第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
机械加工工艺介绍详解
机械加工工艺的优缺点
优点
• 高精度加工 • 适用于多种材料 • 成本较低
缺点
• 加工速度较慢 • 需要专业设备和技能 • 对环境有一定影响
机械加工工艺的应用领域
汽车制造
机械加工被广泛用于汽车制造 过程中的各个环节，如发动机。
上机床
将工件安装在机床上进行加工。
检验
使用测量工具检查工件的尺寸和质量。
机械加工中的材料选择
金属材料
如钢、铝、铜等，适用于大多数机械加工工艺。
塑料材料
如聚酯、聚乙烯等，适用于一些轻型加工工艺。
复合材料
如碳纤维增强材料，适用于高性能要求的加工工艺。
常见的机械加工工艺流程
机械加工工艺介绍详解
在本次演示中，我们将详细介绍机械加工的各个方面，从概述到工艺流程， 以及它的应用领域。让我们开始吧!
机械加工工艺概述
机械加工是一种通过使用各种工具和机器对材料进行切削、成型和加工的加工方法。它是制造业中最常 用的加工方法之一。
常见机械加工工艺
1 车削
2 铣削
通过旋转工件并切削去除超出所需形状的 材料。
通过旋转刀具将工件上部分材料切削掉。
3 钻削
通过旋转钻头将孔从工件表面钻出。
4 磨削
通过磨盘将工件上的不规则表面磨平。
机械加工的基本步骤
1
准备工作
2
准备所需的机器设备和刀具。
3
加工
4
根据加工工艺使用适当的刀具切削、
铣削、钻削、磨削工件。
5
完成
6
完成加工后，将工件从机床上取下， 准备进行下一步工艺。
机械加工工艺设计分析
1
工艺性原理
选择合适的工艺，最大限度地保证零部件的质量和生产效率。
2
经济性原理
尽量缩短加工周期，降低工艺成本，实现单位时间内工艺效益的最大化。
3
可行性原理
机械加工工艺设计应当科学合理、可行可靠，同时使工件在加工过程中保持其内 在质量特性。
常见机械加工工艺
车削
车床将工件旋转对加工刀进行往复直线或曲线 运动，实现移除工件部分材料的一种加工方法。
在机械加工工艺设计中，如何针对不同加工要求制定合理的方案，使加工的零件质量能够达 到预期效果是关键。我们应根据要求的加工精度和加工质量，合理规划加工工序及注意操作， 实现工件的精细加工。
实例2 ：内外表面要求相同的圆锥体加工问题
如何如何出色处理圆锥体的加工问题，实验发现合适的刀具、合适的加工路径能够更好地保 证加工质量。
机械加工工艺设计要研究被加工 件的必要性、可行性，包括适合 零部件的工艺方案，如何减小精 度误差，如何提高企业经济效益 等。
工艺设计团队
工艺设计团队通常由工艺师、技 术员、技术工程师等人员组成。
CAM
CAM能够将零件、工具和夹具数 据输入计算机，构造机器切削的 正确模型，使得机床的操作更智 能化、自动化。
实例3 ：铣削中如何提高切削条件下的表面质量及精度
一般可采用变送器的形式实现刀具半径补偿。通过常规最小控制方式，确保工件表面质量达 标，工件数控铣加精细度有了保障。
结论及展望
机械加工工艺设计是现代工业制造的重要一个方面。在未来，我们应当不断推进工艺技术的升级，通过自动化 以及智能化技术的应用，共同完善机械零部件的生产质量，实现企业效益的最大化。
机械加工工艺设计分析
机械加工工艺设计是制造过程中至关重要的环节，本次演示将从基本原理、 常用工艺、优化方法等方面深入讲解。
机械系统的动态优化分析
机械系统的动态优化分析机械系统是由不同的组件和元件组成的复杂系统，它们能够通过各种运动实现特定的功能。
在机械系统的设计和运行过程中，动态优化分析起着重要的作用。
动态优化分析可以帮助工程师更好地理解机械系统的运行状态，优化系统的性能以及预测未来可能发生的问题。
一、机械系统的动态行为分析机械系统的动态行为是指系统在运行过程中产生的振动、冲击、噪音等现象。
要深入了解机械系统的动态行为，需要对系统进行动态分析。
动态分析可以通过数学模型和仿真软件来实现。
数学模型通过建立数学方程来描述机械系统各个部件的运动规律。
常用的数学模型包括运动学模型和动力学模型。
运动学模型用于描述系统中各个部件之间的位置和速度关系，而动力学模型则进一步考虑系统中的力和能量转换过程。
仿真软件可以通过计算机程序模拟机械系统的运动过程。
常见的仿真软件有MATLAB、ANSYS等。
通过仿真软件，工程师可以对机械系统进行各种操作，如施加力、变换形状等，进而模拟系统的动态行为。
二、动态优化分析是指在了解机械系统的动态行为的基础上，进一步优化系统的性能。
动态优化分析可以分为减振优化、噪音优化和冲击优化等。
减振优化是指通过减少系统振动来提高系统运行的舒适度和稳定性。
减振优化的方法包括使用减振器、调节系统的固有频率等。
在减振优化过程中，需要通过模型分析和仿真软件来评估不同减振方法对系统性能的影响。
噪音优化是指通过降低系统噪音来提升系统的工作环境和舒适度。
噪音优化的方法包括采用降噪技术、隔音材料等。
在噪音优化过程中，需要通过模型分析和仿真软件来评估不同噪音控制方法的效果。
冲击优化是指通过减少系统的冲击加载来提高系统的寿命和可靠性。
冲击优化的方法包括降低系统的冲击加载、改进系统的结构等。
在冲击优化过程中，需要通过模型分析和仿真软件来评估不同冲击优化方法的效果。
三、机械系统的动态优化分析应用案例动态优化分析在机械系统的设计和运行中有着广泛的应用。
以汽车发动机为例，通过动态优化分析可以优化发动机的燃烧过程，提高燃油利用率和减少排放。
