第三篇机械制造工艺

第一章尺寸链 第二章机械加工误差第三章机械加工表面质量第三篇机械制造工艺第四章机械制造工艺规程设计第五章专用夹具设计

第一章尺寸链 第一节概述一、尺寸链的定义及组成 1、尺寸链的定义在机器装备或零件加工过程中，相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合，成为尺寸链。 2、尺寸链的特征（1）关联性（2）封闭性 3、尺寸链的组成（1）封闭环（2）组成环（3）组成环的判别

二、尺寸链的分类 1、按几何特征分（1）长度尺寸链（2）角度尺寸链（3）组合式尺寸链 2、按应用场合分（1）装配尺寸链（2）工艺尺寸链 3、按空间位置分（1）直线尺寸链（2）平面尺寸链（3）空间尺寸链三、尺寸链的基本计算公式尺寸链的计算，有极值法和概率法两种方法。

极值法计算如下： ⑴封闭环的基本尺寸：是增环与减环各自和之差 —封闭环的基本尺寸 —增环的基本尺寸 —减环的基本尺寸 m—增环的数目 ⑵封闭环的极限尺寸： n—尺寸链的总环数

⑶封闭环的上下偏差： 封闭环的极限尺寸减去基本尺寸。 ⑷封闭环的公差：封闭环的极限尺寸之差，等于各组成环的公差之和。显然，在极值算法中，封闭环的公差大于任一组成环的公差。当封闭环公差一定时，若组成环数目较多，各组成的公差就会过小，造成工序加工困难。因此分析尺寸链时，遵循最短原则：可采用概率法计算：

第二节工艺尺寸链 一、基准不重合时工艺尺寸链的计算 1、定位基准与设计基准不重合 2、测量基准和设计基准不重合二、工序基准有加工余量时，工艺尺寸链的建立和解算三、保证渗氮、渗碳层深度时，工艺尺寸链的建立和解算四、工序尺寸图解法

第三节装配尺寸链 一、装配尺寸链的组成和查找建立装配尺寸链的步骤如下： 1、确定封闭环 2、查找组成环 1）查找相关零件 2）确定相关零件上的相关尺寸 3、画尺寸链，确定增、减环二、装配尺寸链的组成原则 1、封闭原则 2、环数最少原则 3、精确原则

第二章机械加工误差 第一节概述一、加工精度和加工误差在机械加工中存在着许多产生误差的因素，它是不可避免的关键是如何设法使加工误差控制在偏差范围内。加工误差：是指零件加工后实际几何参数（尺寸、几何形状和相互位置）与理想几何参数之间的偏差。二、影响加工精度的原始误差 1、工艺系统的几何误差：工艺系统中各组成环节实际几何参数和位置偏离理论值。 2、工艺系统受力变形引起的误差：工艺系统在切削力、夹紧力等作用下产生变形，导致加工误差。 3、工艺系统受热变形引起的误差：工艺系统在切削热，摩擦热作用下系统热变形引起的加工误差 4、工件内应力引起的加工误差：工件通过冷热加工后产生一定的残余应力，要达到平衡状态破坏原有的平衡而造成的误差；三、原始误差与加工误差的关系

第二节工艺系统的几何误差 一、加工原理误差由于采用近似的加工方法所产生的误差。它包括成形运动、近似刀具轮廓等。二、机床的几何误差 1、主轴的回转运动误差：（1）主轴回转运动误差概念是指主轴实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。机床主轴是用来装夹工件或刀具，并将运动和动力传给工件或刀具的重要零件，主轴回转误差将直接影响被加工工件的形状精度和位置精度。（2）主轴回转运动误差的影响因素（3）提高主轴回转精度的途径 1）设计与制造高精度的主轴部件 2）使回转精度不依赖于机床主轴

