2010-2011学年《机械制造工艺与夹具》电子教案

精选优质文档-倾情为你奉上郑州职业技术学院课程教案课程名称： 机械制造工艺与夹具 教师姓名： 廉振红 适用专业： 机电一体化 授课班级： 08机电1班 郑州职业技术学院教务处2010年9月课程名称：机械制造工艺与夹具课程性质：专业核心课总 学 时：72学时（其中讲授学时60学时；实习、调研、讨论等学时：12学时）总的教学目的和要求：通过本课程的学习，既可考取机械加工通用工种职业资格中级证书，具备独立承担职业岗位相应工作的能力，又可为后续的专业课程建立必要的专业基础。本课程的具体要求如下：1、熟悉机械产品的制造过程、制造方法，熟悉和使用机械制造方面的名词术语，具备机械制造基本职业素养；2、掌握机械制造的基本理论和工艺规程的编制，对工艺问题能进行分析和提出改进措施；3、掌握零件加工和机器装配结构工艺性的原则，设计的产品具有良好的结构工艺性；4、掌握保证机器装配精度的方法；5、掌握机床夹具的设计原理和方法，具有设计机床夹具的初步能力；6、具有综合分析和解决实际工艺问题的能力，提出保证质量，提高劳动效率，降低成本的工艺途径；7、了解当前新技术、新知识、新工艺、新设备，并能初步应用于生产实际。总的教学重点和难点：在充分研究本课程的科学定位和课程目标后，为突出课程的应用性、凸现实用性，我们根据专业不同，所确定的课程重点也有所不同。机电一体化专业重点突出在工艺设计。1重点本课程重点为六大块：机械加工工艺规程的制订；机械加工精度；机械加工表面质量；装配工艺基础；机床夹具设计基础；现代制造技术。典型零件加工属于以上重点内容的应用。 2难点机械加工工艺规程的制订；机床夹具设计基础。具体为零件的分析，定位基准的选择，工艺路线的拟订，工序尺寸的计算以及自由度的限制。一个具体工序到底应该限制哪几个自由度，依据是什么？夹具设计的方法，夹具定位元件定位误差分析计算，夹具装配图技术要求制订的原则和依据，各种技术资料的应用。第1次课（绪论）2学时备课时间：2010-8-20课题名称：绪论教学目标：1、了解机械制造技术的发展现状；2、掌握各种加工精度的获得方法；3、了解本课程的性质、内容与要求；重点难点：各种加工精度的获得方法教学方法：启发式、案例分析式教学方法和多媒体的教学手段教学过程：绪 论一、制造技术的发展概况国民经济的发展和进步，在很大程度上取决于机械制造技术的水平和发展。可以看到，当今信息技术的发展，使传统的制造业革新了它原来的面貌，但这决不是削弱了它的重要地位，这一点已为不少国家经济发展的历史所证明。 表1-1机械制造的过去、现在和将来18世纪初19世纪20世纪21世纪用铁砧和铁锤操作的人蒸汽机床计算机辅助设计、规划与制造网络和信息系统对工艺过程缺乏了解对工艺过程的了解加强采用闭环控制的有限的工艺过程模型可靠的工艺过程与智能控制工匠与家庭作坊位于城市中的工厂工厂自动化程度提高全球企业及虚拟制造公司当前，机械制造技术向着以下几个方面不断发展。（1）向高柔性化和自动化方向发展。（2）精密加工和超精密加工的应用将日益广泛。（3）发展高速切削、强力切削。（4）多种加工技术并行发展。 二、机械制造技术图 制造活动过程任何产品的制造活动都不是一个单一的过程，它通常包含了从市场调研到售后服务的全过程，并受到多种条件的相互作用，如右图所示。 机械制造技术是各种机械制造过程所涉及的技术的总称，它通常包括以下内容。材料（金属与非金属）成型技术 . 切削加工技术 特种加工技术 机械装配技术 三、获得加工精度的方法(一)获得尺寸精度的方法1 试切法通过试切出一小段一测量一调刀一再试切，反复进行，直到达到规定尺寸再进行加工的一种加工方法称为试切法。图1-3所示是一个车削的试切法例子。试切法的生产率低，加工精度取决于工人的技术水平，故常用于单件小批生产。2 调整法先调整好刀具的位置，然后以不变的位置加工一批零件的方法称为调整法。调整法加工生产率较高，精度较稳定，常用于批量、大量生产。3 定尺寸刀具法通过刀具的尺寸来保证加工表面的尺寸精度，这种方法叫定尺寸刀具法。如用钻头、铰刀、拉刀来加工孔均属于定尺寸刀具法。这种方法操作简便，生产率较高，加工精度也较稳定。4 自动控制法自动控制法是通过自动测量和数字控制装置，在达到尺寸精度时自动停止加工的一种尺寸控制方法。这种方法加工质量稳定，生产率高，是机械制造业的发展方向。(二)获得形状精度的方法1 刀尖轨迹法通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法称为刀尖轨迹法。所获得的形状精度取决于刀具和工件间相对成形运动的精度。车削、铣削、刨削等均属于刀尖轨迹法2 仿形法刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法称为仿形法。仿形法所得到的形状精度取决于仿形装置的精度以及其它成形运动的精度。仿形铣、仿形车均属仿形法加工。3 成形法利用成形刀具对工件进行加工获得形状精度的方法称成形法。成形刀具替代一个成形运动，所获得的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其它成形运动精度。4 展成法利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面，从而获得形状精度的方法称为展成法（或称包络法）。如滚齿、插齿就属于展成法。（三) 获得位置精度的方法（工件的安装方法）当零件较复杂、加工面较多时，需要经过多道工序的加工，其位置精度取决于工件的安装方式和安装精度。工件安装常用的方法如下。1 直接找正安装用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接找正法。