机械加工工艺与装备

第10章机械加工工艺与装备

设计目的

通过减速器的两个零件主轴和底座的工艺规程的编制，能够了解工艺规程的基本概念，能正确分析零件的结构工艺性，根据零件的具体形状，选择合适的毛坯，确定零件的定位方法，拟定零件的机械加工工艺路线，能够结合企业现状及零件的结构，合理选择零件各工序加工昔所需要的加工设备及工艺装备，编制出减速器的两个零件的机械加工工艺规程。进而掌握一般零件的机械加工工艺规程的编制。10.1典型零件机械加工工艺规程的编制说明第10章机械加工工艺与装备

设计条件

给出两个典型零件的零件图，编制出合适的机械加工工艺规程。10.1典型零件机械加工工艺规程的编制说明第10章机械加工工艺与装备

设计内容及要求主轴零件的机械加工工艺规程的编制确定减速器主轴的机械加工工艺路线：①了解轴类零件的种类及结构特点。②掌握如何选择轴类零件的材料及毛坯。③一般轴类零件机械加工的工艺特点。底座零件的机械加工工艺规程的编制确定减速器底座的机械加工工艺路线：①了解箱体类零件的种类及结构特点。②掌握如何选择箱体类零件的材料及毛坯。③一般箱体类零件机械加工的工艺特点。10.1典型零件机械加工工艺规程的编制说明第10章机械加工工艺与装备

一、生产过程和工艺过程10.2基础知识

1．生产过程和工艺过程的基本概念生产过程：将原材料转变为成品的全过程。工艺过程：改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。工艺过程是生产过程的主要部分，其余为辅助过程。

安装1工位1工步1走刀1工序走刀2工步2走刀1工位2安装2走刀22．机械加工工艺过程的组成第10章机械加工工艺与装备

一、生产过程和工艺过程10.2基础知识

3．生产纲领和生产类型生产纲领：即年产量。企业计划一年内应当生产的产品产量和进度计划。N=Qn(1+α%)(1+β%)N——零件的年产量，单位为件/年；Q——产品的年产量，单位为台／年；n——每台产品中该零件的数量，单位为件／台；α——零件的备品率，一般为3~5%；β——零件的废品率，一般为1~5%。备品：为防止个别零件加工后互换性不好，常多做几件备用。生产类型：企业生产专业化程度的分类。即单件、成批和大量生产性质。

生产类型主要依据生产纲领确定。类型不同，工艺过程就不同。第10章机械加工工艺与装备

一、生产过程和工艺过程10.2基础知识

4．机械加工工艺规程

第10章机械加工工艺与装备

一、生产过程和工艺过程10.2基础知识

4．机械加工工艺规程

工艺规程设计的步骤1）分析零件工艺性。2）选择毛坯。3）选择定位基准。4）拟定工艺路线。5）确定各工序的设备、刀具、量具和夹具等。6）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差。7）确定各工序的切削用量和时间定额。8）确定各工序的技术要求和检验方法。9）进行技术经济分析，选择最佳方案。10）填写工艺文件。第10章机械加工工艺与装备

一、生产过程和工艺过程10.2基础知识

4．机械加工工艺规程

工艺规程设计的步骤1）分析零件工艺性。2）选择毛坯。3）选择定位基准。4）拟定工艺路线。5）确定各工序的设备、刀具、量具和夹具等。6）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差。7）确定各工序的切削用量和时间定额。8）确定各工序的技术要求和检验方法。9）进行技术经济分析，选择最佳方案。10）填写工艺文件。第10章机械加工工艺与装备

二、零件的结构工艺性分析10.2基础知识

零件的结构工艺性是指所设计的零件在不同类型的具体生产条件下，零件毛坯的制造、零件的加工和产品的装配所具备的可行性和经济性。对于较复杂的零件，在进行工艺分析时还必须重点研究以下三个方面的问题：主次表面的区分和主要表面的保证零件的主要表面是指零件与其他零件相配合的表面，或是直接参与机器工作过程的表面。主要表面以外的其他表面称为次要表面。根据主要表面的质量要求，便可确定所应采用的加工方法以及采用哪些最后加工的方法来保证实现这些要求。重要技术条件分析零件的技术条件一般是指零件的表面形状精度和位置精度，静平衡、动平衡要求，热处理、表面处理，探伤要求和气密性试验等。重要技术条件是影响工艺过程制订的重要因素，通常会影响到基准的选择和加工顺序，还会影响工序的集中与分散。第10章机械加工工艺与装备

二、零件的结构工艺性分析10.2基础知识零件图上表面位置尺寸的标注零件上各表面之间的位置精度是通过一系列工序加工后获得的，这些工序的顺序与工序尺寸和相互位置关系的标注方式直接相关，这些尺寸的标注必须做到尽量使定位基准、测量基准与设计基准重合，以减少基准不重合带来的误差。第10章机械加工工艺与装备

