机械制造工艺与夹具 教学大纲

《机械制造工艺与夹具》教学大纲一、课程简介《机械制造工艺与夹具》是一门以研究机械加工工艺和机床夹具设计为主的课程，是机械类专业的一门专业课。努力培养能够灵活运用理论知识、实践动手能力强，具有创造性的高素质技能人才。通过本门课程的学习，学生能够掌握机械制造的基本理论和加工基本方法，能够对各种加工刀具的结构进行分析和选择使用，掌握影响表面质量的因素及提高表面质量的方法；通过学习，能够根据各种工艺的要求，对夹具工装设计进行定位分析、误差计算的能力，具有编写常见零件加工工艺规程的能力，能够对一般工业产品的质量问题进行分析并提出相应的纠正措施。在课程的定位思想中，积极推行人才培养模式改革，引进并大力推行“订单式”培养，建立“订单式”培养长效机制，打破先学习再择业的常规模式，将企业的用人标准、专业要求、知识能力纳入教学计划，将企业理念、企业文化渗透到学生日常管理中，增强培养目标的针对性，重点抓好实验、实训、实习三个关键环节。在学院的课程专业建设中，全面体现应用性、前瞻性和创造性，努力做到结构更加优化、定位更加准确、重点更加突出、特色更加鲜明。以机械加工工艺为主线，加强实验环节，来强化学生的技能提高工程素质，努力培养能够灵活运用理论知识、实践动手能力强，具有创造性的高素质的技能型人才。二、课程内容第一章机械加工工艺规程制订主要内容1．基本概念2．机械加工工艺规程概述3．零件图的分析4．毛坯的选择5．定位基准的选择6．工艺路线的拟定7．加工余量的确定8．工序尺寸及其公差的确定9．机械加工生产率和技术经济分析学习要求1、基本概念：(1)熟练掌握生产过程和机械加工过程(2)熟练掌握机械加工工艺过程的组成(3)熟练掌握)制订机械加工工艺规程的意义和作用(4)熟练掌握制订机械加工工艺规程时的基本要求(5)熟练掌握工艺规程的内容及其制订步骤和所需原始资料(6)熟练掌握生产类型对工艺过程的影响2、掌握机械加工工艺性(1)被加工表面的加工可能性(2)保证位置精度的可能性(3)零件安装时应有方便的定位基准(4)加工面的尺寸、形状及位置应便于加工(5)减少加工面。3、熟练掌握工件加工时的定位及基准选择(1)工件的安装(2)获得加工尺寸的几种方法(3)工件的定位(4)基准及定位基准的选择。4、掌握工艺路线的拟定(1)加工方法的原则(2)加工阶段的划分(3)加工顺序的安排(4)工序的集中与分散。5、熟练掌握加工余量及工序间尺寸公差的确定(1)加工余量及工序间尺寸公差对机械加工的影响(2)加工余量、工序间尺寸及公差的关系(3)加工余量的组成(4)加工余量及工序间尺寸公差的确定6、熟练掌握工艺尺寸链(1)尺寸链的定义及组成(2)尺寸链的基本计算方法(3)工艺尺寸链的应用7、了解时间定额及提高劳动生产率的工艺途径(1)时间定额(2)提高劳动生产率的工艺途径8、了解工艺过程方案的技术经济分析(1)机械加工工艺成本(2)工艺方案的技术经济对比知识要点、重点、难点基准的选择、工艺路线的拟定、加工余量、工序尺寸及公差、工艺尺寸链。时间定额和提高劳动生产率的工艺途径、工艺过程的技术经济分析可作适当介绍。习题与解题思路一、选择题1.在机械加工中直接改变工件的形状，尺寸和表面性能使之变成所需零件的过程称为（D)。A生产过程;B工艺过程；C工艺规程;D机械力工工艺过程。2.编制零件机械加工工艺规程，编制生产计划和进行成本核算最基本的单元是（C)。A工步；B工位；C工序；D安装3.工艺规程对指导生产，组织生产的作用很大。