第4章典型表面加工方法
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精密加工第4章 电化学加工
3）电极极化
平衡电极电位是没有电流通过电极时的情况, 当有电流通过时,电极的平衡状态遭到破坏,使阳极 的电极电位向正移(代数值增大),阴极的电极电位 向负移(代数值减小),这种电极电位偏离了无电流 通过电极的电极电位情况称为电极极化. 极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位 (过电位). i
1 2 电极极化曲线 -V 电位 +V i-电流密度;1-阴极;2-阳极
据电化学加工原理，可将电化学加工分为三类：
利用阳极溶解
电解：通过电化学反应从工件表面去除金属． 电解抛光：通过电化学反应从工件表面去除金属毛刺．
利用阴极上的沉积作用
电镀：在工件表面沉积金属：材料表面装饰保护．
电铸：在阴极上沉积实现附着加工． 电刷镀：
复合电镀：
复合加工
Fe+2 + 2e
Fe （沉积，还原反应）
随着金属表面负电荷的增多，溶液中Fe+2 返回金 属表面的速度逐渐增加。最后，这两种相反的过 程达到动态平衡。
对于化学性能比较活泼的金属（如铁），其表面 带负电，溶液带正电，形成一层极薄的“双电 层”，金属越活泼，这种倾向越大。
活泼金属的双电层
不活泼金属的双电层
电解磨削：
各种电化学方法的比较
工艺名称 电解加工 电解磨削 电铸加工 电镀与 电刷度
电化学 电化学 电化学 电化学 去除加工 去除加工 附着加工 附着加工 加工原理 机械磨削 阴极沉积 阴极沉积 作用 阳极溶解 剥取沉积 附着在表 电解作用 层 面
电化学方法与传统加工方法相比所具有的特点:
① 可对任何硬度、强度、韧性的金属材料进行加工，加工 难加工材料时，其优点更为突出。 ② 加工过程中不存在机械切削力和切削热作用，故加工后 表面无残余应力和冷硬层，也无毛刺 、棱边，表面质量 好。 ③ 大面积上可同时进行加工，也无需粗精分开，故一般具 有较高的生产率。 ④ 加工过程监测与自动控制、工具的准确设计、加工精度 的提高，以及电化学作用的产物（气体或废液）的处理 等都是亟待解决的问题。
第4章典型表面加工
第4章典型表面加工分析·1·第4章典型表面加工分析机器是由零件组成的，零件表面的结构形状各式各样，常见的典型表面有以下几种：外圆表面、内孔表面、平面、成形表面、螺纹表面等。
这些表面按其在机器中的作用不同，即完成的功能不同，可分为两类：一是功能性表面，二是非功能性表面。
功能性表面与其他零件表面有配合要求，它的精度和表现质量在机器运转中起重要作用，决定着机器的使用性能，设计时需视其功能要求确定合理的精度和表面质量要求。
非功能性表面与其他零件表面无配合要求，其加工精度和表面质量要求不高。
零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样，但无论何种表面，在设计其加工工艺时，都需遵循以下两个基本原则：1. 粗、精加工分开为保证零件表面的加工质量和生产效率，需将粗、精加工分开，以达到各自的目的与要求。
粗加工的目的是要求生产率高，在尽量短的时间内切除大部分余量，并为进一步加工提供定位基准及合适的余量。
粗加工时，由于背吃刀量和进给量较大，产生的切削力和所需夹紧力也较大，故工艺系统的受力变形较大。
又因粗加工切削温度高，也将引进工艺系统较大的热变形。
此外，毛坯有内应力存在，还会因切除较厚一层金属，使内应力重新分布而发生变形。
这都将破坏已加工表面的精度。
精加工的目的是对零件的主要表面进行最终加工，使其获得符合精度和表面粗糙度要求的表面。
因此，只有粗、精加工分开，在粗加工后再进行精加工，才能保证工件表面的质量要求。
另外，先安排粗加工，可及时发现毛坯的缺陷（如铸铁的砂眼、气孔、裂纹、局部余量不足等），以便及时报废或修补充，避免继续加工造成浪费。
2. 几种不同加工方法相配合实际生产中，对于某一种零件的加工，往往不是在一台机床用一种加工方法完成的，而要根据零件的尺寸、形状、技术要求和生产批量，结合各种加工方法的工艺方法特点和适用范围及现有设备条件，综合考虑生产效率和经济效益，拟定合理的加工方案，将几种加工方法相配合，逐步完成零件各种表面的加工。
典型零件的机械加工工艺分析.doc
第4章典型零件的机械加工工艺分析本章要点本章介绍典型零件的机械加工工艺规程制订过程及分析，主要内容如下：1．介绍机械加工工艺规程制订的原则与步骤。
2．以轴类、箱体类、拨动杆零件为例，分析零件机械加工工艺规程制订的全过程。
本章要求：通过典型零件机械加工工艺规程制订的分析，能够掌握机械加工工艺规程制订的原则和方法，能制订给定零件的机械加工工艺规程。
§4.1 机械加工工艺规程的制订原则与步骤§4.1.1机械加工工艺规程的制订原则机械加工工艺规程的制订原则是优质、高产、低成本，即在保证产品质量前提下，能尽量提高劳动生产率和降低成本。
在制订工艺规程时应注意以下问题：1．技术上的先进性在制订机械加工工艺规程时，应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验，并保证良好的劳动条件。
2．经济上的合理性在规定的生产纲领和生产批量下，可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比，一般要求工艺成本最低。
充分利用现有生产条件，少花钱、多办事。
3．有良好的劳动条件在制订工艺方案上要注意采取机械化或自动化的措施，尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全、创造良好、文明的劳动条件。
