第四章机械加工工艺规程设计课件资料.docx

1、第四章机械加工工艺规程设计课件资料第一讲教学目的整体掌握机械加工工艺规程的作用和制订步骤教材分析重点：机械加工工艺规程的作用难点：零部件的工艺性和机械加工工艺规程的制订步骤课时安排1课时教学方法讲授法教学内容： 第四章 机械加工工艺规程设计4.1概述 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。一、机械加工工艺规程的作用 1、工艺规程是生产计划、调度、工人操作、质量检查的依据； 2、工艺规程是生产准备（包括技术准备）工作的基础 1）技术关键分析与研究 2）专用工装设计和制造或采购 3）原材料及毛坯的供应 4）设备改造或新设备的购置或定做 3、工艺规程是设计新建和扩

2、建车间（工厂）的基础 1）确定生产需要的机床种类和数量 2）确定机床布置和动力配置 3）确定车间面积 4）确定工人的工种和数量二、机械加工工艺规程的格式 机械加工的工艺过程卡片机械加工工序卡片三、机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容 （一）机械加工工艺规程的设计原则 1必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。 2在规定的生产纲领和生产批量，一般要求工艺成本最低。 3充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。4尽量减轻上人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。 （二）设计机械加工工艺规程的步骤和内容 1阅读装配图和零件图 了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作

3、用。 2工艺审查 审查图纸上的尺寸、视图和技求要求是否完整、正确、统一，找出主要的技术要求和分析关键的技术问题；审查零件的结构工艺性。 零件的结构工艺性：是指在满足使用要求的前提下制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。 零件的结构工艺性举例： 3. 熟悉或确定毛坯 确定毛坯的主要依据是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。 毛坯的种类：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等 4拟订机械加工工艺路线 1）定位基准的选择 2）加工方法的确定 3）加工顺序的安排 4）热处理、检验及其他工序

4、的安排 5确定满足各工序要求的工艺装备（机床、刀具、夹具、量具）对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体的设计任务书。 6确定各主要工序的技术要求和检验方法 7确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差 8确定切削用量 9确定时间定额 10填写工艺文件 节小结整体介绍机械加工工艺规程的作用和制订步骤；掌握零部件的工艺性分析方法和机械加工工艺规程的制订步骤。第一讲教学目的学习掌握机械加工工艺规程制订的主要步骤及其主要内容教材分析重点：各主要步骤的作用、目标和方法难点：定位基准的选择，加工方法的选择，加工顺序的安排课时安排1课时教学方法讲授法教学内容： 第四章 机械加工工艺规程设计4.2工艺路线

5、的制定一定位基准的选择 （一）粗基准的选择 1粗基准 未经机械加工的定位基准称为粗基准。机械加工工艺规程中第一道加工工序所采用的定位基准都是粗基准。 2选择原则 1）保证相互位置精度要求的原则 如要保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，应以不加工面为粗基准。如图所示。 2）保证加工表面加工余量合理分配的原则 如要首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。 3）便于工件装夹的原则 选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等。这样要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和足够大的尺寸，不允许有锻造飞边，浇铸浇口，或其他缺陷。 4）粗基准一般不得重复使用的

6、原则 若能采用精基准定位，同一方向上的粗基准一般不应被重复的使用。 （二）精基准的选择 1精基准 以机械加工过的表面作为定位基准。 2出发点 保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。 3选择原则 （1）基准重合原则 尽可能的选择被加工表面的设计（工序）基准为精基准。 （2）基准统一原则 工件以某一精基准定位，可以比较方便的加工大多数或所有其他表面，则应尽可能的把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其他表面。 在实际生产中，经常使用的统一基准形式有： 1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准； 2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一

7、基准； 3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准； 4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。 采用统一基准原则好处： 1）有利于保证各加工表面之间的位置精度； 2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。 注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。 （3）互为基准原则 a、b两个表面有较为严格的位置精度要求时，以 a为定位基准加工b，再以b 为定位基准加工 a，如此反复进行。 （4）自为基准原则 对于以降低表面粗糙度值、减小加工余量或保证余量均匀为目的的工序，常以加工表面自身为基准进行加工。 （5）便于装夹原则

