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机械工程基础

绪论

第一节机械的概念与组成

概念

是人类在长期生产和生活实践中创造出来的重要劳动工具，用以减轻人的劳动强度，提高生产率和产品质量

组成

机构：有两个以上的构件，相互直接接触，形成一定运动副，各构建之间具有确定的相对运动规律

构件：组成机器的各个相对运动的实物，是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成

固定件：机构中相对不动的构件

原动件：产生驱动力且运动规律吃的构建

从动件：随着原动构件的运动而运动的构建

零件：是制造单元，机械中不可猜的制造单元体

专用零件：特定机器中所使用的零件

通用零件：各类机器中普遍使用的零件

机器的特征

原动机部分：发动机

辅助系统：各类仪表，车灯，雨刮器等

控制系统：方向盘、排档杆、刹车、油门

传动部分：离合器、变速箱、转动轴、差速器

执行部分：车轮

例子：汽车🚗

第一章，机械常用工程材料及钢的热处理

金属材料的性能

使用性能：金属材料在使用过程中，所表现出来的性能，包括力学性能，物理性能，化学信能

工艺性能：金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能，锻造性能，热处理性能和切削性能等

力学性能：金属材料抵抗不同性质载荷（外力）的能力，过去常常称为机械性能
它的主要指标是强度，塑性，硬度，冲击吸收能量和疲劳强度等

金属学基础

铁碳合金

铁素体

奥氏体

渗碳体:铁与碳形成的金属化合物，化学分子式：Fe3CO

珠光体：有铁素体和渗碳体组成的机械混合物，符号P

铁碳合金

工业纯铁：碳的质量分子小于0.0218%的铁碳合金，是电器，电动机及电工仪表上用的磁性材料

钢：碳的质量分数为0.0218%～2.11%的铁碳合金，按室温组织不同分类

共析钢：碳的质量分数为0.77%，室温组织为珠光体

亚共析钢：碳的质量分数为0.0218%~0.77%，室温组织为珠光体+铁素体

过共析钢：碳的质量分数为0.77%~2.11%，室泪组织为珠光体+渗碳体

白口铸铁

碳的质量分数为2.11 %~6.69%的铁碳合金，按室温组织不同分类

共晶白口铸铁。碳的质量分数为4.3%，室温组织为低温莱氏体

亚共晶白口铸铁。碳的质量分数为2.11%~4.3%，室温组织为低温莱氏体+珠光体+渗碳体

过共晶自口铸铁。碳的质量分数为4.3%~6.69%，室温组织为低温5莱氏体十渗碳

碳的质量分数及杂质对铁碳合金性能的影响

在铁碳合金中，渗碳体一般认为是一种强化相，所以合金中渗碳体的量越多，分布越均匀，材料的硬度、强度就越高，但塑性、韧性越差

硫与铁会形成化合物FeS，而Fes与Fe形成低熔点的共晶体(熔点985C)，分布在奥氏体晶界上，当进行热压力加工时钢就会沿晶界碎裂，这种现象称为钢的热脆性。锰能消除硫的热脆性。磷降低钢的塑性和韧性，尤其在低温时影响更大，这种现象称为冷脆性。所以钢中要严格控制硫、磷的含量

一般机械零件和建筑结构件等，都需要强度较高、塑性及韧性好焊接性好的材料，故应选用碳含量较低的钢材 (wc<0.25%) ;各种机器零件需要强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，l应选用碳含量适中的钢wc=0.3%~0.5%) ;各种工具、刃具、量具、模具要求硬度高,耐磨性好的材料，则可选用碳含量较高的钢 (wc=0.85%~1.3%)

钢的热处理

普通热处理:退火、正火、淬火、回火

退火:是将钢件加热到某一适当温度范围，保温一定时间，然后进行缓慢冷却(一般是随炉冷却) 的热处理工艺

1) 降低硬度，改善工件的切削加工性能
2)消除残余应力，防止工件的变形与开裂
3）细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处理做好组织上的准备

正火:将钢件加热至某一温度范围，经保温使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却的热处理工艺称为正火

淬火:是将钢件加热至A,或A,线以上某一温度，保温，然后在水、盐水或油中急剧冷却的热处理工艺

、回火:将摔火钢件重新加热到A,线以下某一温度，保温一定的时间,然后空冷到室温的热处理工艺

1) 低温回火 (150~250C) 低温回火的目的是降低洋火内应力，提高韧性，并保持高硬度和高耐磨性。主要用于高碳钢和合金钢制作的切削刃具、量具、冲压模具、滚动轴承、渗碳件以及表面洋火零件等
2) 中温回火 (350~500"C) 可显著减小钢件的洋火应力，提高弹性和屈服强度。常用于各种弹簧和某些模具
3优良的综合力学性能。它广泛应用于汽车、拖拉机、机床制造中的重要结构件。

表面热处理

表面淬火

感应淬火

火焰淬火

激光淬火及其他表面热处理

化学热处理

渗碳

渗氮

碳氮共渗及其他

第二章静力学

静力学基础

静力学基本概念

力与力系

概念：力时物体间的相互的机械作用

力的三要素：①大小 ②方向 ③作用点

力系分类

①平面（汇交力系、平衡力系、力偶系、任意力系）

②空间（汇交力系、平行力系、力偶系、任意力系）

平衡

概念：指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态

刚体

概念：指在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变的物体

力的基本性质

二力平衡条件

作用在刚体上的两个力，这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上

加减平衡力系原理

在己知力系上加上或减去任意的平衡力系，井不改变原力系对刚体的作用

力的平衡四边形

作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。

合力的作用点在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定

作用与反作用定律

作用力和反作用力总是同时存在，二者等值、反向、共线，分别作用在相互作用的两个物体上。

力矩与平衡力偶系

力矩

概念：描述物体转动效果的物理量，物体转动状态发生变化

定义

力矩的大小或转向随着矩心位置的变化而变化

力沿其作用线滑移时，力对点之矩不变

合力矩定理

在平面汇交力系中，合力对平面内任意一点的力矩，等于其所有分力对于同一点的力矩的代数和

平衡力偶系

力偶

概念：由两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系

力偶臂：力偶的两力之间的垂直距离

力偶矩

正负号规定：力偶使物体逆时针转动的力偶矩为正，反之为负。

力偶的性质

力偶无合力。

力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶短，而与矩心的位置无关。

平衡力偶的等效性质。

平衡力偶系

概念：作用于同一物体同一平面内的一组力偶

平衡条件—力偶系中各力偶矩的代数和为等于零

平面力系和摩擦力

平面力系

概念：力系中各力的作用线均在同一平面内的力系。

分类

平面汇交力系：各力的作用线汇交于一点的平面力系

平面平行力系：各力的作用线相互平行的平面力系

平面任意力系 —各力的作用线任意分布的平面力系

力的投影

力在直角坐标轴上的投影

合力投影定理：合力在某一轴的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和

力的平移定理

作用于刚体上的力F可平行移到刚体上的任一点，但必须同时附加。一个力偶，其力偶矩等于原来的力F对新作用点之矩

滑动摩擦力

概念：当相互接触的两个物体之间有相对滑动趋势或相对滑动时，接触面间有阻碍相对滑动的阻力，方向与相对滑动的趋势或相对滑动的方向相反。

分类

静滑动摩擦力

最大静滑动摩擦力

动滑动摩擦力

第三章杆件受力变形及其强度计算

杠杆受力变形

概述

构件正常工作的基本要求

有足够的强度
有足够的稳定性

变形固体及其基本假设

均匀连续性假设
各向同性假设
小变形假设

杠杆变形的基本形式

轴向拉伸或压缩
剪切
扭转
弯曲

转向拉伸或压缩

内力

概念：将杆件假想地切开以显示内力，井由平衡条件建立内力与外力的关系或由外力确定内力的方法。

截面法

概念：将杆件假想地切开以显示内力，井由平衡条件建立内力与外力的关系或由外力确定内力的方法。

求内力的步骤

在需求内力的截面处，假想地将杠件截成两部分

任取一段（一般取受力情况较简单的部分）在截面上用内力代替截掉部分对该段的作用

对所研究的部分建立平衡方程，确定该截面内力的大小和方向

轴力

概念：转向拉杆和压缩时杆件外力的作用线沿着杆件的轴线，其内力的作用线也必通过杆件的轴线，故轴向拉伸和压缩时杆件的内力称为轴力。

剪切

受力特点：作用于构件两侧面上的横向外力的合力大小相等、方向

穊念：两个力作用线之间的截面发生相对错动。

剪切面：发生相对错动的面，剪切面平行于作用力的方向。

挤压

概念：在接触面上产生较大的压力，致使接触面处局部产生显著的

挤压面：构件上产生挤压变形的接触面，一般情况下，挤压面垂直于挤压力的作用线。

挤压力：挤压面上的压力。

圆轴的扭转

受力特点：在垂直于杠件轴线的平面内，作用着一对大小相等、转向相反的力偶。

概念；杆件的各横截面绕轴线发生相对转动，但杆的轴线始终保持直线。

扭转角：杆件任意两截面间的相对角位移。

平面弯曲

概念：构件的轴线由原来的直线变为曲线。

受力特点：在通过构件轴线的平面内受到力偶或垂直于轴线的横向力作用。

梁：以弯曲变形为主的构件。

组合变形

定义：在工程实际中，受力构件往往产变形，称为组合变形。

第四章，常用机构

杌构

作用：用来传递运动和动力，改变形式或运动轨迹等。

分类

平面机构：各构件均在同一平面或相互平行的平面内运动。

空间机构：各构件均在三维空间内运动

平面运动副

运动副：两构件直接接触而形成的可动连接称为运动副

运动副元素：两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面。

自由度：在平面坐标系中，构件可随任某一点沿x轴、y轴方向

约束：两构件组成运动副后，构件的某些独立运动因构件间的直接接触而受到限制。

分类

低副

转动副

移动副

高副：两构件之间通过点或线接触组成的运动副。

平面连杆和凸轮机构

平面连杄机构

概念：由若干刚性构件连接而成且各构件在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。

优点：比压较小且便于润滑，承受载荷大，使用寿命长。

类型

曲柄摇杄机构

双曲斌机构

双摇杆机构

注意：铰链四杄机构曲柄存在条件

最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

以最短杆或与其相邻的构件为机架。

凸轮机构

应用

内燃机配气机构

绕线机引线机构

靠模车削机构

机床自动进给机构

按凸轮形状分类

①盘型凸轮

②移动凸轮

③圆桂凸轮

按从动件端部形状分类

尖端从动件

滚子从动件

平底从动件

按从动件运动形式分类

直接从动件

摆动从动件

优点：只要选择适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意预期的运动规律，并且结构简单、紧凌，工作可靠。

缺点：凸轮轮廓形状复杂，加工比较困难，成本较高，且凸轮与从动件间为高副接触，易磨损。

间歇运动和螺旋机构

间歇运动机构

棘轮机构

组成

①棘轮 ②驱动棘爪 ③摇杆④止回棘爪 ⑤机架

类型

轮齿式

外啮合棘轮机构

内啮合棘轮机构

摩擦式

特点：结构简单，易于制造，运动可靠，棘轮转角容易实现有级调整

应用：在低速、轻载场合实现

槽轮机构

类型：外槽轮机构、内槽轮机构

特点：结构简单，工作可靠，转位迅速。

应用：低速自动机械的转位或分度机构。

不完全齿轮机构

组成：①主动轮 ②以动轮 ③机架

类型：①外啮合 ②內啮合

螺旋机构

组成：用螺旋副连接两构件而形成的机构。

作用：用于将旋转运动变换成直线运动，同时传递运动和动力。

类型

①滑动螺旋机构

①单式螺旋机构

组成：⑨螺杆 ②螺母 ③机架

应用；台虎钳、千斤顶、螺旋压缩机及许多金属切削机床的走刀机构中。

②复式螺旋机构

③差动螺旋机构

②滚动螺旋机构

特点：传动效率高、起动力矩小，传动灵敏、工作平稳、寿命长。

应用：汽车和拖拉机转向机构、数控机床及飞机起落架等。

第五章，公差与配合

概述

互换性

概述：指统一规格的一批零件(或部件)中，不经选择、修配或调整，任取其一，都能装在机器上达到规定的功能要求。

种类

①完全互换

②不安全互换

作用：产品实现互换性，有利于组织专业化生产，使企业提高生产率，保证产品的质量和降低制造成本。

加工误差

概念：在加工过程中，由于各种因素的影响，零件的实际几何参数与理想几何参数不可能完全一致，两者之间存

种类

①尺寸误差

②几何形状误差

③位置误差

公差

概念：要满足零件互换性的要求，只要对几何参数加以控制，允许它在一定范围内变化。

极限与配合

孔和轴

孔：指工件的圆柱形内尺寸要素，也包括非圆柱型内尺寸要素（由两平行平面或切面形成的包容面)。

轴：指工件的圆柱型外尺寸要素，也包括非圆柱型外尺寸要素（由两平行平面或切面形成的被包容面）。

有关要素

①要素：构成零件几何特征的点、线、面。

②尺寸要素：由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。

③公称组成要素：由技术制图或其他方法确定的理论正确组成要素。

④实际（组成）要素：表面的组成要素部分，即近似工件实际表面的面或面上的线。

⑤提取组成要素：按规定方法，由实际（组成）提取有限数目的点所形成的实际（组成）要素的近似代替。

⑥拟合组成要素：按规定的方法由提取组成要素形成的具有理想形状的组成要素。

尺寸

①线性尺寸：指以特定单位表示线性尺寸值的数值，如直径、宽度、深度、高度、中心距等。

②公称尺寸：由图样规范确定的理想形状要素的尺寸。

③极限尺寸：指尺寸要素允许的尺寸的两个极端。

表面粗糙度

公差和偏差

尺寸偏差：指某—尺寸减去其公称尺寸所得的代数差

分类

①上尺寸偏差

②下尺寸偏差

尺寸公差：指允许尺寸的变动量。

配合

定义：指公称尺寸相同的并且相互配合的孔和轴公差带之间的关系。

间隙与过盈：指孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差。

种类

①间隙配合

②过盈配合

③过度配合

表面粗糙度

概念：加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。

基本术语

轮廓滤波器：把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。

传输带：传输带是两个定义的滤波器之间的波长范围。

取样长度lr:取样长度是用来判别表面粗糙度特征的X

评定长度:用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度

轮廓中线:具有几何轮廓形状井划分轮廓的基准线

评定参数

轮廓最大高度Rz

轮廓算术平均偏差Ra

第六章带动传动和链传动

带传动

概述

工作原理：利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机

类型

摩擦型带传动

①平带

②v带

⑧多楔带

④圆带

啮合型带传动

特点

优点:带具有弹性，能缓冲吸振，传动平稳，噪声小，过载时打滑可以起到过载保护作用。

缺点:带与带轮之间存在弹性滑动，不能保证准确的传动比，效率较低，不适合在高温易燃场合下使用。

应用:应用范围较广泛，一般带速5-25m/s，传动比一般不超过8。

普通V带

组成

①伸张层（项胶）

②强力层（抗拉体）

③压缩层（底胶）

④包布层（胶帆布)

