机械制造工艺基础（少学时 第二版）课件 第9、10章 先进制造工艺技术、装配

《机械制造工艺基础》（少学时第二版）§9—1超精密加工技术§9—2高速加工技术§9—3增材制造技术第9章先进制造工艺技术§9—1超精密加工技术第9章先进制造工艺技术一、概述1．超精密加工的内涵普通加工、精密加工、超精密加工所能达到的加工精度2.超精密加工所涉及的技术范围（1）超精密加工机理超精密加工是从被加工表面去除一层微量的表面层，包括超精密切削、超精密磨削和超精密特种加工（2）超精密加工刀具、磨具及其制备技术包括金刚石刀具的制备与刃磨、超硬砂轮的修整（3）超精密加工机床设备超精密加工对机床设备有高精度、高刚度、高抗振性、高稳定性和高自动化的要求，且应具有微量进给机构（4）精密测量及补偿技术超精密加工必须有相应级别的测量技术和测量装置，具有在线测量和误差补偿功能（5）严格的工作环境超精密加工必须具备各种物料效应恒定的工作环境，如恒温、净化、防振和隔振二、超精密切削加工采用金刚石刀具进行超精密车削，适用于铜、铝等非铁金属及其合金以及光学玻璃、大理石和碳素纤维等非金属材料的精密切削加工（4）耐磨性能好，切削刃强度高。刀具磨损极慢，刀具寿命极高（2）能磨出极其锋利的刃口，且切削刃没有缺口、崩刃等现象（3）热化学性能优越、导热性能好，与有色金属间的摩擦因数低、亲和力小金刚石刀具的性能特征（1）具有极高的硬度，硬度达到6000～10000HV三、超精密磨削加工加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm1．超精密磨削砂轮砂轮材料多为金刚石和立方氮化硼（CBN）磨料2．超精密磨削砂轮的修整修形：使砂轮达到一定精度要求的几何形状修锐：去除磨粒间的结合剂,使磨粒突出结合剂一定的高度,形成足够的切削刃和容屑空间3．磨削速度和磨削液金刚石砂轮的磨削速度为12～30m/s，热稳定性为700～800℃立方氮化硼砂轮的磨削速度可达80～100m/s磨削液除了具有润滑、冷却、清洗功能之外，还具有渗透性、防锈、提高切削性等功能金刚石砂轮磨削硬质合金时，普遍采用煤油；CBN砂轮磨削时宜采用油性液四、超精密加工机床与设备1．精密主轴部件超精密加工机床的主轴要求达到极高的回转精度，其关键在于所用的精密轴承。超精密机床主轴采用液体静压轴承和空气静压轴承2．床身和精密导轨床身采用人造花岗岩导轨：液体静压导轨

气浮导轨

空气静压导轨静压空气

移动工作台

底座空气静压导轨的整个导轨在上下、左右静压空气的约束下悬浮起来，基本没有摩擦力，具有较好的刚度和运动精度3．微量进给装置微量进给装置有机械式、液压传动式、弹性变形式、压电陶瓷压电陶瓷器件在预压应力状态下与弹性载体刀夹和后垫块粘结安装，在电压作用下陶瓷伸长，实现刀夹微量进给运动弹性载体刀夹

机座压电陶瓷器件

后垫块电感测头弹性支承压电陶瓷微量进给装置五、超精密加工支持环境1．净化的空气环境必须对周围空气环境进行净化处理2．恒定的温度环境恒温基数：空气的平均温度，我国规定为20℃恒温精度：相对平均温度所允许的偏差值3．较好的抗振动干扰环境振动使加工和被加工物体间产生多余的相对运动§9—2高速加工技术第9章先进制造工艺技术一、高速加工的概念德国萨洛蒙高速切削理论:

