J__《机械制造工艺基础》电子教案_机械制造工艺课件_第

机械制造工艺基础机械制造工艺基础是机械工程专业的核心课程，旨在培养学生掌握机械加工的基本理论、工艺方法和实践技能本课程涵盖了从零件分析到工艺设计，从传统加工到现代制造技术的全面内容通过系统学习机械制造工艺知识，学生将具备独立进行工艺分析、工艺设计和工艺优化的能力，为未来从事机械制造相关工作奠定坚实基础课程大纲1课程目标与学习成果掌握机械制造工艺的基本理论，具备工艺分析和设计能力，培养解决实际工程问题的综合素质2教材与参考资料采用权威教材结合最新技术发展趋势，提供丰富的学习资源和案例分析材料3评分标准与要求理论考试占60%，实践操作占30%，课程设计占10%，注重理论与实践相结合的能力评价4课时总体安排38理论教学26课时，实验实践8课时，课程设计4课时，确保知识传授与技能训练的有机结合第一章绪论机械制造工艺学的研究内容机械制造工艺与国民经济的关系现代制造技术发展趋势机械制造工艺学主要研究零件的加工方机械制造工艺水平直接影响产品质量、现代制造技术正朝着智能化、绿色化、法、工艺过程设计、工艺装备选择和工生产效率和制造成本，是衡量一个国家柔性化方向发展数字化制造、增材制艺系统优化等内容它是连接产品设计制造业水平的重要指标随着工业

4.0时造、超精密加工等新技术不断涌现，推与制造实现的重要桥梁，涉及材料科代的到来，先进制造工艺已成为国家竞动着制造业向高质量发展转型升级学、机械原理、控制技术等多个学科领争力的核心要素域机械制造工艺的基本概念机械制造工艺系统1工艺系统的整体构成与协调工序、工步的概念2工艺过程的基本组成单元工艺过程的定义3制造过程的基础理论框架机械制造工艺过程是指通过机械加工方法，逐步改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为符合图纸要求的零件的全过程工艺过程由若干个工序组成，工序又可分解为若干个工步工艺系统包括机床、夹具、刀具和工件四个基本要素，它们相互作用，共同影响加工质量和生产效率理解这些基本概念是掌握机械制造工艺的前提条件机械加工的基本原理切削运动与进给运切削参数的选择与切削力与切削热的动优化形成切削运动是指刀具与工切削参数包括切削速切削过程中产生的切削件之间的相对运动，主度、进给量和切削深力和切削热是影响加工要包括主运动和进给运度，它们直接影响加工质量的重要因素切削动主运动提供切削所质量、生产效率和刀具力的大小和方向影响工需的速度和功率，进给寿命合理选择切削参件变形和刀具磨损，切运动实现材料的连续去数需要综合考虑工件材削热的产生和传导影响除两种运动的合理配料、刀具材料、加工要工件精度和表面质量合是保证加工质量和效求等多种因素率的关键切削过程及其控制切削变形机理材料在切削力作用下发生塑性变形，形成剪切滑移面变形程度与材料性质、切削条件密切相关，影响切屑形态和加工质量切屑的形成过程切屑形成经历弹性变形、塑性变形和断裂分离三个阶段不同的切削条件会产生带状切屑、节状切屑或粒状切屑等不同形态切削参数对加工质量的影响切削速度影响表面粗糙度和加工精度，进给量影响生产效率和刀具寿命，切削深度影响切削力和工件变形，需要综合优化选择项目机械加工轴类零件1能力目标设定通过轴类零件加工项目，培养学生工艺分析、工艺设计和实际操作能力，掌握典型零件的加工方法和质量控制技术，具备解决实际生产问题的综合素质知识要点深入理解轴类零件的结构特点、技术要求和加工难点，掌握工艺路线设计原则、切削参数选择方法和质量检测技术，建立完整的工艺知识体系实践要求完成轴类零件的工艺分析、工艺路线设计、工艺文件编制和实际加工操作，通过实践验证理论知识，提高动手能力和创新思维轴类零件概述轴类零件的分类轴的典型结构特征12按功用分为传动轴、心轴和转轴阶梯形状、键槽、螺纹等特征材料选择要求常见轴类零件的用途43强度、韧性和加工性能的综合考虑机械传动系统的核心部件轴类零件是机械设备中最常见的零件之一，主要用于支承回转零件和传递转矩根据承载情况可分为转轴、心轴和传动轴三类轴类零件通常具有阶梯形外形，表面有各种功能要素如键槽、螺纹、花键等轴类零件的技术要求尺寸精度要求形位公差要求轴类零件的直径尺寸精度直接影轴类零件的形位公差主要包括圆响配合质量和装配精度关键配度、圆柱度、直线度和同轴度合面通常要求IT6-IT8级精度，等这些公差直接影响轴的回转一般表面为IT9-IT11级精度长精度和使用性能高精度轴类零度尺寸精度要求相对较低，但对件的同轴度要求通常在

