资源简介

项目一 金属切削的基础知识
一、教学目标
任务1金属切削概述
1.了解金属机械切削加工中表面成形与切削运动概念和它们之间的关系。
2.了解切削用量的基本概念。
3.掌握切削层参数的概念。
任务2刀具基础知识
1.了解车刀的组成部分。
2.了解刀具角度的参考系。
3.熟练掌握刀具的标注角度。
4.熟悉刀具材料的性能和种类。
5.掌握刀具材料的选用标准。
任务3金属切削过程中的物理现象
1.了解切削层的3个变形区。
2.熟悉切削的形成过程及受力分析。
3.了解切削用量的选择方法。
4.理解金属切削的常用概念。
任务4金属切削机床的基本知识
1.了解机床的几种分类方式。
2.掌握机床型号的编制规则和编制方法。
3.掌握机床运动的形成和成因。
4.理解机床传动的工作原理。
二、课时分配
本章共4个任务，本章安排6课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，了解切削用量的基本概念，熟练掌握刀具的标注角度，熟悉刀具材料的性能和种类，熟悉切削的形成过程及受力分析，理解金属切削的常用概念，理解机床传动的工作原理。
四、教学难点
1.掌握切削层参数的概念。
2.掌握刀具材料的选用标准。
3.掌握机床型号的编制规则和编制方法。
4.掌握机床运动的形成和成因。
五、教学内容
任务1金属切削概述
活动1切削表面
活动2切削运动
要使刀具从工件毛坯上切除多余的金属，使其成为具有一定形状和尺寸的零件，刀具和工件之间必须具有一定的相对运动，这种切削加工过程中的刀具与工件之间的相对运动称为切削运动。
1.主运动
2.进给运动
3.合成切削运动
4.其他运动
活动3切削要素
切削要素可分为两大类，即切削用量要素和切削层横截面要素。
1.切削用量要素
(1)切削速度
(2)进给量
(3)背吃刀量(切削深度)
2.切削层横截面要素
切削层是指切削部分的单一动作所切除的工件材料层，规定在刀具的基面中度量。当切削加工时，切削层指刀具正在切削着的这一层金属。切削层形状和尺寸直接决定了刀具承受的负荷以及切屑的形状和尺寸。切削层横截面要素包括切削宽度、切削厚度和切削面积3个要素。
切削宽度(2)切削厚度(3)切削面积
任务2刀具基础知识
活动1刀具的切削部分
虽然市面上的金属刀具种类繁多，但它们切削部分的几何形状与参数都存在共性，即不论刀具结构如何复杂，它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态。
1.车刀的组成
2.刀具角度的参考系
(1)正交平面参考系。如图1-5所示，正交平面参考系由以下3个平面组成。
(2)法平面参考系。如图1-5所示，法平面参考系由基面pr、切削平面ps和法平面pn组成。其中，法平面pn是指过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面。
(3)假定工作平面参考系。如图1-6所示，假定工作平面参考系由基面pr、假定工作平面pf和背平面pp组成。
3.刀具的标注角度
刀具的切削性能、锋利程度及强度主要是由刀具的几何角度来决定的。其中前角、后角、主编角和刃倾角是全切削刃上4个最基本的角度。
(1)在正交平面内标注的角度。
①前角γo。在正交平面内度量的前刀面与基面之间的夹角称为前角。
②后角αo。在正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角称为后角。
③楔角βo。在正交平面内度量的前刀面与后刀面之间的夹角称为楔角。
(2)在切削平面内标注的角度。
刃倾角λs是指在切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角。刀尖位于主切削刃上最高点时，刃倾角为正；刀尖位于主切削刃上最低点时，刃倾角为负。
(3)在基面内标注的角度。
①主偏角κr。主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角称为主偏角。
②副偏角κr′。副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角称为副偏角。
③刀尖角εr。在基面内度量的主切削刃与副切削刃之间的夹角称为刀尖角。
活动2刀具材料
刀具材料的性能好坏是影响加工表面质量、切削效率、刀具寿命的基本因素。目前在金属切削加工生产中，普遍选择常用的刀具材料，但新型的、超硬的刀具材料正被逐渐采用。因此，本活动着重介绍通用型高速钢和碳化钨基硬质合金等常用刀具材料的性质及其选用，也简单介绍一些陶瓷、立方氮化硼、人造金刚石、氮化硅等新型材料的性质和用途。
1.刀具材料的性能
(1)高的硬度。
(2)高的耐磨性。
(3)足够的强度和韧性。
(4)高的耐热性。
(5)良好的工艺性。
2.刀具材料的种类
目前常用的刀具材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料。一般机械加工使用最多的是高速钢和硬质合金。
(1)高速钢。
(2)硬质合金。
(3)其他刀具材料。
①陶瓷。
②超硬材料。
任务3金属切削过程中的物理现象
活动1切削层的变形
1.第一变形区
始滑移面OA与终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄(0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面(也称为滑移面)来表示，它与切削速度的夹角称为剪切角φ。
第一变形区变形特点为剪切变形沿着滑移线发生，随之产生加工硬化。
2.第二变形区
当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底层金属再次产生剪切变形。使切屑底层较薄的一层金属流动滞缓，流动滞缓的一层金属称为滞流层，这一区域称为第二变形区。
3.第三变形区
工件已加工表面受到钝圆弧切削刃的挤压和后面的摩擦，使已加工表面内产生严重变形，已加工表面与后面的接触区称为第三变形区。
活动2切削变形的衡量方法
1.切屑的形成过程
2.切屑的受力分析
切削塑性金属时，切屑底层的金属与刀具的前刀面(切屑流出的表面)在高温高压下，存在着剧烈的摩擦。这层金属由于受到前刀面很大的摩擦阻力，所以它的流动速度较慢。当摩擦阻力增大到一定程度时，这层流动很慢的金属与切屑分离，而形成一个楔块，黏结在刀刃附近的前刀面上。这块金属称为积屑瘤，也叫刀瘤。
积屑瘤的硬度很高，约为工件材料硬度的3倍，因此，它可以代替刀刃进行切削。当刀瘤产生时，增大了前角，使切削工作轻快省力。这对粗加工有好处，但刀瘤在切削时，经常被切屑带走，其高度不断变化，切削厚度就有变化，使切削过程产生振动。刀瘤有时还会嵌入或黏附在已加工表面上，使已加工表面的表面粗糙度增大。因此，在精加工时，要避免积屑瘤产生。
为避免积屑瘤的产生，可采取以下控制措施。
(1)采用高速或低速切削。实践证明，用低于2m／min或高于100 m／min的切削速度切削中碳钢时，是不会产生积屑瘤的。当切削速度较低或较高时，切削区域的温度也较低或较高。在此两种条件下，钢与刀具材料的摩擦因数都较小，故不易产生积屑瘤。用中等速度切削时，切削区域的温度，正好使钢与刀具材料的摩擦因数加大，所以容易产生积屑瘤。切削区域的温度在300 ℃左右时，积屑瘤的高度最大。
(2)增大刀具的前角、研磨刀具的前刀面、使用切削液，都可以减小切削变形和摩擦，从而避免产生积屑瘤。
活动3 金属切削的几个常用概念
金属切削过程是刀具前面推挤切削层，使其产生切屑和得到需要的加工表面的过程。
在切削过程中会出现许多物理现象，如切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等。这些物理现象与加工质量、生产率和制造成本等密切相关。
切削过程的金属变形本质上是工件受到刀具推挤后产生弹性和塑性变形，使切削层与母体金属分离的过程。
1.切屑
金属切削时，由于工件材料、刀具几何角度、切削用量等的差异，会出现4种不同形态的切屑。
(1)带状切屑。切屑连续，成较长的带状，底面光滑，背面无明显裂纹，呈微小锯齿形。一般加工塑性金属（如低碳钢、铜、铝等材料）时形成此类切屑，必要时需采取断屑措施。
(2)节状切屑。切屑背面有较深的裂纹，呈较大的锯齿形。
(3)粒状(单元)切屑。切削塑性材料时，若整个剪切面上的切应力超过了材料断裂强度，所产生的裂纹贯穿切屑断面时，呈粒状切屑。
(4)崩碎切屑。切削铸铁、青铜等脆性材料时，切削层通常在弹性变形后未经塑性变形，突然崩碎而成为碎粒状切屑。
2.加工硬化
经过切削加工的表面，其硬度提高、塑性降低的现象称为加工硬化。硬化层的深度为0.07～0.5mm，硬度为材料原来硬度的1.2～2倍。
切削时产生的硬化层，其硬度和深度是很不均匀的，并常常产生细小的裂纹。这对已加工表面的质量不利。对于还要继续切削的表面，由于硬化层的存在，增加了下次切削的困难。因此，在切削时应尽量减轻加工硬化现象。
一般地说，凡减少切削变形和摩擦的措施，如增大刀具前角、提高切削速度、使用切削液等，都可以减轻加工硬化现象。
3.切削热
在切削过程中，由于工件材料被挤压变形，工件、切屑与刀具的摩擦会产生切削热。工件温度的升高以及切屑温度较高等现象都说明切削热的存在。
切削塑性材料时，切削热主要来自材料被挤压、变形和切屑与刀具的摩擦；切削脆性材料时，切削热主要由工件与刀具的摩擦产生。切削速度低时，变形热占主要地位；切削速度高时，摩擦热的比例增加。
切削热由切屑、工件、刀具和周围介质(如空气、切削液等)传出。当不加切削液，用中等切削速度车削钢材时，切屑传出的热量占总切削热的50％～86％，工件传出的热量占总切削热的10％～40％，刀具传出的热量占总切削热的3％～9％，介质传出的热量占总切削热的1％。
4.切削温度
切削时的发热和散热直接影响到切削温度。切削温度是指工件、切屑和刀具接触处的最高温度，即刀尖附近的温度。由于这里发热量大，散热条件差，温度有时可达700～1 000 ℃。
切削温度太高，会加剧刀具的磨损，甚至使刀具丧失切削能力。而刀具的磨损又会使工件的精度和表面质量降低。工件(尤其是细长轴、薄壁套之类的零件)本身也会受热伸长和膨胀。有时在加工中测量合格的尺寸，冷却后可能就不合格了。细长轴受热后产生轴向弯曲，车后会造成形状误差。
为此，必须设法使切削热产生得少、散热散得快，以降低切削温度。常用的措施如下。
(1)切削时，尽量使用切削液。这对高速钢刀具来说尤其重要。
(2)适当增大前角，可以减少切削热，降低切削温度。
(3)实验证明，车削中切削速度降低1倍，切削温度降低30％左右；进给量降低1倍，切削温度降低15％左右；而切削深度降低1倍时，切削温度只降低7％～8％。如果要降低切削温度，首先要降低切削速度。这样做，既能使切削温度显著降下来，又能使生产率下降最少。
(4)适当减小主偏角，可增加切削刃的散热长度和刀尖处的散热面积，也能降低切削温度。切削温度可通过观察切屑的颜色大致地估计出来。例如，切削碳素钢时，随着切削温度的升高，切屑颜色由银白逐步变为黄白、金黄、紫、深蓝、浅蓝色，其中金黄色反映的切削温度是300～400℃，浅蓝色反映的切削温度是500～600℃。
5.切削液
切削液是为了提高切削加工效果而使用的液体。
(1)切削液的作用。
①冷却作用。
②润滑作用。
③清洗和排屑作用。
(2)切削液的种类。切削液分水基和油基两种类型。常用的水基切削液有合成切削液和乳化液，常用的油基切削液即切削油。
①合成切削液。
②乳化液。
③油基切削液。
④极压型切削液。
(3)切削液的选用。加工过程中使用的切削液要根据工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求、机床类别等情况综合考虑，合理选用。
①根据工件材料选用。
②根据刀具材料选用。
③根据加工方法选用。
④根据加工要求选用。
6.刀具磨损与刀具寿命
切削中，刀具材料的部分微粒被切屑或工件带走而逐渐变钝的现象，叫做刀具磨损。刀具磨损到一定程度时，应及时地把它取下来，进行刃磨。否则，就会使工件精度下降，表面粗糙度上升。机床动力消耗增大，甚至打刀，造成刀具材料的严重浪费。
刀具磨损的原因。(2)刀具的磨损部位。 (3)刀具的磨损限度。(4)刀具寿命。
任务4金属切削机床的基本知识
活动1机床的分类和型号编制方法
在现代机械制造业中，机床品种和规格繁多，机床的名称很长。为了便于区别、管理和使用，须对机床进行分类和编制型号。国家标准GB/T 15375—2008《金属切削机床 型号编制方法》对此进行了专门的规定。
1.机床的分类
(1)按照通用化程度分类，机床可分为以下3种类型。
①通用机床。这类机床可以加工多种零件的不同工序，加工范围广，但结构复杂。例如，普通车床、万能升降台铣床、万能外圆磨床等均属于通用机床。
②专门化机床。这类机床的加工范围较窄，专门用于加工某一类或几类零件的某一道或某几道特定工序。例如，凸轮轴车床、丝杠车床、齿轮加工机床等均属于专门化机床。
③专用机床。这类机床的加工范围窄，用于加工某一种零件的某一道特定工序，具有专用、高效、自动化程度高和易于保证加工精度的特点，适用于大批大量生产。例如，加工车床床身导轨的专用龙门磨床、各种类型的组合机床等均属于此类机床。
(2)按照自动化程度分类，机床可分为手动机床、机动机床、半自动机床和自动机床。
(3)按照机床的工作精度分类，机床可分为普通机床、精密机床和高精度机床。
(4)按照重量和尺寸分类，机床可分为仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。
(5)按照机床的主要工作部件数目分类，机床可分为单刀机床、多刀机床、单轴机床、多轴机床等。
(6)按照数控功能分类，机床可分为非数控机床、一般数控机床、加工中心、柔性制造单元等。
2.金属切削机床型号编制方法
机床型号也称为机床的代号，用于表明机床的类型、通用性和结构特性、主要技术参数等。GB/T 15375—2008《金属切削机床 型号编制方法》规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。
(1)机床类别代号。
(2)机床的通用特性和结构特性代号。
①通用特性代号。②结构特性代号。
(3)机床的组别、系别代号。
(4)机床主参数、设计顺序号及第二主参数。
(5)机床的重大改进顺序号。
(6)其他特性代号。
(7)企业代号。
活动2机床的运动
1.工件表面的形成
2.机床的运动形式
(1)表面成形运动。
