工程训练

第0章绪论 0.1概述 机械制造是一门研究把工程材料加工制造成零部件，然后按一定的要求组装成机器或机电产品的科学技术。金工实习或继后发展出的工程训练，就是利用一段完整的时间，投入到机械制造基本过程的整个环节之中，对该技术进行实地、实机、实物的学习、研究与实践。 0.1.1机械制造的生产过程和工艺过程 1.机械产品开发、设计基本原则 （1）满足需要原则：即所开发、设计的产品的性能应*大限度地满足用户的要求。 （2）经济合理原则：即所开发、设计的产品在一定时期内保持先进的结构，功能丰富、价格低廉、维修方便。 （3）可靠性原则：即采用*先进的材料及制造工艺，保证产品在规定的时间内和给定的条件下，准确完成规定的功能。 2.零部件设计基本原则 （1）材料选用原则：即不同用途的零部件，采用能充分发挥该零部件使用功能的材料加工制造，并满足经济性要求。 （2）材料特性原则：即各种材料的物理性能、化学性能及力学性能，如静强度、疲劳强度、弹性变形、高温强度、摩擦系数等相关因素能够满足零件的使用要求。 （3）零件加工工艺原则：即零件设计的结构工艺符合当前所有的工艺流程和能满足加工工艺要求的各种机械设备。设计再好的零件，没有合适的加工工艺也不可能制造出来；而如果一个零件设计时没有充分发挥当今所有各类先进设备的加工工艺水平，则会对零件本身的质量性能带来影响。 要正确应用零部件设计基本原则，就要求设计人员能够基本掌握各类材料的区分方法、材料基本特性及应用范围，能够熟悉各类普通加工机床和数控加工机床的性能、规格及加工范围，从而为设计出*高性价比的零件打下基础。 3.工艺过程 工艺过程是指通过工具和机械设备直接改变材料的尺寸、形状或性能，使之成为产品或零部件的过程。 机械制造工艺过程包括零件的制造工艺过程和产品装配工艺过程；而零件的制造工艺过程又包括毛坯制造工艺过程、机械加工工艺过程和热处理工艺过程。 制造零件机械加工工艺过程的基本步骤如下。 （1）对被加工零件的施工图纸进行工艺分析，分析时应重点检查图纸的完整性和正确性。 （2）了解零件在整机中的位置及作用，审查该零件材料的选择是否恰当，材料特性是否符合零件功能要求。 （3）分析零件加工的形状、尺寸、位置精度、热处理指标及表面覆层处理等技术要求，审查零件的结构、工艺性是否满足现有加工设备的工艺特点，便于加工与装配。 （4）拟定工艺路线。拟定工艺路线时，首先要考虑零件毛坯定位基准面的选择，继而确定各表面的加工方法并划分加工阶段。合理安排各表面的加工工序，确定工序余量、工序尺寸及公差。 4.工艺规程 用表格或指令的形式将工艺过程的有关内容明确规定，称为工艺规程。工艺规程是生产过程中必要的技术资料，是企业或制造团体的规范性文件。这类文件未经制造工艺规程的技术主管批准，不得随意变动修改。 工艺规程的具体格式因企业或制造团体的性质、规模不同而不尽相同。常见的有工艺过程卡与施工工艺卡两种格式。卡中首行标注的有产品的名称与型号、零件的名称与件号、生产批号与生产数量、毛坯种类与材料明细等内容。首行以下标注加工工序顺序号、工艺装备的名称及编号、该工序工时定额等内容。单件小批量生产情况下，工艺卡内容可以相对简要。复杂、关键零件或大批量生产情况下，工艺卡的标准内容就须详细，将工序分解为每一工步，对达到的尺寸公差、夹装方式、刀具选用、切削用量加以规定。重要的工步，甚至要绘出工艺草图加以标注。 机械产品的生产过程是指从原材料到该机械产品出厂的全部劳动过程。它包括以下四个过程：生产技术准备过程，如产品的设计与绘图、制定工艺过程、设计与制造专用工艺设备和装备等；工艺过程，即直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量、力学性能、外观等的劳动过程；辅助生产过程，即为完成工艺过程所必须进行的劳动过程，如设备的维修、刀具的刃磨、某些动力的生产等；生产服务过程，即为顺利完成工艺过程而进行的一些劳动过程，如供销、运输、保管、生活服务等。 