第七章机械加工工艺规程设计

第七章机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程是生产技术与管理的重要技术文件，直接影响零件加工质量、成本及生产效率。本章主要介绍:机械加工工艺过程的组成；零件结构工艺性与毛坯选择；工艺路线拟定；定位基准选择；工序设计（工序尺寸计算;切削用量选择）；提高生产率的工艺措施、工艺方案技术经济分析.第一节概述一、机械加工工艺过程及其组成1．机械加工工艺过程机械加工工艺过程是指用机械加工的方法改变生产对象（毛坯）的形状、尺寸、相对位置以及性能，使其成为零件的过程:零件图单件、小批量生产工艺过程大批、大量生产工艺过程工序号工序内容设备工序号工序内容设备1车端面、钻中心孔（两头）车床1两边同时铣端面、钻中心孔组合机床2粗、精车外圆，切槽、倒角车床2粗车外圆车床3铣键槽、去毛刺铣床3精车外圆、倒角、切退刀槽车床4磨外圆磨床4铣键槽铣床5去毛刺钳工台6磨外圆磨床表7-机械加工工艺过程机械加工工艺过程工序1工序2工序3安装1安装2工位1工位2工步1工步2工步1工步1工步2工步1走刀1走刀2走刀3走刀1走刀2图7-1机械加工工艺过程组成:2．机械加工工艺过程的组成工艺过程由若干工序组成,每一个工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀,如下图7-1所示:工序:一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。安装:工件经一次装夹后所完成的那部分工序。在一个工序中，可以是一次或多次装夹。一次装夹即为一个安装。工位:在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床经过不同的位置顺次进行加工。此时工件在机床上占据每一个位置所完成的那一部分工序称为工位。）工步:加工表面、加工工具、主要切削用量（切削速度、进给量）不变的条件下所连续完成的那一部分工序。采用多刀同时切削的方法，这样的工步称为复合工步。走刀:加工同一表面时,刀具每进给一次所完成的工艺过程。安装在一道工序中，工件经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装（setup）。工位为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，称为工位（position）。图3.2多工位加工1——装卸工件2——钻孔3——扩孔4——铰孔二、机械加工工艺规程将工艺过程用工艺文件形式加以规定，由此得到的工艺文件统称工艺规程。工艺规程的内容因生产类型的不同而详略不一，批量越大越详细具体。1．工艺规程的作用是生产准备、生产组织、计划调度的主要依据;是指导工人操作的主要技术文件;是工厂和车间进行设计或技术改造的重要原始资料。2．工艺规程制订原则总体原则:技术上先进，经济上合理:保证产品质量;获得较高的生产率;良好的经济效益;使工人具有良好而安全的劳动条件。3．制订工艺规程的原始资料产品装配图及零件工作图，有关产品质量验收标准，产品产量计划，产品零件毛坯生产技术水平，本厂现有生产设备能力和精度与外协条件，工艺设计及夹具设计手册及技术资料，国内外同类产品的参考工艺资料等。4．工艺文件的类型零件机械加工工艺规程确定后，应按相关标准（JB/Z187.3-1988），将有关内容填入各种不同的卡片，以便贯彻执行。这些卡片总称为工艺文件。经常使用的工艺文件有下列几种：(1)机械加工工艺过程卡按工序名称简要说明零件整个工艺过程的一种工艺文件称机械加工工艺过程卡，如下表7-1所示,工艺过程卡用於单件小批量生产.(2)机械加工工艺卡按工序名称说明零件整个工艺过程的一种工艺文件称机械加工工艺卡，如下表7-2所示,工艺过程卡用於批量生产.(3)机械加工工序卡按工步内容说明工序的详细工艺过程并附有工序简图的工艺文件称工序卡,如表7-3所示,工序卡用於大批量生产。(工厂)机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页材料牌号毛坯种类毛坯外形尺寸数量备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时/min准终单件.