2、机床导轨误差 导轨是机床各部件运动的基准，对于进给运动是直线运动的机床，直线度（水平、垂直方向）、平面度影响最大。（1）磨床导轨在水平面内的直线度误差（2）磨床导轨在垂直面内的直线度误差 3、机床传动链误差：为提高传动系统精度，一般采用提高装配精度、缩短传动链采用降速传动等措施。

三、工艺系统其它几何误差 1、刀具误差：刀具误差包括刀具的制造、磨损及安装误差等。一般刀具对加工精度没有直接影响，但对于成形刀具、定尺寸刀具则直接影响。 2、夹具误差：夹具误差包括定位误差、夹紧误差、夹具安装误差及对刀误差等；不仅要控制夹具元件的制造精度，同时还考虑定位元件的磨损引起的误差。 3、调整误差：切削加工时通过检测的结果调整刀具、夹具、工件相对位置时，由于量具的制造误差、测量方法以及主客观因素的都会造成加工误差。

第三节定位误差 一、定位误差的分析 1、产生定位误差的原因（1）基准不重合误差由于定位基准和工序基准不重合而造成的加工误差，用ΔB表示。

（2）基准位移误差 定位基准相对其理想位置的最大变动量。用ΔY表示。如图3.2-8a

2、定位误差的计算方法 （1） ΔY≠0， ΔB=0时， ΔＤ=ΔY （2） ΔY=0， ΔB≠0时，ΔＤ=ΔY 当工序基准不在定位基面上时，Δ=ΔY+ΔB；当工序基准在定位面上，ΔＤ=ΔY±ΔB，若基准位移与不重合引起的加工尺寸变化方向相同时取“+”反之取“-”。

二、一面两孔定位 1、定位元件（1）两圆柱销（2）一圆柱销与一削边销 2、定位误差

（1）水平尺寸 （2）垂直尺寸 1）位置在O’1、O’’1和O’2、O’’2连线上的尺寸。 2）位置在O1，O2之间的垂直尺寸 3）位置在O1，O2外侧的垂直尺寸

第四节工艺系统受力变形引起的误差 一、概述工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等外力作用下，会产生变形，从而破坏刀具和工件之间已调整好的正确位置关系，使工件产生几何形状误差和尺寸误差。工艺系统反抗变形的能力越大，加工精度越高。 k—静刚度 F—作用力 Y—沿作用力F方向的变形

二、工艺系统刚度的分析 1、工艺系统刚度计算的一般式即总变形量为： yxt=yjc+ydj+yjj+ygj 各部分的刚度为： Yxt—工艺系统总的变形量，mm kxt—工艺系统总的刚度，N/mm yjc—机床的变形量，mm kjc—机床的刚度N/mm ydj—刀架的变形量; mm kdj—刀架的刚度；N/mm yjj—夹具的变形量；mm kjj—夹具的刚度；N/mm ygj—工件的变形量；mm kgj—工件的刚度；N/mm

2、机床部件刚度的测定 （1）单向静载测定法（2）三向静载测定法 3、影响机床部件刚度的因素（1）连接表面间接触变形（2）部件间薄弱零件的变形（3）间隙和摩擦的影响

三、工艺系统受力变形引起的误差 切削时，刀具相对于工件的位置在不断的变化，所以作用力的大小及作用点的位置总是变化的。 1、切削力作用点位置变化引起的加工误差：（1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴（2）在车床顶尖间车削细长轴

2、切削力大小变化引起的加工误差： 由于吃刀深度和工件表面硬度的变化，切削力也在不断的变化，加工时容易将毛坯的误差反复到工件表面上，这种现象叫误差的复映。毛坯圆度的最大误差为Δm=Δap1-ap2 车削后工件的圆度误差Δw=Y1-Y2

3、切削过程中受力方向变化引起的加工误差 4、其他力引起的加工误差（1）夹紧力引起的加工误差（2）重力所引起的加工误差四、减少工艺系统受力变形的主要措施 1、提高接触刚度 2、提高工件刚度，减少受力变形 3、提高机床部件刚度，减少受力变形 4、合理装夹工件，减少夹紧变形

