轴类零件加工工艺分析与设计

机械制造技术工作项目之一：轴类零件的加工工艺分析与设计,机械制造技术工作项目之一：轴类零件的加工工艺分析与设计,1.1轴类零件的功用与结构,轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。,零件的技术要求,一、表面粗糙度二、尺寸精度三、形状精度四、位置精度五、热处理,1.2轴类零件的技术要求,一、表面粗糙度,指零件的表面微观不平度。在切削加工中，由于振动、刀痕以及刀具与工件之间的摩擦，在工件已加工表面上不可避免地会产生一些微小的峰谷。即使是光滑的磨削表面，放大后也会发现高低不同的微小峰谷。表面上这些微小峰谷的高低程度称为表面粗糙度，也称微观不平度。,表面粗糙度共分14级：不加工符号：加工符号：表面粗糙度符号：Ra表面粗糙度单位：m不同的加工方法可以达到不同的表面粗糙度。要合理地在图纸上标注表面粗糙度，必须掌握各种加工方法，以及详细了解零件各表面在装配体中的功能。除了外观需要外，一般情况在满足使用要求的情况下，选用较低要求的表面粗糙度，以降低成本。,二、尺寸精度,尺寸精度是指零件加工后的实际尺寸相对于理想尺寸的准确程度。尺寸精度是用尺寸公差来控制的。尺寸公差是切削加工中零件尺寸允许的变动量。在基本尺寸相同的情况下，尺寸公差愈小，则尺寸精度愈高。反之亦然。尺寸精度由尺寸公差等级来确定。尺寸公差等级共有20个等级。,尺寸公差等级为：IT01、IT0、IT1、IT2IT3、IT4T5、IT6、IT7、IT8、IT9、IT10IT11、IT12、IT13、IT14、IT15、IT16、IT17、IT18不同的加工方法，可以达到不同的尺寸公差等级。工程技术人员要使自己的设计合理，必须掌握各种加工方法。在满足使用要求的前提下，一般选用较低的尺寸公差等级，以降低制造成本。,1.标准公差系列,公差等级标准公差共分20级:IT01、IT0、IT1、IT2、到IT18。IT国际标准公差（ISOTolerance）的缩写代号IT7表示标准公差7级。从IT01至IT18，公差等级依次降低，相应的标准公差数值依次增大。,任务1：公差等级的分析与选用,公差等级的选用,1）IT01、IT0、IT1级公差一般用于高精度量块和其它精密标准量块的尺寸。2）IT2IT5级公差用于特别精密的零件尺寸。3）IT5（孔到IT6）级公差用于高精度和重要表面的配合尺寸；4）IT6（孔到IT7）级公差用于零件较精密的配合尺寸；5）IT7IT8级用于一般精度要求的配合尺寸；6）IT9IT10级常用于一般要求的配合尺寸，或精度要求较高的与键配合的槽宽尺寸。7）IT11IT12级公差用于不重要的配合尺寸。8）IT12IT18级公差用于未注公差的尺寸。,三、形状精度,1.直线度2.平面度3.圆度4.圆柱度,1.直线度,直线度是指零件被测素线（如轴线母线、平面交线、平面内直线）直与不直的程度。,2.平面度,平面度是指零件被测平面要素平整的程度。,3.圆度,圆度是指零件的回转表面（圆柱面、圆锥面、球面等）横剖面上的实际轮廓圆和理想圆相差的程度。,4.圆柱度,圆柱度是指零件上被测圆柱轮廓表面的实际形状对理想圆柱相差的程度。,四、位置精度（基准概念）,1.平行度2.垂直度3.同轴度4.圆跳动5.对称度,1.平行度,平行度是指零件上被测要素（面或直线）相对于基准要素（面或直线）平行的程度。,1.定向位置公差平行度,被测实际要素相对于基准要素的方向成0的要求。,以平面为基准的平行度公差带,2.垂直度,垂直度是指零件上被测要素（面或直线）相对于基准要素（面或直线）垂直的程度。,定向位置公差垂直度,被测实际要素相对于基准要素的方向成90的要求。,以轴线为基准的垂直度公差带,3.同轴度,同轴度是指零件上被测回转表面的轴线相对于基准轴线同轴的程度。,定位位置公差同轴度,要求被测实际要素与基准要素同轴。,同轴度公差带,4.圆跳动,圆跳动是指零件上被测回转表面相对于以基准轴线为轴线的理论回转面的偏离度。,5.对称度,对称度常用在具有对称结构的沟或槽处，例如轴系传动中的轴径与轴上零件的配合。例如当齿轮、蜗轮、皮带轮安装在轴上时，需要靠键实现连接和传递扭矩。此时轴上的键槽和轮毂孔内的键槽必须对中心线对称，否则很难装配。,（四）形位公差的选用,(1)一般形状公差应比位置公差小：同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值。如同一平面上，平面度公差值应小于该平面对基准的平行度公差值。(2)表面粗糙度与形状公差的大概的比例关系：通常，表面粗糙度的Ra值可取为形状公差值的(20%25%)。,1.2轴类零件的技术要求,(1)加工精度1)尺寸精度轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级，精密的轴颈也可达IT5级。,2)几何精度轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。,3)相互位置精度轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为0.01-0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。,(2)表面粗糙度根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度Ra值为0.63-0.16m；配合轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5-0.63m,任务2：分析零件图，确定支撑轴颈的公差尺寸。