生产制度表格-机械加工工艺规程设计教材(ppt 78页)

工业生产过程 机械加工工艺规程设计（中） ZZQ 2014-10-28 本节课内容： l拟定机械加工工艺路线的 相关问题。 l各种非传统加工方法和新 工艺、新技术。 l毛坯和定位基准的选择。 2014-10-28 今天的课程学完后，预期学习结果 ： l熟悉拟定机械加工工艺路线的各相关问题 ； l了解确定机床设备和工艺装备时的要求； l了解各种常见非传统加工方法以及新工艺 、新技术； l了解零件毛坯的种类与选择； l了解毛坯图的要求； l掌握定位基准中粗基准和精基准的定义及 其选择原则 。 2014-10-28 CDIO相关能力在今天课程中的培养： l应用基础科学知识与工程基础知识，实行工 程推理和解决问题的能力； l通过对机械加工工艺过程和工艺规程各相关 问题的了解，理解系统思维的方法，了解企 业目标和计划，提高在企业和社会环境中， 完成设计实施过程、零件制造过程和实施过 程管理的各种具体能力； l通过对各种常见非传统加工方法以及新工艺 、新技术的了解，思考如何立足于现代工程 师世界； l对各项学习任务进行合理的时间安排，有效 高质量地完成。 2014-10-28 平面的加工路线 2014-10-28 宽 刀 精 刨 2014-10-28 刮削 2014-10-28 三块平板对研(或对刮 ) 2014-10-28 平面研磨 2014-10-28 喷 丸 成 形 2014-10-28 滚轧成形 2014-10-28 加工阶段的划分 l为保证加工质量和合理地使用资源，对零件上精度 要求较高的表面，应划分加工阶段来加工，即先安 排所有表面的粗加工，再安排半精加工和精加工， 必要时安排光整加工。 l（1）粗加工阶段 主要任务是尽快切去各表面上的 大部分加工余量，要求生产率高，可用大功率、刚 度好的机床和较大的切削用量进行加工。 l（2）半精加工阶段 在粗加工的基础上，可完成一 些次要表面的终加工，同时为主要表面的精加工准 备好基准。 l（3）精加工阶段 保证达到零件的图纸要求，此阶 段的主要目标是保证加工质量。 l（4）光整加工阶段 对于质量要求很高（IT6级以上 ，表面粗糙度Ra0.2m以下）的表面，还应增加光 整加工阶段，以进一步提高尺寸精度和减小表面粗 糙度。 2014-10-28 注意: 2014-10-28 机械加工工序顺序安排 2014-10-28 机械加工工序顺序安排 l零件的加工顺序包括机械加工工序顺序 、热处理先后顺序及辅助工序。在拟定 工艺路线时，工艺人员要全面地把三者 一起加以考虑。 机械加工工序顺序的安排原则 l零件上需要加工的表面很多，往往不是 一次加工就能达到要求。表面的加工顺 序对基准的选择及加工精度有很大的影 响，在安排加工顺序时一般应遵循以下 原则： 2014-10-28 机械加工工序顺序安排 l基准先行同一方向上，若已有表 面在前面工序被加工，则选作定位基 准的表面，必须是已加工的表面，即 从第二道工序开始就必须用精基准作 主要定位面。所以，前工序必须为后 工序准备好基准。 l先粗后精指先安排各表面的粗加 工，后安排半精加工、精加工和光整 加工。从而逐步提高被加工表面的精 度和表面质量。 2014-10-28 机械加工工序顺序安排 l先主后次指先安排主要表面的加工，再 安排次要表面的加工。次要表面的加工可适 当穿插在主要表面的加工工序之间进行。当 次要表面与主要表面之间有位置精度要求时 ，必须将其加工安排在主要表面的加工之后 。 l先面后孔当零件上有平面（或大的圆柱 面等）和孔要加工时，应先加工面，再加工 孔。这样，不仅孔的精度容易保证，还不会 使刀具引偏。对于箱体类零件尤为重要。 2014-10-28 热处理等工序的安排 2014-10-28 热处理工序的安排 l在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求 和材料的性质，合理地安排热处理工序。按 照热处理的目的，分为预备热处理和最终热 处理。 l预备热处理 l正火和退火在粗加工前通常安排退火或 正火处理，消除毛坯制造时产生的内应力， 稳定金属组织和改善金属的切削性能。 l调质淬火后高温回火。经调质的钢材， 可得到较好的综合力学性能。 l时效处理主要目的是消除毛坯制造和机 械加工中产生的内应力。 2014-10-28 热处理工序的安排 l最终热处理： l淬火提高零件的硬度和耐磨性。零件淬火后，会 出现变形，所以淬火工序应安排在半精加工后精加工 前进行，以便在精加工中纠正其变形。 l渗碳淬火对于用低碳钢和低碳合金钢制造的零件 ，为使零件表面获得较高的硬度及良好的耐磨性，常 用渗碳淬火的方法提高表面硬度。