项目一任务三需解决的问题.docx

1、项目一任务三需解决的问题课程机械制造工艺与装备课题授课日期任务三、需解决的问题授课班级教学方法讲授、启发、演示、对比总结相结合教具多媒体投影仪课时8课时教学目的知识目标掌握熟悉了解1.零件结构工艺性分析。2.零件毛坯的选择原则。3.基准的概念及分类；定位基准的选择原则。4.工艺路线的定义。5.加工余量的概念。1.零件机构工艺性含义。2.毛坯的种类。3.各类基准的概念及作用。4.加工方法的选择及加工顺序的确定原则。5.确定加工余量的方法。1.对零件图的具体分析内容。2.各类毛坯的工艺特点。3.定位的基本原理。4.工序集中与工序分散的含义。5.影响加工余量的因素。能力目标1.培养学生的主观能动性，

2、思维的积极性，提高其分析问题和解决问题的能力。2.培养学生深刻理解并掌握零件结构工艺性分析、毛坯的选择原则、基准的概念及分类、定位基准的选择原则、工艺路线定义方法、加工方法的选择、加工余量的确定方法等专业知识。情感目标激发学生的学习热情，增强学生的自信心。教学重点基准的概念及分类；定位基准的选择原则；工艺路线的定义；加工余量的确定方法。教学难点定位基准的选择原则教材分析本任务主要讲述编织工艺规程是所涉及到并需要解决的一系列问题，主要包括零件工艺分析、毛坯的确定、基准的选择、工艺路线的拟定、加工余量、工序尺寸及公差的确定等。内容较多，涉及面较广，是工艺规程编制中涉及到的具体内容，也是本任务难点之

3、一，为攻克授课难点，授课时可用借助于多媒体、图片和案例来帮助提高学生的认知能力和学习兴趣，激发其学习热情，提高学习效率。学情分析知识结构：具备一定的理论基础知识，但基础较差，缺乏实践经验，认知能力不强，综合分析和运用科学知识的能力薄弱。心理特征：思想懒惰，缺乏自信，叛逆心理重，需正面引导。教 学 过 程备注时间分配提出学习任务导入新课 提问学生：工艺规程主要包含哪些内容？这些内容又主要涉及哪些问题？这些问题需要如何解决？只有这些问题得到解决之后，才能正确编制出既科学又合理的工艺规程，这就是本项目需要学习和解决的问题，学好了本项目内容之后，就可以基本解决编制工艺规程的问题。由此引入新课题。任务三

4、 需解决的问题一、零件工艺分析（一）分析研究产品的零件图和装配图 制定工艺规程时，首先应分析产品的零件图和所在部件的装配图，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该零件在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟订工艺规程时采取适当的措施加以保证。 对零件图的具体分析内容为：零件的视图、尺寸、公差和技术要求等是否齐全。了解零件的各项技术要求，找出主要技术要求和加工关键，以便制定相应的加工工艺。零件图所规定的加工要求是否合理。如图l5所示的汽车钢板弹簧吊耳，使用时钢板弹簧与吊耳的内侧面是不接触的，所以吊耳内侧面的表面粗糙度，可由原设计要求的Ra3

5、.2m增大到Ra12.5m，这样就可以在铣削时增大进给量，以提高生产率。零件的选材是否恰当，热处理要求是否合理。如图16所示方头销，方头部分要求淬火硬度为5560HRC，所选材料为T8A，零件上有一个孔2H7要求装配时配作。由于零件全长只有15mm，方头部分长为4mm，所以用T8A材料局部淬火势必使全长均被淬硬，以至装配时2H7孔无法加工。若材料改用20Cr钢，局部渗碳淬火，便能解决问题。 （二）零件的结构工艺性分析： 机械零件的结构，由于使用要求不同而具有各种形状和尺寸。但是，各种不同的零件都是由些基本典型表面和特形表面组成的。在分析零件结构时，应根据组成该零件各种表面的尺寸、精度、组合情况

6、，选择适当的加工方法和加工路线。零件的结构工艺性对其工艺过程的影响很大。使用性能相同而结构不同的两个零件，它们的加工方法与制造成本可能有很大的差别。所谓良好的结构工艺性，是指所设计的零件在保证产品使用性能的前提下，根据已定的生产规模，能采用生产效率高和成本低的方法制造出来。表111列出了一些零件机械加工工艺性的实例。课堂小结 本堂课介绍的是零件工艺分析，主要讲述了对零件图的具体分析内容和零件的结构工艺性，对零件结构工艺性的分析，利用了多个案例，加深了对良好结构工艺性的理解。课堂需要强调对零件图具体分析的内容，讲解良好结构工艺性的概念，逐一对7各结构工艺性案例进行分析，比较A、B两种结构的差别和

