数控加工工艺与编程第二章.ppt

第2章数控加工的工艺基础,本章提要本章所要解决的重点是:在现有的生产条件下如何采用经济有效的加工方法，并将若干加工方法以合理路径安排以获得符合产品要求的零件。学习本章，首先需要掌握工序与安装、工位、工步、走刀、基准、生产过程与机械加工过程等概念，在此基础上将重点学习机械加工工艺规程的作用、内容及编制方法。,2.1.基本概念,一、生产过程与机械加工工艺过程生产过程包括：产品设计、生产准备、原材料的运输和保管、毛坯制造、机械加工、热处理、装配和调试、检验和试车、喷漆和包装等。生产过程的实质是由原材料（或半成品）变为产品的过程。因此一个工厂的生产过程，又可按车间分成若干个车间的生产过程。,工艺过程：生产过程中直接改变加工对象的尺寸、形状、表面质量、性能以及相对位置关系的过程。,铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程热处理工艺过程装配工艺过程：零件装配成部件或产品的过程，称为装配工艺过程。机械加工工艺过程：用机械加工的方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和性能等，使之变为合格零件。工艺规程：将工艺过程的有关内容写在工艺文件中，用以指导生产，这些工艺文件称为工艺规程,机械加工工艺系统机械加工工艺系统由金属切削机床、刀具、夹具和工件四个要素组成，它们彼此关联、互相影响。该系统的整体目的是在特定的生产条件下，在保证机械加工工序质量的前提下，采用合理的工艺过程，降低该工序的加工成本。,2.1.2工艺过程的组成,机械加工工艺过程是由若干个顺次排列的工序组成。工序又可分为安装、工位、工步和走刀。毛坯顺次通过这些工序就变成了成品或半成品。1.工序是指一个（或一组）工人在同一个工作地对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。工人、工作地和工件三不变加上连续完成是构成工序的四个要素，工序是组成工艺过程的基本单元。,工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。,2.安装,工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置并给予固定，这个过程称为装夹，一次装夹所完成的那部分加工过程称为安装。安装是工序的一部分。每一个工序可能有一次安装，也可能有几次安装。如表5.l中第一工序，若对一个工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要两次安装（分别对两端进行加工），每次安装有两个工步（车端面和钻中心孔）。在同一工序中，安装次数应尽量少，既可以提高生产效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。,3.工位,为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在机床上占有不同的位置进行连续加工，每一个位置所完成的那部分工序，称一个工位。采用多工位加工，可以提高生产率和保证被加工表面间的相互位置精度。,工件在机床上占据每一个位置所完成的加工,4.工步,指在加工表面、刀具和切削速度和进给量均保持不变的情况下完成的部分内容。有时为提高生产率，常用几把刀具同时分别加工几个表面，该工步称为复合工步。,工序、安装、工位、工步和走刀之间的关系如下：,5.走刀,被加工的某一表面，由于余量较大或其它原因，在切削用量不变的条件下，用同一把刀具对它进行多次加工，每加工一次，称一次走刀。走刀是构成工艺过程的最小单元。,在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。,2.1.3生产纲领和生产类型及其工艺特征,1、生产纲领零件的生产纲领可按下式计算：N零=Nn（1a）（1十）式中N零零件的生产纲领（件年）；N产品的生产纲领（台年）；n每台产品中包含该零件的数量（件台）；a该零件备件的百分率；该零件废品的百分率。,一、生产纲领和生产类型,2、生产类型,生产类型对工艺过程有着重要影响。当生产类型不同时，生产组织和生产管理、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺装备（刀、夹、量具）、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制订工艺路线之前必须明确该产品的生产类型。,（1）单件生产,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：,单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。例如，重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。,（2）成批生产,一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。例如，机床制造就是比较典型的成批生产。每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为：小批生产-其工艺过程的工艺特点和单件小批生产相似；大批生产-其工艺过程的特点和大量生产相似；中批生产-其工艺过程的特点则介于单件小批生产和大批大量生产之间。,（3）大量生产,产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都是以大量生产的方式进行。,各种生产类型的工艺过程的特点可归纳成表。