機械制造工藝學講義

機械制造工藝學講義機械制造工藝學講義機械制造工藝學講義概論1什么是機械制造工藝過程？制造工藝=制造技術。機械制造工藝過程——改變零件的形狀、尺寸、相對位置和材料的性質等，使其成為半成品或成品的過程。包括冷加工工藝過程和裝配工藝過程。2機械制造工藝學的研究對象研究的對象——機械制造工藝過程的理論及規(guī)律。它是生產實踐和科學研究的積累和總結。3研究的目的優(yōu)質——質量好

高產——生產率高

低消耗——成本低、經濟性好

有些學者還提出：可持續(xù)性、環(huán)保等4內容和任務4.1研究如何達到優(yōu)質、高產、低消耗。質量是首要的，是設計要求。這三者是辨證關系，要全面考慮。4.2學習和掌握工藝規(guī)程設計的原則、步驟、方法。通過學習典型零件的工藝規(guī)程設計，獲得思考的方法、分析的思路途徑、決策的要點。4.3打好基礎，為探索和開發(fā)新工藝作準備。5學習的方法綜合各門專業(yè)基礎課，抓住質量、生產率、經濟性的關系，重視實踐，理論及實踐相結合是學好本課程的關鍵。第一章

典型零件機械加工工藝規(guī)程的設計第一節(jié)制訂工藝規(guī)程的步驟1.1分析研究裝配圖和零件圖1）了解產品的性能、技術要求、零件在整機中的作用。2）工藝審查：工藝性好不好。比如：結構工藝性，精度、表面粗糙度是否過高。1.2確定毛坯的制造形式1.2.1制造形式：鑄造、鍛造、焊接結構、型材、冷軋、粉末冶金、精密鑄造等。

1.2.2加工余量：在現有精度的條件下，余量盡可能小，加工得過即可。1.2.3是否安排工藝搭子1.3擬定零件的機械加工工藝路線

1.3.1加工方法的選擇

1)按經濟精度和表面粗糙度來確定加工表面的最終加工方法。2)同時考慮材料的性質、生產類型、本廠條件。問題：車、銑、磨、鉆、鉸、鏜等加工方法的經濟精度是什么？1.3.2加工階段的劃分

1粗加工階段：去除余量，重點考慮生產率。如粗車、粗銑、強力粗磨等

2半精加工階段：為主要表面的精加工作準備（比如留下精加工的余量，定位基準等），并完成一些次要表面的加工（如螺栓孔、鍵槽等）。半精加工一般安排在熱處理前。

3精加工階段：達到圖紙的精度要求。對精度、表面粗糙度要求很高的表面，還要安排光整加工。（光整加工一般只提高精度和表面粗糙度，不糾正形狀位置精度）問題：為什么要劃分加工階段？1.3.3工序的集中和分散

1工序集中在一臺機床上完成多個加工表面的加工。如多工位組合機床、加工中心等

2工序分散把各個加工表面安排到多臺機床上加工。用在產品固定、產量大、生產率高的生產。趨勢：多品種、小批量的生產，向工序集中發(fā)展1.3.4加工順序的安排

1原則：先粗后精、先主后次、先面后孔、基準先行。

2熱處理的安排

預備熱處理：安排在切削加工之前，為改善材料的切削性能。

最終熱處理：安排在半精加工之后、精加工之前，為提高材料的強度硬度（設計要求）

去內應力處理：粗加工之后、精加工之前。如人工時效、退火等

3輔助工序的安排檢驗（每道工序自檢、粗加工后、重要工序后、全部加工完成后要安排檢驗）、去毛刺、清洗、探傷、防銹等。1.4確定各工序的定位基準和夾緊方法問題1：設計基準、工藝基準是什么？問題2：粗基準、精基準指的是什么？1.4.1粗基準的選擇原則1）用重要的表面作為粗基準——保證這個重要表面的加工余量均勻。如車床導軌面。2）用及加工表面有位置精度的非加工表面為粗基準——保證所要求的位置精度。3）以各個加工表面中余量最小的表面為粗基準——保證有最小的加工余量。4）用尺寸較大、平整、光潔的表面為粗基準——保證定位可靠。1.4.2精基準的選擇原則