由于工艺规程是直接指导生产和操作的重要技术文件，所以工艺规程还应正确、完整、统一和清晰。
所用术语、符号、计量单位、编号都要符合相应标准。
必须可靠地保证零件图上技术要求的实现。
在制订机械加工工艺规程时，如果发现零件图某一技术要求规定得不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改零件图或不按零件图去做。
§4.1.2 制订机械加工工艺规程的内容和步骤1．计算零件年生产纲领，确定生产类型。
2．对零件进行工艺分析在对零件的加工工艺规程进行制订之前，应首先对零件进行工艺分析。
其主要内容包括：（1)分析零件的作用及零件图上的技术要求。
(2)分析零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度以及设计基准等；(3)分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性。
第4章型腔与型芯成型面加工
1.5
0.32
加工表面层厚度(µm)
4~5
5~6
表面硬度（HV）
816
887
电参数说明：
ON：Electric discharge time 脉冲宽度
ON *** (000~990)
其中：000 ： 0.5µs
001~100 ： 1~100µs ， 间隔为1 µs
101~990： 100，105，110~990µs ，间隔为5µs
4.正、负极性加工：以工件为准，工件接电源正极称为正极性加 工，一般用于精加工；工件接电源负极称为负极性加工，一般 用于高效率、低损耗加工。
5.加工速度（Vw或Vm)：单位时间(min)内从工件上蚀除金属的体 积（或质量）（mm3/min,g/min）。大功率电源粗加工时 Vw>500mm3/min，精加工时通常 Vw<20mm3 /min。
4. 加工斜度与脱模斜度
2.电规准（或电参数）：电火花加工时为达到预定的工艺指标而选 用的电加工用量，主要有脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流、开路 电压等脉冲参数。
ti——脉冲宽度（μs） t0——脉冲间隙（μs） tp——脉冲周期（μs） td——击穿延时（μs） te——放电时间（μs）
ûi——开路电压，即间隙开路时 电极间的最高电压（v），等于电
G92X0Y0Z0C0； 零点设置
G10F50；
固定轴模式，进给速度
M88M80；
快速冲工作液，工作液体循环
E9905；
电规准
M84；
脉冲电源开
G90G01Z-15.0C-3600.； Z轴进给量，C轴旋转角度
M85；
脉冲电源关
M25G90G01Z0C0；Z轴C轴回零
机械制造工艺学第四章 机械加工工艺规程设计
（3）应尽量减小加工面积 支座底面设计为中凹可减少加工量，提高支撑精度和稳定性。
三、要考虑生产类型与加工方法
箱体零件： 单件小批时（a），其同轴孔的直径应设计成单向递减的，以便 在镗床上通过一次安装就能逐步加工出各孔。 大批生产时（b），为提高生产率，一般用双面联动组合机床加 工，这时应采用双向递减的孔径设计，用左、右两镗杆各镗两 端孔，以缩短加工工时。
床身导轨面自为基准
（4）互为基准原则
对工件上的两个相互位置精度要求很高的表面，互相作为 定位基准，反复进行加工。
优点： 可使两个加工表面间获得高的位置精度。 如：内外圆面同轴度要求比较高的套类零件的加工安排
第二节 机械加工工艺路线的制订
一、定位基准的选择
2、粗基准的选择原则 （1）保证位置精度原则
0.16-0.01
加工方法 钻 扩
铰 拉
镗
孔的加工方法
加工性质
加工经济精度(IT)
实心材料
12-11
粗扩
12
精扩
10
半精铰
11-10
精铰
9-8
细铰
7-6
粗拉
10-9
精拉
9-7
粗镗
12
半精镗
11
精镗
10-8
细镗
7-6
表面粗糙度Ra
20-2.5 20-10 10-2.5 10-5 5-1.25 1.25-0.32 5-2.5 2.5-0.63 20-10 10-5 5-1.25 1.25-0.32
加工方法
外圆加工的方法
加工性质
加工经济精度(IT) 表面粗糙度Ra（um）
车 外磨 研磨 超精加工
粗车 半精车
精车 金刚石车
机加工第四章孔加工
六、拉削（P73）
拉削是一种高生产率的加工方法。加工精度可达IT7， Ra值可达0.8～0.4mm。 拉刀是一种多齿刀具。拉削时，由于后一个刀齿直径 大于前一个刀齿直径，从而能够一层层从工件上切出 金属。拉削过程如P74图4-19所示。 拉削视频 外拉削视频
圆孔拉刀的组成部分及作用（P73）
头部L1：用来将拉刀夹持在机床上并传递动力； 颈部L2：直径最小，拉力过大时在此部位发生断裂； 过渡锥L3：使拉刀容易进入工件的孔中； 前导部分L4：起引导作用，使工件轴线和拉孔轴线重 合； 切削部分L5：承担主要的切削任务； 校准部分L6：没有齿升量，起刮光孔壁和校正孔径作 用； 后导部分L7：保证拉刀最后一齿与工件间的正确位置。 拉孔刀视频
确定孔的加工方案的原则：首选满足技术要求，同时 考虑经济性和生产率等方面的因素。 拟定孔的加工方案比外圆表面复杂，这是因为： 1)孔的类型很多，功用不同，孔径和孔径比及技术要 求相关甚远； 2)孔的加工方法很多，且每一种加工都有一定的局限 性； 3)带孔零件的结构和尺寸多种多样。
一、机床的选用(P77)
铰削加工视频
2、铰削的特点（P70）
1)较高的精度和较低的Ra值：主要是刀具、加余量及切 削条件所致。 2)铰孔纠正位置误差的能力很差； 3)适应小孔和深孔的加工，Φ80mm以上的孔径不宜铰削 加工； 4)铰削的适应性较差：不能加工阶梯孔、短孔，且是定 径刀具。 5)可加工钢、铸铁和有色金属件，但不宜加工淬火件和 硬度较高的材料 。
