第1-2章 机械加工工艺规程设计

1、2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.3 2.3 机械加工路线机械加工路线2.2.4 4 工件的装夹与夹具工件的装夹与夹具2.2.5 5 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计2.2.6 6 计算机辅助工艺规程设计计算机辅助工艺规程设计2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.1 2.1.1 生产过程生产过程1.1.制造工艺制造工艺是是制造方法制造方法和和制造工艺过程制造工艺过程的总称的总称, ,工艺过程是生产过程中的主要部分；工艺过程是生产过程中的主要部分；2.2.生产过程生产过程是指将原材料转变为成品全过程；是指将原材料

2、转变为成品全过程； 机械制造技术的机械制造技术的生产过程生产过程包括下列过程：包括下列过程：(1)(1)原材料、半成品和成品原材料、半成品和成品( (产品产品) )运输和保管；运输和保管；(2)(2)生产和技术准备工作，如产品开发和设计、生产和技术准备工作，如产品开发和设计、工艺设计、专用工艺装备的设计和制造、各种工艺设计、专用工艺装备的设计和制造、各种生产资料准备以及生产组织等准备工作；生产资料准备以及生产组织等准备工作；(3)(3)毛坯制造，如铸造、锻压和焊接等；毛坯制造，如铸造、锻压和焊接等；(4)(4)零件的机械加工、热处理和其它表面处理；零件的机械加工、热处理和其它表面处理；(5)(

3、5)产品装配、调整、检验、试验、油漆包装。产品装配、调整、检验、试验、油漆包装。 2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.2 2 工艺过程工艺过程1.1.工艺规程概念工艺规程概念 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的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称为工艺文件称为工艺规程。工艺规程。 工艺过程工艺过程具体可分为具体可分为 铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程 机械加工、特种加工工艺过程；机械加工、特种加工工艺过程； 物理热处理及表面工程工艺过程物理热处理及表面工程工艺过程 装配等工艺过程装配等工艺过程 机械加工工艺过程机械

4、加工工艺过程是利用机械加工方法使铸是利用机械加工方法使铸、 锻件或型材毛坯逐步改变形状和尺寸及表面锻件或型材毛坯逐步改变形状和尺寸及表面质量使其最终成为合格零件的过程。质量使其最终成为合格零件的过程。 2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.2 2 工艺规程工艺规程2.2.工艺规程的作用工艺规程的作用(1)(1)是连联接产品设计和制造的桥梁；是连联接产品设计和制造的桥梁； 产品设计产品设计工艺规程工艺规程产品制造产品制造(2)(2)是指导、组织和管理生产的主要工艺文件；是指导、组织和管理生产的主要工艺文件； 是加工、检验验收、生产调度的主要依据。是加工、检验验收、生产调

5、度的主要依据。(3)(3)是制定生产计划、进行生产管理的基本依据，是制定生产计划、进行生产管理的基本依据，(4)(4)是新建或扩建工厂、车间的基本资料。是新建或扩建工厂、车间的基本资料。 只有根据工艺规程和生产纲领才能正确确定生只有根据工艺规程和生产纲领才能正确确定生产所需的设备种类、规格和数量。产所需的设备种类、规格和数量。2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.2 2 工艺规程工艺规程3.3.机械加工工艺规程格式机械加工工艺规程格式(1)(1)零件机械加工工艺过程卡零件机械加工工艺过程卡，该卡片是针对每，该卡片是针对每个零件单独编写的，它列出了零件在整个加工个零件单

6、独编写的，它列出了零件在整个加工过程中的过程中的加工方法、工艺路线加工方法、工艺路线、所经历的车间、所经历的车间、各工序所用的工艺装备和时间定额等，它是、各工序所用的工艺装备和时间定额等，它是进行生产技术准备和编制计划的依据。进行生产技术准备和编制计划的依据。(2)(2)零件的机械加工工序卡片零件的机械加工工序卡片，它是在工艺过程，它是在工艺过程卡的基础上针对每道工序所编制的，一般具有卡的基础上针对每道工序所编制的，一般具有工序简图工序简图, ,并并详细说明该工序中每个工步详细说明该工序中每个工步加工加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。

7、对工艺规程的基本要求是应具有：艺装备等。对工艺规程的基本要求是应具有：技术先进性技术先进性, ,经济合理性和使用安全性经济合理性和使用安全性2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.3 3 工艺规程的组成工艺规程的组成机械加工工艺过程机械加工工艺过程一般是由若干个按一定顺序排一般是由若干个按一定顺序排列的工序所组成的。列的工序所组成的。 亦即：工序是工艺过程的基本组成部分。亦即：工序是工艺过程的基本组成部分。 毛坯依次通过多个工序变为半成品或成品。而机毛坯依次通过多个工序变为半成品或成品。而机械加工的工序本身又可细分为械加工的工序本身又可细分为安装、工位、工步安装、工位、

8、工步和走刀，和走刀，它们的概念与相互关系：它们的概念与相互关系：1.1.工序工序: :一个工人或一组工人在一个工作地点对同一一个工人或一组工人在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的哪一部分工艺个或同时对几个工件所连续完成的哪一部分工艺过程，称为工序。过程，称为工序。工作地、工人、工件与连续作工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生，若其中任一要素发生变更，则构成另一道工序。变更，则构成另一道工序。2.1.2.1.3 3 工艺规程的组成工艺规程的组成1.1.工序：工序：是由被加工件结构复杂程度、加工精度要是由被加工件结构复杂程度、加工

