《机械制造技术基础》

《机械制造技术基础》学习指导

（倪小丹,杨继荣等.机械制造技术基础.北京:清华大学出版社）

第一部分基础知识

第一章机械制造技术概论

一、机械加工基本概念

1．工件表面成形原理：所有机械零件的表面，都是由一些基本几何表面形成的（如平面、圆柱面、圆锥面等），而这些基本几何表面都属于“线性表面”，即由一条母线沿着另一条导线运动而形成。母线和导线统称为发生线。

2．工件表面成形方法：要使工件表面成形，需要借助于一定形状的刀具切削刃以及刀具与工件之间的相对运动来形成两条发生线。在机床上形成发生线的方法有四种：轨迹法、成形法、相切法、展成法

3．成形运动

(1)直接参与表面的成形过程、使其在工件上形成几何表面的刀具与工件之间的相对运动称为成形运动

(2)分类：按其作用不同，成形运动分为主运动和进给运动两种；按其组成不同，成形运动分为简单成形运动和复合成形运动。

4．切削用量三要素：切削速度、进给量、背吃刀量（俗称切削深度）

二、机械加工工艺系统

1．工艺系统和工艺装备

(1)工艺系统：由机床、夹具、刀具和工件组成的系统称为工艺系统

(2)工艺装备：在机械加工中使用的各种机床、夹具、刀具、量具和辅助工具统称为工艺装备，简称“工装”。按其使用范围可将工装划分为“通用工装”和“专用工装”两大类。

注意：制造行业通常将机床设备不包含在工艺装备之中（参考教材P8和P127）。参考：JB/T 9167.2-1998工艺装备设计管理导则工艺装备设计选择规则术语：“产品制造过程中所使用的各种工具总体，包括刀具、夹具、模具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具”

2．机床分类及型号

(1)划分原则：按照类（12类）——组（每类10组）——系（每组10系）划分

(2)机床型号：类代号——组代号——系代号——主参数或设计顺序号

3．机床的传动原理

(1)机床传动链：组成传动联系的一系列传动件称为传动链

(2)机床应具备的三个基本部分：执行件、运动源、传动装置

(3)定比传动装置和换置机构、内联系传动链和外联系传动链

4．典型机床工艺范围：在机床上可以完成的工序种类、能够加工的零件类型、使用的刀具、所能达到的加工精度和表面粗糙度、适用的生产规模等称为机床的工艺范围，如车削、铣削、钻削、刨削、镗削、磨削等都有自己的工艺范围。

5．刀具常用材料：高速钢（如W18Cr4V）、硬质合金（YG类、YT类、YW类、YN类）、超硬刀具材料（陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼）。

6．刀具几何角度

(1)三面两刃一刀尖：前刀面、后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖

(2)正交平面参考系：基面P r 、切削平面P S 、正交平面P a

(3)五个基本角度：前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角

(4)刀具几何角度（标注角度）与工作角度（实际角度）的区别

例如：纵向进给和横向进给的影响、刀具安装高低的影响等。

7．刀具种类及选用

(1)车刀（焊接车刀、可转位车刀、成形车刀）

(2)孔加工刀具（麻花钻、扩孔钻、铰刀、镗刀）

(3)拉刀：高精度和高生产率多齿刀具，用于大批量生产

(4)铣刀（圆柱铣刀、三面刃铣刀、立铣刀、键槽铣刀等）

(5)齿轮刀具（盘状齿轮铣刀、指状齿轮铣刀、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀）

8．砂轮

(1)磨料、结合剂、气孔三者构成了砂轮三要素

(2)砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度和组织5个参数决定。

9．夹具组成、作用与分类

(1)夹具组成：由定位元件、夹紧装置、对刀及导向装置、夹具体以及其它元件或装置所组成 其中，定位元件、夹紧装置和夹具体是不可缺少的。

(2)夹具作用：一是容易地、稳定地保证加工精度；二是提高劳动生产率；三是扩大机床工艺范围；四是改善劳动条件。

(3)夹具分类：按照应用范围（通用夹具、专用夹具、组合夹具等）、夹具动力源（手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具等）、使用机床（车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等）来划分。

三、基准

1．基准概念：确定零件上点、线、面位置所依据的那些点、线、面称之为基准。

2．基准分类：?????