普通V带轮

常用材料：铸铁

组成

①轮缘

②轮辐

③轮毂

链传动

概述

概念:通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。

链条种类

◎传动链

应用：一般机械中传递运动和动力。

分类：
①滚子链
②套筒链
③齿形链
④成型链

②起重链应用：起重机械中提升重物

③牵引链应用：链式输送机移动重物

④常用是滚子链和齿形链。

链条和链轮

滚子链

组成

⑨内链板 ②外链板

③销轴 ④套筒 ⑤滚子

标记方法:链号一排数x链节数标准代号

链轮

小直径的链轮采用整体式结构。

中等尺寸的链轮可采用孔板式结构。

大直径的链轮采用组合结构。

材料

低速和中速时用中碳钢。

高速时低碳钢。

链传动的张紧

目的：避免链条垂直度过大时产生啮合不良和链条的振动现象。

方法

对中心距可调的链传动，可以通过调整中心距来控制张紧程度。

对中心距不可调的链传动，可以采用去掉1-2个链节的方法重新张紧，也可以用张紧轮自动张紧或人工定期张紧。

链传动的润滑

润滑方式

人工定期润滑

滴油润滑

油浴润滑

压力喷油润滑

第七章齿轮传动

齿轮传动

①特点

优点

能保证瞬间传动比恒定，工作平。

传动比范围大，可用于增速或减速

应用范围广

传动效率高

工作可靠，寿命长

缺点

①制造和安装精度要求高，成本较高。

②不适子相距较远的两轴间的传动。

②类型

①平行轴齿轮传动

①直齿圆柱齿轮传动

①外啮合直齿圆柱齿轮传动

②内啮合直齿圆柱齿轮传动

③齿轮与齿条啮合传动

②平行轴斜齿圆柱齿轮传动

③人字齿轮传动

②相交轴齿轮传动

③交错轴齿轮传动

按齿轮工作条件不同

①开式齿轮传动

②闭式齿轮传动

按齿廓表面的硬度不同

①软齿面齿轮传动

②硬齿面齿轮传动

按轮齿齿廓曲线的不同

①渐开线齿轮传动

②圆弧齿轮传动

③摆线齿轮传动

失效形式

轮齿折断

后果：轮齿折断后无法正常工作。

失效环境：开式、闭式硬齿面齿轮传动。

齿面点蚀

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境：闭式软齿面齿轮传动。

齿面磨损

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境:开式齿轮传动。

齿面胶合

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境:高速（或低速）、重载的闭式传动。

齿面塑性变形

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境:齿面较软、重载的传动。

常用林料

锻钢

特点:强度高，韧性好，便于制造。

分类

②软齿面齿轮

②硬齿面齿轮

铸钢：用于不便锻造的大齿轮

铸铁

特点:抗胶合、抗点蚀能力强，耐磨性能好，但强度低。

应用:低速、轻微及冲击小的不重要齿轮传动中。

非金属材料

常用材料

①夹布桃木

②工程塑料

应用:适用于高速、轻载、精度要求不高的场合。

齿轮的结构

有关因素:齿轮的结构形式与其几何尺寸、毛坯种类、所选材料、加工方法及使用要求有关，

流程

①按齿轮的直径大小选定合适的结构形式

②由经验公式确定有关尺寸

③绘制零件工作图

结构形式

齿轮轴

实心式齿轮

腹板式齿轮

轮辐式齿轮

润滑

作用:不仅可以减少摩擦、减轻磨损，还可以起到冷却、防锈及降低噪声。

闭式齿轮传动

润滑方式

①浸油润滑

決定因素

根据齿轮的圆周速度。

如齿轮圆周速度v<12m/s时，采用漫油润滑。

如齿轮圆周速度v＞12m/s时，采用喷油润滑。

开式齿轮传动:常采用人工定期加油润滑。

注意:润滑油的粘度应根据齿轮传动的工作条件齿轮材料及圆周速度来选择。

第八章轮系

概述

齿轮机构是应用最广的传动机构之一。如果用普通的一对齿轮传动实现大传动比传动，不仅机构外廓尺寸庞大，而且大小齿轮直径相差悬殊，使小齿轮易磨损，大齿轮的工作能力不能充分发挥。为了在一台机器上获得很大的传动比，或是获得不同转速，常常采用一系列的齿轮组成传动机构，这种由齿轮组成的传动系称为轮系。采用轮系，可避免上述缺点，而且使结构较为紧凑。

轮系功用：大传动比、远距离传动、变速

轮系的分类

定轴轮系：轮系中所有齿轮的几何轴线（位置）都是固定的

周转轮系（动轴轮系）：轮系中，至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一个齿轮几何轴线转动的。

混合轮系（复合轮系）：由二个以上周转轮系组成或由定轴轮系和周转轮系组成

传动比定义：两轴的转速比;
传动比又可以被表示为两轴的角速度之比。通常，传动比用i表示

对轴a和轴b的传动比可表示为

转速

从动轮转动方向

第九章轴系零部件和连接零件

机器中的转动零件都必须与轴相连接，而轴需要支承在轴承上，有时轴与轴又需要通过联轴器或离合器实现连接，轴、轴承、联轴器、离合器及轴上的转动零件组合起来成为一个系统，常称为轴系零部件

动连接：被连接零件的相互位置在工作时能够按需要变化，如各种运动副

静连接：被连接零件的相互位置在工作时不允许变化，如蜗轮的齿圈与轮芯的连接

连接的性质分为

可拆连接：键连接和螺纹连接

不可拆连接：焊接、铆接

轴和轴毂连接

轴：主要功用是安装、固定和支承机器中的回转零件（如齿轮、带轮等），使其具有确定的工作位置，并传递运动和动力

根据轴所受载荷的不同

心轴：工作时只承受弯矩不承受转矩的轴。
这类轴只起支承转动零件的作用，不传递转矩，受力后发生弯曲变形。它又可分为固定心轴，如滑轮轴、自行车前轴等，和转动心轴，如火车轮轴等。

传动轴：工作时主要承受转矩而不承受弯矩，或弯矩很小的轴。
这类轴起传递动力和运动的作用，主要发生扭转变形，如汽车传动轴等。

转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。
转轴是机器中最为常见的轴，如减速器中的轴和汽车、拖拉机变速器中的大多数轴等。

轴按其轴线形状不同

直轴：大多数机械中使力接后桥传动装置用的零件，它又有光轴和阶梯轴之分
般为实心轴，当有结构要求或为减轻质量时，可制成空心轴

光轴：全轴各处直径相同的轴，阶梯轴的各段直径不同，可使各轴段的强度接近，并便于零件的装拆、定位和紧固，应用广泛。

轴肩：直径不等的相邻两部分之间的环形轴端

曲轴是往复式机械中的专用零件，用来将回转运动转换为直线运动或将直线运动转换为回转运动

特殊用途的轴，如钢丝软轴。

轴的材料及其选择

由于轴工作时的应力多是交变应力，轴的主要失效为疲劳破坏。轴的材料应具有足够的疲劳强度，且对应力集中的敏感性低，同时应考虑工艺性和经济性等因素，合理地选择轴的材料。

碳素钢：因价廉及对应力集中的敏感性低，并可通过热处理改善其综合力学性能，故应用较为广泛

合金钢：比碳素钢具有更高的力学性能，但对应力集中较敏感，且价格较贵，主要用于传递大功率并要求减轻质量和提高轴颈耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴

形状复杂的轴，如凸轮轴、曲轴、空心轴等，有时也可采用铸钢或铸铁制造，经过铸造成形可得到比较合理的形状，而且铸铁的吸振性强，耐磨性好，可加工性好，对应力集中的敏感性较低，价格便宜

轴的设计要求：应具备足够的强度和刚度，同时应具备合理的结构，即应保证轴上零件能正常定位和固定，且便于加工和装配等

轴的结构设计：是根据工作条件合理地确定轴的外形结构和全部尺寸

1）轴和装配在轴上的零件应有正确的工作位置和可靠的相对固定：

2）轴应有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装配和调整；

3）轴的受力合理，能有效地减小轴的应力集中；

4）有利于减轻轴的质量和节省材料。进行轴的结构设计时，首先要拟订出不同的装配方案，分析比较后择优确定一种方案，然后进行轴的结构设计。

轴毂连接

轴与传动零件（如齿轮、带轮等）轮毂之间的连接称为轴毂连接
有键连接、花键连接、销连接、过盈连接等

键连接的类型、结构、特点和应用

平键连接：构简单，装拆方便，对中性好，应用最广，但它不能承受轴向力，故对轴上零件不能起到轴向固定的作用

普通平键：用于静连接，导向平键和滑键用于动连接

导向平键：用于轮毂需作轴向移动的动连接，如变速箱中的滑移齿轮

滑键：固定在轴上零件的轮毂中，并随同零件在轴上的键槽中滑移，适用于轴上零件滑移距离较大的场合，如台式钻床的主轴与带轮的连接等

半圆键连接：轴槽的加工工艺性好，装配方便，但键槽较深，对轴的削弱较大

模键连接：适用于对传动精度要求不高、低速和平稳的场合

切向键连接：其工作原理与模键相同，依靠键模紧产生的摩擦力来传递运动和转矩

花键连接：具有周向均匀分布的多个键齿的花键轴（外花键）和具有同样键齿槽（内花键）的轮毂组成

矩形花键连接：该键的形状为矩形，易于加工，且可用磨削的方法获得较高的精度，应用最广

渐开线花键连接：渐开线花键齿根较厚，齿根圆角较大，应力集中小，承载能力大，寿命长

平键的选择及强度校核：设计平键时，先根据工作要求和轴颈选择键的类型和尺寸，然后进行强度校核

平键尺寸的选择：平键的主要尺寸有键宽b、键高h和键长L。

平键连接的强度校核：普通平键只需校核其挤压强度，而对导向平键和滑键则需通过限制其压强来控制磨损

1）适当增大键和轮毂的长度，但键长不宜超过2.5d，否则，载荷沿键长的分布将很不均匀。

2）用两个键相隔180°布置，考虑到载荷在两个键上分布的不均匀性，双键连接的强度只按1.5个键计算。

销连接

销是标准件，按照用途可以分为定位销、连接销、安全销等

定位销通常用于固定零件之间的相对位置，它是组合加工和装配时的重要辅助零件，同一定位面上至少需用两个定位销定位；

连接销用于轴毂或其他零件的连接，可传递不大的载荷；

安全销作为安全装置中的过载剪断元件，起过载保护作用。

按销形状的不同，可分为圆柱销、圆锥销和开口销等

圆柱销靠微量的过盈配合固定在孔中，它不宜经常装拆，否则会降低定位精度和连接的紧固性。

圆锥销具有1：50的锥度，小头直径为标准值。圆锥销安装方便，且多次装拆对定位精度的影响也不大，应用较广。

销的材料多采用强度极限不低于500～600 MPa的碳素钢（如35、45钢）制造。

轴上零件的轴向

定位与固定

有轴肩、轴环、套筒、各种挡圈、圆锥面、圆螺母及紧定螺钉等定位方式

固定方法及特点

有键或花键连接、销连接、过盈配合等

轴的结构工艺性

1）为保证轴上零件装拆顺利，轴的结构采用两端细、中间粗的阶梯状。

轴的台阶数尽可能少，轴肩高度尽可能小，以减少加工，降低成本。

2）需要磨削或切制螺纹的轴段应留有砂轮越程槽或螺纹退刀槽。

3）轴端、轴头、轴颈的端部都应有倒角以便装配和保证安全一根轴上的圆角和倒角砂轮越程槽和螺纹退刀槽尺寸最好一致，以便减少刀具数目和加工时的换刀次数。

4）若同一根轴上各轴段直径相差不大，则各轴段上键槽尺寸规格应尽可能相同并符合键的标准，同时所有键槽应设置在轴的同一母线上。

5）为便于拆卸滚动轴承，轴肩高度一般应小于轴承内圈高度。

6）为了便于轴在加工过程中各工序的定位，轴的两端面上应做出中心孔。

提高轴疲劳强度的措施

（1）改善轴的受载情况，在传递功率不变时，改善轴的受载情况，可显著提高轴的强度和刚度。

1）轴上受力较大的零件应尽可能装在靠近轴承处以减小弯矩值。

2）合理布置轴上传动零件的位置，减小轴的受载。

（2）降低应力集中，提高轴的疲劳强度，应力集中常是产生疲劳裂纹的根源。

1）阶梯轴相邻段的直径不宜相差太大

2）轴肩处的过渡圆角应尽可能大些。

若轴肩处过渡圆角半径受结构限制难以增大，则可改用凹切圆角或过渡肩环结构形式。

（3）提高轴的表面质量加工、装配时，总会在轴的表面留下刀痕、划伤等微细裂纹，从而引起应力集中。

1）适当降低轴表面的粗糙度值

2）强化轴的表面，如碾压、喷丸、渗碳淬火、渗氮、高频感应淬火等。

第十章液压传动

液压传动定义:
完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机（含辅助装置）组成。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。

