机械制造技术基础思维导图

本思维导图为《机械制造技术基础》（下册） 笔记，仅作为学习参考，快速梳理知识，有效学习、学会本门专业课，更有把握通过专业课考试，以及获得较好成绩。

机械制造技术基础

• 机械加工工艺规程的制定
  • 机械加工工艺规程基本概念
    • 机械制造工艺学
      • 研究机械制造中优质、高产、低消耗地生产机械装备的原理和方法的学科
        • 研究目标：制造质量、生产率、经济性（Q、T、C）
    • 生产过程与工艺过程
      • 生产过程
        • 将原材料转变为成品所有相关劳动过程的总和
        • 原材料
        • 生产准备工作
        • 毛坯制造
        • 零件的机械加工及热处理
        • 产品装配与调试
        • 生产过程=工艺过程+辅助过程
      • 工艺过程
        • 在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能（包括物理性能、化学性能、机械性能）以及相对位置关系的过程
        • 铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等
      • 机械加工工艺过程
        • 用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程
      • 机器的装配工艺过程
        • 将零件装配成机器的过程
      • 工艺过程
        • 工艺过程的内容用表格饿形式规定下来就是工艺规程
    • 机械加工工艺过程
      • 工序
        • 一个工人在同一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成那一部分工艺过程
        • 工人、地点、工作对象不变，工作连续
        • 工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元
      • 工艺路线
        • 仅列出主要工序名称的简略工艺过程的简称
      • 工步
        • 复合工步
          • 同时对一个零件的几个表面进行加工
      • 安装
      • 走刀
    • 生产类型及其工艺特点
      • 生产纲领
        • 是企业在计划期内应当生产的产品产量
      • 生产类型
        • 企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，分为单件生产、成批生产和大量生产
  • 机械加工工艺规程的作用
    • 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
    • 工艺文件
      • 指导工人操作和用于生产、工艺管理等的各种技术文件
    • 机械加工工艺规程
      • 规定零件机械加工工过程和操作方法等的工艺文件
    • 单件小批生产
      • 填写工艺过程卡
    • 大批大量生产
      • 工艺过程卡和相应的加工工序卡
    • 中小批量生产
      • 机械加工工艺卡
    • 指导生产的主要技术文件，是生产组织和生产管理的依据，是新建或扩建工厂或车间主要技术资料
    • 生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验
  • 机械工艺过程的原则、原始资料及步骤
    • 原始资料
      • 6、7
    • 基本步骤
      • 审图，工艺分析
      • 确定批量
      • 确定毛坯
      • 拟订工艺路线
      • 确定机床与工装
      • 确定工序尺寸
      • 确定技术要求及检验方法
      • 确定切削用量和工时定额
      • 编制工艺文件
    • 零件的结构工艺性
      • 指所设计的零件结构在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性
      • 退刀槽
      • 子主题 3
  • 制造机械加工工艺过程的主要问题
    • 确定毛坯
      • 确定毛坯时的几项措施
        • 工艺搭子（辅助基准）
        • 整体毛坯
        • 合件毛坯
      • 毛坯图的绘制
    • 定位基准的选择
      • 基准
        • 参照物，
        • 设计基准
        • 工艺基准
          • 工序
      • 选装配基准作为零件的设计基准
      • 选设计基准作为零件的工艺基准
      • 选工序基准作为夹具的定位基准
      • 选工序基准作为零件的测量基准
      • 精基准选择原则
        • 基准重合
        • 统一基准
        • 互为基准
        • 自为基准
      • 粗基准的选择原则
        • 优先保证加工余量原则（均匀、足够）
        • 优先保证表面间相互位置要求的原则
        • 可靠定位原则
        • 一般不重复使用原则
    • 工艺路线的拟定