工艺文件的形式主要决定于生产类型，试指出下列各种生产类型大多采用哪种形式的工艺文件(l)单件小批生产（A);(2)成批生产（C)；(3)大批大量生产（B)A工艺过程卡；B机械加工工序卡；C机械加工工艺卡。4.确定毛坯种类及制造方法时，应综合考虑各种因素的影响，合理选用时主要应使（D)。A毛坯的形状与尺寸尽可能接近成品的形状与尺寸，因而减少加工工时，减少材料损耗并节省加工成本；B毛坯制造方便，以节省毛坯成本；C加工后零件的物理机械性能好；D零件的总成本低，且物理机械性能好。5.为改善机器和零件的结构工艺性，应在满足机器工作性能的前提下能采用优质、高产、低成本的方法制造，因此综合评定工艺性的要求是（(C,D)A便于达到零件图上规定的加工要求；B有利于减少加工、装配的劳动量;C注意使机器和零件的结构与生产规模、生产条件相适应；D注意全面评价毛坯、加工、装配和维修的整个工艺过程。6.零件在加工过程中使用的基准叫做（B,D)A设计基准；B工艺基准；C装配基准；D定位基准。7．自为基准是以加工面本身为精基准，多用于精加工或光整加工工序，这是由于（C)A符合基准重合原则；B符合基准统一原则；C保证加工面的余量小而均匀；D保证加工面的形状和位置精度。8．轴类零件定位用的顶尖孔是属于（A,C):A精基准；B粗基准;C辅助基准;D自为基准。二、简答及计算题1.试述生产过程、工艺过程、工序、工步、走刀、安装和工位的概念。2.获得尺寸精度的机械加工方法有那些?各有何特点?3.试述设计基准、定位基准、工序基准的概念，并举例说明。4.什么叫粗基准和精基准?试述它们的选择原则。5.安排切削加工工序的原则是什么？第二章机械加工精度主要内容1．概述2．影响加工精度的因素及其分析3．加工误差综合分析4．提高加工精度的工艺措施学习要求1、概述(1)熟练掌握机械加工质量(2)熟练掌握研究加工精度的意义(3)熟练掌握误差的分类(4)熟练掌握影响加工精度的工艺因素分析。2、掌握加工原理误差及对零件加工精度的影响(1)由于采用了形状近似的刀具来加工所造成的误差(2)由于采用了近似的加工运动方法所造成的误差3、掌握工艺系统的制造精度和磨损及对零件加工精度的影响。(1)机床的制造精度和磨损(2)刀具的制造精度和尺寸磨损(3)夹具的制造精度和磨损。4、熟练掌握工艺系统的受力变形(1)刚度的概念和物理本质(2)影响工艺系统刚度的因素(3)工艺系统刚度的测定和计算(4)工艺系统受力变形对加工精度的影响(5)工件内应力的重新分布及对加工精度的影响(6)提高工艺系统刚度的措施5、熟练掌握工艺系统的受热变形(1)工艺系统热场的形成及其热源(2)机床的热变形(3)工件的热变形(4)刀具的热变形(5)减少工艺系统受热变形的措施。6、掌握加工尺寸的调整及调整误差(1)加工尺寸的调整(2)静调整法(3)动调整法。7、熟练掌握研究机械加工精度的方法(1)分布曲线法(2)点图法(3)相关分析法(4)分析计算法。知识要点、重点、难点工艺系统的几何误差，工艺系统的受力分析，工艺系统的热变形，工件余应力引起的误差，加工误差综合分析中的点图分析法。提高和保证加工精度的途径作适当介绍。习题与解题思路一、选择题1、误差的敏感方向是指产生加工误差的工艺系统的原始误差处于加工表面的（A）。A法线方向（Y向）；B切线方向（Z向）；C轴线方向（Y向）。2、车床主轴的几何偏心（纯径向跳动）使加工阶梯轴时产生的误差是（C）。A圆度误差；B端面平面度误差；C加工面与装夹面的同轴度误差。3、主轴具有纯角度摆动时，车削外圆得到的是（B）形状，产生（F）误差；镗出的孔得到的是（A）形状，产生（E）误差。