机械加工工艺规程设计5-1

302第五章机械加工工艺规程设计典型案例在机械加工中，常会遇到诸如轴类、套类、盘类、杆类、箱体类等各种各样零件。虽然它们形状各异，但在考虑它们的加工工艺时却存在许多共性。如图5-1所示套类零件，当安排其加工工艺时，必然要考虑这样一些问题，如该零件的主要技术要求有哪些?哪些表面是零件的主要加工表面？这些表面用什么方法加工、分几次加工？各表面的加工顺序如何？每个工序（工步）的加工余量多大？如何确定各道工序的工序尺寸及其公差？另外还要考虑零件的材料、毛坯形式、工件如何定位和夹紧等问题。上述这些问题均要在本章中进行讨论。图5-1轴套零件5.1概述一、机械加工工艺规程及其作用将产品或零部件的制造工艺过程的所有内容用图、表、文字的形式规定下来的工艺文件汇编称为工艺规程。机械加工工艺规程的作用可概括为：⑴组织、管理和指导生产。生产的计划、调度，工人的操作，质量的检查等都是以机械加工工艺规程为依据，一切生产人员都不得随意违反机械加工工艺规程，工艺规程是产品质量保证的根本所在。⑵机械加工工艺规程是各项生产准备工作的技术依据。在产品投入大批量生产以前，需要做大量的生产准备和技术准备工作，例如：厂房的改造或规划建设；设备的改造或新设备的购置和订做；关键技术的分析与研究；工装的设计制造或选购等。这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开。⑶技术的储备和交流。工艺规程体现了一个企业的工艺技术水平，它是一个企业技术得以不断发展的基石，也是先进技术得以推广、交流的技术文件，所有的机械加工工艺规程几乎都要经过不303断的修改与补充才能不断吸收先进经验，以适应技术的发展。二、工艺规程的设计原则⑴必须可靠的保证零件图纸上所有技术要求的实现。在设计机械加工工艺规程时，如果发现图纸某一技术要求规定的不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改图纸或不按图纸要求去做。⑵在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。⑶充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。⑷尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。三、工艺规程设计所需的原始资料在制订机械加工工艺规程时，必须具备下列原始资料：⑴零件图和产品整套装配图；⑵产品的生产纲领和生产类型；⑶产品的质量验收标准；⑷毛坯情况；⑸本厂的生产条件和技术水平；⑹国内外生产技术发展情况。四、工艺规程设计的步骤制订工艺规程的主要步骤大致如下：⑴零件的工艺性分析。主要分析零件的结构工艺性、技术要求、生产类型等内容。⑵确定毛坯。依据零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构特点，确定毛坯的种类、制造方法、精度等内容。工艺人员在设计机械加工工艺规程之前，首先要熟悉毛坯的特点。例如，其分型面，浇口和铸钢件冒口的位置以及铸件公差和拔模斜度等。这些内容均与工艺路线的制订密切相关。⑶拟定工艺路线，选择定位基准。这是工艺规程设计的核心内容。⑷确定各工序的设备和工装。设备和工装的选择需要与零件的生产类型、加工质量、结构特点相匹配，对需要改装和重新设计的专用设备和工艺装备应提出具体设计任务书。⑸确定主要工序的生产技术要求和质量验收标准。⑹确定各工序的余量，计算工序尺寸和公差。⑺确定各工序的切削用量。在单件、小批生产中，切削用量多由操作者自行决定，机械加工工艺卡中一般不作明确规定。在中批，特别是在大批大量生产时，为了保证生产的合理性和节奏均衡，在工艺规程中对切削用量有详尽的规定，并不得随意改动。304⑻确定工时定额。⑼填卡、装订。五、机械加工工艺规程的格式工艺规程是由一系列工艺文件所构成，工艺文件一般以卡片的形式来体现，这些卡片包括：工艺过程卡、工序卡、检验卡、调整卡等。在我国各机械制造厂使用的机械加工工艺规程表格的形式不尽一致，但是其基本内容是相同的。