制定工艺规程的原则

1项目1轴类零件机械加工工艺编制教学目标：1、机械制造工艺规程的基本概念、常用种类、作用、制定工艺规程的基本原则、生产纲领与生产类型、机加工工艺规程的设计步骤、零件的结构工艺性；2、实心轴的工艺路线拟定、空心轴的工艺路线拟定等。21.1.5零件的结构工艺性分析零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足要求的前题下，制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。对零件进行工艺分析的目的，一是形成有关零件的全面深入的认识和工艺过程的初步轮廓，做到心中有数；二是从工艺的角度审视零件，扫除工艺上的障碍，为后续各项程序中确定工艺方案奠定基础。零件结构工艺性的分析，包括零件尺寸和公差的标注、零件的组成要素和整体结构等方面的分析。31、分析零件图（1）分析零件的结构（2）分析零件的技术要求（3）分析零件的材料452、分析零件的结构工艺性切削加工对零件结构工艺性总的要求是使零件安装、加工和测量方便，提高切削效率，减少加工量和易于保证加工质量。表1.1-8和表1.1-9对照列出最常见的零件切削加工工艺性的优劣，供分析时参考。67891011在对零件进行工艺性分析中若发现问题，如图样上的视图、尺寸标注、技术要求不尽合理甚至有错误或遗漏，或结构工艺性不好，工艺人员可以提出修改意见，在征得设计人员的同意后，经一定的试验和审批程序进行修改。123、装配和维修对零件结构工艺性的要求零件的结构应便于装配和维修时的拆装。表1.1-10所示为装配和维修对零件结构工艺性影响的示例。13141.1.6制定工艺规程的原则机械加工工艺规程简称为工艺规程，是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。在一定的生产条件下，对同样一个零件，可能会有几个不同的工艺过程。合理的工艺设计方案应立足于生产实际，全面考虑，体现各方面要求的协调和统一。总体目标：优质、高效、低耗、环保151.1.6制定工艺规程的原则（1）目标方面的科学性制订工艺规程的首要原则是确保质量，即加工出符合设计图样规定的各项技术要求的零件。“优质、高产、环保、低耗”是制造过程中不懈追求的目标。但质量、生产率和经济性之间经常互相矛盾，可遵循“质量第一、效益优先、效率争先”这一基本法则，统筹兼顾，处理好这些矛盾。在保证质量可靠的前提下，评定不同工艺方案好坏的主要标志是工艺方案的经济性。“效益优先”就是通过成本核算和相互对比，选择经济上最合理的方案，力争减少制造时的材料和能源消耗，降低制造成本。“效率争先”就是争取最大限度地满足生产周期和数量上的要求。161.1.6制定工艺规程的原则（2）实施方面的可行性应充分考虑零件的生产纲领和生产类型，充分利用现有生产技术条件，使制订的工艺切实可行，尤其注意不要与国家环境保护明令禁止的工艺手段等要求相抵触，并尽可能做到平衡生产。171.1.6制定工艺规程的原则（3）技术方面的先进性要用可持续发展的观点指导工艺方案的制订，既应符合生产实际，又不能墨守成规，在通过必要的工艺试验的基础上，积极采用国内外适用的先进技术和工艺。181.1.6制定工艺规程的原则（4）劳动方面的安全性树立保障工人实际操作时的人身安全和创造良好文明的劳动条件的思想，在工艺方案上注意采取机械化或自动化等措施，并体现在工艺规程中，减轻工人的劳动强度。此外，工艺规程还应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位和编号等都应符合相应标准以方便直接指挥现场生产和操作。19任务1.2轴的工艺路线拟定1.2.1实心轴的工艺路线拟定2021一、零件的工艺分析图示零件是减速器中的传动轴，该零件小批生产。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。22二、毛坯的选择该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择φ60mm的热轧圆钢作毛坯。23三、定位基准的选择合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。24三、定位基准的选择粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。25四、工艺路线的拟定1．各表面加工方法的选择传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为：粗车→半精车→磨削。26四、工艺路线的拟定2．加工顺序的确定对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。27四、工艺路线的拟定轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。28四、工艺路线的拟定综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：下料→车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→调质→修研中心孔→半精车各外圆，车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研中心孔→磨削→检验。29定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工φ52mm、φ44mm及M24mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。