      • 加工方法选择
        • 经济精度
          • 经济加工精度
        • 根据加工表面的技术要求
        • 被加工材料的性质
          • 淬火钢用磨削加工
          • 有色金属则磨削困难，一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工
        • 要考虑生产纲领
        • 要考虑本厂的现有设备和生产条件
  • 加工顺序安排及工序划分
    • 阶段划分
      • 粗加工
      • 半精加工
      • 精加工
      • 光整加工
      • 阶段划分的目的
    • 加工顺序
      • 加工顺序原则
        • 先粗后精
        • 先主后次
        • 先面后孔
        • 基面先行
      • 影响因素
        • 热处理和表面处理
          • 退火和正火消除内应力及改善材料的切削性能，一般安排在加工前进行，有时正火安排在粗加工后进行
          • 进行人工时效处理，消除残余应力，减少加工变形（加热、冷却处理、振动）
          • 调质处理一般改善机械的加工性能，安排在粗加工后进行
          • 淬火处理提高表面硬度和耐磨性，一般磨削之前进行，高频退火可安排在最终工序。渗碳可安排在半精加工前、后进行
          • 表面处理提高表面抗腐蚀性、耐磨性及美观性，一般可安排在最后进行（电镀、真空涂镀、阳极氧化、化学被膜、涂层、气相沉积）
        • 检验工序
          • 每个工序中，操作员进行自检
          • 粗加工全部结束后，精加工之前进行探伤
          • 送往其他车间加工前后（特别是热处理）全面检验
          • 重要工序前后的精密测试（三坐标测量机）
          • 最终加工之后全面检验
      • 工序的集中和分散
        • 特点
          • 工序集中减少工件装夹次数，在一次装夹过程中可以加工许多表面，有利于保证各表面之间的相互位置精度。可以减少机床的数量，相应地减少工人的数量和机床的占地面积。所需设备复杂，操作和调整工作也较复杂
          • 工序分散可以使所需要的设备和工艺装备结构简单、调整容易、操作简单，但需要操作人员多、安装次数少，有的专用性强。
        • 确定原则
          • 单件生产和重型零件的加工，为了减少装夹和往返搬运的次数，多采用工序集中的原则。
          • 大量生产中，使工序集中，以便提高生产率和保证加工质量。
          • 因结构复杂的关系的工件，按工序分散的原则进行生产。
    • 加工余量的影响因素
      • 加工总余量
        • 为了达到零件图上某加工表面的精度和表面粗糙度值要求，需要从其毛坯表面上切去全部多余的金属层，其总厚度称该表面的加工总余量，Z总
      • 工序余量
        • 每一工序所切除的金属层厚度，Zi
      • 零件加工余量的大小，将直接影响工件的加工余量、生产率和经济性
      • 上工序表面质量
        • 表面微观粗糙度值Ra
        • 表面缺陷层ta
        • 上工序公差Ta
        • 本工序公差Tb
        • 入体原则
          • 指标注工件尺寸公差时，应向材料实体方向单向标注。外表面被包容面尺寸越加工越小，内表面被包容尺寸越加工越大
      • 上工序表面位置偏差（ρa）
        • 轴线的直线度、偏移、平行度及轴线与表面的垂直度
        • 阶梯轴内外圆柱的同轴度
        • 平面的平面度等
        • ρa的数值与上工序的加工方法和零件的结构有关，可用近似计算法或查有关资料确定
        • 若存在两种以上的空间偏差时可用向量和表示
        • 为保证加工余量，ρa必须在本工序中保证
      • 本工序加工时装夹误差Δεb的影响
        • Δεb除包括定位和夹紧误差外，还包括夹具本身的制造误差，其大小为三者的向量和
        • 空间偏差与装夹误差在空间存在不同方向时，二者对加工余量的影响应该是向量和
        • Δεb将直接影响被加工表面与刀具的相对位置，因此有可能因余量不足而造成废品，所以必须给予余量补偿
      • 计算法确定加工余量的简化
        • 无心磨床上加工轴，装夹误差可忽略不计
        • 用浮动铰刀或用拉刀拉孔时空间偏差对加工余量无影响，且无装夹误差
        • 研磨、超精加工、抛光等加工方法，主要减少表面粗糙度值，因此加工余量只需要去掉上工序的表面粗糙度值就行
        • 自为基准
    • 尺寸链原理及极值法解尺寸链
      • 定义
        • 在机器装配或零件加工过程中，由相对连接的尺寸形成封闭的尺寸组，称为尺寸链。
        • 各有关工艺所组成的尺寸链称为工艺尺寸链
        • 各有关装配尺寸组成的尺寸链称为装配尺寸链
        • 环
          • 封闭环（终结环）
            • 尺寸链中在装配或加工过程中最后形成的一环。一个直线尺寸链中只有一个封闭环
          • 组成环