??????????????????装配基准测量基准精基准粗基准定位基准工序基准工艺基准设计基准基准 3．设计基准：在产品或零件图上使用的基准

4．工艺基准（制造基准）：在加工和装配等工艺过程中使用的基准

5．工序基准：在工序图上使用的基准（即在工序图上用来规定所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准）

6．定位基准：工件在机床或夹具中占有正确位置时所使用的基准。

四、六点定位定则

1．定位：工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。

2．夹紧：工件定位后，使其在加工过程中始终保持位置不变的操作。

注意：定位与夹紧的区别。①定位是指一批工件在夹紧前要占有一致的、正确的位置。而夹紧在任何位置均可被夹紧，并不保证一批工件在夹具中的一致位置；②定位必须使工件与定位元件保持接触，这样才能限制工件的自由度，而夹紧是保证在整个加工过程中的工件位置始终不发生改变。

3．装夹：工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程

4．工件定位方式：直接找正定位、划线找正定位、使用夹具定位

5．六点定则：按照一定要求合理布置夹具上的六个定位点，使工件在夹具中的位置完全确定的方法称为六点定则。（注意完全定位与不完全定位、过定位与欠定位的区别）

五、获得加工精度的方法

1．获得尺寸精度的方法：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法

2．获得形状精度的方法：轨迹法、成形法、展成法

3．获得位置精度的方法：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹

第二章金属切削基本原理

一、金属切削过程

1．基本概念：将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑的过程称为金属切削过程。在此过程中将产生一系列现象，如形成切屑、切削力、切削热、刀具磨损等。

2．切削层参数：切削层公称厚度h D、切削层公称宽度b D、切削层公称横截面积A D

3．切削变形本质：金属材料受外力挤压时，其材料内部产生弹性变形，并在大约与受力方向成45°的斜截面内剪应力为最大。当剪应力达到材料屈服极限时，剪切变形进入塑性流动阶段，材料内部沿着剪切面发生相对滑移，使材料被压扁（塑性材料）或者被剪断（脆性材料）。

4．切屑的形成与三个变形区：

(1)切屑形成过程：被切削层金属在刀具切削刃和前刀面作用下，因受挤压而产生剪切滑移变形的过程（当刀具与工件开始接触的最初瞬间，工件内部产生弹性变形。随着切削运动的继续，切削刃对工件材料挤压作用加强，使金属材料内部的应力和应变逐渐增大。当材料内部的应力达到屈服极限时，被切削的金属层开始沿着剪应力最大的方向滑移，从而产生塑性变形，并沿着前刀面流出）。

(2)三个变形区：

第一变形区：剪切面金属的剪切滑移变形，发生在约45°C的剪切面内，从OA到OM，厚度约0.02~ 0.2mm宽。

第二变形区：前刀面金属的挤压摩擦变形，发生在刀具前刀面与切屑底层之间。

第三变形区：后刀面金属的挤压摩擦变形，发生在刀具后刀面与已加工表面之间。

5．切屑类型：带状切屑、挤裂切屑（节状切屑）、单元切屑（粒状切屑）、崩碎切屑

二、前刀面上的摩擦与积屑瘤

1．前刀面上的摩擦：切屑在流经刀具前面时，在高温高压的作用下产生剧烈的摩擦，致使刀具前刀面与切屑底层接触区形成了粘结区和滑移区两部分。粘结区的摩擦为内摩擦（金属内部产生剪切滑移），滑移区的摩擦为外摩擦（金属外部(即切屑底面)与前刀面产生滑动磨擦）。

2．积屑瘤

(1)积屑瘤的形成：在切削塑性材料、切削速度为20m/min左右时，由于刀屑接触区的粘结摩擦和滞流作用，当前刀面上的温度和压力适宜时，使切屑底层金属粘结在前刀面的刃口附近而形成硬度很高的楔块，这个硬块就称为积屑瘤。积屑瘤的硬度可达工件材料硬度的2~3.5倍。

