机械加工工艺流程实验指导书.docx
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机械加工工艺流程实验指导书
机械加工工艺流程实验指导书
张敬编
西南交通大学峨眉校区
二零一三年八月
一、目的和意义
1、提高同学的创新素质：
发挥同学创造能力、战略思维和市场意识。
2、提高创新技能：
信息获取与处理、团队协作能力、学习能力等。
3、多向性：
从不同视同视角、不同方向、不同层面甚至不同观点来思考问题。
4、综合性：
把在量概念，事实和观察材料综合在一起，重新予以分类、整理、去粗取精、去伪存真形成更加科学的概念权。
二、实验教学方法
在实验教学过程中，我们采用研究教学模式来培养学生的创新思维，使知识传授和能力培养同时进行。
所谓研究式教学，就是结合教学内容，选择所设计的零件，让学生以独立或小组合作（三人一组）的形式进行类似科学研究的方式，主动地获取知识，应用知识，发现问题，解决问题的学习活动。
这种教学模式有助于促进学生灵活运用知识，发展解决实际问题，批判性思维和创造性思维能力，发展合作能力和自主学习能力。
要求每组同学完成所设计的零部件的工艺流程之后，再组织一堂全部同学参与的讨论课。
通过讨论，学生的各种思想互相碰撞，结合相互启发，这样一来学生成了学习的主人，这有利于学生在学习研究中有所发现，有所创新。
通过这种方式让学生根据自已的学习特点教学方法，可使学生在积累知识的同时提出创新的见解，特别是几个组成一小组，有利于培养合作研究的品质。
三、实验内容
机械加工工艺规程：
是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。
机械加工工艺规程一般包括以下内容：
工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等
四、制订工艺规程的步骤
1）计算年生产纲领，确定生产类型。
2）分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。
3）选择毛坯。
4）拟订工艺路线。
5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。
6）确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。
7）确定切削用量及工时定额。
8）确定各主要工序的技术要求及检验方法。
9）填写工艺文件。
在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。
在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。
1、机械加工艺规程的作用
（1）是指导生产的重要技术文件
工艺规程是依据工艺学原理和工艺试验，经过生产验证而确定的，是科学技术和生产经验的结晶。
所以，它是获得合格产品的技术保证，是指导企业生产活动的重要文件。
正因为这样，在生产中必须遵守工艺规程，否则常常会引起产品质量的严重下降，生产率显着降低，甚至造成废品。
但是，工艺规程也不是固定不变的，工艺人员应总结工人的革新创造，可以根据生产实际情况，及时地汲取国内外的先进工艺技术，对现行工艺不断地进行改进和完善，但必须要有严格的审批手续。
（2）是生产组织和生产准备工作的依据
生产计划的制订，产品投产前原材料和毛坯的供应、工艺装备的设计、制造与采购、机床负荷的调整、作业计划的编排、劳动力的组织、工时定额的制订以及成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。
（3）是新建和扩建工厂（车间）的技术依据
在新建和扩建工厂（车间）时，生产所需要的机床和其它设备的种类、数量和规格，车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量、辅助部门的安排等都是以工艺规程为基础，根据生产类型来确定。
除此以外，先进的工艺规程也起着推广和交流先进经验的作用，典型工艺规程可指导同类产品的生产。
2、机械加工工艺规程制订的原则
机械加工工艺规程制订的原则是优质、高产和低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。
在具体制定时，还应注意下列问题：
1）技术上的先进性在制订工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进适用的工艺和工艺装备。
2）经济上的合理性在一定的生产条件下，可能会出现几种能够保证零件技术要求的工艺方案。