9、精度要求及生产类型所决定的，如阶梯轴。求及生产类型所决定的，如阶梯轴。(Flash)(Flash) 2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.3 3 工艺规程的组成工艺规程的组成2.2.安装安装它是指工件在一次装夹中所完成的那部分工序它是指工件在一次装夹中所完成的那部分工序如图如图2-2-l l中小轴若先车中小轴若先车a a，b b两段外圆，然后调两段外圆，然后调头车头车c c段外圆，则此工序包括两次安装。段外圆，则此工序包括两次安装。3.3.工位工位为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台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，可先后在或

10、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。位置所完成的那部分工序，称一个工位。 图图2-22-2为三轴四工位回转工作台的组合机床的为三轴四工位回转工作台的组合机床的加工示意图。四个工位的工作依次是装加工示意图。四个工位的工作依次是装( (卸卸) )、钻孔、扩孔、精铰，有三个工件同时在加工。钻孔、扩孔、精铰，有三个工件同时在加工。采用多工位加工，可以提采用多工位加工，可以提高生产率和保证被加工表高生产率和保证被加工表面间的相互位置精度。面间的相互位置精度。(Flash)(Flash)(

11、Video Play)(Video Play)2.1 2.1 基本概念基本概念2.1.2.1.3 3 工艺规程的组成工艺规程的组成4.4.工步工步 这是指加工表面、刀具和切削用量均不这是指加工表面、刀具和切削用量均不变时所完成的那部分工序。只要其中一个因素变时所完成的那部分工序。只要其中一个因素改变，就成为一个新工步。改变，就成为一个新工步。 如图如图2-2-l l中的小轴，若用一把刀具以同样的切中的小轴，若用一把刀具以同样的切削条件依次加工削条件依次加工b b，c c段外圆时，由于加工表面段外圆时，由于加工表面不同，故构成两个工步。不同，故构成两个工步。5.5.走刀走刀 在一个工步内，若被加

12、工表面需切去的在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，就可以分金属层很厚，就可以分n n次切削，每切削一次次切削，每切削一次的工作行程叫一次走刀如的工作行程叫一次走刀如图图2-32-3中，在加工中，在加工c c段段的第二个工步中，因所需切去的金金属很厚，的第二个工步中，因所需切去的金金属很厚，需分两次切削；则每一次切削就是一次走刀。需分两次切削；则每一次切削就是一次走刀。2.1 2.1 基本概念基本概念2.2.2.3 2.3 基准基准 基准是用来确定生产对象上几何要素基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。基准按间的几何关系所依据的那些点、线、面。基准按用途不

13、同可分为用途不同可分为设计基准设计基准与与工艺基准工艺基准。1.1.设计基准设计基准: : 设计基准是设计图样设计基准是设计图样 上采用的基准，即标上采用的基准，即标 注设计尺寸的起端的注设计尺寸的起端的 点、线、面。由设计点、线、面。由设计 者根据产品工作原理者根据产品工作原理 和性能要求确定的。和性能要求确定的。 图图2-42-42.2.2.3 2.3 基准基准2.2. 工艺基准工艺基准 工艺基准是在工艺过程中所采用的工艺基准是在工艺过程中所采用的基准，按用途不同又可细分为工序基准、定位基准，按用途不同又可细分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。基准、测量基准、装配基准。 (1)(1

14、)工序基准工序基准 工序基准是该工序所要求达到的工序基准是该工序所要求达到的加工尺寸的起端的点、线、面。图加工尺寸的起端的点、线、面。图2-52-5钻孔钻孔2.2. 工艺基准工艺基准(2)(2)定位基准：定位基准是用来在机床上定位的定位基准：定位基准是用来在机床上定位的基准。如轴类顶尖孔就是定位基准。基准。如轴类顶尖孔就是定位基准。 图图2-6(2-6(a)a)毛坯内圆毛坯内圆A A及内端面及内端面B B是加工底端面是加工底端面E E及内止口及内止口F F的定位基准。的定位基准。 图图2-6(2-6(b)Eb)E及及F F 是是 加工上端面加工上端面C C和外和外 圆圆D D及环槽及环槽 G

15、G工序工序 的定位基准。可以的定位基准。可以 是加工面的精基准是加工面的精基准 或者是未加工面的或者是未加工面的 粗基准。粗基准。2.2. 工艺基准工艺基准(3)(3)测量基准：测量时所采用的基准即测量基准。测量基准：测量时所采用的基准即测量基准。 图图2-72-7为检验已加工平面的测量基准。为检验已加工平面的测量基准。 图图2-82-8为检验已加工孔位置的测量基准。为检验已加工孔位置的测量基准。2.2. 工艺基准工艺基准(4)(4)装配基准：装配基准：装配基准是装配时用来确定零件装配基准是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 图图2-

16、42-4中，曲轴装进曲轴箱中是以主轴颈与主中，曲轴装进曲轴箱中是以主轴颈与主轴孔接触来确定曲轴相对于曲轴箱的径向位置轴孔接触来确定曲轴相对于曲轴箱的径向位置的的, ,故主轴颈是曲轴的径向装配基准。故主轴颈是曲轴的径向装配基准。 设计、工序、定位、设计、工序、定位、 测量以及装配基准，测量以及装配基准， 可以重合也可以不重可以重合也可以不重 合，在选择基准时应合，在选择基准时应 尽可能使它们重合，尽可能使它们重合， 这样可避免不重合所这样可避免不重合所 引起的有关误差。引起的有关误差。2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量 机械加工质量是整台机器质量的基础。机械加工质量是整台机器质量的基础。

