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制造系统:制造过程及其所涉及的硬件,软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品的有机体,称为制造系统。
制造系统在运行过程中总是伴随着物料流,信息流和能量流的运动。
制造过程由技术准备,毛坯制造,机械加工,热处理,装配,质检,运输,储存等过程组成。
制造工艺过程:技术准备,机械加工,热处理,装配等一般称为制造工艺过程。
机械加工由若干工序组成。
机械加工中每一个工序又可分为安装,工位,工步,走刀等。
工序:一个工人在一个工作地点对一个工件连续完成的那一部分工艺过程。
安装:在一个工序中,工件在机床或夹具中每定位和加紧一次,称为一个安装。
工位:在工件一次安装中,通过分度装置使工件相对于机床床身改变加工位置每占据一个加工位置称为一个工位。
工步:在一个工序内,加工表面,切削***,切削速度和进给量都不变的情况下完成的加工内容称为工步。
走刀:切削***在加工表面切削一次所完成的加工内容。
按生产专业化程度不同可将生产分为三种类型:单件生产,成批生产,大量生产。
成批生产分小批生产,中批生产,大批生产。
机械加工的方法分为材料成型法,材料去除法,材料累加法。
材料成型法是将不定形的原材料转化为所需要形状尺寸的产品的一种工艺方法。
材料成型工艺包括铸造,锻造,粉末冶金,连接成型。
影响铸件质量关键因素是液态金属流动性和在凝固过程中的收缩性。
常用铸造工艺有:普通砂型铸造,熔模铸造,金属型铸造,压力铸造,离心铸造,陶瓷铸造。
锻造工艺分自由锻造和模膛锻造。
粉末冶金分固相烧结和含液相烧结。
连接成型分可拆卸的连接和不可拆卸的连接(如焊接,粘接,卷边接和,铆接)。
材料去除成型加工包括传统的切削加工和特种加工。
金属切削加工的方法有车削,钻削,膛削,铣削,磨削,刨削。
切削运动可分主运动和进给运动。
主运动使***与工件产生相对运动,以切削工件上多余金属的基本运动。
进给运动不断将多余金属层投入切削,以保证切削连续进行的运动。(可以是一个或几个)
工件上三个不断变化的表面待加工表面,过渡表面(切削表面),已加工表面。
切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。
切削用量是切削速度,进给量,背吃刀量的总称。
切削速度主运动的速度。
进给量在主运动一个循环内***与工件之间沿进给方向相对移动的距离。
背吃刀量工件上待加工表面和已加工表面件的垂直距离。
特种加工分力学加工,电物理加工,电化学加工,激光加工,化学加工,复合加工。
力学加工分超声波加工,喷射加工,喷水加工。
电物理加工有电火花成型加工,火花线切割加工,电子束加工,离子束加工。
电化学加工有电解加工,电镀,刷镀,电铸加工。
化学加工有化学铣削和化学刻蚀。
复合加工有电解磨削,超声电解磨削。
材料累加法(质量增加工艺)主要指快速原型制造技术RPM。
激光烧结法SLS是将金属粉末通过计算机控制的激光束加热使其溶化成形。
分层实体制造法LOM是以片材为材料,利用二氧化碳激光束切割出相应的横切面轮廓,得到连续的层片材料构成三维实体模型图。
溶化堆积制造法FDM是以塑胶火石蜡等低熔点材料作为造型材料,将原料做成细线形状,计算机将用CAD设计得产品3D模型分成一层层极薄的截面,并生成控制喷嘴移动轨迹的几何坐标信息。
第二,三,四章
母线和导线统称为形成表面的发生线。
形成发生线的方法成型法,轨迹法,展成法,相切法。
成型法是利用成形***对工件进行加工的方法。
轨迹法是利用***做一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。
展成法是利用工件和***作展成切削运动的加工方法。
相切法是利用***边旋转边做轨迹运动来对工件进行加工的方法。
