机械制造过程基础知识

第2章机械制造过程基础知识学习指南机械制造工艺方法与工艺过程

机械加工方法基准与装夹机械加工工艺系统成组技术基本原理零件结构工艺性学习指南

学习本章内容，在了解机械加工方法和机械加工装备的同时，应深入理解有关机械加工的基本概念和基本原理，如基准的概念，工件的定位原理等。2.1机械制造工艺方法与工艺过程

学习要点:了解机械制造工艺方法，熟悉机械加工工艺过程，理解工序、安装、工位、工步及走刀的含义。工艺是指制造产品的技巧、方法和程序。2.1.2机械加工工艺过程及其组成

机械加工工艺过程的定义采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各表面间相互位置及表面质量，使之成为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程的组成由按一定的顺序排列的若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、工位、工步及走刀等。工序工序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工艺过程。工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生变更，则构成了另一道工序。

一个工艺过程需要包括哪些工序，是由被加工零件的结构复杂程度、加工精度要求及生产类型所决定的。如图2.1所示。单件生产加工工艺过程大批量生产加工工艺过程安装与工位安装

工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。如表2-2中的第2、3及5工序中，须经过两次安装才能完成其工序的全部内容。

工位

当采用多工位夹具或多轴（多工位）机床时，使工件在一次安装中先后经过若干个不同位置顺次进行加工。则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。如果一个工序只有一次安装，该安装又只有一个工位，则工序内容就是安装内容，同时也是工位内容。图2-4是通过立轴式回转工作台使工件变换加工位置的例子。在该例中，有4个工位，可在一次安装中实现钻孔、扩孔和绞孔加工。

工步与走刀工步是指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序内容。按照此定义，带回转刀架的机床（如转塔车床）或带自动换刀装置的机床（如加工中心），当更换不同刀具时，即使加工表面不变，也属不同工步。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。采用复合工步可以提高生产效率。走刀每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。2.1.3机械装配工艺过程

机械装配过程是指将组成机器的全部零、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：套装、组装、部装、总装、调试、检验、平衡、试车、涂装与包装等工作。机械装配过程由一系列的工序、工步和操作组成。装配工序是指在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作。装配工步是装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变。图2-6所示为一钻夹具的装配过程。2.1.4生产类型及其工艺特点

生产纲领

企业根据市场要求和自身能力决定生产计划。在计划期内应当生产的产品数量称为生产纲领。计划期通常为一年，零件的年生产纲领N按下式计算：

N=Qn（1+α%+β%）（2-1）

式中Q-产品年产量（件/年）；

n-每台产品中该零件数量（件/台）；

α-备品率；

β-废品率。生产类型

生产类型是指企业（或车间）生产专业化程度的分类。主要根据产品的生产纲领，并考虑产品的体积、重量和其他特征，生产类型一般可分成：单件小批量生产、成批生产和大批大量生产。2.3基准与装夹学习要点：掌握基准的概念，深刻理解设计基准、工艺基准（包括工序基准、定位基准、装配基准和测量基准）的含义及其相互之间的关系；掌握装夹的概念及三种装夹方法的特点。

2.3.1基准

基准的概念：将用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。基准的分类：按照其作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。(1)设计基准

在设计图样上所采用的基准称为设计基准。如图2-8示。图中所示的箱体零件，顶面B的设计基准为底面A（尺寸H）；孔I的设计基准为底面A与角尺面C（尺寸X1、Y1）；孔Ⅱ的设计基准为底面A和孔I的中心（尺寸Y2、R1）；孔Ⅲ的设计基准为孔I与孔Ⅱ的中心（尺寸R2、R3）。

设计人员是从零件的工作性能要求出发而确定设计基准的。图中孔I与孔Ⅱ、孔Ⅲ之间，孔Ⅱ与孔Ⅲ之间均有齿轮啮合传动关系。为保证齿侧啮合间隙量，孔Ⅱ采用了孔I中心作设计基准，孔Ⅲ采用了孔I与孔Ⅱ的中心作为的设计基准。(2)工艺基准工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准。根据其作用不同，工艺基准又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。1）工序基准

工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准。工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题：