17、机械加工质量加工精度表面层质量机械加工质量加工精度表面层质量 机械加工质量机械加工质量 加工精度加工精度表面层质量表面层质量 尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 位置精度位置精度 几何形状特性几何形状特性 物理力学性能物理力学性能2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度1.1. 机械加工精度的概念机械加工精度的概念 加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表面相互位置等方面与理想零件的符合程度。它面相互位置等方面与理想零件的符合程度。它由由尺寸精度、形状精度和位置精度尺寸精度、形状精度和位置精度组成。组成。

18、尺寸精度：尺寸精度：指加工后零件表面本身或表面之间指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。 形状精度：形状精度：指加工后零件表面本身实际形状与指加工后零件表面本身实际形状与理想零件表面形状之间的符合程度。理想零件表面形状之间的符合程度。 位置精度：位置精度：指加工后零件各表面之间实际位置指加工后零件各表面之间实际位置与理想零件各表面之间的位置的符合程度。与理想零件各表面之间的位置的符合程度。2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度2.2.尺寸精度、形状精度和位置精度之间的关系尺寸精度、

19、形状精度和位置精度之间的关系零件加工尺寸精度、形状精度和位置精度之间零件加工尺寸精度、形状精度和位置精度之间是有联系的。一般情况下：是有联系的。一般情况下： 形状误差应限制在位置公差之内；形状误差应限制在位置公差之内； 位置误差又应限制在尺寸公差之内。位置误差又应限制在尺寸公差之内。如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件尺寸公差的二分之一。不应大于零件尺寸公差的二分之一。 如对零件的形状误差或位置误差有特别要求，如对零件的形状误差或位置误差有特别要求，应在尺寸公差之外另加标注。应在尺寸公差之外另加标注。2.2 2.2 机械加工质量机械加工质

20、量2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度3.3.获得机械加工精度的方法获得机械加工精度的方法根据生产批量和条件，获得精度方法不同。根据生产批量和条件，获得精度方法不同。(1)(1)获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法试切法试切法在零件加工过程中不断对已加工表面尺寸进行在零件加工过程中不断对已加工表面尺寸进行测量，并相应调整刀具相对工件加工表面位置测量，并相应调整刀具相对工件加工表面位置，进行试切，直到达到尺寸精度要求的一种加，进行试切，直到达到尺寸精度要求的一种加工方法。是获得零件尺寸精度最早采用的加工工方法。是获得零件尺寸精度最早采用的加工方法，也是目前常用的能获得高精度尺寸主要方

21、法，也是目前常用的能获得高精度尺寸主要方法之一。方法之一。多用于单件、小批生产或高精度零多用于单件、小批生产或高精度零件的加工。件的加工。 2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度3.3.获得机械加工精度的方法获得机械加工精度的方法(1)(1)获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 调整法：调整法：按试切好的工件、标准件或对刀块按试切好的工件、标准件或对刀块、行程档块等调整确定刀具相对零件定位基准、行程档块等调整确定刀具相对零件定位基准的准确位置，并在保持此准确位置不变的条件的准确位置，并在保持此准确位置不变的条件下，对一批零件进行加工的方法。多用于批量下，对一批零件进行加工的方法。多用

22、于批量(Mass Production)(Mass Production)生产。生产。 定尺寸刀具法：定尺寸刀具法：在加工过程中采用具有一定在加工过程中采用具有一定尺寸的刀具或组合刀具，以保证被加工零件尺尺寸的刀具或组合刀具，以保证被加工零件尺寸精度一种方法。如用钻头、扩孔钻、铰刀或寸精度一种方法。如用钻头、扩孔钻、铰刀或铿刀块加工内孔铿刀块加工内孔，以及用组合铣刀铣工件两侧以及用组合铣刀铣工件两侧面和槽面等，均属定尺寸刀具法加工。尺寸精面和槽面等，均属定尺寸刀具法加工。尺寸精度主要由刀具来保证。度主要由刀具来保证。3.3.获得机械加工精度的方法获得机械加工精度的方法(1)(1)获得尺寸精度的

23、方法获得尺寸精度的方法自动控制法：自动控制法：即在加工过程中，通过由尺寸测量装置；动力即在加工过程中，通过由尺寸测量装置；动力进给装置和控制机构等组成的自动控制系统，进给装置和控制机构等组成的自动控制系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调整和使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列工作自动完成，从而自动获切削加工等一系列工作自动完成，从而自动获得所要求尺寸精度的一种加工方法。得所要求尺寸精度的一种加工方法。2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度(2)(2)获得形状精度的方法获得形状精度的方法轨迹法轨迹法 让刀具相对于工件作有规律的运动，让刀具相对于工件作有规律的运

