机械制造工艺学实践教学指导书.docx

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机械制造工艺学实践教学指导书

《机械制造工艺学》

实

践

教

学

指

导

书

机电工程学院

一、实践目的及主要内容

1）了解生产现场机床的类型及其布局；

2）了解生产现场工人使用的工艺文件（主要工序卡）形式；

3）了解生产现场使用的夹具类型；

4）重点了解一零件的机械加工过程（加工路线、加工阶段划分等）及一副夹具的工作原理；

5）完成实践报告一份。

二、实践方式及计划学时

本实践为现场教学，在机械加工生产现场完成。

计划学时为4学时。

三、实践教学中的注意事项

1）全体学生应按要求准时到达实践的地点；

2）全体学生在实践时应严格按照指导老师的要求，注意安全、仔细观察、做好记录、虚心请教；

3）全体学生应积极、热情地投入到实践中去，力争圆满完成实践任务。

四、相关知识简介

（一）机床方面

1、常用机床

1）车床

车床是应用最广泛的金属切削机床之一，它的加工范围很广。

车床可以车削外圆、车端面、切断和切槽、钻中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车削各种螺纹、车削内外圆锥面、车削特形面、滚花以及盘绕弹簧等。

2）钻床

钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。

在钻床上装上不同的刀具可完成钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、锪凸台等。

3）镗床

镗床主要是用镗刀在工件上镗孔，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。

它的加工精度和表面质量要高于钻床。

镗床是大型箱体零件加工的主要设备。

（1）卧式镗床是镗床中应用最广泛的一种。

它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。

（2）坐标镗床坐标镗床是高精度机床的一种。

它的结构特点是有坐标位置的精密测量装置。

坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。

单柱式坐标镗床：

主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。

特点：

结构简单，操作方便，特别适宜加工板状零件的精密孔，但它的刚性较差，所以这种结构只适用于中小型坐标镗床。

双柱式坐标镗床：

主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台沿床身导轨作纵向直线移动。

它的刚性较好，目前大型坐标镗床都采用这种结构。

双柱式坐标镗床的主参数为工作台面宽度。

卧式坐标镗床：

工作台能在水平面内做旋转运动，进给运动可以由工作台纵向移动或主轴轴向移动来实现。

它的加工精度较高。

（3）金刚镗床：

特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工，因而加工的工件具有较高的尺寸精度（IT6），表面粗糙度可达到0.2微米。

4）刨床、插床和拉床

刨床、插床和拉床的共同特点是主运动都是直线运动，因此又把这三类机床称为直线运动机床。

（1）刨床

刨床有：

牛头刨床、龙门刨床和单臂刨床。

牛头刨床适用于刨削长度不超过1000毫米的中小型零件。

龙门刨床主要加工大型工件或同时加工多个工件。

特别适用来加工大平面，尤其是长而窄的平面，一般可刨削的工件宽度达1米，长度在3米以上。

（2）插床

插床实际是一种立式刨床，在结构原理上与牛头刨床同属一类。

插刀随滑枕在垂直方向上的直线往复运动是主运动，工件沿纵向横向及圆周三个方向分别所作的间歇运动是进给运动。

插床的生产效率较低，加工表面粗糙度Ra为6.3-1.6微米，加工面的垂直度为0.025/300毫米。

插床的主参数是最大插削长度。

（3）拉床

拉床是用拉刀加工工件各种内外成型表面的机床。

拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是加工过程的主运动，进给运动则靠拉刀本身的结构来实现。

按工作性质的不同，拉床可分为内拉床和外拉床。

拉床一般都是液压传动，它只有主运动，结构简单。

液压拉床的优点是运动平稳，无冲击振动，拉削速度可无级调节，拉力可通过压力来控制。

拉床的生产效率高，加工质量好，精度一般为IT9-IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8um。

但由于一把拉刀只能加工一种尺寸表面，且拉刀较昂贵，所以拉床主要用于大批量生产。

拉床的主参数是额定拉力。

5）铣床

铣床是利用铣刀在工件上加工各种表面的机床，铣刀旋转为主运动，工件或（和）铣刀的移动为进给运动。

铣床的加工范围与刨床相近，但比刨床加工范围广，因而在很大程度上取代了刨床。

铣刀是一种多齿刀具，铣刀上等每个刀齿是间歇参加工作的，因而使得刀齿冷却条件好，刀具耐用度高，有较高等生产率，因此在单件小批和成批大量生产中，铣削都得到广泛的应用。