选择加工、测量所用的刀具和量具。零件机械加工时，哪些要素应着重保障？,1.3轴类零件的材料和毛坯,常用的轴类零件材料有35、45、50优质碳素钢对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢40Cr经调质处理后具有较好的综合力学性能若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢,(2)轴类零件的毛坯,轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件。内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。,工件材料的切削加工性分级,高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料。,改善工件材料切削加工性的途径,1.进行适当的热处理将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。对于性质很软、塑性很高的低碳钢,加工时不易断屑、容易硬化。往往采用正火的办法,提高其强度和硬度、降低韧性,从而改善其切削加工性。对于硬度很高的高碳工具钢,加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的办法,降低其硬度,从而改善其切削加工性。2.改变加工条件合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。,1.4外圆表面的加工方法和加工方案,1、外圆表面的加工方法及加工精度外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。,第二节外圆表面加工,一、外圆表面的车削加工1、加工方法1)粗车主要任务：以去除余量为目的，以提高生产率为目标。切削用量：背吃刀量和进给量较大，切削速度较低；刀具参数：主偏角较大，前、后角较小，刃倾角为负值加工精度：IT12-11，Ra50-12.5,返回,2)精车主要任务：保证加工精度和表面质量。切削用量：背吃刀量和进给量较小，切削速度较高；刀具参数：前、后角较大，刃倾角为正值；加工精度：IT8-7(6)，Ra1.6-0.8,返回,3)精细车主要任务：以提高加工精度和表面质量为主要任务。切削用量：背吃刀量和进给量极小，切削速度很高；刀具参数：一般采用立方氮化硼、金刚石等超硬材料刀具进行加工。加工精度：IT6级以上，Ra0.4-0.05用途：多用于有色金属工件的精密加工。,返回,二、外圆表面的磨削加工1、加工方法1)工件有中心支承的外圆磨削纵向进给磨削特点：磨削精度较高，表面粗糙度较小，生产率较低适用：单件小批量生产中磨削较长的外圆表面横向进给磨削(切入磨法)特点：加工精度低，表面粗糙度较大，生产率较高适用：大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面成形表面。,返回,2)工件无中心支承的外圆磨削（无心磨削）,返回,2、外圆磨削的尺寸控制：加工过程中主动测量。3、外圆磨削加工的工艺特点及应用范围工艺特点：磨粒硬度高，能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件表面；能切除极薄极细的切屑，修正误差的能力强，加工精度高，表面粗糙度较小。应用范围：广泛用于精加工，但不适于加工塑性较大的材料。新形高速磨削和高效磨削得到发展。,返回,三、外圆表面的精整、光整加工定义：精加工后，从工件表面上不切除或切除极薄金属层，用以提高加工表面的尺寸和形状精度、减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。目的：减小表面粗糙度。（提高尺寸精度和形状精度）分类：研磨、超精加工、滚压、抛光,返回,1、研磨,1）原理2)研具：比工件材料软，常用硬度为120-160HBS的铸铁3)研磨剂：磨料、研磨液、表面活性物质磨料：刚玉、碳化硅、碳化硼等。研磨液：煤油、汽油、机油、工业甘油等；表面活性物质：油酸、硬脂酸,返回,4)分类：手工研磨、机械研磨5)工艺特点：设备和研具简单、成本低、容易保证质量。具有较强的对误差与缺陷的修正能力，能提高加工表面的尺寸精度、形状精度和减小表面粗糙度。但不能提高位置精度，生产率较低。6)应用：可加工钢、铸铁、硬质合金、光学玻璃、陶瓷等多种材料。,返回,2、超精加工1)原理：2）工艺特点：设备简单、自动化程度高、操作简便、生产效率高。能减小表面粗糙度，但不能提高工件的加工精度。,返回,任务3：分析确定下列轴零件的加工方案,外圆表面加工方案,车削加工方案的确定,一般根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件表面的车削加工方法及加工方案。(1)加工精度为IT7IT8级、Ra0.81.6m的除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案加工。(2)加工精度为IT5IT6级、Ra0.20.63m的除淬火钢以外的常用金属，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。(3)加工精度高于IT5级、Ra60m/min)切削时，切削温度较高，这两种情况的摩擦系数均较小，故不易形成积屑瘤。中速(vc20m/min)时，积屑瘤的高度达到最大值。