24、动，以其刀尖轨迹获得所要求的表面几何形状，表以其刀尖轨迹获得所要求的表面几何形状，表面几何形状精度取决于成形运动精度。面几何形状精度取决于成形运动精度。左图左图成型法成型法 用成型刀取代普通刀具，成型刀的切用成型刀取代普通刀具，成型刀的切削刃就是工件外形。该法可以简化机床，提高削刃就是工件外形。该法可以简化机床，提高生产率。生产率。右图右图的车球面用的成型车刀。的车球面用的成型车刀。2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度(2)(2)获得形状精度的方法获得形状精度的方法展成法展成法 这种方法用于各种齿轮齿廓、花键键这种方法用于各种齿轮齿廓、花键键齿、蜗轮轮齿的加工。其特点是刀刃的形状与

25、齿、蜗轮轮齿的加工。其特点是刀刃的形状与所需表面几何形状不同，滚刀与工件按展成法所需表面几何形状不同，滚刀与工件按展成法以严格的速比转动，刀以严格的速比转动，刀 刃一系列切削位置形成刃一系列切削位置形成 包络线，加工后的几何包络线，加工后的几何 形面是刀刃在成形运动形面是刀刃在成形运动 中的包络面，其形状精中的包络面，其形状精 度取决于成形运动的精度取决于成形运动的精 度，也取决于刀刃的形度，也取决于刀刃的形 状精度。也称状精度。也称范成法范成法2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度(3)(3)获得位置精度的方法获得位置精度的方法 一次装夹法一次装夹法 各有关表面的位置精度是直接在工

26、件同一次安各有关表面的位置精度是直接在工件同一次安装中，由各有关刀具相对工件的成形运动之间装中，由各有关刀具相对工件的成形运动之间的位置关系保证的。如轴类外圆与端面、端台的位置关系保证的。如轴类外圆与端面、端台的垂直度，可采用一次装夹法保证，是由机床的垂直度，可采用一次装夹法保证，是由机床本身运动精度来保证。本身运动精度来保证。多次装夹法多次装夹法 零件全部加工面分在多次装夹下完成。此时各零件全部加工面分在多次装夹下完成。此时各有关表面间位置精度不仅和刀具相对工件的成有关表面间位置精度不仅和刀具相对工件的成形精度运动精度有关，还和工件上各不同定位形精度运动精度有关，还和工件上各不同定位基准面之

27、间位置精度有关。如箱体平面间的平基准面之间位置精度有关。如箱体平面间的平行度、垂直度采用多次装夹法保证。行度、垂直度采用多次装夹法保证。2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.2.2.1 1 机械加工精度机械加工精度4.4.影响加工精度的原始误差影响加工精度的原始误差加工后零件的实际和理想几何参数相比产生的偏加工后零件的实际和理想几何参数相比产生的偏差，称为加工误差。差，称为加工误差。 机床、刀具、夹具和工件组成机床、刀具、夹具和工件组成工艺系统。工艺系统。 工艺系统中存在的误差工艺系统中存在的误差, ,称为称为原始误差原始误差。 (1)(1)原始误差来源原始误差来源 工艺系统原始误差

28、工艺系统原始误差加工原理，机床、夹具、加工原理，机床、夹具、刀具制造，工件装夹误差，称工艺系统静误差。刀具制造，工件装夹误差，称工艺系统静误差。 工艺过程原始误差工艺过程原始误差加工过程中出现加工过程中出现力、热力、热、振动、磨损等引起的变形误差。或称动误差。、振动、磨损等引起的变形误差。或称动误差。2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.2.2.1 1 机械加工精度机械加工精度4.4.影响加工精度的原始误差影响加工精度的原始误差(2)(2)误差的敏感方向误差的敏感方向 敏感方向：原始误差产生在加工表面法线方向敏感方向：原始误差产生在加工表面法线方向 不敏感方向：原始误差产生在加工表面

29、切线方向不敏感方向：原始误差产生在加工表面切线方向(3)(3)误差的性质和分类误差的性质和分类 1)1)系统性误差系统性误差 常值系统性误差：误差大小和方向几乎不变。常值系统性误差：误差大小和方向几乎不变。 变值系统性误差：误差大小和方向按规律变化。变值系统性误差：误差大小和方向按规律变化。 2)2)随机误差随机误差 加工误差大小和方向不规则变化。加工误差大小和方向不规则变化。4.4.影响加工精度的原始误差影响加工精度的原始误差(4)(4)工艺系统原始误差工艺系统原始误差 1) 1)原理误差原理误差采用了近似的加工运动方式或者近采用了近似的加工运动方式或者近似的刀具轮廓而产生的工件误差。似的刀

30、具轮廓而产生的工件误差。 2)2)调整误差调整误差每个工序中，由于调整不可能绝对每个工序中，由于调整不可能绝对地准确，从而产生调整误差。地准确，从而产生调整误差。 3)3)刀具误差刀具误差采用定尺寸刀具时，刀具的尺寸精采用定尺寸刀具时，刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。度直接影响工件的尺寸精度。 4) 4)量具误差量具误差 计量器具、测量者误差会对被测零计量器具、测量者误差会对被测零件测量精度产生直接的影响。件测量精度产生直接的影响。 5) 5)装夹和夹具误差装夹和夹具误差 利用夹具装夹工件进行加工利用夹具装夹工件进行加工时，造成工件加工表面之间尺寸和位置误差。时，造成工件加工表面之间尺寸

