零件加工工艺

第七章零件加工工艺§7-1工艺基本概念§7-2零件加工方法选择§7-3工件定位与夹紧§7-4工艺规程§7-5提高劳动生产率的途径§7-6典型零件切削工艺分析§7-1工艺基本概念一、生产过程和工艺过程在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）外形、尺寸和性能，使之变为成品的过程称为工艺过程。工艺过程又包括若干道工序，每个工序又分为装夹、工位、工步、走刀，其相互关系如下：阶梯轴1.工序工序是工艺过程的基本组成部分，并且是生产计划的基本单元。工序是指在一个工作地阶梯轴点，对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。阶梯轴的加工工序2.装夹装夹就是工件装卸一次所完成的那部分工作。3.工位在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成的工序的一部分称为工位。4.工步一个工序中，加工表面、刀具、进给量和转速都不变时所完成的那部分工作称为工步。5.走刀二、生产类型及其工艺特点各种生产类型的工艺特点及要求§7-2零件加工方法选择一、选择加工方法时应考虑的问题1.应先根据每个加工表面的尺寸精度、几何精度和表面粗糙度的要求，确定能达到与其精度要求相适应的经济加工精度的加工方法2.确定机床加工方法时，要考虑工件材料的性质。3.选择机床加工方法时，须考虑生产批量的大小，即要考虑生产率和经济性的问题。4.根据零件的形状选择机床加工方法。5.选择机床加工方法时，还要考虑本厂的现有设备情况和技术条件。二、零件的加工方法选择由于加工表面的精度和表面粗糙度不是由一种加工方法、一次加工就能达到的，因此，在选择加工方法时，应首先确定主要表面的最后加工方法，然后再确定其他一系列准备工序的加工方法，即由粗到精逐步达到要求。在选择好主要表面的加工方法后，再选定次要表面的加工方法。在各表面的加工方法初步选定以后，还应考虑各方面工艺因素的影响，例如几个同轴度要求很高的外圆或孔，应安排在同一工序、一次装夹中加工等。1.外圆加工方法外圆面的加工方案框图如下，可作为拟订加工方案的依据和参考。（1）粗车。（2）粗车—半精车。（3）粗车—半精车—磨。（4）粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨（或超级光磨）。（5）粗车—精车—精细车。2.孔加工方法孔的加工方案框图如下：3.平面加工方法平面的加工方案框图如下：§7-3工件定位与夹紧一、基本概念1.基准的概念根据基准作用的不同，常把基准分为设计基准和工艺基准两大类。（1）设计基准。（2）工艺基准。2.工件的装夹方式（1）直接装夹。（2）找正装夹。1）直接找正装夹。2）划线找正装夹。（3）夹具装夹。直接装夹钻模１—钻套２—工件３—Ｖ形铁４—夹紧机构５—夹具体６—挡铁3.夹具的组成夹具的用途和种类各不相同，结构也各异，但其主要组成具有相似性，一般可概括为如下几个部分。（1）定位元件。（2）夹紧机构。平面用的定位元件ａ）支撑钉ｂ）支撑板定位销ａ）圆柱销ｂ）菱形销ｃ）应用示例4.导向元件用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的零件称为导向元件。5.夹具体和其他部分夹具体是夹具的基准零件，用它来连接并固定定位元件、夹紧机构和导向元件等，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上。二、工件定位原理在机械加工中，要完全确定工件的正确位置，必须有六个相应的支撑点来限制工件的六个自由度，称为工件的“六点定位原理”。物体的六个自由度六点定位简图完全定位部分定位重复定位连杆的定位ａ）定位正确ｂ）过定位三、定位基准的选择1.粗基准的选择粗基准的选择原则是：（1）选用工件上的不加工表面为粗基准，可保证不加工表面与加工表面之间的相互位置精度，同时可能在一次装夹中加工出较多的表面。（2）选用工件上要求余量均匀的重要表面作为粗基准。（3）零件各表面均需加工时，应选择余量或公差最小的表面作为粗基准，避免因该表面的加工余量不足而造成废品。