第十一章 机械加工工艺过程.ppt

第十一章机械加工工艺过程第一节工艺过程的制订第二节机床夹具第三节零件的结构工艺性1基本概念机械加工工艺规程的制定零件图样的工艺分析毛坯及加工余量定位基准的选择工艺路线的拟定工序尺寸及公差的确定机床设备和工艺装备的选择数控加工常用工艺文件2基本概念将原材料转变为成品的全过程生产过程改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程是生产过程中的主要部分，其余的劳动过程则为生产过程的辅助过程工艺过程3由若干个顺序排列的工序组成的，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀基本概念一个或一组工人，在一个工作地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工件经一次装夹后所完成的那一部分工序工艺过程的组成工序安装45第一章数控加工工艺规程制定第一章数控加工工艺规程制定安装同一工序中，工件在机床或夹具中每定位和夹紧一次，称为一次安装。基本概念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一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，就可分几次切削，每切削一次为一次走刀工步工位走刀67第一章数控加工工艺规程制定第一章数控加工工艺规程制定工步在加工表面（或装配时的连接表面）不变，加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。走刀在一个工步中，有时材料层要分几次去除，则每切去一层材料称为一次走刀。8第一章数控加工工艺规程制定第一章数控加工工艺规程制定复合工步多工位、多刀或多面加工，使工件几个表面同时进行加工，亦可看作一个工步，这就称为复合工步。9第一章数控加工工艺规程制定第一章数控加工工艺规程制定工位为了完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的某一个位置称为工位。课堂讨论1请仔细观看下列动画，回答下列问题1该加工过程含有多少道工序，工序顺序如何2每道工序有多少道工步，工步顺序如何装夹一装夹二装夹三基本概念基本概念10课堂讨论2请仔细观看下列加工视频，回答问题该加工过程含有多少个工位基本概念基本概念11生产纲领企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期常定为1年，所以生产纲领常称为年产量生产类型企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产，成批生产和单件生产三种类型基本概念12工艺规程指导生产的主要技术文件；组织生产和管理的基本依据；新建、扩建工厂（车间）的基本资料作用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定义机械加工工艺规程的制定13机械加工工艺规程的制定制定工艺规程的基本要求在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低成本；做到技术上的先进性、经济上的合理性，保证工人具有良好的劳动条件；制定工艺规程时，工艺人员必须认真研究原始资料，如产品图样、生产纲领、毛坯资料及生产条件的状况等；参照同行业工艺技术的发展，综合本部门的生产实践经验，进行工艺文件的编制14机械加工工艺规程的制定确定工序尺寸、公差及其技术要求制定工艺规程的方法与步骤零件图的研究与工艺审查确定生产类型确定毛坯的种类和尺寸选择定位基准和主要表面的加工方法，拟订零件的加工工艺路线确定机床、工艺装备、切削用量及时间定额填写工艺文件实例模具零件加工工艺规程制定一般步骤和所包含的基本内容15零件图样的工艺分析读图和审图分析零件图是否完整正确；零件的技术要求分析；尺寸标注应符合数控加工的特点；定位基准可靠零件结构工艺性零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。它包括零件各个制造过程中的工艺性，如零件的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理和切削加工工艺性等。好的工艺性会使零件加工容易，节省工时，降低消耗16毛坯及加工余量常用毛坯的种类有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。毛坯种类铸件适用于形状复杂的毛坯。薄壁零件，不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法锻件适用于强度较高、形状较简单的零件。尺寸大的零件一般用自由锻；中、小型零件选模锻；形状复杂的钢质零件不宜自由锻17毛坯及加工余量热轧型材的尺寸较大，精度低，多用作一般零件的毛坯；冷轧材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中、小零件，适用于自动机床加工对于大件来说，焊接件简单、方便，特别是单件小批生产可大大缩短生产周期。