31、和位置误差。 6) 6)机床误差机床误差 导轨导向误差，主轴回转误差，传导轨导向误差，主轴回转误差，传动链传动误差。动链传动误差。4.4.影响加工精度的原始误差影响加工精度的原始误差(5)(5)工艺过程原始误差工艺过程原始误差 1) 1)工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形在切削过程的切削力、在切削过程的切削力、传动力、夹紧力等作用下，工艺系统产生变形。传动力、夹紧力等作用下，工艺系统产生变形。 2)2)工艺系统的受热变形工艺系统的受热变形在切削过程切削热、摩在切削过程切削热、摩擦热、辐射热等作用下，工艺系统产生变形。擦热、辐射热等作用下，工艺系统产生变形。 3)3)工艺系统的磨损工艺系统的磨

32、损力作用下，工艺系统各部分力作用下，工艺系统各部分的有关摩擦表面之间产生的磨损引起的误差。的有关摩擦表面之间产生的磨损引起的误差。 4)4)工件的内应力工件的内应力内应力重新分布使工件产生变内应力重新分布使工件产生变形，破坏原有加工精度。形，破坏原有加工精度。 毛坯制造及热处理过程中产生的内应力；毛坯制造及热处理过程中产生的内应力； 工件冷校直产生的内应力；工件冷校直产生的内应力； 机械加工产生内应力。机械加工产生内应力。2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量1.1.表面层质量概念表面层质量概念 表面层质量也叫表面完整性。表面层质量

33、也叫表面完整性。 表面完整性对于在工作时受的应力很大，或经受表面完整性对于在工作时受的应力很大，或经受的是反复载荷，以及使用环境恶劣的零件尤为的是反复载荷，以及使用环境恶劣的零件尤为重要。表面层质量的含义归结两个内容：重要。表面层质量的含义归结两个内容：(1)(1)表面几何形状特性表面几何形状特性 表面粗糙度、波纹度以及纹理等表面特征。表面粗糙度、波纹度以及纹理等表面特征。(2)(2)表面层物理力学性能表面层物理力学性能 表面在表面在0.380.38mm(0.015 inchmm(0.015 inch) )厚度内物理、力学厚度内物理、力学、冶金特性，如残余应力、形变硬化、微观组、冶金特性，如残

34、余应力、形变硬化、微观组织、晶间腐蚀、热损伤区、材质不匀等等。织、晶间腐蚀、热损伤区、材质不匀等等。 2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量2.2.表面层质量的重要性表面层质量的重要性 机械产品工作性能、可靠性、耐久性等，在很机械产品工作性能、可靠性、耐久性等，在很大程度上取决于零件表面层质量，原因：大程度上取决于零件表面层质量，原因： 外部载荷所引起零件应力最大值往往出现在零外部载荷所引起零件应力最大值往往出现在零件的表面层；件的表面层； 加工后零件表面易产生如裂纹、裂痕、加工痕加工后零件表面易产生如裂纹、裂痕、加工痕迹等缺陷，这

35、些缺陷引起应力集中导致破坏；迹等缺陷，这些缺陷引起应力集中导致破坏； 零件经过机械加工后表面层的物理力学性能、零件经过机械加工后表面层的物理力学性能、金相组织不同于基体材料，从而影响使用寿命金相组织不同于基体材料，从而影响使用寿命，零件失效往往从表面局部损坏开始的。，零件失效往往从表面局部损坏开始的。2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量3.3.表面层质量对零件使用性能的影响表面层质量对零件使用性能的影响(1)(1)表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响 1) 1)表面粗糙度对耐磨性影响表面粗糙度对耐磨性影响 愈小，摩擦小愈小，摩擦小, ,耐磨性愈好。耐磨性愈好。

36、太小太小, ,不存油不存油, ,磨损反增加。磨损反增加。 接触面粗糙度有最佳值。接触面粗糙度有最佳值。 2) 2)表面冷作硬化对耐磨性影响表面冷作硬化对耐磨性影响 冷作硬化提高表面层显微硬冷作硬化提高表面层显微硬 度度, ,耐磨性提高耐磨性提高; ;但过分硬化但过分硬化 引起金属组织过度变形引起金属组织过度变形, ,增加增加 脆性脆性, ,出现裂纹和表层剥落。出现裂纹和表层剥落。3.3.表面层质量对零件使用性能的影响表面层质量对零件使用性能的影响(2)(2)表面质量对疲劳强度的影响表面质量对疲劳强度的影响 金属受交变载荷产生疲劳破坏往往发生在零件金属受交变载荷产生疲劳破坏往往发生在零件表面和表

37、面冷硬层下面，零件表面质量对疲劳表面和表面冷硬层下面，零件表面质量对疲劳强度影响很大。强度影响很大。1)1)表面粗糙度对疲劳强度的影响表面粗糙度对疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。易引起应力集中，产生疲劳裂纹。2)2)残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响 残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而；而表面层残余压应力表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩

38、能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。展，延缓疲劳破坏的产生。3.3.表面层质量对零件使用性能的影响表面层质量对零件使用性能的影响(3)(3)表面质量对耐蚀性的影响表面质量对耐蚀性的影响 耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就愈差。多，抗蚀性就愈差。表面层的表面层的残余拉应力残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐蚀性，而低零件的耐蚀性，而残余压应力残余压应力则能防止应力则能防止应力腐蚀开裂。腐蚀开裂。(4)(4)表面质量对配合质量

