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机械制造技术基础主讲：付江鹏第五章机械加工工艺规程设计主要内容：第一节概述一、工艺规程的作用二、工艺规程的设计原则三、工艺规程大合集所需的原始资料第二节机械加工工艺规程设计一、机械加工工艺规程设计的内容与步骤二、工艺规程的拟定一、什么是机械加工工艺规程?是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。工艺规程由一个或若干个顺序排列的工序组成二、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条件。（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据。（3）工艺规程是新建或扩建工厂及车间的基本资料。第一节概述三、制订工艺规程所需的原始资料？①产品的全套装配图和零件工作图②产品验收的质量标准③产品的生产纲领④毛坯资料⑤现场生产条件⑥应尽可能多了解新工艺、新方法四、工艺规程的设计原则？①技术要求必须保证②生产纲领要能够满足③工艺成本最低④尽量减轻工人劳动强度五、设计工艺规程的步骤？①阅读图纸；了解产品、熟悉零件②工艺审查③选择毛坯④拟定机械加工工艺路线⑤确定设备和相应的工艺装备⑥确定各主要工序的技术要求和检验方法⑦确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。⑧确定切削用量⑨确定时间定额⑩填写工艺文件一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤（一）零件分析1、分析零件结构特点，确定零件的主要加工方法2、分析零件加工技术要求，确定重要表面的精加工方法3、根据零件的结构和精度，做出零件加工工艺性评价（二）确定毛坯1、根据零件的材料和生产批量选择毛坯种类2、根据毛坯总余量和毛坯制造工艺特点确定毛坯的形状和大小3、绘制毛坯工件合图（三）确定各表面加工方法根据零件各加工表面的形状、结构特点和加工批量逐一列出各表面的加工方法。注意方法可以有多种方案，再根据现有条件进行比较，选择一种最适合的方案。第二节机械加工工艺规程设计（四）确定定位基准1、选择粗基准按照粗基准的选择原则为第一道工序加工选择基准。2、选择精基准按照精基准的选择原则确定第一道工序以外的各表面的定位基准，以便确定定位方案和按照基准先行的原则安排工艺路线。（五）划分加工阶段一般零件的加工阶段划分为三个阶段：粗加工、半精加工、精加工阶段。粗加工阶段一般的工作有：粗车、粗铣、粗刨、粗镗等。半精加工阶段一般工作有：半精车、半精铣、半精刨、半精镗等。精加工阶段的一般工作有：精车、精铣、精刨、精镗、粗磨、精磨。当零件尺寸精度为IT6级以上，表面粗糙度Ra0.4以上要进行超精加工。（六）热处理工艺安排及辅助工序安排热处理工艺将零件加工阶段自然分开。一般情况下铸造后毛坯要进行时效处理，锻造后毛坯要进行正火或退火处理，然后进行粗加工。粗加工后，复杂铸件要进行二次时效，轴类零件一般进行调质处理，然后进行半精加工。各类淬火放在磨削加工前进行，表面化学处理放在零件加工后进行。辅助工序包括去毛刺、划线、涂防锈油、涂防锈漆等也要在需要的时候安排进去。七、拟订工艺路线1、按照基准先行、先主后次、先粗后精、先面后孔的原则安排工艺路线。并以重要表面的加工为主线，其他表面的加工穿插其中。一般次要表面的加工是在精加工前或磨削加工前进行的，重要表面的最后的精加工为放在整个加工过程的最后进行。2、根据加工批量及现有生产条件考虑工序的集中与分散，以便更合理地安排工艺路线。3、安工序按排零件加工的工艺路线（八）工序设计1、选择工序的切削机床、切削刀具、夹具、量具2、确定工序的加工余量，计算各表面的工序尺寸3、选择合理的切削参数，计算工序的工时定额（九）填写工艺卡片根据设计好的内容将相关项目填入工艺卡片中。工艺卡片有三种：工艺过程卡、工艺卡和工序卡。第二节机械加工工艺规程设计二、工艺路线的制订制订工艺路线考虑的主要问题？