机械加工工艺培训教材

机械加工工艺培训教材绪论1.1机械加工工艺的内涵与重要性机械加工工艺是指利用机械加工的方法，改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为合格零件的全过程。它是机械制造过程中的核心环节，直接决定了产品的质量、性能、生产成本和生产效率。一个合理的、优化的加工工艺，能够确保零件的加工精度和表面质量，提高材料利用率，缩短生产周期，从而增强产品的市场竞争力。对于从事机械制造行业的工程技术人员和操作人员而言，掌握扎实的机械加工工艺知识，是提升专业素养和解决实际生产问题能力的基础。1.2本教材的主要内容与学习方法本教材旨在系统介绍机械加工工艺的基本理论、常用方法、工艺规程制定以及相关的实践知识。主要内容包括：机械加工常用方法与设备、机械加工工艺规程的制定、机械加工质量控制、典型零件加工工艺分析、以及现代制造技术简介等。学习本教材时，建议读者注重理论联系实际，不仅要理解基本概念和原理，更要关注其在生产实践中的应用。通过对典型案例的分析，培养工艺分析和工艺设计的能力。同时，应积极参与实践操作，将所学知识与具体的加工过程相结合，不断积累经验，提升解决复杂工艺问题的能力。第一章机械加工常用方法与设备1.1概述机械加工方法多种多样，根据加工原理可分为切削加工、特种加工等。切削加工是通过刀具与工件之间的相对运动，从工件上切除多余材料的加工方法，是目前应用最广泛的加工方法。本章将重点介绍常见的切削加工方法及其所用设备。1.2车削加工车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的直线或曲线进给运动，来加工工件的外圆、内孔、端面、螺纹、沟槽等回转表面的加工方法。1.2.1车削加工的特点与应用范围车削加工具有加工范围广、生产率较高、加工精度可达IT8-IT7级（精车时）、表面粗糙度Ra值可达到1.6-0.8μm等特点。它主要用于加工各种回转体零件，是机械加工中最基本、最常用的加工方法之一。单件小批量生产中，常用卧式车床；大批量生产中，则广泛采用自动车床、半自动车床或专用车床。1.2.2典型车床简介卧式车床是应用最普遍的车床类型，其主轴水平布置，适用于加工各种轴类、盘套类零件。主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座等部分组成。数控车床则是在普通车床基础上发展起来的，通过数字控制系统实现自动化加工，具有更高的加工精度和生产效率，尤其适用于复杂形状回转体零件的加工和多品种小批量生产。1.3铣削加工铣削加工是在铣床上利用铣刀的旋转运动为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动，来加工平面、台阶、沟槽、成形表面等的加工方法。1.3.1铣削加工的特点与应用范围铣削加工生产率较高，加工范围广，可加工平面、斜面、沟槽（如键槽、T形槽、燕尾槽等）、成形表面、齿轮等。加工精度一般可达IT9-IT7级，表面粗糙度Ra值可达6.3-1.6μm。铣削加工的主运动是连续的旋转运动，切削过程平稳，生产效率较高，在单件小批量和大批量生产中都有广泛应用。1.3.2典型铣床简介铣床主要有卧式铣床、立式铣床、龙门铣床和数控铣床等。卧式铣床主轴水平布置，常用端铣刀或圆柱铣刀加工；立式铣床主轴垂直布置，便于使用面铣刀加工平面和各种沟槽。龙门铣床则适用于大型工件或多个工件同时加工，具有较高的刚性和生产率。数控铣床通过程序控制，能实现复杂轮廓的加工，是现代机械加工的重要设备。1.4钻削与镗削加工钻削和镗削是加工孔的主要方法。1.4.1钻削加工钻削加工主要用于在实体材料上加工孔，常用设备为钻床（如台式钻床、立式钻床、摇臂钻床）。钻孔加工精度较低，一般为IT10以下，表面粗糙度Ra值为12.5-6.3μm，通常作为孔的粗加工或预加工工序。扩孔和铰孔可作为钻孔后的半精加工和精加工工序，分别能达到IT9-IT8和IT7-IT6级精度，表面粗糙度Ra值分别为6.3-3.2μm和1.6-0.8μm。1.4.2镗削加工镗削加工主要用于对已有孔（铸孔、锻孔或已钻孔）进行进一步加工，可在镗床或铣床上进行。镗削加工的适应性强，可加工各种尺寸和精度的孔，尤其适用于加工大型、复杂零件上的孔系。镗孔精度可达IT8-IT6级，表面粗糙度Ra值可达3.2-0.8μm。在镗床上还可以进行端面、外圆等的加工。1.5磨削加工磨削加工是利用磨具（主要是砂轮）上的磨粒对工件表面进行切削加工的方法，通常作为零件的最终精加工工序。1.5.1磨削加工的特点与应用范围磨削加工能获得很高的加工精度（IT7-IT5级或更高）和极低的表面粗糙度（Ra值可达0.8-0.01μm）。