图1-12常见表面的加工方法及成形运动
(a)车刀车削外圆柱面； (b)螺纹车刀车削螺纹表面； (c)齿轮滚刀加工齿轮
辅助运动。
活动3机床的传动
1.机床的传动链
(1)外联系传动链。 (2)内联系传动链。
2.机床传动系统图
图1-13是某中型卧式车床的主传动系统的传动系统图。这是12级的分级变速传动系统，通过中间3组滑移齿轮机构使主轴得到12级转速。
图1-13卧式车床主传动系统图
3.机床传动原理图
图1-14传动原理图常用的一部分符号
（a)电动机； （b)主轴； （c)车刀； （d)传动比不变的机械联系；
（e)滚刀； （f)合成机构； （g)换置机构
六、项目小结
1.切削的基本知识
切削表面包括待加工表面、加工表面和已加工表面。
切削运动包括主运动、进给运动和切削运动等。
切削要素包括切削用量要素和切削层横截面要素，其中切削量要素包括切削速度、进给量和背吃刀量，切削层横截面要素包括切削宽度、切削厚度和切削面积。
2.刀具
车刀由刀柄和刀头组成，其切削部分包括前刀面、后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀具，其参考系有正交平面参考系和法平面参考系两种类型。常用的刀具材料有工具钢、硬质合金、陶瓷等。
3.金属切削过程中的物理现象
金属在切削过程中，会产生切削变形、切削热、积屑瘤以及加工硬化等物理现象。
4.金属切削机床
机床按加工性质和所使用刀具不同，可以分为车床、钻床、铣床和拉床等11种类型，其运动形式有表面成形运动和辅助运动等。
七、课后习题
完成项目的项目检测。项目五 机械加工工艺规程
一、教学目标
任务1机械加工工艺过程
1.了解工艺过程的概念。
2.熟悉工艺过程的组成。
3.掌握生产纲领、生产类型及工艺特征。
任务2加工阶段与热处理
1.了解加工阶段的划分。
2.了解划分加工阶段的意义。
3.掌握热处理工序的安排。
任务3工艺规程的制定
1.理解工艺规程的概念，掌握制定工艺规程的要求。
2.掌握制定工艺规程的10个步骤。
二、课时分配
本章共3个任务，本章安排4课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，熟悉工艺过程的组成。了解划分加工阶段的意义。理解工艺规程的概念，掌握制定工艺规程的要求。
四、教学难点
1.掌握生产纲领、生产类型及工艺特征。
2.掌握热处理工序的安排。
3.掌握制定工艺规程的10个步骤。
五、教学内容
任务1机械加工工艺过程
活动1工艺过程的概念
由设计图样变为产品，要经过一系列的制造过程。通常将原材料或半成品转变成为产品所经过的全部过程称为生产过程，它包括原材料的运输、保管和准备，生产的准备工作，毛坯制造工艺过程，零件的机械加工与热处理工艺过程，零件装配成机器的装配工艺过程，机器的质量检查及运行试验，机器的油漆、包装和入库，销售和服务。其中，工艺过程是生产过程的主体，它可以在一个工厂内完成，也可以按专业协作的原则，将产品的若干个零部件分散到若干专业化厂家进行生产，总装厂只进行主要零部件的生产及总装调试，如汽车、飞机制造等行业大都采用这种模式生产。
用切削的方法逐步改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格的零件所进行的劳动过程，称为机械加工工艺过程。在机械制造业中，机械加工工艺过程是最主要的工艺过程。
活动2工艺过程的组成
1.工序
2.安装
3.工步
4.走刀
5.工位
活动3生产纲领与生产类型
1.生产纲领
2.生产类型及其工艺特征
生产类型是企业(或车间、工段、班组、工作地)生产专业化程度的分类，对工艺过程的规划与制定有较大的影响。根据投产的特点，企业的生产可分为3种基本类型，即单件生产、成批生产和大量生产。
单件生产。 (2)成批生产。 (3)大量生产。
任务2加工阶段与热处理
活动1加工阶段的划分
当零件的精度要求较高或零件形状较复杂时，工件毛坯由于材料及毛坯的制造工艺影响，存在着应力集中、金相组织缺陷等因素影响最终加工精度等。有些需要淬火的工件，在热处理后存在着变形，会影响零件的精度。根据加工手段达到的精度，可将整个工艺过程划分为以下几个阶段。
(1)粗加工阶段。粗加工阶段的主要目的是切除绝大部分加工余量。
(2)半精加工阶段。半精加工阶段的主要目的是使次要表面达到图样要求，并为主要表面的精加工提供精基准。
(3)精加工阶段。精加工阶段的主要目的是保证各主要表面达到图样要求。
如果零件主要表面的表面粗糙度Ra值不大于0.01μm时，需要将加工阶段划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工阶段。光整加工阶段的目的是提高尺寸精度和降低表面粗糙度。
活动2划分加工阶段的意义
划分加工阶段的意义有以下几点。
(1)有利于保证加工质量。由于粗加工余量大，切削力大，切削温度高，工件变形大，变形恢复时间长，如果不划分加工阶段，连续进行粗、精加工，会使已加工好的表面精度因变形而受到破坏。
(2)有利于合理使用设备。粗加工应采用精度低、功率大、刚性好的机床，以提高生产率。精加工应采用精度高的机床，既可保证加工质量，又利于长期保持设备精度。
(3)方便安排热处理工序。
(4)有利于提高效率。避免损伤已加工好的主要表面，及时发现毛坯缺陷，及时采取补救措施或报废，以免浪费过多工时。
但是，若加工精度要求较低的重型零件等，可以不划分加工阶段。在实际生产中，是否划分加工阶段，要根据具体情况而定。
活动3热处理工序的安排
1.热处理方法
很多机械零件有硬度、耐磨性等方面的要求，须进行热处理才能保证其性能。常用的热处理有时效、退火、淬火、回火、调质、渗碳和氮化等。
(1)时效。时效是指工件经固溶处理或淬火后在室温或高于室温的适当温度保温，以达到沉淀硬化的目的。在室温下进行的称为自然时效，在高于室温下进行的称为人工时效。
(2)退火。退火是指工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火能消除工件内应力，降低硬度，改善切削条件，减少工件变形，常用于铸件、高碳钢及合金钢等材料制成的工件。
(3)淬火。淬火是指将工件加热到奥氏体后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺，最常见的有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。机械零件还采用局部淬火(仅对工件需要硬化的局部进行的淬火)和表面淬火(仅对工件表层进行的淬火，包括高频感应加热淬火、接触电阻加热淬火、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火等)。淬火能提高材料的硬度和耐磨性，是大部分钢质零件所采用的热处理工艺。表面淬火能使工件表面具有高的硬度与耐磨性，心部具有良好的韧性。
(4)回火。回火是指将工件淬硬后加热到727℃以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，分为低温回火(工件在250℃以下进行的回火)、中温回火(工件在250～500 ℃之间进行的回火)和高温回火(工件在500～650 ℃以上进行的回火)。
(5)调质。调质是指工件淬火并高温回火的复合热处理工艺。调质后的钢件既具有优良的机械性能，又具有优良的切削性能。在零件要求不高时，常采用正火代替调质。
(6)渗碳。渗碳是指将工件放入高温活性碳介质中，使碳原子渗透到工件表层，提高其表面的硬度和耐磨性。
(7)氮化。氮化是指在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。经氮化的工件具有极高的耐磨性。
2.热处理工序
根据热处理工序的目的不同，可将热处理工序分为以下几项。
(1)预备热处理。预备热处理是为了改善工件的组织和切削性能而进行的热处理，如低碳钢的正火和高碳钢的退火。
(2)时效处理。时效处理是为了消除工件内部因毛坯制造或切削加工所产生的残余应力而进行的热处理。
(3)最终热处理。最终热处理是为了提高零件表面层的硬度和强度而进行的热处理，如调质、淬火、渗碳、氮化等。
任务3工艺规程的制定
活动1工艺规程的概念和制定
1.工艺规程的概念
2.制定工艺规程的要求
活动2制定工艺规程的步骤
为制定合理的加工工艺规程，应进行以下步骤。
1.对零件的工艺分析
(1)零件的工艺性审查。 (2)零件结构工艺性的审查。
2.毛坯的选择
3.定位基准的选择
(1)粗基准的选择。 (2)精基准的选择。
4.拟订工艺路线
拟订工艺路线就是把加工零件所需要的各个工序按顺序排列起来，它主要包括以下内容。
(1)根据零件每个加工表面(特别是主要表面)的精度、表面粗糙度及技术要求，选择合理的加工方案，确定每个表面的加工方法和加工次数。在确定加工方案时还应考虑被加工材料的性能及热处理要求。例如，强度低、韧性高的非铁金属不宜磨削，而钢件淬火后一般要采用磨削加工。
(2)不同形状的表面，有各种特定的加工方法。同时，加工方法的选择与加工表面的尺寸有直接关系。
(3)还应考虑本厂和本车间的现有设备情况、技术条件和工人技术水平，合理地安排机械加工工序、热处理工序、检验工序和其他辅助工序，以便保证加工质量，提高生产率，提高经济效益。
在安排机械加工工序时，必须遵循以下几项原则。
(1)基准先行。 (2)先粗后精。 (3)先主后次。(4)先面后孔。
5.工序的集中与分散
制定工艺路线时，在确定了加工方案以后，就要确定零件加工工序的数目和每道工序所要加工的内容。可以采用工序集中原则，也可以采用工序分散原则。
(1)工序集中原则。 (2)工序分散原则。
6.确定加工余量
要使毛坯变成合格零件，从毛坯表面上所切除的金属层称为加工余量。加工余量包括总余量和工序余量。从毛坯到成品总共需要切除的余量称为总余量。在某工序中所要切除的余量称为该工序的工序余量。总余量应等于各工序的余量之和。工序余量的大小应按加工要求来确定。余量过大，既浪费材料，又增加切削工时；余量过小，会使工件的局部表面切削不到，不能修正前道工序的误差，从而影响加工质量，甚至造成废品。
7.确定各工序的机床设备及刀具、夹具、量具
(1)确定各工序的机床设备。机床设备的主要规格尺寸应与工件轮廓尺寸相适应；机床设备的精度应与工序要求的加工精度相适应；机床设备的生产率应与生产类型相适应。一般在单件、小批生产时选择通用机床，大批和大量生产时选择高生产率的半自动、自动机床及专用设备。
(2)确定各工序的刀具、夹具、量具。一般采用标准刀具、通用刀具，有时为了保证各加工表面的位置精度和提高生产率，也可采用复合刀具及专用刀具，刀具的类型、规格及精度等级应符合加工要求。单件、小批生产应尽量选用通用夹具、组合夹具；大批、大量生产则尽量使用高生产率的专用夹具。单件、小批生产一般选用通用量具；大批、大量生产则应采用各种极限量规和高生产率的专用检具。量具的精度应高于工件的精度。
8.确定切削用量
在工艺规程中一般对切削用量不作规定，由操作者自行选用，但在以下情况必须确定工序的切削用量并严格执行。
(1)一些对尺寸精度及表面质量要求特别高的工序，已经工艺试验或生产实践确定的切削用量。
(2)在大量生产中，在组合机床、自动机床上加工的工序，以及流水线、自动线上的各道工序。
9.确定工时定额
工时定额是指完成某一零件或工序所规定的时间，它是制定生产计划、核算成本的重要依据，也是新建和扩建工厂(或车间)时决定设备和人员的重要资料。工时定额一般参照实际生产经验，并考虑有效地利用生产设备和工具，实事求是地予以估定。在大批、大量生产或新建、扩建工厂(或车间)时则应依据有关手册资料进行分析、计算，并修正确定。
10.填写工艺文件
工艺过程拟订之后，将工序号、工序内容、工艺简图、所用机床等项目内容用图表的方式填写成技术文件。工艺文件的繁简程度主要取决于生产类型和加工质量。常用的工艺文件有以下几种。
(1)机械加工工艺过程卡片。 (2)机械加工工序过程卡片。 (3)机械加工工艺(综合)卡片。
六、项目小结
1.机械加工工艺过程
用切削的方法逐步改变毛坯形状、尺寸和表面质量，使之成为合格的零件所进行的劳动过程称为机械加工工艺过程，主要包括工序、安装、工步、走刀和工位等。
2.加工阶段
加工阶段一般划分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段。
3.热处理
热处理工序一般可分为预备热处理、时效处理和最终热处理，常用的热处理方法有退货、淬火、回火、调质、渗碳等。
4.工艺规程
工艺规程的制定步骤：对零件进行工艺分析、选择毛坯和定位基准、拟定工艺路线、确定工序和加工余量、确定各工序机床设备与工具、确定切削用量和工时定额、填写工艺文件。
5.机械加工技术文件
机械加工技术文件包括机械加工工艺过程卡片、机械加工工序过程卡片和机械加工工艺(综合)卡片。
七、课后习题
完成项目的项目检测。项目七 装配工艺
一、教学目标
任务1装配概述
1.掌握装配的概念与装配工作的组成。
2.了解零件、套件、组件、部件的概念。
3.了解总装的概念。
4.掌握装配精度的概念。
任务2装配尺寸链
1.掌握装配的尺寸链的概念。
2.熟悉装配尺寸链的查找方法。
任务3保证装配精度的方法
1.掌握保证装配精度的几种方法。
2.了解几种保证装配精度方法的区别。
任务4装配工艺规程的制定
1.了解装配工艺规程的主要内容与制定步骤。
2.熟悉装配工艺规程的基本原则。
3.掌握装配元件系统图的概念。
二、课时分配
本章共4个任务，本章安排4课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，了解零件、套件、组件、部件的概念。熟悉装配尺寸链的查找方法。了解几种保证装配精度方法的区别。熟悉装配工艺规程的基本原则。
四、教学难点
1.掌握装配的概念与装配工作的组成。
2.掌握装配精度的概念。
3.掌握装配的尺寸链的概念。
4.掌握保证装配精度的几种方法。
5.掌握装配元件系统图的概念。
五、教学内容
任务1装配概述
活动1机器装配的基本知识
任何机器都是由零件、套件、组件、部件等组成的。为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的部分，称为装配单元。
零件是组成机器的最小单元，它是由整块金属或其他材料制成的。零件一般都预先装成套件、组件、部件后才安装到机器上。