三、毛坯的选择10.2基础知识铸件锻件型材焊接件冷压件粉末冶金件毛坯类型砂型铸金属模铸压力铸模锻自由锻冷轧热轧冲压冷挤第10章机械加工工艺与装备

三、毛坯的选择10.2基础知识毛坯选择考虑因素：1）零件的材料及对零件力学性能的要求。铸铁→铸件，高强度→锻件，一般性能→型材或铸钢2）零件的结构形状与外形尺寸。轴→锻件或型材，大件→铸件

3）生产类型和生产条件。小批→砂型铸或自由锻，大批→模锻、精密铸，减少粗加工量，提高效率

4）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料。

毛坯形状和尺寸选择：1）铸锻件毛坯余量应足够大。铸件有夹渣、疏松，锻件有黑皮、飞边和凹凸不平。2）小、薄或组合件可考虑按多件连体备料，加工完成后再割开。3）不便装夹的零件应加设装夹余料，工艺凸台、凸耳，最后去除。第10章机械加工工艺与装备

四、定位基准的选择10.2基础知识1．基准的概念及其分类基准设计基准工艺基准测量基准定位基准装配基准工序基准

图10-1钻套零件图第10章机械加工工艺与装备

四、定位基准的选择10.2基础知识1．基准的概念及其分类图例分析：如图10-1所示钻套零件图中，轴心线O1-O2是各回转面的设计基准，A面是B、C面的设计基准，而内孔∅D1的轴心线，也是外圆∅D2的径向圆跳动的设计基准，又是端面B的端面圆跳动的设计基准。钻套内孔套在心轴上磨削外圆∅D2及端面时，内孔的轴线就是定位基准。钻套内孔套在心轴上用百分表测外圆径向圆跳动及端圆跳动时，钻套内孔的轴线就是测量基准。钻套装在钻模板上是以其外圆∅D2及端面B面来确定外套位置的，所以其外圆轴线及端面B面是装配基准。第10章机械加工工艺与装备

四、定位基准的选择10.2基础知识2．定位基准的选择选择定位基准时应符合两点要求：1）各加工表面应有足够的加工余量，非加工表面的尺寸、位置符合设计要求；2）定位基面应有足够大的接触面积和分布面积，以保证能承受大的切削力，保证定位稳定可靠。定位基准可分为粗基准和精基准。若选择未经加工的表面作为定位基准，这种基准被称为粗基准。若选择已加工的表面作为定位基准，则这种定位基准称为精基准。第10章机械加工工艺与装备

四、定位基准的选择10.2基础知识2．定位基准的选择 (1)粗基准的选择①为了保证重要加工表面加工余量均匀，应选择重要加工表面作为粗基准。②为了保证非加工表面与加工表面之间的相对位置精度要求，应选择非加工表面作为粗基准；如果零件上同时具有多个非加工面时，应选择与加工面位置精度要求最高的非加工表面作为粗基准。③有多个表面需要一次加工时，应选择精度要求最高、或者加工余量最小的表面作为粗基准。④粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次。⑤选作粗基准的表面应平整光洁，有一定面积，无飞边、浇口、冒口，以保证定位稳定、夹紧可靠。第10章机械加工工艺与装备

四、定位基准的选择10.2基础知识2．定位基准的选择(2)精基准的选择①基准重合原则：即应尽可能选择设计基准作为定位基准。②基准统一原则：即应尽可能采用同一个定位基准加工工件上的各个表面。③互为基准原则：即对工件上两个相互位置精度要求比较高的表面进行加工时，可以利用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。④自为基准原则：即某些加工表面加工余量小而均匀时，可选择加工表面本身作为定位基准。 ⑤准确可靠原则：即所选基准应保证工件定位准确、安装可靠；夹具设计简单、操作方便。第10章机械加工工艺与装备

四、定位基准的选择10.2基础知识3．工件定位的方法工件定位直接找正定位：通常在单件小批生产的加工车间、修理、试制、工具车间中得到应用在夹具上找正：广泛用于成批生产和单件、小批量生产的关键工序中划线找正定位：受到划线精度的限制，定位精度低，多用于批量较小、毛坯精度较低以及大型零件的粗加工第10章机械加工工艺与装备

