天津大学仪器制造技术复习指导

[1.2.1机械加工工艺过程的组成]（重点）

1.工序：一个（或一组）工人在一个工作地点，对一个（或几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。

2.安装：在一道工序中，工件在一次定位夹紧下所完成的加工。

3.工位：工件在一次装夹安装中，在一个位置上所完成的加工。

4.工步：在一次安装或一个工位中，加工表面、加工工具、切削用量（进给量s、主轴转速v、不包括切深t）不变的情况下，所完成的加工。

5.进给(走刀）：在一个工步中，每一个切削，称为一次进给。

6.动作：是工艺过程的最小单位，指工人或机器本身的一个行动单元。[1.2.3加工工艺规程]（重点）

工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。

1.对工艺规程的基本要求:工艺规程是指导生产的依据，是组织生产，做好生产技术准备的主要技术文件。

2.制订工艺规程的原则（对工艺规程的基本要求）

原则是：保证以最低的成本，最高的效率来达到图纸上的全部尺寸和技术要求。这个原则包括：质量、生产率、经济性三个方面的要求。

3.制定工艺规程的步骤

1）研究产品图纸，进行零件的工艺性分析。

2）由生产纲领、确定生产类型。

3）确定毛坯的种类，设计毛坯图。

4）拟定工艺路线。

5）计算加工余量以及工序尺寸和公差，并绘制工序草图。

6）选择加工设备、工艺装备（刀、夹、量具）、计算工艺参数和工时定额。7）确定各主要工序技术检验要求和检验方法。

8）填写工艺文件。

[1.3.1基准及分类]（重点）

基准：基准是指在机构中或在加工时用以确定零件及其几何元素位置的一些点、线、面。

1.设计基准：在零件图上标注设计尺寸所采用的基准。

2.工艺基准：零件在制造和装配时采用的基准。

(1)工序基准：在工序图上，用以标定被加工表面位置的点、线、面称为工序基准。

(2)定位基准：工件在机床上或夹具上加工时，用来决定工件相对于刀具位置的基准称为定位基准。

(3)装配基准：装配时用来确定零部件相对位置的基准称为装配基准。

3.测量基准：检验零件已加工表面位置时采用的基准称为测量基准。

[1.3.2定位基准选择]（重点）

1.粗基准的选择

（1）便于装夹原则（2）余量均匀原则（3）相互位置原则（4）一次性原则2.精基准的选择

1）基准重合原则2）基准统一原则3）互为基准原则4）自为基准原则[1.4.1 夹具的组成]（重点）

工件的装夹方式

工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。常用的安装方式有三种：

（1）直接找正安装

（2）按划线找正安装

（3）用夹具安装

夹具的组成

（1）定位元件：定位元件在夹具中的作用是确定工件在夹具中的准确位置。

（2）夹紧装置：实现对工件的夹紧、保持工件在夹具中的准确位置。

（3）对定装置（对刀引导装置）：确定刀具与夹具相对位置的元件，如对刀块、钻套等. （4）夹具体：上述元件的基础及与机床等连接的本体。

（5）其它元件及装置（为完善使用功能设置）：分度、工件顶出装置、上下料机构等。

[1.4.2 定位原理与自由度分析]（重点）

1.工件在加工中的六点定位原理

工件进行定位时，用定位元件限制可能的六个自由度，则工件在空间的位

置就完全确定了。

