7第七章机械加工工艺规程设计

第七章机械加工工艺规程设计第一节概述一、机械加工工艺过程及其组成1.机械加工工艺过程机械加工工艺过程是指用机械加工的方法改变生产对象（毛坯）的形状、尺寸和表面质量，使其成为零件的过程。又称工艺路线或工艺流程。2.机械加工工艺过程的组成工艺过程是由一个或若干个依次排列的工序所组成，工序是最基本的组成单元，每一个工序又依次细分为安装、工位、工步和走刀。（1）工序一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点（一台机床或一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程，称为工序。（2）安装工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置并给予固定，这个过程称为装夹；一次装夹所完成的那部分加工过程称为安装。安装是工序的一部分。每一个工序可能有一次安装，也可能有几次安装。（3）工位在工件的一次装夹中，通过分度（或位移）装置，使工件相对于机床经过不同的位置顺次进行加工。此时工件在机床上占据每一个位置所完成的那一部分工序称一个工位。图7-2所示为立轴式回转工作台多工位加工的例子，共四个工位，依次为装卸、钻孔、扩孔、铰孔。（4）工步在被加工的表面、切削用量（指切削速度、背吃刀量和进给量）、切削刀具均保持不变的情况下所完成的那部分工序，称工步。当其中有一个因素变化时，则为另一个工步。当同时对一个零件的几个表面进行加工时，则为复合工步。（5）走刀被加工的某一表面，由于余量较大或其它原因，在切削用量不变的条件下，用同一把刀具对它进行多次加工，每加工一次，称一次走刀。二、机械加工工艺过程定义：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺设备及工艺措施，切削用量及工时定额等内容。（1）机械加工工艺过程卡片简要的说明零件整个工艺过程的一种卡片，包括工序名称和序号、实施车间和工段及各工序时间定额等。如表7-2（2）机械加工工序卡片里面详细说明该工序的工艺过程并附有工序简图，它用于指导工人的操作。如表7-3（3）机械加工工艺卡片也称工艺卡，以工序为单位说明工艺过程，详细规定了每一工序及其工位和工步的工作内容。如表7-1第二节零件结构工艺性与毛坯选择一、零件加工结构工艺性二、毛坯选择1.毛坯选择要考虑的因素（1）毛坯种类的选择铸铁零件用铸造毛坯，钢质零件简单且力学性能要求不高时用型材毛坯，复杂用锻造毛坯。（2）毛坯的结构形状与尺寸毛坯的形状应力求接近零件形状，以减少机械加工劳动量。（3）毛坯制造精度毛坯制造精度高（如精铸、精锻、冷挤压等），材料利用率高，后续机械加工费用低，但相应的设备投入大。毛坯种类和特点如表7-5所示。提问：1、船用发动机箱体、汽车发动机箱体是什么毛坯？2、发动机连杆、发动机传动齿轮是什么毛坯？3、汽车外壳是什么毛坯？2.常见零件的毛坯选择（1）杆轴类零件毛坯的选择杆轴类零件一般都是各种机械中的重要受力和传动零件，要求有较好的力学性能。重载：锻造毛坯；异形：铸造毛坯；轻载直轴：圆钢毛坯加工。（2）盘套类零件毛坯的选择盘套类零件常见有齿轮、飞轮、手轮、法兰、套环、垫圈等。如齿轮有锻造毛坯、铸造毛坯、圆钢毛坯（3）箱体机架类零件毛坯的选择这类零件的结构特点是结构比较复杂，且不均匀形状不规则，其工作条件时以承压为主，要求有较好的刚度和减振性。有铸铁毛坯、铸钢毛坯等第三节工艺路线的确定拟定零件的机械加工工艺路线时制订工艺规程的一项重要工作。拟定工艺路线时主要解决的问题有：加工方法的选择、加工阶段划分、加工顺序安排、确定工序集中和分散程度等。一、表面加工方法选择1.加工经济精度由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件得到的精度不一样。对于某一特定的加工方法，都可以有图7-4的加工成本和加工误差之间的曲线关系。要点：1、加工方法选择时，根据零件主要表面的技术要和工厂具体条件，先选定它的最终工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前道工序的加工方法。如加工IT6级，Ra0.2m的圆柱表面表面，工序过程为：精磨——粗车——半精车——粗磨2、主要表面的加工方案和加工方法选定之后，再选定次要表面的加工方案和加工方法。