第5章机械加工工艺过程设计

第五章机械加工工艺过程设计ProcessPlanningofMachining2本章主要内容：本章首先介绍制订机械加工工艺规程的步骤和方法；然后重点讨论机械加工工艺过程设计中的主要问题，包括定位基准的选择，加工路线的拟订，工序尺寸及公差的确定等。学习方法和要点：学习本章内容，应牢牢把握住机械加工工艺过程设计的基本原理、原则和方法（如选择定位基准的原则，选择加工方法的原则，工序划分及工序顺序安排的原则，确定余量的原则和方法，工序尺寸及公差的确定方法等），并通过一定的实践掌握制订机械加工工艺规程的步骤和方法。3制订零件机械加工工艺规程是一件经验性和综合性很强的工作，除要密切联系生产实际外，综合运用所学知识是十分必要的。学习者应有意识地将本章内容与前面各章内容联系起来，将工艺过程设计看作是本课程前面各章内容的综合和实际应用。45.1制定工艺规程的步骤和方法StepsandMethodsofProcessPlanning学习要点：了解机械加工工艺规程的作用，掌握机械加工工艺规程设计的原则和步骤，了解常用毛坯的特点及适用范围。5一、机械加工工艺规程及其作用1、机械加工工艺过程及规程机械加工工艺过程采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。机械加工工艺规程将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一定的格式（通常为表格或图表）和要求描述出来，作为指令性技术文件，即为机械加工工艺规程。它包括了如下几个方面的内容：6（1）机械加工工艺过程卡：说明零件机械加工工艺过程的工艺文件。（2）工序卡：对每道工序作详细说明、可直接用于指导工人操作的工艺文件。（3）检验工序卡：对成批或大量生产中重要检验工序作详细说明、指导检验的工艺文件。（4）机床调整卡：大批量生产中对由自动线、流水线上的机床以及由自动机或半自动机完成的工序，为调整工提供机床调整依据的工艺文件。7不同的生产类型对工艺规程的要求不同。机械加工工艺规程的格式：大批量生产因其生产组织严密、分工细致，工艺规程应尽量详细，要求对每道加工工序的加工精度、操作过程、切削用量、使用的设备及刀、夹、量具等均作出具体规定。因此除了工艺过程卡外，还应有相应的加工工序卡。此外，必要时还需要检验工序卡和机床调整卡。单件小批生产由于生产的分工较粗，通常只需说明零件的加工工艺路线（即其加工工序顺序），填写工艺过程卡。8车间生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。2、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机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算等，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。（2）工艺规程是生产准备工作的主要依据如处理质量事故时，是按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。9新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装（3）工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件105.积极采用先进技术和工艺，力争减少材料和能源消耗，并应符合环境保护要求。三、机械加工工艺规程的设计原则1.编制工艺规程应以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2.在保证加工质量的基础上，应使工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3.应充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到均衡生产。4.尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。11三、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，需具备下列原始资料：1、产品的全套装配图及零件图。2、产品的验收质量标准。3、产品的生产纲领及生产类型。4、零件毛坯图及毛坯生产情况。127、国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。5、本厂（车间）的生产条件。6、各种有关手册、标准等技术资料。零件毛坯图通常由毛坯车间技术人员设计。机械加工工艺人员应研究毛坯图并了解毛坯的生产情况，如了解毛坯的余量、结构工艺性等，以便正确选择零件加工时的装夹部位和装夹方法，合理确定工艺过程。应全面了解工厂（车间）设备的种类、规格和精度状况，工人的技术水平，现有的刀、夹、量具规格，以及专用设备、工艺装备的设计制造能力，等等。131、分析零件工作图和产品装配图阅读零件工作图和产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功用及其主要的技术要求。四、机械加工工艺规程的设计步骤及内容2、工艺审查主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制订的依据，找出其中的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施予以保证；审查零件的结构工艺性。143、确定毛坯的种类及其制造方法常用的机械零件的毛坯有铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件以及粉末冶金、成型轧制件等。零件的毛坯种类有的已在图纸上明确，如焊接件；有的随着零件材料的选定而确定，如选用铸铁、铸钢、青铜、铸铝等，此时毛坯必为铸件，且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外，均选用单件造型铸件等。