二、孔的分类（P65）
根据孔的结构和用途，可分为以下几种类型：（如 P65图4－1和图4－2所示） 1、紧固孔和辅助孔：IT12～IT11；Ra值12.5～6.3um。 2、回转体零件的轴心孔：一般是与轴类零件相配合的表 面或是其它表面的基准面。对精度要求很高。 3、箱体支架类零件的轴承孔：孔本身尺寸精度及Ra值均 要求很高；孔与孔、孔与基准面之间也有很高的位置 精度要求。
习题册参考答案-《机械制造工艺学(第二版)习题册》-B01-4148.docx
全国技工院校机械类专业通用（高级技能层级）机械制造工艺学（第二版）习题册参考答案1第一章机械加工精度与表面质量第一节机械加工精度一、填空题1．符合2．加工精度表面质量3．尺寸精度形状精度位置精度4．测量5．φ40 .008φ606．φ18.010φ18.018mm7．工艺系统8．静态动态9．“让刀”10．垂直度11．平面度12．锥形圆柱度二、选择题1A2C3D4C5C6C三、判断题1（×） 2（×）3（√） 4（×）5（√） 6（√） 7（× ）8（√） 9（√） 10（×）四、名词解释1．工艺系统由机床、夹具、刀具和工件组成的系统。
2．加工误差加工误差是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）与理想几何参数的偏离程度。
3.定尺寸刀具法是指用具有一定尺寸精度的刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）来保证工件被加工部位（如孔）的尺寸精度。
五、简答题1．答：加工精度是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）与理想几何参数的符合程度。
2机械加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三方面的内容。
获得机械加工精度的方法有：（1）获得尺寸精度的方法：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法、数字控制法。
（2）获得形状精度的方法：轨迹法、成形法、展成法。
（3）获得相互位置精度的方法：一次安装法、多次安装法。
2.答：通常在设计机器零件及规定零件加工精度时，应注意将形状误差控制在位置公差内，位置误差又应小于尺寸公差。
精密零件或零件重要表面，其形状精度要求应高于位置精度要求，位置精度要求应高于尺寸精度要求。
3.答：第一种误差是马鞍形圆柱度误差，其原因：（1）径向力方向改变。
（2）加工粗短轴时，轴的刚度比较机床的大，工艺系统的变形主要是由主轴箱、尾座、刀架等形成（3）由机床误差引起。
改进措施：（1）加工细长轴，可采用与上述消除腰鼓形圆柱度误差相同的方法。
《机械制造工程原理》第4章
如对孔系的加工，常用划针在毛坯上按零件图要求先划线，
画出中心线、对称线或各加工表面的加工位臵，然后，按
其划线找正工件在机床上的正确位臵。这种方法称为划线 特点:划线找正的误差较大，因为线宽约有0.2-0.5mm， 找正安装法。 且划线时也会有误差。划线时虽能兼顾各表面的加工余量、 壁厚和装配要求等因素，但由此也增加了划线时间，又需 技术水平高的划线工。这种安装法也仅在单件小批量生产 中使用
2．工件定位的四种方式 （限制工件自由度与加工要求的关系） 工件在夹具中的定位问题，是夹具设计中首先要解 决的主要问题。在分析工件定位的问题时，定位基准 的选择是一个关键问题。工件定位基准一旦被选定， 则其定位方案也基本被确定了。定位基准一般在工艺 规程中选定，设计夹具时可直接引用。但当工艺规程 选定的定位基准不合理时，夹具设计者应会同工艺人 员共同协商进行改选，以使所设计出的夹具结构合理， 操作简便。必须指出，与定位支承点相接触的工件表 面称为定位基面。工件的定位是通过工件定位基面与 定位支承点相接触来实现的。
2. 机床夹具的分类
1）按夹具的使用范围可分为： 通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具等。 2）按所用的机床不同夹具可分为： 钻床夹具、镗床夹具、车床夹具、磨床夹具、拉床夹具等。 3）按夹具上所采用的夹紧动力装置不同可分为： 手动夹具、气动夹具、液压夹具、磁力夹具等。
三爪卡盘
四爪卡盘
万向平口钳
回转工作台
常见定位分析
完全定位：
侧挡销 短圆柱销
平面支承 图2-54 连杆钻孔定位方案
常见定位分析
不完全定位：
侧挡销 短圆柱销
平面支承 图2-54 连杆钻孔定位方案
Z
Y X Z X a）
Z Y X b） Z
微机电系统设计与制造第4章
（2）离子束腐蚀（Ion Beam Etching，IBE） 离子束腐蚀是一种利用惰性离子进行腐蚀的物理腐蚀。 在离子束腐蚀中，被腐蚀的衬底和产生离子的等离子区在 空间是分离的，如图4. Nhomakorabea3所示。
图4.13 离子束腐蚀装置结构原理
图4.14 在纯物理离子腐蚀中出现的制造物的原理示意图
4.1.4.2 物理和化学腐蚀过程相结合
图4.29两种微复制方法的工作原理
4.3.5 LIGA技术的扩展 4.3.5.1准LIGA技术 准LIGA技术是用紫外线或激光光刻工艺来代替同步辐射X 光深层光刻工艺，该技术需高光敏性的光刻胶厚胶，目前 利用该技术能刻出100m厚的微结构，但侧壁垂直度只有 850左右，只能部分代替LIGA技术，适用于对垂直度和深 度要求不高的微结构加工。图4.30给出了用紫外线光刻获 得的厚60m的光刻胶及电铸出的铁镍合金微结构电镜照片。 4.3.5.2 牺牲层LIGA技术