第五节工艺系统热变形引起的误差 一、概述在切削加工过程中，产生大量的热量，使工艺系统温度升高导致产生热变形，从而引起加工误差，特别是精加工时，比较明显。总加工误差的40%~70%是由于温度的变化而引起的。工艺系统的热源可分为内部热源和外部热源两大类。内部热源是切削热、摩擦热等；外部热源是环境热源和辐射热源。二、机床热变形引起的加工误差机床在运转和加工过程中，由于内外热源的影响，温度升高各部件的变形不一，这样使机床原有的几何精度遭到破坏，从而造成加工误差。三、工件热变形引起的加工误差切削加工中，工件的热变形主要是切削热引起，对于大型或精密零件，外部热源如环境温度，日光等辐射的影响也不可忽视。

四、刀具热变形引起的加工误差 刀具产生热变形的热源主要是切削热。切削热传入刀具的比例虽然不大（车削时约为5％左右），但由于刀具体积小，热容量小，所以刀具切削部分的温升仍较高。粗加工时，刀具热变形对加工精度的影响一般可以忽略不计对于加工要求较高的零件，刀具热变形对加工精度的影响较大，将使加工表面产生尺寸误差或形状误差。五、减小和控制工艺系统热变形的主要措施： 1、减小热源的发热和隔离热源： 2、加强散热能力 3、均衡温度场 4、保持工艺系统的热平衡 5、控制环境温度 6、采用合理的机床部件结构

第六节工件内应力所引起的加工误差 一、概述内应力是指在没有外力作用下或去除外力后工件残存的应力。内应力具有不稳定状态，常温下容易失去原有的状态，引起内应力重新分布，产生了内应力误差。二、产生内应力的原因及所引起的加工误差 1、毛坯制造中产生的内应力 2、冷校直带来的内应力 3、切削加工中产生的内应力 4、工件热处理时的内应力

三、减小和消除内应力的措施 1、合理设计零件结构设计时尽量简化零件的结构，使壁厚均匀，提高零件的刚度等。 2、采取时效处理 3、合理安排工艺加工时尽量将粗、精分开，有利于精加工时修正误差。

第七节机械加工误差综合分析方法及举例 加工误差的综合分析是以概率论和数理统计学的原理为理论基础，通过调查和收集数据，整理和归纳，统计分析和统计判断，找出产生误差的原因，采取相应的解决措施。一、加工误差的性质 1．系统误差系统误差的分类：分为常值系统误差和变值系统误差两种。常值系统误差：在顺序加工一批工件时,加工误差的大小和方向皆不变；例如原理误差，定尺寸刀具的制造误差等。变值系统误差：在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的加工误差；例如，当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差。 2．随机性误差随机性误差：在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的；如由于余量不均匀，材质硬度不等，装夹、测量等因素引起的

二、加工误差的统计分析法 　　分布曲线法和点图法是两种常用的统计分析方法。 1、分布曲线法　　测量一批零件的实际尺寸，作出尺寸分布曲线，然后按此曲线来判断这种加工方法所产生的误差大小。（1）实际分布曲线（2）正态分布曲线（3）非正态分布曲线（4）分布曲线的应用 2、点图法将加工顺序测量的实际尺寸，绘制在坐标系上得到图形。利用点图可以可以看出加工过程的情况，如是否存在常值或变值系统误差、随机误差的大小及其变化规律。可以用点图来判断工艺规程的稳定性。并在加工过程提供控制加工质量的信息。

第八节提高加工精度的工艺措施 机械加工误差是由工艺系统中的原始误差引起的。从消除或减少误差的技术看，可分为两大类：（1）误差预防技术（2）误差补偿技术一、误差预防技术 1、合理采用先进工艺与设备 2、直接减少原始误差法 3、误差转移法 4、误差分组法 5、就地加工法 6、误差平均法二、误差补偿技术 1、误差抵消 2、误差补偿

