工艺规程设计

117第4章工艺规程设计4.1机械加工工艺规程设计设计机械加工工艺规程是一项技术性很强的综合性工作，其涉及面很广。下面仅讨论几个主要问题——零件图的审查、毛坯的确定、定位基准的选择和工艺路线的拟订等。4.1.1零件图的审查在制订零件的机械加工工艺规程之前，对零件进行工艺性分析，以及对产品零件图提出修改意见，是制订工艺规程的一项重要工作。1．分析零件图首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。(1)检查零件图的完整性和正确性在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。(2)零件的技术要求分析零件的技术要求包括下列几个方面：加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。特别要分析主要表面的技术要求，因为主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。(3)零件的材料分析即分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据。所选的零件材料应经济合理，切削性能好，满足使用性能的要求。(4)合理的标注尺寸①零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。如图4-1中活塞环槽的尺寸为重要尺寸，其宽度应直接注出。②零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸。如图4-2中轮毂键槽的深度，只有尺寸c的标注才便于用卡尺或样板测量。③零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。如图4-3所示，已标注了孔距尺寸a±δa和角度α±δα，则x、y轴的坐标尺寸就不能随便标注。有时为了方便加工，可按尺寸链计算出来，并标注在圆括号内，作为加工时的参考尺寸。④零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。如图4-4的齿轮轴，118图(a)的表示方法大部分尺寸要经换算，且不能直接测量。而图(b)的标注方式，与加工顺序一致，又便于加工测量。图4-1直接标注重要尺寸图4-2键槽深度的标注图4-3孔中心距的标注（a）（b）图4-4按加工顺序标注自由尺寸（a）错误（b）正确⑤零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。如图4-5中所示，图(a)中的注法不合理，只能保证一个尺寸符合图样要求，其余尺寸可能会超差。而图(b)中标注尺寸A在加工面Ⅳ时予以保证，其它非加工面的位置直接标注，在铸造时保证。(a)(b)2．零件的结构工艺性分析图4-5非加工面与加工面之间的尺寸标注零件的结构工艺性是指在满足使(a)错误(b)正确用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。主要考虑如下119几方面。(1)有利于达到所要求的加工质量①合理确定零件的加工精度与表面质量加工精度若定得过高会增加工序，增加制造成本，过低会影响机器的使用性能，故必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理地确定，尽可能使零件加工方便制造成本低。②保证位置精度的可能性为保证零件的位置精度，最好使零件能在一次安装中加工出所有相关表面，这样就能依靠机床本身的精度来达到所要求的位置精度。如图4-6(a)所示的结构，不能保证φ80㎜与内孔φ60㎜的同轴度。如改成图(b)所示的结构，就能在一次安装中加工出外圆与内孔，保证二者的同轴度。(2)有利于减少加工劳动量①尽量减少不必要的加工面积(a)(b)减少加工面积不仅可减少机械加工的劳动量，图4-6有利于保证位置精度的工艺结构而且还可以减少刀具的损耗，提高装配质量。图(a)错误(b)正确4-7(b)中的轴承座减少了底面的加工面积，降低了修配的工作量，保证配合面的接触。图4-8(b)中减少了精加工的面积，又避免了深孔加工。(a)(b)(a)(b)图4-7减少轴承座底面加工面积图4-8避免深孔加工的方法(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确②尽量避免或简化内表面的加工因为外表面的加工要比内表面加工方便经济，又便于测量。因此，在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工。如图4-9所示箱体，将图(a)的结构改成图(b)所示的结构，这样不仅加工方便而且还有利于装配。再如图4-10所示，将图(a)中件2上的内沟槽a加工，改成图(b)中件1的外沟槽加工，这样加工与测量就都很方便。(3)有利于提高劳动生产率①零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。如图4-11(b)中改为退刀槽尺寸一致，则减少了刀具的种类，节省了换刀时间。如图4-12(b)采用凸台高度等高，则减少了加工过程中刀具的调整。如图4-13(b)的结构，能采用标准钻头钻孔，从而方便了加工。②减少零件的安装次数零件的加工表面应尽量分布在同一方向，或互相平行或互相垂直的表面上；次要表面应尽可能与主要表面分布在同一方向上，以便在加工主要表面时，120(a)(b)(a)(b)图4-9将内表面转化为外表面加工图4-10将内沟槽转化为外沟槽加工(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确(a)(a)(a)(b)(b)(b)图4-11退刀槽尺寸一致图4-12凸台高度相等图4-13便于采用标准钻头(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确同时将次要表面也加工出来；孔端的加工表面应为圆形凸台或沉孔，以便在加工孔时同时将凸台或沉孔全锪出来。如：图4-14(b)中的钻孔方向应一致；图4-15(b)中键槽的方位应一致。(a)(b)(a)(b)图4-14钻孔方向一致图4-15键槽方位一致(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确③零件的结构应便于加工如图4-16(b)、4-17(b)所示，设有退刀槽、越程槽，减少了刀具(砂轮)的磨损。