机器的组成与制造过程

请单击控件工具箱上的“退出设计模式”按钮，Flash就会在文档中播放。第 一 章机器的组成与制造考情分析年份单选多选综合合计分数%分数%分数%分数%2005310.0210.055.0200626.7210.044.0200726.7210.044.0平均7.810.004.3第一节机器的组成 一、按照功能分析机器的组成在日常生活和工程中经常见到的洗衣机、汽车、拖拉机、起重机、机床、机器人等，都称为机器。各种机器的构造不同，工作对象也不同。NN（请点击以上按钮播放）机器的用途不同，因而组成也各不相同。但是，从功能角度分析，大部分机器都包含有外界输入能量的动力部分、履行机器功能的执行部分（即工作部分）、介于动力部分和工作部分之间的传动部分及控制部分，如图1-3所示。（一）动力部分：原动机及其相应的配套装置。它的作用是将其它形式的能量转变为机械能。一次动力机：将一次能源直接转化为机械能，例如水轮机、内燃机等。二次动力机：将二次能源如电能、液压能等转化为机械能 ，如电动机等。常用的动力机有电动机、内燃机等。（二）传动部分：介于动力部分和工作部分之间，任务是将动力部分提供的机械能以动力和运动的形式，传递给工作部分。传动部分的功能是传递动力和运动、分配能量、改变速度和运动形式。现代机器的传动装置可以按照以下方法分类：1.按照传动的工作原理分为机械传动、流体传动、电力传动和磁力传动。其中，机械传动分为：摩擦传动：带传动、绳传动、摩擦轮传动等。啮合传动：齿轮传动、蜗轮传动、链传动、螺旋传动等。其他传动：连杆传动、凸轮传动、组合机构传动等。流体传动分为：液体传动：液压传动、液力传动。气压传动液体粘性传动电气传动分为：交流电力传动直流电力传动请同学们参考教材中的表1-1、表1-1续表。表11 按传动的工作原理分类传动类型说 明机械传动摩擦轮传动圆柱形、槽形、圆锥形、圆柱圆盘式摩擦传动挠性摩擦传动带传动：V带（普通V带、窄V带、大楔角V带、特殊用途V带）；平带；多楔带；圆带绳及钢丝绳传动摩擦式无级变速传动定轴的（无中间体的、有中间体的）动轴的有挠性元件的 啮合传动 齿轮传动圆柱齿轮传动啮合形式：内、外啮合；齿条齿形曲线：渐开线；单、双圆弧；摆线齿向曲线：直齿；螺旋（斜）齿；曲线齿圆锥齿轮传动啮合形式：外、内啮合；平顶及平面齿轮齿形曲线：渐开线；单、双圆弧齿向曲线：直齿；斜齿；弧线齿动轴轮系渐开线齿轮行星传动（单自由度、多自由度）摆线针轮行星传动谐波传动（三角形齿、渐开线齿）非圆齿轮传动可实现主、从动轴间传动比按周期性变化的函数关系章动传动一种大传动比、高效率、低噪声的互包络线结构蜗杆传动圆柱蜗杆传动按形成原理：普通圆柱蜗杆传动（阿基米德、渐开线、法向直廓、锥面包络蜗杆）圆弧圆柱蜗杆传动（轴面、法面圆弧齿，锥面、环面包络的圆柱蜗杆）环面蜗杆传动直廓环面蜗杆传动平面包络环面蜗杆传动（平面一次包络、平面二次包络蜗杆）锥蜗杆表11续表传动类型说 明 机械传动啮合传动挠性啮合传动链传动：套筒滚子链、套筒链、弯板链、齿形链带传动：同步带螺旋传动摩擦形式：滑动、滚动、静压头数：单头、多头其他传动连杆机构曲柄摇杆机构（包括脉动无级变速器）、双曲柄机构、曲柄滑块机构、曲柄导杆机构、液压缸驱动的连杆机构凸轮机构直动和摆动从动件的凸轮机构，凸轮式无级变速器组合机构齿轮连杆、齿轮凸轮、凸轮连杆、液压连杆系统流体传动气压传动运动形式：往复移动、往复摆动、旋转液压传动速度变化：恒速、有级调速、无级调速液力传动液力变矩器液力耦合器液体粘性传动与多片摩擦离合器相似，借改变摩擦片间的油膜厚度与压力，以改变油膜的剪切力进行无级变速传动电力传动交流电力传动恒速，可调速（电磁滑差离合器、调压、串级、变频、无换向器电动机等）直流电力传动恒速，可调速（调磁通、调压、复合调速）磁力传动可透过隔离物传动：磁吸引式、蜗流式不可透过隔离物传动：磁滞式、磁粉离合器2.按照传动比变化的情况分为定传动比传动和变传动比传动。请同学们参考教材中的表1-2。表12 按传动比变化情况分类传动分类说 明传动举例定传动比传动输入与输出转速对应，适用于工作机工况固定，或其工况与动力机工况对应变化的场合带、链、摩擦轮传动，齿轮、蜗杆、章动传动有级调速一个输入转速对应若干个输出转速，且按某种数列排列，适用于动力机工况固定而工作机有若干种工况的场合，或用来扩大动力机的调速范围齿轮变速箱、塔轮传动变传动比无级调速一个输入转速对应于某一范围内无限多个输出转速，适用于工作机工况极多或最佳工况不明确的情况各种机械无级调速器、液力耦合器及变矩器、电磁滑差离合器、流体粘性传动按周期性输出角速度是输入角速度的周期性函数，用来实现函数传动及改善某些机构的动力特性非圆齿轮、凸轮、连杆机构、组合机构（三）工作部分：直接完成机器的预定功能的部分，例如，起重机的吊钩和车轮、推土机的大铲和履带、汽车的车身和轮胎等。