0.01-于定位面距离有严格要求

0.05mm范围内表面质量要求轴类零件表面粗糙度要求根据功能需要确定配合表面通常要求Ra

0.8-Ra

3.2μm，轴承配合面要求Ra

0.4-Ra

0.8μm表面硬度要求根据使用条件确定，通常为HRC45-62传动轴零件图分析1传动轴的构成分析轴的基本结构，识别各个功能段的作用和技术要求，确定加工的重点和难点部位2关键尺寸与公差解读图纸中的尺寸标注和公差要求，理解配合性质和装配关系，为工艺设计提供依据3材料选择依据根据使用条件确定材料牌号，考虑强度、韧性、加工性能和经济性等因素的综合要求传动轴零件图分析是工艺设计的基础工作，需要全面理解零件的结构特点、技术要求和使用条件通过详细分析可以确定加工的重点和难点，为制定合理的工艺路线奠定基础生产纲领与生产类型10K+1K-10K大批量生产中批量生产年产量超过万件的大规模生产方式年产量在千件到万件之间的生产方式1K1-10小批量生产单件生产年产量少于千件的小规模生产方式单件或极少量的特殊生产方式生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划，它是确定生产类型的重要依据不同的生产类型对工艺方法、设备选择、工艺装备和生产组织都有不同的要求不同生产类型的工艺特征大批量生产工艺路线中小批量生产工艺路线生产类型对设备选择的影响采用专用设备和专用夹具，工序高度集采用通用设备和专用夹具相结合的方大批量生产优先选择高效专用设备，中中，自动化程度高单机加工效率高，式，工序适度集中设备利用率高，投批量生产选择数控机床，小批量生产采但设备投资大，适应性差工艺路线相资相对合理，工艺灵活性较好用通用机床设备的精度、效率和柔性对固定，质量稳定性好需要综合平衡工艺装备标准化程度高，刀具选择兼顾刀具选择趋向专用化，切削参数优化程通用性和专用性质量控制采用抽检和自动化水平与生产批量密切相关，投资度高，生产节拍严格控制质量控制采统计相结合的方法，检验效率与精度并回报率是设备选择的重要考虑因素设用统计方法，检验工作专业化分工明重备的可靠性和维护性对不同生产类型具确有不同的重要程度机械加工工艺路线拟定1基准选择原则优先选择设计基准作为工艺基准，当不能重合时选择精度高、稳定性好的表面工艺路线拟定的原则作为基准，确保基准统一遵循经济性、技术性和生产实际相结合的原则，确保产品质量的前提下提高生加工顺序确定原则产效率，降低制造成本先加工基准面，后加工其他表面；先粗加工，后精加工；先主要表面，后次要表面；合理安排热处理工序工艺路线拟定是工艺设计的核心内容，需要综合考虑零件的结构特点、技术要求、生产条件和经济效益等多种因素合理的工艺路线能够保证加工质量，提高生产效率，降低制造成本机械加工工艺路线拟定2毛坯制造方法的选择根据材料性质、零件结构和生产规模选择表面处理工序安排在粗加工后、精加工前合理安排热处理工序安排预备热处理和最终热处理的合理配置毛坯制造方法的选择直接影响后续加工工艺和产品质量铸造毛坯适用于复杂形状零件，锻造毛坯适用于受力较大的零件，轧制毛坯适用于标准型材表面处理和热处理工序的合理安排对保证零件最终质量至关重要预备热处理主要用于改善毛坯的加工性能，消除内应力，为机械加工创造良好条件最终热处理用于获得零件要求的力学性能和使用性能，通常安排在粗加工之后、精加工之前进行阶梯轴零件加工实例分析典型阶梯轴结构加工难点分析工艺路线设计阶梯轴具有多个不同直径的圆柱主要难点包括细长轴的刚性不足、采用一端顶尖一端卡盘的装夹方面，各段之间通过台肩连接结构多基准转换的精度保证、台肩和圆式，遵循先粗后精、先主后次的原特点决定了加工时需要多次装夹，角的加工质量控制、热处理变形的则，合理安排热处理工序，确保加基准转换复杂，精度保证困难预防和补偿等问题工精度和表面质量要求传动轴机械加工工艺单纱强力机传动轴案例工序安排与内容加工设备选择YG021该传动轴为纺织设备关键零件，要求较高工艺路线包括备料、粗车、调质、半精根据零件精度要求和生产批量选择合适的的同轴度和表面质量材料为45号钢，调车、精车、磨削等主要工序每道工序都加工设备粗加工采用普通车床，精加工质处理后硬度为HRC28-32，主要配合面有明确的加工内容、技术要求和质量控制采用数控车床，最终磨削采用外圆磨床，要求Ra