机械加工工艺系统分析
机械加工工艺系统分析摘要：在机械设备的加工过程中，由机床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一个实现某种加工方法的整体系统，其系统主要成为机械加工工艺系统。
就不同加工方法，其机械加工工艺系统也是不同的，比如说：车削工艺系统、铣削工艺系统、磨削工艺系统等。
机械制造技术主要是以表面成形理论、金属切削理论、工艺系统的基本理论为基础，以各种加工方法、加工装备的特点、应用为主体，以机械加工工艺与装配工艺设计为重点，实现了机械产品优质、高效、成本低的综合应用技术。
关键词：机械设备；加工工艺；系统前言：机床作为现代化机械制造行业中的主要加工设备，其主要担负着加工工作量，约占有机械制造总工作量的百分之五十左右，机床技术性能将直接影响机械产品性能、经济性和质量。
所以说，机床工业发展与机床技术水平的提升，必然会对我国国民经济发展起到推进作用。
下面就结合作者的实际工作经验，简要的分析机械加工工艺系统，以供参考。
1 机床1.1 金属切削机床金属切削机床主要是采用刀具进行切削，把金属毛坯加工成为机械零件机器，其主要是制造机器中的机器，所以说又被称为是工作母机，习惯上简称是机床。
机床有着很多的型号、用途，按照不同分类的方法能够归纳出不同种类。
按照机械设备的加工性质、所用的刀具、机床用途等能够分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床等共12类。
按照机床通用性的程度将分为通用机床、专门化机床、专用机床。
其中通用机床还称为是万能机床，加工的范围较广，通用性较强，主要适用在单件小批生产，比如说：卧式机床、万能外圆磨床、摇臂钻床等。
专门化的机床应用范围比通用机床更加的窄，但是有比专用机床稍宽。
专门化机床设计主要是为满足加工某零件或是工序，而专门设计与制造。
比如说：铲齿车床、丝杠铣床等。
专用机床的工艺范围最为狭窄，专用机床主要是为满足某特定零件特定工序的加工要求进行设计，比如说：大量生产汽车零件所用的各种组合机床。
机械加工工艺系统
3、展成法：又称范成法。是指对各种齿形表面进行加工时， 刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀具 与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿 形表面的母线是切削刃各瞬时位置的的包络线。
一、零件表面的成形
4、相切法：采用 铣刀、砂轮等旋转 刀具加工工件时， 刀具自身的旋转运 动形成圆形发生线， 同时切削刃相对于 工件的运动形成其 他发生线。
（2）进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属 层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动 配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面 形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个； 可以是连续的，也可以是间歇的。
二、机械加工的运动
2、辅助运动：实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。
§2-3 刀 具
金属切削刀具的种类很多,其切削部分的形状和 几何参数都不尽相同,但它们都可由外圆车刀切削部 演变而来。外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具。
2.3.1 车刀的组成
外圆车刀是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成。
2.3.1 车刀的组成
1、刀面 （1）前刀面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面 （即切屑流过的表面）。 （2）主刀后面 刀具上与工件过渡表面相对并相互作 用的表面。 （3）副刀后面 刀具上与已加工表面相对并相互作用 的表面。
1．通用机床的型号编制 通用机床型号的表示方法为：
注：①有“( )”的代号或数字，当无内容时，不表示，若有内容，则不带扩号 ②有“○”符号者，为大写的汉语拼音字母； ③有“△” 符号者，为阿拉伯数字； ④有“ △ ”符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有之。
机械工艺过程的过程能力分析
机械工艺过程的过程能力分析机械工艺过程的过程能力分析在现代制造业中具有重要的作用。
通过对工艺过程的能力进行分析，可以评估该过程是否达到了设计要求，并为工艺的改进和优化提供依据。
本文将分析机械工艺过程的过程能力的含义、重要性以及常用的评估方法，并举例说明其应用。
一、过程能力的含义过程能力是指在稳定状态下，工艺过程在一定的规格限制范围内，能够稳定地生产出合格品的能力。
它反映了工艺过程中产生产品的稳定性和可控性。
过程能力可以通过测量并分析过程数据进行评估，常用的指标有Cp、Cpk、Pp和Ppk等。