1）基準重合盡量用設計基準作為定位基準。設計基準及定位基準不重合會產生什么誤差？

2）基準統(tǒng)一盡量用同一個基準來加工各表面，保證位置精度。

3）互為基準先用要加工的表面為基準，將基準面加工出來，再用此基準來加工要加工的表面。如磨齒：先用齒面為基準磨內孔，再用內孔為基準磨齒面。

4）自為基準直接用要加工的表面為基準。如用百分表找正導軌面后，磨削導軌面。浮動鏜也是自為基準。1.5確定設備、刀、夾、量具及輔助工具1.6確定工序間的余量、工序尺寸和公差、毛坯尺寸1.6.1加工余量

一般按經驗選取，可查手冊。1.6.2工序尺寸及公差表明每到工序應加工到什么尺寸、什么精度。根據加工順序，先確定每道工序的余量及（經濟）精度，從最后一道工序向前推算。工序尺寸的公差一般按入體原則標注（毛坯按對稱標注）1.7確定各工序的切削用量和工時定額

一般按經驗或查手冊及本廠條件確定1.8填寫工藝文件

零件機械加工工藝設計具體體現在工藝文件上。工藝文件很重要，是指導生產的法律文件。根據不同的生產條件有工藝過程卡、工藝卡、工序卡等多種。第二節(jié)車床主軸箱箱體工藝過程設計圖1-1車床主軸箱箱體2.1精度分析

1軸孔的精度：——難度在此！精度高

主軸孔最高IT6，圓度0.01

2軸孔的位置精度：——基準是關鍵

同軸度、軸線及端面的垂直度，平行度最高：主軸孔及底面D、導向面E的距離偏差及平行度

3平面精度：

D、E面接觸面積及垂直度，頂面B的平面度

4表面粗糙度：

主軸孔0.8~1.6，孔1.6，基面1.6-3.2，其他面1.6-6.32.2毛坯制造材料：HT20-40手工木模造型——精度低、余量不均勻。2.3加工方法的選擇

1平面加工平面加工常用：刨削、銑削、磨削等。

平面的精度不算高，精銑、精磨便可達到。 D、E面是設計基準面，也是裝配的基準面，是重要表面。其表面粗糙度1.6，雖用精銑也可達到，但考慮到質量的穩(wěn)定性等因素，加工能力應留有裕量，采用精磨作為最終的加工方法。加工方法如下：粗銑——半精銑——粗磨——精磨其他平面：粗銑——精銑

2孔系加工

箱體上一系列有相互位置要求的孔—孔系。

2.1劃線找正、試切鏜孔 孔距精度±0.05mm，效率低，操作水平要求高。

2.2利用鏜模鏜孔 平行度同軸度可達0.02-0.03(一端加工),0.04-0.05(兩端加工),孔距精度0.04-0.08。效率高，鏜模成本高，在中大批量生產常用。

2.3坐標法鏜孔 普通鏜床借助測量工具，移動主軸的相對位置來鏜孔。效率低，精度由測量手段決定。 一般使用坐標鏜床，效率高、精度高。定位精度0.003-0.008mm,孔距精度0.01-0.03。 3主軸孔精度較高，要仔細考慮，其他孔精加工即可。

孔精加工可采用：粗鏜——半精鏜——精鏜或精鉸（經濟精度IT6-IT7，Ra1.6）

對主軸孔，精度更高（IT6），再加上浮動鏜作為其最終加工方法。圖1-2浮動鏜刀鏜孔圖1-3浮動鏜刀塊2.4定位基準的選擇

1、精基準的選擇：（兩種方案）1）定位基準及設計基準重合，用底面D、導向面E為定位基準。這種方案，要從頂面上加入中間支承（因鏜桿變形），使用起來很不方便。

2）大批量可用頂面作為定位基準，加上兩定位銷孔（一面兩銷）。中間支承好加。但由于基準不重合，必須提高定位基準頂面的精度，以及做出定位用的銷孔。圖1-4以底面為定位基準的鏜模示意圖（a為鏜模，b為用于插入箱體內的吊模）圖1-5以頂面定位的鏜模2.5加工順序的安排先面后孔、基準先行、先主后次。2.6熱處理工序的安排1）鑄件——加工前人工時效，消除內應力。2）在粗加工后精加工前，自然時效。2.7檢驗工序的安排1）各工序自檢。2）終檢：按圖紙要求檢驗。2.8確定工藝過程2.9加工余量的確定