在选择加工方法同一表面可以有不同的加工方案，但是不同的加工方法（方案）所能获得的加工质量、生产率、费用及生产准备和设备投入各不相同。（1）表7-6—外圆加工常见加工方案（2）表7-7—加工孔常见加工方案（3）表7-8—加工平面常见加工方案二、加工阶段划分当零件的加工质量要求较高时，要经过粗加工、半精加工和精加工三个阶段，甚至还要经过光整加工。（1）粗加工阶段此阶段的主要任务是高效切除各加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，并加工出精基准。粗加工所能达到的精度较低（一般在IT12以下）、表面粗糙度值较大Ra50~12.5m。（2）半精加工阶段此阶段的主要目的是使主要表面消除粗加工后留下的误差，使其达到一定的精度，为精加工做好准备，并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。表面经半精加工后，精度可达IT10~12级，表面粗糙度Ra值为6.3~3.2m。（3）精加工阶段此阶段的任务是保证各主要加工表面达到图纸所规定的质量要求。经过精加工的表面可以达到较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度值（IT7~IT10、Ra1.6~0.4m）。（4）光整加工阶段对于精度要求很高（IT5级以上）、表面粗糙度值要求很小（Ra0.2um以下）的零件，必须要有光整加工阶段。光整加工的典型方法有研磨、超精加工以及镜面磨削等。其主要任务是降低表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度，但多数不能提高位置精度。划分加工阶段的主要目的1）保证零件的加工质量2）有利于合理地使用机床设备和技术工人3）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理三、加工顺序安排零件上的全部加工表面应安排在一个合理的加工顺序中加工，这对保证零件质量，提高生产率，降低加工成本都至关重要。1.机械加工工序安排原则（1）基面先行作为其他表面加工的精基准一般安排在工艺过程一开始就进行加工。如，箱体零件一般是以主要孔为粗基准来加工平面，再以平面为精基准来加工孔系；轴类零件一般是以外圆为粗基准来加工中心孔，再以中心孔为精基准来加工外圆、端面等。（2）先主后次零件的主要工作表面（一般是指加工精度和表面质量要求高的表面）、装配基面应先加工，从而早发现毛坯中可能出现的缺陷。螺孔、键槽、光孔等可穿插进行，但一般应放在主要表面加工到一定精度之后、最终精度加工之前进行。分析轴：（3）先粗后精一个零件的切削加工过程，总是先进行粗加工，再进行半精加工，最后是精加工和光整加工。这有利于加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而逐步提高零件的加工精度与表面质量。（4）先面后孔对于箱体、支架类零件，将零件上轮廓尺寸远比其他表面尺寸大的平面作为定位基准面稳定可靠，故一般先加工这些平面以作精基准，供加工孔和其他表面时使用。2.热处理工序安排热处理的目的在于改变工件材料的性能和消除内应力。（1）预备热处理预备热处理安排在机械加工之前进行，改善工件切削性能。有退火和正火（2）改善力学性能热处理目的：提高材料的强度、强度和耐磨性。有调质、淬火、渗碳淬火和渗氮等。安排在精加工或半精加工之后磨削之前（3）时效热处理人工时效和自然时效安排在——（4）表面处理安排在——3.辅助工序的安排辅助工序包括检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗工序等，也是工艺规程的重要组成部分。检查、检验工序安排——去毛刺工序安排——清洗工序安排——1.工序集中工序集中就是在每个工序中加工内容很多，尽可能在一次安装中加工多个表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。这样，零件工艺过程中工序少，工艺路线短。特点：1）减少工件安装次数，有利于保证位置公差要求较高的工件的加工质量。2）减少工件的装夹、运输等辅助时间，有利于采用高效专用设备和工装，显著提高劳动生产率。3）减少设备数量、操作人员和生产面积，缩短工艺路线和生产周期，并简化管理4）采用复杂、专用设备及工装，投资大、调整和维修费事，生产准备工作量大。2.工序分散工序分散是把加工表面分得很细，每个工序加工内容少，工序多，工艺路线长。