0.1.2机械制造基本工艺方法 机械制造一般可以分为热加工和冷加工两大类方法。 机械制造热加工是研究如何运用铸造、锻压、焊接、热处理、粉末冶金、零件的表面处理等方法将材料制成毛坯或直接加工成具有一定尺寸和性能的毛坯或零件，也称为材料加工过程。 机械制造冷加工主要是研究利用切削加工方法将毛坯或材料成型为（所需要精度与表面粗糙度）高精度、低粗糙度的零件，并将零件装配为机器。 切削加工包括车削、铣削、刨削、插削、拉削、镗削、磨削、齿轮加工、钳工加工等内容。数控技术的出现使切削加工及其他加工方法在加工能力和效率等方面得到了空前的提高。 特种加工包括电火花加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、等离子束加工等。这些虽然已经不属于切削加工的范围，但也是机械制造冷加工的一部分。 机械制造的工艺过程一般是先用铸造、锻压或焊接等方法将材料制成零件的毛坯（或半成品），再经切削加工制成零件，*后将零件装配成机器。在机械制造过程中，为改善和提高毛坯或工件的性能，常要对其进行热处理或表面处理。在机械制造过程中，各种加工方法既是离散的和相对独立的，它们之间又是相互渗透、相互交叉的，彼此有内在联系。 目前，机械制造领域，大批量的规模化生产制造往往釆用由计算机控制的柔性制造专用自动化机床和刚性制造系统生产流水线以及由计算机集中控制的无人工厂制造，从而强化质量控制能力和提高产品生产效率。 科学技术的发展与进步，已使机械制造工艺设备本身更精确、更高效、更安全、更可靠和更智能化成为可能。 0.2机械产品的质量 机械产品是由若干机械零件装配而成的，机器的使用性能和寿命取决于零件的制造质量和装配质量，而装配中的调试工作是制造业中的核心技术。 0.2.1零件的加工质量 零件的质量主要是指零件的材质、力学性能和加工质量等。零件的材质和力学性能在第1章中将有叙述。零件的加工质量是指零件的加工精度，以及整体或表面质量。加工精度是指加工后零件的尺寸、形状和表面间相互位置等几何参数与理想几何参数符合的程度。符合的程度越高，零件的加工精度越高。 实际几何参数对理想几何参数的偏离称为加工误差。很显然，加工误差越小，加工精度越高。零件的几何参数加工得绝对准确是不可能的，也是没有必要的。 在保证零件使用要求的前提下，对加工误差规定一个范围，称为公差。零件的公差越小，对加工精度的要求就越高，零件的加工就越困难。 零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度，相应地存在尺寸误差、形状误差、位置误差，以及尺寸公差、形状公差和位置公差。 零件的表面质量是指零件的表面粗糙度、波度、表面层冷变形强化程度、表面残余应力的性质和大小以及表面层金相组织等。 零件的加工质量对零件的使用有很大影响，其中考虑*多的是加工精度和表面粗糙度。 0.2.2产品的加工方法 机械产品的加工根据各阶段所达到的质量要求不同，可分为毛坯加工和切削加工两个主要阶段。改变材料性能的热处理工艺穿插在其间进行。 1.毛坯加工 毛坯加工的主要方法有铸造、锻造和焊接。 （1）铸造。熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。如柴油机机体、车床床身等。 （2）锻造。对经过加热后的坯料施加外力使其产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成型方法。