摘要
随着数控机床在机床制造领域的普及，现代机床在加工速度、加工精度和可靠性方面都有了很大的提高。机床用光栅测量元件和数控系统是数控机床的两大核心部件，清楚地了解他们的发展趋势，对机床制造商和最终用户都有非常重要的意义。本文依据对海德汉光栅尺拆解后测绘的尺寸，利用solidworks2009对其进行了实体建模，并对光栅尺加工及安装工艺进行了研究和探讨。同时，本文阐述了光栅尺的概况，分类及工作原理，介绍了典型的海德汉光栅尺及海德汉公司的发展，提出了能提高光栅尺的测量精度的方法。
第1章绪论
1.1引言
在经济危机席卷全球的形式下，中国光栅尺制造商面临产品升级，寻求新发展的重要时期，制造出高性能光栅尺是光栅尺制造商共同的目标。实现该目标与很多因素都相关，本文仅从高性能机床所需的两个关键部件人手，介绍其最新发展供大家参考。结合HEIDENHAIN公司的在测量技术方面的深人研究，着重强调了光栅尺精度和测量技术的最新发展，包括:(1)单场扫描技术；(2) 光栅测量技术；(3)光栅尺位移传感器的概念及工作原理；(4 )光栅尺的加工工艺等。结合HEIDENHAIN数控系统，介绍了适合于高性能数控机床的最新数控技术，包括(1)高速加工;(2)五轴加工;(3)智能化;(4)友好人机界面。
1.2光栅测量系统的发展趋势及水平
光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分，是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。光栅传感器是作为位移测量元件，光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准，并通过光电扫描进行分度，编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器，而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的反馈部件)和角度编码器(作为转台的角度测量部件)。对于编码器的结构又分为开启式的和封闭式的。它是以测量各个坐标的位移来实现对设备的数显和数控，因此测量系统的精度就决定了设备的精度。目前光栅数字测量系统的精度已有微米级、亚微米级和纳米级三个档次。
光栅测量系统的长处是性能稳定、可靠性好、精度高、测量范围大、使用方便、价格适中，和其他测量系统相比有着明显的优势，在当今国际市场上光栅测量系统要占到80%以上。目前光栅测量系统的侧量步距已达
1nm(0.001μm)，准备度到达±0.5μm，测量长度已达30m最大移动速度已达480/min，最大加速度已达250m/s2，最大传输距离达150m。
目前全世界能制造光栅测量系统的国家除我国外还有德国、日本、美国、英国、西班牙、奥地利、意大利、俄国、韩国和印度等，估计年产量超过70万坐标，其中以德国海德汉公司为最著名，半个世纪以来其技术、品种、产量都绝对领先于其他国家。其各个品种的增长率分别为:开启式光栅尺+30%，封闭式光栅尺-3%，旋转编码器+5%，角度编码器-4%，长度规-3%,数显表DRO -18%，数控装置TNC+4%，因此本文所列举的数据均参照HEIDENHAIN产品。
1.3 课题来源及研究意义
1.3.1课题来源
20世纪50年代是数控机床的起步阶段。当时传统的机床越来越难以满足加工业的双高需求—高精度和高效率。因此对传统机床的改进显得尤其重要。近几十年来，美国、德国等国家先后在研制性能优良的数控机床上投入了大量的人力和物力。数控系统和机床的测量系统是现代数控机床的关键部件。尤其是机床的测量系统，它是保证机床高精度的前提条件。断演变和发展的过程。
近年来光栅测量系统在数控机床上的使用占具主要的地位。光栅测量系统的分辨率高达纳米级，测量速度高达480m/min,测量长度高达百米以上。由于这些无可比拟的优点，高精度、高切削速度的数控机床无疑要采用光栅测量系统。20世纪50年代德国HEIDENHAIN公司的Johannes Heidenhain博士发明了DIADUR工艺—在玻璃机体上镀铬的光刻复制工艺。该工艺后来用于光栅尺的制造上。在以后的几十年里，光栅尺的制造技术不断提高。近年来光栅测量系统在数控机床上的使用占具主要的地位。本文提出了如何提高光栅尺测量精度的方法，和适于高速高精度的测量以及仿海德汉光栅尺的设计及加工工艺。
1.3.2研究意义
测量广泛存在于国民经济的各个部门和人民生活的各个方面。自然科学所阐明的一般规律、定理、定律，往往都是以测量为基础。在现代科学技术中，测量技术的地位越来越重要，小到纳米级的金相分析，大到船舶制造和桥梁建设，精到卫星的发射，都必须进行测量。从某种意义上说，没有测量就没有科研，就没有现代工业的发展。而在目前时期，光栅测量是最主要的测量方式之一，光栅尺精度高、可靠性强、结构简单，在机床、二坐标和大量程直线测量设备中应用比较广泛。光栅尺在现代工业的贡献也是非常巨大的，不仅仅将现在加工精度进一步完善，更重要的是提高了现在加工
时的工作效率。在现在中国加工业、制造业越来越成熟，对加工的精度越来越高的时候，在各种机床上，例如：铣床、磨床、车床、线切割、电火花等机床上都可以安装光栅尺，其工作环境要求相对来说不是很苛刻，对操作者的使用来说也十分简单。在数控机床中，HEDENHAIN光栅尺是最先进的测量工具。海德汉公司研制生产光栅尺、角度编码器、旋转编码器、数显装置和数控系统。海德汉公司的产品被广泛应用于机床、自动化机器，尤其是半导体和电子制造业等领域。对于数控机床，单纯追求高准确度的光栅尺是不够的，还要选择光栅尺的信号周期大小及设定控制系统的细分份数，使数控机床有合适的分辨率，同时还要选择合适的机械安装结构。要进一步提高数控机床的整体精度，还要对机床进行线性补偿、非线性补偿甚至几何精度补偿等。
第2章光栅尺的结构及工作原理
2.1 光栅尺位移传感器
2.1.1 光栅尺的概念
光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置（如图2-1）。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。
图2-1 光栅尺的外观
光栅尺只是一个反应装置，它可以将位移量和位移方向通过信号输出的方式反馈出来，但它不能直接显示出来，它还需要一个显示装置，我们简称它为数显显示箱，也称数显表。只有当光栅尺和数显表连接在一起的时候，才能正常的将数值反应给每一位操作者，因而，我们对于光栅尺的使用上面，还是要多了解，如果不是很专业的人员，需要知道一些专业性的知识，才能单独使用光栅尺作为反馈装置使用。
2.1.2 光栅尺装置的分类
光栅尺位移传感器按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅和反射光栅。透射光栅指的玻璃光栅；反射光栅指的钢带光栅。
2.1.3 光栅尺装置结构
光栅尺位移传感器是有标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上，指示光栅装在光栅读数头中。光栅检测装置结构光栅检测装置的关键部分是光栅读数头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数
头、金属光栅反射式读数头）。
2.1.4 常见光栅尺的工作原理
常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。
2.1.5 莫尔条纹
图2-2 莫尔条纹
以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹” (如图2-2所示)。严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离为莫尔条纹的宽度，以w表示。
莫尔条纹具有以下性质：
当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。
若用W 表示莫尔条纹的宽度，d 表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为： θ
ωsin d = 无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。这种放大作用是光栅的一个重要特点。
由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。
莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。两光栅尺相对移动一个栅距d ，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W ，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。
2.2 检测与数据处理 光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。高分辨率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。为了提高系统分辨率，需要对莫尔条纹进行细分，目前（2006年）光栅尺位移传感器系统多采用电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如，栅线为50线对/mm 的光栅尺，其光栅栅距为0.02mm ，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm 的计数脉冲，这在工业普通测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，通常采用由低漂移运放构成的差分放大器。由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以得到光栅尺的位移和速度。
2.3 车间级测量对光栅尺的要求