Cp指标是一个描述过程分布与规格限制范围之间关系的指标，它的计算公式是：Cp = (USL-LSL)/(6*σ)，其中USL和LSL分别为过程的规格上限和规格下限，σ为过程的标准差。
当Cp大于1时，说明过程的分布范围完全落在规格范围内，过程能力较高。
Cpk指标是考察过程能力的对称性和偏离程度的指标，它的计算公式是：Cpk = Min((USL-Xmean)/(3*σ), (Xmean-LSL)/(3*σ))，其中Xmean为过程的均值。
当Cpk大于1时，说明过程的均值偏离规格限制较小，过程能力较高。
Pp和Ppk指标是在实际生产中常用的指标，它们考虑了由于常见因素引起的过程均值和标准差的变化。
Pp指标是考察过程分布与规格限制范围之间关系的指标，Ppk指标是考察过程能力的对称性和偏离程度的指标。
它们的计算方法与Cp 和Cpk类似。
二、过程能力的重要性过程能力分析在现代制造业中具有重要的意义。
首先，过程能力的评估可以帮助企业了解自身制造过程的稳定性和可控性情况，及时发现和解决生产中的问题。
只有在了解了过程能力的基础上，企业才能制定合理的质量控制策略，提高产品的质量稳定性和一致性。
其次，过程能力的评估可以帮助企业进行过程改进和优化。
通过对过程能力指标的分析，可以确定导致过程能力下降的原因，并采取相应的改进措施。
例如，当Cp指标较低时，说明过程的分布范围与规格限制之间存在较大的差距，此时可以通过工艺调整或设备更新等方式来提高过程能力。
机械工艺过程的过程能力分析
机械工艺过程的过程能力分析一、引言随着现代工业的发展，机械加工在制造业中扮演着重要的角色。
为了确保产品的质量和稳定性，机械工艺过程的过程能力分析变得至关重要。
本文将探讨机械工艺过程的过程能力分析方法和其在工业生产中的应用。
二、什么是过程能力过程能力是用来评估工艺过程的稳定性和精确性的指标。
它通过计量和分析过程输出与规范要求之间的偏差来量化工艺过程的能力。
一般来说，过程能力指标主要包括过程能力指数（Cp）、过程能力指数偏移（Cpk）和过程散布指数（Cpm）等。
三、过程能力分析的方法1. 数据收集要进行过程能力分析，首先需要收集足够的数据。
这些数据可以来自于生产线上的实际生产过程，也可以通过模拟或实验来获得。
数据的采集需要注意样本的数量和采样的频率，以保证数据的代表性和可靠性。
2. 数据整理和统计分析收集到的数据需要进行整理和统计分析。
常用的统计方法包括测量数据的平均值、标准差、极差等。
通过这些统计指标，我们可以了解到工艺过程的变异情况，找出可能存在的问题。
3. 过程能力指标计算在数据分析的基础上，可以计算出过程能力指标。
过程能力指标Cp是用来评估过程的稳定性，它的计算公式为：Cp = (USL - LSL) / (6 * 标准偏差)其中，USL是上限规格限制，LSL是下限规格限制。
标准偏差是通过统计分析获得的。
过程能力指数偏移Cpk是用来评估过程的准确性，它的计算公式为：Cpk = min[(USL - 平均值) / (3 * 标准差), (平均值 - LSL) / (3 * 标准差)]过程散布指数Cpm考虑了过程能力指数Cp与Cpk两者的影响，它的计算公式为：Cpm = min[(USL - LSL) / (6 * 标准偏差), (USL - 平均值) / (3 * 标准差), (平均值 - LSL) / (3 * 标准差)]其中，标准偏差是通过统计分析获得的。
四、过程能力分析的应用过程能力分析在工业生产中起到了重要的作用。
关于机械制造的生产过程及加工工艺研究分析
关于机械制造的生产过程及加工工艺研究分析机械制造是现代工业生产中不可或缺的一部分，它涉及到从零部件加工到成品组装的一系列生产过程及加工工艺。
对于机械制造的生产过程及加工工艺进行研究分析，对于提高生产效率、降低生产成本、改善产品质量都具有重要意义。
本文将对机械制造的生产过程及加工工艺进行深入研究分析。
一、机械制造的生产过程机械制造的生产过程主要包括零部件加工、装配和调试等环节。
零部件加工是机械制造的第一步，它决定了成品产品的质量和性能。
而装配和调试又是整个生产过程的关键环节，它直接影响到产品的最终质量和使用性能。
1.零部件加工零部件加工包括了数控加工、车铣复合加工、铣削、镗削、磨削、镗床加工等工艺。
在加工过程中，首先要根据产品的要求制定合理的加工工艺流程和程序。
然后选择合适的加工设备和工艺装备，保证零部件加工的精度和表面质量。
要根据零部件的形状、材料、工艺难度等情况，选择合适的切削刀具和刀具参数，以保证加工质量和加工效率。
还要根据零部件的结构特点和用途要求，选择合适的加工方法和工艺参数，确保零部件满足产品设计要求。
2.装配和调试装配和调试是将零部件组装成为整机，并对整机进行性能测试和调试。
在装配过程中，首先要根据产品的装配图纸和工艺要求，进行零部件的配套组装。
还要对零部件的尺寸、形状、间隙、紧固件的紧固力等进行检测和调整，以保证装配质量和装配精度。
在调试过程中，需要对整机的运转性能、传动系统、液压系统、电气系统等进行检测和调试，确保产品的使用性能和工作性能满足产品设计要求。
二、机械制造的加工工艺机械制造的加工工艺主要包括了数控加工技术、车铣复合加工技术、精密加工技术等。
这些加工工艺在机械制造过程中起着至关重要的作用，它们决定了产品的加工精度、表面质量和加工效率。
1.数控加工技术数控加工技术是一种高效、精密的加工技术，它能够实现对复杂零部件的高精度加工。
