第20章 机械加工工艺规程的制订

《金属工艺学》第20章机械加工工艺规程的制订1．熟悉生产过程的基本概念；2．了解工艺规程及其制订原则、原始资料、制订步骤；3．理解制订工艺规程时要解决的主要问题。教学目标:20.1生产过程的基本概念一、生产纲领与生产类型1．生产纲领零件的生产纲领就是指包括备品和废品在内的年产量2．生产类型⑴单件生产⑵大量生产⑶批量生产二、生产过程和加工工艺过程1．生产过程将原材料转变为成品的全过程，称为生产过程。它包括原材料的运输和保管；生产的准备工作；毛坯的制造；零件的机械加工；零件的热处理；部件和产品的装配；检验、油漆和包装等。2．加工工艺过程加工工艺过程是指生产过程中由零部件毛坯准备开始到零部件的成品为止的过程。它包括毛坯制造工艺过程、热处理过程、机械加工工艺过程、装配工艺过程等。三、工艺过程的组成1．工序一个（或一组）工人，在一个工作地点（或一台机床上），对一个（或一组）零件连续加工所完成的那部分工艺过程，称为工序。2．工步在一个工序中，当加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程称为工步。3．走刀在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，就可分为几次切削，刀具每次工件表层去一层金属为一次走刀。4．安装使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。工件定位后将固定不动的过程称为夹紧。将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程称为安装。5．工位工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为工位。四、获得加工精度的方法1．获得尺寸精度的方法⑴试切法通过试切一小段一测量一调刀一再试切，反复进行，达到规定尺寸的加工方法称为试切法。试切法的生产率低，加工精度取决于工人的技术水平，故常用于单件小批生产。⑵调整法先调整好刀具的位置，然后以不变的刀具位置加工一批零件的方法称为调整法，也称为定距加工。调整法加工生产率较高，精度较稳定，常用于批量和大量生产。⑶定尺寸刀具法通过刀具的尺寸来保证加工表面的尺寸精度，这种方法叫定尺寸刀具法。如钻孔、铰孔、拉孔均属于定尺寸刀具法，这种方法生产率较高，操作简便，加工精度也较稳定。⑷自动控制法通过自动测量和数字控制装置，在达到尺寸精度时自动停止加工的一种加工尺寸控制方法。2．获得形状精度的方法⑴刀尖轨迹法通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法称为刀尖轨迹法。所以获得的形状精度取决于刀具和工件间相对成型运动的精度。车削、铣削、刨削等均属于刀尖轨迹法。⑵成型法利用成型刀具对工件加工获得形状精度的方法称为成型法。成型刀具替代一个成形运动。所获得的形状精度取决于成型刀具的形状精度和它的成形运动的精度。⑶展成法利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面，从而获得形状精度的方法称为展成法（或瞬心包络法）。如滚齿、插齿就属于展成法。3．获得位置精度的方法（工件安装的定位方法）⑴直接找正定位法用划针或百分表直接在机床上找正工件位置的方法称直接找正定位法。其定位精度一般在0.01~0.5mm之间，所以一般只用于单件小批生产。⑵划线找正定位法先按图样在毛坯上划好线，再根据所划线为基准找正它在机床上的位置的方法。这种方法定位精度低、生产率低，需要技术高的划线工，一般用于批量不大、形状复杂而笨重的工件或低精度毛坯的加工。⑶夹具定位法工件在夹具中定位，不需要找正，其定位精度高而且稳定，装卸方便省时。当以精基准定位时，定位精度一般可达0.01mm。20.2工艺规程及其制订的原则一、工艺规程把工艺过程的各项内容用表格（或以文件）的形式确定下来，并用于指导和组织生产的工艺文件叫工艺规程。1．机械加工工艺过程卡过程卡主要列出零件加工所经过的步骤（包括毛坯制造、机械加工、热处理等），各工序的说明不具体。一般不用于直接指导工人操作，而多作为生产管理方面使用。2．机械加工工艺卡工艺卡是以工序为单位，详细说明零件工艺过程的工艺文件，它用来指导工人操作和帮助管理人员及技术人员掌握零件加工全过程，广泛用于批量生产的零件和小批生产的重要零件。3．机械加工工序卡工序卡是用来具体指导生产的一种详细的工艺文件。它根据工艺卡以工序为单元制订，包括加工工序图和详细的工步内容，多用于大批、大量生产。二、工艺规程的作用工艺规程是指导工人操作和用于生产、工艺管理工作及保证产品质量可靠性的主要技术文件，又是新产品投产前进行生产准备和技术准备的依据和新建、扩建车间或工厂的原始资料。