此时应通过成本核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品生产成本最低。
3）良好的劳动条件及避免环境污染在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。
因此，在工艺方案上要尽量采取机械化或自动化措施，以减轻工人繁重的体力劳动。
同时，要符合国家环境保护法的有关规定，避免环境污染。
产品质量、生产率和经济性这三个方面有时相互矛盾，因此，合理的工艺规程应用该处理好这些矛盾，体现这三者的统一。
3、制订机械加工工艺规程的原始资料
1）产品全套装配图和零件图。
2）产品验收的质量标准。
3）产品的生产纲领（年产量）。
4）毛坯资料毛坯资料包括各种毛坯制造方法的技术经济特征；各种型材的品种和规格，毛坯图等；在无毛坯图的情况下，需实际了解毛坯的形状、尺寸及机械性能等。
5）本厂的生产条件为了使制订的工艺规程切实可行，一定要考虑本厂的生产条件。
如了解毛坯的生产能力及技术水平；加工设备和工艺装备的规格及性能；工人技术水平以及专用设备与工艺装备的制造能力等。
6）国内外先进工艺及生产技术发展情况工艺规程的制订，要经常研究国内外有关工艺技术资料，积极引进适用的先进工艺技术，不断提高工艺水平，以获得最大的经济效益。
7）有关的工艺手册及图册。
4、机械加工工艺文件的格式
将机械加工工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的工艺文件。
常用的工艺文件格式有下列几种：
（1）综合工艺过程卡片
这种卡片以工序为单位，简要地列出了整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等），它是制订其它工艺文件的基础，也是生产技术准备、编排作业计划和组织生产的依据。
在这种卡片中，由于各工序的说明不够具体，故一般不能直接指导工人操
5、工艺分析的重要意义是什么
正确的工艺分析，对保证加工质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人劳动强度以及制订合理的工艺规程都有极其重要的意义。
说明什么是设计基准、工艺基准（分为装配基准、定位基准、测量基准和工序基准）？
（1）设计基准是指在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。
（2）工艺基准是指零件在加工和装配过程中所用的基准。
按其用途不同，又分为装配基准、测量基准、定位基准和工序基准。
6、加工顺序的安排
切削加工工序按以下原则安排：
1．先粗后精
2．基准面先行原则
3．先面后孔
4．先主后次：
先加工主要表面，后加工次要表面
7、切削用量选择
切削用量选择原则：
保证零件的加工精度和表面粗糙度、发挥刀具的切削性能、保证合理的刀具耐用度和充分发挥机床的功能、最大限度的提高生产率和降低成本
9、切削用量的内容
包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。
①、背吃刀量ap与侧吃刀量ae
背吃刀量ap——平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。
侧吃刀量ae——垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。
背吃刀量ap与侧吃刀量ae的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定：
a、当工件表面粗糙度要求为Ra=～25）微米时，若圆周切削加工余量小于5毫米，粗车一次进给就可达要求。
b、当工件表面粗糙度要求为Ra=～微米时，应分为粗切削和半精切削两步进行。
粗铣时ap和ae选取同前，粗切削后留～mm余量，在半精切削时切除。
c、当工件表面粗糙度要求为Ra=～微米时，应分为粗切削、半精切削和精切削三步进行。
半精铣时ap和ae取～mm，精切削时圆周铣ae取～mm。
②、进给量f和进给速度vf
a、进给量f——指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量，单位是（mm/r）；
10、切削速度υc
–切削速度υc与刀具的耐用度、背吃刀量、侧吃刀量。
为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度。
切削速度的选取可参考手册。
一、制订机械加工工艺规程的原始资料与步骤