①尽可能用设计基准作工序基准。当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求。

②所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查。(2)工艺基准2）定位基准

定位基准是加工中用作定位的基准。定位基准可进一步分为粗基准、精基准和附加基准。

①粗基准使用未经机械加工的表面作定位基准，称为粗基准。

②精基准使用已经机械加工的表面作定位基准，称为精基准。

③附加基准仅仅是为了机械加工工艺需要设计的定位基准，称为附加基准。如轴类零件的两顶尖孔、小刀架上的工艺凸台。(2)工艺基准3）测量基准

零件测量时所采用的基准，称为测量基准。4）装配基准

装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。如，齿轮和轴的装配，齿轮的装配基准为齿轮内孔和端面。装配基准一般与零件的主要设计基准相一致。2.3.2工件的装夹

装夹的概念

在机械加工时，工件在机床上或者夹具中需装夹好以后才能进行加工。装夹应实现两个方面的任务：定位与夹紧。

1）定位使工件在机床上或夹具中占有某一个正确的位置。

2）夹紧对工件施加一定的外力，使工件在加工过程中保持定位后的正确位置不变动。装夹方式工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及复杂程度、加工精度要求及定位的特点等。主要装夹形式有三种：直接找正装夹划线找正装夹夹具装夹

（1）直接找正装夹

如何进行直接找正装夹？将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表面，用划针或用百分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正确位置。如图2-21所示直接找正装夹的特点

效率较低，但找正精度可以很高，适用于单件小批生产或定位精度要求特别高的场合。（2）划线找正装夹

如何进行划线找正装夹？按图纸要求在工件表面上事先划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。如图2-22所示划线找正装夹的特点不需要专用设备，通用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到0.1～0.5mm。此方法多用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。（3）使用夹具装夹

使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的定位和夹紧。这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而广泛应用于各种生产类型。如图2-23所示。2.3.3定位原理学习要点：定位是机械加工中一个极为重要的问题。学习本节要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知生产中常用的定位方法。深刻理解欠定位与过定位的概念，能正确分析和处理有关欠定位与过定位的问题。2.3.3.1六点定位原则任何一个位置尚未确定的工件，均具有六个自由度，即沿空间三个直角坐标轴X、Y、Z方向的移动与绕它们的转动，分别以、、和、、表示。要使工件在机床夹具中正确定位，必须限制或约束工件的这些自由度。如图2-24中所示，采用六个定位支承点合理布置，使工件有关定位基面与其相接触，每一个定位支承点限制了工件的一个自由度，便可将工件六个自由度完全限制，使工件在空间的位置被唯一地确定。这就是通常所说的工件的六点定位原则。下一张六点定位原则的两点说明1）机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度的概念不完全相同。机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置的不确定性。这里特别要注意将定位与夹紧的概念区分开来。工件一经夹紧，其空间位置就不能再改变，但这并不意味着其空间位置是确定的。例如，图2-25所示2）六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。例如，图2-25所示板状工件安放工作台上限制了3个自由度，是三点定位。实际上，工件与工作台面接触点可能有多个板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可以放在1的位置上（图中实线所示），也可以放在2的位置上（图中虚线所示），也即工件的、和三个自由度未被限制。xyz典型定位元件的定位分析

在实际生产中，工件总是通过定位元件实现其在夹具或机床上的定位。定位元件有多种形式，常用的有支承钉、支承板、定位销、定位套、心轴、V型块等。（见表2-10）工件的定位面为圆孔工件的定位面为圆孔固定锥销浮动锥销固定锥销与浮动锥销组合工件的定位面为外圆柱面zyzxzxzyzyyxxyyxzyzzyy工件的定位面为外圆锥孔典型定位元件的定位分析

多个表面定位分析

在多个表面同时参与定位的情况下，各定位表面所起的作用有主次之分。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（如书中P28图2.9)典型定位元件的定位分析

多个表面定位分析

在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面（或定位元件）很重要。分析方法：先利用反证法，看哪些自由度未被限制；然后再分开分析。（下面补充生产中常用定位方法定位点分析2例。）未被限制的自由度为短V形块1限制了短V形块2限制了12车床上用前后顶尖装夹加工轴套类零件外圆未被限制的自由度为前顶尖限制了后顶尖限制了完全定位与不完全定位

