机械制造工艺学-复习知识点

机械制造工艺学第一章绪论一、生产过程、工艺过程与工艺系统机械产品的生产过程：将原材料转变成机械产品的全部劳动过程工艺过程：改变生产对象的形状、尺寸、相互位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。·机械加工工艺过程的组成：1.工序：一个或一组工人，在一台机床或一个工作地点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。2.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那部分工作称一个工步。3.安装：工件经一次装夹后所完成的那一部分工序，称一次安装。4.工位：为了完成一定的工序，一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。5.走刀：切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容二、生产类型与工艺特点·生产纲领：(N)某种零件的年产量称为该零件的年生产纲领·生产纲领与生产类型的关系：单件、小批量生产成批生产大批大量生三、工件加工时的定位及基准工件的定位：定位：工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。装夹夹紧：工件定位后的固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。工件的三种装夹方法：1.直接找正法：用千分表、划线盘等工具，找正某些位置精度要求的表面，再夹紧。2.划线找正装夹：按图纸要求在工件表面划出位置线、加工线及找正线，装夹工件时先在机床上按找正线找正工件位置，然后再夹紧工件。3.夹具装夹：用通用或专用夹具装夹工件。定位原理1.六点定位原理定义：物体在空间的六个自由度，可用按一定规则布置的六个约束点来限制。2.用定位元件限制自由度3.完全定位和不完全定位完全定位：完全限制了物体的六个自由度。不完全定位：限制了物体六个自由度中的其中几个自由度。欠定位和过定位（1）欠定位定义：根据工件加工面位置尺寸要求必须限制的自由度没有完全限制。（2）过定位定义：工件定位时，同一个自由度被两个或两个以上的约束点限制。基准·基准定义：在零件图上或实际的零件上，用来确定一些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面称为基准。设计基准基准工艺基准：工序基准定位基准（粗基准精基准辅助基准）测量基准装配基准·设计基准定义：设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面称为设计基准。·工艺基准定义：零件在加工或装配过程中所使用的基准，称为工艺基准（也称制造基准）。第二章机械加工精度及其控制2.1概述2.1.1机械加工精度零件的质量决定了产品的质量，而零件的加工质量包含加工精度和表面质量两大方面。加工精度：指零件加工后实际几何参数（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。加工误差：零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差。加工精度的高与低是由加工误差的大与小来表示的。尺寸精度加工精度形状精度（如直线，圆，圆柱面，锥面，平面等）位置精度（如平行、垂直、同轴、对称等）尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系？1）通常形状公差限制在位置公差内，而位置误差一般限制在尺寸公差之内。2）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。3）但形状精度或位置精度要求高时，相应的尺寸精度不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。2.1.2影响加工精度的原始误差及分类原始误差——引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。2.1.3误差敏感方向工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。2.1.4研究加工质量的方法2.1.5全面质量管理（TQM）2.2工艺系统几何精度对加工精度的影响2.2.1加工原理误差加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。2.2.2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。由于调整不可能准确，因而产生调整误差。（1）试切法调整（图a）（单件、小批量）（2）调整法调整（图b）（成批、大量生产，依据样件进行试切初调）2.2.3机床误差（一）导轨导向误差概念：导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）等（二）主轴回转误差概念：主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向窜动动和倾角摆动三种基本型式。影响主轴回转精度的主要因素：（1）轴承的误差（2）轴承间隙（3）与轴系配合的零件误差（4）主轴转速（5）主轴系统的径向不等刚度和热变形提高主轴回转精度的措施：（1）提高主轴部件制造精度（2）对滚动轴承进行预紧（3）使主轴回转精度不反映到工件上（三）机床传动误差2.2.4夹具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之间的相对尺寸误差（3）夹具在使用过程中工作表面的磨损2.2.5刀具制造误差与磨损2.3工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统刚度定义：在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比式中k——工艺系统刚度；Fp——吃刀抗力；Δy——工艺系统位移（切削合力作用下的位移）工艺系统刚度计算公式工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：式中k——工艺系统刚度；kjc——机床刚度；kjj——夹具刚度；kd——刀具刚度；kg——工件刚度。误差复映：由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”。机械加工中，误差复映系数通常小于1。可通过多次走刀，消除误差复映的影响2.4工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约40～70%工艺系统热源切削热为主要热源，消耗于切削层的弹塑性变形能。工艺系统的摩擦热主要由机床和液压系统中的运动部件产生，如电动机、导轨副、液压泵和阀等。一般为局部发热，引起局部温升和变形。外部热源，在大型、精密加工时不能忽视。如昼夜加工。温度场与工艺系统热平衡温度场——物体中各点温度的分布，各点温度不仅是位移位置的函数，也是时间的函数。如物体的温度不再随时间而变化，而只是坐标位置的函数，则称之为稳态温度场。热平衡——单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上刀具热变形特点体积小，热容量小，达到热平衡时间较短温升高，变形不容忽视（达0.03～0.05mm）机床热变形特点体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著其他机床热变形减小热变形对加工精度影响的措施减少热源发热和隔离热源减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。充分冷却和强制冷却。隔离热源。均衡温度场采用合理结构热对称结构采用合理结构加速达到热平衡高速空运转人为加热控制环境温度恒温车间，控制在±1℃人体隔离加工误差的性质加工误差统计特性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均不改变或按一定规律变化的加工误差。◆常值系统误差——其大小和方向在一次加工中均不改变。如加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统受力变形，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差与加工时间无关。◆变值系统误差——误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差都随加工时间而有规律的变化。随机误差随机误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向是随机变化的加工误差随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的；随机误差服从统计学规律。第三章机械加工表面质量及其控制3.1加工表面质量及其对使用性能的影响3.1.1加工表面质量内容加工表面的几何形貌表面粗糙度—波长/波高＜50波度—波长/波高=50～1000；且具有周期特性宏观几何形状误差（平面度、圆度等）—波长/波高＞1000表面缺陷－如划痕、砂眼、气孔、裂纹等（是加工表面个别位置出现的缺陷）表面层金属力学物理性能和化学性能表面层金属冷作硬化表面层金属金相组织变化表面层金属残余应力3.1.2表面质量对零件使用性能的影响（一）表面质量对零件耐磨性的影响1.表面粗糙度对零件耐磨性的影响表面粗糙度太大和太小都不耐磨。表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关2.表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过分“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。3.表面纹理零件耐磨性的影响表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，原因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的存留，一般，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的耐磨性差。在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂直时，耐磨性最差。（二）表面质量对零件疲劳强度的影响表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能阻止疲劳裂纹生长并产生表面压应力，提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。表面质量对零件配合质量的影响表面粗糙度对配合质量的影响表面粗糙度对零件配合精度的影响表面粗糙度较大，则降低了配合精度。表面残余应力对配合质量的影响表面残余应力对零件工作精度的影响表面层有较大的残余应力，就会影响零件精度的稳定性。表面质量对零件耐腐蚀性能的影响表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。因为零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性；表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。3.2影响加工表面质量工艺因素及其改进措施3.2.1切削加工表面粗糙度几何因素的影响切削加工后表面粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度影响因素：刀尖圆弧半径rε、主偏角κr、副偏角κ’r、进给量f物理因素的影响表面粗糙度测量比较法触针法：Ra0.02～5μm光切法：Rz0.5～60μm干涉法：Rz0.05～0.8μm3.3影响表层物理性能的工艺因素及其改进措施加工硬化—机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。影响切削加工表面冷作硬化因素影响磨削加工表面冷作硬化因素第四章机械加工工艺规程设计1.1工艺规程概述机械加工工艺规程概念与作用机械加工工艺规程:规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应