机械工艺制造基础课程第六章.ppt

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1、第七章 机械加工工艺规程,7.1 概述7.2 定位与安装7.3 零件加工的结构工艺性7.4 工艺规程的编制过程7.6 典型零件的工艺规程编制举例,目录,7.1.1 生产过程与工艺过程,机械制造中与产品生成直接有关的生产过程常被称为机械制造工艺过程,机械制造工艺过程,毛坯和零件成形铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑 机械加工切削、磨削、特种加工 材料改性与处理热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂 机械装配把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作,7.1 概述,7.1.2 工艺过程的组成,工序是指由一个或一组工人在同

2、一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。,工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。,工步指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）,走刀同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。,a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步复合工步,7.1.3 生产纲领、生产类型及其工艺特征,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

3、产量和进度计划。计划期通常为1年，所以生产纲领也称产品的年生产量。零件的生产纲领要计入备品及废品的数量，一般按下式计算：N=Q n(1+)(1)式中:N 零件年产量，单位为件年；Q产品的年产量单位为台年；n每台产品中，该零件的数量，单位为件台；备品的百分率（）；废品的百分率（）；,7.1.3 生产纲领、生产类型及其工艺特征,2.生产类型根据生产纲领、产品的复杂程度和质量的大小，生产类型可分为大量生产、成批生产（根据批量的大小又可分为大批、中批与小批生产）和单件生产三种类型。1）单件生产 单件生产的基本特点是生产的产品品种繁多，每种产品仅制造一个或少数几个，很少再重复生产。2）成批生产 一年中分

4、批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复。3）大量生产 产品的数量很大，大多数工作地按照一定的生产节拍进行某种零件的某道工序的重复加工。,7.1.3 生产纲领、生产类型及其工艺特征,按批量的多少，成批生产又可分为小批、中批和大批生产三种。在工艺上，小批生产和单件生产相似，常合称为单件小批生产，大批生产和大量生产相似，常合称为大批大量生产。,7.2 安装与定位7.2.1 工件的安装与基准,划线找正装夹 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直接找正装夹 精度高，效率低，对工人技术水平高,夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用,定位 使工件在机床或夹具上占有正

5、确位置夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,基准及其分类按基准的作用不同，常把基准分为设计基准和制造基准两大类。1）设计基准在设计零件图样时，用以确定其他点、线、面位置的基准称为设计基准。,2）制造基准工序基准：在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。工序尺寸的起点也是工序基准。,定位基准：是工件在夹具或机床上定位时，用以确定工件在工序尺寸方向上相对于刀具的正确位置的基准。度量基准：用于检验已加工表面的尺寸及各表面之间位置精度的基准。装配基准：在机器装配中，用于确定零件或部件在机器中正确位置的基准。必须指出，作

6、为定位基准的点或线，总是以具体表面来体现的，这种表面称为基面。,7.2.2 工件在夹具中的定位,1.定位与夹紧工件在夹具中定位就是要确定工件与夹具定位元件的相对位置，并通过导引元件或对刀装置来保证工件与刀具之间的相对位置，从而满足加工精度的要求。在工件定位以后，为了使工件在切削力等作用下能保持既定的位置不变，通常还需要夹紧工件，将工件紧固。,7.2.2 工件在夹具中的定位,2.工件定位的基本原理工件空间位置的这种不确定性可用自由度(或不定度)来描述。工件有六个自由度。要使工件在某方向有确定的位置，就必须限制该方向的自由度。当工件的六个自由度均被限制后，工件在空间的位置就唯一地被确定下来。,7.

7、2.2 工件在夹具中的定位,2.工件定位的基本原理在夹具中，限制工件的自由度可用定位支承点来实现，一个定位支承点限制一个自由度。,7.2.2 工件在夹具中的定位,在实际定位中，定位支承点并不一定就是一个真正的点，也可能是一线段或一小面积；所以，通常所说“几点定位”仅是指某种定位中数个定位支承点的综合结果。,7.2.2 工件在夹具中的定位,3、限制工件自由度与加工技术要求的关系工件在夹具中定位时，并非所有情况都必须完全定位，即工件的六个自由度不必全部限制。,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。,完全定位与不完全定位,不完全定位主要有

8、两种情况：工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。,完全定位与不完全定位,工件应限制的自由度,7.2.2 工件在夹具中的定位,4.欠定位与过定位欠定位：所谓欠定位，是指工件实际定位所限制的自由度数目，少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。欠定位不能保证工件的加工技术要求，是不允许出现的。,欠定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定

