机械加工工艺规程制订课题三机械加工工艺路线的拟定课件.ppt

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1、机械制造工艺与装备,模块四 机械加工工艺规程制订,课题三 机械加工工艺路线的拟定,教案配套教材,1、如有错误及需改进之处2、如需要其他相关资料请留言：,课题三 机械加工工艺路线的拟定,知识点,基准及其分类定位基准的选择表面加工方法的确定加工顺序的安排,技能点,机械加工工艺路线的拟定,图4-9所示零件是蜗轮减速器传动轴，该零件小批量生产，试拟定加工工艺路线。,一、任务引入,图4-9 传动轴,二. 课题分析,工艺路线的拟定需要做好定位基准选择、加工表面方法的确定、加工顺序的安排等内容，然后才能编制机械加工工艺过程卡片，作为组织生产、指导生产的工艺文件。因此，机械加工工艺路线的拟定是编制机械加工工艺

2、规程的最核心内容。,本任务加工的零件为蜗轮减速器传动轴，主要表面是回转表面，有较高的尺寸精度和形状精度，各主要表面对轴线的圆跳动为0.02mm，表面粗糙度值为0.8mm。零件回转表面的粗加工和半精加工由车削加工完成，精加工由磨削完成，键槽表面由铣削加工完成，其中，调质处理安排在粗加工后半精加工之前进行。本课题主要学习机械加工工艺路线的拟定，为编制机械加工工艺规程打下基础。,基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。它是几何要素之间位置尺寸标注、计算和测量的起点。根据基准的应用场合和功用的不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。,（一） 基准及其分类,三. 相关知识,1设

3、计基准 设计图样上所采用的基准称为设计基准。设计基准是根据零件(或产品)的工作条件和性能要求而确定的。在设计图样上，以设计基准为依据，标出一定的尺寸或相互位置要求。如图4-9所示的轴套零件，各外圆和孔的设计基准是零件的轴线，左端面是阶台端面和右端面的设计基准，孔D的轴线是外圆表面径向圆跳动的设计基准。,图4-9轴套的设计基准,对于一个零件来说，在各个方向往往只有一个主要的设计基准。如图4-10所示的零件，径向的主要设计基准是外圆mm的轴线，轴向的主要设计基准是端面M。习惯上把标注尺寸最多的点、线、面作为零件的主要设计基准。,图4-10主要设计基准,2工艺基准 工艺过程中所采用的基准称为工艺基准

4、。在机械加工中，按其用途不同，工艺基准分为工序基准、定位基准和测量基准。 （1）工序基准 在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。图4-11所示为某零件钻孔工序的工序简图，图和b分别选用端面M及N作为确定被加工孔轴线位置的工序基准。由于工序基准不同，工序尺寸也不同。,图4-9 轴套的设计基准,（2）定位基准 在加工中用作定位的基准称为定位基准，确定工件在机床上或夹具中的正确位置。在使用夹具时，其定位基准就是工件与夹具定位元件相接触的点、线、面。 图4-12所示为镗削某发动机机体轴承孔时的两种定位情形：按图所示定位时，表面B-B是定位基准；按图b所示定位时，

5、表面A-A是定位基准。,图4-12 镗削发动机机体轴承孔时的定位基准,（3）测量基准 测量时所采用的基准称为测量基准。它是以已加工表面的某些点、线、面作为测量尺寸的起始点。图4-13所示为测量被加工平面的位置时，分别以小圆柱面的上素线A和大圆柱面的下素线B作为测量基准。选择测量基准与工序尺寸标注的方法关系密切，通常情况下测量基准与工序基准是重合的。,1工件的定位方法 工件在机床上定位有以下三种方法： （1）直接找正法 此法是用百分表、划针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的一种方法。直接找正法的定位精度和找正的快慢，取决于找正精度、找正方法、找正工具和工人的技术水平。用此法找正工件往