渗碳淬火容易产生 变形，应安排在半精加工和精加工之间进行。 l渗氮向零件的表面渗入氮原子的过程。渗氮不仅 可以提高零件表面的硬度和耐磨性，还可提高疲劳强 度和耐腐蚀性。渗氮层很薄且较脆，故渗氮处理安排 尽量靠后，另外，为控制渗氮时变形，应安排去应力 处理。渗氮后的零件最多再进行精磨或研磨。 l表面处理（表面镀层和氧化）提高零件的抗腐蚀 性和耐磨性，并使表面美观。通常安排在工艺路线最 后。 2014-10-28 辅助工序的安排 l辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈、 去磁、平衡等。其中检验工序是主要的辅助 工序，对保证加工质量，防止继续加工前道 工序中产生的废品，起着重要的作用。除了 在加工中各工序操作者自检外，在粗加工阶 段结束后、关键工序前后、送往外车间加工 前后、全部加工结束后，一般均应安排检验 工序。 l零件机械加工的一般工艺路线为：毛坯制造 退火或正火主要表面的粗加工次要表 面加工调质（或时效）主要表面的半精 加工次要表面加工淬火（或渗碳淬火） 修基准主要表面的精加工表面处理。 2014-10-28 工序集中与工序分散 l工序集中是将零件的加工集中在少数几道工序 内完成，每一工序的加工内容比较多。 l其特点是便于采用高生产率的专用设备和工艺 装备，减少了工件的装夹次数，缩短了辅助时 间，可有效地提高劳动生产率；由于工序数目 少、工艺路线短，便于制订生产计划和生产组 织；使用的设备数量少，减少了操作工人和车 间面积；由于在一次装夹中可以加工出较多的 表面，有利于保证这些表面间相互位置精度。 l工序集中时所需设备和工艺装备结构复杂，调 整和维修困难，投资大、生产准备工作量大且 周期长，不利于转产。 2014-10-28 工序集中与工序分散 l工序分散与工序集中正好相反。 l拟定工艺路线时，应根据零件的生产类 型、产品本身的结构特点、零件的技术 要求等来确定采用工序集中还是分散。 l一般批量较小或采用数控机床、多刀、 多轴机床、各种高效组合机床和自动机 床加工加工时，常用工序集中原则。 l而大批量生产时，常采用工序分散的原 则。 2014-10-28 工序集中 2014-10-28 工序分散 2014-10-28 机床及工艺装备的选择 机床设备的选择 l机床设备的选择应做到四个适应：即所选 机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸 相适应；机床精度等级应与本工序加工要 求相适应；电动机功率应与本工序加工所 需功率相适应；机床设备的自动化程度和 生产效率应与工件生产类型相适应。 工艺装备的选择 l工艺装备（夹具、刀具、辅具、量具和工 位器具等简称工装）是产品制造过程中所 用各种工具的总称。工艺装备的选择应根 据零件的精度要求、结构尺寸、生产类型 、加工条件、生产率等合理选用。 2014-10-28 常见非传统加工方法 l电火花加工 l电火花线切割加工 l电化学加工（电解、电铸） l激光加工 l电子束、离子束加工 l超声加工 l机械设计制造及其自动化专业在高年 级还将开出一门选修的专业课：“特种 加工”，具体介绍各种“特种”即非传统 的机械加工方法。 2014-10-28 激光切割 l激光能切割的材料除金属 外，还有塑料、木材、纸 张、橡胶、皮革、陶瓷、 混凝土、纤维以及复合材 料等。 l切割效果：割缝宽度 0.20.3mm；热影响区 宽度0.040.06mm；割 缝形状平行；切割速度快 ，设备费很高；运转费低 。 l激光切割适合多品种小批 量生产。在激光切割机上 配以数控工作台，可切割 复杂形状的产品。 2014-10-28 用聚焦离子束进行单晶硅三维纳米制造 l聚焦离子束加工所获得的多级结构AFM图像 2014-10-28 新工艺、新技术 l快速原型制造技术 l微机械的制造技术 l高速切削技术 l快速原型制造技术和微机械的制造技 术在专业选修课：“特种加工”中将进一 步具体介绍。 l高速切削技术在前面（第八次课）中 已具体介绍。 2014-10-28 快速原型制造应用实例 l发动机用连杆快速模具的开发制作： 某厂通过制作连杆RP模型，采用石墨 电极整体成型技术制作连杆石墨电极 ，通过电火花加工制造连杆钢模具。 制作生产周期为3周。 2014-10-28 零件毛坯的种类 l零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工 而最后形成的。毛坯选择的正确与否，不仅 影响产品质量，而且对制造成本也有很大的 影响。