机加工及其工艺培训教材

机加工及其工艺培训教材本文编者俞群华九牧研发部前言部门现有设计中，不仅在打样过程中经常会有一些加工工艺性的问题，也有很多归档转产的零件存在加工困难的情况，不仅影响开发进度和量产，也影响结构件的质量。“一次做好，次次做对”，所以当收到外观工程师发来的外观效果图时，各工程师需要对产品首先进行模具成型及后加工的工艺分析，以避免产品先天不良。编写该教材的目的，就是为了方便工程师在结构设计时清楚一些常用的、基本的、关键的加工工艺知识，更好地保证工程师设计出的零件有较好的加工工艺性，统一结构要素，减少不必要的开模，加快加工进度，降低加工成本，提高产品质量。本来机械加工工艺知识是机械行业，特别是我司五金研发部设计、制造、管理人员所必备的知识。为熟悉和解决加工工艺问题的方法，掌握加工工艺方面的基本理论和基本知识，了解机械加工方面的发展，结合我司现场的工艺设备重点介绍车削、钻削、铣削加工工艺过程的主要问题。由于时间和实际经验有限，培训资料中错误在所难免，恳请大家批评指正，希望经过一定时间的实践检验，经过将来补充、修订、完善之后，能够成为一部非常实用的培训教程参考书，对我们的设计工作起到很好的指导作用。考虑培训资料手册的篇幅和实用性，以及我们的设计主要是五金铸造类零件设计，因此，本培训资料机加工艺主要以车、钻、铣等为主。第一节机械加工工艺规程概述§1.1基础知识和术语1.1.1工艺过程改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。1.1.2工艺过程的组成由一个或若干个顺序排列的工序组成的。工序是工艺过程的基本组成单位，也是生产组织和计划的基本单元。工序又可细划分若干个安装、工位、工步等，见图1.1-1。它们的含义见表1.1-1。图1.1-1工艺过程的组成表1.1-1工艺过程各组成部分的含义名称含义工序一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程安装工件经一次装夹后所完成的那一部分工序工位为完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置所完成的那一部分工序工步在加工表面(或装配时的连接表面)和加工(或装配)工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序走刀在一个工步内当加工表面切削佘量较大,需分几次切削时,则每一次切削称为一次走刀§1.2组成部分的区别1.2.1区分工序的主要依据是工作地（或设备）是否变动和完成的那一部分工艺内容是否连续。图1.2-1所示的圆盘零件，单件小批生产时其加工工艺过程如表1.2-1所示；成批生产时其加工工艺过程如表1.2-2所示。图1.2-1圆盘零件工艺过程工序工序工序安装安装工步工步工位工位工位工步工步工步工步工步工步工步工步工步表1.2-1圆盘零件单件小批机械加工工艺过程工序号工序名称工装工步工序内容设备1车削Ⅰ(用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆)车床1车大端面2车大端外圆至φ1003钻φ20孔4倒角Ⅱ（工件调头，用三爪卡盘夹紧毛坏大端外圆）5车小端端面，保证尺寸35mm6车小端外圆至φ48，保证尺寸20mm7倒角2钻削Ⅰ（用夹具装夹工件）钻床1依次加工三个φ8孔2在夹具中修去孔口的锐边和毛刺表1.2-2圆盘零件成批机械加工工艺过程工序号工序名称工装工步工序内容设备1车削Ⅰ(用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆)车床11车大端面2车大端外圆至φ1003钻φ20孔4倒角2车削Ⅰ（以大端面涨胎心轴）车床21车小端端面，保证尺寸35mm2车小端外圆至φ48，保证尺寸20mm3倒角3钻削Ⅰ（钻床夹具）钻床1钻三个φ8孔4钳工Ⅰ1修孔口的锐边和毛刺由表1.2-1可知，该零件的机械加工分车削和钻削两道工序。因为两者的操作工人、机床及加工的连续性均已发生变化。而在车削加工序中，虽然含有多个加工表面和多种加工方法（如车、钻等），其划分工序的要素未改变，故属同一工序。而表1.2-2分为四道工序。虽然工序1与工序2同为车削，但考虑质量和效率等方面的因素分为两台机器加工，故加工的连续性已变化，因此应为两道工序；同样工序4修边口锐边及毛刺，因为场地和使用设备均发生变化，因此也应作为另一道工序。