2 按划线找正安装先用划针画出要加工表面的位置，再按划线用划针找正工件在机床上的位置并加以夹紧。由于划线既费时，又需要技术高的划线工，所以一般用于批量不大，形状复杂而笨重的工件或低精度毛坯的加工。3 用夹具安装将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法。这种方法安装迅速方便，定位精度较高而且稳定，生产率较高，广泛应用于批量和大量生产。课后小结：学习了解机械制造技术的发展概况，了解各种加工精度的获得方法。（1）机械制造技术是各种机械制造过程所涉及的技术的总称。它主要包括：材料成型技术、切削加工技术、特种加工技术和机械装配技术。目前机械制造技术正朝着柔性化和自动化、精密加工和高精密加工、高速切削和强力切削以及多种加工技术并行的方向发展。（2）工件是机械加工对象的总称。零件的加工质量通常指加工精度（形状、位置、尺寸）和表面质量（表面粗糙度、表层质量）。作业内容： 思考题：1、了解制造业在国民经济中的地位；2、针对我国的机械制造业现状，指出我国机械制造业与世界发达国家的差距；3、你认为应该采取哪些具体的措施和方略来改变这种现状，使我国的机械制造行业处于世界前列？4、尺寸精度、形状精度、相互位置精度相比较，那种要求更高些？教学后记：在开始讲解新课程之前，带领学生参观校实习工厂，了解机械加工工艺过程。第2次课（1.1 基本概念）2学时备课时间：2010-8-20课题名称：基本概念教学目标：1、了解并掌握机械加工工艺过程的组成及其概念2、了解生产过程与组织方式；3、了解工艺规程的作用及格式，熟悉工艺规程制定的原则及步骤；重点难点：1、机械加工工艺过程的组成及其概念；2、生产过程与组织方式；教学方法：启发式、案例分析式教学方法和多媒体的教学手段；教学过程：1.1 基本概念一、生产过程和工艺过程机械产品生产过程：是指从原材料到该产品出厂的全部劳动过程。机械加工工艺过程：是机械产品生产过程的一部分，是对机械产品中的零件采用各种加工方法直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。二、工艺过程的组成1 工序图1-1 阶梯轴工序是指同一个或一组工人，在同一台机床或同一场所，对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。即“三同一，一连续”。可见，工作地、工人、零件和连续作业是构成工序的四个要素，若其中任一要素的变更即构成新的工序。连续作业是指该工序内的全部工作要不间断地连续完成。一个工艺过程需要包括哪些工序，是由被加工零件结构复杂的程度，加工要求及生产类型来决定。同一工序中有时也可能包含很多的加工内容。为了更明确划分各阶段的加工内容，规定其加工方法，可将一个工序进一步划分为若干个工步。2 工步工步是指在加工表面不变、加工工具不变、主要切削用量不变的条件下所连续完成的那一部分工序内容，即所谓“三不变、一连续”。有时，同一加工表面往往要用同一工具加工几次才能完成，每次加工所完成的一部分工步称为一个工作行程或走刀。例如车外圆表面,连续车削三次，每次切削其切削用量中仅切削深度这一项逐渐递减，我们将这三次切削作为同一工步，每次切削为一次走刀，即该工步包含三次走刀。三、 生产纲领与生产类型及其工艺特征1 生产纲领企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。计划期一般定为一年。所以生产纲领就是产品的年产量。零件的生产纲领应计入废品和备品的数量。 零件的年生产纲领可按下式计算 NQn(1十a十b) (1-1) 式中，N零件的年产量，单位为件年；Q产品的年产量，台年；n为每台产品中该零件的数量，单位为件台；a备品的百分率；b废品的百分率。生产纲领的大小决定了产品（或零件）的生产类型，而各种生产类型下又有不同的工艺特征，制定工艺规程必须符合其相应的工艺特征。因此，生产纲领是制定和修改工艺规程的重要依据。2 生产类型 生产类型是衡量一个生产单位(企业、车间、班组等)生产某一产品的专业化程度的指标，其实质是某一个产品生产规模的大小，通常可分为：1)单件小批量生产：单个地或少量重复生产某一产品。常用于新产品试制，专用设备制造，大型、重型机器制造。2) 批量生产：一年中分批制造相同产品。例如一、三季度生产A产品，二、四季度生产B产品。 3)大量生产：长年地重复生产相同产品。例如汽车、拖拉机、发动机及一些通用件(如轴承)等都以此种生产方式组织生产。生产纲领和生产类型的关系随产品的大小和复杂程度而不同。四、机械加工工艺规程机械加工工艺规程是按一定格式以文件形式记录的工艺过程和操作方法。它具有稳定生产秩序、保证加工质量、指导生产计划、组织和管理等作用，是有关生产人员认真贯彻执行的纪律性文件，不得随意更改。1、工艺规程的作用工艺规程是机械制造厂最主要的技术文件之一，是工厂规章条例的重要组成部分。其具体作用如下：(1）它是指导生产的主要技术文件工艺规程是最合理的工艺过程的表格化，是在工艺理论和实践经验的基础上制订的。工人只有按照工艺规程进行生产，才能保证产品质量和较高的生产率以及较好的经济效果。(2) 它是组织和管理生产的基本依据在产品投产前要根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作，如安排原材料的供应、通用工装设备的准备、专用工装设备的设计与制造、生产计划的编排、经济核算等工作。生产中对工人业务的考核也是以工艺规程为主要依据的。(3）它是新建和扩建工厂的基本资料新建或扩建工厂或车间时，要根据工艺规程来确定所需要的机床设备的品种和数量、机床的布置、占地面积、辅助部门的安排等。2、工艺规程的格式将工艺规程的内容填人一定格式的卡片，即成为工艺文件。