图4-18(b)的结构，便于引进刀具，从而保证了加工的可能性。④避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削如图4-19(b)所示，避免了因钻头两边切削力不等使钻孔轴线倾斜或折断钻头。121(a)(b)(a)(b)图4-16应留有越程槽图4-17应留有退刀槽(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确(a)(b)(a)(b)4-18钻头应能接近加工表面图4-19避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确⑤便于多刀或多件加工如图4-20(b)所示，为适应多刀加工，阶梯轴各段长度应相似或成整数倍；直径尺寸应沿同一方向递增或递减，以便调整刀具。零件设计的结构要便于多件加工，如图4-21所示，图(b)结构可将毛坯排列成行便于多件连续加工。(a)(b)图4-20便于多刀加工(a)错误(b)正确(a)(b)图4-21便于多件连续加工(a)错误(b)正确1224.1.2毛坯的确定在制订机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时都有很大的影响。显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效益。1．毛坯的种类(1)铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。较常用的是砂型铸造，当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工造型法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，采用金属型机器造型法。铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。(2)锻件锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。(3)型材型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。(4)焊接件焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件，它简单方便，生产周期短，但需经时效处理后才能进行机械加工。(5)冷冲压件冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。2．毛坯选择时应考虑的因素(1)零件的材料及机械性能要求零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。例如铸铁零件用铸造毛坯；钢质零件当形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料，对于重要的钢质零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件，当形状复杂力学性能要求不高时用铸钢件；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。(2)零件的结构形状与外形尺寸大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；结构复杂的毛坯多用铸造；小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯；板状钢质零件多用锻件毛坯；轴类零件的毛坯，若台阶直径相差不大，可用棒料；若各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件。(3)生产纲领的大小大批大量生产中，应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法。铸件采用金属模机器造123型和精密铸造，锻件用模锻或精密锻造。在单件小批生产中用木模手工造型或自由锻来制造毛坯。(4)现有生产条件确定毛坯时，必须结合具体的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等，否则就不现实。(5)充分利用新工艺、新材料为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用，这样，可大大减少机械加工量，甚至不需要进行加工，经济效益非常显著。4.1.3定位基准的选择在制订工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择精基准，再选择粗基准。1．精基准的选择原则选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。其选择原则如下：(1)基准重合原则即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。图4-22所示的零件，设计尺寸为a和c，设顶面B和底面A已加工好(即尺寸a已经保证)，现在用调整法铣削一批零件的C面。为保证设计尺寸c，以A面定位，则定位基准A与设计基准B不重合，见图(b)。由于铣刀是相对于夹具定位面(或机床工作台面)调整的，对于一批零件来说，刀具调整好后位置不再变动。加工后尺寸c的大小除受本工序加工误差(△j)的影响外，还与上道工序的加工误差(Ta)有关。这一误差是由于所选的定位基准与设计基准不重合而产生的，这种定位误差称为基准不重合误差。它的大小等于设计(工序)基准与定位基准之间的联系尺寸a(定位尺寸)的公差Ta。从图(c)中可看出，欲加工尺寸c的误差包括△j和Ta，为了保证尺寸c的精度，应使：△j＋Ta≤Tc显然，采用基准不重合的定位方案，必须控制该工序的加工误差和基准不重合误差的总和不超过尺寸c公差Tc。这样既缩小了本道工序的加工允差，又对前面工序提出了较高的要求，使加工成本提高，当然是应当避免的。所以，在选择定位基准时，应当尽量使定位基准与设计基准相重合。如图4-23所示，以B面定位加工C面，使得基准重合，此时尺寸a的误差对加工尺寸c无影响，本工序的加工误差只需满足：△j≤Tc即可。124(a)(b)(c)图4-22基准不重合误差示例图4-23基准重合安装示意图(a)工序简图(b)加工示意图(c)加工误差显然，这种基准重合的情况能使本工序允许出现的误差加大，使加工更容易达到精度要求，经济性更好。但是，