機械加工工藝設(shè)計基礎(chǔ)

第三章機械加工工藝設(shè)計基礎(chǔ)第一節(jié)機械加工工藝規(guī)程一、工藝規(guī)程的作用規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程。工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)組織生產(chǎn)、管理生產(chǎn)的主要工藝文件，是加工、檢驗驗收、生產(chǎn)調(diào)度與安排的主要依據(jù)。1.機械加工工藝規(guī)程的作用（1）指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件；（2）生產(chǎn)組織管理和準(zhǔn)備工作的技術(shù)依據(jù)；（3）新建或擴建工廠或車間的技術(shù)依據(jù)。2．工藝規(guī)程制訂時所需的原始資料

（1）產(chǎn)品裝配圖和零件工作圖。

（2）產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)。

（3）產(chǎn)品驗收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（4）現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和資料。

（5）國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的有關(guān)工藝資料等。

3．對工藝規(guī)程的要求

（1）技術(shù)上的先進(jìn)性

（2）經(jīng)濟上的合理性

（3）良好的勞動條件

（4）格式上的規(guī)范性二、

數(shù)控加工工藝文件的格式

（1）機械加工工藝過程卡

（2）機械加工工序卡

（3）數(shù)控加工工序卡

（4）數(shù)控刀具卡片

（5）數(shù)控加工走刀路線圖

（6）數(shù)控加工工件安裝和原點設(shè)定卡片(簡稱裝夾圖和零件設(shè)定卡)

（7）數(shù)控編程任務(wù)書三、工藝規(guī)程設(shè)計的步驟（1）分析產(chǎn)品的裝配圖和零件圖（2）選擇和確定毛坯（3）擬定工藝路線（4）詳細(xì)擬定工序的具體內(nèi)容（5）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析，選擇最佳方案（6）確定工序尺寸（7）填寫工藝文件第二節(jié)機械加工工藝規(guī)程的制定一、零件工藝分析零件的工藝分析，是指對所設(shè)計的零件在滿足使用要求的前提下進(jìn)行加工制造的可行性和經(jīng)濟性分析。包括零件的鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理、切削加工工藝性能分析。在制定機械加工規(guī)程時，主要進(jìn)行零件的切削加工工藝性能分析。二、毛坯選擇機械零件的制造包括毛坯成形和切削加工兩個階段。正確選擇毛坯的類型和成形方法對于機械制造具有重要意義：毛坯成形對后續(xù)切削加工、對零件乃至產(chǎn)品的質(zhì)量、使用性能、生產(chǎn)周期和成本等都有影響。1、毛坯的種類機械零件的常用毛坯包括鑄件、鍛件、軋制型材、擠壓件、沖壓件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件。1）鑄件形狀較復(fù)雜的零件毛坯，宜采用鑄造方法制造。目前生產(chǎn)中的鑄件大多數(shù)是砂型鑄造，少數(shù)尺寸較小的優(yōu)質(zhì)鑄件可采用特種鑄造，如金屬性鑄造、熔模鑄造和壓力鑄造等。2）鍛件鍛件適用于強度要求較高，形狀比較簡單的零件毛坯，鍛造方法有自由鍛和模鍛。自由鍛的加工余量大，鍛件精度低，生產(chǎn)率不高，適用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件毛坯制造。模鍛加工余量小，鍛件精度高，生產(chǎn)率高，適用于中小型零件毛坯的大批量生產(chǎn)。3）型材型材有熱軋和冷拉兩種。熱軋型材的精度較低，適用于一般零件的毛坯。冷拉型材的精度較高，適用于對毛坯精度要求較高的中小型零件的毛坯制造，可用于自動機床加工。

4）焊接件焊接件是根據(jù)需要用焊接的方法將同類材料或不同的材料焊接在一起而成的毛坯件。焊接件制造簡單，生產(chǎn)周期短，但變形較大，需經(jīng)時效處理后才能進(jìn)行機械加工。焊接方法適用于大型毛坯、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的毛坯制造。

