機械制造技術(shù)基礎(chǔ)4

機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第五章：機械加工工藝規(guī)程的制定

（約11學(xué)時）

本章提要

首先需要掌握工序、安裝、工位、工步、走刀、基準、生產(chǎn)過程與機械加工過程等概念，在此基礎(chǔ)上將重點學(xué)習(xí)機械加工工藝規(guī)程的作用、內(nèi)容及編制方法，其中包括基準內(nèi)容及工藝基準選用原則；加工方法選用原則；加工階段和加工順序安排原則；加工余量確定和工藝尺寸鏈的計算等內(nèi)容。5.1.零件制造的工藝過程

5.1.1.生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程：由原材料(或半成品)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程。

它包括：產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)準備、原材料的運輸和保管、毛坯制造、機械加工、熱處理、裝配和調(diào)試、檢驗和試車、噴漆和包裝等。5.1.2.工藝過程

工藝過程：用機械加工的方法，直接改變原材料或毛坯的形狀、尺寸和性能等，使之變?yōu)楹细窳慵倪^程。5.1.2.1.工藝過程的組成*⑴工序一個(或一組)工人，在一臺機床(一個固定的工作地點)，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。

圖5.1為階梯軸的零件圖，如表5.1所示，棒料毛坯依次通過這五個工序就變成階梯軸的產(chǎn)品零件。

圖5.1階梯軸的零件圖⑵安裝工件加工前，在機床或夾具中相對刀具應(yīng)有一個正確的位置并給予固定，這個過程稱為安裝。

每個工序可能有一次安裝,也可能有幾次安裝。

⑶工位為減少工序中的裝夾次數(shù)，常采用回轉(zhuǎn)工作臺或回轉(zhuǎn)夾具，使工件在一次安裝中，可先后在機床上占有不同的位置進行連續(xù)加工，那每一個位置稱一個工位。

如圖5.2(a)，工件裝夾在回轉(zhuǎn)夾具A上，銑削四個側(cè)面，共有四個工位；如圖5.2(b)，也有四個工位。⑷工步工步是工序的組成單位。在被加工的表面、切削用量(指切削速度和進給量，這里不包含背吃刀量)、切削刀具均保持不變的情況下所完成的那部分工序，稱為一個工步。⑸走刀被加工的某一表面，由于余量較大或其它原因，在切削用量不變的條件下，用同一把刀具對它進行多次加工，每加工一次，稱一次走刀。5.1.2.2.生產(chǎn)類型對工藝過程的影響①單件生產(chǎn)單個地生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)和不同尺寸的產(chǎn)品，并且很少重復(fù)性。(例如，重型機器制造、專業(yè)設(shè)備制造和新產(chǎn)品試制等)②成批生產(chǎn)一年中分批地制造相同的產(chǎn)品，制造過程有一定的重復(fù)性。(例如，機床制造)③大量生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點經(jīng)常重復(fù)地進行某一個零件的某一道工序的加工。(例如，汽車、拖拉機、軸承的制造通常都是以大量生產(chǎn)的方式進行)*****5.2.工藝規(guī)程的作用及設(shè)計步驟5.2.1.工藝規(guī)程的格式

工藝規(guī)程：規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程操作方法等的工藝文件。在單件小批生產(chǎn)中，一般只編制內(nèi)容比較簡單的工藝過程綜合卡片(簡稱過程卡)，見表5.3。在成批生產(chǎn)中，一般編制較詳細的工藝卡片，見表5.4。在大批、大量生產(chǎn)中，則要求在工藝卡片的基礎(chǔ)上，分別為每一工序編制工序卡，見表5.5。5.2.2.工藝規(guī)程的作用

工藝規(guī)程的作用主要有以下幾方面：⑴工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件⑵工藝規(guī)程是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理工作的依據(jù)⑶工藝規(guī)程是新建、擴建或改建機械制造廠的主要技術(shù)資料5.2.3.工藝規(guī)程設(shè)計和步驟⑴研究和分析零件的工作圖⑵根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定零件的生產(chǎn)類型零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計算：式中N零：零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)(件/年)N：產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)(臺/年)n：每臺產(chǎn)品中包含該零件的數(shù)量(件/臺)α：該零件備件的百分率

