機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)部分 第九章

第九章機(jī)械加工工藝過程概論

第一節(jié)工藝過程的基本概念一、生產(chǎn)過程與工藝過程1、生產(chǎn)過程—將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。包括原材料的運(yùn)輸、保管、生產(chǎn)準(zhǔn)備、毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、裝配、檢測、調(diào)試、和油漆包裝等。2、工藝過程—在生產(chǎn)過程中，直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、表面相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品和半成品的過程。二、機(jī)械加工工藝過程機(jī)械加工工藝過程—在工藝過程中，用機(jī)械加工的方法，按一定的順序逐步改變毛坯和原材料的形狀、尺寸和材料性能，使之成為合格零件的過程。機(jī)械加工工藝過程是由一個或若干順序排列的工序組成1．工序：指一個或一組工人，在一個工作地對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程（三不變一連續(xù)）2．安裝：工件在加工之前，在機(jī)床上或夾具上先要占據(jù)一正確位置（定位），然后再予以夾緊，稱為裝夾，工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工作內(nèi)容，稱為安裝。3．工位：一次裝夾工件后，工件與夾具或設(shè)備的可動部分相對刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個位置，稱為工位。4．工步：在一個工序內(nèi)，往往需要采用不同的工具對不同的表面進(jìn)行加工,其中在加工表面和加工工具不變的條件下所完成的那部分工藝過程，稱為一個工步。5.走刀:在一個工序內(nèi)，若被加工表面需要分幾次切削，則每進(jìn)行一次切削稱為一次走刀。三、生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型1、生產(chǎn)綱領(lǐng)指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量。工廠一年生產(chǎn)的合格產(chǎn)品的數(shù)量，稱為年生產(chǎn)綱領(lǐng)。而某零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)則是包括備品和廢品在內(nèi)的年總產(chǎn)量。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)計算公式其中為備品率和廢品率。2、生產(chǎn)類型

（1）單件生產(chǎn)（2）成批生產(chǎn)（3）大量生產(chǎn)第二節(jié)工件的安裝與基準(zhǔn)一、工件的安裝方法1、直接找正安裝：先將工件粗略地夾持在機(jī)床上，然后選擇工件上的某個表面作為找正面，再用一些工具找正工件的位置，最后將工件夾緊。2、劃線找正安裝：預(yù)先在毛坯的待加工面上劃出輪廓線和找正線，作為找正的依據(jù)，然后用劃線盤來找正工件在機(jī)床上的正確位置，找正之后再夾緊。3、夾具安裝：工件直接安裝在專門的夾具中，無需進(jìn)行找正就可迅速地保證工件對機(jī)床和刀具的正確相對位置。二、基準(zhǔn)1、設(shè)計基準(zhǔn)：零件圖樣上采用的基準(zhǔn)。2、工藝基準(zhǔn)：工藝過程中所采用的基準(zhǔn)。（1）定位基準(zhǔn)：在加工過程中用作定位的基準(zhǔn)。（2）測量基準(zhǔn)：測量時所用的基準(zhǔn)。（3）裝配基準(zhǔn)：裝配時用以確定零件或部件在機(jī)器中位置的基準(zhǔn)。

三、定位基準(zhǔn)的選擇1、粗基準(zhǔn)的選擇原則A．為保證不加工表面與加工表面之間的相互位置關(guān)系，應(yīng)首先選擇不加工表面作粗基準(zhǔn)，若零件上有多個不加工表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面相對位置要求較高的不加工表面為粗基準(zhǔn)。B.為了使定位穩(wěn)定、可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)不是分型面，應(yīng)盡可能平整光潔，且有足夠大的尺寸。C．對于具有較多加工平面的工件，粗基準(zhǔn)選擇時，應(yīng)考慮合理地分配各表面的加工余量。a.應(yīng)保證各加工表面有足夠的余量應(yīng)選擇毛坯余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)b.對于某些重要表面，為了盡可能使其加工余量均勻，應(yīng)選擇該主要毛坯面作粗基準(zhǔn)。D．同一方向上的粗基準(zhǔn)原則上是允許使用一次，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)本身都是未經(jīng)加工的表面，精底低，表面粗糙度數(shù)值大，在不同工序中重復(fù)使用同一尺寸方向上的粗基準(zhǔn)，則不能保證被加工面之間的相互位置精度。2、精基準(zhǔn)的選擇A．基準(zhǔn)重合原則：設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。（如圖9-7）B．基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：盡可能在多數(shù)工序中采用此基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，稱為“基準(zhǔn)統(tǒng)一”可以各個工序中采用的夾具統(tǒng)一，可減少設(shè)計和制造夾具的時間和費(fèi)用，提高生產(chǎn)率。C．保證工件定位穩(wěn)定，準(zhǔn)確，夾緊可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡單操作方便D．互為基準(zhǔn)原則：為了獲得均勻的加工余量及較高的相互位置精度，可采用互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工的原則E．自為基準(zhǔn)原則：當(dāng)精加工或光整加工工序要求余量小而均勻時，可選擇加工面本身為精基準(zhǔn)，以保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。

