机械制造工艺学知识点总结(含名词解释)

机械制造工艺学知识点总结（含名词解释）

Made by Lucy

绪论

机械：是利用其几何形状实现力与运动方面的性能/功能要求的产品。

制造：将原材料加工成为可供使用的物品、获得产品的过程。

机械制造：用机械的方法制造机械产品。关键是获得几何形状和位置。

目的：T ——时间，效率Q——质量C——成本

S——服务E——环保

第一章机械制造过程

生产过程：从确定生产需求之后，到得到产品的过程。包括产品开发过程、产品制造过程和产品销售过程。到现在，生产过程扩充到服务。

制造过程：直接把原材料和毛坯转换为成品的过程。包括毛坯制造、机械加工工艺、装配、热及表面处理、检验过程。

制造过程“三流”：能量流、物质流、信息流。

机械加工工艺过程：用切削加工的方法，直接改变工件几何形状及表面机械物理性能的过程。简称工艺过程。

工序：一个（或同时加工的一组）工件，在一个工作地，由一个（或相互协作的多个）工人所连续完成的工艺过程。

安装：如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容成为一个安装。

工位：在工件的一次安装中，通过分度装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内装内容称为工位。

工步：加工表面，切削刀具，切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容。

走刀：切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步。

工步、走刀、工位和安装之间的关系：

走刀＜工步＜工位＜安装

一次安装可以有多个工位、工步和多次走刀

一个工位可以有多个工步和多次走刀，但一般在一次安装下完成；

一个工步只能在一次安装和一个工位下完成，但可多次走刀。

可以规范工艺、保证质量

工艺规程：工艺过程的书面表达形式和文字记录，用法律文件形式规定下来的工艺过程。（工艺过程可以有多个，工艺规程只能有一个。）

生产纲领：是指企业在计划期内应生产的产品产量和进度计划，多数以年计，零件的生产纲领还包括一定的备品和废品数量。

N=n(1+α)(1+β）Q

Q---产品的生产纲领α---备品率

N---零件的生产纲领β---废品率

生产类型：是企业（或车间、工段、班组）生产专业化程度的分类

生产批量：年生产纲领确定后，还应根据车间（或工段）的具体情况，确定在计划期内一次投入或产出的同一产品/零件的数量。

生产自动化：

为什么生产自动化：批量法则、需求、历史发展

含义：加工成型自动化、物料输送自动化、系统控制自动化

目的：满足企业最大利润，满足工人劳动要求，以TQCSE为目标满足需求

方法：生产设备自动化----单机自动化解决成型成型自动化问题

生产过程自动化——物流自动化解决传输自动化问题

生产信息自动化——系统自动化解决管理与控制自动化问题

质量：质量是除去性能/功能之外，产品对社会造成的损失的度量

产品质量=装配质量+零件质量（加工质量+材料质量）

加工质量：几何形状、位置实际值与理论值的符合程度（加工精度+表面质量）。

加工精度：零件尺寸、位置、形状的实际值与理论值的符合程度。

加工误差：零件尺寸、位置、形状的实际值与理论值的差异程度

系统误差和随机误差。

九大误差因素 1.原理（理论）2.机床、夹具和刀具的制造，机床、夹具的磨损3.调整（对刀）

4.安装

5.切削加工中的力

6.切削加工中的热

7.刀具磨损

8.残余应力变形

9.测量

误差统计 1. 分布曲线法2.正态分布法3.点图法

第二章机械加工的成型运动及其实现

加工表面的种类A）平面B）外圆柱面C）内圆柱面D）回转面D）曲面E）功能面

发生线素线（运动的线段）导线（运动的轨迹）

发生线的形成方法

成型法：由刀具的切削刃直接形成素线，刀具的切削和（或）进给运动形成导线。

展成法：由刀具的切削刃与工件的纯滚动形成素线，刀具的进给运动形成导线。

轨迹法：由刀具的切削刃的切削运动形成素线，刀具的进给运动形成导线。

相切法：由刀具的切削刃旋转的切点连线形成素线，刀具的进给运动形成导线。

机床的运动直线运动、圆周运动、间歇运动（切削运动、进给运动、分度运动）

机床的基本组成床身系统、主轴系统、进给系统、工作台及分度系统、其它