第三章机械加工表面质量 第一节概述一、机械加工表面质量的含义：机械加工表面质量也称表面完整性,它包含两个方面的内容。 1、表面的几何特征 ⑴表面粗糙度表面粗糙度主要是由刀具的形状以及切削过程中塑性变形的振动等因素引起的。用Ra表示。 ⑵表面波度主要是加工过程中工艺系统的低频振动引起的周期性形状误差，介于形状误与表面粗糙度之间。（3）表面加工纹理即表面微观结构的主要方向。（4）伤痕在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。

2、表面层力学物理性能： （1）表面层加工硬化（2）表面层金相组织的变化在加工过程热的作用下，表面层产生温度升高，当温度超过材料的相变临界点时就会产生组织变化，如晶粒长大，形状、析出物和再结晶等。（3）表面层残余应力加工时在切削力的作用下，发生塑性变形、金相组织的变化和温度造成体积的变化产生残余应力。

二、零件表面质量对零件使用性能的影响 1、零件表面质量对零件耐磨性的影响：表面粗糙度值过大，加剧磨损；或过小，易发生粘合，磨损增加。 2、零件表面质量对零件疲劳强度的影响：零件表面缺陷如裂纹、等会引起应力集中，达到极限时出现疲劳断裂。 3、零件表面质量对抗腐蚀性的影响：表面粗糙度过大，腐蚀性介质易积聚而发生化学腐蚀。 4、零件表面质量对配合性质和其他方面的影响：对于配合的表面，Ra过大相对运动时的磨损越大，配合间隙迅速增大，影响其配合精度及稳定性。

第二节加工表面几何特征的形成及影响因素 加工表面的几何特征包括表面粗糙度、表面波度、表面加工纹理、伤痕等四个方面内容，其中表面粗糙度是构成加工表面几何特征的基本单元。一、切削加工后的表面 1、表面粗糙度的形成（1）理论粗糙度（2）非正常原因造成的表面粗糙度 1）积屑瘤的影响 2）鳞刺的影响 3）振动的影响 4）其它原因造成的表面缺陷

2、影响表面粗糙度的工艺因素 （1）切削用量的影响 1）进给量f 2）切削速度 3）背吃刀量（2）刀具几何角度、材料的影响 1）前角 2）后角 3）刀尖圆弧半径（3）被加工材料的影响（4）切削液的影响

二、磨削加工后的表面 1、表面粗糙度的形成 2、影响表面粗糙度的工艺因素（1）磨削用量的影响 1）砂轮速度 2）工件速度 3）磨削深度（2）砂轮的影响 1）砂轮的粒度 2）砂轮的硬度 3）砂轮的修整质量 4）砂轮材料（3）被加工表面的影响

第三节 加工表面物理力学性能的变化及影响因素一、表面层的加工硬化机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至硬化，从而使得表面层硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称作冷作硬化。 3、表面层加工硬化的影响因素：（1）切削力：切削越大，塑性变形越大，加工硬化程度越严重。（2）变形速度：当变形速度很快时，塑性变形可能跟不上，这样塑性变形将不充分，因此硬化层深度和硬化程度都减小。（3）切削温度：温度越高，回复作用增加，加工硬化程度越小。

二、表面层的金相组织变化与磨削烧伤 1、表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生机械加工时，切削所消耗的能量转化为切削热，导致加工表面温度升高。当温度达到相变临界温度时，金属组织相开始发生转变。会使表面层的硬度和强度下降，产生残余应力甚至裂纹一般烧伤分：淬火烧伤；回火烧伤；退火烧伤； 2、影响磨削烧伤的因素： ⑴磨削用量；⑵砂轮；⑶冷却方法三、表面残余应力 1、表面层残余应力的产生（1）冷态塑性变形引起的残余应力（2）热态塑性变形引起的残余应力（3）金相组织变化引起的残余应力 2、磨削裂纹的产生 3、影响表面残余应力的主要因素