铣床加工精度一般为IT9-IT7，表面粗糙度Ra值为6.3-1.6um。

（1）卧式万能铣床

它是铣床中应用最多的一种。

加工工件时，铣刀装在主轴上，铣刀旋转为主运动，工件随工作台作纵向或横向进给运动，升降台沿床身导轨升降使工件作垂直方向运动。

没有转台的铣床叫卧式铣床。

（2）立式铣床

与卧式铣床相比较，主要区别是主轴垂直布置，立式铣床适于加工较大平面及利用各种带柄铣刀加工沟槽及台阶平面，生产率要比卧式铣床高。

（3）龙门铣床

外形与龙门刨床相似，区别在于它的横梁和立柱上装的不是刨刀刀架而是带有主轴箱的铣刀架，并且龙门铣床的纵向工作台的往复运动不是主运动，而是进给运动，而铣刀的旋转运动是主运动。

在龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，所以生产效率比较高，适用与成批和单件生产，用以加工中型和大型工件。

龙门铣床的主参数为工作台面宽度。

6）磨床

磨床是为了适应工件精密加工而出现的一种机床，它是精密加工机床的一种，磨床是用非金属的磨具或磨料加工工件各种表面的机床。

通常磨具旋转为主运动，工件的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。

通常把使用砂轮加工的机床称为磨床，如外圆磨床，平面磨床，而把用油石、研磨料作为切削工具的机床称为精磨机床。

（1）外圆磨床

外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床，在普通外圆磨床上可磨削工件的外圆柱面和外圆锥面，在万能外圆磨床上还能磨削内圆柱面和内圆锥面和端面。

外圆磨床的主参数为最大磨削直径。

（2）内圆磨床

内圆磨床的主参数为最大磨削孔径。

（3）平面磨床

可分为矩形工作台和圆形工作台两种，矩形工作台平面磨床的主参数为工作台宽度，圆台平面磨床的主参数为工作台面直径。

2、组合机床及其自动线

组合机床通常采用多刀多面多工位同时对工件进行加工的方法。

加工时，装在机床主轴上的刀具作旋转主运动，工件作进给运动，或者刀具既作旋转主运动又作进给运动，以完成工作循环。

组合机床的配置形式有：

（1）具有固定夹具的单工位组合机床：

通常用于加工一个或两个零件。

特别适用于加工大中型箱体类零件。

（2）具有移动夹具的多工位组合机床：

生产效率高，适用于大批量生产。

具有移动夹具的多工位组合机床与具有固定夹具的单工位组合机床相比，其加工精度较低，但生产效率较高。

组合机床自动线的柔性化是必然发展趋势。

柔性化的自动线由计算机控制系统、材料自动储运系统（自动化主体库）与加工系统有机的结合成一个整体。

3、特种加工机床

特种加工机床是利用电能、电化学能、光能及声能等进行加工的方法。

（1）电火花加工

电火花加工是直接利用电能对零件进行加工的一种方法。

电火花加工设备应由以下部分组成：

脉冲电源、间隙自动调节器、机床本体、工作液及其循环过滤系统。

间隙自动调节器自动调节极间距离，使工具电极的进给速度与电蚀速度相适应。

火花放电必须在绝缘液体介质中进行。

电火花加工特点

可以加工任何导电材料，在一定条件下还可以加工半导体材料和非导电材料；

加工时无切削力；

加工中几乎不受热的影响，可以提高加工后的工件质量；

便于实现自动化。

（2）超声波加工

超声波加工特点

适用于加工各种不同不导电的硬脆材料；

由于在加工过程中不需要旋转，因此易于加工出各种复杂形状的型孔、型腔、成型表面等；

加工过程受力很小，适于加工薄壁、薄片等不能承受较大机械应力的零件。

（3）激光加工

加工原理：

主要用于打孔和切割。

激光加工装置：

主要由激光器、电源、光学系统和机械系统四部分组成。

激光加工特点：

不受材料性能限制，几乎所有金属材料和非金属材料都能加工。

加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。

打孔速度极高，易于实现自动化生产和流水线作业。

可通过透明介质（如玻璃）进行加工。

4、数字控制机床

简称数控机床，数控机床主要由输入输出装置，数控系统，伺服系统和机床本体组成。

同学们对各个组成部分一般了解即可，记住以下内容：

伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分，目前大部分采用步进电机，直流或交流伺服电机作为执行机构。