套件是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成的。它是最小的装配单元。组件是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。例如，机床主轴箱中的主轴，在基准轴件上装上齿轮、套、垫片、键及轴承的组合件称为组件。
部件是在一个基准零件上，装上若干组件、套件和零件构成的。部件在机器中能完成一定的、完整的功用。例如，车床的主轴箱装配就属于部件装配。
在一个基准零件上，装上若干部件、组件、套件和零件就成为整个机器，把零件和部件装配成最终产品的过程称为总装。例如，卧式车床就是以床身为基准零件，装上主轴箱、进给箱、溜板箱等部件及其他组件、套件、零件所组成的。
活动2装配精度
1.装配精度的概念
产品的装配精度一般包括以下几个方面。
(1)尺寸精度。尺寸精度包括相关零部件的距离精度和配合精度。
(2)位置精度。位置精度包括相关零部件间的同轴度、平行度、垂直度等。
(3)相对运动精度。相对运动精度指具有相对运动的零部件在运动方向和运动速度上的精度。
(4)接触精度。接触精度是指两个相互接触、相互配合的表面接触点数量及其分布情况与规定值的符合程度，常以接触面积大小及接触点的分布来衡量。
2.装配精度与零件精度的关系
各种机器或部件都是许多零件有条件地装配在一起的。各个相关零件的误差累积起来，就反映到装配精度上。因此，机器的装配精度受零件特别是关键零件的加工精度影响很大。
任务2装配尺寸链
活动1装配尺寸链的概念
在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链称为装配尺寸链。装配尺寸链的封闭环就是装配所要保证的装配精度或技术要求。装配精度(封闭环)是零部件装配后才最后形成的尺寸或位置关系。在装配关系中，对装配精度有直接影响的零部件的尺寸和位置关系，都是装配尺寸链的组成环。装配尺寸链可分为3种类型。
1.线性装配尺寸链
线性装配尺寸链由长度尺寸组成，各环相互平行且在同一平面内。
2.角度装配尺寸链
角度装配尺寸链由角度、平行度、垂直度、同轴度等组成，各环互不平行。
3.平面装配尺寸链
平面装配尺寸链由成角度关系布置的长度尺寸构成，且处于同一彼此平行的平面内。
活动2装配尺寸链的查找方法
1.装配尺寸链的查找方法
首先根据装配精度要求确定封闭环。再取封闭环两端的任一个零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为查找的线索，分别找出影响装配精度要求的相关零件(组成环)，直至找到同一基准零件，甚至是同一基准表面为止。
装配尺寸链也可从封闭环的一端开始，依次查找相关零部件直至封闭环的另一端，也可以从共同的基准面或零件开始，分别查到封闭环的两端。
2.查找装配尺寸链应注意的问题
在查找装配尺寸链时，应注意以下问题。
(1)装配尺寸链应进行必要的简化。机械产品的结构通常都比较复杂，对装配精度有影的因素很多，查找尺寸链时，在保证装配精度的前提下，可以不考虑那些影响较小的因素，使装配尺寸链适当简化。
(2)装配尺寸链组成的“一件一环”原则。在装配精度既定的条件下，组成环数越少，则各组成环所分配到的公差值就越大，零件加工越容易、越经济。
在查找装配尺寸链时，每个相关的零部件只应有一个尺寸作为组成环列入装配尺寸链，即将连接两个装配基准面间的位置尺寸直接标注在零件图上。这样组成环的数目就等于有关零部件的数目，即一件一环，这就是装配尺寸链的最短路线(环数最少)原则。
(3)装配尺寸链的“方向性”。在同一装配结构中，在不同位置方向都有装配精度的要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。
任务3保证装配精度的方法
活动1完全互换法
完全互换法就是在装配时，对参加装配的零件，直接按其加工所得的尺寸进行装配，不经过任何选择、修配或调节都能达到装配精度的要求。为此，就应按极值法解装配尺寸链来确定各组成环(或零件有关尺寸)的公差和上、下偏差。此外，当在大批大量(或批量较大的)生产条件下，采用了概率法解装配尺寸链确定出各组成环(或零件有关尺寸)的公差和上、下偏差，此时假定加工出的各零件尺寸的分布符合正态分布、各环的尺寸分散中心与各自的公差带中点重合、各环的公差值又包容其尺寸分散范围、封闭环的平均尺寸等于增环平均尺寸之和减去减环的平均尺寸之和，这样加工出的零件也能满足完全互换的要求。
在设计装配体时，常遇到有外购件或标准件，它们的尺寸和偏差都是已知的(如滚动轴承的外径、内径和宽度的尺寸及偏差都已由轴承厂确定)，因此在装配尺寸链计算中，只要确定好它们是增环或减环，然后把它们已知的尺寸代入尺寸链中应有的位置进行计算即可。如果遇到并联尺寸链，它们的公共环在计算第一个尺寸链时是未知量，在计算第二个尺寸链时就应按已知量进行处理。
采用完全互换法进行装配，使装配过程简单，生产率高，易实现流水装配作业，便于组织协作生产，便于维修中更换零件。但当装配精度要求较高、装配体中组成环数较多时，就会使零件尺寸公差过小，造成加工困难。对于这种情况，就要考虑采用其他装配方法。
活动2选择装配法
选择装配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证规定的装配精度要求。在实际生产中，选择装配法还可分成各种不同情况。
1.直接选配
2.分组互换
3.分组选配
4.分组选配后研配
活动3修配法
修配法是指用钳工或机械加工的方法修整产品某个有关零件的尺寸以获得规定装配精度的方法。这样产品中其他有关零件就可以按照经济加工精度进行制造。这种方法常用于产品结构比较复杂(或尺寸链环数较多)、产品精度要求高，以及单件和小批生产等情况。
用修配法进行装配，装配工作复杂、劳动量大。产品装配以后，先要测量产品的装配精度，如果不合格，就要拆开产品。对某一零件进行修整，然后重新装配，进行检验，直到满足规定的精度为止。
修配法作为解尺寸链的一种方法来说，就是修配尺寸链中某一预定组成环的尺寸，使封闭环达到规定的精度。通常所选择的修配件应是容易进行修配加工，并且对其他尺寸链没有影响的零件。
计算尺寸链决定修配环的实质尺寸时，要使修配时有足够的、而且是最小的修配量。修配环在修配时对封闭环尺寸变化的影响不外乎两种情况，即使封闭环尺寸变小，或者变大。
修配法有3种方式，即独件修配法、合并加工修配法和就地加工修配法。
1.独件修配法
2.合并加工修配法
3.就地加工修配法
活动4调节法
对于精度要求高且组成环数又较多的产品和部件，在不能用互换法进行装配时，除了用分组互换和修配法外，还可用调节法来保证装配精度。
调节法的特点也是按经济加工精度确定零件的公差，由于每一个组成环的公差取得较大，就必然会使装配部件超差。为了保证装配精度，可改变一个零件的位置(动调节法)，或选定一个(或几个)适当尺寸的调节件(也称补偿件)加入尺寸链(固定调节法)来补偿这种影响。
动调节法是通过移动或旋转来改变零件的位置，可较方便地达到装配精度。
固定调节法是在尺寸链中选定或加入一个零件作为调节环。作为调节环的零件是按一定尺寸间隙级别制成的一组专门零件，根据装配时的需要，选用其中的某一级别的零件来作为补偿，从而保证所需要的装配精度。通常使用的调节件有垫圈、垫片、轴套等。
最后需要说明的是，利用尺寸链分析计算装配精度，仅考虑了零件尺寸和公差的影响，实际上，零件的几何形状和表面间的位置误差也会影响封闭环。不过零件的形状误差一般都在规定的公差范围以内，可以不予考虑。至于表面位置误差，除零件图上特别标明者外，一般也可忽略不计。
此外在分析计算中没有考虑由于结构的刚性不足所引起的弹性变形、温度变形以及使用过程中零件的磨损，在实际计算时应根据实际情况予以适当的考虑。
任务4装配工艺规程的制定
1.装配工艺规程的主要内容
2.制定装配工艺规程的基本原则及原始资料
3.制定装配工艺过程的步骤
4.装配元件系统图
六、项目小结
1.装配
装配是指把加工好的零件按一定顺序和技术要求连接到一起，成为一部完整的机器，它必须可靠地实现机器(或产品)设计的功能。
2.装配尺寸链
在机器装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链称为装配尺寸链。
3.装配工艺
装配工艺的制定步骤：研究产品装配图及验收技术条件，确定装配方法与组织形式，划分装配单元和组织形式，划分装配工序，确定工序的时间定额。
七、课后习题
完成项目的项目检测。项目二 夹具
一、教学目标
任务1机床夹具综述
1.了解夹具的概念。
2.熟悉常用夹具的作用和使用方法。
3.掌握机床夹具的分类。
4.熟悉机床夹具的组成。
5.了解各类机床夹具的结构、功能及工作原理。
任务2夹具的定位原理
1.了解自由度的概念。
2.掌握六位定位原则和分类方法。
3.掌握选择定位基准的基本原则。
任务3定位方法与定位元件
1.熟悉定位元件的基本要求。
2.了解定位方式的种类。
3.掌握常用定位元件的选用方法。
任务4定位误差分析与夹紧装置
1.熟悉定位误差产生的原因，掌握定位误差的计算方法。
2.掌握夹紧装置的概念、组成。
3.了解常用的典型夹紧机构。
任务5分度装置与夹具体
1.熟悉分度装置的基本结构和分度对定机构。
2.了解分度对定机构，掌握对定机构的控制原理。
3.掌握模具夹的铸造结构、锻造结构、焊接结构、装配结构以及选用标准。
二、课时分配
本章共5个任务，本章安排6课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，熟悉常用夹具的作用和使用方法。熟悉机床夹具的组成。了解自由度的概念。熟悉定位元件的基本要求。熟悉定位误差产生的原因，掌握定位误差的计算方法。熟悉分度装置的基本结构和分度对定机构。
四、教学难点
1.掌握机床夹具的分类。
2.掌握六位定位原则和分类方法。
3.掌握选择定位基准的基本原则。
4.掌握常用定位元件的选用方法。
5.掌握夹紧装置的概念、组成。
6.掌握模具夹的铸造结构、锻造结构、焊接结构、装配结构以及选用标准。
五、教学内容
任务1机床夹具综述
活动1夹具的概念和使用方法
1.夹具的概念
2.常用装夹方法
活动2机床夹具的作用和分类
1.机床夹具的作用
机床夹具在机械加工过程中发挥着相当重要的作用，主要包括以下几点。
(1)保证工件的加工精度，主要是保证零件加工表面的相互位置精度。
(2)提高生产率。
(3)扩大机床的加工范围。
(4)减轻工人的劳动强度。
2.机床夹具的分类
可以按照不同的属性对机床夹具进行不同的分类，图2-1为机床夹具常用的分类方法。
活动3机床夹具的组成
图2-2为一种专供加工轴套零件上φ6H9径向孔的钻床夹具。内孔及端面是工件的定位基准。在夹具的定位销6及其台阶上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4，将工件夹紧，由于钻套1的中心到定位销6端面的位置是根据工件上φ6H9孔中心到工件端面的尺寸L来确定的，这样不仅确定了工件与钻头之间的正确加工位置，而且能在加工中防止钻头的轴线引偏。
通过上述实例可知机床夹具一般包括以下几部分。
1.定位支撑元件
定位支撑元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置，图2?2中定位销6就是定位元件。
2.夹紧装置
如图2-2所示，开口垫圈4和螺母5都是夹紧装置的组成零件。其作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不发生改变。
3.连接定向元件
连接定向元件的作用是将夹具与机床连接并确定夹具与机床主轴、工作台或导轨的相互位置。
4.对刀元件或导向元件
如图2-2所示，钻套1的作用是确定、引导刀具相对于定位元件的正确位置。
5.夹具体
夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件并使之组成一个整体。
6.其他装置或元件
其他装置或元件包括分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其他连接元件。
其中，定位元件、夹紧装置、夹具体称为夹具的基本组成部分。
活动4各类机床夹具简介
1.车床专用夹具的典型结构
(1)心轴类车床夹具。心轴适用于以孔作为定位基准的工件，由于结构简单而被广泛采用。按照其与机床主轴的连接方式，心轴可分为顶尖式心轴和锥柄式心轴。
图2-3顶尖式心轴
1—活动顶尖套; 2—压紧螺母
(2)角铁式车床夹具。角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。它常用于加工壳体、支座、接头等零件上的圆柱面及端面。
图2-5角铁式车床夹具
1—平衡块; 2—防护罩; 3—钩形压板
角铁式车床夹具主要应用于以下两种情况。
①形状较特殊，被加工表面的轴线要求与定位基准面平行或成一定角度。
②工件的形状虽不特殊，但却不宜设计成对称式夹具。
2.铣床专用夹具的典型结构
(1)铣削键槽用的简易专用夹具。
图2-7铣削键槽用的简易专用夹具
1—V形块; 2—压板; 3—螺栓; 4—工件;5—定位键; 6—对刀块
(2)加工壳体的铣床夹具
图2-8加工壳体的铣床夹具
1—夹具体; 2—支撑板; 3—压板; 4—螺母; 5—对刀块; 6—圆柱销;
7—锥头钉; 8—连接板; 9—螺杆; 10—菱形销； 11—定向键
3.钻床夹具
(1)钻床夹具的分类。 (2)钻床夹具特点。 (3)钻套的类型。
4.其他机床夹具
(1)T形槽系组合夹具。
图2-12T形槽系组合夹具的元件
(a)基础件；(b)支撑件；(c)定位件；(d)导向件；(e)夹紧件；
(f)紧固件；(g)其他件；(h)合件
(2)孔系组合夹具。
图2-13KD型孔系组合夹具
任务2夹具的定位原理
活动1自由度
任意一个自由刚体，在空间均有且仅有6个自由度。如图2-14所示的矩形和圆形工件，由于它们在空间的位置是任意的，因而该工件既能沿X，Y，Z 3个坐标轴移动，称为移动自由度，分别用X→，Y→，Z→表示，又能绕X，Y，Z 3个坐标轴转动，称为转动自由度，分别用X，Y，Z表示。
图2-14工件的6个自由度
(a)矩形工件； (b)圆形工件
活动2六点定位法
1.六点定位原则
在应用六点定位原则时，还要注意以下几个问题。
(1)定位支撑点是由定位元件抽象而来的。
(2)定位支撑点与工件定位基准面始终保持接触才能起到限制自由度的作用。
(3)分析定位支撑点的定位情况时，可以不考虑力的影响。
2.定位方式分类
