《汽车制造工艺学》实验指导书.doc

汽车制造工艺学实验指导书主 编： 谭 滔副主编：蒋文明机电工程系内部使用目 录实验一 专用机床及机床夹具结构认识1实验二 加工中心设备认识及车、铣刀选用5实验三 尺寸链的计算10实验四 机械加工工艺规程的制定13实验一 专用机床及机床夹具结构认识一、实验目的1认识车床和铣床，并掌握其夹具结构组成和装夹方法； 2能够根据工件加工工艺说出的工序、工位、工步三者之间关系； 3掌握工件装夹的六点定位原则。二、实验设备或仪器1. CA6140A卧式普通车床一台；2. XA6132卧式升降台铣床一台；3. 工装若干；三、实验内容 1CA6140A卧式普通车床及其夹具结构认识（1）床身。床身固定在左右床腿上，用以支撑车床的各个部件，使它保持准确的相对位置。（2）主轴箱。主轴箱固定在床身的左侧，内部装有主轴的变速传动机床。普通车床的工件通过卡盘等夹具装夹在主轴的前端，由主轴带动工件按照规定的转速旋转，以实现主运动。（3）尾座。在普通车床的床身的右端装有尾座，其上可装后顶尖，以支承长工件的另一端，也可以安装孔加工刀具，以进行孔加工。尾座可沿床身顶面的一组导轨（尾座导转作纵向调整移动，以适应加工不同长度工件的需要。（4）刀架。刀架部件由纵向、横向溜板和小刀架组成，它可带着夹持在其上的车刀移动，实现纵向和横向进给运动。（5）进给箱。进给箱固定在普通车床床身的左前侧，是进给运动传动链中主要的传动比变换装置，其功能是改变被加工螺纹的螺距或机动进给的进给量。（6）溜板箱。溜板箱固定在纵向溜板的底部，可带动刀架一起作纵向运动，其功能是把进给箱带来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。在溜板箱上装有各种操纵手柄的按钮，工作时，工人可以方便地进行操作。2. XA6132卧式升降台铣床及其夹具结构认识（1）床身。床身是铣床的主体，用来固定和支持其他部件。机床床身前壁有燕尾形垂直导轨，供升降台沿其已下移动，也可以固定立铣头；床身的上部有水平导轨，供横梁沿其导轨面前后移动。横梁可措机床床身上部燕尾形导轨水平移动，并可按需要调节其伸出机床床身的长度。（2）挂架。挂架安装在横梁上，用以支撑刀杆的外端，增强刀杆的刚性。（3）主轴。主轴是空心轴，前端锥度为7：24的圆锥孔，用来安装刀杆和铣刀，以便切削工件。（4）纵向工作台。工作台面长1200mm、宽320mm，上面有三条T形槽，用来安装螺钉、固定夹具和工件，从而带动工件作纵向进给运动。工作台的中央T形槽又是安装夹具、附件和I件的基准。机床工作台前侧面有一条T形槽用来安装和固定自动进给停止挡铁。（5）横向工作台。横向工作台用来带动纵向工作台作横向进给运动。通过回转盘与纵向工作台连接，转动回转盘可使工作台左右回转45的角度，铣削斜面和螺旋面零件。（6）升降台。升降台用来支撑工作台，带动工作台作垂向进给运动。升降台后部有燕尾形导轨，与机床床身垂直导轨连接，升降台上部有矩形导轨，与床鞍导轨相连。（7）主轴变速机构。主轴变速机构用来调整和变换主轴转速，可使主轴获得301500r/min的18种不同转速，适应铣削的要求。（8）进给变速机构。进给变速机构用来调整和变换机床工作台的进给速度，可使工作台获得23.5一1180mm/min的18种不同进给速度，以适应铣削的要求。（9）底座。底座用来支撑床身，承受铣床全部重量，盛放切削液。3.工件的夹紧与安装夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。工件定位后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位元件上，使其保持准确的定位位置，不会由于切削力、工件重力、车床离心力或惯性力等的作用而产生位置变化和振动，以保证加工精度和安全操作。