同的同“族”零件加工，实现自动更换工件、夹具、刀具及装夹，有很强的系统软件功能。

2）具有高度的自动化程度、稳定性和可靠性，能实现长时间的无人自动连续工作。3）提高设备利用率，减少调整、准备终结等辅助时间。4）具有高生产率。

5）降低直接劳动费用，增加经济收益。6-4,6-5.jpg

（二）柔性制造系统的类型（1）柔性制造单元 6-6.JPG（2）柔性制造系统 6-7.JPG（3）柔性制造生产线

（三）柔性制造系统的组成和机构 6-8.JPG 6-9.JPG 6-10.JPG 柔性制造系统由物质系统、能量系统和信息系统三部分组成。柔性制造系统的主要加工设备是加工中心和数控机床。

三、计算机集成制造系统

（一）计算机集成制造系统概念

计算机集成制造系统是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来，是适合于多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。

（二）计算机集成制造系统的构成 1.功能构成 6-11.JPG 1）设计功能 2）加工制造功能 3）生产经营管理功能 2.结构构成

3.学科构成 6-12.JPG 6-13.JPG

（三）计算机辅助设计/计算机辅助工艺过程设计/计算机辅助制造之间的集成 1.计算机辅助设计/计算机辅助工艺过程设计/计算机辅助制造三者之间的集成关系

在计算机集成制造系统中，计算机辅助设计是计算机辅助工艺过程设计的输入，其注意力主要是在机械零件的设计上，因此涉及机械零件的绘图及几何造型。6-15.JPG 2.集成制造环境下的计算机辅助工艺过程设计 6-16.JPG 3.集成制造环境下的计算机辅助制造 6-17.JPG

四、计算机辅助制造

（一）计算机辅助制造的概念

计算机辅助制造是通过计算机分级结构控制和管理过程的多方面工作，它的目标在于开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。

（二）计算机辅助制造系统的结构 6-18.JPG

第三节 精密加工和超精密加工技术

一、精密和超精密加工的概念

（一）精密和超精密加工的范畴

（二）精密和超精密加工的特点 1.“蜕化”和“进化”加工原则

一般加工时，“工作母机”（机床）的精度总是要比被加工零件的精度高，这一规律称之为“蜕化”原则，或称“母性”原则。2.微量切除（极薄切除）

超精密加工时，吃刀量极小，是微量切除和超微量切除，因此对刀具刃磨、砂轮修整和机床均有很高要求。3.形成了综合制造工业系统

精密加工和超精密加工是一门综合性高技术，要达到高精度和高表面质量，要考虑加工方法的选择、加工工具及其材料的选择、被加工材料的结构及质量、加工设备的结构及技术性能、测试手段和测试设备的精度、恒温净化防振的工作环境、工件的定位与夹紧方式和人的技艺等诸多因素，因此精密和超精密加工是一个系统工程，不仅复杂，而且难度很大。4.与自动化联系十分紧密

5.特种加工方法和复合加工方法的出现 6.加工检测一体化

二、精密和超精密加工方法 6-19.JPG

（一）金刚石刀具超精密切削 1.金刚石刀具超精密切削机理

由于金刚石刀具超精密切削是极薄切削，故其机理与一般切削有较大的差别。2.影响金刚石刀具超精密切削的因素 6-20.JPG

（二）精密磨削

精密磨削是指加工精度为1~0.1um、表面粗糙度达到Ra0.2~0.025um的磨削方法，它又称低粗糙度磨削。1.精密磨削机理

1）微刃的微切削作用，磨粒的微刃性和等高性。6-21.JPG 2）微刃的等高切削作用。3）微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。2.精密磨削砂轮及其修整

精密磨削砂轮的修整方法有单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修整等。6-22.JPG 6-23.JPG 3.精密磨床结构