工作部分是使加工对象性能、状态、形状、位置发生变化的部分。不同机器，其原动部分和传动部分可能相同，而工作部分不同。所以，工作部分是机器设备区分和分类的依据。动力部分、传动部分和控制部分都应该根据工作部分的功能要求和动力参数的合理范围进行设计和选择。（四）控制部分：完成被控参数的调节。在工业加热炉中，被控变量是炉温，而操纵变量是送入的煤气量。通过热电偶检查加热炉的温度并将它转换为电信号，送到比较器与预先设定的温度值进行比较，再把差值放大后驱动执行机构，调节煤气阀门的开度，从而实现控制炉温的目的。控制系统由控制器和被控对象组成。 控制器要完成被控参数的调节，应有四个基本部件：给定值发生器、比较器、驱动和执行机构、检测及变换元件。1.模拟控制与数字控制控制系统中，连接各环节间的信号分为两种。一种是模拟量，即时间上和数值上都连续变化的物理量，例如温度、压力、流量、电压、电流等；另一类是数字量，即在时间上或数值上不连续变化的物理量，例如数字逻辑电路中的开关信号和计算机中的数。在一个系统中，如果各环节间所有的信号都是模拟量，这个系统就称为模拟控制系统或模拟控制器；如果各环节间有一个或多个信号为数字信号，则该系统称为数字控制系统或数字控制器。所有的计算机控制系统都是数字控制系统。2.闭环控制系统和开环控制系统闭环控制系统：在这种控制系统中，系统通过测量元件对被控对象的被控参数（如温度、压力、流量、转速、位移等）进行测量，再将其反馈到输入端，与输入的给定值进行比较，然后形成误差信号。反馈就是将输出量返回馈送，并与输入量进行比较的过程。比较的结果成为偏差。自动控制过程就是测偏和纠偏的过程。这一原理称为反馈控制原理。在闭环控制系统中，操纵变量作用于被控对象的被控变量；而被控变量的变化又通过自动控制去影响操纵变量。从信息的传递关系来看，构成了一个闭合回路，所以，称之为闭环控制系统。由于被控变量的信息要送回到自动控制装置，所以也称之为反馈控制系统。开环控制系统：在这种控制系统中，输出量不影响系统的控制作用，即系统的输出端与输入端之间，没有反馈通道。与闭环控制系统不同，它不需要被控对象的反馈信号，控制器直接根据给定值控制被控对象工作。开环控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间的误差。其控制功能显然要比闭环控制系统差。3.计算机控制系统在这种控制系统中，控制器的功能由计算机来实现。如果计算机是微型计算机，就称之为微机控制系统。在一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件产生的，要改变规律就要改变硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律由软件实现，要改变控制规律只要修改程序就可以了。二、按照结构分析机器的组成（一）零件：机器的制造单元。（二）构件：机器的运动单元。一个构件可以是一个零件，也可以是若干零件的刚性组合。例如，内燃机的曲轴就是一个零件组成的构件，而连杆则是由连杆体连杆盖、轴瓦、螺栓和螺母等多个零件所组成的构件。内燃机中的曲柄滑块机构 NNN（请点击以上按钮播放）（三）机构：由若干构件组合而成，各构件之间具有确定的相对运动。（四）机器：由若干构件组和而成，各构件之间具有确定的相对运动，能够实现其它能量和机械能的转换。（五）机械：机器和机构的总称。第二节机械工程常用材料 一、机械工程常用材料的分类（一）按照材料的组成分类图1-10 机械工程材料按应用分类（二）按照材料的应用分类二、常用的机械工程材料（一）黑色金属：指钢和以铁为主的合金。1.碳钢。（1）根据碳含量，碳钢分为： 低碳钢：含碳量0.25% 中碳钢：含碳量 0.250.6% 高碳钢：含碳量0.6%（2）根据钢的质量，碳钢分为：普通碳素钢：S 含量低于0.055% P 含量低于0.045%优质碳素钢：S、P含量均低于0.040%高级优质碳素钢 ：S 的含量低于0.030% P 的含量低于0.035%（3）根据钢的用途，碳钢分为：碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器零件，属于低碳和中碳钢。碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、工具、量具、模具等，属于高碳钢。2.合金钢。在炼钢时有意识地加入一些合金元素，称为合金钢。（1）根据用途，合金钢分为：合金结构钢（普通低合金钢、易削钢、弹簧钢、轴承钢等）合金工具钢（刃具钢、模具钢、量具钢等） 特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）（2）根据合金元素含量，合金钢分为：低合金钢：合金元素含量5%中合金钢：合金元素含量510%高合金钢：合金元素含量10%（3）根据正火状态，合金钢分为：珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢以及铁素体钢。3.钢的牌号。（1）普通碳素结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q” 、屈服极限数值（单位为MPa）、质量等级符号 、脱氧方法符号四个部分组成。质量等级有四级，分别以A、B、C、D表示。脱氧方法以F、b、Z 与 TZ 分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢及特殊镇静钢。例如，Q235AF表示屈服强度为235Mpa、质量等级为A、沸腾钢。（2）优质碳素结构钢用两位数字表示含碳量为万分之几。如45钢，含碳量为0.45%；45Mn，钢中含锰较多，在0.7%1.2%。（3）碳素工具钢含碳量较高，0.651.35%。代号：T + 数字（表示含碳量为千分之几）。如T8钢，含碳量为0.8%；T8A，高级优质碳素工具钢。（4）合金结构钢 两位数字（含碳量的万分之几）+ 合金元素符号 + 数字（元素含量的百分之几，1.5%以下不注）如12CrNi3钢，含碳量0.12%，含Cr小于1.5%，平均含Ni 3%。（5）合金工具钢与合金结构钢类似，只是当含碳量大于等于1% 时，不注明；小于1% 时，以千分之几表示。如9CrSi钢，含碳量为0.9%；Cr,Si含量均小于1.5%。4.铸铁：分为灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁四种。灰口铸铁脆性大，成本低，铸造性、减振性能好，可制成形状复杂的零件。灰口铸铁牌号用HT表示，后面的数字表示强度（直径30mm试棒）。例如HT150，表示抗拉强度为150 Mpa 。球墨铸铁：含球状石墨。球墨铸铁特点是强度、塑性、韧性比灰口铸铁好，具有较高的延展性和耐磨性，减振性、耐磨性、切削性能、铸造性均优于钢。球墨铸铁牌号用QT表示，例如QT500-7，表示最低抗拉强度为 500Mpa，而最小伸长率为7%。黑色金属碳素钢含碳量低碳钢中碳钢高碳钢硫、磷含量普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢用途碳素结构钢碳素工具钢合金钢用途合金结构钢合金工具钢特殊性能钢合金元素含量低合金钢中合金钢高合金钢铸铁灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁碳钢根据碳含量，碳钢分为含碳量%低碳钢0.25中碳钢0.250.60高碳钢0.60根据钢的质量，碳钢分为S（硫）%P（磷）%普通碳素钢0.0550.045优质碳素钢0.0400.040高级优质碳素钢0.0300.035根据合金元素含量，合金钢分为合金元素含量低合金钢5%中合金钢5%10%高合金钢10%黑色金属牌号举例材 料举 例方 法普通碳素结构钢Q235AFQ + 屈服极限 + 质量等级 + 脱氧方法优质碳素结构钢45、45Mn万分之含碳量碳素工具钢T8、T8AT + 千分之含碳量合金结构钢12CrNi3万分之含碳量 + 合金元素符号 + 合金元素百分含量（1.5%以下不注）合金工具钢9CrSi千分之含碳量（1%不注）+ 合金元素符号+ 合金元素百分含量（1.5%以下不注）灰口铸铁HT150HT + 抗拉强度球墨铸铁QT5007QT +最低抗拉强度 + + 最小伸长率（二）有色金属指非铁金属及其合金。铜合金。可以分为黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜以及白铜。其中，黄铜为铜锌合金。此外，还有铝合金、钛合金等。（三）非金属材料包括工程塑料、橡胶、人工合成矿物及复合材料。 