（1）怎样选择定位基准？（2）怎样确定加工方法？（3）怎样安排加工顺序、热处理工序、检验等其他工序？（一）定位基准的选择?粗基准—加工的起始工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。精基准—利用已加工过的表面做为定位基准。1、粗基准的选择A．保证相互位置要求的原则：为保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系，应首先选择不加工表面作粗基准，若零件上有多个不加工表面，则应选择其中与加工表面相对位置要求较高的不加工表面为粗基准。B．合理分配加工余量的原则：对于具有较多加工平面的工件，粗基准选择时，应考虑合理地分配各表面的加工余量。应保证各加工表面有足够的余量；应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准；对于某些重要表面，为了尽可能使其加工余量均匀，应选择该主要毛坯面作粗基准。C.便于装夹工件的原则：为了使定位稳定、可靠，夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸。D．不得重复使用的原则：同一方向上的粗基准原则上只允许使用一次，因为粗基准本身都是未经加工的表面，精底低，表面粗糙度数值大，在不同工序中重复使用同一尺寸方向上的粗基准，则不能保证被加工面之间的相互位置精度。2、精基准的选择A．基准重合原则：设计基准作为定位基准。B．基准统一原则：尽可能在多数工序中采用此基准作为定位基准，称为“基准统一”可以各个工序中采用的夹具统一，可减少设计和制造夹具的时间和费用，提高生产率。C．便于装夹原则：保证工件定位稳定，准确，夹紧可靠，夹具结构简单操作方便D．互为基准原则：为了获得均匀的加工余量及较高的相互位置精度，可采用互为基准，反复加工的原则E．自为基准原则：当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可选择加工面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。二、怎样确定加工方法？加工方法的选择主要与以下因素有关：（1）零件上的加工表面的种类（2）零件的材料及毛坯（3）零件的结构形式及大小（4）零件的生产纲领（5）零件上加工表面的技术要求（6）工厂的现有生产设备当以上条件明确后，要准确选择出加工方法，必须熟悉一下几个问题：1、各种加工方法的经济加工精度经济加工精度：是指在正常的加工条件下，（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度和表面质量。加工精度和加工成本的关系2、熟悉各种机床的结构特点及应用特点3、了解各种典型表面的加工工艺方案外圆的主要加工方案1、粗车尺寸公差等级低于IT11,表面粗糙度Ra值大于12.5um外圆。2、粗车—半精车3、粗车—半精车—精车（主要针对半精车后没有淬火的钢件）4、粗车—半精车—精车—精细车（主要针对有色金属）5、粗车—半精车—磨削（主要针对半精车后淬火的钢件）孔表面加工方案孔加工方案的选择1）IT10级以下的孔钻孔即可2）IT9级实体孔孔径小于10mm，可采用钻—铰；孔径小于30mm，可用钻模钻孔，或钻—扩；孔径大于30，一般采用钻—粗镗3）IT8级实体孔孔径小于20mm可采用钻一铰；孔径大于20mm，视具体情况可采用①钻一扩一铰②钻—粗镗—精镗③钻—拉④淬火钢的终加工采用磨削4）IT7级实体孔孔径小于12mm，一般采用钻——粗铰——精铰孔径大于12mm，可视具体情况，选择①钻——扩——粗铰——精铰②钻—拉—精拉③钻——扩（粗镗）——粗磨——精磨5）IT6级实体孔与IT7级加工顺序列相同，再视具体情况分别采用精细镗、手铰、精磨、研磨、珩磨等精细加工方法。