它通过数控加工设备对零部件进行高速切削，可以实现对零部件的多面加工、多种工艺加工、精细加工等。
对于数控机床加工中的动态分析
对于数控机床加工中的动态分析概述随着我国机械制造业的快速发展，数控技术越来越得到了广泛的应用，数控机床成为了现代制造业中不可或缺的一个组成部分。
在数控机床的运行过程中，由于加工件和刀具之间会产生摩擦和振动，从而导致加工面质量无法满足生产要求。
因此，对于数控机床加工中的动态分析研究已成为解决这一问题的热点之一。
本文的主要目的是介绍数控机床加工过程中的动态分析方法和相关研究成果，以及探讨该技术在制造业中的应用前景和发展趋势。
动态分析方法1.振动传感器法振动传感器法是通过测量切向和径向振动信号来分析数控机床动态过程中的振动情况。
该方法常见的传感器有加速度传感器、振动传感器等。
使用振动传感器法进行振动测试可以反映出数控机床在不同阶段中的振动情况，便于进一步的研究和修正。
2.冲击试验法冲击试验法是通过施加冲击力来模拟数控机床在加工中产生的冲击，在经过数据分析和处理后得到数控机床的响应曲线和模态参数等信息，了解数控机床的结构振动情况以及固有频率等参数。
3.有限元法有限元法是一种计算机辅助分析的方法，它将数控机床模型分解成多个小部分，然后将这些小部分连接起来，形成一个完整的整体模型。
利用此方法可以对数控机床进行动态分析，并得到数控机床在不同振动状态下的响应特点，为定位和解决问题提供理论依据。
研究成果在数控机床加工动态分析领域，研究者们取得了许多有意义的成果，以下列举几个：1.发现振动问题韩某某等人在研究数控车床加工过程中，采用设备检测法和人工实验法结合的方法，发现了机床在加工过程中钢材的切屑对振动干扰很大，严重影响了加工的质量，为后续研究提供了重要的实验数据。
2.建立数学模型汪某某等在研究高速数控铣床加工过程中，建立了铣削过程力学模型，进一步分析了铣削过程中切削力的变化规律，为后续机床结构设计提供了参考依据。
3.拓展动态分析技术康某某等人在研究虚拟加工系统中的动态分析技术时，发现了利用数据挖掘技术的有效性，提出了利用数据挖掘技术对数控机床进行振动分析的方法，这一方法成为了动态分析领域中结构性分析的热门研究课题之一。
机械加工工艺系统分析
机械加工工艺系统分析1 机床机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，它所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%～60%，机床的技术性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。
因此，机床工业的发展和机床技术水平的提高，必然对国民经济的发展起着重大推动作用。
这里主要介绍金属切削机床和数控机床。
1.1金属切削机床金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。
机床有很多型号和用途，根据不同的分类方式可以归纳为不同的种类。
按照加工性质、所用刀具和机床的用途可分为：车床、钻床，镗床，磨床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，铣床，刨插床，拉床等共12类。
按照机床的通用性程度可分为：(1)通用机床即万能机床：加工范围广，通用性强适用于单件小批生产；如卧式机床、摇臂钻床、万能外圆磨床等。
(2)专门化机床：工艺范围比通用机床窄，但比专用机床宽。
专门化机床的设计是为了满足加工某一类零件或者工序。
而专门设计和制造，如丝杠铣床、铲齿车床等。
(3)专用机床：工艺范围最窄。
顾名思义，专用机床是为了满足某种特定的零件的特定工序的加工要求而设计的，例如大量生产的汽车零件所用的各种组合机床。
按照重量和尺寸分：仪表机床、中型机床（一般机床）、大型机床（质量大于10t）、重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）。
按主要工作部件数目分：可分为单轴、多轴、单刀、多刀机床。
1.2 数控机床数控机床是指采用数字形式控制的机床。
数控机床是综合应用了电子技术、计算技术、自动控制、精密测量和机床设计等领域的先进技术成就而发展起来的一种新型自动化机床，具有广泛的通用性和较大的灵活性。
数控机床有很多型号和用途，根据不同的分类方式可以归纳为不同的种类。
按工艺用途来划分，有普通数控机床和数控加工中心机床。
按机床类型来划分，有数控车床、数控铣床、数控钻镗床、数控磨床等。
机械加工中的切削力与动态响应分析
机械加工中的切削力与动态响应分析在机械加工中，切削力与动态响应是两个重要参数，它们直接影响着加工的质量和效率。
本文将从不同角度探讨切削力与动态响应的分析方法和影响因素。
一、切削力的分析方法切削力是材料被切削时产生的力，它是评价切削过程中能量的主要指标。
切削力的大小与刀具、材料和切削参数等因素有关。
在机械加工中，常用的切削力分析方法有实测法、理论计算法和数值模拟法。
实测法是通过安装压力传感器或力传感器来直接测量切削力的大小。
这种方法能够得到准确的切削力数值，但需要专门的实验设备和实验条件，并且对工件和刀具有一定的干扰。
理论计算法是通过理论公式和经验公式，根据切削参数和材料特性来估算切削力的大小。
这种方法适用于简单的切削过程，但对于复杂的切削过程，由于无法考虑到所有影响因素，计算结果可能存在一定的误差。