0.8μm的表面粗糙度点，确保最终产品质量设备配置经济合理车削加工用量确定加工阶段切削速度进给量mm/r背吃刀量m/min mm粗车80-

1200.3-

0.82-6半精车120-

1800.15-

0.

30.5-2精车150-

2500.05-

0.

150.1-

0.5切削用量的选择需要综合考虑工件材料、刀具材料、机床性能、加工要求等多种因素合理的切削用量能够保证加工质量，提高生产效率，延长刀具寿命切削速度主要影响生产效率和刀具寿命，进给量主要影响表面粗糙度和生产效率，背吃刀量主要影响切削力和加工效率三者之间需要协调配合，达到最佳的技术经济效果热处理与表面处理工序常用热处理方法表面处理技术选择工序安排与质量控制包括退火、正火、调根据使用环境和性能要质、淬火、回火等调求选择镀层、喷涂、化热处理工序通常安排在质处理能够获得良好的学处理等方法常用的粗加工之后、精加工之综合力学性能，是轴类有镀锌、镀铬、氧化、前，避免加工应力影零件常用的热处理方磷化等，能够提高耐腐响严格控制加热温法表面淬火能够提高蚀性和装饰性度、保温时间和冷却速耐磨性和疲劳强度度，确保处理质量机床夹具设计原则定位原理六点定位原理夹紧机构设计可靠稳定夹紧夹具效率与精度分析经济技术评价机床夹具是保证工件在机床上正确定位和可靠夹紧的工艺装备合理的夹具设计能够提高加工精度、生产效率和劳动生产率，降低劳动强度定位设计要遵循六点定位原理，确保工件位置的唯一性和稳定性夹紧设计要保证夹紧力大小适当、方向合理、作用点恰当，避免工件变形夹具的刚度、精度和使用方便性都需要综合考虑轴类零件夹具设计轴类零件的装夹方式主要有卡盘装夹、顶尖装夹和卡盘顶尖联合装夹等三爪卡盘适用于短轴加工，定位精度高但夹紧力集中一夹一顶方式适用于细长轴加工，能够提供良好的支撑刚性专用夹具设计需要考虑工件的结构特点和加工要求定位基准的选择要保证基准重合，减少定位误差夹紧机构的设计要保证夹紧可靠，操作方便，避免工件变形和表面损伤机械加工质量控制加工精度的概念影响加工精度的因素质量控制方法加工精度是指零件加工后的实际几何参工艺系统的几何误差、工艺系统的受力采用统计过程控制方法，建立质量控制数与理想几何参数的符合程度包括尺变形、工艺系统的热变形、工艺系统的图，实时监控加工过程设置关键控制寸精度、形状精度和位置精度三个方振动以及加工中的其他因素都会影响加点，制定检验计划和检验标准运用预面尺寸精度反映零件尺寸的准确程工精度几何误差包括机床、夹具、刀防为主的质量管理理念，从源头控制质度，形状精度反映表面几何形状的准确具的制造和安装误差量问题程度受力变形主要由切削力引起，热变形由建立质量追溯体系，记录加工过程参位置精度反映零件各表面间相互位置的切削热和环境温度变化引起振动会影数，为质量分析和改进提供依据准确程度这