机械加工工艺和加工工艺规程设计

第一章机械加工工艺和加工工艺规程设计Machining Technogical Process Planning工艺规程：是规定产品或零部件机加工工艺过程和操作方法的工艺文件。

体现：生产规模的大小，工艺水平的高低及解决各种工艺问题的方法和手段§1-1 基本概念一、机械加工的生产过程1、生产过程：原材料→机械产品（全部劳动过程）主要生产过程：制坯——机加工——热处理——装备——检验—试车——油漆辅助生产过程：包装，储运，能源供应等。

2 、加工工艺过程：直接改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。

二、机械加工工艺过程的组成（若干工序组成）工艺过程：工序1 安装1次工位1 工步1 走刀12 2 2 2 23 3 3 3 3工序：一个（或一组）工人在一个工作地点，对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分加工过程。

安装：在每一工序中工件一次装夹（定位和夹紧）所完成的那部分工序。

工位：工件在一次安装中（工件相对机床床身变换加工位置），在一个位置所完成加工。

（图1-2）工步：加工表面、切削工具、进给量都不变的情况下所完成的那部分加工。

（复合工步：几把刀具同时参与切削。

图1-3、1-4、1-5）走刀：同一切削速度及进给量对同一表面进行切削一次。

例：齿轮零件图序号工序名称工序内容工艺过程细分1 车外圆Ø100车端面A车端面B钻扩铰孔Ø25粗车半精车外圆Ø100粗车半精车A面倒角粗车半精车B面倒角钻扩铰Ø25孔一次安装，一个工位，二个工步，三次走刀二个工步，三次走刀一个工步二次安装，一个工位，二个工步，三次走刀一个工步三个工步，三次走刀。

2钻铰4—Ø12孔钻孔4—Ø12铰孔4—Ø12一次安装，一个工位，4个工步，4 次走刀4个工步，4次走刀3 刨（插）键槽刨键槽一次安装，一个工位，一个工步，多次走刀4 滚齿一次安装，一个工位，一个工步，多次走刀5 热处理齿面高频6 钳工修键槽修键槽 Ra1.67 去毛刺，清洗，上油三、生产类型与机械加工工艺规程（一）生产纲领和生产批量生产纲领(年产量)：在计划期内，应生产产品产量的进度计划生产批量：一次投入或产出同一产品或零件的数量（二）生产类型(表1- 4 1-5)生产类型：批量大小的分类年产量产品大小和结构的复杂性生产类型的工艺特点：单件小批生产的工艺特点——通用设备、通用工装中批和大批大量生产的工艺特点——专用设备、专用工装（三）机械加工工艺规程的作用1、工艺规程是指导生产的主要技术文件生产的计划、调度、工人的操作、质量检查等的依据2、组织生产，生产准备主要技术文件（原有生产条件、新建）①原材料，设备购置，厂房建造②工装设计制造③技术关键分析与研究（四）机械加工工艺规程的格式（卡片）工艺过程卡——单件小批量生产（表1—6）工艺卡——中批生产（表1—7）工序卡——大批量生产（表1—8）检验卡——检验工序调整卡——半自动，自动机床四、机械加工工艺规程的设计原则、内容及步骤 （一） 工艺规程的设计原则处理好质量，生产率和经济性三者的辩证关系 （二） 设计工艺规程的内容和步骤工艺规程内容：①毛坯的选择②拟定工艺路线③确定切削用量、加工余 量及工时定额 步骤：①分析研究零件图纸：零件作用，尺寸、技术要求，结构工艺性 ②毛坯选择：毛坯的种类、质量（加工质量、生产率、成本性能）新技术，新工艺（精铸、精锻、冲压、粉末冶金、型材、工程塑料）③拟定工艺路线：a 确定加工顺序和工序内容、安排工序集中与分散程度，划分工艺阶段b 选工艺基准：定位基准、装配基准、检验基准。

④确定各工序所用加工设备和工装 ⑤计算加工余量、工序尺寸及公差 ⑥计算切削用量（查阅手册或经验定） ⑦估算工时定额（手册、统计资料） ⑧确定各主要工序的技术要求及检验方法 ⑨填好工艺文件§1—2 工件加工时的定位及基准一、 工件的定位（一）工件的装夹（定位与夹紧）1、装夹（图1-8）定位——工件在机床工作台或夹具上，相对刀具占有正确位置 夹紧——工件定位后将其固定，使其在加工过程中位置不变。