液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；

液力传动主要是利用液体的动能来传递能量

液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式

液压传动是以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过管道、液压控制及调节装置等，借助执行装置，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。

流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动

液压传动的工作原理及系统构成

液压千斤顶

千斤顶常用于顶升重物，如顶起汽车以便拆换轮胎......
杆上没有作用力时，负载可以停止在任意位置；在液压缸行程范围内，可以将负载提升到任意位置。

液压传动系统的工作原

千斤顶中，小缸、小活塞以及单向阀4和7组合在一起，就可以不断从油箱中吸油和将油压入大缸，这个组合体的作用是向系统中提供一定量的压力油液，称为液压泵。

大活塞用于带动负载，这个部分称为执行机构。

放油阀门的启闭决定重物W是否向下运动，是一个方向控制阀。另外，要进行动力传输必须借助液压传动介质。

液压传动的优缺点

液压传动的工作介质

第十一章毛坯的生产与选择

零件毛坯的生产加工主要有三种方式

铸造：形状较复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。目前生产中的铸件大多数是砂型铸造，少数尺寸较小的优质铸件可采用特种铸造，如金属性铸造、熔模铸造和压力铸造等

锻压：适用于强度要求较高，形状比较简单的零件毛坯，锻造方法有自由锻和模锻。自由锻的加工余量大，锻件精度低，生产率不高，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯制造。模锻加工余量小，锻件精度高，生产率高，适用于中小型零件毛坯的大批量生产

焊接：根据需要用焊接的方法将同类材料或不同的材料焊接在一起而成的毛坯件。焊接件制造简单，生产周期短，但变形较大，需经时效处理后才能进行机械加工。焊接方法适用于大型毛坯、结构复杂的毛坯制造

毛坯选择的原则

1 ．零件材料及力学性能要求：例如材料为铸铁的零件，应选择铸造毛坯。对于重要的钢制零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯；形状较简单及力学性能不太高时，可用型材毛坯；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。

2 ．零件的结构形状与大小：轴类零件毛坯，如直径和台阶相差不大，可用棒料；如各台阶尺寸相差较大，则宜选用锻件。大型零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；中小型零件可用模锻件或特种铸造件。

3 ．生产类型：大批大量生产时，应选用毛坯精度和生产率均较高的毛坯制造方法，和精密如模锻、金属型机器造型铸造和精密铸造。单件小批生产时，可采用木模手工造型铸造或自由锻造。

4 ．现有生产条件：选择毛坯时，必须考虑现有生产条件，如现有毛坯制造的水平和设备情况，外协的可能性及经济性等。

5 ．充分利用新工艺、新材料：为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑应用新工艺、新技术和新材料。如精铸、精锻、冷轧、冷挤压和粉末冶金等在机械中的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料，大大提高了经济效益。

典型零件毛坯的选择

1 ．轴杆类零件的毛坯选择。作用：轴杆类零件指各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、摇臂、螺栓、销子等。这类零件一般轴向（纵向）尺寸远大于径向 ( 横向 ) 尺寸，是机械产品中支撑传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件。

① 对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常用型材（即热轧或冷拉圆钢）作为毛坯。

② 对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和脚边应力的重要轴，均采用锻件作为毛坯。

生产批量较小时，采用自由锻件。

生产批量较大时，采用模锻件。

③ 对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯采用砂型铸造件、焊接结构件或铸 - 焊结构毛坯。

2 ．盘套类零件的毛坯选择。结构特征：盘套类零件时指直径尺寸较大而长度尺寸相对较长的回转体零件（一般长度与直径之比小于 1 ）。

（ 1 ）圆柱齿轮的毛坯选择

钢制齿轮的毛坯选择取决于齿轮的选材、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产批量等因素。

第一节铸造成形

（一、概述

将液体金属浇注到具有与零件形状相应的铸型中，待其冷却凝固后获得铸件的方法称为铸造。

一般铸件通常是毛坏，经过切削加工才能成为零件，但对要求不高或精密铸造方法生产出来的铸件，也可以不经切削加工而直接使用。

1.铸造的特点及应用

相对于其他毛坏生产方法而言，铸造生产有许多优点，主要表现为：

1）铸造因为是液态成形，所以可制成形状很复杂的铸件，如机床床身、内燃机缸体和缸盖、涡轮叶片、阀体等：铸件的形状、尺寸和零件十分接近，可节约金属材料，减少切削加工工作量。

2）铸造的适应性广，铸件既可用于单件生产，也可用于成批或大量生产；铸件的轮廓尺寸可从几毫米至几十米，质量可从几克到几百吨；工业中常用的金属材料都可用铸造方法成形。

3）铸造设备投资少，造型材料价廉，可直接利用报废的金属机件及切屑作为铸造金属材料，所以铸件的成本低但是，铸造生产也存在一些不足。

如铸件的力学性能不及锻件，一般不宜用作承受较大交变、冲击载荷的零件；铸造生产过程比较复杂，铸件的质量不稳定，易出现废品；铸造生产的环境条件差等。

2；铸造的分类

铸造成形的方法很多，主要分为砂型铸造和特种铸造两类。

砂型铸造是用型砂紧实成形的铸造方法。

除砂型铸造外，其他的铸造方法称为特种铸造，如金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等。

砂型铸造具有较大的灵活性，对不同的生产规模，不同的铸造合金都适用，因此应用最为广泛。

特种铸造可以提高铸件的尺寸精度和表面质量，提高铸件的力学性能，提高金属的利用率，改善劳动条件，减少环境污染，便于实现机械化和自动化生产，所以特种铸造的应用越来越广。

（二、砂型铸造

1；砂型铸造的生产过程

根据零件图的形状和尺寸，设计制造模样和芯盒；制备型砂和芯砂；用模样制造砂型；把烘干的型芯装入砂型并合型；熔炼合金并将金属液浇入铸型：凝固后落砂、清理；检验合格便获得铸件

2；造型材料

制造铸型用的材料称为造型材料。

造型材料包括型砂和芯砂。

型砂和芯砂由原砂、粘结剂（粘土和膨润土、水玻璃、植物油、树脂等）、附加物（煤粉或木屑）、旧砂和水组成型（芯）砂应有一定的干，湿强度和热强度；应有足够的透气性：还应有一定的耐火度。

3；模样和芯盒

模样用来造型，以形成铸件的外形；芯盒用来造芯，以形成铸件的内腔。

在制造模样和芯盒之前，要以零件图为依据，考虑铸造工艺特点，绘制铸造工艺图，在绘制铸造工艺图时，要考虑如下几个问题。

1）分型面。

分型面是上、下砂型的分界面，分型面的选择必须使造型、起模方便，同时保证铸件质量。

2）起模斜度。

为便于起模或从芯盒中取出型芯，模样（或芯盒）垂直于分型面的壁应该有向着分型面逐渐增大的斜度，该斜度称为起模斜度。

3）收缩余量。

液态金属在砂型里凝固时要收缩，为了补偿铸件收缩，模样比图形尺寸增大的数值，称为收缩余量。

4）加工余量和铸造圆角。

铸件上有些部位需要切削加工，要相应地留出加工余量。

加工余量的大小根据铸件尺寸、铸造合金种类、生产量、加工面在浇注时的位置确定。

铸件上各表面的转折处在模样上都要做成过渡性圆角以方便造型，防止浇注时冲砂，减少铸件的应力集中。

5）有型芯的砂型为了便于安置型芯和排气，模样与芯盒上都要作出芯头。

4；造型和造芯

制造砂型的工艺过程称为造型。

制造型芯的工作称为造芯造型是砂型铸造中的重要工序。

（1）手工造型

手工造型的造型过程全部由手工或手动工具完成。

其操作灵活，适应性强，模样成本低，生产准备时间短，但铸件质量不稳定，生产率低，且劳动强度大，主要用于单件、小批量生产。

手工造型方法按砂箱特征分为两箱造型、三箱造型、地坑造型和脱箱造型：按模样特征分为整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型和劈模造型等。

1）整模造型。

整模造型是将模样做成与零件形状相适应的整体模样进行造型的方法。

其特点是把模样整体放在一个砂箱内，并以模样一端的最大表面作为铸型的分型面，这种造型方法操作简便、铸型简单，铸件不会产生错型缺陷。

2)分模造型。

分模造型是将模样分为两半，造型时模样分别在上、下砂箱内进行造型的方法。

这种造型方法操作简便，主要用于一些没有平整的表面，而且最大截面在模样中部，难以进行整模造型的铸件，但分模造型制作模样较麻烦，铸件容易出现错型缺陷。

3）挖砂造型。

挖砂造型时模样是整体的，但铸件的分型面为曲面，为了能起出模样造型时需要手工将阻碍起模的砂型挖去。

挖砂造型过程麻烦、生产率低，分模后易损坏铸型。

（2）机器造型。

机器造型就是用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型方法。

机器造型生产率高，铸件质量稳定，而且工入的劳动强度低，便于组织流水生产。

5；浇注系统和冒口

浇注系统是为了引导液态金属顺利进入型腔和冒口而在铸型中设计的一系列通道。

冒口的主要作用是补缩，防止铸件产生缩孔和缩松，此外，还有出气和集渣的作用。为了能有效地补缩，冒口应放在铸件最高、最厚的地方。

6；铸造合金的熔化及浇注

铸造合金的熔化工作包含炉料的处理（破碎炉料、筛选焦炭）、配料、加料和熔化等内容。

炉料的熔化设备种类很多，目前用于熔化铸铁的仍以焦炭为燃料的冲天炉为主；熔化铸钢多用电弧炉和感应炉；熔化非铁金属及合金多用反射炉和坩埚炉。

把液体金属浇入铸型的操作称为浇注。

浇注前必须做好准备工作，如浇包的修补、烘干，排好浇注顺序等。浇注过程必须注意浇注温度和浇注速度的选择和控制，这直接影响铸件的质量。

7；铸件的落砂、清理及检查

落砂是把铸件从铸型中取出。

铸件浇注后要在砂型中冷却到一定温度后才能落砂，落砂过早或过晚都会影响铸件质量。

清理是指落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（包括浇冒口、氧化皮），此项工作比较繁重，目前已采取了很多机械化的措施。

铸件清理后要进行质量检查，常见的检验项目有外观、金相组织、力学性能、化学成分、内部探伤、水压试验等。

（三、特种铸造

随着生产和科学技术的发展，产品对铸件质量及性能也提出了更高的要求，因此，在砂型铸造的基础上发展起来了与普通砂型铸造有显著区别的一些铸造方法，即特种铸造。

特种铸造的方法很多，每种特种铸造方法在提高铸件精度和表面质量、改善合金性能、提高劳动生产率、改善劳动条件和降低铸造成本等方面各有优越之处。

生产中每一种铸造方法都有它的局限性，因此在选择铸造方法时，需要综合考虑工艺的实用性、具体的生产条件及经济性等。

常见的特种铸造方法有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。

1；熔模铸造

熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成精确的模样，在模样上包覆若于层耐火涂料制成型壳，熔出模样，经高温焙烧后，将金属液浇入型壳以获得铸件的方法。

熔模铸造的优点是：铸件精度高，表面质量好：可制造形状复杂的铸件，适用于各种合金的铸件，所需设备简单，投资少，生产批量不受限制。

其缺点为：工艺复杂，生产周期长，生产费用高：由于受蜡模、型壳强度和刚度的限制，铸件质量一般不超过25 kg。熔模铸造常用于制造汽轮机叶片、复杂刀具、风动工具，以及汽车、拖拉机、机床上的小零件等。

2；金属型铸造

把金属液浇入金属铸型中制造铸件的方法称为金属型铸造，又称硬模铸造。

金属型铸造的优点是：铸件尺寸精度高，表面粗糙度低，故加工余量小或不需加工；力学性能好；生产率高，生产过程易于实现机械化、自动化。

其缺点为：金属型制造周期长，成本高，不易铸造薄壁、复杂铸件，只限于形状简单的中、小件生产。

3；压力铸造

压力铸造是将熔融金属在高压下快速压入铸型，并在压力下凝固，以获得铸件的铸造方法。

铸型由定型和动型组成，定型固定在机架上，动型由合型机构带动可以在水平方向上移动。

压力铸造的优点是：铸件质量高，致密性好，很多情况下无需切削加工；可以压铸形状复杂、壁薄的铸件；生产率高，特别适合大批量生产。

其缺点是：不易压铸厚壁铸件。设备和模具费用高：模具生产周期长压力铸造大多用于非铁合金精密铸件，质量从几克到几十克，精细的图案、文字、小孔及螺纹等都可直接铸出。目前压力铸造的应用已扩大到一些钢铁材料。