,2.2机械加工工艺规程的制定,是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺装备及工艺措施切削用量及工时定额、工人等级等。,1、机械加工工艺规程,合理的工艺规程是依据工艺理论和必要的工艺实验及实践制订出来的。是组织生产和管理工作的技术依据，是保证产品质量，稳定生产秩序的重要工艺文件，是新建和扩建工厂或车间的技术依据。,1.工艺规程的作用,工艺规程的作用主要有以下几方面：（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据（3）工艺规程是新建、扩建或改建机械制造厂的主要技术资料。,2、制定机械加工工艺规程的原则和步骤,工艺规程的设计原则,(1)质量第一原则,(2)效益优先原则,(3)效率争先原则,（1）准备性工作阶段研究和分析零件的工作图，首先明确零件在产品中的作用、地位和工作条件，并找出其主要的技术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺审查。如果在审查过程中认为不合理或者是错误及遗漏，可提出修改意见。根据零件的生产纲领确定零件的生产类型；确定毛坯的种类，在大批、大量生产中，常采用精度和生产率较高的毛坯制造方法，如金属型铸造、精密铸造、模锻、冷冲压、粉末冶金等，使毛坯的形状更接近于零件的形状。因此可大量减少切削加工的劳动量，甚至可不需要进行切削加工，从而提高了材料的利用率，降低了机械加工的成本。在单件小批生产中，一般采用木模手工砂型铸造和自由锻造，因此毛坯的精度低，成本高、废品率高、切削加工劳动量大。,步骤：,（2）拟定零件加工的工艺路线,内容包括：定位基准面的选择；各表面的加工方法;加工阶段的划分；各表面的加工顺序；工序集中或分散的程度；热处理及检验工序的安排；其它辅助工序（如清洗、去毛刺、去磁、倒角等）的安排等拟定各工序的机床设备、工艺装备（刀、夹、量具）和辅助工具。确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。确定各工序的切削用量及工时定额。技术经济分析。,（3）填写工艺文件。,（1）机械加工工艺过程卡片,以工序为单位，主要列出零件加工的工艺路线和工序内容的概况，指导零件加工的流向。在单件小批生产中，通常不编制较详细的工艺文件，而以这种卡片指导生产。,5、机械加工工艺规程的格式,（2）机械加工工序卡片,是根据每一道工序制定的，详细地标识该工序的加工表面、工序尺寸及公差、定位基准、装夹方式、刀具、工艺参数等信息，绘有工序简图和工艺内容的符号，是指导工人操作的重要工艺文件。主要用于大批量生产或成批生产中较重要的零件。对于在各种自动或半自动机床上完成的工序，还要编制调整卡片。对于检验工序，还要编制检验卡片等。,数控加工工序卡：数控加工工序卡与普通加工工序卡不同之处工序简图中应注明编程原点与对刀点，要有编程说明及切削参数的选择数控刀具调整单（1）数控刀具卡片主要反映刀具名称、编号、规格、长度等内容。它是组装刀具、调整刀具的依据。（2）数控刀具明细表数控加工程序说明卡：编程员根据工艺分析情况，按照机床特点的指令代码编制的。它是记录数控加工工艺过程、工艺参数的清单，有助于操作员正确理解加工程序内容。数控加工走刀路线图：在数控加工中，常常要注意并防止刀具在运动过程中与夹具或工件发生意外碰撞，为次必须告诉操作者关于编程中的刀具运动路线（如：从哪里下刀、在哪里抬刀等）,数控加工常用工艺文件,表一数控编程任务书,表一数控编程任务书,数控加工常用工艺文件,表二数控加工工件安装和加工原点设定卡片,数控加工常用工艺文件,表三数控加工工序卡片,数控加工常用工艺文件,表四数控加工走刀路线图,数控加工常用工艺文件,表五数控刀具卡片,2.2.2零件的工艺分析,1分析、审查零件图样和产品的装配图1)检查零件图的完整性和正确性检查内容：检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。,2)零件的技术要求分析包括内容：加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。特别要分析主要表面的技术要求,3)零件的材料分析分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据,(4)合理的标注尺寸零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则图a零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸。图b零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。图c零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。图零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。图,2零件的结构工艺性分析、概念：零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。、零件的结构工艺性分析应考虑几方面：(1)有利于达到所要求的加工质量合理确定零件的加工精度与表面质量保证位置精度的可能性图(2)有利于减少加工劳动量尽量减少不必要的加工面积图尽量避免或简化内表面的加工图(3)有利于提高劳动生产率（转下页）,(3)有利于提高劳动生产率零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。