按經驗和手冊選取。平面用單邊表示，孔用雙邊表示。2.10工藝尺寸的計算工序尺寸基本上可以直接由余量計算達到，沒有復雜的計算。對孔系的加工，需要將孔的位置換算成坐標尺寸。例子：1）由定位面D、E，確定主軸孔Ⅳ的坐標尺寸，按經濟精度選取其公差（±0.05）。2）以主軸孔Ⅳ軸心為原點，計算Ⅲ、Ⅴ孔的坐標尺寸及公差：Ⅲ-Ⅴ孔中心距99±0.09為組成環(huán)最多的封閉環(huán)，因此，由此開始計算，求出組成環(huán)的尺寸及公差。（平面孔系，求出公差的關系）3）驗算另兩個中心距尺寸鏈。圖1-6車床主軸箱箱體軸孔位置的換算圖1-7軸孔軸心坐標尺寸換算結果2.11確定切削用量、時間定額

經驗、手冊，根據本廠條件確定。2.12填寫工藝文件第三節(jié)車床主軸工藝過程設計3.1主軸的主要技術條件

1設計要求：1）扭轉剛度、彎曲剛度2）回轉精度（尺寸及形位精度、Ra）3）耐磨性、抗振性、穩(wěn)定性4）抗疲勞強度

2主軸支承軸徑的精度1）IT5，中間支承軸徑IT5，力爭中間公差。2）圓度：對普通精度機床：<尺寸公差的1/4~1/2，約5~8μm。

對高精度機床：<尺寸公差的5%~10%，<1μm。3）同軸度：對普通精度機床：<Φ0.01~Φ0.05對高精度機床：<Φ0.003~Φ0.0054)支承軸徑的軸肩的端面圓跳動：<6~8μm（普通），<2~3μm（高精度）。

3主軸工作表面的精度包括：1）尺寸及形位精度、Ra、接觸精度。2）及支承軸徑的同軸度。3）定位端面及支承軸徑的垂直度。通過規(guī)定：1）端面的圓跳動（0.005~0.01）2）定心錐孔的徑向跳動：近端：0.01（普通精度），0.002~0.003（高精度）300mm處：0.01~0.03（普通），0.005~0.01（高）

4次要軸徑及其他表面精度

IT6，圓度0.005，Ra0.8~0.2

5表面粗糙度

6表面層硬度對滾動軸承軸徑：HRC45~50

對滑動軸承軸徑：依軸瓦而定：HRC50（錫青銅軸瓦時）>HRC65（鋼軸瓦時）7材料及熱處理8主軸的分類

3.2主軸機械加工工藝過程分析

同軸的階梯軸，主要表面為內、外圓——車、磨

螺紋、鍵槽、花鍵

以C6150型車床主軸加工為例。1材料及精度分析（同前）2加工方法：1）支承軸徑：精磨可達：IT6，Ra0.8~0.2，仔細操作可達IT5。

粗車——半精車——精車——粗磨——半精磨——精磨——光整（Ra更小時，鏡面磨削、研磨、珩磨等)2）次要軸徑

IT6級——及支承軸徑類似的加工方法

3）主軸錐孔（1）采用車——磨的方式專用錐孔磨床、專用錐孔夾具（以支承軸徑定位，有中心架、用撓性傳動）（2）直接磨削（自磨自）把主軸裝配后，在刀架裝內圓磨頭，調整角度來磨。4）中心通孔