目前，工艺文件还没有统一的格式，各厂都是按照一些基本的内容，根据具体情况自行确定。各种工艺文件的基本格式如下。1 机械加工工艺过程卡工艺过程卡主要列出了零件加工所经过的整个路线（称为工艺路线），以及工装设备和工时等内容。由于各工序的说明不够具体，故一般不能直接指导工人操作，而多作为生产管理方面使用。在单件小批生产中，通常不编制其它较详细的工艺文件，而是以这种卡片指导生产，这时应编制得详细些。2 机械加工工艺卡工艺卡是以工序为单位，详细说明零件工艺过程的工艺文件。它用来指导工人操作，帮助管理人员及技术人员掌握零件加工过程，广泛用于批量生产的零件和小批生产的重要零件。3 机械加工工序卡工序卡是用来具体指导工人操作的一种最详细的工艺文件。在这种卡片上，要画出工序简图，注明该工序的加工表面及应达到的尺寸精度和粗糙度要求、工件的安装方式、切削用量、工装设备等内容。在大批大量生产时都要采取这种卡片。3、制定工艺规程的原则制定工艺规程应遵循如下原则：1）必须可靠地保证零件图纸上所有的技术要求的实现。2）在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。3）充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。4）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。4、制定工艺规程的原始资料在制订机械加工工艺规程时，必须首先掌握下列原始资料。这些原始资料有的是领导部门下达的，有些则要自己精心收集和详细调查了解。必须掌握的原始资料有：1）产品的整套装配图和零件图2）产品验收的质量标准3）产品的生产批量及生产纲领4）毛坯的情况5）本厂的生产条件6）各种有关手册、标准及指导性文件手册有切削用量手册、加工余量手册、时间定额手册、夹具手册、刀具手册以及机床技术性能手册。标准有公差标准、机械零件标准等。这些资料是制订工艺规程所需要的。5、制定工艺规程的步骤 有了上述资料，即可开始制订工艺规程，其大致步骤如下：1）分析产品的零件图与装配图 2）计算零件的生产纲领，确定生产类型，计算生产节拍3）选择毛坯，根据零件的材料、结构、生产节拍，选择毛坯的种类与制造方法。4）拟定工艺路线5）确定各工序所用的设备和工艺装6）确定各工序的加工余量，计算各工序的尺寸与公差7）计算切削用量，估算工时定额8）确定各主要工序的检验方法9）评价各种工艺路线，进行技术经济分析10）填写工艺文件课后小结：（1）生产过程是指把原材料或半成品变为成品的活动过程。它包含了产品从设计、选材、生产计划组织到加工装配、质量保证等活动。（2）机械加工工艺过程以工序为基本组成单元，而工序又可细化为工步、走刀。每道工序有时又需要划分为若干次安装和工位。（3）生产类型可划分为单件生产、成批生产和大量生产，而成批生产又可以划分为小批量生产、中批量生产和大批量生产3种类型。不同生产类型对应着不同的生产特点与组织方式。作业内容：作业：P74页 1、2、3；思考：P74页 4；教学后记：通过列举工程实际中的例子来讲解产品零件的机械加工工艺过程，进而加深学生对工艺规程制定的印象。第3次课（1.2 零件的结构工艺性分析） 2学时备课时间：2010-8-23课题名称：零件的结构工艺性分析教学目标：1、了解零件的结构工艺性概念；2、常见零件结构要素工艺性的分析；重点难点：常见零件结构要素工艺性的分析教学方法：启发式、案例分析式教学方法教学过程：1.2 零件的结构工艺性分析一个好的机器产品和零件结构、不仅要满足使用性能的要求，而且要便于制造和维修，即满足结构工艺性的要求。在产品技术设汁阶段，工艺人员要对产品结构工艺性进行分析和评价；在产品图设计阶段，工艺人员应对产品和零件结构工艺性进行审查并提出意见和建议。1 零件结构工艺性零件结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。它由零件结构要素的工艺性和零件整体结构的工艺性两部分组成。2 产品结构的工艺性产品结构的工艺性是指所设计的产品在满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性。显然，制造的可行性和经济性应当包含制造过程的各个阶段，包括毛坯制造、机械加工和装配等。3典型实例表1-3列出了常见零件机械加工工艺性对比的示例。序 号工艺性不合理工艺性合理说 明1键槽的尺寸、方位相同，可在一次装夹中加工出全部键槽，以提高生产效率2孔中心与箱体壁之间尺寸太小，无法引进刀具3减少接触面积，减少加工量，提高稳定性序 号工艺性不合理工艺性合理说 明4应设计退刀槽，减少刀具或砂轮的磨损5钻头容易引偏或折断6避免深孔加工，提高连接强度，节约材料，减少加工量7为减少刀具种类和换刀时间，应设计为相同的宽度8为便于加工，槽的底面不应与其他加工面重合9为便于加工，内螺纹根部应有退刀槽10为便于一次加工，生产效率高，凸台表面应处于同一水平面课后小结： 零件的结构工艺性是指所设计的零件在保证满足使用要求的前提下制造的可行性与经济性。零件的结构工艺性主要包括零件的尺寸和公差标注、零件的组成要素和零件的整体结构。作业内容：教学后记：要求对常见零件的结构工艺性会分析。第4次课（1.3 毛坯的确定） 2学时备课时间：2010-8-24课题名称：毛坯的确定教学目标：了解毛坯的种类及其选择的方法；重点难点：毛坯的选择；教学方法：启发式、讲解式、引导式和提问式教学方法教学过程：1.3毛坯的选择选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而且影响到零件机械加工工艺及其生产率与经济性。