A椭圆；B圆锥；C棱圆；D腰鼓形；E圆度；F圆柱度；G直线度。4、车床主轴的纯轴向窜动对（B,C）加工有影响：A车削内外圆；B车削端平面；C车削螺纹。5、试指出下列刀具中，哪些刀具的制造误差会直接影响加工精度（A,D,E,F)。A齿轮滚刀；B外圆车刀；C.端面铣刀；D铰刀；E成形铣刀；F键槽铣刀；G内圆磨头。6、判别下列误差因素所引起的加工误差属于何种误差类型及误差性质：(1）夹具在机床上的安装误差（C,D);(2)工件的安装误差（C,F);(3)刀具尺寸调整不准确引起的多次调整误差（A,F);(4)车刀磨损发生在加工一批套筒的外圆（A,E);(5)工件残余应力引起的变形（B,C,F)。A尺寸误差；B几何形状误差；C相互位置误差；D常值误差；E变值规律性误差；F随机误差。7、加工齿轮、丝杠时，试指出下列各情况哪些属于加工原理误差（C，D,E)。A传动齿轮的制造与安装误差；B母丝杠的螺距误差；C用阿基米德滚刀切削渐开线齿轮；D用模数铣刀加工渐开线齿轮；E用近似传动比切削螺纹。8、测定机床部件静刚度的实验曲线说明（C）：A机床部件的静刚度是不变的；B机床部件的静刚度是变化的，但与载荷无关；C机床部件的静刚度是随载荷大小而变化的9、研究工艺系统受力变形时，若以车床两顶尖间加工光轴为例，试分别指出下列三种条件下，由于切削过程受力点位置的变化引起工件何种形状误差：（1）只考虑机床变(C)；(2)只考虑车刀变形（D）；(3)只考虑工件变形（B）。A圆锥形；B腰鼓形；C马鞍形（双曲线）；D圆柱形。10、工艺系统的热变形只有在系统热平衡后才能稳定，可采取适当的工艺措施予以消减，其中系统热平衡的含义是（B）。A机床热平衡后；B机床与刀具热平衡后；C机床刀具与工件都热平衡后。二、简答1、说明加工误差、加工精度的概念以及它们之间的区别？2、原始误差包括哪些内容？3、主轴回转运动误差分为哪三种基本形式？对加工精度的影响又如何？4、在卧式镗床上对箱体件镗孔，试分析采用（1）刚性主轴镗杆；（2）浮动镗杆（指与主轴连接方式）和镗模夹具时，影响镗杆回转精度的主要因素有哪些？第三章机械加工表面质量主要内容1．概述2．影响机械加工表面粗糙度的因素3．影响表面物理力学性能的工艺因素4．机械加工中的振动5．控制表面质量的工艺途径学习要求1、掌握零件表面质量的含义及其对使用性能的影响(1)表面质量的含义(2)表面粗糙度与加工精度的关系(3)表面质量对使用性能的影响2、熟练掌握表面纹理的形成及其影响因素(1)用金属切削刀具加工的表面、表面纹理的形成、影响表面纹理的工艺因素。(2)用磨料加工后的表面3、熟练掌握表面冶金变化及其影响因素(1)表面层的加工硬化(2)表面层的金相组织变化－－磨削烧伤(3)表面层的残余应力(4)表面强化工艺。4、熟练掌握机械加工中的振动(1)机械振动的基本概念(2)强迫振动(3)自激振动。知识要点、重点、难点改善和提高零件表面层物理、力学性能的工艺措施，工艺系统的振动。习题与解题思路一、选择题1．在卧式镗床上，精镗车床尾架长孔时，为减小粗糙度一般应先考虑采用哪种工艺措施较有效（B)?A．对工件材料先进行正火，调质等热处理；B.增大刀尖圆弧半径和减少付偏角;C.使用润滑性能良好的切削液;D．采用很高的切削速度并配合较小的进给量2．磨削光轴时，若切削条件相同，哪种工件材料磨削后表面粗糙度小(B)？A.20钢;B.45钢；C．铸铁；D.铜3．在平面磨床上精磨连杆端面时（工件材料45钢），若磨削表面出现拉毛、划伤等缺陷，一般应先考虑采用哪种工艺措施较有效（A,E）？