1.工程塑料。密度小，耐蚀性好，绝缘，加工性好。机械强度差，特别是刚性差，耐热性低，一般为100C以下。散热性差，易老化，易燃。常用的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚酰胺（尼龙）等。2.橡胶。常用的橡胶材料有天然橡胶、合成橡胶和特种合成橡胶。弹性好，绝缘性好，耐磨损，耐化学腐蚀，耐放射性。主要用于弹性材料、密封材料、减振材料、传动材料。3.人工合成矿物。主要有刚玉和石英。 4.复合材料。由基体材料和增强材料组成。基体是强度高、韧性好的材料，例如聚合物、橡胶、金属；而增强材料是高强度、高弹性模量的材料，例如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等。复合材料的特点是力学性能好，并且具有某种特殊的热、电、光、磁性。 三、金属材料的工程性能（一）力学性能是结构件选材的主要依据。其中包括强度、刚度、塑性、韧性、硬度等。强度指标。主要有比例极限、弹性极限、屈服极限及强度极限。刚度指标。反映了材料抵抗弹性变形的能力。主要是弹性模量，数值上等于产生单位应变所需要的应力。塑性指标。衡量材料延展性性能的指标，包括伸长率和断面收缩率。韧性指标。衡量材料承受冲击载荷的能力。韧性是材料破坏所需要的功。主要指标是冲击韧度，代表材料缺口处单位面积上所消耗的冲击功。硬度。表明材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。常采用压痕深度或压痕单位表面积所承受的载荷作为硬度值高低的指标。黑色金属材料力学性能的影响因素。1.含碳量的影响：钢的含碳量越高，材料的强度和硬度越高，塑性降低。2.合金元素的影响：铬可以提高钢的硬度、耐磨性、冲击韧性和淬透性；锰可以提高钢的强度和淬透性；镍可以提高钢的强度、耐热性和耐蚀性； 钨可以提高钢的硬度和韧性。3.温度的影响：高温下强度和硬度随温度升高而降低，塑性增高。4.热处理的影响：不同的热处理工艺会使钢的工程性能产生不同程度的变化。（二）材料的工艺性能。材料的工艺性能主要指铸造性、可锻性、可焊性以及切削加工性等。（三）在机械工程行业中，物理化学性能不是主要参数，但是在某些情况下，也必须考虑。 材料的物理性能，主要包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性及磁性等。材料的化学性能，主要包括耐腐蚀性、抗氧化性、以及热化学稳定性等。四、材料的选用原则（一）使用要求考虑的主要因素是零件的工作和受载情况、对零件尺寸和重量的限制以及零件的重要程度。若零件的尺寸取决于强度，且尺寸和重量又受到某些限制时，应选用强度较高的材料。若零件的尺寸取决于接触强度，应选用可以进行表面强化处理的材料，如调质钢、渗碳钢、渗氮钢等。若零件的尺寸取决于刚度，则应选用弹性模量较大的材料。 滑动摩擦下工作的零件，为减小阻力应选用减摩性能好的材料。高温下工作的零件，应选用耐热材料。腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料。采取适当的热处理工艺，可以充分发挥材料的潜力。（二）工艺要求主要涉及到工艺方法、生产条件以及毛坯的制取方法。（三）对经济要求的考虑不应片面选用优质材料。在满足使用和工艺要求前提下，应选用普通材料和价格低廉的材料，以降低生产成本。第二节的要点1.分类（金属、非金属）（黑色、有色）（碳素钢、合金钢、铸铁）（碳素结构钢、碳素工具钢）2.牌号（碳钢、合金钢、铸铁）3.性能（力学、工艺、物理化学）4.选用（使用、工艺、经济）第三节机器制造基本过程 一、机器的生产过程和工艺过程（一）机器的生产过程：把原材料转变为产品的全部过程，包括： 1.生产服务过程。 2.技术准备过程。3.毛坯制造过程。4.零件加工过程。5.产品装配过程。机器的生产是一个复杂的过程。下面，我们以汽车的生产为例来说明这个问题。汽车是由很多零件、部件、分总成等装配而成的。这包括原材料制造成产品的全部过程，包括原材料的运输、保管、毛坯制造、机械加工、热处理、部件装配与总装配、产品的品质检验、调试、涂装及包装、储存等。如下图所示。在实际生产中，汽车的生产是一个社会化的过程，是由若干不同的专业化生产厂（或车间）合作完成的。这些专业化工厂（车间）按照产品的协作原则组织生产，分工合作。 （二）机器的制造工艺过程：按照一定顺序改变生产对象的形状、尺寸、相对位置或性质等，使其成为成品或半成品的过程。