机械加工基础

1．生产过程
❖ 工业产品的生产过程是指由原材料到成品之间 的各个相互联系的劳动过程的总和。
❖ （1）生产技术准备过程
❖ （2）生产工艺过程 ❖ 主要包括
❖ （3）辅助生产过程
❖ （4）生产服务过程
❖ （1）生产技术准备过程 包括产品投产前的市 场调查分析，产品研制，技术鉴定等。
❖ （2）生产工艺过程 包括毛坯制造，零件加工， 部件和产品装配、调试、油漆和包装等。
❖ 试切法通过“试切－测量－调整－再试切”， 反复进行直到达到要求的尺寸精度为止。例 如，箱体，它是以 已加工件为基准，加工与其相配的另—工件， 或将两个（或两个以上）工件组合在一起进 行加工的方法。配作中最终被加工尺寸达到 的要求是以与已加工件的配合要求为准的。
❖ 自动控制法的特点：加工的质量稳定、生产 率高、加工柔性好、能适应多品种生产，是 目前机械制造的发展方向和计算机辅助制造 （CAM）的基础。
2．获得形状精度的方法 ：
❖ （1）轨迹法
❖ 轨迹法也称刀尖轨迹法， 依靠刀尖的运动轨迹获得 形状精度的方法称为轨迹 法。即让刀具相对于工件 作有规律的运动，以其刀 尖轨迹获得所要求的表面 几何形状。
刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动， 因而所获得的形状精度取决于成形运动的精度。数 控车床、数控铣床，普通车削、铣削、刨削和磨削 等均属轨迹法。图右上所示为车圆锥面。
❖ （2）成形法
❖ 利用成形刀具对工 件进行加工的方法称为 成形法。即用成形刀具 取代普通刀具，成形刀 具的切削刃就是工件外 形。成形刀具替代一个 成形运动。成形法可以 简化机床或切削运动，提高生产率。成形法所获得 的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其他成形 运动的精度。上图所示为用成形法车球面。
的，从而节约安装时间使生产率可以大提高。
❖ （4）工步
❖ 在加工表面不变，加工工具不变的条件下， 所连续完成的那一部分工序内容称为工步。生 产中也常称为“进给”。
❖ 整个工艺过程由若干个工序组成。每一个 工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步 通常包括一个工作行程，也可包括几个工作行 程。为了提高生产率，用几把刀具同时加工几 个加工表面的工步，称为复合工步，也可以看 作一个工步。
❖ 调整法的特点
❖ 优点 ： 调整法比试切法的加工精度稳定性好， 有较高的生产率，对机床操作工的要求不高。
❖ 缺点： 对机床调整工的要求高，常用于成批 生产和大量生产。
❖ （3）定尺寸法
❖ 用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部 位尺寸的方法称为定尺寸法。它是利用标准 尺寸的刀具加工，加工面的尺寸由刀具尺寸 决定。即用具有一定的尺寸精度的刀具（如 铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工 部位（如孔）的精度。
（4）生产系统
以整个机械制造厂为整体，为了最有 效地经营，获得最高经济效益，一方面把 原材料供应、毛坯制造、机械加工、热处 理、装配、检验与试车、油漆、包装、运 输、保管等因素作为基本物质因素来考虑； 另一方面把技术情报、经营管理、劳动力 调配、资源和能源利用、环境保护、市场 动态、经营政策、社会问题和国际因素等 信息作为影响系统效果更重要的要素来考 虑。
1.1.2 工件获得尺寸精度的方法 ❖ 1．获得尺寸精度的方法
❖ 机械加工中获得工件尺寸精度的方 法，主要有以下几种：
❖ （1）试切法
❖ 试切法即先试切出很小部分加工表面，测量 试切所得的尺寸，按照加工要求适当调刀具 切削刃相对工件的位置，再试切，再测量， 如此经过两三次试切和测量，当被加工尺寸 达到要求后，再切削整个待加工表面。
❖ 一次安装法一般是用夹具装夹实现的。夹具 是用以装夹工件（和引导刀具）的装置。
❖ 。例如在数控机床上加工时，零件就是通过 程序的各种指令控制加工顺序和加工精度。
❖ 自动控制的具体方法有：
❖ ①自动测量
❖ 即机床上有自动测量工件尺寸的装置， 在工件达到要求的尺寸时，测量装置 即发出指令使机床自动退刀并停止工 作。
❖ ②数字控制 即机床中有控制刀架或工作台 精确移动的伺服电动机、滚动丝杠螺母副及 整套数字控制装置，尺寸的获得（刀架的移 动或工作台的移动）由预先编制好的程序通 过计算机数字控制装置自动控制。