7、优劣。课堂练习(判断题) 1制定工艺规程时，首先应分析研究产品的零件图和装配图。 （ 正确 ）2零件的不同，将会影响到工艺规程的制定内容。（ 正确 ）3在分析零件结构时，应根据组成该零件各种表面的尺寸、精度、组合情况，选择适当的加工方法和加工路线。 （ 正确 ）4零件的结构工艺性对其工艺过程的影响不大。 （ 错误 ）作业1分析研究产品的零件图时，应具体分析哪些内容？2什么良好地结构工艺性？二、毛坯的确定选择毛坯的基本任务是选定毛坯的种类和制造方法，了解毛坯的制造误差及其可能产生的缺陷。正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。因为毛坯的种类及其不同的制造方法，对零件的质量、加工方法、材料利用率、机械

8、加工劳动量和制造成本等都有很大的影响。（一）机械零件常用毛坯的种类1型材 常用型材截面形状有圆形、方形、六角形和特殊断面形状等。型材有热轧和冷拉两种。热轧型材尺寸范围较大，精度较低，用于一般机器零件。冷拉型材尺寸范围较小，精度较高，多用于制造毛坯精度要求较高的中小零件。在自动机床或转塔车床上加工时，为使送料和夹料可靠，多采用冷拉型材。 2铸件形状复杂的毛坯宜采用铸造方法制造。铸件毛坯的制造方法有砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造、离心铸造等。各种铸造方法及工艺特点见表l12。锻件 锻件毛坯由于经锻造后可得到金属纤维组织的连续性和均匀分布，从而提高了零件的强度，适用于对强度有一定要求，形状

9、比较简单的零件。锻件有自由锻件、模锻件和精锻件三种。其制造方法及工艺特点见表112。 4焊接件 用焊接的方法而得到的结合件。焊接件的优点是制造简便，生产周期短，节省材料，轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。 其他毛坯其他毛坯类型包括冲压、粉末冶金、冷挤、塑料压制等毛坯。 （二）毛坯的选择原则 在选择毛坯种类及制造方法时，应考虑下列因素： 1零件材料及其力学性能 零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如材料为铸铁和青铜的零件应选择铸件毛坯；钢质零件当形状不复杂、力学性能要求不太高时可选型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻件毛坯。 2零件的结构形状与外形尺寸 形

10、状复杂的毛坯，一般用铸造方法制造。薄壁零件不宜用砂型铸造；中小型零件可考虑用先进的铸造方法；大型零件可用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各阶直径相差不大，可用圆棒料；如各阶直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜选择锻件毛坯。尺寸大的零件一般选择自由锻造；中小型零件可选择模锻件。 3生产类型 大量生产的零件应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减小和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造：锻件采用模锻、精锻；采用冷轧和冷拉型材。零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。 4现有生产条件 确定毛坯的种类及制造方法，

11、必须考虑具体的生产条件，如毛坯制造的工艺水平、设备状况以及对外协作的可能性等。 5充分考虑利用新工艺、新技术的可能性随着机械制造技术的发展，毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用也发展很快。如精铸、精锻、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。采用这些方法可大大减少机械加工量，有时甚至可以不再进行机械加工，其经济效果非常显著。 （三）毛坯的形状与尺寸理论上，通过毛坯的精化可使其形状和尺寸尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求实现少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，产品零件的加工精度和表面质量的要求越来越高，所以毛坯的某些表面仍需留有定的加工余量，

12、以便通过机械加工达到零件的技术要求。毛坯制造尺寸与零件相应尺寸的差值称为毛坯加工余量，毛坯制造尺寸的公差称为毛坯公差。毛坯的加工余量及毛坯公差与毛坯的制造方法有关。在制造方法相同的情况下，其加工余量又与毛坯的尺寸、部位及形状有关。如铸造毛坯的加工余量，是由铸件最大尺寸、公称尺寸(两相对加工表面的最大距离或基准面到加工面的距离)、毛坯浇注时的位置(顶面、底面或侧面)、铸孔等因素所决定。生产中可参照有关工艺手册确定。毛坯的加工余量确定后，其形状和尺寸的确定，除了将加工余量附加在零件相应的加工表面之外，有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等工艺因素的影响。在这种情况下，毛坯的形状则与零件的形状

