Fundamental of Machinery Manufacturing Technology - APS
1. 机械加工方法
车削Turning、铣削、刨削、钻削和镗削、磨削
齿面加工：传动链：主运动、展成运动、轴向进给传动、差动传动链
主切削运动cutting、工件进给运动feeding
2. 金属切削原理与刀具
2.1 主运动、进给运动
2.2 Cutting parameters
- Cutting speed $v$ $v=\frac{\pi d_w n}{1000\times 60}$
- Feeding rate $f$ $v_f=nf=nzf_z$
- Back cutting depth $a_p$ $a_p=\frac{d_w-d_m}{2}$（待加工、已加工）
2.3 Tool
前面Top、主后刀面principal flank surface、副后刀面auxiliary flank surface、主切削刃principal cutting edge、副切削刃auxiliary cutting edge、刀尖Nose
2.4 参考平面 & 标注角度
切削平面tool cutting edge plane $P_s$ 、基面 reference plane $P_r $、正交平面orthogonal plane $ P_o $，前角rake angle $ \gamma _o $、
后角 flank angle $\alpha_o $、主偏角tool cutting edge angle $\kappa_r$、副偏角tool minor cutting edge angle $\kappa_r’$、刃倾角cutting edge inclination angle $\lambda_s$。
2.5 刀具材料Material
碳素工具钢carbon tool steel
合金工具钢alloy tool steel
- 高速钢high speed steel
- 硬质合金钢hard alloy steel
- 红 K: YG 钨钴WCo
- 黄 M: YW 钨W
- 蓝 P: YT 钨钴钛WCoTi
- 陶瓷、金刚石
2.6 切屑Chip
- 变形区
- 切削类型Type
- 积屑瘤Built-up edge like tumour
- 塑性、切削速度不高、形成连续切屑
- 高速、低速宽刀刃、增大前角、换材料
2.7 切削力Cutting force
克服塑性变形、弹性变形、摩擦力，主切削力main cutting force$ F_c$、进给力feeding force $F_f$、切深抗力 $F_p$。
2.8 寿命Life
磨损abrasion、破损breakage (脆性、塑性) VB(作为刀具磨钝标准)、刀具寿命 (总寿命)
2.9 Choose parameters $V_c$、$f$、$a_p$
3. Metal cutting machine tool
3.1 Composition
动力源Power、执行机构actuating mechanism、控制系统control system、传动系统drive system
3.2 Parameter
Size, kinetic, dynamic尺寸参数、运动参数、动力参数
3.3 车床、磨床、钻床、铣床、加工中心
- 车床Turning lathe
- 磨床grinding machine
- 钻床drilling machine
- 铣床milling maching
加工中心Machining center
4. Fixture
定义：使工件在机床上相对刀具占有正确的位置的辅助装置
4.1 定位location夹紧Clamp
（确定位置）（保持位置不变）
4.2 夹具分类
- general
- adjustable
- combined
- special
4.3 Composition
定位元件location part、夹紧装置clamping part、引导元件guide part、夹具体fixture body
4.4 六点定位原理Six-point positioning principle
total完全定位和不完全定位、过定位over-constrained和under position欠定位
4.5 夹紧装置组成
力源power、中间传力机构force transfer mechanism、夹紧元件clamp part
4.7 典型夹紧机构
friction angle
斜楔夹紧wedge：升角小，夹紧力大，自锁性好，夹紧行程大（双升角、先大后小）$\alpha < \phi_1 +\phi_2$
螺旋加紧
- 偏心夹紧：偏心轮
5. Quality analysis and control
5.1 加工精度Precision
形状精度、位置精度、尺寸精度 shape, position, size
5.2 工艺系统
机床、夹具、刀具、工件
- 因：工艺系统误差 (so call 原始误差)
- 果：加工误差
5.3 原始误差Original error
5.4 机床误差Machine tool error
slide way导轨误差: $a:\Delta R\approx \frac{\sigma_z^2}{2R}$ ，$b: \Delta R=\sigma _y$
加工表面法向为Y，切向为Z，Y为敏感方向
spindle 主轴误差：纯轴向运动 $\Delta x$，纯径向移动 $\Delta r$，纯角度摆动 $\Delta \gamma$
提高精度：高精度轴承、高装配精度、高速主轴部件平衡，轴承
预紧。transmission chain传动链误差：$\Delta \phi_{1n} =K_1\Delta \phi_1$， $K_q=\frac{1}{24}i_{差}i_{分}$$
提高精度：缩短传动链、降速传动、提高传动件制造和装夹精度、
传动误差补偿装置
5.5 工艺系统受力变形对加工精度影响Deformation
Stiffness刚度：$k = \frac{F_y}{y}$
Point受力点位置变化：
若刚度很高
刚度很低
总：$y = y_{系统} + y_{工件}$
切削力变化–误差复映error reflection
$\Delta_{工件} = y_1 − y_2 =\frac{C}{K_{系统}}(a_{p1} − a_{p2})$,
$\Delta_{毛坯} = a_{p1} − a_{p2}$,
$\Delta_{工件}=\frac{C}{K_{系统}}\Delta_{毛坯}$,
所以, 误差复映系数 ($\epsilon<1$ ): $\epsilon_总 = \epsilon_1\epsilon_2\epsilon_3 \dots$
$\epsilon = \frac{\Delta_{工件}}{\Delta_{毛坯}} =\frac{C}{K_{系统}}$
5.6 加工误差综合分析Manufacturing error analysis
System 系统性误差：constant常值系统误差、variable变值系统误差
random随机误差：正态分布gaussian normal
qualified area合格区域：$6\sigma$，公差带 $T \ge 6\sigma$
craft coefficient:
$C_{pk}=C_p-\frac{E}{3\sigma}=\frac{T}{6\sigma}-\frac{E}{3\sigma}$
5.7 Surface quality
- 几何形状特征：表面粗糙度、表面波度
- 物理化学性能变化：冷作硬化、金相组织变化、残余应力
5.8 一些例题
6. 工艺规程设计procedures
6.1 生产类型 Types
单件生产、小批量生产、大批量生产
$$N = Q_n(1 + a)(1 + b)$$
N 产品年产 n 每台零件 a 备品率 b 废品率
6.2 制造系统三流
物质流matter flow、信息流、资金流money flow
6.3 基准
- 精基准：基准重合、统一基准、互为基准、自为基准
- 粗基准：重要表面、自为基准、便于装夹、只用一次
6.4 加工余量working allowance
单边最小余量
$$Z_{bmin} = T_a + R_{ya} + H_a + |\vec{e_a} + \vec{\epsilon_b}|$$双边最小余量（外圆、内孔）
$$2Z_{bmin} = T_a + 2(R_{ya} + H_a + |\vec{e_a} +\vec{\epsilon_b}|)$$
双顶尖外圆$$\Rightarrow T_a + 2(R_{ya} + H_a + |\vec{e_a}|)$$
浮动镗孔/研磨打磨外圆内孔$$\Rightarrow T_a + 2(R_{ya} + H_a)$$
6.5 尺寸链dimension chain
定义：相互联系connected、按一定顺序order、构成封闭形式closed的一组尺寸（相关尺寸）
封闭环closed component、组成环partial（增环increasing component、减环decreasing）