一定的工件材料对应有一个临界切削速度,在该切削速度下其切削温度最高。随着切削速度的增加，切削温度也不断升高，当切削速度达到临界速度之后，切削温度将不再继续升高，反而随着切削速度的增加而下降超高速切削概念示意图1．切削力低高速切削速度高，材料切削变形区内的剪切角增大，切屑流出速度加快，致使切削变形减小2．热变形小切削时90%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件温度上升一般不超过3℃3．材料切除率高高速切削单位时间内的材料切除率可提高3～5倍4．提高加工质量加工过程平稳，切削振动小，可实现高精度、低表面粗糙度的高质量加工5．简化工艺流程可直接加工淬硬材料，很多情况下可完全省去电火花加工和人工打磨等光整加工工序二、高速切削加工的关键技术1．高速主轴单元高速切削机床主轴转速通常高于10000r/min“电主轴”单元：重量轻、振动小、噪声低、结构紧凑2．快速进给系统直线电动机直接驱动进给系统的进给速度可达到160m/min，定位精度达0.5～0.05μm3．先进的机床结构高速切削机床多采用龙门式立柱型对称结构及箱中箱结构不少高速切削机床床身采用聚合物混凝土等高阻尼特性材料；有些高速机床通过传感控制使主轴油温与机床床身的温度保持一致4．高速切削刀具高速切削通常采用的刀具有：硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具、立方氮化硼刀具5．高性能CNC控制系统采用64位CPU系统，配置功能强大的计算处理软件，具有加速预插补、前馈控制、精确适量补偿和最佳拐角减速控制等功能。有极高的运动轨迹控制精度，及优异的动力学特征§9—3增材制造技术第9章先进制造工艺技术一、增材制造技术的基本原理增材制造技术工艺过程1．建立三维实体模型用三维CAD软件将设计对象构建成三维模型；或通过三坐标测量仪、激光扫描仪、三维实体影像等手段对三维实体进行反求，获取实体的三维数据，以此建立实体的CAD模型2．生成数据转换文件将所建立的CAD三维实体数据模型转换为能够被增材制造系统所接受的数据格式文件，如STL、IGES3．分层切片将CAD三维实体模型沿给定的方向切成一个个二维薄层片。薄片厚度越小，精度越高4．逐层堆积成形根据切片的轮廓和厚度要求，用粉材、丝材、片材等完成每一切片成形，通过一片片堆积，最终完成三维实体的成形制造5．成形实体的后处理去除不必要的支撑结构或粉末材料，根据要求进行固化、修补、打磨、表面强化以及涂覆二、增材制造技术的应用1．在航空航天领域的应用利用3D打印不仅打印出了飞机、导弹、卫星、载人飞船的零部件，还打印出了发动机、无人机、微卫星整机3D打印的火箭发动机涡轮泵2．在汽车零件制造领域的应用3D打印的汽车3．在生物医学领域的应用3D打印技术已经在牙齿矫正、脚踝矫正、医学模型快速制造、组织器官替代、脸部修饰和美容等方面得到应用与发展4．在建筑领域的应用3D打印的房子5．在军事领域里的应用只要有零件的模型数字数据加上合适的材料，就能“打印”出所需要的零件和工具，完成机器的修复第10章装配《机械制造工艺基础》（少学时第二版）§10—1固定连接的装配第10章装配§10—2传动机构的装配§10—3轴承的装配§10—4装配工艺规程第10章装配装配包含各种固定连接的装配、传动机构的装配和轴承的装配等按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程称为装配第10章装配§10—1固定连接的装配一、螺纹连接的装配1．常用装拆工具一字旋具十字旋具活扳手呆扳手套筒扳手梅花扳手内六角扳手扭力扳手棘轮扳手2．螺纹连接的装配技术要求（3）保证螺纹连接的配合精度（2）有可靠的防松措施（1）保证一定的拧紧力矩3．螺纹连接的装配工艺要点（1）双头螺柱的装配1）双头螺柱装配必须保证与机体螺孔的配合有足够的紧固性双螺母拧紧法

长螺母拧紧法2）双头螺柱装配应保证螺柱轴心线与机体表面垂直，配合面应加注润滑油（2）螺钉、螺栓、螺母的装配1）应保证螺钉或螺母端面与零件表面接触良好2）被连接件应紧密贴合，受力均匀，连接牢固3）先中间、后两边，对称，分层次，逐步拧紧矩形结构

圆形结构（3）螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧：在正常状态下把螺纹拧紧后，再加大拧紧力矩，使螺纹连接在承受工作载荷之前受到预紧力的作用常用预紧力的控制方法：扭矩法（用扭力扳手控制）、扭角法（控制螺钉或螺母的转角）和控制螺栓伸长法二、销连接的装配定位作用