如选择高精度的毛坯，可以减少机械加工劳动量和材料消耗，提高机械加工生产率，降低加工的成本。但是，却提高了毛坯的费用。因此，选择毛坯要从机械加工和毛坯制造两方面综合考虑，以求得到最佳效果。一、毛坯的种类1 铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。较常用的是砂型铸造。当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工造型法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，采用金属型机器造型法。铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。2 锻件锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。3 型材型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。4 焊接件焊接件是根据需要将型材或钢板焊接而成的毛坯件，它简单方便，生产周期短。但需经时效处理后才能进行机械加工。5 冷冲压件冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。二、毛坯选择时应考虑的因素在选择毛坯时应考虑下列一些因素。1 零件的材料及机械性能要求由于材料的工艺特性，决定了其毛坯的制造方法，当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。例如材料为灰铸铁的零件必用铸造毛坯；对于重要的钢质零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件，在形状较简单及机械性能要求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大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；结构复杂的毛坯多用铸造；小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯；板状钢质零件多用锻件毛坯；轴类零件的毛坯，如直径和台阶相差不大，可用棒料；如各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件。3 生产纲领的大小当零件的生产批量较大时，应选用精度和生产率均较高的毛坯制造方法，如模锻、金属型机器造型铸造和精密铸造等。当单件小批生产时，则应选用木模手工造型铸造或自由锻造。4 现有生产条件确定毛坯时，必须结合具体的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。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，应充分考虑精炼、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用，这样，可大大减少机械加工量，甚至不需要进行加工，大大提高经济效益。三、毛坯的形状与尺寸的确定下面仅从机械加工工艺角度来分析在确定毛坯形状和尺寸时应注意的问题。(1）为了加工时安装工件的方便，有些铸件毛坯需铸出工艺搭子，如图1-9所示。工艺搭子在零件加工完毕后一般应切除，如对使用和外观没有影响也可保留在零件上。(2) 装配后需要形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常将这些分离零件先做成一个整体毛坯，加工到一定阶段再切割分离。例如图1-10所示车床走刀系统中的开合螺母外壳，其毛坯是两件合制的。(3) 对于形状比较规则的小型零件，为了提高机械加工的生产率和便于安装，应将多件合成一个毛坯，当加工到一定阶段后，再分离成单件。例如图1-11所示的滑键，对毛坯的各平面加工好后切离为单件，再对单件进行加工。 图1-9 工艺搭子实例 图1-10 车床开合螺母外壳简图 1-11 滑键的零件图与毛坯图课后小结：机械加工中常见的毛坯有铸件、锻件、型材和组合毛坯等。作业内容：教学后记：能够在具体的工程实际中讲解学生会更好的理解。第5、6次课（1.4 工件的定位） 4学时备课时间：2010-8-24课题名称：工件的定位教学目标：1、了解并掌握工件基准的分类及六点定位原理；2、了解并掌握工件的定位方法及其定位元件；3、工件组合定位时限制自由度的分析；重点难点：1、工件组合定位限制自由度的分析教学方法：启发式、案例分析式教学方法和多媒体的教学方法手段；教学过程：1.4 工件的定位基准一、基准的概念及其分类为了保证工件待加工表面与其他表面之间的相对位置，在工件加工前，首先必须保证工件在机床上占据正确的位置。而正确位置的确定是以某一些表面为参考的，象这样一种用来确定零件上其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面称为基准。基准按其功用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。1设计基准：在零件设计图上用来确定其它点、线、面的基准。如图1-12所示的钻套零件，轴心线OO是各外圆和内孔的设计基准，端面A是端面B、C的设计基准。2工艺基准：在零件加工及装配过程中使用的基准。按其用途又可分为：1）定位基准：在加工中用作定位的基准。如图1-12所示的钻套，用内孔装在心棒上磨削外圆40h6时，内孔D就是定位基准。定位基准又可分为粗基准和精基准。用作定位的表面，如果为没有加工过的毛坯表面，则称为粗基准；如为已经加工过的表面，则称为精基准。