它不仅可以加工金属材料，还可以加工硬度很高的非金属材料（如陶瓷、玻璃等）。磨削加工的主要应用包括外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、成形磨削等，用于加工各种高精度、高表面质量的零件表面。1.5.2典型磨床简介常用的磨床有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床等。外圆磨床用于磨削工件的外圆柱面、外圆锥面和轴肩端面；平面磨床用于磨削各种平面；无心磨床则用于大批量磨削细长轴类零件或短套类零件的外圆，具有高效率的特点。1.6其他加工方法简介除上述主要加工方法外，机械加工中还包括刨削、插削、拉削等。刨削和插削生产率相对较低，主要用于单件小批量生产中加工平面、沟槽等。拉削加工则是一种高效率、高精度的加工方法，适用于大批量生产中加工各种形状的通孔、平面及成形表面，但拉刀成本较高。第二章机械加工工艺规程的制定2.1概述机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。它是指导生产的重要技术文件，也是组织生产、进行技术准备和经济核算的依据。一个科学合理的工艺规程，是保证产品质量、提高生产效率、降低生产成本的关键。2.2零件图的分析与工艺审查在制定工艺规程前，首先必须对零件图进行仔细分析和工艺审查。2.2.1零件图分析主要包括：了解零件的结构形状、尺寸大小、精度要求（尺寸精度、形状精度、位置精度）、表面质量要求、材料牌号及热处理要求等。明确零件的主要加工表面和关键技术要求，这是拟定工艺路线的基础。2.2.2工艺审查审查零件图的完整性和正确性，分析零件结构的工艺性。所谓工艺性，是指零件在满足使用要求的前提下，是否能用生产率高、劳动量小、材料消耗少、成本低的方法制造出来。例如，零件的结构应便于装夹、加工和测量；尽量避免不必要的复杂结构和过高的精度要求；零件上的相似结构应尽可能统一等。2.3毛坯的选择毛坯的选择直接影响到加工质量、材料利用率、生产成本和生产周期。选择毛坯时应考虑以下因素：零件的材料及其力学性能要求、零件的结构形状和尺寸、生产批量、现有生产条件以及利用新技术、新工艺、新材料的可能性。常见的毛坯类型有：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等。2.4定位基准的选择定位基准的选择是制定工艺规程的关键环节，它直接影响加工精度、加工顺序乃至夹具结构的复杂程度。2.4.1基准的概念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。按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准。工艺基准又可分为定位基准、测量基准和装配基准。定位基准是在加工中用作定位的基准。2.4.2定位基准的选择原则选择定位基准时，应遵循“基准重合”、“基准统一”、“自为基准”、“互为基准”等原则。*基准重合原则：尽量选择设计基准作为定位基准，以避免因基准不重合而产生的定位误差。*基准统一原则：尽可能在多数工序中采用同一组定位基准，以简化夹具设计和制造，保证各加工表面间的位置精度。*自为基准原则：当某些表面精加工要求余量小而均匀时，可选择该加工表面本身作为定位基准。*互为基准原则：对于位置精度要求高的表面，可采用互为基准、反复加工的方法，以达到高精度的位置要求。定位基准按其使用顺序，又可分为粗基准和精基准。粗基准是指以未加工表面作为定位基准；精基准是指以已加工表面作为定位基准。粗基准的选择应保证各加工表面有足够的加工余量，且重要表面的加工余量均匀，同时粗基准一般只使用一次。2.5工艺路线的拟定工艺路线的拟定是指确定零件从毛坯到成品所经过的一系列加工工序的先后顺序。这是制定工艺规程的核心内容。2.5.1加工方法的选择根据零件各加工表面的精度要求、表面粗糙度要求、材料性质、零件结构形状和尺寸以及生产类型等因素，选择合适的加工方法。例如，对于IT7级精度、Ra1.6μm的外圆表面，若材料为45钢，可采用粗车-半精车-精车的加工方案；若表面硬度较高，则可能需要采用粗车-半精车-粗磨-精磨的加工方案。2.5.2加工阶段的划分对于加工质量要求较高的零件，通常将工艺路线划分为几个阶段：*粗加工阶段：主要任务是切除大部分加工余量，提高生产率。*半精加工阶段：使主要表面达到一定的精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工。*精加工阶段：保证各主要表面达到图纸规定的质量要求。*光整加工阶段：对于精度要求极高（IT5以上）、表面粗糙度要求极低（Ra0.2μm以下）的表面，需进行光整加工，如研磨、珩磨、超精加工等。