39、影响表面质量对配合质量影响 表面粗糙度大小将影响配合表面的配合质量。表面粗糙度大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。隙增大，破坏了要求的配合性质。 对过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被对过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低配合连接强度。挤平，实际过盈量减小，降低配合连接强度。4.4.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素(1)(1)切削加工影响表面粗糙度的因素切削加工影响表面粗糙度的因素 1) 1)刀具几何形状刀具几何形状 刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留

40、刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。 2) 2)物理因素物理因素 切削加工后表面粗糙度的实际切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形状一般都与纯几何因素所形成的理想轮轮廓形状一般都与纯几何因素所形成的理想轮廓有较大的差别，这是由于存在着与被加工材廓有较大的差别，这是由于存在着与被加工材料的性质及切削机理有关的物理因素的缘故。料的性质及切削机理有关的物理因素的缘故

41、。 3) 3)切削用量切削用量4.4.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素(2)(2)磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素 正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙的主要因素有：影响磨削表面粗糙的主要因素有：(1) (1) 砂轮的影响，砂轮粒度，硬度，砂轮修整砂轮的影响，砂轮粒度，硬度，砂轮修整(2) (2) 磨削速度磨削速度(3) (3) 磨削径向进给量与光磨次数磨削径向进给

42、量与光磨次数(4) (4) 工件圆周进给速度与轴向进给量工件圆周进给速度与轴向进给量(5) (5) 冷却润滑液冷却润滑液5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(1)(1)表面层的加工硬化表面层的加工硬化 1) 1)加工硬化产生机理及衡量指标加工硬化产生机理及衡量指标加工硬化也称为冷作硬化加工硬化也称为冷作硬化，指工件表层金属受，指工件表层金属受到切削力作用，产生强烈塑性变形，使金属的到切削力作用，产生强烈塑性变形，使金属的晶格被拉长、扭曲、破坏而引起表面硬度提高晶格被拉长、扭曲、破坏而引起表面硬度提高，塑性降低，物理力学性能发生变化。，塑性降低，物理力学性能发生变化。机械

43、加工中产生的切削热在一定条件下会使金机械加工中产生的切削热在一定条件下会使金属在塑性变形中产生回复现象。属在塑性变形中产生回复现象。衡量加工硬化的指标有下列三项：衡量加工硬化的指标有下列三项： 表面层显微硬度表面层显微硬度HVHV 硬化层深度硬化层深度h h 硬化程度硬化程度N N。 5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(1)(1)表面层的加工硬化表面层的加工硬化 2) 2)表面层加工硬化影响因素表面层加工硬化影响因素切削力愈大，塑性变形愈大，硬化程度愈大，切削力愈大，塑性变形愈大，硬化程度愈大，硬化层深度也愈大。硬化层深度也愈大。切削温度越高，软化作用增大，使得冷作硬

44、化切削温度越高，软化作用增大，使得冷作硬化作用减小。作用减小。当形变速度很快当形变速度很快( (即切削速度很高即切削速度很高) )时，塑性变时，塑性变形可能跟不上，这样塑性变形将不充分，因此形可能跟不上，这样塑性变形将不充分，因此硬化层深度和硬化程度都减小硬化层深度和硬化程度都减小. . 5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(2)(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 1) 1)金相组织变化与磨削烧伤的产生金相组织变化与磨削烧伤的产生工件加工的邻近区域产生的温升超过临界点时工件加工的邻近区域产生的温升超过临界点时, ,金相组织会发生变化。如磨削切削热比其他金相组织会

45、发生变化。如磨削切削热比其他方法大几十倍方法大几十倍, ,容易产生金相组织变化容易产生金相组织变化: : 工件表面温度超过相变工件表面温度超过相变A AC3C3, , 发生发生M,M,若无冷若无冷却液却液, ,表面硬度下降表面硬度下降, ,表层退火表层退火, ,称为退火烧伤称为退火烧伤; ; 工件表面温度超过相变工件表面温度超过相变A AC3C3, , 发生发生M,M,若有充若有充分冷却分冷却, ,表层形成二次淬火表层形成二次淬火M M, ,称为淬火烧伤称为淬火烧伤; ; 工件表面温度未超过相变工件表面温度未超过相变A AC3C3, , 但超过但超过MsMs转变温转变温度，则转变为回火屈度，则

46、转变为回火屈/ /索氏体索氏体, ,回火烧伤。回火烧伤。5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(2)(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 2) 2)影响磨削烧伤的因素影响磨削烧伤的因素 磨削用量磨削用量 磨削深度磨削深度磨削深度增加时，工件表面温磨削深度增加时，工件表面温度和表层下温度随之升高，烧伤会加重。度和表层下温度随之升高，烧伤会加重。工件纵向进给量越大，磨削区表面温度越低，工件纵向进给量越大，磨削区表面温度越低，磨削烧伤越轻。磨削烧伤越轻。工件速度增大时，磨削区温度会上升，但热作工件速度增大时，磨削区温度会上升，但热作用时间却减少。用时间却减少。 工件材料工

47、件材料工件材料对磨削区温度的影响主要取决于它的工件材料对磨削区温度的影响主要取决于它的硬度、强度、韧性和导热系数。硬度、强度、韧性和导热系数。5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(2)(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 2) 2)影响磨削烧伤的因素影响磨削烧伤的因素砂轮选择砂轮选择硬度太高，自锐性不好，使磨削硬度太高，自锐性不好，使磨削力增大，温度升高，容易产生烧伤。力增大，温度升高，容易产生烧伤。砂轮结合剂若具有一定弹性，如树脂、橡胶等砂轮结合剂若具有一定弹性，如树脂、橡胶等，砂轮磨粒能产生一定弹性退让，避免烧伤。，砂轮磨粒能产生一定弹性退让，避免烧伤。选用粗

