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1、机械零件加工工艺编制,扬州工业职业技术学院机械工程系叶贵清,(情境一 轴类零件加工工艺编制),情境一 轴类零件加工工艺编制,任务1：机械零件加工工艺编制基础知识任务2：轴类零件分析及毛坯选择任务3：轴类零件加工方案任务4：轴类零件加工工序设计,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,一、工艺过程及其组成,1、生产过程和工艺过程,1）生产过程：,原材料,成品（机器）,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,例、汽车产品的生产过程,2）工艺过程：生产过程中，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称为工艺过程。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,工艺过程包括：(1)毛坯
2、制造工艺过程(2)机械加工工艺过程(3)热处理工艺过程(4)装配工艺过程,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,2、工艺过程的组成,1）工序(1)定义：一个或一组工人，在一个工作地（设备）对一个或几个相同的零件所连续完成的工艺过程的一部分工作，是工艺过程的基本单元。(2)要素：（工）人、（工作）地、物（工件）、连续(3)判别：工作地（或设备）是否变动，工艺内容是否连续(4)举例：阶梯轴,机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成，而工序又分为若干个安装、工位、工步、走刀,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,单件小批量生产的工艺过程,大批量生产的工
3、艺过程,2）安装与工位安装：工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,定位,夹紧,卸下,关于安装的几个问题：（1）安装与工序的关系：一个工序中可能有几次安装,两次,两次,一次,（2）安装的次数：,措施：回转式夹具；回转式工作台；复合刀具,原因：减少误差；辅助时间短。,原则上越少越好,工件,夹具回转部分,夹具固定部分,分度机构,工位：一次安装中，工件在机床中占有的位置,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,多工位加工,3）工步与走刀,（1）工步：指加工表面和加工工具不变的情况下所连续完成的那一部分工序。一个工序内可包括一个工步，也可以是几个工步。
4、,（2）工步的要素：加工表面、切削刀具、切削用量,（3）工步判别：三要素中任一要素发生改变，即更换了工步,四个,四个,一个,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,（4）工步简化和复合工步：a、连续进行若干个相同的工步，习惯上可作为一个工步。b、采用多把刀同时加工几个表面的工步称为复合工步。,（5）走刀：在工步中，切削工具在被加工表面移动一次，切去一层金属所完成的工作。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,二、生产类型及其工艺特点,1、生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量。零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：,式中 Q产品的年生产
5、纲领，单位：台/年；n每台产品中所含零件的数量，单位：件/台；a%备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要；b%废品率。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,2.生产类型 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为：1）单件生产2）成批生产3）大量生产,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1）单件生产 产品数量少，但种类、规格较多，多数产品只能单个或少数几个地生产，很少重复。例如，重型机器、大型船舶制造及新产品试制等,2）成批生产 产品数量较多，每年生产的产品结构和规格可以预先确定，而且在某一段时间内是比较固定的，生产可以分批进行，大部分工
6、作地的加工对象是周期轮换的。根据批量的大小，又可分为小批生产、中批生产和大批生产。例如，通用机床（一般为车、铣、刨、钻、磨床）,3）大量生产 产品的数量很大，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地的加工对象是单一不变的。例如，汽车、拖拉机、轴承等,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,生产类型和生产纲领的关系,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,3.生产类型的工艺特征见表26（P14）,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,三、零件的结构工艺性,2、零件结构工艺性示例,1、概念 所谓零件结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件的
7、各个制造过程中的工艺性和切削加工工艺性等。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,a）b）,c）d）,零件结构工艺性分析示例,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,e）f）,g）h）,i）j）,零件结构工艺性分析示例,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,k）l）,m）n）,o）p）,零件结构工艺性分析示例,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,q）r）,s）t）,u）v）,零件结构工艺性分析示例,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,w）x）,y）z）,零件结构工艺性分析示例,1