四、工件定位原理1、六點(diǎn)定位原理（如圖9-8）空間任何一個物體都有三個移動、三個轉(zhuǎn)動六個自由度，在加工過程中，要使工件在空間保持正確位置，就必須限制這六個自由度。工件在夾具中定位時，每一個自由度的限制，通常是用一個支承點(diǎn)的定位元件與工件的定位基準(zhǔn)相接觸來實(shí)現(xiàn)。2、完全定位與不完全定位（如圖9-10）完全定位：工件安裝時，六個自由度都限制的工件定位方法。不完全定位：在工件定位時，根據(jù)加工需要把工件上需要限制的自由度都限制的工件定位方式。

3、過定位與欠定位（如圖9-11）過定位：夾具中的兩個定位元件同時限制一個自由度，或者定位點(diǎn)多于六個。欠定位：定位點(diǎn)數(shù)少于應(yīng)該限制的自由度數(shù)?！?-3機(jī)械加工工藝規(guī)程的制訂一、工藝規(guī)程的作用（1）工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)條件。（2）工藝規(guī)程是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理工作的依據(jù)。（3）工藝規(guī)程是新建或擴(kuò)建工廠及車間的基本資料。二、工藝規(guī)程的設(shè)計原則①技術(shù)上的先進(jìn)性②經(jīng)濟(jì)上的合理性③良好的勞動條件三、制訂工藝規(guī)程所需的原始資料①產(chǎn)品的全套裝配圖和零件工作圖②產(chǎn)品驗(yàn)收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)③產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)④毛坯資料⑤現(xiàn)場生產(chǎn)條件⑥工藝規(guī)程設(shè)計時應(yīng)盡可能多了解新工藝、新方法四、工藝規(guī)程的制訂步驟1、零件的工藝分析零件技術(shù)要求分析①加工表面的尺寸精度②主要加工表面的形狀精度③主要表面之間的相互位置精度④各加工表面粗糙度以及表面質(zhì)量方面的其它要求⑤熱處理及其它技術(shù)要求對零件圖具體技術(shù)分析內(nèi)容有：①零件的視圖、尺寸、公差和技術(shù)要求是否齊全②零件圖所規(guī)定加工要求是否合理③零件的選材是否恰當(dāng)。零件結(jié)構(gòu)工藝性分析①機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)，由于使用要求不同而具有各種形狀。②在分析零件的結(jié)構(gòu)時，不僅要注意各物體表面本身特征，而且要注意這些表面的不同組合③在研究零件結(jié)構(gòu)時，要注意審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性2、選擇毛坯類型1）毛坯種類的選擇：由材料的力學(xué)性能要求，零件結(jié)構(gòu)形狀的尺寸大小，零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)以及利用新技術(shù)，新工藝的可能性決定。2）確定毛坯的形狀和尺寸。確定毛坯形狀和尺寸時應(yīng)注意以下幾個問題①為使加工時工件安裝穩(wěn)定，有些鑄件毛坯，需要鑄出工藝凸臺②為了保證零件加工質(zhì)量和加工方便，常將一些零件作成一個整體毛坯，加工到一定形狀后再切割分離。3、選擇定位基準(zhǔn)按照基準(zhǔn)的選擇原則，必須選擇好各道工序的定位基準(zhǔn)。4、工藝路線的擬定要解決的主要問題：零件各表面的加工方法和方案的選擇，加工階段的劃分，確定工序的分散與集中，加工順序安排和熱處理安排等。1）加工方法和加工方案的選擇選擇表面加工方案時，應(yīng)注意以下幾個問題（1）根據(jù)加工表面的技術(shù)要求，盡可能采用經(jīng)濟(jì)加工精度方案經(jīng)濟(jì)加工精度：是指在正常的加工條件下，（包括完好的機(jī)床設(shè)備、必要的工藝裝備、標(biāo)準(zhǔn)的工人技術(shù)等級、標(biāo)準(zhǔn)的耗用時間和生產(chǎn)費(fèi)用）所能達(dá)到的加工精度。