这种产生夹紧力的机构称为夹紧装置。 （1）夹紧装置应具备的基本要求1）夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。2）夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。3）操作简单方便、省力、安全。4）结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。（2）夹紧力方向和作用点的选择1)夹紧力应朝向主要定位基准。工件被镗孔与A面有垂直度要求，因此加工时以A面为主要定位基面，夹紧力F的方向应朝向A面。如果夹紧力改朝B面，由于工数控车床件侧面A与底面B的夹角误差，夹紧时工件的定位位置被破坏，影响孔与A面的垂直度要求。2)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并靠近支承元件的几何中心。夹紧力作用在支承面之外，导致工件的倾斜和移动，破坏工件的定位。3)夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小。钻削A孔时，夹紧力J与轴向切削力F、工件重力C的方向相同，加工过程所需的夹紧力为最小。4)夹紧力的方向和作用点应施加于工数控车床件刚性较好的方向和部位。薄壁套筒工件的轴向刚性比径向附陛好，应沿轴向施加夹紧力；薄壁箱体夹紧时，应作用于刚数控车床厂性较好的凸边上；箱体没有凸边时，可以将单点夹紧改为三点夹紧。5)夹紧力作用点应尽量靠近工件加工表面。为提高工件加工部位的刚性，防止或减少工件产生振动，应将夹紧力的作用点尽量靠近加工表面。拨叉装夹时，主要夹紧力F垂直作用于主要定位基面，在靠近加工面处设辅助支承，在施加适当的辅助夹紧力F，可提高工件的安装刚度。四、实验讨论答疑 1工序、工位、工步的区别（1）工序：是指一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对一个（或同时几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。（2）工步：在加工表面、切削刀具、切削用量都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程，称为工步。（3）工位：当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进行加工时，在一次装夹中，工件（或刀具）相对机床要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上所完成那一部分工艺过程，称为工位。2夹具定位元件的类型及应用 （1）平面的定位。支承钉、支承板、可调支承、自位支承、辅助支承、 （2）内孔的定位。心轴、定位销 （3）外圆的定位。V型块、定位套、定心夹紧机构。3基准的确定和六点定位 （1）基准。设计基准和工艺基准尽可能重合。 （2）六点定位。工件完全定位就必须限定工件在空间的六个自由度。五、实验课后思考1欠定位和过定位如何区分，那个定位在工件装夹中决不允许？2. 工件加工中产生产生加工误差的原因有哪些？实验二 加工中心设备认识及车、铣刀选用一、实验目的1认识加工中心的设备结构，比较其与普通机床的不同；2认识车刀和铣刀结构，并掌握其选用与安装。二、实验设备或仪器1. VMC1370加工中心一台；2. 车刀、铣刀若干；三、实验内容 1加工中心设备结构认识及特点分析加工中心（又称自动换刀数控机床）一一适用于单件和中小批生产的高度自动化的多工序机床。