机械加工工艺规程设计

第四章机械加工工艺规程设计第一节概述一、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。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填写工艺文件第二节工艺路线的制订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。a.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b.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。粗基准选择案例精基准选择案例支架零件加工粗基准和精基准选择案例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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。第三节加工余量、工序尺寸及公差的确定一、怎样确定加工余量？1、加工余量的概念⑴加工余量：从加工表面上切除的金属层厚度称为机械加工余量⑵加工总余量：从要加工的表面上切除全部多余金属层的厚度⑶工序余量：完成某工序而从某一表面上切除的金属层厚度（相邻两工序的工序尺寸之差）工序余量有单边和双边余量之分零件非对称结构的非对称表面，其加工余量为单边余量工序余量Zb=工件某一工序前后尺寸之差Zb=a-b（b-a)零件对称结构的对称表面，加工余量为双边余量对称的双边余量：轴：2Zb=da-db孔：2Zb=db-da因为尺寸的加工误差，加工余量是变动的，因此加工余量又有公称（或基本）加工余量，最大加工余量和最小加工余量之分。公称加工余量：前工序与本工序基本尺寸之差（通常情况下，指加工余量或手册中查到的加工余量）最小加工余量：对包容面，等于本工序最小工序尺寸与前工序最大工序尺寸之差；对被包容面，等于前工序最小工序尺寸与本工序最大工序尺寸之差。最大加工余量：对包容面，等于本工序最大工序尺寸与前工序最小工序尺寸之差；对被包容面，等于前工序最大工序尺寸与本工序最小工序尺寸之差；公差带尺寸的标注：工序尺寸公差带，一般按规定“单向入体”原则，即：对被包容面，工序基本尺寸为最大极限尺寸，上偏差为零对包容面，工序基本尺寸即为最小极限时，下偏差为零孔与孔（或平面）之间的距离尺寸应按对称分布标注毛坯尺寸通常是正负分别标注的OObOOb22L12L加工余量和加工尺寸分布图2．影响加工余量的因素（1）前工序的表面粗糙度Ra和表面缺陷层深度Ha。（2）前工序的尺寸公差Ta（3）前工序的相互位置偏差ρa（4）本工序的加工时的安装误差εb3．确定加工余量的方法（1）计算法非对称加工面（如平面）Zb≥Ta+(Ra+Ha)+对称加工面（如轴或孔）说明：（a）两个基本公式应用时可根据具体加工条件简化（b）光整加工主要是降低表面粗糙度值。加工余量只需要去掉前工序Ra值就行。（2）查表修正法（3）经验估算法ab22()2baabZTRaHa六、工序尺寸的确定（如何正确地确定工序尺寸及其公差）工序尺寸及其公差的确定，不仅取决于设计尺寸及加工余量，而且还与工序尺寸的标注方法以及定位基准的选择和转换有关。因此，计算工序尺寸时应根据不同情况采用不同的方法。外圆，内孔和某些平面的加工，其定位基准与设计基准重合，同一表面需经过多道工序加工才能达到图纸要求。此时，各工序尺寸及公差取决于各工序的加工余量及加工精度。计算方法：①先确定各工序的基本余量和各工序加工的经济精度，②然后根据设计尺寸和各工序余量，从后向前推算各工序基本尺寸，直到毛坯尺寸，再将各工序尺寸的公差按“单向入体原则”标注。案例：材料45钢，毛坯是热轧棒料，毛坯尺寸：φ34±0.5公差等级公差Ra值工余尺寸及公差：粗车：余量2.6IT13.0.3912.5φ31.4-0.39半精车：1.0IT100.103.2φ30.4-0.10半精磨：0.25IT80.0390.4φ30.15-0.039精磨：0.15IT60.0130.2φ30-0.013umRa2.0013.030为说明：（1）粗车余量一般在表中无法查出，是通过毛坯余量减去其余工序