数值模拟法是通过计算机软件对切削过程进行模拟，从而获得切削力的分布和变化规律。
这种方法能够考虑到各种影响因素的综合作用，得到较为准确的结果，但需要具备一定的计算机软件和模型建立能力。
二、动态响应的分析方法动态响应是指工件在切削过程中的振动情况，它直接关系到加工的质量和刀具的寿命。
动态响应的分析方法可以分为实测法和数值模拟法。
实测法是通过振动传感器等设备，测量工件在切削过程中的振动情况。
这种方法能够直接得到振动的数值信息，但由于传感器的安装和测量误差，得到的结果不一定准确。
数值模拟法是通过建立切削过程的动力学模型，通过计算机软件模拟工件的振动情况。
这种方法能够综合考虑各种因素的综合作用，并得到较为准确的结果。
三、影响切削力与动态响应的因素影响切削力的因素有很多，包括刀具材料和形状、切削速度、进给量、切削深度、冷却润滑条件等。
其中，刀具的形状和材料对切削力的影响较大。
合理选择刀具形状和材料，可以有效降低切削力，提高切削效率。
影响动态响应的因素也很多，包括切削参数、刀具刚度、材料刚度、切削余量等。
其中，切削参数是动态响应的主要影响因素之一。
机械制造技术基础B-第四章-第三节
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
切削过程中，增大走刀次数可不断减小工件的复映误差。设 ε1、ε2、 ε3分别为第一、第二、第三次走刀时的误差复映系数， 则
g1 1m, g22g112 m, g33g2123m
总误差复映系数： 总123
加工时：变形大的地方，切除的金 属层薄；变形小的地方，切除的金属 层厚。
结论：因机床受力变形，加工后的 工件呈两端粗，中间细的马鞍形。
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
2. 工件的变形
用两顶尖车削细长轴时，不考虑机床和刀具的变形，工件在 切削点处的变形量 yB 为：
yB
FP(Lx)2x2 3EIL
k Fp y
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
二、工艺系统刚度的计算
根据 k=Fy /y 得知，工艺系统在某一处的法向总变形位移y， 是系统的各个组成环节在同一处的法向变形的叠加：
yyjcyjjydyg
则机床刚度kjc、夹具刚度kjj、刀具刚度kd和工件刚度kg 为：
kjc Fp yjc, kd Fp yd , kjj Fp yjj, kg Fp yg,
得到:
11 111
k kjc kjj kd kg
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
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 以在车床两顶尖间加工光轴为例，分析力作用点位置变化对
工件形状的影响。 1. 机床的变形 假定工件短而粗，车刀悬伸长度短，
从“提高工艺系统的刚度”和“减小载荷及其变化”两方面 采取措施，来减小工艺系统的受力变形。
（一）提高工艺系统的刚度 1. 合理的结构设计
机械加工工艺系统
机械加工工艺系统
机械加工工艺是指在机械制造过程中，通过一系列的工艺
步骤对原材料进行加工，以达到零部件形状、尺寸和表面
质量等要求的过程。
机械加工工艺系统是将各种工艺步骤有机地组合在一起，
形成一个完整的生产流程。
机械加工工艺系统通常包括以
下几个方面的内容：
1. 工艺规划：确定加工工艺路线、工艺参数和加工顺序等。
2. 设备选择：根据零部件的要求和加工工艺，选择合适的
机床和刀具等加工设备。
3. 刀具选择：根据零部件的材料、形状和加工要求，选择
合适的切削刀具。
4. 夹具设计：设计适合零部件加工的夹具，保证零部件在加工过程中的稳定性和精度。
5. 加工工艺参数确定：包括切削速度、进给量、切削深度等参数的确定。
6. 加工过程监控：通过测量和检测手段，对加工过程进行监控，及时调整工艺参数，保证加工的质量。
7. 加工工艺改进：根据加工实际情况，对工艺进行改进，提高生产效率和产品质量。
机械加工工艺系统的设计和管理，可以有效地提高加工效率、降低生产成本，提高产品质量和精度，是现代机械制造的重要组成部分。
制造工艺中的机械运动与动力学分析
制造工艺中的机械运动与动力学分析在制造工艺中，机械运动与动力学分析扮演着重要的角色。
机械运动的稳定性和效率直接影响到产品的质量和性能。
本文将从机械运动的基本原理、动力学分析方法以及实际案例三个方面进行探讨，以便更好地理解和应用于制造工艺中。
一、机械运动的基本原理机械运动是指物体在空间中的位置随时间的变化情况。
了解机械运动的基本原理对于进行动力学分析至关重要。
机械运动可分为直线运动和旋转运动两大类。
1. 直线运动直线运动是物体在一条直线上随时间的变化。
常见的直线运动有匀速直线运动和变速直线运动。
匀速直线运动是指物体在相等的时间间隔内，通过的距离相等。
变速直线运动则是指物体在相等的时间间隔内，通过的距离不相等。
2. 旋转运动旋转运动是物体围绕某一轴线旋转的运动形式。
常见的旋转运动有匀速旋转运动和变速旋转运动。
匀速旋转运动是指物体在相等的时间间隔内，旋转的角度相等。
变速旋转运动则是指物体在相等的时间间隔内，旋转的角度不相等。