6、往要花费较多的时间，故多用于单件和小批生产或位置精度要求特别高的工件。,（二）定位基准的选择,（2）划线找正法 在机床上用划针按已在毛坯或半成品上所划的线对工件进行找正，使其获得正确位置的一种方法。由于受到划线精度和找正精度的限制，此法多用于批量较小、毛坯精度较低以及大型零件等不便使用夹具的粗加工中。,（3）采用夹具定位 将工件装在夹具上，使工件的某一表面与夹具的定位元件相接触，从而使工件被加工表面对机床、刀具保持正确的相对位置,称为用夹具定位。,图4-16工件用夹具定位1-定位键 2-夹具体 3-对刀块 4-偏心轮5-支承套 6、7-V形块,在各加工工序中，保证被加工表面的尺寸和位置精度的方

7、法是制定工艺过程的重要任务,而定位基准的作用主要是保证工件各表面之间的相互位置精度。因此，在研究和选择各类工艺基准时，首先应选择定位基准。（1）定位基准选择的基本原则 1）应保证定位基准的稳定性和可靠性,以确保工件相互位置表面之间的精度。 2）力求与设计基准重合，也就是尽可能从相互间有直接位置精度要求的表面中选择定位基准，以减小因基准不重合而引起的误差。 3）应使实现定位基准的夹具结构简单，工件装卸和夹紧方便。,2定位基准的选择,（2）定位基准的分类 按照工序性质和作用不同，定位基准分为粗基准和精基准两类。 在最初的切削工序中，只能采用毛坯上未经加工的表面来定位，这种定位基准称为粗基准。在以后

8、的工序中，均采用已加工表面作为定位基准表面，这种定位基准称为精基准 。,（3）粗基准的选择 选择粗基准，应该保证所有加工表面都有足够的加工余量，而且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。选择时应遵循下列原则： 1）对于不需加工全部表面的零件，应采用始终不加工的表面作为粗基准，这样可以较好地保证加工表面对不加工表面的相互位置要求，并有可能在一次安装中把大部分表面加工出来。,图4-17 选择不加工表面作粗基准,2)选取加工余量要求均匀的表面作为粗基准，在加工时可以保证该表面余量均匀。例如车床床身(图4-18)要求导轨面耐磨性好，希望在加工时只切除较小且均匀的一层余量，使其表面保留均匀一致的金相

9、组织，具有较高的物理和力学性能。为此应选择导轨面作为粗基准，加工床腿的底平面(图)，然后以床腿的底平面为基准加工导轨面(图)。,图4-18 选择加工余量要求均匀的表面作粗基准,3）对于所有表面都需要加工的零件,应选择加工余量最小的表面作为粗基准,这样可以避免加工余量不足而造成废品。如图4-19所示的零件毛坯，表面的余量比的余量大，因此，应选择外圆表面为粗基准。,图4-19 选择加工余量小的表面,4）选择毛坯制造中尺寸和位置可靠、稳定，平整、光洁，面积足够大的表面作为粗基准，这样可以减小定位误差和使工件装夹可靠稳定。 粗基准只能使用一次，不允许重复使用。,（4）精基准的选择 选择精基准时必须遵循

10、以下原则： 1）基准重合原则 尽可能选用设计基准作为定位基准，以避免因定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。 如图4-20所示某车床主轴箱，设计要求车床主轴中心高为H12050.lmm(主轴支承孔轴线至床头箱底面M的距离），设计基准是底面M。,图4-21 工艺尺寸链,得H的尺寸及其偏差为 mm,镗削主轴支承孔时，如果以底面M为定位基准，定位基准与设计基准重合，镗孔时高度尺寸H1的误差控制在0.1mm范围内即可。由于主轴箱底面M有凸缘不平整，批量生产时，为方便定位装夹，常以顶面N为定位基准镗孔，这时孔的高度尺寸为H。由于定位基准与设计基准不重合，主轴中心高H1须由主轴箱高度H2和H共同保证。

11、尺寸H1、H2和H之间的关系可通过相关的尺寸链用极值法确定。 因为 H1max=H2max-Hmin H1min=H2min-Hmax 所以 Hmin=H2max-H1max=322.12-205.1117.02mm Hmax=H2min-H1min=322204.9117.1mm,计算结果表明：由于设计基准与定位基准不重合而产生的定位误差（即H2的误差0.12mm），使镗孔时H的允许误差必须缩小到0.08mm以下。,2）基准统一原则 即选择同一定位基准来加工尽可能多的表面，以保证各加工表面的相互位置精度，避免产生因基准变换所引起的误差。 例如，加工较精密的阶台轴时，通常采用两中心孔作定位基准