8、.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,工件在加工前在机床或夹具内所占据的准确位置，然后再夹紧的过程称为装夹,制定机械加工规程时,定位基准选择是否合理,将直接影响零件加工表面的尺寸精度和相互位置精度,同时对于加工顺序的安排也有重量影响。精度和加工顺序是工艺规程的核心问题,（一）基准的概念和分类,（1）基准的定义：确定加工对象上几何要素间几何关系（点、线、面位置）所依据的那些点、线、面称为基准。,四、工件的装夹及基准,在设计图样上所采用的基准,图2-9 柴油机机体,（2）基准的分类,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1）
9、定位基准 零件在加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准,指零件在机械加工过程中用来确定加工表面加工后尺寸、形状、位置的基准,也就是该零件在加工,测量,装配中能采用的基准,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,2）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、位置的基准称为工序基准。工序基准可以采用工件上的实际点、线、面，也可以是工件表面的几何中心、对称面或对称线等。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,3）测量基准 零件加工后，用检测被加工的表面能依据的基准,4）装配基准 机器装配时，用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准,1.1 机械零件加工工艺编制基础知
10、识,（二）工件的定位方法,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,效率低，找正精度较高；适用单件小批量中形状简单的工件。,通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批量中形状复杂的铸件。,操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生产类型。,直接找正法示例a）磨内孔时工件的找正 b）刨槽时工件的找正,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,划线找正法示例,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,用专用夹具安装工件,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,用专用夹具安装工件,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,（三）工件定位原理简介,1、六点定位原理,物体的六个自由度,1.1 机械零件加工工艺编制
11、基础知识,六点定位简图,在机械加工中，要完全确定工件在夹具中的正确位置，必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度，称为“六点定位原理”。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,（2）常见定位分析,技术要求,必须限制自由度数目,定位基面及支承点数目,要求：不欠、不超、不重复,影响尺寸精度的自由度第一类自由度，非要不可。影响夹紧力和切削力的自由度第二类自由度，可要可不要,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,限制六个自由度,限制一个或几个(少于六个)自由度,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,工件应限制的自由度,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,(a
12、)100：；对称度：；垂直度（或平行度）(b)15：；对称度：；垂直度：。,（1）垂直度：；对称度：。（2）200.05：；垂直度：；对称度：。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,当根据工件加工要求确定工件应限制的自由度后，某一方向自由度的限制往往会有几个定位基准可选择,（四）定位基准的选择,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.粗基准的选择,床身加工粗基准的两种方案比较,1)若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,2)在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件的所有表面都
13、要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。,阶梯轴粗基准的选择,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,3)在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。,以不加工表面为粗基准,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,4)选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其它缺陷，以便定位准确、装夹可靠。,5)一般只使用毛坯表面作一次粗基准，以后不再重复使用。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,2.精基准的选择,选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑，如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并使工件装夹
14、方便可靠。,1)“基准重合”原则 应尽量选择被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免基准不重合而引起的定位误差。,设计基准=定位基准,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,2)“基准统一”原则 应选择各加工表面都能共同使用的定位基准作为精基准。这样，便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准转换所产生的定位误差，并简化夹具的设计和制造工作。,诸工序采用共同的一组精基准,图2-15 基准统一,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,3)“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度要求很高，可以采取互为精基准的原则，反复多次进行精加工。,1后轴径；2前轴径；3