,5切屑的类型与控制,切屑的类型与控制,带状切屑,节状切屑,粒状切屑,崩碎切屑,图3-6切屑形态照片,切屑的类型与控制,为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果（图3-7）,图3-7切屑的卷曲,图3-8断屑的产生,断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置，图3-8）,切削用量的合理选择,切削深度ap尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分2次走刀，第一次取2/33/4进给量f粗切时根据工艺系统强度和刚度确定(计算或查表)精切时根据加工表面粗糙度要求确定(计算或查表)切削速度v根据规定的刀具耐用度确定(计算或查表),切削用量的合理选择,切削液的合理选择,切削液的作用冷却，降低切削温度；冷却快慢：水、乳化液、油润滑，减少摩擦，提高刀具寿命，提高加工质量；切削液在切屑、工件与刀具界面之间形成边界润滑清洗与防锈。,切削液的合理选择,切削液的选用水溶液，主要起冷却作用。切削油，主要起润滑作用。乳化液，使用较广，由乳化剂加水配制而成。含水多的主要起冷却作用，用于粗加工和磨削，浓度高的主要起润滑作用，适于精加工。极压切削油和极压乳化液。,车削刀具,车刀的种类和用途,刀具的种类,2、刀具类型：（1）按进刀方向：左、右、中间进刀；（2）按加工位置：内孔、外圆、端面；（3）按加工形状：槽、螺纹、仿形。,车刀内孔用,按机床的加工性质和所用刀具分12大类：,项目任务5：金属切削机床基本知识,每一类又按结构、性能和工艺特点细分为10个组(表2-2)，每个组又分10个系，组别、系别代号用09表示。前一位表示组别，后一位表示系别。同类机床按通用性程度分：通用机床、专门化机床、专用机床按加工精度分：普通精度、精密(M)和高精度(G)机床按自动化程度分：手动、机动、半自动和自动机床按重量与尺寸分：仪表、中型、大型、重型和超重型机床按机床主要工作部件的数目分：单轴、多轴、单刀、多刀机床,表2-1机床的类别代号,表2-3通用特性代号,机床特性代号,机床的分类与型号,机床主参数、设计顺序号和第二主参数用主参数或第二主参数值的1/10或1/100表示机床的重大改进顺序号按A、B、C的顺序选用,例如CA6140型卧式车床的代号意义为：CA6140,机床的分类与型号,尺寸参数指机床的主要结构尺寸，表示机床的加工范围，包括主参数、第二主参数和其他参数。运动参数指机床执行件运动速度。回转运动机床，为主轴的最高、最低转速n(r/min)；直线运动机床，为工作台或滑枕每分钟往返次数；进给运动的最大、最小进给量。动力参数指驱动机床运动的电动机功率。应根据切削用量和传动系统的效率来确定。精度参数如主轴回转精度、工作台定位精度等。,机床的分类与型号,表2-4常用机床的主参数和第二主参数,机床的分类与型号,普通车床,1主轴箱2夹盘3刀架4后顶尖5尾座6床身7光杠8丝杠9溜板箱10底座11进给箱,机床的组成,机床的组成,机床的组成,立式加工中心,机床的组成,项目任务6工件定位基准与装夹分析,基准,确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。,在设计图样上所采用的基准,图2-8定位支座零件,基准,在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,图2-9a支座零件第1工序（车削）,基准,图2-9b支座零件第1工序（钻孔）,基准,图2-9c支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）,基准,图2-9c支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）,基准,图2-9d支座零件第4工序（磨内孔、端面）,图2-9e支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）,工件装夹,划线找正装夹（图2-11）精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直接找正装夹（图2-10）精度高，效率低，对工人技术水平高,夹具装夹（图2-12）精度和效率均高，广泛采用,定位使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变,工件装夹,工件装夹,图2-12工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,定位原理,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度,将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。,任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度用表示,与理论力学、机构学自由度概念差别位置不定度夹紧与定位概念分开工件、夹具是弹性体,两点注意：,“点”的含义对自由度的限制，与实际接触点不同,定位原理,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。