设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签(日期)标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文号签字日期表7-1机械加工工艺过程卡(工厂)机械加工工艺卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页材料牌号毛坯种类毛坯外形尺寸数量备注工序号工序名称工序内容切削用量工艺装备工时/min准终单件主轴转速（ｒ／ｍｉｎ）切削速度（m／ｍｉｎ）进给量（ｍm／ｒ）背吃刀量(ｍm)夹具刀具量具.设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签(日期)标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期表7-2机械加工工艺卡片（工厂）机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页（工序简图）车间工序号工序名称材料牌号设备名称设备型号设备编号同时加工数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步名称工艺装备主轴转速（ｒ／ｍｉｎ）切削速度（m／ｍｉｎ）进给量（ｍm／ｒ）背吃刀量(ｍm)设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签(日期)表7-3机械加工工序卡片5．制订工艺规程的步骤、内容(1)根据零件的生产纲领决定生产类型(2)分析零件加工的工艺性(3)选择毛坯的种类和制造方法(4)拟订工艺过程(5)工序设计(6)编制工艺文件。第二节零件结构工艺性与毛坯制造一、零件加工结构工艺性零件的工艺性分析包括以下两方面内容。1．审查零件的各项技术要求是否合理，提出必要的改进意见;2．审查零件结构的工艺性工艺性：零件结构制造的可行性和经济性3.结构工艺分析的具体方法1)工件应便于在机床或夹具上装夹，尽量减少装夹次数；2)刀具易于接近加工部位，便于进刀、退刀、越程和测量，以及便于观察切削情况等；3)尽量减少刀具调整和走刀次数；4）尽量减少加工面积及空行程；5）便于采用标准刀具，尽可能减少刀具种类；6）尽量减少工件和刀具的受力变形；7）改善加工条件，便于加工，必要时应便于采用多刀、多件加工；8)有适宜的定位基准，且定位基准至加工面的标注尺寸应便于测量。•常见的零件结构工艺性示例(表7-4):③钻孔表面应与孔的轴线垂直，否则会引起两边切削力不等，致使钻孔轴线倾斜或打断钻头，设计时应尽量避免钻孔表面是斜面或圆弧面，如图3.10所示。图3.10钻孔表面应与孔轴线垂直④零件外表面比内表面的加工方便容易，应尽量将加工表面放在零件外部。如果不能把内表面加工转化为外表面加工时，应简化内表面形状，如图3.11所示。图3.11内加工表面转化为外加工表面⑥减少零件的加工表面面积，这样可降低刀具消耗，减少装配时的修配工作量，并能保证配合表面接触良好，如图3.13所示。图3.13减少加工面积⑦减少加工的安装次数。如零件加工表面应尽量分布在相互平行或相互垂直的表面上；次要表面应尽可能分布在主要表面的相同方向上，以便加工主要表面时，将次要表面也同时加工出来；孔端的加工表面应为圆形凸台或止口，以便在加工孔时，同时将凸台或止口刮出来，如图3.14所示。图3.14孔在箱体零件上的分布零件加工要求和零件材料选择不当的示例表7-5常见毛坯种类和特点毛坯种类特点铸件（常用材料为灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铸钢和有色金属）多用于形状复杂、尺寸较大的零件。其吸振性能好，但力学性能低。铸造方法有砂型铸造、离心铸造等，有手工造型和机器造型。模型有木模和金属模。木模手工造型用于单件小批生产或大型零件，生产效率低，精度低。金属模用于大批量生产，生产效率高、精度高。离心铸造用于空心零件，压力铸造用于形状复杂、精度高、大量生产、尺寸小的有色金属零件。锻件（常用材料为碳钢和合金钢）用于制造强度高、形状简单的零件（轴类和齿轮类）。模锻和精密锻造精度高、生产率高，单件小批生产用自由锻冲压件用于形状复杂、生产批量较大的板料毛坯，精度较高，但厚度不宜过大型材（圆形、六角形、方形截面等）用于形状简单或尺寸不大的零件，热轧钢材尺寸较大、规格多、精度低，冷拉钢材尺寸较小、精度较高，但规格不多、价格较贵冷挤压件（材料为有色金属和钢材）用于形状简单、尺寸小和生产批量大的零件。