《機械制造技術》第14課 編制減速器傳動軸的機械加工工藝卡片

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課題編制減速器傳動軸的機械加工工藝卡片——機械加工工藝規(guī)程設計（1）課時2課時（90min）教學目標知識技能目標：（1）掌握機械加工工藝路線的擬訂（2）掌握機械加工工序的設計思政育人目標：提高邏輯嚴謹、思維縝密的問題分析能力教學重難點教學重點：工藝路線的擬定，加工余量和工序尺寸的確定，機床設備、工藝裝備及切削用量的選擇教學難點：工藝路線的擬定，切削用量的選擇教學方法啟發(fā)式、講授法、案例分析法、討論法、總結法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學設計→考勤（2min）→教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設計意圖課前任務【教師】上傳預習資料，發(fā)布預習任務，和學生負責人取得聯(lián)系，讓其提醒同學通過文旌課堂APP或其他學習軟件，完成課前任務查找機械加工工藝規(guī)程設計的相關資料，觀看上傳的預習視頻，思考工藝規(guī)程設計可能包含那些內(nèi)容，通過發(fā)起的線上任務，分析討論如何進行機械加工工藝規(guī)程的設計?！緦W生】完成課前任務通過課前任務，培養(yǎng)學生獨立收集資料的能力，對機械加工工藝規(guī)程的設計形成初步認識，鍛煉其觀察、分析、總結的能力考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況互動導入

（5min）【教師】講述“任務引入”案例（詳見教材），并提出問題機械加工工藝規(guī)程的編制方法和過程都有哪些呢？【學生】聆聽、思考、回答通過設置疑問的方式，引導學生主動思考，激發(fā)學生的學習興趣傳授新知（53min）【教師】通過學生的回答，引出本節(jié)課知識點，講解機械加工工藝規(guī)程設計的相關內(nèi)容一、工藝路線的擬訂擬訂工藝路線是編制機械加工工藝規(guī)程的關鍵步驟，工藝路線擬訂得是否合理直接影響機械加工工藝規(guī)程的合理性、科學性和經(jīng)濟性。工藝路線擬訂的主要任務是選擇加工方法、劃分加工階段、安排加工順序和組合工序內(nèi)容。1、加工方法的選擇【多媒體】展示外圓、孔、平面加工中各種加工方法的加工經(jīng)濟精度和表面粗糙度的表格（詳見教材），引出加工方法的選擇相關知識點機械加工時，零件表面通常需要通過幾次加工才能達到規(guī)定的技術要求。擬訂零件機械加工工藝路線時，首先需要根據(jù)零件各個加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，選定最終的精加工方法；然后選定各工序、各工步的加工方法，由粗到精逐步達到要求。加工方法的選擇應遵循以下原則。（1）所選加工方法的加工經(jīng)濟精度范圍要與零件的加工精度和表面粗糙度要求相適應。加工經(jīng)濟精度是指在正常加工條件下所能保證的加工精度。所謂正常加工條件，是指采用符合質(zhì)量標準的設備及工裝，選擇標準技術等級工人，不延長加工時間等。（2）加工方法要與零件材料的切削加工性相適應。（3）加工方法要與零件的生產(chǎn)類型相適應。（4）加工方法要與企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)條件相適應。選擇加工方法要盡量符合本企業(yè)的現(xiàn)有設備狀況和工人技術水平，以保證所選加工方法切實可行?！斠娊滩?、加工階段的劃分?【教師】提問：“思考加工階段可能有哪些階段？”，安排學生小組討論并派代表回答問題?【學生】聆聽、分組、思考、討論、回答問題?【教師】總結學生的回答，引出加工階的劃分相關知識點為保證零件的加工質(zhì)量，合理地使用設備、人力等資源，通常將零件加工的工藝過程劃分為幾個階段。對于一般精度零件，其機械加工工藝過程可劃分為粗加工、半精加工和精加工三個階段；對于精度要求較高的零件，還需要安排光整加工和超精密加工階段。各加工階段的主要任務如下。