8、所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。 需分别举例说明。二加工经济精度与加工方法的选择 （一）加工经济精度 指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度。各种加工方法所能达到的加工精度和表面粗糙度，都是在一定的范围内的。任何一种加工方法只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，加工精度就可以提高、表面粗糙度就可以减小，但所耗费的时间与成本也会愈大。随技术进步，加工经济精度会逐步提高。 （二）加工方法的选择 1根据每个加工表面的精度要求（尺寸、形状、位置精度及表面

9、粗糙度），对照各种加工方法能达到的精度及粗糙度，选择最合理的加工方法。 例：加工一直经35H7、 Ra0.8的孔有多种方案 a.钻孔扩孔铰 b.钻孔拉 c.钻孔粗镗半粗镗精镗 应根据工件加工表面特点和产量选择采用。 各种加工方法能达到的要求参考P31-35.表1-13.1-14.1-15.1-16 2考虑加工材料的性质 如淬火钢专用磨削，有色金属常用金刚镗或者高速精密车削。 3考虑生产类型 即生产率和经济性问题。在大批大量生产中可用专用高效设备，如平面和孔可采用拉削加工代替铣、刨、镗。 4考虑本厂（本车间）的现有设备及技术要求，能达到的加工经济精度。三典型表面的加工路线 1、外圆表面的加工路线

10、 1）粗车半精车精车： 应用最广，满足ITIT7，Ra 0.8外圆可以加工。 2）粗车半精车粗磨精磨： 用于有淬火要求ITIT6，Ra 0.16 的黑色金属。 3）粗车半精车精车金刚石车： 用于有色金属、不宜采用磨削加工的外用表面。 4）粗车半精车粗磨精磨研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨、或抛光在2）的基础上进一步精加工，目的为了减少粗糙度，提高尺寸、形状和位置精度。 2、孔的加工路线 1）钻粗拉精拉： 用于大批大量生产盘套类零件的内孔，单键孔和花键孔加工，加工质量稳定，生产效率高。 2）钻扩铰手铰： 用于中小孔加工，扩孔前纠正位置精度，铰孔保证尺寸、形状精度和表面粗糙度。 3）钻或粗镗半精镗精

11、镗浮动镗或金刚镗：应用：（1）单件小批量生产中箱体孔隙加工。 （2）位置精度要求很高的孔系加工。 （3）直径比较大得孔80mm以上，毛坯上已有铸孔或锻孔。 （4）有色金属由金刚镗来保证其尺寸、形状和位置精度以及表面粗糙度的要求。 4）钻（粗镗）粗磨半精磨精磨研磨或衍磨 应用：淬硬零件加工或精度要求高的孔加工。 说明：（1）孔最终加工精度很大程度上取决于操作者的水平。 （2）特小孔加工采用特种加工方法。 3平面的加工路线 1）粗铣半精铣精铣高速铣 平面加工中常用，视被加工面精度和表面粗糙度技术要求，灵活安排工序。 2）粗刨半精刨精刨宽刀精刨、刮研或研磨 应用广泛，生产率低，常用于窄长面的加工，最

12、终工序安排也视加工表面的技术要求而定。 3）铣（刨）半精铣（刨）粗磨精磨研磨、精密磨、砂带磨、抛光 加工表面淬火，最终工序视加工表面的技术要求而定。 4）拉精拉 大批量生产有沟槽或台阶表面。 5）车半精车精车金刚石车 有色金属零件的平面加工。四工序顺序的安排 （一）工序顺序的安排原则 1先加工基准面再加工其他表面（先基面后其他） 含义：1）工艺路线开始安排的加工面应是选作定位基准的精基准面，然后再以精基准定位加工其他表面； 2）为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求高时，精加工前一般应先精修一下精基准。 2加工平面后加工孔（先面后孔） 含义：1）零件有较大平面可作为定位基准时，先加工定位面，

13、以面定位加工孔。 2）毛坯面上钻孔钻夹易偏，若该平面需要加工则在钻孔前加工。3加工主要表面，后加工次要的表面（先主后次）设计基准面、主要工作面等称为主要表面，螺纹、键槽等称为次要表面。 4安排粗加工工序，后安排精加工工序（先粗后精） （二）热处理工序及表面处理工序 1为改善切削性而进行的热处理工序（退火、正火、调质）（预备热处理）用于切削加工前。 2为了消除内应力而进行的热处理（人工时效、退火、正火）安排用于粗加工之后。 3为改善材料力学物理性质，半精加工后精加工前安排淬火。淬火回火渗碳淬火等热处理工序。 4精密零件在淬火后安排冷处理以稳定零件尺寸。 5提高零件表面耐磨性或耐腐蚀性而安排的热处