干法腐蚀的种类很多，其中有：
物理方法：离子腐蚀（溅射）Ion Etching(IE),离子束 腐蚀Ion Beam Etching(IBE)；
化学方法：等离子体腐蚀 Plasma Etching(PE); 4.1.4.1 物理腐蚀技术 （1）离子腐蚀（Ion Etching ，IE）
图4.12平行板反应器的结构原理
4.1. 体微加工
硅的体微加工技术包含硅的湿法和干法技术，硅刻蚀 自终止技术、LIGA技术、以及DEM技术。
第四章制造技术MEMS 的
4.1.1. 蚀的湿法技术 硅刻腐 EMS中的体微加工的硅体刻蚀湿法技术原理介绍如下：
硅表面上的点便作为随机分布的局部区域的阳极与阴
极。由于这些局部区域化电解电池的作用，硅表面发
第4章-表面粗糙度
58
59
推削（精）
推削（精密）
0.8～0.2
0.4～0.025
60
外圆磨内圆磨（半精、一次加工）
6.3～0.8
• 磨削
61 62
外圆磨内圆磨（精） 外圆磨内圆磨（精密）
63 外圆磨内圆磨（精密、超精密磨削） 64 65 66 67 68 69 70 71 外圆磨内圆磨（镜面磨削外圆磨） 平面磨（精） 平面磨（精密） 珩磨（粗、一次加工） 珩磨（精、精密） 研磨（粗） 研磨（精） 研磨（精密）
4. 几何参数
• 轮廓峰 • 轮廓谷 • 轮廓单元（相邻轮廓峰与轮廓谷的组合）
4.2.2 表面粗糙度的主要评定参数
基本参数
幅度（高度） 轮廓算术平均偏差Ra 特征参数
轮廓最大高度Rz
间距特征参数 轮廓单元的平均宽度Rsm 附加参数 （辅助参数） 形状特征参数 轮廓的支承长度率Rmr(c)
1.轮廓算术平均偏差（Ra）
– 例如：一些机器、仪器上的手柄、手轮以及卫生设备、食品机械 上的某些机械零件的修饰表面，它们的表面要求加工得很光滑即 表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求却很低。
三种公差值之间的对应关系
• 一般地，尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗 糙度参数值也小，但也不存在确定的函数关系。 如机床的手轮或手柄。 表面粗糙度<形状公差<尺寸公差
离。 • 常与Ra联合使用
– 用来控制微观不平度的谷深，以达到控制表面微观裂缝的目的。 – 常用于受交变应力作用的工作表面。
3.轮廓单元的平均宽度Rsm
• • • • 【定义】在一个取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值。 可反映被测表面加工痕迹的细密程度， 反映了轮廓与中线的交叉密度， 对评价承载能力、耐磨性和密封性有指导意义。
烹饪学4.4第4章4剞花工艺
1 麦穗形花刀
• 麦穗形花刀 先用斜刀在原料表面剞上 一条条平行的刀纹，再转动，用直刀法剞 上一条条与原刀纹相交成约90°角度的平 行刀纹，深度均匀为原料的4/5，最后改刀 成较窄的长方块，加热后即成麦穗形，如 腰花、比目鱼卷等。
• 技术要求：a 剞花刀时刀距、进刀深度、倾 斜角度要均匀一致。直刀纹应比斜刀纹略 深，斜刀纹的间距应比直刀纹略宽。b 斜刀 的倾斜角度可根据猪腰的厚薄灵活掌握， 倾斜角度越小，麦穗的外形越长。c 剞花刀 后改块的大小要均匀。 适用范围：适用于 炒、爆、熘类菜肴，如“炒麦穗腰花”、 “酱爆腰花”等。
蓑衣花刀2
• 另一种是将蘑菇等圆形原料的切4/5，留1/5 不断。
7 麻花形花刀
• 麻花形花刀：先将原料片成长约4.5cm、 宽约3cm、厚约0.3cm的片，在中间划开 3.5cm长的口，再在中间缝口两边各划上一 条3cm长的口，然后用手握住原料的两端并 将原料一端从中间缝口穿过即成，多用于 肉类。
• 在剞花的过程中，大多是对平、直、斜刀法的综 合运用，故有人称为混合刀法。剞花的基本刀法 有直剞、斜剞 • 1、直剞 运用直刀法在原料表面切割具有一定 深度刀纹的刀法适用于较厚原料。 • 2、斜剞 运用斜刀法在原料表面切割具有一 定深度刀纹的刀法适用于稍薄的原料。又有正斜 剞和反斜剞之分。 • 3、混合剞 通常有三类：（1）斜刀法与直刀 法混合使用，如麦穗花刀、鱼鳃花刀。（2）直刀 法与直刀法混合使用，如荔枝花刀、两面连花刀。 （3）斜刀法与斜刀法混合使用，如松果花刀。
5 灯笼形花刀
• 灯笼花刀 加工技法： • a 先将净猪腰平刀批成长4厘米、宽3厘米、 厚3厘米的长方小块。 • b 在片的一端用斜刀拉剞两刀，再于另一端 亦斜拉两刀。 • c 将原料转动90°，用直刀纵向推剞若干条 平行刀纹，与两端的斜刀纹成90°，加热 卷曲后即成灯笼形。 •
第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。
第4章 成形磨削夹具
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图4.9 修整圆弧砂轮
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4.3 成形磨削常用的夹具及应用 4.3.1 平面磨削常用夹具 具有相互垂直、平行精度要求的六面体模板 是模具中的基本构件。为此，将模板正确定位、 夹紧于磨床工作台上进行平面磨削是常用的加工 方法。其正确定位、夹紧的常用夹具有以下几种： 磁性吸盘、 （1）磁性吸盘、导磁铁 磁铁吸盘和常用的导磁铁如图4.10、图4.11 所示。
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第 4章