二、动力学分析方法动力学分析是通过研究物体所受到的力和加速度之间的关系，来分析机械运动的方法。
常用的动力学分析方法有牛顿第二定律、功和能量原理以及运动学方程。
1. 牛顿第二定律牛顿第二定律是描述物体受力和加速度之间关系的基本定律。
它表达了物体的质量与加速度之间的正比关系，即 F = ma。
其中，F代表物体所受到的力，m代表物体的质量，a代表物体的加速度。
牛顿第二定律常常应用于分析直线运动和旋转运动中的力和加速度关系。
2. 功和能量原理功和能量原理是分析机械运动时常用的方法之一。
功是描述力对物体所做的作用的物理量，可以用来计算机械能的转化。
能量是物体由于位置、速度或形态而具有的作用能力，常分为动能和势能两种形式。
利用功和能量原理可以通过分析物体的能量转化和能量守恒来推导机械运动的规律。
3. 运动学方程运动学方程是描述物体运动规律的方程。
常见的运动学方程有速度、加速度、位移和时间之间的关系。
第4章 工艺系统动态分析1
呈静态切削称不灵敏性 振动切削。
图5-29
20KHz不灵敏性振动切削
(2)瞬间零位振动切削
0
当f / f 1时，工件是随时间动态 变化的，其规律如下：
5.2
工艺系统的刚度
静刚度：工艺系统抵抗变形的能力称工艺系统的静刚度。
动刚度：工艺系统抵抗动态变形能力称工艺系统动刚度。
一、工艺系统的静刚度
（一）工艺系统刚度的概念
误差敏感方向：通过刀尖 的加工面的法线方向。 工艺系统在Y向的刚度：
F K Y
xt
y
只考虑了Y向力的作用；工艺系统刚 度与刀具几何参数和切削用量有关。
F F Kd (1 ) 2 (2 ) 2 A Ay K (1 ) 2 (2 ) 2
动刚度的倒数定义为柔度，即
G=1/Kd
（二）动刚度的特点 （1）当ω=0时， Kd =K （2）当ω ω0， Kd有最 小值。
图4-15 动、静态刚度与频 率变化的关系
0 2 2 2 ymean yA
F 1 F 所以 y sin t ） （ k 2 k 二、脉冲力波形切削时工件的动态变化
1.切削刃运动及脉冲切削力波形形成 使刀具切削刃沿主切 削运动方向振动，形 成了脉冲切削力。
脉冲切削力形成的过程及波形： 2.脉冲切削力波形形成条 件及刀具在一个周期内的 切削时间 （1）临界切削速度 脉冲切削力作用的波形不能 形成时的切削速度称临界切 削速度。
2 2 2
所以
0
yF
ymean
/k
(2)当 / 1时, 工艺系统是微观振动系 统 1 1时； 1 （ ） 2 ） 1 （
2 2 2
所以
机械加工过程的工艺系统动态分析
机械加工过程的工艺系统动态分析（机床振动学(machine vibration)，切削动力学）在机床的工作过程中，存在着不可避免的振动现象，机床工作时产生的振动主要有以下三个方面：刀具与被加工工件之间产生的相对振动、传动部分产生的振动、机床和基础之间的振动。
振动是在日常生活和工程实际中普遍存在的一种现象。
事实上，人类就生活在振动的世界里。
地面上的车辆（汽车振动和噪声(noise-vibration-harshness，NVH)是汽车动态性能的一个重要指标，在国外一些著名的汽车公司，有近20%的研发费用来解决车辆的NVH 问题。
振动源主要为：发动机振动-减振动材料如橡胶-车架上-方向盘的振动-六缸好于四缸；行驶中地面车轮-悬挂-车身-座骑-身体）；火车、空中的飞机、卫星、海洋中的船舶等都在不断振动着。
房屋建筑、桥梁水坝等在受到激励后也会发生振动。
就连茫茫的宇宙中，也到处存在着各种形式的振动，如风、雨、雷、电、地震等随时间的为断变化，从广义的角度来理解，就是特殊形式的振动（或波动），而电磁波不停地在以振动的方式发射和传播,股票的涨跌。
我们可以想像，如果没有振动，将会是怎样，如果心脏停止振动……；如果没有空气振动就听不到声音；如果宇宙没有振动……振动是无处不在的，我们不可能回避振动，也不可能完全消灭振动，我们要研究振动，只有掌握了振动规律和待征以后，才能有效地利用振动的有益方面并限制振动的有害方面。
如大船（有减振措施），减少机床振动；然而振动也可以用来为人类服务，例如，利用钟摆振动原理制造的钟表；振动破碎机（气锤）、振动压路机、海浪发电机、X 光、CT 、核磁共振等。
所谓机械振动，是指物体（或物体系）在平衡位置（或平均位置）附近来回往复运动。
力是力学中的最基本概念之一。
物体受力的作用往往同时产生两种效应：一种是使物体发生形变-称为力的内效应；另一种是使物体运动状态发生改变-称为力的外效应-如果想像你与拳王泰森对阵，一拳（不到一吨，据测左手500公斤，右手800公斤（1kg=9.8N ））打到你身上是什么结果……将打扁了也将你打飞了。
机械加工工艺分析
(2)是生产组织和生产准备工作的依据
生产计划的制订，产品投产前原材料和毛坯的供应、工艺装备的设计、制 造与采购、机床负荷的调整、作业计划的编排、劳动力的组织、工时定额 的制订以及成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。
(3)是新建和扩建工厂（车间）的技术依据
在新建和扩建工厂（车间）时，生产所需要的机床和其它设备的种类、数 量和规格，车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量、 辅助部门的安排等都是以工艺规程为基础，根据生产类型来确定。除此以 外，先进的工艺规程也起着推广和交流先进经验的作用，典型工艺规程可 指导同类产品的生产。
