《機械制造基礎》課件第4章

第4章機械加工工藝過程的基礎知識4.1基本概念4.2工件的安裝和夾具4.3零件機械加工工藝規(guī)程的制定4.4零件的切削結構工藝性分析復習思考題在實際生產中,由于零件的生產類型、材料、結構、形狀、尺寸和技術要求不同,一個零件往往不是單獨在一種機床上,用某一種加工方法就能完成的,而是要經過一定的工藝過程才能完成其加工。在對具體零件加工時可以采用不同的工藝方案。雖然這些方案都可能加工出合格零件,但從生產效率和經濟效益來看,應該選擇切實可行并且加工容易的最合理的加工方法。為了正確地進行機器零件的加工,不僅需要選擇組成零件的每一個表面的加工方法及其所用的機床,而且需要合理地選擇定位基準和安排各表面的加工順序,即合理地制定零件的切削加工工藝過程,以確保零件加工質量,提高生產率以及降低制造成本。

4.1基本概念

4.1.1生產過程和工藝過程

制造機械產品時,將原材料制成各種零件并裝配成機器的全過程稱為生產過程。其中包括原材料的運輸、保管、生產準備、制造毛坯、切削加工、裝配、檢驗及試車、油漆和包裝等。在生產過程中,直接改變生產對象的形狀、尺寸、表面質量、性質及相對位置使其成為成品或半成品的過程稱為工藝過程。零件毛坯的制造(鑄造、鍛壓、焊接等)、機械加工、熱處理和裝配等都屬于工藝過程。工藝過程是生產過程的核心組成部分。

采用機械加工的方法,按一定順序直接改變毛坯的形狀、尺寸及表面質量,使其成為合格零件的工藝過程稱為機械加工工藝過程。它是生產過程的重要內容。4.1.2機械加工工藝過程的組成

零件的機械加工工藝過程由許多工序組合而成,每個工序又由一個或若干個安裝、工位、工步和走刀等組成。

1.工序

工序是機械加工工藝過程的基本單元。工序是指由一個或一組工人在同一臺機床或同一個工作地,對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的一部分工藝過程。

工作地、工人、工件與連續(xù)作業(yè)構成了工序的四個要素,若其中任一要素發(fā)生變更,則構成了另一道工序。

一個工藝過程需要包括哪些工序是由被加工零件的結構復雜程度、加工精度要求及生產類型所決定的。如圖4-1所示的階梯軸的加工,因不同的生產批量,就有不同的工藝過程及工序,如表4-1與表4-2所示。圖4-1階梯軸表4-1單件生產階梯軸的工藝過程表4-2大批量生產階梯軸的工藝過程

2.安裝

安裝是指工件每經一次裝夾后所完成的部分工序。

在一道工序中,工件在加工位置上至少要裝夾一次,但有的工件也可能會裝夾幾次。如表4-2中的第2、3及5工序,須調頭經過兩次安裝才能完成其工序的全部內容。

在實際生產中應盡可能減少裝夾次數(shù)。因為多一次裝夾就多一次安裝誤差,同時增加了裝卸輔助時間。

3.工位

工位是指工件在機床上占據(jù)每一個位置所完成的那部分工序。

為減少裝夾次數(shù),常采用多工位夾具或回轉工作臺,使工件在一次安裝中先后經過若干個不同位置順次進行加工。圖4-2所示為在回轉工作臺上一次安裝完成零件的裝卸、鉆孔、

擴孔、鉸孔的加工實例,Ⅰ為裝卸工位,Ⅱ為鉆孔工位,Ⅲ為擴孔工位,Ⅳ為鉸孔工位。圖4-2多工位加工

4.工步

工步是指在同一個工序中,加工表面、切削刀具和切削用量(僅指主軸轉速和進給量)都不變的情況下所完成的那一部分工藝過程。變化其中的一個就是另一個工步。

如圖4-3所示,車削階梯軸f85mm外圓面為第一工步,車削f65mm外圓面為第二工步,這是因為加工的表面變了。有時為了提高生產率把幾個待加工表面用幾把刀具同時加工,