A．正确选用砂轮，检查砂轮的硬度是否合适；B.精细修正砂轮及增加光磨次数；C．降低磨削深度及工件纵向进给量，提高砂轮速度；D.磨削液是否有良好的冷却性和流动性，供应是否充分；E．磨削液是否清洁。4．磨削淬火钢时在下列工作条件下可能产生哪种形式的磨削烧伤：(1)在磨削条件（用切削液)(A);(2)重磨削条件（不用切削液）(C);(3)中等磨削条件（B)(4）轻磨削条件（D）。A.淬火烧伤；B.回火烧伤；C．退火烧伤；D.不烧伤。5．为保证小粗糙度磨削表面的质量及生产率，在下列各种影响因素中对磨削过程起支配作用的主要是（C):A．具有精密加工的设备及环境；B．合理选用磨削用量；C．合理选用砂轮并精细修正砂轮；D良好的冷却和润滑。6．光整加工方法的工艺特点主要是（A）A．不用砂轮磨削，采用细粒度磨料或磨具进行微量切削和挤压、抛光，主要是提高加工表面质量；B．磨具和工件间有一定的压力和复杂的相对运动，因此对机床的成形运动和工具精度有一定的要求；C．余量很小但能纠正前工序加工表面的形状误差及相互位置误差；D.生产效率较高，加工成本较低，各种生产批量均可使用口7．表面冷压强化工艺属于下列何种加工方法（B）:A精密加工工艺；B．无屑光整加工工艺；C．少切屑光整加工工艺8．加工过程中若表面层以冷塑性变形为主，则表面层产生（B）应力；若以热塑性变形为主，则表面层产生（A）应力；若以局部高温和相变为主，则加工后表面层产生（A）应力A．拉应力；B．压应力；C．无应力层。9．机械加工中的振动，按其产生的原因可分为三种，试指出各种振动类型的能量特性：(1）自由振动（B）；(2）受迫振动（A）；(3）自激振动（C）；A．在外界周期性干扰力待续作用下的持续振动；B．只有初始干扰力的作用、振动中再也没有能量输人，故为衰减振动：C．维持振动的交变力是振动系统在自身运动中激发出来的，从而引起系统的持续振动。10．动刚度是衡量系统抗振性的重要指标，一般应以哪项参数作为系统动刚度指标(C)?A．不同阻尼下产生单位振幅的振动时．所需的激振力大小；B．不同频率下产生单位振幅的振动时，所需的激振力大小；C．谐振时的最小刚度值；D．固有频率、阻尼率、等效静刚度ko11．受迫振动系统在共振区消振最有效的措施是（B）A．增大系统刚度；B．增大系统阻尼；C.增大系统质量。12．试判别在下列切削加工过程中产生的振动属于何种振动类型:(1)磨削时由于砂轮硬度不均或局部堵塞引起的（B）;(2）内圆磨削带键槽的内孔（B）;(3）在车床上用横刀架割宽槽时（C）;(4)用宽砂轮，小进给精磨外圆时（C）;(5)在滚齿机上滚切齿轮时（B）;(6)刨削平板时，当刨刀切到工件表面某处硬点时（A）;(7)用圆镬杆撞削细长孔时（C）A．自由振动；B．强迫振动；C．自激振动二、简答题1．表面质量的含义包括那些主要内容？为什么机械零件的表面质量与加工精度有同等重要的意义？2．表面粗糙度与加工精度有什么关系？3．为什么有色金属用磨削加工得不到低表面粗糙度？通常为获得低表面粗糙度的加工表面应采用哪些加工方法？若需要磨削有色金属，为提高表面质量应采取什么措施？4．机械加工过程中为什么会造成被加工零件表面层物理力学性能的改变？这些变化对产品质量有何影响？5．为什么会产生磨削烧伤及裂纹？它们对零件的使用性能有何影响？减少磨削烧伤及裂纹的方法有哪些？答案1．加工表面质量包括：表面的几何形状(主要为表面粗糙度和表面波度)；表面层的物理机械性能(主要为加工硬化，残余应力和金相组织)。