机械制造工艺.docx
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机械制造工艺
机械制造工艺
表1.1-1生产类型及工艺特征
工艺特征
生产类型
单件小批生产
成批生产
大量生产
同类零件年产量（件）
重型零件
零件质量
＞2000kg
＜5
5～100（小批）
100～300（中批）
300～1000（大批）
＞1000
中型零件
零件质量
100～2000kg
＜10
10～200（小批）
200～500（中批）
500～5000（大批）
＞5000
轻型零件
零件质量
＜100kg
＜100
100～500（小批）
500～5000（中批）
5000～50000（大批）
＞50000
毛坯成型
1.型材锯床、热切割下料
2.木模手工砂型铸造
3.自由锻造
4.弧焊（手工、通用焊机）
5.冷作（旋压等）
1.型材下料（锯、剪）
2.砂型机器造型
3.模锻
4.冲压
5.弧焊（专机）、钎焊
6.压制（粉末冶金）
1.型材剪切
2.机器造型生产线
3.压铸
4.热模锻生产线
5.多工位冲压、冲压生产
6.压焊、弧焊生产线
机械加工
1.通用工艺装备，设备按机群式排列
2.数控机床、加工中心
1.通用和专用机床，成组加工
2.柔性制造系统（多品种小批量生产）
1.组合机床、刚性生产线
2.柔性生产线（多品种大量生产）
热处理
周期式热处理炉，如：
1.密封箱式多用炉
2.盐浴炉（中小件）
3.井式炉（细长件）
1.真空热处理炉
2.密封箱式多用炉
3.感应热处理炉
1.连续式渗碳炉，多用炉生产线
2.网带炉、铸链炉、滚棒式炉、滚筒式炉
3.感应热处理炉
涂装
1.喷漆室
2.搓涂、刷涂
1.混流涂装生产线
2.喷漆室
涂装生产线（静电喷涂、电泳涂漆等）
装配
1.以修配法及调整法为主
2.固定装配或固定式流水装配
1.以互换法为主，调整法、修配法为辅
2.流水装配或固定式流水装配
1.互换法装配
2.流水装配线、自动装配机或自动装配线
物流设备
叉车、行车、手推车
叉车、各种输送机
各种输送机、搬运机器人、自动化立体仓库等
辅助工装
按画线加工，采用通用夹具、组合夹具，通用刀具、量具
广泛采用夹具，多采用专用刀具、量具
广泛采用高效专用夹具、刀具、量具
工人熟练程度
高
中等
低，但需熟练程度高的调整工
工艺文件
简单
中等
详细
生产成本
高
中等
低
产品实例
重型机器、重型机床、汽轮机、大型内燃机、大型锅炉、机修配件
机床、工程机械、水泵、风机、阀门、机车车辆、起重机、中小锅炉、液压件
汽车、拖拉机、摩托车、自行车、内燃机、滚动轴承、电器开关
1.1.8工艺方案的技术经济分析
1.1.8.1工艺方案的评价原则
机械零、部件的加工在保证其技术要求的条件下，可采用不同的工艺方案完成。
在这种技术等效条件下，下述经济指标用于评价不同工艺方案的技术经济效果。
（1）成本指标一个工件或产品的生产成本包括与工艺过程直接有关的费用（即工艺成本）以及与工艺过程无关的费用（如管理人员费用、厂房折旧、照明、取暖等）。
工艺成本约占生产成本的70%～75%，它与工艺方案有关，作为评价工艺方案的成本指标。
（2）投资指标为实现某一工艺方案所需的一次性资金，包括固定资金与流动资金。
（3）追加投资回收期
式中Tr——追加投资回收期（年）；
I1，I2——两种比较方案的投资总额，I1＞I2，（元）；
C1，C2——两种方案的年工艺成本（元/年）。
1.1.8.2工艺方案的分析与比较
（1）工艺成本C
式中C——年工艺成本（元/年）；
N——产品或零部件年产量（件/年）；
V——可变费用（元/年），包括材料费、机床工人工资、机床动力费、通用机床与通用工艺装备的维护折旧费等；
图1.1-1工艺成本比较图