（4）选用平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，使工件定位准确，夹紧可靠。轮毂的加工机床导轨加工粗基准的选择阶梯轴粗基准的选择2.精基准的选择精基准的选择原则是：（1）基准重合原则。即选用设计基准作为定位基准。（2）基准统一原则。（3）自为基准原则。（4）选用工件上尺寸较大、精度较高的表面作为定位基准，使定位稳固可靠，同时应尽可能使工件装夹和加工方便，夹具设计、制造简单。轴套的设计要求四、夹紧在机床加工中，工件定位后必须采用一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中不会由于切削力、工件重力、惯性力等的作用而发生位置变化。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作称为夹紧，把工件压紧夹牢的装置称为夹紧装置。夹紧装置的分类如下：1.对夹紧装置的基本要求夹紧装置随工件的夹紧方式、夹紧动力源不同，其结构形式和复杂程度也不同。不管是何种夹紧装置，都须满足下列基本要求：（1）正。夹紧时不破坏工件的正确定位。（2）牢。夹紧后应保证工件在加工过程中的位置不发生变化，夹紧准确、安全、可靠。（3）快。夹紧动作迅速，操作省力方便。（4）简。结构简单，制造容易。（5）调。夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调节和补偿。2.夹紧力及夹紧工件时的注意事项夹紧装置在夹紧时是否安全、可靠，不破坏工件的定位，决定于夹紧力的大小、方向和作用点是否恰当、合理。（1）夹紧力的方向应尽可能垂直于工件的主要定位基准面，并且作用点应落在支撑面的几何中心附近，以利于定位稳定。（2）夹紧力的方向与切削力的方向尽量一致。夹紧力垂直于基准面夹紧力与切削力方向一致（3）夹紧力的方向和作用点位置应施于工件刚度较好的方向和部位。夹紧力与工件刚度3.机床夹具中常用的夹紧装置（1）斜楔夹紧机构。（2）螺旋夹紧机构。1）螺钉夹紧机构。斜楔夹紧机构１—测微螺杆２—楔块３—铰链杠杆４—弹簧５—夹具体螺钉夹紧机构１—螺钉２—螺母３—夹具支架４—夹具体５—压块2）螺母夹紧机构压块结构螺母夹紧机构（3）螺旋压板夹紧机构。螺旋压板夹紧机构（4）偏心夹紧机构。偏心夹紧机构ａ）、ｂ）带手柄的偏心轮ｃ）、ｄ）偏心凸轮ｅ）偏心轴ｆ）带钩形压板的偏心夹紧机构ｇ）偏心压板夹紧机构１—转动手柄２—偏心轮３—轴４—垫板５—压板（5）定心夹紧机构。弹簧夹头及其导向部分ａ）弹簧夹头ｂ）导向部分１—夹具体２—弹性筒夹３—锥套４—螺母５—簧瓣６—锥套弹簧心轴１—心轴体２—弹簧套筒３—锥套４—螺母§7-4工艺规程一、确定加工方案根据零件每个加工表面（特别是主要表面）的技术要求，选择较合理的加工方案（或方法）。在确定加工方案（或方法）时，除了表面的技术要求外，还要考虑零件的生产类型、材料性能以及本单位现有的加工条件等。二、加工阶段的划分加工阶段的划分应遵循如下几项原则。1.粗、精加工要分开（1）有利于保证加工质量。（2）有利于合理地使用设备。（3）粗加工安排在前，可及早发现毛坯的缺陷（如铸件的砂眼、气孔等），以免继续加工造成工时的浪费。（4）有利于热处理工序的安排。2.基准面先加工精基准面应在一开始就加工，因为后续工序加工其他表面时，要用它定位。3.主要表面先加工一般零件的加工顺序是：精基准的加工；主要表面的粗加工；次要表面的加工；热处理；主要表面的精加工；最后检验。三、工序的集中与分散1.工序集中的特点（1）有利于采用高效的专用设备和工艺装备，显著提高生产率。（2）减少了工序数目，缩短了工艺过程，简化了生产计划和生产组织工作。（3）减少了设备数量，相应地减少了操作工人人数和生产场地面积，工艺路线短。（4）减少了工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，而且由于一次装夹加工较多的表面，就容易保证它们之间的位置精度。（5）专用机床设备、工艺装备的投资大，调整和维修较费事，生产准备工作量大，转为新产品的生产也比较困难。2.工序分散的特点（1）所使用的机床设备和工艺装备都比较简单，容易调整，生产工人也便于掌握操作技术，容易适应更换产品。