第5章机械加工工

第5章机械加工工艺规程设计5.1基本概念5.2工件加工时的装夹与基准5.3工艺路线的制定5.4零件的工艺性分析与毛坯选择5.5典型零件加工工艺过程举例5.1基本概念•5.1.1机械产品的生产过程和机械加工工艺过程•5.1.2生产纲领和生产类型•5.1.3机械加工工艺规程5.1.1机械产品的生产过程和机械加工工艺过程•机械产品的生产过程是指由原材料到生产出成品的全部劳动过程的总和，它包括原材料运输、保管、生产准备、毛坯的制造、机械加工、装配、检验及试车、油漆和包装等。•在生产过程中，直接改变原材料(坯料)的性能、尺寸和形状，使之变为成品的过程称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程由一系列工序、安装、工位、工步和走刀等组成。•1．工序•机械加工工艺过程中，一个或一组工人在一个工作地点，对一个或一组工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。据此可知，只要操作者、工作地点、加工对象和加工的连续性等要素中有一项发生改变，则成为另一工序。同样的加工内容可以有不同的工序安排。如图5.1所示的阶梯轴，根据生产批量可采用两种不同的工序安排，在单件小批量生产时可将粗加工和精加工安排在一道工序中完成；而在大批大量生产中则应将粗加工和精加工分在两道工序中完成。其加工过程见表５-1。图5－1•工序是工艺过程的基本组成部分。由零件加工的工序数，就可以知道工作面积的大小、工人的数量和设备的数量。因此，工序是制订劳动定额、配备工人和设备数量，安排生产计划和进行质量检验的基本单元•2．安装•安装是工件经一次装夹后所完成的那部分工序内容。一道工序中工件的安装可能是一次，也可能要装夹数次。例如表5.1的方案１中的工序１，在一次装夹后尚需三次调头装夹，才能完成全部的工序内容，因此该工序共有四个安装；表5.1的方案２的工序２，在一次装夹中完成全部工序内容，故该工序只有一个安装。•由于安装将会增加零件各加工表面间的位置误差及装卸辅助时间，故每一工序中安装次数要尽可能少。•3．工位•在工件的一次安装中，工件在相对机床所占据一固定位置中完成的那部分安装的内容称为工位。在一次安装中可以只有一个工位，也可能有多个工位。图5－2所示为在三轴钻床上利用回转夹具，在一次安装中连续完成钻孔、扩孔、铰孔等工艺过程。采用多工位加工，可减少安装次数，缩短辅助时间。图5－2•4．工步•在不改变加工表面、切削刀具和切削用量的条件下所完成的那部分工位的内容称为工步。如图5-3所示为在六角自动车床上加工零件的工序，它包括六个工步。•用几把刀同时分别加工几个表面的工步称为复合工步。复合工步在工艺规程中写作一个工步。•5．走刀•在一个工步中，当加工表面、刀具和切削用量中的转速与送进量保持不变时，切去一层金屑的加工过程称为走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。图5-4所示为通过三次走刀加工出阶梯轴的过程图5－3图5－45.1.2生产纲领和生产类型•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产量和进度计划。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。生产纲领不同，企业各生产地点的专业化程度、所用的工艺方法、机床设备等亦不相同。•年生产纲领的计算如下式：•N=Qn(1+a%+b%)（件/年）•式中：Ｎ－年生产纲领（件/年）；•Ｑ－产品的年生产纲领（台/年）；•n－每台设备上该零件的数量；•a%-备品的百分率；•b%-废品的百分率。•生产纲领确定以后，还应该确定生产批量。•生产批量是一次投入或产出的同一零件的数量。•2．生产类型•根据产品零件大小和年生产纲领大小的不同，将企业（或车间、工段、班组）生产分为三种不同的生产类型，即单件生产、成批生产和大量生产，其工艺特点分述如下。•1）单件生产•单个地制造不同结构或不同尺寸的产品，并且很少重复，甚至完全不重复的生产，称为单件生产。如重型机械制造厂、大型船舶制造、新产品试制及维修车间的生产等均属单件生产。