齿轮加工范成法加工、成型法加工、仿形法加工

大批大量生产的自动化机床由机械机构实现各种运动的关联，用机械方法保证运动的精度，针对某一

零件、某一工序，少人或无人操作，高效，高劳动生产率，高价格。

自动机床、专用机床、组合机床

单件小批生产的自动化机床由计算机及数字控制实现各种运动的关联，用电气测量的方法保证运动的

精度，针对所有零件的某类加工方法，少人或无人操作，应用灵活，高价

格。

程控机床、数控及计算机数控机床（NC—CNC）、加工中心

机床对零件加工精度的三种影响因素

加工质量：与加工活动有关的质量问题

加工方法误差（原理误差）：由于使用近似成形运动和近似刀具形状造成的加工误差。

机床的制造和磨损误差：机床和工件本身的不精确造成的加工误差。

调整误差：机床调整不准确造成的加工误差。

第三章加工表面的形成及其质量

待加工表面：工件上加工前就有，加工后被切除的表面。

已加工表面：工件上加工前没有，加工后形成的表面。

过渡表面（切削表面）：由主切削刃在切削过程中直接作用的表面，该表面的素线与主切削刃的形状一致，一般情况下在待加工表面和已加工表面之间。

切削层：过渡表面到主切削刃部的将被切除的金属层。即加工余量。

主（切削）运动：使工件上被刀具刀刃切入的过渡表面部分变为切屑的刀具相对工件的运动。可以是直线运动，或圆周运动。对于切削过程，则认为是一样的，都只考虑切削点的瞬时速度。

进给运动：配合主运动，形成切削层的运动。进给运动可以是连续的，也可以是间歇的。

合成切削运动：由主运动与进给运动合成的刀具相对于工件的实际运动。

切削速度：在考察点，主运动的瞬时速度称为切削速度。

进给量：

进给速度：表示在单位时间内在进给运动方向上的刀具位移。

每转进给量：表示旋转一周时，刀具在进给运动方向上的位移。

每齿进给量：表示经过一个刀齿时，刀具在进给运动方向上的位移。

背吃刀量（切削深度）：已加工表面到待加工表面的垂直距离。

刀具材料的要求

高硬度必须高于被加工材料的硬度5~10HRC，>60HRC。

高耐磨性刀具的耐磨性越高越好，可延长刀具的使用寿命。

足够的强度和韧性刀具在切削时受到很大的切削力、冲击和振动，必须有足够的强度和韧性，不能在加工中破损。

高耐热性在加工时，刀具表面的温度很高，因此刀具必须能在高温下保持硬度和强度。

高耐热冲击性在加工时，刀具的升温和降温速度都很快，特别是在有冷却的情况下，刀具有很大的温度梯度和温变速度，在这样的条件下，不应因较大的内应力。

好的工艺性和经济性刀具的结构形状复杂，精度高，因此，是否方便加工（工艺性）是很重要的。同

时，刀具的材料价格很高，对刀具的成本也很高。

前刀面：切屑流出的刀具表面。

主后刀面：与工件过渡表面相对的刀具

表面。也称后刀面。

副后刀面：与已加工表面相对的刀具表

面。

主切削刃：前刀面与主后刀面的交线。

副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。

刃带：切削刃不是纯粹的一条线，

而是有一定的宽度，即刃带。刃带可以是

圆角过渡，也可以是一个狭长的平面过渡

（称倒棱）。

刀尖：主切削刃与副切削刃的交点。圆

弧刀尖、倒棱刀尖。

基面P r ：通过切削刃上选定的点，垂直于假定主运动方向的平面。

切削平面P s ：通过切削刃上选定的点，与切削刃相切，并垂直于基面。

主剖面P 0：通过切削刃上选定的点，与基面和切削平面都垂直的平面。

主剖面参考系：由基面、切削平面、主剖面构成的坐标系。（平面之间的交线称为坐标轴）

前角γ0：在主剖面上，前刀面的投影与基面的夹角。

主后角α0：在主剖面上，主后刀面的投影与切削平面的夹角。

副后角α0：在主剖面上，副后刀面的投影与切削平面的夹角。

主偏角K r ：在基面上，主切削刃的投影与进给方向的夹角。

副偏角K r ’：在基面上，副切削刃的投影与进给方向的夹角。

刃倾角λ0：在切削平面上，切削刃的投影与基面的夹角，刀尖为切削刃的最低点时为负，为最高点时为正。

楔角β0：在主剖面之上，前刀面与后刀面之间的夹角。

刀尖角εr ：主刀刃和副刀刃在基面上投影的夹角。

金属切削过程：是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。 第一变形区：由工件变成切屑发生剪切塑性的区域，位于刀剑前部。