(2)主要表面与次要表面区分
根据零件各加工表面要求的不同，可以将零件的加工表面划分为主要 加工表面和次要加工表面；这样，就能在工艺路线拟定时，做到主次 分开以保证主要表面的加工精度.
(3)零件的结构工艺性
所谓零件的结构工艺性是指零件在满足使用要求的前提下，制造该零 件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差 异。所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下，既能方便制造又有 较低的制造成本。
1.3 工艺文件的格式
将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依 据的工艺文件。常用的工艺文件格式有下列几种： (1)综合工艺过程卡片 这种卡片以工序为单位，简要地列出了整个零件加工所经过的工艺路 线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等），它是制订其它工艺文件 的基础，也是生产技术准备、编排作业计划和组织生产的依据。
1.2 工艺过程
所谓“工艺”，就是制造产品的方法，工艺过程是生产过程的主要部 分 ，是指生产过程中有毛坯制造起到油漆位置的过程。它包括毛坯制造 工艺过程，热处理工艺过程、机械加工工艺过程、装配工艺过程等。 机械加工工艺过程是利用机械加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸 和表面质量，使其转变为成品的过程。为便于叙述一般将机械加工工 艺过程简称为工艺过程。
机械加工工艺系统教学资料
机械加工工艺系统教学资料1. 引言机械加工工艺是机械制造领域中的重要一环，它涉及到机械零件的制造、加工和装配过程。
了解机械加工工艺系统对于学习和掌握机械制造技术至关重要。
本文档旨在提供机械加工工艺系统教学资料，帮助读者理解并应用相关知识。
2. 机械加工工艺系统概述机械加工工艺系统是机械加工过程的集合，它包括了工艺规划、数控编程、加工设备与工具选择、工艺参数确定等内容。
机械加工工艺系统的目标是实现高效、精确和可靠的零件加工。
3. 机械加工工艺规划机械加工工艺规划是机械加工的第一步，它涉及到选择适当的材料和机械加工方法，确定加工路线和工序安排。
机械加工工艺规划的关键是要考虑加工的要求和限制条件，如零件的尺寸精度、表面质量要求、加工时间和成本等。
3.1 材料选择材料选择是机械加工工艺规划的基础，不同材料的性质和特点会影响加工的方式和难度。
常用的机械加工材料包括金属材料、塑料材料和复合材料等。
3.2 加工方法选择加工方法选择是根据零件的几何形状和加工要求来确定的。
常见的加工方法包括车削、铣削、钻削、磨削和钳剪等。
在选择加工方法时，需要考虑加工的效率、精度和成本等因素。
3.3 加工路线确定加工路线确定是指确定零件的加工顺序和工序安排。
在确定加工路线时需要考虑工序之间的依赖关系和加工中的优化问题，以实现高效的加工。
4. 数控编程数控编程是机械加工中的重要环节，它将设计师的图纸和要求转化为机床可以执行的指令。
数控编程可以通过手动编程或者使用CAM软件进行自动编程。
数控编程需要掌握机床的坐标系、刀具半径补偿、加工路径和切削参数等内容。
4.1 坐标系与偏移数控编程中常用的坐标系有绝对坐标系和相对坐标系两种。
绝对坐标系是以机床零点为参考原点建立的坐标系，而相对坐标系是以刀具当前位置为参考原点建立的坐标系。
刀具半径补偿是为了保证零件尺寸的精度，通常需要在数控编程中设置。
4.2 加工路径在数控编程中，需要定义切削路径，即刀具在零件表面上的移动轨迹。
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y2 A2 sin（t ）
系统进入稳态后
y Asin(t )
式中 A — 振动振幅；
— 振动振幅与激振力的相位差。
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
解得：
A
Ay
(1 2 )2 (2)2
tg 2 1 2
Ay — 系统在Fy作用下的静位移，Ay Fy / k；
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
2.机床部件刚度及其特点
（1）机床部件刚度
变形与作用力的关系不 是直线，曲线上各点的斜率 称瞬时刚度。
曲线首尾相连，直线斜 率即为小刀架平均刚度。
F max K dj
240
4600(N / mm)
y max 0.052
图4-6 车床刀架的静刚度曲线
（二）工艺系统组成部分刚度及其特点
1.工艺系统刚度与组成部分刚度关系
Kjc Fy Yjc
Kjj Fy Yjj
Kgj Fy Ygj
Kdj Fy Ydj
Y Y Y Y Y xt
jc
dj
jj
gj
工艺系统刚度与各组 K K jc
jj
dj
gj
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
图4-3 幅-频特性曲线
①当λ→0时，iA1。系统接 近由Fy作用引起的 静位移Ay。 一般在λ＜0.7以下的区域称
为准静态区，在准静态区其 振幅接近于系统静态变形。