F——不变费用（元），包括专用机床与专用工艺装备维护折旧费、设备与工艺装备调整费等。
（2）工艺成本比较若年产量N为一定数时，可根据工艺成本的计算结果进行比较。
若年产量N为一变量时，可根据工艺成本的计算结果做出工艺成本的比较图，如图1.1-1所示。
图中，NB为两种对比工艺方案的临界年产量，当N＜NB时，宜采用方案Ⅱ；而N＞NB时，应采用方案Ⅰ。
表1.1-2投资回收期参考标准
行业
投资回收期
重型机械与造船业
机床、工具
汽车、拖拉机
轴承、仪表
一般电气设备
轻工产品
7年左右
4～7年
5年左右
3年左右
4年左右
2～3年
若两种方案的投资额相差较大时，则应在比较工艺成本的同时计算比较追加投资回收期。
显然，回收期愈短，经济效益愈佳。
回收期一般应满足：
①应小于所采用设备或工艺装备的使用年限；②应小于该产品的生产年限；③应小于国家所规定的标准回收期。
投资回收期参考标准见表1.1-2。
（3）工艺路线优化当零件加工存在多种工艺路线时，除可采用上述方法进行工艺成本和追加投资回收期的分析计算和比较外，还可采用函数法、动态规划法和网络法对工艺路线优化。
1.1.9典型零件工艺设计
1.1.9.1箱体件的加工工艺
箱体类零件是箱体部件装配或产品装配的基准零件，其加工表面主要是孔与平面。
各种箱体的具体结构、尺寸虽不相同，但有许多相似之处，如壁薄呈腔形，壁上有许多孔，孔之间具有很高的同轴度、平行度、垂直度等位置精度要求，以及安装平面与诸孔之间有很高的平行度、垂直度等位置精度要求。
各种箱体的加工工艺过程有许多共同点，现以车床床头箱为例（见图1.1-2），讨论箱体件加工工艺及其设计的基本原则。
1．箱体加工工艺
按照生产规模和生产条件的不同，床头箱的加工工艺有不同的方案。
表1.1-3所示为中小批生产条件下的床头箱加工工艺过程。
表1.1-4所示为大批大量生产条件下的床头箱加工工艺过程。
图1.1-2C620-1普通车床床头箱体简图
表1.1-3中小批生产C620-1床头箱加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
序号
工序内容
定位基准
1
铸造
10
精加工底面M
顶面R
2
清铲铸件
11
粗、半精加工各纵向孔
底面M
3
时效
12
精加工各纵向孔
底面M
4
油漆
13
粗、精加工各横向孔
底面M
5
划线
14
精加工主轴孔
底面M
6
粗、半精加工顶面R
按划线找正，支承底面M
15
加工螺孔及紧固孔
7
粗、半精加工底面M及侧面
支承顶面R，并校正主轴孔的中心线
16
清洗
8
粗、半精加工两端面
底面M
17
检验
9
精加工顶面R
底面M
表11-4大批大量生产CA6140床头箱加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
序号
工序内容
定位基准
1
铸造
10
半精镗、精镗主轴三孔
顶面R及两工艺孔
2
时效
11
加工各横向孔
顶面R及两工艺孔
3
油漆
12
钻、锪、攻螺纹各平面上的孔
4
铣顶面R
主轴支承孔并按顶面找正
13
滚压主轴支承孔
顶面R及两工艺孔
5
钻、扩、铰顶面上两定位销孔及固定螺孔的加工
顶面及主轴支承孔
14
磨底面、侧面及端面
6
铣底面M及各平面
顶面R及两工艺孔
15
钳工去毛刺
7
磨顶面R
底面及侧面
16
清洗
8
粗镗各纵向孔
顶面R及两工艺孔
17
检验
9
精镗各纵向孔
顶面R及两工艺孔
2．设计箱体加工工艺过程时应注意的问题
（1）先面后孔安排加工顺序时应先加工平面，而后以平面作为精基面定位加工诸孔。