第二变形区：切屑与刀具前刀面挤压和摩擦发生塑性变形的区域，位于切屑上。

第三变形区：由于工件材料弹性恢复，使工件表面与后刀面接触摩擦，发生塑性变形的区域，位于工件上。 （剪切角、滑移系数、变形系数等请看课件。）

表面粗糙度的成因

残留面积影响由于主偏角和副偏角的存在。

表面塑性变形影响第三变形区，由于工件材料弹性恢复与后刀面的摩擦，在已加工表面的塑性变形。

产生鱼鳞刺（微裂）。积屑瘤脱落（磨削时为金属涂抹）

加工中的振动工件和刀尖之间的周期性位置变化。

自由振动由于偶然原因引起的，不断衰减的振动。

受迫振动在外界周期力作用下，系统发生的与外界周期力频率相等的振动。

自激振动没有外界周期力作用，由系统自身提供振动能量维持的振幅不衰减的持续振动。

如果振幅不断扩大，则称“颤振”。

几种磨削加工的特点

研磨在研磨工具和被研表面之间加入研磨剂，研磨工具相对于被研表面做无规运动。

获得高的尺寸精度、形状精度（小于0.003mm）和表面精度Ra 0.008∽0.1之间，但不能改善位置精度。

珩磨利用装有磨条（油石）的珩磨头以一定的压力在工件的表面做两个方向的往复运动（运动速度比为3∽4，但最好不要为整数或简单分数），运动速度低（0.1∽0.25m/s）。

获得高的尺寸精度、形状精度（小于0.003∽0.005 mm）和表面精度Ra 0.025∽0.4之间，但不能改善位置精度。

超精研磨与珩磨一样，只是其中的一个往复运动是高速摆动（振幅2~6 ㎜，频率5~40Hz），生产率较高。

获得高的尺寸精度、形状精度（小于0.003~0.005㎜）和表面精度Ra 0.012~0.1之间，但不

能改善位置精度。

抛光利用弹性抛光轮粘上磨料或抛光膏（氧化铝、碳化硅、氧化铬、氧化铁等，加煤油或机油，或是为增加粘性和增加化学作用而加硬脂酸、油酸等）与工件表面高速摩擦。

只能提高表面精度（Ra 0.012~0.8之间），有镜面效果，但不能改善位置精度尺寸精度和形状精度。

切削力

切削力的来源：

塑性变形所需要的能量，以晶格变形的势能变化存储在切屑和工件表面的变形层中；

弹性变形所存储的能量，以振动能的形式散发到周围环境中；

摩擦所消耗的能量，以热能的形式传播到切屑、刀具和工件里。

在这三项能量中，第一项和第二项所占的比例不大，第三项占到95%以上。

通过刀具的作用力和与工件的相对运动，由刀具提供切削能量。

切削力：在切削过程中，刀具使切削层金属转变为切屑所需要克服的阻力。

积屑瘤：刀刃部工件强烈塑性变形在刀尖的粘结（冷焊），使工件材料停留在刀尖和工件表面之间。这些停留在刀尖和表面之间的工件材料就是积屑流。

刚度：是指工件抵抗外力使其变形的能力。

系统刚度：主要是指加工面法向的刚度。

误差复映规律：由于毛坯的误差而使切削深度不均匀，引起切削力变化而引起的弹性位移量变化，使所加工的工件产生了近似于毛坯误差的误差。

动刚度：在工艺系统受迫振动中，产生单位振幅所需要的激振力大小。

摩擦降落理论：

前后角变化理论：

工艺系统中的热源

切削热：切削区的摩擦（外摩擦和内摩擦）。

传动热：机床动力源（如电机、液压元件等）和传动副（如主轴箱中的齿轮、轴承，床身导轨等）的摩擦。派生热源：有其他热源产生，由冷却液、润滑油、切屑等带来的能量。

外部热源：工艺系统以外产生的能量（阳光、空气等）。

温度场：温度是时间和空间的函数，因此，四维时空与温度的映射关系称为温度场。

硬质点磨损：由于工件材料中的极硬质点和积屑瘤碎片在刀具表面的刻划，在刀具表面形成沟槽。

粘结磨损（冷焊磨损）：由于工件材料与刀具表面之间的强烈挤压摩擦，刀具本身的局部区域发生破裂，破裂的材料被切屑和工件带走，在刀具表面形成磨损。

扩散磨损：由于在第二和第三变形区与刀具表面紧密接触，并且温度很高，根据扩散定律，刀具与工件之间发生化学元素的相互转移（由含量高的向含量低的部分转移），从而改变了刀具接触表面的化学性质、削弱了这部分区域的强度，加速了磨损。