根据工件加工时的工艺要求，装夹时需要限制不同的自由度，因此，定位方式可以分为完全定位与不完全定位。如果定位方案设置的不合理，将会产生欠定位或过定位。
(1)完全定位。
(2)不完全定位。
(3)欠定位。
(4)过定位。
3.选择定位基准
任务3定位方法与定位元件
活动1对定位元件的基本要求
当对元件进行定位时，必须遵循下列基本要求。
(1)限位基面应有足够的精度。
(2)限位基面应有较好的耐磨性。
(3)支撑元件应有足够的强度和刚度。定位元件的耐磨性、强度和刚度是影响其使用寿命的主要因素。
(4)定位元件应有较好的工艺性。
(5)定位元件应便于清除切屑。
活动2定位方式种类与常用定位元件的选用
1.工件以平面定位
在机械加工过程中，大多数工件都以平面作为主要定位基准，如箱体、机座、支架等。初始加工时，工件只能以粗基准平面定位，进入后续加工时，工件才能以精基准平面定位。
(1)以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头(A型)支撑钉，如图2-19(a)所示；以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用球头(B型)支撑钉，如图2-19(b)所示；侧面定位时，可选用齿纹(C型)支撑钉，如图2-19(c)所示。
图2-19支撑钉
(a)平头支撑钉； (b)球头支撑钉； (c)齿纹支撑钉
(2)以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支撑板作为定位元件，如图2?20所示。用于侧面定位时，可选用不带斜槽的支撑板，如图2-20(a)所示；通常应尽可能选用带斜槽的支撑板，以利清除切屑，如图2-20(b)所示。
图2-20支撑板
(a)A型(不带斜槽的支撑板)； (b)B型(带斜槽的支撑板)
(3)以毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支撑作为定位元件，该结构具有浮动或联动特点，如图2-21所示，在定位过程中支撑点位置能随工件定位基面位置的变化而自行浮动并与之适应。
(4)以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面加工精度极其定位面的面积大小分别选用如图2-22(a)，(b)，(c)所示的可调支撑作为定位元件。可调支撑是指其支撑高度可以进行调节。
在系列化产品生产中，通常采用同一夹具来安装已规格化的零件，此时，夹具通常采用可调支撑，以适应定位面的尺寸在一定范围内的变化。如图2-23所示，在已规格化的销轴端部铣槽，采用可调支撑3实现轴向定位，通过调整其位置高度，可以用来加工不同长度的销轴类零件。
(5)当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支撑作为辅助定位元件。但应注意，辅助支撑不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支撑点高度，支撑位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。
图2-24中工件以小端的孔和端面在短销和支撑环上定位，钻大端面圆周一组通孔。由于小头端面小，工件较高，钻孔位置偏离工件中心，因此切削过程中定位不稳定，工件容易变形。为了提高工件定位稳定性和安装刚性，在图示位置设置了3个均布的辅助支撑。
图2-21自位支撑
(a)(b)两点式自位支撑； (c)球面三点式自位支撑； (d)滑柱三点式自位支撑
图2-22可调支撑
(a)圆头可调支撑； (b)锥顶可调支撑； (c)网状平头可调支撑
1—调整螺钉； 2—紧固螺母
图2-23可调支撑的应用示例
1—工件; 2—V形块; 3—可调支撑
图2-24辅助支撑提高工件的刚度和稳定性
1—工件; 2—短定位销; 3—支撑环; 4—辅助支撑
如图2-25所示，当工件的重心超出主要支撑所形成的稳定支撑区域时，工件重心所在一端便会下垂，使工件的定位基准面脱离定位元件，特别是工件较重时，无法手工或通过夹紧力来纠正。增加辅助支撑后便可以解决这一问题。
图2-25辅助支撑起预定位作用
辅助支撑有以下常用类型，如图2-26所示。
①螺旋式辅助支撑。
②推引式辅助支撑。
③自位式辅助支撑。
④为液压锁定辅助支撑。
图2-26辅助支撑的类型
(a)螺旋式辅助支撑；(b)推引式辅助支撑；(c)自位式辅助支撑；(d)液压锁定辅助支撑
1—滑柱; 2—螺钉; 3—弹簧; 4—支撑座; 5—夹紧套; 6—进油孔
2.工件以外圆柱定位
(1)当工件的对称度公差要求较高时，可选用V形块定位。
图2-27V形块
(a)长圆柱面定位； (b)较粗糙圆柱面定位； (c)大尺寸圆柱面定位
(2)当工件定位圆柱面精度较高时(一般不低于IT8级)，可选用定位套或半圆形定位座定位。对于大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座，如图2-29所示。
图2-29半圆定位座
(3)工件以外圆柱表面为定位基准，可在圆孔中定位。这种定位方式一般用于精基准定位，所采用的定位元件结构简单，常做成钢套装于夹具体中，如图2-30所示。
图2-30圆孔定位
3.工件以内孔定位
(1)工件上定位内孔较小时，常选用定位销作为定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸已经标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用，如图2-31所示。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销，如图2-32所示。
(2)在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，常选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙而造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度要求较高时，常以孔和端面联合定位。
图2-31圆柱定位销
(a)d≤10; (b)d＞10~18; (c)d＞18; (d)d＞10
图2-32圆锥定位销
(a)圆孔边缘形状精度较差时定位； (b)圆孔边缘形状精度较好时定位；(c)平面和圆孔边缘同时定位
图2-33圆柱心轴
带台阶定位面的心轴； (b)带外花键定位面的心轴
任务4定位误差分析与夹紧装置
活动1定位误差分析
1.定位误差的产生原因
(1)基准位移误差ΔY。
(2)基准不重合误差ΔB。
2.定位误差的计算
(1)ΔB=0，ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移误差，故只需计算出ΔY，即
ΔD=ΔY
【例2-1】如图2-36所示，用单角度铣刀铣削斜面，求加工尺寸为39±0?04mm的定位误差。
图2-36定位误差计算之一
(2)ΔB≠0，ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合误差ΔB，故只需计算出ΔB，即
ΔD=ΔB
活动2夹紧装置
1.夹紧装置的组成
机动夹紧装置的组成如图2-37所示，主要由以下3部分组成。
图2-37夹紧装置的组成
1—工件; 2—压板(夹紧元件); 3—杠杆(中间传动机构)； 4—传动装置
(1)动力装置。它是产生夹紧作用力的装置，并把原始力传给中间传动机构，如气缸、液压缸等。
(2)中间传动机构。它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构，能够改变力的大小和方向，有时可自锁。如图2-37所示的杠杆3就是传力机构。
(3)夹紧元件与夹紧机构。它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。如图2-37所示的压板2就是夹紧元件。
2.典型夹紧机构
机床夹具中所使用的夹紧机构绝大多数都是利用斜面将楔块的推力转变为夹紧力来夹紧工件的。其中最基本的形式就是直接利用有斜面的楔块、偏心轮、凸轮、螺钉等可以看成楔块的变化形式。
(1)斜楔夹紧机构。
图2-38斜楔螺旋组合夹紧机构
1—螺杆; 2—斜楔; 3—铰链压板; 4—工件
(2)螺旋夹紧机构。
①简单螺旋夹紧机构。
图2-39简单螺旋夹紧机构
1—螺钉螺杆; 2—螺母套; 3—摆动压块
图2-40快速螺旋夹紧机构
1—螺杆; 2—手柄; 3—摆动压块; 4—垫圈/快换垫圈; 5—螺母; 6—回转压板; 7—螺钉
②螺旋压板夹紧机构。
(3)偏心夹紧机构。
图2-41螺旋压板夹紧机构
(a)(b)移动压板式； (c)铰链压板式； (d)固定压板式； (e)(f) 通用压板式
图2-42偏心压板夹紧机构
(a)工作原理； (b)偏心压板结构
(4)铰链夹紧机构。
图2-43铰链夹紧机构
(a)Ⅰ型； (b)Ⅱ型； (c)Ⅲ型； (d)Ⅳ型； (e)Ⅴ型
(5)定心夹紧机构。
定心夹紧机构有如下特点。
①定位和夹紧是同一元件。
②元件之间有精确的联系。
③能同时等距离移向或退离工件。
④能将工件定位基准的误差对称地分布开来。
图2-44定心对中夹紧工作原理
1—卡爪; 2—工作面; 3—工件; 4—铣刀
(6)联动夹紧机构。
①单件对向联动夹紧机构。
②互垂力或斜交力联动夹紧机构。
图2-45单件对向联动夹紧机构
1—工件; 2—浮动压板; 3—活塞杆
图2-46互垂力或斜交力的联动夹紧机构
1，3—摆动压块; 2—摇臂; 4—螺母
③平行式多件联动夹紧机构。
④对向式多件联动夹紧机构。
⑤与其他动作联动的夹紧机构。
图2-47平行式多件联动夹紧机构
1—工件 2—压板 3—摆动压块; 4—球面垫圈; 5—螺母; 6—垫圈; 7—柱塞；8—液性介质
图2-48对向式多件联动夹紧机构图
1，4—压板; 2—键; 3—工件; 5—拉杆; 6—偏心轮
图2-49夹紧与移动压板联动机构
1—拨销; 2—压板; 3，4—螺钉; 5—偏心轮
任务5分度装置与夹具体
活动1分度装置
1.回转分度装置的基本结构示例
如图2-51所示为专用回转式钻模，用于加工工件上均布的径向孔。工件在圆柱销和分度盘上定位，扳动手柄3利用螺旋夹紧机构可以将工件压紧在分度盘上或松开。把手5拨动对定销6来分度。这样就可以对工件在一次安装中，利用分度来变更工位，加工出工件上均布的径向孔。
图2-51专用回转式钻模
2.分度对定机构
分度对定机构的结构形式较多，各自具有不同的特点，并且适用于不同的场合，如图2-52所示。
(1)钢球对定分度机构。
(2)圆柱销对定分度机构。
(3)削边销对定分度机构。
(4)圆锥销对定分度机构。
(5)双斜面楔形槽对定分度机构。
(6)单斜面楔形槽对定分度机构。
(7)正多面体对定分度机构。
(8)滚柱对定分度机构。
图2-52分度对定机构
(a)刚球对定； (b)圆柱销对定； (c)削边销对定； (d)圆锥销对定；
(e)双斜面楔形槽对定； (f)单斜面楔形槽对定； (g)正多面体对定； (h)滚柱对定
1—精密滚柱; 2—套环; 3—圆盘
3.分度对定机构的控制机构
4.抬起及锁紧机构
图2-53分度对定机构操纵机构
(a)手拉式； (b)枪柱式； (c)齿条式
图2-54抬起及锁紧机构
1—弹簧; 2—顶柱; 3—转盘; 4—锁紧圈; 5—锥形圈
活动2夹具体
夹具体是夹具的基础元件。夹具体的安装基面与机床连接，其他的工作面则装配各种元件和装置，以组成夹具的总体。在机械加工过程中，夹具体要承受工件重力、夹紧力、切削力、惯性力和振动力的作用，因此，夹具体应该具有足够的强度、刚度和抗振性，以保证工件的加工精度。对于大型精密夹具，由于刚性不足引起的变形和残余应力产生的变形，应予以足够的重视。
1.铸造结构
2.锻造结构
3.焊接结构
4.装配结构选用标准
六、项目小结
1.夹具
夹具用于保证机械加工精度，主要有定位支撑元件、夹紧装置、连接定向元件和夹具体等。常用的机床夹具有心轴、钻套等。
夹具的定位原理为六点定位法，定位方式有完全定位、不完全定位、欠定位和过定位等。
2.夹紧装置
加紧装置用于对工件夹紧，主要由动力装置、中间传动机构、夹紧元件和加紧机构等。常用的夹紧装置包括斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构和脚链夹紧机构等。
3.分度装置
在机械加工中，能够在加工完一个表面后，依次使工件随夹具的可移动部分转过一定角度或移动一定距离，对下一个表面进行加工，直至完成全部加工内容的装置称为分度装置。
4.夹具体
夹具体是夹具的基础元件，其安装基面与机床连接，其他工作面则装配各种元件和装置，以组成夹具的总体，常用的结构形式有铸造结构、锻造结构和焊接结构等。
七、课后习题
完成项目的项目检测。项目六 典型零件的加工工艺分析
一、教学目标
任务1轴类零件的加工工艺分析
1.掌握轴类零件的加工工艺制定方法。
2.了解轴类零件的结构特点。
任务2套筒类零件的加工工艺分析
1.掌握轴承套零件的加工工艺分析方法。
2.掌握液压缸零件的加工工艺分析方法。
3.了解套筒类零件加工中常见的工艺问题。
任务3箱体类零件的加工工艺分析
1.掌握箱体零件的加工工艺分析，重点注意小批量与大批量的加工工艺的区别。
2.熟悉制定箱体工艺过程中应遵守的原则。
3.了解定位基准的选择方法。
任务4典型齿轮的加工工艺分析
1.熟悉圆柱齿轮加工工艺过程的主要内容。
2.掌握圆柱齿轮加工工艺规程的编制方法。
二、课时分配
本章共4个任务，本章安排4课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，了解轴类零件的结构特点。了解套筒类零件加工中常见的工艺问题。熟悉制定箱体工艺过程中应遵守的原则。熟悉圆柱齿轮加工工艺过程的主要内容。
四、教学难点
1.掌握轴类零件的加工工艺制定方法。
2.掌握轴承套零件的加工工艺分析方法。
3.掌握液压缸零件的加工工艺分析方法。
4.掌握箱体零件的加工工艺分析，重点注意小批量与大批量的加工工艺的区别。
5.掌握圆柱齿轮加工工艺规程的编制方法。
五、教学内容
任务1轴类零件的加工工艺分析
1.零件图样分析
2.确定毛坯
3.确定主要表面的加工方法
4.确定定位基准
5.划分阶段
6.热处理工序安排
7.加工尺寸和切削用量
8.制定工艺过程
任务2套筒类零件的加工工艺分析
