机械制造工艺学剖析

机械制造工艺学欧元贤概论1什么是机械制造工艺过程？制造工艺=制造技术。机械制造工艺过程——改变零件的形状、尺寸、相对位置和材料的性质等，使其成为半成品或成品的过程。包括冷加工工艺过程和装配工艺过程。2机械制造工艺学的研究对象研究的对象——机械制造工艺过程的理论及规律。它是生产实践和科学研究的积累和总结。3研究的目的优质——质量好高产——生产率高低消耗——成本低、经济性好有些学者还提出：可持续性、环保等4内容和任务4.1研究如何达到优质、高产、低消耗。质量是首要的，是设计要求。这三者是辨证关系，要全面考虑。4.2学习和掌握工艺规程设计的原则、步骤、方法。通过学习典型零件的工艺规程设计，获得思考的方法、分析的思路途径、决策的要点。4.3打好基础，为探索和开发新工艺作准备。5学习的方法综合各门专业基础课，抓住质量、生产率、经济性的关系，重视实践，理论与实践相结合是学好本课程的关键。第一章典型零件机械加工工艺规程的设计第一节制订工艺规程的步骤1.1分析研究装配图和零件图1）了解产品的性能、技术要求、零件在整机中的作用。2）工艺审查：工艺性好不好。比如：结构工艺性，精度、表面粗糙度是否过高。1.2确定毛坯的制造形式1.2.1制造形式：铸造、锻造、焊接结构、型材、冷轧、粉末冶金、精密铸造等。1.2.2加工余量：在现有精度的条件下，余量尽可能小，加工得过即可。1.2.3是否安排工艺搭子1.3拟定零件的机械加工工艺路线1.3.1加工方法的选择1)按经济精度和表面粗糙度来确定加工表面的最终加工方法。2)同时考虑材料的性质、生产类型、本厂条件。问题：车、铣、磨、钻、铰、镗等加工方法的经济精度是什么？1.3.2加工阶段的划分1粗加工阶段：去除余量，重点考虑生产率。如粗车、粗铣、强力粗磨等2半精加工阶段：为主要表面的精加工作准备（比如留下精加工的余量，定位基准等），并完成一些次要表面的加工（如螺栓孔、键槽等）。半精加工一般安排在热处理前。3精加工阶段：达到图纸的精度要求。对精度、表面粗糙度要求很高的表面，还要安排光整加工。（光整加工一般只提高精度和表面粗糙度，不纠正形状位置精度）问题：为什么要划分加工阶段？1.3.3工序的集中和分散1工序集中在一台机床上完成多个加工表面的加工。如多工位组合机床、加工中心等2工序分散把各个加工表面安排到多台机床上加工。用在产品固定、产量大、生产率高的生产。趋势：多品种、小批量的生产，向工序集中发展1.3.4加工顺序的安排1原则：先粗后精、先主后次、先面后孔、基准先行。2热处理的安排预备热处理：安排在切削加工之前，为改善材料的切削性能。最终热处理：安排在半精加工之后、精加工之前，为提高材料的强度硬度（设计要求）去内应力处理：粗加工之后、精加工之前。如人工时效、退火等3辅助工序的安排检验（每道工序自检、粗加工后、重要工序后、全部加工完成后要安排检验）、去毛刺、清洗、探伤、防锈等。1.4确定各工序的定位基准和夹紧方法问题1：设计基准、工艺基准是什么？问题2：粗基准、精基准指的是什么？1.4.1粗基准的选择原则1）用重要的表面作为粗基准——保证这个重要表面的加工余量均匀。如车床导轨面。2）用与加工表面有位置精度的非加工表面为粗基准——保证所要求的位置精度。3）以各个加工表面中余量最小的表面为粗基准——保证有最小的加工余量。4）用尺寸较大、平整、光洁的表面为粗基准——保证定位可靠。1.4.2精基准的选择原则1）基准重合尽量用设计基准作为定位基准。设计基准与定位基准不重合会产生什么误差？2）基准统一尽量用同一个基准来加工各表面，保证位置精度。3）互为基准先用要加工的表面为基准，将基准面加工出来，再用此基准来加工要加工的表面。如磨齿：先用齿面为基准磨内孔，再用内孔为基准磨齿面。4）自为基准直接用要加工的表面为基准。如用百分表找正导轨面后，磨削导轨面。浮动镗也是自为基准。1.5确定设备、刀、夹、量具及辅助工具1.6确定工序间的余量、工序尺寸和公差、毛坯尺寸1.6.1加工余量一般按经验选取，可查手册。1.6.2工序尺寸及公差表明每到工序应加工到什么尺寸、什么精度。根据加工顺序，先确定每道工序的余量及（经济）精度，从最后一道工序向前推算。