15表5-4各类毛坯的特点及适用范围毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件工程塑料件13级以下13级以下11～1510～128～118～117～108～107～99～11大一般大大一般较小较小小很小小很小较小各种材料钢材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸中、小尺寸中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量16工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。4、拟定机械加工工艺路线这是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要内容有：选择定位基准；确定加工方法；安排加工顺序以及安排热处理、检验和其它工序等。5、确定各工序所需的机床和工艺装备17对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。6、确定各工序的加工余量，计算工序尺7、确定切削用量和各工序工时定额8、评价工艺路线9、填写工艺文件185.2定位基准的选择SelectionofLocationDatum195.2定位基准的选择拟订加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择合理与否，将直接影响所制订的零件加工工艺规程的质量。基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计困难，甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。学习要点：定位基准的选择是零件加工工艺规程制定的重要问题，要深刻理解并牢固掌握粗基准及精基准的选择原则，并会灵活地使用这些原则。205.2.1精基准的选择1、“基准重合”原则在对加工面位置尺寸和位置关系有决定性影响的工序中，特别是当位置公差要求较严时，一般不应违反这一原则。否则，将由于存在基准不重合误差，而增大加工难度。尽量选择工序基准(或设计基准)为定位基准,以减少由于定位基准转化引起的加工误差,即谓基准重合原则。21例1：上图(a)是在钻床上成批加工工件孔的工序简图。若选N面为尺寸B的定位基准见图(b)，钻头相对1面位置已调整好且固定不动，则加工这一批工件时尺寸B不受尺寸A变化的影响。若选择M面为定位基准见图(c)，钻头相对2面已调整好且固定不动，则加工的尺寸B要受到尺寸A变化的影响，使尺寸B精度下降。22例2：如下图所示活塞零件，设计要求活塞销孔与顶面距离C1，公差一般为0.1～0.2mm。（1）若加工销孔时以止口面（一大平面加一短圆柱面）定位，直接保证的尺寸是C2。（2）为使尺寸C1达到规定精度，必须同时严格控制尺寸C和C2。（3）C1、C2两个尺寸从功能要求出发，均不需严格控制。因此在大批量生产中，常以顶面定位加工销孔，以使尺寸C1容易保证。23有关基准不重合误差问题的注意：（1）当设计基准与定位基准不重合，且采用的是调整法加工获得加工尺寸时，才会出现基准不重合误差；（2）基准不重合误差值的大小等于两个基准之间的联系尺寸的差值；（3）基准不重合误差的形式既有尺寸也有位置；既在于设计基准（工序基准）与定位基准不重合的加工时，也在于设计基准（工序基准）与测量基准的不重合的检验时。（4）基准不重合通常发生在用设计基准定位不可能或不方便；在选择基准时优先考虑了基准统一原则而不得不放弃的场合。24在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：2、“统一基准”原则工件在整个加工工艺过程中，以某一组表面作统一的精基准定位面，以便方便地加工大多数（或全部）其余的表面时。常见的统一精基准形式：1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一精基准。2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一精基准。3）套类零件用一长孔和一止推面作统一精基准。254）盘套类零件常使用止口面作统一精基准。例如活塞零件，采用裙部止口面定位可以方便地加工活塞的其他表面，故选其为统一精基准。实际上，活塞止口面的圆孔并无功能要求，之所以对其进行加工，完全是为了作定位基准使用。需要指出，采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。例如活塞零件，采用止口面作统一精基准，而在销孔加工工序中，为方便可靠的保证尺寸C1263、“互为基准”的原则对某些位置精度要求高的表面，可以采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度，这就是“互为基准”的原则。如卧式铣床主轴，前端7：24锥孔（图中3）对支承轴径（图中1、2）的同轴度要求很高，为保证这一要求，采用互为基准的原则进行加工，有关的工艺过程如下：27先以精车后的前后支撑轴颈1、2为基准粗、精车锥孔及后端φ38H9锥孔(图中4，锥度为1：5，作辅助基准）；分别以7：24锥孔和φ38H9锥孔定位装前、后堵，粗、精磨支承轴颈及各外圆面；再以支承轴颈为基准粗、精磨7：24锥孔。284、“自为基准”的原则对一些精度要求很高的表面，在精密加工时，为保证加工精度，要求加工余量小而且均匀，这时以已经精加工过的表面自身作为定位基准，这就是自为基准的原则。如：机床床身导轨面的精加工29又如连杆小头孔最后金刚镗时就以精镗后的小头孔自身定位，待工件夹紧后再将定位销移去。5、便于装夹原则所选择的精基准，尤其是主要定位面，应有足够大的面积和精度，以保证定位准确、可靠。同时还应使夹紧机构30粗基准选择一般应遵循以下原则：5.2.2粗基准的选择1、保证相互位置要求原则如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。2、余量均匀分配原则如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。上述两个原则是选择粗基准时最主要的原则。这两个原则常常是相互矛盾的，需根据具体情况加以选择。313、选择高精度表面原则如果零件上有多个非加工表面，则应选择其中与加工表面有较高精度要求的表面作为粗基准；选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准