压力铸造通常是在压铸机上完成的，压铸机有多种形式，有冷压室和热压室两类。

4；离心铸造

离心铸造是将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力作用下充满型腔并凝固成铸件的铸造方法。

离心铸造的优点是：由于离心力作用，铸件没有气孔、缩孔，组织致密，强度高；无浇口、冒口，节省材料；制造圆筒形铸件，可以不用型芯；可铸造薄壁圆筒和双金属铸件。

其缺点为：圆筒形铸件的内表面质量较差；不适合铸造易产生偏析的合金（如铅青铜）铸件。

离心铸造主要用于圆筒形铸件的生产，为使铸型旋转，离心铸造必须在离心铸造机上进行。

第二节锻压成形

（一、概述

1；锻压的概念

在外力作用下使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能毛坏或零件的加工方法，称为压力加工。

压力加工的基本生产方式有锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等。

锻压是锻造和冲压的总称，是压力加工的主要生产方法。

锻造是在锻压设备及工（模）具的作用下，使坏料或铸锭产生局部或全部塑性变形以获得一定几何形状、尺寸和质量锻件的加工方法，是金属零件的重要成形方法之一。

锻造按照所使用的设备和工具分类，可分为自由锻造、模型锻造和特种锻造。

锻造常用来制造那些承受重载、冲击载荷、交变载荷等重要机械零件的毛坏，如各种机床的主轴和齿轮、汽车发动机的曲轴和连杆、起重机吊钩及各种刀具、模具等。

冲压一般是通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坏。

冲压主要用来生产强度高、刚度大、结构轻的板壳类零件，如手表齿轮、日用器血、仪表罩壳、汽车覆盖件等。

2；锻压加工的特点

1）改善金属的内部组织，消除内部缺陷，提高材料的力学性能。

2）具有较高的生产率。以生产内六角圆柱头螺钉为例，用模锻成形比切削成形效率高50倍，若采用多工位冷敏工艺，则比切削成形生产率高400倍以上。

3）可以节省金属材料和切削加工工时，提高材料利用率和经济效益。

4）锻压加工的适应性很强。锻压能加工各种形状和各种质量的毛坏及零件，其锻压件的质量可小到几克、大到几百吨，可单件小批量生产，也可以成批生产。

塑性差的金属材料（如灰铸铁）不能锻压成形。

如上所述，锻压不仅是零件成形的一种加工方法，还是改善材料组织性能的一种加工方法。

3；金属的锻造性能

金属的锻造性能又称可锻性，是指金属材料在经受压力加工时获得优质零件的能力。

塑性越大，变形抗力越小，则金属的可锻性越好，表明容易进行锻压加工变形：反之可锻性则越差，表明该金属不适合锻压加工。

1）金属的化学成分。

金属或合金的化学成分不同，其可锻性也不同。

钢中的合金元素含量越高，其可锻性越差

2）金属内部组织。

金属的组织状态不同，其可锻性也不同。

单一固溶体（如奥氏体）比金属化合物（如渗碳体）的塑性高，变形抗力小，可锻性好。

3）变形温度。

温度越高，塑性越好：一般热变形的变形抗力只有常温的1/15到1/10，故锻造加工时，工件必须加热。

（二、锻造

1；自由锻造

(1）自由锻的概念、特点和应用自由锻是将加热好的金属坏料，放在上、下两个站铁之间，利用冲击力或静压力使金属产生变形，从而获得所需形状及尺寸锻件的一种加工方法。

坏料在锻造过程中，在垂直于冲击力或静压力的方向上可进行不受限制的变形，因此称为自由锻。

自由锻的特点是：工艺灵活，所用工具、设备简单，通用性大，成本低，生产准备周期短，可锻造小至几克、大至几百吨的锻件。

（2）自由锻的基本工序，自由锻的基本工序常用的有拔长、敏粗、冲孔等。

拔长是指使毛坏截面积减小、长度增加的锻造工序。

它是自由锻中应用最多的一种工序，多用来制造长轴线的锻件，如光轴、阶梯轴、曲轴、拉杆和连杆等。

镦粗是指使毛坏高度减小、截面积增大的锻造工序，镦粗有整体镦粗和局部镦粗两种基本方法。

（3）自由锻设备自由锻设备分两类：

一类是产生冲击力的设备，如空气锤和蒸汽空气锤。

空气锤广泛用于小型锻件生产，它的机构比较简单，操作灵活，维修方便，但由于受压缩缸和工作缸大小的限制，空气锤吨位较小，锤击能力也小。

另一类是产生静压力的设备，如水压机等。

水压机是以静压力作用在坏料上，坏料在水压机上一次变形的时间为1秒到几十秒。

2；模型锻造（简称模锻

模锻是把加热后的金属坏料放在具有一定形状的锻模模膛内，通过施加压力或冲击力，使坏料变形并充满锻模模膛，从而获得一定尺寸及形状的锻件的工艺方法。

模锻与自由锻相比，优点为：模锻件尺寸精度高，表面粗糙度低，可锻出形状复杂的锻件：模锻件机械加工余量小，材料利用率高，可节省材料和切削加工工时；模锻件的铸造流线组织分布更为合理，力学性能较好，因而可有效提高零件的使用寿命和使用性能；模锻生产操作简单，易于实现机械化和自动化，生产率高。

模锻分为固定模锻造和胎模锻造两类。

（1）固定模锻造

固定模锻造是把模具的上、下模分别固定在锻锤的锤头和砧座的模座上，因此而得其名。

固定模锻造可以在模锻锤上进行（称为模锻锤上模锻），也可以在热模锻压力机、平锻机或摩擦压力机上进行。

（2）胎模锻造

胎模锻造是在自由锻设备上使用简单的、可移动的非固定的模具生产出模锻件的一种锻造方法。

通常采用自由锻方法使坏料成形，然后放在胎模中成形。

（三、板料冲压

1；概述

板料冲压是利用装在压力机上的模具对金属板料加压，使其产生分离或变形，从而获得毛坯或零件的一种加工方法

板料冲压的坏料通常都是厚度在1～2 mm以下的金属板料，而且冲压时一般不需要加热，故又称为薄板冲压或冷冲压。

板料冲压的特点如下：

1）应用范围广泛。它可冲制形状简单和复杂的金属和非金属材料的冲压件

2）冲压件的尺寸精度高，表面粗糙度较低，互换性强，可直接装配使用

3）冲压件的强度高，刚度好，质量轻，材料的利用率高

4）板料冲压操作简便，易于实现机械化、自动化，生产率高。

5）板料冲压模具制造周期长，尤其是形状复杂的模具，技术要求高，制造难度大，成本高。板料冲压一般用于中批以上的生产

2；板料冲压的基本工序

板料冲压的基本工序分为分离和变形。

（1）分离工序分离工序是板料一部分与另一部分分离，主要有剪切、落料、冲孔和切边。

剪切是将板料一部分沿不封闭的轮廓与另一部分分离的工序。

落料与冲孔都是使板料一部分沿封闭的轮廓与另一部分分离的工序。

冲孔是为了在板料上冲出孔洞，落下部分是废料。落料是为了将工件从原来材料中分离出来，落下部分是工件。

切边是将成形后的半成品边缘部分的多余材料切去。

（2）变形工序使板料一部分相对另一部分发生位移而不破坏的工序，称为变形工序。

主要包括弯曲、拉深和翻边。

弯曲是改变板料曲线方向的工序，即将平直的板料弯成一定角度和圆弧的工序。

拉深是将平板毛坯利用拉深模具制成开口空心零件的成形工艺方法。

翻边是把板料上孔的内缘或工件外缘翻成竖立的边缘。

第三节焊接成形

（一、概述

1；焊接的概念、特点及分类

将两金属件连接处加热熔化或加压，或两者并用，造成金属原子间或分子间的结合而得到永久连接，这种连接金属件的方法称为焊接。

1）熔焊是指在焊接过程中，将两焊件接头加热至熔化状态，不加压力，靠熔化金属冷却结晶成一体而完成焊接的方法，如焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等。

2）压焊是指在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法，如电阻焊、摩擦焊等。

3）针焊是指采用比母材熔点低的金属材料作针料，将焊件和针料加热到高于针料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态针料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现焊接的方法，如软针焊、硬针焊等。

焊接与铆接等其他加工方法相比，具有节省材料，结构质量轻，接头的致密性好，强度高，生产成本低，便于实现工艺过程机械化、自动化等优点。

但也存在易产生变形、焊接结构不可拆卸，维修和更换不方便，同时焊接过程易产生焊接缺陷和焊接应力等缺点。

2；常用金属材料的焊接

（1）金属焊接性金属焊接性是指在一定条件下（包括工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构形式等）获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料表现出“好焊”和“不好焊的差别。

一是焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现裂纹的可能性；

二是焊接接头在使用过程中的可靠性，包括力学性能及耐热、耐蚀等特殊性能。

（2）碳钢和低合金高强度结构钢的焊接

1）低碳钢的焊接。

低碳钢塑性好，没有浮硬倾向，冷裂倾向小，焊接性良好。可用各种方法进行焊接。

2）中碳钢的焊接。

中碳钢随着含碳量的增加，塑性变差，淬硬倾向、冷裂变形倾向和焊缝金属热裂倾向均增大，故焊接性逐渐变差。

焊后应缓慢冷却，防止冷裂纹的产生。

因此，焊接中碳钢构件时，必须进行焊接预热，并采用细焊条、小电流、开坡口、多层焊等工艺措施，尽量防止含碳量高的母材过多地熔入焊缝。

3）高碳钢的焊接。

碳的质量分数大于0.6%的高碳钢焊接性能更差。实际上，高碳钢的焊接只限于修补工作。

4）低合金高强度结构钢的焊接。

低合金高强度钢的含碳量都很低，但由于合金元素含量的不同，所以其性能、焊接性差别较大。通常，其焊接性随着强度等级的提高而变差。

（3）铸铁的焊补铸铁中碳的质量分数高，硫、磷杂质多，其强度低，几乎无塑性焊接性差。

铸铁一般不能用于制造焊接构件，但铸件的缺陷及在使用中发生的局部损坏或断裂，可以通过焊补的方式进行修复。

冷焊与热焊相比，生产率高，成本低，劳动条件好，但焊补质量不如热焊，因此主要用于焊补要求不高和怕高温预热引起变形的铸件及非加工表面。

1）热焊。

焊前将工件整体或局部预热到600～700℃，焊后缓慢冷却。热焊可防止出现焊接缺陷，焊补质量较好，焊后可以进行机械加工。

2）冷焊。

焊前不预热或预热温度较低（400以下）。冷焊常用的焊接方法是焊条电弧焊。

在焊接过程中可依靠焊条成分来调整焊缝的性能，并配合以相应的工艺参数和工艺措施来避免白口组织及裂纹的产生，如小电流、短弧焊、窄焊缝、短焊道，焊后立即锤击焊缝，以松弛焊接应力等。

（4）非铁金属的焊接铝及铝合金、铜及铜合金的焊接性均较差。

铝及铝合金焊接的主要问题有：极易氧化，易形成气孔和裂纹，操作困难等。

要求不高的也可用气焊，但必须用氯化物和氟化物组成的焊剂去除焊件的氧化膜和杂质。

（二、焊条电弧焊

焊条电弧焊是利用电弧产生的热量来熔化局部母材和焊条的一种手工操作的焊接方法。

它是焊接中应用最广泛的一种焊接方法。其特点是所需设备简单，操作灵活，对空间不同位置、不同接头形式的焊缝均能焊接，且能焊接各种金属材料：但生产率低，劳动强度大。

1；焊接过程

焊条（通过焊钳）和工件分别接到电焊机输出端的两极，引弧时，首先将焊条与工件接触，使焊条回路短路，然后迅速将焊条提起2到4 mm。

在焊条提起的瞬间，电弧即被引燃。电弧同时将工件（局部）与焊条熔化，形成了金属熔池（由于电弧的吹力作用，在焊件上形成的一个充满金属的椭圆形凹坑）。

2；焊条

焊条是焊条电弧焊的重要焊接材料，它直接影响到焊接电弧的稳定性，以及焊缝的化学成分和力学性能。

焊条的优劣是影响焊条电弧焊质量的主要因素之一。

（1）焊芯。

焊芯由专门的焊接钢丝制成。

它有两个功用：一是传导电流，产生电弧。

二是本身熔化作为填充金属，与焊件上熔化的金属一起构成焊缝。

（2）药皮。

药皮的作用是产生大量气体和熔渣，对焊区进行机械保护，隔绝有害气体的影响；对焊缝金属进行脱氧、脱硫、脱磷，并渗入有益元素；稳定电弧。

药皮的成分较为复杂，常用的有氟石、大理石、各种合金等。

（3）焊条分类及牌号。

焊条按用途不同可分为十大类，即结构钢焊条、不锈钢焊条、耐热钢焊条、低温钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。

