第二章机械加工工艺规程

1第2章机械加工工艺规程2.1概述2.2定位基准的选择原则2.3工艺路线的拟定2.4加工余量及工序尺寸的确定2.5工艺尺寸链2.6工艺方案的经济分析与工艺文件2.7时间限额和提高生产率的工艺途径2机械制造系统：能有效全面完成产品机械加工任务的系统，相当于一个车间。生产系统：整个工厂就是具有输入和输出的生产系统，不仅要组织产品生产，还要进行企业经营管理，获得经济效益和社会效益。2.1基本概念2.1.1机械加工工艺系统和生产系统机械加工工艺系统：由机床、夹具、刀具和工件组成32.1.2生产过程和工艺过程•生产过程：将原材料转变为成品的相关联的全过程。包括原材料的运输、保管，生产准备、毛坯制造、零件加工、热处理、装配、检验、调试、油漆、包装等。•工艺过程和工艺规程工艺过程：按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。主要包括热加工、冷加工及装配等过程。工艺规程：将合理的、确定的工艺过程写成工艺文件，作为组织生产、管理和进行技术准备的依据，即为工艺规程。4•工艺过程的组成（1）工序：一个或一组工人利用同一机床或在同一地点对一个或几个工件所连续完成的那部分工艺过程。（2）工步：加工表面、切削工具、切削用量（切削速度和进给量）不变时连续完成的那部分工艺过程。（3）走刀：切削刀具在加工表面切削一次完成的工艺过程。（4）安装：工件在机床上定位夹紧一次称为一次安装。（5）工位：一次装夹后，工件与夹具或机床的可动部分一起相对机床固定部分所占据的每个工作位置。5零件年生产纲领：N=Q×n×(1+α)×(1+β)Q---产品年生产纲领，n---产品中该零件件数α---备品率β---废品率2.1.3生产纲领和生产类型•生产类型：根据产品大小、特征和生产纲领划分。•生产纲领：某种产品（或零件）包括备品和废品在内的年产量。61）工艺文件2.1.4机械加工工艺规程2）工艺规程的作用l是组织生产的主要技术文件l工艺规程是生产准备工作的依据l是新建和扩建加工车间时的主要技术文件3）制订工艺规程的原始资料l零件的设计图纸和产品的装配图l产品的年生产纲领和生产类型l毛坯的生产情况l工厂现有生产条件l先进工艺及生产技术的发展情况74）制订机械加工工艺规程的步骤l分析研究产品的装配图和零件图l确定毛坯种类、形状精度和制造方法l拟定工艺路线：选基准、确定加工方法、加工顺序l确定各工序的设备、夹具、刀具、量具和辅具l确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差l确定各工序的技术要求及检验方法l确定各工序的切削用量及工时定额l填写工艺文件82.2定位基准的选择原则2.2.1基准的概念及分类：基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。基准的分类：设计基准：工艺基准：装配基准测量基准定位基准工序基准92.2定位基准的选择原则设计基准：在零件上用来确定其他点、线、面位置的基准。（图2-3）工艺基准：在加工和装配过程中使用的基准。装配基准：装配时用来确定零件在部件或产品中位置的基准。测量基准：测量时所使用的基准，即用来确定被测量的尺寸、形状和位置的基准。定位基准：使工件在机床或夹具中占有正确的加工位置所采用的基准。工序基准：工序图中用来确定本工序加工表面形状、尺寸、位置的基准。10l粗基准：在第一道工序中，只能使用工件上未加工的毛坯表面来定位，这种定位基准称为粗基准；l精基准：在以后的工序中，可以采用经过加工的表面来定位。2.2.2定位基准的选择•在选择定位基准时，应考虑以下几个问题–用哪一个表面做为加工时的精基准，才有利于经济合理地达到零件的加工要求？–为加工出该精基准，应采用哪一个表面作为粗基准？–是否存在个别工序为了特殊的加工要求，需要采用第二个精基准？11l粗基准的选择选择原则：1）选重要表面为粗基准，保证加工面与待加工面的重要表面之间有一正确的相对位置，在以后加工该重要表面时，其余量就能保证均匀。2）选不加工表面为粗基准，保证加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。