展成法和相切法的区别在于刀尖的运动轨迹不同。展成法***旋转速度和***中心移动速度之间彼此关联,满足***与工件纯滚动特定关系,刀刃上的一个点在纯滚动中对工件上的对应点进行切削,是一一对应关系;而相切法的***旋转速度远大于其中心的移动速度,刀刃上的一个点对工件上多个不同的点进行切削,不是一一对应关系。展成法可以看成相切法的一种特例。
表面的成型运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。
按机床万能性程度分为:通用机床,专门化机床,专用机床。
按机床精度分为:普通机床,精密机床,高精度机床。
按自动化程度分为:一般机床,半自动机床,自动机床。
按重量分为:仪表机床,一般机床,大型机床,重型机床。
按机床主要工作部件数目分为:单刀机床,多刀机床,単轴机床,多轴机床。
按机床具有的数控功能分:普通机床,一般数控机床,加工中心,柔性制造单元等。
机床组成:动力源部件,成型运动执行件,变速传动装置,运动控制装置,润滑装置,电气系统零部件,支承零部件,其他装置。
机床上的运动:切削运动,辅助运动。
辅助运动有:分度运动,送夹料运动,控制运动,其他各种空程运动。
按***分为切刀,孔加工***,铣刀,拉刀,螺纹***,齿轮***,自动化加工***。
按***上主切削刃多少分为单刃***,多刃***。
按***切削部分的复杂程度分为一般***,复杂***。
按***尺寸和工件被加工尺寸的关系分为定尺寸***,非定尺寸***。
按***切削部分本身的构造分为单一***和复杂***。
按***切削部分和夹持部分之间的结构关系分为整体式***和装配式***。
切刀主要包括车刀,刨刀,插刀,膛刀。
孔加工***有麻花钻,中心钻,扩孔钻,铰刀等。
用得最多的***材料是高速钢和硬质合金钢。
高速钢分普通高速钢和高性能高速钢。
高性能高速钢分钴高速钢,铝高速钢,高钒高速钢。
外圆车刀切削部分的结构要素:前刀面,后刀面,副后刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖。
***的参考系分为标注角度参考系和工作角度参考系。
标注角度参考系由主运动方向确定,工作角度参考系由切削运动方向确定。
构成***标注角度参考系的参考平面有基面,切削平面,正交平面,法平面,假定工作平面,背平面。
基面过切削刃选定点垂直于主运动方向的平面。
切削平面过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。
正交平面是通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。
法平面是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。
假定工作平面是通过切削刃选定点平行进给方向并垂直于基面的平面。
在正交平面内标注的角度前角,后角,楔角。
在切削平面内标注的角度刃倾角。
在基面内标注的角度主偏角,副偏角,刀尖角。
前角在正交平面内度量的前刀面与基面之间的夹角。
后角在正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角。
楔角在正交平面内度量的前刀面与后刀面之间的夹角。
刃倾角在切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角。
主偏角主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。
副偏角副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。
刀尖角在基面内度量的主刃与副刃之间的夹角。
***的几何参数包括切削刃形状,刃区剖面型式,刀面型式,***角度。
前角的选择原则(1)工件材料的强度低,硬度低,塑性大,前角数值应取大些,加工脆性材料时,应取较小的前角。(2)***材料的强度和韧性越好应选用较大的前角。(3)粗切时前角取小值,工艺系统差时,前角取大值。
