【现货速发】机械制造工艺

为了适应机械制造及其自动化专业的专业教学改革需要，编者根据“卓越工程师教育培养计划”的要求，突出理论和实践结合，同时执行“机械制造工艺及设备专业教学指导委员会”制定的教学计划和课程教学大纲，在吸取国内外优秀教材优点的基础上，结合多年的教学实践，编写了这本在学时和内容上均适合高等工科院校学生使用的《机械制造工艺》教材。本教材在编写体系上按照机器产品的制造过程，由浅入深地编写了有关机器产品加工、装配的基本内容，以及反映本学科发展方向的计算机辅助工艺编制、计算机辅助夹具设计、机械加工技术新进展等新内容。本教材各章内容有所侧重，重点阐述机器产品制造中的某一方面的问题。各章之间通过有机的联系，综合阐述，分析和解决机器产品加工、装配的质量、效率和成本等问题。第1章为绪论，主要介绍有关机械制造工程技术的发展、生产过程、工艺过程、生产类型和基本加工方法等概念。第2章为工件的定位，主要介绍基准的概念及其分类、工件的定位原理、定位元件及选择，奠定后续学习的基础。第3章为机床夹具设计，主要是研究机床夹具及其组成、工件的装夹方式、定位误差分析、工件的夹紧装置设计、夹具的设计、计算机辅助夹具设计问题，并通过各类机床夹具范例，阐明了机床夹具的设计方法、步骤，探讨了利用计算机辅助设计夹具方法及需要解决的问题。第4章为机械加工工艺规程的制定，主要是以机器零件为研究对象，通过合理安排它的机械加工工艺过程来实现机器零件制造过程中的优质、高效和低消耗问题，并对数控加工工艺设计、计算机辅助工艺过程设计进行了阐述和探讨。第5章为机械加工精度，主要是以机器零件的加工表面为研究对象,分析研究控制各种误差，保证零件的尺寸、形状和位置精度等问题。第6章为机械加工表面质量，主要是以机器零件的加工表面为研究对象，分析研究控制加工表面粗糙度和物理、力学性能等问题，进而保证机器零件的使用性能和寿命。第7章为机器的装配工艺，主要是以整台机器为研究对象，分析研究保证机器的装配精度和提高装配效率等问题。第8章为机械加工技术新进展，主要是为了适应本学科发展的要求，介绍了微机械及其微细加工技术、人工神经元网络在切削加工技术中的应用、数值模拟在切削加工技术中的应用、新型刀具材料、现代机械加工设备等前沿技术及装备。为帮助学生进一步理解和掌握教材的主要内容，在各章后面均附有一定数量的习题。本书可作为高等工科院校机械设计制造及其自动化专业和有关专业学生的教材，也可供有关工程技术人员参考。对本教材的不足之处，恳请广大读者批评指正。编者2016年12月

3.1机床夹具概述3.1.1机床夹具及其组成
机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。图31所示为在铣床上使用的夹具,图31(a)为在该夹具上加工的连杆零件工序图，图31(b)为夹具实体图，图31(c)为夹具装配图。工序要求工件以一面两孔定位，分四次安装铣削大头孔两端面处的共八个槽。工件以端面安放在夹具底板4的定位面N上，大、小孔分别套在圆柱销5和菱形销1上，并用两个压板7压紧。夹具通过两个定向键3在铣床工作台上定位，并通过夹具底板4上的两个U形槽，用T形槽螺栓和螺母紧固在工作台上。铣刀相对于夹具的位置则用对刀块2调整。为防止夹紧工件时压板转动，在压板的一侧设置了止动销11。由图31可以看出机床夹具的基本组成部分，主要包括： (1) 定位元件(或装置)。用以确定工件在夹具上的位置，如夹具底板4(顶面N)、圆柱销5和菱形销1。(2) 刀具导向元件(或装置)。用以引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置，如对刀块2。(3) 夹紧元件(或装置)。用以夹紧工件，如压板7、螺母9、螺栓10等，对于自动夹具还有气缸、液压缸等驱动装置。(4) 连接元件。用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接，如定位键3、夹具底板4的U形槽等。(5) 夹具体。用以连接夹具各元件(或装置)，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上，如夹具底板4。(6) 其他元件(或装置)。除上述（1）~（5）以外的元件(或装置)，如某些夹具上的分度装置、防错（防止工件错误安装）装置、安全保护装置，为便于卸下工件而设置的顶出器等。图31中的止动销11也属于此类元件。

