NO8機械加工工藝過程基礎電子教案 機械制造基礎

PAGE17PAGE3第頁教學目標知識目標：理解機械加工工藝過程的基本概念；理解工件定位的基本原理，理解常用機床夾具的組成及工作原理；掌握機械加工工藝規(guī)程的制定方法。能力目標：要求理解生產過程、機械加工工藝過程、生產類型、工序、安裝、加工工藝性、工藝規(guī)程等基本概念；初步掌握典型零件的工藝規(guī)程的制定方法和步驟。素質目標：教學重點機械加工工藝規(guī)程的制定方法教學難點機械加工工藝規(guī)程的制定方法教學手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學學時6教學內容與教學過程設計注釋模塊八機械加工工藝過程基礎〖任務描述〗試編制圖8-1所示套筒零件的加工工藝過程，生產類型為中批量生產，材料為HT200。圖8-1套筒零件〖任務分析〗加工箱體類零件要具備的知識包括：箱體零件定位基準的選擇、箱體類零件的結構特點及結構工藝性分析、箱體類零件的機械加工工藝性分析以及相關的熱處理?！枷嚓P知識〗學習情境一機械加工工藝過程的基本概念一、機械產品的生產過程機械產品的生產過程是指將原材料轉變?yōu)槌善返娜^程，它一般包括原材料的運輸和保管，毛坯的制造，零件的機械加工和熱處理，機器的裝配、檢驗、測試和涂裝，專用工具、夾具、量具和輔具的制造，加工設備的維修以及動力供應等。機械產品的生產過程由直接生產過程和輔助生產過程組成。二、機械加工工藝過程及組成1.工序一個（或一組）工人在一個工作地點對一個（或同時對幾個）工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程稱為工序。劃分工序的主要依據(jù)是工作地點是否變動和加工是否連續(xù)。同一個零件、同樣的加工內容可以有不同的工序劃分方法，如圖8-2所示的階梯軸，其加工內容為：加工右端面、鉆中心孔，加工左端面、鉆中心孔，車右邊外圓、倒角、切槽，掉頭車左邊外圓倒角，銑鍵槽，去毛刺。圖8-2階梯軸示意圖2.安裝在一個加工工序中，有時需要對零件進行一次或多次裝夾才能完成加工，工件經(jīng)一次裝夾所完成的那部分工序內容稱為安裝。3.工位圖8-3多工位加工在工件的一次安裝中，通過分度（或移位）裝置，使工件相對于機床床身變換加工位置，則把每一個加工位置上的安裝內容稱為工位。一次安裝中，可能有一個工位，也可能有多個工位。如圖8-3所示為通過立軸式回轉工作臺使工件變換加工位置，圖中共有四個工位，依次為裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔。采用多工位加工可以減少安裝次數(shù)，從而可以提高加工精度和生產率。圖8-3多機位加工4.工步在加工表面、切削用量和加工刀具都不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工位內容稱為工步。以上不變因素中只要有一個因素改變，即成為新的工步。5.走刀在一個工步中，若需切去的金屬層很厚，則可分為幾次切削。每進行一次切削就是一次走刀。一個工步可以包括一次或幾次走刀。三、生產綱領與生產類型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。計劃期通常為一年，所以生產綱領也稱為年產量。對于零件而言，產品的產量除了制造機器所需要的數(shù)量外，還要包括一定的備品和廢品，因此，零件的年產量計算公式為N＝Qn（1+a%）（1+b%）（8-1）式中，N為零件的年產量（件/年）；Q為產品的年產量（臺/年）；n為每臺產品中該零件的數(shù)量（件/臺）；a%為該零件的備品率；b%為該零件的廢品率。2.生產類型生產類型是指企業(yè)（或車間、工段）生產專業(yè)化程度的分類。按產品的年產量、投入生產的批量，可將生產分為單件生產、批量生產和大量生產三種類型。學習情境二工件的定位與夾具的基本知識一、工件的定位1.