            • 尺寸链中对封闭环有影响的全部环
            • 增环
              • 尺寸链中的组成环，该环的变动引起封闭环同向变动
            • 减环
              • 尺寸链中的组成环，该环的变动引起封闭环反向变动
        • 判断增减环的方法
          • 判断一个组成环变动引起封闭环变动方向时，固定其组成环不变，只改变该组成环
          • 装配要求就是装配尺寸链的封闭环
          • 增环与封闭环箭头相同
          • 减环与封闭环箭头相反
        • 极值法解尺寸链
          • 尺寸链封闭环的公称尺寸，等于各增环的公称尺寸之和减去各减环公称尺寸之和
          • 封闭环上极限尺寸等于所有增环的上极限尺寸之和减去所有减环的下极限尺寸之和
          • 封闭环下极限尺寸等于所有增环的下极限尺寸之和减去所有减环的上极限尺寸之和
          • 封闭环上极限偏差等于所有增环的上极限偏差之和减去所有减环的下极限偏差之和
          • 封闭环下极限偏差等于所有增环的下极限偏差之和减去所有减环的上极限偏差之和
          • 封闭环公差（或误差）等于各组成环公差之和
        • 概率法解尺寸链
          • 优势
            • 封闭环的实际分散范围比用极值法计算出来的公差小的多；适用于批量生产，调整法加工
          • 加工尺寸的T=6σ原理
            • 分布中心与公差带中心重合
• 机床夹具设计原理
  • 机床夹具概述
    • 机床夹具
      • 完成工件装夹的工艺装备
      • 定位元件、夹紧元件、对刀元件、夹具体
    • 夹具中要求工件用双点划线划线表示
    • 作用
      • 易于保证加工精度
      • 可以缩短辅助时间，提高劳动生产率
      • 可扩大机床的使用范围
      • 可以减轻劳动强度，保证安全生产
    • 按适用范围分
      • 通用夹具
      • 专用夹具
      • 组合夹具
      • 随行夹具
  • 机床夹具各组成部分的作用
    • 定位元件的作用
      • 与工件的定位基准相接触，确定工件在夹具中的正确位置
    • 夹紧装置的作用
      • 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置
    • 定位在前，夹紧在后。错误
    • 对刀导向元件的作用
      • 用于确定夹具与刀具的相对位置
      • 对刀导向元件
        • 钻套、对刀块、镗套
    • 夹具体的作用
      • 用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件；与机床相结合，使夹具相对机床具有确定的位置。是机床夹具的一个关键零件
    • 连接元件的作用
      • 夹具在机床上必须定位夹紧，才能最终保证工件与刀具的相对位置，在机床上进行夹具定位夹紧的元件，称之为连接元件
  • 六点定位原理
    • 若使物体在某方向有确定的位置，就必须限制在该方向的自由度，所以要使工件在空间处于相对确定的位置，就必须对六个自由度加以限制。这种用正确分布的六个支撑点来限制工件的六个自由度，使工件在夹具中得到正确位置的规律，称为六点定位原理
    • 两个概念
      • 完全定位
        • 六个自由度都要限制的这种定位方法
      • 不完全定位
        • 没有完全限制六个自由度而仍然能保证有关工序尺寸的定位方法
    • 两个现象
      • 过定位
        • 不良影响
          • 可能会导致工件放不进去或使接触点（定位点）不稳定，增加了同批工件在夹具中位置的不统一性
          • 施加夹紧力后，可能产生工件变形或定位元件被损坏、定位精度降低等不良后果
        • 过定位是否被允许，应根据情况进行具体分析
      • 欠定位
        • 若定位支撑点少于所应消除的自由度数，则工件定位不足，称为欠定位。
        • 欠定位不能保证加工要求，因此在任何情况下，欠定位是不允许的。
      • 过定位和欠定位可以同时出现
  • 定位元件
    • 定位元件与工件的定位基准相接触（限制工件的自由度），确定工件在夹具中的正确位置
    • 定位元件的结构和尺寸，取决于工件上已被选定的定位基准面的形状、大小及工件的重量等
    • 定位元件所限制的自由度数与定位元件的形式、数量及其布置情况有关
    • 定位元件在夹具中的布置，一方面要符合六点定位原理，另一方面为保证工件定位的稳定性，要使支撑点的布置尽量敞开，这样可使工件的重力和切削力的作用点都落在支撑点连线所组成的平面内
    • 技术要求
      • 足够的定位精度、较低的表面粗糙度值
      • 有一定的耐磨性、硬度和刚度
    • 固定式定位元件
      • 支承钉
        • 多用于以平面作为基准时的定位元件
          • 限制一个移动自由度
        • 平顶支承钉
        • 圆顶支承钉
        • 花纹顶面支承钉
        • 带衬套支承钉
      • 支承板
        • 一般用作精基准面较大时的定位元件