β：該零件廢品的百分率表5.6為劃分生產(chǎn)類型的參考數(shù)據(jù)⑶確定毛坯的種類鑄件、鍛件、型材、焊接件和工程塑件⑷擬定零件加工的工藝路線⑸擬定各工序的機床設(shè)備、工藝裝備（刀、夾、量具）和輔助工具⑹確定各工序的加工余量、工序尺寸及公差⑺確定各工序的切削用量及工時定額⑻技術(shù)經(jīng)濟分析⑼填寫工藝文件5.3.定位基準的選擇

5.3.1.基準的分類

5.3.1.1.設(shè)計基準

設(shè)計人員在零件圖上標注尺寸或相互位置關(guān)系時所依據(jù)的那些點、線、面稱為設(shè)計基準。5.3.1.2.工藝基準

零件在加工或裝配過程中所用的基準，稱為工藝基準。工藝基準按用途又可分為：⑴工序基準在工序圖上標注被加工表面尺寸(稱工序尺寸)和相互位置關(guān)系時，所依據(jù)的點、線、面稱為工序基準。如右圖5.3(a)的零件，加工端面B時的工序圖為圖5.3(b)

⑵定位基準工件在機床上加工時，在工件上用以確定被加工表面相對機床、夾具、刀具位置的點、線、面稱為定位基準。如圖5.3〔c〕,定位基準則是?d外圓的軸心線。⑶測量基準在工件上用以測量已加工表面位置時所依據(jù)的點、線、面稱為測量基準。如圖5.3(d)，表面E的設(shè)計基準為中心O，而測量基準為?D外圓的母線F，則此時的測量尺寸為l。⑷裝配基準在裝配時，用來確定零件或部件在機器中的位置時所依據(jù)的點、線、面稱為裝配基準。5.3.2.工件的裝夾與獲得加工精度的方法*

5.3.2.1.工件的裝夾

⑴直接找正定位的裝夾圖5.5，在大型滾齒機上滾切齒形

⑵按劃線找正裝夾工件在切削加工前，預(yù)先在毛坯表面上劃出要加工表面的輪廓線，然后按所劃的線將工件在機床上找正、夾緊。劃線時又有誤差，因此它的裝夾精度較低，一般在0.2~0.5mm之間。⑶在夾具中裝夾見右圖5.3.2.2.獲得加工精度的方法⑴機械加工中獲得工件尺寸精度的方法①試切法②定尺寸刀具法(如較刀、擴孔鉆、鉆頭等)③調(diào)整法利用機床上的定程裝置或預(yù)先調(diào)整好的刀架，使刀具相對于機床或夾具達到一定的位置精度，然后加工一批工件。④自動控制法利用一定的裝置，在工件達到要求的尺寸時，自動停止加工。具體方法有兩種：

自動測量、數(shù)字控制。⑵機械加工中獲得工件形狀精度的方法①軌跡法②成形法③相切法④展成法5.3.3定位基準的選擇*

定位基準又分為粗定位基準、精定位基準和輔助定位基準。粗基準：以未加工過的表面進行定位的基準稱粗基準，第一道工序所用的定位基準必為粗基準；精定位基準：以已加工過的表面進行定位的基準稱精基準；輔助定位基準：專為零件加工而設(shè)置的基準稱輔助定位基準（如加工軸時常用的頂尖孔等)。5.3.3.1.精基準的選擇

⑴基準重合的原則盡量選擇工序基準(或設(shè)計基準)為定位基準。重合不重合⑵基準不變的原則盡可能使各個工序的定位基準相同。⑶互為基準，反復(fù)加工的原則兩個表面相互位置精度要求較高時，則兩個表面互為基準反復(fù)加工。⑷自為基準的原則當(dāng)精加工或光整加工工序要求余量小而均勻時，可選擇加工表面本身為精基準(如精鉸孔、磨削床身導(dǎo)軌面等)。⑸應(yīng)能使工件裝夾穩(wěn)定可靠、夾具簡單一般常用面積大、精度較高和粗糙度較低的表面為精基準。5.3.3.2.粗基準的選擇

