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1、齿轮轴加工工艺编制及夹具设计第一章 绪论1.1现代制造工艺的发展现状与趋势 作为国家综合竞争力的重要体现，机械制造业受到越来越多的关注，特别是近年来机械制造工艺有了突破性进展，使其进一步的推动着我国经济的发展，技术进步主要包括以下三个方面： 1.常规工艺的不断：经济发展新态势下，机械制造业面临着提高效率、增加精密度、加强强韧化和降低成本、减少污染等要求，故而常规工艺的进步与改进则在机械制造中逐步实现。另一方面，常规加工过程中对激光技术的应用也日趋广泛，包括快速切割成型、激光热处理技术等，推动着制造企业的不断发展。 2. 新兴加工方法日益增多：机械加工的高精度与高速率是现代化机械加工的重要追求目
2、标，电加工、高能束流加工、微细加工、纳米加工、绿色加工等加工技术不断出现并投入使用，进一步推动着产品的更显换代，保证了高质量。 3.制造工艺的自动化提升：随着电子技术的发展，工艺和设备与计算机的结合的范围不断扩大、程度不断加深，区别于传统的制造工艺大量依赖于人工，现代化的制造工艺则更符合当前高效率的生产模式，自动化的管理、计算机辅助工艺设计、生产各环节的自动检测等都体现着制造过程的日趋柔性化、智能化。机械制造工艺是产品的循环系统，是国民经济发展的基础和技术进步的重要着力点。产业转型升级新形势下，拓宽开发工艺适用范围、最大限度的减少原材料消耗、提高产品加工制造的精确性和自动化，降低对劳动力的高强
3、度依赖是制造工艺未来的发展方向。当然，制造工艺与其组织形式的发展与机器结构的组织方式和发展有着十分密切的联系，机器制造与计算机的结合会在很大程度上推动制造工艺的智能化，并进一步推动劳动力生产压力的减小，同时机器制造技术的进步也将为工艺制造环节的减少做出贡献，并且从各个环节减少对能源的使用量。制造工艺的发展考虑的范围包括生产制造环节的管理、信息的收集与应用和生产制造的技术水平等，以及在此基础上工厂的全方位自动化，从而使得产品的各个生产加工环节流畅的连接，此时，工厂所形成的全一体的智能化的生产系统将大大降低对劳动力的依赖，故而对工人的培训将更加深入，成本也将减少。由此，高熟练的工人与机械制造的智能
4、化与高度集成的生产系统将为企业赢得更多的经济效益与更广阔的市场。 毛坯生产作为机械制造生产的重要内容，其发展趋势同样是高精准度、高效率的实现。具体来讲就是在考虑合理经济的基础上，尽可能地缩小毛坯与成品零件之间的差距，即使得毛皮与成品零件形状尺寸的相似度提高，这样就可以降低金属的不必要消耗，并减少对毛坯的加工工序，提高生产效率，同时在物流运输过程中也可以降低毛坯和铁屑的运输成本。最重要的一点是增加在毛坯生产工艺上的创新应用来实现资源的节约，加强毛坯生产与计算机技术的使用结合，从而提高毛坯的精准度。这将使其加工工艺得到必要的完善。 关于金属切削加工，加工方法很多包括车削加工（外圆车削、圆锥面车削）
5、、铣削加工、钻削加工、镗削加工（镗同轴孔系加工方法、镗平行孔系加工方法、镗垂直孔系加工方法）等，其加工工艺的进步则体现在这些方法应用的范围不断扩大，水平不断改进中，其总的发展方向是在加工过程中加强传统加工方法对电子技术的结合，提高自动化水平。当然， 金属切削机床工艺生产率的提高很大程度上也取决于刀具及其材料的合理选择和使用，有较强可行性的道具选择，如高速钢和烧结合钨硬质合金等，其价格与耐用的优势将为金属切削机床工艺提供强有力的支持。 另一方面，钢件的精加工则可多选用碳化钛、碳氮化钛为基的硬质合金刀片，如采用BN-S30牌号CBN数控硬质合金刀片等，其对锋刃处理十分注重表面的光洁度，同时也将刀片
6、切出时加工工件边缘和止口部位和撕裂问题做了很好的解决。细颗粒硬质合金的使用将大大减少高速钢所带来的生产指标率较低的状况。另一方面，基于化学气相沉积的方法的陶瓷涂层工艺也逐渐获得了广泛的应用，大大加快了切割的速度，提高了钢材切割的表面光洁度，降低了生产加工的成本。钢件和铸铁的加工问题主要集中在硬质点、夹砂以及气孔的存在，这些问题会在加工过程中会加快刀片的磨损与破损，当然，在加工时中途换刀片也会延迟甚是打乱生产流程的节拍，使之成为生产的瓶颈环节，针对此问题，工厂在钢材加工过程中使用的硬质合金刀片上使用了多晶立方氮化硼，使得提高切割速度时（切削速度可达 130m/min），多晶金刚石的使用也增强了刀
7、片的韧性和抗磨损能力。关于陶瓷结合剂的立方氮化硼、多孔和数控机床用的砂轮有着独特的优势使用寿命长，磨削性能良好。而现代的磨削加工工艺中所使用刚玉砂轮和人造单晶刚石等的有效的结合使用，则能够大大的提高新型陶瓷结合剂的使用频率和使用效率，拓宽使用范围。当然，随着加工工艺的不断充实，非金属的加工方法也获得了人们的较高的认可度与支持度，其方法主要包括有复合加工以及微塑形变形尺寸加工、电物理和电化学加工等等，这些非传统的加工方法很大程度上起到了弥补传统加工方法难以适用的缺点，从而进一步提高了制造加工环节的经济性和可行性。 因此，切削加工的传统方法与非传统方法的相互结合、优势互补有着明显的成效，使得其在机