L/D>5，屬深孔加工

深孔鉆、擴——拉鉸（拉鏜）3定位基面的選擇1）軸徑外圓：中心孔（基準統(tǒng)一）在加工中心通孔后，則：（1）用倒角錐面代替中心孔（孔徑小時）。（2）配堵頭、過橋（用堵頭、過橋上的中心孔）（3）找正（自為基準）2）錐孔加工時，用支承軸徑為基準（基準重合）4熱處理5檢驗1）尺寸精度2）同軸度、垂直度（跳動）：包括近端及300mm處徑向及端面跳動。3）錐孔接觸率：>70%6C6150型車床主軸機械加工工藝過程第3節(jié) 圓柱齒輪的加工工藝1齒輪的精度要求1）傳動的準確性：傳動的精度，公差組I。2）傳動的平穩(wěn)性：振動、噪聲，瞬時傳動比，公差組II。3）載荷分布的均勻性：應力、磨損，公差組III。4）齒側間隙：合適的間隙，潤滑，補償誤差。2齒形的加工

2.1仿形法 用成形刀具進行加工：模數銑刀銑齒、成形砂輪磨齒、齒輪拉刀拉齒等。刀具的齒形為近似齒輪，精度低，效率低。

2.2展成法

利用齒輪嚙合原理進行加工。 1）滾齒 滾刀就是一個齒數很少，螺旋角大的螺旋齒輪，開出刀刃。 由于漸開線滾刀制造困難，用近似滾刀來代替。 連續(xù)加工，效率高。常用的加工方法。 2）插齒 插齒刀就是有前后角形成刀刃的齒輪或齒條。 插齒精度較高，加工時有空行程，效率略低。也是常用的加工方法，尤其適用于加工雙聯齒輪。 3）剃齒 剃齒刀是高精度的螺旋齒輪，沿漸開線方向開槽，形成刀刃。利用齒面的相對滑動，進行細微切削。4）珩齒 珩齒及剃齒的原理和運動是相同的。珩磨輪是含有磨料和粘結劑的螺旋齒輪。珩齒過程是低速磨削，研磨和拋光的綜合過程。5）磨齒 磨齒按照加工原理又可分為仿形法及展成法兩類。展成法磨齒是將砂輪修整成假想齒條的一個側面或一個齒。是加工精度最高的方法。3圓柱齒輪加工工藝過程分析

序號工序名稱工序內容定位基準1鍛造毛坯鍛造

2熱處理正火

3粗車粗車各檔外圓及端面，留余量1.5-2.5，鉆Ф33孔，車內齒輪孔Ф65x17端面和外圓4半精車半精車兩端面，車花鍵孔和內齒輪孔端面和外圓5拉拉花鍵孔端面和內孔6精車精車各檔外圓到尺寸端面和內孔7精車精車內齒輪孔至尺寸，割槽端面和外圓8滾齒滾齒，Z=56A面和花鍵孔9插齒插齒：Z=21A面和花鍵孔10插齒插內齒：Z=26B面和花鍵孔11倒角齒端倒角，去齒部毛刺端面和花鍵孔12剃齒剃齒：Z=56，21端面和花鍵孔13熱處理齒面高頻淬火

14拉推花鍵孔端面15珩齒珩齒：Z=56，21端面和花鍵孔16檢驗檢驗，入庫

第三章計算機輔助工藝過程設計第一節(jié)概述

一、基本概念： CAPP：ComputerAidedProcessPlanning

用計算機完成工藝過程設計，輸出工藝規(guī)程。

現發(fā)展為廣義CAPP:ProductionPlanning生產計劃，包括生產計劃、作業(yè)計劃等 MRPII或ERP二、傳統(tǒng)工藝設計方法的存在的不足： 1）要求工藝設計人員有豐富的經驗：生產經驗、設備使用、生產規(guī)范等。 2）工藝多樣性，一致性差。 3）設計出來的工藝質量不穩(wěn)定，一般難以優(yōu)化。 4）設計周期長，重復勞動多。三、CAPP的意義：1）減少設計周期，提高產品的競爭力。2）工藝標準化和優(yōu)化。3）使工藝設計人員可以從事更多的新工藝開發(fā)等創(chuàng)造性的工作。4）CAD和CAM集成的橋梁，CIMS的信息集成的關鍵。5）有助于經驗的總結和繼承。四、CAPP的基本結構及組成包括以下的基本模塊：