后角的选择原则(1)粗切时后角可取小值,精切时,后角取大值(2)当工艺系统刚性较差或使用有尺寸精度要求的***时取较小的后角。
前角的功用增大前角能减小切削变形和摩擦,降低切削力和切削温度,减少***磨损和改善加工表面质量。
后角功用增大后角能减少后刀面与过度表面件的摩擦,还可以减少切削刃圆弧半径,使刃口锋利。
刃倾角的功用影响切屑流出方向,影响切削刃的锋利性,影响刀刃强度,影响切削分力。
主偏角和副偏角的功用(1)影响已加工表面粗糙度(2)影响切削分力的大小和比例,影响工艺系统的弹性变和振动。(3)直接影响刀尖强度,影响对切削热的传散(4)主偏角影响切屑层形状,影响断屑效果和排屑方向。
主偏角的选择原则(1)粗加工,半精加工,硬质合金车刀,选较大主偏角(2)加工很硬材料取较小主偏角(3)工艺刚性好取较小主偏角,车细长轴选较大主偏角(3)单件小批量生产主偏角等于90度或45度。
;副偏角选择原则(1)一般***取较小副偏角(2)精加工***取更小副偏角(3)加工高强度高硬度或断续切削时取较小副偏角。
磨具由磨料,结合剂,空隙三者构成。
砂轮的特性包括磨料,粒度,硬度,结合剂,组织,形状和尺寸。
粒度分磨粒和微粉。
砂轮硬度是指砂轮工作时,磨料自砂轮上脱落的难易程度。
一般情况下,加工硬度大的金属,应选软砂轮;加工软金属时,应选硬砂轮。粗磨时选软砂轮,精磨时选硬砂轮。
工件装夹分为直接找正装夹,划线找正装夹,利用夹具装夹。
机床夹具组成:定位装置,夹紧装置,对定装置,辅助装置,夹具体。
对定装置有***导向元件或对刀装置,分度装置,保证夹具和机床相对位置的装置或元件。
机床夹具的分类1按使用范围分:通用夹具,专用夹具,可调整夹具,组合夹具,自动化生产夹具。(2)按机床不同分:车床夹具,铣床夹具,钻床夹具。。(3)按动力源分:手动夹具,气动夹具,液动夹具,气液联动夹具。。。
定位使工件在系统中处于正确的位置
基准用来确定工件几何要素间的几何关系所依据的那些点线面。
基准分为设计基准和工艺基准。
工艺基准分工序基准,定位基准,测量基准,装配基准。
限制工件六个自由度使工件定位的方法称为六点定位原理,六点定位。
不能把定位和夹紧搞混淆,定位是使工件处于正确位置,夹紧是为了保证正确的定位。
完全定位限制工件自由度=六个。
不完全定位(合理定位)限制自由度小于六个,但仍能保证加工要求。
欠定位限制工件自由度小于合理数目,不能保证加工要求。
重复定位(过定位)同一自由度被同一定位元件重复限制。
工件定位方式:以平面定位,以圆孔定位,以外圆柱面定位,以锥孔定位,以一面两孔定位。
工件以平面定位限制三个自由度
平面常用定位元件有固定支承,可调支承,自位支承(限制一个自由度),辅助支承。
工件以圆孔定位元件圆柱销,锥销,心轴。
定位销短圆柱销限制2个自由度,长圆柱销限制4个自由度,菱形销限制1个自由度。
锥销用于未加工过的孔可限制3个自由度,浮动锥销限制2个自由度。
心轴间隙配合心轴限制5个自由度,过盈配合心轴限制4个自由度,小锥度心轴限制4个自由度。
平面定位中一个支承钉限制1个自由度,两个支承钉限制2个自由度,三个支承钉限制3个自由度。
工件以外圆柱面定位元件定位套,弹簧夹头,V形块。
V形块(1)固定式长V形块限制4个自由度,短V形块限制2个自由度(2)活动式V形块限制1个自由度。
工件以锥孔定位元件圆锥心轴,顶尖。
圆锥心轴定位限制5个自由度。
顶尖死顶尖限制3个自由度,活顶尖限制2个自由度
三抓卡盘定位支持短工件限制2个自由度,支持长工件限制4个自由度。
夹紧力三要素作用点,方向,大小。
夹紧动力(装置)系统:气动,液压,气液联动,电动,磁力,真空动力系统。。。
切屑种类带状切屑,节状切屑,粒状切屑,崩碎切屑。
带状切屑较高速度,较低切削厚度,较大***前角切削塑性材料时形成。
节状切屑较低切削速度,较小前角,较大切削厚度切削钢等塑性金属时形成。
粒状切屑更低切速,更大切削厚度,切削塑性较小金属时形成。