但焊接后变形大，需经时效处理适用于形状复杂的板料零件，多用于中、小尺寸件的大批大量生产焊接件冷冲压件毛坯种类型材18大型齿轮毛坯工业汽轮机叶片毛坯连杆毛坯毛坯及加工余量毛坯种类选择的依据零件材料及机械性能零件的功能生产类型具体生产条件19特殊情况采用锻件、铸件毛坯时，因锻模时的欠压量与允许的错模量的不等；铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等。此外，锻造、铸造后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。因此，除板料外，不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工表面均应有较充分的余量毛坯及加工余量毛坯形状和尺寸的选择减少肥头大耳，实现少、无屑加工。因此毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量20毛坯及加工余量尺寸小或薄的零件，为便于装夹并减少夹头，可多个工件连在一起由一个毛坯制出装配后形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常把两件合为一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切开对于不便装夹的毛坯。可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准21毛坯及加工余量加工余量加工过程中，所切去的金属层厚度工序余量相邻两工序的工序尺寸之差加工总余量毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差22影响加工余量的主要因素前工序的尺寸公差TA（TA越大,就越大）；前工序的位置误差；前工序的表面质量RAHA；本工序的安装误差；其它如热处理引起的工件变形若变形过大而余量不足而报废毛坯及加工余量23毛坯及加工余量确定加工余量的方法查表法根据各工厂的生产实践和试验研究积累的数据，先制成各种表格，再汇集成手册。确定加工余量时，查阅这些手册，再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定经验估计法根据实际经验确定加工余量。一般情况，为防止因余量过小而产生废品，经验估计的数值总是偏大分析计算法根据上述的加工余量计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析，并计算确定加工余量24切削用量三要素切削用量的选择主运动速度VC主运动速度表示主运动的速度大小和方向,单位为M/MIN。当主运动为旋转运动时，可按下式计算式中N主轴转速（R/S或R/MIN）；D工件或刀具的最大直径（MM）。进给量每转进给量F（MM/R）每齿进给量FZ（MM/Z）进给速度MM/MIN背吃刀量背吃刀量是车削时已加工表面与待加工表面之间的垂直距离（单位MM）。式中DW工件待加工表面的直径，DM工件已加工表面的直径25选择切削用量的原则在工艺系统刚性允许时，应首先选择一个尽可能大的AP，其次选择一个较大的F，最后在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的VCAP的选择主要根据加工余量和工艺系统的刚度确定粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低，使切削力减小；精加工时，应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低的方法，逐步提高加工精度和表面质量；一般精加工时，取00508；半精加工时，取1030切削用量的选择26课堂讨论3请仔细观看下列加工视频，请比较切削用量选择的不同，并讨论影响切削用量选择的主要因素基本概念基本概念27F的选择粗加工时，F主要受刀杆、刀片和机床、工件等强度、刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选。工艺系统刚度好时，可用大些的F；反之，适当降低F；精加工、半精加工时，F应根据工件的RA要求选。RA要求小的，取较小的F，但又不能过小，因为F过小，切削厚度过薄，RA反而增大，且刀具磨损加剧。若刀具的刀尖圆弧半径愈大，则F可选较大值VC的选择主要根据工件材料、刀具材料和机床功率来选刀具材料好，可选得高些；RA值要求小的，要避开积屑瘤、鳞刺产生的VC，高速钢刀取小VC5MMIN，硬质合金取较高的VC130160M/MIN；表面有硬皮或断续切削时，应适当降低；工艺系统刚性差的，应减小VC切削用量的选择28基准的概念定位基准的选择零件是由若干表面组成，各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求。用以确定零件上点、线、面间的相互位置关系所依据的点、线、面称为基准按作用不同分为设计基准和工艺基准设计基准设计图样上所采用的基准工艺基准在工艺中采用的基准。工艺基准按用途不同，又分为定位基准、测量基准和装配基准29加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准定位基准的选择工艺基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准定位基准测量基准装配基准30粗基准的选择粗基准的选择原则非加工表面原则为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。