（三）超硬磨料砂轮精密和超精密磨削 1.超硬磨料砂轮磨削特点

1）可用来加工各种高硬度、高脆性金属和非金属难加工材料。

2）磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。4）磨削效率高 5）加工综合成本低

2.超硬磨料砂轮修整 6-24.JPG

（四）精密和超精密砂带磨削 1.砂带磨削方式

可分为闭式和开式两大类。

砂带振动磨削是通过接触论带动砂带作沿接触轮轴向振动，可降低表面粗糙度值和提高效率。6-25.JPG 2.砂带磨削特点及其应用范围

（五）新型研磨抛光方法 1.磁性研磨

工件放在两磁极之间，工件和极间放入含铁的刚玉等磁性磨料，在直流磁场的作用下，磁性磨料沿磁力线方向整齐排列，如同刷子一般对被加工表面施加压力，并保持加工间隙。2.软质磨粒抛光

软质磨粒抛光的特点是可以用较软的磨粒，甚至比工件材料还要软的磨粒来抛光。6-27.JPG

三、微细加工技术

（一）微细加工概念及其特点

微细加工技术是指制造微小尺寸零件加工的生产加工技术。

（二）微细加工方法

微细加工方法和精密加工方法一样，也可分为切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工，大多数方法是共同的。6-28.JPG

第四节 特种加工技术

一、特种加工的概念

（一）特种加工的领域

特种加工是指非传统性加工，是相对于常规加工而言的。

（二）特种加工方法的种类 1）力学加工 2）电物理加工 3）电化学加工 4）激光加工 5）化学加工 6）复合加工

（三）特种加工的特点及应用范围

二、特种加工方法

（一）电火花加工 １.电火花加工原理

电火花加工是利用工具电极与工件电极之间脉冲性的火花放电，产生瞬时高温将金属蚀除，又称为放电加工、电蚀加工、电脉冲加工。6-29.JPG ２.电火花加工的基本工艺 １）极性效应

单位时间蚀除工件金属材料的体积或重量，称之为蚀除量或蚀除速度，由于正负极性的接法不同而蚀除量不一样，称之为极性效应。２）工作液 ３）电极材料

必须是导电材料，要求在加工过程中损耗小，稳定，机械加工性好。３.电火花加工的类型 １）电火花成形加工

２）电火花线切割加工 6-30.JPG 6-31.JPG ４.电火花加工的特点 电火花加工可加工任何导电材料，不论其硬度、脆性、熔点如何。５.电火花加工的应用范围

（二）电解加工 １.电解加工基本原理

电解加工是在工具和工件之间接上直流电源，工件接阳极，工具接阴极。6-32.JPG ２.电解加工的特点

３.电解加工方法及其应用 6-33.JPG

（三）超声波加工

超声波加工是利用工具作超声振动，通过工件与工具之间的磨料悬浮液而进行加工。１.超声波加工的基本原理 6-34.JPG ２.超声波加工设备

主要由超声波发生器、超声频振动系统、磨料悬浮液系统和基本体组成。３.超声波加工特点 ４.超声波加工方法的应用

（四）电子束加工

１.电子束加工原理 6-35.JPG ２.电子束加工装置

主要由电子枪系统、真空系统、控制系统和电源系统等组成。３.电子束加工的应用范围

（五）离子束加工 １.离子束溅射加工原理

离子束加工与电子束加工不同，离子束加工时，离子质量比电子质量大千倍甚至万倍，但速度较低，因此主要通过力效应进行加工。6-36.JPG ２.离子束加工装置

由离子源系统、真空系统、控制系统和电源组成。6-37.jpg ３.离子束加工的应用范围

（六）激光加工 １.激光加工机理

激光是一种通过受激辐射而得到放大的光。２.激光加工设备

主要有激光器、电源、光学系统和机械系统等。6-38.JPG ３.激光加工特点和应用范围 《机械制造工艺学》 多媒体课程建设项目组 2003年1月16日

第三篇：机械制造工艺及夹具课程设计

目 录

设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)

一、零件的分析„„„„„„„„„„„„„„„(2)1.1 零件的作用 1.2 零件的工艺分析

二、工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„(4)2.1 定位基准的选择 2.2 重点工序的说明 2.3 制订工艺路线 2.4 机械加工余量的确定 2.5 确定切削用量及基本工时

三、夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„(14)3.1 问题的提出 3.2 夹具设计

四、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„(17)