工件在这种机床上一次装夹后，就可以自动完成铣、镗、钻、锪、铰和攻螺纹等多道工序以及与之相适应的工件转位的定位、刀具更换、主轴转速及进给量的变换等一系列动作。加工中心最适宜加工箱体和机座类零件。其与普通数控机床相比，具有下列特点：（1）自动控制功能更为完善，所用工、夹具大为减少，可显著缩短加工中的辅助时间，改莲劳动条件，简化加工过程中的运输、中转和储存等管理环节，进一步提高劳动生产率。（2）增加了自动换刀装置、主轴定向机构、刀具自动夹紧松开机构、回转工作台和刀柄自动清洁等装置。自动换刀装置主要由刀库、选刀机构和机械手三部分组成。刀库用来储存加工整个工件所需的刀具，其容量为24100把不等，也有的可存200把。我国自行设计制造的JCS-013型自动换刀数控卧式镗铣床的容量是60把，分别装在四排链条上。选刀机构根据选刀指令，从刀库中选出所指定的刀具，并将其送到换刀位置。机械手的功能是：当正在进行的工序终了时，根据换刀指令，从主轴上卸下刚用完的旧刀，装上下道工序所需的新刀，并将旧刀送回刀库，再从刀库中选出再下道工序所需的新刀，以备后用。主轴定向机构的作用是保证主轴定向。主轴定向就是要求主轴每次都停在一定的角度位置上。主轴定向的一个主要作用就是保证自动挟刀时刀柄上的键槽对准主轴上的端键，使刀具能顺利地装入主轴。回转工作台又称转台，它可以绕其垂直轴线作回转运动，以实现工件的自动转位和分度。2. 车刀的结构、选用与安装（1）车刀的结构车刀是由刀头(切削部分)和刀体(夹持部分)所组成。车刀的切削部分一般由三面、两刃、一尖组成。1)前刀面。车床刀具上切屑流过的表面。2)主后刀面。车床与工件上过渡表面相对的刀具表面。3)副后刀面。车床与工件上已加工表面相对的刀具表面。4)主切削刃。车床前面与主后面的交线，又称主刀刃。它完成主要的切削工作。5)副切削刃。前面与副后面的交线，叉称副刀刃。它配合主切削刃完成切削工作，并形成工件的已加工表面。6)刀尖。刀尖是主切削刃和副切削刃的交点。车床通常它是测量刀具角度各参考基面的选定点。由于车刀的用途和种类很多，其构造也有不同的变化。车床如切断刀和海槽车刀，有两个副后面、两个副切削刃和两个刀尖；梯形螺绞车刀有两个主后面和两个刀尖；内孔车刀往往磨出两个后角，以避免后面与孔壁碰撞，而保持正常的切削后角，以及成形刀的主切削刃为非直线等变化。(2）车刀角度与选用车刀的角度有前角 、后角 、主偏角 、副偏角 和刃倾角 等。1)前角 前刀面与基面之间的夹角，表示前刀面的倾斜程度。前角可分为正、负、零，前刀面在基面之下则前角为正值，反之为负值，相重合为零。前角的作用：增大前角，可使刀刃 锋利、切削力降低、切削温度低、刀具磨损小、表面加工质量高。但过大的前角会使刃口强度降低，容易造成刃口损坏。选择原则：用硬质合金车刀加工钢件(塑性材料等)，一般选取 =1020；加工灰口铸铁(脆性材料等)，一般选取 =5o15。精加工时，可取较大的前角，粗加工应取较小的前角。工件材料的强度和硬度大时，前角取较小值，有时甚至取负值。2)后角 主后刀面与切削平面之间的夹角，表示主后刀面的倾斜程度。 后角的作用：减少主后刀面与工件之间的磨擦，并影响刃口的强度和锋利 程度。选择原则：一般后角可取 =68。 3)主偏角 主切削刃与进给方向在基面上投影间的夹角。 主偏角的作用：影响切削刃的工作长度、切深抗力、刀尖强度和散热条件。主偏角越小，则切削刃工作长度越长，散热条件越好，但切深抗力越大。选择原则：车刀常用的主偏角有45、60、75、90几种。工件粗大、刚性好时，可取较小值。车细长轴时，为了减少径向力而引起工件弯曲变形，宜选取较大值。 4)副偏角 副切削刃与进给方向在基面上投影间的夹角。 