          • 平板式支承板
          • 斜槽式支承板
        • 窄支承板限制两个自由度
        • 宽支承板限制三个自由度
      • 装入夹具体后，为使各个支承面在一个水平面内，应在修磨一次
      • 定位销
        • 对于既用平面又用与平面相垂直的圆柱孔定位的元件，通常用定位销作定位元件
        • 固定式定位销
          • 不带轴肩限制两个自由度
          • 带轴肩限制五个自由度
        • 带衬套的可换式定位销
        • 可换的支承垫圈销
        • 锥形定位销
          • 限制三个自由度
      • 定位心轴
        • 用于以内孔表面为定位基准的定位工件，如套筒、盘类等
        • 圆柱心轴
          • 用于以圆柱内孔表面为定位基准的工件
            • 限制五个自由度
        • 花键心轴
          • 用于以花键内孔表面为定位基准的工件
            • 限制六个自由度
        • 锥心轴（小锥度心轴）
          • 锥度一般为1/1500～1/2000
            • 限制五个自由度
          • 定心精度较高，但工件轴向位移误差较大
          • 适用于工件定位孔精度较高的精车和磨削面，但不能作为轴向定位加工端面等有轴向尺寸精度的工件
      • V型块
        • 用于以外圆表面为定位基准的工件
        • 特点
          • 对中性
        • 当基准面较大时可选用长V型块
    • 其他定位元件
      • 可调式定位元件
        • 用于粗基准定位
      • 浮动式定位支承
        • 指支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承
        • 两点
        • 三点
          • 限制z移动
        • 杠杆式
          • 限制z移动
        • 斜面式
          • 限制z移动
        • 结论
          • 一般情况下，浮动支承只限制工件一个方向自由度，起一个支撑点的作用
        • 作用
          • 增加与工件定位面的接触点数目，使单位面积压力减小
          • 多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的表面、阶梯表面，提高工件的稳定性
      • 辅助式支承元件
        • 工件在装夹加工时，为了增加工件的刚性和稳定性，但又要避免过定位，此时经常采用辅助支承
        • 旋出式辅助支承
        • 弹力式辅助支承
        • 结论
          • 一般辅助支承是在工件定位后才参与工作的，所以不起定位作用，但能增加工件的刚性和稳定性
  • 组合定位分析
    • 要点
      • 通常把限制自由度最多的定位表面称为第一定位基准，然后再依次划分第二、第三定位基准
      • 组合定位元件能限制工件的自由度总数等于各个定位元件单独定位各自相应定位表面时所能限制自由度的数目之和
      • 定位元件在单独定位某定位面时原来起限制工件移动自由度的动作可能会转化成起限制工件转动自由度的作用。但一旦转化后，该定位元件就不再起原来限制工件移动自由度的作用了。
      • 单个定位表面是组合定位分析的基本单元。不再进一步去探讨自由度分别由哪个支承钉来限制。简化分析过程，避免引起混乱
      • 定位元件的长或大、短或长，经常以定位元件与定位表面的实际接触面积S0（或长度L0）和定位表面的总面积S（或总长度L）之比来确定
        • <1/3短
        • >2/3长
    • 组合定位分析的步骤
      • 分析工件加工需要限制几个自由度
      • 合理选择定位表面
      • 合理选择定位元件
      • 检验组合定位方案的正确性
  • 过定位现象的消除方法
    • 消除方法
      • 改变定位元件的结构形式
      • 采用浮动支承结构，消除定位元件限制绕某一个（或两个）坐标轴转动方向自由度的作用
      • 改变定位元件的结构形式
        • 削角销
          • 减小第二个销直径；第二个销采用削角销；使第二个销沿过定位方向移动
          • 菱形销，削扁销
  • 定位误差
    • 原因
      • 基准不重合
        • 定位误差与工序基准不一致所引起
      • 基准位置误差
        • 定位基准面和定位元件本身的制造误差
    • 基准位置误差即定位基准的相对位置在加工方向上的最大变动量
    • 定位误差一般是指工序基准在加工尺寸上的最大变动量
    • 基准不重合误差即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量
  • 典型定位方法误差计算
    • 工件以平面定位
      • 大多数不考虑定位基准面和定位元件的制造误差
    • 工件以为圆柱定位
      • V形块
        • 取90度
    • 工件以内孔表面