五 心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„（18）

机械制造工艺及夹具课程设计任务书

设计题目： “CA6140车床拨叉零件”机械加工工艺规程及夹具

生产纲领:年产量为5000件

设计内容：1.零件图一张

2.毛坯图一张

3.机械加工工艺过程 工序卡片一张

4.机床夹具设计 每人一套

5．夹具零件图一张

6.课程设计说明书一份

23456

采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。

ns=1000v10000.35==0.637r/s(38.2r/min)3.14175πdw按机床选取nw=31.5r/min=0.522r/s（表4—17）

πdwns 故实际切削速度ν==0.29m/s

1000切削工时

l=75mm，l1=175mm，l2=3mm tm= 2）粗铣右端面

粗铣右端面的进给量、切削速度和背吃刀量与粗铣左端面的切削用量相同。

切削工时

l=45mm，l1=175mm，l2=3mm tm= 3）精铣左端面

αfll1l2751753= =121.2s=2.02min

nwαfZ0.5220.2516ll1l2451753= =106.8s=1.78min

nwαfZ0.5220.2516=0.10mm/Z(表3-28)ν=0.30m/s（18m/min）(表3-30)采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。

ns=1000v10000.30==0.546r/s(32.76r/min)3.14175πdw按机床选取nw=31.5r/min=0.522r/s（表4—17）

πdwns 故实际切削速度ν==0.29m/s

1000切削工时

l=75mm，l1=175mm，l2=3mm

tm=

ll1l2751753= =302.92s=5.05min

nwαfZ0.5220.1016工序Ⅱ：钻、扩花键底孔 1）钻孔Ø 20㎜

f=0.75mm/r·Klf=0.75×0.95=0.71㎜/s(表3—38)ν=0.35m/s（21m/min）（表3—42）s=1000vπd=10000.35=5.57r/s(334r/min)w3.1420按机床选取 nw=338r/min=5.63r/s 故实际切削速度 ν=πdwns1000=0.35m/s 切削工时 l=80mm，l1= 10mm，l2=2mm tm=ll1l280102n= wf5.630.71=23s（0.4min）2）扩孔Ø 22㎜ f=1.07(表3—54)ν=0.175m/s（10.5m/min）1000v10000.s=πd=175w3.1422=2.53r/s(151.8r/min)按机床选取 nw=136r/min=2.27r/s 故实际切削速度 ν=πdwns1000=0.16m/s 切削工时 l=80mm，l1= 3mm，l2=1.5mm t1l2m=lln= 8031.5=35s wf2.271.07（0.6min）

n

n

工序Ⅲ：倒角1.07×15

f=0.05㎜/r(表3—17)ν=0.516m/s（参照表3—21）ns=1000vπd=10000.516=6.3r/s(378r/min)w3.1426 按机床选取 nw=380r/min=6.33r/s 切削工时 l=2.0mm，l1= 2.5mm，tm=ll1n= 2.02.5=14s（wf6.330.050.23min）

工序Ⅳ：拉花键孔

单面齿升 0.05㎜（表3—86）v=0.06m/s（3.6m/min）（表3—88）

切削工时（表7—21）thlKm=1000vS

zZ式中：

h——单面余量1.5㎜（由Ø 22㎜—Ø 25㎜）； l——拉削表面长度80㎜；

——考虑标准部分的长度系数，取1.20； K——考虑机床返回行程的系数，取1.40； V——切削速度3.6m/min； Sz——拉刀同时工作齿数 Z=L/t。t——拉刀齿距，t=(1.25—1.5)L=1.3580=12㎜

 Z=L/t=80/126齿

 t1.5801.201.40m=10003.60.066=0.15min(9s)工序Ⅴ：铣上、下表面 1）粗铣上表面的台阶面

αf=0.15mm/Z(表3-28)

ν=0.30m/s（18m/min）(表3-30)采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。

nv10000.30s=1000πd=w3.14175=0.546r/s(33r/min)按机床选取nw=30r/min=0.5r/s（表4—17）

故实际切削速度ν=πdwns1000=0.27m/s 切削工时

l=80mm，l1=175mm，l2=3mm tll1l2m=

n= 801753wαfZ0.50.1516=215s=3.58min 2）精铣台阶面 αf=0.07mm/Z(表3-28)ν=0.25m/s（18m/min）(表3-30)采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。n1000v10000.25s=