在单件小批生产中，一般只编写简单的机械加工工艺过程卡（参见表5-1）；在中批生产中，多采用机械加工工艺卡片（参见表5-2）；在大批大量生产中，则要求有详细和完整的工艺文件，要求各工序都要有机械加工工序卡（参见表5-3）；对半自动及自动机床，则要求有机床调整卡，对检验工序则要求有检验工序卡等。表5-1工艺过程卡片表5-2机械加工工艺卡片表5-3机械加工工序卡片3055.2机械加工工艺规程设计一、零件的结构工艺性分析结构工艺性是指产品的结构是否满足优质、高产、低成本制造的一种性质。零件结构工艺性的优、劣不是一成不变的，在不同的要求和生产条件下是可以变化的。在保证使用要求的前提下，为了优化产品质量、生产率、材料消耗、生产成本等要素。这就要求在进行产品和零件设计时，一定要保证合理的结构工艺性。表5-4列举了在常规工艺条件下零件结构工艺性定性分析的例子，供零件结构设计和工艺性分析时参考。表5-4零件结构工艺性举例序号零件结构结构工艺性不好结构工艺性好1加工孔离壁太近，与辅具（或主轴）干涉，无法进刀加大加工孔与壁之间距离，或取消进刀方向的立壁，就可以方便进刀2无退刀槽，攻丝无法加工，车螺纹时易打刀设计退刀槽，可以方便螺纹加工3063无退刀槽，刀具工作环境恶劣设计退刀孔槽，可以改善刀具工作环境4台阶尺寸太小，加工键槽时，易划伤左端孔表面加大尺寸h，可以避免划伤左端孔5无退刀槽，小齿轮无法加工设计退刀槽，可以方便小齿轮加工6无退刀槽，两端轴颈磨削时无法清根设计退刀槽，可以方便两端轴颈磨削清根7孔口设计成斜面，钻孔加工时，刀具易引偏或折断孔口设计平台，可以方便钻孔加工时刀具进刀8退刀槽尺寸不一，增加刀具种类和换刀次数统一退刀槽尺寸，可以减少刀具种类和换刀次数9螺纹孔尺寸接近但不同，增加刀具种类螺纹孔尺寸统一，可以减少刀具种类和换刀次数10平面太大，增加加工量，平面度也不便保证减小加工面面积，可以减少加工量，方便保证平面度11外圆和内孔无法在一次安装中加工，不便保证外圆和内孔的同轴度在外圆上设计台阶，可以方便保证外圆和内孔的同轴度12孔出口处余量偏置，钻头易引偏或折断孔出口处设计平坦，孔加工方便30713加工B面时，A面太小，定位不方便设计两个工艺凸台，可以方便B面加工时的定位，加工后可以再将凸台去处14键槽分布在不同方向，无法一次安装中加工出来将键槽设计在同一方向，可以一次安装中加工出来15孔太深，深孔加工有困难减小孔深度，可以方便加工16锥面需要磨削，锥面和圆柱面交接处无法清根锥面和圆柱面交接处设计成台肩，可以方便锥面磨削17装配面设计在腔体内部不便加工和装配装配面设计在腔体外部可以方便加工和装配18台阶面不等高，加工时需两次安装或两次调刀台阶面设计成等高，可以减少辅助时间19孔内壁设计沟槽不便加工将沟槽设计在装配件外圆柱面上，可以方便加工二、确定毛坯毛坯的种类和质量对零件的加工质量、材料消耗、生产率、成本均有影响，而且还会影响零件的力学性能和使用性能。因此，选择毛坯种类和制造方法时，我们必须首先满足零件的力学性能和使用性能要求，同时希望毛坯与成品零件尽可能接近，以节约材料、降低成本。但这样又会造成毛坯制造难度增加、成本提高。为合理解决这个矛盾，选择毛坯时应重点考虑以下几个问题：零件的生产纲领；零件的性能要求；毛坯的制造方法及其工艺特点；零件形状与尺寸；现有生产条件。表5-5列举了各种毛坯制造方法的工艺特点。表5-5常见毛坯制造方法的工艺特点毛坯制造方法工件尺寸大小壁厚（mm）结构的复杂性适用生产类型材料精度等级（IT）尺寸公差（mm）其它工艺特点型材小型简单各种类型各种材料余量较大。308焊接件大中型较复杂单件小批生产钢材余量大，有内应力。手工砂型铸造各种尺寸≥3～5复杂单件小批生产铁碳合金、有色金属及其合金14～161～8生产率低，余量大。机械砂型铸造中小型≥3～5复杂大批量生产同上14左右1～3生产率高，设备复杂。金属型铸造中小型≥1.5较复杂中、大批生产同上10～120.1～0.5生产率高。压铸中小型≥0.5（锌）≥10（其它合金）由模型制造难易决定大批量生产锌、铝、镁、铜、锡、铅各金属合金8～110.05～0.2生产率高，设备昂贵。