5）冷沖壓件適用于形狀復(fù)雜的板料零件。低碳鋼中碳鋼高碳鋼灰鑄鐵鋁合金銅合金不銹鋼工模具具鋼鋼塑料橡膠砂型鑄造⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙金屬型鑄造⊙⊙⊙壓力鑄造⊙⊙熔模鑄造⊙⊙⊙⊙⊙鍛造⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙冷沖壓⊙⊙⊙⊙⊙⊙粉末冶金⊙⊙⊙⊙⊙⊙焊接⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙擠壓型材⊙⊙⊙⊙⊙冷拉型材⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙備注可壓制及吹塑可壓制2.毛坯種類的選擇選擇毛坯的基本任務(wù)是選定毛坯的制造方法及其制造精度。毛坯的選擇不僅影響毛坯的制造工藝和費用，而且對零件的加工質(zhì)量、加工方法、生產(chǎn)率及生產(chǎn)成本都有很大的影響。因此，選擇毛坯要從毛坯的制造和機械加工兩方面綜合考慮，以求得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果。

1）零件材料及力學(xué)性能要求例如材料為鑄鐵的零件，應(yīng)選擇鑄造毛坯。對于重要的鋼制零件，為獲得良好的力學(xué)性能，應(yīng)選用鍛件毛坯；形狀較簡單及力學(xué)性能不太高時，可用型材毛坯；有色金屬零件常用型材或鑄造毛坯。2）零件的結(jié)構(gòu)形狀與大小軸類零件毛坯，如直徑和臺階相差不大，可用棒料；如各臺階尺寸相差較大，則宜選用鍛件。大型零件毛坯多用砂型鑄造或自由鍛；中小型零件可用模鍛件或特種鑄造件。