這也可看做一個工步,稱為復合工步,如圖4-4所示。圖4-3車削階梯軸圖4-4復合工步

5.走刀

在一個工步中,如果要切掉的金屬層很厚,可分幾次切削,每切削一次就稱為一次走刀。如圖4-3所示車削階梯軸的第二工步中就包含了兩次走刀。4.1.3生產綱領和生產類型

1)生產綱領

生產綱領是指企業(yè)在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃,一般指年產量。

當零件的生產綱領確定后,還要根據(jù)車間的情況按一定期限分批投產,每批投產的數(shù)量稱為生產批量。

2)生產類型

根據(jù)生產綱領的大小和產品品種的多少,機械制造企業(yè)的生產可分為單件生產、成批生產和大量生產三種生產類型。

(1)單件生產。單件生產指加工的產品的產量很小,很少重復生產,工件地點的加工對象經常改變。重型機器、專用設備或新產品試制都屬于單件生產。

(2)成批生產。一年中分批地制造相同的產品,生產周期性地重復,這種生產屬于成批生產。普通機床、紡織機械等的制造等多屬此種生產類型。

每批所制造的相同產品的數(shù)量稱為批量。按照批量的大小,成批生產又可分為小批生產、中批生產和大批生產三種類型。小批生產的工藝特點與單件生產相似,大批生產的工藝特點與大量生產相似。

(3)大量生產。大量生產指產品數(shù)量很大,大多數(shù)工作地點長期進行某一零件的某一道工序的加工。汽車、拖拉機、自行車等及軸承類標準件的制造多屬此種生產類型。

據(jù)統(tǒng)計,目前世界各國機械產品的生產中,大量生產僅占5%,而中、小批量生產約占70%。像小轎車這類大量生產的產品,為了適應市場需要,也在向減少批量、增加品種的方向發(fā)展。因此發(fā)展數(shù)控機床和柔性生產線,實現(xiàn)中、小批量生產的自動化,提高生產效率具有很大的經濟意義。

生產類型取決于產品(零件)的年產量、尺寸大小及復雜程度。表4-3列出了各種生產類型的生產綱領及工藝特點。表4-3各種生產類型的生產綱領及工藝特點

4.2工件的安裝和夾具

在進行機械加工時,必須先將工件放在機床的工作臺或夾具上,使它占有正確的位置,稱為定位。工件在定位之后,為了使它在切削過程中不致因切削力、重力和慣性力的作用而偏離正確的位置,還需把它夾住,這就是夾緊。工件從定位到夾緊的全過程稱為安裝。4.2.1工件的安裝

安裝工件時,一般是先定位后夾緊,而在三爪卡盤上安裝工件時,定位與夾緊是同時進行的。

工件安裝的正確與否直接影響加工精度。安裝是否方便和快速又會影響輔助時間的長短,從而影響到加工的生產率。因此,工件的安裝對于加工的經濟性、質量和效率有著重要的作用。

安裝方式歸納起來大致可分為直接安裝法和專用夾具安裝法。

1.直接安裝法

直接安裝法是將工件直接安放在機床工作臺或者通用夾具(如三爪卡盤、四爪卡盤、平口鉗、電磁吸盤等標準附件)上,有時不需找正就可以夾緊,例如利用三爪卡盤或電磁吸盤安裝工件;有時則需要根據(jù)工件上某個表面或劃線找正工件后進行夾緊,例如在四爪卡盤或在機床工作臺上安裝工件。

用直接安裝法安裝工件時,找正比較費時,且定位精度的高低主要取決于所用工具或儀表的精度以及工人的技術水平,所以定位精度不易保證,生產率較低,通常僅適用于單件小批生產。

2.專用夾具安裝法

用專用夾具安裝法安裝工件時,工件安裝在為其專門設計和制造的夾具中,無需進行找正就可以迅速而可靠地保證工件對機床和刀具的正確的相對位置,并可迅速夾緊。

利用專用夾具加工工件既可保證加工精度,又可提高生產效率,但沒有通用性。專用夾具的設計、制造和維修需要一定的投資,所以只有在成批生產或大批大量生產中才能取

得比較好的效益。4.2.2機床夾具的分類和組成

1.夾具的分類

機床夾具(jigandfixtureformachinetool)根據(jù)其使用范圍可分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、通用可調夾具和成組夾具等類型;根據(jù)所使用的機床可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具(鉆模)、鏜床夾具(鏜模)、磨床夾具和齒輪機床夾具等;根據(jù)產生夾緊力的動力源可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、電磁夾具和真空夾具等。

2.夾具的組成

夾具一般由以下部分組成:

(1)定位元件。定位元件指夾具中用以確定工件正確位置的零件。

工件以平面定位時,用支承釘和支承板作定位元件,如圖4-5所示。圖4-5平面定位用的定位元件工件以外圓柱面定位時,用V形塊和定位套筒作定位元件,如圖4-6所示。

工件以孔定位時,用定位心軸和定位銷作定位元件。圖4-7(a)為圓柱銷,圖4-7(b)為菱形銷。圖4-6外圓柱面定位用的定位元件圖4-7定位銷

(2)夾緊機構。工件定位后,為了防止工件由于受切削力等外力的作用而產生位移,而將其夾牢緊固的機構稱為夾緊機構。

常用的夾緊機構有螺釘壓板(見圖4-8(a))、偏心壓板(見圖4-8(b))、斜楔夾緊機構、鉸鏈夾緊機構等。圖4-8夾緊機構

(3)導向元件。導向元件是指用來對刀和引導刀具進入正確加工位置的零件,例如夾具上的鉆套。其他導向元件還有導向套、對刀塊等。鉆套和導向套主要用在鉆床夾具和鏜床夾具上,對刀塊主要用在銑床夾具上。

(4)夾具體和其他部分。夾具體是夾具的基準零件,用它來聯(lián)接并固定定位元件、夾緊機構和導向元件等,使之成為一個整體,并通過它將夾具安裝在機床上。根據(jù)加工工件的要求,有時還在夾具上設有分度機構、導向鍵、平衡鐵和操作件等。

為了保證加工精度和生產效率，要求夾具具有足夠的精度和剛度,并且結構要緊湊,形狀要簡單,裝卸工件和清除切屑要方便。4.2.3基準及其選擇

1.基準及分類

在零件的設計和加工過程中,經常要用到某些點、線、面來確定其要素間的幾何關系,這些作為依據(jù)的點、線、面稱為基準。基準按作用不同分為設計基準和工藝基準兩大類。

(1)設計基準。設計基準是設計時在零件圖紙上所使用的基準。

以設計基準為依據(jù)來確定各幾何要素之間的尺寸及相互位置關系如圖4-9所示。齒輪內孔、外圓和分度圓的設計基準是齒輪的軸線,兩端面可以認為是互為基準。

(2)工藝基準。工藝基準是在制造零件和裝配機器的過程中所使用的基準。按其用途不同工藝基準又分為定位基準、測量基準和裝配基準,它們分別用于工件加工時的定位、工

件的測量檢驗和零件的裝配。

定位基準是指工件在加工時用來確定工件對于機床及刀具相對位置的表面。

例如車削圖4-9所示齒輪輪坯的外圓和左端面時,若用已經加工過的內孔將工件安裝在心軸上,則孔的軸線就是外圓和左端面的定位基準。圖4-9齒輪必須指出的是,工件上作為定位基準的點或線總是由具體表面來體現(xiàn)的,這個表面稱為定位基準面。例如圖4-9所示齒輪孔的軸線并不具體存在,而是由內孔表面來體現(xiàn)的,所以確切地說,圖4-9中的內孔是加工外圓和左端面的定位基準面。

2.定位基準的選擇原則

為了保證工件加工表面之間的相互位置精度,應從有相互位置精度要求的表面中選擇定位基準。

在對零件進行機械加工中,第一道工序中只能用毛坯上未經加工的表面作定位基準,這種基準面稱為粗基準。在其后各工序加工中,所用的定位基準是已加工的表面,稱為精基準。

1)粗基準

粗基準的選擇應保證所有加工表面都具有足夠的加工余量,而且各加工表面對不加工表面具有一定的位置精度。

粗基準選擇的具體原則如下:

(1)選取不加工的表面作粗基準時,如果零件上有好幾個不加工的表面,則應選擇與加工表面相互位置精度要求高的表面作粗基準。

如圖4-10所示,以不加工的外圓表面作為粗基準既可在一次安裝中把絕大部分要加工的表面加工出來,又能夠保證外圓面與內孔同軸以及端面與孔軸線垂直。圖4-10套筒法蘭加工實例

(2)選取要求加工余量均勻的表面為粗基準,這樣可以保證作為粗基準的表面加工時余量均勻。

例如加工車床床身(見圖4-11)時,要求導軌面耐磨性好,希望在加工時只切去較小而均勻的一層余量,使其表層保留均勻一致的金相組織和物理力學性能。若先選擇導軌面作粗基準,加工床腿的底平面(圖4-11(a)),然后再以床腿的底平面為基準加工導軌面(圖4-11(b)),這樣就能達到目的。圖4-11床身加工的粗基準

(3)對于所有表面都要加工的零件,應選擇余量和公差最小的表面作粗基準,以避免余量不足而造成廢品。

如圖4-12所示階梯軸,表面B加工余量最小,應選擇表面B作為粗基準。

(4)為使工件定位穩(wěn)定,夾緊可靠,要求所選用的粗基準盡可能平整、光潔,不允許有鍛造飛邊、鑄造澆冒口切痕或其他缺陷,并有足夠的支承面積。圖4-12階梯軸的加工