2、装夹方法：① 直接找正装夹：定位是由工人用千分表、划针等工具，找正某些表面，以保证被加工表面相对刀具的正确位置（精度高，效率低）——适用于（图1-9）② 划线找正装夹：在工件上画出加工表面的位置，按划线用划针找正被加工表面相对刀具的正确位置（精度低、效率低）——适用于（图1-10）③ 夹具装夹：工件放在夹具的定位元件上并夹紧，保证加工面与刀具相对正确位置（精度较高，效率高）——适用于（图2-1）（二）定位原理1、六点定位原理（图1-11、1-12）xoy 面三点：Y X Zxoz 面二点：Y Zyoz 面一点：X2、用定位元件代替约束点（表1-10）3、完全定位和不完全定位（图1-13、1-14、1-15）根据加工面的要求,需要限制6个自由度，称完全定位根据加工面的要求，需要限制的自由度少于6个，称不完全定位4、欠定位和过定位（图1-16、1-18）欠定位：要求限制的自由度没得到限制过定位：—个自由度被两个以上约束点约束二、基准基准：确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的那些点线面设计基准：（图1—19）工艺基准：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，位置的基准定位基准——是获得零件尺寸的直接基准装配基准——测量基准——§1—3工艺路线的制定一、定位基准的选择（一）粗基准的选择1、保证相互位置要求的原则（图1-21、1-22）选不加工面为粗基准：加工面与不加工面有相互位置要求2、保证重要表面余量合理分配的原则（图1-23）选重要加工面为粗基准：保证该面余量均匀3、粗基准一般不的从重复使用原则（图1-24）（二）精基准的选择1、基准重合的原则：设计基准与定位基准重合2、统一基准原则：某工序均以某一基准定位（表1-11）3、互为基准原则：某些位置度要求很高的表面，互为基准反复加工。

（表1-12）4、自为基准原则：保证被加工面余量均匀，以被加工面为基准。

（图1-26）二、加工经济精度与加工方法的选择（一）加工经济精度定义：在正常生产条件下，所能保证的加工精度和表面粗糙度。

加工误差与成本的关系（图1-27 1-28）（二）加工方法的选择（表1-13 1-14 1-15 1-16）依零件的要求，考虑零件精度、现有工艺条件、加工经济精度。

三、典型表面的加工路线外圆、内孔、平面（图1—29 1-33 1-37）四、工序顺序的安排（一）工序顺序的安排原则1．先基准，后其它2．先面后孔3．先主后次4．粗精分开（二）热处理及表面处理安排1．改善切削性能——安排在加工前（退火，正火，调质）2．消除内应力——安排在粗加工后（时效，正火，退火）3．改善材料力学物理性能——排在精加工前（淬火，回火，渗碳）4．高精度精密件——淬火后冷处理5．表面处理——排在最后（镀铬，镀锌，发蓝）（三）其他工序安排检查、检验：一般性尺寸检查——零件加工后；转车间；关键工序内部质量检查——X射线，磁力探伤，超声波探伤密封性、平衡、重量——去毛刺、清洗五、工序的集中与分散工序集中——工序数少，每工序工步内容多，夹具少，安装次数少，工艺路线短（加工中心，高效自动化机床）。

工序分散——工序数多，每工序工步少（传统流水线，自动线）。

六、加工阶段的划分（热变形，残余应力，缺陷；合理利用设备；人力、技术、资源）1、粗加工阶段切削量大，生产率高，产生的热多-------- 热变形，残余应力2、半精加工阶段减少误差，为精加工打基础。