（一）制订机械加工工艺规程的原始资料
在制订机械加工工艺规程前，必须具备下列原始资料。
（1）产品图、零件图和技术要求。
（2）生产纲领，单件、批量、大量等生产。
（3）生产条件和生产设备的有关资料，即对本厂、车间的设备规格、功能、精度等级，设备布局，妯有工艺装备，车间运输方式，生产面积，能源供应，人员配备，技术水平，生产组织等要了解清楚。
生产设备方面的资料是指有关机床设备说明书，机床样本和产品目录等。
（4）其他有关资料。
国内外生产技术状况的资料，毛坯图，夹具、量具、刀具的各种标准手册，进行经济核算的有关资料等。
（二）制订机械加工工艺规程的步骤
1．分折加工零件的图纸及结构工艺性
其中包括：
分折产品的装配图和零件图，熟悉产品的用途、性能及工作条件，明确被加工零件在产品中的位置和作用，进而了解零件图上各项技术要求的依据，找出主要技术要求和加工关键，以便在拟定工艺规程时采用行当的工艺措施加以保证。
对零件结构的工艺性、图纸的完整性、技术要求的合理性以及材料选择是否恰当等提出意见。
2．选择毛坯
购买、铸造、专门轧制、段造等。
3．拟定工艺路线（机械加工工艺过程编制）
这是制定工艺规程中关键性的一步，需要提出几种方案，进行分折比较。
这里主要进行的工作是划分工艺过程的组成、选择定位基准、选择零件表面的加工方法、安排加工顺序、决定工序集中或分散程度，以及安排热处理、检验及其他辅助工序等。
4．工序设计
进行机床和工艺装备的选择，确定加工余量，计算工序尺寸及其公差，确定切削用量及计算工时定额等。
5．编制工艺文件
二、制定工艺规程时要解决的几个主要问题
（一）零件的工艺分折
1．检查零件图纸的正确性和完整性
零件的工作图应有足够的视图，齐全正确的尺寸标注，合理要求。
2．分折零件工作图的技术条件
主要是熟悉各加工表面的尺寸精度、几何形状精度及位置精度;表面粗糙度、硬度;热处理及其他方面的技术要求，即确定最后一道工工序的特点，继而以可初步确定它前面的一道准备工序。
因而可得出精加工与粗加工相互组合的初步方案发。
3．审查零件的选用材料
考虑材料来源、经济性;对材料的热处理要求是否符合本厂条件;考虑相应的加工方法、刀具和切削用量的选择。
按热处理的性质，即可初步决定它在工艺过程中的工序位置。
4．分折零件结构的工艺性
零件的结构工艺性，是指设计的结构在具体条件下便于生产加工，并可采用生产率高的工艺方法，而且制造也最经济。
机械加工对零件结构一般应注意以下几点：
（1）工件便于装夹和减少装夹次数;
（2）减少刀具的调整与走刀次数;
（3）采用标准刀具，减少刀具种类;
（4）减少刀具空行程;
（5）避免内凹表面及表面的加工;
（6）加工时便于进刀、退刀和测量;
（7）减少加工表面和缩小加工表面面积;
（8）增强刀具的刚度与耐用度;
（9）保证零件加工时的必要刚度。
（二）毛坯的选择
毛坯选择是制定工艺规程中很重要的一项工作。
整个工艺过程中，工序和工步的数量、整个生产过程中的劳动总量和总费用，往往取决于毛坯的选择是否正确。
（三）机械加工工艺路线的拟订
1．定位基准的选择
（1）基准的概念
基准就是在零件图上或实际零件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面，就称为基准。
（2）工艺基准：
在加工、测量、装配等工艺过程中所采用的各种基准。
（四）专用夹具设计步骤
1．研究原始资料明确设计任务
（1）仔细研究工件的工作图和技术要求;
（2）深入了解工件的工艺过程、毛坯情况、本工序的加工内容和技术要求，所用定位基准及机床、刀具、加工余量和切削用量等;
（3）了解工件的生产纲领和对采用夹具的急缓程度，以确定夹具结构的复杂性;广泛征求操作人员的意见和要求;
（4）了解制造和使用夹具方面的情况和技术资料;
（5）收集国内外同类夹具方面资料，以及收其先进部分。
2．确定夹具的结构方案绘制结构草图
（1）充分分折各种可能选用的定位基准及其定位方式，从中确定符合定位基准又能使结构简单操作方便的定位方案，并设计出相应的定位装置;
（2）确定刀具的导向对刀方案，并设计其元件;
（3）确定工件夹紧方式和设计夹紧机构;
（4）确定其它组成部分（好定位键、分度机构、夹具体等）的结构形式和确定夹具的总体布局;
（5）绘制夹具结构草图。
3．绘制夹具总图
初步结构设计方案经讨论审查后，便可在审定方案基础上下式绘制夹具总图。
总图应按国家标准绘制。
主视图尽量取与操作者下对位置。
总图中的视图应能清楚表示出夹具的工作原理和各部分构造、各元件装置之间的位置或作用关系。
绘图顺序大体如下：
选用绒线或双点画线出工件外形轮廓以及定位基准、夹紧表面和被加工表面。