三种精度相互关联，共同响表面质量和尺寸精度影响零件的使用性能和装配质量测量与检验技术轴类零件测量方法常用量具选择外径测量使用千分尺、卡尺等通根据精度要求选择合适的测量工用量具，高精度测量采用比较仪具IT6-IT7级精度选择千分或气动量仪长度测量使用深度尺，IT8-IT9级精度可选择游标尺或高度尺圆度和圆柱度测量卡尺形位公差测量需要专用量需要专用的形状误差测量仪器具如圆度仪、三坐标测量机等同轴度测量通常在车床或专用检量具的精度应比被测工件精度高具上进行一个等级以上测量误差分析测量误差包括系统误差和随机误差系统误差主要由量具误差、环境因素和测量方法引起随机误差由测量过程中的偶然因素引起通过多次测量、标准化操作和环境控制可以减小测量误差，提高测量可靠性第二章机械加工工艺规程设计工艺规程的构成工艺规程包括工艺过程卡、工序卡、工步卡等技术文件，详细规定了零件的加工方法、工艺参数和技术要求工艺规程设计步骤分析零件图和技术要求，确定生产类型，选择毛坯，拟定工艺路线，确定工艺参数，选择设备和工艺装备工艺文件编制要求工艺文件应准确完整，符合企业标准和国家标准，具有良好的可操作性和指导性，便于生产实施和质量控制工艺规程是指导生产的重要技术文件，是保证产品质量、提高生产效率、降低制造成本的重要手段工艺规程设计需要综合考虑技术、经济、管理等多方面因素，制定出科学合理的工艺方案毛坯制造方法铸造毛坯特点锻造毛坯特点轧制毛坯特点适用于复杂形状零件，组织致密，力学性能主要用于标准型材，如材料利用率高，成本相好，适用于重要受力零圆钢、方钢、角钢等对较低但精度较差，件锻造能够改善材料轧制材料组织均匀，表表面质量不高，需要较的组织结构，提高强度面质量好，尺寸精度较大的加工余量铸造毛和韧性但锻造设备投高适用于简单形状零坯的组织性能不如锻造资大，模具成本高，适件，成本低，供应方毛坯，但能够实现复杂用于批量较大的生产便，是最常用的毛坯形的内腔结构式毛坯尺寸与公差加工余量与工序尺寸工序尺寸及其公差链计算1精确计算各工序尺寸和公差最小加工余量计算2确保加工质量的最低余量加工余量的概念3工序间材料去除量的基本定义加工余量是指加工时从工件表面切除的金属层厚度最小加工余量必须能够切除上道工序留下的缺陷层，包括表面粗糙度、硬化层、氧化层等，并补偿本道工序的安装误差工序尺寸是各道工序完成后工件应达到的尺寸工序尺寸及其公差的确定需要运用公差链计算方法，从最终要求的零件尺寸出发，逆向推算各工序尺寸公差链计算要保证各工序公差的合理分配，既要保证加工质量，又要考虑加工的经济性机械加工工艺基准基准转换方法当设计基准与工艺基准不重合时的处理基准重合原则尽量使工艺基准与设计基准重合设计基准与工艺基准基准的分类和作用机制设计基准是零件图上用来确定其他点、线、面位置的基准工艺基准是工艺过程中用来确定工件在机