加工中心：

也叫自动换刀数控机床。

具有刀库，能够自动更换刀具。

因此加工中心适用于零件形状比较复杂精度要求较高，产品更换频繁的中小批量生产中。

加工中心按主轴布置方式分为立式和卧式两类。

卧式一般有转台，可加工工件各个侧面，以加工复杂的空间曲面。

立式加工中心一般不带转台，仅加工工件顶面。

常见得刀库有盘式和链式两类。

链式刀库存放刀具的容量较大。

（二）工艺方面

1、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，称为机械加工工艺过程，又称工艺路线或工艺流程。

机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。

1）工序

指一个（或一组）工人在一个工作地点（如一台机床或一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。

它包括在这个工件上连续进行的直到转向加工下一个工件为止的全部动作。

区分工序的主要依据是：

工作地点固定和工作连续。

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。

工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。

2）安装

工件加工前，使其在机床或夹具中相对刀具占据正确位置并给予固定的过程，称为装夹。

（装夹包括定位和夹紧两过程）

安装是指工件通过一次装夹后所完成的那一部分工序。

3）工位

工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。

4）工步

当加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的那部分工序，称为工步。

工步是构成工序的基本单元。

5）走刀

走刀（又称工作行程）是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。

每个工步可包括一次走刀或几次走刀。

2、机械加工工艺过程与生产类型

不同的生产类型，其生产过程和生产组织、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺装备、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制定工艺路线时必须明确该产品的生产类型（不同生产类型的加工工艺过程举例见下面）。

各种生产类型工艺过程的主要特点见表一

表一：

 各种生产类型工艺过程的主要特点

工艺过程特点

生产类型

单件生产

成批生产

大批量生产

工件的互换性

一般是配对制造，没有互换性，广泛用钳工修配

大部分有互换性，少数用钳工修配

全部有互换性。

某些精度较高的配合件用分组选择装配法

毛坯的制造方法

及加工余量

铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。

毛坯精度低，加工余量大

部分铸件用金属模；部分锻件用模锻。

毛坯精度中等，加工余量中等。

铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用模锻，以及其他高生产率的毛坯制造方法。

毛坯精度高，加工余量小。

机床设备

通用机床。

或数控机床，或加工中心。

数控机床加工中心或柔性制造单元。

设备条件不够时，也采用部分通用机床、部分专用机床。

专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或数控机床。

夹具

多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求。

广泛采用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次安装。

广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求。

刀具与量具

采用通用刀具和万能量具。

可以采用专用刀具及专用量具或三座标测量机。

广泛采用高生产率刀具和量具，或采用统计分析法保证质量。

对工人的要求

需要技术熟练的工人。

需要一定熟练程度的工人和编程技术人员。

对操作工人的技术要求较低，对生产线维护人员要求有高的素质。

工艺规程

有简单的工艺路线卡。

有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程。

有详细的工艺规程。

表5.2 各种生产类型工艺过程的主要特点

工艺过程特点

生产类型

单件生产

成批生产

大批量生产

工件的互换性

一般是配对制造，没有互换性，广泛用钳工修配

大部分有互换性，少数用钳工修配

全部有互换性。

某些精度较高的配合件用分组选择装配法

毛坯的制造方法

及加工余量

铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。

毛坯精度低，加工余量大

部分铸件用金属模；部分锻件用模锻。

毛坯精度中等，加工余量中等。

铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用模锻，以及其他高生产率的毛坯制造方法。

毛坯精度高，加工余量小。

机床设备

通用机床。

或数控机床，或加工中心。

数控机床加工中心或柔性制造单元。

设备条件不够时，也采用部分通用机床、部分专用机床。

专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或数控机床。

夹具

多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求。

广泛采用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次安装。

广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求。

刀具与量具

采用通用刀具和万能量具。

可以采用专用刀具及专用量具或三座标测量机。

广泛采用高生产率刀具和量具，或采用统计分析法保证质量。

对工人的要求

需要技术熟练的工人。

需要一定熟练程度的工人和编程技术人员。

对操作工人的技术要求较低，对生产线维护人员要求有高的素质。

工艺规程

有简单的工艺路线卡。

有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程。

有详细的工艺规程。

3、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称为工艺规程。

其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。

它是在具体的生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。

工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺设备及工艺措施，切削用量及工时定额等内容。

1）工艺规程的格式：

（见教材P8）

为了适应工业发展的需要，加强科学管理和便于交流，原机械电子工业部还制订了指导性技术文件JB/Z187.3—88《工艺规程格式》，要求各机械制造厂按统一规定的格式填写。