加工精度和加工成本的關(guān)系（2）根據(jù)工件材料的性質(zhì)及熱處理，選擇相應(yīng)的加工方法（3）充分考慮工件的結(jié)構(gòu)和尺寸（4）結(jié)合生產(chǎn)類型考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性（5）考慮工廠現(xiàn)有生產(chǎn)條件2）加工階段的劃分。通常將工藝過程劃分為粗加工，半粗加工，精加工三個階段，三個階段的目的不同。粗加工階段的目的：是盡快切除零件各個表面上的大部分加工余量。半精加工階段的目的：繼續(xù)減少加工余量，為主要表面的精加工作準(zhǔn)備。精加工階段的目的：主要表面達(dá)到技術(shù)要求。劃分加工階段的原因：①保證加工質(zhì)量②合理使用設(shè)備③便于安排熱處理工序④便于發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，保護(hù)精加工表面。但各要階段劃分不是絕對的。3）工序集中與工序分散劃分工序時有兩種不同的方法，即工序集中和工序分散。工序集中就是將工件的加工集中在幾道工序內(nèi)完成。工序分散就是將工件的加工內(nèi)容分散在較多的工序內(nèi)完成。工序集中和分散的程度應(yīng)對生產(chǎn)規(guī)模，零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，技術(shù)要求和設(shè)備等具體生產(chǎn)條件綜合考慮后決定。4）工序順序的安排：（1）機(jī)械加工順序的安排原則：①先基準(zhǔn)后其它②先粗后精③先主后次④先面后孔綜合以上原則，常見的機(jī)械加工順序?yàn)椋憾ㄎ换鶞?zhǔn)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——修基準(zhǔn)——主要表面的精加工（2）熱處理工序的安排。熱處理按照其目的不同，分為預(yù)備熱處理和最終熱處理兩大類：①預(yù)備熱處理：正火和退火可以消除毛坯制造時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定金屬組織和改善金屬的切削性能，一般安排在粗加工之前；時效處理主要用于消除毛坯缺陷和機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，一般安排在粗加工前后進(jìn)行；調(diào)質(zhì)處理可以改善材料的綜合力學(xué)性，能獲得均勻細(xì)致的索氏體組織，為表面淬火和氮化處理作組織準(zhǔn)備。對硬度和耐磨性要求不高的零件，調(diào)質(zhì)處理可以作為最終熱處理工序，一般安排在粗加工之后，半精加工之前②最終熱處理：淬火處理或滲碳淬火處理，可以提高零件表面的硬度和耐磨性，常需進(jìn)行預(yù)先正火及調(diào)質(zhì)處理，淬火處理一般安排在精加工或磨削之前進(jìn)行，當(dāng)用高頻淬火時，也可安排為最終工序。滲碳淬火處理，適用于低碳鋼和低合金鋼，其目的是使零件表層含碳量增加，經(jīng)淬火后可使表層獲得高的硬度和耐磨性，而心部仍可保持一定強(qiáng)度和較高的塑韌性，滲碳淬火一般安排在半精加工之后進(jìn)行。滲氮處理是使氮原子滲入金屬表面，從而獲得一層含氮化合物的處理方法滲氮可提高零件表面的硬度，耐磨性疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。滲氮處理溫度低，變形小，應(yīng)盡量靠后安排。表面處理（電鍍及氧化）可提高零件的抗腐蝕能力。增加耐磨性，使表面美觀，一般安排在工藝過程最后進(jìn)行。零件機(jī)械加工的一般工藝路線為：毛坯制造——退火或正火——主要表面的粗加工——次要表面的加工——調(diào)質(zhì)（或時效）——主要表面的半精加工—次要表面加工——淬火（或滲碳淬火）——修基準(zhǔn)——主要表面的精加工。③輔助工序的安排：檢驗(yàn)是主要的輔助工序，除每道工序由操作者自行檢驗(yàn)外，在粗加工之后，精加工之前，零件轉(zhuǎn)車間前后，重要工序加工前后，以及零件全部加工完成之后，還要安排獨(dú)立的檢驗(yàn)工序。除檢驗(yàn)外，去毛刺工序，清洗、防銹、去磁、平衡等，都是輔助工序