2.六点定位原理在夹具设计中的应用

（1）完全定位与不完全定位

1）完全定位：当工件上的6 个自由度均被夹具的定位元件限制时，称为完全

定位。

2）不完全定位：按加工要求，当工件上应限制的自由度都被限制，但还未限

制到6 个自由度时，称为不完全定位。

（2）欠定位与过定位

1）欠定位：影响本工序加工尺寸或位置精度的自由度未被完全限制。

2）过定位：有多余的定位元件（或有一个以上的定位元件）重复限制同一自

由度。过定位也叫重复定位或超定位。

图1-1

1.4.3 定位方法与定位元件设计

[5.复合定位基准的定位元件|工件不是单一基准定位，而是多个基准复合定

位]。（重点）

(菱形销)复合定位的方式很多，实际生产中工件以一平面两孔为定位基准，

相应的定位元件为一平面两短销。

由于工件上的孔径与孔距尺寸以及夹具上的销径与销距尺寸存在误差，当孔、

销之间的间隙为最小（工件的两孔径为最小、夹具上的两销径为最大）时，

此时若孔距为最大、销间距为最小或销间距为最大、孔间距为最小，在这两

种极限状态下，都可能出现工件装不上去的情况。为此将其中一个圆销变成

菱形销，以适应基准孔的变化。

[6.定位误差的分析与计算]（概念重点、具体计算不要求）

定位误差：工序基准的位置在工序尺寸方向上最大变动量称为定位误差。

引起工序基准的位置变动有两个原因：

第一：由于定位基准与工序基准不重合

第二：定位基准本身的相对位置发生变动

[第二章加工精度分析与制造质量监控技术]

[2.1基本概念]（重点）尺寸公差>位置公差>形状公差>表面粗糙度

加工精度：零件加工后的实际几何参数（几何形状、尺寸、相互位置）与理

想几何参数的符合程度。

1．获得尺寸精度的方法

试切法、定尺寸刀具法、调整法、数控加工

2．获得形状精度的主要方法

仿形法、成形运动法、非成形运动法

3．获得位置精度的主要方法

一次装夹获得法（“一刀活”）、多次装夹获得法

2. 2 影响机械加工精度的工艺因素

[2.2.1方法误差]（重点）

加工方法误差是指采用了近似的加工方法进行加工而产生的加工误差，所谓近似的加工方法包括：近似的刀刃形状、近似的成形运动轨迹。

[2.2.2机床误差]（重点）

1．主轴的回转误差

主轴回转时若主轴上只有一点O 的速度始终为零，也就是主轴始终围绕这一点旋转，则这一点即为理想回转中心。由于各种误差的存在，其回转轴线的空间位置在每一瞬间都是变化。由于回转轴线的变化，产生回转误差，使主轴的回转精度降低。实际主轴回转误差有3 种表现形式：径向跳动、轴向窜动、角度摆动。

2．机床导轨误差:与导轨本身的制造、安装及受力变形有关，另外，导轨各截面磨损不均匀也是引起导轨误差的重要因素。导轨在水平面内、垂直面内的直线度误差|导轨运动时，绕运动轴的滚转角、水平轴的俯仰角、垂直轴的偏摆角误差

误差的敏感方向：是对加工精度影响最大的方向

3．机床传动链误差：指传动链始末两端传动元件之间的相对运动误差。机床的变速箱（进给箱）

[2.2.3夹具误差和磨损]（重点）

夹具误差包括夹具的制造误差、夹具在机床上安装的误差及定位元件和导向元件的磨损。

粗加工时，夹具的制造公差可取工件相应尺寸公差的1/3～1/5；精加工时，可取工件相应尺寸公差的1/2～1/3

[2.2.4刀具误差和磨损]（重点）

1．定尺寸刀具（如钻头、绞刀、拉刀等）刀具的制造误差及磨损直接影响被加工工件的尺寸精度.