工件的定位原理不受任何約束的物體在空間具有六個自由度，即沿三個互相垂直的坐標軸的移動和繞這三個坐標軸的轉動，如圖8-6所示。因此，要使物體在空間具有確定的位置（即定位），就必須約束這六個自由度。圖8-6物體的六個自由度2.六點定位原則的應用工件在夾具上定位時，并非在任何情況下都必須限制六個自由度，究竟哪幾個自由度需要限制，主要取決于工件的技術要求、結構尺寸和加工方法等。1）完全定位工件上的六個自由度全部被限制的定位稱為完全定位，如圖8-8所示。在銑床上給一批長方體工件上銑一槽，保證x、y、z三個尺寸，就必須限制工件上的六個自由度，其實現(xiàn)方法如圖8-9所示。圖8-8完全定位圖8-9銑槽零件2）不完全定位工件上的六個自由度沒有被全部限制的定位稱為不完全定位，如圖8-10所示零件。在銑床上給一批長方體工件上銑一臺階，保證z、y兩個尺寸，只需要限制工件上的五個自由度，沿x移動的自由度沒有被限制，并不影響工件的加工精度。其實現(xiàn)方法如圖8-11所示。圖8-10不完全定位圖8-11銑臺階零件3）欠定位根據(jù)工件的加工要求，應該限制的自由度定位時未被限制的定位稱為欠定位（定位不足）。如果把圖8-9所示的yOz平面內的支承點去掉，沿x軸移動的自由度即為應該限制而未被限制，這樣在加工溝槽時，就無法保證長度x尺寸。因此，欠定位在加工過程中是不允許出現(xiàn)的。4）過定位有一個或一個以上的自由度被重復限制了兩次或兩次以上的定位稱為過定位（或超定位）。如圖8-12（a）所示為加工連桿大頭孔的一種定位情況。連桿以其一個端面和小頭孔在夾具的支承板和長銷上定位，支承板限制了三個自由度，長銷限制了四個自由度，其中、被重復限制，產生過定位。由于夾具的定位件和工件都不可避免地存在位置誤差，使工件的位置不確定，在夾緊力的作用下，會造成長銷或連桿彎曲變形。另一方面，連桿的未被限制，使連桿在此方向的位置不確定，產生欠定位。因此，圖8-12（a）所示的定位必須改進。圖8-12（b）所示為加工連桿大頭孔的正確定位方案。支承板限制了三個自由度，短銷限制了兩個自由度，在大端側面的止動銷限制了一個自由度，使連桿獲得完全定位。過定位一般情況下不允許采用。圖8-12連桿的定位3.基準的概念1）設計基準在零件圖上用以標注尺寸和表面相互位置關系時所用的基準（點、線或面）稱為設計基準。2）工藝基準在制造零件和裝配機器的過程中所使用的基準稱為工藝基準。按用途不同，工藝基準又分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準四種4.定位基準的選擇1）粗基準的選擇選擇粗基準一般要遵循以下原則。（1）選取不加工的表面作為粗基準。這樣可以保證零件的加工表面與不加工表面之間的相互位置關系，并可能在一次裝夾中加工出更多的表面。如圖8-15所示，以不需要加工的小外圓面作為粗基準，可以在一次安裝中把絕大部分需要加工的表面加工出來，并能保證大外圓面與內孔的同軸度、端面與內孔軸線的垂直度。如果零件上有幾個不加工表面，則應選取與加工表面有相互位置要求的表面作粗基準。（2）選取要求加工余量均勻的表面作為粗基準。如圖8-16所示為車床床身，要求導軌面A耐磨性好，希望在加工時能均勻地切去較薄的一層金屬，以保證鑄件表面耐磨性好、硬度高的特點。若先選擇導軌面A作為粗基準，加工床身底面B，見圖8-16（a），再以底面B為精基準加工導軌面A，見圖8-16（b），就能達到此目的。圖8-15不加工表面作為粗基準圖8-16加工余量要求均勻的表面作為粗基準（3）選取余量和公差最小的表面作為粗基準。（4）選作粗基準的表面應盡可能平整，并有足夠大的面積。這樣使定位準確，夾緊可靠。（5）粗基準在一個方向上只使用一次，應盡量避免重復使用。因為粗基準表面粗糙，定位精度不高，若重復使用，在兩次裝夾中會使加工表面產生較大的位置誤差，對于相互位置精度要求較高的表面，常常會造成超差而使零件報廢。2）精基準的選擇（1）基準重合原則。應盡可能選用設計基準作為定位基準。這樣就可以避免定位基準與設計基準不重合而引起的定基誤差。（2）基準同一原則。加工位置精度較高的某些表面時，應盡可能選用一個精基準。