副偏角作用：影响已加工表面的表面粗糙度，减小副偏角可使已加工表面光洁。选择原则：一般取 =5o15，精车可取5o10，粗车时取10o15。 5)刃倾角 主切削刃与基面间的夹角,刀尖为切削刃最高点时为正值，反之为负值。刃倾角的作用：主要影响主切削刃的强度和控制切屑流出的方向。以刀杆底面为基准，当刀尖为主切削刃最高点时， 为正值，切屑流向待加工表面；当主切削刃与刀杆底面平行时， =0o，切屑沿着垂直于主切削刃的方向流出；当刀尖为主切削刃最低点时， 为负值，切屑流向已加工表面。选择原则：一般 在0o5之间选择。粗加工时，常取负值，虽切屑流向已加工表面无妨，但保证了主切削刃的强度好。精加工常取正值，使切屑流向待加工表面，从而不会划伤己加工表面的质量。（3）车刀的安装 车刀必须正确牢固地安装在刀架上，安装车刀应注意下列几点：1）刀头不宜伸出太长，否则切削时容易产生振动，影响工件加工精度和表面粗糙度。一般刀头伸出长度不超过刀杆厚度的两倍,能看见刀尖车削即可。2）刀尖应与车床主轴中心线等高。车刀装得太高，后角减小，则车刀的主后面会与工件产生强烈的磨擦；如果装得太低,前角减少，切削不顺利，会使刀尖崩碎。刀尖的高低，可根据尾架顶尖高低来调整。3）车刀底面的垫片要平整，并尽可能用厚垫片，以减少垫片数量。调整好刀尖高低后，至少要用两个螺钉交替将车刀拧紧。3.铣刀的结构、选用与安装（1）铣刀的类型铣刀是在铣床上使用的，有很多种，比如端面铣刀，圆柱面铣刀，仿形铣刀，指状铣刀，盘状铣刀，大平面铣刀等。有的整体圆柱铣刀外形和绞刀很象。铣刀的应用非常广泛。铣刀形状有很多种，普通铣床和数控铣床加工槽与直线轮廓、铣镗加工中心上加工型腔、型芯、曲面外形/轮廓用。大体上分为七类：1）平头铣刀，进行粗铣，去除大量毛坯，小面积水平平面或者轮廓精铣;2）球头铣刀，进行曲面半精铣和精铣;小刀可以精铣陡峭面/直壁的小倒角。3）平头铣刀带倒角，可做粗铣去除大量毛坯，还可精铣细平整面(相对于陡峭面)小倒角。4）成型铣刀，包括倒角刀，T形铣刀或叫鼓型刀，齿型刀，内R刀。5）倒角刀，倒角刀外形与倒角形状相同，分为铣圆倒角和斜倒角的铣刀。6）T型刀，可铣T型槽;7）齿型刀，铣出各种齿型，比如齿轮。（2）铣刀的选用铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式，刀片定位元件的结构又有不同类型，因此可转位铣刀的结构形式有多种，分类方法也较多。但对用户选择刀具结构类型起主要作用的是刀片排列方式，排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。1）平装结构(刀片径向排列)，国外以SANDVIK公司的产品为代表，国内大多数工具厂生产的可转位铣刀均采用此种结构型式。平装结构铣刀的刀体结构工艺性好，容易加工，并可采用无孔刀片(刀片价格较低，可重磨)。由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，容屑空间较小，且切削力方向的硬质合金截面较小，故平装结构的铣刀一般用于轻型和中量型的铣削加工。2）立装结构(刀片切向排列)国外以INGERSOLL公司的产品为代表，国内哈一工英格索尔数控刀具厂、陕西航空硬质合金工具厂均生产此种结构型式的铣刀。立装结构的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上，结构简单，转位方便。虽然刀具零件较少，但刀体的加工难度较大，一般需用五坐标加工中心进行加工。由于刀片采用切削力夹紧，夹紧力随切削力的增大而增大，因此可省去夹紧元件，增大容屑空间。