第四节机械加工中的振动 一、机械加工中的振动现象 1、振动对机械加工的影响机械加工过程中，在工件与刀具之间常常产生振动。它不仅改变了刀具与工件之间的正确位置，使工件表面产生振纹，降低加工精度；而且还会缩短刀具、机床的寿命。 2、机械加工中振动的种类及其主要特点（1）自由振动（2）受迫振动（3）自激振动二、受迫振动 1、受迫振动产生的原因（1）系统外部的周期性干扰力；（2）机床运动零件的惯性力（3）机床传动件的缺陷；（4）切削过程的不连续

2、受迫振动的振动分析 系统运动方程式 3、受迫振动的特点 1）受迫振动的稳态过程是简谐振动，只要有激振力存在，振动系统就不会被阻尼衰减掉。 2）受迫振动的频率总是与外界激振力的频率相同，而与系统的固有频率无关。 3）受迫振动的振幅A取决与激振力F、阻尼比ε和频率比γ0 4、减小或消除受迫振动的途径（1）减少激振力（2）调节振源频率（3）增强机床或整个工艺系统的刚度和阻尼（4）消振和隔振

二、自激振动 1、形成自激振动的物理条件机械加工中的自激振动不同与受迫振动，它不是外加的振动力作用在系统上，而是由系统本身引起的交变力作用而产生的振动。 2、自激振动的特征 1）自激振动是一种不衰减的振动 2）自激振动的频率接近或等于系统的固有频率 3）自激振动是否产生以及振幅的大小取决于振动系统在同一个振动周期内，从能源输入到振动系统的能量是否等于振动系统所消耗的能量。

3、产生自激振动的几种学说 （1）再生颤振学说（2）振型耦合学说 4、减小或消除自激振动的途径（1）合理选择切削用量（2）合理选用刀具的几何参数（3）提高工艺系统的抗振能力（4）增大系统的阻尼（5）采用各种减振装置 1）阻尼式减振器 2）动力式减振器 3）冲击式减振器；

第四章机械制造工艺规程设计 第一节机械加工工艺规程设计方法一、机械加工工艺规程工艺规程是在具体的生产条件下说明并规定工艺过程的工艺文件。它包括毛坯制造、零件机械加工、热处理、表面处理以及装配等工艺规程。 1、机械加工工艺规程的作用（1）工艺规程是指导生产的技术文件；（2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据（3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料

2、机械制造工艺规程的格式 （1）工艺过程卡片填写工件加工过程，主要用于单件小批生产或中批生产。（2）机械加工工艺卡片工艺卡片是以工序为单位详细说明整个工艺过程的工艺文件（3）机械加工工序卡片它是每道工序所编制的一种文件，必须画出工序简图（定位基准、工序尺寸及公差、形位公差和表面粗糙度等内容。二、工艺规程设计的原则工艺规程设计的原则是：在保证产品的质量的前提下，应尽量提高生产率和降低成本。工艺规程应做到正完整、统一和清晰所用术、符号、计量单位、编号都要符合相应标准。

三、工艺规程设计的原始资料 1）产品的装配图和零件的工作图； 2）产品验收的质量标准； 3）产品的生产纲领； 4）现有的生产条件和资料； 5）国内、外同类产品的有关工艺资料四、机械工艺规程设计步骤 1）分析零件图和产品的装配图。 2）确定毛坯。 3）拟定工艺路线。 4）确定各工序的设备、刀具量具和辅助工具。 5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6）确定各工序的切削用量和时间定额。 7）确定各主要工序的技术要求及检验方法。 8）进行技术经济分析，选择最佳方案。 9）填写工艺文件。