2）测量基准：零件测量时所采用的基准。如图1-12所示的钻套，用内孔装在心棒上来测量40h5外圆的径向跳动与端面B的端面跳动时，内孔D即为测量基准。3）装配基准：装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。如图1-12所示的钻套，其外圆40h6及端面B即为钻套的装配基准。4）工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。工艺基准是加工、测量和装配时所用的基准，必须是实在的。然而作为基准的点、线、面。有时在零件上并不一定具体存在(如孔的中心线，两平面的对称面等)，往往通过具体的表面来体现，这些表面称为基面。如图1-12的钻套中心线并不存在，是通过内孔D来体现的。选择工件上的哪些表面作为定位基准，是制定工艺规程的一个十分重要的问题。在最初的工序中，只能用工件上未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。在以后的工序中，则采用经过加工的表面作为定位基准，称为精基准。在选择定位基准时，主要考虑以下几个方面的要求：第一，保证加工面与不加工面之间的正确位置。第二，保证加工面和待加工面之间的正确位置，使得待加工面加工时余量小而均匀。第三，提高加工面和定位基准之间的位置精度（包括其相关尺寸的精度）。第四，装夹方便、定位可靠、夹具结构简单。二、六点定位原理任何一个自由刚体，在空间均有6个自由度，即沿空间坐标轴x、y、z3个方向的移动和绕此三坐标轴的转动。工件定位的实质就是限制工件的自由度。若在x-y平面上设置3个不共线的抽象支承点（如图所示点1、2、3），工件紧靠在这3个支承点上，便限制了工件的、3个自由度；在x-z平面上设置2个抽象支承点4、5（在理论上这2点尽量相距远一点，它们的连线与x-y平面平行），工件紧靠这2个支承点便可限制、2个自由度；在y-z平面上设置1个支承点6，工件靠向它便限制了自由度。由此可见，工件安装时要紧靠机床工作台或夹具上的这6个支承点，它的6个自由度即被全部限制，工件便获得一个完全确定的位置。工件定位时，用夹具上合理分布的6个支承点与工件的定位基准相接触来限制其6个自由度，使其位置完全确定，称为六点定位原理。六点定位原理是工件定位的基本法则。用于实际生产时，这些支承点应是具有一定形状的几何体，这些限制工件自由度的几何体就是定位元件。关于六点定位原理作以下2点说明。 6个支承点必须适当分布。若3个支承点分布在一直线上，就不会限制3个自由度；若不在一条线上的3个支承点所形成的三角形面积越大，则定位就越稳定。 工件与定位支承点相接触就实现了定位，至于工件在加工过程中始终保持已定好的位置不变则是靠夹紧来实现的。另外，若认为工件定位后夹紧前在支承点的反方向仍有移动的可能性，便认为定位不确定，这种理解是错误的。在实际生产中，定位支承点总是以具体定位元件来实现的，因此直接分析各种定位元件所能限制的自由度，以及它们的组合所能限制的自由度，对研究定位问题更具有实际意义。三、工件自由度的限制 工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制，不影响加工精度要求的自由度可限制也可不限制，具体视加工情况而定。因此，按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度数是工件定位中首要解决的问题。（1）完全定位与不完全定位。加工时工件的6个自由度被完全限制的定位称为完全定位。但生产中并不是所有工序都需要采用完全定位的方式，究竟应该限制几个自由度和哪几个自由度，应由工件的加工要求来决定。工件的6个自由度没有被完全限制的现象便称为不完全定位。例如在一个长轴上铣一个两头不通的键槽，加工要求除了键槽本身的宽度、深度和长度外，还需保证槽距轴端的尺寸及槽对外圆轴线的对称度，此时除绕工件轴线转动的自由度不需限制外，其余5个自由度均需限制。再如在平面磨床上磨削平板型零件的平面时，也是一个不完全定位的例子。（2）欠定位与过定位。在工件加工中应该限制的自由度而没有被限制的现象，称为欠定位。我们知道，在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的。但是根据加工要求应该限制的自由度而没有被限制的现象是绝对不允许的，因为欠定位是不能保证加工要求的。课后小结：（1）基准分为设计基准和工艺基准，而工艺基准又可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。（2）工件的定位方法：直接找正法、划线找正法、夹具安装法。（3）工件定位的基本原理：六点定位原理（4）工件的定位方法：工件以平面定位、工件以外圆柱面定位、工件以圆柱孔定位、工件以一面两孔定位。作业内容：作业：P74页 5；7；8；思考：P74页 6；9；10；11；12；13；14；教学后记：详细讲解工件组合定位时限制自由度的分析方法。第7次课（1.4 工件的定位） 2学时备课时间：2010-8-28课题名称：工件的定位教学目标：1、了解并掌握粗基准的选择原则；2、了解并掌握精基准的选择原则；3、了解定位误差的分析计算；重点难点：重点：定位基准的选择；难点：定位误差的分析计算；教学方法：启发式、案例分析式教学方法和多媒体的教学方法手段；教学过程：1.4 工件的定位四、定位基准的选择1粗基准的选择主要是第一道工序定位基准的选择，选择得好坏对以后各加工表面余量的分配以及保证不加工表面与加工表面间的尺寸、相互位置都有很大影响。具体选择可参照下列原则：（1）余量均匀原则对于一些重要表面，要求其总加工余量均匀一致，则以它作为粗基准。