化学磨损：在切削时，刀具表面与周围环境介质（空气、冷却液等）中的硫和氯等作用，生成较软的硫化物和氯硫化物等表层，这样的表层在切削中不断地被磨去和生成，从而加速磨损。

刀具耐用度：当道具磨损到一定的程度，使加工精度或加工效率不能满足工艺要求，或者继续使用在经济上并不合算，这个时间限度被称为刀具耐用度。而判断是否达到使用限度的标准称为刀具磨钝的标准。

第四章工艺过程的精度保证

工序的加工保证：安排工艺时，每一道工序选择的工艺参数必须能保证该工序要求的精度（工序尺寸），称为工序的加工保证。

工序的设计保证：安排工艺时，通过所给定的每一道工序的工序尺寸安排，必须保证加工零件的精度要求，称为工序的设计保证。

工序集中原则：一个零件的工艺过程只有少数的几道工序，在一个工序中较多的加工工作。

工序分散原则：一个零件的工艺过程由许多道工序组成，每一道工序只完成相对简单的加工工作。

基准：用于标注几何要素位置关系的几何要素。几何要素可以是点、线、面。

设计基准：在设计图中，用于描述设计几何要素的几何要素。由产品设计者决定。

工艺基准：在工艺过程中所用到的基准。由工艺设计人员决定。

工序基准：在工序图中所用的基准（在工序设计时，用于标注工序尺寸的基准）。

定位基准：在工序加工中，用于确定工件相对于机床或刀具位置的工件上的几何要素。

测量基准：在工序加工中，为使加工者了解实际加工尺寸是否满足工序尺寸要求而进行测量时所用的基准（对应的尺寸要求称为测量尺寸，在工序图中，用括号形式标注）。

装配基准：在装配过程中，为确定零件相互位置关系所用的基准。

基准不重合带来的问题

工序基准与设计基准不重合带来工序尺寸的换算——减少了工序允许的加工误差（工序尺寸公差）。

定位基准与工序基准不重合带来加工精度计算问题——定位误差问题。

测量基准与工序基准不重合带来测量尺寸的计算——出现假废品问题。

工艺基准的选择原则

工序基准尽可能与设计基准重合

工序基准尽可能与定位基准重合

工序基准尽可能与测量基准重合

定位基准和测量基准要求是实际点、线、面

定位基准应方便安装

定位基准应使工件稳定

测量基准应使测量简单

定位误差：是工件安装在夹具或者机床上时，由于工件自身误差和夹具（或机床工作台）误差而产生的加工误差。

基准不重合误差：由于工序基准与定位基准不重合造成的误差。简称不重合误差、定基误差。

基准误差：由于定位基准本身的误差产生的定位误差。

夹具误差：由于夹具制造误差所产生的定位误差。

获得位置的方法

一次装夹加工有相互位置精度要求的表面在一道工序中，通过一次装夹，分多个工步分别加工这一组表面。由于是在一次装夹中完成，因此没有定位误差。

互为基准加工两个有相互位置精度要求的加工表面，在加工其中一个表面时以另一个表面作为定位基准。由于基准重合，因此没有不重合误差。

同一基准加工一组有相互位置精度要求的表面在不同的工序中加工，这些工序都使用相同的基准。

方便夹具设计

找正定位加工使用划线或试切找正定位的方法保证加工表面与机床刀具的位置。精度与操作者技术相关。

尺寸链：一组首尾相接形成一个封闭圈的尺寸称为尺寸链。

环：在尺寸链中，每一个尺寸都是此尺寸链的环。

封闭环：尺寸链中，由其他尺寸所决定的环称之为封闭环（间接保证的尺寸、希望得到而又不能直接得到的尺寸），其他尺寸称之为组成环。

增环：在组成环中，若该环增加使得封闭环增加，则被称为增环。

减环：在组成环中，若该环增加使得封闭环减少，则被称为减环。

第五章生产率与经济性

企业生产率：企业单位时间内生产的产品数量或企业生产单位产品的时间。

劳动生产率：单位劳动时间内生产的产品数量或单位产品所凝结的劳动时间。

经济性：单位产品的成本。

生产节拍时间：在流水生产中，每生产一个产品的时间，即在生产线的末端，每得到一个产品的时间，对应生产纲领。