,完全定位与不完全定位,定位原理,欠定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,定位原理,过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,定位原理,过定位分析（桌子与三角架）,图2-17过定位分析,定位原理,过定位讨论,定位原理,图2-22a过定位引起夹紧变形,2.4.3定位原理,图2-22b过定位处理分析,定位原理,图2-24工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。图2-24给出了平面定位的几种情况。,定位方法与定位元件,图2-25工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图2-25。,定位方法与定位元件,图2-26工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,定位方法与定位元件,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图2-27为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的5个自由度。,定位方法与定位元件,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为1的表面为第三定位基准面或止动面。,定位方法与定位元件,定位误差,定位误差的概念,定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。,1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如图2-29所示例子。,2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。,定位误差,定位误差,定位误差计算,在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。,项目任务7：机械加工工艺的分析与制定,一、零件(产品）的生产过程,生产过程包括：1)原材料的运输、保管和准备；2)生产的准备工作；3)毛坯的制造；4)零件的机械加工与热处理；5)零件装配成机器；6)机器的质量检查及运行试验；7)机器的油漆、包装和入库。,2.工艺过程,1)毛坯制造工艺过程2)机械加工工艺过程3)热处理工艺过程4)装配工艺过程,二、机械加工工艺过程的组成,1.工序一个或一组工人在一个工作地（机械设备）对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。,例：,图71阶梯轴,讨论：,生产规模不同，工序的划分不一样。,二、机械加工工艺过程的组成,2.安装工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。,例：,图71阶梯轴,两次,两次,一次,一次,一次,一次,一次,讨论：,安装次数多好还是少好？,二、机械加工工艺过程的组成,3.工步工步是指在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序内容。,例：,图71阶梯轴,四个,五个,一个,两个,三个,两个,一个,二、机械加工工艺过程的组成,4.走刀在一个工步中，有时因所需切除的金属层较厚而不能一次切完，需分几次切削，则每一次切削称为一次走刀。,二、机械加工工艺过程的组成,5.工位为了完成一定的工序内容，工件一次装夹后，与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。,二、机械加工工艺过程的组成,5.工位,图73在三个工位上钻、铰圆盘零件上的孔,工件,机床夹具回转部分,夹具固定部分,分度机构,例：,三、生产纲领与生产类型,1.生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量。零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：,式中Q产品的年生产纲领，单位：台/年；n每台产品中所含零件的数量，单位：件/台；a%备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要；b%废品率。,三、生产纲领与生产类型,2.生产类型及其工艺特征生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为：1）大量生产2）成批生产3）单件生产,四、制定机械加工工艺规程的步骤,1.根据零件的生产纲领确定生产类型2.对被加工零件进行工艺分析3.确定毛坯4.拟定工艺路线什么是工艺路线？工艺路线就是零件从毛坯到成品所经过工序的先后顺序。定位基准的选择表面加工方法的选择加工阶段的划分工序顺序的安排工序集中与分散的安排,五、制定机械加工工艺规程的步骤,1.根据零件的生产纲领确定生产类型2.对被加工零件进行工艺分析3.确定毛坯4.拟定工艺路线5.确定各工序所用的设备和工艺装备6.确定加工余量、工序尺寸及公差7.确定切削用量及时间定额8.填写工艺文件,子任务1：工艺路线的分析与拟订,1.基准分类,设计基准：根据零件使用要求确定的基准，标注在设计图样上。工艺基准：零件在加工过程中采用的基准。工序基准：工序图上确定本工序加工尺寸的基准。定位基准：加工时用于工件定位。测量基准装配基准粗基准：未经机械加工的表面作为定位基准。精基准：经过机械加工的表面作为定位基准。附加基准：根据加工需要专门设计的定位基准。如轴的顶尖孔，壳体的工艺孔或工艺凸台等。,附加基准,工艺凸台,A向,A,一、定位基准的选择,1.