(5)在同一尺寸方向上粗基準通常只允許使用一次,這是因為粗基準一般都很粗糙,重復使用同一粗基準,所加工的兩組表面之間的位置誤差會相當大,因此,粗基準一般不得重復使用。

2)精基準

精基準的選擇應保證加工精度和裝夾可靠方便。其選擇的具體原則如下:

(1)基準重合原則。盡可能選用設計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設計基準不重合而產生的定位誤差。

(2)基準同一原則。零件上的某些精確表面,其相互位置精度往往有較高的要求,在精加工這些表面時要盡可能選用同一定位基準,以保證各表面間的相互位置精度。

(3)互為基準原則。當工件上兩個加工表面之間的位置精度要求比較高時,可以采用兩個加工表面互為基準進行反復加工。

(4)自為基準原則。當有的表面精加工工序要求余量小而均勻(如導軌磨)時,可利用被加工表面本身作為定位基準,這叫做自為基準原則。此時的位置精度應由先行工序保證。在生產實際中,工件上定位基準面的選擇不一定能完全符合上述原則,這就要根據(jù)具體情況進行分析,并加以靈活運用。4.2.4工件在夾具中的定位

任何一個工件,在其位置尚未確定前,均具有六個自由度,即沿空間三個直角坐標軸x、y、z方向的移動與繞它們的轉動,分別以、、、、、表示,如圖4-13(a)所示。要使工件在機床夾具中正確定位,必須限制或約束工件的這些自由度。采用六個定位支承點合理布置,使工件有關定位基準面與其相接觸,每一個定位支承點限制了工件的一個自由度,便可將工件六個自由度完全限制,使工件在空間的位置被唯一地確定。這就是通常所說的工件的六點定位原理,如圖4-13(b)所示。其中三個支承點在xoy平面上,限制、和三

個自由度;兩個支承點在xoz平面上,限制和兩個自由度;最后一個支承點在yoz平面上,限制一個自由度。圖4-13工件的六點定位如圖4-14所示,與連桿底面接觸的支承板限制工件的三個自由度、、,相當于三個支承點;小頭孔中的短圓柱銷限制工件的兩個自由度、,相當于兩個支承點;與大頭側面接觸的圓柱銷限制工件一個自由度，相當于一個支承點,這樣可使工件得到完全定位,這就是通常采用的“一面兩銷”定位。圖4-14連桿的定位工件定位時,其六個自由度并非在任何情況下都要全部加以限制,要限制的只是那些影響工件加工精度的自由度。如圖4-15所示,若在工件上銑鍵槽,要求保證工序尺寸x、y、z

及鍵槽側面和底面分別與工件側面和底面平行,那么加工時必須限制全部六個自由度,采用完全定位,如圖4-15(a)所示。若在工件上銑階梯,要求保證工序尺寸y、z及其兩平面分別與工件底面、側面平行,那么加工時只要限制除以外的另五個自由度就夠了,因為對工件的加工精度并無影響,如圖4-15(b)所示。若在工件上銑頂平面,僅要求保證工序尺寸z及與底面平行,那么只限制、和三個自由度就行了,如圖4-15(c)所示。按加工要求,允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。在實際生產中,工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個。圖4-15工件應限制自由度的確定按工序的加工要求,工件應該限制的自由度而未予以限制的定位稱為欠定位。在確定工件定位方案時,欠定位是不允許的。

工件的同一自由度被兩個或兩個以上的支承點重復限制的定位稱為過定位。在夾具中,當采用一組定位元件限制工件的自由度時,就可能出現(xiàn)過定位。如圖4-16所示,長銷限制了工件的、、、四個自由度,支承板限制了

、和三個自由度,其中、被兩個定位元件重復限制,這就產生了過定位。由于工件孔與其端面,長銷與支承板平面均有垂直度誤差,工件裝入夾具后,其端面與支承板平面不可能完全接觸,造成工件定位誤差,這種現(xiàn)象稱為定位干涉。若用外力(如夾緊力)迫使工件端面與支承板接觸,則會造成長銷或連桿彎曲變形。所以在通常情況下,應盡量避免出現(xiàn)過定位。圖4-16連桿的過定位情況

4.3零件機械加工工藝規(guī)程的制定

零件機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機械加工工藝過程和方法的工藝文件。它是在具體的生產條件下,將最合理或較合理的工藝過程用圖表(或文字)的形式制成文本,用來指