测量室为精密测量提供了优良的环境，也带来了一系列问题:昂贵的设施设备、维持恒温的成木以及被中断的生产流程。为了尽可能在批量生产过程中控制生产流程，便有了“库间级测量或在线测量”。测量结果可实时影响生
产流程的控制，从而实现优化生产工序和规划的目的。与此同时，车间级测量刘一测量设备的要求也随之凸现。
测量机在生产车间中需要适应温度、振动、污染等环境要求。测量机的生产厂家一致认为，任何相对于DIN102标准中确定的参考温度20℃温度误差都会导致测量机和被测下件的长度和角度变化，这此变化必须被折算回参考温度。而测量设备(光栅尺、编码器)的可定义的、高重复性的热性能是进行折算的必要条件。未来的坐标测量机国际标准(ISOTC213-WG10）为此将更为重视测量设备的膨胀系数及其允许的误差范围。
作为测量机的测量基准，光栅尺的膨胀系数及其误差发挥着重要的影响。制造光栅尺的材料通常为钢、玻璃或玻璃陶瓷。如果计算所采用的膨胀系数小准确，仅几度的温度变化就会造成数微米的测量误差。
为了获得膨胀系数的精确数值，可使用专用“膨胀计”。用该设备通过测量材料样品来精确地确定光栅尺材料的真实膨胀系数。例如用于测量棒状材料的α测试台就属这类设备。这样获得的精确热膨胀系数可以作为真实值用于测量机的长度补偿计算。实际在更多情况下，人们还是采用资料中的或是由生产商提供的数据。所以，补偿的不确定性从一开始就存在。
只有掌握相应的信息、正确地选择材料、满足热力学条件，才能良好地应对热变形。由于不同的原材料在温度变化时的膨胀程度不同，而且达到新温度的速度也不同，所需的温度和精度补偿都相当复杂。
为了从一开始就避免将补偿计算建立在错误测量值的基础上，一定要采用热稳定的光栅尺。车间型测量机用光栅尺的材料选择非常重要。光栅尺一般采用的材料如玻璃、钢只能给出大概的膨胀系数值，而光栅材料玻璃陶瓷ZERODUR的膨胀系数在很宽的温度范围内都能保证精度，同时其抗老化性能极好。
正确选择光栅尺可以提高测量机的性能，对测量机的可靠性起着决定性的作用。在车间级测量机领域，以下要求和性能是必需的：
光栅尺的膨胀系数必须已知；
（1节点间精度高；
（2高抗污染能力保证无故障测量；
（3长时间的高可靠性；价格低廉。
高精度、用户友好的安装公差以及高速紧凑的读数头设计是海德汉LIDA400型开放式增量光栅尺的标志性特点。这些特点使得它特别适合于自动化和电子行业生产设备、直接驱动应用和测量设备领域。新的玻璃和玻璃陶瓷光栅载体材料(ZERODUR、ROBAX)的采用大大拓展了这款光栅尺的应用领域。新款LIDA400同样也适用于在车间级测量机上使用。背面固定的粘接层PRECIMEI可以实现方便的安装。新的玻璃和玻璃陶瓷光栅小需要特殊的
读数头，即现有的标准LIDA400读数头可以继续使用统一的光栅截面尺寸使得小同材质光栅的替换变得容易。玻璃尺体和玻璃陶瓷尺体统一的截而尺寸使得通过更换尺体来升级测量机变得十分方便。所有型写读数头都拥有大面积的扫描窗口，这一特性使得光栅对污染极不敏感，另一方面非常标准的扫描信号也允许对信号进一步高倍细分。
LIDA400系列光栅尺的栅距为20μm,可选1Vpp或TTL输出信号。最大测量长度可长达30m（钢带)或3m(玻璃和玻璃陶瓷）。允许测量速度可达480m/min。光栅可以配备参考点，也可集成磁限位开关。
热膨胀问题可以在保持读数头型号统一的前提下，通过选择合适的光栅尺体材料来解决。采用玻璃或陶瓷玻璃光栅的新一代LIDA400系列光栅尺极大地满足了车间型测量机或其他车间级设备的测量需求。
第3章仿海德汉光栅尺实体建模及工艺设计
3.1 海德汉光栅尺
3.1.1 海德汉编码器
德国（HEIDENHAIN）海德汉编码器精度可达±0.5μm或更高，测量步距可达0.001mm，测量长度可达30m，读数头与光栅尺间无摩擦，尺寸紧凑和重量轻，运动速度快，封闭式直线光栅尺有：标准光栅尺外壳，用于高振动频率，最大测量长度30m；纤细光栅尺外壳，适用于优先安装空间，最大测量长度达1240mm配安装板或紧固原件可使最大测量长度达2040mm。海德汉封闭式直线光栅尺的铝外壳可以有效保护光栅尺，读数头和导轨免受灰尘，切屑和切削液的影响。自动向下压的弹性密封条保持外壳密封，读数头运动导轨的摩擦力很小，导轨在光栅尺内，读数头通过一个连轴器与外部安装加连接，联轴器可以补偿光栅尺和机床导轨之间不可避免的对正误差，读数头DIADUR光栅尺光晕啊光电池密封条安装。
3.1.2 海德汉光栅尺的特点
（1）最先进可靠的光学测量系统，采用可靠耐用的高精度五轴承系统设计，保证光学机械系统的稳定性，优异的重复定位性和高等级测量精度。
（2）传感器采用密封式结构，性能可靠，安装方便。
（3）采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶防水，防尘优异，使用寿命长。
（4）具体高水平的抗干扰能力，稳定可靠。
（5）光源采用红外发光二极管，体积小寿命长。
（6）采用先进的光栅制作技术，能制作各规格的高精度光栅玻璃尺（最长可做到3000mm）。
3.2 光栅尺的选择标准
3.2.1 以精度指标选择光栅尺
评价数控机床的重要指标是机床的精度。高精度的机床选择高准确度等级的光栅尺是必然的。光栅尺的准确度与光栅尺的分辨率是两个概念。准确度指光栅尺的光栅条纹位置淮确程度。要达到高谁确度，不但要求每条光刻条纹位置准确，而且要求每条光栅条纹均匀一致，边缘清晰。高准确度的光栅对制造商的生产环境和设备要求非常高。如德国HEIDENHAIN公司在地下15m处建立了一个无尘、恒温(温度控制在0.01 0C)光栅刻蚀车间，以保证光栅条纹的准确度和精度。分辨率是评价光栅的另一指标。我们知道，扫描光栅与带尺光栅每相对移动一个栅距，便产生一组交变的正弦信号。这组信号就是光栅尺输出的原始信号。那么，带尺光栅条纹的周期是分辨率的基础。要求高的分辨率，首先要选择信号周期小的光栅尺。这样，可以提高系统的
动态特性，使系统的速度、加速度和频响速度(截止频率)达到较高的水平。光栅尺的分辨率和准确度是不同的，但却是相辅相成的。高准确度的光栅尺其原始信号周期也较小。
信号经过细分，就会有细分误差。细分误差是光栅尺原始信号周期内的误差，因而它也是一个具有周期性的误差信号。该误差过大会造成伺服系统的震荡，影响数控伺服系统的稳定性。如果光栅条纹不均匀、刻线边缘不清晰，相对的细分误差就会较大。
3.2.2 以效率指标选择光栅尺
目前的光栅尺多为增量式。因而，每个光栅尺都有参考标记信号。采用增量式光栅尺，在机床断电再开机或机图5绝对式尤栩床重新启动时，通常要慢慢移动到光栅尺刻有参考标记的位置处，光栅尺的电气类数控系统找到参考标记并记忆该位置。过去的光栅尺通常都有一个固定的参考点标记。如果机床行程很长，找参考点就占据了大量时间。为了减少数控机床的非加工时间，最好机床在开机时就感知到参考点的位置或已知机床坐标轴所处的位置。
为了实现这一功能，HEIDENHAIN公司在参考标记上做了很多改进。图4示出带距离编码的参考标记的光栅尺片段。每20mm距离有三个参考标记，分为
一组。每组参考标记中的中间标记与前一点的标记距离与其他组不同，并且是惟一的。带有这种参考标记的光栅尺通常要与数控系统约定好。机床每移动超过一组参考标记的距离，便可从中间点距第一点的惟一距离计算出所处的坐标位置。换句话说，机床只要移动20mm以上的距离，便可以确定位置。实现了快速返回参考点的目的。
绝对式光栅尺开机便可确定参考点的位置。图5为绝对式光栅尺的测量原理图。绝对式光栅尺是由多组不同刻线周期的光栅条纹组成，按一定规则排列的光电池接收光透过扫描光栅和带尺光栅的光强信号，并将其转换成二进制的电信号。数控系统与光栅尺接口间有一定的通信协议，将二进制编码转换成机床坐标轴的位置信息。
HEIDENHAI公司研制的3m长的绝对式光栅尺实现了分辨率0.1 m。绝对式光栅尺是今后的发展方向。
3.2.3 以电气接口形式选择光栅尺
选择光栅尺应注意与数控系统相配。不同的数控系统要求不同的电气接口形式(光栅尺的电气接口数据形式见表1)。
表1 光栅尺的电气接口数据形式
增量式绝对式
1Vpp 正弦信号11uApp正
弦信号
TTL方
波信
号
SSI
串
口
EnDAT双向
数据接口
3.3 光栅尺的制造工艺
数字读出系统( DRO或VRO)是侧量系统中的重要组件.测量系统的精度主要由传感器或码尺决定，因此，传感器或码尺是测量系统中的关键器件.码尺一般安装于机床不显著的部位(有时是以密封方式安装的)。在加工过程中，码尺和读数部件起着监视系统的作用.本文着重介绍美国Acugite公司的光栅制造工艺.
3.3.1 码尺的类别
码尺能把位移量转换为电信号.现有码尺的种类主要是以采用的材料和产生电信号的杨理原理来决定的.磁尺采用金属材料，而光栅尺的工作原理则是通过玻璃上的镀铬线条把红外光转换为电信号。
在磁尺制造工艺中，包含有在金属圆杆的磁性材料上等距地录磁，由于磁化特性的限制，磁栅栅距不可能录得太细，例如一般为。.2mm，因此，要达到百万分之50英寸的分辨率则要采用大的细分数，相反光栅尺由于采用了镀铬工艺，可以得到较细的栅距，例如125条线/mm，这样要得到上述的分辨率就容易得多了.0.2mm栅距的磁栅要达到百万分之50英( 0.00125mm)分辨率需要采取200细分.②，而上述栅距的光栅尺要达到相同的分辨率则只要8细分即可.内插(细分)精度的一般可接受的原则是信号的细分数愈小，则系统的精度愈高，这也是为什么设备制造商采用光栅作为高精度测量系统核心元件的主要理由之一
3.3.2 尺坯制造
第一步是检验70}} X 64}}大张玻璃毛还的技术性能，例如厚度和平行度等，然后划线并分割成狭条玻璃以便下序精加工.但也可直接用金刚石割刀切割成满足规定技术条件的玻璃片，加工后的玻璃片仍需按技术条件再检验一次。镀铬前应擦洗玻璃片并放入清冼机清洗.
镀铬工艺采用两种型号的镀铬系统.在溅射式镀铬系统中，玻璃片重叠地放在运送托架上，运送托架从下通过镀铬系统中真空腔的铬靶，铬靶是带电荷的，因此向下散射铬原子，当精确地控制时，玻璃片上的铬层(单边)是很均匀的.当玻璃尺上的线距较小时，则采用由.电子枪加热的蒸发式铬靶，铬蒸气凝结在玻璃片上形成镀铬层，玻璃片镀铬后即可进行刻线.