生产劳动时间：生产一个产品所需要的劳动时间，即一个产品中所凝结的劳动量，对应剩余价值。

生产流程时间：产品从投料到最终产出的时间，即一个产品在企业的停留时间。

工序时间：对于一个零件，完成某一道工序所消耗的时间。

基本时间（机动时间）：在一道工序中，直接改变工件的形状、尺寸、表面质量等所消耗的时间。

辅助时间：在一道工序中，为保证基本工作所做动作需要的时间。

工作地服务时间：在工序之外，用于保证加工工作的顺利进行所做工作消耗时间在每个工件上的分摊，如换刀、机床调整的时间。

生理需要时间（休息时间或自然时间）：工作中，工人自然需要花费的时间在每一个弓箭上的

分摊。

准备终结时间：对于只生产一批零件的情况，在加工之前要进行工艺准备，加工之后的工作地整理，这些工作消耗的时间就是准备终结时间。在考虑准备终结时间时，工序时间又称为单位核算时间。

工序时间定额（工时定额）：完成某一道工序所需时间的规定值。

第六章机械加工工艺规程编制的若干问题

加工余量：一个表面在加工时被切除的工件材料的厚度。

工序余量：在一道工序中，某一加工表面被切除的材料层厚度。

总余量：从毛坯表面到工件最后加工表面间的材料厚度。

最小余量：被切除层的最小厚度。包括最小工序余量和最小总余量。

最大余量：被切除层的最大厚度。包括最大工序余量和最大总余量。

决定最小加工余量的因素

上道工序的表面粗糙度H a、上道工序的表面交性层T a；

上道工序的形状误差ρ、本道工序的装夹变形εb。

☆粗基准的选择原则

为保证重要表面在加工时有均匀的加工余量（由于误差复映产生的形状误差最小），应选用重要表面。

如工件上的不加工表面与加工表面之间有较高的位置精度要求，为保证这个尺寸，应选用不加工表面。

粗基准不能是分型面、浇冒口、飞边、毛刺（因为太粗糙）。

一个粗基准只能使用一次（因为尽快加工出一个精基准表面，故不再用粗基准）。

精基准的选择原则

尽可能考虑使基准重合（工序基准），以利于减少定位误差。

定位基准有一定的加工精度，并且安装方面。

定位基准应尽量靠近加工表面，使得在加工中切削力引起的变形和振动最小。

基准单一化（多数工序都使用同一基准）。

机械加工顺序的安排原则

先主后次原则——粗加工阶段，主要表面先加工。（发现问题及早报废，节省其他加工费用）

先次后主原则——精加工阶段，主要表面后加工。（避免磕伤划伤重要表面，保证其精度）

先基准后其他——在加工工艺中，用作定位基准的表面先加工。（可以减少粗基准的使用次数）先面后孔原则——在平面中有多个孔需要加工时，应先加工平面后加工孔。（指的是某个面上的垂直孔，并不是毫无关系的孔和面。有利于提高孔的加工精度）

可制造性：

第七章装配工艺

装配：零件或部件按一定的要求组合在一起，实现一定功能的过程。

套件（合件）：没有相对运动关系的零件组合。

组合：实现简单运动关系，为了装配的方便性的零件组合。

部件：能独立实现一定功能，但又不作为一个独立产品使用的零件组合。

机器：完成用户功能，独立使用的零件组合。

互换装配法：在装配过程中，装配零件调换后仍能保证装配精度的方法。

完全互换法：调换的零件只要是合格零件，无论任何限制都能保证装配精度的方法。

大数互换法：调换的零件只要是合格零件，能以99.7%的概率装配保证精度的方法。

选择互换法

直接选择装配法：直接在合格零件中，通过测量选择合适零件进行装配，以保证装配精度。

分组装配法：把零件按装配尺寸测量分组，对应零件组的零件在装配时能获得互换装配的效果。

复合选配法：把零件按装配尺寸测量分组，对应零件组的零件在装配时选择合适零件进行装配，以保证装配精度。

修配与调整法

修配装配法：在某一指定装配零件的装配尺寸上留有一定的修配余量，在装配过程中，根据实际要求修正尺寸，保证装配精度。

调整装配法：在某一指定装配零件的装配尺寸设计专门机构，在装配过程中，根据实际要求进行尺寸调整，保证装配精度。