1.工序：工艺过程最基本的组成单位。工序是指一个或一组工人，在一个工作地点，对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。（三个不变，一个连续）2.工艺规程：一个零件往往可以采用不同的加工方法或不同的加工过程进行加工。工程技术人员可以从几个不同的方案中选择在具体生产条件下最合理的一个，并编制工艺文件，用表格或文字形式确定下来，作为组织生产、指导生产、编制生产计划的依据。这一工艺文件即是该零件的加工工艺规程。工艺规程是组织车间生产的主要技术文件，是生产准备和计划调度的主要依据。 3.工艺过程卡片：按工序填写的表格，用以说明零件各工序的加工内容、所需设备、加工车间及各工序的先后次序。有了工艺规程，在产品投入生产之前就可以根据它进行一系列的准备工作。如原材料供应；机器的调整；专用工艺装备的设计与制造；生产作业计划的编排；劳动力的组织以及生产成本的核算等。在新建和扩建工厂、车间时，只有根据工艺规程和生产数量才能准确地确定生产所需机床的种类和数量；工厂或车间的面积；机床的平面布置；生产工人的工种、等级、数量以及各辅助部门的配备等。因此，了解了工艺规程就可以了解工厂生产的基本情况。表1-3工艺过程卡片工厂工艺过程卡片产品名称及型号零件名称零件图号材料名称毛坯种类零件毛重第 页牌号尺寸重量净重共 页性能每台件数每批件数续表工序号工序内容加工车间设备名称及编号工艺装备名称及编号技术等级时间定额夹具刀具量具单件准备与终结更改内容编制校对审核会签网络大学机械设计制造及其自动化专业机械加工工艺过程卡片零件图号零件名称中间轴齿轮451082工序号工序号名称及内容机床夹具刀具量具辅具工时名称型号名称规格名称规格01扩孔立式钻床Z550气动爪卡盘扩孔钻60.5塞规 02粗车外圆，粗车一端大、小端面，一端内孔倒角多刀半自动车床C7125气动可胀心轴左偏刀弯头刀90o45o游标卡尺0.05/20003半精车外圆，粗车另一端大、小端面，一端外圆倒角多刀半自动车床C7125气动可胀心轴左偏刀弯头刀90o45o游标卡尺0.05/20004拉孔卧式拉床L6120拉孔夹具拉刀塞规 05精车外圆，精车一端大、小端面，一端外圆倒角普通车床C6132气动可胀心轴弯头刀45o游标卡尺百分表检验心轴0.05/2000-5顶尖座06精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角普通车床C6132气动可胀心轴弯头刀右偏刀45o75o游标卡尺百分表检验心轴0.05/2000-5顶尖座07车槽普通车床C6132三爪卡盘切槽镗刀内槽卡板08中间检验塞规游标卡尺百分表检验心轴内槽卡板 0.05/2000-5顶尖座网络大学机械设计制造及其自动化专业机械加工工艺过程卡片零件图号零件名称中间轴齿轮451082工序号工序号名称及内容机床夹具刀具量具辅具工时名称型号名称规格名称规格09滚齿滚齿机Y3150滚齿夹具剃前滚刀公法线千分尺2550滚刀杆10一端齿圈倒角倒角机Y9332倒角夹具倒角刀定位装置11另一端齿圈倒角倒角机Y9332倒角夹具倒角刀定位装置12剃齿剃齿机Y4232剃齿心轴剃齿刀公法线千分尺标准齿轮综合检查仪255013检验公法线千分尺标准齿轮综合检查仪255014热处理15磨孔内圆磨床M2120节圆卡盘砂轮塞规62H16最终检验塞规公法线千分尺标准齿轮综合检查仪62H25-50顶尖座设计者指导教师 共 页第 页强调：工序是工艺过程最基本的组成单位； 同时，在生产管理上，工序又是制定定额、计算劳动量、配备工人、核算生产能力、安排生产作业计划、进行质量检验和班组经济核算的基本单位。二、毛坯生产毛坯：供进一步加工用的生产对象。铸造、压力加工和焊接是获得毛坯的主要手段。（一）铸造：将熔化的液体金属浇铸到与零件形状相似的铸型型腔中，冷却凝固后，获得毛坯。 常用的铸造合金是铸铁、铸钢和铸造有色金属。其中，铸铁特别是灰口铸铁使用最普遍。铸造的主要步骤： 1.制备具有和零件形状相适应空腔的铸型；2.制备成分、温度合格的液态金属；3.将液态金属浇入铸型空腔内；4.凝固后取出铸件并清理铸件的表面和内腔。 （二）压力加工：利用外力使金属材料产生永久变形，制成所需尺寸和形状毛坯或零件的加工方法。压力加工的主要生产方法有锻造和冲压。1.锻造：自由锻（加热坯料放在平砧之间）自由锻精度低、生产率不高，适用于单件、小批、形状简单的零件。