第1-2章机械加工工艺规程设计

西安交通大学能源与动力工程学院第1篇第2章机械加工工艺规程设计2.1工艺规程基本概念2.2机械加工质量2.3机械加工路线2.4机械加工工艺规程设计2.4计算机辅助工艺规程设计西安交通大学能源与动力工程学院2.1工艺规程基本概念2.1.1生产过程1.制造工艺是制造方法和制造工艺过程的总称,工艺过程是生产过程中的主要部分；2.生产过程是指将原材料转变为成品全过程；机械制造技术的生产过程包括下列过程：(1)原材料、半成品和成品(产品)运输和保管；(2)生产和技术准备工作，如产品开发和设计、工艺设计、专用工艺装备的设计和制造、各种生产资料准备以及生产组织等准备工作；(3)毛坯制造，如铸造、锻压和焊接等；(4)零件的机械加工、热处理和其它表面处理；(5)产品装配、调整、检验、试验、油漆包装。西安交通大学能源与动力工程学院2.1工艺规程基本概念2.1.2工艺过程1.工艺规程概念规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。工艺过程具体可分为铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程机械加工、特种加工工艺过程；物理热处理及表面工程工艺过程装配等工艺过程机械加工工艺过程——是利用机械加工方法使铸、锻件或型材毛坯逐步改变形状和尺寸及表面质量使其最终成为合格零件的过程。西安交通大学能源与动力工程学院2.1工艺规程基本概念2.1.2工艺规程2.工艺规程的作用(1)是连联接产品设计和制造的桥梁；产品设计→工艺规程→产品制造(2)是指导、组织和管理生产的主要工艺文件；是加工、检验验收、生产调度的主要依据。(3)是制定生产计划、进行生产管理的基本依据，(4)是新建或扩建工厂、车间的基本资料。只有根据工艺规程和生产纲领才能正确确定生产所需的设备种类、规格和数量。西安交通大学能源与动力工程学院2.1工艺规程基本概念2.1.2工艺规程3.机械加工工艺规程格式(1)零件机械加工工艺过程卡，该卡片是针对每个零件单独编写的，它列出了零件在整个加工过程中的加工方法、工艺路线、所经历的车间、各工序所用的工艺装备和时间定额等，它是进行生产技术准备和编制计划的依据。(2)零件的机械加工工序卡片，它是在工艺过程卡的基础上针对每道工序所编制的，一般具有工序简图,并详细说明该工序中每个工步加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。对工艺规程的基本要求是应具有：技术先进性,经济合理性和使用安全性西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院2.1工艺规程基本概念2.1.3工艺规程的组成机械加工工艺过程一般是由若干个按一定顺序排列的工序所组成的。亦即：工序是工艺过程的基本组成部分。毛坯依次通过多个工序变为半成品或成品。而机械加工的工序本身又可细分为安装、工位、工步和走刀，它们的概念与相互关系：1.工序:一个工人或一组工人在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的哪一部分工艺过程，称为工序。工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生变更，则构成另一道工序。西安交通大学能源与动力工程学院2.1.3工艺规程的组成1.工序：是由被加工件结构复杂程度、加工精度要求及生产类型所决定的，如阶梯轴。(Flash)西安交通大学能源与动力工程学院2.1工艺规程基本概念2.1.3工艺规程的组成2.安装它是指工件在一次装夹中所完成的那部分工序如图2-l中小轴若先车a，b两段外圆，然后调头车c段外圆，则此工序包括两次安装。3.工位为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在机床上占有不同的位置进行连续加工，每一个位置所完成的那部分工序，称一个工位。图2-2为三轴四工位回转工作台的组合机床的加工示意图。四个工位的工作依次是装(卸)、钻孔、扩孔、精铰，有三个工件同时在加工。西安交通大学能源与动力工程学院采用多工位加工，可以提高生产率和保证被加工表面间的相互位置精度。(Flash)(VideoPlay)西安交通大学能源与动力工程学院2.1基本概念2.1.3工艺规程的组成4.工步这是指加工表面、刀具和切削用量均不变时所完成的那部分工序。只要其中一个因素改变，就成为一个新工步。如图2-l中的小轴，若用一把刀具以同样的切削条件依次加工b，c段外圆时，由于加工表面不同，故构成两个工步。5.走刀在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，就可以分n次切削，每切削一次的工作行程叫一次走刀如图2-3中，在加工c段的第二个工步中，因所需切去的金金属很厚，需分两次切削；则每一次切削就是一次走刀。西安交通大学能源与动力工程学院2.1基本概念2.2.3基准基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。基准按用途不同可分为设计基准与工艺基准。1.设计基准:设计基准是设计图样上采用的基准，即标注设计尺寸的起端的点、线、面。由设计者根据产品工作原理和性能要求确定的。图2-4西安交通大学能源与动力工程学院2.2.3基准2.工艺基准工艺基准是在工艺过程中所采用的基准，按用途不同又可细分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。(1)工序基准工序基准是该工序所要求达到的加工尺寸的起端的点、线、面。图2-5钻孔西安交通大学能源与动力工程学院2.工艺基准(2)定位基准：定位基准是用来在机床上定位的基准。如轴类顶尖孔就是定位基准。图2-6(a)毛坯内圆A及内端面B是加工底端面E及内止口F的定位基准。图2-6(b)E及F是加工上端面C和外圆D及环槽G工序的定位基准。可以是加工面的精基准或者是未加工面的粗基准。西安交通大学能源与动力工程学院2.工艺基准(3)测量基准：测量时所采用的基准即测量基准。图2-7为检验已加工平面的测量基准。图2-8为检验已加工孔位置的测量基准。西安交通大学能源与动力工程学院2.