平面加工方案平面加工方案Ⅰ：粗刨、粗铣、初磨、粗车、粗插——加工非接触平面Ⅱ：粗刨→粗刨→刮研——适合加工未淬硬的各种导向平面Ⅲ：粗车—半精车—磨削——适合于盘套和轴类件端面的加工Ⅳ：初磨—粗磨—精磨——适于毛坯精度较高，余量较小Ⅴ：粗铣—精铣—高速精铣——有色金属的零件大平面加工Ⅵ：粗插—精插——适合于加工单件小批加工方孔，在键孔等内平面加工Ⅶ：精度要求更高，表面Ra值要求低，可加研磨。三、怎样安排工艺顺序？1、机械加工顺序的安排原则①先基准后基它②先面后孔③先主后次④先粗后精综合以上原则，常见的机械加工顺序为：定位基准的加工——主要表面的粗加工——次要表面加工——主要表面的半精加工——次要表面加工——修基准——主要表面的精加工2、热处理工序的安排热处理按照其目的不同，分为预备热处理和最终热处理两大类：①预备热处理：正火和退火可以消除毛坯制造时产生的内应力，稳定金属组织和改善金属的切削性能，一般安排在粗加工之前；时效处理主要用于消除毛坯缺陷和机械加工过程中产生的内应力，一般安排在粗加工前后进行；调质处理可以改善材料的综合力学性，能获得均匀细致的索氏体组织，为表面淬火和氮化处理作组织准备。对硬度和耐磨性要求不高的零件，调质处理可以作为最终热处理工序，一般安排在粗加工之后，半精加工之前。②最终热处理：淬火处理或渗碳淬火处理，可以提高零件表面的硬度和耐磨性，常需进行预先正火及调质处理，淬火处理一般安排在精加工或磨削之前进行，当用高频淬火时，也可安排为最终工序。渗碳淬火处理，适用于低碳钢和低合金钢，其目的是使零件表层含碳量增加，经淬火后可使表层获得高的硬度和耐磨性，而心部仍可保持一定强度和较高的塑韧性，渗碳淬火一般安排在半精加工之后进行。渗氮处理是使氮原子渗入金属表面，从而获得一层含氮化合物的处理方法渗氮可提高零件表面的硬度，耐磨性疲劳强度和耐蚀性。渗氮处理温度低，变形小，应尽量靠后安排。表面处理（电镀及氧化）可提高零件的抗腐蚀能力。增加耐磨性，使表面美观，一般安排在工艺过程最后进行。零件机械加工的一般工艺路线为：毛坯制造——退火或正火——主要表面的粗加工——次要表面的加工——调质（或时效）——主要表面的半精加工—次要表面加工——淬火（或渗碳淬火）——修基准——主要表面的精加工。3、辅助工序的安排检验是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工之前，零件转车间前后，重要工序加工前后，以及零件全部加工完成之后，还要安排独立的检验工序。除检验外，去毛刺工序，清洗、防锈、去磁、平衡等，都是辅助工序。四、工序的集中与分散划分工序时有两种不同的方法，即工序集中和工序分散工序集中：就是将工件的加工集中在几道工序内完成。工序集中的特点：有利于保证各加工面间的相互位置精度、有利于采用高效设备、节省装夹工件时间、减少工件搬动次数工序分散：就是将工件的加工内容分散在较多的工序内完成工序分散的特点：各工序使用的设备和夹具比较简单、调整、对刀比较容易、对操作工人技术水平要求低工序集中和分散的程度应对生产规模，零件的结构特点，技术要求和设备等具体生产条件综合考虑后决定。五、怎样划分加工阶段？通常将工艺过程划分为粗加工，半粗加工，精加工三个阶段，三个阶段的目的不同。粗加工阶段的目的：是尽快切除零件各个表面上的大部分加工余量。半精加工阶段的目的：继续减少加工余量，为主要表面的精加工作准备。精加工阶段的目的：主要表面达到技术要求。精密、光整加工阶段的目的：达到高精度要求。划分加工阶段的原因：①保证加工质量②合理使用设备③便于安排热处理工序④便于发现毛坯缺陷，保护精加工表面。但各要阶段划分不是绝对的。典型零件的工艺路线的拟定—轴类零件1．轴类零件的技术要求⑴尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。⑵几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。⑶相互位置精度包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。⑷表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求