图减少零件的安装次数图零件的结构应便于加工图避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削图便于多刀或多件加工图,2.2.3、毛坯的确定,1毛坯的种类,铸件,包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能较好，但铸件的机械性能较低，一般壳体零件的毛坯多用铸件。,锻件,机械性能较好，有较高的强度和冲击韧性，但毛坯的形状不宜复杂，如轴类和齿轮类零件的毛坯常用锻件。,型材,包括圆形、方形、六角形及其它断面形状的棒料、管料及板料。棒料常用在普通车床、六角车床及自动和半自动车床上加工轴类、盘类及套类等中小型零件。冷拉棒料比热轧棒料精度高且机械性能好，但直径较小。板料常用冷冲压的方法制成零件，但毛坯的厚度不宜过大。,焊接件,对尺寸较大、形状较复杂的毛坯，可采用型钢或锻件焊接成毛坯，但焊接件吸振性能差，容易变形，尺寸误差大。,工程塑料,它是近年来在机械制造业中普遍推广的一种毛坯，其形状可以很复杂，尺寸精度高，但机械性能差。,2毛坯选择时应考虑的因素(1)零件的材料及机械性能要求零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。(2)零件的结构形状与外形尺寸(3)生产纲领的大小(4)现有生产条件(5)充分利用新工艺、新材料为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用,2.2.4获得加工精度的方法,（1）机械加工中获得工件尺寸精度的方法,试切法,即先试切出很小的一部分加工表面，测量试切所得的尺寸，按照加工要求作适当的调整，再试切，再测量，如此经过两三次试切和测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工表面。,用具有一定尺寸精度的刀具（如铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工部位（如孔）的精度。,定尺寸刀具法,利用机床上的定程装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。,调整法,使用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。具体方法有两种（1）自动测量即机床上有自动测量工件尺寸的装置，在工件达到要求时，自动测量装置即发出指令使机床自动退刀并停止工作。（2）数字控制即机床中有控制刀架或工作台精确移动的步进马达、滚珠丝杆螺母副及整套数字控制装置，尺寸的获得（刀架的移动或工作台的移动）由预先编制好的程序通过计算机数字控制装置自动控制。,自动控制法,（2）机械加工中获得工件形状精度的方法,轨迹法,成形法,展成法,利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。这种加工方法所能达到的形状精度，主要取决于这种成形运动的精度。,利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于切削刃的形状精度与刀具的装夹精度。,利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成成形表面。这种加工大法所能伏到的精府，主要取决干机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度等因素。,2.工件定位的方法(1）直接找正定位的装夹将工件直接放在机床上，工人可用百分表、划线盘、直角尺等对被加工表面进行找正，确定工件在机床上相对刀具的正确位置之后再夹紧。,如图的方法多用于单件、小批生产或某些相互位置精度要求很高、应用夹具装夹又难以达到精度要求的零件加工。,（2）按划线找正装夹,广泛用于单件、小批生产，装夹精度较低，一般在0.20.5mm之间。工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面的轮廓线，然后按所划的线将工件在机床上找正、夹紧。划线时要注意照顾各表面间的相互位置和保证被加工表面有足够的加工余量。,(3）在夹具中装夹,该方法方便、迅速、精度高且稳定，广泛用于成批生产和大量生产中。夹具固定在机床上，夹具本身有使工件定位和夹紧的装置。工件在夹具上固定以后便获得了正确的相对于刀具的位置。如图阶梯轴的铣键槽工序，可将工件直接放在夹具体的V形块上（见图），不用找正就能保证工件相对刀具的位置，只要用压板夹紧工件，便可进行铣键槽的工作。对于某些零件（例如连杆、曲轴），即使批量不大，但是为了达到某些特殊的加工要求，仍需要设计制造专用夹具。,图铣键槽工序的安装,显然，当机械加工中工件的位置精度（平行度、垂直度、同轴度等），需要经过多次装夹加工后才能获得时，则有关表面的位置精度就可用上述适当的定位夹紧方法获得，也可以使有关表面的加工安排在工件的一次装夹中进行，保证加工表面间具有一定的位置精度。这两种方法，也是机械加工中获得工件位置精度所常用的方法。,3.定位基准的选择,选择定位基准主要是为了保证零件加工表面之间以及加工表面与未加工表面之间的相互位置精度。,定位基准,粗基准,精基准,辅助基准,以未加工过的表面进行定位的基准称粗基准，也就是第一道工序所用的定位基准为粗基准。,以已加工过的表面进行定位的基准称精基准。,该基准在零件的装配和使用过程中无用处，只是为了便于零件的加工而设置的基准称辅助基准，如轴加工用的顶尖孔等,1）精基准的选择,选择精基准时主要考虑应保证加工精度并使工件装夹得方便、准确、可靠。因此，要遵循以下几个原则：,（1）基准重合的原则,（2）基准不变的原则,（3）互为基准，反复加工的原则,（4）自为基准的原则,（5）应能使工件装夹稳定可靠、夹具简单。,（1）基准重合的原则,尽量选择工序基准（或设计基准）为定位基准。