机械制造工艺学第四章

机械制造工艺学加工余量的确定本章要点定位基准的选择工艺路线拟订工艺尺寸链工艺过程经济分析第四章机械加工工艺规程设计机械加工工艺过程和工艺规程机械加工工艺过程采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。机械加工工艺规程规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。工艺规程的作用连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。§4.1概述工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）§4.1概述1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。机械加工工艺规程设计原则§4.1概述产品的全套装配图及零件图产品的验收质量标准产品的生产纲领及生产类型零件毛坯图及毛坯生产情况本厂（车间）的生产条件各种有关手册、标准等技术资料国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况制定机械加工工艺规程所需原始资料§4.1概述1．阅读装配图和零件图了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。2．工艺审查审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。零件结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。★应予以高度重视。机械加工工艺规程设计步骤§4.1概述a)b)a）b）c）a）孔距箱壁太近：①需加长钻头才能加工②钻头在圆角处容易引偏b）加长箱耳，不需加长钻头即可加工c）结构上允许，将箱耳设计在某一端，不需加长箱耳几种零件的结构工艺性举例a）a）车螺纹时，螺纹根部不易清根，且工人操作紧张，易打刀b）b）留有退刀槽，可使螺纹清根，工人操作相对容易，可避免打刀a）插齿无退刀空间，小齿轮无法加工a）b）b）留出退刀空间，小齿轮可以插齿加工几种零件的结构工艺性举例a）两端轴颈需磨削加工，但砂轮圆角不能清根a）b）留有退刀槽，磨削时可以清根b）a）锥面磨削加工时易碰伤圆柱面，且不能清根a）b）留出砂轮越程空间，可方便地对锥面进行磨削加工b）几种零件的结构工艺性举例a）a）斜面钻孔，钻头易引偏b）b）结构允许，留出平台，可避免钻头偏斜a）孔壁出口处有台阶面，钻孔时钻头易引偏，易折断a）b）b）结构允许，内壁出口处作成平面，钻孔位置容易保证几种零件的结构工艺性举例a）a）加工面高度不同，需两次调整加工，影响加工效率b）b）加工面在同一高度，一次调整可完成两个平面加工a）键槽方向不一致，需两次装夹才能完成加工a）b）b）键槽方向一致，一次装夹即可完成加工几种零件的结构工艺性举例2333尺寸一致：加工尺寸应能采用标准刀具加工。减少刀具规格，避免专门制备工具。a)工艺性差b)工艺性好底座有凸台，加工面积↓、加工量↓、平面不平度误差↓、接触精度↑。0.40.4减少深螺纹孔的加工，使用更为方便减少配合表面的长度a)工艺性差b)工艺性好各类毛坯的特点及适用范围毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件工程塑料件13级以下13级以下11～1510～128～118～117～108～107～99～11大一般大大一般较小较小小很小小很小较小各种材料钢材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸中、小尺寸中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量§4.1概述3．熟悉或确定毛坯确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。4.选择定位基准5.拟定加工路线6.确定满足各工序要求的工艺装备包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。§4.1概述7.确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差8.确定切削用量9.确定时间定额10.编制数控加工程序（对数控加工）11.评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。12.填写或打印工艺文件§4.1概述在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。粗基准用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。精基准附加基准§4.2工艺路线的制订定位基准的选择工艺凸台A向A辅助基准a）b）c）◆保证相互位置要求原则——如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。粗基准选择比较粗基准的选择粗基准的选择床身粗基准选择比较工序1工序1工序2工序2◆余量均匀分配原则——如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。粗基准的选择◆粗基准一般不得重复使用原则粗基准在同一定位方向上只允许在零件加工工序中使用一次，不允许重复使用。(此原则简称：一次使用原则)因为粗基准的精度和粗糙度都很差，如果重复使用，则不能保证工件相对刀具的位置在重复使用粗基准的工序中都一致，因而影响加工精度。◆便于工件装夹原则——要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。◆基准重合原则——选用被加工面设计基准作为精基准精基准的选择主轴箱零件精基准选择◆统一基准原则——当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准；2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准；4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。采用统一基准原则好处：1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。★注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。精基准的选择◆互为基准原则轴径轴径锥孔主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择◆自为基准原则【例】床身导轨面磨削加工导轨磨削基准选择精基准的选择浮动镗刀块1—工件2—镗刀块3—镗杆外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨【例】浮动镗刀块镗孔精基准的选择自为基准示例【例】内表面拉削精基准的选择自为基准示例◆便于装夹原则——所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。40摇杆零件图φ40φ12H7铸造圆角R3其余倒角1×45°60±0.059.5φ20H71.63.23.23.21.618M83.2R12710±0.1ABDC1545【例1】选择如图所示摇杆零件的定位基准。零件材料为HT200，毛坯为铸件，生产批量：5000件。基准选择的训练加工误差与成本关系CΔ0AB经济精度随年代增长和技术进步而不断提高在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度加工经济精度年代加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工§4.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2）零件材料的加工性3）生产批量和生产节拍要求4）企业现有加工设备和加工能力5）经济性选择加工方法应考虑的问题外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表4-7，4-8，4-9（20世纪90年代）。§4.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择典型表面加工路线研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂带磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08抛光Ra0.008~1.25金刚石车IT5～6Ra0.02~1.25滚压IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精车IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精车IT10～11Ra2.5～12.5粗车IT12～13Ra10～80外圆表面的典型加工工艺路线§4.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择孔的典型加工工艺路线珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗镗IT12～13Ra5～20钻IT10～13Ra5～80半精镗IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5扩IT9～13Ra1.25~40精镗IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25铰IT6～9Ra0.32~10金刚镗IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滚压IT6～8Ra0.01~1.25手铰IT5Ra0.08~1.25§4.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择如图所示一轴套零件，试确定孔径Φ108和Φ72.5的最终加工方法？平面典型加工工艺路线抛光Ra0.008¬1.25研磨IT5～6Ra0.008¬0.63精密磨IT5～6Ra0.04¬0.32半精铣IT8～11Ra2.5¬10精铣IT6～8Ra0.63～5高速精铣IT6～7Ra0.16¬1.25导轨磨IT6Ra0.16¬1.25精磨IT6～8Ra0.16¬1.25宽刀精刨IT6Ra0.16¬1.25粗磨IT8～10Ra1.25¬10精刨IT6～8Ra0.63～5半精刨IT8～11Ra2.5～10半精车IT8～11Ra2.5～10粗铣IT11～13Ra5～20粗刨IT11～13Ra5～20砂带磨IT5～6Ra0.01¬0.32金刚石车IT6Ra0.02¬1.25刮研Ra0.04¬1.25精车IT6～8Ra1.25～5粗车IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.5粗拉IT10～11Ra5～20§4.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择§4.2工艺路线的制订超精加工方法§4.2工艺路线的制订超精加工方法§4.2工艺路线的制订超精加工方法先基准后其他——先加工基准面，再加工其他表面先面后孔——有两层含义：1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生先主后次——也有两层含义：1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工先粗后精机械加工工序的安排§4.2工艺路线的制订为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加