第二章机械零件加工工艺过程的基本知识

模具制造学长江大学工程技术学院机械系第二章机械零件加工工艺过程的基本知识在制造生产过程中，由于零件的要求和生产条件等不同，其制造工艺方案也不相同。相同的零件采用不同的工艺方案生产时，其生产效率、经济效益也是不相同的。在确保零件质量的前提下，拟定具有良好的综合技术经济效益、合理可行的工艺方案的过程称为零件的工艺过程设计。模具制造学长江大学工程技术学院机械系一、生产过程和工艺过程1.生产过程由设计图纸变为产品，要经过一系列的制造过程。通常将原材料或半成品转变成为产品所经过的全部过程称作生产过程。生产过程通常包括:(1)技术准备过程包括产品投产前的市场调查、预测、新产品鉴定、工艺设计、标准化审查等。第一节机械零件加工工艺过程的基本概念模具制造学长江大学工程技术学院机械系(2)或工艺过程指直接改变原材料半成品的尺寸、形状、表面的相互位置、表面粗糙度或性能，使之成为成品的过程。例如液态成形、塑变成形、焊接、粉末成形、切削加工、热处理、表面处理、装配等，都属于工艺过程。将合理的工艺过程编写成用以指导生产的技术文件，这份技术文件称作工艺规程。(3)辅助生产过程指为了保证基本生产过程的正常进行所必须的辅助生产活动。(4)生产服务过程指原材料的组织、运输、保管、储存、供应及产品包装、销售等过程。模具制造学长江大学工程技术学院机械系零件的切削加工工艺过程由许多工序组合而成，每个工序又由工位、工步、走刀和安装组成。(1)工序指在一台机床上或在同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。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作是否连续。图2-1所示阶梯轴的加工工艺过程见表2-1。2.工艺过程的组成模具制造学长江大学工程技术学院机械系图2一1阶梯轴零件图模具制造学长江大学工程技术学院机械系表2一1阶梯轴的加工工艺过程表2一1工序的划分，是由一个人在一台车床上连续完成车两端面、钻两顶尖孔后，便换一个工件加工，重复以上内容，则这部分工艺过程为一个工序。该人又在同一台车床上连续完成粗车各外圆、半精车各外圆、倒角后，便换一个工件加工，重复以上内容，则这部分工艺过程又为一个工序。如果是由一个人在一台车床上连续完成车两端面、钻两顶尖孔、粗车各外圆、半精车各外圆、倒角后再换第二个工件重复这些内容，则这部分工艺过程是一个工序，而不是两个工序。模具制造学长江大学工程技术学院机械系(2)工步指在一个工序中，当工件的加工表面、切削刀具和切削用量中的转速与进给量均保持不变时所完成的那部分工序。加工表面较多的工序，可分为若干工步。工步是构成工序的基本单元。(3)走刀刀具从被加工表面每切去一层余量，就称作一次走刀。待切除的余量太大而不可能或不适合一次切下时，可分成几次切削完成。(4)安装工件经一次装夹(定位和夹紧)后所完成的那部分工序称为安装。模具制造学长江大学工程技术学院机械系(5)工位相对刀具或设备的固定部分，工件所占有的每一个加工位置称为工位。多数情况下，一个工序中工件仅安装一次，有时也可能安装多次。如图2-1所示阶梯轴，在0号工序中一般需两次安装，夹住一端车另一端，然后调头。调头后又形成一个新的工位。模具制造学长江大学工程技术学院机械系一、基准的概念零件的各种不同的形状，是由许多表面以各种不同的组合形式构成的，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。基准是确定零件(或部件)上某些点、线、面的位置时所依据的点、线、面，即基准是零件本身上的或者与零件有关的面、线或点，根据这些面、线或点来确定零件上的另一些面、线或点的位置。按其作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准，工艺基准又可分为定位基准、测量基准和装配基准，定位基准又可分为粗基准和精基准。第二节基准与定位模具制造学长江大学工程技术学院机械系1.设计基准如图所示的轴套中，轴线0一0是内孔的设计基准，端面A是端面C及台阶面B的设计基准，内圆表面D的轴线是外圆表面的设计基准模具制造学长江大学工程技术学院机械系2.工艺基准工艺基准是在制造零件和安装机器的过程中所使用的基准。(1)定位基准是指在加工时，工件在机床或夹具中定位用的基准。(2)测量基准是指零件检验时，用于测量被加工表面的尺寸和位置的基准。(3)装配基准是指装配时用于确定零件在部件或产品中位置的基准。模具制造学长江大学工程技术学院机械系二、基准的选择原则1.粗基准的选择为使所有加工表面都有足够的加工余量和保证各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度，粗基准选择应遵守以下原则。法兰的粗基准模具制造学长江大学工程技术学院机械系1.粗基准的选择(续)(1)选择工件上的不加工表而作为粗基准。(2)选择重要表而或加工余量最小的表面作为粗基准。(3)选择较为平整光洁、面积较大的表面作粗基准(4)粗基准一般只能使用一次，尽量避免重复使用车床床身的粗基准模具制造学长江大学工程技术学院机械系2.精基准的选择精基准选择应遵守以下原则:(1)基准重合原则即尽量选择设计基准作为定位基准，以避免因基准不重合而引起的定位误差。(2)基准同一原则应使尽可能多的表面加工采用同一个精基准。