由此可见工序不仅是组成工艺过程的基本单元，也是制订时间定额，配备工人，安排作业和进行质量检验的基本单元。1.2.2工步与走刀为了便于分析和描述工序的内容,工序还可以进一步划分工步。一个工序可以包括几个工步，也可以只有一个工步。如表1.2-1中的工序1。在安装Ⅰ中进行车大端面、车外圆、钻φ20孔、倒角等加工，由于加工表面和使用刀具的不同，即构成四个工步。一般来多，构成工步的任一要素（加工表面、刀具及加工连续性）改变后，即成为另一个工步。但下面指出一些的情况应视为一个工步：(1)对于那些一次装夹中连续进行的若干相同的工步应视为一个工步。如图1.2-1零件上级三个φ8孔钻削。可以作为一个工步。钻3-φ8。(2)为了提高生产效率，有时用几把刀具同时加工几个表面，此时也应视为一个工步，称为复合工步。如图1.2-2的加工方案。在一个工步内，若被加工表面切去的金属层很厚，需分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次走刀或几次走刀。1.2.3安装与工位工件在加工前，在机床或夹具上先占据一正确位置（定位），然后再夹紧的过程称为装夹。工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工序内容称为安装。在一道工序中可以有一个或多个安装。表1.2-1中工序1即有两个安装，而工序2有一个安装。工件加工应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹就多一次装夹误差，而且增加了辅助时间。因此生产中常用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具等，以便在工件一次装夹后，可使其处于不同的位置加工。为完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件(或装配单元)与夹具或设备固定部分所占据的每一个位置,称为工位。图1.2-3所示为一种利用回转工作台在一次装夹后顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。§1.3工艺规程及其制订1.3.1工艺规程规定产品或零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。1.3.2制定工艺规程的原则保证图样上规定的各项技术要求，有较高的生产效率，技术先进,经济效率高，劳动条件良好。1.3.3制定工艺规程的原始材料产品装配图及零件图；产品质量验收标准；产品的生产纲领及生产类型；原材料及毛坯的生产水平；现场生产条件(机床设备与工艺装备、工人技术水平等)；国内外有关工艺、技术发展状况。1.3.4制定工艺规程的程序计算生产纲领，确定生产类型；分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查；确定毛坯的种类、形状、尺寸及精度；拟定工艺路线（划分工艺过程的组成、选择定位基准、选择零件表面的加工方法、安排加工顺序、选择机床设备等）；进行工序设计（确定各工序加工佘量、切削用量、工序尺寸及公差，选择工艺装备，计算时间定额等）；确定工序的技术要求及检验方法，填写工艺文件。§1.4生产纲领和生产类型1.4.1生产纲领企业在计划期内企业应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的生产纲领按下式计算：Ｎ＝Ｑn（1+α+β）式中N—零件的生产纲领（件／年）；Q—机器产品年产量（台／年）ｎ—每台产品中该零件的数量（件／台）；图1.2-2复合工步工位Ⅰ-装卸工件工位Ⅱ-钻孔工位Ⅲ-扩孔工位Ⅳ-铰孔图1.2-3多工位加工α—备品的百分率；β—废品的百分率1.4.2生产类型企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。根据企业生产的产品特征（即产品属于重型、中型或轻型零件）、年生产纲领、批量以及投入生产的连续性，一般分为三种生产类型，即单件生产、成批生产和大量生产。1.4.3生产批量一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量。生产类型与生产纲领的关系见表1.4-1,各种生产类型的特点见表1.4-2。