图31连杆铣槽夹具
1—菱形销； 2—对刀块； 3—定向键； 4—夹具底板； 5—圆柱销； 
6—工件； 7—压板； 8—弹簧； 9—螺母； 10—螺栓； 11—止动销

3.1.2机床夹具的功能机床夹具的主要功能如下： （1） 保证加工质量。使用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及待加工表面相互之间的位置精度。在使用机床夹具后，这种精度主要依靠夹具和机床来保证，而不再依赖于工人的技术水平。（2） 提高生产效率，降低生产成本。使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，且易实现多件、多工位加工。在现代机床夹具中，广泛采用气动、液动等机动夹紧装置，可使辅助时间进一步减少。（3） 扩大机床工艺范围。在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。如在车床或钻床上使用镗模，可以代替镗床镗孔。又如使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。（4） 减轻工人劳动强度，保证安全生产。3.1.3机床夹具的分类机床夹具可以有多种分类方法。通常按机床夹具的使用范围，可分为五种类型。(1) 通用夹具。如在车床上常用的自定心卡盘、单动卡盘、，铣床上常用的机用平口钳、分度头、回转工作台等均属此类夹具。该类夹具由于具有较大的通用性，故得其名。通用夹具一般已标准化，并由专业工厂（如机床附件厂）生产，常作为机床的标准附件提供给用户。(2) 专用夹具。这类夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计的，因其用途专一而得名。图31所示的连杆铣槽夹具就属专用夹具。专用夹具广泛应用于批量生产中。(3) 可调整夹具和成组夹具。这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件成组加工的夹具，通常称为成组夹具。与成组夹具相比，可调整夹具的加工对象不很明确，适用范围更广一些。(4) 组合夹具。这类夹具由一套标准化的夹具元件，根据零件的加工要求拼装而成。就好像搭积木一样，不同元件的不同组合和连接可构成不同结构和用途的夹具。夹具用完以后，元件可以拆卸重复使用。这类夹具特别适合于新产品试制和小批量生产。(5) 随行夹具。这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由输送装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。机床夹具也可以按照加工类型和在什么机床上使用来分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具和数控机床夹具等。机床夹具还可以按其夹紧装置的动力源来分类，可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具和真空夹具等。3.2工件的装夹方式3.2.1装夹的概念
将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹。为了保证一个工件加工表面的精度，以及使一批工件的加工表面的精度一致，那么一个工件放到机床上或夹具中，首先必须占有某一相对刀具及切削成形运动（通常由机床提供）的正确位置，且逐次加工的一批工件都应占有相同的正确位置，这便叫做定位。为了在加工中使工件在切削力、重力、离心力和惯性力等力的作用下，能保持定位的正确位置不变，必须把零件压紧、夹牢，这便是夹紧。工件的装夹，可根据工件加工的不同技术要求，采取先定位后夹紧或在夹紧过程中同时 实现定位这两种方式，其目的都是为了保证工件在加工时相对刀具及成形运动具有正确的位置。例如，在牛头刨床上加工一槽宽尺寸为B的通槽,若此槽只对A面有尺寸和平行度要求（见图32(a))，可采用先定位后夹紧的装夹方式； 若此槽对左右侧面有对称度要求 (见图32(b))，则要求采用在夹紧过程中实现定位的对中装夹方式。