⑴選擇要求加工余量小而均勻和重要表面為粗基準，以保證該表面有足夠而均勻的加工余量好壞⑵某些表面不需要加工，則應(yīng)選擇其中與加工表面有相互位置精度要求的表面為粗基準

⑶選擇比較平整、光滑、有足夠大面積的表面為粗基準，不允許有澆、冒口的殘跡和飛邊，以確保安全、可靠、誤差小。⑷粗基準應(yīng)盡量避免重復(fù)使用（一般情況下只在第一道工序中使用）。5.4.工藝路線的擬定

5.4.1.零件各表面的加工方法及使用設(shè)備的選擇

5.4.1.1.加工方法的選擇

⑴各種加工方法的經(jīng)濟加工精度和粗糙度經(jīng)濟精度:在正常的工作條件下(包括完好的機床設(shè)備、必要的工藝裝備、標準的工人技術(shù)等級、標準的耗用時間和生產(chǎn)費用)所能達到的加工精度。各種加工方法的經(jīng)濟加工精度和粗糙度可查《金屬機械加工工藝人員手冊》。經(jīng)濟精度段II

⑵加工方法和加工方案的選擇①首先要根據(jù)每個加工表面的技術(shù)要求，確定加工方法和加工方案表5.7、表5.8、表5.9分別介紹了機械零件的三種最基本的表面(外圓表面、內(nèi)孔表面和平面)的較常用的加工方案及其所能達到的經(jīng)濟精度和表面粗糙度。②決定加工方法時要考慮被加工材料的性質(zhì)。例如，淬火鋼用磨削的方法加工；而有包色金屬則磨削困難，一般采用金剛鏜或高速精密車削的方法進行精加工。③選擇加工方法要考慮到生產(chǎn)類型。例如，平面和孔還可用拉削加工，軸類零件可采用半自動液壓仿型車床加工。④選擇加工方法還要考慮本廠（或車間）的現(xiàn)有設(shè)備情況及技術(shù)條件?！纠}5.1】表格應(yīng)用的舉例：要求孔的加工精度為IT7級，粗糙度Ra=1.6~3.2μm，確定孔的加工方案。查表5.8可有下列四種加工方案：①鉆-擴-粗鉸-精鉸②粗鏜-半精鏜-精鏜③粗鏜-半精鏜-粗磨-精磨④鉆(擴)-拉方案①用得最多(常用在大批、大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)中，但不適于加工大孔徑)；方案②用于加工毛坯本身有鑄出或鍛出的孔；方案③適用于淬火的工件；方案④適用于成批或大量生產(chǎn)的中小型零件，其材料為未淬火鋼、鑄鐵及有色金屬。5.4.1.2.設(shè)備的選擇①機床工作區(qū)域的尺寸應(yīng)當(dāng)與零件的外廓尺寸相適應(yīng)。②機床的精度應(yīng)該與工件要求的加工精度相適應(yīng)。③機床的功率、剛度和工作參數(shù)應(yīng)該與最合理的切削用量相適應(yīng)。④機床生產(chǎn)率應(yīng)該與工件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。5.4.2.加工階段的劃分*

要求較低的零件，分為粗加工和精加工兩個階段；精度要求很高、粗糙度值要求很低的零件，則常劃分為粗加工階段、半精加工階段、精加工階段和光整加工階段。

粗加工階段：是加工開始階段，在這個階段中，盡量將零件各個被加工表面的大部分余量從毛坯上切除，這個階段主要問題是如何提高生產(chǎn)率。

半精加工階段：這一階段為主要表面的精加工做好準備，切去的余量介于粗、精加工之間，并達到一定的精度和粗糙度值，為精加工留有一定的余量。

精加工階段：在這個階段將切去很少的余量，保證各主要表面達到較高的精度和較低的粗糙度值(精度IT7~IT10級、Ra≈0.8~3.2μm)。

光整加工階段：主要是為了得到更高的尺寸精度和更低的粗糙度值(精度IT5~IT9級，Ra<0.32μm)，只從被加工表面上切除極少的余量。

將工藝過程劃分粗、精加工階段的原因是：①可以及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，避免過多浪費工時；②可減少受力、受熱變形；③劃分加工階段可以合理使用機床。5.4.3.工序的劃分*①工序集中：將若干個工步集中在一個工序內(nèi)完成。②工序分散：工序的數(shù)目多，工藝路線長，每個工序所包括的工步少。