床、夹具中位置的基准基准重合能够避免基准转换误差，保证加工精度当基准不能重合时，需要进行基准转换基准转换会产生转换误差，影响加工精度因此在工艺设计中要尽量减少基准转换次数，选择合适的工艺基准，建立统一的基准体系定位误差分析减小定位误差的措施选择合适的定位基准，提高定位元件精度，采用辅助定位装置定位误差计算方法采用极值法或统计法计算定位误差，考虑基准位移和基准不重合的影响定位误差的来源基准不重合误差和基准位移误差是定位误差的两个主要组成部分定位误差是由于定位基准与设计基准不重合，以及工件在夹具中定位不准确而产生的加工误差定位误差直接影响加工精度，是工艺设计中必须重点控制的因素装夹误差分析装夹变形的产生装夹力的合理选择夹紧力过大或夹紧点选择不当夹紧力既要保证工件在加工过会使工件产生弹性变形，松开程中位置稳定，又要避免过大夹具后工件回弹，造成尺寸和的变形夹紧力的大小应根据形状误差特别是薄壁零件和切削力、工件刚性、夹紧方式细长轴更容易产生装夹变形等因素综合确定减小装夹误差的措施合理选择夹紧点位置，采用辅助支撑，控制夹紧力大小，改善夹紧方式，使用专用夹具等方法可以有效减小装夹误差机械加工精度保证静态精度与动态精度系统误差与随机误差加工精度的统计分析静态精度是指机床在静止状态下的几何系统误差具有规律性和重现性，主要由采用统计过程控制方法监控加工过程，精度，包括直线度、平行度、垂直度机床几何误差、刀具磨损、热变形等因建立控制图分析加工精度的变化趋势等动态精度是指机床在运转过程中保素引起可以通过误差补偿、工艺调整通过工序能力指数评价工艺过程的稳定持的精度，受到主轴回转精度、进给系等方法进行控制和修正性和可靠性统精度、热变形等因素影响随机误差具有偶然性和不确定性，主要运用质量工程理论，从设计阶段就考虑动态精度比静态精度更能反映机床的实由振动、材料不均匀、环境变化等因素加工精度要求，合理分配各工序公差，际加工能力，是影响工件加工质量的关引起只能通过统计方法进行控制，提实现精度的最优化设计和控制键因素提高动态精度需要改善机床结高工艺系统稳定性构设计和制造质量第三章典型零件加工工艺轴类零件加工工艺盘类零件加工工艺箱体零件加工工艺轴类零件是回转体零盘类零件的特点是径向箱体零件结构复杂，加件，主要加工方法包括尺寸大于轴向尺寸，主工表面多，精度要求车削、磨削、钻削等要加工平面和孔系加高主要加工内容包括加工特点是以回转表面工时需要注意工件的装平面加工、孔系加工、为主，要求较高的尺寸夹稳定性和加工变形控螺纹加工等工艺设计精度和形位精度，特别制，平面度和孔系位置要重点考虑基准选择和是同轴度要求严格精度是关键技术要求工序安排轴类零件精密加工方法精密车削技术采用高精度车床和硬质合金刀具，严格控制切削参数和环境条件精密车削可以达到IT6-IT7级精度，表面粗糙度可达Ra