粗加工階段：盡快切除各加工表面的大部分余量，使各加工表面盡可能接近圖樣尺寸，并加工出精基準。半精加工階段：消除粗加工留下的誤差，使加工表面達到一定的精度，為主要表面的精加工做好準備，并完成一些次要表面的加工（如鉆孔、攻螺紋和銑鍵槽等）。精加工階段：完成各主要表面的最終加工，使零件加工質(zhì)量達到圖樣規(guī)定的要求。光整加工和超精密加工階段：進一步降低表面粗糙度，提高加工表面的尺寸精度和形狀精度，但一般不用以糾正位置精度?！军c撥】教師補充知識點零件加工階段的劃分并不是絕對的，而是需要根據(jù)零件的質(zhì)量要求、結構特點和生產(chǎn)綱領靈活掌握。例如，對于精度要求不高、加工余量不大、加工剛性較好的零件，如果生產(chǎn)綱領不大，可不劃分加工階段；對于重型零件，由于運輸和裝夾都很困難，因此一般也不劃分加工階段，而是在一個工序中完成全部粗加工和精加工工作；采用加工中心加工零件時，一般也不要求劃分加工階段。劃分加工階段的主要作用有以下幾方面。（1）易于保證加工質(zhì)量。（2）便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷。（3）便于合理安排熱處理工序。（4）可以合理地配置人力和物力資源?！斠娊滩?、加工順序的安排零件的加工順序包括機械加工工序、熱處理工序和輔助工序。在擬訂工藝路線時必須將三者統(tǒng)籌考慮，合理安排。1）機械加工工序的安排安排機械加工工序時，一般遵循基準先行、先主后次、先粗后精和先面后孔的原則……詳見教材2）熱處理工序的安排熱處理可以提高工件材料的力學性能，改善其切削加工性及消除殘余應力。在擬訂工藝路線時，熱處理工序應根據(jù)零件的技術要求和材料的性質(zhì)進行合理安排。熱處理工序一般可分為預備熱處理、最終熱處理、時效處理和表面處理。（1）預備熱處理常用的預備熱處理方法有退火、正火和調(diào)質(zhì)。其中，退火和正火的目的是改善材料的切削加工性、消除殘余應力，為最終熱處理做準備，一般安排在粗加工之前；調(diào)質(zhì)的目的是提高材料的綜合力學性能，一般安排在粗加工之后。（2）最終熱處理常用的最終熱處理方法有淬火、滲碳淬火和滲氮等，其目的是提高金屬材料的強度、硬度和耐磨性等力學性能。對于僅僅要求改善力學性能的工件，有時可將正火或調(diào)質(zhì)作為最終熱處理。最終熱處理一般安排在粗加工和半精加工之后。其中，變形較大的熱處理，如淬火、滲碳淬火等，應安排在精加工之前進行，以便在精加工時糾正熱處理變形；變形較小的熱處理，如滲氮等，可安排在精加工之后進行。（3）時效處理。時效處理分為自然時效、人工時效和冰冷處理三類，其目的是消除殘余應力，減小工件變形。其中，自然時效和人工時效一般安排在粗加工前后，對于精度要求較高的零件，可在精加工之前再安排一次時效處理；冰冷處理一般安排在回火處理之后、精加工之后或工藝過程的最后。（4）表面處理。常用的表面處理方法有鍍層和發(fā)藍等，其目的是提高零件的抗腐蝕性和耐磨性，并使其美觀。表面處理通常安排在工藝過程的最后。3）輔助工序的安排輔助工序包括檢驗工件、去毛刺、清洗、防銹、去磁和平衡等。其中，檢驗工件是最主要的輔助工序，它對保證產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的作用。除了每名操作工人在操作過程中和操作結束后必須自檢外，在重要和關鍵工序前后、送往外車間加工前后和零件加工完畢后，一般也要安排檢驗工序。4、工序內(nèi)容的組合在選定了零件上各個表面的加工方法和加工順序后，就要安排每道工序的加工內(nèi)容并確定工序數(shù)目，即對工序內(nèi)容進行組合。同一個工件，同樣的加工內(nèi)容，可采取兩種不同的工序組合原則，一種是工序集中原則，另一種是工序分散原則。1）工序集中原則工序集中原則是指每道工序的加工內(nèi)容盡可能多，整個工藝過程的工序數(shù)較少的原則。工序集中原則具有以下特點。（1）有利于采用高效的生產(chǎn)設備和工藝裝備，提高生產(chǎn)率。（2）工序數(shù)目少，工藝流程短，設備數(shù)量少，可相應減少操作工人數(shù)量和生產(chǎn)所需面積。（3）一次裝夾中可加工出多個表面，可減少裝夾次數(shù)，且易于保證加工表面間的位置精度。