•单件生产中所用的机床设备，除了有特殊要求的工作外，绝大多数采用普通机床，按机床种类及大小采用“机群式”排列。多用标准附件，极少采用专用夹具，靠划线及试切法保证尺寸精度。零件的加工质量和生产率主要取决于工人的技术熟练程度。所用的工艺规程文件比较简单，一般只有工艺过程综合卡。•2）成批生产•成批制造相同的工件，生产呈周期性的重复，称为成批生产。每批制造相同工件的数量称为批量。按批量大小，成批生产又分为大批、中批和小批生产三种。大批生产在工艺方面类似大量生产，小批生产在工艺方面类似单件生产，故实际生产中，成批生产通常仅指中批生产。•成批生产中，既采用通用机床和通用工艺装备，也有专用高效机床和大量的专用工艺设备。车间中按加工零件类别分工段排列机床。广泛采用调整法加工，部分采用划线法，因而对工人的操作技术水平可较单件生产为低。各种零件一般均有较详细的工艺规程文件，对于关键零件则有详细的工艺规程卡。•3）大量生产•一种产品的生产纲领很大，多数工作地点经常重复地进行一种工件某一工序的加工，称为大量生产。如汽车、拖拉机、轴承等制造厂都属大量生产。•大量生产中，广泛采用专用机床、自动机床、自动生产线及专用工艺装备。车间内机床设备按零件加工工艺先后顺序排列，采用流水线生产的组织形式。对工人的技术水平要求较低。各种加工零件都有详细的工艺规程卡。•目前，生产类型的划分尚无严格标准，表5.2可供参考。5.1.3机械加工工艺规程•把工艺过程的有关内容，用工艺文件的形式写出来，称为机械加工工艺规程。机械加工工艺规程的详细程度与生产类型有关。•1．工艺规程的种类•机械加工工艺规程被填写成表格（卡片）形式，各厂所用的机械加工工艺规程的具体格式虽不统一，但大同小异。单件小批生产中，一般只编制工艺过程卡（参见配套教材表5.3），对于关键零件或复杂零件则编制较详细的工艺规程卡片；在成批生产中多采用机械加工工艺卡（参见配套教材表5.4）；在大批大量生产中，则要求有完整详细的工艺规程文件，往往每一个工序都要编制机械加工工序卡片（参见配套教材表5.5）。对自动及半自动机床，则要求有机床调整卡，对检验工序则要求有检验工序卡等。•2．机械加工工艺规程的作用•正确的机械加工工艺规程是根据长期的生产实践和科学实验的经验总结，结合具体的生产条件而制定的，并通过生产实践不断改进和完善。其作用主要表现在：•机械加工工艺规程是生产的计划、调度、工人操作、质量检查的依据。一切生产人员都应严格执行、认真贯彻机械加工工艺规程，不得违反工艺规程或任意改变工艺规程所规定的内容。在新产品投入生产之前，必须根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作。•在新建或扩建、改建机械制造厂的工作中，根据产品零件的工艺规程及其他资料，可以统计出所建车间应配备的机床设备的种类和数量，进一步计算出所需的车间面积和人员数量，确定车间的平面布置、和厂房基建的具体要求，从而提出有根据的筹建、扩建计划。•表5.5机械加工工序卡•3．制订机械加工工艺规程的原则•设计机械加工工艺规程应遵循如下原则：•1）必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。工艺规程中要充分考虑和采用一切必要的措施确保产品质量。•2）用最低的工艺成本获得规定的生产纲领。也就是说在满足生产纲领的前提下，人力、物力消耗最少。•3）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。•4．制订机械加工工艺规程所需的原始资料•制订零件的机械加工工艺规程时，应具备下列原始资料：•1）产品的所有技术文件。包括产品的全套图纸，产品验收的质量标准，以及产品生产纲领。•2）毛坯图。单件小批生产时，一般不绘毛坯图，但需用了解毛坯的形状、尺寸及机械性能。成批、大量生产时，铸、锻、焊、冲压等到毛坯制造都要有毛坯图。•3）生产条件。如果是现有工厂，应了解工厂的设备、刀具、夹具、量具、生产面积、工人的技术水平，以及专用设备、工艺装备的制造能力等；如果是新建工厂，则应对国内外现有生产技术，加工设备和工艺装备的性能规格有所了解。•4）技术资料。包括各种有关手册、标准及工艺资料等。•5．制订机械加工工艺规程的步骤•1）分析零件图和装配图。