3）生產(chǎn)類型大批大量生產(chǎn)時，應(yīng)選用毛坯精度和生產(chǎn)率均較高的毛坯制造方法，和精密如模鍛、金屬型機器造型鑄造和精密鑄造。單件小批生產(chǎn)時，可采用木模手工造型鑄造或自由鍛造。4）現(xiàn)有生產(chǎn)條件選擇毛坯時，必須考慮現(xiàn)有生產(chǎn)條件，如現(xiàn)有毛坯制造的水平和設(shè)備情況，外協(xié)的可能性及經(jīng)濟性等。5）充分利用新工藝、新材料為節(jié)約材料和能源，提高機械加工生產(chǎn)率，應(yīng)充分考慮應(yīng)用新工藝、新技術(shù)和新材料。如精鑄、精鍛、冷軋、冷擠壓和粉末冶金等在機械中的應(yīng)用日益廣泛，這些方法可以大大減少機械加工量，節(jié)約材料，大大提高了經(jīng)濟效益。3.典型零件的毛坯選擇軸桿類零件1）軸桿類零件軸桿類零件是機械產(chǎn)品中支承傳動件、承受載荷、傳遞扭矩和動力的常見典型零件。其結(jié)構(gòu)特征是軸向尺寸遠(yuǎn)大于徑向尺寸。包括各種傳動軸、機床主軸、絲杠、光杠、曲軸、偏心軸、凸輪軸、齒輪軸、連桿、搖臂、螺栓等。軸類零件最常用的毛坯是型材和鍛件，對于某些大型的、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的軸也可用鑄件或焊接結(jié)構(gòu)件。對于光滑的或有階梯但直徑相差不大的一般軸，常用型材（即熱軋或冷拉圓鋼）作為毛坯。對于直徑相差較大的階梯軸或要承受沖擊載荷和交變應(yīng)力的重要軸，均采用鍛件作為毛坯。當(dāng)生產(chǎn)批量較小時，應(yīng)采用自由鍛件；當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，應(yīng)采用模鍛件。對于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的大型軸類零件，其毛坯可采用砂型鑄造件、焊接結(jié)構(gòu)件或鑄一焊結(jié)構(gòu)毛坯。圖2減速器傳動軸如圖2所示為減速器傳動軸，工作載荷基本平衡，材料45鋼，小批量生產(chǎn)。由于該軸工作時不承受沖擊載荷，工作性質(zhì)一般，且各階梯軸徑相差不大，因此，可選用熱軋圓鋼作為毛坯。下料尺寸為Ф45㎜×220㎜。減速器傳動軸的加工路線可設(shè)計為：熱軋棒料下料－粗加工－調(diào)質(zhì)處理－精加工－磨削。圖3磨床主軸簡圖如圖3所示為磨床砂輪主軸，生產(chǎn)批量中等。砂輪主軸主要用于傳遞動力。該零件精度要求高，工作中將承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等載荷，要求具有較高的強度；砂輪主軸與滑動軸承相配合,由于主軸轉(zhuǎn)速高容易導(dǎo)致軸頸與軸瓦磨損，故要求軸頸具有較高的硬度和耐磨性；砂輪在裝拆過程中易使外圓錐面拉毛，影響加工精度，所以要求這些部位具有一定的耐磨性。根據(jù)以上要求，材料選擇為65Mn，毛坯采用模鍛件。砂輪主軸的加工路線設(shè)計為：下料－鍛造－退火－粗加工－調(diào)質(zhì)處理－精加工－表面淬火－粗磨－低溫人工時效－精磨。退火的目的是消除鍛造應(yīng)力及組織不均勻性，降低硬度，改善加工性。調(diào)質(zhì)處理是為了提高主軸的綜合性能，以滿足心部的強度要求，同時在表面淬火時能獲得均勻的硬化層。表面淬火是為了使軸頸和外圓錐部分獲得高硬度，提高耐磨性。人工時效的作用是進(jìn)一步穩(wěn)定淬硬層組織和消除磨削應(yīng)力，以減少主軸的變形。如圖4所示為汽車排氣閥的外形簡圖。該零件在高溫狀態(tài)下工作，要求材料為耐熱鋼，大批量生產(chǎn)。在保證滿足零件的使用要求的前提下，為節(jié)約較貴重的耐熱鋼，故采用焊接件毛坯。閥桿部分采用耐熱鋼，閥帽部分采用碳素結(jié)構(gòu)鋼，焊接方法采用電阻焊。圖4汽車排氣閥示意圖2）盤套類零件的毛坯選擇盤套類零件是指直徑尺寸較大而長度尺寸相對較小的回轉(zhuǎn)體零件（一般長度與直徑之比小于1）,如圖5所示。屬于這類零件的有各種齒輪、帶輪、飛輪、聯(lián)軸節(jié)、套環(huán)、軸承環(huán)、端蓋及螺母、墊圈等。圖5盤套類零件（1）帶輪的毛坯選擇帶輪是通過中間撓性件（各種帶）來傳遞運動和動力的，一般載荷比較平穩(wěn)。對于中小帶輪多采用HT150制造，故其毛坯一般采用砂型鑄造，生產(chǎn)批量較小時用手工造型；生產(chǎn)批量較大時可采用機器造型；對于結(jié)構(gòu)尺寸很大的帶輪，為減輕重量可采用鋼板焊接毛坯。（2）鏈輪的毛坯選擇鏈輪是通過鏈條作為中間撓性件來傳遞動力和運動的，其工作過程中的載荷有一定的沖擊，且鏈齒的磨損較快。鏈輪的材料大多使用鋼材，最常用的毛坯為鍛件。單件小批生產(chǎn)時，采用自由鍛造；生產(chǎn)批量較大時使用模鍛；對于新產(chǎn)品試制或修配件，亦可使用型材；對于齒數(shù)大于50的從動鏈輪也可采用強度高于HT150的鑄鐵，其毛坯可采用砂型鑄造，造型方法視生產(chǎn)批量決定。