例如主轴内锥孔要求具有均匀余量，用内涨式心轴定位夹紧工件加工外圆，由于加工出的外圆与未加工的内孔同轴，再以外圆作为精基准加工内孔时，就能保证内孔具有均匀的加工余量。（2）保证不加工面位置正确的原则工件上若有一些不加工的表面，它们与加工面之间也要求有一个正确的位置关系，这些位置关系有时并不直接标注在图样上，但是经过分析从图面上可以看出来，如果不注意它们，将会影响到零件的美观甚至零件的使用性能。例如零件外形上的对称、孔的壁厚均匀、箱体零件的内腔尺寸等都是这方面常见的例子。用不加工表面作为粗基准，就能保证不加工面与加工面之间的位置比较正确。（3）粗加工只能有效使用一次的原则 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯表面，其精度和表面粗糙度都较差，如果在某一个(或几个)自由上重复使用粗基准，则不能保证两次装夹下工件与机床、刀具的相对位置一致，因而使得两次装夹下加工出来的表面之间位置精度降低。（4）粗基准平整光洁、定位可靠的原则 粗基准虽然是毛坯表面，但应当尽量平整、光洁、无飞边。不应当选毛坯分型面或分模面所在的表面为粗基准。（5）有多个相关表面需要加工的情况，应采用加工余量最小的表面作为粗基准。这样可保证该表面的余量小而均匀，从而有效避免了余量不够甚至出现黑斑的情况。以免影响定位的准确性和可靠性。2精基准的选择精基准选择时主要考虑是如何保证加工质量减少定位误差。具体选择时可参考以下一些原则。（1）基准重合原则：基准重合原则是指定位基准与设计基准重合。主要用于保证被加工表面尺寸精度。被加工表面从哪设计就从哪定位，这样可以避免因基准不重合而产生的误差。（2）基准统一原则：基准统一原则是指若干被加工表面尽量选用同一组基准来加工，用于保证各被加工表面位置要求。例如轴类零件常用顶尖孔作为统一的定位基准来加工各外圆表面，这样可保证各外圆表面之间较高的同轴度；箱壳类零件常用一平面和两孔作为精基面；盘类零件常用一端面和一短孔作为统一的基准。（3）互为基准的原则：对于相对位置精度及自身的尺寸与形状精度都要求很高的一对表面，可采用互为基准反复多次进行精加工，以达到很高的相互位置精度。（4）自为基准的原则：在精加工或光整加工中，要求加工余量小而均匀，则加工时就应选择加工表面本身作为基准(即自为基准)，而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证。（5）便于装夹原则 除了上述讨论的原则方法以外，精基准的选择还应考虑到相应的夹具设计和工人操作，应保证足够的装夹刚度，使工件变形尽量小，应使装夹表面尽量靠近加工面，减少切削力产生的力矩。课后小结：粗基准的选择（1）余量均匀原则（2）保证不加工面位置正确的原则（3）粗加工只能有效使用一次的原则（4）粗基准平整光洁、定位可靠的原则（5）有多个相关表面需要加工的情况，应采用加工余量最小的表面作为粗基准。精基准的选择（1）基准重合原则（2）基准统一原则（3）互为基准的原则（4）自为基准的原则（5）便于装夹原则作业内容： 作业： P75页 22；24； 思考：P75页 20；21；25；教学后记：通过工程实际举例理解会更深刻些。第8次课（1.5 工件的夹紧） 2学时备课时间：2010-8-28课题名称：工件的夹紧教学目标：1、了解夹紧装置的组成以及基本要求；2、了解并掌握夹紧力的确定；3、了解各种夹紧机构；重点难点：夹紧力方向和作用点的确定教学方法：启发式、讲解式、讨论式、提问式教学方法和多媒体的教学手段教学过程：1.5 工件的夹紧一、夹紧装置的组成和基本要求1夹紧机构的组成夹紧机构的种类很多，但其结构均由2部分组成。（1）动力装置。夹紧力的来源一是人力，二是某种装置所产生的力。能产生力的装置称为夹具的动力装置。常用的动力装置有气动装置、液压装置、电动装置、电磁装置、气液联动装置和真空装置等。由于手动夹具的夹紧力来自人力，所以它没有动力装置。（2）夹紧机构。接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的机构，便为夹紧机构。夹紧机构一般由下列基本机构组成。 接受原始作用力的机构，如手柄、螺母以及用来连接汽缸活塞杆的机构等。 中间递力机构，如铰链、杠杆等。 夹紧元件，如各种螺钉压板等。其中，中间递力机构在传递原始作用力至夹紧元件的过程中可以起到诸如改变作用力的方向与大小以及自锁等作用。2对夹紧机构的基本要求在不破坏工件定位精度并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧机构做到以下几点。 夹紧力的大小适当。既要保证工件在整个加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 工艺性好。夹紧机构的复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造和维修。 使用性好。夹紧机构的操作应当方便、安全、省力。二、工件夹紧力的确定 1夹紧力方向的确定 夹紧力的方向不应破坏工件定位。图1-36（a）所示为不正确的夹紧方案，夹紧力有向上的分力Fjz，使工件离开原有的正确定位位置；图1-36（b）所示为正确的夹紧方案。 夹紧力方向应指向主要定位表面。 2夹紧力作用点的确定 夹紧力的作用点应落在支承范围内：如图1-36（a）所示夹紧力的作用点落到了定位元件的支承范围之外，夹紧时将破坏正确位置，因而是不正确的；图1-36（b）所示夹紧力的作用点落在了定位元件支承范围之内，夹紧时不破坏正确定位，因而是正确的。