πd=w3.14175=0.455r/s(33r/min)按机床选取nw=30r/min=0.5r/s（表4—17）

故实际切削速度ν=πdwns1000=0.27m/s 切削工时

l=80mm，l1=175mm，l2=3mm tll1l280175m=

n= 3wαfZ0.50.0716=467s=7.7min）粗铣下表面保证尺寸75㎜

本工步的切削用量与工步1）的切削用量相同

112

三 夹具设计

3.1 问题的提出

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具 经过与指导老师协商，决定设计铣30x80面的铣床夹具。

3.2 夹具设计

1．定位基准的选择

由零件图可知，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。1．切削力和夹紧力计算

(1)刀具： 高速钢端铣刀 φ30mm z=6 机床： x51W型立式铣床

由[3] 所列公式 得 FCFapXFqVyufzzaeFzwFd0n

查表 9.4—8 得其中： 修正系数kv1.0

CF30 qF0.83 XF1.0

yF0.65 uF0.83 aP8 z=24 wF0

代入上式，可得 F=889.4N

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数 K=K1K2K3K4 其中：K1为基本安全系数1.5 K2为加工性质系数1.1 K3为刀具钝化系数1.1 K4 为断续切削系数1.1 所以 FKF1775.7N

2.定位误差分析

由于30x80面尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。3．夹具设计及操作说明

如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。

夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。铣床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图中。

四、参考文献

1.切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年 2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年 3.机床夹具设计软件版V1.0，机械工业出版社，2004 4.互换性与测量技术基础，刘品 刘丽华主编，哈尔滨工业大学出版社出版，2001年1月

5.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年

6.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年

7.机械工程手册 第8、9卷，机械工程手册、电机工程手册编委会，机械工业出版社出版，1982年

8.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月 9.机械工艺装备设计实用手册，李庆寿主编，宁夏人民出版社出版，1991年 10.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年

11.机床夹具设计，秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1998年 12.机械制造工艺学习题集，陈榕王树兜主编，福建科学技术出版社出版，1985年

13.机械制造工艺学课程设计指导书，赵家齐主编，哈尔滨工业大学出版社出版，2002年

14.金属切削机床夹具设计手册 第二版，浦林祥主编，机械工业出版社出版，1995年12月

15.机械零件手册，天津大学机械零件教研室编，人民教育出版社出版，1975年9月

五 心得体会

为期三周的工艺、夹具课程设计结束，回顾整个过程，我觉得受益匪浅。课程设计作为《机械制造技术基础》课程的重要教学环节，使理论与实际更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计主要经过了两个阶段。第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段中本人认真复习了有关书本知识学会了如何分析零件的工艺性，学会如何查有关手册，选择加工余量、确定毛坯类型、形状、大小等，绘制出了毛坯图。为了可以更深刻清楚的完成本次课程设计向老师请教了很多关于夹具方面的知识，而且自己也参阅了很多夹具设计的资料。又根据毛坯图和零件图构想出两种工艺方案，比较确定其中较为合理的工艺方案来编制工艺。其中运用了基准选择、切削用量选择计算、时间定额等方面的知识。还结合了我们生产实习中所看到的实际情况选定设备，填写了工艺文件。夹具设计阶段，运用工件定位、夹紧及零件结构设计等方面知识。

通过这次设计，我基本掌握了一个中等复杂零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具的设计的方法和步骤等。学会查阅手册，选择使用工艺设备等。

总的来说，这次设计，使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我独力思考问题、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于自己能力有限，设计中还有很多不足之处，恳请老师、同学批评指正。

第四篇：机械制造基础课程设计_夹具设计_工艺设计

机械制造基础夹具课程设计

设计题目：制订轴承端盖工艺及直径为

10mm孔夹具设计

班

级：

学

生：

指导教师：

目 录

设计任务书

一、零件的分析„„„„„„„„„„„„„„„

二、工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„

（一）、确定毛坯的制造形式„„„„„„„„

（二）、基面的选择„„„„„„„„„„„„

（三）、制订工艺路线„„„„„„„„„„„

（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺 才的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„