13、有所不同。例如，为了加工时工件安装的方便，有的铸件毛坯需要铸出必要的工艺凸台，如图17所示。工艺凸台在零件加工后一般应切去。又如车床的开合螺母外壳，它由两个零件组成(图1-8)为了保证加工质量和加工方便，毛坯做成整体的，待加工到一定阶段后再切开。课堂小结 本堂课主要介绍机械零件常用毛坯的种类、毛坯的选择原则以及毛坯形状与尺寸三大问题，其中重点内容是毛坯的选择原则。讲述时对照表格进行分析各种毛坯制造方法的工艺特点，从而为讲述毛坯的选择原则做好铺垫；对毛坯的形状与尺寸问题，要结合图和图两个案例进行讲述，加深学生对此问题的理解。课堂练习(判断题) 1正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。 （ 正确 ）

14、2形状复杂的毛坯宜采用锻造方法制造。 （ 错误 ）3锻件毛坯比铸件毛坯强度高。 （ 正确 ）4零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。（ 正确 ）5坯的加工余量及毛坯公差与毛坯的制造方法有关。 （ 正确 ）作业1选择毛坯的基本任务是什么？2机械零件常用毛坯的种类有哪些？3在选择毛坯种类及制造方法时，应考虑哪些因素？三 基准的选择 在制定零件加工工艺规程时，正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求，以及合理安排加工顺序都有重要的影响。选择定位基准不同，工艺过程也随之而异。 （一）基准的概念及其分类所谓基准就是零件上用以确定其他点、线、面位置所依据的点、线、面。基准

15、根据其功用不同可分为设计基准与工艺基准两大类，前者用在产品零件的设计图上，后者用在机械制造的工艺过程中。 1设计基准 在零件图上用以确定其他点、线、面位置的基准称为设计基准。 如图l9a所示的钻套，轴线0-0是各外圆表面及内孔的设计基准；端面A是端面B、C的设计基准；内孔表面D的轴心线是40h6外圆表面的径向跳动和端面B端面跳动的设计基准。同样，图19b中的F面是C面及E面尺寸的设计基准，也是两孔垂直度和C面平行度的设计基准；A面为B面尺寸及平行度的设计基准。作为设计基准的点、线、面在工件上不一定具体存在，例如表面的几何中心、对称线、对称平面等。图19 基准分析示例 2工艺基准 工件在工艺过程

16、中所使用的基准称为工艺基准。工艺基准按用途不同又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 (1)工序基准 在工序图上，用以标注本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。其所标注的加工面位置尺寸称为工序尺寸。图ll0a中，为加工表面，面至面的距离为工序尺寸，位置要求为面对面的平行度(没有特殊标出时包括在的尺寸公差内)。所以，母线为本工序的工序基准。 有时确定一个表面就需数个工序基准。如图110所示，E孔为加工表面，要求其中心线与A面垂直，并与B面及C面保持距离，因此表面A、B、C均为本工序的工序基准。 (2)定位基准 加工时，使工件在机床或夹具中占据一正确位置所用的基准称

17、为定位基准。例如将图19a零件的内孔套在心轴上加工40h6外圆时，内孔即为定位基准。加工一个表面时，往往需要数个定位基准同时使用。如图ll0b零件，加工E孔时，为保证孔对A面的垂直度，要用A面作定位基准；为保证L1、L2的距离尺寸，要用B、C面作定位基准。 定位基准除了是工件的实际表面外，也可以是表面的几何中心、对称线或对称面，但必须由相应的实际表面来体现。如内孔(或外圆)的中心线由内孔表面(外圆表面)来体现，V形架的对称面用其两斜面来体现。这些面通称为定位基面。 (3)测量基准 零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准称为测量基准。例如图1l0a中，检验h尺寸时，B为测量基准；图19a

18、中，以内孔套在检验心轴上去检验40h6外圆的径向跳动和端面B的端面跳动时，内孔即为测量基准。 (4)装配基准 装配时，用以确定零件或部件在机器中的位置所用的基准称为装配基准。例如图19a的钻套， 40h6外圆及端面B为装配基准；图l9b的支承块，底面F为装配基准。 （二）工件定位的概念及定位方法 1定位的概念与定位要求 工件加工的尺寸、形状和表面间的相互位置精度是由刀具与工件的相对位置来保证的。加工前，确定工件在机床或夹具中的正确位置就称为定位。 在实际生产中，关于定位的概念还要作如下说明：（1）工件的定位应该有一个实在的元件来限定它的位置，例如将工件直接装在机床的工作台上，它的上下位置就由工