3.3.3 刻线
首先在玻璃片铬层上镀上光敏抗腐镀层，然后放在洪箱中烘烤，蒸发掉光敏抗腐镀层中的溶剂和稳定镀层的抗腐作用.第二工序也是最重要的工序，即在光敏抗腐镀层上光刻(爆光)，以使在镀铬层上形成刻线图样.光刻是把镀有光敏抗腐层的玻璃放在作为底版的母光栅上，然后从下进行爆光.已经爆光后的玻璃片放在化学溶剂中定形和腐蚀，在这个关键性的步骤中为了保证精度，应采用严格的环境条件和机械控制装置.这样，便可得到具有一系列完好而均匀排列的，每毫米25^125条铬线条(根据分辨率要求)的光栅尺。
3.3.4 母光栅
AcuRite公司光栅尺复制工艺中采用的母光栅尺是在该公司的激光干涉仪控制的刻线机上刻制的，刻线机装在地下150英尺(45米)深的岩石基础上，刻线精度可达百万分之几英寸(约。.125}tm/1000mm),该公司研制母光栅已有15年以上经验.
3.3.5 质量保证
每根光栅尺都需经过严格检验以保证达到规定的精度标准.以下简要介绍有关光栅尺制造过程中所用的检验设备。
(1)光学性能检验机用于检验光栅尺的光学性能的质量.一台由计算机控制的光学质量扫描检验机用于在光栅尺全长上检验光线传逻性能，它能检验光栅线条上的各种缺陷，这些缺陷可能由尘污、气泡或其他外物引起，经过检验后符合要求的光栅尺切割成所需要的长度尺寸装入压制铝盒中。
(2)精度检验机装配好的光栅尺需进行精确度检验.光栅尺的全长检验是由计算机控制的激光干涉仪上进行的。Acu-Rite生产的每一光栅尺都经过上述扮验，并在出厂时带有检验报告单提供用户使用。
(3)光栅尺装配经过检验合格后的光栅尺装入用人造橡胶密封的铝盒中，铝盒两端装有防震端盖，这种光栅尺不但精度高，并且可以防止油污、灰尘和切屑等环境沾污，它能以wm级精确度和重复性将机床导轨的机械位移量转为电信号。
(4)最后是装入读数头读数头包含有一块装有集成电路元件的小型印刷线路板，读数头装在一个沿着光栅尺滑动的耐磨盒子中，读数头采用钢球一一弹簧联结，这种联结结构是Acu-Rite的专利(设计)，它能补偿由于安装或工作台移动不准确而引起的误差，因而能保持读数头的正确运动轨迹和系统的精度。
由光栅尺和读数头组J:}I} (t J尤姗传感器尚需进行最后检验以保证其机械和电子性能，经过终检后的光栅传感器配上相应的读数电箱便作为数字读出系统(DRQ)出售。
3.4 光栅尺的安装工艺
光栅数显测量系统是一种能自动检测和自动显示的光机电一体化产品，是改造旧机床，装备新机床以及各种长度计量仪器的重要配套件，是用微电子技术改造传统工业的方向之一。由于光栅数显测量系统具有精度高，安装及操作容易，价格低，回收投资快等优点而得到大量使用。
3.4.1 结构
开启式传感器的标尺光栅裸露在外，微型发光器件和接收器件都装在传感头里。它的精度较高，要求的工作环境条件高，通常运用于精密仪器及使用条件较好的数控设备上。闭式传感器的特点是发光器件、光电转换器件和光栅尺封装在紧固的铝合金型材里。发光器件采用红外发光二极管，光电转换器件采用光电三极管。在铝合金型材下部有柔性的密封胶条，可以防止铁屑、切屑和冷却剂等污染物进入尺体中。电气连接线经过缓冲电路进入传感头，然后再通过能防止干扰的电缆线送进光栅数显表，显示位移的变化。
闭式传感器的传感头分为下滑体和读数头两部分。下滑体上固定有五个精确定位的微型滚动轴承沿导轨运动，保证运动中指示光栅与主栅尺之间保持准确夹角和正确的间隙。读数头内装有前置放大和整形电路。读数头与下滑体之间采用刚柔结合的联接方式，既保证了很高的可靠性，又有很好的灵活性。读数头带有两个联接孔，主光栅尺体两端带有安装孔，将其分别安装在两个相对运动的两个部件上，实现主光栅尺与指示光栅之间的运动进行线性测量。
3.4.2 基本原理
光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
3.4.3 安装方式
光栅线位移传感的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位。
一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如滑板）。
(1)安装基面
安装光栅线位移传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。如果不能达到这个要求，则需设计加工一件光栅尺基座。基座要求做到：①应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座（最好基座长出光栅尺50mm左右）。②该基座通过铣、磨工序加工，保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内。另外，还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。安装时，调整读数头位置，达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右，读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右。
(2) 主尺安装
将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上，但不要上紧，把千分表固定在床身上，移动工作台（主尺与工作台同时移动）。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度，调整主尺M4螺钉位置，使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时，把M2螺钉彻底上紧。在安装光栅主尺时，应注意如下三点：
1）在装主尺时，如安装超过1.5M以上的光栅时，不能象桥梁式只安装两端头，尚需在整个主尺尺身中有支撑。
2）在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。
3）不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基尺与主尺固定好。
（3）读数头的安装
在安装读数头时，首先应保证读数头的基面达到安装要求，然后再安装读数头，其安装方法与主尺相似。最后调整读数头，使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内，其读数头与主尺的间隙控制在1~1.5mm以内。
（4）限位装置
光栅线位移传感器全部安装完以后，一定要在机床导轨上安装限位装置，以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端，从而损坏光栅尺。另外，用户在选购光栅线位移传感器时，应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺，以留有余量。
（5）检查
光栅线位移传感器安装完毕后，可接通数显表，移动工作台，观察数显表计数是否正常。在机床上选取一个参考位置，来回移动工作点至该选取的位置。数显表读数应相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表与数显表同时调至零（或记忆起始数据），往返多次后回到初始位置，
观察数显表与千分表的数据是否一致。
通过以上工作，光栅传感器的安装就完成了。但对于一般的机床加工环境来讲，铁屑、切削液及油污较多。因此，光栅传感器应附带加装护罩，护罩的设计是按照光栅传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，护罩通常采用橡皮密封，使其具备一定的防水防油能力。
3.4.4 使用注意事项
（1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。
（2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。
（3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。
（4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。
（5）为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。
（6）光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。
（7）不要自行拆开光栅传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。
（8）应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。
（9）光栅传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。
3.4.5 常见故障现象及判断方法
（1）接电源后数显表无显示
1）检查电源线是否断线，插头接触是否良好。
2）数显表电源保险丝是否熔断。
3）供电电压是否符合要求。
（2）数显表不计数
1）将传感器插头换至另一台数显表，若传感器能正常工作说明原数显表有问题。
2）检查传感器电缆有无断线、破损。
（3）数显表间断计数
1）检查光栅尺安装是否正确，光栅尺所有固定螺钉是否松动，光栅尺是否被污染。
2）插头与插座是否接触良好。
3）光栅尺移动时是否与其他部件刮碰、摩擦。
4）检查机床导轨运动副精度是否过低，造成光栅工作间隙变化。
（4）数显表显示报警
1）没有接光栅传感器。
2）光栅传感器移动速度过快。
3）光栅尺被污染。
（5）光栅传感器移动后只有末位显示器闪烁
1）A或B相无信号或不正常只有一相信号。
2）有一路信号线不通。
3）光敏三极管损坏。
（6）移动光栅传感器只有一个方向计数，而另一个方向不计数（即单方向计数）。
1）光栅传感器A、B信号输出短路。
2）光栅传感器A、B信号移相不正确。
3）数显表有故障。
（7）读数头移动发出吱吱声或移动困难
1）密封胶条有裂口。
2）指示光栅脱落，标尺光栅严重接触摩擦。
3）下滑体滚珠脱落。
4）上滑体严重变形。
（8）新光栅传感器安装后，其显示值不准
1）安装基面不符合要求。
2）光栅尺尺体和读数头安装不合要求。
3）严重碰撞使光栅副位置变化。
第4章光栅尺的精度
4.1 提高光栅尺测量精度的有效方法
光栅尺精度高、可靠性强、结构简单，在机床、二坐标和大量程直线测量设备中应用比较广泛。日前对其信号的检测有了非常简单、可靠的电路。其中有一种方法利用一片CAL和一片单片机2051就实现了光栅尺的计数细分和辨向。该法用CAL先对光栅尺的两相相差90。的方波信号触发整形，然后采用组合时序逻辑实现四倍频的正向和反向脉冲信号，分别从不同的引脚输出，最后把这两个信号分别送入单片机2051的两个定时/计数器端口T0。计数值T0与T1的代数和，即是综合考虑了光栅尺正反运动后的绝对位移。这种方法和其他方法一样，没有充分利用光栅尺的多零位信息，存在以下缺点。
（1)虽然消除了光栅尺的抖动干扰，却无法根除光栅尺在大噪声背景下引进的累积误差；
（2)由于没有利用零位信号，一旦中途断电停机，再次测量时必须利用量块或基座重新标定光栅尺的绝对位置。
引入光栅尺的多零位信息可以有效地解决这些问题，其实质是当光栅尺通过零位时，使所有计数器值清零。这种方法必须解决以下问题: （1)光栅尺通过零位信号的方向和次数；
（2)消除因光栅尺在零位附近抖动出现对零位信号的误判。
本文采用在非零位处处理光栅尺计数值以及利用零位信号对光栅尺计数值自动纠错的方法，有效地解决了这些问题。
4.1.1 引进零位信号后的光栅尺计数方法
光栅尺每隔一定距离有一道特殊的零位刻线，每当运动到该位置时读数头发出一个零位信号，将该脉冲信号在CAL中经过整形后，送至单片机的外部中断INTO口(如图4-1）。
图4-1 光栅尺计数电路图
图中A,B为相位相差1/4周期的方波信号，Z为零位信号，CP-,CP+为四倍频的正向和反向脉冲信号，/Z为经过反向后的零位信号。T0，T1为计数器端口，其中计数值为无符号数，即始终有T0≥1，T1≥1。/Z信号引入IN To 后，当光栅尺通过零位刻线时，可在外部中断了程序中对计数器清零。设光
栅尺两零位刻线间的距离相当于N 个计数脉冲，则从零位开始的这段距离内满足-N ≤T 0-T 1≤N 。其中T0为正向脉冲计数值，T 1为反向脉冲计数值.如果光栅尺在某段内产生了累积误差，通过零位刻线后，计数值被自动清零，计数重新开始，上一段内产生的累积误差被自动清除，不影响当前段的计数.图4-2 (a) ,(b)分别为步进电机驱动光栅尺前进20000步、后退20000步时，引入清零信号后的计数值T 0-T 1变化情况，这里N=10000。
050001000015000199992000
4000
6000
8000
10000
(a) 光栅尺前进计数值
05000100001500019999-8000
-6000
-4000
-2000
-10000
(b) 光栅尺后退计数值
图4-2 步进电机运动的变化
4.1.2 引进零位信号后的光栅尺绝对位移计算
引进零位信号后，对光栅尺绝对位移的计算关键是要准确地判断清零的方向和清零的次数，即判断正向清零次数和反向清零次数。
如果脉冲计数绝对准确，那么光栅尺停留在零位时，满足T 0-T 1=N,T 0-T 1=-N 中的一种情况。此时也是零位信号发出的时刻，因而T 0、T 1计数器在此刻要被自动清零。
理论上由电机的运动方向可决定光栅尺的清零方向和次数，如图4-2(a) ,(b)
分别为正向清零4次、反向清零4次。也可由计数值的变化规律来决定光栅尺的清零方向和次数，即计数值发生突变和经过零位的方向与次数。
05000100001500019999-5000
5000
10000
-9999
图4-3 光栅尺先前进再后退计数值
如图4-3为步进电机驱动光栅尺先前进11000步再后退9000步时，光栅尺计数值T 0-T 1的变化情况。从图4-3可以看出光栅尺是先正向清零2次，再反向清零2次，整体上相当于正向清零0次。这时绝对位移的计算公式为:
))()((.