5、加工余量的確定1）加工余量的概念：從加工表面上切除的金屬層厚度稱為機(jī)械加工余量。（1）工序余量——完成某工序而從某一表面上切除的金屬層厚度工序余量Zb=工件某一工序前后尺寸之差非對稱的單邊余量：被包容面：Zb=a-ba——上工序的工序尺寸包容面：Zb=b-ab——本工序的工序尺寸對稱的雙邊余量：軸：2Zb=da-db孔：2Zb=db-da(2)總加工余量ZΣ——從要加工的表面上切除全部多余金屬層的厚度ZΣ=毛坯尺寸-零件尺寸=公差帶尺寸的標(biāo)注：工序尺寸公差帶，一般按規(guī)定“單向入體原則標(biāo)注”，即：對被包容面，工序基本尺寸為最大極限尺寸，上偏差為零對包容面，工序基本尺寸即為最小極限時，下偏差為零孔與孔（或平面）之間的距離尺寸應(yīng)按對稱分布標(biāo)注毛坯尺寸通常是正負(fù)分別標(biāo)注的

因?yàn)槌叽绲募庸ふ`差，加工余量是變動的，因此加工余量又有公稱（或基本）加工余量，最大加工余量和最小加工余量之分。公稱加工余量：前工序與本工序基本尺寸之差（通常情況下，指加工余量或手冊中查到的加工余量）最小加工余量：對包容面，等于本工序最小工序尺寸與前工序最大工序尺寸之差；對被包容面，等于前工序最小工序尺寸與本工序最大工序尺寸之差。最大加工余量：對包容面，等于本工序最大工序尺寸與前工序最小工序尺寸之差；對被包容面，等于前工序最大工序尺寸與本工序最小工序尺寸之差；2）影響加工余量的因素。（1）前工序的表面粗糙度Ra和表面缺陷層深度Ha。（2）前工序的尺寸公差Ta（3）前工序的相互位置偏差ρa(bǔ)（4）本工序的加工時的安裝誤差εb3）確定加工余量的方法（1）計算法非對稱加工面（如平面）Zb≥Ta+(Ra+Ha)+對稱加工面（如軸或孔）說明：（a）兩個基本公式應(yīng)用時可根據(jù)具體加工條件簡化（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）經(jīng)驗(yàn)估算法6、工序尺寸的確定（如何正確地確定工序尺寸及其公差）工序尺寸及其公差的確定，不僅取決于設(shè)計尺寸及加工余量，而且還與工序尺寸的標(biāo)注方法以及定位基準(zhǔn)的選擇和轉(zhuǎn)換有關(guān)。因此，計算工序尺寸時應(yīng)根據(jù)不同情況采用不同的方法。外圓，內(nèi)孔和某些平面的加工，其定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，同一表面需經(jīng)過多道工序加工才能達(dá)到圖紙要求。此時，各工序尺寸及公差取決于各工序的加工余量及加工精度。計算方法：①先確定各工序的基本余量和各工序加工的經(jīng)濟(jì)精度，②然后根據(jù)設(shè)計尺寸和各工序余量，從后向前推算各工序基本尺寸，直到毛坯尺寸，再將各工序尺寸的公差按“單向入體原則”標(biāo)注。例題：材料45鋼，毛坯是熱軋棒料，毛坯尺寸：φ34±0.5公差等級公差Ra值工余尺寸及公差：粗車：余量2.6IT13.0.3912.5φ31.4-0.39半精車：1.0IT100.103.2φ30.4-0.10半精磨：0.25IT80.0390.4φ30.15-0.039精磨：0.15IT60.0130.2φ30-0.013說明：（1）粗車余量一般在表中無法查出，是通過毛坯余量減去其余工序余量之和計算出來的。（2）根據(jù)余量，可向前推出各工序尺寸，各工序尺寸公差按“單向入體原則”標(biāo)（3）毛坯的余量及毛