(2)积屑瘤的影响：增大前角、影响尺寸精度、增大表面粗糙度值、减小刀具磨损

三、已加工表面的形成过程

1．表面形成过程：由于刀具切削刃的刃口实际上无法磨得绝对锋利，总是存在刃口圆弧，所以在切削时，刃口对切削层既有切削作用又有挤压作用，使得刃口前区的金属内部产生复杂的塑性变形。这层金属被刃口圆弧挤压后，还继续受到后刀面的摩擦，使变形更加剧烈，最后形成已加工表面层。

2．加工硬化：经切削产生的变形使得已加工表面层的金属晶格产生扭曲、挤压和碎裂造成已加工表面的硬度增高，这种现象称为加工硬化（冷硬）。

3．鳞刺：在较低切削速度切削塑性材料时，有时会在已加工表面上产生一种鳞片状毛刺，这就是鳞刺，对表面粗糙度的影响严重。

四、切削力

1．切削力的来源：一是在加工过程中，使切削层产生弹性变形和塑性变形的切削抗力作用在刀具上；二是前刀面与切屑间、后刀面与已加工表面间的摩擦力作用在刀具上。

2．切削力分解：切削力（切向力）、背向力（径向力）、进给力（轴向力）

3．影响切削力因素：工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、切削液

五、切削热与切削温度

1．切削热的来源：切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量98%以上转换成热能、前刀面与切屑之间的摩擦产生的热量、后刀面与工件之间的摩擦产生的热量。

2．切削温度：一般指切屑与前刀面接触区域的平均温度

3．影响切削温度的因素：切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、工件材料、切削液

4．切削液

(1)作用：冷却作用、润滑作用、清洗作用、防锈作用

(2)种类：水溶液、乳化液、切削油

六、刀具磨损与刀具耐用度

1．刀具磨损形态：前刀面磨损、后刀面磨损、前后刀面同时磨损

2．刀具磨损原因：磨料磨损（硬质点磨损）、粘结磨损（冷焊磨损）、扩散磨损、氧化磨损3．刀具磨损过程：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段

4．刀具耐用度：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间

七、磨削机理

1．磨削过程：磨削是利用砂轮上无数个微小磨粒的微切削刃对工件表面进行的切削加工

2．磨削的三个阶段：滑擦阶段、刻划阶段、切削阶段

3．磨削特点：能加工高硬度材料、能获得较高的加工精度和较细的表面粗糙度、磨削速度高、磨削温度高、磨削余量小、磨削工艺范围广

4．磨削温度：磨粒磨削点温度（可达1000℃）、磨削区温度（500~800℃）

5．磨削方法

(1)按磨削表面形状：外圆面磨削、内圆面磨削、平面磨削、成形磨削

(2)按磨削装夹方式：中心磨削（以工件轴心为定位基准）、平面磨削（以工件平面为定位基准）、无心磨削（以工件外圆面为定位基准）

(3)按磨削送进方式：纵磨（贯穿磨）、横磨（切入磨）

(4)按磨削加工精度：普通磨削、高精度磨削（包括精密磨削、超精密磨削、镜面磨削）

(5)按磨削生产率：一般磨削、高速磨削、强力磨削、砂带磨削

第三章工艺规程设计

一、工艺过程基本概念

1．生产过程和工艺过程

(1)生产过程：机械产品的生产过程是将原材料或半成品转变为产品的全过程。

(2)工艺过程：在生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、性能以及相对位置关系的过程。

(3)机械加工工艺过程：采用各种机械加工方法，使零件从毛坯变为成品的工艺过程。

(4)机械加工工艺规程：规定产品或零部件机械加工工艺过程的工艺文件。

(5)机械加工工艺路线：仅列出主要工序名称及其加工顺序的简略工艺过程。

2．工艺过程的组成

工序、安装、工位、工步、走刀

3．生产类型及其工艺特点

生产纲领（年产量）、生产类型、工艺特征

4．经济加工精度

在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，合理的工时定额），所能保证的加工精度。

二、毛坯的选择

1．毛坯的种类：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件、冷挤压件、粉末冶金

2．毛坯制造方法：铸造、锻造、焊接、冲压、烧结

3．毛坯的选择原则：零件材料、零件结构、外形尺寸、生产类型、生产条件

三、定位基准选择

1．精基准选择：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则、便于装夹原则

2．粗基准选择：保证相互位置原则、余量均匀分配原则、便于工件装夹原则、不得重复使用原则。以上原则是为了保证各加工面都有足够的加工余量、保证加工面与不加工面之间的位置关系、尽量选择没有缺陷（如飞边、浇口、冒口等）的平整表面。

