机械加工工艺流程培训教材

机械加工工艺流程培训教材前言机械加工是制造业的基石，而一套科学、合理的机械加工工艺流程，则是保证产品质量、提高生产效率、降低制造成本的核心。本教材旨在系统阐述机械加工工艺流程的基本概念、制定方法、关键环节及实践应用，为从事机械加工相关工作的技术人员、操作人员及管理人员提供理论指导和实践参考。通过本教材的学习，期望学员能够理解工艺流程在机械加工中的重要性，掌握制定和优化工艺流程的基本技能，从而更好地参与到实际生产过程中。第一章机械加工工艺过程的基本概念1.1生产过程与工艺过程在制造企业中，将原材料转变为成品的全过程称为生产过程。它不仅包括毛坯的制造、零件的机械加工与热处理、产品的装配、检验、包装等主要劳动过程，还包括原材料的运输、保管、生产准备、设备维修等辅助劳动过程。工艺过程是生产过程中直接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。机械加工工艺过程则是指用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的过程，例如车削、铣削、钻削、磨削等加工工序的组合。1.2机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个顺次排列的工序组成，而工序又可细分为安装、工位、工步和走刀。1.2.1工序工序是指一个（或一组）工人在一个工作地对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地是否变动和加工是否连续。例如，一个零件在车床上完成粗车外圆、半精车外圆，然后在铣床上铣键槽，这就是两个不同的工序。1.2.2安装安装是指工件在一道工序中，经一次装夹后所完成的那部分工序内容。为了减少装夹误差和辅助时间，应尽量减少安装次数。例如，在车床上加工轴类零件，一次装夹后完成一端的外圆、端面、倒角，然后调头装夹，再加工另一端的外圆、端面、倒角，这就是两次安装。1.2.3工位工位是指为了完成一定的工序内容，在一次装夹后，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。采用多工位加工可以减少安装次数，提高生产效率。例如，在六角车床或组合机床上，工件一次装夹后，通过转位（或移位）装置，可在不同的位置上完成多个工步的加工。1.2.4工步工步是指在加工表面、切削刀具和切削用量（主要指主轴转速和进给量）都不变的条件下所完成的那部分工序内容。一道工序可以包含一个或多个工步。例如，在钻床上对一个零件进行钻孔，然后扩孔，再铰孔，这就是三个工步。如果在一次走刀中，同时对几个表面进行加工，也可视为一个复合工步。1.2.5走刀走刀是指在一个工步内，若被加工表面需切除的金属层较厚，可分几次切削，则每一次切削称为一次走刀。第二章机械加工工艺规程2.1工艺规程的概念与作用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。它是在总结实践经验的基础上，依据科学理论和必要的工艺试验制定的。工艺规程是指导生产的主要技术文件，是组织生产和管理工作的基本依据，也是新建或扩建工厂（车间）时确定设备类型、数量和布局的重要资料。2.2工艺规程的主要内容工艺规程通常包括以下内容：零件的加工工艺路线、各工序的具体加工内容（如加工表面、尺寸及公差、技术要求等）、所用的设备和工艺装备（刀具、夹具、量具等）、切削用量和工时定额等。2.3编制工艺规程的基本原则编制工艺规程应遵循以下基本原则：1.保证产品质量：能可靠地保证零件图纸所规定的各项技术要求，包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面质量等。2.提高生产效率：在保证质量的前提下，尽可能采用先进的工艺方法和高效的设备，缩短生产周期。3.降低生产成本：合理利用原材料，减少能源消耗，提高劳动生产率，降低废品率。4.确保生产安全：制定合理的操作规程，改善劳动条件，保证操作人员的人身安全。5.具备良好的经济性和可行性：所制定的工艺规程应与企业的生产条件（如设备状况、技术水平、生产批量等）相适应。2.4编制工艺规程所需的原始资料编制工艺规程前，需要收集和研究以下原始资料：1.产品的装配图和零件工作图；2.产品的生产纲领（年产量）及批量；3.毛坯的生产条件和供应情况；4.企业现有的生产设备、工艺装备、刀具材料及技术力量等；5.有关的工艺手册、标准、技术规范及先进的工艺技术资料等。第三章机械加工工艺流程的制定步骤3.1零件图的分析与工艺审查在编制工艺规程之前，首先要对零件图进行仔细分析和工艺审查。1.零件图分析：了解零件的结构形状、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、材料牌号、热处理要求以及零件在产品中的作用和工作条件。2.工艺审查：审查零件图的完整性和正确性，例如视图是否完整、尺寸标注是否合理、公差和技术要求是否适当、材料选择是否经济可行等。若发现问题，应及时与设计部门沟通解决。3.2毛坯的选择与确定毛坯的选择对零件的加工质量、材料消耗、加工工时及制造成本有着重要影响。选择毛坯时应考虑以下因素：1.零件的材料及其力学性能：例如，对于受力复杂的重要零件，通常选用锻件；对于形状复杂、受力不大的零件，可选用铸件。2.零件的结构形状与尺寸：例如，大型零件宜采用砂型铸造或焊接结构；小型零件可采用模锻或压力铸造。3.