導生產、管理生產的文件。4.3.1機械加工工藝規(guī)程的內容及作用

工藝規(guī)程一般包括零件的加工工藝路線、各工序基本加工內容、切削用量、工時定額及采用的機床和工藝裝備(刀具、夾具、量具、模具)等。

工藝規(guī)程的主要作用如下:

(1)工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件。合理的工藝規(guī)程是建立在正確的工藝原理和實踐基礎上的,是科學技術和實踐經驗的結晶。因此,它是獲得合格產品的技術保證,一切生產和管理人員必須嚴格遵守。

(2)工藝規(guī)程是生產組織管理工作、計劃工作的依據(jù)。原材料的準備、毛坯的制造、設備和工具的購置、專用工藝裝備的設計制造、勞動力的組織、生產進度計劃的安排等工作都是依據(jù)工藝規(guī)程來進行的。

(3)工藝規(guī)程是新建或擴建工廠或車間的基本資料。在新建、擴建或改造工廠或車間時,需依據(jù)產品的生產類型及工藝規(guī)程來確定機床和設備的數(shù)量及種類,工人的工種、數(shù)量及技術等級,車間面積及機床的布置等。4.3.2制定工藝規(guī)程的原則

1.制定工藝規(guī)程的原則

制定工藝規(guī)程要堅持保證加工質量、保證生產效率、具有較低制造成本和良好勞動條件的原則。

2.制定工藝規(guī)程的原始資料

(1)產品整套裝配圖、零件圖。

(2)產品的生產綱領、生產類型。

(3)產品驗收的質量標準。

(4)本廠現(xiàn)有生產條件:機床設備、工藝裝備、工人技術水平、毛坯生產能力等。

(5)相關的先進技術、工藝等。

(6)有關手冊、圖冊。4.3.3制定工藝規(guī)程的步驟

1.零件圖樣分析

零件圖樣分析的目的在于:檢查零件的圖紙是否完整和正確;審查零件的結構工藝性是否合理,是否能經濟、高效、合格地加工出來;分析零件材料的選取是否合理。

2.零件材料的選擇

1)選材的原則

在機械零件的設計、制造與修理過程中,合理選擇材料是一項十分重要的工作。零件材料的選擇主要應考慮使用性能、加工工藝性能以及經濟性三方面的要求。

(1)使用性原則。在選材時要保證零件在使用條件下工作,并有預期的壽命原則簡稱使用原則。使用性能在大多數(shù)情況下常以最關鍵的力學性能指標來體現(xiàn)。力學性能指標的確定需要正確分析零件工作條件、載荷性質等。

此外,由于零件的工作溫度和環(huán)境條件不同還需考慮其物理性能和化學性能。例如,在某些特殊情況下工作的零件要求有較好的導電性、導熱性、導磁性和耐腐蝕性以及合適的熱膨脹系數(shù)、密度等。

(2)工藝性原則。所選用的材料能保證順利地加工成合格的零件,是選材的工藝性原則。金屬材料的常用加工

方法有鑄造、壓力加工、焊接、切削加工和熱處理。零件的加工過程不同,有時只需使用一種加工方法,有時又需要幾種加工方法同時使用。選擇較好的工藝性能可以降低零件的制造成本。

(3)經濟性原則。選擇的材料有良好的經濟性,能帶來較好的經濟效益就是選材的經濟性原則。選擇材料時,除首先考慮滿足零件的使用性能以及加工工藝性能外,還要考慮經濟性。零件的總成本包括原材料的價格、加工費及其他費用。對于一些只要求表面性能高的零件可選用普通鋼材制造,采用表面強化處理來達到使用目的。在考慮經濟性時不能孤立地看材料費用的高低,而應聯(lián)系加工費用和零件制造過程中的綜合經濟效益來評價材料的經濟性。例如,某廠有一批軸承座,材料由35鋼鍛造改為HX200鑄造,材料費下降41％,加工費節(jié)約35％,材料和加工費兩項比原先方案下降36％。

此外,在選材時應考慮我國的資源條件和生產供應情況。

2)典型零件的選材

(1)齒輪類零件的選材。

齒輪在機器中主要擔負傳遞功率與調節(jié)速度的功能,有時也起改變運動方向的作用。它在工作時通過齒面的接觸傳遞動力,周期地受到彎曲應力和接觸應力的作用;在嚙合的齒面上承受一定的摩擦;有些齒輪在換擋、啟動或嚙合不均勻時還承受沖擊力。因此要求齒輪材料應具有較高的抗彎強度、疲勞強度和接觸疲勞強度,齒面有較高的硬度和耐磨性,齒輪心部要有足夠的強度和韌性。齒輪通常采用鋼材鍛造,主要鋼種為調質鋼和滲碳鋼。調質鋼主要用于制造對耐磨性要求比較高,沖擊韌性要求一般的硬齒面(>40HRC)齒輪。如車床、鉆床、銑床等機床的變速箱齒輪通常采用45、40Cr等鋼制造,經調質后表面高頻淬火,再低溫回火。