2.2.2定位基准的选择12l粗基准的选择选择原则：3）选余量最小的表面为粗基准，保证各表面有足够的加工余量。2.2.2定位基准的选择4）选宽大平整、光洁，无飞边毛刺的表面为粗基准，保证安装定位准确，夹紧稳定可靠。5）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次，否则定位误差太大。13l精基准的选择原则（1）基准重合原则：应尽可能选用设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。（4）互为基准原则：为了使加工表面间有较高的位置精度，采用相应的表面为基准反复加工。（5）应选尺寸精度与形位精度高，表面粗糙度较低，面积较大的面为精基准，一方面减小基准位移误差，另一方面方便于装夹。（2）基准统一原则：多个表面的加工采用同一个定位基准，保证各表面间的位置精度。（3）自为基准原则：以加工表面自身为定位基准。一般用于精度较高而余量较小的场合及拉削加工（保护拉刀）等。14152.3工艺路线的拟定拟定工艺路线是制定工艺规程中关键的一步，与定位基准的选择有着密切的关系。主要内容包括：l选定各个表面的加工方法；l确定是否要划分加工阶段；l确定工序集中与分散程度；l确定各个表面的加工顺序和装夹方法；l详细拟定工序的具体内容。16在分析研究零件图的基础上，对各加工表面选择相应的加工方法和方案l外圆表面的加工方法主要由车削和磨削。当表面粗糙度要求较低时，则采用光整加工。（表2-5）l孔加工，要根据被加工孔的技术要求和具体的生产条件选用。l平面一般采用铣削和刨削加工。当有滑动表面和要求较高的平面时，要进行精加工。l研刮：适用于在单件小批生产中加工大型零件上的配合表面。l磨削：广泛应用于中小型零件表面的精加工。l精铣或精刨：未淬硬的中小型零件常采用高速精铣的方法，大型零件则多采用宽刃精刨。2.3.1表面加工方法选择172.3.1表面加工方法选择考虑的主要因素：1.应选择相应的获得经济精度的加工方法l加工方法的经济加工精度：各种加工方法在正常条件下能经济地达到的加工精度。l正常的生产条件：完好的设备、使用合适的刀具和夹具、一定熟练程度的工人、合理的工时定额等。182.3.1表面加工方法选择考虑的主要因素：2.要考虑工件材料的性质3.要考虑工件的结构形状和尺寸大小4.要考虑生产率和经济性的要求5.要考虑工厂的现有设备情况和技术条件19202.3.2加工阶段的划分（1）加工阶段的划分，且应遵循先粗后精的原则粗加工阶段：切除大量的加工余量，提高生产率；半精加工阶段：为主要表面的精加工做准备，使其达到一定的加工精度并保证精加工时的加工余量，同时完成一些次要表面的加工。一般在热处理之前进行。精加工阶段：保证各主要表面达到图纸规定的质量要求；光整加工阶段：对于精度要求很高、表面粗糙度要求很小的零件，要进行专门的光整加工。注意：光整加工是以提高加工精度和减小表面粗糙度为目的，一般不能纠正被加工表面的形状误差和位置误差。21l划分加工阶段的目的：有利于保证加工精度：可以逐渐减小切削用量、切削力和切削热，逐渐修正工件的变形，消除内应力，提高加工精度和减小表面粗糙度，最终达到零件图纸的要求。便于合理选用设备；及早发现毛坯缺陷并及时处理，以免继续加工造成工时的浪费；便于热处理工序的安排，使热处理发挥充分的效果；精加工在后，可有效防止工件表面受损，保证加工质量。222.3.3工序的集中与分散工序集中：在一台机床上尽可能多地加工工件的几个表面，在批量较大时，常采用多轴、多面、多工位机床和复合刀具等方法来实现工序集中，从而有效地提高生产率。工序分散：整个工艺过程的工序数目较多，工艺路线长，而每道工序所完成的加工内容较少，一般适用于加工批量大的场合。23l工序分散的特点（1）机床、刀具、夹具等结构简单，调整方便；（2）生产准备工作量小，加工过程中调整少，产品更新换代容易；（3）对工人的技术要求低，仅需对其进行短时间的培训即可上岗；（4）工序数目多，工序加工内容少，设备数目多，工艺路线长，操作工人数量多，生产面积大。24l工序集中的特点（1）有利于采用高效专用机床和工艺装备，生产效率高。