成形磨削夹具
磨削加工是模具工件或机械零件加工工艺过程 中的精加工工序或最终工序。因此，经磨削后的加 工面，必须保证加工面的粗糙度要求，保证加工面 的形状、尺寸、位置精度符合设计精度的要求。所 以，与其他工艺系统一样，夹具也是磨削工艺系统 中的关键技术。而在模具或机械制造中，利用成形 磨削的方法加工凸模、凹模及电火花加工用的电极 是目前最常用的一种工艺方法。
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图4.1 复杂模具零件的形状
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图4.2 成形磨削的两种方法
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（2）夹具磨削法 将工件按一定的条件装在专用夹具上，在加 工过程中通过夹具的调节使工件固定或不断改变 位置，从而使工件获得所需的形状，如图4.2（b） 所示。利用夹具磨削法对工件进行磨削其加工精 度很高，甚至可以达到零件具有互换性。 成形磨削的专用夹具主要有磨平面及斜面用 夹具、分度磨削夹具、万能夹具及磨大圆弧夹具 等几种。
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第四章 微制造综述
-MEMS 1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing AHU湿法与干法刻蚀的综合比较
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2. 表面微加工 Surface Micromachining
z 刻蚀技术是通过去除基底材料来制作3-D微结构； z去除的基底材料成为无用的废料。
z 表面微加工技术是通过在基底上逐层添加材料来制作3-D微结构；
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湿法刻蚀
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
硅和硅化合物的刻蚀剂(Etchant)
z硅的各向同性刻蚀剂：HNA (HF, HNO3,CH3COOH的混合物)； HNA的缺点：对SiO2的刻蚀速率相对较快。
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-MEMS 湿法刻蚀
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
z选择比的计算公式如下：
z刻蚀剂对两种常见硅化合物基底的选择比如下：
z 选择比越高的材料，越适合做掩模层。
12
6
湿法刻蚀
湿法刻蚀的控制
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
A. 几何形状的控制：
z 时间和搅拌流动方式会影响刻蚀基底的几何形状；
理想刻蚀
过刻蚀
掏蚀
z 不同的掩模材料也会影响刻蚀基底的几何形状。
U 3）反应离子刻蚀(RIE) H 深层反应离子刻蚀(DRIE)
A 表9-4 一些技术的深宽比
侧壁保护材料 聚合物 光刻胶 二氧化硅
选择率比
50:1
120:1
深宽比A/P
30:1 100:1 200:1
22
11
干法刻蚀
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
24
12
2. 表面微加工 Surface Micromachining
z 刻蚀技术是通过去除基底材料来制作3-D微结构； z去除的基底材料成为无用的废料。
z 表面微加工技术是通过在基底上逐层添加材料来制作3-D微结构；
3
湿法刻蚀
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
硅和硅化合物的刻蚀剂(Etchant)
z硅的各向同性刻蚀剂：HNA (HF, HNO3,CH3COOH的混合物)； HNA的缺点：对SiO2的刻蚀速率相对较快。
7
-MEMS 湿法刻蚀
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
z选择比的计算公式如下：
z刻蚀剂对两种常见硅化合物基底的选择比如下：
z 选择比越高的材料，越适合做掩模层。
12
6
湿法刻蚀
湿法刻蚀的控制
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
A. 几何形状的控制：
z 时间和搅拌流动方式会影响刻蚀基底的几何形状；
理想刻蚀
过刻蚀
掏蚀
z 不同的掩模材料也会影响刻蚀基底的几何形状。
U 3）反应离子刻蚀(RIE) H 深层反应离子刻蚀(DRIE)
A 表9-4 一些技术的深宽比
侧壁保护材料 聚合物 光刻胶 二氧化硅
选择率比
50:1
120:1
深宽比A/P
30:1 100:1 200:1
22
11
干法刻蚀
1. 体硅微制造 Bulk Micromanufacturing
第4章_车削加工
4.2 车床
4.2.3 外圆车削工件的装夹方法
心轴
装夹特点：能保证外圆、端 面对内孔的位置精度； 应用：以孔为定位基准的套 类零件的加工。
4.2 车床
4.2.3外圆车削工件的装夹方法
车床上在加工刚性较差的细长轴、不能穿过主轴孔的粗长工 件以及孔与外圆同轴度要求较高的较长工件时，往往采用中心 架和跟刀架来增强刚性和提高加工精度。
中心架