各大类焊条又可分为若干小类。

3；焊接参数

焊接参数有焊条直径、焊接电流、焊接速度和电弧长度。为了获得质量优良的焊接接头，必须选择合适的焊接参数

焊速过快，易产生焊缝的熔深浅、焊缝宽度小及未焊透等缺陷；焊速过慢，焊缝熔深、焊缝宽度增加，特别是薄件易烧穿。焊接速度的快慢由焊工凭经验来掌握。

电弧长度指焊芯端部与熔池之间的距离。电弧过长时，燃烧不稳定，熔深减少，并且容易形成缺陷。

4；焊接接头

焊接前，先要按照焊接部位的形状、尺寸和受力情况，选择接头的类型。

（1）对接接头

对接接头为最常用的接头。

它分为不开坡口和开坡口两类。

开坡口的目的是使焊缝根部焊透，一般用于厚度6 mm以上的钢板。开坡口的对接接头有V形、U形、X形和双U形四种。

（2）搭接接头搭接接头承载能力低，在结构设计中应尽量避免使用。

（3）T形接头 T形接头应用较广泛，对于不重要的结构可不开坡口。

（4）角接接头焊接薄工件时不开坡口；焊厚的和重要的工件时要开坡口

5；焊缝的空间位置

焊接时，根据焊缝在空间所处的位置不同，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种。

其中以平焊工作位置最为合适，立焊、横焊次之，仰焊最差。

6；焊接缺陷及检查

焊条电弧焊常见的焊接缺陷有焊缝尺寸及形状不符合要求、咬边、焊瘤、未焊透、夹渣、气孔和裂纹等。

咬边是沿焊缝的母材部位产生沟槽或回陷。

未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象。

夹渣是指焊接熔渣残留于焊缝金属中的现象。

焊瘤是在焊接过程中，熔化金属流消到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。

气孔是指熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。

裂纹是指焊接接头中局部的金属原子结合力遭到破坏而形成新界面所产生的裂纹。

（三、气焊与气割

1；概述

气焊是利用可燃气体在氧中燃烧的气体火焰来熔化金属以进行焊接的一种工艺方法。

2；气焊用的设备和工具

氧气瓶、乙炔瓶、回火保险器、焊炬等。

3；气焊火焰

气焊火焰是由氧气与乙炔气体混合燃烧而形成的。

根据氧气与乙炔的比例不同，气焊火焰可分为三种。

1）中性焰。

氧与乙炔的体积比为1.1～1.2，焰心轮廓很清晰。

适于焊接低碳钢、中碳钢、合金钢及非铁金属材料

2）碳化焰。

氧与乙炔的体积比小于1.1，外焰较长，焰心轮廓不清。

此火焰适于焊接含碳量较高的金属。

3）氧化焰。

氧与乙炔的体积比大于1.2，整个火焰较短，焰心呈蓝白色。

此火焰氧化性强，只适于焊接黄铜、锡青铜，一般焊接不采用。

4；气割

气割是利用氧-乙炔气体混合火焰将工件待割处预热到一定温度，然后施加高压氧气流使金属燃烧放出热量并吹除氧化渣，致使工件被完全割开。

对金属材料进行气割时，必须具备下列条件：

1）金属的燃点必须低于其熔点。

这样才能保证金属气割过程是燃烧过程，而不是熔化过程。

2）金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，同时流动性要好。

否则，氧气切割过程中形成的高熔点金属氧化物阻碍下层金属与切割氧气流的接触，使气割发生困难。

3）金属燃烧时能放出大量的热，而且金属本身的导热性要低，防止散热，这样才能保证气割处的金属具有足够的预热温度，使气割过程能连续进行。

满足上述条件的金属材料有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢等，铸铁、不锈钢和铜、铝及其合金不能进行气割

（四、其他常用的焊接方法简介

为了提高焊接质量和生产率，改善劳动条件，使焊接技术向机械化、自动化方向发展，便出现了埋弧焊和气体保护焊等焊接方法。

1；埋弧焊

埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。

它分为自动埋弧焊和半自动埋弧焊，其中自动埋弧焊在生产中应用很广泛。

自动埋弧焊是指引弧、焊丝送进、移动电弧和收弧等动作由机械自动完成。

（1）生产率高由于埋弧焊采用大电流焊接（焊接电流可达800～1000 A），熔深大，不需换焊条，所以生产率比焊条电弧焊提高5～10倍。

（2）焊缝质量好由于埋弧焊焊接区受到焊剂和液态熔渣的可靠保护，焊接热量集中，焊接速度快，热影响小，焊件变形小，所以焊接质量好。

（3）节省材料与能源埋弧焊穿透能力强，对厚度≤20 mm的焊件可不开坡口也能焊透，同时没有飞溅和焊条头的损失，从而减少了焊接材料的消耗。

（4）改善工人的劳动条件埋弧焊焊接过程的机械化，使工人的劳动强度大大降低，且电弧埋在焊剂层下燃烧，无弧光，烟尘少，劳动条件得到很大改善。

埋弧焊的不足之处是：对于短焊缝、曲折焊缝及薄板焊接困难：设备费用昂贵；焊接过程看不到电弧，不能及时发现问题。因此埋弧焊的应用受到了一定限制。

2；气体保护焊

气体保护焊是利用具有一定性质的气流排除电弧周围的空气，从而达到保护金属熔池的弧焊方法。

常用的保护气体有氩气和CO2，分别称为氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。

（1）氩弧焊氩气是情性气体，它既不与金属发生化学反应，又不溶解于金属，因此能有效地保护电弧区的熔池、焊缝和电极不受空气的有害作用，是一种较理想的保护气体。

氩弧焊按所用电极的不同，可分为熔化极（金属极）氩弧焊和不熔化极（钨极）氩弧焊两种。

（2）二氧化碳气体保护焊它是以CO2为保护气体的电弧焊。

它采用焊丝作电极和填充金属，靠焊丝与焊件之间产生的电弧熔化工件与焊丝，CO2气体由喷嘴不断喷出，形成一个保护区，代替焊条药皮和焊剂来保证焊缝质量。

二氧化碳气体保护焊是用价廉的CO2作保护气体，具有成本低，生产率高，焊接质量比较好等优点。

第四节毛坯的选择

除了少数要求不高的零件外，机械上的大多数零件都要通过铸造、锻压或焊接等加工方法先制成毛坏，然后再经切削加工制成成品。

正确选择毛坏的材料、类型和成形方法是机械设计和制造中的重要任务。

（一、毛坯选择的原则

机械制造零件毛坏的选择应遵循以下三条基本原则。

1；满足零件的使用性能要求

毛坯的使用要求是指将毛坏最终制成机械零件的使用要求。

零件的使用要求包括对零件形状和尺寸的要求，以及工作条件对零件性能的要求。工作条件通常指零件的受力情况、工作温度和接触介质等。

2；满足经济性

在满足零件使用性能要求的前提下，从几个可供选择的方案中选择总成本较低的方案尽量以最少的入力、物力、财力投入，高效生产出最多的产品，达到最佳的经济效益。

毛坯的生产成本与批量的大小关系极大，当零件的批量很大时，应采用高生产率的毛坏生产方式，如冲压、模锻、注塑成型及压力铸造等。

3；考虑实际生产条件

根据使用要求和制造成本分析所选定的毛坏制造方法是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。

随着现代工业的发展，产品和零件的生产正在向专业化方向发展，在进行生产条件分析时，一定要打破自给自足的小生产观念，将生产协作的视野从本企业、本集团的狭小天地里解脱出来。

（二、常用毛坏的生产方法及其有关内容比较

第12章金属切削加工与机械装配

切削运动与切削用量

（一、切削运动：切削运动是指在切削过程中工件与刀具之间产生的相对运动。在切削运动中，加工刀具与工件相互作用，就形成了工件表面轮廓。

1；主运动：
主运动是切除工件上多余金属的基本运动，也是速度最高、消耗功率最大的运动，主运动只有一个，既可以是工件运动，如车削；也可以是刀具运动，如铣削和刨削。

车削时的进给运动为车刀沿工件轴线方向的直线移动。

铣削和刨削的进给运动为工件的直线运动。

2；进给运动：进给运动是使切削工作得以连续进行，以得到所需几何表面的运动。

进给运动也可以是回转运动，如内、外圆磨削时工件的回转。

进给运动速度较低，消耗功率较小。进给运动可以有一个，或一个以上，或通过刀齿的齿升量完成进给运动（如拉削）。

（二、切削用量：切削用量是切削速度、进给速度及背吃刀量的总称。

1；切削速度vc（m/min）：切削速度是指刀具切削刃上选定点相对工件主运动的线速度。

2；进给量f：进给量指工件（或刀具）每转一周时刀具（或工件）沿进给方向移动的距离，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量，如

车削：工件转一圈车刀移动的距离（mm/r）

刨削：刀具（或工件）往返一次，工件（或刀具）移动的距离（mm/d.str)

钻削：钻头转一圈钻头移动的距离（mm/r）。

铣削：每齿进给量f（mm/z）、每转进给量f（mm/r)、进给速度u（mm/min）。

3；背吃刀量a：背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。

上述切削速度、进给量和背吃刀量与工件的加工质量、刀具磨损、机床动力消耗及生产率等密切相关，因此，应合理选择切削用量。

金属切削刀具

一、刀具材料的性能及选用

1；对刀具切削部分材料的基本要求

（1）高的硬度：刀具材料应具有较高的硬度，且必须高于被切工件的硬度。

（2)高的耐磨性：刀具在切削加工过程中受剧烈摩擦，容易磨损，故要求耐磨。

（3）高的耐热性：刀具材料在高温下保持硬度、强度和耐磨性的能力称为耐热性，也称为热硬性。

（4）足够的强度和韧性：刀具材料具有承受一定冲击和振动而不断裂或崩刃的能力。

（5）良好的工艺性：刀具材料应具有较好的切削加工性能、热处理性能及焊接性能，以便于加工制造。

2；常用的刀具材料：各类刀具一般都由夹持部分和切削部分组成。

（1）高速工具钢：高速工具钢是一种含有更多的W、Cr等合金元素的合金工具钢。

（2）硬质合金：硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物粉末和金属粘结剂在炉中烧结而成的粉末冶金制品。

常用的硬质合金有以下三类

1）钨钻类（WC-Co）硬质合金（K类硬质合金）。

如K10、K20、K30等。

这类硬质合金的基体是WC，粘结剂为Co，旧牌号为YG类，主要用于加工短切屑的脆性金属和非铁金属。

2）钨钛钻类（WC-TiC-Co）硬质合金（P类硬质合金）。

如PO1、P10、P20、P30、P 0等。

这类硬质合金的基体除WC外还有TiC，粘结剂也为Co，旧牌号为Y T类，主要用于加工长切屑塑性金属材料。

3）钨钛铝（泥）钻类[WC-TiC-TaC(NbC）-Co]硬质合金（M类硬质合金）。

如M10、M20、M30、M 0等。

这类硬质合金的基体除WC外还有TiC、TaC（NbC），粘结剂也为Co，旧牌号为Y W类，既能加工钢材又能加工非金属。

（二、刀具切削部分的几何角度：金属切削刀具的种类繁多，构造各异。其中较简单、较典型的是车刀，其他刀具的切削部分都可以看作是以车刀为基本形态演变而成的。

1；车刀的组成:
车刀主要由刀杆和刀头两部分组成。刀头为切削部分，刀杆为支承部分。外圆车刀的切削部分由三个表面、两条切削刃和一个刀尖组成。

（1）前面

切屑流出时所经过的表面。

（2）主后面

与工件过渡表面相对的表面

（3）副后面

与工件已加工表面相对的表面

（4）主切削刃

前面与主后面的交线。它承担了主要的切削任务，并形成工件上的过渡表面。

（5）副切削刃

（6）刀尖

主切削刃与副切削刃的交点。

一般为半径很小的圆弧，以保证刀尖有足够的强度。

2；刀具角度的参考坐标系

（1）基面:通过切削刃上的选定点，并与该点切削速度方向垂直的平面。

（2）切削平面:通过切削刃上的选定点与切削刃相切，并垂直于该点基面p的平面。

（3）正交平面:通过切削刃上的选定点，并同时与该点的基面，和切削平面相垂直的平面。

上述三个平面在空间是相互垂直的.

3；车刀的主要几何角度;前角、后角和模角大多在正交平面内测量。

（1）前角

前角是在正交平面内，基面和前面的夹角。

它的大小主要影响切削变形、刀具寿命和加工表面粗糙度。

前角的选取主要取决于刀具材料和工件材料。

对于硬度高、韧性差的刀具材料（如硬质合金），前角应取得小一些（甚至可为负值）；

而对于硬度相对低一些和韧性相对高一些的刀具材料（如高速工具钢），其值可以大一些。

一般来说，强度、硬度高的工件材料，前角取较小值；反之取较大值。

(2）后角

后角是在正交平面内，切削平面和主后面的夹角。

后角的作用为减小后面与工件之间的摩擦，它必须取正值。

后角越大摩擦越小，而且切削刃更为锋利。

但是，后角过大也会产生与前角过大同样的后果。

楔角是前面和后面之间的夹角，但它不是一个独立的角度，它的大小可直接反映刀头的强度。

在基面中测量的角度有主偏角、副偏角和刀尖角，应用最多的为主偏角。

（3）主偏角:主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。

它的大小影响加工表面粗糙度，主切削刃在切向、径向和轴向之间的受力分配以及刀头的强度和散热状况。

在加工强度、硬度较高的材料时，应选较小的主偏角，以提高刀具寿命；加工细长工件时，应选较大的主偏角，以减小径向切削力引起工件的变形和振动。

（4）副偏角:副切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。

副偏角的作用是减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，它影响已加工表面的粗糙度。

刀尖角是指主、副切削刃在基面上投影之间的夹角。

它影响刀尖强度和散热条件。它的大小取决于主偏角和副偏角的大小

(5）刃倾角:主切削刃与基面之间的夹角。

它的作用是控制切屑流出的方向和影响刀尖的强度。

采用负的刃倾角（尤其是在断续切削和在冲击力较大的条件下切削时）可以保护刀尖，提高刀头强度。

第三节金属切削过程的基本规律

（一、切屑的形成及种类

1；切屑的形成

切削层金属受到刀具前面的挤压，经弹性变形、塑性变形，然后当挤压应力达到强度极限时材料被挤裂。

当以上过程连续进行时，被挤裂的金属脱离工件本体，沿前面经剧烈摩擦而离开刀具，从而形成切屑。

2；切屑的种类:由于工件材料及加工条件的不同，形成的切屑形态也不同。常见的切屑大致有四种。

（1）带状切屑

用较大前角的刀具，高速切削塑性金属材料时，切屑呈连续的带状或螺旋状，切削过程平稳，工件表面较光洁。

但切屑连续不断，易缠绕工件和刀具，刮伤已加工表面及损坏刀具，应采取断屑措施。

（2）节状切屑

低速切削中等硬度的钢材时，大多出现此种切屑。

它与带状切屑的区别是底面有裂纹，顶面呈锯齿形。

切削过程不够平稳，已加工表面的粗糙度值较大。

（3）粒状切屑

切削塑性材料时，若整个剪切面上的切应力超过了材料的断裂强度，所产生的裂纹贯穿切屑端面时，切屑被挤裂呈粒状。

（4）崩碎切屑

切削铸铁、青铜等脆性材料时，一般不经过塑性变形材料就被挤裂，而突然崩落形成崩碎切屑。

形成这类切屑时，冲击、振动较大，切削力集中在切削刃附近，使切削过程不平稳，刀具刀刃易崩刃或磨损，使已加工表面较粗糙

（二、切削力

在金属切削过程中，切削层及已加工表面将产生弹性变形和塑性变形，因此，有变形抗力作用在刀具上；又因为工件与刀具间、切屑与刀具间都有相对运动，所以还有摩擦力作用在刀具上。这些力的合力称为切削阻力，简称切削力。