第二节机械加工工艺规程设计的准备工作 一、零件图的审查：零件图是制订工艺规程最主要的原始资料，在制订工艺时，必须认真分析。主要包括以下两个方面的内容： 1、产品的零件图与装配图的分析通过认真地分析与研究产品的零件图与装配图，熟悉产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置和功用，找出主要技术要求与技术关键，以便在制订工艺规程时，采取适当的措施加以保证。分析时应从下面三个方面进行：（1）零件图的完整性与正确性；（2）零件技术要求的合理性；（3）零件的选材是不恰当； 2、零件的结构工艺性分析分析零件结构的可行性和经济性。

二、毛坯的确定 确定毛坯的主要任务是：根据技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面情况，合理确定毛坯的类型、制造方法、形状和尺寸。 1、毛坯种类的确定：毛坯的种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。确定时要结合有关资料进行：（1）零件的材料及其力学性能；（2）生产类型；（3）零件的形状和尺寸；（4）现有生产条件；（5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。 2、毛坯形状和尺寸的确定为了保证零件的加工精度，毛坯制作时要留有一定的余量，确定毛坯制造公差，可根据有关工艺手册确定。对于一些特殊结构的零件，还要考虑毛坯制造、机械加工、热处理等方面工艺因素的影响，合理添加一些结构。

三、定位基准的选择 零件一般具有尺寸精度和相互位置精度要求，在制定零件的工艺规程时，定位基准的选择与否，对其有很大的影响。定位基准一般分为：粗基准（未经机加工），精基准（经过机加工）两种。 1、粗基准的选择：粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配各加工面的余量，同时要为后续工序提供精基准，一般按下列原则选择：（1）为保不加工面与加工面之间的位置，应选不加工面为粗基准。（2）粗基准的选择，应合理分配各加工面的余量。 1）应保证各主要加工面的余量。 2）对于重要表面，应尽可能保证余量均匀。（3）选作粗基准的表面要平整光洁，以便定位可靠。（4）粗基准应避免重复使用。

2、精基准的选择： 选择精基准时主要是考虑工件的尺寸精度和位置精度，在选取时遵循的原则是：（1）基准重合原则；加工表面设计基准与定位基准重合，减少加工误差。（2）基准统一原则：加工时尽可能采用统一定位基准。（3）自为基准原则：当加工余量小时，应选择本身作为基准。（4）互为基准原则：对于相互位置精度要求高的表面可采用。 3、辅助基准的应用：应尽可能使工件安装定位方便，便于实现基准统一，便于加工。一般结合实际情况合理选择。

第三节加工工艺路线的拟定 一、工件表面加工方法的选择 1、加工经济精度和经济粗糙度的概念零件上的各种典型表面都有许多加工方法，表面加工方法的选择应根据零件各表面所要求的加工精度和表面粗糙度，尽可能选择与经济加工精度和表面粗糙度相适应的加工方法。 2、选择加工方法时考虑的因素（1）工件材料的性质（2）工件的结构和尺寸（3）生产类型（4）具体生产条件应充分利用现有的设备和工艺手段，挖潜企业的潜力。（5）特殊要求

二、加工顺序的安排 复杂零件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。在拟定工艺路线时要综合考虑。 1、机械加工顺序的安排原则：（1）先加工基准面（2）划分加工阶段（3）先面后孔（4）次要表面可穿插在个阶段间进行加工 2、热处理工序的安排：（1）预备热处理预热处理一般安排在粗加工之前，主要是改善切削加工性能或削除残余应力。如正火、退火。调质安排在粗与半精加工之间。（2）最终热处理最终热处理是用来提高零件的强度、表面硬度和耐磨性、美观等。如淬火、渗碳、氰化、氮化，它们一般安排在精加工之前表面装饰的安排在之后。 3、辅助工序的安排：辅助工序主要包括：检验、清洗、去毛刺、去磁、倒棱边、除防锈油及平衡等。

第三篇 机械制造工艺