12、，这样在同一定位基准下加工的各档外圆表面及端面容易保证高的位置精度，如圆跳动、同轴度、垂直度等。采用同一定位基准，还可以使各工序的夹具结构单一化，便于设计制造。,3）互为基准原则 对于零件上两个相互位置精度要求较高的表面，采取互相作为定位基准、反复进行加工的方法来保证达到精度要求。 4）自为基准原则 以被加工表面本身作为定位基准进行精加工、光整加工，可以使加工余量小而且均匀，易于获得较高的加工质量，但被加工表面的相互位置精度应由前道工序保证。浮动铰孔、珩磨内孔等均采用自为基准的原则。,如选择M面作为定位基准，所引起的基准不重合定位误差为0.2mm； 如选N面作为定位基准，所引起的基准不重合定位

13、误差为0.20.2=0.4mm。 因此应选择M面作为定位基准。,5）基准不重合误差最小条件 当实际生产中不宜选择设计基准作为定位基准时，则应选择因基准不重合而引起的误差最小的表面作定位基准。,图4-23 基准不重合误差最小条件,（5）辅助定位基准 生产实际中，有时工件上找不到合适的表面作为定位基准，为便于工件安装和保证获得规定的加工精度，可以在制造毛坯时或在工件上允许的部位增设和加工出定位基准，如工艺凸台、工艺孔、中心孔等，这种定位基准称为辅助定位基准，它在零件的工作中不起作用，只是为了加工的需要(夹紧刚性和加工稳定)而设置的。除不影响零件正常工作而保留的外，增设的辅助定位基准在零件全部加工后

14、，还必须将其切除。,在拟定零件的工艺路线时，首先要确定各个表面的加工方法和加工方案。表面加工方法和方案的选择，应同时满足加工质量、生产率和经济性等方面的要求。 表面加工方法的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法往往有若干种，实际选择时还要结合零件的结构形状、尺寸大小以及材料和热处理的要求全面考虑。例如对于IT7级精度的孔，采用镗削、铰削、拉削和磨削均可达到加工要求。但箱体上的孔，一般不宜选择拉孔和磨孔，而常选择镗孔或铰孔；孔径大时选镗孔，孔径小时取铰孔。对于一些需经淬火的零件，热处理后应选磨孔；对于有色金属的零件，为避免磨削时堵塞砂轮，则

15、应选择高速镗孔。,（三）表面加工方法的确定,表面加工方法的选择，除了首先保证质量要求外，还须考虑生产率和经济性的要求。 大批量生产时，应尽量采用高效率的先进工艺方法，如内孔与平面的拉削、同时加工几个表面的组合铣削或磨削等。这些方法都能大幅度的提高生产率，取得很好的经济效果，但是在年产量不大的生产条件下，如盲目采用高效率的加工方法及专用设备，则会因设备利用率低，造成经济上的较大损失。 此外，任何一种加工方法，可以获得的加工精度和表面质量均有一个相当大的范围，但只有在一定的精度范围内才是经济的，这种一定范围的加工精度即为该种加工方法的经济精度。选择加工方法时，应根据工件的精度要求选择与经济精度相适

16、应的加工方法。例如，对于IT7级精度、表面粗糙度为0.4m的外圆，通过精心车削虽也可以达到要求，但在经济上就不及磨削合理。表面加工方法的选择还要考虑现场的实际情况，如设备的精度状况、设备的负荷以及工艺装备和工人技术水平等。,表4-8 外圆加工方案,表4-9 孔加工方案,表4-10 平面加工方案,选择表面的加工方法应从以下几方面加以考虑：（1）首先根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及分几次加工。一般可按表4-8表4-10选择较合理的加工方案。（2）考虑被加工材料的性质。如经淬火的钢制件，精加工必须采用磨削的方法加工，而有色金属制件则采用精车、精铣、精镗、滚压等方法，很少采用磨削进行精加工。