这样可以减少由于定位不准确引起的加工误差。,左图：用调整法铣削一批零件的C面，从图(c)中可看出，欲加工尺寸c的误差包括j和Ta，为了保证尺寸c的精度，应使：jTaTc右图：以B面定位加工C面，只需满足：jTc,(a)工序简图(b)加工示意图(c)加工误差,基准不重合误差示例,基准重合安装示意图,（2）基准不变的原则,尽可能使各个工序的定位基准相同。如轴类零件的整个加工过程中大部分工序都以两个顶尖孔为定位基准；齿轮加工的工艺过程中大部分工序以内孔和端面为定位基准；箱体加工中，若批量较大，大部分工序以平面和两个销孔为定位基准。基准不变的好处是，可使各工序所用的夹具统一，从而减少了设计和制造夹具的时间和费用，加速了生产准备工作，降低了生产成本；多数表面用同一组定位基准进行加工，避免因基准转换过多带来的误差，有利于保证其相互位置精度；由于基准不变就有可能在一次装夹中加工许多表面，使各表面之间达到很高的位置精度，又可避免由于多次装夹带来的装夹误差和减少多次装载工件的辅助时间，有利于提高生产率。,（3）互为基准，反复加工的原则,当两个表面相互位置精度要求较高时，则两个表面互为基准反复加工，可以不断提高定位基准的精度，保证两个表面之间相互位置精度。如加工套筒类，当内、外圆柱表面的同轴度要求较高时，先以孔定位加工外圆，再以外圆定位加工孔，反复加工几次就可大大提高同轴度精度。,（4）自为基准的原则,当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可选择加工表面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。如精铰孔时，铰刀与主轴采用浮动连接，加工时是以孔本身为定位基准。又如磨削床身导轨面时，常在磨头上装百分表以导轨面本身为基准来找正工件，或者用观察火花的方法来找正工件。应用这种精基准加工工件，只能提高加工表面的尺寸精度，不能提高表面间的相互位置精度，后者应由先行工序保证。,概念：某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则,自为基准实例,（5）应能使工件装夹稳定可靠、夹具简单,一般常采用面积大、精度较高和粗糙度较低的表面为精基准。加工箱体类和支架类零件时常选用装配基准为精基准，因为装配基准多数面积大、装夹稳定、方便，设计夹具也较简单。如图58为车床主轴箱加工简图，一般是先加工装配基准面A，再以A面为精基准加工主轴孔B及其它孔。,2）粗基准的选择,遵循以下几个原则：,（1）选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面有足够而均匀的加工余量。,（2）某些表面不需加工，则应选择其中与加工表面有相互位置精度要求的表面为粗基准。,（3）选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准，不允许有浇、冒口的残迹和飞边，以确保安全、可靠、误差小。,（4）粗基准在一般情况下只允许在第一道工序中使用一次，尽量避免重复使用。因为粗基准的精度和粗糙度都很差，如果重复使用，则不能保证工件相对刀具的位置在重复使用粗基准的工序中都一致，因而影响加工精度。,床身加工的粗基准选择,床身加工粗标准的选择,导轨面是车床床身的主要工作表面，要求在加工时切去薄而均匀的一层金属，使其保留铸造时在导轨面上所形成的均匀而细密的金相组织，以便增加导轨的耐磨性。另外，小而均匀的加工余量将使切削力小而均匀，因此引起的工件变形小，而且不易产生振动，从而有利于提高导轨的几何精度和降低表面粗糙度。因此对加工床身来说，保证导轨面的加工余量小而均匀是主要的。,加工时，应先选取导轨面为粗基准加工床脚的底平面，如图，再以床脚的底平面为精基准加工导轨面，此时导轨面的加工余量可以小而均匀见图（b）。若先以床脚底平面为粗基准加工导轨面，如图（C）测床脚底平面误差全部反映到导轨面上，使其加工余量不均匀。此时，在余量较大处，会把要保留的机械性能较好的一层金属切掉，而且由于余量不均匀而影响了加工精度。,以不加工表面为粗基准,为保证皮带的轮缘厚度均匀，以不加工表面1为基准车外圆表面。,为保证零件的壁厚均匀，应以不加工的外圆表面A为粗基准，螳内ZL。,粗基准选择的实例,定位基准选择示例例右下图所示为车床进刀轴架零件，若已知其工艺过程为：(1)划线；(2)粗精刨底面和凸台；(3)粗精镗32H7孔；(4)钻、扩、铰l6H9孔。试选择各工序的定位基准并确定各限制几个自由度。,车床进刀轴架,解：第一道工序划线。当毛坯误差较大时，采用划线的方法能同时兼顾到几个不加工面对加工面的位置要求。选择不加工面R22外圆和R15外圆为粗基准，同时兼顾不加工的上平面与底面距离18的要求，划出底面和凸台的加工线。第二道工序按划线找正，刨底面和凸台。第三道工序粗精镗32H7孔。加工要求为尺寸320.1、60.1及凸台侧面K的平行度0.03。根据基准重合的原则选择底面和凸台为定位基准，底面限制三个自由度，凸台限制两个自由度，无基准不重合误差。,第四道工序钻、扩、铰16H9孔。除孔本身的精度要求外，本工序应保证的位置要求为尺寸40.1、510.1及两孔的平行度要求0.02。根据精基准选择原则，可以有三种不同的方案：(1)底面限制三个自由度，K面限制两个自由度(2)32H7孔限制四个自由度，底面限制一个自由度(3)底面限制三个自由度，32H7孔限制两个自由度此方案可将工件套在一个长的菱形销上来实现，对于三个设计要求均为基准重合，唯32H7孔对于底面的平行度误差将会影响两孔在垂直平面内的平行度，应当在镗32H7孔时加以限制。,概念：零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。