單件生產(chǎn)使工序集中；成批和大量生產(chǎn)可集中(加工中心)，也可分散。

5.4.4.工序的安排

5.4.4.1.加工順序的確定

加工順序安排原則：

先粗

加工后精加工；

先基

準面加工后其它面加工；

先主

要表面加工后次

要表面加工；

先平面加工后孔加工。5.4.4.2.熱處理及表面處理工序的安排①退火和正火可以消除內(nèi)應(yīng)力和改善材料的加工性能，一般安排在加工前進行，正火有時也安排在粗加工后進行。②對于大而復(fù)雜的鑄件，為了盡量減少由于內(nèi)應(yīng)力引起的變形，常常在粗加工后進行人工時效處理。粗加工前最好采用自然時效。③調(diào)質(zhì)處理可以改善材料的機械性能，因此許多中碳鋼和合金鋼常采用這種熱處理方法，一般安排在粗加工之后進行，但也有安排在粗加工之前進行的。④淬火處理或滲碳處理，可以提高零件表面的硬度和耐磨性，一般安排在磨削之前進行。⑤表面處理（如電鍍或發(fā)黑等）可提高零件的抗腐蝕能力，增加耐磨性，使表面美觀等，一般最后進行。5.4.4.3.檢驗工序的安排

粗加工全部結(jié)束后，精加工之前；送往其它車間加工的前后(特別是熱處理工序的前后)；重要工序的前后；最終加工之后。5.4.4.4.其它工序的安排

在加工工藝過程中，還可根據(jù)需要在一些工序的后面安排去毛刺、去磁、清洗等工序。5.5.加工余量的確定

為了保證零件圖上某表面的精度和粗糙度值，需從其毛坯表面上切去全部多余的金屬層，這一金屬層的總厚度稱為該表面的加工總余量Z總。每一工序所切除的金屬層厚度稱為工序余量Zi

n――加工該表面的工序數(shù)目

5.5.1.加工余量的概念

5.5.2.影響加工余量的因素

5.5.2.1.上工序表面質(zhì)量Ra、ta的影響

在上工序加工后的表面上或毛坯表面上，存在著表面微觀粗糙度值Ra和表面缺陷層ta(包括冷硬層、氧化層、裂紋等)。

Ra的數(shù)值可參考表5.7、5.8、5.9；

ta可參考表5.10.5.5.2.2.上工序尺寸公差(Ta)的影響

一般情況下零件的形狀和位置誤差都包括在尺寸公差范圍內(nèi)。加工余量與工序尺寸公差之間的關(guān)系見圖5.12

圖5.12(a)為外表面(被包容面)加工，本工序的基本余量Zb為：

Zb=La-Lb

式中

La:上工序的基本尺寸

Lb:本工序的基本尺寸

本工序的最大余量Zbmax為：Zbmax=Lamax-Lbmin

本工序的最小余量Zbmin為：Zbmin=Lamin-Lbmax

圖5.12(b)為內(nèi)表面(包容面)加工，則有：

Zb=Lb-LaZbmax=Lbmax-Lamin

Zbmin=Lbmin-

Lamax

從圖5.12(a)、(b)可看出，上工序的尺寸公差將影響本工序基本余量和最大余量的數(shù)值。

5.5.2.3.上工序各表面相互位置空間偏差(ρa)的影響

它包括軸線的直線度、位移及平行度；軸線與表面的垂直度；階梯軸內(nèi)外圓的同軸度；平面的平面度等。5.5.2.4.本工序加工時裝夾誤差(Δεb)的影響

此誤差除包括定位和夾緊誤差外，還包括夾具本身的制造誤差。

圖5.13為上述各種因素對車削類零件加工余量影響的示意圖。

5.5.3.確定加工余量的方法

5.5.3.1.計算法

可以確定最合理的加工余量，適用于大量生產(chǎn)。