0))()((101021101021≤--+-=≥--+-=T T T T N n n d T T T T N n n d τ
τ
； 式中，τ,,,21n n d 分别为绝对位移、正向清零次数、反向清零次数和计数值的脉冲当量.
如果电机在零刻线附近来回抖动，通过电机的运动方向判断，就会在同一点出现多次清零；或在大噪声背景或强电干扰下，在零刻线处10T T -值不满足绝对准确的情况，即在零刻线处有δδδδδδ+-≤-≤--≤-≤-+≤-≤-N T T N T T N T T N 1010,10或。δ为光栅尺在每段内的最大累积误差，这时光栅尺计数值的变化规律也发生了较大的变化。对经过零位的方向与次数容易发生误判，例如在光栅尺还没有到达真I I ，零位时，计数值己为0，同样也会增加清零次数。因此必需采用软件在非零位处对计数值和清零次数进行适当修改，以避免对零位的误判。
4.1.3 非零位处修正光栅尺计数值求取绝对位移的方法
公式)、(2)改造为：a=(N+(T}，一T }))T(3)其中n, T c ，一T ，的值由下面的条件决定。
在光栅尺处于系统复位位置时，n= O;Tc ，为修II:后的To, T ，为修II:后的T,，在初始时，To= To, Ti=T}.在光栅尺通过零位时，To,T i 被外部中
断了程序清零.
在光栅尺I I 常工作情况下，n,Tc ，一T ，的修II:方法如下:
1)当计数值从T})一T} <3N/4跳到T}，一T})3N/4时，令n= n+ 1,Tc)一T}=T})一T}一N;
2}当计数值从T}，一T})一3N/4跳到To-T, <- 3N/4时，令n= n 一1, T })一T,=T})一T,+N;
3)对于其他n, T c ，一T ，不变.因为To,Ti 与To,Ti 一样为无符号数，即要求
To}0,TW0,所以完成以上第1) ,2)步，口J 一以采用以下方法:
当T})一T})3N/4时，令T}=N 一(T})一T i)，To=0;
当T})一T}一3N/4时，令To=N+(T})一T })，T}=0这样既引入了零位信号，又不用判断过零位时的方向}I!过零位的次数，增加了对计数的准确性和计数容错的冗余度.
图4为修i1:后计数值T}，一T ，的变化情况，此时光栅尺计数值的变化范围为(一7 500, 7 500).
05000100001500019999-5000
5000
10000
-10000
图4-4 修正后光栅尺计数值
4.1.4 光栅尺计数误差自动修正的新方法
光栅尺计数值一般是连续变化的，但在大噪声环境或强电十扰下，容易被误清零，计数值发生大的畸变，这时要及时修正，恢复正常的计数值。
（1）对光栅尺计数值畸变的检测
若光栅尺由步进电机驱动，则可以在步进电机走步程序内检测每走一步光栅尺计数值的变化;若光栅尺由其他电机驱动，可以根据电机速度设置定时器，每隔一定时间检测一次光栅尺计数值的变化.如果光栅尺计数值变化i1 :'常，则认为光栅尺没有被误清零，否则，光栅尺有可能被误清零.
一般由实验确定光栅尺计数值的i1:'常变化范围.图s 是步进电机在尤背景噪声十扰下，平稳驱动光栅尺运动时，步进电机每走一步光栅尺计数值的变化量.其中步进电机每走一步的理论计数值变化量为2.由图s 可知，步进电机
（ 二 〇 一 六 年 七 月 机械制造技术 课程设计说明书 设计课题： 箱体机械加工工艺及夹具设计 学 生： 韩孝彬 学 号： 2134022503 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： 2013级 指导教师： 赵德金
目录 课程设计任务书 (3) 设计条件： (3) 设计要求： (3) 摘要 (4) 设计说明 (5) 一、零件的分析 (8) 1、零件的特点分析 (8) 2、零件的作用 (8) 二、零件的工艺分析 (9) 三、确定毛胚、绘制毛胚简图 (11) 1、选着毛坯 (11) 2、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 (11) 3、绘制零件的毛坯简图 (12) 四、拟定箱体的工艺路线 (13) 1、定位基准的选择 (13) 2、零件表面方法的确定 (13) 3、加工阶段的安排 (15) 4、工序的集中与分散 (15) 5、工顺序的安排 (16) 6、确定工艺路线 (16) 五、加工余量、工序尺寸和公差的确定 (18) 1、工序3与工序4----加工底脚面与凸端面的加工余量、工序尺寸和公差的 确定 (18) 2、工序5---粗铣和半精铣上端面加工余量、工序尺寸和公差的确定 (18) 3、工序6，7的---粗铣和半精铣前后端面加工余量、工序尺寸和公差的确定 (19) 4、工序8、9、10、11----粗镗-半精镗-精镗各圆的加工余量、工序尺寸和公 差的确定 (19) 5、工序12、13、15、16----钻各孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定 . 20 六、切削用量、时间定额的精算 (21) 1、切削用量的确定 (21) 2、时间定额的预算 (23) 七、夹具总体方案设计 (26) 1、工件装夹方案的确定 (26) 2、其它元件的选择 (26) 3、镗床夹具总图的绘制 (31) 八、总结与体会 (32) 九、致谢 (33) 十、参考文献 (34) 附录：夹具的三维实体图 (36)
北华航天工业学院 机械制造技术基础课程设计说明书 题目：拨叉零件的机械加工工艺设计及专用夹具设计 学生姓名: ******* 学号：************ 班级： ****** 系别： *********** 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师： *************8 成绩：
目录 （一）机械加工工艺设计 1.拨叉零件的工艺分析及生产类型的确定 (1) 1.1拨叉零件的作用 (1) 1.2 拨叉零件的技术要求 (1) 1.3 拨叉零件的生产类型 (1) 2 确定毛坯，绘制毛坯简图 (1) 2.1确定毛坯生产类型 (1) 2.2继续加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (1) 2.3绘制拨叉铸造毛坯见图 (2) 3、拟定拨叉工艺路线 (2) 3.1定位基准的选择 (2) 3.1.1粗基准的选择 (2) 3.1.2精基准的选择 (2) 3.2 、表面加工方法的确定 (3) 3.3、加工阶段的划分 (3) 3.4、工序的集中与分散 (3) 3.5、工序顺序的安排 (3) 3.6 、工艺路线确定 (4) 4、机床设备及工艺装备的选用 (4) 4.1 、机床设备选用 (4) 4.2 工艺装备的选用 (4) 5、机械加工余量，工序尺寸及公差的确定 (4) 6、切削用量、时间定额的计算 (6) 6.1.工序三：粗-精铣左端面 (6) 6.1.1粗铣左端面至81mm (6) 6.1.2 精铣左端面至80mm，表面粗糙度Ra=3.2um (7) 6.2工序四：钻-扩φ22H12孔 (8) 6.2.1钻φ20孔 (8) 6.2.2扩孔Φ22H12 (10) 6.3工序五：拉内花键孔 (11) 6.4工序六：粗-精铣底槽内侧面和底面 (11) 6.4.1粗铣底槽 (11) 6.4.2精铣底槽 (12)
轴类零件机械加工工艺规程设计 零件图七
摘要 本设计所选的题目是有关轴类零件的设计与加工，通过设计编程，最终用数控机床加工出零件，数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，它是运用数控原理，数控工艺，数控编程，制图软件和数控机床实际操作等专业知识对零件进行设计，是对所学专业知识的一次全面训练。熟悉设计的过程有利于对加工与编程的具体掌握，通过设计会使我们学会相关学科的基本理论，基本知识，进行综合的运用，同时还会对本专业有较完善的系统的认识，从而达到巩固，扩大，深化知识的目的。 此次设计也是我们走出校园之前学校对我们的最后一次全面的检验以及提高我们的素质和能力。毕业设计和完成毕业论文也是我们获得毕业资格的必要条件。 设计是以实践为主，理论与实践相结合的，通过对零件的分析与加工工艺的设计，提高我们对零件图的分析能力和设计能力。达到一个毕业生应有的能力，使我们在学校所学的各项知识得以巩固，以更好的面对今后的各种挑战。 此次设计主要是围绕设计零件图七的加工工艺及操作加工零件来展开的，我们在现有的条件下保证质量，加工精度及以及生产的经济成本来完成，对我们来说具有一定的挑战性。其主要内容有：分析零件图，确定生产类型和毛坯，确定加工设备和工艺设备，确定加工方案及装夹方案，刀具选择，切削用量的选择与计算，数据处理，对刀点和换刀点的确定，加工程序的编辑，加工时的实际操作，加工后的检验工作。撰写参考文献，组织附录等等。 关键词 加工工艺、工序、工步、切削用量：切削速度（m/min）、切削深度（mm）、进给量（mm/n、mm/r）。