装夹特点：支爪可调，增加工件 刚性； 应用：长径比大于15的细长轴工 件粗加工；长轴车端面、钻孔、 攻螺纹等。
4.2 车床
4.2.3外圆车削工件的装夹方法
车床上在加工刚性较差的细长轴、不能穿过主轴孔的粗长工 件以及孔与外圆同轴度要求较高的较长工件时，往往采用中心 架和跟刀架来增强刚性和提高加工精度。
400 210
48 650 900 1400 205 750 1000 1500 莫氏6号
10～1400（24级） 14～1580（12级） 0.08～6.33（64级） 0.14～3.16（64级） 1～192（44种） 2～24（20种） 0.25～48（39种） 1～96（37种） 7.5
4.2 车床
跟刀架
装夹特点：支爪随刀具一起运动， 无接刀痕，可增加轴的刚度； 应用：长径比大于15的细长光轴工 件半精加工、精加工。
4.3 车刀
4.3.1 车刀的类型和特点
车刀类型
车刀按结构不同可 分为： 整体式 焊接式 机夹式 可转位式
4.3 车刀
4.3.1 车刀的类型和特点
焊接车刀
焊接车刀是由刀片和刀柄通过镶焊连接成一体的车刀。一般 刀片选用硬质合金，刀柄用45钢。
1.主运动传动链
(1)传动路线 分析方法：抓两端，连中间
第四章表面结构讲解
4、对疲劳强度的影响：零件粗糙表面存在许多尖
角缺口和裂纹在受交变载荷时，他们都是引起交变 载荷的因素，将降低疲劳强度增大零件破损的可能 性。
5、对抗腐蚀性的影响：表面越粗糙腐蚀介质越易
在谷底聚集，并且渗入到零件的内部产生腐蚀破损 的可能性。
此外，减小表面粗糙度，对增加零件连接的密封性和 使零件美观性都有很大的影响。
2. 常规标注方法
3. 简化标注的规定方法
当零件的某些表面（或多数表面）具有相同的技术要求时， 对这些表面的技术要求可以用特定符号，统一标注在零件图的标题栏
附近，省略对这些表面分别标注。
Ⅴ 表面粗糙度与检测‥表面粗糙度的选用与标注
4.3 结构参数和参数值的选用
选择要求： 一项重要的技术经济指标，影响到产品的使用性能和
表面
零件
Ⅴ 表面粗糙度与检测‥概述
注意：表面粗糙度、形状误差、表面波纹度
实际表面轮廓 表面粗糙度轮廓（波距<1mm) 波纹度轮廓(1~10mm) λ 宏观形状轮廓(>10mm) 零件表面几何形状误差及其组成成份
4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响
1、对摩擦和磨损的影响：粗糙的零件表面，会 使支承面仅在实际轮廓表面的峰顶处相接触（图）
加工纹理呈两相交的 方向
加工纹理方向
Ⅴ 表面粗糙度与检测‥表面粗糙度的选用与标注
标注注意事项： （6）加工纹理方向的标注
加工纹理呈近似同心 圆
加工纹理方向
5. 表面纹理的标注
6. 附加评定参数和加工方法的标注
需要标注附加评定参数或（和）加工方法时的标注示 例。该图亦为表面粗糙度轮廓各项技术要求在完整图形符号上标注
4.2 表面粗糙度的评定
一、基本术语 二、表面粗糙度的评定参数 三、 表面粗糙度评定参数的数值 四、 表面粗糙度的符号及标注
角缺口和裂纹在受交变载荷时，他们都是引起交变 载荷的因素，将降低疲劳强度增大零件破损的可能 性。
5、对抗腐蚀性的影响：表面越粗糙腐蚀介质越易
在谷底聚集，并且渗入到零件的内部产生腐蚀破损 的可能性。
此外，减小表面粗糙度，对增加零件连接的密封性和 使零件美观性都有很大的影响。
2. 常规标注方法
3. 简化标注的规定方法
当零件的某些表面（或多数表面）具有相同的技术要求时， 对这些表面的技术要求可以用特定符号，统一标注在零件图的标题栏
附近，省略对这些表面分别标注。
Ⅴ 表面粗糙度与检测‥表面粗糙度的选用与标注
4.3 结构参数和参数值的选用
选择要求： 一项重要的技术经济指标，影响到产品的使用性能和
表面
零件
Ⅴ 表面粗糙度与检测‥概述
注意：表面粗糙度、形状误差、表面波纹度
实际表面轮廓 表面粗糙度轮廓（波距<1mm) 波纹度轮廓(1~10mm) λ 宏观形状轮廓(>10mm) 零件表面几何形状误差及其组成成份
4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响
1、对摩擦和磨损的影响：粗糙的零件表面，会 使支承面仅在实际轮廓表面的峰顶处相接触（图）
加工纹理呈两相交的 方向
加工纹理方向
Ⅴ 表面粗糙度与检测‥表面粗糙度的选用与标注
标注注意事项： （6）加工纹理方向的标注
加工纹理呈近似同心 圆
加工纹理方向
5. 表面纹理的标注
6. 附加评定参数和加工方法的标注
需要标注附加评定参数或（和）加工方法时的标注示 例。该图亦为表面粗糙度轮廓各项技术要求在完整图形符号上标注
4.2 表面粗糙度的评定
一、基本术语 二、表面粗糙度的评定参数 三、 表面粗糙度评定参数的数值 四、 表面粗糙度的符号及标注
典型零件的加工工艺
图4-1
二、轴类零件的材料、毛坯和热处理
• 轴类零件的毛坯常用棒料和锻件。光滑轴、直径相差不大 的非重要阶梯轴宜选用棒料，一般比较重要的轴大都采用 锻件作为毛坯，只有某些大型的、结构复杂的轴采用铸件。 • 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两 种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时通常采用 模锻。 • 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜，经过调质（或 正火）后，可得到较好的切削性能，而且能够获得较高的 强度和韧性，淬火后表面硬度可达45～52HRC。 • 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零 件。这类钢经调质和淬火，具有较好的综合力学性能。