按照规定，属于机械加工工艺规程的有：

1）机械加工工艺过程卡片。

2）机械加工工序卡片。

3）标准零件或典型零件工艺过程卡片。

4）单轴自动车床调整卡片。

5）多轴自动车床调整卡片。

6）机械加工工序操作指导卡片。

7）检验卡片等。

最常用的是：

机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。

（1）机械加工工艺过程卡片：

其格式见教材p8表1-4

  此卡片的特点：

是以工序为单位，简要说明产品或零、部件的加工过程的一种工艺文件。

它是生产管理的主要技术文件。

  适用范围：

广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件。

（2）机械加工工序卡片：

其格式见教材p8表1-5。

此卡片的特点：

在工艺过程卡片的基础上按每道工序所编的一种工艺文件，一般具有工序简图，并详细说明该工序的每一个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。

   适用范围：

主要用于大批大量生产中所有零件，中批生产中的重要零件和单件小批生产中的关键工序。

4、工艺路线拟订

拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。

1）定位基准的选择见教材P.11

2）表面加工方法的选择

各种加工方法的经济加工精度和表面粗糙度（见P15～16）

不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等，其选用各不相同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。

即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等等。

具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达。

5、加工阶段的划分

1）根据零件的技术要求划分加工阶段。

主要分以下几个阶段：

粗加工阶段

在此阶段主要是尽量切除大部分余量，主要考虑生产率。

半精加工阶段

在此阶段主要是为主要表面的精加工做准备，并完成次要表面的终加工（钻孔、攻丝、铣键槽等）。

精加工阶段

在此阶段主要是保证各主要表面达到图纸要求，主要任务是保证加工质量。

光整加工阶段

在此阶段主要是为了获得高质量的主要表面和尺寸精度。

2）将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是：

（1）保证零件加工质量（因为工件有内应力变形、热变形和受力变形，精度、表面质量只能逐步提高，）；

（2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；

（3）有利于合理利用机床设备。

（4）便于穿插热处理工序：

穿插热处理工序必须将加工过程划分成几个阶段，否则很难充分发挥热处理的效果。

此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。

（三）夹具方面

机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。

其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。

夹具的分类方法很多，具体可参考相关资料。

1）通用夹具

通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。

在通用机床上一般都附有通用夹具，如车床上的三爪和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头、铣床上的平口虎钳、万能分度头、回转工作台等；磨床上的磁力工作台等。

这些夹具有很大的通用性，使用时无需调整或稍加调整就可以装夹不同的工作。

通用夹具一般作为机床附件供应给用户，在单件小批生产中广泛用于装夹定位基准面比较简单（如外圆柱面、平面）的工件。

（以车床为例，如图1所示）

三爪卡盘：

适合安装较短的轴类或盘类工件。

四爪卡盘：

适合安装方型﹑椭圆型或不规则形状的工件，装夹时必须找正,定中心。

中心架和跟刀架：

在车削细长轴时，为增加工件刚性防止工件振动采用中心架或跟刀架，作为附加支承。

通用夹具的应用如图2所示。

2）专用夹具与组合夹具如图3所示。

专用夹具是专为某一工件的某道工序的加工而设计制造的夹具。

专用夹具不必考虑通用性，故可以设计得结构紧凑、操作简单、使用方便。

但它的设计制造周期较长，成本也较高，产品变更时无法使用，因而适用于成批及大量生产中。

本章主要介绍专用夹具的设计原理。

　　3）通用可调整夹具和专业化可调整夹具

　　这两种夹具有相似的结构，其共同特点是夹具经过调整或更换个别元件，便可适用于加工形状相似、尺寸相近、加工工艺相似的多种工件。

通用可调整夹具的调整范围大，适用面较宽。

专业化可调整夹具是专为某一组工件设计的，装夹对象和使用范围明确，可使结构更为紧凑。

4）夹具各组成部分与机床、工件、刀具的相互联系如图4所示。

图1车床通用夹具

图2车床通用夹具的应用情况

图3专用夹具与组合夹具

图4夹具各组成部分与机床、工件、刀具的相互联系