如航空发动机的曲轴、连杆等。 （3）焊接。通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。一般用于大型框架结构或一些复杂结构，如乳钢机的机架、坦克的车身等。 铸造、锻造、焊接加工往往要对原材料进行加热，所以这些加工方法也称为热加工（严格说来应是在再结晶温度以上的加工）。 2.切削加工 切削加工是用来提高零件的精度和降低表面粗糙度，以达到零件的设计要求的工艺方法。主要的加工方法有车削、铣削、刨削、钻削、镗削、磨削等。 车削加工是应用*为广泛的切削加工之一，主要用于加工回转体零件的外圆、端面、内孔、外螺纹、内螺纹等，如轴类零件、盘套类零件的加工。 铣削加工也是一种应用广泛的加工形式，主要用来加工零件上的平面、沟槽等。 钻削和镗削主要用于加工工件上的孔。钻削用于小孔的加工；镗削用于大孔的加工，尤其适用于箱体上轴承孔孔系的加工。 刨削主要用来加工平面和沟槽，由于加工效率低，一般用于单件小批量生产。 磨削通常作为精密加工，经过磨削的零件表面粗糙度数值小、精度高。因此，磨削常作为重要零件上主要表面的终加工。 表0-1和表0-2分别列出各种加工方法的加工精度和表面粗糙度Ra，以供参考。 表0-1各种加工方法的大致加工精度 表0-2普通材料和一般生产过程所能得到的典型粗糙度 0.2.3机械加工精度的获得方法 1.获得尺寸精度的方法 （1）试切法：通过试切、测量、调整、再试切的反复过程，直至达到尺寸精度要求后，再切整个加工表面。 （2）调整法：按对刀样板或试切好的工件，调整好刀具与工件（或夹具）之间的正确加工位置，然后进行一批零件的加工，以获得所要求的尺寸精度。 （3）定尺寸刀具法：用具有一定尺寸和形状的刀具加工，使加工表面获得要求尺寸的形状。如钻孔、扩孔、铰孔、拉孔、攻螺纹等。 （4）自动控制法：使加工过程中的测量、补偿调整和切削等一系列工作自动完成，来获得所要求的尺寸精度。 2.获得形状精度的方法 （1）轨迹法：依靠刀具与工件之间的相对运动轨迹进行加工，以获得工件的形状精度，如一般的车削。 （2）成型法：将刀具刃口形状做成工件形状的偶件进行加工，以获得工件的形状精度。 （3）展成法：刀具与工件做具有严格运动关系的啮合运动，以获得工件的形状精度。 3.获得位置精度的方法 （1）一次安装获得法：通过工件在一次安装的加工中，来获得工件各表面间相互位置精度。 （2）多次安装获得法：通过工件在多次安装的加工中，来获得工件各表面间相互位置精度。 获得位置精度的方法也可按工件定位的方法分为直接找正法、划线找正法和用夹具安装法。 0.2.4装配质量 将零件组合成组件和部件，并进一步将零件、组件和部件结合成机器的过程称为装配。装配是机械制造过程的*后一个阶段，合格的零部件通过合理的装配和调试就可以获得良好的装配质量，从而能保证机器的正常运转。 装配精度是装配质量的指标，主要包含以下几项。 （1）零部件的尺寸精度，包括配合精度和距离精度。配合精度是指配合面之间达到规定的间隙或过盈的要求。距离精度是指零部件之间的轴向距离、轴线之间的距离等达到规定的要求。 （2）零部件之间的位置精度，包括零部件之间的平行度、垂直度、同轴度和各种跳动等。 （3）零部件之间的相对运动精度，主要是指具有相对运动要求的零部件在运动方向和运动位置上的精度。如在车床上车削螺纹时，刀架与主轴的相对移动精度。 （4）接触精度，指两配合表面、接触表面和连接表面间达到规定的接触面积与接触点分布情况。如相互啮合的齿轮、相互接触的导轨面之间均有接触精度要求。 一个机械产品推向市场，需要经过设计、加工、装配、调试等环节。产品的质量与这些环节紧密相关，*终体现在产品的使用性能上。企业应从各方面来保证产品的质量。 0.2.5质量检测方法