9、位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,过定位分析,图2-18 过定位示例,过定位讨论,过定位引起夹紧变形,过定位处理分析,

10、讨论,分析图示定位方案：各方案限制的自由度有无欠定位或过定位对不合理的定位方案提出改进意见。,过定位分析,过定位示例分析,过定位示例分析,在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：,7.2.3 定位基准的选择,使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。,精基准,从定位的作用来看，它主要是为了保证加工表面的位置精度，因此，选择定位基准的总原则，应该是从有位置精度要求的表面中进行选择。,选取不加工的表面作粗基准如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。,余量均匀分配原则如果首先要求保证工件某重要

11、表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。,1.粗基准的选择,它应该保证所有加工表面都具有足够的加工余量，而且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。,便于工件装夹原则要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。,粗基准一般不得重复使用原则,2.精基准的选择,基准重合原则：尽可能选用设计基准为定位基准，防止引起定位误差。加工带孔齿轮和套类零件，用心轴定位。,主轴箱零件精基准选择,统一基准原则当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精

12、度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工,在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准；2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准；4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。采用统一基准原则好处：1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。,互为基准原则,主轴零件精基准选择,【例】主轴零件精基准选择,自为基准原则,【

13、例】床身导轨面磨削加工,浮动镗刀块1工件 2镗刀块 3镗杆,便于装夹原则所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。,外圆研磨示意图,【例】铰孔、拉孔、研磨,【例】浮动镗刀块镗孔,7.3 零件加工的结构工艺性,1.零件的结构便于加工 1）应留有空刀槽和退刀槽、越程槽,7.3 零件加工的结构工艺性,2）凸台的孔要留有加工空间,3）避免弯曲孔,4）孔轴线应与其端面垂直,5）同类要素要统一,6）尽量减少走刀次数,7）将零件中难加工的部位进行合理的拆分。,2.尽量减少不必要的加工面积,3.零件的结构应便于安装 1）增加工艺凸台,2）增加辅助安装面,4.提高标准化程度

14、1）应尽量采用标准件和标准化参数设计，降低成本。2）应能使用标准刀具加工。零件上的结构要素如孔径及孔底形状、中心孔、沟槽宽度或角度、圆角半径、锥度、螺纹的直径和螺距、齿轮的模数等，其参数值应尽量与标准刀具相符以便能使用标准刀具加工。,7.4 工艺规程的编制过程,拟定零件的机械加工工艺路线是制订工艺规程的一项重要工作，拟定工艺路线时需要解决的主要问题是：选定各表面的加工方法；划分加工阶段；安排工序的先后顺序；确定工序的集中与分散程度。,1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2）零件材料的加工性3）生产批量和生产节拍要求4）企业现有加工设备和加工能力5）经济性,外圆表面加工常用的工艺路线：粗车一半

15、精车 对于中等精度和粗糙度要求的未淬硬工件的外圆面，均可采用此方案。粗车一半精车一磨(粗磨精磨)此方案最适于加工精度较高、粗糙度较小，且淬硬的钢件外圆面，也广泛地用于加工未淬硬的钢件或铸铁件。粗车一精车一精细车 此方案主要适用于精度要求高的有色金属零件的加工。,孔的典型加工工艺路线,孔加工常用加工路线钻一扩一铰 主要用于直径小于50mm的中小孔加工。由于铰削加工对孔的位置误差的纠正能力差，因此孔的位置精度主要由钻一扩来保证。位置精度要求高的孔不宜采用此加工方案。钻(粗镗)半精镗精镗一浮动镗(或金刚镗)用于加工未经淬火的黑色金属及有色金属等材料的高精度孔和孔系。与钻扩铰工艺路线不同的是：所能加工

16、的孔径范围大，一般孔径不小于 18mm即可采用装夹式镗刀镗孔；加工出孔的位置精度高常用于加工位置精度要求高的孔或孔系。钻(粗镗)半精镗一粗磨一精磨一研磨(或珩磨)用于黑色金属特别是淬硬零件的高精度的孔加工。钻（粗镗）粗拉精拉 适于大批量生产，可加工复杂形状孔。,平面加工常用工艺路线：粗铣半精铣精铣高速精铣 铣削是平面加工中用得最多的方法。粗刨半精刨精刨宽刀精刨或刮研 此工艺路线以刨削加工为主。目前在单件小批生产，特别在重型机械生产中还得到广泛的应用。粗铣(刨)半精铣(刨)粗磨精磨研磨 主要用于淬硬表面或高精度表面的加工，淬火工序可安排在半精铣(刨)之后。粗拉一精拉 适合于大批量生产，生产率高，