加工余量用网纹线或粗线表示。
把工件视为透明体，然后按照定位元件、导向对刀元件、夹紧机构的顺序，依次画出各自具体结构，最后画夹具体。
思考题
1．由2个或3个同学为一组完成零件的机械加工工艺规程编制。
（每个同学要有分工，按上面步骤完成）
2．写学习心得。
扩展部分
数控铣床加工工序设计
一、数控铣床加工工序设计
1、夹具的选择
数控铣床的工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具只要求有简单的定位、夹紧机构就可以，但要将加工部位敞开。
选择夹具时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。
具体的选用方法同机床。
2、刀具的选择
对刀具的基本要求主要有：
①、铣刀刚性要好。
其目的一是满足为提高生产效率而采用大切削量的需要，二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。
②、铣刀的耐用度要高。
除上述两点外，还要考虑铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能。
具体的选用方法同机床。
3、切削用量的选择
（1）影响切削用量的因素：
①、机床
②、刀具
下表是常用刀具材料的性能比较表，如表1：
可切削性能良好的标志是：
在高速切削下有效地形成切屑，同时具有较小的刀具磨损和较好的表面加工质量。
较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量可得到较好的表面加工质量。
（2）切削用量的内容
包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。
①、背吃刀量ap与侧吃刀量ae
背吃刀量ap——平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。
侧吃刀量ae——垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。
背吃刀量ap与侧吃刀量ae的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定：
a、当工件表面粗糙度要求为Ra=～25）微米时，若圆周铣削加工余量小于5毫米，端面铣削加工余量小于6毫米，粗铣一次进给就可达要求。
b、当工件表面粗糙度要求为Ra=～微米时，应分为粗铣和半精铣两步进行。
粗铣时ap和ae选取同前，粗铣后留～mm余量，在半精铣时切除。
c、当工件表面粗糙度要求为Ra=～微米时，应分为粗铣、半精铣和精铣三步进行。
半精铣时ap和ae取～mm，精铣时圆周铣ae取～mm，面铣刀ap取～1）mm。
②、进给量f和进给速度vf
a、进给量f——指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量，单位是（mm/r）；
b、进给速度vf——是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位是（mm/min）；
c、vf与f的关系是：
vf=nf
进给量与进给速度应根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或通过选取每齿进给量fz，再根据f=zfz计算。
每齿进给量fz的选取主要依据工件材料的力学性质、刀具材料、工件表面粗糙度等因素，具体的选取可参考表2：
③、切削速度υc
切削速度υc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。
为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度，但加大铣刀直径则可改善散热条件，提高切削速度。
切削速度的选取可参考手册，也可参考表3：
（3）从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：
从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：
先选取背吃刀量ap或侧吃刀量ae，其次确定进给速度，最后确定切削速度。
二、数控铣床加工中的装刀与对刀
1、对刀点的选择
（1）对刀点的定义：
对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置关系的参考点。