机器零件加工后表面层的状态会影响零件的使用性能，使用寿命及工作可靠性，从而影响产品质量。因此要根据产品的工作要求，订出合适的表面质量与加工精度。2．零件的精度与表面粗糙度有密切的关系。一定的精度应有相应的粗糙度，如果表面粗糙度值太大，则尺寸难于准确测量，尺寸精度将无法保证。因此要进行有效的尺寸控制。3．由于有色金属材料塑性大，导热好，故磨削时工件表面层的塑性变形大，温升高，且磨屑易堵塞砂轮，因此加工表面经常磨不光。通常采用高速警车或金刚镗的方法来加工低粗糙度的有色金属零件。若需要磨削有色金属，可利用合金元素使有色金属的韧性下降，以减小磨削表面的粗糙度。4．机械加工过程中由于切削力、切削热的作用，是加工表面层产生塑性变形，加工中表面层产生的高温或大的温度梯度，以及在已加工表面上发生的化学反应等，使表面层的显微硬度，金相组织及残余应力分布都会发生变化，如冷硬、磨削烧伤、裂纹等，都会造成加工表面层物理机械性能的改变，从而影响零件的耐磨性，抗疲劳强度，抗腐蚀能力及精度稳定性等产品质量。磨削加工时，磨削热使表面温升过高，对已淬火的钢件会引起金相组织的变化，使表层的硬度、强度比加工前明显降低，同时在表层产生拉应力，当拉应力超过材料的屈服极限会产生裂纹，严重影响零件的使用性能。磨削烧伤与表层温升有十分密切关系，因此减轻烧伤的根本途径是减少磨削热和改善散热条件，如合理选择砂轮，正确选择磨削用量，并有效利用冷却系统。第四章机床夹具设计基础主要内容1．概述2．工件的定位原则及定位元件3．定位误差的分析和计算4．工件的夹紧5．分度装置学习要求1、掌握夹具的基本概念(1)机床夹具的定义及组成(2)夹具的作用(3)夹具的分类(4)工件在夹具中加工时加工误差的组成2、掌握定位元件(1)工件在夹具中定位的含义及要求(2)常见定位方式及其所用定位元件(3)定位误差的分析与计算3、掌握夹紧装置(1)夹紧装置的组成、设计和选用夹紧装置的基本原则(2)斜楔夹紧(3)螺旋夹紧4、熟练掌握夹具的其它元件及装置(1)连接元件

(2)对刀装置(3)导向元件(4)分度装置(5)锁紧机构(6)夹具体知识要点、重点、难点夹具的组成、分类和功用，常用定位元件及其作用，对夹紧装置的要求。常用夹紧机构的工作原理及特点。各种定位元件以及在各种定位方法下限制工件自由度的分析。六点定位原理，定位误差的分析和计算，夹紧力方向选择的原则，夹紧力作用点选择时应注意的问题。习题与解题思路选择题1．用（b）来限制六个自由度，称为（c）。根据加工要求，只需要少于（b）的定位，称为（d）定位。a．六个支承点；b.具有独立定位作用的六个支承点；c．完全；d．不完全；f．欠定位2．只有在（b）精度很高时，过定位才允许采用，且有利于增强工件的（d)。a．设计基准面和定位元件；b．定位基准面和定位元件；c．夹紧机构；d.刚度；e.强度3定位元件的材料一般选（adf)a.20钢渗碳淬火；b.铸铁；c．中碳钢；d．中碳钢淬火；e．合金钢；f.T>A钢3．自位支承（浮动支承）其作用增加与工件接触的支承点数目，但（b）a．不起定位作用；b.一般来说点限制一个自由度；c．不管如何浮动必定只能限制一个自由度4．工件装夹中由于(a)基准和（e）基准不重合而产生的加工误差，称为基准不符误差a．设计（或工序）；b．工艺；c.测量；d.装配；e.定位5．基准不符误差大小与（b）有关。a．本道工序要保证的尺寸大小和技术要求；b.只与本道工序设计〔或工序）基准与定位基准之间位置误差；c.定位元件和定位基准本身的制造误差。6．