划分加工阶段的目的是：保证加工质量、合理使用设备、便于及时发现毛坯缺陷、保护已加工表面。2.5.3工序的集中与分散工序集中是将零件的多个加工内容集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。其特点是：减少工序数目，简化生产组织；减少设备数量，节省生产面积；减少工件装夹次数，有利于保证加工表面间的位置精度；但对设备和工人的技术水平要求较高。工序分散是将零件的加工内容分散在较多的工序内完成，每道工序的加工内容较少。其特点是：设备和工艺装备简单，调整方便；对工人技术水平要求较低；但工序数目多，生产组织复杂，设备数量多，占地面积大。工序集中与分散的程度，应根据生产类型、零件结构特点、加工精度要求以及现有生产条件等因素综合考虑。2.5.4热处理工序的安排热处理工序在工艺路线中的位置，取决于其目的。*预备热处理：如退火、正火、调质等，主要目的是改善材料的切削性能、消除内应力，一般安排在粗加工之前或粗加工之后、半精加工之前。*最终热处理：如淬火、回火、渗碳淬火等，主要目的是提高零件的硬度和耐磨性，一般安排在半精加工之后、精加工之前（磨削加工之前）。*时效处理：用于消除内应力，防止零件变形，可安排在粗加工之后、精加工之前，对于精度要求高的零件，可多次安排时效处理。2.5.5辅助工序的安排辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈、去磁等。其中，检验工序是保证产品质量的重要措施，应合理安排。一般在关键工序之后、零件从一个车间转到另一个车间前后、重要工序加工完毕后以及零件加工完成入库前，均应安排检验工序。2.6工序内容的确定在拟定好工艺路线后，需确定各工序的具体内容，包括加工尺寸、公差、表面粗糙度、所用设备、工艺装备（刀具、夹具、量具）、切削用量和工时定额等。2.6.1加工余量的确定加工余量是指加工过程中从加工表面上切除的金属层厚度。合理确定加工余量，对于保证加工质量和提高经济效益至关重要。余量过大，会增加切削工时，浪费材料，降低刀具寿命；余量过小，则可能无法消除前道工序的缺陷和误差，导致废品。加工余量可通过查阅工艺手册或根据经验确定。2.6.2设备与工艺装备的选择根据工序要求、零件结构特点、生产批量和现有设备条件选择合适的加工设备。工艺装备的选择包括刀具、夹具、量具的选择。尽可能选用标准刀具、夹具和量具，以降低成本。对于大批量生产，可考虑采用专用刀具、专用夹具和专用量具，以提高生产效率和加工精度。2.6.3切削用量的确定切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。合理选择切削用量，对保证加工质量、提高生产率和降低成本有重要影响。通常，在保证加工质量的前提下，应尽可能选择较大的进给量和背吃刀量，最后再选择合适的切削速度。切削用量的具体数值，可参考切削用量手册或根据经验确定。2.7工艺文件的编制工艺规程制定完成后，需将其内容以一定的形式编制成工艺文件，作为指导生产的依据。常见的工艺文件有工艺过程卡、工序卡、调整卡等。*工艺过程卡：以工序为单位，简要列出零件加工所经过的整个工艺路线，包括工序名称、工序内容、所用设备和工艺装备等。它是制定其他工艺文件的基础，也是生产管理的依据。*工序卡：详细规定了每道工序的加工内容、工艺参数、操作要求、所用设备、刀具、夹具、量具等，并附有工序简图。它主要用于指导工人操作和用于大批量生产的质量控制。第三章机械加工质量控制3.1概述机械加工质量是指零件加工后所达到的实际几何参数（尺寸、形状、位置）和表面质量与理想几何参数的符合程度。它直接影响产品的性能、寿命和可靠性。因此，分析影响加工质量的因素，并采取相应的控制措施，是保证产品质量的核心。3.2加工精度加工精度是指零件加工后的实际尺寸、形状、位置等几何参数与理想几何参数的符合程度。3.2.1尺寸精度及其影响因素尺寸精度是指零件的实际尺寸与理想尺寸的接近程度。影响尺寸精度的因素主要有：加工方法的精度（如刀具与工件的相对位置精度）、测量误差、调整误差、刀具磨损、工件和刀具的热变形等。3.2.2形状精度及其影响因素形状精度是指零件表面的实际形状与理想形状的符合程度，如圆柱度、平面度、圆度等。影响形状精度的因素主要有：机床主轴的回转精度、导轨的直线度、刀具的形状精度、工件的装夹变形等。3.2.3位置精度及其影响因素位置精度是指零件上各表面之间的实际位置与理想位置的符合程度，如平行度、垂直度、同轴度等。影响位置精度的因素主要有：机床的几何精度（如主轴与导轨的平行度）、夹具的定位精度、工件的装夹精度、刀具与工件的相对位置调整精度等。3.2.4提高加工精度的工艺措施为提高加工精度，可采取以下工艺措施：*减少原始误差：提高机床、夹具、刀具的制造精度和刚度，