8、床加工的过程中，大大提高了有效性与可信性。与此同时，这也成为其作为机床加工过程中优先选择的加工方法之一。同时，在某些领域，电加工法、腐蚀法、冷热挤压法等会在一定范围内取代切削加工，且激光加工也将由于其资源节约优势、便捷高效优势而获取更广泛的使用市场，对通孔钻削方法取而代之。 总的来说，机械制造工艺在近一二十年所取得的进步是巨大的，比如工艺规程中对人工智能选择地利用技术越来越纯熟。非传统加工又称特种加工，因为其特殊的复杂性，所涉及的理论与实践包括方方面面，如热力学、电磁学、化学等近年来，机械制造工艺的进步是有目共睹的。比如，零件加工的智能化等。因为特种加工的微观物理过程十分的复杂，要将电、热、光
9、、升、化学等多种能量有机的结合起来、并加以合理的利用，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域，其主要方法有化学加工、电化学加工、高能束加工等，相关学者对其理论与技术进行了不同程度和不同角度的理论研究，但是在其实际应用方面仍存在一定欠缺。故而目前的特种加工工艺在使用过程中往往只能依据经验与一定的加工规律来进行选择和使用，并未能形成规范和系统。以电火花所形成的沉入式加工为例，虽有学者对相关的CAD、CAPP 和 CAM有着十分丰富的研究，但是工艺数据方面仍有欠缺，使得商品化的CAD/CAM 系统尚不成熟。1.2机床夹具的发展现状夹具在证机械加工过程中的加工精度与加工效率方面起着重要作用
10、，随着现代制造加工业对精确度的越来越高的追求，夹具在高精度、多工序、小批量的生产加工过程中的作用日益突出，并不单单是一项辅助器具，而是较为成熟和完整的加工工艺系统。 在企业转型升级新时期的背景下，市场对于工件品种的需求日益迫切，更新换代更为频繁，市场竞争不断加剧，这就对生产企业提出了更高的要求。但是大部分的中、小型制造加工企业仍然在采用大量的传统的专用夹具，即便其磨损率只在15%左右，但更新频率仍然较快，大致在3年或5年就要对专用夹具进行50%以上的替换和更新，这就使得企业的工具成本居高不下，利润空间大大减小。值得一提的是，在目前企业对数控机床和柔性制造系统（FMS）等新工艺新技术的运用增多，
11、对夹具的改进刻不容缓。机床夹具改进方向具体体现在以下6个方面： 1.能够在提高夹具使用效率、减少生产加工的周期的基础上，提高通用性、商业性与柔性，降低器具投资成本； 2.进一步提高夹具适应加工不同规格零部件的精密加工的性能，提高规范化； 3.能够更好的满足现代化机床加工高效率、多样化的需求，适应市场化运作； 4.能够较好的与电子技术相结合，提高自动化机械加工的适应程度； 5.配备有较为完善的自动清屑装置，保证切削工作的流畅进行，提高生产加工效率； 6.实现气动、电动以及液压站等的动力源之间的高效更换，从而降低加工程序对劳动力的依赖程度。1.3 现代机床夹具的发展趋势标准化、集约化以及高精度一直
12、是生产制造加工企业追求的目标，加床技术同样如此，其对夹具的使用就是为了更好的实现产品生产加工的经济化和高效化，当然这些可以通过增强夹具的柔性化、电子技术的在夹具使用过程中的使用比例、完善生产流程中对夹具的有效控制和管理等多个途径来实现。1.加工精度的高精化。市场的激烈竞争不仅只对产品的种类做出了多样化的要求，更为产品的质量，尤其是精准度提出了挑战。当然生产加工的精准度也会对生产制造加工企业自身的发展起到反作用的推动力，严密的设计会大大增强夹具使用的柔性化与实用化，从而降低企业的生产成本。一般夹具定位孔距的精度要求为5m之内，夹具的平行度为0.01mm/500mm，支承面垂度为0.01mm/30
13、0mm。当然一些代行企业的夹具使用已经逐步趋向现代化，例如德国戴美乐公司精密平口钳的平行度以及垂直度为5m，瑞士Erowa对于柔性夹具定位的精密度为25um，随着科学技术的不断发展，该数值会继续下降。2.生产效率的高效化。经济发展新态势下，企业与企业之间的竞争日益复杂激烈，能否保持一个高效的生产加工流程是企业拓宽利润获取空间的重要保证。同时，对劳动力的高效利用也将大大减少企业的人力资源成本费用，从而更好地推动利润的提升。在技术层面，提高机床的生产效率的途径也多种多样，包括气动以及液压等技术的使用，从创新上位为企业效率增添动力。3.元件标准化来实现夹具组合化。元件是否具有统一的标准，能否形成一个个模块是几床夹具能够在各个加工环节进行通用的重要条件，机床配套设备也要能偶有自己的一系列标准，来保证其精确化以及形成一个个模块使夹具能够做到通用，这样就可以减少夹具的组装时间以及对夹具购买的投资成本，既有效率又很经济，使得产品能够是实现商品化的生产。另外，通过CAD技术，可以对夹具进行档案化规整，从而从整体上对夹具进行优化，从而为用户提供更好的更合理的配置，也可以增加相应的经验，还能够了解市场需求，从多方面为夹具设计提供参考，实现夹具的模块化与组合化。6