3031323334351.2.2空心轴的工艺路线拟定（一）、主轴加工工艺过程分析36371、主轴毛坯的制造方法及热处理批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件(1)材料在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热轧棒料。对于直径差较大的阶梯轴，为了节约材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。38（2）热处理45钢，在调质处理（235HBS）之后，再经局部高频淬火，可以使局部硬度达到HRC62～65，再经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度（例如CA6140主轴规定为HRC52）。9Mn2V，这是一种含碳0.9%左右的锰钒合金工具钢，淬透性、机械强度和硬度均比45钢为优。经过适当的热处理之后，适用于高精度机床主轴的尺寸精度稳定性的要求。例如，万能外圆磨床M1432A头架和砂轮主轴就采用这种材料。39（2）热处理38CrMoAl，这是一种中碳合金氮化钢，由于氮化温度比一般淬火温度为低540—550℃，变形更小，硬度也很高（HRC＞65，中心硬度HRC＞28）并有优良的耐疲劳性能，故高精度半自动外圆磨床MBG1432的头架轴和砂轮轴均采用这种钢材。40此外，对于中等精度而转速较高的轴类零件，多选用40Cr等合金结构钢，这类钢经调质和高频淬火后，具有较高的综合机械性能，能满足使用要求。有的轴件也选用滚珠轴承钢如GCr15和弹簧钢如66Mn等材料．这些钢材经调质和表面淬火后，具有极高的耐磨性和耐疲劳性能。当要求在高速和重载条件下工作的轴类零件，可选用18CrMnTi、20Mn2B等低碳含金钢，这些钢料经渗碳淬火后具有较高的表面硬度、冲击韧性和心部强度，但热处理所引起的变形比38CrMoAl为大。41凡要求局部高频淬火的主轴，要在前道工序中安排调质处理（有的钢材则用正火）,当毛坯余量较大时(如锻件)，调质放在粗车之后、半精车之前，以便因粗车产生的内应力得以在调质时消除；当毛坯余量较小时（如棒料），调质可放在粗车（相当于锻件的半精车）之前进行。高频淬火处理一般放在半精车之后，由于主轴只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如车螺纹、铣键槽等工序，均安排在局部淬火和粗磨之后。对于精度较高的主轴在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理，从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定。422、定位基准的选择对实心的轴类零件，精基准面就是顶尖孔，满足基准重合和基准统一，而对于象CA6140A的空心主轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，互为基准。3、加工阶段的划分主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。主轴加工基本上划分为下列三个阶段。433、加工阶段的划分（1）、粗加工阶段1）毛坯处理毛坯备料、锻造和正火2）粗加工锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等（2）、半精加工阶段１）半精加工前热处理对于45钢一般采用调质处理以达到220～240HBS。2）半精加工车工艺锥面（定位锥孔）半精车外圆端面和钻深孔等。443、加工阶段的划分（3）、精加工阶段1）精加工前热处理局部高频淬火2）精加工前各种加工粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等。3）精加工精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要表面的精度。454、加工顺序的安排和工序路线的确定具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案。①外表面粗加工→钻深孔→外表面精加工→锥孔粗加工→锥孔精加工；②外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→外表面精加工；③外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→外表面精加工→锥孔精加工。46第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作精基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。第二方案：在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差；加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也不宜采用。第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面；但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。4748工序的确定要按加工顺序进行，应当掌握两个原则：1）工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圆表面粗车之后，是为了要有较精确的轴颈作为定位基准面，以保证深孔加工时壁厚均匀。2）对各表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工应安排在最后。为了改善金属组织和加工性能而安排