3.主轴的检验
• 主轴的最终检验要按一定顺序进 行，先检验各个外圆的尺寸精度、 素线平行度和圆度，再用外观比 较法检验各表面的粗糙度和表面 缺陷，最后再用专用检具检验各 表面之间的位置精度，这样可以 判明和排除不同性质误差之间对 测量精度的干扰。 • 检验前、后支承轴径对公共基准 的同轴度误差，通常采用如图4-6 所示的方法。 • C6150型车床主轴上其他各表面 相对于支承轴径位置精度的检验 常在图4-7所示的专用检具上进行。
6加工方法和加工设备的选择
More to learn
定位基准选择
（1）精基准的选择 精基准选择时应尽量符合“基准重合” 和“基准统一”原则，保证主要加工表面（主要轴径的支 承孔）的加工余量均匀，同时定位基面应形状简单、加工 方便，以保证定位质量和夹紧可靠。此外，精基准的选择 还与生产批量的大小有关。箱体零件典型的定位方案有两 种：
图4-11
（2）粗基准的选择 箱体零件加工面较多，粗基准选择时 主要考虑各加工面能否分配到合理的加工余量，以及加工 面与非加工面之间是否具有准确的相互位置关系。箱体零 件上一般有一个（或几个）主要的大孔，为了保证孔加工 的余量均匀，应以该毛坯孔作为粗基准。箱体零件上的不 加工面以内腔为主，它和加工面之间有一定的相互位置关 系。箱体中往往装有齿轮等传动件，它们与不加工的内壁 之间只有不大的间隙，如果加工出的轴承孔与内腔壁之间 的误差太大，就有可能使齿轮安装时与箱体壁相碰。从这 一要求出发，应选内壁为粗基准，但这将使夹具结构十分 复杂。考虑到铸造时内壁与主要孔都是由同一个泥芯浇铸 的，因此实际生产中常以孔为主要粗基准，限制4个自由 度，而辅之以内腔或其他毛坯孔为次要基准面，以实现完 全定位。
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例 制定如图所示零件图的工艺流程
例 制定如图所示零件图的工艺流程
要求：
根据零件基本的几何形状和具体的生产条件， 正确选择适当的加工方法，制定出最佳的加 工工艺路线，加工出符合图样要求的零件。
根据零件基本的几何形状和具体的生产条件， 正确选择适当的加工方法，制定出最佳的加 工工艺路线，加工出符合图样要求的零件。
2）中等精度内孔表面加工（IT9-IT13；Ra1.25-40um）
若D<30mm，钻孔-扩孔 若D>30mm，钻孔-半精镗 3）较高精度内孔表面加工（IT7-IT9；Ra0.32-10um） 若D<20mm，钻孔-铰孔
若D>20mm，钻孔-扩-铰；钻-半精镗-精镗；
钻-镗（或扩）-磨；钻-拉
4）高精度内孔表面加工（IT6-IT8；Ra0.08-1.25um） 若D<12mm，钻-粗铰-精铰 若D>12mm，钻-扩-（或镗）-粗铰-精铰；钻-拉-推； 钻-扩（或镗）-粗磨-精磨 5）精密内孔表面加工（IT5-IT6；Ra0.008-1.25um） 在高精度内孔表面加工方案的基础上，采用金刚镗、研磨、滚
（2）珩磨
珩磨是指用镶嵌在珩磨头上的油石（又称珩磨条）对精加
工表面进行的精整加工，又称镗磨。珩磨后孔的尺寸精度为 IT7～4 级，表面粗糙度可达Ra0.32～0.04μm。
4、内孔表面加工方案
1）低精度内孔表面加工（IT10-IT13； Ra5-80um ） 用一般的钻孔方法即可达到（孔径＜20mm）。
ap
f vc
较小
较小 中等或高速
精车
（1）作为高精度外圆表面的终加工，主要目的是达到零件表面的
加工要求。 （2）加工精度可达IT8～IT7，表面粗糙度可达Ra1.25～2.5μm
（3）用于较高精度外圆的终加工或作为光整加工的预加工。
ap
f vc
小
小 高速
精细车
（1）主要用于高精度、小型且不宜磨削的有色金属零件的外 圆表面加工或大型精密外圆表面加工。 （2） 加工精度可达到IT6以上，表面粗糙度Ra0.02-1.25μm 左 右。 ap f vc 很小 很小 高速
工 件 旋 转：主运动 刀具直线运动：进给运动
加 半精车 工 阶 精车 段 精细车。
粗车
（1）主要任务是迅速切除毛坯上多余的金属层，使形 粗 状和尺寸基本接近成品。 （2）粗车尺寸精度等级较低（IT12-IT13），表面粗糙 车 度值较大（Ra10-80um）。
ap
f
大
较大
vc
中等或较低
半精车
（1）在粗车之后进行的，目的是进一步提高工件的精度和降 低表面粗糙度。 （2）加工精度可达ITl0~IT11，表面粗糙度为Ra2.5~10μm。 （3）可作为磨削或精车前的预加工，或中等精度表面的最终 加工。
2）形状精度 圆度 、圆柱度
0.02
3）位置精度
主要有外圆表面之间的同轴度、外圆的圆跳动以及端面对轴心
线的垂直度、对称度等。
0.03
A- B
A
B
4）表面质量 各外圆表面上所标注的表面粗糙度数值。
例：
减速器输出轴
2、外圆表面的典型加工方法
车削加工
磨削加工
精密加工
研磨、滚压、抛光
1）外圆表面的车削加工
◆ 拉削特点：拉刀是一种多齿刀 具，拉削时由于拉刀的后一个 (或一组)刀齿高出前一个(或一组) 刀齿，从而能够一层层地从工件 上切下金属，以获得较高精度和 较好的表面质量。
◆ 拉刀的直线运动为主运动，拉削无进给运动，其进给靠拉刀
的每齿升高量来实现的；
◆ 用于大批大量生产中孔径<125mm的中小通孔。
二、外圆表面加工
外圆表面是机械零件中最常见的表面形式。 轴类零件 盘类零件
外圆表面的典型零件
加工方案的确 定从？个方面 考虑
1、外圆表面的技术要求
1）尺寸精度-通常指外圆表面直径和长度的尺寸精度。
0.025 50 0.041
外 圆
长 度