1）控制模塊：協調各模塊的運行。

2）零件信息獲取模塊：人工輸入，從CAD中自動獲取。

3）工藝過程設計模塊（工藝生成模塊）：工藝決策、工藝過程卡生成。

4）工序生成模塊：生成工序卡。

5）工步決策模塊：生成工步卡。

6）輸出模塊：輸出各種工藝文件。

7）工序圖自動生成模塊8）NC指令生成模塊9）加工過程動態(tài)仿真五、CAPP的關鍵技術1）成組技術：把相似的問題歸類成組，尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得所期望的經濟效益。2）零件信息的描述和獲取3）工藝設計決策方法包括：工藝決策；工步決策；工藝參數決策等。4）工藝知識的表示和獲取。5）工序圖的自動生成。6）工藝數據庫的建立。六、CAPP的分類 1）交互式：完全人工設計，交互式的輸入到計算機。 2）變異式（派生式）：通過修改現有工藝來獲得新工藝。 3）半創(chuàng)成式（綜合式）：有部分內容自動生成。 4）創(chuàng)成式：自動生成工藝規(guī)程。第二節(jié) CAPP零件信息描述和輸入一、零件信息 1）表頭信息：零件名稱、零件圖號等 2）結構形狀、尺寸：幾何拓撲信息。 3）加工信息：精度、表面粗糙度、熱處理、技術要求等。 CAPP的難點之一：如何把這些文字、圖形、符號等表示的復雜信息轉化成計算機能識別的信息（數據結構）。二、對零件信息描述的要求 1）準確性。2）完整性。3）簡明。

利于計算機存儲、使用。三、 CAPP常用零件信息描述和輸入方法1）成組代碼描述法：建立在成組技術基礎上的零件信息描述方法，它將零件的信息進行整理分類，用不同的代碼表示不同的零件信息。優(yōu)點：表達形式簡單，用十幾位代碼表示，有相當的信息量。缺點：不易做到完整，不易對數值進行準確描述。結構：有層次結構（樹狀結構）、鏈式結構、混合結構。工業(yè)上多為混合結構，如Opitz,KK-3,JLBM-1等。類型：（1） 基于零件設計的編碼系統(tǒng)。（2） 基于零件制造的編碼系統(tǒng)。（3） 基于零件設計和制造的編碼系統(tǒng)。（4） 基于零件生產和管理的編碼系統(tǒng)。2）特征表面描述法（圖素法）

將零件劃分成由一系列具有一定幾何結構，包括精度信息在內的特征型面組成（如回轉體可以劃分為：外圓柱、外圓錐、外花鍵、外螺紋等）。這些特征包括幾何參數、工藝參數（公差、Ra等）以及型面結合參數（方位及坐標）。優(yōu)點：直觀、完整、準確。缺點：復雜、多解。3）方位特征描述法按照三維空間坐標系的不同方向，對零件在不同方向上的待加工表面進行分析，分解成不同的形狀特征，用不同特征參數表示出來。

主要用于箱體類零件的描述。4） 拓撲法一個零件用點、線、面、體之間的拓撲關系來表示。拓撲關系可用點及邊之間、邊及面之間的關聯矩陣來表示，于是，一個零件的圖形就可以通過關聯矩陣來表示出來。優(yōu)點：有效地表示零件的幾何信息。缺點：要借助其他方法表示工藝參數（精度、表面粗糙度等）。5） 框架描述輸入法以框架的形式建立零件的信息模型，逐層逐項輸入。特點：可做到全面，但復雜。四、現狀和發(fā)展方向：尚無法解決自動獲取零件信息的問題，因為CAD中使用點線面造型的幾何數據，工藝信息（精度、表面粗糙度）等無法自動識別解決方法：提出在CAP中使用特征造型代替幾何造型。我們在集裝箱零件CAPP系統(tǒng)的研究中，基于特征分類，用編碼系統(tǒng)來表示零件信息。第三節(jié) CAPP系統(tǒng)工藝生成一、工藝生成的內容 1）工藝路線的確定 2）工序、工步內容：包括切削用量的選擇。 3）設備、夾具、刀具、模具的確定。 4）工藝文件：包括工序圖。二、工藝生成的兩種基本類型1、變異式（派生式）工藝生成方法：1）原理：建立在成組技術的基礎上，利用“相似零件有相似工藝”的原理，一個新零件的工藝是通過檢索相似零