因此，正确地选择毛坯有着重大的技 术经济意义。 l毛坯的种类 l毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造 方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种: l铸件 l形状复杂的毛坯，宜用铸件作毛坯。根据铸 造方法不同可分为： l1）砂型铸造 2）离心铸造 3）压力铸造 4）精 密铸造 2014-10-28 零件毛坯的种类 l锻件 l机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛 坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。自 由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作 而成形的锻件。它的精度低，加工余大，生 产率也低，适于单件小批生产及大型锻件。 l型材 l型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角 钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型 材，有冷拉和热轧两种。热轧的精度低，价 格较冷拉的便宜，用于一般零件的毛坯。冷 拉钢尺寸较小，精度高，易于实现自动送料 ，但价格贵，多用于批量较大在自动机床上 进行加工的情况。 2014-10-28 零件毛坯的种类 l焊接件 l将型钢或钢板，焊接成所需的结构，适于单 件小批生产中制造大型毛坯，其优点是制造 简便，周期短，毛坯重量轻；缺点是焊接件 抗振性差，由于内应力重新分布引起的变形 大，因此在进行机械加工前需经时效处理。 l冲压件 l在冲床上用冲模将板料冲制而成。冲压件的 尺寸精度高，可以不再进行加工或只进行精 加工,生产效率高。适于批量较大而零件厚度 较小的中小型零件。 2014-10-28 零件毛坯的种类 l冷挤压件 l在压力机上通过挤压模挤压而成。生产效率 高。冷挤压毛坯精度高，表面粗糙度值小， 可以不再进行机械加工。但要求材料塑性好 ，主要为有色金属和塑性好的钢材。适于大 批量生产中制造形状简单的小型零件。如仪 表上和航空发动机中的小型零件。 l粉末冶金 l以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压 制成型后经高温烧结而成。生产效率高，零 件精度高，表面粗糙度值小，一般可不再进 行精加工，但金属粉末成本较高，适于大批 大量生产中压制形状较简单的小型零件。 2014-10-28 毛坯的选择 l毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、 生产率、材料消耗及加工成本都有影响。提 高毛坯精度，可减少机械加工的劳动量，提 高材料利用率，降低机械加工成本，但毛坯 制造成本增加，两者是相互矛盾的。选择毛 坯应综合考虑下列因素: l零件的材料及对力学性能的要求 当零件的材 料确定后，毛坯的类型也就大致确定了。 l零件的结构形状与外形尺寸 钢质的一般用途 的阶梯轴，如台阶直径相差不大，可用棒料 ；若台阶直径相差大，则宜用锻件，以节约 材料和减少机械加工工作量。 2014-10-28 毛坯的选择 l生产类型 大批大量生产时，应选毛坯精度和生产率 都高的先进的毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸 尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机 械加工工作量，由此而节约的费用会远远超出毛坯 制造所增加的费用，获得好的经济效益。 l生产条件 选择毛坯时，应考虑现有生产条件，如现 有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。 l考虑新工艺、新技术和新材料 随着毛坯制造专业化 生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术 和新材料的应用越来越多，如精铸、精锻、冷轧、 冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这 些方法可大大减少机械加工量，节约材料，有十分 显著的经济效益，我们在选择毛坯时，应于充分考 虑，在可能的条件下，尽量采用。 