粗基准的选择,保证相互位置要求原则若工件上加工面与不加工面的相互位置有要求，则应以不加工面为粗基准。,余量均匀分配原则若工件某重要表面加工余量要求均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。,粗基准选择比较,便于工件装夹原则粗基准面尽可能平整、足够大。,粗基准一般不重复使用原则,2.粗基准的选择,2.精基准的选择,基准重合原则选用被加工面的设计基准作为精基准。,基准统一原则各工序尽可能用同一个基准。有利于保证各加工面间的位置精度；可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。,互为基准原则,主轴零件精基准选择,2.精基准的选择,二、加工方法的选择,选择加工方法应考虑的因素：1）各加工表面所要达到的加工技术要求；2）工件所用材料的性质、硬度和毛坯的质量；3）零件的结构形状和加工表面的尺寸；4）生产类型；5）车间现有设备情况；6）各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度等。,外圆表面加工方案,三、加工阶段的划分,1.粗加工阶段2.半精加工阶段3.精加工阶段4.光整加工阶段,四、工序内容的合理安排,1.工序集中如果在每道工序中所安排的加工内容多，则一个零件的加工就集中在少数几道工序里完成，这样，工艺路线短，工序少，称为工序集中。,四、工序内容的合理安排,2.工序分散如果在每道工序中所安排的加工内容少，把零件的加工内容分散在很多工序里完成，则工艺路线长，工序多，称为工序分散。,五、安排加工顺序的原则,1.机械加工工序的安排1）先基面后其它2）先主后次3）先粗后精4）先面后孔,五、安排加工顺序的原则,2.热处理工序的安排1）预备热处理：为了改善工件材料机械性能和切削加工性能的热处理（正火、退火、调质），应安排在粗加工以前或粗加工以后，半精加工之前进行；2）时效处理：为了消除工件内应力的热处理，安排在粗加工以后，精加工以前进行；3）最终热处理：为了提高工件表面硬度的淬硬处理，一般都安排在半精加工之后，磨削等精加工之前进行；,五、安排加工顺序的原则,2.热处理工序的安排4）当工件需要渗碳淬火时，由于高温渗碳会使工件产生较大的变形，故常将渗碳工序放在次要表面加工之前进行，待次要表面加工完毕之后再进行淬火，以减少次要表面的位置误差；5）氮化、氰化等热处理工序，可根据零件的加工要求安排在粗、精磨之间或精磨之后进行；6）表面装饰性镀层、发兰、发黑处理，一般都安排在机械加工完毕之后进行。,五、安排加工顺序的原则,3.辅助工序的安排如：检验工序动平衡去磁去毛刺倒钝锐角边,子任务2：拟定工艺路线,图所示方头小轴，中批生产，材料为20Cr，要求12h7mm段渗碳（深0.8mm1.1mm），淬火硬度为50HRC55HRC，试拟定其工艺路线。,方头小轴,拟定工艺路线,1.分析零件图;2.加工方法;3.拟订工艺路线。,图7-14方头小轴,子任务3：加工余量、工序间尺寸及公差的确定,工序(工步)余量某一表面在某一工序(工步)中所切材料层厚度。对于轴表面,对于孔表面,式中Zb本工序余量；a本工序加工前尺寸b本工序尺寸。,1.加工余量加工表面应切材料层厚度。,子任务3：某阶梯轴上一轴颈，加工后要达到50h5（0-0.011）mm，表面粗糙度Ra为0.04m，并要求进行高频淬火，毛坯为锻件。计算该加工表面的工序间尺寸及公差。解：（1）拟定工艺路线：粗车半精车高频淬火粗磨精磨研磨；（2）查手册确定各工序的加工余量、经济精度、表面粗糙度；（3）计算各工序的工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸。,返回,子任务4：某车床主轴箱主轴孔的设计尺寸是：100H7（0+0.035）mm，Ra0.8m。材料为HT200。确定加工主轴孔的各工序尺寸及公差。解：（1）确定该孔的加工工艺路线为：粗镗半精镗精镗金刚镗。（2）查表确定各工序的加工余量及经济精度。（3）计算工序尺寸及公差。,返回,确定工序尺寸的一般方法,1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；5）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。,归纳小结：工序尺寸确定,强化练习,图小轴,子任务3：如图所示小轴零件，毛坯为普通精度的热轧圆钢，装夹在车床前、后顶尖间加工，主要工序：下料车端面钻中心孔粗车外圆精车外圆磨削外圆。,表工序尺寸及公差的计算（单位：mm）,项目任务9：工艺尺寸链分析与计算,尺寸链基本概念,尺寸链定义,在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链,工艺尺寸链在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链,尺寸链基本概念,尺寸链基本概念,尺寸链的环,封闭环在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）,指组成尺寸链的每一个尺寸,增环该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环,组成环尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的,减环该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环,确定尺寸链中封闭环（因变量）和组成环（自变量）的函数关系式,图示尺寸链中，尺寸A0是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中，A1为增环，A2为减环。