由于刀片切向安装，在切削力方向的硬质合金截面较大，因而可进行大切深、大走刀量切削，这种铣刀适用于重型和中量型的铣削加工。（3）铣刀的安装1）直柄铣刀的安装。直柄铣刀常用弹簧夹头来安装。安装时，收紧螺母，使弹簧套作径向收缩而将铣刀的柱柄夹紧。 2）锥柄铣刀的安装。当铣刀锥柄尺寸与主轴端部锥孔相同时，可直接装入锥孔，并用拉杆拉紧。否则要用过渡锥套进行安装。3）带孔铣刀的安装。带孔铣刀要采用铣刀杆安装，先将铣刀杆锥体一端插入主轴锥孔，用拉杆拉紧。通过套筒调整铣刀的合适位置，刀杆另一端用吊架支承。四、实验讨论答疑1加工中心如何实现自动换刀？加工中心通过指令控制机械手来换刀，机械手有很多种。一般都是先在换刀前输入要使用的下一把刀的刀号，刀库动作，将所选的刀具送到换刀处，等待换刀指令，cnc接到换刀指令，主轴运动到与机械手规定的换刀处，机械手动作，换刀完成。2顺铣和逆铣的区别？顺铣是铣刀旋转切削方向与走刀方向相同，容易扎刀，但已加工表面不会再次与刀具接触，有利于提高粗糙度等级，一般精铣时采用；逆铣是铣刀旋转切削方向与走刀方向相反，不会出现扎刀现象，加工比较平稳，但已加工表面会再次接触刀具，不利于粗糙度等级提高，广泛应用于粗铣和精铣。五、实验课后思考1车刀如何正确选用，安装时应注意哪些问题？2. 铣刀如何正确选用？实验三 尺寸链的计算一、实验目的1掌握尺寸链的分析，学会辨别增环和减环； 2学会用极值法计算封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差； 3掌握装配尺寸链的建立方法。二、实验内容1. 极值法计算封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差；例1：加工工艺过程：车削大端面与大外圆车削小端面与小外圆镗内孔及内端面热处理磨小端面。磨削时需保证设计尺寸 与 ，故必须控制工序尺寸C1及C2。 CiESEITC1+40.50.10.20.1C240+0.100.1C00.500.20.2b图分析得加工余量为封闭环。封闭环： 减环： 增环：C1 求：C1解：见右表。CiESEITC10.5+0.200.2C2+25.5+0.300.3C025+0.500.5c图分析得设计尺寸为封闭环。封闭环： 减环： 增环：C2 求：C2解：见右表。2.装配尺寸链的建立（1）熟悉产品或部件、总成装配图。（2）确定封闭环。（3）确定组成环。（4）画出尺寸链图，进行增、减环判定。（5）满足尺寸链最短路线原则。MA3A0A2A1压板（6）列出尺寸链方程。 例2：如图为车床大拖板与导轨的装配简图，要求保证间隙：A0=00.07mm，现选择压板为修配件，修刮M平面保证间隙。已知：试以修配余量最小原则确定A3的尺寸与偏差，并确定最大修配余量为多少？解：（1）建立尺寸链。当修配M平面时， A3尺寸变大， A0也变大，故：只有当封闭环的实际尺寸小于封闭环所要求的尺寸时，才能通过修配来达到装配精度要求。 A3A0A2A1封闭环误差实际值封闭环误差规定值 T0A0maxA0min三、实验讨论答疑1如何判断增减环？判断增减环采用回路判别法，即按尺寸链图中尺寸的连接顺序，从任意环为起点绕尺寸链回路连接顺序画出单箭头，凡是与封闭环箭头方向相反的环为增环，与封闭环箭头方向相同的环为减环。2建立装配尺寸链为何要遵循尺寸链最短原则？尺寸链最短路线原则：就是装配尺寸链所包含的组成环数目最少。当装配尺寸链封闭环公差一定的条件下，如果组成环的数目少，则按极值法计算的组成环平均公差就大，零件加工就容易，加工成本就低；反之，如果组成环的公差一定条件下，组成环的数目少，则封闭环的公差就小，装配精度就高。一般，影响装配精度的零件只有一个尺寸作为组成环加入该装配精度的装配尺寸链中。