（3）一次安裝原則。在一次安裝中加工出有相互位置要求的所有表面，這樣加工表面之間的相互位置精度只與機床精度有關，而與定位誤差和定基誤差無關。（4）互為基準原則。有位置精度要求的兩個表面在加工時，用其中任意一個表面作為定位基準來加工另一表面，用這種方法來保證兩個表面之間的位置精度稱為互為基準。（5）選擇精度較高、安裝方便且穩(wěn)定可靠的表面作為精基準。二、夾具的基本概念1.夾具的分類1）通用夾具已經(jīng)標準化的且能較好地適應工序和工件變換的夾具稱為通用夾具。如車床的三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤，銑床的平口鉗、分度頭，平面磨床的電磁吸盤等。用通用夾具安裝工件時，主要有直接找正安裝和劃線找正安裝兩種方式。2）專用夾具針對某一工件的某一工序的要求而專門設計制造的夾具稱為專用夾具。常用的有車床類夾具、銑床類夾具、鉆床類夾具等。這些夾具上有專門的定位和夾緊裝置，工件無須進行找正就能獲得正確的位置。專用夾具一般用于大批、大量的生產中。2.專用夾具的組成在圖8-20（a）所示零件上加工孔d，要求保證尺寸l，且保證孔的軸線與工件軸線的垂直度及對稱度。其所使用的專用夾具如圖8-20（b）所示。鉆模中定位板和定位心軸起定位作用，螺母起夾緊作用，鉆套起引導刀具作用，夾具體起與機床的連接作用。根據(jù)夾具各部件的作用，專用夾具主要由以下部分組成。圖8-20鉆模1）定位元件定位元件是指夾具上與工件的定位基準接觸，用來確定工件正確位置的零件。2）夾緊機構夾緊機構是指把定位后的工件壓緊在夾具上的機構。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。4）夾具體夾具體用于連接夾具上的各種元件及機構，使之成為一個夾具整體。5）其他輔助元件根據(jù)工件的加工要求，有時還需要在夾具上設有分度機構、導向鍵、平衡鐵等。學習情境三工藝規(guī)程的擬定一、工藝規(guī)程的基本概念機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件，是一切有關生產人員都應嚴格執(zhí)行、認真貫徹的紀律性文件。工藝規(guī)程是指導生產的技術文件，它必須滿足產品質量、生產率和經(jīng)濟性等多方面要求。工藝規(guī)程應適應生產發(fā)展的需要，盡可能采用先進的工藝方法。但先進的高生產率的設備成本較高，因此，所制定的工藝規(guī)程必須經(jīng)濟合理。二、工藝規(guī)程的制定步驟制定零件的機械加工工藝規(guī)程的步驟如下。（1）分析零件工作圖和產品裝配圖。（2）工藝審查。（3）確定毛坯的種類及其制造方法。（4）擬定機械加工工藝路線。這是機械加工工藝規(guī)程設計的核心部分，其主要內容有：選擇定位基準；確定加工方法；安排加工順序以及安排熱處理、檢驗和其他工序等。（5）確定各工序所需的機床和工藝裝備。（6）確定各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差。（7）確定切削用量。（8）確定各工序工時定額。（9）評價工藝路線。對所制定的工藝方案應進行技術經(jīng)濟分析，并應對多種工藝方案進行比較，或采用優(yōu)化方法，以確定出最優(yōu)工藝方案。（10）填寫或打印工藝文件。學習情境四零件的結構工藝性一、零件結構工藝性的基本概念切削加工對零件結構的一般要求如下。（1）設計的結構要有足夠的加工空間，以保證刀具能夠接近加工部位，且應留有必要的退刀槽和越程槽等。（2）設計的結構應便于加工，如應盡量避免使用鉆頭在斜面上鉆孔。（3）盡量減少加工表面面積，特別是減少精度高的表面數(shù)量和面積，合理規(guī)定零件的精度和表面粗糙度。（4）從提高生產率的角度考慮，在結構設計中應盡量使零件上相似的結構要素，如退刀槽、鍵槽等規(guī)格相同，并應使類似的加工面，如凸臺面、鍵槽等位于同一平面上或同一軸截面上，以減少換刀或安裝次數(shù)，以及調整時間。