完全定位工件定位时，6个自由度完全被限制，称为完全定位。不完全定位工件定位时，6个自由度中有1个或1个以上自由度未被限制，称为不完全定位。如图2-34所示。在长方体工件上铣削上平面工序，要求保证Z方向上的高度尺寸及上平面与底面的平行度，只需限制3个自由度即可。过球体中心打一通孔，定位基面为一球面，则对三个会标轴的转动自由度均无必要需限制，所以限制二个自由度就够了。在长方体工件上铣削一个通槽，需限制除以外的其他5个自由度。需限制在长方体工件上铣削一个不通的槽，在三个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，必须限制全部的6个自由度，即完全定位。e与b进行比较，e为圆柱形的工件，b为长方体工件。虽然它们均是铣一个通槽，加工内容、要求相同，但是加工定位时，b的定位基面是一个底面与一个侧面，而e只能采用外圆柱面作为定位基面。因此e对的限制就无必要，只需限制四个自由度就可以了。需限制f与e进行比较，均是在圆柱体工件上铣通槽，但f的加工要求增加了一条，被铣通槽与下面槽需对中。虽然它们均用外圆柱面作为定位基面，但f需增加对自由度的限制，一共需要限制个自由度。需限制欠定位与过定位

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位，因而是不允许的。过定位

如果工件的某一个自由度被定位元件重复限制，称为过定位。

过定位实例分析之一

图2-36所示为加工连杆小头孔工序中以连杆大头孔和端面定位的两种情况。先看图b)长圆柱销限制支承板限制出现了过定位图a)长销改短销，限制解决办法过定位实例分析之二

图2-37所示工件以底平面定位，要求限制3个自由度。过定位实例分析之三

图2-38所示工件以底面及与其垂直的两圆柱孔为定位基准。12平面：短圆柱销1：短圆柱销2：改进办法短圆柱销2改为菱形销：实际生产中完全定位和不完全定位都有应用。欠定位该限制的自由度未被限制，不能满足加工技术要求，是绝对不允许的。过定位能否应用，应具体情况具体分析。生产中有时用过定位来增加工艺系统的刚度。如加工细长轴时，采用中心架或跟刀架。定位原理小结第2章学习要点机械加工工艺过程的定义、组成、内容及作用各种生产类工艺过程的主要特点工件的装夹方法及应用场合六点定位原理（要求会分析）有关完全定位、不完全定位、欠定位和过定位的概念习题2-112-13附录资料：不需要的可以删除62《机械制造工艺与装备》模块六

机床夹具课题一对机床夹具的认识63课题一对机床夹具的认识知识点技能点正确认识机床夹具机床夹具的功能和作用机床夹具的分类机床夹具的组成64一.课题分析机械制造总的原则是高质量、高生产率和低成本，而机床夹具是确保质量和效率的重要因素。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右，在生产中大量应用机床夹具是生产的必然。而现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，所以正确认识机床夹具对现代制造业的作用和现代机床夹具的发展方向是十分重要的。65二.相关知识

在机械加工过程中，为了保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。（1）基本概念1、机床夹具的功能和作用66机床夹具的主要功能：是使工件定位和夹紧。定位——使工件相对于刀具及机床占有正确的加工位置，保证其被加工表面达到工序所规定的各项技术要求。夹紧——工件定位后，经夹紧装置施力于工件，将其固定夹牢，使其在加工过程中保持正确位置不变。安装——工件从定位到夹紧的整个过程。67找正安装法：按工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表，逐个地找正工件相对于刀具及机床的位置，然后将工件夹紧。（2）工件的安装方法68专用夹具安装法：靠专用夹具保证工件相对于刀具及机床所需的位置，并使其夹紧。691、保证加工精度，并使之稳定2、缩短辅助时间，提高生产效率，降低成本3、扩大机床的工艺范围4、减轻劳动强度，降低技术要求5、便于变更工位、引导刀具或进行仿形加工。（3）机床夹具在机械加工中的作用701）铣键槽夹具（4）夹具应用实例712）钻孔工件孔位示意图72钻床夹具73用夹具装夹工件的特点

1、工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的；

2、夹具预先在机床上已调整好位置，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置；

3、通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。74

1）通用夹具：指结构、尺寸已标准化、系列化，且具有一定通用性的机床附件；

2）专用夹具：针对某一种工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。

3）成组专用（可调）夹具：采用成组加工工艺，将工件按形状、尺寸和工艺的共性分组，再为每组工件设计组内通用的专用夹具

4）组合夹具：是一种模块化的夹具，由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具

5）随行夹具：自动线夹具，既担负装夹任务，又担负沿自动线输