离心铸造中小型≥3～5旋转体大批量生产铁碳合金、有色金属及其合金15～161～8生产率高，设备复杂。熔模铸造小型零件≥0.8复杂成批大量生产难切削材料7～100.05～0.15占地面积小，便于流水线。壳模铸造中小型≥1.5复杂各种生产类型铁和有色金属12～14生产率高，便于自动化。自由锻造各种尺寸不限制简单单件小批生产碳素钢合金钢14～161.5～2.5生产率低，要求工人技术水平高。锤上模锻中小型≥2.5由锻模制造难易决定成批大量生产碳素钢合金钢11～150.4～2.5生产率高。精密模锻小型≥1.5由锻模制造难易决定大批量生产碳素钢合金钢8～110.05～0.1生产率高，余量小。板料冷冲压各种尺寸0.1～10复杂大批量生产板材8～100.05～0.5生产率高。三、定位基准的选择加工时用以确定工件定位的基准称为定位基准。它又有粗基准和精基准之分，粗基准是指未经机械加工的定位基准，而精基准则是经过机械加工的定位基准。选择定位基准的首要目的是为了保证加工后零件各表面的位置精度和位置关系，同时还要考虑对各工序余量、工艺流程、夹具结构的影响，以及流水线和自动线加工的需要。定位基准选择时，需要全面考虑各方面的因素，选择一组合理的定位基准。同时还要考虑到粗、精基准的区别。1．粗基准的选择原则309粗基准选择的主要目的是：保证非加工面与加工面的位置关系；保证各加工表面余量的合理分配。因此，选择粗基准时应考虑下列一些问题：⑴余量分配原则粗基准的选择应保证工件各表面加工时余量足够或均匀的要求。下面先分析一个简单的例子。图5-2所示零件的毛坯，在铸造时孔3和外圆1难免有偏心。加工时，如果采用不加工的外圆1作为粗基准装夹工件（用三爪自定心卡盘夹住外圆1）进行加工，则加工面2与不加工面1同轴，可以保证壁厚均匀，但是加工面2的加工余量则不均匀，如图5-2a所示。图5-2不同粗基准选择的余量比较如果采用该零件的毛坯孔3作为粗基准装夹工件（用四爪单动卡盘夹住外圆1，按毛坯孔3找正）进行加工，则加工面2与该面的毛坯孔3同轴，即加工面2时的余量是均匀的，但是加工面2与不加工面外圆1则不同轴，即壁厚不均匀，如图5-2b所示。再如图5-3所示车床床身加工中，导轨面是最重要的表面，不仅精度要求高，而且要求导轨面有均匀的金相组织和较高的耐磨性，因此希望加工时导轨面去除余量要小而且均匀。因此应以导轨面为粗基准，先加工底面，然后在以底面为精基准加工导轨面。这样就可以保证导轨面的加工余量均匀。否则，若违背本条原则必将造成导轨余量的不均匀。图5-3床身加工中的粗基准选择⑵位置关系原则粗基准的选择应尽量保证最终零件上非加工表面与加工表面之间的相互位置关系要求。如图5-4a所示的拨杆，虽然不加工面很多，但由于要求22H9孔与40mm外圆同轴，因此在310钻22H9孔时应选择40mm外圆作为粗基准，利用三爪自定心夹紧机构使40mm外圆与钻孔中心同轴。图5-4位置要求对粗基准选择的影响⑶便于工件装夹的原则选粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等问题。为了保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。⑷粗基准一般不得重复使用的原则在同一尺寸方向上的粗基准一般不应被重复使用。这是因为毛坯的定位面一般都很粗糙，在两次装夹中重复使用同一粗基准，就会造成相当大的定位误差（有时可达几毫米）。如图5-5a所示的零件，其内孔、端面及3-7mm孔都需要加工，如果按图5-5b、c所示工艺方案，即第一道工序以30mm外圆为粗基准车端面、镗孔；第二道工序仍以30mm外圆为粗基准钻3-7mm孔，这样就可能使钻出的孔轴线与端面不垂直。如果用图5-5b、d所示工艺方案就可以避免上述问题，其第二道工序是用第一道工序已经加工出来的内孔和端面作精基准，就较好的解决了图5-5b、c工艺方案产生的不垂直问题。对粗基准不重复使用原则，注意不要滥用。例如在图5-6a所示的零件图中，第一道工序加工15H7孔和端面时，用法兰台肩面和外形定位