（2）工序数目少，工艺路线短，便于生产计划和管理，缩短了生产周期。（3）设备数量少，相应地操作工人少，生产面积小。（4）工件装夹次数少，节省了辅助时间，提高了加工面间的位置精度。（5）专用设备、工艺装备投资大，生产准备工作量大，产品调整困难。252.3.4加工顺序的安排（1）先粗后精（2）先主后次：先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。主要表面一般是指装配基准面、工作表面等；（3）先面后孔：当有平面和孔需要加工时，一般先加工平面后加工孔；（4）基面先行：总是先把精基准面加工出来，在此基础上再进行其他表面的加工。一般零件的加工顺序为：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26l热处理工序的安排热处理主要用来改善材料的性能和消除内应力。一般热处理工序在工艺过程中的安排如下：（1）预先热处理：为改善金属的组织和加工性能，如退火、正火等；一般安排在机械加工之前。（2）中间热处理：为消除内应力而进行的时效处理工序，常安排在粗加工之后、精加工之前，或在各加工阶段之间安排；（3）最终热处理：为提高零件的力学性能，如淬火、氮化等，一般安排在工艺过程的后期，但在该表面的最终加工之前。（4）装饰性热处理：如发蓝等，一般安排在工艺过程的最后进行。27l辅助工序的安排检验工序是主要的辅助工序，是监控产品质量的主要措施。在每道工序中，操作者必须进行自检，同时在下列情况下必须安排单独的检验工作。（1）粗加工阶段结束之后；（2）重要工序之后；（3）零件从一个车间转到另一个车间时；（4）特种性能（如磁力探伤、密封性试验等）检验之前；（5）零件全部加工结束之后。2829l单边余量：非对称表面如平面等的加工余量。本道工序的余量公差等于本道工序与上道工序的尺寸公差之和。TZ=Ts+Tbl对称余量：回转体表面的加工余量。工序尺寸的公差，一般规定按“入体原则”单向标注，而毛坯尺寸公差一般采用双向标注。2.4加工余量及工序尺寸的确定加工余量：指加工过程中从加工表面切除的金属层厚度。毛坯总余量：毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。工序余量：相邻两工序的工序尺寸之差，即被后一道工序所切除的金属层厚度。30影响加工余量的因素l上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Da，本工序必须切除。l上道工序的尺寸公差Tal工件各表面相互位置的空间偏差ρ0l本道工序的安装误差b31确定加工余量的方法l查表法根据生产实践和试验研究，已将毛坯余量和各种工序的工序余量数据汇编成手册。目前应用最为广泛。l经验估计法根据实践经验来确定加工余量。为防止加工余量不足而产生废品，往往估计的数量偏大。只适用于单件、小批量生产。l分析计算法根据加工余量计算公式和一定的试验资料确定加工余量。目前很少应用。32工序尺寸的确定基准重合时工序尺寸和公差的确定l加工表面工艺过程确定后，先画出工序余量和工序尺寸分布图l查表确定各工序的余量和公差数值l最终工序的尺寸和公差l采用逆推法，确定各工序的尺寸公差例：某机床主轴孔要求为100+0.035（Ra0.8），毛坯为铸造孔，确定表中各工序尺寸及偏差。工序名称工序余量工序所能达精度工序尺寸工序尺寸及偏差浮动镗孔0.1精镗孔0.5半精镗孔2.4粗镗孔5毛坯孔总余量8)(7035.00H)(8054.00H)(1014.00H21)(1354.00H035.0010010092597974.24.994.995.09.999.991.0100054.009.9914.004.9954.0097219233基准不重合时工序尺寸及其公差的确定•采用尺寸链进行分析计算•图表跟踪法342.5工艺尺寸链2.5.1工艺尺寸链的定义和特征l尺寸链：由相互联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组。l工艺尺寸链：由单个零件在工艺过程中的有关尺寸所形成的尺寸链。l工艺尺寸链的特征：封闭