2014-10-28 实例 l2009年全国大学生工程训练综合能力 竞赛要求设计两个机械加工工艺规程 ，分别针对单件小批量生产和大批大量 生产。 l我校参赛队在针对大批大量生产的机械 加工工艺规程中选用精铸新工艺生产毛 坯，大大简化了工艺规程设计的工作量 ，完成了似乎不可能完成的任务。 2014-10-28 毛坯的形状与尺寸的确定 l由于零件精度和表面质量的要求越来越高，绝大多数 情况下毛坯需经过机械加工才能达到零件的使用要求 ，因此通常毛坯尺寸比零件尺寸要大。毛坯尺寸与零 件图上相应的尺寸之差，称为加工余量。毛坯制造尺 寸的公差称为毛坯公差。毛坯余量和公差的大小与毛 坯的制造方法和制造精度有关，生产中可参考有关工 艺手册和标准确定。 l毛坯余量确定后，就可大致确定毛坯的形状和尺寸。 此外，在毛坯的制造、机械加工及热处理时，还有许 多工艺因素会影响到毛坯的形状与尺寸。如为了工件 加工时装夹方便，有些毛坯需要铸出工艺搭子（如下 页图所示，毛坯上为了满足工艺的需要而增设的工艺 凸台，工艺搭子在零件加工好后应予切除）。又如下 页图所示发动机连杆零件，为了保证加工质量，同时 也为了加工方便，常将分离零件先做成一个整体毛坯 ，加工到一定阶段后再切割分离。 2014-10-28 毛坯的形状 2014-10-28 毛坯零件综合图 l选定毛坯后，即应设计、绘制毛坯图。对于机械加 工工艺人员来说，建议设计毛坯零件综合图。毛 坯零件综合图是简化零件图与简化毛坯图的迭加图 。如下页图所示。它表达了机械加工对毛坯的期望 ，为毛坯制造人员提供毛坯设计的依据，并表明毛 坯与零件之间的关系。 l先进制造(2级)项目中，毛坯图要求画成这种毛坯 零件综合图。注意视图和剖视图的两种不同画法。 l毛坯零件综合图的内容应包括毛坯结构形状、余 量、尺寸及公差、机械加工选定的粗基准、毛坯组 织、硬度、表面及内部缺陷等技术要求。毛坯零 件综合图的具体绘制方法可参阅有关工艺手册。 2014-10-28 毛 坯 零 件 综 合 图 2014-10-28 机械加工工艺规程设计研讨课 研讨题 （现在先考虑） l现有一个矩形体零件需要加工：其毛 坯是铸件，要求每个面需粗、精加工 各一次，每次加工定为一个工序，共 12个工序。请拟定工艺路线并选择每 个工序的定位基准。 2014-10-28 思考 l零件机械加工时，需要几个定位 基准？ l注意：零件是一立体，由前述六点定位原 理，要实现完全定位，需限制工件的六个 自由度，具体对矩形体零件，需要三个定 位基准面，分别限制工件的三、二、一个 自由度。 2014-10-28 定位基准的选择 l在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未 经加工的表面作定位基准，这种定位基准称为 粗基准。在随后的工序中，用加工过的表面作 定位基准，则称为精基准。有时，为便于安装 和保证所需的加工精度，在工件上制出专门供 定位用的表面，这种定位基准称为辅助基准。 l制订工艺规程时，能否正确且合理地选择定位 基准，将直接影响到被加工零件的位置精度、 各表面加工的先后顺序，在某些情况下，还会 影响到所采用工艺装备的复杂程度和加工效率 等。 2014-10-28 思考 l零件机械加工时，若用经粗 加工的表面作定位基准，该 定位基准是粗基准还是精基 准？为什么？ 2014-10-28 定位基准选择的一般原则 l选尽可能大的面或线作为安装定位基 准。 l定位基准选择时，首先考虑保证相互 位置精度，其次考虑尺寸精度要求。 l选择零件的主要表面作为定位基准面 。 l定位基准面的选择要有利于定位准确 、夹紧可靠。 2014-10-28 定位基准的选择 2014-10-28 定位基准的选择 2014-10-28 定位基准的选择 2014-10-28 定位基准 的选择 2014-10-28 选择定位基准时的顺序 l（1）首先选择精基准 选择零件上的哪一组（ 个）表面作为精基准，方能保证零件的精度 要求？是否需要第二组（个）表面作为精基 准，以及如何进行转换？ l（2）然后选择粗基准 粗基准是为加工精基 准服务的，为了加工出上述精基准，应选择 哪一组（个）毛坯表面作为粗基准？粗精基 准的用途不同，在选择时所考虑的侧重点也 不同。下面对它们的选择原则分别加以说明 。 2014-10-28 精基准的选择原则 l在零件的机械加工过程中，除起始工序采用粗基准外 ，其余工序的主要定位面都应采用精基准。选择精基 准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加 工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。