2．成形刀具（如成形车刀、成形铣刀等）其刀具的制造误差，安装误差及磨损将直接影响工件的加工精度。

3．展成刀具（如滚齿刀、插齿刀等）因工件的被加工表面是刀刃在相对啮合运动中的包络面，刀具刀刃的几何形状和尺寸将直接影响工件的加工精度。4．一般刀具（如车刀、铣刀、单刃镗刀等）其制造精度、安装误差对加工精度（主要指加工尺寸）没有直接的影响，但刀具的磨损将直接影响加工精度。

[2.2.5工艺系统的受力变形]（概念重点、具体计算不要求）

机床、刀具、夹具以及工件组成整个工艺系统。

工艺系统本身是弹性系统，工艺系统在外力（切削力、传动力、重力及夹紧力等）的作用下将产生变形，从而使刀具与工件之间的相对位置发生变化而产生加工误差。其误差的大小主要取决于系统的刚度。刚度愈大，造成的变形愈小，对加工精度的影响愈小。FY——法向切削分力；Y——总切削力作用下法向方向的变形量。

工艺系统刚度：工艺系统抵抗外力使其变形的能力。J=FY/Y (N/mm)

静刚度：如果引起弹性变形的外力不变（大小、方向和作力点），则此刚度称

为静刚度。

动刚度：如果引起弹性变形的外力是一个交变力，则此刚度称为动刚度。

结论：由此可见，工艺系统的刚度在沿工件轴向的各个位置是不同的，所以加工后工件各个横截面上的直径尺寸也不相同，造成工件加工后轴向产生形状误差（如锥度、鼓形、鞍形等）。工艺系统结构不同，工艺系统中对加工精度起决定作用的部件变形也不同。

3．减少工艺系统受力变形的途径

（1）提高零件之间结合表面的质量。

（2）对部件运动面预加载荷。

（3）提高工件定位基面的精度和减小定位基面的表面粗糙度值。

（4）设置辅助支承，提高工艺系统刚度

（5）采用合理的安装夹紧方式减少装夹变形，在加工薄壁有色合金零件时尤为重要。[2.3.1加工误差的性质]（重点）

加工误差按其性质的不同，可分为系统误差和随机误差（也称偶然误差）。

系统误差：包括定值系统误差和变值系统误差。

定值系统误差：同一条件下连续加工一批工件，误差的大小和符号不变。

变值系统误差：同一条件下连续加工一批工件，误差的大小和符号按一定规

律变化。

随机误差：同一条件下连续加工一批工件，误差的大小、方向各不相同，且

没有规律性。只能缩小它们的变动范围，而不可能完全消除。特点：①预先

不能估计到；②较难完全消除，只能减小到最小限度；③工件尺寸忽大忽小，

造成一批工件的尺寸分散。

[1.正态分布分析法]（概念重点、具体计算非重点）

±3σ原则：随机变量落在±3σ范围以内的概率99.73%，落在此范围以外的

概率为0.27%，此值很小。因此可以认为正态分布随机变量的分散范围是±3

σ。

工件的两个极限尺寸：±3σ。6σ代表了某种加工方法在一定条件下（如毛

坯余量、切削用量、正常机床、夹具、刀具等）所能达到的加工精度。公差

带T 代表了加工所要求达到的加工精度，标准差σ与公差带宽度T 之间有下

列关系：6σ ≤T 。Z=（xi-x~）/σ

工艺能力系数Cp=T/6σ.