19、作台所限定，工作台就是一个实在的元件。这时，工件的前后、左右方向的位置就没有定位，因为没有实在的元件去限制它。如果在工作台上装上两个互相垂直的定位板(图111)，则工件的前后、左右方向都定位了。 （2）所谓定位应该是有一定精度要求的。如果定位精度较低，则只能是粗定位。而高的定位精度则要求定位面有高的几何精度及细的表面粗糙度。（3）定位精度的概念通常是指一批零件的限定位置的分布范围。对于某一个零件来说，它的定位精度是某一个数值；对于另个零件，它的定位精度可能是另一个数值。对于一批零件，它的定位精度是一个误差的分布带。例如一个工件的位置是通过其上的孔与夹具上的定位销相配合来决定的，如图112所示，

20、在水平面上的定位精度则是两倍的配合间隙。工件定位时有以下两点要求： 1）为了保证加工表面与其设计基准间的相对位置精度(同轴度、平行度、垂直度等)工件定位时应使加工表面的设计基准相对于机床占据一正确位置。如图19a所示零件，为了保证加工外圆表面40h6的径向跳动要求，工件定位时必须使其设计基准(内孔轴线OO)与机床主轴的回转轴心线OO重合，见图ll3a；对于图19b所示零件，为了保证加工面B与其设计基准A的平行度要求，工件定位时必须使设计基准A与机床工作台的纵向直线运动方向相平行，见图113b；加工孔时为了保证孔与其设计基准(底面F)的垂直度要求，工件定位时必须使设计基准F面与机床主轴轴心线垂直

21、，见图l13c。 图l13 工件定位的正确位置示例 2）为了保证加工表面与其设计基准间的距离尺寸精度，当采用调整法进行加工时，位于机床或夹具上的工件，相对于刀具必须有一确定的位置。 表面间距离尺寸精度的获得通常有两种方法：试切法和调整法。 试切法是通过试切一测量加工尺寸一调整刀具位置一试切的反复过程来获得尺寸精度的。由于这种方法是在加工过程中，通过多次试切才能获得距离尺寸精度，所以加工前工件相对于刀具的位置可不必确定。例如图l14a中，为获得尺寸L，加工前工件在三爪自定心卡盘中的轴向位置不必严格规定。试切法多用于单件小批生产。图114 获得距离尺寸精度的方法示例1一挡铁 2、3、4一定位元件

22、5一导向元件 调整法是一种加工前按规定尺寸调整好刀具与工件相对位置及进给行程，从而保证在加工时自动获得所需尺寸的加工方法。这种方法在加工时不再试切。生产率高，其加工精度决于机床、夹具的精度和调整误差，用于大批量生产。图114中示出了按调整法获得距离尺寸精度的两个实例，图b是通过三爪反装和挡铁来确定工件与刀具的相对位置；图c是通过夹具中的定位元件与导向元件的既定位置来确定工件与刀具的相对位置。 2工件定位的方法 工件在机床上定位有如下三种方法： （1）直接找正法 直接找正法是用百分表、划针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的一种方法。例如在磨床上磨削一个与外圆表面有同轴度要求的内孔时，

23、加工前将工件装在四爪单动卡盘上，用百分表直接找正外圆表面，即可获得工件的正确位置(图l15a)。又如在牛头刨床上加工一个同工件底面及侧面有平行度要求的槽时，用百分表找正工件的右侧面(图l15b)，即可使工件获得正确的位置。槽与工件底面的平行度，由机床的几何精度保证。盲榜扰币泱的窜侍精摩与找币的快慢，取决于找正精度、找正方法、找正工具及工人技术水平。此法多用于单件小批生产或位置精度要求特别高的工件。（2）划线找正法划线找正法是在机床上用划针按毛坯或半成品上所划的线找正工件，使其获得正确位置的一种方法(图116)。由于受到划线精度及找正精度的限制，此法多用于生产批量较小、毛坯精度较低以及大型零件等

24、不便于使用夹具的粗加工中。 （3）采用夹具定位 此法是用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法(图14c)。采用夹具定位使工件定位迅速方便，定位精度也比较高，广泛用于成批和大量生产。 （三）定位的基本原理 零件在空间位置的自由度，用直角坐标来表示时，共有六个，即沿x、y、z轴三个方向的移动，以及绕x、y、z轴的转动，(图l17a)，要使工件在空间处于相对固定不变的位置，就必须限制其六个自由度。限制方法如图117b所示，用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基面接触来限制。此时： 在xoy平面内，用三个支承点限制了x转动、y转动和z移动三个自由度； 在yoz平面内，用两个支承点限制了x移