拟定工艺路线的基本过程图,2.2.5工艺路线的拟定,一、零件表面加工方法的选择,1、各种加工方法的经济加工精度和粗糙度所谓某种加工方法的经济精度，是指在正常的工作条件下（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。与经济加工精度相似，各种加工方法所能达到的表面粗糙度也有一个较经济的范围。,在1段，当零件加工精度要求很高时，零件成本将要提高很多，甚至成本再提高，其精度也不能再提高了，存在着一个极限的加工精度，其误差为二a。,在II段，虽然精度要求很低，但成本也不能无限降低，其最低成本的极限值为S。因此在1、II段应用此法加工是不经济的。,在III段，加工方法与加工精度是相互适应的，加工误差与成本基本上是反比关系，可以较经济地达到一定的精度，0段的精度范围就称为这种加工方法的经济精度。,（2）加工方法和加工方案的选择,决定加工方法时要考虑被加工材料的性质。例如，淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难，一般采用金刚螳或高速精密车削的方法进行精加工。,首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工方案。,分别介绍了机器零件的三种最基本的表面（外圆表面、内孔表面和平面）的较常用的加工方案及其所能达到的经济精度和表面粗糙度。,表212,表213,表214,选择加工方法要考虑到生产类型，即要考虑生产率和经济性的问题。,在大批、大量生产中可采用专用的高效率设备和专用工艺装备。在单件小批生产中，就采用通用设备、通用工艺装备及一般的加工方法。单件试制新产品时，甚至采用加工中心机床等。,选择加工方法还要考虑本厂（或本车间）的现有设备情况及技术条件。应该充分利用现有设备，挖掘企业潜力，发挥工人群众的积极性和创造性。有时虽有该项设备，但因负荷的平衡问题，还得改用其它的加工方法。,此外，选择加工方法还应该考虑一些其它因素，例如，工件的形状和质量以及加工方法所能达到的表面物理机械性能等。关于加工方案可参考与相类似的表格来进行选择,表212,例题,表格应用的举例：要求孔的加工精度为IT7级，粗糙度尼0.81.6，确定孔的加工方案,查可有下面四种加工方案：,钻一扩一粗铰一精铰；,粗镗一半精镗一精镗；,粗镗一半精镗一磨孔；,钻（扩）一拉。,方案用得最多，在大批、大量生产中常用在自动机床或组合机床上，在成批生产中常用在立钻、摇臂钻、六角车床等连续进行各个工步加工的机床上。该方案一般用于加工小于80mm的孔径，工件材料为未淬火钢或铸铁，不适于加工大孔径，否则刀具过于笨重。,方案用于加工毛坯本身有铸出或锻出的孔，但其直径不宜太小，否则因镗杆太细容易发生变形而影响加工精度，箱体零件的孔加工常用这种方案。,方案适用于淬火的工件。,方案适用于成批或大量生产的中小型零件，其材料为未淬火钢、铸铁及有色金属。,表,2、加工阶段的划分,对于加工精度要求较高和粗糙度值要求较低的零件，通常将工艺过程划分为粗加工和精加工两个阶段；对于加工精度要求很高、粗糙度值要求很低的零件，则常划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工阶段。,粗加工阶段,半精加工阶段,精加工阶段,光整加工阶段,是加工开始阶段，在这个阶段中，尽量将零件各个被加工表面的大部分余量从毛坯上切除。这个阶段主要问题是如何提高生产率。,这一阶段为主要表面的精加工做好准备，切去的余量介于粗加工和精加工之间，并达到一定的精度和粗糙度值，为精加工留有一定的余量。在此阶段还要完成一些次要表面的加工，如钻孔、攻丝、铣键槽等。,在这个阶段将切去很少的余量，保证各主要表面达到较高的精度和较低的粗糙度值（精度710级，0.832m）。,主要是为了得到更高的尺寸精度和更低的粗糙度值（精度59级），只从被加工表面上切除极少的余量。,将工艺过程划分粗、精加工阶段的原因是：,在粗加工阶段，由于切除大量的多余金属，可以及早发现毛坯的缺陷裂纹、气孔等），以便及时处理，避免过多浪费工时。,粗加工阶段容易引起工件的变形，这是由于切除余量大，一方面毛坯的内应力重新分布而引起变形，另一方面由于切削力、切削热及夹紧力都比较大，因而造成工件的受力变形和热变形。为了使这些变形充分，应在粗加工之后留有一定的时间。然后再通过逐步减少加工余量和切削用量的办法消除上述变形。,划分加工阶段可以合理使用机床。如粗加工阶段可以使用功率大、精度较低的机床；精加工阶段可以使用功率小、精度高的机床。这样有利于充分发挥粗加工机床的动力，又有利于长期保持精加工机床的精度。,划分加工阶段可在各个阶段中插人必要的热处理工序。如在粗加工之后进行去除内应力的时效处理；在半精加工后进行淬火处理等。,3、机械加工顺序的安排,1）机械加工工序的安排：工件各表面的加工顺序，一般按照下述原则安排：先粗加工后精加工；先基准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。,2）、热处理工序的安排1）预备热处理退火和正火粗加工之前或后退火和正火可以消除内应力和改善材料的加工性能，一般安排在加工前进行，有时正火也安排在粗加工后进行。对于大而复杂的铸件，为了尽量减少由于内应力引起的变形，常常在粗加工后进行人工时效处理。粗加工前最好采用自然时效。,调质粗加工后半精加工前,调质处理可以改善材料的机械性能，因此许多中碳钢和合金钢常采用这种热处理方法，一般安排在粗加工之后进行，但也有安排在粗加工之前进行的。,2）最终热处理淬火半精加工后精加工前渗碳半精加工后精加工前渗氮半精加工或精加工后淬火处理或渗碳淬火处理，可以提高零件表面的硬度和耐磨性。淬火处理一般安排在磨削之前进行，当用高频淬火时也可安排在最终工序。渗碳可安排在半精加工之前或之后进行。