切削力不仅是机床、夹具和刀具等设计时必需的重要数据之一，而且是对切削过程工艺质量进行分析的重要参数。

为了分析切削力对工件、刀具、机床的影响，一般将总切削力分解为相互垂直的三个分力

（1）主切削力

它垂直于基面，与切削速度的方向一致。

是分力中最大的一个，占切削力的90%左右，它是计算切削功率、刀具强度和选择切削用量的主要依据。

（2）背向力

背向力是总切削力在背吃刀量方向的分力。

它能够使工件在水平方向弯曲变形，容易引起切削过程中的振动，因而影响工件的加工精度。

（3）进给力

进给力是总切削力在进给方向上的分力。它是计算机床进给机构零件强度的依据。影响总切削力大小的主要因素是工件材料、切削用量和刀具角度。工件材料的强度、硬度越高，则总切削力越大。背吃刀量和进给量的增大都会使切削力增大，但进给量的影响小些。前角的增大有助于总切削力的减小。前面与副后面的交线，也起一定的切削作用。

（三、切削热与切削液

1；切削热:切削过程中由于切削层变形及刀具与工件、切屑之间的摩擦产生的热称为切削热。

切削热的产生与传播影响切削区的温度，切削区的平均温度称为切削温度。

一般来说，工件强度、硬度越高，则切削温度越高，刀具前角的增大，有助于切削温度的降低。

为了避免切削温度过高，一是减少切削变形，如合理选择切削用量和刀具角度，改善工件的加工性能等：二是减少摩擦，加强散热，如采用切削液。

2；切削液

切削液的主要作用有：冷却，降低切削区的温度；润滑，减少刀具与切屑和刀具与工件之间的摩擦因数；清洗，冲走切削过程中产生的细小切屑或砂轮上脱落下来的微粒；另外还有防锈的作用。

水溶液和低浓度的乳化液其冷却与清洗的作用较强，适用于粗加工及磨削；高浓度的乳化液润滑作用强，适用于精加工；切削

油的特点是润滑性好，冷却作用小，主要来提高工件的表面质量，适用于低速的精加工，如精车丝杠、螺纹等。

加工铸铁与青铜等脆性材料时，一般不使用切削液；铸铁精加工时可使用清洗性能良好的煤油作为切削液。

当选用硬质合金作为刀具材料时，因其能耐较高的温度，可不使用切削液；如果使用，必须大量、连续地注射，以免使硬质合金因忽冷忽热产生裂纹而导致破裂。

（四、提高切削加工质量的途径

1：改善工件材料的切削加工性

通常采用热处理的方法改变工件材料的物理、力学性能和金相组织以改善切削加工性，如对高碳钢和低碳钢分别进行球化退火和正火（或冷拔），以降低前者的硬度和后者的塑性，提高其加工性，从而提高加工效率，减少刀具磨损。

2；选择合理的刀具角度:前角对刀具的切削性能影响很大。

选择前角的原则是保证刃口的锐利，兼顾刃口的强度。

增大前角使刃口锋利，但会使刃口强度削弱。

后角用来减小主后面与工件过渡表面之间的摩擦，并与前角共同影响刃口的锋利与强度。

后角的选择原则是在保证加工质量和刀具寿命的前提下，取小值。

主偏角的大小间接影响刀具的寿命，直接影响径向分力的大小。减小主偏角能增强刀尖的强度，改善散热条件，从而有利于提高刀具寿命；而增大主偏角，则有利于减小径向力，可避免引起加工中的振动和工件变形。

主偏角的大小应根据工艺系统的刚性好坏来选择。

副偏角的作用是减小副切削刃与已加工表面之间的摩擦，但增大副偏角会使残留面积的高度增加，从而降低了加工表面质量，故取值不宜过大。

刃倾角主要影响刀头的强度和切屑的流向。

当刃倾角为正时，刀头强度较低，切屑流向待加工表面。

当刃倾角为负时，刀头强度较高，切屑流向已加工表面。

3；合理选用切削用量

在切削用量三要素中，背吃刀量对切削力的影响最大，背吃刀量增加一倍，切削力增加一倍，而进给量增加一倍，切削力只增加70%～80%。

粗加工时，为尽快切除加工余量，如果工艺系统的刚性好，应尽可能地选取较大的背吃刀量。

然后，根据加工条件选取尽可能大的进给量。最后，按对刀具寿命的要求，选取合适的切削速度。

精加工的目的是保证加工精度。为保证表面质量，硬质合金刀具一般采用较高的切削速度，高速工具钢刀具的耐热性差，多采用较低的切削速度。切削速度确定后，从提高加工精度考虑，应选用较小的进给量和背吃刀量。

第四节金属切削机床的分类与型号

（一、金属切削机床的分类

金属切削机床（简称机床）的品种、规格繁多，为了便于区别、使用和管理，则需进行分类并编制型号

机床主要是按机床的加工性质和所用刀具的不同进行分类的。

（二、金属切削机床型号的编制方法

机床的型号是赋予每种机床的一个代号，用以简明地表示机床的类型、通用性和结构特性及主要技术参数等。

1；机床的类代号

2；机床的通用特性、结构特性代号

3；机床的组、系代号

4；主参数代号

5；机床重大改进顺序号

第五节常用切削加工方法及设备

（一、车削加工及车床

1；车削加工的内容与工艺装备

（1）车削加工内容

工件旋转作主运动，车刀作进给运动的切削加工方法称为车削加工。车削的加工范围很广，适应性很强。

在车床上可以车外圆、车端面、切槽和切断、钻中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车削各种螺纹、车削内外圆锥面、车削成形面、滚花、盘绕弹簧等。

（2）车削的工艺特点

1）易于保证各加工表面的位置精度。

对于轴套或盘类零件，在一次装夹中车出各外圆面、内圆面和端面，可保证各轴段外圆的同轴度、端面与轴线的垂直度、各端面之间的平行度及外圆与孔的同轴度等精度。

2）生产率高。

因车削切削过程连续进行，且切削面积和切削力基本不变，车削过程平稳，因此可采用较大的切削用量，使生产率大幅提高。

3）由于一般车削加工难以达到配合表面的最终技术要求，所以多用于粗加工或半精加工。

4）生产成本低。

由于车刀结构简单，制造、刃磨和安装方便。车床附件较多，能满足一般零件的装夹，生产准备时间短。

因此，车削加工生产成本低，既适宜单件小批量生产，也适宜大批量生产。

（3）常用车刀　车刀按用途可分为：

1）偏刀。用于加工外圆、台阶、端面。

2）弯头车刀。用于加工外圆、端面和倒角。

3）切断刀。用于切槽和切断。

4)镗孔刀。用于镗削内孔。

5）螺纹车刀。用于车削螺纹。

6）成形车刀。用于车削成形表面。

车刀按结构可分为：

1）整体式车刀。高速工具钢车刀大多为此种形式。它的切削部分全部用高速工具钢制造。

2）焊接式车刀。此种车刀是在普通材料的刀体上焊以硬质合金刀片构成，目前生产中应用仍较广泛。其缺点是焊接时易产生内应力和裂纹，刀杆的浪费较大。

3）机夹式车刀和可转位车刀。这两种车刀采用螺钉、压板、销钉等元件把刀片夹固在刀杆上构成一把车刀。

它们避免了焊接车刀的缺点，而且硬质合金刀片可回收利用。

可转位车刀无需刃磨，提高了生产率，而且重复定位精度高，尤其适用于数控机床、加工中心等自动化程度很高的机床。它是一种很有发展前途的刀具。

2；工件的安装及车床附件

（1）自定心卡盘

用于截面为圆形、正三边形、正六边形等形状规则的中小型工件的装夹，可以自动定心，无需进行校正，装夹效率高。

但是它不能装夹形状不规则的工件，而且夹紧力没有单动卡盘大。

（2）单动卡盘

它的四个爪互不相关，可分别作径向移动，故主要用于装夹形状不规则的工件。

装夹时用千分表校正，也可以在它上面加工精度较高的工件，但校正工件比较麻烦，效率低，但它的夹紧力较大

（3）拨盘-夹头

对于较长的或需经多次装夹的工件（如长轴、丝杠等），或车削后还需进行铣、磨等多道工序加工的工件，为使每次装夹都保持其定位精度（同轴度），可采用顶尖定位的方法。

此时无需校正，定位精度高。主轴通过拨盘和夹头（此处使用的称为直尾鸡心夹头）带动工件回转。螺钉用来紧固工件。

3；车床

车床种类很多，按其用途和结构不同可分为卧式车床、落地车床、立式车床、仿形车床、转塔车床、自动车床等，其中卧式车床应用最为广泛。

简要介绍卧式车床的机构和主要部件

（1）床身

床身是车床的基础零件，用以保证安装在它上面的各个部件之间有正确的相对位置，要求有较高的精度、刚性和耐磨性。

（2）主轴箱

箱内装有主轴部件和主运动变速机构，通过调整这些机构可以获得合适的切削速度，主轴的前端有可安装夹持工件的装置。

（3）交换齿轮箱

它是连接主轴箱和进给箱的传动机构。变换齿轮（箱内的齿轮）并与进给箱配合，可车削不同螺距的螺纹

（4）进给箱

内装变速机构，可以按车削时所需的进给量或螺距进行调整，通过光杠或丝杠以相应的转速带动溜板箱作进给运动。

（5）溜板箱

它的功用是把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架作纵向或横向机动进给，摇动手轮可手动进给：利用机动可自动进给。

（6）溜板与刀架

溜板分为大溜板、中溜板和小溜板。前两者分别用于纵向和横向的手动、自动进给。小溜板只能用手动作较短行程的纵向移动，此外，它还可以转动一定的角度，使车刀切削锥面。

刀架用来装夹刀具

（7）尾座

尾座的功用是用顶尖支承工件，安装钻头等孔加工刀具，进行孔加工。

（二、铣削加工及铣床

1；铣削加工的范围及特点

（1）铣削加工范围

铣削加工是以铣刀的旋转运动为主运动，工件或铣刀作进给运动的一种切削加工方法。铣削加工主要在铣床上进行。

加工时，工件用台虎钳或专用夹具固定在铣床工作台上，而铣刀安装在铣床主轴的前端刀杆上或直接安装在主轴上。
铣刀的旋转运动为主运动，工件相对于刀具的运动（如纵向、横向、垂直方向的移动）为进给运动。

(2)铣削加工特点

铣削的优点是铣刀为多刃旋转刀具，铣削时每个刀齿周期性断续地参加切削，所以切削刃散热条件好，生产率较高：由于铣刀的类型多，铣床附件多，使铣削加工范围广，可完成许多车削和刨削无法实现的成形表面加工。

但铣削时，刀齿交替切削，产生冲击，且切削厚度是变化的，因而铣削力也是不断变化的，使铣削过程的平稳性差，影响工件表面的加工质量。

（3）顺铣和逆铣

顺铣时，铣刀的旋转方向与工件进给方向一致，铣刀作用在工件上的力与工件进给方向相同。

逆铣时，铣刀的旋转方向与工件进给方向相反，铣刀作用在工件上的力与工件进给方向相反，进给丝杠和螺母之间总是保持紧密的接触，不会出现以上不利现象。

一般情况下，铣削加工多采用逆铣

顺铣虽然存在上述缺点，但是与逆铣相比，还有其独特的优点。如消耗功率小，切削刃磨损小，铣削时铣刀一直压在工件上，在精加工时，工作比较平稳，振动小，加工表面粗糙度值较小。所以精铣时，有时也采用顺铣。

2；工件的安装及铣床附件:铣床的附件主要有平口钳、回转工作台、万能分度头等。

（1）平口钳

平口钳是一种通用夹具。

使用前，先校正平口钳在工作台上的位置，以保证固定钳口部分与工作台面的垂直度、平行度，然后再夹紧工件，进行铣削加工。

(2）回转工作台

回转工作台可以带动安装在它上面的工件旋转，还可以完成分度工作。

常用来加工工件的圆弧形边、圆弧形槽、多边形等

（3）分度头

分度头用以加工多边形工件、花键、齿轮和螺旋槽等。

在分度头的前端有主轴，主轴有螺纹，可安装卡盘，主轴孔是标准锥孔，可插入顶尖转动手柄，可通过分度头内部的传动机构带动主轴转动。

手柄在孔盘（分度盘）上转过的具体孔数，可根据工件所需的等分数计算确定。

主轴可以随回转体一起回转所需角度，这样，分度头既能适用于长、短工件的安装，又能将工件倾斜一定角度进行加工。

3；铣床:铣床的种类很多，最常用的是卧式铣床和立式铣床。

（1）床身

床身用来安装和连接机床其他部件。

床身的前面有燕尾形的垂直导轨，供升降台上、下移动时使用。

床身的后面装有电动机。

（2）横梁

横梁用以支承安装铣刀和心轴，以加强刀杆的强度。

横梁可沿床身顶部的水平导轨移动，以调整其伸出长度。

（3）主轴孔

铣刀主轴孔用以安装铣刀。

铣刀一端是锥柄，以便装入主轴的锥孔中，另一端可安装在横梁的挂。架上来支承，由主轴带动铣刀刀杆旋转。

（4）纵向工作台

纵向工作台用来安装工件或夹具，并带动它们作纵向移动。

(5）横向工作台

横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台作横向移动，以实现横向进给。

（6）升降台

升降台用来支持工作台，并带动工作台上下移动。

（7）底座

底座用来支承铣床的全部重量和盛放切削液。

（三、钻削及镗削加工

1；钻削加工的范围及特点

（1）钻削的加工范围

钻削主要用钻头在实心材料上钻孔，采用不同的刀具还可以进行扩孔、铰孔、攻螺纹，钩沉头孔及钩平面等。

（2）钻、扩、铰削加工及其特点

1）钻孔。

钻削的主运动是钻床主轴的旋转运动，进给运动是主轴的轴向移动。

钻孔是一种半封闭切削，切削变形大，排屑困难，而且难于冷却、润滑，故钻削温度较高。钻削时钻削力较大，钻头容易磨损。钻削加工精度较低。

2）扩孔。

扩孔通常作为铰削或磨削前的预加工及毛坯孔的扩大，精度可达IT11～IT10，加工表面粗糙度值为Ra 6.3～3.2 um。

扩孔使用的刀具为扩孔钻。

3）铰孔。

用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和降低表面粗糙度值的一种半精加工和精加工方法。铰刀一般分为手用铰刀和机用铰刀。