14、理工序，以及以装饰为目的而安排的热处理工序（镀铬、阳极氧化、镀锌、发蓝）一般放在工艺过程最后。 （三）其他工序的安排 1检验工序： 1）零件加工完毕之后 2）从一车间转到另一车间前后 3）关键工序的前后 2一般尺寸检验、X射线、检查、超声波探伤等用于工件内部的质量检查，一般安排在工艺过程的开始。 磁力探伤、荧光检验用于工件表面质量的检验，在精加工前后进行。 密封性检验、零件平衡、零件的重量检验、在工艺过程最后进行。 3去毛刺处理在切削加工后，装配工件前安排情况 4、清洗工件一般安排在进入装配之前五工序的集中与分散 1、工序集中 使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少称为工序

15、集中。 优点：1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度； 2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数； 3）可减小生产面积，并有利于管理。 2、工序分散 使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多称为工序分散。 工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高。 3、工序集中与工序分散的应用 传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）。 多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式。 由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，工序集中将越来越成为生产的主流

16、方式。六加工阶段划分的原因 （一）划分加工阶段的原因 1粗加工时，切削余量大、切削热量大、工艺系统受力变形及内应力变形存在而无法消除。要在后续阶段逐步减少切削用量，逐步修正工件误差，阶段之间时间间隔用于自然时效，有利于工件消除内应力和部分变形。 2后续工序易把以加工好的加工面划伤。 3有利于及时发现毛坯的缺陷。 4有利于合理使用设备。粗加工采用普通机床，精加工采用精密机床。 5有利于合理使用技术工人。 （二）划分加工阶段 1粗加工阶段： 目的是去除加工面的大部分余量；追求高生产率。 2半精加工阶段： 目的是减少粗加工留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做准备。 3精加工阶段： 应保证工

17、件的尺寸、形状和位置精度达到或基本达到图纸规定的精度要求及表面粗糙度要求。 4精密、超精密或光整加工阶段： 对精度要求很高的工件，在工艺过程的最后安排珩磨、研磨、精密磨、超精加工、金刚车、金刚镗或其它特种方法加工，以达到最终的精度要求。高精度工件的中间热处理工序，自然把加工工艺过程分为几个加工阶段。节小结讲解机械加工工艺规程制订中定位基准的选择、加工方法的选择、加工顺序的安排等主要步骤的作用、目标、原则和方法。各原则和方法需在实际生产中体会并灵活应用。第一讲教学目的掌握机械加工工艺规程的加工余量、工序间尺寸及公差的概念和基准重合情况下的加工余量、工序间尺寸及公差确定方法教材分析重点：机械加工工

18、艺规程的加工余量、工序间尺寸及公差确定方法难点：各加工余量、工序间尺寸及公差的概念课时安排1课时教学方法讲授法教学内容： 第四章 机械加工工艺规程设计4.3加工余量、工序间尺寸及公差的确定一加工余量的概念 余量大会增大机加工劳动量，降低生产率，增加材料、工具、能源消耗、提高成本，余量小又不能消除前道工序留下的误差及其表面缺陷，甚至产生废品。因此必须合理确定加工余量。 1、加工总余量（毛坯余量）与工序余量 加工总余量：毛坯尺寸与余零件设计尺寸之差，其大小取决于加工过程中每个工序切除金属层厚度的总和。 工序余量：每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。 加工总余量和工序余量之间的关系用下式表示：

19、Z0=Z1+Z2+Z3+Zn= 单边余量：零件非对称结构的非对称表面，其加工余量一般为单边余量。如平面、端面、 槽深余量，为实际切除金属层厚度。 双边余量：零件对称结构的对称表面，其加工余量一般为双边余量。 如：内外圆柱面和回转体表面。 余量公差：工序尺寸有公差，所以加工余量也必然在某一公差范围内变化，其公差大小等于本道工序尺寸公差与上道工序尺寸公差之和。 TZ=Zmax-Zmin=Tb+Ta TZ工序余量公差 Zmax工序最大余量 Zmin工序最小余量 Tb本道工序的工序尺寸公差 Ta上道工序的工序尺寸公差 一般情况下，工序尺寸按“入体原则”标注。这样表示，是为了使工件以公称基本尺寸为目标尺