(3)一般要求选择精基准时，要求定位准确、稳定可靠，并能使夹具结构简单、操作方便。模具制造学长江大学工程技术学院机械系三、工件的定位原理定位：在加工时，首先要使工件占有正确的位置。夹紧：工件定位后，为使工件在加工中不受外力的影响而始终保持正确的位置。安装：工件从定位到夹紧的整个过程。模具制造学长江大学工程技术学院机械系1．六点定位原则任一刚体，在空间直角坐标系中均有六个自由度.工件在夹具中获得准确的位置，必须限制其相应的自由度。模具制造学长江大学工程技术学院机械系2.定位中的几种情况(1)完全定位工件六个自由度全部被限制的定位。(2)不完全定根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度的定位。(3)过定位两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个自由度的定位。(4)欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全限制的定位。模具制造学长江大学工程技术学院机械系第三节工艺规程的拟订工艺规程是指导生产的技术文件，工艺规程必须经济合理。一、制订工艺规程的要求和步骤零件的工艺规程就是零件的加工方法和步骤。内容:加工工艺(热处理工序)，确定各工序所用的机床、装夹方法、度量方法、加工余量、切削用量和工时定额等。将各项内容填写在一定形式的卡片上，这就是机械加工工艺的规程，即机械加工工艺卡片。模具制造学长江大学工程技术学院机械系1.制订工艺规程的要求不同的零件，由于结构、尺寸、精度和表而粗糙度等要求不同，其加工工艺也随之不同。一个零件可能有几种工艺方案，但其中总有一个是更为合理的。合理的加工工艺必须能保证零件的全部技术要求。制订一个合理的加工工艺，并非轻而易举。往往要经过反复实践、反复修改，使其逐步完善的过程。模具制造学长江大学工程技术学院机械系制订工艺规程的步骤大致如下:(1)对零件进行工艺分析;(2)毛坯的选择;(3)定位基准的选择;(4)工艺路线的制订;(5)选择或设计、制造机床设备;(6)选择或设计、制造刀具、夹具、量具及其他辅助工具;(7)确定工序的加工余量、工序尺寸及公差;(8)确定工序的切削用量;(9)估算时间定额;(10)填写工艺文件。2.制订工艺规程的步骤模具制造学长江大学工程技术学院机械系二、制订工艺规程时所要解决的主要问题1.零件的工艺分析，其主要内容有:(1)检查零件的图纸是否完整和正确，分析零件主要表而的精度、表而完整性、技术要求等在现有生产条件下能否达到。(2)检查零件材料的选择是否恰当，是否会使工艺变得困难和复杂。(3)审查零件的结构工艺性，检查零件结构是否能经济地、有效地加工出来。模具制造学长江大学工程技术学院机械系2.毛坯的选择毛坯的选择对经济效益影响很大。因为工序的安排、材料的消耗、加工工时的多少等，都在一定程度上取决于所选择的毛坯。3.定位基准的选择(1)传动用的阶梯轴，一般选用两端的中心孔作为主要精基准。(2)盘套类零件一般以中心部位的孔作为主要精基准。a)在一次装夹中精车齿轮坯的孔、大外圆和大端而，以保证这些表面的位置精度要求。b)先精加工孔，然后以孔作为精基准，加工其他各表面。c)外圆与孔互为基准。(3)支架箱体类零件，一般采用机座上的主要平面作为主要精基准加工各轴承支承孔。模具制造学长江大学工程技术学院机械系4.工艺路线的拟订(1)加工方案的确定:a)被加工材料的性能及热处理要求。b)加工表面的形状和尺寸。c)还应考虑本厂和本车间的现有设备情况、技术条件和工人技术水平。(2)加工阶段的划分:a)粗加工阶段。b)半精加工阶段。c)精加工阶段。模具制造学长江大学工程技术学院机械系划分加工阶段的目的(i)有利于保证加工质量。(ii)有利于合理使用设备。(iii)有利于安排热处理工序。(iv)可避免损伤己加工好的主要表面。(3)加工顺序的安排1)机械加工工序的安排(i)基准先行。(ii)先粗后精。(iii)先主后次。(iv)先面后孔。模具制造学长江大学工程技术学院机械系2)热处理工序的安排。(i)预备热处理。(ii)时效处理。(iii)最终热处理。热处理工序安排位置模具制造学长江大学工程技术学院机械系3)检验工序的安排(i)粗加工之后。(ii)工件在转换车间之前。(iii)关键工序的前后。(iv)特种检验之前。(v)全部加工结束之后。4)辅助工序的安排(i)零件表面处理工序。(ii)特种检验。(iii)去毛刺、去磁、清洗等。(4)工序的集中与分散:1)工序集中原则。2)工序分散原则。工序集中分散条件：a)生产类型。b)工件的尺寸和重量。c)工艺设备条件。模具制造学长江大学工程技术学院机械系5.确定加工余量加工余量：从毛坯表面上所切除的金属层。总余量：从毛坯到成品总共需要切除的余量。工序余量：在某工序中所要切除的余量。6.填写工艺文件工艺过程拟订之后将工序号、工序内容、工艺简图、所用机床等项目、内容用图表的方式填写成技术文件。模具制造学长江大学工程技术学院机械系常用的工艺文件有以下几种。(1)机械加工工艺过程卡片:其主要作用是简要说明机械加工的工艺路线。(2)机械加工工序卡片:要求工艺文件尽可能地详细、完整，除了有工序目录以外，还有每道工序的工序卡片。(3)机械加工工艺(综合)卡片。采用一种比机械加工工艺过程卡片详细，比机械加工序卡片简单灵活的机械加工工艺卡片。