加工余量最小原则以余量最小的表面作为粗基准重要表面原则为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。不重复使用原则粗基准原则上只能使用一次便于工件装夹原则作为粗基准的表面，应尽量平整光滑，没有飞边、冒口、浇口或其他缺陷，以便使工件定位准确、夹紧可靠粗基准在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作定位的基准床身粗基准的选择定位基准的选择31精基准用加工过的表面作定位基准精基准的选择基准重合原则选择设计基准为定位基准；基准统一原则多道工序选择同一个定位基准；自为基准原则选择加工表面本身；互为基准原则采取两个加工表面互为基准；便于装夹原则所选精基准应保证定位准确；稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活，足够大的接触面积，以承受较大的切削力精基准的选择原则定位基准的选择32加工阶段的划分当加工质量要求较高时，应划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。当加工精度和表面质量要求特别高时，可增设光整加工和超精密加工工艺路线的拟定粗加工切除毛坯大部分余量，接近成品的形状和尺寸半精加工主要表面留下精加工余量并达到一定的精度，完成一些次要表面的加工光整加工保证主要表面精度和表面粗糙度精加工获得很高的尺寸精度、降低表面粗糙度或使其表面得到强化粗精加工视频33划分加工阶段的原因保证加工质量有利于合理使用设备便于安排热处理工序便于及时发现毛坯缺陷精加工和光整加工过的表面少受磕碰损坏工艺路线的拟定34工序集中工序分散将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序集中有利于采用数控机床、高效专用设备及工装将工件的加工，分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。工序分散使用的设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易工序的划分工艺路线的拟定35基准先行先主后次先粗后精先面后孔切削加工工序热处理工序预备热处理消除残余应力处理最终热处理表面装饰性镀层和发兰处理一般安排在粗加工前粗加工、半精加工和精加工之间一般安排在精加工前一般都安排在机械加工完毕后工艺路线的拟定36课堂讨论4请仔细观看下列加工视频，回答问题该数控加工过程遵循了哪些工艺原则基本概念基本概念37辅助工序自检重要工序的前后送往外车间加工之前全部加工工序完成淬火工序之前全部加工工序完成检验去毛刺倒棱清洗防锈去磁和平衡工艺路线的拟定38退火将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序其作用是消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用高碳钢采用退火，以降低硬度；放在粗加工前，毛坯制造出来以后正火将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工序。注加热到的一定的温度，其与钢的含C量有关，一般低于固相线200度左右其作用是提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的硬度，改善切削加工性。应用低碳钢采用正火，以提高硬度。放在粗加工前，毛坯制造出来以后回火将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的一种热处理的方法其作用是稳定组织、消除内应力、降低脆性常用热处理方法及作用小结39调质处理（淬火后再高温回火）其作用是获得细致均匀的组织，提高零件的综合机械性能。应用安排在粗加工后，半精加工前。常用于中碳钢和合金钢时效处理其作用是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力应用一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。常用于大而复杂的铸件淬火将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺其作用是提高零件的硬度。应用一般安排在磨削前渗碳处理提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后进行为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行常用热处理方法及作用小结40工艺路线的拟定先基准面后其它表面先把基准面加工出来，再以基准面定位来加工其它表面，以保证加工质量先粗加工后精加工即粗加工在前，精加工在后，粗精分开主要表面后次要表面如主要表面是指装配表面、工作表面，次要表面是指键糟、联接用的光孔等先加工平面后加工孔平面轮廓尺寸较大，平面定位装夹稳定，通常均以平面定位来加工孔41尺寸链与工艺尺寸链在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组示意图工序尺寸及公差的确定定义42组成环按其对封闭环的影响又可分为增环和减环尺寸链尺寸链中凡属间接得到的尺寸称为封闭环尺寸链中凡属通过加工直接得到的尺寸称为组成环组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环当其它组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大，则此组成环就称为增环；反之则此组成环就称为减环工序尺寸及公差的确定43图示工件如先以A面定位加工C面，得尺寸A1然后再以A面定位用调整法加工台阶面B，得尺寸A2，要求保证B面与C面间尺寸A0；A1、A2和A0这三个尺寸构成了一个封闭尺寸组，就成了一个尺寸链。