[2.4.1机械加工表面质量的意义]（重点）

所谓表面质量，是指零件加工后的表面层状态，包含：

表面层的微观几何性质：主要是指表面粗糙度，由于表面层的微观几何性质

对零件使用性能有很大影响，所以，在机械加工中非常重视被加工表面的粗

糙度。

表面层的物理性质：主要指零件加工表面出现的冷作硬化层；加工表面的金

相组织变化；加工表面的残余应力等。

[2.4.2表面质量对使用性能的影响]（重点）

1．耐磨性：耐磨性决定零件的使用寿命,仪器设备中的重要零部件的耐磨性

要求很高。零件的表面粗糙度对磨损的影响很大，粗糙度值越小，其耐磨性

越好。但若表面粗糙度太小，润滑液不易储存。最优粗糙度值

2．配合性质：在间隙配合，如果零件的配合表面粗糙，则会使配合件很快磨

损而增大配合间隙，降低配合精度。在过盈配合，如果零件的配合表面粗糙，

则装配后配合表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配合件

间连接强度，影响配合的可靠性。

3．疲劳强度：表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件的耐疲劳性越好。表

面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底的半径越小，应力易集中，疲劳强度越低

4．耐腐蚀性：表面粗糙度值越大，加工表面与气体、液体接触面积越大，耐

蚀性越差。

[4.2.2零件各表面加工顺序的安排]（重点）

1．加工阶段的划分

1）粗加工阶段：主要任务是切除工件表面的大部分余量，并做出精基准。这

阶段的精度要求不高，主要是提高生产率。

2）半精加工阶段：减小粗加工中留下的误差，并使加工表面达到一定精度，

为后续精加工做准备。

3）精加工阶段：使工件的尺寸、形状和位置精度以及表面粗糙度达到或基本

达到图纸规定的要求。

4）精密、超精密或光整加工阶段：当零件的加工精度和表面质量要求很高时，

在工艺过程最后要进行精密加工。如安排珩磨或研磨等，以达到工件的最终

精度要求。

划分加工阶段的目的：1）满足循序渐进的原则2）合理安排机床3）便于

及时发现问题4）便于组织生产

2．工序的集中与分散

工序集中：减少工件的装夹次数，提高生产率。易于保证表面之间的相互位

置精度.|工序分散：机床设备和工夹具相对比较简单，机床调整容易，易于

平衡各工序时间，组织流水生产。设备数量多，操作工人多，生产面积大

3．加工顺序的安排

（1）机械加工工序的安排

1）先加工基准表面，再加工其它表面

2）先加工主要表面，后加工次要表面

主要表面：设计基准面、装配基准面、主要的工作面。

次要表面：键槽、螺孔等其它次要表面。

3）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

（2）热处理工序的安排

1）预备热处理

2）去应力处理

3）最终热处理

（3）辅助工序的安排：辅助工序的种类很多，如检验、去毛刺、清洗等等。

检验工序可安排在粗加工之后，重要工序之后或工件从一个车间转到另一个

车间时，以便控制质量，避免浪费工时。去毛刺工序应在零件淬火之前进行。

[4.2.3 零件表面加工路线的选择]（重点）

1.外圆表面的加工路线

（1）粗车—半精车—精车这是常用材料主要的加工方法，视精度要求可选择最终工序为半精车或精车。

（2）粗车—半精车—精车—金刚石车对于有色金属，其最终工序多采用精车或金刚石车削加工来达到最终精度。

（3）粗车—半精车—粗磨—精磨适用于精度要求较高，表面粗糙度值要求较小的黑色金属材料的加工。

（4）粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光对于黑色金属材料，当零件的精度要求进一步提高，表面粗糙度值进一步减小时，采用这条加工路线。最后一种加工方法视具体要求选用。

（5）粗铣—半精铣—精铣采用立铣刀或盘状铣刀加工大直径外圆时采用的加工路线。[4.3.2 精密磨削]（重点）

指加工精度为1μm～0.1μm，表面粗糙度达到Ra0.2～0.025μm的磨削方法，也称小粗糙度磨削。分为普通磨料砂轮和超硬磨料砂轮两类，多用于精密轴系、滚动导轨、量具及刃具等的精密加工。

1．精密磨削机理

精密磨削依靠的是砂轮的精细修整，砂轮经过仔细修整以后，砂轮表面上的磨粒就具有了微刃性和等高性。图8

经精细修整后，在一个磨粒上就形成了多个微刃。相当于一个磨粒形成了多个微磨粒，或者说相当于使砂轮的粒度变细。

[4.4.1 金刚石刀具和超精密切削的机理]（重点）

在超精密机床上采用金刚石刀具切削时，其切削深度、进给量很小，一般切削厚度在1μm 以下，切削深度小于材料的晶粒尺寸，切削是在晶粒内进行。因此，切削力一定要超过晶粒内部非常大的原子、分子结合力，刀刃要承受极大的剪切应力。同时由于产生很大的热量，刀刃切削处的温度将极高