1、金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 2、金属材料的使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括机械性 能、物理性能和化学性能等。 3、金属材料的工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性 能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能等。 4、根据载荷作用性质不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等 三种。 5、材料按照其化学组成可以分为金属材料、非金属材料、复合材料和有机材料四类。 6、材料基本性能包括固有特性和派生特性。 7、材料的工艺性能包括切削加工工艺性能、铸造工艺性能、锻造工艺性能、焊接工艺性能、热处理工艺性能等。 8、工业产品造型材料应具备的特殊性能包括感觉物性、加工成型性、表面工艺性和环境耐候性。 9、钢铁材料按化学组成分为钢材、纯铁和铸铁；其中钢材按化学组成分为碳素钢和合金钢。 10．铸铁材料按照石墨的形态可分为可锻铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁三种。 11、变形铝合金主要包括锻铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和防锈铝合金。 12、金属制品的常用铸造工艺包括砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造等。 13、金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理。 14、塑料按照其重复加工利用性能可以分为热塑性塑料和热固性塑料。 15、塑料制品的成型工艺主要包括吹塑成型、挤塑成型、吸塑成型、注塑成型等。 16、陶瓷材料根据其原料、工艺和用途，可以分为传统陶瓷和近代陶瓷两 大类。 17、陶瓷制品的工艺过程一般包括原配料、坯料成型和窑炉烧结三个主 要工序。 18、陶瓷制品的坯体成型方法主要有压制成型、可塑成型和注浆成型三种。
19、陶瓷制品的旋压成型可以分为覆旋旋压法和仰旋旋压法两种。 20、日用陶瓷制品可以分为陶器、瓷器和炻器。其中陶器的气孔率和吸水率介于炻器和瓷器之间。 21、玻璃按用途可分为日用器皿玻璃、技术用玻璃、建筑用玻璃、和玻璃纤维四大类。 22、玻璃的加工工艺包括原料装配、加热熔融、成型加工、热处理和表面装饰。 23、玻璃成型工艺包括压制、拉制、吹制、压延、浇注和结烧等。 24、锻造是利用手锤锻锤或压力设备上的模具对加热的金属抷料施力，使金属材料在不分离条件下产生变形，以获得形状尺寸和性能符合要求的零件。 25、金属焊接按其过程特点可分为3大类：熔焊、压焊、钎焊 26、金属切削加工可分为钳工和机械加工两部分。 27、木材与其他材料相比，具有多孔性、各向异性、湿涨干缩性、燃烧性和生物降解性等独特性质。 28、木材在横切面上硬度大，耐磨损，但易折断，难刨削，加工后不易获得光洁表面。 29、塑料的基本性能：质轻比强度高，优异的电绝缘性能，减摩耐磨性能好，优良的化学性能，透光及防护性能，减震消音性能好，独特的造型工艺性能，良好的质感和光泽度。 30、塑料的挤出成型也称挤压模塑和挤塑，它是在挤出机中通过加热，加压而使物料以流动状态连续通过挤出模成型的方法。 31、按照陶瓷材料的性能功用可分为普通陶瓷和特种陶瓷两种。 32、玻璃的熔制过程分为：硅酸盐的形成，玻璃的形成，澄清和均化，冷却。 33、金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理。 34、金属件的连接工艺可以分为机械性连接、金属性连接和化学性连接三种类型。 35、涂料由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助材料三部分组成。
设计材料及加工工艺
材料与工艺 NO.1 1、什么是材料的固有特性？包括那些方面？ 1）、材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决定的，是指材料在使用条件下表现出来的性能，它受外界（即使用条件)的制约。 2）、包括两个方面： a、材料的物理性能：1、材料的密度 2、力学性能（强度、弹性、和塑性、脆性和韧性、刚度、 硬度、耐磨度） 3、热性能（导热性、耐热性、热胀性、耐火性） 4、电性能（导电性、电绝缘性） 5、磁性能 6、光性能 b、材料的化学性能：1、耐腐蚀性 2、抗氧化性 3、耐候性 2、什么是材料的派生性能？包括哪些内容？ 1）、它是由材料的固有特性派生而来的，即材料的加工特性、材料的感觉特性和环境特性。 2）、材料的派生特性包括材料的加工特性、材料的感觉特性、环境特性和环境的经济性。 3、工业造型材料应具备哪些特征？ 产品是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的，一件完美的产品必须是功能、形态和材料三要素的和谐统一，是在综合考虑材料、结构、生产工艺等物质技术条件和满足使用功能的前提下，将现代社会可能提供的新材料，新技术创造性的加以利用，使之满足人类日益增长的物质和精神需求。 4、简述材料设计的内容？ 产品材料中的材料设计，是以包含“物-人-环境”的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废气处理和环境保护看成一个整体，着重研究材料与人、社会、环境的协调关系，对材料的工学性、社会性、历史性、生理性和心理性、环境性等问题进行平衡和把握，积极评价各钟材料在设计中的使用价值和审美价值，使材料特性与产品的物理功能和心理功能达到高度的和谐统一。使材料具有开发新产品和新功能的特性，从各种材料的质感去获取最完美的结合和表现，给人以自然、丰富、亲切的视觉和触觉的综合感受。 5、材料设计方式有几种？各有什么特征？ 1）、产品材料造型设计其出发点在于原材料所具有的特性与产品所需性能之间的充分比较。 其主要方式有两种： 一是从产品的功能、用途出发、思考如何选择或研制相应的材料 二是从原材料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创
数控加工工艺课程设计说明书(DOC 22页)
《数控加工工艺》课程设计说明书 班级： 学号： 姓名】 指导老师：】
1.设计任务 本次课程设计是通过分析零件图，合理选择零件的数控加工工艺过程，对零件进行数控加工工艺路线进行设计，从而完成零件的数控加工程序的编写。使零件能在数控机床上顺利加工，并且符合零件的设计要求。 2.设计目的。 《数控加工工艺课程设计》是一个重要的实践性教学环节，要求学生运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的有： 1 通过本设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控加工工艺和数控编程的基本内容和基本知识，学习总体方案的拟定、分析与比较的方法。 2 通过对夹具的设计，掌握数控夹具的设计原则以及如何保证零件的工艺尺寸。 3 通过工艺分析，掌握零件的毛坯选择方式以及相关的基准的确定，确定加工顺序。 4 通过对零件图纸的分析，掌握如何根据零件的加工区域选择机床以及加工刀具，并根据刀具和工件的材料确定加工参数。 5 锻炼学生实际数控加工工艺的设计方法，运用手册、标准等技术资料以及撰写论文的能力。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。 3.设计要求： 1、要求所设计的工艺能够达到图纸所设计的精度要求。 2、要求所设计的夹具能够安全、可靠、精度等级合格，所加工面充分暴露出来。 3、所编制的加工程序需进行仿真实验，以验证其正确
4.设计内容 4.1分析零件图纸 零件图如下： 1.该零件为滑台工作台，是一个方块形的零件。图中加工轮廓数据充分，尺寸 清晰，无尺寸封闭等缺陷。 2.其中有多个孔有明确的尺寸公差要求和位置公差要求，而无特殊的表面粗糙 度要求，如70+0.1、102+0.1、80+0.1、100+0.1、13.5+0.05、26+0.05.