工序尺寸的公差一般按入体原则标注（毛坯按对称标注）1.7确定各工序的切削用量和工时定额一般按经验或查手册及本厂条件确定1.8填写工艺文件零件机械加工工艺设计具体体现在工艺文件上。工艺文件很重要，是指导生产的法律文件。根据不同的生产条件有工艺过程卡、工艺卡、工序卡等多种。第二节车床主轴箱箱体工艺过程设计图1-1车床主轴箱箱体2.1精度分析1轴孔的精度：——难度在此！精度高主轴孔最高IT6，圆度0.012轴孔的位置精度：——基准是关键同轴度、轴线与端面的垂直度，平行度最高：主轴孔与底面D、导向面E的距离偏差及平行度3平面精度：D、E面接触面积及垂直度，顶面B的平面度4表面粗糙度：主轴孔0.8~1.6，孔1.6，基面1.6-3.2，其他面1.6-6.32.2毛坯制造材料：HT20-40手工木模造型——精度低、余量不均匀。2.3加工方法的选择1平面加工平面加工常用：刨削、铣削、磨削等。平面的精度不算高，精铣、精磨便可达到。D、E面是设计基准面，也是装配的基准面，是重要表面。其表面粗糙度1.6，虽用精铣也可达到，但考虑到质量的稳定性等因素，加工能力应留有裕量，采用精磨作为最终的加工方法。加工方法如下：粗铣——半精铣——粗磨——精磨其他平面：粗铣——精铣2孔系加工箱体上一系列有相互位置要求的孔—孔系。2.1划线找正、试切镗孔孔距精度±0.05mm，效率低，操作水平要求高。2.2利用镗模镗孔平行度同轴度可达0.02-0.03(一端加工),0.04-0.05(两端加工),孔距精度0.04-0.08。效率高，镗模成本高，在中大批量生产常用。2.3坐标法镗孔普通镗床借助测量工具，移动主轴的相对位置来镗孔。效率低，精度由测量手段决定。一般使用坐标镗床，效率高、精度高。定位精度0.003-0.008mm,孔距精度0.01-0.03。3主轴孔精度较高，要仔细考虑，其他孔精加工即可。孔精加工可采用：粗镗——半精镗——精镗或精铰（经济精度IT6-IT7，Ra1.6）对主轴孔，精度更高（IT6），再加上浮动镗作为其最终加工方法。图1-2浮动镗刀镗孔图1-3浮动镗刀块2.4定位基准的选择1、精基准的选择：（两种方案）1）定位基准与设计基准重合，用底面D、导向面E为定位基准。这种方案，要从顶面上加入中间支承（因镗杆变形），使用起来很不方便。2）大批量可用顶面作为定位基准，加上两定位销孔（一面两销）。中间支承好加。但由于基准不重合，必须提高定位基准顶面的精度，以及做出定位用的销孔。图1-4以底面为定位基准的镗模示意图（a为镗模，b为用于插入箱体内的吊模）图1-5以顶面定位的镗模2.5加工顺序的安排先面后孔、基准先行、先主后次。2.6热处理工序的安排1）铸件——加工前人工时效，消除内应力。2）在粗加工后精加工前，自然时效。2.7检验工序的安排1）各工序自检。2）终检：按图纸要求检验。2.8确定工艺过程序号工序名称工序内容及要求基面设备1铸造2人工时效3上底漆喷砂，上底漆4划线1）按图纸外形尺寸及各轴孔位置划出Ⅳ孔的中心线。2）划出B、D、E、F各面加工线及找正线。3）根据内部轴承档位置及内腔壁划出A、C两面加工线及找正线。主轴孔轴线划线平台5铣顶面1）粗铣B面2）精铣B面以F面为安装基面找正中心线垫平端面铣床6铣侧面和定位面1）粗铣F、G面2）粗铣D面，半精铣D、F面，铣沉割槽以B面为安装基面找正中心线专用龙门铣床7磨定位面1）粗磨D及E面2）精磨D及E面以B面为安装基面找正E面专用磨床8铣端面粗、精铣A、C面D面及E面端面铣床9划线用样板划出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴孔加工线划线平台10粗镗1）由C面粗镗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各孔，留双边余量4-5mm。2）由A面粗镗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各孔，留双边余量3-4mm。D面及E面，并按轴孔中心线找正卧式镗床11油漆全部油漆自然时效12半精镗和钻扩铰1）由C面钻扩铰Ⅶ、Ⅷ两孔。2）由F面钻扩铰Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ各孔，钻Ⅻ孔。