五、工艺路线的拟定10.2基础知识经济精度：在正常加工条件下所能达到的加工精度及表面粗糙度

各种表面不同加工方法的经济精度及表面粗糙度第10章机械加工工艺与装备

五、工艺路线的拟定10.2基础知识选择表面加工方法

首先应了解各种加工方法所能达到的经济精度，然后考虑：1）零件的材料及性质。有色金属的精加工不宜采用磨削，因为有色金属易使砂轮堵塞，因此常采用高速精细车削或金刚镗等切削加工方法2）零件的形状与尺寸。形状复杂、尺寸较大的零件，其上的孔一般不宜采用拉削或磨削；直径大于Φ60mm的孔不宜采用钻、扩、铰等

3）选择的加工方法要与生产类型相适应。大批量生产应选用高生产率的和质量稳定的加工方法，而单件、小批生产应尽量选择通用设备和避免采用非标准的专用刀具来加工。4）具体的生产条件。考虑工厂现有的加工设备及其工艺能力、工人的技术水平，以充分利用现有设备和工艺手段，同时也要注意不断引进新技术，对老设备进行技术改造，挖掘企业的潜力，不断提高工艺水平第10章机械加工工艺与装备

五、工艺路线的拟定10.2基础知识划分加工阶段

加工阶段一般为：粗加工、半精加工、精加工和光整加工。1）有利于保证加工质量。可使大切削量粗切引起的变形充分释放，由半精、精加工逐步校正。2）合理地使用设备。普通机床粗加工，数控机床精加工。充分发挥粗、精加工设备特点，有利于长期保证机床精度。

3）有利于及早发现毛坯的缺陷。粗加工安排在前，若发现了毛坯缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成工时的浪费。

4）便于安排热处理工序。粗加工后要时效消除应力，精加工前要淬火，淬火变形可由精加工消除。粗精加工分开，使机床台数和工序数增加，批量较小时，机床负荷率低、不经济。所以当工件批量小、精度要求不太高、工件刚性较好时也可以不分或少分阶段。重型零件由于输送及装夹困难，一般在一次装夹下完成粗精加工。第10章机械加工工艺与装备

五、工艺路线的拟定10.2基础知识其它工序的安排

热处理工序的安排：（1）粗加工前的预备热处理：消除组织的不均匀，细化晶粒，改善金属的切削加工性能。有退火、正火和调质。（2）中间工序间的时效退火热处理：消除残余应力引起工件的变形。（3）精加工前的最终热处理：获得零件使用上所需要的力学性能、表面硬度和抗蚀性，如淬火、渗碳、渗氮等。因淬火变形大，最终做磨削加工。辅助工序安排：（1）检验工序：重要工序的前后、送往外车间之前、最终检验。确保质量（2）清洗和去毛刺：淬火工序之前、全部完工之后。（3）消磁等：根据需要做消磁、平衡等安排第10章机械加工工艺与装备

五、工艺路线的拟定10.2基础知识工序的划分工序划分的原则：（1）工序集中的原则：将加工集中在少数几道工序内完成。可减少装夹次数、减少机床使用数量和占地面积、简化了生产组织和计划调度工作。

但机床、工装一次性投资大，调整维修费事、不利于阶段划分。（2）工序分散的原则：将加工分散到较多的工序内进行。每工序内容简单，所用设备、工装也简单，调整维修方便，对工人要求低。

但使用设备多、占地面积大、使用工人多。工序划分的方法：（1）刀具集中分序法：用同一把刀具加工完所有可加工的部位后再换刀完成它们所有可加工的部位。减少换刀次数、缩短空程时间，减少误差。（2）粗精加工分序法：完成全部粗加工、半精加工，最后作全部精加工。（3）加工部位分序法：按“先面后孔”、“先简单后复杂”、“先低后高（精度）”的加工顺序对需加工的部位划分工序。第10章机械加工工艺与装备

六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识 1．加工余量的确定 （1）加工余量的基本概念 加工余量是指加工过程中从加工表面切除的材料层厚度。加工余量有工序余量和总余量。

①工序余量：相邻两工序的基本尺寸之差，也称基本余量，如图10-2所示。 对于外表面，图10-2a：Zb=a-b 对于内表面，图10-2b：Zb=b-a式中：Zb——本工序的工序余量；a——前道工序的基本尺寸；b——本工序的基本尺寸。

a)

b)

图10-2单边加工余量第10章机械加工工艺与装备

六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识 旋转体表面（轴与孔）的工序余量则是指直径方向上的余量，实际切除的材料层厚度公为工序余量之半，这种余量称双边余量，如图10-3所示，即：

对于被包容面，图10-3a：Zb=a-b 对于包容面，图10-3b：Zb=b-a式中：Zb——直径上的加工余量； a——前道工序的加工直径；

b——本工序的加工直径。

a)

b)

图10-3

双边加工余量第10章机械加工工艺与装备

六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识 1．加工余量的确定②总余量：工件由毛坯到成品的整个加工过程中某一表面被切除材料层的总厚度。即