图1-36 夹紧力 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位：如图1-37（a）所示，薄壁套筒的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形就会小得多。夹紧如图1-37（b）所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸缘上。或如图1-37（c）所示改为三点夹紧，改变着力点的位置，以减少夹紧变形。图1-37 夹紧力与工件刚性的关系图1-38 夹紧力的作用点应尽量靠近加工部位1工件；2辅助支承；3铣刀 夹紧力的作用点应靠近工件的加工部位如图1-38所示，夹紧力远离加工部位，因此应在加工部位加上辅助夹紧机构，以防止加工时发生振动，影响加工质量和安全。3夹紧力大小的估算 估算的方法如下。 找出对夹紧最不利的瞬时状态，由此估算所需的夹紧力。 为了简便，只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。 根据工件状态，列出力（力矩）的平衡方程式，解出夹紧力的大小。此外，还应适当考虑安全系数。生产中如需进行夹紧力估算，可参阅有关资料，对此就不再赘述。课后小结：（1）夹紧装置由动力装置和夹紧机构组成。（2）夹紧力方向的确定：夹紧力的方向不应破坏工件定位。夹紧力方向应指向主要定位表面。（3）夹紧力的作用点应落在支承范围内；夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位；夹紧力的作用点应靠近工件的加工部位。作业内容：思考：工件在夹具中夹紧的目的是什么？夹紧和定位有何区别？教学后记：带领学生参观实习工厂时要多注意给学生介绍各种夹紧装置。第9次课（1.6 工艺路线的拟定） 2学时备课时间：2010-8-31 课题名称：工艺路线的拟定教学目标：1、了解各种加工方法；2、掌握工艺路线的拟定；重点难点：工艺路线的拟定；教学方法：启发式、案例分析式教学方法和多媒体教学手段教学过程：1.6工艺路线的拟定 工艺路线是工艺规程的主体，包括加工表面的加工方法的选择、各表面的加工顺序、加工阶段与工序的划分等工作，是制定工艺规程中最实质性的工作。一、表面加工方法的选择 可根据以下原则进行加工方法的选择：1 应按各种加工方法的经济加工精度进行选择，所谓经济加工精度是指在正常生产条件下(指设备、工装、工人技术等都无特殊要求)所能获得的加工精度。2 应根据工件材料特性选择合适的加工方法。要充分注意到不同加工方法的适用场合。例如有色金属加工应用切削加工方法而不宜用磨削，而淬火钢工件则应用磨削加工方法。3 加工方法必须与生产类型相协调。4 加工方法要同本厂生产条件相协调。所选择的加工方法必须以本厂现有设备、工艺为基础，既考虑到充分利用现有设备，又要考虑不断革新改造，挖掘企业潜力，提高企业的生产工艺水平。 虽然每个加工表面的加工方法已经确定，但要顺利实施，还需安排加工先后次序。次序的安排不是简单的排列组合，而是要充分考虑加工质量、生产率、成本及管理等各方面的因素。二、加工顺序的安排1 划分加工阶段切削加工是加工过程的主体。工件的绝大多数加工质量要求是通过切削加工实现的。通常，根据加工要求将其分为以下四个加工阶段：（1）粗加工阶段大部分切削余量在这一阶段完成。由于通常这一阶段不作为表面加工的终结工序，因此加工质量不是主要因素，而生产率则是重点考虑对象，以在尽量短的时间内完成大部分的切削余量。（2）半精加工阶段通常在热处理前进行，主要是为一些重要表面的精加工做准备，以及一些次要表面的终结工序加工(如钻孔、攻丝，铣键槽等)。对于一些重要表面，应保证留有一定的精加工余量，并保证一定的加工精度。（3）精加工阶段全面达到图纸设计要求。对于一些精度特别高(主要指尺寸精度和表面粗糙度)的加工表面，还需经过光整加工。（4）光整加工阶段以提高尺寸精度、降低表面粗糙度为主，而几何形状精度和位置精度应依靠前道工序保证。之所以要划分加工阶段，主要是出于以下几方面的原因：1) 保证加工质量，提高生产效率。粗加工阶段切削余量大，可采用较大的切削用量以提高生产率，但由此而产生的大切削力和切削热及所需的大夹紧力会使工件产生较大内应力和变形，不可能获得高的加工精度。而通过半精加工和精加工阶段，逐步减小切削用量、切削力和热、减少变形，提高加工精度，从而达到图纸要求。同时，在各个加工阶段的时间间隔所产生的自然时效处理效果，有利于工件内应力的消除，便于在最后工序中予以修正。2) 合理使用机床设备。划分加工阶段后，可在不同阶段使用不同类型的机床，充分发挥各种设备的使用效率。例如在粗加工阶段，可以采用高效率大功率的低精度机床设备，以提高生产率为主要目的；而在精加工阶段，则采用高精度机床，以保证加工精度为首要任务，并且还可保证精密机床的使用寿命。3) 便于安排热处理工序。在各个加工阶段之间，根据上一阶段的加工特点及下一阶段的加工要求，安排合理的热处理工序。例如在主轴粗加工后进行时效处理，消除内应力；在半精加工后，进行淬火处理，达到表面物理机械性能的要求；在精加工后，进行冰冷处理及低温回火，保证主轴的低温特性，最后再进行光整加工。4) 及时发现毛坯缺陷，避免浪费工时。由于粗加工阶段切削余量大，能尽早暴露致命缺陷，可以及时报废，以避免后续工序的浪费。5) 保护重要表面。将精加工放在最后，减少了重要表面加工完成后的运输路线，避免受到损伤。当然，上述加工阶段的划分不是绝对的，对一些特殊工件或特定加工条件，也有不划分加工阶段的。例如一些特大型工件，若加工精度不高，则可一次装夹完成，避免了困难的多次安装和运输。2 机械加工顺序的安排根据加工阶段的划分，切削加工顺序可参考下列原则安排：（1） 先粗后精先安排粗加工，中间安排半精加工、最后安排精加工和光整加工。（2） 先主后次先加工主要表面，后加工次要表面。