铰刀的切削部分，前者大多采用合金工具钢或高速工具钢制造：后者用高速工具钢或硬质合金制造。

圆柱部分起导向和修光、挤刮作用，故刀齿上留有宽度为的刃带。倒锥的作用是减少刀具与孔壁间的摩擦。

两种铰刀工作部分的结构基本相同。

2；钻床

在钻床上进行钻削加工时，刀具安装在机床主轴上。刀具的旋转运动为主运动，进给运动是刀具的轴向移动

常用的钻床有摇臂钻床、立式钻床、台式钻床等。现以Z3040型摇臂钻床（图12-26）为例，作简要介绍。

3；镗削的加工范围及其特点

镗削加工是镗刀旋转作主运动，工件或镗刀作进给运动的切削加工方法。

镗削加工主要在镗床上

4；镗床

常用的镗床有卧式镗床、立式镗床、坐标镗床等，

（四、刨削及拉削加工

1；创削加工范围及其特点

在刨床上用刨刀对工件进行切削加工的过程称为刨削加工。

刨削时，工件装在工作台上，刨刀安装在刀架上，通过刨刀与工件之间的直线往复运动来完成对工件表面的切削。

2；拉削加工范围及其特点

拉削可用于加工平面、各种截面形状的内孔（圆孔、方孔、内花键等）和沟槽（T形槽、燕尾槽、各种齿槽和特性槽）等。

不论进行何种表面的拉削，其基本原理都是相同的。拉刀的切削部分由一系列刀齿组成。

拉削的特点是加工精度和表面质量高，生产率高，操作简单，加工范围广。

（五、磨削加工

1；磨削加工的范围及特点

(1)磨削加工的范围

磨削加工是磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法磨削加工主要在磨床上进行。

磨削加工的范围较广，可以加工各种表面，如外圆面、内圆面、平面、成形面、齿廊面、螺旋面等，还可以刃磨各种刀具。

(2)磨削加工的特点

1）能获得很高的加工精度（IT6～IT4）和很小的表面粗糙度值（Ra 1.25-0.1um）。

2）能加工硬度很高的材料，如硬质合金、淬火钢等。

3）整个砂轮相当于一把具有无数切削刃的铣刀，每齿切削量少，切削效率高。

4）由于磨削过程中产生的切削热多，而砂轮本身的传热性差，使得磨削区温度高。

所以在磨削过程中，为了避免工件烧伤和变形，应施以大量的切削液进行冷却。

5）磨削过程中，砂轮具有自锐性。砂轮的自锐作用是其他切削刀具所没有的。

2；磨床

以砂轮或其他磨具对工件进行磨削加工的机床，称为磨床。磨床的种类很多，常用的有万能外圆磨床、普通外圆磨床、内圆磨床、平面磨床等。

1）砂轮的主运动。由砂轮架带动砂轮完成。

主运动由砂轮架上的专门的电动机驱动，其线速度一般为35 m/s。

2）径向进给运动。工作台9和装在它上面的工件每经过一次直线往复运动后，砂轮4沿径向移动一定的距离。

3）轴向进给运动。工件在由电动机单独驱动的工件头架2的带动下回转时，工件每转一转，在其轴线方向相对于砂轮移动一定的距离。

4）圆周进给运动。即工件的回转，其线速度v比砂轮速度小得多，一般仅为每分钟十多米至数十米

（六、数控加工

1；数控加工的概念和基本原理

数字控制（简称NC）是一种自动控制技术，是利用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。

数控加工是在数控机床上进行的。

这种机床是一种用计算机控制的高效自动化机床。

2；数控机床的组成与分类

（1）数控机床的组成

数控机床主要由零件的加工程序、输入装置、数控装置、同服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置、机床本体等七部分组成，其中数控装置、同服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置又合称为数控系统。

（2）数控机床的分类

1）按加工工艺方法可分为一般数控机床（数控车、铣、镗、钻、磨等）和数控加工中心，数控加工中心带有刀库和自动换刀装置，零件一次装夹后，进行多种工艺、多道工序的集中连续加工，这就大大减少了机床台数。

2）按控制运动的方式分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廊控制数控机床。

点位控制数控机床只控制运动部件从一点移动到另一点的准确定位在移动过程中不进行加工。

3）按伺服系统控制环路可分为开环、闭环和半闭环控制数控机床。

开环伺服系统没有位置检测元件，无法测量机床移动部件的实际位置，也就没有对位置误差进行校正、补偿的措施，所以开环控制数控机床加工精度不高，但由于结构简单，反应迅速，工作比较稳定，造价低。所以目前在我国还有较多应用。

4）按控制系统能同时控制的坐标轴数可分为2坐标、2.5坐标、3坐标和多坐标数控机床。

5）按数控机床功能强弱分类可分为经济型数控机床、全功能型数控机床和高档数控机床。

3；数控加工的特点和应用

1）加工精度高。数控机床在整机设计中考虑了整机刚度和零件的制造精度，又采用高精度的滚珠丝杠副传动，机床的定位精度和重复定位精度都很高，特别是有的数控机床具有加工过程自动检测和误差补偿等功能，因而能保证加工精度和尺寸的稳定性。

2）生产率高。由于数控机床刚度和功率较大，自动进给，自动换刀，自动不停车变速，快速空行和多刀同时加工，所以生产率较高，一般为普通机床的3到4倍。

3）适应性强。数控加工不仅可用于简单零件，而且可用于结构形状复杂，一般通用机床难以加工甚至无法加工的零件。

4）自动化程度高，劳动强度低

5）便于现代化的生产管理

1）多品种、中小批量生产的零件。

2）形状结构比较复杂的零件。

3）需要频繁改型的零件。

4）价值昂贵、不允许报废的关键零件。

5）设计制造周期短的急需零件。

6）批量较大、精度要求较高的零件。

（七、特种加工

1；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的脉冲放电的电蚀作用对工件进行加工的方法

加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。

两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油）中。

电火花加工只适用于导电的金属材料，主要用于各种锻压磨具和三维成形表面的加工。

2；超声波加工

超声波加工是利用工具端面的超声频振动，或借助于磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。

超声波发生器产生的超声频电振荡，通过换能器转变为超声频的机械振动。

在加工过程中，由于工具与工件间不断注入磨料悬浮液，当工具端面以超声频冲击磨料时，磨料再冲击工件，迫使加工区域内的工件材料不断被粉碎成很细的微粒脱落下来。

当工具端面再以很大的加速度接近工件表面时，空腔闭合，从而形成可以强化加工过程的液压冲击波，这种现象称为超声空化。

第六节机械加工工艺过程和工艺文件

（一、机械产品的生产过程和工艺过程

1；生产过程

机械产品的生产过程是将原材料转变为成品的全过程。它包括生产技术准备、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、测试检验以及包装等过程。

机械生产过程还包括工艺装备的制造、原材料的供应、工件的运输和贮存、设备的维修及动力供应等。

2；工艺过程

在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程、

当产品设计定型以后，产品质量、生产率和产品成本等的高低就取决于制造工艺了。

（二、机械加工工艺过程的组成

1；工序

一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程称为工序。

工序不仅是制订工艺过程的基本单元，也是制订时间定额、配备工入、安排作业计划和进行质量检验的基本单元。

2；工步

在一个工序内，往往需要采用不同的工具对不同的表面进行加工。

为了便于分析和描述工序的内容，工序还可以进一步划分为工步。工步是指加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变及切削用量中的转速、进给量均不变的条件下所完成的那部分工艺过程。

一个工序可以包括几个工步，也可以只包括一个工步。

3；走刀

同一工步中，若加工余量大，需用同一工具，在转速和进给量相同的条件下，对同一加工面进行多次切削，每切削一次就是一次走刀。

一个工步可以进行一次走刀，也可以进行多次走刀。

4；安装

工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。

一道工序中可以只进行一次安装，也可以有多次安装。

5；工位

工件一次装夹后，它与夹具（或设备的可动部分）一起相对于走刀（或设备的固定部分）所占据的每一个位置，称为工位。

（二、工件的定位

1；工件定位的概念

要使加工出的工件符合图样或工艺文件规定的精度要求，必须在切削前使工件在机床上或夹具体中占有正确的位置，这一过程称为定位。

（1）直接找正法

用量具或量仪直接找正工件上某一表面，使工件处于正确的位置，称为直接找正法。在这种装夹方式中，被找正的表面就是工件的定位基准。

此种方法定位效率低，操作技术要求高，一般在单件、小批量生产而且定位精度要求很高时采用。

（2）划线找正法

按图样要求划出待加工表面的轮廓线，然后用通用夹具按所划的线找正工件在机床的位置。

由于受到划线精度及找正精度的限制，此方法多用于生产批量较小、毛坯精度较低以及大型零件等不便于使用夹具的粗加工中。

（3）夹具定位法

此方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，采用夹具定位使工件定位快速方便、定位精度也比较高，广泛用于成批和大量生产。

2；定位的基本原理

（1）六点定位规则

任何一个工件在夹具中未定位前，都可以看成为在空间直角坐标系中的自由物体。

其在空间的任意运动，都是它在直角坐标系中沿三个坐标轴平移和绕三个坐标轴转动所组成的六种运动的合成。

要使工件在机床上的位置确定下来，就必须对六个自由度加以限制，只要在三个坐标平面内合理地设置六个支承点与工件相接触，就可以将六个自由度全部加以限制。

（2）完全定位和不完全定位

工件的六个自由度都被限制的定位称为完全定位。

工件被限制的自由度少于六个，但对加工要求有影响的自由度都已限制，能够保证加工要求的定位称为不完全定位。

完全定位与不完全定位是实际加工中最常使用的定位方式。

（3）过定位和欠定位

按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。

欠定位是不允许的。

工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。

3；常用的定位方式和定位元件

（1）工件以平面定位

平面定位限制工件三个自由度，故应有三个支承点与工件定位基准接触以实现定位。

常用的定位元件为支承钉和支承板。

（2）工件以外圆定位

工件以外圆定位时，常用的定位元件有V形块、定位套、自动定心夹紧机构等

（3）工件以圆柱孔定位

套筒、法兰盘、齿轮、杠杆等零件是以其主要孔作为定位基准的，此时夹具所使用的定位元件为心轴或定位销。

（三、生产类型及其工艺特点

1；生产纲领与生产类型

企业在计划内应该生产的产品数量和进度计划称为生产纲领。生产类型是指企业（或车间、工段）生产专业化程度的分类。

（1）单件生产

其主要特点是产品的品种很多，而每种产品只生产一件或数件，很少重复。

重型机械、非标准设备的制造及新产品试制等都属于单件生产

（2）成批生产

其主要特点为成批地制造相同的产品，并且按一定周期重复地生产。

一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量，称为生产批量。

小批和大批生产的组织形式和工艺特点分别与单件和大量生产类似

（3）大量生产

其主要特点为长期地只连续生产数量很大的同一种类型的产品。

汽车、拖拉机、轴承、自行车等产品的生产属于大量生产。

2；不同生产类型的工艺特点

不同生产类型零件的加工工艺有很大的不同。产量大、产品固定时，有条件采用各种高生产率的专用机床和专用夹具，以提高劳动生产率和降低成本。

但在产量小、产品品种多时，目前多采用通用机床和通用夹具，生产率较低；但采用数控技术加工时，生产率将有较大的提高。

（四、工艺规程和工艺文件

1；工艺规程的概念和作用

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程操作方法的工艺文件。

它是经过调研计算、试验、分析、论证后确认为相对最优化的产品工艺过程，用标准化、规范化的图标卡片及必要的文字说明整理后，作为技术准备、生产准备和组织生产的依据。

它的作用是对生产进行科学指导，为组织生产提供基本资料，为工厂（或车间）设计提供基础资料。

2；工艺规程的内容和制订步骤

制订工艺规程之前，必须具有产品和零件的装配图、零件图、产品验收标准、生产纲领、毛坯资料、现场的生产条件及国内外有关工艺技术的发展情况等原始资料。

1)分析零件图和产品的装配图

2）确定毛坯。

3）拟订工艺路线。

4）确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具。

5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。

6）确定各工序的切削用量和时间定额。

7）填写工艺文件。

3；工艺文件

一般将工艺规程的内容填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的工艺文件，常用的工艺文件格式有下列几种。

（1）机械加工工艺过程卡片

这种卡片以工序为单位，简要地列出了整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等），多用于生产管理方面。但是在单