四、工艺路线拟订

1．加工方法选择：

(1)典型表面加工方法选择：外圆面加工方法、平面加工方法、内圆面加工方法

(2)加工方法选择步骤：首先选定主要加工表面的最终加工方法，然后再选定其先行各工序的加工方法，最后再选定各次要加工表面的加工方法。

2．加工阶段划分

(1)四个阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段（超精加工阶段）

(2)划分加工阶段的目的：有利于保证零件的加工质量、合理安排加工设备和操作工人、便于热处理工序的安排。

3．工序的组成

①工序→安装→工位→工步→走刀

②工序→???????????????????????????→→→→→→→→→Λ

ΛΛΛΛΛ走刀工步走刀工步工位走刀工步工位安装走刀工步工位安装212121

4．工序的划分

(1)工序集中的特点：将零件的加工集中在少数几道工序内完成。每道工序加工内容多、工序数目少、工艺路线短。随着数控技术的发展，工序集中已成为现代化生产的发展趋势。

(2)工序分散的特点：将零件的加工分散在较多的工序内完成。每道工序加工内容少、工序数目

多、工艺路线长。

5．工序顺序的安排：

(1)机械加工工序顺序安排：基准先行、先粗后精、先主后次、先面后孔

(2)热处理工序的安排：预备热处理（正火和退火、调质、时效处理）、最终热处理（淬火、渗碳淬火、渗氮、表面处理）

(3)辅助工序安排：检验、去毛刺、清洗、防锈、去磁、平衡等

6．零件机械加工一般工艺路线(P123)：毛坯制造→退火或正火→主要表面粗加工→次要表面加工→调质(或时效)→主要表面半精加工→次要表面加工→淬火(或渗碳淬火)→修基准→主要表面精加工→表面处理→检验

五、工序尺寸确定

1．加工余量

(1)概念：某一表面在加工过程中应切除的金属层厚度称为加工余量

(2)工序加工余量：同一加工表面相邻两工序尺寸之差称为工序加工余量

(3)总加工余量：同一加工表面各工序加工余量之和称为总加工余量（即毛坯尺寸与零件尺寸之差）

(4)加工余量变化：在实际加工过程中，由于工序尺寸有公差，实际切除的余量是有变化的，因此加工余量又有基本（公称）加工余量、最大加工余量、最小加工余量之分。

2．工序尺寸计算

(1)计算方法：加工表面最终工序的尺寸及公差应等于零件图上标注的尺寸和公差；中间工序的尺寸则根据零件图上该表面的尺寸加上或减去工序的加工余量逐步推算而得，其公差和表面粗糙度均可按加工方法的经济加工精度和经济表面粗糙度值确定。

(2)入体原则：中间工序尺寸的公差习惯上按“入体原则”标注，即被包容面的工序尺寸上偏差为零，包容面的工序尺寸下偏差为零。但是，毛坯尺寸公差、孔轴心距以及内孔到平面的距离一般按双向标注（对称标注或者不对称标注）。

3．加工余量、工序尺寸及公差的关系（图3.13）

4．工艺尺寸链计算

(1)极值法计算公式：封闭环基本尺寸（A∑）、封闭环公差（T∑）、封闭环上偏差（ES(T∑)）、封闭环下偏差（EI(T∑)）

(2)工艺尺寸链：首先按加工顺序将间接获得的尺寸作为封闭环，然后从封闭环的任一端开始顺序查找有关尺寸直至封闭环的另一端以组成封闭的尺寸链环，最后根据计算公式计算得到所求组成环（含封闭环）的尺寸和公差。

五、切削用量选择

1．考虑因素：生产率（金属切除率）、机床功率、刀具耐用度、加工表面粗糙度

2．基本原则：首先选择背吃刀量，以求一次进刀全部切除加工余量；其次根据机床进给动力允许或被加工表面粗糙度的要求，选择一个较大的进给量；最后根据已确定的背吃刀量和进给量，并在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。