（5）零件結構設計應便于加工時的安裝與夾緊。（6）零件的結構尺寸（如軸徑、孔徑、齒輪模數(shù)、螺紋、鍵槽、過渡圓角半徑等）應標準化，以便在生產中采用標準刀具和通用量具，使生產成本降低。（7）零件具有足夠的剛度，才能承受夾緊力和切削力，提高切削用量，提高工效。二、零件結構的切削加工工藝性示例零件的結構工藝性與加工方法和工藝過程有密切的關系。零件結構設計時要考慮能否加工和便于加工，要便于保證加工質量，減少刀具、加工工時等消耗以降低成本，減少刀具和工件的調整、安裝次數(shù)等以提高生產率。在現(xiàn)行生產條件下，一般零件切削加工的結構工藝性都有一定的設計原則。學習情境五典型零件的工藝過程一、軸類零件的加工1.CA6140型車床主軸技術要求及功用如圖8-25為CA6140型車床主軸零件簡圖。主軸呈階梯狀，其上有安裝支承軸承和傳動件的圓柱、圓錐面，安裝滑動齒輪的花鍵，安裝卡盤及頂尖的內外圓錐面，連接緊固螺母的螺旋面，通過棒料的深孔等。圖8-25CA6140型車床主軸2.CA6140型車床主軸加工定位基準的選擇主軸加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選擇定位基準時，應遵循基準重合、基準統(tǒng)一和互為基準等重要原則，并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。由于主軸外圓表面的設計基準是主軸軸心線，根據(jù)基準重合的原則應選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準面。用頂尖孔定位還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來，有利于保證加工面間的位置精度。所以主軸在粗車之前應先加工頂尖孔。為了保證支承軸頸與主軸內錐面的同軸度要求，宜按互為基準的原則選擇基準面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號內錐孔時，以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面（因支承軸頸是外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個支承軸頸）時，以前、后錐孔內所配錐堵的頂尖孔為定位基準面；在粗磨莫氏6號內錐孔時，又以兩圓柱面為定位基準面；粗、精磨兩個支承軸頸的1∶12錐面時，再次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏6號錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準每轉換一次，都使主軸的加工精度提高一步。3.CA6140型車床主軸主要加工表面加工工序安排主軸主要表面的加工順序安排如下。外圓表面粗加工（以頂尖孔定位）—外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）—鉆通孔（以半精加工過的外圓表面定位）—錐孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）—外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）—錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。4.CA6140型車床主軸加工工藝過程5.軸類零件的檢驗1）加工中的檢驗2）加工后的檢驗二、箱體類零件的加工1.箱體類零件的功用與結構特點箱體類零件是各類機器的基礎零件之一，它將機器和部件中的軸、套、齒輪等有關零件連接成一個整體，并使之保持正確的相互位置，按規(guī)定的傳動關系協(xié)調地運動。箱體的結構形狀一般都比較復雜，壁薄且不均勻，內部呈腔形，在箱壁上既有許多精度較高的軸承支承孔和平面需要加工，也有許多精度要求不高的緊固孔需要加工。