,3）、辅助工序的安排1）检验工序：检验工序是保证产品质量和防止产生废品的重要措施。在每个工序中，操作者都必须自行检验。粗加工结束后；重要工序前后；转向另车间前后；全部加工结束后2）去除毛刺3）特种检验无损探伤、平衡试验4）表面处理表面涂层、镀层、发蓝表面处理仰电镀或发黑等）可提高零件的抗腐蚀能力，增加耐磨性，使表面美观等。一般安排在工艺过程的最后进行。5）洗涤防锈,4）数控加工工序与普通加工工序的衔接,要求：1、熟悉整个加工工艺；2、清楚数控加工和普通加工的技术要求。,4、工序的组合,工序集中,采用工序集中可以减少工件的装夹次数，在一次装夹中可以加工许多表面，有利于保证各表面之间的相互位置精度，也可以减少机床的数量，相应地减少工人的数量和机床的占地面积。但所需要的设备复杂，操作和调整工作也较复杂。,工序分散,工序分散可以使所需要的设备和工艺装备结构简单、调整容易、操作简单，但专用性强。,将若干个工步集中在一个工序内完成，因此一个工件的加工，只须集中在少数几个工序内完成。最大限度的集中是在一个工序内完成工件所有表面的加工。,工序的数目多，工艺路线长，每个工序所包括的工步少，最大限度的分散是在一个工序内只包括一个简单的工步。,机床规格应与工件的外形尺寸相适应即大件用大机床、小件用小机床；机床精度应与工件加工精度要求相适应机床精度过低，不能保证加工精度；机床精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的精度要求合理选择；机床的生产效率应与工件的生产类型相适应单件小批生产用通用设备或数控机床，大批大量生产应选高效专用设备；与现有条件相适应要根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定，避免“闭门造车”,机床的选择,机床设备和工艺装备的选择,工艺装备的选择,刀具的选择一般优先采用标准刀具。必要时，可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求,夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸,机床设备和工艺装备的选择,同一批刀具的切削性能和使用寿命要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命的管理,刀具必须具有较高的精度，以适应数控加工的高精度和自动换刀的要求。如整体式立铣刀径向尺寸精度应高达0.005mm等,刀具的选择,整体硬质合金刀具,机床设备和工艺装备的选择,刀具及其刀柄等附件的可靠性及适应性要高，以免在数控加工中发生意外损坏而影响加工的顺利进行,刀具的耐用度应比普通机床用的刀具更高，以减少更换、刃磨刀具及对刀次数，发挥数控机床的效益,刀具的断屑和排屑性能要好,刀具的选择,机床设备和工艺装备的选择,夹具的选择,单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。下图为卧式加工中心上加工阀体零件的孔系组合夹具（其它组合夹具）,工件装夹前,工件装夹后,机床设备和工艺装备的选择,柔性夹具,（图片中红色的为工件）,夹具的选择,零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间,夹具上各零件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工中的走刀,为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具,在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单,机床设备和工艺装备的选择,6.机床与工艺装备的选择,机床尺寸规格与工件的形体尺寸相适应；精度等级与本工序加工要求相适应；电机功率与本工序加工所需功率相适应；自动化程度和生产效率与生产类型相适应。,工艺装备直接影响加工精度、生产效率和制造成本。中小批条件下可选用通用工艺装备；大批大量生产中可考虑制造专用工艺装备。机床和工艺装备的选择不仅要考虑投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足够的柔性。,3.1.7切削用量的确定,切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。合理选择切削用量的原则：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。,背吃刀量ap（mm）：主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产效率。在数控机床上，精加工余量可小于普通机床，一般取（0.20.5）mm。,主轴转速n（r/min）：主要根据切削速度v(m/min)选取。n=1000v/Dv切削速度，由刀具的耐用度决定，可查有关手册或刀具说明书。常用几种刀具切削速度见教材附表。D工件或刀具直径（mm）,进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r）：主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给量数值应小些，一般在2050mm/min范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。,在选择进给速度时，还要注意零件加工中的某些特殊因素。如在轮廓加工中，当零件轮廓有拐角时，刀具容易产生“超程”现象。如图3-24所示。