活动1轴承套加工工艺
如图6-2所示的轴承套，其材料为ZQSn6-6-3，每批数量为200件。
图6-2轴承套
1.轴承套的技术条件和工艺分析
2.轴承套的加工工艺
活动2液压缸加工工艺
液压缸为典型的长套筒零件，与短套筒零件的加工方法和工件安装方式都有较大的差别。
1.液压缸的技术条件和工艺分析
液压缸的材料一般有铸铁和无缝钢管两种。如图6-3所示为用无缝钢管材料的液压缸。为保证活塞在液压缸内移动顺利，对该液压缸内孔有圆柱度要求，对内孔轴线有直线度要求，内孔轴线与两端面间有垂直度要求，内孔轴线对两端支撑外圆(Φ82h6)的轴线有同轴度要求。除此之外还特别要求：内孔必须光洁无纵向刻痕；若为铸铁材料时，则要求其组织紧密，不得有砂眼、针孔及疏松。
图6-3液压缸
2.液压缸的加工工艺
活动3 套筒类零件加工中的主要工艺问题
一般套筒类零件在机械加工中的主要工艺问题是保证内外圆的相互位置精度(即保证内、外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求)和防止变形。这里仅介绍保证相互位置精度的方法。
图6-4衬套零件
任务3箱体类零件的加工工艺分析
活动1箱体零件加工工艺
各种箱体的工艺过程虽然随着箱体的机构、精度要求和生产批量的不同而有较大差异，但也有共同特点。
主轴箱是整体式箱体中结构较为复杂、要求又高的一种箱体，其加工的难度较大，现以此为例来分析箱体的工艺过程,如图6-5所示。
图6-5所示车床主轴箱
活动2制定箱体工艺过程的共同性原则
制定箱体工艺过程应遵守以下原则。
(1)加工顺序为先面后孔。 (2)加工阶段粗、精分开。
(3)工序间合理安排热处理。 (4)用箱体上的重要孔作为粗基准。
活动3定位基准的选择
1.粗基准的选择
虽然箱体类零件一般都选择重要孔(如主轴孔)作为粗基准，但随着生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件装夹方式是不同的。
(1)中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线装夹。
(2)大批大量生产时，毛坯精度较高，可直接以主轴孔在夹具上定位，采用如图6-7所示的夹具装夹。
图6-6主轴箱的划线
图6-7以主轴孔为粗基准铣顶面的夹具
1，3，5—支撑； 2—辅助支撑； 4—支架； 6—挡销； 7—短轴； 8—活动支柱；
9，10—操纵手柄； 11—螺杆
2.精基准的选择
箱体加工精基准的选择也与生产批量大小有关。
(1)单件小批生产用装配基面作为定位基准。
这种定位方式也有它的不足之处。加工箱体中间壁上的孔时，为了提高刀具系统的刚度，应当在箱体内部相应的部位设置刀杆的导向支撑。由于箱体底部是封闭的，中间支撑只能用如图6-8所示的吊架从箱体顶面的开口处伸入箱体内，每加工一件需装卸一次，吊架与镗模之间虽有定位销定位，但吊架刚性差，制造安装精度较低，经常装卸也容易产生误差，且使加工的辅助时间增加，因此这种定位方式只适用于单件小批生产。
图6-8吊架式镗模夹具
（2）量大时采用一面两孔作定位基准。大批量生产的主轴箱常以顶面和两定位销孔为精基准，如图6-9所示。
图6-9箱体以一面两孔定位
这种定位方式是加工时箱体口朝下，中间导向支架可固定在夹具上。由于简化了夹具结构，提高了夹具的刚度，同时工件的装卸也比较方便，因而提高了孔系的加工质量和劳动生产率。
这种定位方式的不足之处在于定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差。为了保证箱体的加工精度，必须提高作为定位基准的箱体顶面和两定位销孔的加工精度。另外，由于箱口朝下，加工时不便于观察各表面的加工情况，因此，不能及时发现毛坯是否有砂眼、气孔等缺陷，而且加工中不便于测量和调刀。所以，用箱体顶面和两定位销孔作为精基准加工时，必须采用定径刀具(扩孔钻和绞刀等)。
上述两种方案的对比分析，仅仅是针对类似主轴箱而言，许多其他形式的箱体，采用一面两孔的定位方式，上面所提及的问题也不一定存在。实际生产中，一面两孔的定位方式在各种箱体加工中应用十分广泛。因为这种定位方式很简便地限制了工件6个自由度，定位稳定可靠；在一次安装下，可以加工除定位面以外的所有5个面上的孔或平面，也可以作为从粗加工到精加工的大部分工序的定位基准，实现基准统一；此外，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小，易于实现自动定位和自动夹紧。因此，在组合机床与自动线上加工箱体时，多采用这种定位方式。
任务4典型齿轮的加工工艺分析
活动1圆柱齿轮加工工艺规程的内容和要求
圆柱齿轮的加工工艺程一般应包括齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工等内容。在编制工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境的不同，而采取各种不同的工艺方案。如图6-10所示为一直齿圆柱齿轮的简图。
图6-10直齿圆柱齿轮
从以上分析可以看出，齿轮加工工艺编制过程大致可以划分以下几个阶段。
(1)齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件。
(2)粗加工：切除较多的余量。
(3)半精加工：车、滚、插齿。
(4)热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等。
(5)精加工：精修基准、精加工齿形。
活动2齿轮加工工艺过程分析
1.基准的选择
对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。带轴齿轮主要采用顶点孔定位；对于空心轴，则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵，顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下两种定位、夹紧方式。
(1)以内孔和端面定位。
(2)以外圆和端面定位。
2.齿轮毛坯的加工
齿面加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来，同时齿坯加工所占工时的比例较大，无论从提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工。
在齿轮图样的技术要求中，如果规定以分度圆选齿厚的减薄量来测定齿侧间隙时，应注意齿顶圆的精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的。齿顶圆精度太低，必然使测量出的齿厚无法正确反映出齿侧间隙的大小，所以在这一加工过程中应注意以下3个问题。
(1)当以齿顶圆作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度。
(2)保证定位端面和定位孔或外圆间的垂直度。
(3)提高齿轮内孔的制造精度，减少与夹具心轴的配合间隙。
3.齿形及齿端加工
齿形加工是齿轮加工的关键，其方案的选择取决于多方面的因素，如设备条件、齿轮精度等级、表面粗糙度、硬度等。常用的齿形加工方案在项目4已有讲解，在此不再叙述。
齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式如图6-11所示。
图6-11齿端加工方式
(a)倒圆; (b)倒尖; (c)倒棱
经倒圆、倒尖后的齿轮在换挡时容易进入啮合状态，减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖角和毛刺。如图6-12所示是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图。
图6-12齿端倒圆
倒圆时，铣刀高速旋转，并沿圆弧作摆动，加工完一个齿后，工件退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。
齿端加工必须在淬火之前进行，通常都在滚(插)齿之后，剃齿之前安排齿端加工。
4.齿轮加工过程中的热处理要求
在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响齿轮的力学性能及切削加工性。一般在齿轮加工中进行两种热处理工序，即毛坯热处理和齿形热处理。
六、项目小结
本项目介绍了典型零件的加工工艺分析步骤与方法，包括轴类零件、套筒类零件、箱体类零件和齿轮零件等。
七、课后习题
完成项目的项目检测。项目三 机械加工设备
一、教学目标
任务1车床
1.了解硬质合金焊接式车刀与硬质合金机夹式车刀的不同性能与特点。
2.了解常用车床的型号、结构、性能与工作原理。
3.熟悉卧式车床的组成与作用。
4.掌握车削加工工艺与流程。
5.理解车削的概念，掌握车削加工精度的方法。
任务2铣床
1.学习和掌握X6132型铣床的组成及其作用。
2.掌握卧式铣床的运动方式与特点。
3.熟悉铣床的主要附件及功能。
4.掌握铣床的工艺特点和加工工艺。
5.了解两种不同的分度方法。
任务3钻床与磨床
1.了解台式钻床、立式钻床和摇臂钻床的结构、特点与性能。
2.掌握3种钻床的工作原理与工作方法。
3.了解M7130型平面磨床的组成与作用。
4.掌握M7130型平面磨床的用途。
任务4镗床与拉床
1.了解镗床的概念，掌握镗刀的性能以及镗削方法。
2.了解拉床的概念和工作原理，了解拉刀的性能，掌握拉刀的拉削方法。
任务5钻头与铰刀
1.了解麻花钻的组成，熟悉麻花钻的主要几何角度和钻头磨损。
2.掌握群钻的基本类型，掌握群钻的结构特点。
3.熟悉常用铰刀的特点，掌握选用铰刀的方法。
4.了解硬质合金浮动铰刀的特点。
任务6常用加工方法
1.了解划线的种类和常用的划线工具。
2.熟悉手锯的结构，掌握锯条的选用与安装方法。
3.熟悉锤子与錾削的概念与特点。
4.了解锉刀的锉削方法。
5.了解钻孔、扩孔、锪孔与铰孔的特点、类型与方法。
二、课时分配
本章共6个任务，本章安排6课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，熟悉卧式车床的组成与作用。熟悉铣床的主要附件及功能。了解M7130型平面磨床的组成与作用。熟悉常用铰刀的特点，掌握选用铰刀的方法。熟悉手锯的结构，掌握锯条的选用与安装方法。熟悉锤子与錾削的概念与特点。
四、教学难点
1.掌握车削加工工艺与流程。
2.掌握卧式铣床的运动方式与特点。
3.掌握铣床的工艺特点和加工工艺。
4.掌握3种钻床的工作原理与工作方法。
5.掌握M7130型平面磨床的用途。
6.掌握群钻的基本类型，掌握群钻的结构特点。
五、教学内容
任务1车床
活动1车刀
1.硬质合金焊接式车刀
2.硬质合金机夹式车刀
硬质合金机夹式车刀刀片不经焊接，而是用机械夹固的方法将刀片夹持在刀柄上，分为机夹重磨式和可转位式两种类型。
(1)机夹式重磨车刀。 (2)可转位(刀片)车刀。(3)成形车刀。
活动2车床的型号
机床型号的编制，是采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律组合排列的，用于表示机床的类别、使用与结构的特性和主要规格，如CA6140型卧式车床，型号中的代号及数字的含义如下：
C——机床的类别代号(车床类)；
A——通用、结构特性代号(在结构上与C6140不同)；
6——机床的组别代号(落地及卧式车床组)；
1——机床的系别代号(卧式车床系)；
40——主参数代号(工件最大回转直径400mm的1／10)。
1.机床的类别代号
2.机床通用、结构特性代号
3.机床的组、系别代号
4.机床主参数代号
5.机床的重大改进顺序号
活动3卧式车床CA6140的组成及其作用
1.主轴箱
2.刀架
3.溜板箱
4.进给箱
5.丝杠
6.光杠
7.交换齿轮
8.尾座
9.床身
活动4车削加工工艺
1.车削外圆、端面及台阶
(1)车外圆。外圆柱面是轴和套类零件的主要组成表面，外圆车削是通过工件的旋转和车刀的纵向进给运动来实现的。根据车刀的几何角度、切削用量及车削达到的精度不同，车外圆可分为粗车、半精车和精车3种类型。
(2)车端面。车削工件时，往往采用工件的端面作为测量轴向尺寸的基准，所以必须先加工端面。
(3)车台阶。
①车刀的选用。车台阶一般用90°偏刀，偏刀的主偏角应略大于90°，通常为91°～93°。
②台阶的车削顺序。车削台阶时，常分粗、精车。粗车时，只需为第一个台阶留出精车余量，其余各段可按图样上的尺寸车削，这样在精车时，将第一个台阶长度车至尺寸后，第二个台阶的精车余量自动产生，依此类推，即可精车各台阶至尺寸要求。
③台阶长度的控制方法。台阶长度有以下3种控制方法。
2.切断与车槽
(1)切断。切断是指把坯料或工件切成两段或数段的加工方法。车削时，往往是将长的棒料按尺寸要求下料，或是将已加工好的工件从材料上切下来。
(2)车槽。用车削的方法加工工件的槽称为车槽，槽的形式有外槽、内槽和端面槽等。
(3)切断与车槽时的安全注意事项。
3.车孔
(1)内孔车刀。内孔车刀可分为通孔车刀和不通孔车刀两种。
(2)内孔车刀的安装。安装内孔车刀时应注意以下几点。
(3)车内孔。车孔时车刀在工件内部，不易观察，不易冷却和排屑，刀柄刚性差。对于薄壁工件车孔后易产生变形，尤其是小孔、深孔，加工难度更大，所以，车内孔的关键技术是解决内孔车刀的刚性和排屑问题。
①粗车孔。
②精车孔。
③车孔注意事项。车孔时应注意以下几点。
(4)车台阶孔。如果台阶孔直径大小相差较小，可用一把内孔车刀车削；若台阶孔直径大小相差较大，可用两把内孔车刀分别车削。
(5)车内沟槽。
活动5车削精度
1.加工精度的概念
2.获得加工精度的方法
工件规定的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度等3个方面。
(1)获得尺寸精度的方法。
①试切法。
②调整法。
③定尺寸刀具法。
④自动控制法。
(2)获得形状精度的方法。
①轨迹法。
②成形法。
③展成法。
(3)获得位置精度的方法。
任务2铣床
活动1铣床的组成及其作用
1.床身
2.主轴
3.横梁
4.挂架
5.工作台
6.转台
7.床鞍
8.升降台
活动2卧式铣床的运动
1.主运动
2.进给运动