模锻（加热坯料放在锻模模膛内）模锻精度高、可以锻造形状比较复杂的零件，加工余量小，生产率高，但需要锻模，只适用于生产大批量中小型零件。 钢的始锻温度一般在1200 ，终锻温度为800 。2.冲压：利用冲模对板料（包括带材、管材、型材）加压，使之产生分离或变形。冲压主要应用于加工塑性良好的板材或其它薄壁的型材。冲压可以冲制出形状复杂、尺寸精度较高的零件，一般不经机械加工即可使用。比较而言，锻造需要对毛坯加热，然后再施加外力使之变形；而冲压则在常温下进行。（三）焊接1.熔焊：焊接接头处加热至熔化状态，凝固后连接成一个整体。如气焊、电弧焊、电渣焊、等离子焊。2.压焊：接头处加压，使之紧密接触，连接成一个整体。如摩擦焊、电阻焊。3.钎焊：被焊金属不熔化，利用熔点较低金属作为钎料熔化后将焊件连接起来。如铜导线的焊接。注意：电阻焊不属于融焊，而是压焊的一种；压焊时不一定要加热，但一定要加压。铸造锻造冲压焊接常用材料铸铁铸钢有色金属中碳钢合金结构钢低碳钢有色金属薄板低碳钢合金钢铝合金结构特征形状大小不受限制可以相当复杂形状一般比铸件简单结构轻巧形状可以比较复杂尺寸、形状不受限制力学性能适用范围铸铁件具有减震耐磨性能，但力学性能差用于受力不大或以承压为主的零件主要用于对力学性能，尤其是对强度和韧性要求高的零件用于以板材成型的各种零件焊接接头性质接近母材主要用于各种金属结构精度低自由锻精度低模锻精度比较高精度高一般无须再加工应用举例床身、箱体机架、活塞环轴、齿轮、凸轮、螺栓、弹簧、模具电器外壳仪表零件油箱水箱锅炉、压力容器、桥梁、船体、车身 三、切削加工利用刀具或特种加工，切去多余金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的加工方法。（一）钳工：使用手持工具加工。（二）机工：使用机床加工。（三）特种加工：直接利用电能、声能、光能、化学能或与机械能组合等形式将坯料或工件上多余的材料去除的加工方法。钢的热处理是指在固态下对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的内部组织，从而得到所需组织和性能的一种工艺方法。四、热处理在机械制造中，所有重要的工具和零件都要进行热处理，而且有的零件在整个工艺过程中要处理二次以上。除了合金化以外，热处理方法是改变金属材料性能的主要途径。热处理和其他加工工序不同，它的目的不是改变零件的形状和尺寸，而只是改变其内部组织和性能。它是保证零件内在质量的重要工序。根据热处理的目的要求和工艺方法的不同，钢的热处理分类如下：（一）普通热处理1.退火。把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷、坑冷、砂冷、灰冷）的热处理工艺叫退火。2.正火。把钢加热到相变温度以上一定温度，保温一定时间，然后空冷的热处理工艺叫正火。退火与正火的共同点是主要用于铸、锻、焊毛坯的预备热处理，以改善毛坯机械加工性能，去除内应力，为最终热处理作准备，也可用于性能要求不高的机械零件的最终热处理。二者的区别是冷却速度不同：正火冷速较大，强度和硬度也较高。正火比退火生产周期短，设备利用率高，比较经济。若零件尺寸较大或形状较复杂，正火可能会产生较大的内应力和变形，甚至开裂。3.淬火。把钢加热到相变温度以上的某一温度，然后快速冷至室温（油冷或水冷），从而提高钢的硬度和耐磨性。4.回火。将淬火后的工件加热至低于相变点某一温度，保持一段时间，然后冷却，使组织成为较稳定的状态，叫回火。回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，防止工件变形和开裂。使不稳定的组织趋于稳定，以保持工件的形状尺寸精度，并获得所要求的组织和性能。淬火后，钢的硬度虽高，但脆性过大，组织不稳定，不宜直接使用。经过回火硬度下降，但韧性有较大改善。淬火和回火必须配合使用，单独进行任何一个操作都是没有意义的。（二）表面热处理1.表面淬火有些零件在使用中承受摩擦、疲劳或冲击载荷，一般要求其表面具有高的强度、硬度、耐磨性及疲劳强度，而心部则具有足够的塑性和韧性。表面淬火是满足上述性能要求的有效方法之一。表面淬火是在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热处理方法。目前生产中广为应用的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。2.