式中Z∑——总余量；

Zi——第i道工序余量；

n——总工序数。③最大工序余量、最小工序余量和工序余量公差

在毛坯制造及各道工序的加工中，加工误差是不可避免的，因此，毛坯尺寸、工序尺寸都有一个变动范围，即实际尺寸可在最大与最小极限尺寸之间变化，因而加工余量也产生了最大工序余量和最小工序余量。 第10章机械加工工艺与装备

六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识对于被包容面：如图10-4a所示，最大工序余量余量（Zbmax）等于前工序最大工序尺寸（amax）减去本工序最小工序尺（bmin）。即Zbmax=amax-bmin最小工序余量余量（Zbmin）等于前工序最大工序尺寸（amin）减去本工序最小工序尺寸（bmax）。即Zbmin=amin-bmax

a)

b)

图10-4工序尺寸与工序余量第10章机械加工工艺与装备

六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识对于包容面：如图10-4b所示，最大工序余量余量（Zbmax）等于本工序最大工序尺寸（bmax）减去前工序最小工序尺寸（amin）即Zbmax=bmax-amin最小工序余量余量（Zbmin）等于本工序最大工序尺寸（bmin）减去前工序最小工序尺寸（amax）。即Zbmin=bmin-amax式中Zbmax、Zbmin——本工序最大、最小工序余量；amax、amin——前工序最大、最小极限尺寸；bmax、bmin——本工序最大、最小极限尺寸。第10章机械加工工艺与装备

六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识 为了便于加工，工序尺寸公差都按“入体原则”标注，即被包容面的工序尺寸公差取上偏差为零；包容面的工序尺寸公差取下偏差为零；而毛坯尺寸公差按双向布置上、下偏差。 因此，不论是孔还是轴，工序余量和工序尺寸及公差的关系式如下： Zbmax=Zb+Tb

Zbmin=Zb-Ta

式中Ta——前工序尺寸公差；

Tb——本工序尺寸公差；

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六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识 （2）影响加工余量的因素 影响加工余量的因素是多方面的，主要有：1）前工序的表面粗糙度Ra和表面层缺陷层厚度Da；2）前工序的尺寸公差Ta；3）前工序的形位误差ρa，如工件表面的弯曲、工件的空间位置误差等；4）本工序的安装误差εb。 因此，本工序的加工余量必须满足： 对称余量：Zbmin=2（Ra+Da）+Ta+2|ρa+εb|

单边余量：Zbmin=（Ra+Da+Ta+|ρa+εb|

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六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识（3）加工余量的确定

实际工作中，确定加工余量的方法有以下三种：1）查表法根据有关手册提供的加工余量数据，再结合本厂生产实际情况加以修正后确定加工余量。这是各工厂广泛采用的方法。2）经验估计法根据工艺人员本身积累的经验确定加工余量。一般为了防止余量过小而产生废品，所估计的余量总是偏大。常用于单件、小批量生产。3）分析计算法根据理论公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各因素进行分析、计算来确定加工余量。这种方法较合理，但需要全面可靠的试验资料，计算也较复杂。一般只在材料十分贵重或少数大批、大量生产的工厂中采用。

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六、工序尺寸及公差带分布10.2基础知识2.工序尺寸及其公差的确定

工件上的设计尺寸一般都要经过几道工序的加工才能得到，每道工序所应保证的尺寸称为工序尺寸。编制工艺规程的一个重要工作就是要确定每道工序的工序尺寸及公差。第10章机械加工工艺与装备

七、设备及工艺装备的选择10.2基础知识 1．设备的选择 确定了工序集中或工序分散的原则后，基本上也就确定了设备的类型。如采用工序集中，则宜选用高效自动加工设备；若采用工序分散，则加工设备可较简单。此外，选择设备时还应考虑： （1）机床精度与工件精度相适应； （2）机床规格与工件的外形尺寸相适应； （3）选择的机床应与现有加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等； （4）如果没有现成设备供选用，经过方案的技术经济分析后，也可提出专用设备的设计任务书或改装旧设备。第10章机械加工工艺与装备

七、设备及工艺装备的选择10.2基础知识2.工艺装备的选择 工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济效益。应根据地生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。（1）夹具的选择单件、小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、机床用平口虎钳、分度头等；对于大批和大量生产，为提高生产率应采用专用高效夹具；多品种中、小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。（2）刀具的选择一般优先采用标准刀具。若采用机械集中，则可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。（3）量具的选择单件、小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等；大批、大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。第10章机械加工工艺与装备

一、轴类零件的加工工艺10.3典型零件的加工工艺 1．轴类零件的技术要求 ⑴尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。 ⑵几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。 ⑶相互位置精度包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平