15、前锥孔 图2-17 互为基准,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,4)“自为基准”原则 在有些精加工或光整加工工序中，要求余量尽量小而均匀，在加工时就尽量选择加工表面本身作为基准。,图2-16 自为基准实例,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,5)一定要保证工件定位准确，夹紧稳定可靠，夹具结构简单，工人操作简便。,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,五.机械加工工艺规程（文件）,将零件的合理加工步骤形成文件。是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。,它是以工序为单位说明一个零件全部加工过程(简明的加工顺序)的工艺卡片。这种卡片包括零件各个工序的名称、工序内容，经过的车间、工段、
16、所用的机床、刀具、夹具、量具，工时定额等。主要用于单件小批生产以及生产管理中。,（1）机械加工工艺过程卡片,（一）.机械加工工艺规程含义,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,它是以工步为单位，根据工艺卡片的每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。该卡片中附有工序简图，并详细记载了该工序加工所需的资料，如定位基准选择、工序尺寸及公差以及机床、刀具、夹具、量具、切削用量和工时定额等。,（2）机械加工工艺卡,它是以工序为单位，详细说明零件的机械加工工艺过程,其内容介于工艺过程卡片和工序卡片之间。它用来指导工人进行生产和帮助车间
17、干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件或工序。,（3）机械加工工序卡,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,1)工艺规程是指导生产的主要技术文件,2)工艺规程是组织生产和管理工作的基本依据,3)工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料,（二）制订工艺规程的原则,（1）保证加工质量（2）保证生产效率（3）较低制造成本（4）良好劳动条件,1.1 机械零件加工工艺编制基础知识,（三）制订工艺规程的原始资料,产品整套装配图、零件图质量标准生产纲领、生产类型毛坯情况本厂现有生产条件先进技术、工艺有关手册、图册,1.1 机械零件加工工艺编制基础
18、知识,（四）制订工艺规程的步骤,确定生产类型,产品图样研究,选择毛坯种类,拟定工艺路线,确定工序尺寸及公差,选择机床、工装、切削用量、工时定额,填写工艺文件,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,一、轴类零件功用及结构特点,轴类零件的功用1）支撑传动零件2）承受载荷3）传递转矩,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,轴类零件的特点1）旋转体，长度大于直径；2）加工表面为内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、键槽、沟槽及横向孔；3）有一定的回转精度。,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,轴类零件的分类,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,二、轴类零件的主要技术要求,1）尺寸精度：直径I
19、T6IT9；长度2）形状精度：圆度、圆柱度 尺寸误差3）位置精度：同轴度、垂直度、跳动 4）表面粗糙度：Ra 0.2 6.3 形状误差位置误差尺寸误差,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,应用举例,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,在进行具体的零件分析以前，应先熟悉产品的装配图，明确零件在产品中的位置和功用，找出主要技术要求与技术关键。右图为减速箱部装图，由图可知，传动轴上30js6、35js6（两处）、46js6表面（即图中Q、M、N、P面）分别与齿轮、轴承和蜗轮内孔配合，是配合面，有较高的精度等级（IT6）和较小的表面粗糙度值（Ra0.8m）。而轴肩（即图中的G、H、I面）是定位面，有较高的形位
20、公差要求。零件的材料选用45钢调质，能满足使用要求。,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,轴类零件的材料1）一般轴类零件材料常用45钢；2）中等精度而转速较高的轴，可选用40Cr等合金结构钢；3）精度较高的轴，可选用轴承钢GCrl5和弹簧钢65Mn等，也可选用球墨铸铁；4）对于高转速、重载荷条件下工作的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。,三、轴类零件的材料、毛坯及热处理,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,轴类零件的毛坯1）最常用的毛坯是圆棒料和锻件；2）大型、结构复杂的轴采用铸件；3）比较重要的轴，多采用锻件。中小批生产用自由锻；大批大量生产用模锻
21、,1.2 轴类零件分析及毛坯选择,轴类零件的热处理1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，以细化晶粒，消除应力，改善切削加工性能；2）为了获得较好的综合力学性能，轴类零件常要求调质处理，常安排在粗车之后、半精车之前；3）表面淬火一般安排在精加工之前。4）对于氮化钢(如38GrMoAl)，需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。,一、加工阶段的划分,粗加工,半精加工,精加工,1、工艺过程的四个阶段,光整加工,荒加工阶段：当毛坯余量特别大，表面非常粗糙时，在粗加工阶段前还有荒加工阶段。为能及时发现毛坯缺陷，减少运输量，荒加工阶段常在毛坯准备车间进行。,1.3 轴类零件的加工方案,2、划分阶段的原