,尺寸链基本概念,尺寸链方程为：,基本尺寸计算公式,直线尺寸链极值算法公式,（5-22）,偏差计算公式,公差计算公式,平均尺寸计算公式,（5-23）,（5-24）,（5-25）,（5-26）,尺寸链计算方法,图5-30所示零件，尺寸A0不好测量，改测尺寸A2，试确定A2的大小和公差,子任务6：,几种常见工艺尺寸链形式,工序基准是尚待加工的设计基准,1)拉内孔至；,2)插键槽，保证尺寸x；,试确定尺寸x的大小及公差。,3)热处理,建立尺寸链如图b所示，H是间接保证的尺寸，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：,4)磨内孔至，同时保证尺寸。,a）b）图5-31键槽加工尺寸链,【解】,几种常见工艺尺寸链形式,基本尺寸计算公式,直线尺寸链极值算法公式,（5-22）,偏差计算公式,公差计算公式,平均尺寸计算公式,（5-23）,（5-24）,（5-25）,（5-26）,归纳小结：尺寸链计算方法,项目一之任务10：阶梯轴的加工工艺分析与设计,图所示阶梯轴，小批生产，材料为45，调质处理HBS217255，试拟定其工艺路线，并确定轴颈各工序尺寸。,子任务1：1）分析零件技术要求，确定加工方案2）划分加工阶段3）选择定位基准4）安排热处理工序5）安排加工工序,归纳小结：拟定工艺路线,1）确定加工方案轴类在进行外圆加工时，会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。传动轴大多是回转面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴的Q、M、P、N段公差等级较高，表面粗糙度值较小，应采用磨削加工。其它外圆面采用粗车、半精车、精车加工的加工方案。,2）划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔）、半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨Q、M、P、N段外圆。各加工阶段大致以热处理为界。,3）选择定位基准轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是两中心孔。采用两中心孔作为定位基准不但能在一次装夹中加工出多处外圆和端面，而且可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，符合基准统一的原则。在粗加工外圆和加工长轴类零件时，为了提高工件刚度，常采用一夹一顶的方式，即轴的一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔，此时是以外圆和中心孔同作为定位基面,4）热处理工序安排该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。,5）加工工序安排应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等。另外还应注意：外圆表面加工顺序应为：先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后、外圆精磨之前。这样既可保证花键、键槽的加工质量，也可保证精加工表面的精度。轴上的螺纹一般有较高的精度，其加工应安排在工件局部淬火之前进行，避免因淬火后产生的变形而影响螺纹的精度。该轴的加工工艺路线为：毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削。,子任务2：1）确定工序尺寸2）选择设备工装3）填写工艺卡片,归纳小结：加工顺序的安排,加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况,选择工件的定位和安装方式,重点保证工件的刚度不被破坏,尽量减少变形,因此制定零件车削加工工序顺序需遵循下列原则。(1)先加工定位面，即上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面，不能互相影响。(2)制定零件的整个工艺路线就是从最后一道工序开始往前推，按照前工序为后工序提供基准的原则先大致安排。(3)根据加工精度要求的情况,可将粗、精加工合为一道工序。对精度要求高，粗精加工需分开进行的，先粗加工后精加工。(4)以相同定位、夹紧方式安装的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、夹紧次数及空行程时间。(5)在一次安装加工多道工序中,先安排对工件刚性破坏较小的工序。,归纳小结：确定工序尺寸,毛坯下料尺寸：65265；粗车时，各外圆及各段尺寸按图纸加工尺寸均留余量2mm；半精车时，螺纹大径车到，44及62台阶车到图纸规定尺寸，其余台阶均留0.5mm余量。铣加工：止动垫圈槽加工到图纸规定尺寸，键槽铣到比图纸尺寸多0.25mm，作为磨销的余量。精加工：螺纹加工到图纸规定尺寸M241.5-6g，各外圆车到图纸规定尺寸。,选择设备工装外圆加工设备：普通车床CA6140磨削加工设备：万能外圆磨床M1432A铣削加工设备：铣床X52,任务11：蜗杆轴的加工工艺分析与设计,图为一蜗杆轴，小批量生产，材料选用40Cr钢，调质处理HBS217255，试拟定其工艺路线，并确定轴颈各工序尺寸。