卧式铣床的进给运动即工件的纵向、横向和垂直方向的移动。进给电动机的回转运动，经进给变速机构，分别传递给3个进给方向的进给丝杠，获得工作台的纵向运动、床鞍的横向运动和升降台的垂直方向运动。进给速度共分18级，纵向进给量范围为12～960mm／min，横向为12～960mm／min，垂直方向为4～320mm／min，均可可以实现快速移动。
活动3卧式铣床的特点
其结构上还有以下特点。
(1)机床工作台的进给手柄在操作时所指的方向就是工作台进给运动的方向，操作不易产生错误。
(2)机床的前面和左侧，各有一组按钮和手柄的复式操纵装置，便于在不同位置上操作。
(3)采用速度预选机构来改变主轴转速和工作台的进给速度，使操作简便明确。
(4)工作台纵向传动丝杠上，有双螺母间隙调整机构，既可逆铣又能顺铣。
(5)工作台可以在水平面内回转角度，可进行各种螺旋槽的铣削。
(6)采用转速控制继电器(或电磁离合器)进行制动，能使主轴迅速停止回转。
(7)工作台有快速进给运动，用按钮操纵，方便省时。
活动4铣床的主要附件
铣床的附件主要有机用台虎钳、回转工作台、万能分度头和立铣头等。
1.机用台虎钳
2.回转工作台
3.万能分度头
4.立铣头
活动5铣削加工工艺
1.铣削用量
(1)铣削速度vc。(2)进给量f。
(3)背吃刀量ap。(4)铣削宽度aw。
2.铣削方式
铣削有顺铣与逆铣两种方式。
(1)作用力不同。
(2)切入工件的厚度变化不同。
(3)功效不同。顺铣时，切削刃从工件外表面切入工件，表层的硬皮和杂质，容易使刀具磨损和损坏。切削力的水平方向分力与工作台进给方向相同，当工作台进给丝杠与螺母间隙较大时，切削力的水平方向分力会拉动工作台使工作台产生间隙性窜动，导致刀齿折断、刀轴弯曲、工件与夹具产生位移甚至机床损坏等严重后果。
逆铣时，当铣刀中心进入工件端面后，切削刃沿已加工表面切入工件，工件表层的硬皮和杂质等对切削刃影响较小。切削力的水平方向分力与工作台进给方向相反，不会拉动工作台。消耗在进给运动上的功率，逆铣大于顺铣。
根据上述分析，在铣床上进行圆周铣削时，一般都采用逆铣，只有下列情况才选择顺铣。
①工作台丝杠、螺母传动副有间隙调整机构，并可将轴向间隙调整到足够小(0.03～0.05mm)。
②切削力的水平方向分力小于工作台与导轨之间的摩擦力。
③铣削不易夹紧和薄而长的工件。
3.铣平面
(1)用圆柱形铣刀铣平面。
(2)用面铣刀铣平面。
(3)用立铣刀铣平面。
(4)斜面铣削。
(5)台阶铣削。
4.沟槽铣削
常用的沟槽铣削方法如下。
(1)直角沟槽的铣削。直角沟槽有通槽、半通槽和封闭槽3种形式。
(2)V形槽的铣削。
(3)T形槽的铣削。
(4)键槽铣削。铣键槽的主要技术要求有槽宽、对称度、槽深等方面。
活动6铣削的工艺特点与铣削实例
1.铣削的工艺特点
铣削工艺特点如下。
(1)铣削在金属切削加工中应用很广的切削加工方法，主运动是铣刀的回转运动，切削速度较高，除加工狭长平面外，其生产效率高。
(2)铣刀种类多，铣床功能强，因此铣削的适应性好，能完成多种表面的加工。
(3)铣刀为多刃刀具，铣削时，各刀齿轮流承担切削，冷却条件好，刀具寿命长。
(4)铣削时，各铣刀刀齿的切削是断续的，铣削过程中同时参与切削的刀齿数是变化的，切屑厚度也是变化的，因此切削力是变化的，存在冲击。
(5)铣削的经济加工精度为IT9～IT7，表面粗糙度尺寸值为12.5～1.6μm。
2.铣削实例
活动7分度方法简介
本活动以FW250分度头为例，介绍常用分度方法。FW250分度头分度手柄转40圈，分度头主轴转1圈。空套在分度手柄轴上的分度盘用于分度手柄非整转数的分度。
1.简单分度法
2.角度分度法
任务3钻床与磨床
活动1钻床
钻床是一种常用的孔加工机床，常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床3种类型。
1.台式钻床
2.立式钻床
3.摇臂钻床
活动2磨床
1.M7130型平面磨床的组成及作用
图3-15M7130平面磨床及运动
1—磨头; 2—床鞍; 3—横向手轮; 4—修整器; 5—立柱; 6—撞块;
7—工作台; 8—升降手轮; 9—床身; 10—纵向手轮
2.M7130型平面磨床的用途
M7130型平面磨床是利用砂轮周边磨削平面的一种机床，适用于磨削各种平面型工件，可磨工件的最大尺寸为1 000mm×300mm×400mm，能经济地加工IT7级精度和表面粗糙度Ra为1.2μm的平面。
任务4镗床与拉床
活动1镗床
1.镗床概述
2.镗刀
3.镗削方法
活动2拉床
拉削是在拉床上用拉刀进行切削加工的一种加工方法。拉削时，通过拉刀沿其轴向的低速移动，使刀齿依次切下很薄的金属层，一次行程即可完成粗、精加工，如图3-22所示。
图3-22拉削过程及拉削的典型表面
(a)拉削过程； (b)拉削加工的典型表面
1.拉床
2.拉刀
拉刀是一种高生产率、高精度的多齿刀具。拉刀的种类很多，但其组成部分基本相同。圆孔拉刀的结构如图3-24所示。
图3-24圆孔拉刀结构
拉刀的组成及作用如下。
(1)柄部。柄部供拉床夹头夹持以传递动力。
(2)颈部。颈部连接柄部与其后备部分，也是打标记的位置。
(3)过渡锥。过渡锥引导拉刀能顺利进入工件的预制孔内。
(4)前导部。前导部引导拉刀进入将要切削的正确位置，起导向和定心作用。
(5)切削部。切削部承担全部余量的切除，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成。
(6)校准部。校准部由几个直径都相同的校准齿组成，起修光和校准作用，并可作为精切齿的后备齿。
(7)后导部。后导部保持拉刀最后的正确位置，防止刀齿切离工件时因工件下垂而损坏已加工表面或刀齿。
(8)支托部。支托部对于长且重的拉刀，用以支撑并防止拉刀下垂。
3.拉削方式
拉削方式是指拉刀切除加工余量的顺序和方法。它决定了每个刀齿切削时的切削层横断面形状，所以也称为拉削图形。拉削方式不同，将影响每个刀齿负荷的分配，影响拉削力、刀具寿命、加工表面质量和生产率。拉削方式分为分层拉削和分块拉削两种类型。
(1)分层拉削方式。分层拉削方式就是将加工余量一层一层地切除。根据已加工表面的形成过程的不同，又分为同廓式和渐成式，如图3-25所示。
图3-25分层拉削方式
(a)同廓式； (b)渐成式
(2)分块拉削方式。分块拉削方式就是把加工余量分成若干层，每个刀齿依次切除一层或二层中的一部分。分块拉削可分为轮切式和综合轮切式。
①轮切式。轮切式拉削方式是将拉刀的切削齿分成若干个齿组，每个齿组有2～5个刀齿。每个齿组共同切除较厚的一层加工余量，而每一个刀齿仅切除该层余量的若干块。图3-26为3个刀齿列为一组的轮切式拉刀刀齿的结构与切削图形。
②综合轮切式。综合轮切式拉削方式是综合了轮切式和同廓式的优点而形成的，刀齿的结构与拉削图形如图3-27所示。刀具前端的粗切齿A和过渡齿B均采用轮切式刀齿结构，刀具后端的精切齿C均采用同廓式的刀齿结构，这样，既可缩短拉刀长度，提高生产率，又能获得较小的表面粗糙度值。一般圆孔拉刀多采用此种拉削方式。
图3-26轮切式圆孔拉刀的截形和切削图形
Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ—第一、二、三齿切除的余量
1—第一齿; 2—第二齿; 3—第三齿
图3-27综合轮切式圆孔拉刀截形和切削图形
A—粗切齿； B—过渡齿； C—精切齿； D—校准齿
Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ—第一、二、三齿切除的余量
1—第一齿; 2—第二齿; 3—第三齿
任务5钻头与铰刀
活动1麻花钻
麻花钻是应用最广泛的孔加工刀具，一般用于加工精度较低的孔(孔公差大于IT10)或用于加工较高精度孔的预钻孔。
1.麻花钻的组成
2.麻花钻的主要几何角度
3.钻头的磨损
活动2群钻
群钻是我国机械工人在生产实践中发明的。该钻根据具体加工条件与工艺要求，对麻花钻进行综合性修磨而成，克服了普通麻花钻存在的问题。
1.基本型群钻的结构特点
加工不同工件材料，群钻切削部分的结构有所不同，其中以加工钢材的基本型群钻的结构最为典型，应用也最广泛。
基本型群钻切削部结构如图3-29所示，其结构及几何参数有以下特点。
(1)群钻将每个主切削刃磨成3段，即外直刃、圆弧刃和内直刃，形成3个刀尖，两边则共有七刃(含横刃)。同普通麻花钻相比，三尖结构显著增强了钻头的定心、导向性能；同时群钻的平均前角显著增加，从而使群钻刃口锋利，切削性能好。
(2)横刃长度仅为修磨前的1/7～1/5。由于磨出月牙槽(圆弧刃)后面，使已磨窄的横刃进一步变尖。这种低、窄、尖的横刃使轴向抗力显著降低，并增强了定心性能。
(3)群钻在一侧外直刃磨出分屑槽，使切屑分段变窄。钻头直径较大时，可在两侧磨出交错槽，充分改善切屑的卷曲、折断、排出效果。
图3-29群钻
1—分屑槽; 2—月牙槽; 3—内直刃; 4—槽刃; 5—圆弧刃; 6—外直刃
2.群钻的钻削特点
与普通麻花钻相比，群钻钻削有以下特点。
(1)由于群钻平均前角增大，钻削轻快，轴向抗力可下降35％～50％，钻削转矩下降10％～30％。
(2)由于钻削力下降，且分屑、排屑效果好，可采用比普通麻花钻高近3倍的进给量，从而使钻削效率显著提高。
(3)群钻钻削顺畅，摩擦减小，而且切削液易进入切削区，冷却润滑效果较好，钻削温度较低。减轻了钻头磨损，比普通麻花钻寿命提高2～3倍。
(4)钻孔的尺寸精度、形状位置精度及表面质量都有所提高。
钻削条件不同时，可修磨出不同类型的群钻。
活动3铰刀
1.常用铰刀及其选用
2.硬质合金浮动铰刀
硬质合金浮动铰刀(又可称浮动精镗刀)如图3-31所示。
图3-31硬质合金浮动铰刀
1—刀杆;2—螺钉;3—拉杆
任务6常用加工方法
活动1划线
根据图样或实物的技术要求，在毛坯或工件上用划线工具划出加工界限的操作，称为划线。
1.划线的种类
划线分平面划线和立体划线两种，如图3-32所示。只需在工件的一个平面上划线，称为平面划线。同时在工件的几个平面上划线，如长、宽、高方向或其他倾斜方向称为立体划线。
图3-32划线
(a)平面划线； (b)立体划线
2.常用的划线工具
常用的划线工具有划线平台、划针、划规、划线盘、V形架、角铁、方箱和样冲等。
活动2锯削
用手锯把材料或零件进行切断或切槽的加工方法称为锯削。
1.手锯的结构
2.锯条的选用与安装
活动3錾削
用锤子锤击錾子，对金属工件进行切削加工的方法称为錾削。錾削的效率低、劳动强度大，常用于不便于机械加工或单件生产的场合，如去除毛刺、凸缘、錾削平面、油槽等。常用的錾削工具如下。
1.锤子
2.錾子
活动4锉削
用锉刀对零件进行切削加工的方法称为锉削。锉削精度可达0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra可达1.6～0.8μm，常用来锉削平面、曲面和内外角度等，广泛应用于零件的加工、修理和装配中。
1.锉刀
2.锉削方法
活动5钻孔、扩孔、锪孔与铰孔
1.钻孔
图3-38钻孔
用钻头在工件实体上加工孔的方法称为钻孔。钻孔的精度较低，一般为IT12～IT11，表面粗糙度值Ra达到6.3μm。钻孔时，钻头的旋转运动为主运动，钻头沿轴线的直线运动为进给运动，如图3-38所示。钻孔时应用最广泛的是麻花钻。
常用的钻孔方法有以下4种。
(1)划线。按钻孔的位置尺寸要求，划出孔的中心线，并在孔的中心打上样冲眼，再划出孔的圆周线，以便检验和校正钻孔尺寸和位置。
(2)试钻。先将钻头对准孔中心样冲眼钻一浅窝，观察钻孔位置与划线圆是否同心。如发现偏心，应及时纠正。
(3)手动进给。当试钻达到钻孔的位置要求后，即可压紧工件手动进给钻削，注意进给力不可过大。钻小孔和深孔时，要经常退钻排屑，以免切屑堵塞。孔将要钻穿时，必须减小进给力，以防折断钻头或使工件转动造成事故。
(4)钻头冷却。钻削时，应在钻头切削部分加注切削液。钻钢件时，可选用3％～5％(质量分数)的乳化液；钻铸件时一般不加切削液，也可用3％～5％(质量分数)的乳化液和煤油连续加注。
2.扩孔
扩孔是用扩孔钻对已有的孔进行扩大。扩孔的尺寸精度一般可达IT11～IT10，表面粗糙度Ra可达6?3～3?2μm，一般用于孔加工的钻后工序或铰孔前的准备工序。
扩孔钻的形状与麻花钻相似，如图3-39所示。不同的是扩孔钻由3～4个刀齿且无横刃，钻芯粗，刚性好，刀齿数多导向性好，加工效率高。
图3-39扩孔钻及扩孔
3.锪孔
用锪钻加工平底或锥度沉孔及凸台平面的方法称为锪孔，常用的锪钻有圆柱形锪钻、圆锥形锪钻和平面锪钻。
锪钻有圆柱形锪钻、圆锥形锪钻和平面锪钻3种类型。
(1)圆柱形锪钻。圆柱形锪钻主要用于加工圆柱形沉头孔，如图3-40(a)所示。
(2)圆锥形锪钻。圆柱形锪钻主要用于加工圆锥形沉头孔或倒角，一般顶角有60°，90°，120° 3种，如图3-40(b)所示。
(3)平面锪钻。平面锪孔主要用于加工安装垫圈用的凸台平面，如图3-40(c)、图3-40(d)所示。
图3-40锪孔钻及其应用
(a)圆柱形锪孔； (b)圆锥形锪孔； (c)(d)平面锪孔
4.铰孔
六、项目小结
1.车床
车床是用于加工各种回转体表面及回转体的设备，其主运动由工件随主轴旋转实现，进给运动由刀架的纵横向移动完成。常见的车床种类有卧式车床、落地车床、砖塔车床和立式车床等。
2.铣床
铣床是用来进行铣削加工的机床，其主运动为主轴的回转运动，进给运动为工件纵向、横向和垂直方向的移动。常见的铣床类型有卧式及立式升降台铣床、龙门铣床、万能工具铣床和仿形铣床等。
3.钻床
钻床是一种常用的孔加工机床，常用的类型有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床3种类型。
4.磨床
磨床是指用磨具或磨料加工工件各种表面的机床，常用的类型有外圆磨床、内圆磨床、无心磨床和平面磨床等。
5.镗床
镗床是指主要用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床，常用的类型有卧式镗床、坐标镗床和金刚镗床等。
6.拉床
拉床是指用拉刀加工工件各种内、外成形表面的机床，常用的类型有内拉床、外拉床、齿轮拉床和内螺纹拉床等。
7.常用加工方法
除了金属机床加工外，常用的加工方法还包括划线、锯屑、锉屑和钻孔等。
七、课后习题
完成项目的项目检测。项目四 典型表面的机械加工
一、教学目标
任务1内、外圆表面的机械加工
1.了解M1432B型万能外圆磨床的结构与功能。
2.熟悉万能外圆磨床的切割运动方式，掌握外圆磨床的磨削方法。
3.掌握磨内圆的磨削方法。
4.掌握外圆锥面的磨削方法。