22、因,（1）有利于保证加工质量。,（2）合理的使用设备。,（3）及时暴露缺陷及避免损伤己加工表面。,（4）便于安排热处理工序和检验工序。,（5）可保护精加工和光整加工过的表面少受磕碰损坏。,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,二、加工顺序的安排,1、切削工序顺序安排,1）先粗后精 2）先主后次 3）先面后孔 4）先基面后其它,2、热处理工序安排,1.3 轴类零件的加工方案,淬火、渗碳、氮化等,自然时效人工时效,退火：用于高碳钢、合金钢等，降低硬度，便于切削；正火：用于低碳钢，提高硬度，便于切削；调质：淬火后高温回火,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,3、
23、辅助工序安排,金属镀层非金属镀层氧化膜,质量检验特种检验（无损探伤、磁力探伤、水压、超速试验）,去毛刺、倒钝锐边去磁清洗涂防锈油,三、轴类零件表面加工方法选择,精度和粗糙度要求,最终加工方法,准备工序加工方法,与经济精度和经济粗糙度相匹配,加工经济精度是指在正常加工条件下（采用合理标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。相应粗糙度为经济粗糙度。,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,选择加工方法应考虑的因素：,1.加工方法的经济精度、表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应。,2.加工方法与被加工材料的性质、工件形
24、状和尺寸相适应。,3.加工方法与生产类型相适应。,4.加工方法与本厂现有设备和加工条件相适应。,5.特殊要求。,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,1、外圆表面车削加工,1.3 轴类零件的加工方案,2、外圆表面磨削加工,磨削加工的工艺范围,外圆磨削加工方法,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,外圆磨削常见缺陷及解决措施,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,3、外圆表面精密加工,1.3 轴类零件的加工方案,四、轴类零件的一般加工工艺路线,轴类零件的主要表
25、面是各个轴颈的外圆表面，空心轴的内孔精度一般要求不高，而精密主轴上的螺纹、花键、键槽等次要表面的精度要求也比较高。因此,轴类零件的加工工艺路线主要是考虑外圆的加工顺序，并将次要表面的加工合理地穿插其中。下面是生产中常用的不同精度、不同材料轴类零件的加工工艺路线：(1)一般渗碳钢的轴类零件加工工艺路线:备料锻造正火打顶尖孔粗车半精车、精车渗碳(或碳氮共渗)淬火、低温回火粗磨次要表面加工精磨(2)一般精度调质钢的轴类零件加工工艺路线:备料锻造正火(退火)打顶尖孔粗车调质半精车、精车表面淬火、回火粗磨次要表面加工精磨,1.3 轴类零件的加工方案,(3)精密氮化钢轴类零件的加工工艺路线：备料锻造正火(
26、退火)打顶尖孔粗车调质半精车、精车低温时效粗磨氮化处理次要表面加工精磨光磨。(4)整体淬火轴类零件的加工工艺路线：备料锻造正火（退火）打顶尖孔粗车调质半精车、精车次要表面加工整体淬火粗磨低温时效精磨 一般精度轴类零件，最终工序采用精磨就足以保证加工质量。精密轴类零件，除了精加工外，还应安排光整加工。对于除整体淬火之外的轴类零件，其精车工序可根据具体情况不同，安排在淬火热处理之前进行，或安排在淬火热处理之后，次要表面加工之前进行。应该注意的是:经淬火后的部位，不能用一般刀具切削，所以一些沟、槽、小孔等须在淬火之前加工完。,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的
27、加工方案,例：图7-14所示方头小轴，中批生产，材料为20Cr，要求12h7 mm段渗碳（深0.8mm 1.1mm），淬火硬度为50 HRC 55 HRC，试拟定其工艺路线。,方头小轴,五、轴类零件加工工艺方案举例,1.3 轴类零件的加工方案,1.分析零件图;2.加工方法;3.拟订工艺路线。,1.3 轴类零件的加工方案,1.4轴类零件加工工序设计,一、加工余量的确定,1、加工余量的概念：,1.4轴类零件加工工序设计,2、工序余量、工序尺寸及偏差：,工序余量与工序尺寸及其公差的关系,对于轴类零件的外尺寸：工序尺寸偏差取单向负偏差（h），工序的基本尺寸等于最大极限尺寸，如，对于孔类等零件的内尺寸：
28、工序尺寸偏差取单向正偏差（H），工序的基本尺寸等于最小极限尺寸，如，对于毛坯的制造偏差：取正负偏差。,1.4轴类零件加工工序设计,工序尺寸及偏差（入体原则）,图2-21 加工余量和工序尺寸分布图,1.4轴类零件加工工序设计,3、影响加工余量的因素,（1）上工序的表面粗糙度和表面缺陷层,加工表面的粗糙度与缺陷层 1缺陷层；2正常组织,1.4轴类零件加工工序设计,2、上工序的尺寸公差,上工序留下的形状误差,1.4轴类零件加工工序设计,3、上工序各表面间相互位置的形位误差,轴的弯曲对加工余量的影响,1.4轴类零件加工工序设计,4、本工序安装误差,三爪卡盘上的装夹误差,1.4轴类零件加工工序设计,1.
29、4轴类零件加工工序设计,4、加工余量的确定,(1)分析计算法:用于大批量或贵重零件加工,(2)经验估计法:用于单件小批量,(3)查表修正法:工厂广泛采用,1.4轴类零件加工工序设计,5.简单工序尺寸及公差的确定举例,图7-21 小轴,例：如图所示小轴零件，毛坯为普通精度的热轧圆钢，装夹在车床前、后顶尖间加工，主要工序；下料车端面钻中心孔粗车外圆精车外圆磨削外圆。,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,某齿轮内孔工序尺寸及公差的计算举例,二
30、、轴类零件加工工艺问题分析,问题提出：,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.3 轴类零件的加工方案,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,1.4轴类零件加工工序设计,三、工序设计,(一)工艺规程的原始资料,(二)分析零件的结构特点和技术要求，审查结构工艺性,(三)选择毛坯,(四)选择定位基准和确定工件装夹方式,(五)拟定工艺路线,(六)设计工序内容,(七)填写工艺文件,1.3 轴类零件的加工方案,要求完成对传动轴进行机械加工工艺编制,1.3 轴类零件的加工方案,1.3 轴类零件的加工方案,传动轴加工工艺过程,（续）,（续）,