图32采用不同装夹方式的工件
3.2.2装夹的方法工件在机床上的装夹，一般可采用如下几种装夹方法。1. 直接装夹直接装夹是利用机床上的装夹面来对工件直接定位的，工件的定位基准面只要靠紧在机床的装夹面上并密切贴合，不需找正即可完成定位。此后，夹紧工件，使其在整个加工过程中不脱离这一位置，就能得到工件相对刀具及成形运动的正确位置。图33所示即是直接装夹的示例。

图33直接装夹

图33（a)中,工件的加工面A要求与工件的底面B平行，装夹时将工件的定位基准面B靠紧并吸牢在磁力工作台上即可； 图33（b)中工件为一夹具底座，加工面A要求与底面B垂直并与底部已装好导向键的侧面平行，装夹时除将底面靠紧在工作台面上之外，还需使导向键侧面与工作台上的T形槽侧面靠紧； 图33（c)中工件上的孔A只要求与工件定位基准面B垂直，装夹时将工件的定位基准面紧靠在钻床工作台面上即可。2. 找正装夹找正装夹利用可调垫块、千斤顶、四爪卡盘等工具，先将工件夹持在机床上，将划针或百分表安置在机床的有关部件上，然后使机床作慢速运动。这时划针或百分表在工件上划过的轨迹即代表着切削成形运动的位置，根握这个轨迹调整工件，使工件处于正确的位置。例如图34(a)中，在车床上加工一个与外圆表面具有一个偏心量为e的内孔，可采用四爪卡盘和百分表调整工件的位置，使其外圆表面轴线与主轴回转轴线恰好相距一个偏心量e，然后再夹紧工件加工； 图34(b)中，在立式铣床上铣削加工一个与侧面平行的燕尾槽，也可通过百分表调整好工件应具有的正确位置再夹紧工件加工。

图34找正装夹方法

对于形状复杂，尺寸、重量均较大的铸、锻件毛坯，若其精度较低不能按其表面找正，则可预先在毛坯上将待加工面的轮廓线划出，然后再按所划的线找正其位置，亦属于找正装夹。找正装夹方法的缺点是费时间，生产效率低，所能达到的装夹精度与操作工人的技术水平和所使用的找正工具的精度有关，故主要适用于单件、小批生产。3. 夹具装夹夹具是根据工件加工某一工序的具体加工要求设计的，其上备有专用的定位元件和夹紧装置，被加工工件可以迅速且准确地装夹在夹具中。采用夹具装夹时，先在机床上安装好夹具，使夹具上的安装面与机床上的装夹面靠紧并固定，然后在夹具中装夹工件，使工件的定位基准面与夹具上定位元件的定位面靠紧并固定(见图35)。由于夹具上定位元件的定位面相对夹具的安装面有一定的位置精度要求，故利用夹具装夹就能保证工件相对刀具及成形运动的正确位置关系。

图35工件、夹具和机床之间的位置关系
a—工件的加工面； b—工件的定位基准面； c—夹具上定位元件的定位面； 
d—夹具的安装面； e—机床的装夹面； f—刀具的切削成形面
采用夹具装夹工件，易于保证加工精度、缩短辅助时间、提高生产效率、减轻工人劳动强度和降低对工人的技术水平要求，故特别适用于成批和大量生产。3.2.3夹具装夹及其误差由于在生产中广泛采用夹具装夹，故需对夹具装夹过程及夹具装夹误差作进一步的分析。1. 夹具装夹过程图36（a）所示为在车床尾座套筒工件上铣一键槽的工序简图，其中除键槽宽度12H8由铣刀本身宽度保证外，其余各项要求需依靠工件相对于刀具及切削成形运动所处的位置来保证。如图36(b)所示，这个正确位置为： 

图36尾座套筒工件铣键槽工序及工件加工时的正确位置
(1) 工件70h6外圆的轴向中心面D与铣刀对称平面C重合； (2) 工件70h6