连接作用

安全作用1．圆柱销的装配将被连接件的两孔同时钻、铰加工，然后在销上涂上机油，用铜棒轻轻敲入孔中2．圆锥销的装配以小端直径选择钻头，被连接件两孔同时钻、铰，孔径大小以锥销长度的80%能自由插入为宜，用铜棒轻轻敲入三、键连接的装配1．松键连接的装配普通楔键连接

钩头楔键连接2．紧键连接的装配（2）在配合面加润滑油，用铜棒轻轻敲入，保证轮毂周向、轴向紧固可靠（3）对于钩头楔键，钩头与轮毂端面间应留一定的距离，以便拆卸（1）用涂色法检查键与轮毂槽底面的接触情况，若接触不良，应对轮毂槽进行修整3．花键连接的装配（1）静花键连接的装配静花键连接的内、外花键之间有少量过盈。当过盈量较小时，可用铜棒轻轻敲入。过盈量较大时，可将内花键加热到80～120ºC后再进行装配（2）动花键连接的装配用涂色法检查配合情况，修整套件与花键轴，加注润滑油后装入四、过盈连接的装配1．过盈连接的装配技术要求（1）配合件要有较高的几何精度，并保证配合时有足够、准确的过盈量（2）配合表面应有较小的表面粗糙度值（3）装配时，擦净配合表面并涂上机油，压入过程应连续，速度要稳定，不宜太快，一般以2～4mm/s为宜。并准确地控制压入行程（4）细长件或薄壁零件，装配前应注意检查过盈量和几何公差，装配时最好沿垂直方向压入，以免变形2．过盈连接的装配工艺要点（1）圆柱面过盈连接的装配1）压入法当配合尺寸和过盈量较小时，可采用常温下的压入法，如锤击、压力机、C形夹头2）热胀法将包容件（孔）加热胀大，再将常温状态的被包容件（轴）压入3）冷缩法将轴冷却，轴颈缩小后装入常温的孔中。常用的方法是采用干冰冷缩（—78°C）和液氮冷缩（—195°C）第10章装配§10—2传动机构的装配一、齿轮传动机构的装配1．齿轮孔与轴的配合要符合要求2．两齿轮轴线的位置精度应符合要求3．保证适当的齿侧间隙（1）压铅丝检测法在齿面的齿宽方向上用油脂粘2～4条平行铅丝，转动啮合齿轮挤压铅丝，铅丝最薄处的厚度就是齿侧间隙（2）百分表检测法将一个齿轮固定不动，把百分表的测量触头直接抵在另一个齿轮的齿面上，转动该齿轮，百分表的读数差值即齿侧间隙4．保证齿面的接触精度（1）一般精度的直齿圆柱齿轮传动，齿廓高度上接触斑点应不少于30%～50%，在齿廓的宽度上应不少于40%～70%，其位置应在节圆处上下对称分布（2）一般精度的圆锥齿轮传动，要求在无载荷时，接触斑点应靠近轮齿小端，满载荷时，接触斑点在齿高和齿宽方向应不少于40%～60%（3）对双向工作的齿轮，正反两个方向都应检查5．进行必要的平衡试验

转速高、直径大的齿轮，装配前应进行平衡检查，以免工作时产生过大的振动二、带传动机构的装配1．带轮的安装要正确（1）带轮的径向圆跳动量和端面圆跳动量应控制在规定范围内（2）两带轮轴线应相互平行，相对应的V形槽的对称平面应重合，其误差不得超过20′2．带的初拉力要适当初拉力过小，不能传递一定的功率；初拉力过大，对轴和轴承的压力较大，影响其使用寿命（1）初拉力的测定计算法

用拇指在V带中点处按压，能将V带按下15mm左右即可经验法（2）初拉力的调整方法1）改变中心距法定期调整定期调整自动调整2）不改变中心距法定期调整第10章装配§10—3轴承的装配1．滚动轴承的检查及清洗检查轴承有无损伤、锈蚀，转动是否灵活及异响；核对轴承的型号、精度等级、轴颈及轴承座的配合尺寸一、滚动轴承的装配2．滚动轴承的装配方向尽量将带有标记代号的端面朝外。推力轴承装配时，松圈应靠在固定件的端面上，紧圈装在旋转件的端面上3．滚动轴承的装配顺序及位置遵循先紧后松的原则，并使轴承和轴肩靠紧，轴承在轴上或座孔中不得有歪斜现象4．滚动轴承的装配方法座套与轴承装配