（五）、确定切削用量及基本工时„„„„„„

三、夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„

四、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„

野狼

①精基准的选择

1)基准重合原则 2）基准统一原则 3）自为基准原则 4)互为基准原则 5)便于装夹原则基准选择

粗基准的选择：以未加工外圆表面作为粗基准。

对于精基准而言，根据基准重合原则，选Ø16mm用设计基准作为精基准。

（三）制订工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。

1.工艺路线方案一

工序Ⅰ

铸造成型。

工序Ⅱ

时效处理。

工序Ⅲ

车Ø90mm，Ø52mm外圆。

工序Ⅳ

钻孔Ø32mm，Ø16mm，扩孔Ø32mm，Ø16mm，铰孔Ø32mm，Ø16mm。

工序Ⅴ

粗车，半精车，精车Ø56mm外圆及端面。工序Ⅵ

钻Ø11mm沉头孔，Ø7mm螺纹孔，M5螺纹底孔。工序Ⅶ

钻油孔Ø10mm。工序Ⅷ

钻孔Ø11mm。工序Ⅸ

攻丝M5。工序Ⅹ

攻丝M12。工序ⅩⅠ 清洗检查。

2.工艺路线方案二

工序Ⅰ

铸造成型。

工序Ⅱ

时效处理。

野狼

3．钻孔Ø16㎜，扩孔Ø16㎜，铰孔Ø16㎜ 根据“手册”表1—49，扩孔Ø16㎜ 2Z=1.6㎜ 铰孔Ø16㎜ Z=0.4㎜ 毛坯制造尺寸及技术要求见毛坯图。

图1 毛坯图

（五）确定切削用量及基本工时

1）工序Ⅲ

车Ø90mm，车Ø52mm及端面。机床：C6140车床 刀具：YT15硬质合金车刀 确定切削用量及加工工时：

确定加工余量为2mm，查《切削用量简明手册》，加工切削深度 ap2mm 由表4 f0.5~0.6mm/r，根据［3］表1 当用YT15硬质合金车刀加工铸铁

野狼

n1000vD5.03r/s

由机床 nc5.03r/s320r/min vcDnc10003.14565.0310000.884m/s

tmLnf255.030.56600.04min

车端面 tm2L/nf0.34min 3）工序Ⅴ

钻孔Ø32mm至Ø31mm，Ø16mm孔至Ø15mm 机床：Z535 刀具：高速钢麻花钻 确定切削用量及工削工时

f=0.75mm/r·Kl=0.75×0.95=0.71㎜/s(表3—38)

f ν=0.35m/s

（21m/min）

（表3—42）

ns=1000vπdw=

10000.353.1432=3.48r/s(334r/min)

按机床选取

nw=338r/min=5.63r/s

故实际切削速度

ν=

πdwns1000=0.35m/s

切削工时

l=80mm，l1= 10mm，l2=2mm

tm=ll1l2nwf=

121025.630.71=6s=0.1min

钻Ø16mm孔至Ø15mm 机床：Z535 刀具：高速钢麻花钻 确定切削用量及工削工时

f=0.75mm/r·Kl=0.75×0.95=0.71㎜/s(表3—38)

f

野狼

半精车端面 tm2L/nf0.34min 精车tmLnf255.030.56600.04min

精车端面 tm2L/nf0.34min

4）工序Ⅵ

粗镗Ø32mm至Ø31mm 机床：卧式镗床T618

刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5 切削深度ap：ap0.5mm

进给量f：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为aF=0.5mm。因此确定进给量f0.15mm/r

切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9，取V3.18m/s190.8m/min 机床主轴转速n：

n1000Vd01000190.83.14591029.9r/min，取n1000r/min

143.59101060093./ms

实际切削速度v，：vdn10工作台每分钟进给量fm：fmfn0.151000150mm/min 被切削层长度l：l52.5mm 刀具切入长度l1：l1aptgkr(2~3)0.5tg3022.87mm

刀具切出长度l2：l23~5mm

取l24mm 行程次数i：i1

机动时间tj1：tj1ll1l2fm102.8741500.112min

6）工序Ⅶ

扩,铰Ø16mm孔

扩孔Ø 16㎜ 机床：Z535立式钻床 刀个：高速钢扩孔钻 切削用量及工时：

野狼

进给量f：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为aF=0.5mm。因此确定进给量f0.15mm/r