3．选择步骤

(1)背吃刀量a p的选择：根据加工余量大小，除留下后续工序的余量外，尽可能一次切除，以使走刀次数最少。当粗切余量太大或工艺系统刚性较差时，才考虑分几次切除；

(2)进给量f的选择：根据工艺系统的刚性和强度，采用计算或查表的方式来确定。粗加工的进给量主要受到机床进给动力的限制，半精加工和精加工的进给量主要受到表面粗糙度的限制。

(3)切削速度v c的选择：按照刀具耐用度所允许的切削速度进行计算，或者按实践经验和手册查表确定。

(4)校验机床功率：根据机床功率计算最大切削速度（参考教材P93）

六、工艺规程文件

1．机械加工工艺过程卡：列出整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等）。该卡片中的工序内容说明不具体，主要用于生产管理。

2．机械加工工序卡：在工艺过程卡的基础上，按照每道机械加工工序一张卡片的方式，列出每道工序的加工尺寸和公差、工件装夹方式、刀具和夹具类型、切削用量和工时等，主要用于批量生产（非机械加工工序无工序卡片）。

第四章机械加工精度与表面质量

一、加工精度与加工误差

1．加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状、位置）与理想几何参数的符合程度。加工精度是零件图上以公差T的数值给定的，是一个确定值。

2．加工误差：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状、位置）与理想几何参数的偏离程度。加式误差是零件加工后实际测得的偏离值 ，是一个变化值。

3．工艺系统原始误差：由于零件加工是在工艺系统中完成的，而工艺系统的各种误差都会不同程度反映为加工误差，所以把工艺系统误差称为原始误差（即工艺系统的误差是“原因”，零件加工误差是“结果”）

4．误差敏感方向：当原始误差方向与工序尺寸方向相同时，引起的加工误差为最大，该方向称为误差的敏感方向，与之垂直的方向称为误差的非敏感方向。

二、工艺系统的几何精度对加工精度的影响

1．加工原理误差：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。

2．机床误差

(1)机床导轨导向误差：机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的偏离程度称为导轨导向误差，包括导轨在水平面内的直线度、导轨在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度、导轨对主轴回转轴线的平行度。

(2)机床主轴回转误差：主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移（包括径向漂移、轴向漂移、角度漂移）称为主轴回转误差。该误差可以分解为径向圆跳动、端面圆跳动、倾角摆动三种。由于理想回转轴线无法确定位置，因此通常用平均回转轴线代替（即主轴各瞬时回转轴线的平均位置）所谓漂移是指主轴回转轴线在每一转内的每一瞬时的变动方向和变动量都是变化的一种现象。

(3)机床导轨与主轴回转轴线的平行度误差：若车床导轨与主轴回转轴线在水平面内有平行度误差，车出的内外圆柱面产生锥度；若在垂直面内有平行度误差，则圆柱面成双曲线回转体如，因是误差非敏感方向故可忽略。

(4)机床传动链传动误差：机床内联系传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差称为传动误

差。它是螺纹、齿轮、蜗轮等加工时影响加工精度的主要因素。

(5)减少传动链传动误差的措施：减少传动件数目、提高传动件特别是末端传动副的精度、尽可能采用降速传动、采用校正装置。

3．夹具误差：定位误差、各元件或装置的制造误差、调整误差、安装误差、磨损

4．刀具误差：制造误差、磨损

三、工艺系统的受力变形对加工精度的影响

工艺系统在切削力作用下都会产生不同程度的变形，工艺系统受力总变形是各个组成部分变形的迭加。具体分析时，需要建立“受力——刚度——变形”三者的关系式。

1．工艺系统刚度：工件加工表面法线方向的切削分力F y与工艺系统在该方向所产生的位移y 的比值，即k=F y/y。（y是F X、F Y、Fz三力共同作用下的位移叠加）