因此，一般來講，箱體零件不僅需要加工的部位多，而且加工難度也較大。據(jù)統(tǒng)計資料表明，一般中型機床制造廠用在箱體類零件的機械加工工時為總工時的15%～20%。2.箱體的材料及毛坯箱體材料一般選用HT200～HT400的各種牌號的灰鑄鐵，最常用的為HT200。灰鑄鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、切削加工性和阻尼特性。在單件生產或生產某些簡易機床的箱體時，為了縮短生產周期和降低成本，可采用鋼材焊接結構。此外，精度要求較高的坐標鏜床主軸箱則選用耐磨鑄鐵。載荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。毛坯的加工余量與生產批量、毛坯尺寸、結構、精度和鑄造方法等因素有關。有關數(shù)據(jù)可查有關資料及根據(jù)具體情況決定。毛坯鑄造時，應防止砂眼和氣孔的產生。為了減少毛坯制造時產生殘余應力，應使箱體壁厚盡量均勻，箱體澆注后應安排時效或退火工序。3.箱體零件的主要技術要求1）主要平面的形狀精度和表面粗糙度2）孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度3）主要孔之間以及與平面之間的相互位置精度4.箱體的加工工藝過程5.制定箱體工藝過程的共同性原則1）加工順序為先面后孔2）加工階段粗、精分開3）工序間合理安排熱處理4）用箱體上的重要孔作粗基準6.定位基準的選擇1）粗基準的選擇雖然箱體類零件一般都選擇重要孔（如主軸孔）為粗基準，但隨著生產類型不同，實現(xiàn)以主軸孔為粗基準的工件裝夾方式是不同的。（1）中小批量生產時，由于毛坯精度較低，一般采用劃線裝夾，其方法如下。如圖8-27所示，首先將箱體用千斤頂安放在平臺上，調整千斤頂，使主軸孔Ⅰ和A面與臺面基本平行，D面與臺面基本垂直，根據(jù)毛坯的主軸孔劃出主軸孔的水平線Ⅰ—Ⅰ，在四個面上均要劃出，作為第1校正線。劃Ⅰ—Ⅰ線時，應根據(jù)圖樣要求，檢查所有加工部位在水平方向是否均有加工余量，若有的加工部位無加工余量，則需要重新調整Ⅰ—Ⅰ線的位置，作必要的借正，直到所有的加工部位均有加工余量，才將Ⅰ—Ⅰ線最終確定下來。Ⅰ—Ⅰ線確定之后，即畫出A面和C面的加工線。然后將箱體翻轉90°，D面一端置于三個千斤頂上，調整千斤頂，使Ⅰ—Ⅰ線與臺面垂直（用大角尺在兩個方向上校正），根據(jù)毛坯的主軸孔并考慮各加工部位在垂直方向的加工余量，按照上述同樣的方法劃出主軸孔的垂直軸線Ⅱ—Ⅱ作為第二校正線，也在四個面上均劃出。依據(jù)Ⅱ—Ⅱ線劃出D面加工線。再將箱體翻轉90°，將E面一端置于三個千斤頂上，使Ⅰ—Ⅰ線和Ⅱ—Ⅱ線與臺面垂直。根據(jù)凸臺高度尺寸，先劃出F面，然后再劃出E面加工線。加工箱體平面時，按線找正裝夾工件，這樣，就體現(xiàn)了以主軸孔為粗基準的原則。圖8-27主軸箱的劃線（2）大批量生產時，毛坯精度較高，可直接以主軸孔在夾具上定位，采用如圖8-28所示的夾具裝夾。圖8-28以主軸孔為粗基準銑頂面的夾具2）精基準的選擇（1）單件小批量生產用裝配基面作定位基準。車床主軸箱單件小批加工孔系時，選擇箱體底面導軌B、C面作定位基準，B、C面既是主軸箱的裝配基準，又是主軸孔的設計基準，并與箱體的兩端面、側面及各主要縱向軸承孔在相互位置上有直接聯(lián)系，故選擇B、C面作定位基準，不僅消除了主軸孔加工時的基準不重合誤差，而且用導軌面B、C定位穩(wěn)定可靠，裝夾誤差較小，加工各孔時，由于箱口朝上，所以更換導向套、安裝調整刀具、測量孔徑尺寸、觀察加工情況等都很方便。這種定位方式也有它的不足之處。加工箱體中間壁上的孔時，為了提高刀具系統(tǒng)的剛度，應在箱體內部相應的部位設置刀桿的導向支承。由于箱體底部是封閉的，中間支承只能用如圖8-29所示的吊架從箱體頂面的開口處伸入箱體內，每加工一件需裝卸一次，吊架與鏜模之間雖有定位銷定位，但吊架剛度差，制造安裝精度較低，經(jīng)常裝卸也容易