A0是间接得到的尺寸，它就是尺寸链的封闭环。A1是增环，A2是减环。如右图工序尺寸及公差的确定44尺寸链的计算（极值法）封闭环的基本尺寸式中各增环的基本尺寸；M增环的环数；各减环的基本尺寸；N尺寸链的总环数。封闭环的极限尺寸工序尺寸及公差的确定45尺寸链的计算（极值法）封闭环的上偏差封闭环的公差封闭环的下偏差工序尺寸及公差的确定46工序尺寸及公差每道工序完成后应保证的尺寸定义基准重合时，计算顺序是先确定各工序的基本尺寸，再由后往前，逐个工序推算；工序尺寸的公差，则都按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上下偏差基准不重合时，需用工艺尺寸链来分析计算计算工序尺寸及公差的确定47例右图所示轴承碗，当以端面B定位车内孔端面C时,A的尺寸不便测量,若先按尺寸A车出端面A，再以A为测量基准车出X，则可间接保证A。显然，上述A、A和X构成的尺寸链中，A是封闭环，为较全面地了解尺寸换算中的问题，我们设计尺寸A和A给出三种不同的公差（见表），分别讨论。工序尺寸及公差的确定48即公差为零，这是由于组成环A的公差与封闭环的公差相等。尺寸X的公差为零，即X必须加工得绝对准确，这实际上是不可能的。因此必须压缩A的公差。工序尺寸及公差的确定49这是由于组成环A的公差远大于封闭环的公差。根据封闭环的公差应大于或等于各组成环公差之和的原则，考虑到加工内孔端面C的困难，应给其留有较大的公差，则应大幅压缩A1的公差工序尺寸及公差的确定50总结在实际加工中，由于测量基准与设计基准不重合，因而要换算测量尺寸。如果零件换算后的测量尺寸超差，只要它的超差量小于或等于另一组成环的公差，则该零件有可能是假废品，应对该零件进行复检，逐个测量并计算出零件的实际尺寸，由零件的实际尺寸来判断合格与否工序尺寸及公差的确定51内孔键槽加工尺寸换算课堂讨论右图所示为一齿轮内孔的简图。内孔为MM，键槽尺寸深度为904MM。内孔及键槽的加工顺序如下精镗孔至848MM；插键槽至尺寸A（通过工艺计算确定）；热处理；磨内孔至MM，同时间接保证键槽深度904MM要求。要求通过工艺尺寸链计算尺寸A工序尺寸及公差的确定52分析根据以上加工顺序可以看出，磨孔后不仅要能保证内孔的尺寸MM，而且要能同时自动获得键槽的深度尺寸904MM。为此必须正确地算出以镗孔后表面为测量基准的插键槽的工序尺寸A。由尺寸链简图知，精镗后的半径424MM，磨孔后的半径425MM以及键槽尺寸A都是直接获得的，是组成环。键槽深度904MM，是间接获得的，为封闭环。按照工艺尺寸链的公式A值计算如下工序尺寸及公差的确定53按公式求基本尺寸904A425424A904424425903MM按公式求上偏差020ESA01750ESA020017501825MM按公式求下偏差0EIA00035EIA0035MM插键槽工序尺寸A903MM工序尺寸及公差的确定54练习1下图工件，如先以A面定位加工C面，得尺寸A1；然后再以A面定位用调整法加工台阶面B，得尺寸A2，要求保证B面与C面间尺寸A0。试求工序尺寸A2。尺寸链问题55练习2一批如图示轴套零件，在车床上已加工好外圆、内孔及端面，现须在铣床上铣右端缺口，并保证尺寸50006及2602，求采用调整法加工时控制尺寸H、A及其偏差并画出尺寸链图。尺寸链问题56练习3如下图所示轴套零件的轴向尺寸，其外圆、内孔及端面均已加工。试求当以A面定位钻直径为10MM孔时的工序尺寸A1及其偏差；当以B面定位钻直径为10MM孔时的工序尺寸B1及其偏差。尺寸链问题57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58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59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0005MM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60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61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62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63数控加工常用工艺文件数控编程任务书数控加工工件装夹和加工原点设定卡片数控加工工序卡片数控加工走刀路线图数控刀具卡片数控加工常用工艺文件64数控编程任务书主要包含数