3、精加工阶段4、超精加工阶段例：齿轮零件加工方法的选择：端面A、B（IT11、R3.2）：粗车（IT12～13），半精车（IT10～a11）3.2）：粗车（IT12～13），半精车（IT10～11）外圆（IT11、Ra内孔（IT7、R1.6）：钻、扩、精扩、半精铰、精铰a1.6）：滚齿齿面（8-7-7-DC、Ra键槽（IT9、R1.6）：粗刨、半精刨、钳工修R1.6a1.6）：钻、半精铰孔4—φ12（Ra序号工序名称工序内容基准工装设备1 热处理正火2 粗车粗车端面A 、外圆Ø100钻孔Ø25粗车端面B 端面B外圆中心线端面A外圆中心线卡盘卡尺车床3 粗刨粗刨（插）键槽8 外圆中心线刨床4 钻孔钻孔4—Ø12端面A外圆中心线钻床5 半精车半精车端面A 、半精车外圆Ø100；粗扩半精铰Ø25孔半精车B面端面B外圆中心线端面A外圆中心线卡盘卡尺车床6 半精刨半精刨（插）键槽外圆中心线刨床7 铰孔铰孔4—Ø12端面A外圆中心线钻床8 精加工精扩、、精铰Ø25端面A外圆中心线卡盘车床9 滚齿滚齿端面A内孔中心线滚齿机10 修键槽钳工修键槽（R a1.6）去毛刺、11 热处理齿面高频端面A内孔中心线12 清洗清洗13 检验14 上油上油§1—4 加工余量工序间尺寸及公差的确定一、加工余量的概念（一）加工总余量与工序余量加工总余量——毛坯尺寸与零件尺寸之差称为加工总余量工序余量——每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量工序余量：单边余量——非对称表面的加工余量（图1—38a）双边余量——对称表面的加工余量为双边余量（图1—38b）ba a y a a e H R T T Z Z ε++++=+=min b a a y a Ta e H R T Z Z ε++++=+=2)(2)(22min aebε外表面（工序尺寸公差 —— 按入体原则） 图内表面图（二） 工序余量的影响因素对于单边余量对于双边余量Ta ——上工序的工序尺寸公差Ry ——上工序产生的表面粗糙度Ha ——上工序产生的表面缺陷层深度——上工序产生的形位误差——本工序的装夹误差二、 加工余量的确定1、计算法2、查表法3、经验法三、工序尺寸与公差的确定（确定基准重合时工序尺寸与公差：工序基准或定位基准与设计基准重合）1． 确定各工序加工余量——查表 2． 确定各工序基本尺寸（从设计尺寸开始（最终加工工序），逐次向前推算）D n ±Z n =D n-1本工序基本尺寸±本工序余量 = 上工序基本尺寸 （+ 号外表面；-号内表面）3． 确定工序误差——按所选定加工方法的经济精度确定（除终加工工序） 4． 标注——按入体原则标注例：轴φ50、IT5 、Ra0.04高频、锻件锻造——粗车——半精磨——高频——粗磨——精磨——研磨∑-==110n i iLL ∑∑-+==-=1110n m q qmp pEIEs Es ∑∑-+==-=1110n m q qmp p ESEI EI —增环数——减环下偏差——减环下偏差——增环的上偏差——增环的上偏差——封闭环的上偏差——封闭环的上偏差—m EI EI EI Es EI Es p q p p 00余量 工序尺寸 经济精度 工序尺寸及公差§1-5 工艺尺寸链一.直线尺寸链的基本计算公式（一）极值法（三）概率法二、 直线尺寸链在工艺过程中的应用∑-==110n i iT T —组成环公差——封闭环公差——总环数——组成环基本尺寸——封闭环基本尺寸—i i T T n L L 000011.00016.00039.0016.0039.050...................011.05.................50..................01.0........01.50...................016.06............01.50....................1.0........11.50....................039.08............11.50....................3.0........41.50...................16.011............41.50....................1.1....51.51...................39.013............51.51.........49.45.4. (2)56..............................4................56.............601.6.......-----→±→φφφφφφ）（研磨）（精磨）（粗磨高频）（半精车）（粗车锻造h h h h h 2minmax L L L +=∆—平均尺寸—∆L 2EI Es +=∆∑-==112n i oQ iT T 封闭环公差—oQ T —下偏差——上偏差——中间偏差—EI Es ∆07.01276580030.00004.0018.0±ΦΦ++-中心距087.00031061.0044.022********1205.199587.199,,5.199044.0002.0015.0061.0)009.0(05.199405.32127++-→→=-=--==---==++=--=最大L L L L EI L EI L EI L Es L Es Es L L L L L L p p p p 285.0023.027.53++=L 260.0048.027.53++=L （一）工艺基准和设计基准不重合时工艺尺寸的计算1. 测量基准和设计基准不重合 例： 知：车床主轴箱体Ⅲ轴和Ⅳ轴孔求：测量尺寸（测孔外缘）（图1-43）2.定位基准与设计基准不重合例： 已知：A 、B 面前面已经加工好，本工序加工C ，保证尺寸120-0.070 求： 对刀工序尺寸 （图1-44）035.00222222.2100035.01021052.018035.0.............035.0070.00.............00181230..........30...........035.0207.0230..............14+--==--=-=-==-=-======L ES L ES L EI L EI L L L L L L T T T IT q q q q（二）一次加工满足多个设计尺寸要求的工艺尺寸计算例：已知上工序镗孔φ49.80+0.046 ，问插键槽多深，在磨内孔φ500+0.030后，才能保证尺寸53.80+0.30（图1-45）解：L 1=24.90+0.023 ，L 2= ，L 3=250+0.015 ，L 0=53.80+0.30 求得如果磨孔与镗孔同轴度误差为0.5（L 4=0±0.25）求得250.0008.027.0++=L 015.00225.01975.13--=L 030.0045.095.27--φ（三）表面淬火、渗碳层深度及镀层、涂层厚度工艺尺寸链 1、例：偏心轴零件工艺安排如下：精车（φ38.4-0.10）-----渗碳（？）-----精磨（φ38-0.0160），同时保证渗碳层深度0.5～0.8（图1-47）解：L 1=19.2-0.050 ，L 2= ，L 3=19-0.0080 ，L 0=0.50+0.30求得2、例：轴套镀铬镀层厚0.025～0.04，并保证尺寸φ28-0.0450 ，求镀前尺寸 （图1-48）解：L 0=14-0.02250 ，L 1= ，L 2=0.0250+0.015求得 （四）余量校核三、工序尺寸与加工余量计算图表法同一方向上尺寸多，工艺基准多次转换（图1-50） 工艺安排：1）轴向以D 面定位粗车A 面，又以A 面为基准（测量基准）粗车C 面，保证尺寸L 1 和L 22）轴向以A 面定位，粗车和精车B 面，保证工序尺寸L 3 ，粗车D 面保证工序尺寸L 4 。