《机械制造技术基础》综合训练（三）项目名称：机械零件加工工艺规程方案设计 学生：超强鲁晓帆业鑫世辉 汤龙彪田大江邢永强姬笑歌班级：机自15-4班 学号： 03 05 06 10 15 16 20 22 24 任课教师：宏梅 完成时间： 2018.6.15 工程技术大学机械工程学院 二零一八年二月
综合训练项目三机械零件加工工艺规程方案设计 一、目的 1．使学生具有制定工艺规程的初步能力。能综合运用金属切削原理、金属切削刀具、金属切削机床、机床夹具等的基本理论和方法，合理的制定零件的机械加工工艺规程，包括零件工艺性分析、工艺路线拟定，编制零件加工工艺过程卡片。 2．进一步提高查阅资料，熟练地使用设计手册、参考资料等方面的能力。 3．通过设计的全过程，使学生学会进行工艺设计的程序和方法，培养独立思考和独立工作的能力。 二、设计原始条件 1.原始零件图1 2.生产纲领：大批大量生产 三、设计工作容（成果形式） 1．零件图1（比例1:1）； 2．机械加工工艺过程卡片1； 3．设计说明书1份。 四、评价标准 评价表 总成绩：（总分 10%） 指导教师：年月日
摘要 本文是对拔叉零件加工应用及加工的工艺性分析，主要包括对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、加工工艺文件的填写。选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程。此外还对拔叉零件的两道工序的加工设计了专用夹具. 机床夹具的种类很多，其中，使用围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准化，并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用夹具，则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。本论文夹具设计的主要容是设计2套夹具。 关键词：加工工艺；加工方法；工艺文件；夹具
设计材料及加工工艺（章节总结）
第一章概论 1.1 设计与材料纵观人类的进化史，与人类的生活和社会发展密不可分的有很多因素，其中材料的的开发、使用和完善就是其中之一。 材料是人类生产各种所需产品和生活中不可缺少的物质基础。可以说我们生活的周围任何物品都离开材料。材料科学的发展，使产品形态产生了根本变化，材料的发展，更是推动了人们生活的进步。 1.2 产品造型设计的物质基础材料在产品造型设计中，是用以构成产品造型，不依赖于人的意识而客观存在的物质，所以材料是工业造型设计的物质基础。 工艺：材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。是人类认识、利用和改造材料并实现产品造型的技术手段。 材料与工艺是设计的物质技术条件，与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素。而产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上。 1.3 材料设计 1.材料设计的内容 产品造型中的材料设计，以“物—人—环境的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废弃处理和环境保护啊看成一个整体，着重研究材料特性与人、社会、环境的协调关系，对材料的工学性，社会性、经济性、历史性、生理性、心理性和环境性等问题进行平衡和把握，积极评价各种材料在设计中的使用和审美价值，是材料的特性和产品的物理功能和犀利功能达到高度的和谐统一，是材料具有开发新产品和新功能的可行性，并从各种材料的质感中获取最完美的结合和表现，给人以自然，丰富、亲切的视觉和触觉的综合感受。产品造型的材料选择中，我们不仅要从材料本身的角度考虑材料的功能特性，还要考虑整个材料设计系统。 材料设计的方式出发点：原材料所具有的特性与产品所需性能之间的比较。 两种主要方式：（从产品的功能用途出发，思考如何选择和研制相应材料（从原料出发，思考 如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创造全新的产品。 材料与产品的匹配关系产品设计包含功能设计、形式设计，在产品设计中都要匹配。 材料性能的三个层次：核心部分是材料的固有性能；中间层次世人的感觉器官能直接感受的材料性能；外层是材料性能中能直接赋予视觉的表面性能。 产品功能设计所要求的是与核心部分的材料固有性能相匹配，而在产品设计中除了材料的形态之外，还必须考虑材料与使用者的触觉、视觉相匹配。 1.4 设计材料的分类 1.按材料的来源分类：①天然材料②技工材料③合成材料④复合材料⑤智能材料或应变材料按材料的物质结构分类：①金属材料②无机材料③有机材料④复合材料 按材料的形态分类：①线状材料②板状材料③块状材料 1.5 材料特性的基本特性 从材料特性包括：①材料的固有特性，即材料的物理化学特性②材料的派生特性，即材料的加工特性材料的感觉特性和经济特性。 特性的综合效应从某种角度讲决定着产品的基本特点。 1.5.1 材料特性的评价 材料特性的评价：①基础评价，即以单一因素评价②综合评价，即以组合因素进行评价。 1.5.2 材料的固有特性材料的固有特性是由材料本身的组成、机构所决定的，是指材料在使用条件下表现出来的性能，他受外界条件的制约。 1.5.3 材料的派生特性材料的派生特性包括材料的加工特性、材料的感觉特性、环境特性和材料的经济性。 第二章材料的工艺特性材料的工艺特性是指：材料适应各种工艺处理要求的能力，材料的工艺性包括材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。他是材料固有特性的综合反映，是决定材料能否进行加工或如何
湘潭医卫职业技术学院 课 程 设 计 班级： 姓名： 指导教师：刘中华 年月日
课程设计 项目说明书 设计题目：******批量生产机械加工工艺设计专业：*********** 班级：******* 学号：******* 设计者：****** 指导教师：刘中华 完成时间：****** 湘潭医卫职业技术学院医电学院
目录 前言 一、零件的分析 (5) 1、零件的作用 (5) 2、零件的工艺分析 (5) 二、工艺分析 (6) 1、确定生产类型 (6) 2、选择毛坯制造形式 (6) 3、选择定位基准 (6) 4、零件表面加工方法选择 (7) 5、制造工艺路线 (8) 6、确定机械加工余量与毛坯尺寸 (8) 7、加工设备与工艺装备的选择 (10) 8、确定切削用量及基本工时 (11) 总结 参考文献 致谢
前言 本次课程设计是进给箱齿轮轴的设计，这是机械制造工程这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。我们在完成课程设计的同时,也培养了我们正确使用技术资料、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下了坚实的基础。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。
设计题目：进给箱齿轮轴零件的机械加工工艺规程 零件的分析 1.零件的作用 题目给定的零件是进给箱齿轮轴，其主要作用是支撑传动零部件，实现回转运动，并传递扭矩和动力，以及承受一定的载荷。齿轮轴零件是将齿轮部分和轴做成一体无需键配合的一种常见机械零件。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。轴Φ26圆柱面处有圆弧形的键槽和圆孔，主要是通过键和其他部件相连。轴的左端部位为齿轮部分，主要传递运动和动力。 2.零件的工艺分析 从零件图上看，该零件是典型的零件，结构简单，属于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽、齿轮等不同形式的几何表面及几何实体组成。其主要加工的表面有以齿轮轴左右端面为中心的Φ60、Φ45、Φ30、Φ29、Φ26、Φ24的外圆柱面，以Φ26的外圆柱面和左右台阶面为中心的加工30×8×4的键槽、Φ8的孔，左右两端的端面，以及齿轮轴左端的齿轮加工。其多数表面的尺寸精度等级在7～11之间，表面粗糙度值为1.6μm～12.5μm，齿轮的精度等级为8。其中位置要求较严格的,主要是保证加工Φ60的外圆柱面与整个齿轮轴的中心轴线的同轴度在Φ0.25范围内,以及保证Φ30的外圆柱面与整个齿轮轴的中心轴线的同轴度在Φ0.02范围内。 通过分析，该零件布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。经过对以上加工表面的分析，对于这几组加工表面而言，我们可先选定粗基准，加工出精基准所在的加工表面，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工，并且保证它们的位置精度。
机械加工工艺流程详解 1.机械加工工艺流程 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。 1.1 机械加工艺规程的作用 (1)是指导生产的重要技术文件 工艺规程是依据工艺学原理和工艺试验，经过生产验证而确定的，是科学技术和生产经验的结晶。所以，它是获得合格产品的技术保证，是指导企业生产活动的重要文件。正因为这样，在生产中必须遵守工艺规程，否则常常会引起产品质量的严重下降，生产率显著降低，甚至造成废品。但是，工艺规程也不是固定不变的，工艺人员应总结工人的革新创造，可以根据生产实际情况，及时地汲取国内外的先进工艺技术，对现行工艺不断地进行改进和完善，但必须要有严格的审批手续。 (2)是生产组织和生产准备工作的依据 生产计划的制订，产品投产前原材料和毛坯的供应、工艺装备的设计、制造与采购、机床负荷的调整、作业计划的编排、劳动力的组织、工时定额的制订以及成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。 (3)是新建和扩建工厂（车间）的技术依据 在新建和扩建工厂（车间）时，生产所需要的机床和其它设备的种类、数量和规格，车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量、辅助部门的安排等都是以工艺规程为基础，根据生产类型来确定。除此以外，先进的工艺规程也起着推广和交流先进经验的作用，典型工艺规程可指导同类产品的生产。 1.2 机械加工工艺规程制订的原则 工艺规程制订的原则是优质、高产和低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。在具体制定时，还应注意下列问题： 1)技术上的先进性在制订工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进适用的工艺和工艺装备。 2)经济上的合理性在一定的生产条件下，可能会出现几种能够保证零件技术要求的工艺方案。此时应通过成本核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品生产成本最低。
目录 序言............................................................ 错误!未定义书签。 1 零件的分析 (1) 零件的作用 (1) 零件的工艺分析 (1) 2 工艺规程设计 (1) 确定毛坯的制造形式 (1) 基面的选择 (2) 制定工艺路线 (2) 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (2) 3 夹具设计 (5) 问题的提出 (5) 夹具设计 (5) 参考文献 (8)