,图3-24超程误差与控制,一、时间定额,在一定条件下规定生产一件产品或完成一道工序所耗时间,时间定额由以下几部分组成：1）基本时间Tj,2）辅助时间Tf装卸工件、开停机床、改变用量、测量尺寸、进退刀具等基本时间与辅助时间的总和称为作业时间Tz。,3）布置工作地时间Tb润滑机床、清理切屑、收拾工具等,4）休息和生理需要时间Tx单件时间Td为:Td=Tj+Tf+Tb+Tx,5）准备与终结时间Te单件计算时间Td为:Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Te/n,二、提高机械加工劳动生产率的工艺途径,2.3确定加工余量,2.3.1加工余量的概念加工余量：指加工过程中所切去的金属层厚度。余量有总加工余量和工序余量之分。总余量Z0与工序余量Zi的关系：,1、工序余量：是相邻两工序的工序尺寸之差。,单边余量对于非对称表面，其加工余量用单边余量Zb表示Zb=la-lb双边余量对于外圆内圆等对称表面加工余量用双边余量2Zb表示,双边余量外圆表面2Zb=da-db，内圆表面2Zb=db-da,单边余量Zb=la-lb,2、总加工余量（亦称毛坯余量）：由毛坯转变为零件的过程中，在某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的总加工余量（亦称毛坯余量）。一般情况下，总加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加工余量（简称工序余量）。毛坯余量：毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。,由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量大小不等。由图可知，工序余量的基本尺寸（简称基本余量或公称余量）Z可按下式计算对于被包容面(轴)：Z=上工序基本尺寸本工序基本尺寸对于包容面(孔)：Z=本工序基本尺寸上工序基本尺寸,(上)被包容面(轴)(下)包容面(孔),为了便于加工，工序尺寸都按“入体原则”标注极限偏差。被包容面(轴)的工序尺寸取上偏差为零；包容面(孔)的工序尺寸取下偏差为零。毛坯尺寸则按双向布置上、下偏差。,工序余量和工序尺寸及其公差的计算公式：（轴）Z=Zmin+Ta(1-1)Zmax=Z+Tb=Zmin+Ta+Tb(1-2)式中Zmin最小工序余量；Zmax最大工序余量；Ta上工序尺寸的公差；Tb本工序尺寸的公差。,由图可看出:公称加工余量=前工序尺寸-本工序尺寸最小加工余量=前工序尺寸的最小值-本工序尺寸的最大值最大加工余量=前工序尺寸的最大值-本工序尺寸的最小值工序加工余量的变动范围（最大加工余量与最小加工余量之差）=前工序工序尺寸公差+本工序的工序尺寸公差,工序加工余量及其公差,1）上工序留下的表面粗糙度高度Ra和表面缺陷层深度Ha本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。2）上工序的尺寸公差Ta上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等，其总和不超过Ta，为使本工序能切去这些误差，工序余量应包括Ta项。,2.3.2影响加工余量的因素,3）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差a,工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下的表面缺陷层。,4）本工序的装夹误差b如果本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差），在确定本工序加工余量时还应考虑b的影响。a与b都是向量，要用矢量相加所得矢量和的模进行余量计算。,综上分析，工序余量的最小值可用以下公式计算：,对于单边余量：对于双边余量：2,影响最小加工余量的因素图中的x为平面度误差、w为平行度误差,3、加工余量的确定方法1）计算法(目前应用较少。)掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，计算法比较科学，但目前统计资料较少。2）经验估计法(只适用于单件、小批生产。)为避免出现废品，估计余量一般偏大，用于单件小批生产。3）查表修正法(目前应用最广。)以生产实践和实验研究为基础制成数据表格，查表并结合实际情况加以修正。查表法确定加工余量，方法简便，较接近实际，应用广泛。,2.4工序尺寸及其公差的确定2.4.1工艺基准与设计基准重合同一表面经多次加工达到图纸尺寸要求，其中间工序尺寸根据零件图尺寸加上或减去工序余量即可得到，即从最后一道工序向前推算，得出相应的工序尺寸，一直推算到毛坯尺寸。,2）工艺基准与设计基准不重合必须通过工艺尺寸的计算才能得到。,1.工艺尺寸链,按尺寸链在空间分布的位置关系，分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。在尺寸链中，以直线尺寸链即全部组成环平行于封闭环的尺寸链用得最多。,1、尺寸链的基本概念：（1）尺寸链的定义：由相互联系、按一定顺序首尾相接排列的尺寸封闭图叫作尺寸链。,根据用途不同分为工艺尺寸链和装配尺寸链工艺尺寸链是由单个零件在工艺过程中有关尺寸形成的；装配尺寸链指机器在装配过程中由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链,（2）尺寸链的组成,A1和A2是在加工过程中直接获得，尺寸A0是间接保证的，A1、A2和A0构成一个封闭的尺寸组，都叫尺寸链的环。