20、寸加工时，仍有可切除量，避免过切产生废品。 毛坯尺寸则按双向对称偏差的形式标注。二工序余量的影响因素 第一道粗加工工序余量与毛坯制造精度有关。毛坯制造精度高则第一道粗加工序加工工序余量小，毛坯制造精度低则第一道粗加工工序的加工余量就大。其它工序的工序余量的影响因素有以下几个方面： 1上工序的尺寸公差Ta： 本工序应切除上道工序尺寸公差中包含的各种可能产生的误差。 2上道工序产生的表面粗糙度Ry和表面缺陷层深度Ha： 3上工序留下的需单独考虑的空间误差a： 这些误差可能是上工序加工方法带来的，也可能是热处理后产生的，也可能是毛坯带来的。 4本工序的装夹误差b： 定位误差和夹紧误差。此项误差直接影

21、响被加工表面和切削刀具的相对位置，所以加工余量中应该包括此项误差。 5余量计算公式 单边： 双边： 三加工余量的确定 1计算法： 用于在影响因素清楚的情况下采用，且不能离开具体的加工方法和条件，要具体情况具体分析。 2查表法： 以工厂生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础，并结合实际情况加以修正，确定加工余量。此法方便、迅速、应用广泛。 3经验法： 有一些有经验的工程技术人员或工人根据经验确定加工余量的大小。四工序尺寸公差的确定 （一）基准重合时工序尺寸与公差的确定 1确定各加工工序的加工余量 2从最后工序开始，即从设计尺寸开始到第一道加工工序，逐次加上每道加工工序余量，得各工序基本尺

22、寸（包括毛坯尺寸）。 3除最后工序，其余工序按各自所采用加工方法的加工精度确定工序尺寸公差。 4按入体原则标注工序尺寸 举例：节小结讲解机械加工工艺规程的加工余量、工序间尺寸及公差的概念和基准重合情况下的加工余量、工序间尺寸及公差的确定方法。第一讲教学目的学习尺寸链的基本原理，将基本原理应用于计算工艺尺寸。掌握处理机械加工过程中各种尺寸的关系的方法，达到保证加工精度的目的。教材分析重点：应用尺寸链基本原理处理机械加工过程中各种尺寸的关系难点：机械加工过程中各种尺寸关系课时安排1课时教学方法讲授法教学内容： 第四章 机械加工工艺规程设计4.4工艺尺寸链一工艺尺寸链的概念 由单个零件在工艺过程中形

23、成的有关尺寸的尺寸联系称为尺寸链。按结构分有直线尺寸链、平面尺寸链、空间尺寸链等多种形式。本课程以直线尺寸链为例介绍尺寸链组成及其应用。 1、尺寸链的组成 环：组成尺寸链的每个尺寸。 封闭环：在加工过程中间接得到的尺寸。 组成环：在加工过程中直接得到的尺寸。按作用分为增、减环。 1）增环：其余各组成环不变，此环增大使封闭环增大者。 2）减环：其余各组成环不变，此环增大使封闭环减少者。 具体判断：给封闭环任选一个方向，沿此方向转一圈，在每个环上加方向，与封闭环方向相同者为减环，相反者为增环。 2、特点： 1）尺寸链必须封闭； 2）尺寸链只有一个封闭环； 3）封闭环的精度低于组成环精度； 4）封闭

24、环随组成环变动而变动。 3、作法： 1）找出封闭环 2）从封闭环起，按工件表面上关系依次画出组成环，直到尺寸回到封闭环起，形成一个封闭图形，组成尺寸链的组成环环数应是最少的。 3）首尾相接原则，确定增环、减环。二尺寸链基本计算 直线尺寸链：全部组成环平行封闭环的尺寸链。常用方法是极值法和概率法计算，一般概率法在装配尺寸链中应用。基本计算公式有6个： 1封闭环的基本尺寸=各组成环的基本尺寸的代数和。 2封闭环的最大极限尺寸=所有增环的最大极限尺寸所有减环的最小极限尺寸 3封闭环最小极限尺寸=所有增环的最小极限尺寸所有减环的最大极限尺寸 4封闭环的上偏差=所有增环的上偏差之和所有减环的下偏差之和