17、（3）根据生产类型，即考虑生产率和经济性等问题。单件小批量生产，一般采用通用设备和工艺装备及一般的加工方法；大批量生产，尽可能采用专用的高效率设备和专用工艺装备，毛坯生产也应采用高效的方法制造，如压铸、模锻、热轧、精密铸造、粉末冶金等。（4）根据本企业(或本车间)的现有设备情况和技术水平，充分利用现有设备，挖掘企业潜力。,1加工阶段的划分 对于加工精度要求较高、结构和形状较复杂、刚性较差的零件，其切削加工过程常应划分阶段。一般分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。（1）各加工阶段主要任务 1）粗加工阶段 切除工件各加工表面的大部分余量。在粗加工阶段，主要问题是如何提高生产率,为以后的加工提供精

18、基准。 2）半精加工阶段 达到一定的精度要求，完成次要表面的最终加工，并为主要表面的精加工作好准备。 3）精加工阶段 完成各主要表面的最终加工，使零件的加工精度和加工表面质量达到图样规定的各项要求。在精加工阶段，主要问题是如何确保零件的质量。,（四） 加工顺序的安排,（2）划分加工阶段的作用 1）有利于消除或减小变形对加工精度的影响 粗加工阶段中切除的金属余量大，产生的切削力和切削热也大，所需夹紧力较大，因此工件产生的内应力和由此而引起的变形较大，不可能达到较高的精度。在粗加工后再进行半精加工、精加工，可逐步释放内应力，修正工件的变形，提高各表面的加工精度和减小表面粗糙度值，最终达到图样规定的

19、要求。 2）可尽早发现毛坯的缺陷 在粗加工阶段可及早发现锻件、铸件等毛坯的裂纹、夹杂、气孔、夹砂及余量不足等缺陷，及时予以报废或修补，以避免造成不必要的浪费。,3）有利于合理选择和使用设备 粗加工阶段可选用功率大、刚性好但精度不高的机床，充分发挥机床设备的潜力，提高生产率；精加工阶段则应选用精度高的机床,以保证加工质量。由于精加工切削力和切削热小，机床磨损相应较小，利于长期保持设备的精度。 4）有利于合理组织生产和安排工艺 实际生产中，不应机械地进行加工阶段的划分。对于毛坯质量好、加工余量小、刚性好并预先进行消除内应力热处理的工件，加工精度要求不很高时，不一定要划分加工阶段，可将粗加工、半精加

20、工，甚至包括精加工，合并在一道工序中完成，而且各加工阶段也没有严格的区分界限，一些表面可能在粗加工阶段中就完成，一些表面的最终加工可以在半精加工阶段完成。,2工序的集中与分散 工序集中是指在一道工序中尽可能多地包含加工内容，集中到极限时，一道工序就能把工件加工到图样规定的要求。工序分散则相反，整个工艺过程工序数目增多，使每道工序的加工内容尽可能减少。（1）工序集中的特点 1）减少工序数目，简化了工艺路线，缩短了生产周期。 2）减少了机床设备、操作工人和生产面积。 3）一次装夹后可加工许多表面，因此，容易保证零件有关表面之间的相互位置精度。 4）有利于采用高生产率的专用设备、组合机床、自动机床和

21、工艺装备，从而大大提高了劳动生产率，但如在通用机床上采用工序集中方式加工，则由于换刀及试切时间较多，会降低生产率。 5）采用专用机床设备和工艺装备较多，设备费用大，机床和工艺装备调整费时，生产准备工作量大，对调试、维修工人的技术水平要求高。此外，不利于产品的开发和换代,（2）工序分散的特点 1）工序内容单一，可采用比较简单的机床设备和工艺装备，调整容易。 2）对工人的技术水平要求低。 3）生产准备工作量小，变换产品容易。 4）机床设备数量多，工人数量多，生产面积大。 5）由于工序数目增多，工件在工艺过程中装卸次数多，对保证零件表面之间较高的相互位置精度不利。,3加工顺序的确定（1） 加工顺序的