在简单夹紧机构中（e）夹紧机构一般不考虑自锁；(d)夹紧机构既可增力又可减力；(c)夹紧机构实现工件定位作用的同时，并将工件夹紧；(b)夹紧机构行程不受限制。（ade)夹紧机构能改变夹紧力的方向，(a)夹紧机构夹紧行程与自锁性能有矛盾。（f）夹紧机构动作迅速，操作简便。a.斜楔；b.螺旋；c．定心；d．杠杆；e.铰链；f.偏心7．偏心轮的偏心量取决于(c)和(e),偏心轮的直径和(a)密切有关。a.自锁条件；b.夹紧力大小；c.工作行程；d.销轴直径；e.工作范围；f.手柄长度8．在多件夹紧中，由于（e），因此一般采用（c），夹紧才能达到各工件同时被夹紧的目的。a．多点；b多向；c．浮动；d．动作联动；e．各工件在尺寸上有误差；f.连续式或平行式夹紧。9．采用连续多件夹紧，工件本身作浮动件，为了防止工件的定位基准位置误差逐个积累，应使（a）与夹紧力方向相垂直。a．工件加工尺寸的方向；b．定位基准面；c．加工表面；d．夹压面10．镗模采用双面导向时，镗杆与机床主轴是(b)连接，机床主轴只起（c）作用，镗杆回转中心及镗孔精度由(d、f)保证。a．刚性；b．柔性（或浮动）；c.传递动力；d.镗模；e．机床；f.镗杆11．专用车床夹具的回转轴线与车床主轴轴线的同轴度与(b)有关a．轴颈精度；b.夹具与主轴联接结构及精度；c.主轴端部与夹具采用螺纹联接的螺纹精度有关。第五章机床专用夹具及其设计方法主要内容1.各类机床夹具及其设计特点2．专用夹具设计的全过程学习要求1、了解各类机床夹具(1)钻床夹具(2)镗床夹具(3)铣床夹具(4)车床、圆磨床夹具2、了解成组夹具、组合夹具及随行夹具(1)成组夹具(2)组合夹具(3)随行夹具3、理解专用夹具的设计方法(1)专用夹具设计的内容(2)专用夹具的设计方法(3)专用夹具的评价知识要点、重点、难点专用夹具设计、专用夹具的设计方法习题与解题思路1.简要回答各类机床夹具及其设计特点2．分析专用夹具设计的全过程第六章典型零件加工主要内容1.车床主轴加工2.箱体加工3.连杆加工4.圆柱齿轮加工学习要求掌握各种零件的功用、结构特点和制定工艺过程的基本原则及步骤，了解零件结构的加工工艺性。理解：零件的工艺分析，加工精度和工艺规程的编制；理解定位的精度和定位面的选择。掌握：一般零件的结构特点和工艺规程的编制。知识要点、重点、难点零件的工艺分析，加工精度和工艺规程的编制；定位的精度和定位面的选择。零件的结构特点和工艺规程的编制。习题与解题思路1．试述细长轴加工的特点，为防止细长轴加工中弯曲变形，在工艺上要采取那些措施？2．拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则是什么？3．连杆主要表面的加工方法如何选择？4．试比较插齿和滚齿的加工原理、加工质量和工艺范围？答案1．特点及措施：Ａ、工件刚性差，易弯曲，振动措施：跟刀架、中心架（三爪）；增大车刀主偏角，减少径向切削力；改变切削方向—反向大进给。Ｂ、工件长度长，热变形大措施：充分冷却，弹性后顶尖，Ｃ、切削行程大措施：耐磨材料刀具；合理几何角度车刀；减少切削用量。2．拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则1)先面后孔：定位，引导刀具2)先粗后精，粗精分开：发现缺陷，避免变形，保证精度，合理使用机床3)先主后次，工序集中4)基准选择：粗基准-重要孔:定位:中小批,划线装夹；大批大量,夹具。注意:余量足够均匀；箱内零件不干扰；外形要求，5)精基准：单件小批——装配基准