1）工序多，每个工序内容少；工艺装备简单，容易调整；对工人技术水平要求不高，能较快地适应产品的变换。2）有利于选择最合理的切削用量，减少机动时间。3）机床结构简单，但数量多，占地面积大，工艺路线长。第四节定位基准的选择在零件加工过程中，不仅要保证加工面自身的精度，而且还要保证零件各表面之间的位置精度。一、基准的概念基准是用来确定生产对象上几何要素见几何关系所依据的那些点、线、面。基准可分为设计基准和工艺基准两大类。1.设计基准设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面称为设计基准。在同一张零件工作图中，可以有一个或多个设计基准。2.工艺基准零件在加工或装配过程中所使用的基准，称为工艺基准（也称制造基准）。有工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。（1）工序基准在工序图上，用来确定本工序所加工后的形状、尺寸和位置的基准。（2）定位基准工件在机床上加工时，在工件上用以确定被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的点、线、面称为定位基准。确定位置的过程称为定位。（3）测量基准测量工件已加工表面的尺寸和位置时所采用的基准。如测量孔深度时，孔端面常作为测量基准。测量基准往往与设计基准和工序基准重合。（4）装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所用的基准。如齿轮以轴肩轴向定位装配时，与轴肩对应的齿轮端面及内孔为装配基准。二、粗基准选择原则粗基准是最初工序中，所选择的未加工的毛坯面作为定位的基准。选择粗基准应遵循以下原则：1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为粗基准。如果工件上有很多不加工表面，则应以其中与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准。确定粗基准加工机床导轨2）如果工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面作为粗基准。如图7-10机床导轨面的加工。3）零件上有较多加工面时，为使各加工表面都得到足够的加工余量，应选择毛坯上加工余量最小的表面作为粗基准。4）选作粗基准的表面，应尽可能平整、光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确、可靠。5）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向通常只允许使用一次，否则会造成较大的定位误差。三、精基准选择原则（1）基准重合原则应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合而引起的定位误差。（2）基准统一原则应尽可能选择同一组精基准加工工件上尽可能多的加工表面，以保证各加工表面之间的相对位置关系。箱体零件采用一面两孔的基准。（3）互为基准原则当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面反复加工的方法。（4）自为基准原则一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身作为精基准。浮动铰刀铰孔、圆拉刀拉孔、珩磨头珩孔、无心磨床磨外圆等都是以加工表面作为精基准的例子例1、连杆小头孔镗削加工精基准例2、在导轨磨床上磨床身导轨面（5）便于装夹原则所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。用作定位的表面除应具有较高的精度和较小的表面粗糙度值外，还应具有较大的面积并尽量靠近加工表面。四、定位基准选择举例粗基准的选择侧重于获得工件表面之间的正确几何关系，保证各加工面具有足够的余量，夹紧可靠，在加工初始阶段采用；精基准的选择主要考虑保证加工面的精度，较小定位夹紧误差，并尽可能时装夹方便。1.传动轴基准选择图7-17所示为减速箱输出传动轴。毛坯为45钢Φ90x400棒料调质处理，要求保留中心孔。2.圆柱齿轮基准选择图7-18所示为一圆柱齿轮，材料HT200，精度等级8-7-7GK，硬度190~217HBW，零件的毛坯为铸件。3.车床拨叉基准选择图7-19所示为一