22、安排 复杂工件的机械加工工艺路线通常要经过切削加工、热处理和辅助工序。 切削加工安排顺序四原则： 基准先行（便于定位） 先粗后精（防止变形） 先主后次（避免浪费） 先面后孔（保证孔的位置精度）,（2）热处理工序的安排 1）预备热处理 预备热处理包括退火、正火、时效和调质等。这类热处理的目的是改善加工性能，消除内应力和为最终热处理作好组织准备。其工序位置多在粗加工前后。 退火和正火 经过热加工的毛坯，为改善切削加工性能和消除毛坯的内应力，常进行退火和正火处理。 例如，含碳量大于0.7%的碳钢和合金钢，为降低硬度便于切削常采用退火：含碳量低于0.3%的低碳钢和低合金钢，为避免硬度过低切削时粘刀而采

23、用正火以提高硬度。退火和正火尚能细化晶粒，均匀组织，为以后的热处理作好组织准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后粗加工之前。,调质 调质后，能获得均匀细致的索氏体组织，为以后最终热处理作好组织准备，因此调质可作为预备热处理工序。由于调质后零件的综合机械性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作为最终的热处理工序。调质处理常置于粗加工之后和半精加工之前。 时效处理 时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。 对形状复杂的铸件，一般在粗加工后安排一次时效即可。但对于高精度的复杂铸件(如坐标镗床的箱体)应安排两次时效工序。即：铸造-粗加工-时效-半精加工-时效-精加工。 对一些刚性

24、差的精密零件(如精密丝杠)，为消除加工中产生的内应力，稳定零件的加工精度，在粗加工、半精加工和精加工之间安排多次的时效工序。,2）最终热处理 最终热处理包括各种淬火、回火、渗碳和氮化处理等。这类热处理的目的主要是提高零件材料的硬度和耐磨性，常安排在精加工前后。 淬火 淬火分为整体淬火和表面淬火两种，其中表面淬火因变形、氧化及脱碳较小而应用较多。为提高表面淬火零件的心部性能和获得细马氏体的表层淬火组织，常需预先进行调质及正火处理。其一般加工路线为：下料-锻造-正火(退火)-粗加工-调质-半精加工-表面淬火-精加工。,渗碳淬火 渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢，其目的是使零件表层含碳量增加，经淬火后

25、使表层获得高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性及塑性。 渗碳处理按渗碳部位分整体渗碳和局部渗碳两种。局部渗碳时对不渗碳部位要采取防渗措施。由于渗碳淬火变形较大，加之渗碳时一般渗碳层深度为0.52mm，所以渗碳淬火工序常置于半精加工和精加工之间。其加工路线一般为：下料-锻造-正火-粗、半精加工-渗碳-淬火-精加工。当局部渗碳零件的不需渗碳部位采用加大加工余量防渗时，渗碳后淬火前，对防渗部位要增加下道切除渗碳层的工序。,氮化处理 氮化是表面处理的一种热处理工艺，其目的是通过氮原子的渗入使表层获得含氮化合物，以提高零件硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。 由于氮化温度低，变形小且氮化层较

26、薄，氮化工序位置应尽量靠后安排。为减少氮化时的变形，氮化前要加一道消除应力工序。因为氮化层较薄且脆，为使零件心部具有较高的综合机械性能，故粗加工后应安排调质处理。氮化零件的加工路线一般为：下料-锻造-退火-粗加工-调质-半精加工-除应力-粗磨-氮化-精磨、超精磨或研磨。,（3）辅助工序的安排 辅助工序包括工件的检验、去毛刺、清洗和涂防锈油等，其中检验工序是主要的辅助工序。它对保证产品质量有极重要的作用。检验工序应安排在： 1）粗加工全部结束后，精加工之前； 2）零件从一个车间转向另一个车间前后,其目的是便于分析产生质量问题的原因和分清零件质量事故的责任。 3）重要工序加工前后,目的是控制加工质量和避免工时浪费。 4）零件全部加工结束之后。,小结,1、基准及其分类,2、定位基准的选择,1）定位基准选择的基本原则,2）粗基准的选择,3）精基准的选择,3、表面加工方法的确定,