如各种精度高的仪表件和航空发动机中的小零件焊接件用于尺寸较大、形状复杂的零件，多用型钢或锻件焊接而成，其制造简单、周期短、成本低，但抗振性差、容易变形，尺寸误差大工程塑料用于形状复杂、尺寸精度高、力学性能要求不高的零件粉末冶金尺寸精度高、材料损失少，用于大批量生产、成本高，不适合结构复杂、薄壁、有锐边的零件二、毛坯选择1.毛坯选择考虑因素(1)毛坯种类(2)毛坯结构形状与尺寸(3)毛坯制造精度(4)毛坯制造条件2常用零件毛坯选择(1)杆轴类零件毛坯的选择安装齿轮和轴承的轴:常选用中碳调质钢(其轴颈处要求有较好的力学性能)；承受重载或冲击载荷以及要求耐磨性较高的轴:选用合金结构钢,多数采用锻造毛坯。异形断面或弯曲轴；采用球墨铸铁铸造成型。直径变化不大的轴可采用圆钢直接切削加工(3)盘套类零件毛坯的选择承受冲击载荷的重要齿轮，选综合机械性能好的中碳钢或合金钢，采用型材锻造而成；结构复杂的大型齿轮可采用铸钢件毛坯或球墨铸铁件毛坯；对单件小批量生产的小齿轮可选用圆钢为毛坯；对批量大的中小型齿轮宜采用模锻件；对于低速轻载的齿轮可采用灰铸铁铸造；对高速、轻载、低躁声的普通小齿轮，可选用铜合金、铝合金、工程塑料等材料的棒料作毛坯或采用挤压、冲压或压铸件毛坯。带轮、手轮、飞轮等受力不大的零件可选用灰铸铁或铸钢件毛坯，法兰、套环等零件可采用铸铁件，锻件或圆钢作毛坯。垫圈一般采用低碳钢板冲压件。(4)箱体机架类零件毛坯的选择一般选铸铁件或铸钢件；单件小批生产时也有采用焊接件毛坯。航空、军舰发动机中的这类零件通常采用铝合金铸件毛坯，以减轻重量。第三节工艺路线确定拟定工艺路线时主要解决的问题有：选定各加工表面的加工方法；划分加工阶段；合理安排各工序的先后顺序；确定工序的集中和分散程度。一、表面加工方法选择1．加工经济精度在正常加工件下(采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间)所能保证的加工精度。图7-4加工成本与加工误差的关系2．加工方法选择表7-6、表7-7、表7-8分别列出了外圆加工、孔加工和平面加工的各种常见加工方案，供选择加工方法时参考，各种加工方法的详细资料可参考相关的工艺人员手册。表7-6外圆表面加工方案序号加工方案经济加工精度等级（IT）加工表面粗糙度Ra/µm适用范围1粗车11~1250~12.5适用于淬火钢以外的各种金属2粗车—半精车8~106.3~3.23粗车—半精车—精车6~71.6~0.84粗车—半精车—精车—滚压（或抛光）5~60.2~0.0255粗车—半精车—磨削6~70.8~0.4主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜加工非铁金属的加工6粗车—半精车—粗磨—精磨5~60.4~0.17粗车—半精车—粗磨—精磨—超精加工（或轮式超精磨）5~60.1~0.0128粗车—半精车—精车—金刚石车5~60.4~0.025主要用于要求较高的非铁金属的加工9粗车—半精车—粗磨—精磨—超精磨（或镜面磨）5级以上0.025极高精度的钢或铸铁的外圆加工10粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨5级以上0.1表7-7孔加工方案序号加工方案经济加工精度等级（IT）加工表面粗糙度Ra/µm适用范围1钻11~1212.5加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工非铁金属（但粗糙度稍高），孔径φ20mm2钻—铰8~93.2~1.63钻—粗铰—精铰7~81.6~0.84钻—扩1112.5~6.3加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工非铁金属（但粗糙度稍高），孔径φ20mm5钻—扩—铰8~93.2~1.66钻—扩—粗铰—精铰71.6~0.87钻—扩—机铰—手铰6~70.4~0.18钻—（扩）—拉（或推）7~91.6~0.1大批大量生产中小零件的通孔9粗镗（或扩孔）11~1212.5~6.3除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔10粗镗（粗扩）—半精镗（精扩）9~103.2~1.611粗镗（粗扩）—