轴和座套与轴承同时装配轴与轴承装配装配方法:锤击法和压力法，不允许通过滚动体传递压力高精度轴承采用热装法油液加热

电磁感应加热5．滚动轴承的固定（1）两端单向固定（2）一端双向固定6．滚动轴承的游隙调整原始游隙：轴承在未安装前自由状态下的游隙配合游隙：轴承装配到轴上和箱体孔内的游隙工作游隙：轴承在承受载荷时的游隙滚动轴承的游隙不能太大或太小7．滚动轴承的预紧在装配时，给轴承的内圈或外圈施加一个轴向力，以消除轴承游隙，并使滚动体与内、外圈接触处产生初变形8．滚动轴承的试运转装配后的轴承应运转灵活，噪声小，一般工作温度不得超过50℃二、滑动轴承的装配1．整体式滑动轴承（1）将轴套和轴承座孔去除毛刺，清理干净后在轴承座孔内涂润滑油（2）根据轴套尺寸和配合时过盈量的大小，采取敲入法或压入法将轴套装入轴承座孔内，并进行固定（3）轴套压入轴承座孔后，易发生尺寸和形状变化，应采用铰削或刮削的方法对内孔进行修整、检验2．剖分式滑动轴承（1）上、下轴瓦与轴承座、盖应接触良好，同时轴瓦的台肩应紧靠轴承座两端面螺母双头螺柱轴承座下轴瓦

垫片上轴瓦

轴承盖（2）为实现紧密配合，保证合适的过盈量，轴瓦的剖分面应比轴承座的剖分面高一些螺母双头螺柱轴承座下轴瓦

垫片上轴瓦

轴承盖（3）为提高轴承的配合精度，轴瓦孔与轴应进行研点配刮第10章装配§10—4装配工艺规程一、装配工艺过程1．装配前的准备工作（1）熟悉产品装配图、工艺文件和技术要求，了解产品的结构、各零部件的作用以及相互连接关系（2）确定装配方法、顺序，准备所需工、量具（3）对装配的零件进行清理与清洗（4）检查零件加工质量，对某些零件要进行必要的平衡试验或密封性试验2．装配工作将零件和部件结合成一台整机（1）部件装配将两个以上的零件组合在一起或将零件与几个组件结合在一起（2）总装配3．调整、精度检验和试车（1）调整调节零件或机构的相互位置、配合间隙、结合面松紧（2）精度检验几何精度检验和工作精度检验（3）试车进行运转试验，检验机器运转的灵活性、振动、工作温升、噪声、转速、功率等是否符合要求4．喷漆、涂油、装箱使装配后的产品美观、防锈和便于运输二、装配的组织形式组织形式特点应用固定式装配将产品或部件的全部装配工作安排在一个固定的工作地点进行。在装配过程中产品的位置不变，装配所需要的零件和部件都汇集在工作地附近主要应用于单件生产或小批量生产中移动式装配（流水线装配）工作对象在装配过程中，有顺序地由一个工人转移给另一个工人。可以是装配对象的移动，也可以是工人自身的移动。每个工作地点重复地完成固定的工作内容，可使用专用设备和专用工具，装配质量好，生产效率高适用于大批量生产1．完全互换装配法（1）装配操作简便，生产效率高（2）装配时间易确定，便于组织流水线装配（3）零件磨损后，更换方便（4）对零件精度要求高。适用于组成环数少，装配精度要求不高的场合或大批量生产中将各配合件直接装配后即可达到装配精度三、装配方法2．选择装配法从一批零件中选择“合适”的零件进行装配（1）经分组选配后零件的配合精度高（2）因增大了零件的公差，使制造成本降低（3）虽然增加了测量、分组等工作，但可以提高装配精度（4）适用于大批量生产中装配精度要求很高、组成环数较少的场合3．修配装配法

装配时修去某指定零件上的预留修配量，以达到装配精度（1）零件的加工精度要求降低（2）不需要高精度的加工设备，节省机械加工时间（3）装配工作复杂化，装配时间增加，适于单件、小批生产或成批生产精度高的产品4．调整装配法装配时调整某一零件的位置或尺寸以达到装配精度（1）装配时，零件不需任何修配加工，只靠调整就能达到装配精度（2）可定期调整，容易恢复配合精度，对于容易磨损而需要改变配合间隙的结构极为有利四、装