,子任务1：1）分析零件技术要求，确定加工方案2）划分加工阶段3）选择定位基准4）安排热处理工序5）安排加工工序,归纳小结：加工顺序的安排,加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况,选择工件的定位和安装方式,重点保证工件的刚度不被破坏,尽量减少变形,因此制定零件车削加工工序顺序需遵循下列原则。(1)先加工定位面，即上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面，不能互相影响。(2)制定零件的整个工艺路线就是从最后一道工序开始往前推，按照前工序为后工序提供基准的原则先大致安排。(3)根据加工精度要求的情况,可将粗、精加工合为一道工序。对精度要求高，粗精加工需分开进行的，先粗加工后精加工。(4)以相同定位、夹紧方式安装的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、夹紧次数及空行程时间。(5)在一次安装加工多道工序中,先安排对工件刚性破坏较小的工序。,项目任务12：机械加工质量分析与控制,机械加工质量分析与控制,尺寸精度形状精度位置精度,表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）,加工精度,表面质量,加工质量相关知识,机械加工精度,1.加工精度指零件加工后实际几何参数与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。2.加工误差指零件加工后实际几何参数与理想几何参数的偏离程度。加工误差的大小反映加工精度的高低。几何参数：尺寸、形状及几何元素间的相互位置。,加工精度与加工误差,直线绝对直、圆等；表面绝对平面、圆柱面等；位置绝对平行、垂直；尺寸位于公差带中心。,4、获得加工精度的方法,1)获得尺寸精度的方法,试切法,定尺寸刀具法,调整法,自动控制法,5.获得加工精度的方法,2)获得形状精度的方法,刀尖轨迹法,3)获得位置精度的方法,成形刀具法,展成法,直接找正,划线找正,夹具定位,1.4影响加工精度的因素,原始误差即工艺系统误差。,原始误差构成,1.6机床误差,指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的偏移量。为便于研究，将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式（如图）。,（1）轴向窜动它主要影响工件的端面形状和轴向尺寸精度。（2）径向跳动主要影响加工工件的圆度和圆柱度。（3）角度摆动对工件的形状精度影响很大，如车外圆时，会产生锥度。,包括：导轨在水平面内的直线度；导轨在垂直面内的直线度；前后导轨平行度（扭曲）；导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）等,5.1.6机床误差,导轨导向误差对加工精度的影响,导轨水平面内的直线度误差在误差敏感方向，影响显著；导轨垂直面内的直线度误差在误差非敏感方向，影响小；导轨扭曲对加工精度的影响显著（如图）,1.6机床误差,四、工艺系统受力变形刚度对加工误差的影响（一）基本概念由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形（弹性变形及塑性变形）。这种变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。,子任务1：图示为加工好的轴，分析下列误差产生的原因。,(1)当导轨中部向后凸出时，工件产生鼓形（中凸形）；(2)在两顶尖间车削细长轴时，由于工件细长，刚度小，在切削力作用下，工件呈中间粗、两头细的腰鼓形。(3)如当导轨中部向前凸出时，工件产生鞍形（中凹形）。(4)在两顶尖车削粗而短的光轴时，由于工件刚度较大，切削力作用下的机床头、尾架（包括顶尖）和刀架（包括刀具）的变形。工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。,在内圆磨床上磨削加工盲孔时（如图），试推想孔表面可能产生怎样的加工误差，并说明理由？,车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会形成腰鼓形的圆柱度误差。又如在内圆磨床上用横向切入磨孔时，由于磨头主轴弯曲变形，使磨出的孔会带有锥度的圆柱度误差。,提高工件刚度，减少受力变形切削力引起的加工误差，往往是由于工件本身刚度不足或工件各个部位结构不均匀而产生的。特别是加工叉类、细长轴等结构的零件，非常容易变形，在这种情况下，提高工件的刚度就是提高加工精度的关键。其主要措施是缩小切削力作用点到工件支承面之间的距离，以增大工件加工时的刚度。车削细长轴时采用中心架或跟刀架以增加工件的刚度。,3、合理装夹工件，减少夹紧变形,4、减小切削力及其变化合理地选择刀具材料，增大前角和主偏角，对工件材料进行合理的热处理以改善材料的加工性能等，都可使切削力减小。