（3） 先基面后其它基面由于在工艺过程中的重要作用，自然应先加工出来。通常在第一道工序中便加工出所需的精基面。 （4） 先面后孔原则加工孔时，先加工孔口平面再加工孔。3 热处理工序（1）预备热处理主要目的在于改善切削性能，消除内应力。常安排在机械加工前进行。常用的方法有：退火、正火、调质。（2）最终热处理根据零件设计要求安排的热处理，以达到指定的热处理效果。主要是为了获得材料的高强度和高硬度。常用方法有：淬火一回火。还有其它一些特定的热处理方法，如氮化，发蓝等。（3）消除内应力处理消除工件内应力，避免工件变形。通常安排在粗加工之后半精加工之前。常用方法有人工时效、退火等。4 辅助工序除上述切削加工工序和热处理工序外，为了保证加工质量及工艺过程的顺利进行，还需安排必要的辅助工序。其中检验工序是主要的辅助工序。除了每个操作者需自行检验本工序的加工质量外，还需在下列情况下安排另外的检验工序：1）粗加工阶段结束后：避免致命缺陷造成进一步的加工浪费。2）重要工序之后：保证工序加工质量。3）转换车间前：明确可能产生的质量问题所在位置。4）全部加工完成后：终检。三、工序的集中与分散若每道工序包含的加工内容多，则整个工艺过程的工序数就少、工艺路线短，称此为工序集中；而若每道工序包含的加工内容少，则一个零件的加工将分散在很多工序中完成，这时工艺路线长、工序多，称之为工序分散。这两种划分工序的指导思想各有特点，应根据具体情况，酌情使用。1 工序集中的特点（1） 便于一次安装完成多个表面加工。因为每道工序包含许多加工内容，需加工多表面，若这些表面的定位基准符合统一基准原则，便可以通过一次装夹一起完成。（2） 可以减少机床、操作工人的数量，从而节省车间面积、简化生产计划和生产组织工作。2 工序分散的特点（1） 机床设备及工装结构简单、便于调整。由于每一工序只需完成少量的加工内容，因此，相应的设备较简单，更新新产品所需的调整工作量较小。（2） 人技术要求低。由于每一个工人只需掌握该工序很少的加工内容所需的技术，所以相对地技术要求较低。四、工时定额的计算工时定额是在一定的生产条件下，规定完成一件产品或一道工序所需要的时间。它是生产计划、成本核算的主要依据之一。时间定额的规定，应具有平均先进水平，过高过低的时间定额均不利于提高操作者的积极性和生产水平。工时定额由如下几部分构成。 （1）基本时间tj。它是指直接改变工件的尺寸、形状和性质所需要的时间，亦称机动时间，一般可用计算法确定。对于车削，基本时间tj为（min）式中，L光轴的车削长度（单位为mm）；La、Lb刀具切入、切出长度（mm）；n工件转速（r/min）；f刀具进给量（mm/r）；i走刀次数。（2）辅助时间tf。它是指在完成基本工艺工作中需要的辅助动作所消耗的时间，主要包括装卸工件、开停机床、改变切削用量和测量工件等所消耗的时间。辅助时间通常有2种确定办法，一是在单件小批生产条件下，按基本时间tj的百分比进行估算；二是在成批量生产条件下，按以往统计资料予以确定。（3）布置工作地、休息与生理需要时间tbx。它是指在工作班时间内照管工作地和保持工作状态所消耗的时间，主要包括更换和修磨刀具、润滑机床、清理切屑与场地，以及工作班内允许的必要休息和生理需要时间等。一般按基本时间和辅助时间的百分比来计算，例如按（tj+tf）的2%7%进行估算。（4）准备与终结时间tzz。它是指操作者在加工一批工件的开始和结束时必须的准备工作和结束工作所需要的时间，主要包括熟悉工艺文件，借还工具、夹具、量具，领取毛坯，调整机床，首件检验，发送成品等所用的时间。若一批工件的数量为N，那么分摊到每一工件上的准结时间为tzz/N，当N很大时，tzz/N就可忽略不计。综上所述，对于单件小批生产，其单件时间定额Td为Td=tj+tf+tbx+tzz =tj(1+k)+tbx+tzz（min）式中，tj基本时间（min）；tf辅助时间（min），可按tf=tjk来计算，k为百分比；tbx布置工作地、休息与生理需要时间（min）；tzz准备与终结时间（min）。对于成批大量生产，因分摊到每一工件的准备与终结时间tzz/N很小，故可忽略不计。因此单件时间定额Td为Td=tj(1+k)+tbx(min)课后小结：（1）加工阶段划分为：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段；光整加工阶段；（2）机械加工顺序安排的原则：先粗后精；先主后次；先面后孔；基面先行；（3）工序集中和工序分散；作业内容：作业：P77页 30,； 思考：P76-77页 25；26；27；28；31；教学后记：结合工程实例讲解。第10次课（1.7 加工余量的确定）2学时备课时间：2010-8-31课题名称：加工余量的确定教学目标：1、了解加工余量的概念以及影响加工余量的因素；2、加工余量的确定；重点难点：加工余量的确定教学方法：启发式、案例分析式教学方法教学过程：1.7加工余量的确定一、加工余量的基本概念 机械加工时，从工件表面切去的一层金属称为加工余量。在一个工序中从工件表面切去的一层金属厚度称为工序余量，它等于相邻两工序的工序尺寸之差。工序余量又可分为单边余量和双边余量。平面加工余量为单边余量，等于被切除的金属层厚度；对于回转表面，如外圆、内孔等，加工余量是从直径上考虑的，称为双边余量(对称余量)，等于实际切除的金属层的两倍。 图1-21表示了它们和工序尺寸之间的关系。由图可知： 对于外表面 ZiLi-1-Li (12) 对于内表面 ZiLi-Li-1 (1-3) 对于轴 2Zdi-1-di (14) 对于孔 2ZiDi-Di-1 (1-5) 式中 Zi 本道工序的单边工序余量，Li 本道工序的工序尺寸； Li-1上道工序的工序尺寸；Di