48、粒度砂轮磨削，不容易产生烧伤。选用粗粒度砂轮磨削，不容易产生烧伤。冷却条件冷却条件采用切削液带走磨削区热量可避采用切削液带走磨削区热量可避免烧伤。一般冷却方法免烧伤。一般冷却方法 效果差，切削液进不了效果差，切削液进不了 磨削区磨削区AB(AB(图图) )。有效冷。有效冷 却方法是内冷法。却方法是内冷法。5. 5. 影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(3)(3)表面层的残余应力及裂纹表面层的残余应力及裂纹 1) 1)表面残余应力产生原因表面残余应力产生原因在没有外力情况下，工件表面层及其与基体材在没有外力情况下，工件表面层及其与基体材料的交界处所产生的互相平衡应力称为表面层料

49、的交界处所产生的互相平衡应力称为表面层残余应力。有以下三种原因。残余应力。有以下三种原因。冷态塑性变形引起的残余应力；冷态塑性变形引起的残余应力；热态塑性变形引起的残余应力；热态塑性变形引起的残余应力；金相组织变化引起的残余应力。金相组织变化引起的残余应力。 2) 2)裂纹产生原因：裂纹产生原因：残余拉压力是由加热引起，当出现残余拉应力残余拉压力是由加热引起，当出现残余拉应力超过工件材料的强度极限时，工作表面就会超过工件材料的强度极限时，工作表面就会 出现裂纹，当烧伤严重时表面就会出现裂纹。出现裂纹，当烧伤严重时表面就会出现裂纹。5. 5. 影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素

50、(3)(3)表面层的残余应力及裂纹表面层的残余应力及裂纹 3) 3)影响表面残余应力及磨削裂纹的主要因素影响表面残余应力及磨削裂纹的主要因素若切削热不高，表面层以冷塑性变形为主，则若切削热不高，表面层以冷塑性变形为主，则此时表面层中将产生残余压应力。此时表面层中将产生残余压应力。 磨削时，热态塑性变形和相变却占主导地位磨削时，热态塑性变形和相变却占主导地位。影响磨削裂纹因素许多与磨削烧伤相同：。影响磨削裂纹因素许多与磨削烧伤相同：磨削用量是影响磨削裂纹的首要因素。磨削用量是影响磨削裂纹的首要因素。 提高工件速度可减小残余拉压力，提高工件速度可减小残余拉压力，( (图图2-51)2-51)。 减

51、小磨削深度可减小残余应力，减小磨削深度可减小残余应力，( (图图2-52)2-52)。 降低砂轮速度得到残余压应力降低砂轮速度得到残余压应力( (图图2-53)2-53)。 其次，工件材料和热处理方法也有一定影响。其次，工件材料和热处理方法也有一定影响。 2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量6. 6. 表面粗糙度的获得方法表面粗糙度的获得方法 要达到规定的表面粗糙度，首先要确定加工方要达到规定的表面粗糙度，首先要确定加工方法，各种典型的加工方法所能达到的表面粗法，各种典型的加工方法所能达到的表面粗 糙度见表糙度见表2-52-5。 其次，要制订适当的工艺路线来逐步减小表面

52、其次，要制订适当的工艺路线来逐步减小表面破坏层和减小表面粗糙度。例如，对于要求表破坏层和减小表面粗糙度。例如，对于要求表面粗糙度为面粗糙度为R Ra0.1a0.10.05m0.05m的轴，不是单纯靠的轴，不是单纯靠精研一道工序就能获得的。精研一道工序就能获得的。2.3 2.3 机械加工路线机械加工路线2.3.1 2.3.1 加工经济精度与加工方法的选择加工经济精度与加工方法的选择 1.1.加工经济精度加工经济精度 正常加工条件下，即：使用符合质量标正常加工条件下，即：使用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人、不延准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人、不延长加工时间，一种加

53、工方法所能保证的加工精度范围，长加工时间，一种加工方法所能保证的加工精度范围，称为加工经济精度。左图示出称为加工经济精度。左图示出ABAB段就是经济精度范围。段就是经济精度范围。2.2.加工精度与成本的关系加工精度与成本的关系 加工误差和加工成本是成反比例关系加工误差和加工成本是成反比例关系 2.3 2.3 机械加工路线机械加工路线2.3.22.3.2 典型表面的加工路线典型表面的加工路线 熟悉一些较成熟的加工路线对工艺规程编制有熟悉一些较成熟的加工路线对工艺规程编制有指导作用。加工路线是根据典型表面的精度要指导作用。加工路线是根据典型表面的精度要求选择一种最终的加工方法，然后辅以先导工求选择

54、一种最终的加工方法，然后辅以先导工序的预加工方法组成的。序的预加工方法组成的。2.3.2.12.3.2.1外圆表面的加工路线外圆表面的加工路线 零件的外圆表面采用四条基本加工路线零件的外圆表面采用四条基本加工路线：1. 1. 粗车粗车半精车半精车精车：加工精度精车：加工精度IT7IT7，表面表面粗糙度等于或大于粗糙度等于或大于R Ra0.8ma0.8m外圆表面。外圆表面。2. 2. 粗车粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨：对于黑色金属精磨：对于黑色金属，特别是对半精车后有淬火要求，加工精度，特别是对半精车后有淬火要求，加工精度IT6IT6，表面粗糙度表面粗糙度R Ra0.16m a0.16m 外圆表