工艺系统刚度特点之一：整个工艺系统的刚度比其中刚度最小的那个环节的刚度还小。

2．受力变形对加工精度的影响——切削力作用点变化引起加工误差

工艺系统刚度特点之二：工艺系统各环节的刚度和整个工艺系统的刚度，是随着受力点位置变化而变化。

由于工艺系统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，造成加工后的形状误差。对于细长零件，因工件刚度低，工艺系统的变形取决于零件的变形，故零件产生鼓形加工误差；对于短粗工件，因工件刚度大，工艺系统的变形取决于机床头架、尾架、顶尖、刀架和刀具的变形，故零件产生鞍形加工误差。

3．受力变形对加工精度的影响——切削力大小变化引起加工误差

(1)基本概念：在零件同一截面内切削时，由于材料硬度不均或加工余量的变化将引起切削力大小的变化，而此时工艺系统的刚度K是常量，导致工艺系统变形随着切削力的变化而变化，引起零件的加工误差。

(2)误差复映现象：当毛坯或工件存在形状误差或某些位置误差时，加工后的工件仍会存在同类的加工误差，但每次加工后的误差都会逐步减少。

(3)误差复映系数：ε=Δg/Δm（Δm——加工前误差(毛坯误差)，Δg——加工后误差）

因为Δg总是小于Δm，所以ε是一个小于1的正数。它定量反映了毛坯误差经加工后所减小的程度。当工件的加工精度要求较高时，可以通过增加走刀次数来减小工件的复映误差，即

ε总=ε1ε2ε3…εi…

由于是εi一个小于1的正数，多次走刀后，毛坯的误差就可以减小到满足精度要求的理想值。这就是精度要求高的零件安排加工次数多的原因。

4．减小受力变形的途径：提高工艺系统刚度（合理的结构设计、提高接触刚度、合理的装夹和加工方式）、减小载荷及其变化。

5．工件残余应力引起的变形：

(1)概念：在没有外力作用下或去除外力后，仍然残存在工件内部的应力称为残余应力

(2)残余应力的变化规律：具有残余应力的工件是处于暂时的、不稳定的平衡状态。它总是强烈地倾向恢复到新的、稳定的没有残余应力的平衡状态。恢复的开始就是变形的开始，恢复的完结就是变形的结束，并达到新的平衡。

(3)残余应力的来源：毛坯制造、热处理、冷校直、切削加工

四、工艺系统的受热变形对加工精度的影响

1．热变形现象：精密加工和大件加工中，热变形引起的加工误差占到了工件加工总误差的40~70%。

2．工艺系统热源????

?????????????暖气设备等辐射的热量阳光辐射热地基温度等带来的热量气温对流环境温度外部热源润滑油携带的热量切削液切屑派生热量

液系统运动所产生的热电机摩擦热去除材料所消耗的能量切削热内部热源、：、：、、：、、：： 3．工艺系统热变形对加工精度的影响：

(1)工件热变形：工件热变形的热源主要是切削热，可归纳为工件的均匀受热、工件的不均匀受热两种情况

(2)刀具热变形：刀具热变形的热源主要是切削热，可分为连续切削时的刀具热变形、间断切削时的刀具热变形两种情况

(3)机床热变形：车、铣、钻、镗等机床热变形的热源主要是主轴箱；牛头刨、龙门刨、立式车等机床的主要热源是导轨副的摩擦热。

4．减少热变形的措施：减少热源的发热和隔离热源、均衡温度场、采用合理的机床部件结构、加速达到热平衡状态、控制环境温度。

五、机械加工表面质量

1．加工表面的几何状态误差??

???形状误差宏观几何形状误差波度周期性几何形状误差表面粗糙度微观几何形状误差：：：

2．表面质量对零件使用性能的影响：耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性、零件配合质量

3．表面粗糙度

(1)切削加工表面粗糙度：切削加工表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度，其主要因素包括：刀尖圆弧半径、主偏角、副偏角、进给量