50 50 f 6
0.025 0.041 0.025 0.041
5）磨孔 磨孔是孔的精加工方法之一，磨孔的精度可达IT8~ IT6，表面 粗糙度值达Ra 1.6~0.4μm。 磨孔主要用于不宜或无法进行镗削、铰削和拉削的高精度孔及 淬硬孔的精加工。 内圆磨削方式：
普通内圆磨削
行星式内圆磨削
无心内圆磨削
6）拉削加工及拉刀 ◆ 拉削加工：用拉刀加工工件内、外表面的加工方法。 ◆ 能加工各种截面形状的内孔表面（圆孔、成形孔、花键孔）
是对车削后的外圆表面作进一步的精加工 按外圆表面磨削时选用砂轮的磨料粒度以及磨削用量不同，
分为粗磨、精磨、光整加工（精车或精磨以后进行）。 粗磨
砂轮 进给量 加工质 量 f 精度 Ra(μm) 粗磨粒 较大 IT9~IT8 6.3~3.2
精磨
细磨粒 小 IT7~IT6 0.8~0.4
光整加工
极细 很小 IT5以上 0.1以下
钻——扩——铰 是非常典型的工艺。
4）镗孔----对已有孔进一步加工的精加工方法。 （1）镗孔的特点 ◆镗孔除了能提高尺寸精度和表面质量外，还能保证各孔的孔距精度
和位置精度； ◆常用来加工箱体、机座、支架等外形复杂的大型零件上的大直径孔
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（2）镗孔方法的选择 ◆ 粗镗 粗镗的加工精度可达IT13～IT11，表面粗糙度Ra值可达 50 ～12.5μm，一般为半精加工、精加工作准备。 ◆ 半精镗 半精镗的加工精度可达IT10～IT9，表面粗糙度Ra值可达 6.3～3.2 μm，用于磨削加工和精加工的预加工，或中等精度内 孔表面的最终加工。 ◆ 精镗 精镗的加工精度可达IT8～IT6，表面粗糙度Ra值可达1.6～ 0.8μm。用于精度较高的内孔的精加工或作为珩磨孔的预加工。
总结：
三、内孔表面加工
1、内孔表面概述
内孔表面是盘套、支架、箱体类零件的主要组成部分之一。 1）配合内孔：装配中有配合要求的孔。加工精度要求较高。 2）非配合用孔：装配中无配合要求的孔。加工精度要求不高。
3）深孔： 长径比L/D>5～10的孔称为深孔。加工难度较大， 对刀具和机床均有特殊要求
此外，还可按孔的形状分为圆柱孔、圆锥孔和成形孔。
2、内孔表面的技术要求
1）尺寸精度 指孔径和孔深的尺寸精度及孔系中孔与孔、孔与相关表面间的 尺寸精度等。 2）形状精度 指内孔表面的圆度、圆柱度及素线直线度和轴线直线度等。
3）位置精度 指孔与孔间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动，孔与孔 间的垂直度、平行度、倾斜度等。 4）表面质量 指内孔表面粗糙度及表层物理力学性能的要求等。
种六面体零件的主要表面之一。
1）非结合平面：不与任何零件相配合，一般无加工精度要求。 2）结合平面：这种平面多数用于零部件的连接面，一般要求精 度和表面质量均较高。 3）导向平面：如各类机床的导轨面，这种平面的精度和表面质 量要求很高。 4）精密量具表面：如钳工的平台、平尺的测量面和计量用量块 的测量平面等。这种平面精度和表面质量要求均很高。
前导部——起引导作用，防止拉刀进入工件孔后发生歪斜，并 可检查拉削孔径是否符合要求。 切削部——它担负主要的切削工作，其刀齿尺寸逐渐增大，又 分为粗切齿与精切齿两部分。有的拉刀在粗切齿与精切齿之间 还有过渡齿。
校准部——用于校准与修光被切削表面，起到提高工件加工精 度和表面质量的作用。其刀齿尺寸不变。当切削部分的刀齿经 过刃磨尺寸变小后，前几个校准齿依次变成切削齿，所以校准 齿还具有精切齿的后备作用。 后导部——它能在拉削终了前保持拉刀的后几个刀齿与工件间 具有正确的相对位置，防止工件偏斜。 后柄部——只有当拉刀又长又重时才需要，用于支撑拉刀、防 止拉刀下垂。尾部的直径视拉床托架尺寸而定，其长度一般应 不小于20mm。
复习
尺寸链的定义、组成、特征 工艺尺寸链封闭环的查找 尺寸链计算步骤 1.画尺寸链图： 2.确定封闭环 ： 3.确定增环： 4.确定减环： 5.基本公式：
4.1 典型表面加工方法
本章要点
外圆表面加工
内孔表面加工 平面加工 成形表面加工
一、引入
机电产品的类型
◆机器零件的结构形状虽然多种 多样，但是由一些最基本的几何 表面（外圆、孔、平面等）组成 的。 ◆机器零件的加工过程就是获得 这些零件上基本几何表面的过程 ◆同一种表面，可选用加工精 度、生产率和加工成本各不相 同的加工方法进行工。
压等精细加工方法。
孔加工方案的选择
分析图示齿轮孔表面的加工方法：
0.006 0.08 B
其余
8P9
0 ) -0.087
0.02 B
0.05 B 0.08 A
B
φ0.01
Φ88h9(
A
Φ24H7(
+0.021 0 )
25 32
四、平面加工
1、平面概述
平面是组成平板、支架、箱体、床身、机座、工作台以及各
常见的拉削截形（A～Ｇ为内拉拉削，Ｈ～Ｌ为外拉削）
拉削工件
拉削工件
◆ 拉孔是一种高生产率的精加工方法。加工精度可达IT8～ IT7，Ra值可达0.8～0.4μm。 ◆ 拉孔前工件须经钻孔或扩孔；
前柄部——用于将拉刀装夹在拉床的夹头中以传送运动和拉力。
颈部——用于连接头部与刀体，一般在颈部上刻印拉刀的标记 过渡锥——使前导部能顺利进入初孔(工件上予先加工的孔)，起 对准中心的作用。
2）中等精度外圆表面加工
粗车-半精车。用于各类零件上不重要的表面或非配合表面。
尺寸精度达IT10-IT11，表面粗糙度为Ra2.5-10um
3）较高精度外圆表面加工
◆ 粗车-半精车-精车。适用于铜、铝等有色金属件外圆表面的 加工；尺寸精度达IT7-IT9，表面粗糙度为Ra1.25-5um