。因此要求刀刃要有很高的高温强度和高温硬度。一般刀具材料难于胜任，而金刚石可以承担。

金刚石具有一系列优异的特性：如硬度极高，能磨出极锋锐的刀刃、耐磨性和强度高、导热性能好、与有色金属的摩擦系数小等。(具体看书吧)

第五章特种加工

[1.特种加工]（重点）

特种加工是直接利用（机械能以外的能量）电、热、声、光及化学能等能量

形式进行的加工。

[2.特种加工的特点]（重点）

（1）加工时工具不与工件直接接触，加工工具不受工件材料的物理机械性能

的限制，因而工具的硬度可低于工件材料的硬度。

（2）加工能量大，且易于控制、转换。

（3）便于实现特殊形状零件的加工及微细加工。

（4）机床运动简单、便于自动化和制造高精度机床。

[5.1.1电火花成形加工基本原理]（重点）

电火花加工是利用了电腐蚀现象。电火花加工是利用工具和工件之间产生的

两极间脉冲性电火花放电，在工件局部表面产生瞬时的1 万度以上高温，将

工件材料局部熔化，甚至气化。加工过程中，脉冲电源E 给电容C 充电，当

充电电压大于工具阴极和工件阳极的间隙击穿电压时，两极之间发生间隙击

穿。击穿掉的金属被抛入工作液中。脉冲电源反复充电，伺服系统不断进给，

以保持最佳极间间隙，加工过程可不断进行，直到达到加工要求。

[3.电火花成形加工的特点]

（1）用于加工高硬度、高强度金属材料。

（2）工具的硬度可低于工件材料的硬度。

（3）适宜加工热敏性材料。

（4）可以连续完成粗、中、精加工。

但是电火花成型加工方法在应用中也存在如下的局限性：

（1）加工速度慢，生产率低。特别精加工时，为了顾及工件的表面质量，加工速度会更低。（2）工具电极存在损耗，影响成型精度。

[5.2.1电解加工]（重点）

1.电解加工的基本工作原理(具体看书)

5.电解加工的特点及应用

特点

⑴可以加工高硬度高强度的各种金属材料，如高温合金、硬质合金、淬火钢等。并且可以加工形状复杂的型面。

⑵电解加工的生产率高。对于型孔、型面、型腔可以一次进给成型。

⑶工件表面质量好，不存在切削加工的残余应力和变形及金相组织的变化，不存在刀痕与毛刺等。表面粗糙度可达Ra 1.25～0.2μm。

⑷加工工件的阴极工具基本没有损耗，使用寿命长。

一些不足之处：

⑴加工精度不是很高且难以实现较高的加工稳定性。加工窄缝、小孔有很大难度，而且不能加工出清晰的棱角。

⑵加工复杂型面时，工具电极的设计困难。

⑶电解液对设备有一定的腐蚀作用，电解产物对环境有一定污染，需要采取防护措施和妥善处理。

应用

⑴电解加工可以用于形状复杂的零件。

如花键孔、炮管膛线、模具型腔、各种异型孔、深孔的加工。一些诸如椭圆、半圆、方形等截面形状特殊的通孔或盲孔，应用一般机械加工方法困难很大，而采用电解加工就很方便而且生产率很高。另外，由于电解加工的生产率是电火花加工的5～10倍，一些需要经常更换且精度要求不高的模具型腔，往往采用电解加工代替电火花加工。