其理由，一是箱体零件的装配基准、设计基准和度量基准一般都是平面；二是箱体的平面较孔的面积大，加工后作为精基准定位精确可靠，夹紧可靠，容易保证孔的加工精度；三是箱体上的孔一般是分布在箱体的各侧面和中间隔壁上，先加工平面，切去铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷，对孔的加工十分有利。
（2）粗、精加工分开粗、精加工分开，一是两者应分开在两台机床上进行加工，二是粗加工各表面后不应马上进行精加工，否则粗加工引起的加工变形与误差不易在精加工消除而影响精加工的精度。
应当指出，为减少机床与夹具等工艺装备的需要量，在单件、小批量等产量不大或箱体技术要求较低时，粗、精加工安排在同一台机床上完成更为经济，但必须采取相应的措施减少加工中的变形。
（3）基准选择
①精基准
·以箱体装配基面——底面作为精基准。
其优点：
符合上述精基准的要求；在加工箱体各支承孔时由于箱口朝上便于安装导向套、调整刀具、观察加工情况和加工测量等。
其缺点：
在加工有中间隔壁的床头箱时必须从上面悬装吊架，供安装导向套用，使零件拆卸不便；因吊架本身的刚度不足够，影响孔的加工质量。
这种精基准适用于无中间隔壁的箱体，或产量不大而不可能采用专用镗床时也常采用这种精基准来加工有中间隔壁的箱体。
·以箱体顶面和两个定位孔作为精基准。
其优点：
在加工有中间隔壁的箱体时，无需吊架，箱体装卸方便；中间支架直接安装在夹具体上，刚度好，前、后导向套可得到较高的同轴度和孔间尺寸精度。
其缺点：
定位基准与设计基准不重合，产生定位误差；加工时无法观察各孔加工情况，无法测量；导向套内容易聚积切屑而发生咬死现象。
这种精基准适用于在大批大量生产中多轴镗床加工有中间隔壁的箱体。
②粗基准。
从所选择的粗基准应能保证主要加工表面（如主轴支承孔）的加工余量均匀，应保证装入箱体内的齿轮、轴等零件与箱体内壁各表面间有足够的间隙，定位夹紧可靠等原则出发，可以选择箱体上的主轴支承孔和距主轴支承孔最远的支承孔及一端面为粗基准。
在单件、小批量生产条件下可采用划线找正方法，而在大批大量生产中一般采用专用夹具实施箱体定位。
（4）热处理工序的安排箱体在铸造后应时效处理。
对于精度要求高的箱体和壁薄而结构又复杂的箱体都应在粗加工后再进行一次时效处理。
1.1.9.2主轴加工工艺
机床主轴是轴类零件中结构最为复杂和质量要求最高的，图1.1-3所示的车床主轴：
需要加工出贯穿全长的中心通孔，并保证其与支承轴颈的圆跳动精度要求。
表1.1-5为该主轴的加工工艺过程。
设计主轴加工工艺过程时应注意的问题：
1．安排足够的热处理工序
主轴毛坯锻造后安排正火处理，以消除锻造残余应力，改善金属组织，细化晶粒，降低硬度，改善切削加工性能。
主轴粗加工后安排调质处理，以获得均匀细致的索氏体组织，达到提高主轴的综合机械性能，以便在表面硬化处理时得到均匀致密的硬化层，并使硬化层的硬度由表及里逐步降低。
图1.1-3车床主轴简图
2．粗、精加工分开
无论是单件、小批生产还是大批大量生产，主轴加工均应划分为：
备料——正火——粗加工——调质或时效——半精加工——表面淬火——次要表面加工——精加工等加工阶段。
表1.1-5车床主轴加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
序号
工序内容
定位基准
1
锻造
10
车大头外端，车两端锥孔
夹小头，顶大头孔
2
毛坯正火
11
花键加工
3
钻小头顶尖孔
按划线找中心
12
工作轴颈表面高频淬火
4
粗车外圆
车中部及小头外圆车大头外圆、端面钻大头顶尖孔
顶小头、夹大头调头夹小头，在近大头处用中心架托住
13
粗磨各外圆
顶两端锥堵的顶尖孔
5
调质处理220～240HB
14
磨花键
6
粗车外圆
夹大头，顶小头
15
车螺纹
顶两端锥堵的顶尖孔
7
钻深孔
夹大头，在近小头处用中心架托住
16
精磨
升级会员 