崩碎切屑切削脆性材料。
将切削刃作用部位的切削层分为三个变形区:第一变形区(剪切区),第二变形区(摩擦区),第三变形区(挤压区)。
切削合力分解为三个分力(1)主切削力沿切削速度方向分力。(2)进给抗力在进给方向分力(3)切深抗力切深方向分力。
切削力的影响因素工件材料,切削用量,***角度,其他。
切削温度的影响因素切削用量,工件材料,***角度,其他。
磨削运动分主运动;进给运动(径向,轴向,圆周运动)共四个运动。
磨削表面质量包括磨削的表面粗糙度,表面烧伤,表层残余应力。
残余应力指除外力和热源作用后存在于零件内部的应力。
高效磨削的方法有高速磨削,强力磨削,砂带磨削。
***磨损阶段分三个初期磨损阶段,正常磨损阶段,急剧磨损阶段。
***磨损形式后刀面磨损,前刀面磨损,前后刀面同时磨损。
***磨损原因磨料磨损,粘结磨损,扩散磨损,氧化磨损。
***破损形式脆性破损,塑性破损。脆性破损又分崩刃,碎裂,剥落,热裂。
防止***破损措施合理选择***材料,角度,切削用量,。
***寿命影响因素切削用量,工件材料,***材料,***几何角度,其他。
选择切削用量时,应该首先选择一个尽量大的背吃刀量,其次选择一个大的进给量,最后根据已经确定的背吃刀量和进给量,并在***寿命和机床功率允许的条件下选择合理的切削速度。
零件加工质量包括机械加工精度和加工表面质量。
机械加工精度指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。
机械加工精度包括尺寸精度,形状精度,位置精度。
尺寸精度获得方法试切发,调整法,定尺寸***法,自动控制法。
形状精度获得方法轨迹法,成形法,展成法。
位置精度获得方法一次装夹获得法,多次装夹获得法
由机床,夹具,***和工件构成的工艺系统中的种种误差,就在不同具体条件下,以不同程度和方式反映为加工误差。
我们将工艺系统中的误差称为原始误差。
原始误差包括工艺系统静态误差,工艺系统动态误差。
静态误差有机床主轴回转误差,机床导轨导向误差,机床传动链传动误差,***误差,夹具误差,定位误差,调整误差,测量误差,原理误差。
动态误差有工艺系统受力变形,受热变形,工件残余应力引起的变形。
当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时,其对加工误差精度的影响最大。
加工精度影响最大的方向称为误差敏感方向。
研究加工精度的方法单因素分析法,统计分析法。
加工表面质量包括两方面加工表面的几何形状特征,表面层的物理力学性能的变化。
加工表面几何形状特征包括表面粗糙度,表面波度。
表面质量对零件使用性能影响表现在对耐磨性,耐疲劳性,耐蚀性,零件配合质量,接触刚度的影响。
磨削淬火时产生三种金相组织变化回火,淬火,退火烧伤。
引起机床误差的原因制造误差,安装误差,磨损。
对加工精度影响较大的是主轴回转误差,导轨导向误差,传动链的传动误差。
主轴回转误差指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。
主轴回转轴线误差运动分解为三种基本形式轴向蹿动,径向跳动,倾角摆动。
影响主轴回转精度的因素轴承误差的影响,轴承间隙的影响,与轴承配合零件误差的影响。
导轨导向精度是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度,这两者之间的偏差值称为导向误差。
导向误差对加工精度的影响导轨在水平面内弯曲,导轨在垂直面内弯曲,导轨扭曲,导轨与主轴回转轴线的平行度。
提高主轴回转精度的措施提高主轴部件的制造精度,对滚动轴承进行预紧,使主轴的回转误差不反应到工件上。
减小传动链传动误差的措施尽可能缩短传动链,降速传动,合理规定各传动元件的制造精度和装配精度,采用校正装置。
提高导向精度的措施选择合理的导轨形状和导轨组合形式,提高机床轨副的制定大修精度,采用静压导轨,提高导轨耐磨性能,减少磨损。