熟悉产品的性能、用途和工作条件；了解零件的各项技术要求，找出主要的技术要求和关键技术问题，并提出必要的改进意见；审查零件的结构工艺性。•2）根据零件的生产纲领决定生产类型。这里主要是指定出零件的生产批量（在成批生产时）或生产节奏（指生产一个零件的时间，在流水线生产时采用）。•3）选择毛坯的种类和制造方法。选择毛坯的种类和制造方法时，应同时考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到降低零件生产总成本的目的。必须充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性。提高毛坯的质量，往往可以大大地节约机械加工劳动量，比采用某些高生产率的机械加工工艺措施更为有效。•4）拟订工艺路线。工艺路线的拟订包括选择定位基准、确定各零件表面的加工方法、划分加工阶段、合理安排加工顺序和组合工序等。•5）工序设计。包括确定各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具；确定加工余量、计算工序尺寸及其公差、确定切削用量、计算工时定额；确定各主要工序的技术要求及检验方法。•6）填写工艺文件。5.2工件加工时的装夹与基准•5.2.1工件的装夹•5.2.2工件的定位•5.2.3工件的基准•5.2.4工件定位基准的选择5.2.1工件的装夹不同零件在不同生产条件下在机床或夹具上有不同的装夹方法，主要有三种方式。•1．直接找正法•工件安放在机床工作台或夹具上，由操作工人利用划线盘、角尺、千分表或用眼睛直接找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称为直接找正。例如，在四爪卡盘上加工一个有台阶的短轴（图5-5），要求待加工表面Ｂ与表面Ａ同轴。若同轴度要求不高，可用划线盘找正；若同轴度要求较高，则可用百分表找正，以保证表面Ｂ与表面Ａ同轴要求。•直接找正法的定位精度和找正效率取决于要求的加工精度、找正工具和工人技术水平。其生产率较低，一般仅适于单件小批生产或精度要求较高、形状简单的零件。图5－5•2．划线找正法•对于形状复杂、公差较大的铸件、锻件坯料的加工，采用直接找正法往往会顾此失彼，这时可按零件图在待加工坯料上划出中心线、对称线及待加工表面的位置线，然后按此线作基准找正工件在机床上的位置。•这种方法能保证工件相关表面间位置精度，且可通过划线调整加工余量。但需要有技术水平较高的划线工人，且定位精度低（一般只能达到0.2～0.5mm），生产效率低，因此这种方法只适用于单件小批生产，毛坯精度较低，以及大型工件等不宜使用夹具的加工情况中。•3．夹具定位法•用夹具使工件获得正确位置的方法。不需找正即可迅速可靠地保证工件在机床上相对刀具有一正确位置。夹具相对于机床和刀具的位置在工件装夹前已调整好，所以在装夹工件时一般不需找正定位，就能保证工件在机床上的定位。•夹具定位法定位效率高，也比较容易保证加工精度的要求（定位精度一般可达0.01mm），因此在各种加工类型中都有应用。5.2.2工件的定位•工件无论采用哪种方法装夹，都必须使工件在机床上定位，以保证被加工表面的精度。定位的理论依据是六点定位原理。•1．六点定位原理•任何一个不受任何约束的刚体在空间均有六个独立的运动。如图5-6所示物体，可沿空间三个互相垂直的坐标轴x、y、z移动，和绕x、y、z转动。用Ｘy、Ｙy、Ｚy表示分别表示沿x、y、z三个坐标轴的移动，用Ｘr、Ｙr、Ｚr表示分别表示沿x、y、z三个坐标轴的转动。上述六个独立的运动称为六个自由度。物体的自由度可理解为物体在位置上的不确定。若采用约束消除物体的六个自由度，则物体被完全定位。图5－6•在机械加工中，要完全确定工件的正确位置，必须用六个支承点限制工件的六个自由度，称为工件的“六点定位原理”。•如图5-7所示，一个六方体在空间定位时，可在x-y平面上设置三个不共线的支撑点1，2，3约束Ｘr、Ｙr、Ｚy三个自由度；在x-z平面上设置二个支撑点４，５约束Ｙy、Ｚr两个自由度；在z-y平面上设置一个支撑点６约束Ｘy一个自由度。这就完全约束了物体在空间的六个自由度。图5－7•2．六点定位原理的应用•1）定位元件及其约束的自由