（4）所用生產(chǎn)設備和工藝裝備結構復雜，調(diào)整和維護困難，生產(chǎn)準備工作量大。2）工序分散原則工序分散原則是指每道工序的加工內(nèi)容盡可能少，整個工藝過程的工序數(shù)較多的原則。工序分散原則具有以下特點。（1）所用生產(chǎn)設備和工藝裝備結構簡單，易于調(diào)整和維護，且對操作工人的技術水平要求不高。（2）有利于選擇合理的切削用量。（3）工序數(shù)目多，所需設備及工人數(shù)量多，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)所需面積大?！军c撥】教師補充知識點編制機械加工工藝規(guī)程時，究竟采用工序集中原則還是工序分散原則，應對生產(chǎn)類型、現(xiàn)有的生產(chǎn)條件、零件的結構特點和技術要求、各工序的生產(chǎn)節(jié)拍等進行綜合分析后確定。一般情況下，在單件小批生產(chǎn)中，常常將同工種的加工集中在一臺普通機床上進行，以提高機床的利用率。在批量生產(chǎn)中，既可以采用多工位數(shù)控車床、多軸數(shù)控銑床、加工中心等高效自動化機床使工序高度集中，也可以采用效率高且結構簡單的專用機床和專用夾具，將工序分散后組織流水生產(chǎn)。二、加工余量和工序尺寸的確定工藝路線擬訂完成之后，就需要安排各個工序的具體加工內(nèi)容，即設計加工工序。這其中很重要的一項內(nèi)容就是確定加工余量和工序尺寸。1、加工余量的概念1）加工總余量和工序余量機械加工中，為保證零件的尺寸和精度，從某一表面上所切除的金屬層厚度稱為加工余量。加工余量分為加工總余量和工序余量。其中，加工總余量是指某一表面從毛坯加工為成品所切除的金屬層總厚度，它是毛坯尺寸與零件設計尺寸之差，也稱毛坯余量；工序余量是指某一表面在某道工序中被切除的金屬層厚度。?【教師】提問：“根據(jù)上述定義，思考如何用數(shù)學方法表述加工總余量和工序余量之間的關系？”，并隨機抽取學生回答問題?【學生】聆聽、思考、回答問題?【教師】總結學生的回答加工總余量和工序余量的關系為：2）單邊余量和雙邊余量工序余量還可定義為相鄰兩工序基本尺寸之差。按照這一定義，工序余量可分為單邊余量和雙邊余量。（1）單邊余量。對于平面等非對稱表面，工序余量一般為單邊余量，它等于實際切除的金屬層厚度。【多媒體】展示“單邊余量”圖（詳見教材），講解其內(nèi)外表面的單邊余量外表面的單邊余量為：式中：——本道工序的工序余量；——上道工序的基本尺寸；——本道工序的基本尺寸。內(nèi)表面的單邊余量為：（2）雙邊余量。對于外圓和孔等對稱表面，工序余量為雙邊余量，即以直徑方向計算，實際切除的金屬層厚度為工序余量的一半?！径嗝襟w】展示“單邊余量”圖（詳見教材），講解其內(nèi)外圓面的雙邊余量外圓面的雙邊余量為：式中：——本道工序的工序余量；——上道工序的基本尺寸；——本道工序的基本尺寸。內(nèi)圓面的雙邊余量為：?【教師】提問：“外圓與內(nèi)孔雙邊余量的計算有什么區(qū)別？”，并隨機抽取學生回答問題?【學生】聆聽、思考、回答問題?【教師】總結學生的回答外圓雙邊余量的計算是上道工序的基本尺寸減去本道工序的基本尺寸的一半，而內(nèi)孔的雙邊余量則正好相反，是本道工序的基本尺寸減去上道工序的基本尺寸的一半。除此之外，在計算單邊余量的時候，外表面和內(nèi)表面之間也存在著類似的區(qū)別。3）最大余量、最小余量和余量公差?【多媒體】展示“工序余量與工序尺寸的關系”圖（詳見教材），引出最大余量、最小余量和余量公差的相關知識由于工序尺寸存在公差，因此加工余量是在某一公差范圍內(nèi)變化的。因此，工序余量也可分為基本余量（又稱公稱余量）、最大余量和最小余量。余量的變動范圍稱為余量公差?；居嗔渴侵干系拦ば蚧境叽缗c本工序基本尺寸之差。最大余量的計算公式為：最小余量的計算公式為：……詳見教材?【教師】提問：“用表示余量公差，根據(jù)余量公差的定義，嘗試用最大余量和最小余量表示余量公差”，安排學生小組討論并派代表回答問題?【學生】聆聽、分組、思考、討論、回答問題?