(2)磨削加工后的表面粗糙度???被磨表面产生塑性变形在力和热的综合作用下物理因素形成

划出的无数极细的沟槽由砂轮上大量的磨粒刻几何因素，：：

4．加工过程中的振动：强迫振动、自激振动

六、加工质量统计分析

1．加工误差分类

(1)系统误差：连续加工一批工件，加工误差的大小和方向保持不变，或者按一定规律变化。前者是常值系统误差，后者是变值系统误差

(2)随机误差：连续加工一批工件，加工误差的大小和方向在一定范围内随机变化。

2．工件尺寸分布规律

(1)在正常条件下，若引起加工误差的诸因素中没有特别显著的因素时，加工一批工件所得尺寸的实际分布曲线非常近似于理论正态分布曲线。

(2)若实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，则加工过程中没有变值系统误差（或影响很小）

(3)若实际分布曲线中心与公差带中心重合，则加工过程中不存在常值系统误差

(4)若实际分布曲线的6σ≤T （工件公差），则加工过程中的随机误差影响很小。

3．工序能力系数与工序能力等级

(1)工序能力系数C P ：C P =T/6σ（0~2之间）

(2)工序能力等级：特级（C P >1.67）、一级（1.33

第五章机床夹具设计

一、工件的定位

1．定位基准与定位基面：定位基准都是由工件上的某些表面来体现的，所以定位基准也叫定位基面。由于工件定位时通常不止一个定位基面，所以我们把限制自由度最多的称为主定位基面或第一定位基面。

2．定位元件的定位分析：（参见表5-1，P206）

3．工件以平面定位的定位元件

(1)主要支承：起定位作用，限制自由度，常用固定支承（支承钉和支承板）、自位支承和可调支承三种

(2)辅助支承：提高工件的装夹刚度和稳定性，不起限制自由度的作用

4．工件以内孔定位的定位元件：圆柱销、圆锥销、心轴

5．工件以外圆定位的定位元件：V形块、定位套

6．工件以一面两孔定位的定位元件：平面、圆柱销、菱形销

二、定位误差分析

定位误差分析是针对某一个工序的工序尺寸而言的，只要该工序尺寸不因定位而产生误差，那么就认为该工序尺寸的定位误差是零。至于该工序尺寸在加工过程中产生的误差，则不属于定位误差的研究范畴。所以，不应将定位误差与加工过程误差以及其它误差混为一谈。

1．定位误差△D(△dw)：工件在夹具上(或机床上)定位不准确而引起的加工误差称之为定位误差。其大小等于按调整法加工一批工件而定位时工序尺寸的最大变动量。定位误差来源于两个方面：基准不重合误差和基准位移误差。

2．基准不重合误差△B(△jb)：因工序基准与定位基准不重合(原因)，用调整法加工一批工件时(条件)，引起工序基准相对定位基准在工序尺寸方向上的最大变动量 (结果)，称为基准不重合误差。

若把工序基准与定位基准之间的联系尺寸称之为“定位尺寸”，则△B就是定位尺寸的公差在工序尺寸方向上的投影（或者说定位尺寸的最大变动量在工序尺寸方向上的投影）。

注意：基准不重合误差中的工序基准和定位基准都是针对工件而言的，与定位元件无关；

3．基准位移误差△Y(△db)：因定位副制造不准确(原因)，用调整法加工一批工件时(条件)，引起工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量(结果)，称为基准位移误差。（或者说工序基准位置的最大变动量在工序尺寸方向上的投影）。

基准位移误差可以划分为两类：工件定位表面制造不准确引起的基准位移误差和夹具定位元件表面制造不准确引起的基准位移误差。

注意：在基准位移误差计算中，工序基准的变动是因为定位基准的变动而引起的。所以有学者认为：基准位移误差是指定位基准在工序尺寸方向上的最大变动量。

4．计算方法：综合法、分解法

三、工件的夹紧

1．夹紧装置的组成：动力源、中间传力机构、夹紧元件

2．对夹紧装置的基本要求：夹紧过程可靠、夹紧力大小适当、结构工艺性好、夹紧动作迅速、操作方便并安全省力

3．夹紧力的大小和作用点

(1)夹紧力的大小：夹紧力方向应朝向主要定位基准面、夹紧力方向应朝向工件刚性好的方向、夹紧力方向应尽可能实现“三力同向”（夹紧力、切削力、工件重力）

(2)夹紧力的作用点：夹紧力作用点应落在定位元件的支承区域内、夹紧力作用点应尽量靠近加