（2）有利于选用最合理的切削用量，减少机动工时。（3）机床设备数量多，生产面积大，工艺路线长。四、热处理工序的安排根据工件的材料和热处理的目的，热处理工序在工艺过程中的安排大致有以下几种情况：1.为改善金属的组织和加工性能而进行的预先热处理，如退火、正火等，一般安排在机械加工之前。2.为消除内应力而进行的时效工序，一般安排在粗加工之后、精加工之前，或者在各加工阶段之间安排数次，视零件的加工要求和性能而定。3.为提高零件的机械性能而进行的最终热处理，如淬火、氮化等，一般应安排在工艺过程的后期，工件表面的最终加工之前。4.装饰性热处理，如发蓝处理等，一般安排在工艺过程的最后进行。五、辅助工序除上述切削加工工序和热处理工序外，为保证加工质量及工艺过程的顺利进行，还需要安排必要的辅助工序。其中，检验工序是主要的辅助工序，除了每个操作者须自行检验本工序的加工质量外，还须在下列情况下安排另外的检验工序：粗加工阶段之后；关键工序前后；特种检验（如磁力探伤、密封性试验、动平衡试验等）之前；转换车间前；全部加工结束之后。六、工艺文件的编制1.制定工艺规程的原则2.工艺文件将工艺规程的内容写入一定格式的卡片，即成为工艺文件。常用的工艺文件有以下几种：（1）机械加工工艺卡片。机械加工工艺卡片（2）机械加工工序卡片。机械加工工序卡片（3）机械加工检验卡片。机械加工检验卡片3.制定工艺规程的步骤（1）分析研究产品图样。。（2）确定毛坯类型。（3）拟定各表面的加工方法和工艺路线。（4）确定各工序所用的机床和工艺装备。（5）计算加工余量、工序尺寸及公差（6）确定切削用量。（7）估算时间定额。（8）确定各主要工序的技术要求和检验方法，必要时，要设计和试制专用检验工具。（9）填写工艺文件。（10）对工艺文件进行校对和审批。§7-5提高劳动生产率的途径一、时间定额的组成劳动生产率也可以用完成某一工作的必需劳动时间来衡量，这一时间越短，劳动生产率越高。一个零件往往需要多个工序的加工才能完成，每个工序时间在整个生产过程中各占一定比例。因此，减少工序中某一部分时间定额就可以提高劳动生产率。完成一个零件的一个工序所用的时间，称为单位时间定额，用符号Td表示，简称单位工时。二、缩短基本时间的方法1.减小加工余量2.加大切削用量减少切削行程长度3.采用多刀切削（1）减少切削行程长度。（2）合并工步。合并工步内螺纹组合车刀三、缩短辅助时间的方法1.缩短工件装夹时间2.减少回转刀架及装夹车刀的时间蜗杆多件加工外圆与切槽多刃车刀3.缩短工件的测量时间齿轮毛坯加工用多刃车刀１—用于车外圆、车端面、车端面外倒角２—用于对Ａ处倒角３—用于由内向外车内孔４—用于由外向内车内孔及内孔倒角带微分筒的挡铁ａ）带微分筒的纵向挡铁ｂ）四位纵向挡铁１—挡铁２—微分筒３—螺钉４—纵向定位挡铁５—圆盘６—固定座四、用先进设备和工艺以提高劳动生产率1.尾座四头钻装置四位横向挡铁１—定位块２—轴３—纵向槽４—挡铁５—手柄尾座四头钻装置１—定位销２—圆盘2.高速切削螺纹的自动退刀架高速车螺纹自动退刀装置１—车刀２—刀杆３—触片４—刀架体５—挡杆６、７—弹簧８—刀杆防转销９—偏心手柄１０—挡杆防转块１１—螺钉头１２—挡块3.旋风切削螺纹旋风切削螺纹装置１—Ｖ带２—螺纹车刀３—带轮４—刀盘５—电动机６—工件７—卡盘旋风切削螺纹有如下优点：（1）采用多刀切削，加工时走刀次数少。一般一次走刀就能将所需加工的螺纹切削成形，生产效率高。（2）切削时轴向进给速度很慢，退刀方便。（3）切削是断续进行的，切屑不长，有利于刀具冷却，便于高速切削。（4）加工的螺纹精度较高，表面质量较好，表面粗糙度值一般可达Ra1.6μm以下。§7-6典型零件切削工艺分析一、轴类零件的加工轴类零件的表面一般由圆柱面、端面组成，为了传递扭矩，在轴上往往开有键槽。轴类零件的主要加工内容有车削和磨削，其次是铣键槽和钻孔。现以图7-38所示内圆磨具接长轴的加工为例，说明在单件小批量生产中，轴类零件的一般加工方法。内圆磨具接长轴该零件为低碳钢渗碳件，每批生产50件，其精度要求高。M12及M16×1.5-6e螺纹和中心孔不需淬硬。工艺分析如下：1.接长轴用低碳钢20Cr渗碳淬硬。2.螺纹部分淬火后，在车床上将无法加工。3.