17、特别是对台阶面或有沟槽的表面，优点更为突出。粗车半精车精车金刚石车 主要用于有色金属零件的平面加工，有时就是外圆或内孔的端面。如果是黑色金属，则在精车以后安排精磨、砂带磨等工序。,7.4.2 加工阶段的划分一个零件加工工艺过程通常可划分为以下几个阶段：1）粗加工阶段 此阶段的主要任务是切除各加工表面上的大部分余量，并加工出精基准。2）半精加工阶段 此阶段的主要目的是使主要表面消除粗加工后留下的误差，使其达到一定的精度，为精加工作好准备，并完成一些次要表面的加工（如钻、攻丝、铣键槽等）。,3）精加工阶段 此阶段的任务是保证各主要加工表面达到图纸所规定的质量要求。4）光整加工阶段 对于精度要求很高

18、（IT5级以上）、表面粗糙度值要求很小（Ra0.2m以下）的零件,必须有光整加工阶段。划分加工阶段的必要性在于：1）保证加工质量。2）合理地使用机床设备。3）粗、精加工分开，便于及时发现毛坯的缺陷，及时修补或报废，避免工时浪费。4）表面精加工安排在最后，可避免或减少在夹紧和运输过程中损伤已精加工过的表面。,7.4.3 工序集中与工序分散,使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少 优点：1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数；3）可减小生产面积，并有利于管理。,使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多

19、工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高,传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）,由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式,多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式,7.4.4 加工顺序的安排,先基准后其他先加工基准面，再加工其他表面 先面后孔有两层含义：1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定 2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，

20、先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生 先主后次也有两层含义：1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排 2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工 先粗后精,为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行 为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前 为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工

21、前。而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行 为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。,除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：零件加工完毕后；从一个车间转到另一个车间前后；重要工序前后。,去毛刺工序 通常安排在切削加工之后。清洗工序 在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。,7.6 典型零件的工艺规程编制举例,轴类零件的加工工艺 1.概述1）轴的功能与结构特点 2）轴的技术要求尺寸精度及表面粗糙度：IT6

22、IT9，表面粗糙Ra为6.30.4m。几何形状精度：圆度、圆柱度等要求较高时，应在零件图上规定其允许的偏差值。相互位置精度：主要有轴颈之间的同轴度，定位面与轴线的垂直度，键槽对轴的对称度等。,3）轴的材料及热处理 对于不重要的轴，可采用普通碳素钢Q235A、Q255A、Q275A等，不经热处理。对于一般的轴，可采用优质碳素结构钢35、40、45、50等，并根据不同的工作条件进行不同的热处理(如正火、调质、淬火等)以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对于重要的轴，可采用合金结构钢40cr轴承钢GCrl5、弹簧钢65Mn等，进行调质和表面淬火处理，具有较高的综合力学性能。4）轴的毛坯 对于光轴和直径相

23、差不大的阶梯轴，一般采用圆钢作为毛坯。对于直径相差较大的阶梯轴以及比较重要的轴，应采用锻件作为毛坯。对于某些大型的、结构复杂的异形轴，可采用球墨铸铁作为毛坯。,2.轴的加工过程 预备加工：包括校直、切断、端面加工和钻中心孔等。粗车：粗车直径不同的外圆和端面。热处理：对质量要求较高的轴，在粗车后应进行正火、调质等热处理。精车：修研中心孔后精车外圆、端面及螺纹等。其他工序：如铣键槽、花键、钻孔等。热处理：耐磨部位的表面热处理。磨削工序：修研中心孔后磨外圆、端面。,典型零件工艺过程,轴类零件的加工过程,0.02,300-0.014,24-0.02-0.04,22-0.02-0.04,200-0.01

24、4,审查图纸及技术要求,（1）重要的尺寸：30、20、24和 22精度要求高，表面粗糙度低，相当于IT7的精度。同时以上圆柱面对轴线的径向跳动要求在0.02mm。（2）材料及性能：45钢，硬度HRC4045。（3）批量：单件小批。,制定工艺路线外圆面和端面：粗车-半精车-淬火+中温回火-粗磨-精磨键槽：粗铣-精铣,基准的选择,（1）两端面的中心孔为粗、精加工的定位基准。（2）毛坯外圆为两端面的定位基准。热处理后应修研中心孔。,工序分析,1.车端面、钻中心孔；2.车外圆面、切槽和倒角；3.铣键槽；4.热处理；5.修研中心孔；6.磨外圆；7.质量检验。,7.6.2 齿轮类零件的加工工艺,1.齿轮零