,项目一之任务13：细长轴的加工工艺分析与设计,(1)车两端面取总长1697mm,修正两端面中心孔,要求60锥面的表面粗糙度Ra值为2.5m(2)车外圆60处到,，滚珠螺纹大径54处车至,车锥度1:12,留磨量1.11.2mm,车螺纹M331.57h大径至,车螺纹M391.57h大径至,粗磨滚珠螺纹大径至,磨60外圆至,磨滚珠螺纹大径,磨其余各外圆,均留磨量0.650.75mm,磨出两端垂直度为0.005mm及表面粗糙度Ra值为1.25m的肩面,磨M391.57h螺纹大径至,M331.57h螺纹大径至,磨滚珠丝杠底槽至尺寸,粗磨滚珠丝杠螺纹,留磨量(三针测量仪M=,磨60外圆至,磨,外圆至,半精磨滚珠螺纹,留精磨余量(三针测量仪M=,磨60外圆(磨出即可),磨滚珠螺纹大径至图样要求,全长圆柱度0.02mm,磨,(1)车两端面取总长1697mm,修正两端面中心孔,要求60锥面的表面粗糙度Ra值为2.5m(2)车外圆60处到,，滚珠螺纹大径54处车至,车锥度1:12,留磨量1.11.2mm,车螺纹M331.57h大径至,车螺纹M391.57h大径至,粗磨滚珠螺纹大径至,磨60外圆至,磨滚珠螺纹大径,磨其余各外圆,均留磨量0.650.75mm,磨出两端垂直度为0.005mm及表面粗糙度Ra值为1.25m的肩面,磨M391.57h螺纹大径至,M331.57h螺纹大径至,磨滚珠丝杠底槽至尺寸,粗磨滚珠丝杠螺纹,留磨量(三针测量仪M=,磨60外圆至,磨,外圆至,半精磨滚珠螺纹,留精磨余量(三针测量仪M=,磨60外圆(磨出即可),磨滚珠螺纹大径至图样要求,全长圆柱度0.02mm,磨,机械制造技术工作项目二：套类零件的加工工艺分析与设计,复习与回顾,拟定工件工艺路线的具体内容工艺路线就是零件从毛坯到成品所经过工序的先后顺序。定位基准的选择表面加工方法的选择加工阶段的划分工序顺序的安排工序集中与分散的安排,探索与思考,套类零件和轴类零件的加工方法有何不同？轴类零件的加工方法主要是车削和磨削，套类零件：车削、钻削,图为轴承套，材料为ZQSn6-6-3，小批生产，试拟定其工艺路线，并确定外圆面各工序尺寸。,机械制造技术工作项目二之任务1：钻削分析与短套零件的加工工艺设计,相关理论与实践知识,1、套筒类零件的功用及结构特点套筒类零件是指在回转体零件中的空心薄壁件，是机械加工中常见的一种零件，在各类机器中应用很广，主要起支承或导向作用。,外圆直径d一般小于其长度L，通常L/d5；内孔与外圆直径之差较小，故壁薄易变形；内外圆回转面的同轴度要求较高；结构比较简单。,1、套筒类零件的功用及结构特点,相关理论与实践知识,2、套筒类零件的材料、毛坯及热处理套筒类零件一般用钢、铸铁、青铜或黄铜和粉末冶金等材料制成。,套类零件的毛坯制造方式的选择与毛坯结构尺寸、材料、和生产批量的大小等因素有关。孔径较大（一般直径大于20mm）时，常采用型材（如无缝钢管）、带孔的锻件或铸件；孔径较小（一般小于20mm）时，一般多选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件；,3、套筒类零件的加工套筒类零件的加工表面主要有端面、外圆表面、内圆（孔）表面。端面和外圆加工，通常在车床上进行，相对比较容易。常用的孔加工方法有：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔四大类。,(1)钻孔加工的工艺特点钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法，通常采用麻花钻在钻床或车床上进行钻孔，但由于钻头强度和刚性比较差，排屑较团难，切削液不易注入，因此，加工出的孔的精度和表面质量比较低，般精度为IT11IT13级，表面粗糙度Ra为5012.5m。钻孔主要用于精度低于IT11级以下的孔加工；或用作精度要求较高的孔的预加工。,在钻孔时钻头往往容易产生偏移其主要原因是：切削刃的刃磨角度不对称；钻削时工件端面钻头没有定位好；工件端面与机床主轴线不垂直等。,为了防止和减少钻孔时钻头偏移，工艺上常用下列措施：钻孔前先加工工件端面，保证端面与钻头中心线垂直。先用钻头或中心钻在端面上预钻一个凹坑，以引导钻头钻削。刃磨钻头时，使两个主切削刃对称。钻小孔或深孔时选用较小的进给量，钻头不易产生弯曲而引起偏移。采用钻套来引导钻头。,（2）扩孔扩孔是用扩孔刀具对已钻的孔作进一步加工，以扩大孔径并提高精度和降低粗糙度。扩孔后的精度可达ITl0ITl3级，表面粗糙度Ra6.33.2。通常采用扩孔钻扩孔，扩孔钻与麻花钻相比，没有横刃，工作平稳，容屑槽小，刀体刚性好，工作中导向性好，故对于孔的位置误差有一定的校正能力。扩孔通常作为铰孔前的预加工，也可作为孔的最终加工。,（3）铰孔铰孔是对未淬火孔进行精加工的一种方法。铰孔时，因切削速度低，加工余量少，使用的铰刀刀齿多，结构特殊(有切削和校正部分)、刚性好、精度高等因素，故铰孔后的质量比较高，孔径尺寸精度一般为IT7ITl0级。铰孔分手铰和机铰，手铰尺寸精度可达IT6级，表面粗糙度Ra为0.40.2。铰孔主要用于加工中小尺寸的孔，孔径一般在3150mm范围。铰孔时以本身孔作导向，故不能纠正位置误差，因此，孔的有关位置精度应由铰孔前的预加工工序保证。,子任务1：1）分析零件技术要求，确定加工方案2）划分加工阶段3）选择定位基准4）选择装夹方法,子任务2：1）确定工序尺寸2）填写工艺卡片,任务驱动分组练习,1）确定加工方案套类在进行加工时，会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。内孔面是重要加工表面，需经粗加工，半精加工和精加工等四个加工阶段才能完成。,归纳小结：拟定工艺路线,2）选择定位基准套类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是法兰凸台端面，内孔。采用法兰凸台端面，内孔作为互为基准可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，