（3）圓柱齒輪的毛坯選擇齒輪的毛坯選擇取決于齒輪的選材、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、使用條件及生產(chǎn)批量等因素。對于鋼制齒輪，如果尺寸較小且性能要求不高，可直接采用熱軋捧料。除此之外，一般都采用鍛造毛坯。生產(chǎn)批量較小或尺寸較大的齒輪采用自由鍛造；生產(chǎn)批量較大的中小尺寸齒輪采用模鍛。對于直徑比較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的不便于鍛造的齒輪，采用鑄鋼毛坯或焊接組合毛坯。圖6車床主軸箱中三聯(lián)滑動齒輪簡圖一般來說，機床齒輪載荷不大，運動平穩(wěn)，工作條件好，故對齒輪的耐磨性及沖擊韌度要求不高，材料選用中碳鋼，用熱軋圓鋼作為毛坯。該齒輪主要用來傳遞動力并改變轉(zhuǎn)速，通過撥動箱外手柄使齒輪在Ⅲ軸上作滑移運動，與Ⅱ軸上的不同齒輪嚙合，以獲得不同的轉(zhuǎn)速?？紤]到整個齒輪較厚，采用中碳鋼難以淬透，生產(chǎn)中也可選用中碳合金鋼如40Cr，齒面經(jīng)高頻淬火提高表面硬度和耐磨性。其加工工藝路線為：下料－鍛造－正火－粗加工－調(diào)質(zhì)－精加工－齒輪高頻淬火及回火－精磨正火處理對鍛造齒輪毛坯是必須的熱處理工序，它可消除鍛造壓力，均勻組織，改善切削加工性。對于一般齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處理工序。調(diào)質(zhì)處理可以使齒輪獲得較高的綜合力學(xué)性能，齒輪可承受較大的彎曲應(yīng)力和沖擊力，并可減少淬火變形。高頻淬火及低溫回火提高了齒輪表面硬度和耐磨性，并且使齒輪表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高了抗疲勞破壞的能力。低溫回火可消除淬火應(yīng)力，對防止產(chǎn)生磨削裂紋和提高抗沖擊能力是有利的。圖7解放牌汽車變速齒輪汽車變速箱中的齒輪主要用來調(diào)節(jié)發(fā)動機曲軸和主軸凸輪的轉(zhuǎn)速比，以改變汽車的運行速度，其工作較為繁重，因此在疲勞極限、耐磨性以及抗沖擊等性能方面均比機床齒輪要求高，因此變速齒輪的材料大多選用合金滲碳鋼。圖7為解放牌汽車變速齒輪，采用20CrMnTi鋼，經(jīng)滲碳淬火處理及低溫回火后表面硬度為58～62HRC，心部硬度為30～45HRC，這種鋼具有良好的工藝性能，這對大量生產(chǎn)來說極為重要。毛坯生產(chǎn)方法采用模鍛。20CrMnTi鋼經(jīng)鍛造及正火后，切削加工性較好，同時有良好的淬透性、過熱傾向小、滲碳速度快及淬火變形小等熱處理工藝性能。具體加工工藝路線如下：下料－模鍛－正火－機械粗、半精加工(內(nèi)孔及端面留磨量)－滲碳(孔防滲)淬火、低溫回火－噴丸－校正花鍵孔－珩(或磨)齒正火是為了均勻和細(xì)化組織，消除鍛造應(yīng)力，獲得較好的切削加工性。滲碳、淬火及低溫回火是為了使齒面具有高硬度及耐磨性，而心部可得到低碳馬氏體組織，有高的強度和足夠的韌性。噴丸處理是一種強化手段，可使零件滲碳表層的壓應(yīng)力進(jìn)一步增大，有利于提高疲勞強度，同時也可清除氧化皮。圖8箱體、機架類零件3）箱體機架類零件是機器的基礎(chǔ)件，包括機身、齒輪箱、閥體、泵體、軸承座等。由于箱體類零件的結(jié)構(gòu)形狀一般都比較復(fù)雜，且內(nèi)部呈腔形，為滿足減振和耐磨等方面的要求，其材料一般都采用鑄鐵。為達(dá)到結(jié)構(gòu)形狀方面的要求，最常見的毛坯是砂型鑄造的鑄件。在單件小批生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制或結(jié)構(gòu)尺寸很大時，也可采用鋼板焊接毛坯。圖9泵體零件圖如圖9所示為泵體零件圖，材料為HT150，大批生產(chǎn)。考慮到該零件是泵的支承件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，材料為灰鑄鐵，而且生產(chǎn)批量大等因素，選擇機器造型的砂型鑄造方法生產(chǎn)零件毛坯比較適宜。車床進(jìn)給箱體，材料HT200，中批量生產(chǎn)階梯軸，材料45鋼，小批生產(chǎn)雙聯(lián)齒輪，材料40Cr，大批生產(chǎn)三、工藝路線的擬定擬定工藝路線時，首先考慮定位基準(zhǔn)的選擇，還要考慮加工方法的經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度，考慮加工階段劃分，結(jié)合工序集中和工序分散的特點，合理安排加工順序。1.表面加工方法的選擇（1）加工方法的經(jīng)濟精度（2）選擇表面加工方法的考慮因素 1）工件材料的性質(zhì) 2）工件的形狀和尺寸 3）生產(chǎn)類型 4）現(xiàn)有生產(chǎn)條件（3）典型加工路線 1）外圓表面的常用加工路線 2）孔