0.4-

0.8μm磨削加工技术磨削是获得高精度和低表面粗糙度的重要方法外圆磨削可达IT5-IT6级精度，表面粗糙度可达Ra

0.1-

0.4μm需要控制磨削热和残余应力超精密加工技术包括超精研、珩磨、抛光等方法可以获得极高的表面质量和尺寸精度，达到纳米级加工精度，主要用于高精密设备和仪器零件盘类零件加工特点盘类零件的典型结构盘类零件通常具有较大的径向尺寸和相对较小的轴向尺寸，主要表面包括端面、外圆面、内孔和各种功能孔结构特点决定了其加工工艺的特殊性，需要重点考虑装夹方式和加工顺序加工难点分析主要难点包括薄壁结构的变形控制、大平面的平面度保证、孔系的位置精度控制、热处理变形的预防等装夹过程中容易产生弯曲变形，影响加工精度和表面质量工艺路线设计原则遵循先基准后其他、先粗后精、先面后孔的原则合理选择装夹基准，减少装夹次数，控制加工变形热处理工序安排要考虑变形补偿和精度要求齿轮加工工艺齿轮加工包括齿坯加工和轮齿加工两个阶段齿坯加工主要是车削外圆、内孔和端面，为轮齿加工提供准确的基准轮齿加工方法有滚齿、插齿、铣齿等，其中滚齿是最主要的加工方法齿轮精度等级分为12个等级，高精度齿轮需要进行磨齿加工齿轮热处理包括调质、渗碳淬火、表面淬火等，热处理后通常需要进行精加工来保证最终精度齿轮检测项目包括齿距、齿形、齿向等几何精度和传动精度箱体类零件加工1箱体零件的结构特点箱体零件通常具有复杂的内腔结构，壁厚不均匀，加工表面多且精度要求高，是典型的复杂零件2定位基准选择选择主要安装面作为基准，保证基准统一，减少基准转换次数，确保各表面间的位置精度3工艺路线设计采用先面后孔、先粗后精的原则，合理安排热处理和时效处理工序，控制加工变形箱体零件加工的关键是保证各孔系之间的位置精度和平行度、垂直度等形位公差由于结构复杂，刚性相对较差，容易产生加工变形，需要合理设计工艺路线和装夹方案孔系加工工艺IT6-IT7钻孔精度等级普通钻孔可达到的精度范围IT5-IT6镗孔精度等级精密镗孔可达到的精度范围

0.01孔系位置精度高精度孔系要求的位置公差mmRa

0.8表面粗糙度精密孔加工的表面质量要求μm孔系加工是箱体类零件加工的重点和难点钻孔是孔加工的第一道工序，主要解决孔的位置问题扩孔和铰孔用于提高孔的尺寸精度和表面质量镗孔可以获得很高的尺寸精度、形状精度和位置精度孔系精度保证措施包括选择合适的定位基准、采用高精度机床、使用专用夹具、合理选择切削参数等对于高精度孔系，通常采用坐标镗床或加工中心进行加工，确保孔系之间的位置精度第四章现代制造技术数控加工技术柔性制造系统增材制造技术数控技术是现代制造技术的核心，通过柔性制造系统集成了数控机床、物料输增材制造技术通过逐层堆积材料的方式计算机控制机床运动，实现高精度、高送系统、计算机控制系统等，能够自动制造零件，能够实现传统制造方法难以效率的自动化加工数控技术具有精度完成多种零件的加工具有很高的生产加工的复杂结构在航空航天、医疗器高、效率高、柔性好、质量稳定等优柔性和自动化程度械、汽车等领域应用广泛点FMS特别适合中小批量多品种生产，能3D打印技术正在革命性地改变传统制造数控加工适用于复杂形状零件、小批量够快速响应市场需求变化，显著提高设模式，从设计到制造实现一体化，大大多品种生产、高精度要求的零件加工备利用率和生产效率，是智能制造的重缩短了产品开发周期，为个性化定制生随着技术发展，数控机床正朝着高速、要组成部分产提供了新的可能高精、复合、智能化方向发展数控加工技术数控加工的特点数控编程方法数控加工具有高精度、高效率、数控编程包括手工编程和自动编高柔性的特点加工精度可达程两种方法手工编程适用于简IT5-IT6级，表面粗糙度可达单零件，自动编程采用CAM软Ra

0.2-

0.8μm能够实现复杂轮件，适用于复杂零件编程过程廓和三维曲面的精密加工，适应包括工艺分析、轨迹计算、代码性强，程序修改方便生成等步骤数控加工工艺设计数控加工工艺设计要考虑零件结构特点、精度要求、材料性质等因素合理选择刀具、切削参数、走刀路径，优化加工程序，提高加工效率和质量。