切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9，取V3.18m/s190.8m/min 机床主轴转速n：

n1000Vd01000190.83.14591029.9r/min，取n1000r/min

dn10143.59101060093./ms

实际切削速度v，：v工作台每分钟进给量fm：fmfn0.151000150mm/min 被切削层长度l：l52.5mm 刀具切入长度l1：l1aptgkr(2~3)0.5tg3022.87mm

刀具切出长度l2：l23~5mm

取l24mm 行程次数i：i1 机动时间tj1：tj1 精镗Φ32 实际切削速度v，：vdn10143.59101060093./ms

ll1l2fm102.8741500.112min

工作台每分钟进给量fm：fmfn0.151000150mm/min 被切削层长度l：l52.5mm 刀具切入长度l1：l1aptgkr(2~3)0.5tg3022.87mm

刀具切出长度l2：l23~5mm

取l24mm 行程次数i：i1

机动时间tj1：tj1ll1l2fm102.8741500.112min

8）工序Ⅸ

钻Ø11mm沉头孔，Ø7mm螺纹孔，M5螺纹底孔, 攻丝M5。

机床：Z535立式钻床

钻沉孔

野狼

1工序X 钻M5底孔φ4,攻丝M5 机床：Z535钻床 刀具：高速钢麻花钻

由《机械加工工艺实用手册》表15-41

f=0.30mm/r

由《机械加工工艺实用手册》表10.4-9 v=0.161m/s ns1000vdw=9.86r/s=12.8r/min 按机床选取：

n710r/min11.83r/s

 v实际dn10003.145.211.8310000.193m/s

对于孔1：ll11l121221024mm 记算工时 ：

tm1l11l12lnf2511.830.307.04s0.117min

攻丝M5

a/加工条件：机床：Z535立时钻床..刀具：机用丝锥

其中d=5mm，.b/计算切削用量：ap=1.3mm 由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：

.f=1mm/r

v=0.12m/s

.确定主轴转速：

n=

1000vd0=286r/min

.按机床选取：

nw272r/min

野狼

按机床选取

nw=720r/min=12r/s

故实际切削速度

ν=

πdwns1000=0.38m/s

切削工时

l=32mm，l1= 10mm，l2=2mm tm=ll1l2nwf=

32210120.71=52s=0.868min 攻丝M12 由《机械加工工艺实用手册》表16.2-4

vcvd0Tmvy0pkv64.8103000..91..20..5116m/s

ns1000vdw=

10004.53.1410=143r/min

tm22ll111()pnn

1计算得t=0.38min

四、专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本课题选择工序Ⅹ 加工M5螺纹底孔, 攻丝M5专用夹具。

（二）提出问题

利用本夹具主要用来钻M5螺纹底孔Ø4㎜。在加工本工序前，其他重要表面都已加工，因此，在本道工序加工时，主要考虑如何保证中心对齐，如何降低劳动强度、提高劳动生产率，而精度则不是主要问题。

野狼

5K4为断续切削系数1.2。

所以 F'KF1.51.11.11.118953783（N）所需的实际夹紧力为3783N是不算很大，为了使得整个夹具结构紧凑，决定选用双螺纹压块夹紧机构。

1．位误差分析

定夹具的主要定位元件为一平面和一定位销：

定位销是与零件孔16相配合的，通过定位销削边销与零件孔的配合来确定加工孔的中心，最后达到完全定位。因此，定位销与其相配合的孔的公差相同，即公差为h7。

由于4是自由公差，因此满足公差要求。2．夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率，避免干涉，降低劳动强度。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比，由于切削力较小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求，并且避免复杂夹紧机构带来的结构庞大，旋转加工过程中不会干涉。