② λ→1时，振幅急剧增加，
这种现象称共振。
0.7 ＜λ＜1.4的区域成为共
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
（2）部件刚度的特点
①力与变形呈非线性关系，变形不仅是弹性变形，不符合虎克定律。
②加载曲线与卸载曲线不重合，有能量损失。
③卸载后曲线不能恢复到原有位置，曲线不能封闭，部件产生了不 可恢复的塑性变形。
④部件的实际刚 度远比估算的小。
— 频率比， / 0； — 阻尼比， c / c0；
c0 — 临界阻尼系数，c0 2 km。
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
上一内容
图4-2 车削系统工件与刀具时间位移曲线
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
一、工艺系统动态过程的数学描述
车削系统的刀具与工件在Y方向的动力学模型：
工件的运动方程式：
my cy ky Fy sint
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图4-1 刀具与工件作用简图
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
m — 等效质量，kg f；
y — 工件与刀具间位移，m；
振区。
③当λ1时， iA→0，振幅 非常小。一般把λ＞1.4以上
区域称惯性区。
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
3.工艺系统的相—频特性
tg 2 1 2
（1）相位差总为正值，振动 位移响应总滞后于激振力。
（2）当阻尼较小或无阻尼时：
在λ<<1的低频范围内， 相位差 0，即位移与激振
（3）影响部件刚 度的因素
①连接面的接触变形
图4-7 润滑模型
力接近于同相位。 在λ>>1的高频范围内，
相位差 π，即位移与激 振力接近于反相位。
在λ=1时的共振时刻，相位差 =π/2，且与阻尼无关。
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图4-4 相—频特性曲线
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
（3）振动位移与激振力之间的相位差随频率增大而增大，一 般不会发生突变，但在共振点前后变化较大。系统阻尼越小， 共振点附近的相位差变化越大。
机械制造工艺学
第四章 机械加工过程的工艺系统 动态分析
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
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工艺系统振动及其振动类型 工艺系统的刚度 工艺系统激振力及其特点 切削过程的动态分析 切削过程的控制
第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
第一节 工艺系统振动及其振动类型
在切削工程中，由机床、夹具、工件和刀具组成的系统称工 艺系统。
二、工艺系统受迫振动的特性
1.工艺系统受迫振动特性 工件与刀具之间在激振力作用下产生运动，其运动频率与 激振力频率相同。
2.工艺系统振动的幅频特性 （1）工艺系统激振力幅值越大，振动振幅越大。 （2）系统振动的幅—频特性
iA A
1
Ay (1 2 )2 (2 )2
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三、工艺系统的动态类型
1.微观振动 2.工艺系统的宏观振动
｝按工件与刀具位移性质分
3.工艺系统静态振动
1.自由振动 2.强迫振动 3.自激振动
｝按工艺系统振动性质分
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
第二节 工艺系统的刚度
静刚度：工艺系统抵抗变形的能力称工艺系统的静刚度。 动刚度：工艺系统抵抗动态变形能力称工艺系统动刚度。
一、工艺系统的静刚度
（一）工艺系统刚度的概念
误差敏感方向：通过刀尖的 加工面的法线方向。
车削系统的刀具与工件在Y 方向的动力学模型：
工艺系统在Y向的刚度：
Kxt Fy Yxt
只考虑了Y向力的作用；工艺系统刚度与 刀具几何参数和切削用量有关。
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
y — 振动速度，m / s
y — 振动加速度，m / s2
Fy — 吃刀抗力，N；
k — 工艺系统在Y方向刚度，kg f / m；
c — 装夹在主轴上的工件粘性阻尼系数，kg f s / m；
— 激振力圆频率，rad / s。
令c / 2m ，k / m 2，Fy / m F 得
0
y
y 2y 2 y F sint
0
y
— 衰减系数；
0 — 在吃刀抗力方向上工件的固有角频率。
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第四章 机械加工过程的工艺系统动态分析
： 二阶常系数线性非齐次微分方程解为
y y1 y2
y1为通解
y1 A1 e t sin（ 02 2 t ）