❖ （3）辅助生产过程 为使基本生产过程能正常 进行所必经的辅助过程，包括工艺装备的设计 制造、能源供应、设备维修等。
❖ （4）生产服务过程 包括原材料采购运输、保 管、供应及产品包装、销售等。
2．生产系统
（1）系统的概念
任何事物都是由数个相互作用和相互依赖 的部分组成并具有特定功能的有机整体，这个 整体就是“系统”。
❖ 展成法的用途：
❖ 适用于各种齿轮齿廓、花键键齿、蜗轮轮 齿等表面的加工。
❖ 展成法的特点：刀刃的形状与所需表面几 何形状不同。例如齿轮加工，刀为直线 （滚刀、齿条刀），而加工表面为渐开线。 展成法形成的渐开线是滚刀与工件按严格 速比转动时，刀刃的一系列切削位置的包 络线。
3．获得位置精度的方法
❖ （3）工位
❖ 采用转位（或移位）夹具、回转工作 台或在多轴机床上加工时，工件在机床 上一次装夹后，要经过若干个位置依次 进行加工，工件在机床上所占据的每一 个位置上所完成的那一部分工序就称为 工位。
❖ 简单来说，工件相对于机床或刀具 每占据一个加工位置所完成的那部分工 序内容，称为工位。
❖ 右图是在一台三工位回转 工作台机床上加工轴承盖 螺钉孔的示意图。操作者 在上下料工位Ⅰ处装上工 件，当该工件依次通过钻 孔工位Ⅱ、扩孔工位Ⅲ后， 即可在一次装夹后把四个 阶梯孔在两个位置加工完 毕。这样，既减少了装夹 次数，又因各工位的加工 与装卸是同时进行
❖ 例如，采用铣床夹具时，刀具的位置靠 对刀块确定。调整法的实质是利用机床上的 定程装置或对刀装置或预先整好的刀架，使 刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度， 然后加工一批工件。
❖ 在机床上按照刻度盘进刀然后切削，也是调 整法的一种。这种方法需要先按试切法决定 刻度盘上的刻度。大批量生产中，多用定程 挡块、样件、样板等对刀装置进行调整。
1.1 工艺过程的基本概念
1.1.1 生产过程与工艺过程
❖ 生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。 在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、 尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或 半成品的过程称为工艺过程。
❖ 工艺就是制造产品的方法。采用机械加工的 方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质 量等，使其成为零件的过程称为机械加工工 艺过程（以下简称为工艺过程）。
❖ 一次安装法
①直接安装法 划线找正安装
❖ 多次安装法 ②找正安装法
直接找正安装 ③夹具安装法
❖ 3．获得位置精度的方法
❖ （1）一次安装法
❖ 有位置精度要求的零件的各有关表面是在 工件同一次安装中完成并保证的，如轴类零 件外圆与端面的垂直度，箱体孔系中各孔之 间的平行度、垂直度、同一轴线上各孔的同 轴度等。
❖ 例如，组合钻床加工多孔箱体孔。
❖ （5）走刀
❖ 加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工 步部分称为走刀。
❖ 例如轴类零件如果要切去的金属层很厚，则 需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。 因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成 一次进给运动称为一次走刀。
❖ 下图是一个带半封闭键槽阶梯轴两种生产类 型的工艺过程实例，从中可看出各自的工序、安 装、工位、工步、走刀之间的关系。
（2）机械加工工艺系统
机械加工工艺系统由金属切削机床、刀具、 夹具和工件四个要素组成，它们彼此关联、互 相影响。
该系统的整体目的是在特定的生产条件下， 在保证机械加工工序质量的前提下，采用合理 的工艺过程，降低该工序的加工成本。
（3）机械制造系
在工艺系统基础上以整个机械加工车 间为整体的更高一级的系统。该系统的整 体目的就是使该车间能最有效地全面完成 全部零件的机械加工任务。
❖ 定尺寸法 特点：操作方便，生产率较高，加 工精度比较稳定，几乎与工人的技术水平无 关，生产率较高，在各种类型的生产中广泛 应用。例如钻孔、铰孔等。
❖ （4）主动测量法
❖ 在加工过程中，边加工边测量加工尺 寸，并将所测结果与设计要求的尺寸比 较后，或使机床继续工作，或使机床停 止工作，这就是主动测量法。