滲碳鋼主要用于制造高速、重載、沖擊比較大的硬齒面(>55HRC)齒輪,如汽車變速箱齒輪和汽車驅動橋齒輪等。材料常用20CrMnTi、20CrMnMo等,經滲碳→淬火→低溫回火后得到表面硬而耐磨、心部強韌耐沖擊的性能。20CrMnMo用來制造電力機車主動齒輪。

(2)軸類零件的選材。

軸的主要作用是支承傳動零件并傳遞運動和動力。軸類零件要傳遞一定的扭矩,承受一定的彎曲應力和擠壓應力,軸頸處易磨損還要承受一定的沖擊。因此用于制造軸類零件的材料應具有下列性能要求:優(yōu)良的綜合力學性能、高的疲勞抗力和良好的耐磨性。根據(jù)軸的不同受力情況,選材分類情況如下:

①承受交變應力和動載荷的軸類零件,如船用推進器軸、鍛錘錘桿和機車車軸等,應選用淬透性好的調質鋼如30CrMnSi、40MnVB、40CrMn鋼等。

②主要承受彎曲和扭轉應力的軸類零件,如變速箱傳動軸、發(fā)動機曲軸、機床主軸等可選用合金調質鋼,如汽車主軸常采用40Cr、45Mn2等鋼。

③高精度、高速傳動的軸類零件,如鏜床主軸常選用氮化鋼38CrMoAlA等。對中、低速內燃機曲軸以及連桿、凸輪軸等,還可以用球墨鑄鐵,不僅滿足了力學性能要求,而且制造工藝簡單、成本低。

(3)箱體類零件的選材。

主軸箱、變速箱、進給箱、滑板箱、缸體、缸蓋、機床床身等都可視為箱體類零件。由于箱體零件大多結構復雜,一般都是用鑄造方法來生產。

受力較大,要求高強度、高韌性、在高溫高壓下工作的箱體類零件,如汽輪機機殼可選用鑄鋼。受沖擊力不大,而且主要承受靜壓力的箱體可選用灰鑄鐵。

受力不大,要求自重輕或導熱性良好的箱體,如汽車發(fā)動機的缸蓋可選用鑄造鋁合金制造。受力很小的箱體可選用工程塑料。受力較大但形狀簡單的箱體可采用焊接結構。

3.毛坯選擇

機械加工的加工質量、生產效率和經濟效益在很大程度上取決于所選用的工件毛坯,常用的毛坯類型有型材、鑄件、鍛件、沖壓件和焊接件等。影響毛坯選擇的因素很多,如零件的材料、結構和尺寸,零件的力學性能要求和加工成本等。毛坯的選擇主要依據(jù)以下幾方面的因素:

(1)零件的材料及機械性能。零件的材料的選定決定了所用毛坯的種類。例如材料為鑄鐵,就應選鑄造毛坯;對于鋼質材料的零件,尺寸不大的可選用型材;當零件的機械性能要求較高時要選用鍛造毛坯;有色金屬常用型材或鑄造毛坯。

(2)零件的結構形狀及尺寸。直徑相差不大的階梯軸零件可選用棒料作毛坯;直徑相差較大時,為節(jié)省材料,減少機械加工量,可采用鍛造毛坯;尺寸較大的零件可采用自由鍛造毛坯;形狀復雜的鋼質零件需采用模型鍛造。對于箱體、支架等零件一般采用鑄造毛坯,大型設備的支架可采用焊接結構。

(3)生產類型。大量生產時,應采用精度高、生產率高的毛坯制造方法,如機器造型、熔模鑄造、冷軋、冷拔、沖壓加工等。單件小批生產則采用木模手工造型、焊接、自由鍛等。

(4)現(xiàn)有條件。要根據(jù)毛坯車間現(xiàn)有生產條件及技術水平以及通過外協(xié)獲得各種毛坯的可能性選用毛坯的類型。

4.擬定工藝路線

1)定位基準的選擇

在擬定工藝路線時首先應考慮選擇合適的定位基準。

2)零件表面加工工藝方案的選擇

由于零件表面的要求(尺寸、形狀、表面質量、機械性能等)不同,往往同一表面的加工需采用多種加工方法完成。某種表面采用各種加工方法所組成的加工順序,稱為表面加工工藝方案。選擇加工方案要首先選定它的最終加工方法,然后再逐一選定各前道工序的加工方法。所選的加工方法的經濟精度、表面粗糙度要與加工表面的技術要求相適應;所選的加工方法要與被加工材料的性質、產品的生產類型以及本廠條件相適應。