55、面。外圆表面。2.3.2 2.3.2 典型表面的加工路线典型表面的加工路线2.3.2.1 2.3.2.1 外圆表面的加工路线外圆表面的加工路线 3. 3. 粗车粗车半精车半精车精车精车金刚石车：适用于有金刚石车：适用于有色金属，不宜采用磨削加工的外圆表面。色金属，不宜采用磨削加工的外圆表面。金刚石车是在精密车床上用金刚石车刀进行车金刚石车是在精密车床上用金刚石车刀进行车削，精密车床的主运动系统多采用液体静压轴削，精密车床的主运动系统多采用液体静压轴承或空气静压轴承，送进运动系统多采用液体承或空气静压轴承，送进运动系统多采用液体静压导轨或空气静压导轨，因而主运动平稳，静压导轨或空气静压导轨，因而

56、主运动平稳，送进运动比较均匀，少爬行，可以有比较高的送进运动比较均匀，少爬行，可以有比较高的加工精度和比较细的表面粗糙度。目前，这种加工精度和比较细的表面粗糙度。目前，这种 工方法已有用于尺寸精度为工方法已有用于尺寸精度为0.10.1mm数量级和表数量级和表面粗糙度为面粗糙度为R Ra0.01ma0.01m数量级的超精切削加工数量级的超精切削加工之中。之中。2.3.2.1 2.3.2.1 外圆表面的加工路线外圆表面的加工路线 4. 4. 粗车粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨精磨研磨、超精加研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光：这是在前面加工工、砂带磨、镜面磨或抛光：这是在前面加工路线路线2 2的基

57、础上又加进研磨、超精加工、砂带的基础上又加进研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光等精密、超精密加工或光整磨、镜面磨或抛光等精密、超精密加工或光整加工工序。这些加工方法多以减小表面粗糙度加工工序。这些加工方法多以减小表面粗糙度、提高尺寸精度、形状和位置精度为主要目的、提高尺寸精度、形状和位置精度为主要目的，有些加工方法，如抛光、砂带磨等则以减小，有些加工方法，如抛光、砂带磨等则以减小表面粗糙度为主。表面粗糙度为主。 超精密磨削加工超精密磨削加工是指工件作回转运动，用细是指工件作回转运动，用细磨粒油石作高频短幅震动和送进运动，以很小磨粒油石作高频短幅震动和送进运动，以很小压力对工件表面进行加工方法

58、压力对工件表面进行加工方法（图（图1-131-13）。 表面粗糙度可以降到表面粗糙度表面粗糙度可以降到表面粗糙度R Ra0.06ma0.06m2.3.2.1 2.3.2.1 外圆表面的加工路线外圆表面的加工路线 砂带磨削是以粘满砂粒砂带磨削是以粘满砂粒 的砂带高速旋转，工件的砂带高速旋转，工件 缓慢转动并作送进运动缓慢转动并作送进运动 表面粗糙度表面粗糙度R Ra0.02ma0.02m。 2.3.2 2.3.2 典型表面的加工路线典型表面的加工路线2.3.2.22.3.2.2内孔内孔( (内圆内圆) )的加工路线的加工路线 孔加工采用四条基本加工路线：孔加工采用四条基本加工路线： 1. 1.

59、钻钻粗拉粗拉精拉：多用于大批量生产盘套类精拉：多用于大批量生产盘套类零件的圆孔、单键孔和花键孔加工，加工质量零件的圆孔、单键孔和花键孔加工，加工质量稳定，生产率高。稳定，生产率高。2. 2. 钻钻扩扩铰铰手铰：是一条应用最广泛的孔手铰：是一条应用最广泛的孔加工路线，多用于中、小孔加工，其中加工路线，多用于中、小孔加工，其中扩孔有扩孔有纠正位置精度的能力，铰孔只能保证尺寸、形纠正位置精度的能力，铰孔只能保证尺寸、形状精度和减小孔的表面粗糙度，不能纠正位置状精度和减小孔的表面粗糙度，不能纠正位置精度，精度，当孔的尺寸精度、形状精度要求比较高当孔的尺寸精度、形状精度要求比较高，表面粗糙度要求比较细时

60、，可安排一次手铰，表面粗糙度要求比较细时，可安排一次手铰。有时用端面铰刀手铰，可用来纠正孔的轴心。有时用端面铰刀手铰，可用来纠正孔的轴心线与端面的之间的垂直度误差。线与端面的之间的垂直度误差。2.3.2.2 2.3.2.2 内孔内孔( (内圆内圆) )的加工路线的加工路线 孔加工采用四条基本加工路线：孔加工采用四条基本加工路线： 3.3. 钻钻粗镗粗镗半精镗半精镗精镗精镗浮动镗或金刚镗：浮动镗或金刚镗：(1)(1)单件小批量生产中的箱体孔系加工单件小批量生产中的箱体孔系加工; ;(2)(2)位置精度要求高的孔系加工位置精度要求高的孔系加工; ;(3)(3)直径比较大的孔直径比较大的孔, ,如直