❖ 主动测量法特点：质量稳定、生产率高， 是发展方向。
❖ （5）自动控制法
❖ 这种方法是由测量装置、进给装置和控 制系统等组成。它是把测量、进给装置和控 制系统组成一个自动加工系统，加工过程依 靠系统自动完成。尺寸测量、刀具补偿调整 和切削加工以及机床停车等一系列工作自动 完成，自动达到所要求的尺寸精度
❖ 试切法的特点：
❖ 优点： 试切法达到的精度可能很高，它 不需要复杂的装置。
❖ 缺点： 这种方法费时（需作多次调整、 试切、测量、计算），效率低，依赖工人 的技术水平和计量器具的精度，质量不稳 定，所以只用于单件小批生产。
❖ （2）调整法
❖ 预先用样件或标准件调整好机床、夹具、 刀具和工件的准确相对位置，用以保证工件 的尺寸精度。因为尺寸事先调整到位，所以 加工时，不用再试切，尺寸自动获得，并在 一批零件加工过程中保持不变，这就是调整 法。
❖ 工艺规程
❖ 技术人员根据产品数量、设备条件和工 人素质等情况，确定采用的工艺过程， 并将有关内容写成工艺文件，这种文件 就称工艺规程。
❖ 为了便于工艺规程的编制、执行和生产组 织管理，需要把工艺过程划分为不同层次 的单元。它们是工序、安装、工位、工步 和走刀。其中工序是工艺过程中的基本单 元。零件的机械加工工艺过程由若干个工 序组成。在一个工序中可能包含有一个或 几个安装，每一个安装可能包含一个或几 个工位，每一个工位可能包含一个或几个 工步，每一个工步可能包括一个或几个走 刀。
❖ （3）仿形法
❖ 刀具按照仿形装置进给对工件进行加工 的方法称为仿形法。仿形法所得到的形状精 度取决于仿形装置的精度和其他成形运动的 精度。仿形车、仿形铣等均属仿形法加工。
❖ （4）展成法（范成法）
❖ 利用工件和刀具作展成切削运动进行加 工的方法称为展成法。展成法所得被加工表 面是切削刃和工件作展成运动过程中所形成 的包络面，切削刃形状必须是被加工面的共 轭曲线。它所获得的精度取决于切削刃的形 状和展成运动的精度等。
第1章 数控加工工艺基础
❖1.1 工艺过程的基本概念
1.1.1 生产过程和工艺过程 1.1.2 工件获得尺寸精度的方法 1.1.3 加工余量 1.1.4 加工精度 1.1.5 表面质量
❖1.2 数控加工工艺系统
1.2.1 数控加工工艺系统的基本组成 1.2.2 数控机床的主要类型 1.2.3 数控刀具的主要种类 1.2.4 数控机床夹具的类型和特点
工序是组成工艺过程的基本单元，也是生 产计划的基本单元。
（2）安装
❖ 在机械加工工序中，使工件在机床上或 在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过 程，称为装夹。有时，工件在机床上需经 过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。
❖ 安装是指工件经过一次装夹后所完成的 那部分工序内容。
❖ 例如，在车床上加工轴，先从一端加工 出部分表面，然后调头再加工另一端，这 时的工序内容就包括两个安装。
3．工艺过程
❖ 在生产过程中，那些与有原材料转变为产品 直接相关的过程称为工艺过程。
❖ 它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量 检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常 进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维 修等则属于辅助过程。
❖ 在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序 逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性 能等，直至成为合格零件的那部分过程称为 机械加工工艺过程。
（1）工序
一个或一组工人，在一个工作地或一台 机床上对一个或同时对几个工件连续完 成的那一部分工艺过程称为工序。
划分工序的依据是工作地点是否变化和 工作过程是否连续。
例如，在车床上加工一批轴，既可以对每一 根轴连续地进行粗加工和精加工，也可以先 对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进 行精加工。在第一种情形下，加工只包括一 个工序；而在第二种情形下，由于加工过程 的连续性中断，虽然加工是在同一台机床上 进行的，但却成为两个工序。