四、参考文献

1.[1]艾兴、肖诗纲.切削用量手册[M].北京：机械工业出版社，1985

野狼

第五篇：机械制造基础课程设计夹具设计工艺设计要点

机械制造基础课程设计

设计题目：制订轴承端盖工艺及直径为

10mm孔夹具设计

班

级：

学

生：

指导教师：

目 录

设计任务书

一、零件的分析………………………………………

二、工艺规程设计……………………………………

（一）、确定毛坯的制造形式……………………

（二）、基面的选择………………………………

（三）、制订工艺路线……………………………

（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺 才的确定……………………………………………

（五）、确定切削用量及基本工时………………

三、夹具设计…………………………………………

四、参考文献…………………………………………

订做 机械制造基础课程设计 工艺及夹具设计

联系QQ 834308595

订做 机械制造基础课程设计 工艺及夹具设计

联系QQ 834308595 ①精基准的选择

1)基准重合原则 2）基准统一原则 3）自为基准原则 4)互为基准原则 5)便于装夹原则基准选择

粗基准的选择：以未加工外圆表面作为粗基准。

对于精基准而言，根据基准重合原则，选Ø16mm用设计基准作为精基准。

（三）制订工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。

1.工艺路线方案一

工序Ⅰ

铸造成型。

工序Ⅱ

时效处理。

工序Ⅲ

车Ø90mm，Ø52mm外圆。

工序Ⅳ

钻孔Ø32mm，Ø16mm，扩孔Ø32mm，Ø16mm，铰孔Ø32mm，Ø16mm。

工序Ⅴ

粗车，半精车，精车Ø56mm外圆及端面。工序Ⅵ

钻Ø11mm沉头孔，Ø7mm螺纹孔，M5螺纹底孔。工序Ⅶ

钻油孔Ø10mm。工序Ⅷ

钻孔Ø11mm。工序Ⅸ

攻丝M5。工序Ⅹ

攻丝M12。工序ⅩⅠ 清洗检查。

2.工艺路线方案二

工序Ⅰ

铸造成型。

工序Ⅱ

时效处理。

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联系QQ 834308595

3．钻孔Ø16㎜，扩孔Ø16㎜，铰孔Ø16㎜ 根据“手册”表1—49，扩孔Ø16㎜ 2Z=1.6㎜ 铰孔Ø16㎜ Z=0.4㎜ 毛坯制造尺寸及技术要求见毛坯图。

图1 毛坯图

（五）确定切削用量及基本工时

1）工序Ⅲ

车Ø90mm，车Ø52mm及端面。机床：C6140车床 刀具：YT15硬质合金车刀 确定切削用量及加工工时：

确定加工余量为2mm，查《切削用量简明手册》，加工切削深度 ap2mm 由表4 f0.5~0.6mm/r，根据［3］表1 当用YT15硬质合金车刀加工铸铁时： ap7mm vt1.82m/s;切削修正系数：ktv0.65 kxtv0.92 ksv0.8

订做 机械制造基础课程设计 工艺及夹具设计

联系QQ 834308595

vcDnc10003.14565.030.884m/s

1000 tmL250.04min

nf5.030.5660车端面 tm2L/nf0.34min 3）工序Ⅴ

钻孔Ø32mm至Ø31mm，Ø16mm孔至Ø15mm 机床：Z535 刀具：高速钢麻花钻 确定切削用量及工削工时

f=0.75mm/r·Klf=0.75×0.95=0.71㎜/s(表3—38)ν=0.35m/s

（21m/min）

（表3—42）

ns=1000v10000.35==3.48r/s(334r/min)3.1432πdw

按机床选取

nw=338r/min=5.63r/s

πdwns

故实际切削速度

ν==0.35m/s

1000切削工时

l=80mm，l1= 10mm，l2=2mm

tm=ll1l212102= =6s=0.1min

5.630.71nwf钻Ø16mm孔至Ø15mm 机床：Z535 刀具：高速钢麻花钻 确定切削用量及工削工时

f=0.75mm/r·Klf=0.75×0.95=0.71㎜/s(表3—38)ν=0.35m/s

（21m/min）

（表3—42）

ns=1000v10000.35==5.2r/s(334r/min)3.1415.4πdw-7精车端面 tm2L/nf0.34min

4）工序Ⅵ

粗镗Ø32mm至Ø31mm 机床：卧式镗床T618

刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5 切削深度ap：ap0.5mm

进给量f：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为aF=0.5mm。因此确定进给量f0.15mm/r

切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9，取V3.18m/s190.8m/min 机床主轴转速n：

n1000V1000190.81029.9r/mind03.1459，取n1000r/min

实际切削速度v，：vdn143.5910101060093./ms

工作台每分钟进给量fm：fmfn0.151000150mm/min 被切削层长度l：l52.5mm 刀具切入长度l1：l1aptgkr(2~3)0.522.87mm tg30刀具切出长度l2：l23~5mm