1 零 件 的 分 析 零件的作用 题目所给定的零件是CA6140车床上的法兰盘（见附图1）， 法兰盘起联接作用是车床上的重要零件。 零件的工艺分析 法兰盘是一回转体零件,有一组加工表面,这一组加工表面以Φ20045 .00+为中心 ,包括:两个Φ12.034.0100--mm 的端面, 尺寸为Φ0017.045-mm 的圆柱面,两个Φ90mm 的端面及上面的4个Φ9mm 的透 孔. Φ06.045-mm 的外圆柱面及上面的Φ6mm 的销孔, Φ90mm 端面上距离中心线分别为34mm 和24mm 的两个平面. 这组加工表面是以Φ20045.00+mm 为中心,其余加工面都与它有位置关系,可以先加工它的一个端 面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面. 2 工 艺 规 程 设 计 确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200，由于零件年产量为1000件，已达到中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故采用金属模铸造，法兰盘因毛坯比较简单，采用铸造毛坯时一般是成队铸造，再进行机械加工。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。
型零件的机械加工工艺分析 本章要点 本章介绍典型零件的机械加工工艺规程制订过程及分析，主要内容如下： 1．介绍机械加工工艺规程制订的原则与步骤。 2．以轴类、箱体类、拨动杆零件为例，分析零件机械加工工艺规程制订的全过程。 本章要求：通过典型零件机械加工工艺规程制订的分析，能够掌握机械加工工艺规程制订的原则和方法，能制订给定零件的机械加工工艺规程。 §4.1 机械加工工艺规程的制订原则与步骤§4.1.1机械加工工艺规程的制订原则 机械加工工艺规程的制订原则是优质、高产、低成本，即在保证产品质量前提下，能尽量提高劳动生产率和降低成本。在制订工艺规程时应注意以下问题： 1．技术上的先进性 在制订机械加工工艺规程时，应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验，并保证良好的劳动条件。 2．经济上的合理性 在规定的生产纲领和生产批量下，可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比，一般要求工艺成本最低。充分利用现有生产条件，少花钱、多办事。 3．有良好的劳动条件 在制订工艺方案上要注意采取机械化或自动化的措施，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。 由于工艺规程是直接指导生产和操作的重要技术文件，所以工艺规程还应正确、完整、统一和清晰。所用术语、符号、计量单位、编号都要符合相应标准。必须可靠地保证零件图上技术要求的实现。在制订机械加工工艺规程时，如果发现零件图某一技术要求规定得不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改零件图或不按零件图去做。 §4.1.2 制订机械加工工艺规程的内容和步骤 1．计算零件年生产纲领，确定生产类型。 2．对零件进行工艺分析 在对零件的加工工艺规程进行制订之前，应首先对零件进行工艺分析。其主要内容包括： （1)分析零件的作用及零件图上的技术要求。 (2)分析零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度以及设计基准等； (3)分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性。 3．确定毛坯
设计材料及加工工艺 （章节总结） 第一章概论 设计与材料 纵观人类的进化史，与人类的生活和社会发展密不可分的有很多因素，其中材料的的开发、使用和完善就是其中之一。 材料是人类生产各种所需产品和生活中不可缺少的物质基础。可以说我们生活的周围任何物品都离开材料。 材料科学的发展，使产品形态产生了根本变化，材料的发展，更是推动了人们生活的进步。 产品造型设计的物质基础 材料在产品造型设计中，是用以构成产品造型，不依赖于人的意识而客观存在的物质，所以材料是工业造型设计的物质基础。 工艺：材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。是人类认识、利用和改造材料并实现产品造型的技术手段。 材料与工艺是设计的物质技术条件，与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素。而产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上。 材料设计 1.材料设计的内容 产品造型中的材料设计，以“物—人—环境的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废弃处理和环境保护啊看成一个整体，着重研究材料特性与人、社会、环境的协调关系，对材料的工学性，社会性、经济性、历史性、
生理性、心理性和环境性等问题进行平衡和把握，积极评价各种材料在设计中的使用和审美价值，是材料的特性和产品的物理功能和犀利功能达到高度的和谐统一，是材料具有开发新产品和新功能的可行性，并从各种材料的质感中获取最完美的结合和表现，给人以自然，丰富、亲切的视觉和触觉的综合感受。 产品造型的材料选择中，我们不仅要从材料本身的角度考虑材料的功能特性，还要考虑整个材料设计系统。 材料设计的方式 出发点：原材料所具有的特性与产品所需性能之间的比较。 两种主要方式：(从产品的功能用途出发，思考如何选择和研制相应材料(从原料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创造全新的产品。 材料与产品的匹配关系 产品设计包含功能设计、形式设计，在产品设计中都要匹配。 材料性能的三个层次：核心部分是材料的固有性能；中间层次世人的感觉器官能直接感受的材料性能；外层是材料性能中能直接赋予视觉的表面性能。 产品功能设计所要求的是与核心部分的材料固有性能相匹配，而在产品设计中除了材料的形态之外，还必须考虑材料与使用者的触觉、视觉相匹配。 设计材料的分类 1.按材料的来源分类：①天然材料②技工材料③合成材料④复合材料⑤智能材料或应变材料 按材料的物质结构分类：①金属材料②无机材料③有机材料④复合材料 按材料的形态分类：①线状材料②板状材料③块状材料 材料特性的基本特性
机械制造工艺学课程设计实例 机械制造工艺学 课程设计说明书 设计题目设计“推动架”零件的机械加工工艺规程及工艺装备。 生产纲领为中小批量生产。 设计者：＿＿＿＿＿ 指导老师： XXX XX师范大学 教研室 2009年1月4日
XX师范大学 机械制造工艺学课程设计任务书 题目：设计“推动架”零件的机械加工工艺规程及工艺装备。生产纲领为中小批量生产。 内容：1. 零件图 1张 2. 毛坯图 1张 3. 机械加工工艺过程综合卡片 1套 4. 工艺装备（夹具）主要零件图及画总装图 1套 5. 课程设计说明书 1份 班级：0 5机自国内 学生：＿＿＿＿＿ 指导老师：XXX 教研室主任：XXXX ＿＿＿年＿＿＿月
目录 序言 (4) 一．零件的分析 1零件的作用 (4) 2零件的工艺分析 (4) 二．毛坯制造 1确定毛坯的制造形式 (5) 二．工艺规程设计 1基面的选择 (5) 2制定机械加工工艺路线 (5) 四．机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1.面的加工（所有面） (7) 2.孔的加工 (7) 五．确定切削用量及基本工时 1．工序Ⅰ切削用量及基本时间的确定 (9) 2．工序Ⅱ切削用量及基本时间的确定 (10) 3．工序Ⅲ切削用量及基本时间的确定 (11) 4 ．工序Ⅳ切削用量及基本时间的确定 (12) 5．Ⅴ切削用量及基本时间的确定 (13) 6. 工序Ⅵ的切削用量及基本时间的确定 (14) 7．工序Ⅷ的切削用量及基本时间的确定 (15) 8 .工序Ⅸ的切削用量及基本时间的确定 (16) 9. 工序Ⅹ的切削用量及基本时间的确定 (16) 六．夹具的选择与设计 (16) 1.夹具的选择 (17) 2．夹具的设计 (17) 七．选择加工设备 1．选择机床，根据不同的工序选择机床 (18) 八．选择刀具 1. 选择刀具，根据不同的工序选择刀具 (18) 九．选择量具
《设计材料与工艺》课程教学大纲 一、课程目标与教学任务 在工业产品造型设计中，造型材料与加工技术和设计的关系十分密切。优秀的设计只有通过合适的材料和加工技术得以实现。通过本课程的学习，使学生全面了解常用材料的性能、加工工艺及其应用范围，能从经济、实用、美观等诸因素出发，合理选用各种不同的材料，了解具有良好前景的新材料、新工艺，了解材料表面加工工艺及面饰处理，为正确设计出能给人以物质和精神享受现代化工业产品打基础。 本课程的主要任务是培养学生 （1）了解常用材料的性能及其加工工艺； （2）产品设计中合理选择材料的能力。 （3）了解具有良好前景的新材料、新工艺。 （4）了解材料表面加工工艺及面饰处理工艺。 二、课程内容与基本要求 第一章：概论 主要内容：介绍本课程的学习方法，了解材料与设计关系、掌握材料的发展史以及设计材料的分类。 教学要求：了解设计材料的发展史、设计材料的分类。 重点难点：如何使学生了解学习材料的重要性，调动学习热情。 第二章：设计材料的一般性能 主要内容：了解设计材料的固有特性和设计材料的派生特性。 教学要求：了解性能的概念。 重点难点：性能在设计中的运用。 第三章：设计材料感觉特性的运用 课程英文名 Materials and Technique for Industrial Design 课程编号 B0102510 课程类别 专业课 课程性质 限选 学 分 2 总学时数 32 开课学院 数字媒体与艺术设计 开课教研室 艺术设计 面向专业 工业设计 开课学期 5 完成实现课程与毕业要求对应关系表中的能力要求 系统掌握本专业领域的基础理论知识