任务2平面的机械加工
1.了解M1730型平面磨床的磨削平面的运动方式与磨削方法。
2.熟悉卧轴矩台平面磨床磨削平面的3种方法。
3.掌握磨削的工艺特点。
4.掌握磨削平面的精度分析。
任务3螺纹表面的机械加工
1.了解螺纹的分类、种类、代号及各部分的名称。
2.熟悉螺纹车刀的刃磨与装刀要求。
3.掌握车削普通螺纹的进刀方法和切削用量选择。
4.了解车螺纹时乱扣原因，掌握克服乱扣的方法。
5.了解套螺纹与攻螺纹的方法。
任务4齿轮的加工
1.掌握滚齿加工原理与滚齿运动。
2.掌握插齿加工原理与插齿运动。
3.了解磨齿加工原理与磨齿方法。
二、课时分配
本章共4个任务，本章安排6课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，熟悉万能外圆磨床的切割运动方式，掌握外圆磨床的磨削方法。熟悉卧轴矩台平面磨床磨削平面的3种方法。熟悉螺纹车刀的刃磨与装刀要求。了解磨齿加工原理与磨齿方法。
四、教学难点
1.掌握磨内圆的磨削方法。
2.掌握外圆锥面的磨削方法。
3.掌握磨削的工艺特点。
4.掌握磨削平面的精度分析。
5.掌握车削普通螺纹的进刀方法和切削用量选择。
6.掌握滚齿加工原理与滚齿运动。
7.掌握插齿加工原理与插齿运动。
五、教学内容
任务1内、外圆表面的机械加工
活动1M1432B型万能外圆磨床
如图4-1所示为M1432B型万能外圆磨床外形图，在这种磨床上，可以磨削内、外圆柱面和圆锥面。
图4-1M1432B型万能外圆磨床
1—床身; 2—头架; 3—横向进给手轮; 4—砂轮;5—内圆磨具; 6—内圆磨头; 7—砂轮架; 8—尾座;9—工作台; 10—挡块； 11—纵向进给手轮
M1432B型外圆磨床的组成及作用如下。
1.床身
2.头架
3.砂轮架
4.工作台
5.尾座
6.内圆磨头
活动2万能外圆磨床的切削运动
1.主运动
万能外圆磨床磨削工件时砂轮的回转运动为主运动。
2.进给运动
(1)工件的圆周进给运动。工件的圆周进给运动即头架主轴的回转运动。
(2)工作台的纵向进给运动。工作台的纵向进给运动由液压传动实现。
(3)砂轮架的横向进给运动。每当工作台一个纵向往复运动结束，由机械传动机构使砂轮架横向移动一个位移量(控制磨削深度)，称为步进运动。
活动3外圆磨削方法
图4-2两顶尖装夹工件
在外圆磨床上磨外圆的常用方法有纵向磨削法、横向磨削法、综合磨削法和深度磨削法等。
1.纵向磨削法
图4-3纵向磨削法
如图4-3所示，磨削时，砂轮的高速回转为主运动，工件低速回转做圆周进给运动，工作台做纵向往复进给运动，实现对工件整个外圆表面的磨削。每当一次纵向往复行程结束，砂轮做周期性的横向进给运动，直至达到所需的磨削深度。
2.横向磨削法
如图4-4所示，横向磨削法又称为切入磨削法，磨削时，由于砂轮厚度大于工件被磨削外圆的长度，工件做纵向进给运动。砂轮高速回转做主运动，同时砂轮以很小的速度连续或间断地向工件横向进给切入磨削，直至磨去全部余量。
图4-4横向磨削法
3.综合磨削法
4.深度磨削法
活动4磨内圆磨削方法
在单件、小批量生产中，可在万能外圆磨床上使用内圆磨头磨内圆(在大批量、大量生产中则采用内圆磨床为宜)。内圆磨削是常用的内孔精加工方法，可以加工工件上的通孔、不通孔、阶台孔及端面等。磨内圆的方法有纵向磨削法和横向磨削法两种。
1.纵向磨削法
2.横向磨削法
活动5外圆锥面磨削方法
在外圆磨床上磨削外圆锥面，根据工件的形状和锥度的大小，有以下3种方法。
1.转动工作台法
2.转动头架法
3.转动砂轮架法
活动6磨内圆锥面磨削法
在万能外圆磨床上磨削内圆锥面的方法有以下两种。
1.转动工作台法
转动工作台法适用于磨削锥度不大的内圆锥面。磨削时，工作台偏转α/2角度，工作台带动工件做纵向往复运动，砂轮做横向进给，如图4-10所示。
图4-10转动工作台法
2.转动头架法
如图4-11所示，将头架偏转角度α/2，磨削时工作台做纵向往复运动，砂轮做横向进给，适用于磨削锥度较大的内圆锥面。
图4-11转动头架法
任务2平面的机械加工
活动1M1730型平面磨床磨削平面
1.M7130型平面磨床的切削运动方式
(1)主运动。M7130型平面磨床的主运动是指磨头主轴上砂轮的回转运动。
(2)进给运动。M7130型平面磨床有以下3种运动方式。
①工作台的纵向进给运动。工作台的纵向进给运动由液压传动系统实现，移动速度范围为1～18 m／min。
②砂轮的径向进给运动。在工作台每一个往复行程结束时，砂轮的径向进给运动由磨头沿床鞍的水平导轨横向步进实现。
③砂轮的垂向进给运动。手动使床鞍沿立柱垂直导轨上下移动，此运动为砂轮的垂直进给运动，用于调整磨头的高低位置和控制磨削深度。
2.M7130磨削平面的方法
平面磨床的类型如图4-12所示，在平面磨床上磨削平面有圆周磨削和端面磨削两种形式。卧轴矩台或圆台平面磨床的磨削属圆周磨削，砂轮与工件的接触面积小，生产效率低，但磨削区散热、排屑条件好，因此磨削精度高。
图4-12平面磨床的几种类型及其磨削运动
(a)卧轴矩台平面磨床；(b)立轴矩台平面磨床；(c)卧轴圆台平面磨床(d)立轴圆台平面磨床
活动2卧轴矩台平面磨床磨削平面的主要方法
1.横向磨削法
2.深度磨削法
3.阶梯磨削法
活动3磨削的工艺特点
1.砂轮的尺寸与作用
2.磨削的精度与作用
垫块磨削实例
1.零件分析
垫块(见图4-16)为平行平面零件，除尺寸精度为±0.01mm外，各相对平面间的平行度公差和各相邻平面间的垂直度公差均为0.01mm，各平面的表面粗糙度Ra值均不大于0.8μm，材料为45钢。在卧轴矩台平面磨床上加工，分为粗磨和精磨，两平面互为基准，反复加工，直至达到规定要求。
图4-16垫块
2.加工要点
磨削距离为40±0.01mm的两平行平面在磨床电磁吸盘工作台直接定位装夹。选择两平面中表面粗糙度值较小的平面作为基准，装夹前清理周边毛刺，并擦拭干净。两平面互为基准、粗磨和精磨反复加工至要求。
磨削两相邻垂直平面用精密平口钳装夹。平口钳放置在磨床工作台上，用百分表找正固定钳口平面，使它与工作台运动方向平行。装夹工件时，将已磨平面紧贴固定钳口，待磨两垂直平面分别略伸出钳口平面和平口钳侧面，并用百分表找正。先磨削上平面，然后将平口钳连同工件侧向翻转90°，使平口钳侧面吸在工作台面上，磨削另一平面。
其余两平面磨削在电磁吸盘工作台直接定位装夹，分别以磨好的两相互垂直平面为基准，先后磨削与之平行的平面至规定要求。
活动5磨削平面精度分析
1.直线度与平面度误差
2.平行度误差
3.表面粗糙度
4.工件表面裂纹
任务3螺纹表面的机械加工
活动1螺纹简介
1.螺纹的分类
2.普通螺纹的种类及代号
3.英制螺纹
4.普通螺纹各部分的名称
普通螺纹的基本牙型如图4-18所示。
图4-18普通螺纹基本牙型
(1)螺纹牙型。螺纹牙型是指在通过螺纹轴线的剖面上螺纹的轮廓形状。
(2)牙型角α。牙型角是指在螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角，对于普通螺纹，α=60°。
(3)螺距P。螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
(4)导程Ph。导程是指在同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。对于多线螺纹，导程等于螺纹线数乘以螺距。
(5)大径D(d)。大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。国家标准规定，普通螺纹的公称尺寸用螺纹大径的基本尺寸表示。
(6)中径D2(d2)。中径是指母线通过牙型上牙厚和槽宽相等地方的一个假想圆柱的直径。
(7)小径D1(d1)。小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。
(8)原始三角形高度h。原始三角形高度是指将牙型两侧延长相交，牙顶和牙底处交点间垂直于螺纹轴线的距离。
(9)螺旋升角λ。螺旋升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。
活动2螺纹车刀的刃磨与装刀要求
螺纹车刀是一种成形刀具，螺纹截形精度取决于螺纹车刀刃磨后的形状及其在车床上安装位置是否正确。
1.螺纹车刀的刃磨要求
2.螺纹车刀的装刀要求
螺纹车刀的装刀要求有以下几点。
(1)装夹螺纹车刀时，可根据尾座顶尖高度检查刀尖位置，刀尖应与工件中心等高。
(2)装刀时，可用样板进行对刀，如图4-19所示。应使车刀刀尖的对称中心线垂直于工件轴线，否则会使螺纹牙型半角不对称。
图4-19用对刀样板装刀
活动3车削普通螺纹的进刀方法
螺纹的进刀方法有低速车削法和高速车削法两种。
1.低速车削法
低速车削普通螺纹的进刀方法有以下3种。
(1)直进法。车削螺纹时，车刀左右两侧刀刃都参加切削，由中滑板做横向进给，通过多次行程，直到完成螺纹车削，如图4-20(a)所示。
采用直进法车削，容易获得较准确的牙型，但车刀两切削刃同时参加切削，切削力大，容易产生振动和扎刀现象，因此，直进法适合于车削螺距较小(小于3 mm)的三角形螺纹。
(2)左右切削法。车削较大螺距的螺纹时，为了减小车刀两个切削刃同时切削所产生的扎刀现象，可使车刀只用一侧切削刃进行切削。车削过程中，除了作横向进给外，同时还利用小滑板把车刀向左或向右作微量进给，使车刀只有一侧切削刃进行切削，通过多次行程，直到完成螺纹车削，如图4-20(b)所示。应注意，精车时小滑板的左右进刀量不能过大，一般应小于0.05mm，否则易造成牙底过宽或牙底不平。
(3)斜进法。粗车时，为了操作方便，在每次往复行程后，除中滑板横向进给外，小滑板只向一个方向做微量进给，这样往复几次行程完成螺纹车削，如图4-20(c)所示。
斜进法也是单刃车削，不仅排屑顺利，不易扎刀，且操作比较方便，但此方法只适用于粗车螺纹，精车时，必须用左右切削法才能保证螺纹精度。
车削内螺纹的方法与车外螺纹的方法相同，只是中滑板的进给方向相反。在车削内螺纹前，应将孔径车得略大于螺纹小径。
图4-20低速车削三角形螺纹的进刀方法图
(a)直进法； (b)左右切削法； (c)斜进法
2.高速车削法
活动4车普通螺纹时切削用量的选择
车螺纹时，由于进给量和螺距相等，所以切削用量的选择主要是选择背吃刀量和切削速度。切削用量的选择原则如下。
1.根据车削要求选择
前几次进给的背吃刀量可大些，以后每次进给的背吃刀量应逐次减少，精车时应更小；切削速度应取低些，粗车时切削速度取10～15 m／min，精车时切削速度取6 m／min。
2.根据切削情况选择
车外螺纹时切削用量可大些，车内螺纹时切削用量应小些；在细长轴上加工螺纹时，由于轴的刚性差，切削用量也应小些；车螺距较大的螺纹时，由于进给量较大，背吃刀量和切削速度应小些。
3.根据工件材料选择
加工塑性材料时，切削用量可大些；加工脆性材料时，切削用量应小些。
4.根据进给方法选择
用直进法车削时，由于车削面积大，刀具受到的切削力较大，所以切削用量应小些；若用左右切削法，切削用量可大些。
活动5车螺纹时乱扣原因及克服乱扣的方法
一条完整的螺旋线，通常都要经过几次进给才能完成。在第一次进给完成后，必须很快地把车刀退出工件后又退回到开始进刀的位置。但有时在进给第二刀时，车刀不在第一次进刀时车出的螺旋槽内，产生偏左或偏右的情况，使螺纹车乱而报废，这种现象称为乱扣。
1.产生乱扣的原因
2.防止乱扣的方法
活动6套螺纹与攻螺纹
在车床上加工直径和螺距较小、精度要求不高的三角形螺纹时，可用板牙和丝锥进行切削。
1.用板牙套外螺纹
车床上用圆板牙套螺纹，圆板牙如图4-22所示，一般用于加工不大于M16或螺距小于2mm的外螺纹。
图4-22板牙
(a)封闭式； (b)开槽式
2.用丝锥攻内螺纹
在车床上用丝锥攻内螺纹，丝锥的结构形状如图4-23所示。一般用于攻M5以上的内螺纹；小于M5的螺纹，一般用手工攻丝；尺寸较大的螺纹，可采用先粗车后再攻螺纹，以提高加工内螺纹的生产效率。
图4-23丝锥的结构形状
齿部放大图； (b)手用丝锥； (c)机用丝锥
任务4齿轮的加工
齿轮的加工包括齿坯加工和齿面加工两个阶段。齿轮的齿坯加工通常经车削完成。齿面加工又分成形法和展成法两种方法。
成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。齿轮的成形法加工包括铣齿、成形插齿、拉齿、成形磨齿等，最常用的方法是铣齿。成形法制造的齿轮精度较低，只能用于低速传动。
展成法也称为滚切法、范成法，是利用工件和刀具做展成切削运动进行加工的方法。展成法加工齿面是利用齿轮副的啮合运动来实现齿廓的切削。将齿轮副中的一个齿轮制成具有切削能力的齿轮刀具，另一个齿轮换成待加工的齿坯，由专用的齿轮加工机床提供和实现齿轮副的啮合运动。这样，在齿轮刀具与齿坯的啮合运动中进行切削，齿坯将逐渐展成渐开线齿廓。
活动1滚齿加工
1.Y3150E型滚齿机
滚齿机是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。如图4-25所示为Y3150E型滚齿机的外形图。
图4-25Y3150E型滚齿机外形图
1—床身; 2—立柱; 3—刀架溜板; 4—刀杆; 5—滚刀架; 6—支架;
7—工件心轴; 8—后立柱; 9—工作台
具有安装滚刀用刀杆4的滚刀架5安装在刀架溜板3上，刀架可带着滚刀转动一定的角度。垂直滑座可上下移动。工作台9、后立柱8在径向进给丝杠带动下，可沿床身1的导轨作径向移动，以调整切削深度。工作台中央可安装工件心轴7，用于安装工件，并带着工件一起回转。刀架连同滚刀转过一定的角度δ，使切齿时滚刀刀齿的方向与轮齿的方向保持一致，以便滚切出直齿或斜齿。在滚切直齿圆柱齿轮时，δ的大小等于齿轮滚刀的螺旋角γ，δ偏转的方向根据齿轮滚刀的旋向确定,如图4-26所示。
图4-26齿轮滚刀的旋向
(a)右旋； (b)左旋
2.滚齿加工原理与运动
(1)滚齿加工原理。
(2)滚齿运动。
(3)滚齿的工艺特点。
活动2插齿加工
1.Y5132型插齿机
2.插齿加工原理与运动
(1)插齿加工原理。
(2)插齿运动。
(3)插齿的工艺特点。
①加工精度较高。
②生产率较低。
③适用性较好。
活动3磨齿加工
1.用连续分度展成法工作的磨齿方法
图4-31蜗杆砂轮磨齿
磨齿加工是在磨齿机上对淬硬的齿轮讲行齿廓的精加工，磨齿后，齿轮的精度可达6级以上。按齿廓的形成方法，磨齿也有成形法和展成法两种，但大多数类型的磨齿机均以展成法来加工齿轮。