四、实验课后思考 1. 在产品设计时，如何体现遵循装配尺寸链最短这一原则？2. 完全互换装配法与不完全互换装配法有何异同？3. 采用分组互换装配法时，为何相配合零件制造公差与分组公差应相等？实验四 机械加工工艺规程的制定一、实验目的1学会制定机械加工工艺规程的步骤； 2掌握工艺路线的制定； 3掌握工序设计的具体内容确定。二、实验内容 1.审查零件图样的完整性及零件的工艺性 通过对图样的仔细审查，确认该零件视图完整、正确，尺寸、公差及技术要求合理、齐全。该齿轮从结构特点来看，属于盘类零件，零件各部分结构合理，各表面的加工工艺成熟，没有特殊加工要求，不存在加工困难。图4.1 齿轮零件图2、毛坯选择（1）毛坯尺寸的确定通过分析齿轮上的加工表面，所有表面的粗糙度值为Ra1.6m，因此，这些表面的毛坯尺寸只需要将零件设计尺寸加上所查取的加工余量值即可。（2）零件毛坯图齿轮零件毛坯图见右图4.2。3. 定位基准的选择（1）粗基准的选择 图4.2 齿轮零件毛坯图 中孔在以后的加工过程中将作为精基准使用，故应先对其进行加工，同时考虑117h11mm外圆处为锻压加工的分模面，表面不平整，并有飞边等缺陷，定位不可靠，因此选择90mm处的毛坯外圆和端面作为粗基准。（2）精基准的选择该零件为带孔盘状齿轮，中孔是设计基准，同时也是装配基准和测量基准，遵循“基准重合”原则，避免基准不重合产生的误差，故根据不同工序的加工内容，分别选择已加工的117h11mm、90mm和中孔68K7mm及端面作为精基准。4. 零件表面的加工方法选择和工艺路线制定5.工序具体内容的确定（1）确定工序尺寸（2）机床选择1）工序1、工序2、工序3的加工内容主要是粗车和半精车零件外圆和端面，各工序的加工内容不多，零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，故选用常用的C620-1型卧式车床。2）工序4为精镗孔，考虑被加工零件外廓尺寸不大，又是回转体，但加工精度要求较高，表面粗糙度值较小，故选用较精密的C616A型车床。3）工序5为滚齿，从零件的加工要求及尺寸大小，可选用Y2150-1型滚齿机进行加工。（3）夹具选择工序1、2、3、4采用三爪自定心卡盘，工序5采用心轴。（4）刀具选择1) 在C620-1型及C616A型车床上进行加工时，选用硬质合金车刀和镗刀。2) 滚齿加工时，采用A级单头滚刀模数为2.25的型A级精度滚刀。3) 量检具选择。（5）切削用量及基本时间的确定1）背吃刀量ap的确定2）进给量f的确定3）选择车刀磨钝标准及耐用度4）切削速度vc的确定5）机床功率Pm校核6.填写工艺卡（略）三、实验讨论答疑1机械加工工艺路线拟定的注意事项？（1）保证加工质量；（2）保证生产效率；（3）较低制造成本；（4）良好劳动条件。2工序设计中加工余量、工序尺寸确定注意事项？（1）加工余量的确定注意事项1）上工序的尺寸公差Ta2）上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷层深度Ha3）工件各表面相互位置的空间位置误差 ea4）本工序的装夹误差b（包括定位误差、夹紧误差以及夹具本身的误差）（2）确定工序尺寸的公差注意事项1）根据毛坯种类、质量和结构尺寸确定加工表面的总余量，再根据工艺过程确定各工序余量，并校核第一道工序的加工余量是否合理。2）由最终的工序开始，即从设计尺寸开始至第一道工序，逐步推算每道工序尺寸，3）除最终工序外，根据各工序的加工方法和加工经济精度或企业规定，确定各中间工序尺寸公差。四、实验课后思考 1. 机械加工工艺规程制定的流程有哪些？ 2. 零件加工时要划分那几个加工阶段，各加工阶段的主要任务是什么？17