25、动和z转动两个自由度； 在Joz平面内，用一个支承点限制了y移动一个自由度。上述用六个支承点限制工件的六个自由度的方法，称为六点定位原理。 图l17中工件的A面与三个支承点接触，限制了三个自由度，称为主要定位基准。显然，三个支承点之间的面积越大，支承工件就越稳定；工件的表面越整，定位越可靠。所以，在满足加工表面位置精度的前提下，一般应选择工件上大而平整的表面作为主要定位基准。B面与两个支承点接触，限制了两自由度，称为导向定位基准。C面与一个支承点接触，限制了个自由度，称为止推定位基准。 在机械加工中，定位与夹紧是两个不同的概念。定位是使工件在机床或夹具中占据一正确位置，而夹紧是使工件的这一正确

26、位置在加工过程中保持不变。所以夹紧是不能代替定位的。也就是说，认为“工件被夹紧了，它的自由度也被限制了”这概念是错误的。 在生产实践中，工件定位时需要限制的自由度数目应根据加工表面的尺寸及位置要求来确定。 图l18为加工压板导向槽的示例。由于要求槽深方向的尺寸A2，故要限制z方向的移动自由度；由于要求槽底面与C面平行，故绕x轴的转动自由度及绕y轴的转动自由度要限制；由于要保证槽长A1，故在x方向的移动自由度要限制；由于导向槽要在压板的中心，与长圆孔一致，故在y方向的移动自由度和z轴的转动自由度要限制。这样，压板在加工导向槽时，六个自由度都被限制了，称为完全定位。图118为在平面磨床上磨一平板的

27、实例。加工要求保证板厚B，同时，加工表面要与底面平行。这时，只要限制x转动、y转动和z移动就可以了。这种根据零件加工表面要求限制少于六个自由度的方法称为对应定位。工件在某工序加工时，根据加工面的尺寸和位置要求定位而未能满足其限制的自由度数目时，称为欠定位。如图118a所示的压板导槽加工，减少限制任何个自由度都是欠定位。欠定位是不允许的，因为工件在欠定位的情况下，将不能保证其加工的精度要求。 如果某一个自由度同时由多于个的定位元件来限制，称为过定位，或称重复定位。图l19所示为一零件在王自由度上有左右两个支承点限制，这就产生了过定位。 图120是齿轮毛坯定位的示例。其中图a是短销、大平面定位。短

28、销限制了x、y两个移动自由度，大平面限制了x转动、y转动、z移动三个自由度，无过定位。图b是长销、小平面定位。长销限制了x移动、y移动、x转动、y转动四个自由度，小平面限制了z移动一个自由度，也无过定位。图c是长销、大平面定位。长销限制了x移动、y移动、x转动、y转动四个自由度，大平面限制了x转动、y转动、z移动三个自由度。因为x转动、y转动有两个定位元件限制，所以产生了过定位。过定位一般是不允许的，因为它可能产生破坏定位、工件不能装入(图119)、工件变形或夹具变形(图120)等后果。但如果工件与夹具定位面的精度都较高，过定位是允许的。 图120 过定位情况分析 （四）定位基准选择 定位基准

29、有粗基准与精基准之分。在加工的起始工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。利用已经加工过的表面作定位基准，称为精基准。 粗基准的选择 选择粗基准时，主要考虑两个问题：一是合理地分配各加工面的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时参考下列原则： 图l2l 粗基准的选择 （1）对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选择不加工表面作粗基准(图l21a)。如果零件上有多个不加工表面，则应以其中与加工面相互位置要求较高的表面作粗基准，如图121b所示，该零件有三个不加工表面，若表面4与表面2所组成的壁厚均

30、匀度要求较高时，则应选择表面2作为粗基准来加工台阶孔。 （2）对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理地分配各表面的加工余量。在加工余量的分配上应该注意下列两点： 1）应保证各主要加工表面都有足够的余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最小的表面作粗基准，如图l21c所示的阶梯轴，应选择55mm外圆表面作粗基准。 2）对于工件上的某些重要表面(如导轨和重要孔等)，为了尽可能使其加工余量均匀，则应选择重要表面作粗基准。如图l22所示的车床床身，导轨表面是重要表面，要求耐磨性好，且在整个导轨表面内具有大体一致的力学性能。因此，加工时应选导轨表面作为粗基准加工床腿底面(图l22a)，然后以

31、床腿底面为基准加工导轨平面(图122b)。 （3）粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只允许使用一次，以免产生较大的定位误差。如图123所示的小轴加工，如重复使用B面去加工A、C面，则必然会使A面与C面的轴线产生较大的同轴度误差。 （4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口，冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。 精基准的选择 精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便，夹具结构简单。选择精基准一般应遵循以下原则： (1)“基准重合”原则 为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为定位基准。这一原则称为“基准重合”原则。例如图124所示，当工件表面间的尺寸按图a标注时，表面B和表面C的加工，根据“基准重合”