3)加工階段的劃分

對于那些加工質量要求高或比較復雜的零件,通常將整個工藝路線劃分為以下幾個階段:

(1)粗加工階段。粗加工階段的主要任務是切除毛坯的大部分余量并加工出精基準。該階段的關鍵問題是如何提高生產率。

(2)半精加工階段。半精加工階段的任務是減小粗加工留下的誤差,完成次要表面加工(鉆、攻絲、銑鍵槽等),主要表面須達到一定要求,為精加工做好余量準備。半精加工階段安排在熱處理前。

(3)精加工階段。精加工階段的任務是保證各主要表面達到圖樣規(guī)定要求。這一階段的主要問題是如何保證加工質量。

(4)光整加工階段。光整加工階段的主要任務是減小表面粗糙度值和進一步提高精度。生產中劃分加工階段的好處是:

(1)保證加工質量。按先粗后精的順序進行機械加工,可以合理地分配加工余量以及合理地選擇切削用量。粗加工階段切削用量大,產生的切削力和切削熱大,所需夾緊力也大,所以零件殘余內應力和工藝系統(tǒng)的受力變形、熱變形、應力變形都比較大。粗加工所產生的加工誤差可通過半精加工和精加工逐步消除,從而保證加工精度。

(2)合理使用設備。粗加工時要求設備功率大、剛性好、生產率高,對設備的精度要求不高;精加工則要求精度高的設備。劃分加工階段可以充分發(fā)揮粗加工機床的效率,長期保持精加工機床的精度。

(3)有利于安排熱處理工序,使冷熱加工工序更好地配合。例如,粗加工后零件殘余應力大,可安排時效處理,消除殘余應力;在熱處理過程中引起的變形可在精加工中消除。

(4)便于及時發(fā)現(xiàn)問題。毛坯的各種缺陷如氣孔、砂眼和加工余量不足等,在粗加工后即可發(fā)現(xiàn),便于及時修補或決定是否報廢,避免工時浪費,增加成本。

(5)精加工和光整加工的表面安排在最后加工,可保護零件少受磕碰、劃傷等損壞。

4)加工順序的安排

加工順序的安排對保證加工質量,提高生產率和降低成本都有重要作用,它是擬定工藝路線的關鍵之一。加工順序的安排可按下列原則進行:

(1)切削加工順序的安排。

①先基準后其他。選作精基準的表面應在一開始的工序中就加工出來,以便為后續(xù)工序的加工提供定位精基準。

②先粗后精。在加工時應先安排粗加工,中間安排半精加工,最后安排精加工。

③先主后次。先安排零件的裝配基面和工作表面等主要表面的加工,后安排如鍵槽、緊固用的光孔和螺紋孔等次要表面的加工。因為次要表面加工余量小,一般都與主要表面有相互位置要求。

④先面后孔。對于箱體、支架、連桿、底座等零件,一般先加工用作定位的平面和孔的端面,然后再加工孔。

(2)熱處理工序的安排。

零件加工過程中的熱處理可分為預備熱處理和最終熱處理。

預備熱處理的目的是改善切削加工性能,消除內應力,為最終熱處理做準備。它包括退火、正火、調質和時效處理。鑄件和鍛件在機械加工前應進行退火或正火處理。對大而復雜的鑄造毛坯件(如機架、床身等)及剛度較差的精密零件(如精密絲杠),在粗加工之前及粗加工與半精加工之間安排多次時效處理;對于要求不高的零件僅在毛坯制造以后安排一次時效處理。

最終熱處理的目的主要是為了提高零件材料的強度、硬度及耐磨性。它包括淬火、滲碳及氮化等。淬火及滲碳淬火熱處理工序通常安排在半精加工之后、精加工之前進行;氮化處理由于變形較小,通常安排在精加工之后。

(3)輔助工序的安排。

輔助工序包括檢驗、清洗、去毛刺、防銹、去磁及平衡去重等。其中檢驗是最主要的，也是必不可少的輔助工序。零件加工過程中除了安排工序自檢之外,還應在下列場合安排檢驗工序:

①粗加工全部結束之后、精加工之前;

②重要工序加工前后;

③工件轉入、轉出車間前后;④特種檢驗(如磁力探傷、密封性實驗、動平衡實驗等)之前;

⑤全部加工工序完成后。

在特種檢驗中,X射線探傷或超聲波探傷用于檢驗毛坯的內部質量,應安排在機械加工之前;磁力探傷、熒光檢驗用于檢驗工件表層質量,通常安排在精加工階段;密封性檢驗、零件的平衡、零件的重量檢驗等一般安排在工藝過程的末尾。在工藝過程中還要考慮安排去毛刺、倒棱、去磁、清洗等輔助工序,忽視輔助工序將會給后續(xù)加工和裝配工作帶來困難。例如,工件上的毛刺和尖角棱邊易割破工人的手,還會給裝配帶來困難;研磨、珩磨等光整加工后的零件不經清洗就去裝配,殘留在工件上的砂粒會加劇零件的磨損。在采用磁力夾緊的平面磨工序后面,一定要安排去磁工序,避免進入裝配工序的零件帶有磁性。

5.機床設備及工藝裝備的選擇

1)機床設備的選擇

機械加工所選擇的機床的精度應與工件要求的加工精度相適應;所選擇的機床可達生產率與產品生產類型相適應;機床的規(guī)格與加工工件的尺寸相適應;機床的選擇應結合現(xiàn)場的實際情況;合理選用數(shù)控機床。

一般情況下,單件小批生產時選擇通用機床和工裝;大批、大量生產時選擇專用機床、組合機床和專用工裝;數(shù)控機床可用于各種生產類型。

2)工藝裝備的選擇

(1)夾具的選擇。單件小批生產時采用各種通用夾具和機床附件,如卡盤、虎鉗、分度頭等,有組合夾具站的,可采用組合夾具;大批大量生產時為提高勞動生產率應采用專用的高效夾具;多品種中、小批生產可采用可調夾具或成組夾具;采用數(shù)控加工時夾具要敞開,其定位、夾緊元件不能影響加工走刀。

(2)刀具的選擇。生產中一般優(yōu)先采用標準刀具。若加工工序集中時,應采用各種高效的專用刀具、復合刀具和多刃刀具等。刀具的類型、規(guī)格和精度等級應符合加工要求。數(shù)控加工對刀具的剛性及壽命要求較普通加工嚴格,應合理選擇各種刀具、輔具(刀柄、刀套、夾頭)。

(3)量具的選擇。單件小批生產應廣泛采用通用量具,如游標卡尺、百分尺和千分表等;大批大量生產應采用各種量規(guī)和高效的專用檢驗夾具和量儀等;量具的精度必須與加工精度相適應。

6.確定切削用量及時間定額

在實際生產中,可以根據(jù)毛坯具體形狀和尺寸通過查閱相關手冊確定時間定額和切削用量。

7.確定重要工序的檢驗項目及檢驗方法

對比較重要的工序需要確定其具體的檢驗項目和檢驗方法,以確保質量。

8.填寫工藝文件

零件的機械加工工藝過程確定之后,應將有關內容填寫在工藝卡片上,這些工藝卡片總稱為工藝文件。生產中常用的工藝文件有下列三種形式:

(1)機械加工工藝過程卡片。該卡片是以工序為單位,簡要說明零件整個加工工藝過程的一種工藝文件。內容包括工序號、工序名稱、工序內容、加工車間、設備及工藝裝備、各工序時間定額等,其格式見表4-4。在單件小批生產中,常以機械加工工藝過程卡片直接指導生產。

(2)機械加工工序卡片。該卡片是針對每道工序所編制的、用來具體指導工人進行生產的工藝文件。它通過工序簡圖詳細說明了該工序的加工內容、尺寸及公差、定位基準、裝夾方式、刀具的形狀及其位置等,并注明切削用量、工步內容及工時。工序卡片多用于大批大量生產中,每個工序都要有工序卡片,其格式見表4-5。

成批生產中的主要零件或一般零件的關鍵工序,有時也要有工序卡片。

(3)機械加工工藝(綜合)卡片。該卡片是以工序為單位,比較詳細地說明零件加工工藝過程的一種工藝文件,簡稱工藝卡。它不但包含了工藝過程卡片的內容,而且詳細說明了每一工序的工位及工步的工作內容,對于復雜工序,還要繪出工序簡圖,標注工序尺寸及公差等。機械加工工藝卡片是用來指導工人生產和幫助技術管理