2.用单齿分度展成法工作的磨齿方法
这类磨齿方法根据砂轮形状可采用锥形砂轮磨齿机、碟形砂轮磨齿机等。它们的工作原理相同，都是利用齿条和齿轮的啮合原理来磨削轮齿的，如图4-32所示。加工时，被切齿轮每往复滚动一次，完成一个或两个齿面的磨削，因此需经多次分度及加工，才能完成全部轮齿齿面的加工。
图4-32单齿分度展成法工作的磨齿
(a)碟形砂轮磨齿法； (b)锥形砂轮磨齿法
(1)碟形砂轮磨齿法。
(2)锥形砂轮磨齿法。
六、项目小结
1.内、外圆表面的机械加工工艺
内、外圆表面和圆锥面通常采用磨削工艺进行加工。外圆磨削方法有纵向磨削法、横向磨削法、综合磨削法和深度磨削法等，内圆磨削方法有纵向磨削法和横向磨削法，外圆锥面磨削方法有转动工作台法、转动头架法和转动砂轮架法，内圆锥面磨削方法有转动工作台法和转动头架法。
2.平面的机械加工工艺
平面通常采用磨削工艺进行加工，在卧轴矩平面磨床上磨削平面的方法有横向磨削法、深度磨削法和阶梯磨削法。
3.螺纹表面的机械加工工艺
螺纹表面可以采用车削螺纹、板牙套螺纹、丝锥攻螺纹等方法加工，其中，低速车削螺纹的进刀方法有直进法、左右切削法和斜进法，高速车削螺纹的进刀方法为直进法。
4.齿轮的机械加工工艺
齿轮的加工方法有成形法和展成法，其中成形法包括铣齿、拉齿等，展成法包括滚齿、插齿和磨齿等。
七、课后习题
完成项目的项目检测。项目八 特种加工技术
一、教学目标
任务1电火花加工
1.了解电火花加工原理。
2.熟悉电火花加工特点。
3.掌握电火花加工的应用。
任务2激光加工
1.了解激光加工的概念与原理。
2.掌握激光加工的特点。
3.掌握激光加工的应用。
任务3数控加工
1.了解数控机床的发展过程。
2.熟悉数控机床的组成。
3.掌握数控机床的加工特点。
任务4超声波加工
1.了解超声波加工的历史。
2.熟悉超声波加工的工作原理。
3.掌握超声波加工的特点。
二、课时分配
本章共4个任务，本章安排4课时。
三、教学重点
我们通过本项目的实施，熟悉电火花加工特点。了解激光加工的概念与原理。熟悉数控机床的组成。熟悉超声波加工的工作原理。
四、教学难点
1.掌握电火花加工的应用。
2.掌掌握激光加工的特点。
3.掌握激光加工的应用。
4.掌握数控机床的加工特点。
5.掌握超声波加工的特点。
五、教学内容
任务1电火花加工
活动1电火花加工原理
电火花加工是一种利用电、热能量对金属进行加工的方法。日常生活中，插头或电器开关的触点开、闭时，往往产生电火花而将金属部分熔化、腐蚀。把这种电腐蚀现象作为一种加工方法，即电火花加工。
电火花加工是在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。电火花加工的原理如图8-1所示。
图8-1电火花加工原理示意图
工件;2—脉冲电源;3—自动进给调节装置;4—工具; 5—工作液; 6—过滤器; 7—液压泵
活动2电火花加工的特点
电火花加工是靠局部电热效应实现加工的，与一般切削加工比较有以下特点。
(1)加工时工具电极和工件不直接接触，因此，可用较软的电极材料加工任何高硬度的导电材料，这一点是其他加工方法无法比拟的。
(2)加工时不用刀具，无明显的切削力作用(主要是两极不直接接触)，不会因此造成零件受力变形，所以可以加工某些刚性较差的薄壁、窄缝和小孔、弯孔、深孔、曲线孔和各种复杂型腔。
(3)加工时不受热影响，由于电火花加工时的脉冲能量是间歇地以极短的时间作用在材料上，工作液是流动的，起散热作用，可保证加工不受热变形的影响。
(4)不需要复杂的切削运动便可加工形状复杂的零件表面，易于实现加工的自动化。
(5)需要制造精度高的电极，而且电极在加工中有一定的损耗，增加了成本、降低了精度，且只能对导电材料进行加工，这也限制了它的应用。
(6)加工时不需要刀具，减少了刀具的费用。
活动3电火花加工的应用
电火花加工的应用比较广泛，种类也很多，按加工过程中工具电极和工件相对运动的方式和用途不同，大致可分为电火花穿孔加工、电火花型腔加工、电火花线切割加工、电火花镗削和磨削、电火花表面强化与刻字、电火花同步回转加工等。其中，电火花穿孔成形加工和电火花线切割应用最广泛。
1.电火花穿孔加工
2.电火花型腔加工
3.电火花线切割加工
(1)线切割加工的特点。
(2)线切割加工的应用。
任务2激光加工
活动1激光加工的概念与原理
1.激光加工的概念
2.激光加工的原理
活动2激光加工的特点
激光加工有以下特点。
(1)加工范围广。由于激光加工的功率密度是各种加工方法中最高的一种，几乎能加工任何金属和非金属材料，如高熔点材料、耐热合金、硬质合金、有机玻璃及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。
(2)操作简便。激光加工不需要真空条件，可在各种环境中进行。
(3)适合精密加工。激光聚焦后的焦点直径小于几微米，形成极细的光束，所以可以加工深而小的微孔和窄缝。
(4)无工具损耗。激光加工不需要加工工具，是非接触加工，工件不受明显的切削力，可对刚性差的薄壁零件进行加工。
(5)高效性。加工速度快、效率高，可减少热扩散带来的热变形。
(6)可控性好。激光加工的可控性好，易于实现加工自动化。
(7)维修性好。激光加工装置小巧简单，维修方便。
活动3激光加工的应用
在机械加工中，利用激光能量高度集中的特点，可进行打孔、切割、焊接、雕刻、表面热处理，利用激光的单色性还可以进行精密测量。
1.激光打孔
2.激光切割
3.激光焊接
4.激光雕刻
5.激光表面热处理
任务3数控加工
活动1数控机床简介
数控机床的研制于20世纪50年代初开始。20世纪60年代初，数控系统由使用电子管过渡到晶体管和印刷板电路，这使数控系统的可靠性得到了提高，成本也开始下降，民用工业也开始发展数控机床。近年计算机技术的飞速发展，推动了数控机床的巨大进步，数控机床已经从40年前的点位控制机床，发展成为具有多功能、多种类、高精度、高效率的数控机床，和由多台数控机床组成的柔性加工系统。
活动2数控机床的组成
数控机床是由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成的。如图8-4所示为开环控制的数控机床组成框图(实线部分)。在高精度数控机床的系统中，加上一个测量反馈系统(图8-4所示的虚线部分)，就构成了闭环控制的数控机床框图。
1.控制介质
控制介质是使数控机床按照人的意图去进行工作的中间媒介。在数控机床上加工工件时，要把加工工件所需的机床全部动作以及刀具相对于工件的位置等内容，用数控装置所能识别的数字和文字代码来表示，并将这些代码编制成程序存储在控制介质上。控制介质可以是磁盘、磁带或其他可以储存代码的介质。采用哪一种介质，取决于数控装置的输入设备类型。
2.数控装置
如图8-5所示，数控装置一般由输入装置、译码器、主控制器、存储器、输出装置和显示器等组成。数控装置是数控机床的核心，它根据输入装置获得的指令信息进行分析和运算，并将运算结果输送到伺服系统中，以驱动机床对工件进行加工。采用计算机控制的数控装置称为CNC。
图8-5数控装置逻辑框图
3.伺服系统
伺服系统的作用是把数控装置送来的脉冲信号转换为机床运动部件的运动。伺服系统接到数控装置的指令后，经传动装置驱动机床的运动部件(工作台、刀架或主轴)进行精确定位或按照规定的轨迹和速度运转，控制机床加工出合格的工件。伺服系统的性能直接影响数控机床的加工精度、表面粗糙度和生产率。相对于每一个脉冲信号，机床移动部件的位移量称为脉冲当量，常用的脉冲当量为0.01mm／脉冲或0.001mm／脉冲。开环控制的数控机床的伺服系统常用步进电动机和电液脉冲马达作为伺服元件，闭环控制的数控机床的伺服系统常用伺服电动机等作为伺服元件。
4.机床
机床由床身、执行件和传动件组成。由于数控机床的切削用量大，且长时间连续工作，故除了发热量大和受力变形而影响加工精度外，还不易随时对机床进行各种误差补偿，所以要求机床的设计要更加完善，制造更加精密。
有些经济型数控机床为降低成本也采用普通机床的基本结构。
活动3数控加工的特点
在数控机床上，工件的整个加工过程全是由数字指令控制的。在工件加工前，根据工件图样的要求和机床的加工工艺过程，用数控系统可以识别的数字代码将工件的加工尺寸、切削用量以及机床的辅助操作(即主轴开停、换向、刀具的更换、切削液的通断)等各种信息编制成程序，然后输入到数控系统中去。数控机床按照程序中的指令自动完成对工件的每一道加工工序，直到工件加工完成。因此，数控机床具有以下特点。
(1)可以加工形状复杂的工件。由于机床的控制系统是由计算机来控制完成的，因此机床在加工过程中，可以在两坐标或3坐标上同时对机床的进给运动进行控制，并且可以控制机床在各个坐标方向上的相对运动速度大小，从而可以加工出普通机床难以加工的具有特殊曲面的复杂工件。
(2)更换产品灵活。由于数控机床是按照控制介质所记载的工件加工程序进行工作的。所以改变加工工件时，只要更换控制介质上的加工程序、重新装夹工件以及更换刀具并对刀即可。
(3)生产率较高。数控机床的刚度大，功率也大，且在加工过程中，切削用量可以自动调整到最佳状态，这就有效地节省了机动时间。数控机床具有自动换刀、不停车变速、快速空行程运动和自动检测等功能，这些功能大大缩短了机床的辅助时间，提高了生产率。
(4)加工精度较高和加工质量较稳定。因为机床加工过程不需要人工直接操作，因而避免了人为误差，并且机床的结构和传动系统都具有较高的精度和刚度，因此机床的重复精度高，加工质量稳定。为了保证加工精度，机床又采用了如闭环控制系统和利用系统软件调整等提高加工精度的措施，可以使机床达到较高的加工精度。
(5)改善了劳动条件，减轻了工人的劳动强度。由于数控机床的加工过程是自动进行的，不需要人工直接操作，加工完毕后即自动停机，使工人的劳动条件大为改善。
(6)提高场地利用率。由于数控机床一机多用，工序高度集中，从而减少机床台数，提高场地利用率。
(7)便于实现生产过程的自动化管理。由于数控机床是使用数字指令来进行控制的，便于与计算机连接，所以它为采用计算机进行生产管理创造了条件，为实现生产过程高度自动化(如柔性加工系统、无人车间、无人工厂等)奠定了基础。
数控机床属于高度自动化机床，控制系统复杂，目前价格还比较高。但是，由于它具有诸多的优越性，因而在宇航、国防和民用工业中得到广泛应用，不仅用于高精度的复杂工件的生产，也应用于一般工件的加工。
任务4超声波加工
活动1超声波加工的历史
1927年，美国物理学家伍德和卢米斯最早进行了超声加工试验，利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔，但当时并未应用在工业上。1951年，美国的科恩制成第一台实用的超声加工机。
20世纪50年代中期，日本、苏联科学家将超声加工、电加工(如电火花加工和电解加工等)与切削加工结合起来，开辟了复合加工的领域。这种复合加工的方法能改善电加工或金属切削加工的条件，提高加工效率和质量。1964年，英国科学家又提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法，克服了一般超声加工深孔时，加工速度低和精度差的缺点。
1987年，中国北京电加工研究所研制成功了超硬材料超声电火花复合抛光技术。2003年，德国DMG公司开发了超声振动加工机床。近年来，超声加工技术在迅猛发展的汽车工业中得到了广泛的应用。
活动2超声波加工工作原理
超声波加工原理图如图8-6所示。加工时，在工具与工件之间加入液体(水或煤油)与磨
料混合的磨料悬浮液，并使工具以很小的力压在工件上，超声波换能器产生16 kHz以上的声频，纵向振动，并借助变幅杆把振幅放大到0.05～0.1mm，驱动工具端面做超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，并从工件上打击下来。
图8-6超声波加工原理
除了磨粒的高频撞击和抛磨作用外，工作液还会受工具端部的超声振动作用，同时产生
高频、交变的液压正负冲击波，加强了机械的破坏作用。
(1)超声波换能器是把高频电能转换成机械能的重要组件。上部绕组称为磁致伸缩器。
(2)变幅棒是一个上粗下细的杆，这种锥形棒可将振幅扩大5~10倍。
(3)工具的形状和尺寸取决于工件被加工面的形状和尺寸。工具通常采用韧性材料制成，常
用未淬火碳素钢。
(4)磨料常采用碳化硼、氧化铝等。磨料的粒度对加工生产率及精度有很大影响。
(5)磨料悬浮液通常是由泵注入工件与工具之间的。
活动3超声波加工特点及应用范围
超声波加工有以下特点。
(1)特别适合于加工各种硬脆材料，如硬质合金、淬火钢、金刚石、石英、宝石、玻璃、陶瓷等，但生产率较低。加工时，一般均采用成形加工方法。
(2)加工过程受力小，热影响小，可用于加工薄壁、窄缝等低刚度零件。
(3)被加工表面无残余应力、无破坏层，加工精度高，尺寸精度为0.01～0.05 mm，表面粗糙度值Ra为0.4～0.1μm。
(4)工具可用较软材料制作，故可以加工各种复杂形状的型孔、型腔和型面，还可以进行套料、切割和雕刻等。
(5)超声加工的孔径范围为0.1～90 mm，最大加工深度可达300～400 mm，当超声发生器功率为1 kW并加工玻璃时，其生产率可达4 000 mm3／min。
(6)由于可以采用复杂形状的工具，故不需要工具与工件之间的复杂运动关系就可以加工出复杂形状的工件，因此，超声加工机床结构简单，使用和维护也很方便。
近年来，超声加工和其他加工方法结合进行的复合加工发展迅速，如超声电火花加工、超声电解加工、超声调制激光打孔、超声振动切削加工等。这些复合加工方法，由于把两种以至多种加工方法的工作原理结合在一起，起到取长补短的作用，使加工效率、加工精度及加工表面质量都得到显著提高。
利用超声振荡所产生的空化作用，还可以用于清洗机械零件，甚至能清洗衣物等。此外，超声波还可以用来进行测距和探伤等工作。
六、项目小结
1.电火花加工
电火花加工是一种利用电、热能量对金属进行加工的方法，其工作原理为电腐蚀现象。
2.激光加工
由于激光具有高方向性、高亮度、高单色性和能量高度集中等特点，激光加工可以应用于打孔、切割、焊接等各方面。
3.数控加工
数控机床是采用电子计算机或专用电子计算装置对数字化信息进行处理而实现自动控制的机床。
4.超声波加工
超声波加工是利用工具端面做超声频振动，通过磨料悬浮加工硬材料的一种成形方法。
七、课后习题
完成项目的项目检测。

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