一、数控车床的刀具夹具及量具 1.数控车床的刀具 在数控机床加工中，产品质量和劳动生产率在相当大的程度上是受到刀具的制约。虽大多数车刀和铣刀等与普通加工所采用的刀具基本相同，但对一些工艺难度较大的零件，其刀具特别是刀具切削部分的几何参数，尚需作特殊处理，才能满足加工要求。 1.1 数控加工对刀具的要求 1.1.1对刀具性能的要求 （1）强度高为适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能大切深和快走刀，要求刀具必须具有很高的强度；对于刀杆细长的刀具(如深孔车刀)，还应具有较好的抗震性能。 （2）精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具及其刀夹都必须具有较高的精度。如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0．005mm等。 （3）切削速度和进给速度高为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要，刀具应能满足高切削速度或进给速度的要求。如采用聚晶金刚石复合车刀加工玻璃或碳纤维复合材料时，其切削速度高达100m／min以上；日本UHSl0型数控铣床的主轴转速高达100000r／min，进给速度高达15m／min。 （4）可靠性好要保证数控加工中不会因发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性和较强的适应性。 （5）耐用度高刀具在切削过程中的不断磨损，会造成加工尺寸的变化，伴随刀具的磨损，还会因刀刃(或刀尖)变钝，使切削阻力增大，既会使被加工零件的表面精度大大下降，同时还会加剧刀具磨损，形成恶性循环。因此，数控加工中的刀具，不论在粗加工、精加工或特殊加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而保证零件的加工质量，提高生产效率。 耐用度高的刀具，至少应完成l一2个大型零件的加工，能完成l一2个班次以上的加工则更好。 （6）断屑及排屑性能好有效地进行断屑及排屑的性能，对保证数控机床顺利、安全地运行具有非常重要的意义。 以车削加工为例，如果车刀的断屑性能不好，车出的螺旋形切屑就会缠绕在刀头、工件或刀架上，既可能损坏车刀(特别是刀尖)，还可能割伤已加工好的表面，甚至会发生伤人和设备事故。因此，数控车削加工所用的硬质合金刀片上，常常采用三维断屑槽，以增大断屑范围，改善断屑性能。另外，车刀的排屑性能不好，会使切屑在前刀面或断屑槽内堆积，加大切削刃(刀尖)与零件间的摩擦，加快其磨损，降低零件的表面质量，还可能产生积屑瘤，影响车刀的切削性能。因此，应常对车刀采取减小前刀面(或断屑槽)的摩擦系数等措施(如特殊涂层处理及改善刃磨效果等)。对于内孔车刀，需要时还可考虑从刀体或刀杆的里面引入冷却液，并能从刀头附近喷出的冲排结构。 1.1.2对刀具材料要求 这里所讲的刀具材料，主要是指刀具切削部分的材料，较多的指刀片材料。刀具材料必须具备的主要性能：（1）较高的硬度和耐磨性较高的硬度和耐磨性是对切削刀具的一项基本要求。一般情况下，刀具材料的硬度越高，其耐磨性也越好，其常温硬度应在62HRC以上。 （2）较高的耐热性耐热性又称为红硬性，是衡量刀具材料切削性能的主要标志。该性能是指刀具材料在高温工作状态下，仍具有正常切削所必需的硬度、耐磨性、强度和韧性等综合性能。 （3）足够的强度和韧性刀具材料具有足够的强度和韧性，以承受切削过程中很大压力(如重切)、冲击和震动，而不崩刃和折断。 （4）较好的导热性对金属类刀具材料，其导热系数越大，由刀具传出和散发的热量也就越多，使切削温度降低得快，有利于提高刀具的耐用度。 （5）良好的工艺性在刀具的制造过程中，需对刀具材料进行锻造、焊接、粘接、切削、烧结、压力成
课程设计说明书 课程名称：机械制造工艺学 题目名称：输出轴加工工艺及夹具设计 班级：20 级专业班 姓名： 学号： 指导教师： 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 20 年月日
目录 1引言 (2) 1.1 课题设计的目的和意义 (2) 1.2 课题背景知识 (3) 1.2.1 零件的作用 (3) 1.2.2 机械制造工艺相关知识 (3) 2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定 (8) 2.1.1 零件的作用 (8) 2.1.2 零件的工艺分析 (9) 2.1.3 确定零件的生产类型 (10) 2.2 选择毛坯种类，绘制毛坯图 (10) 2.2.1 选择毛坯种类 (10) 2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量 (11) 2.2.3 绘制毛坯图 (12) 2.3 选择加工方法，拟定工艺路线 (12) 2.3.1 定位基准的选择 (12) 2.3.2 零件表面加工方法的选择 (13) 2.3.3 加工阶段的划分 (13) 2.3.4 工序的集中与分散 (14) 2.3.5 工序顺序的安排 (14) 2.3.6 确定工艺路线 (14) 2.3.7 加工设备及工艺装备选择 (15) 2.3.8 工序间余量和工序尺寸的确定 (16) 2.3.9 切削用量及基本时间定额的确定 (19) 3. 专用夹具设计 (35) 3.1 明确设计要求、收集设计资料 (35) 3.2 确定夹具结构方案 (36) 3.2.1 确定定位方式，选择定位元件 (36) 3.2.2 确定导向装置 (36) 3.2.3 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构 (36) 3.2.4 确定夹具总体结构和尺寸 (37) 3.2.5 夹具使用说明 (39) 总结 (39) 参考文献 (40) 致谢...................................................... 错误！未定义书签。英文摘要 (41)
第五节零件机械加工工艺规程的制定 零件机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和方法等的工艺文件。 它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式制成文本，用来指导生产、管理生产的文件。 、机械加工工艺规程的内容及作用 工艺规程的内容，一般有零件的加工工艺路线、各工序基本加工内容、切削用量、工时定额及采用的机床和工艺装备（刀具、夹具、量具、模具）等。 工艺规程的主要作用如下： 1．工艺规程是指导生产的主要技术文件。合理的工艺规程是建立在正确的工艺原理和实践基础上的，是科学技术和实践经验的结晶。因此，它是获得合格产品的技术保证，一切生产和管理人员必须严格遵守。 2．工艺规程是生产组织管理工作、计划工作的依据。原材料的准备、毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织、生产进度计划的安排等工作都是依据工艺规程来进行的。 3．工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料。在新建扩建或改造工厂或车间时，需依据产品的生产类型及工艺规程来确定机床和设备的数量及种类，工人工种、数量及技术等级，车间面积及机床的布置等。 二、制定工艺规程的原则、原始资料 一）制定工艺规程的原则 制定工艺规程的原则是：在保证产品质量的前提下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的费用，可靠加工出符合设计图纸要求的零件。同时，还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能保证技术上先进、经济上合理、并且有良好的劳动条件。 二）制定工艺规程的原始资料 1．产品零件图样及装配图样。零件图样标明了零件的尺寸和形位精度以及其他技术要求，产品的装配图有助于了解零件在产品中的位置、作用，所以，它们是制定工艺规程的基础。 2．产品的生产纲领。 3．产品验收的质量标准。 4．本厂现有生产条件，如机床设备、工艺装备、工人技术水平及毛坯的制 造生产能力等。
材料与工艺 NO.1 1、什么是材料的固有特性？包括那些方面？ 1）、材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决定的，是指材料在使用条件下表现出来的性能，它受外界（即使用条件)的制约。 2）、包括两个方面： a、材料的物理性能：1、材料的密度 2、力学性能（强度、弹性、和塑性、脆性和韧性、刚度、 硬度、耐磨度） 3、热性能（导热性、耐热性、热胀性、耐火性） 4、电性能（导电性、电绝缘性） 5、磁性能 6、光性能 b、材料的化学性能：1、耐腐蚀性 2、抗氧化性 3、耐候性 2、什么是材料的派生性能？包括哪些内容？ 1）、它是由材料的固有特性派生而来的，即材料的加工特性、材料的感觉特性和环境特性。 2）、材料的派生特性包括材料的加工特性、材料的感觉特性、环境特性和环境的经济性。 3、工业造型材料应具备哪些特征？ 产品是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的，一件完美的产品必须是功能、形态和材料三要素的和谐统一，是在综合考虑材料、结构、生产工艺等物质技术条件和满足使用功能的前提下，将现代社会可能提供的新材料，新技术创造性的加以利用，使之满足人类日益增长的物质和精神需求。 4、简述材料设计的内容？ 产品材料中的材料设计，是以包含“物-人-环境”的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废气处理和环境保护看成一个整体，着重研究材料与人、社会、环境的协调关系，对材料的工学性、社会性、历史性、生理性和心理性、环境性等问题进行平衡和把握，积极评价各钟材料在设计中的使用价值和审美价值，使材料特性与产品的物理功能和心理功能达到高度的和谐统一。使材料具有开发新产品和新功能的特性，从各种材料的质感去获取最完美的结合和表现，给人以自然、丰富、亲切的视觉和触觉的综合感受。 5、材料设计方式有几种？各有什么特征？ 1）、产品材料造型设计其出发点在于原材料所具有的特性与产品所需性能之间的充分比较。 其主要方式有两种： 一是从产品的功能、用途出发、思考如何选择或研制相应的材料 二是从原材料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创
课程设计说明书 设计题目： KCSJ-04轴承座零件的工艺规程及工艺装备 班级 设计者 学号 指导教师
机械制造工艺学课程设计任务书 题目：轴承座零件的 工艺规程及工艺装备 生产纲领： 4000件 生产类型：批量生产 内容： 1.产品零件图 1张 2.产品毛坯图 1张 3.夹具图 1张 4.零件装配图 1张 5.机械加工工艺过程卡片 1套 6.机械加工工序卡片 1套 7．课程设计说明书 1份
机械加工工艺规程设计 图1、2 分别为轴承座的零件图。已知零件的材料为HT200，年产量4000件/年。试为该轴承座零件编制工艺规程。 图1-1 轴承座零件图 第一节轴承座的工艺分析及生产类型的确定 一．轴承座的用途 1.保持轴承的位置作为载荷的支撑 2.防止外界物质侵入轴承 3.提供一种将保持轴承良好润滑的结构 二．轴承座的技术要求 全部技术要求列于表1-1中
加工表面尺寸及偏差 /mm 公差/mm及精 度等级 表面粗糙度/ μm 形位误差/mm 底面95 IT8 6.3 孔47 ?47+0.03 IT7 6.3 前后端面40 IT8 6.3 孔22 22 IT8 6.3 孔12 12 IT8 6.3 表1-1 三．审查轴承座的工艺性 分析零件图可知，轴承座前后端面要求切削加工和倒角加工，并在轴向方向上均大于相邻表面。?12mm孔和?22mm孔的端面均为平面可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；?47mm孔和前后俩个端面由车床加工出来；底面和顶面用铣床加工；另外，该零件其余表面精度都较低，不需要加工，通过铸造就可以达到加工要求。由此可见，该零件的工艺性较好。 四．确定拨叉的生产类型 依设计题目知：Q=4000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别为3%和0.5%。代入公式1-1得 N=4000*(1+3%+0.5%)=4140件/年 由查1-3表可知，轴承座属轻型零件；由表1-4知，该轴承座的生产类型为大批生产。