3）由A面半精镗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各孔并精铰Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各孔。钻扩铰Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ各孔。D面、E面及C面镗孔组合机床13浮动镗用浮动镗刀块精镗主轴孔Ⅳ。D、E及C面卧式镗床14钻孔钻、攻全部光孔和螺孔，钻扩铰Ⅻ孔。立式钻床15磨侧面粗、精磨F面。D、E面导轨磨床16去毛刺倒棱、去毛刺钳工台17检验按零件图要求进行最终检验检验平台18涂油除锈斑、清洗、上油。入库2.9加工余量的确定按经验和手册选取。平面用单边表示，孔用双边表示。2.10工艺尺寸的计算工序尺寸基本上可以直接由余量计算达到，没有复杂的计算。对孔系的加工，需要将孔的位置换算成坐标尺寸。例子：1）由定位面D、E，确定主轴孔Ⅳ的坐标尺寸，按经济精度选取其公差（±0.05）。2）以主轴孔Ⅳ轴心为原点，计算Ⅲ、Ⅴ孔的坐标尺寸及公差：Ⅲ-Ⅴ孔中心距99±0.09为组成环最多的封闭环，因此，由此开始计算，求出组成环的尺寸及公差。（平面孔系，求出公差的关系）3）验算另两个中心距尺寸链。图1-6车床主轴箱箱体轴孔位置的换算图1-7轴孔轴心坐标尺寸换算结果2.11确定切削用量、时间定额经验、手册，根据本厂条件确定。2.12填写工艺文件第三节车床主轴工艺过程设计3.1主轴的主要技术条件1设计要求：1）扭转刚度、弯曲刚度2）回转精度（尺寸及形位精度、Ra）3）耐磨性、抗振性、稳定性4）抗疲劳强度2主轴支承轴径的精度1）IT5，中间支承轴径IT5，力争中间公差。2）圆度：对普通精度机床：尺寸公差的1/4~1/2，约5~8μm。对高精度机床：尺寸公差的5%~10%，1μm。3）同轴度：对普通精度机床：Φ0.01~Φ0.05对高精度机床：Φ0.003~Φ0.0054)支承轴径的轴肩的端面圆跳动：6~8μm（普通），2~3μm（高精度）。3主轴工作表面的精度包括：1）尺寸及形位精度、Ra、接触精度。2）与支承轴径的同轴度。3）定位端面与支承轴径的垂直度。通过规定：1）端面的圆跳动（0.005~0.01）2）定心锥孔的径向跳动：近端：0.01（普通精度），0.002~0.003（高精度）300mm处：0.01~0.03（普通），0.005~0.01（高）4次要轴径及其他表面精度IT6，圆度0.005，Ra0.8~0.25表面粗糙度6表面层硬度对滚动轴承轴径：HRC45~50对滑动轴承轴径：依轴瓦而定：HRC50（锡青铜轴瓦时）HRC65（钢轴瓦时）表面粗糙度表面类型一般机床精密机床采用滑动轴承Ra0.2~0.05Ra0.05~0.01支承轴径表面采用滚动轴承Ra0.4Ra0.2工作表面Ra0.4Ra0.20~0.05其他配合表面Ra0.8Ra0.8~0.27材料及热处理8主轴的分类主轴种类材料预备热处理最终热处理表面硬度（HRC）车床、铣床主轴45正火或调质局部淬火后回火45~52外圆磨床砂轮轴65Mn调质高频淬火后回火50~58专用车床主轴40Cr调质局部淬火后回火52~56齿轮磨床主轴18CrMnTi正火渗碳淬火后回火58~63卧式镗床主轴、精密外磨砂轮轴38CrMoAlA调质、消除内应力处理氮化65以上3.2主轴机械加工工艺过程分析同轴的阶梯轴，主要表面为内、外圆——车、磨螺纹、键槽、花键以C6150型车床主轴加工为例。1材料及精度分析（同前）2加工方法：1）支承轴径：精磨可达：IT6，Ra0.8~0.2，仔细操作可达IT5。粗车——半精车——精车——粗磨——半精磨——精磨——光整（Ra更小时，镜面磨削、研磨、珩磨等)2）次要轴径IT6级——与支承轴径类似的加工方法3）主轴锥孔（1）采用车——磨的方式专用锥孔磨床、专用锥孔夹具（以支承轴径定位，有中心架、用挠性传动）（2）直接磨削（自磨自）把主轴装配后，在刀架装内圆磨头，调整角度来磨。4）中心通孔L/D5，属深孔加工深孔钻、扩——拉铰（拉镗）3定位基面的选择1）轴径外圆：中心孔（基准统一）在加工中心通孔