取l24mm 行程次数i：i1 机动时间tj1：tj1ll1l2102.8740.112min fm1506）工序Ⅶ

扩,铰Ø16mm孔

扩孔Ø 16㎜ 机床：Z535立式钻床 刀个：高速钢扩孔钻 切削用量及工时： f=1.07(表3—54)ν=0.175m/s

（10.5m/min）

ns=1000v10000.175==3.48r/s

3.1416πdw-9n1000V1000190.81029.9r/mind03.1459，取n1000r/min

实际切削速度v，：vdn143.5910101060093./ms

工作台每分钟进给量fm：fmfn0.151000150mm/min 被切削层长度l：l52.5mm 刀具切入长度l1：l1aptgkr(2~3)0.522.87mm tg30刀具切出长度l2：l23~5mm

取l24mm 行程次数i：i1 机动时间tj1：tj1 精镗Φ32 实际切削速度v，：vll1l2102.8740.112min fm150dn143.5910101060093./ms

工作台每分钟进给量fm：fmfn0.151000150mm/min 被切削层长度l：l52.5mm 刀具切入长度l1：l1aptgkr(2~3)0.522.87mm tg30刀具切出长度l2：l23~5mm

取l24mm 行程次数i：i1 机动时间tj1：tj1ll1l2102.8740.112min fm1508）工序Ⅸ

钻Ø11mm沉头孔，Ø7mm螺纹孔，M5螺纹底孔, 攻丝M5。

机床：Z535立式钻床

钻沉孔

刀具：高速钢麻花钻

f=0.75mm/r·Klf=0.75×0.95=0.71㎜/s(表3—38)ν=0.35m/s

（21m/min）

（表3—42）

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f=0.30mm/r

由《机械加工工艺实用手册》表10.4-9 v=0.161m/s ns1000v=9.86r/s=12.8r/min dw按机床选取：

n710r/min11.83r/s

 v实际dn10003.145.211.830.193m/s

1000

对于孔1：ll11l121221024mm 记算工时 ：

tm1l11l12l257.04s0.117min

nf11.830.30 攻丝M5

a/加工条件：机床：Z535立时钻床..刀具：机用丝锥

其中d=5mm，.b/计算切削用量：ap=1.3mm 由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：

.f=1mm/r

v=0.12m/s

.确定主轴转速：

n=

1000v=286r/min d0.按机床选取：

nw272r/min

n0.11m/s

实际机床选取： v=

1000

切入，切出 l1.+l2=4mm

l=12mm

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3切削工时

l=32mm，l1= 10mm，l2=2mm tm=ll1l232210= =52s=0.868min

120.71nwf攻丝M12 由《机械加工工艺实用手册》表16.2-4

cvd064.8101..2vmy0kv16m/s 0..90..53001Tpns1000v10004.5==143r/min 3.1410dwv

tm22ll111()pnn

1计算得t=0.38min

四、专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本课题选择工序Ⅹ 加工M5螺纹底孔, 攻丝M5专用夹具。

（二）提出问题

利用本夹具主要用来钻M5螺纹底孔Ø4㎜。在加工本工序前，其他重要表面都已加工，因此，在本道工序加工时，主要考虑如何保证中心对齐，如何降低劳动强度、提高劳动生产率，而精度则不是主要问题。

（三）夹具设计 1.定位基准的选择

由零件图可知，为了定位误差为零，选择零件的上下表面为主要定位基准面。

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5订做 机械制造基础课程设计 工艺及夹具设计

联系QQ 834308595 所需的实际夹紧力为3783N是不算很大，为了使得整个夹具结构紧凑，决定选用双螺纹压块夹紧机构。

1．位误差分析

定夹具的主要定位元件为一平面和一定位销：

定位销是与零件孔16相配合的，通过定位销削边销与零件孔的配合来确定加工孔的中心，最后达到完全定位。因此，定位销与其相配合的孔的公差相同，即公差为h7。

由于4是自由公差，因此满足公差要求。2．夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率，避免干涉，降低劳动强度。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比，由于切削力较小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求，并且避免复杂夹紧机构带来的结构庞大，旋转加工过程中不会干涉。

四、参考文献

1.[1]艾兴、肖诗纲.切削用量手册[M].北京：机械工业出版社，1985

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