【教師】總結學生的回答最大余量與最小余量之間的差值就是余量的變動范圍，就是余量公差，除此之外余量公差也等于上道工序尺寸公差與本工序尺寸公差之和，其計算公式為：式中：——上道工序尺寸公差；——本道工序尺寸公差?！军c撥】教師補充知識點為了便于加工，工序尺寸公差帶的布置一般采用“入體原則”，即對于被包容面（如軸類），其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差為零，下偏差為負值；對于包容面（如孔類），其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差為零，上偏差為正值。毛坯尺寸偏差一般采用雙向?qū)ΨQ標注。2、加工余量的確定1）影響加工余量的因素（1）上道工序的表面粗糙度Ra和表面缺陷層深度。（2）上道工序的尺寸公差。（3）上道工序的幾何誤差。（4）本工序的裝夾誤差?！斠娊滩?）確定加工余量的方法（1）分析計算法（2）查表修正法（3）經(jīng)驗估計法……詳見教材3、工序尺寸及其公差的確定工序尺寸是指加工過程中各工序應保證的加工尺寸，通常為加工面至定位基準面之間的尺寸。工序尺寸允許的變動量即為工序尺寸公差。工序尺寸及其公差往往不能直接采用零件的設計尺寸和公差，而需要另行計算。正確地確定工序尺寸及其公差，是制訂機械加工工藝規(guī)程的重要工作之一。1）基準重合情況下工序尺寸及其公差的計算生產(chǎn)中，絕大部分加工面都是在工藝基準和設計基準重合的情況下進行加工的。這種情況下工序尺寸及其公差取決于各道工序的加工余量和所采用加工方法的加工精度，計算順序為從最后一道工序向前推算，其計算步驟如下。（1）確定加工總余量和各工序的工序余量。（2）從最后一道工序開始，即從設計尺寸開始，逐一向前給每道工序加上道工序余量，直到毛坯尺寸。在此過程中，可分別得到各工序的基本尺寸。（3）除最后一道工序外，其余各工序尺寸的公差根據(jù)各工序的加工精度確定，并按“入體原則”確定上、下極限偏差。2）基準不重合情況下工序尺寸及其公差的計算工藝基準與設計基準不重合的情況下，工序尺寸的計算，需要在工序余量確定之后通過工藝尺寸鏈進行，具體計算方法將在工藝尺寸鏈中介紹。三、機床設備、工藝裝備及切削用量的選擇1、機床設備的選擇機床設備選擇得是否合理，對工序的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性有很大的影響。因此，在選擇機床設備時應遵循以下原則。（1）機床的加工尺寸范圍應與零件的外廓尺寸相適應。（2）機床的工作精度應與工序要求的精度相適應。（3）機床的生產(chǎn)率應與零件的生產(chǎn)類型相適應。（4）選擇機床時，應考慮車間現(xiàn)有設備條件，盡量采用或改裝現(xiàn)有設備件?！军c撥】教師補充知識點當需要設計專用機床時，必須提出設計任務書，說明保證零件加工質(zhì)量的技術要求、生產(chǎn)率的要求以及與加工工序有關的數(shù)據(jù)等。2、工藝裝備的選擇1）夾具的選擇在單件小批生產(chǎn)中，應盡量選用通用夾具和組合夾具；在大批大量生產(chǎn)中，應根據(jù)工序加工要求設計制造專用夾具。2）刀具的選擇刀具的選擇主要取決于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的加工精度和表面粗糙度、生產(chǎn)率及經(jīng)濟性等。一般應盡可能采用標準刀具，必要時采用高生產(chǎn)率的復合刀具及其他專用刀具。3）量具的選擇量具的選擇主要取決于生產(chǎn)類型和加工精度。在單件小批生產(chǎn)中，應盡量采用通用量具、量儀；在大批大量生產(chǎn)中，應采用各種量規(guī)、高效檢驗儀器和檢驗夾具等。3、切削用量的選擇?【教師】簡單復習切削用量相關知識，提問：“切削用量包括什么內(nèi)容？”，并隨機抽取學生回答問題?【學生】聆聽、思考、回答問題?【教師】總結學生的回答切削用量又稱切削用量三要素，是指金屬切削加工過程中切削速度、進給量和背吃刀量的總稱?！緦W生】聆聽、理解、記憶運用多媒體課件，通過提問引導的方式，帶領學生主動探索機械加工工藝規(guī)程編制設計的相關內(nèi)容，結合案例分析法，加深學生對工序尺寸相關知識點的理解，提高學生的學習興趣和積極性，訓練學生的邏輯性思維能力項目實踐（2