三、制订工艺规程的原则制订工艺规程的基本原则是：所制订的工艺规程，能在一定的生产条件下，以最快的速度、最少的劳动量和最低的费用，可靠地加工出符合要求的零件。四、制订工艺规程的原始资料⑴产品图样和产品验收的质量标准。⑵产品的生产纲领（年产量）。⑶毛坯图或毛坯供应资料。⑷本厂的生产条件包括生产车间面积，加工设备的种类、规格、型号，现场起重能力，工装制造能力，工人的操作技术水平和操作习惯特点，质量控制和检测手段等。⑸国内外同类产品工艺技术的参考资料。五、制订工艺规程的步骤⑴熟悉和分析制订工艺规程的主要依据和生产条件，确定零件的生产纲领和生产类型，进行零件的结构工艺性分析。⑵确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法。⑶拟定工艺路线。这是制订工艺规程的关键。⑷确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差。⑸确定各主要工序的技术要求及检验方法。⑹确定各工序的切削用量和时间定额。⑺进行技术经济分析，选择最佳方案。⑻填写工艺文件。20.3制订工艺规程时要解决的主要问题制订工艺规程时要解决的几个主要问题：如零件的工艺分析、毛坯的选择、定位基准的选择、工艺路线的拟订、加工余量的确定、工序尺寸及其公差的确定等。二、零件的工艺分析1．检查产品图样的完整性和正确性应检查产品图样是否完整、正确，表达是否清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差和技术要求是否齐全以及合理等。2．审查零件的结构工艺性良好的结构工艺性是指满足使用性能的前提下，能以较高的生产率和最低的成本而方便地加工出来。3．零件的技术要求分析零件的技术要求包括下列几个方面：（1）加工表面的尺寸精度。（2）主要加工表面的形状精度。（3）主要加工表面之间的相互位置精度。（4）加工表面的表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求。（5）热处理要求。（6）其他要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）。二、毛坯的选择选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。1．零件的材料及其力学性能当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定。2．零件的形状和尺寸形状复杂的毛坯，常用铸造方法。一般用途的钢质阶梯轴零件，可用棒料、锻件。3．生产类型大量生产应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。4．生产条件确定毛坯必须结合现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。5．充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性三、基准的选择1．基准的概念及分类基准——是确定零件上的某些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面。它可以分为设计基准和工艺基准两大类。⑴设计基准——是在图样上用以确定其他点、线、面位置的基准。它是标注设计尺寸的起点。⑵工艺基准在零件加工、测量和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。①定位基准在加工时，用以确定零件在机床上或夹具中的正确位置所采用的基准，称为定位基准。②工序基准在工艺文件上用以标定被加工表面位置的基准，称为工序基准。③测量基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准，称为测量基准。④装配基准装配时用以确定零件在机器中位置的基准，称为装配基准。2．定位基准的选择⑴精基准的选择的原则①基准重合的原则：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。②基准统一原则：精基准应选择同一个（或一组）定位基准来加工尽可能多的表面，以便保证各加工面的相互位置精度，避免产生基准变换所产生的误差，并简化夹具设计制造工作。③互为基准原则：有些零件采用互为基准反复加工的原则。④自为基准原则：对于零件上的重要表面的精加工，必须选加工表面本身作为基准。⑵粗基准的选择原则①选择与加工表面间有较高位置精度要求的毛面为粗基准，并尽可能在一次安装中加工较多的表面。