加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。
工艺系统的调整分为试切法调整和调整法。
定位误差产生的原因基准不重合误差基准位移误差。
刚度工艺系统抵抗外界变形的能力称为刚度。
压移机械加工过程中工艺系统变形产生的位移称为压移。
工艺系统刚度加工过程中加工表面法线方向上的切削分力与在切削力合力作用下法向压移的比值,称为工艺系统刚度。
工艺系统刚度与机床,夹具,***,工件刚度是电阻并联的关系式。
工艺系统变形对加工精度的影响切削力作用点位置变化引起工件形状误差,切削力大小变化引起加工误差,夹紧力引起的加工误差。
工艺系统受力变形的对策提高工艺系统刚度,减小载荷及其变化。
工艺系统热变形的对策减少热源发热和隔离热源,均衡温度场,采用合理机床部件结构及装配基准,加速达到热平衡状态,控制环境温度。
减小内应力的措施增加消除内应力的热处理工序,尽量不采用冷校置,合理设计零件结构,粗精加工分开进行。
工艺系统振动分为自由振动,强迫振动,自激振动。
消振减振的基本途径消除或减弱产生强迫振动的条件,消除或减弱产生自激振动的条件,改善工艺系统动态特性,采用各种消振减振装置。
根据加工误差出现的规律,可将其分为两类:系统误差,随机性误差。
提高加工精度的途径误差预防技术,误差补偿技术。
误差预防技术包括直接减少或消除原始误差,转移原始误差,分化原始误差,均化原始误差,就地加工法。
误差补偿技术包括长值系统误差的补偿,变值系统误差的补偿。
第五章工艺过程设计
工艺规程规定产品制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。
工艺文件将工艺规程的内容填入一定格式卡片,即成为生产准备和施工所依据的工艺文件。
工艺文件长用的有机械加工过程综合卡片,机械加工工艺卡片,机械加工工序卡片。
加工工艺过程设计应解决好定位基准的选择,工艺路线的拟定,工序尺寸及公差的确定,加工工序设计等问题。
定位基准有粗基准和精基准两种。
加工经济精度是指在正常加工条件下所能达到的加工精度。
加工阶段的划分粗加工阶段,半精加工阶段,精加工阶段,光整加工阶段,超精密加工阶段。
机械加工工序的安排基面先行,先粗后精,先主后次,先面后空。
热处理工序的安排预备热处理,最终热处理。
加工余量分为工序余量和加工总余量。
工序余量工序余量等于前后两道工序尺寸之差。
工序尺寸都按入体原则标注极限偏差,即被包容面的工序尺寸取上偏差为0,包容面的工序尺寸取下偏差为0
最小工序余量=工序余量基本尺寸-上工序尺寸的公差
最大工序余量=工序余量基本尺寸+本工序尺寸公差
=最小工序尺寸+上工序尺寸的公差+本工序尺寸的公差
被包容面指轴,包容面指孔。
加工余量有双边余量与单边余量之分。
对外圆和孔等回转表面,加工余量指双边余量是从直径上考虑的,实际切削金属时加工余量的一半。平面的加工余量是指单边余量,等于实际切削的金属层厚度。
工艺尺寸链在零件加工过程中,由一系列相互联系切按一定顺序排列的工序尺寸所形成的封闭尺寸组合,称为工艺尺寸链。
环工艺尺寸链中每一个组成尺寸称为环。
封闭环是加工过程中最后自然形成或间接得到的尺寸。每一组尺寸链中只有一个封闭环。
组成环在工艺尺寸链中对封闭环有影响的所有尺寸。
组成环分为增环减环。
增环当其他组成环大小不变,某一组成环的增大会导致封闭环也增大时,该组成环为增环,
减环当其他组成环大小不变,某一组成环的增大会导致封闭环反而减小时,该组成环为减环。
机械产品的装配包括组装,调整,检验和试验等。
机械产品的装配精度一般包括零部件件的尺寸精度,相互位置精度,相对运动精度,和接触精度。
装配尺寸链是产品或部件装配过程中,由相关零件的尺寸或位置关系所组成的封闭的尺寸系统,是为了定量分析产品或部件的装配精度与构成产品或部件的零件精度的密切关系,在装配过程中建立的尺寸链。
长用于保证产品装配精度方法有互换装配法,选择装配法,修配装配法和调整装配法。