（2）结合一定的加工方式和工艺方法，实现电解套料加工，电解抛光，电解去毛刺、倒棱，电解刻字等。

[5.4 超声波加工]（重点）

5.4.1 工作原理

超声波加工是利用超声波在介质中传播时在传播方向上产生的高频压力及在

液体中产生的空化作用对工件进行加工的一种加工方法。超声波发生器产生

的超声频电流（16000~25000Hz），通过换能器转换为超声频机械振动，震动

幅度经变幅杆放大驱使工具端面作超声频振动。加工时工具轻压在工件上，

在工具与工件周围充满了混有磨粒的工作液（悬浮液）。工具迫使工作液中的

磨粒以很大的速度和加速度轰击、抛磨工作表面，使表面材料粉碎成细小的

粉末脱落下来。同时工具断面的超声振动又会产生工作液的高频液压冲击和

空化作用，促使带有魔粒的工作液进入工件表面的微裂纹中，加速工件表面

的破碎。加工过程中工具不断向下进给，工具断面形状便会不断“复印”在

工件上。

超声波加工是磨粒的撞击与超声空化共同作用的结果，而磨粒的撞击是

主要作用。

解释一下书上的空化作用：所谓空化作用，是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液内形成很多微空腔（空泡），当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，大量的气泡闭合，引起极强的液压冲击波，也使工件表面蚀除，强化加工过程。

第八章装配与调整

8.2 结构工艺性

[8.2.2零件结构工艺性分析]

表8-1（重点）

[8.2.3仪器的结构工艺性分析]

表8-2（重点）

[8.3.1尺寸链的组成]（重点）

原始尺寸：零件（部件）的单个尺寸或相互位置称为原始尺寸。

合成尺寸:由两个或多个原始尺寸间接形成的尺寸称为合成尺寸，合成尺寸是

由原始尺寸决定的。

对一台仪器而言，合成尺寸是装配尺寸。

对一个零件来讲，合成尺寸是加工过程中自然形成的尺寸。

定义：在仪器装配或零件加工过程中，由原始尺寸与合成尺寸相互连接形成

封闭的尺寸组，称为尺寸链。

尺寸链中的每一个尺寸称为环。环又可分为封闭环与组成环。

⑴封闭环：在零件加工或仪器装配后间接形成的合成尺寸。在尺寸链中，封

闭环是组成环的函数。

⑵组成环：加工或装配时直接影响封闭环精度的各原始尺寸。组成环又可分

为增环和减环。

增环：某一组成环尺寸的增大，使封闭环尺寸随之增大（同向变化），该组成

环称做增环，以Az 表示。

减环：某一组成环尺寸的增大，使封闭环尺寸减小（反向变化），该组成环称

做减环，以Aj 表示。

特征：（1）各环必须组成封闭形式，不封闭的不是尺寸链。

（2）组成环必须影响封闭环，不影响封闭环的不是组成环。

（3）一个尺寸链至少应有三个环，封闭环只有一个，两个尺寸不能构成尺寸

链。

3．尺寸链的分类

1）装配尺寸链：全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的

2）工艺尺寸链：全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的

8.3.2 尺寸链的计算方法

[l.极值法（完全互换法）]（重点）

步骤：1.画尺寸链图,找出封闭环A0。

2.找出增环A3，减环A1，A2。

3.求封闭环的基本尺寸：A0=A3-(A1+A2)。

4.求封闭环的公差：T0=T1+T2+T3=x。

5.求封闭环上下偏差：ES0=ES3-(EI1+EI2)=x；EI0=EI3-(ES1+ES2)=x；

则封闭环尺寸为A0=XX。

1）封闭环的基本尺寸：A0 等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基

本尺寸之和

2）封闭环的公差：T0 等于各组成环公差之和

3）封闭环的上、下偏差ESz—各增环上偏差，EIj—各减环下偏差EIz—各增环下偏差，ESj—各减环上偏差

⑴封闭环的上偏差：ES0 等于所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和

⑵封闭环的下偏差：EI0 等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和：4）封闭环的最大极限尺寸：A0max 等于各增环的最大极限尺寸之和减去各减环的最小极限尺寸之和。

5）封闭环的最小极限尺寸：A0min 等于所有增环最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。