②选择工件上余量较少的表面为粗基准，这样可保证该表面在加工时有足够的余量。③以工件上某些要求余量均匀的重要表面为粗基准。④作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，以使工件定位准确、夹紧可靠。⑤粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。因为毛坯面粗糙且精度低，重复使用将产生较大的误差。四、工艺路线的拟订工艺路线的主要任务是选择各个表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序及整个工艺过程的工序数目和各工序内容。1．表面加工方法的选择选择表面加工方法时，一般先根据表面的精度和表面粗糙度要求选定最终加工方法，然后再由后向前定精加工前各工序的加工方法，即确定加工方案。2．加工阶段的划分零件机械加工时，先加工哪些表面，后加工哪些表面；热处理工序和检验工序应安排何处，均需统筹合理安排。工艺过程的加工阶段一般可分为如下四个阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段。3．工序的集中与分散⑴工序集中工序集中是把零件上较多的加工内容集中在一道工序中进行，整个工艺过程由数量较少的工序组成。。⑵工序分散工序分散是将零件各个表面加工分得很细，在每道工序中加工内容很少，最大限度的工序分散是每一工序只有简单的一个工步，而整个工艺过程工序数量多。⑶确定工序集中与分散的程度单件小批生产——采用工序集中大批、大量生产——采用分散的原则对于重型零件——适当集中对于刚性差且精度高的精密工件——适当分散。4．加工顺序的安排⑴切削加工顺序的安排原则①先粗后精先进行粗加工，然后半精加工，最后是精加工和光整加工，应将粗、精加工分开进行。②先主后次先安排主要表面的加工，后进行次要表面的加工。因为主要表面加工容易出废品，应放在前阶段进行，以减少工时浪费。次要表面的加工一般安排在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。③先面后孔先加工平面，后加工内孔。因为平面一般面积较大，轮廓平整，先加工好平面，便于加工孔时定位安装，利于保证孔与平面的位置精度，同时也给孔加工带来方便。④基准先行用作精基准的表面，要首先加工。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工（有时包括精加工），然后再以精基准定位加工其他表面。⑵热处理工序的安排①正火、退火：目的是消除内应力、改善加工性能及为最终热处理作准备。一般安排在粗加工之前。②时效处理：以消除内应力、减少工件变形为目的。一般安排在粗加工之前后，对于精密零件，要进行多次时效处理。③调质：零件淬火后再高温回火。能消除内应力、改善加工性能并能获得较好的综合力学性能，对一些性能要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。一般安排在粗加工之后。④最终热处理常用的有：淬火、渗碳淬火、渗氮等。它们的主要目的是提高零件的硬度和耐磨性。常安排在精加工（磨削）之前进行，其中渗氮由于热处理温度较低，零件变形很小，也可以安排在精加工之后。⑶辅助工序的安排检验工序是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工之前；零件转换车间时及重要工序之后和全部加工完毕进库之前，一般都要安排检验工序。除检验外，其他辅助工序有：特种检验、表面强化和去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁、平衡等均不要遗漏，要同等重视。五、设备与工艺装备的选择1．设备的选择采用机械集中时，则选用高效自动加工的设备，多刀、多轴机床；若采用组织上集中，则选用通用设备；若采用工序分散，则加工设备可较简单，选择专用设备。此外，选择设备时，还应考虑以下几个方面：⑴机床精度与工件精度相适应⑵机床规格与工件的外形尺寸相适应⑶与现有加工条件相适应2．工艺装备的选择⑴夹具的选择单件小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件。大批大量生产为了提劳动生产率应采用专用高效夹具。多品种中、小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。⑵刀具的选择一般优先采用标准刀具。若采用机械集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。⑶量具的选择单