在程序编制时，不管实际上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都把工件看作静止，而刀具在运动。
对刀点往往也是零件的加工原点。
（2）原则：
①方便数学处理和简化程序编制；
②在机床上容易找正，便于确定零件的加工原点的位置；
③加工过程中便于检查；
④引起的加工误差小。
（3）位置：
①可设在工件上，也设可在夹具上，但必须在编程坐标系中有确定的位置。
②尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上。
③对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。
2、对刀刀具
（1）寻边器
①作用：
确定工件坐标系原点在机床坐标系中的x、y、z值，也可测工件的简单尺寸。
②类型：
偏心式和光电式
③光电式寻边器
Z轴设定器
3、对刀方法
对刀的准确性将直接影响加工精度，因此对刀操作一定要仔细，对刀方法一定要同零件的加工精度要求相适应。
零件加工精度要求较高时，可采用千分表找正对刀，是刀位点与对刀点一致。
但这种方法效率较低。
目前有些工厂采用光学或电子装置等新方法来减少工时和提高找正精度。
常用的几种对刀方法有：
（1）工件坐标系原点（对刀点）为圆柱孔（或圆柱面）的中心线
①、采用杠杆百分表（或千分表）对刀
这种操作方法比较麻烦，效率较低，但对刀精度较高，对被测孔的精度要求也较高，最好是经过铰或镗加工的孔，仅粗加工后的孔不宜采用。
②、采用寻边器对刀
这种方法操作简便、直观，对刀精度高，但被测孔应有较高精度。
（2）工件坐标系原点（对刀点）为两相互垂直直线的交点
①、采用碰刀（或试切）方式对刀
这种操作方法比较简单，但会在工件表面留下痕迹，对刀精度不高。
为避免损伤工件表面，可以在刀具和工件之间加入塞尺进行对刀，这时应将塞尺的厚度减去。
以此类推，还可以采用标准芯轴和块规来对刀。
②、采用寻边器对刀
其操作步骤与采用刀具对刀相似，只是将刀具换成了寻边器，移动距离是寻边器触头的半径。
这种方法简便，对刀精度较高。
（3）刀具Z向对刀
刀具Z向对刀数据与刀具在刀柄上的装夹长度及工件坐标系的Z向零点位置有关，它确定工件坐标系的零点在机床坐标系中的位置。
可以采用刀具直接碰刀对刀，也可利用Z向设定器进行精确对刀，其工作原理与寻边器相同。
对刀时也是将刀具的端刃与工件表面或Z向设定器的侧头接触，利用机床的坐标显示来确定对刀值。
当使用Z向设定器对刀时，要将Z向设定器的高度考虑进去。
另外，当在加工工件中用不同刀具时，每把刀具到Z坐标零点的距离都不相同，这些距离的差值就是刀具的长度补偿值，因此需要在机床上或专用对刀仪上测量每把刀具的长度（即刀具预调），并记录在刀具明细表中，共机床操作人员使用。
4、注意事项：
（1）、根据加工要求采用正确的对刀工具，控制对刀误差。
（2）、在对刀过程中，可通过改变微调进给量来提高对刀精度。
（3）、对刀时需小心谨慎操作，尤其要注意移动方向，避免发生碰撞危险。
（4）、对刀数据一定要存入与程序对应的存储地址，防止因调用错误而产生严重后果。
5、换刀点
换刀点应根据工序内容来作安排，其位置应根据换刀时刀具不碰到工件、夹具和机床的原则而定。
换刀点往往是固定的点，且设在距离工件较远的地方。
三、小结：
1、夹具、刀具、切削用量的选择必须要综合考虑，参考各种手册，合理选择。
2、工件坐标系是编程人员在编程时相对工件建立的坐标系，它只与工件有关，而与机床坐标系无关。
但考虑到编程的方便性，工件坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。
3、数控铣削加工中，应尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。
4、对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。
当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。
对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。
5、“换刀点”应根据工序内容来作安排，其位置应根据换刀时刀具不碰到工件、夹具和机床的原则而定。
换刀点往往是固定的点，且设在距离工件较远的地方。
6、对刀的准确性将直接影响加工精度，因此对刀操作一定要仔细，对刀方法一定要同零件的加工精度要求相适应。
应掌握好碰刀方式对刀。
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