25、5封闭环的下偏差=所有增环的下偏差之和所有减环的上偏差之和 6封闭环的公差=封闭环的最大极限尺寸封闭环的最小极限尺寸 =封闭环的上偏差封闭环的下偏差 =增环的公差之和+减环的公差之和 =所有组成环的公差之和 竖式计算法： 1增环公称尺寸，上下偏差照抄； 2减环公称尺寸变号，上下偏差对调、变号； 3取其代数和，得封闭环的公称尺寸，上下偏差。 公差重新分配问题： （1）当组成环公差之和封闭环公差，求解一个组成环时，可能出现零公差或负公差。机械制造中，0公差或负公差不可能制造即不能出现。应缩减其余组成环的公差解决问题。 （2）通常设计时，由给定的封闭环的公差决定各组成环的公差。两种方法： 、等公差法

26、： 取各组成环的公差值相等。然后根据各环的加工难易程度适当调整。 、等精度法： 按各组成环精度相等的原则求其组成环公差，可使尺寸大的公差大，尺寸小的组成环公差小。避免等公差法缺点，但也是调整个别公差。 、经验确定法：组成环公差按工艺特点，根据具体情况而选。无论哪种方法均需保证：三直线尺寸链在工艺过程中应用 （一）工艺基准和设计基准不重合时工艺尺寸计算 1测量基准和设计基准不重合 例：下图所示的车床主轴箱，两孔、中心距1270.07mm不便测量，只能用游标卡尺直接测量两孔内侧或外侧母线之间的距离来间接保证中心距之间的尺寸要求。 现采用测量两孔内侧母线的方法决定，求该测量尺寸应为多少，才能满足孔心

27、距的要求。 求解： 1）建立尺寸链，如图b所示 2）判断增环和减环，其中L0为封闭环。L1、L2、L3为增环 3）计算127=40+L2+32.5 0.07=0.002+ES2+0.015 -0.07=-0.009+EI2+0 得 只要实测结果在L2的公差范围内，就一定能保证、中心线的设计要求。 假废品问题： 直线尺寸链极值算法是极限情况下的各尺寸之间的尺寸联系。从保证封闭环的尺寸要求看，是保守算法。计算结果可靠，但可能出现误判，出现假废品。 上例中若两孔的直径尺寸都取上限，即L1=40.002，L3=32.515时，L2做成L2 =54.5-0.087 时，则L1+L2+L3=126.93为

28、中心距设计尺寸的下限尺寸，工件合格。 应用：为避免假废品的产生，发现实例尺寸超差时，应实测其他组成环的实际尺寸，然后在尺寸链中重新计算封闭环的实际尺寸。 原因：测量基准和设计基准不重合，组成环环数愈多，公差范围愈大，出现假废品的可能性越大。因此应尽量使测量基准和设计基准重合。 2定位基准和设计基准不重合 例1：如下图所示某零件高度方向的设计尺寸12-0.070，生产中用调整法加工A,B,C面，前面工序A、B面已加工好，本工序以A面定位基准加工C面，问本工序调整尺寸应是多少？ 解题：C面的设计基准（工序基准）为B面，定位基准为A面。 1）画尺寸链：如图b所示。 2）确定封闭环，增环和减环： 本尺

29、寸链中调整法加工能直接保证尺寸为L2，L0间接保证。则L0封闭环，L1增环，L2减环 3）计算： L1是未注公差，为保证L0的计算，必须把L0公差分配给L1和L2。 采用等公差法分配： 按入体原则标注L1公差为 计算L2的基本尺寸和偏差为（公式计算和竖式计算）. （二）一次加工满足多个设计尺寸要求的工艺尺寸计算（工序间尺寸及尺寸链 ） 工序间尺寸链： 机械加工过程中，零件尺寸的获得由一个先后的顺序，就某一尺寸而言，它是在加工过程中通过若干个工序，逐步切除余量而最后达到图纸设计要求的。工序尺寸及其公差是根据设计要求考虑到加工中心的基准，工序间的余量以及工序的经济精度等条件，对各工序提出的尺寸要求。工序间尺寸链是零件加工后最终尺寸及其公差和有关的工序尺寸和工序公差，以及工序间的余量有关尺寸联系构成一种工艺尺寸链。 例1：一个带有键槽的内孔，设计尺寸如图a)所示，该内孔由淬火处理要求，因此有以下加工工艺安排： 1镗内孔至49.8+0.046mm 2插键槽 3淬火处理 4磨内孔，保证内孔直径50+0.030mm和键槽深度53.8+0.30mm两个设计尺寸的要求 求