化学热处理将钢件置于一定温度的特定介质中保温，使介质中的活性原子渗入钢件表层，从而改变表层的化学成分和组织来改变其性能的一种热处理工艺。与表面淬火相比，化学热处理不仅改变表层组织，而且还改变其化学成分，因此能更有效的改变表层性能。化学热处理的方法有：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铬、渗铝、渗硼等。目前生产中最常用的是渗碳、渗氮和碳氮共渗。 五、装配包括安装、调整、检验、试验、油漆及包装等。1.组件装配：两个或更多零件连接组合成为组件。2.部件装配：将组件、零件连接组合成为独立部件。3.总装配：将部件、组件、零件连接组合成为整台机器。第四节零件加工质量 从几何方面看，零件加工质量主要指标包括加工精度和表面粗糙度两项。一、加工精度：实际参数与理想参数的符合程度。误 差：实际与理想的偏离。公 差：允许的误差范围。零件的加工精度包括如下三个方面：（一）尺寸精度尺寸精度指零件表面本身的尺寸（如圆柱面的直径）和表面间相互的距离尺寸（如各孔之间的距离）的精度。尺寸与有关术语的意义。基本尺寸：根据使用要求，通过强度、刚度计算或结构方面考虑确定的尺寸。极限尺寸：允许尺寸变化的极限值，较大者称为最大极限尺寸、较小者称为最小极限尺寸。尺寸偏差：最大极限尺寸减去基本尺寸称为上偏差，最小极限尺寸减去基本尺寸称为下偏差。公差带：代表上下偏差的两条直线所限定的区域称为公差带，也是最大极限尺寸和最小极限尺寸所限定的区域。尺寸公差带由“公差带大小”和“公差带位置”两个要素确定。 上偏差 = 最大极限尺寸基本尺寸下偏差 = 最小极限尺寸基本尺寸尺寸公差 = 上偏差下偏差尺寸公差= 最大极限尺寸 最小极限尺寸例如：轴的合格尺寸为：试计算轴的最大和最小极限尺寸； 轴的公差。轴的最大极限尺寸：200.045mm轴的最小极限尺寸：200.015mm轴的公差：0.030mm偏差可以是正值，可以是负值，也可以是0公差一定是正值国家标准规定：尺寸公差由 IT01 IT18 共有 20 个等级IT01 精度最高、 IT18 精度最低 精度越高，加工越困难，成本越高。IT6IT5：在一般机器制造中用得较少，它主要用于一些精密零件、精密机器和精密仪器中的零件。IT7IT6：在机床和一般较精密的机器制造中用得最普遍。如车床的主轴与轴承、动力机中的活塞与气缸等。IT9IT8：在机器制造中属中等精度。如用于重型机床、蒸汽机的次要部分；农业机械、重型机械的较重要部分。 IT10IT13：用于机车车辆、农业机械等机器的不重要部分。IT12IT18：用于非配合尺寸的公差。（二）形状精度为了在机器零件中实现正确装配，有时单靠尺寸精度来控制零件的几何形状已不够了，还要对零件表面的几何形状及相互位置提出技术要求。在图1-16中，虽然同样保持在尺寸公差范围内，却可能加工成图式几种不同的形状，若将此轴装在精密机械上，显然会有不同的效果。零件的形状精度是指加工后零件表面实际测得的形状和理想形状的符合程度。（三）位置精度位置精度是指加工后零件有关要素相互之间的实际位置和理想位置的符合程度。理想位置是指几何意义上绝对的平行、垂直、同轴和绝对准确的角度关系等。形位公差特征项目一共 14 种。其中，形状公差 4 种，即直线度、平面度、圆度、圆柱度。位置公差 8 种，即平行度、垂直度、倾斜度，对称度、同轴度、位置度，圆跳动和全跳动。形状或位置公差 2 种：线轮廓度和面轮廓度。在位置公差中，平行度、垂直度、倾斜度为定向位置公差；对称度、同轴度、位置度为定位位置公差；圆跳动和全跳动责属于跳动公差。 除圆度、圆柱度外，各种形位公差均分为 12 级，最高为 1 级，最低为 12 级。圆度和圆柱度增加了 0 级，为最高级。一个完全确定的形位公差带由“公差带形状”、“公差带大小”、“公差带方向”和“公差带位置”四个要素确定。形位公差是指实际被测要素的允许变动量。形位公差带是限制实际要素变动的区域。形位公差对机械产品的工作精度、连接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、配合性质、可装配性乃至机器寿命等都会产生影响。通常，尺寸精度要求高，形状和位置精度要求也高，但也有例外，例如钳工用平台，几何形状精度要求高，而位置精度和尺寸精度可稍微低一些。二、表面粗糙度 Ra 表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特性。评定表面粗糙度的标准有六种。