,组成环：加工过程中直接获得的尺寸如A1、A2是组成环；封闭环：间接获得的尺寸A0称为封闭环；增环：它增大将使封闭环随之增大的组成环如A2叫增环；减环：它增大反使封闭环随之减小的组成环如A1叫减环,尺寸链计算的关键：正确画出尺寸链图，找出封闭环，确定增环和减环,作尺寸链图按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件图中要求的尺寸，形成一个封闭的图形。找封闭环根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0为封闭环。确定增环和减环可用以下简便的方法得到：从封闭环开始，给每一个环画出箭头，最后再回到封闭环，像电流一样形成回路。凡箭头方向与封闭环方向相反者为增环（如A2），箭头方向与封闭环方向相同者为减环（如A1）。,2、用极值法解尺寸链的基本计算（1）封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即,（2）封闭环的最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减去减环最小极限尺寸之和，即,封闭环的最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减去减环最大极限尺寸之和，即,（3）封闭环的极限偏差封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之和，即,封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之和，即,（4）封闭环的公差等于组成环公差之和，即,封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大，应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环；为减小封闭环公差，应尽量减少组成环数及其公差。,计算尺寸链时，常遇到两种类型的问题：1）已知全部组成环的极限尺寸，求封闭环基本尺寸及公差，称为“正计算”，结果唯一。2）已知封闭环的极限尺寸，求一个或几个组成环的极限尺寸，称为“反计算”。通常在制定工艺规程时，由于基准不重合而需要进行的尺寸换算属于这类计算，结果不唯一，需优化计算。,2、基准不重合时工序尺寸及公差的计算,1、定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的计算,2、编程原点与设计基准不重合时工序尺寸的计算,（二）定位基准与设计基准不重合时,如图主轴箱体主轴孔的加工，底面是设计基准，尺寸、是设计尺寸。其中和的尺寸分别为：A=6000.02mm；B=3500.30mm。,-工艺尺寸链的应用,零件加工时为了保证主轴孔的精度，镗孔时以顶面为定位基准，从而使镗模能安置中间导向支承。,-工艺尺寸链的应用,（二）定位基准与设计基准不重合时,=?,-工艺尺寸链的应用,（二）定位基准与设计基准不重合时,解题步骤如下：,step1:画出尺寸链图,step2:确定封闭环,封闭环,step3:确定组成环中增环与减环,增环,减环,step4:利用工艺尺寸链原理与公式求未知环,？,C=2500.1mm,-工艺尺寸链的应用,（二）定位基准与设计基准不重合时,解题步骤如下：,step1:画出尺寸链图,step2:确定封闭环,封闭环,step3:确定组成环中增环与减环,增环,减环,step4:利用工艺尺寸链原理与公式求未知环,？,step5:验算,T(B)=T(A)+T(C)=0.60mm,结论：计算正确,-工艺尺寸链的应用,（二）定位基准与设计基准不重合时,分析：,如果本工序采用基准重合原则，既以面2定位，则工序尺寸的公差为(0.30mm)0.60mm，而以上基准不重合时，工序尺寸的公差为(0.01mm）0.20mm。可见,这比基准重合时的公差值小，即加工该道工序尺寸C要求高，使得加工困难度提高，由此可知，在制定加工工艺时，应尽量采用基准重合原则.,图示,-工艺尺寸链的应用,（三）测量基准与设计基准不重合时,如图所示某套筒类零件，设计尺寸为50(0/-0.17)mm和10(0/-0.36)mm而大孔的深度则无明确精度要求,只要以上两个尺寸加工合格，就符合要求。由图可见，设计尺寸10(0/-0.36)直接测量比较困难，而大孔的深度可方便地用深度游标卡尺进行测量,求的大孔深度是多少?,？,-工艺尺寸链的应用,（三）测量基准与设计基准不重合时,解题步骤如下：,step1:画出尺寸链图,step2:确定封闭环,step3:确定组成环中增环与减环,step4:利用工艺尺寸链原理与公式求未知环,step5:验算,结果：A2=,-工艺尺寸链的应用,（三）测量基准与设计基准不重合时,分析：,若A1=49.83mm，A0=10mm，则A2=A1A0=39.83mm。39.83mm不在A2的极限尺寸（40mm40.19mm)范围内，那么该零件即为废品,对吗?,不对！,假废品现象的判别：由于组成环之间的尺寸公差有互补作用，若只是封闭环的尺寸精度影响零件的使用要求，在制造、检验过程中不能因为部分的尺寸超差而简单地判为废品，应按是否满足封闭环的要求来全面地判别。,-工艺尺寸链的应用,（四）以待加工表面为工序（或测量）基准时,如下图所示某齿轮零件，内孔设计尺寸58(+0.03/0)mm,键槽深度设计尺寸L=62.6(+0.25/0)mm。,其加工过程如下：扩孔至DK56.7(+0.12/0)mm;拉孔至D157.75(+0.025/0)mm;拉键槽保证尺寸l;淬火；磨内孔至图纸尺寸Dm58(+0.03/0)mm求工序尺寸l及其偏差。,-工艺尺寸链的应用,（四）以待加工表面为工序（或测量）基准时,加工简图如下：,-工艺尺寸链的应用,未知尺寸,所以l是封闭环,封闭环,计算：按Step1step5进行。,结果：l=62.475（+0.235/+0.0125）mm通常将该结果按“入体原