件小批生产中通常不编制其他较详细的工艺文件，也以这种卡片指导生产

（2）机械加工工艺卡片

机械加工工艺卡片是以工序为单位，详细说明整个工艺过程的工艺文件。

它是用来指导工入生产，以及帮助车间管理入员和技术入员掌握零件整个加工过程的一种主要技术文件，广泛用于成批生产的零件和小批生产中的重要零件。

（3）机械加工工序卡片

机械加工工序卡片更详细地说明零件的各个工序应如何进行。

在此卡片上要画出工序图，标注该工序的加工表面及应达到的尺寸和公差，工件的装夹方式，刀具的类型和位置，进刀方向和切削用量等。多用于大批量生产。

第七节机床夹具

（一、概述

1；机床夹具的概念

夹具指的是机械加工过程中，为保证加工精度而采用的保证工件相对于机床和刀具正确相对位置，并保证加工过程中不因外力的作用而改变已有正确位置的工艺装备的总称。

2；机床夹具的分类

按专门化程度分为通用夹具、专用夹具、专门化拼装夹具等。

（1）通用夹具

通用夹具指已标准化、具有较大适用范围的夹具。

如自定心卡盘、单动卡盘、万能分度头、回转工作台等，这类夹具通用性强，一般用于单件小批生产。

（2）专用夹具

专用夹具是根据零件加工过程中某一工序的加工要求而设计的。

其结构紧凑、操作方便，可有效地保证加工精度、提高加工效率，但成本较高，适用于批量生产以及必须依靠专用夹具保证精度的场合。

（3）专门化拼装夹具

这类夹具是针对特定工序要求，由通用性较强的标准元件和部件拼装而成。

它具有通用夹具和专用夹具的特点，分组合夹具和拼装夹具两种形式，适用于新产品试制和多品种小批量生产使用。

3；夹具的基本组成

夹具虽然种类很多，但都由以下基本部分组成：

（1）定位元件

用来确定工件在夹具中的正确位置，即保证工件与刀具间正确的相对位置。

（2）夹紧元件

用来固定工件在定位后的位置。

(3）引导元件

用来确定夹具与刀具（或机床）的相对位置。

（4）夹具体

用来把上述元件连成一个整体，是夹具的基础件。

第八节机械装配工艺基础

(一、装配概述

任何机器都是由许多零件组成的。

机械中由若干零件组成的一个相对独立的有机整体称为部件。如车床的主轴箱、尾座等即为部件。部件中由若于零件组成的，结构上与装配上有一定独立性的部分，称为组件。

如主轴箱中的主轴连同装在它上面的齿轮、键等，就作为一个组件。

根据规定的技术要求，将零件结合成组件和部件，并进一步将零件、组件和部件结合成机器的过程称为装配。

把零件装配成部件的过程称为部件装配：把零件和部件装配成最终产品的过程称为总装配。

装配是机械制造过程中的最后一个阶段。为了使产品达到规定的技术要求，装配不仅是指零、部件的结合过程，还应包括调整、检验、试验、涂装和包装等工作。

机器的质量是以机器的工作性能、使用效果、可靠性和寿命等综合指标来评定的。

（二、装配精度

产品的装配精度即装配时实际达到的精度。

1;距离精度

距离精度是指相关零部件间的距离尺寸精度。

例如，卧式车床前后两顶尖对床身导轨等高要求，就是一个距离尺寸关系，称为距离精度。

2;相互位置精度

装配中的相互位置精度包括相关零部件的平行度、垂直度、同轴度及各种跳动等。

例如，卧式车床溜板移动对尾座顶尖套锥孔轴心的平行度要求，就属于相互位置精度。

3;相对运动精度

相对运动精度是产品中有相对运动的零部件间在运动方向和相对速度上的精度。

装配精度除以上三项要求外，还包括接触精度要求，如齿轮喷合、锥体配合以及导轨之间的接触精度要求等

（三、装配工作的基本内容

机械装配是产品制造的最后阶段，在装配过程中不是将合格零件简单地连接起来，而是通过一系列工艺措施，才能最终达到产品质量的要求。

1；清洗

机器装配过程中，零、部件的清洗对保证产品的装配质量和延长产品的使用寿命均有重要的意义。

清洗的方法有擦洗、浸洗、喷洗和超声波清洗等，常用的清洗液有煤油、汽油、碱液及多种化学清洗液等。

2；连接

可拆卸连接的特点是相互连接的零件拆卸时不损坏任何零件，且拆卸后还能重新装在一起。

不可拆卸连接的特点是被连接的零件在使用过程中是不拆卸的，如果拆卸会损坏某些零件。

3；校正、调整与配作

在产品的装配过程中，特别是在单件小批生产的条件下，为了保证部装和总装的精度，常需要进行一些校正、调整和配作工作。

校正是指产品中相关零部件相关位置的找正、找平及相应的调整工作；调整是指相关零部件相互位置的具体调节工作：配作是指钻、配铰、配刮及配磨等。

4；零、部件的平衡试验

高速回转及运转平稳性要求较高的零、部件，在装配时必须进行平衡试验，以消除其不平衡质量，避免机器运转时由于离心力引起振动。

回转零、部件的平衡试验有静平衡和动平衡两种方法。

大体上说，前者用于盘类零件和转速较低的零件，后者用于较长的圆柱形零件和转速较高的零件。静平衡试验的设备比较简单，在简支梁结构的平衡座上也可以进行。动平衡试验则在各种类型的动平衡试验机上进行。

5；气密性试验和压力试验

凡在使用过程中承受各种介质（液体或气体）压力作用的零、部件，在装配前或装配后，均需进行气密性试验和压力试验。试验用的介质由于受实际条件的限制，一般用其他介质代替。

为了零部件工作安全可靠，压力试验用的压力一般为额定工作压力的1.25到1.5倍。

6；整机试验

产品装配完成后，必须按照有关的技术标准和规范，对产品进行全面的检测和试验。

在大批、大量生产中，很多工厂对产品的各种参量的检测、试验，已从过去分别由单机、半入工操作，发展到由计算机控制，并且能同时对各个参量进行数据采集、处理、数字显示，直至打印，一次完成。

（四、装配方法

1；互换装配法

在装配时各配合零件不经修理、选择或调整，即可达到装配精度的方法，称为互换装配法，其装配精度主要取决于零件的加工精度，采用互换装配法装配，可以使装配过程简单，生产率高，易于组织流水作业及自动化装配，也便于采用协作式组织专业化生产。

但是当装配精度要求较高，零件的加工精度会要求很高，使加工很困难，故此方法一般用于大批、大量生产中装配精度要求不高的产品，如自行车等。此外，零件数量很少的组件有的也用这种装配方法。

2；选配法

在成批或大量生产中，将产品各配合副的零件按实际尺寸分组，装配时按组进行互换装配以达到装配精度的方法，称为选配法。

这种方法可保证装配精度不变，而将互配零件的尺寸公差放大数倍（其倍数等于分组的组数），以缓解零件高精度加工的困难。

选配法的缺点是测量、分组、保管等工作比较复杂，所需的零件储备量大，且各组内的相配零件数量要相等，形成配套，否则会出现某些尺寸零件的积压浪费。

3；修配装配法

当产品某一部分的装配精度要求较高时，如果单纯地依靠提高零件的加工精度去保证，不仅是很不经济的，有时甚至在工艺上是无法实现的。

此时，可使该部分的零件仅进行一般经济合理的加工，在装配时修去一个指定零件上预留的修配量，以达到装配精度。

这种装配方法称为修配装配法。

4；调整装配法

在装配时用改变产品中可调整零件的相对位置，或选用合格的调整件以达到装配精度的方法，称为调整装配法。

它与修配装配法本质上没有区别。它们都是对组件的某一零件（或环节）进行修配或调整，以获得较高的装配精度和较宽的零件制造公差。

调整法的优点与修配法相同，此外它还可以补偿在使用中因磨损或内应力、热变形而引起的误差。

其缺点是产品结构上增加了一个调整零件。

（五、装配工艺规程的制订

装配工艺规程是用文件、图表等形式规定下来的装配工艺过程。它是指导装配生产的指导性技术文件，又是进行装配生产计划及技术准备的主要依据，也是设计装配工装、设计装配车间的主要依据。

1；制订装配工艺规程的步骤与工作内容

（1）产品分析

研究产品图样和装配时应满足的技术要求；对装配尺寸链分析与计算进一步确定保证产品精度的装配方法；对产品结构进行装配工艺性分析，明确各种零、部件的装配关系。

(2）绘制装配系统图

首先划分装配单元，将产品分解为可进行独立装配的单元，以便组织装配工作实现平行或流水作业，装配单元常分为组件、部件和产品。其次是绘制装配系统图，对于结构比较简单，零、部件又少的产品，可只绘出产品装配系统图；对于结构复杂，零、部件又很多的产品，可按装配单元绘制装配系统图，即产品装配系统图中只绘出直接进入总装的零、部件，再绘出进入装配的部件装配系统图。

（3）装配工艺过程的编制

装配工艺过程编制的主要内容为：确定装配组织形式：确定工序集中与分散的程度；划分装配工序，确定各工序的具体工作内容；确定各装配工序的装配质量要求、检测项目、检测方法和工具；确定装配中合理的运输方法和运输工具；编制装配工艺过程卡片等。

（4）产品的检验和试验

产品在装配好以后，应进行质量检测和试车，检测的项目、标准以及试车的条件可根据产品质量标准去进行。

2；划分装配工序的一般原则

装配顺序的安排，一般原则为基准件首先进入装配，然后按照产品或部件的具体结构，遵循先里后外，先上后下，先难后易，先精密后一般，先重大后轻小的规律，确定其他零、部件的装配顺序。此外，应尽量减少装配对象在装配过程中的翻身、转位的次数。

为此，处于基准件同一方位的装配工序，以及使用同样装配设备和工艺装配的装配工序，尽可能集中，一次连续完成。

第九节现代制造技术简介

由于现代科学技术的迅速发展，社会需求多样化以及市场竞争的月益激烈，现代企业生产的主流已从少品种、大批量生产转向多品种、小批量生产。

1）采用一定的方法将多品种、小批量生产转化为大批量生产，利用大批量生产的自动化提高生产率，如成组技术。

2）提高加工设备和制造系统的柔性，使其高效、自动化地加工不同的零件，生产不同产品，如柔性制造系统、计算机集成制造系统。

现代制造技术是指成组技术、计算机辅助工艺规程编制、数控加工、柔性制造系统与计算机集成制造系统等先进的制造技术。而且，成组技术是其他先进制造技术的重要基础。

（一、成组技术

1；成组技术的基本原理

成组技术是一门生产技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它。

即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。

2；零件分类编码

对零件进行分类编码是实施成组技术的重要手段。

据此划分出结构相似或工艺相似的零件组。

只有编码分类才有计算机辅助成组技术的实施。

3；成组技术的效益

在多品种、中小批量生产中采用成组技术，实质上是扩大了生产批量，因此无论在产品设计、制造方面，还是在生产管理方面，都能取得显著的效益。

（1）在产品设计方面

可以促进零件、部件设计的标准化，避免不必要的重复设计和多样设计。

（2）在产品制造方面

可以促进工艺设计的标准化、规范化和通用化，减少重复性劳动，实施成组加工和应用成组夹具，提高生产率和系统的柔性。

（3）在生产管理方面

可以缩短生产周期，简化作业计划，减少制品数量，提高设备的利用率，提高质量和降低成本

（二、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）

它是在成组技术的基础上，通过向计算机输入被加工零件的原始数据、加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码、编程、制订工艺路线、进行工艺设计，直至最后输出经过优化的工艺文件的过程。

它改变了手工工艺设计的局限性和手段的落后性，大幅度地提高了工艺设计的效率、生产工艺水平和产品质量。

它能把产品的设计信息转为制造信息，所以它是计算机辅助设计和计算机辅助制造的纽带，因此在现代机械制造中有重要的作用。

（三、柔性制造单元（FMC）与柔性制造系统（FMS）

1；柔性制造单元（FMC）

它是在加工中心的基础上，配备自动上下料装置或机器入、自动测量和监控装置所组成。

它能高度自动化地完成工件与刀具的运输、测量、过程监控等，实现零件加工的自动化，常用于箱体类复杂零件的加工。

与加工中心相比，它具有更好的柔性（可变性）和更高的生产率。FM C是多品种、中小批量生产中机械加工系统的基本单元，特别适用于中、小企业。

2；柔性制造系统（FMS）

它是指以数控机床、加工中心及辅助设备为基础，用柔性的自动化运输、存储系统有机结合起来，计算机对系统的软、硬件资源实施集中管理和控制，从而形成一个物料流和信息流密切结合的高效自动化制造系统。

显然，FMS由三部分组成，即计算机控制的信息系统、自动化物料输送和存储系统、自动化加工系统。

柔性制造系统具有高柔性、高质量、高效率、低成本等特点，所以应用日益广泛。

四、计算机集成制造系统（CIMS）

它是在信息技术、自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，将企业全部生产活动所需的各种分散的自动化系统，通过计算机及其软件有机地集成起来，成为优化运行的高柔性和高效率的制造系统。

CIMS一般可以看成由管理信息系统、设计自动化系统、制造自动化系统及质量保证系统等四个功能分系统和计算机网络系统、数据库系统等两个支撑分系统组成。

（1）管理信息系统

该系统将来自市场的竞争信息，结合企业的入、财、物等资源，制定企业相应的战略规划；将决策结果的信息，通过数据库和通信网络与各分系统进行联系和交换；对各分系统进行管理。

（2）设计自动化系统

该系统根据决策信息，利用计算机进行产品研究、设计和开发市场信息工作，并将设计文档、工艺规程、设备信息、工时定额发送给管理信息系统，将数控加工等工艺指令发送给制造自动化系统。

（3）制造自动化系统

该系统是物料流与信息流的结合部，能在计算机的控制与调度下，按照NC代码将毛坏加工成合格的零件并装配成部件或产品。

（4）质量保证系统

该系统通过采集、存储、评价和处理在设计、制造过程中与质量有关的大量数据，从而提高产品的质量。

（5）两个支撑系统

数据库系统管理整个CIMS的数据，实现数据的集成和共享。

计算机网络系统传递各个分系统内部和相互之间的信息，实现数据传递和系统通信功能。

通过数据库和通信网络，使整个企业集成为一个有机的大系统。

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