具体选 择原则为： l基准重合原则应尽量选择加工表面的工序设计基 准作为定位基准，称为基准重合原则。 l基准统一原则在零件的加工过程中，应采用同一 组精基准定位，尽可能多地加工出零件上的加工表面 。这一原则称为基准统一原则。 l自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准， 这一原则称为自为基准原则。自为基准原则多应用在 某些要求加工余量小而均匀的精加工中。 l互为基准原则对于零件上两个有位置精度要求的 表面，可以彼此互为定位基准，反复进行加工。 2014-10-28 基准重合原则 l应尽量选择加工表面的工序基准作为定位 基准，称为基准重合原则。 l例如，下页图a所示的活塞，活塞销孔轴线 垂直方向的工序基准是活塞顶。镗削活塞 销孔时，采用顶面作定位基准，能直接保 证工序尺寸A的精度，即遵循了基准重合原 则。如下页图b所示，为简化夹具结构 ，采 用活塞裙部的止口端面定位，当用调整法 加工时，直接保证的是尺寸C，而工序要求 是尺寸A ，两者不同。 2014-10-28 设计基准与定位基准的关系 2014-10-28 基准重合实例 2014-10-28 设计基准（定位基准） 若本道工序的加工精度为，则只要 A2，即可满 足加工要求 例：图示零件 加工台阶面 切削平面 （本道工序加工精度） 2014-10-28 设计基准 定位基准 若要满足加工精度必须有： 称为基准不重合误差 2014-10-28 基准统一原则 l在零件的加工过程中，应采用同一组精基准定 位，尽可能多地加工出零件上的加工表面。这 一原则称为基准统一原则。 l在实际生产中，经常采用的统一基准形式有： l轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准； l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）作统一基准； l盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔 ）作统一精基准； l套类零件用一长孔和一止推面作统一精基准。 l当采用基准统一原则无法保证加工表面的位置 精度时，应先用基准统一原则进行粗、半精加 工，最后采用基准重合原则进行精加工。这样 既保证了加工精度，又充分地利用了基准统一 原则的优点。 2014-10-28 自为基准原则 l选择加工表面本身作为定位基准，这一原 则称为自为基准原则。自为基准原则多应 用在某些要求加工余量小而均匀的精加工 中。如下页图，车床导轨面磨削时，在导 轨磨床上，用百分表找正导轨面相对机床 运动方向的正确位置，然后磨去小而均匀 的一层，以满足对导轨面的质量要求。 2014-10-28 床身导轨面自为基准定位 l1工件 2调整用楔块 3找正用百分表 4 机床工作台 2014-10-28 加工 连杆 时自 为基 准定 位 2014-10-28 互为基准原则 l对于零件上两个有位置精度要求的表面， 可以彼此互为定位基准，反复进行加工。 如加工精密齿轮时，齿面淬火后需进行磨 削。 l除上述四个原则外，选择精基准时，还应 考虑所选精基准能使工件定位准确、稳定 、夹紧方便可靠、夹具的结构简单、操作 方便。 2014-10-28 以齿形表面定位加工 1卡盘；2滚柱；3齿轮 加工 精密 齿轮 时互 为基 准定 位 2014-10-28 加工精密主轴时互为基准定位 2014-10-28 定位夹紧与夹具研讨课 研讨题（现在先考虑） l有一长度对称工件，长度方向设计基准是 其对称面，其左右两端均为平面而且不要 求加工。为保证基准重合而且加工后左右 两端面基本对称，试设计一个可用于该工 件加工的自动对中夹紧机构。（提示：可 参考自动定心的三爪卡盘，三爪卡盘采用 平面螺纹机构来实现对圆柱面的自动定心 夹紧）。 2014-10-28 粗基准的选择原则 l粗基准选择得是否合理，直接影响到各个加工 表面加工余量的分配，以及加工表面和非加工 表面的相互位置关系。粗基准一般按下列原则 进行选择： l选择非加工表面作为粗基准有些零件上的 个别表面不需要进行机械加工，为了保证加工 表面和非加工表面的位置关系，应该选择非加 工表面作为粗基准。 l选择加工余量最小表面作为粗基准当零件 上具有较多需要加工的表面时，粗基准的选择 ，应有利于合理地分配各加工表面的加工余量 。选择加工余量最小表面作为粗基准，可保证 各加工表面都有足够的加工余量。 2014-10-28 粗基准的选择原则 l选择重要表面作为粗基准为保