工艺基准(4)装配基准：装配基准是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。图2-4中，曲轴装进曲轴箱中是以主轴颈与主轴孔接触来确定曲轴相对于曲轴箱的径向位置的,故主轴颈是曲轴的径向装配基准。设计、工序、定位、测量以及装配基准，可以重合也可以不重合，在选择基准时应尽可能使它们重合，这样可避免不重合所引起的有关误差。西安交通大学能源与动力工程学院2.2机械加工质量机械加工质量是整台机器质量的基础。机械加工质量＝加工精度＋表面层质量机械加工质量加工精度表面层质量尺寸精度形状精度位置精度几何形状特性物理力学性能西安交通大学能源与动力工程学院2.2机械加工质量2.2.1机械加工精度1.机械加工精度的概念加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表面相互位置等方面与理想零件的符合程度。它由尺寸精度、形状精度和位置精度组成。尺寸精度：指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。形状精度：指加工后零件表面本身实际形状与理想零件表面形状之间的符合程度。位置精度：指加工后零件各表面之间实际位置与理想零件各表面之间的位置的符合程度。西安交通大学能源与动力工程学院2.2机械加工质量2.2.1机械加工精度2.尺寸精度、形状精度和位置精度之间的关系是有联系的。一般情况下：形状误差应限制在位置公差之内；位置误差又应限制在尺寸公差之内。不应大于零件尺寸公差的二分之一。如对零件的形状误差或位置误差有特别要求，应在尺寸公差之外另加标注。西安交通大学能源与动力工程学院2.2机械加工质量2.2.2机械加工表面层质量1.表面层质量概念表面层质量也叫表面完整性。表面完整性对于在工作时受的应力很大，或经受的是反复载荷，以及使用环境恶劣的零件尤为重要。表面层质量的含义归结两个内容：(1)表面几何形状特性表面粗糙度、波纹度以及纹理等表面特征。(2)表面层物理力学性能表面在0.38mm(0.015inch)厚度内物理、力学、冶金特性，如残余应力、形变硬化、微观组织、晶间腐蚀、热损伤区、材质不匀等等。西安交通大学能源与动力工程学院2.2机械加工质量2.2.2机械加工表面层质量2.表面层质量的重要性机械产品工作性能、可靠性、耐久性等，在很大程度上取决于零件表面层质量，原因：外部载荷所引起零件应力最大值往往出现在零件的表面层；加工后零件表面易产生如裂纹、裂痕、加工痕迹等缺陷，这些缺陷引起应力集中导致破坏；零件经过机械加工后表面层的物理力学性能、金相组织不同于基体材料，从而影响使用寿命，零件失效往往从表面局部损坏开始的。西安交通大学能源与动力工程学院2.2.2机械加工表面层质量3.表面层质量对零件使用性能的影响(1)表面质量对耐磨性的影响1)表面粗糙度对耐磨性影响愈小，摩擦小,耐磨性愈好。太小,不存油,磨损反增加。接触面粗糙度有最佳值。2)表面冷作硬化对耐磨性影响冷作硬化提高表面层显微硬度,耐磨性提高;但过分硬化引起金属组织过度变形,增加脆性,出现裂纹和表层剥落。西安交通大学能源与动力工程学院3.表面层质量对零件使用性能的影响(2)表面质量对疲劳强度的影响金属受交变载荷产生疲劳破坏往往发生在零件表面和表面冷硬层下面，零件表面质量对疲劳强度影响很大。1)表面粗糙度对疲劳强度的影响在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。2)残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。西安交通大学能源与动力工程学院3.表面层质量对零件使用性能的影响(3)表面质量对耐蚀性的影响耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐蚀性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。(4)表面质量对配合质量影响表面粗糙度大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低配合连接强度。西安交通大学能源与动力工程学院4.影响表面粗糙度的因素(1)切削加工影响表面粗糙度的因素1)刀具几何形状刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。2)物理因素——切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形状一般都与纯几何因素所形成的理想轮廓有较大的差别，这是由于存在着与被加工材料的性质及切削机理有关的物理因素的缘故。3)切削用量西安交通大学能源与动力工程学院4.影响表面粗糙度的因素(2)磨削加工中影响表面粗糙度的因素正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙的主要因素有：(1)砂轮的影响，砂轮粒度，硬度，砂轮修整(2)磨削速度(3)磨削径向进给量与光磨次数(4)工件圆周进给速度与轴向进给量(5)冷却润滑液西安交通大学能源与动力工程学院5.影响表面物理力学性能的因素(1)表面层的加工硬化1)加工硬化产生机理及衡量指标加工硬化也称为冷作硬化，指工件表层金属受到切削力作用，产生强烈塑性变形，使金属的晶格被拉长、扭曲、破坏而引起表面硬度提高，塑性降低，物理力学性能发生变化。机械加工中产生的切削热在一定条件下会使金属在塑性变形中产生回复现象。衡量加工硬化的指标有下列三项：①表面层显微硬度HV②硬化层深度h③硬化程度N。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院5.影响表面物理力学性能的因素(1)表面层的加工硬化2)表面层加工硬化影响因素①切削力愈大，塑性变形愈大，硬化程度愈大，硬化层深度也愈大。②切削温度越高，软化作用增大，使得冷作硬化作用减小。③当形变速度很快(即切削速度很高)时，塑性变形可能跟不上，这样塑性变形将不充分，因此硬化层深度和硬化程度都减小.西安交通大学能源与动力工程学院5.影响表面物理力学性能的因素(2)表面层金相组织变化1)金相组织变化与磨削烧伤的产生工件加工的邻近区域产生的温升超过临界点时,金相组织会发生变化。如磨削切削热比