目前我国主要采用轮廓算术平均偏差Ra, 在一定测量长度l范围内，轮廓上各点至中线距离绝对值的平均算术偏差，单位为 mm。Ra 值越小，被测表面越光滑，零件的质量越高；反之，Ra 越大，表面越粗糙。表面粗糙度对机器零件的配合性质、耐磨性、工作精度、耐腐蚀性等有较大影响一般机械加工 Ra 的范围是 0.8 1.6 3.2 表7.1.1各种加工方法所能达到的公差等级和表面粗糙度 表面微观特征Ra/m加工精度加工方法应用不加工清除毛刺IT16T14铸件、锻件、焊接件、冲压件粗加工明显可见刀痕80IT13IT10粗车、粗创、粗铣、钻、毛锉、锯断用于非配合尺寸不重要的配合可见刀痕40IT10用于一般要求，主要用于长度尺寸的配合微见刀痕20IT10IT8半精加工可见加工痕迹10IT10IT8半精车、精车、精创、精铣、精磨用于重要配合微见加工痕迹5IT8IT7不见加工痕迹2.5IT8IT7精加工可辨加工痕迹方向1.25IT8IT6精车、精创、精磨、铰微辨加工痕迹方向0.63IT7IT6用于精密配合不辨加工痕迹方向0.32IT7IT6超精加工暗光泽面0.16IT6IT5精磨、研磨、镜面磨、超精加工量块、量仪和精密仪表、精密零件的光差加工亮光泽面0.08IT6IT5镜状光泽面0.04雾状光泽0.02镜面0.01三、配合（一）配合的基本概念：以轴和孔的配合为例，基本尺寸相同，互相配合的轴与孔公差带之间的关系称为配合。根据使用要求的不同，配合有三种类型。间隙配合：孔的公差带在轴的公差带之上，任取加工合格的孔和轴配合一定产生间隙，包括最小间隙为零的配合。 过盈配合：孔的公差带在轴的公差带之下，任取加工合格的孔和一对轴配合一定产生过盈，包括最小过盈为零的配合。过渡配合：孔的公差带与轴的公差带交叠，任取加工合格的孔和轴配合可能产生间隙也可能产生过盈的配合。 不论是计算间隙还是过盈，一律是用孔的尺寸减去轴的尺寸。差值为正时是间隙，反之是过盈。已知：孔的合格尺寸为：轴的合格尺寸为：试计算轴的最大和最小极限尺寸、孔的最大和最小极限尺寸；轴的公差和孔的公差；配合种类；最大间隙和最小过盈。轴的最大极限尺寸：200.045mm轴的最小极限尺寸：200.015mm孔的最大极限尺寸：200.045mm孔的最小极限尺寸：200.000mm轴的公差：0.030mm孔的公差：0.045mm配合种类：过渡配合最大间隙：200.045-200.015=0.030mm最大过盈：200.000-200.045=-0.045mm （二）配合的选择以轴和孔为例，二者之间的配合要求有三种情况。1.轴和孔配合后有相对运动（转动或移动）的要求，应选用间隙配合。用作滑动轴承的间隙配合，其间隙的大小与旋转速度、旋转精度、载荷大小、载荷特性、润滑方式、工作温度、材料、轴承结构、支撑距离、尺寸精度、形状位置精度以及表面粗糙度等许多因素有关。用作导向或往复运动的间隙配合，其间隙大小取决于导向精度要求、往复运动频率以及速度等因素。2.轴和孔靠配合面传递载荷时，应选用过盈配合。 过盈的大小取决于最小过盈量能否承受所要传递的最大力矩。载荷增大或承受冲击载荷时，过盈量应该增大，但最大过盈应以零件承受的内应力不超过其屈服极限为准。3.轴和孔配合后要求有定位精度，而且经常拆卸的，主要选用过渡配合，但也可以根据情况选用间隙不大的间隙配合或过盈不大的过盈配合。 第五节生产纲领和生产类型 生产纲领：合格产品的年产量。一、生产类型：1.单件生产：单个或少量地制造相同产品。很少重复或完全不重复。重型机械或新产品试制都属于单件生产。2.成批生产：成批地制造相同的产品，并且按一定的周期重复地进行生产。一般机床生产属于成批生产。一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量称为生产批量。 3.大量生产：连续不断地生产数量很多的相同产品。汽车、轴承以及自行车生产一般属于大量生产。加工对象固定不变、广泛使用专用机床和自动机床、对于操作工技术要求较低、需要编写详细的工艺卡片和工序卡片。表1-7生产类型的典型规范生产类型同类零件的年产量（件）重型（30kg以上）中型（4kg30kg）轻型（40kg以下）单件生产5以下10以下100以下成批生产小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上二、不同生产类型的工艺特征表1-8生产类型的工艺特征项目单件生产成批生产大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变毛