25、件的结构特点 从工艺观点可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。齿圈的结构形状和位置是评价齿轮结构工艺性的一项重要指标。单联齿轮圈齿轮的结构工艺性最好。多齿圈齿轮由于轮缘间的轴向距离较小，加工方法受限制(一般只能选插齿加工)。2.机械加工的一般工艺过程加工一个精度较高的圆柱齿轮，大致经过如下工艺路线：毛坯制造及热处理齿坯加工齿形加工齿端加工轮齿热处理定位面的精加工齿形精加工。,1）齿轮的材料及热处理 当前生产中常用的材料及热处理大致如下：中碳结构钢(如45钢)进行调质或表面淬火。经正火或调质后，提高了材料的可加工性。但这种材料可淬透性较差，一般只用于齿面表面淬火。常用于低速、轻载或中载的普通精度

26、齿轮。中碳合金结构钢(如40Cr)进行调质或表面淬火。这种材料经热处理后综合力学性能好热处理变形小。适用于制造速度较高、载荷较大、精度高的齿轮。渗碳钢(如20Cr、20CrMnTi等)经渗碳淬火，齿面硬度可达5863HRC，而心部又有较好的韧性，既能耐磨又能承受冲击载荷，这些材料适于制作高速、小载荷或具有冲击载荷的齿轮。,铸铁及其他非金属材料，这些材料强度低容易加工，适用于制造轻载荷的传动齿轮.2）毛坯制造 尺寸较小、结构简单而且对强度要求不高的钢制造齿轮可采用轧棒做毛坯。强度、耐磨性和耐冲击要求较高的齿轮多采用锻件。尺寸较大(直径大于400600mm)且结构复杂的齿轮，常采用铸造方法制造毛坯

27、。小尺寸而形状复杂的齿轮可以采用精密铸造或压铸方法制造毛坯。,3）齿坯加工 齿形加工前的齿轮加工称为齿坯加工。主要包括：齿坯的孔加工(对于盘类、套类和圈形齿轮)、端面和顶尖孔加工(对于轴类齿轮)以及齿圈外圆和端面的加工。盘类齿轮的齿坯加工过程:大批大量加工中等尺寸齿坯时采用钻拉多刀车的工艺方案：以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔。以端面支承进行拉孔。以内孔定位在多刀半自动车床上粗、精车外圆、端面、切槽及倒角等。,成批生产齿坯时，常采用车一拉的工艺方案：以齿坯外圆或轮毂定位，粗车外圆、端面和内孔。以端面支承拉出内孔(或花键孔)。以内孔定位精车外圆及端面等。单件小批生产齿轮时，一般齿坯的孔、端面及

28、外圆的粗、精加工都在通用车床上经两次安装完成。,4）齿形加工齿形加工是整个齿轮加工的核心与关键。常用的齿形加工方案如下：8级精度以下的齿轮：调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。对于淬硬齿轮可采用：滚(插)齿齿端面加工淬火校正内孔的方案，但在淬火前齿形加工精度应提高一级。67级精度齿轮：对于齿面不需淬硬的齿轮，采用滚(插)齿齿端加工剃齿的加工方案。对于淬硬齿轮可采用：滚(插)齿齿端加工剃齿表面淬火校正基准珩齿。,5级以上精度的齿轮：一般采用：粗滚齿精滚齿齿端加工淬火校正基准粗磨齿精磨齿。5）齿端加工 齿端加工的方式有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺。齿端加工必须安排在齿形淬火之前，通常在滚(插)齿之后进行。,6）齿轮的热处理 分为齿坯的预备热处理和轮齿的表面淬硬热处理。齿坯的热处理通常为正火和调质，正火一般安排在粗加工之前，调质则安排在齿坯加工之后。为延长齿轮寿命，常常对轮齿进行表面淬硬热处理，根据齿轮材料与技术要求不同，常安排渗碳淬火和表面淬硬等热处理。7）精基准校正 轮齿淬火后其内孔常发生变形，内孔直径可缩小0.010.05mm，为确保齿形加工质量，必须对基准孔加以修整。修整的方法一般采用推孔和磨孔。8）齿轮精加工 以磨过(修正后)的内孔定位，在磨齿机上磨齿面或在珩齿机上珩齿。,