表1.4-1生产类型与生产纲领的关系生产类型某类零件的年产量（件/年）产品类型重型机械中型机械轻型机械单件生产520100成批生产小批5～1020～200100～500中批100～300200～500500～5000大批300～1000500～50005000～50000大量生产1000500050000表1.4-2生产类型的工艺特点工艺特点生产类型单件小批生产中批生产大批大量生产加工对象经常变换，很少重复周期性变换，重复固定不变零件的互换性用修配法，缺乏互换性多数互换，部分修配全部互换，高精度偶件采用分组装配毛坯情况锻件自由锻造，铸件木工手工造型，毛坯精度低锻件部分采用模锻，铸件部分用金属模，毛坯精度中等广泛采用锻模，机器造型等高效方法生产毛坯，毛坯精度高机床设备及其布置形式通用机床，机群式布置，也可用数控机床部分通用机床，部分专用机床，机床按零件类别分工段布置广泛采用自动机床，专用机床，按流水线、自动线排列设备工件尺寸获得方法试切法，划线找正定程调整法，部分试切，找正调整法自动化加工工艺装置通用刀具、量具和夹具，或组合夹具，找正法装夹工件广泛采用夹具，部分靠找正装夹工件，较多采用专用量具和刀具高效专用夹具，多用专用刀具，专用量具及自动检测装置对工人的技术要求高中等对调整工人的技术水平要求高，对操作工人技术水平要求低工艺文件仅要工艺过程卡工艺过程卡，关键零件的工序卡详细的工艺文件，工艺过程卡、工序卡、调整卡等加工成本较高中等低发展趋势采用成组工艺、数控机床、加工中心及柔性制造单元采用成组工艺、柔性制造系统或柔性自动线采用计算机控制的自动化系统、车间或无人工厂，实现自适应控制第二节零件的工艺分析§2.1审查零件图样和产品的装配图制订工艺规程时，通过分析零件图样和部件的装配图，主要是明确被加工零件在产品中的位置与作用，找出该零件上有多少主要加工表面，找出该零件主要的技术要求和加工中的关键的技术问题，了解各项公差与技术要求制定的依据，在编制工艺过程中,有针对性的解决这些问题。具体内容包括：(1)审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件等是否完整。(2)审查各项技术要求是否合理。(3)审查零件材料及热处理选用是否合适。§2.2零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的方便性、可行性和经济性。即零件的结构应方便于加工时工件的装夹、对刀、测量，可以提高切削效率等。结构工艺性不好会使加工困难，浪费材料和工时，有时甚至无法加工。所以应该对零件的结构进行工艺性审查，如发现零件结构不合理之处．应与有关设计人员一起分析，按规定手续对图样进行必要的修改及补充。表2.2-1所示为便于加工零件结构示例表2.2-1零件机械加工工艺性实例§2.3数控加工对零件结构工艺性的影响数控加工的特点是自动化程度高，加工精度高，对加工对象的适应性强，可以与计算机通讯（DNC），实现计算机辅助设计与制造一体化。因此数控加工对传统的零件结构工艺性衡量标准产生了很大影响，在下列情况下采用数控加工，其工艺性是好的：(1)单件小批生产的零件的加工，成批生产中的关键工序的加工。(2)加工精度高，具有形状复杂的曲线或曲面的零件加工。(3)需要多次改型设计的零件的加工。(4)需要钻、镗、铰、攻丝及铣削多个工步加工的工件，如箱体零件的加工。(5)价值高的零件。(6)进行精密复制的零件的加工。(7)用通用机床加工时，需要复杂的专用夹具或需要很长的调整时间的零件的加工。零件的外形、内腔最好是采用统一的几何形状和尺寸，这样可以减少换刀次数，还有可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。例如图2.3-1a)所示，有的数控机床有对称加工的功能,编程时对于一些对称零件，例如图2.3-1b)所示的零件，只需编其半边的程序,这样可以节省许多编程时间。a)b)图2.3-1数控工艺性实例第三节毛坯的选择§3.1选择毛坯应考虑的因素3.1.1零件的力学性能要求相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其力学性能有所不同。铸铁件的强度，离心浇注，压力浇注，金属型浇注，砂型浇注的铸件依次递减；钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质捧料和铸钢件。3.1.2零件的结构形状与外廓