生产纲领的大小：大批量生产时，应采用高精度、高效率的毛坯制造方法，如模锻、压铸、精铸等；单件小批量生产时，可采用砂型铸造、自由锻等。4.现有生产条件：结合企业现有的毛坯制造能力和外协可能性进行选择。5.经济性：在满足使用要求的前提下，选择成本最低的毛坯方案。常见的毛坯类型有：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件以及粉末冶金件等。确定毛坯后，还需确定毛坯的具体尺寸和公差，即毛坯图的设计。3.3工艺路线的拟定工艺路线的拟定是制定工艺规程的核心环节，其主要任务是确定零件各表面的加工方法、加工顺序以及工序的集中与分散程度等。3.3.1定位基准的选择定位基准的选择是拟定工艺路线的关键。定位基准分为粗基准和精基准。*粗基准：以未加工过的表面作为定位基准。选择粗基准时应遵循以下原则：1.保证相互位置要求原则：选取与加工表面有相互位置要求的不加工表面作为粗基准。2.余量均匀分配原则：若某加工表面余量要求均匀，则应选择该表面作为粗基准。3.便于装夹原则：选择平整、光洁、面积足够大且结构稳定的表面作为粗基准。4.粗基准一般不重复使用原则：粗基准精度低，重复使用会造成较大的定位误差。*精基准：以已加工过的表面作为定位基准。选择精基准时应遵循以下原则：1.基准重合原则：尽量选择被加工表面的设计基准作为精基准，以避免基准不重合误差。2.基准统一原则：尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各加工表面之间的位置精度，并简化夹具设计与制造。3.自为基准原则：对于某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可采用加工表面本身作为精基准（如无心磨外圆、浮动镗孔等）。4.互为基准原则：当两个表面相互位置精度要求很高，且彼此互为基准时，可采用互为基准、反复加工的方法。3.3.2各表面加工方法的确定根据零件各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度以及零件材料、硬度、热处理状况和生产类型等因素，选择合适的加工方法。例如，对于IT7级精度、表面粗糙度Ra1.6μm的外圆表面，若材料为45钢，淬火处理，可采用粗车→半精车→粗磨→精磨的加工方案。选择加工方法时，还应考虑企业现有设备的加工能力和加工经济精度。3.3.3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：1.粗加工阶段：主要任务是切除各加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近成品。此阶段应着重考虑如何提高生产率。2.半精加工阶段：任务是消除粗加工留下的误差，使主要表面达到一定的精度，为精加工作好准备，并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻丝、铣键槽等）。3.精加工阶段：任务是保证各主要加工表面达到零件图规定的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度等要求。4.光整加工阶段：对于精度要求极高（IT5级以上）、表面粗糙度要求极低（Ra0.2μm以下）的表面，在精加工后还需进行光整加工，如研磨、珩磨、超精加工、抛光等。其主要目的是进一步提高表面质量，一般不能纠正形状误差和位置误差。划分加工阶段的好处是：有利于保证加工质量；有利于合理使用设备；有利于安排热处理工序；便于及时发现毛坯缺陷。3.3.4工序的集中与分散工序集中与工序分散是拟定工艺路线时确定工序数量的两种不同原则。*工序集中：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，简化生产组织管理；减少设备数量，节省生产面积；减少工件装夹次数，有利于保证各表面间的位置精度；但对设备和操作人员的技术水平要求较高，设备投资较大。*工序分散：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，有时甚至一道工序只完成一个简单的工步。其特点是：设备和工艺装备简单，调整方便，对操作人员技术水平要求较低；可采用最合理的切削用量，减少基本时间；但工序数目多，设备数量多，生产面积大，生产组织管理复杂。工序集中与分散的程度应根据生产纲领、零件结构特点、技术要求以及企业的生产条件等综合考虑。通常，大批量生产时可适当分散，也可集中；单件小批量生产时宜采用工序集中。3.3.5工序顺序的安排工序顺序的安排应遵循以下原则：1.基准先行：先加工定位基准面，再以基准面定位加工其他表面。2.先粗后精：先进行粗加工，再进行半精加工，最后进行精加工和光整加工。3.先主后次：先加工主要表面（如装配表面、工作表面等），后加工次要表面（如键槽、螺纹孔、非配合表面等）。次要表面一般安排在主要表面半精加工之后、精加工之前进行。4.先面后孔：对于箱体、支架等类零件，应先加工平面，后加工孔。因为平面面积较大，定位稳定可靠，先加工平面再以平面定位加工孔，有利于保证孔与平面的位置精度。此外，还需考虑热处理工序的安排：*预备热处理：如退火、正火、调质等，一般安排在粗加工前后。目的是改善材料的切削性能，消除内应力，为最终热处理做准备。*最终热处理：如淬火、回火、渗碳淬火等，一般安排在半精加工之后、精加工之前（渗碳淬火有时安排在粗磨之后、精磨之前）。目的是提高零件的硬度和耐磨性。*时效处理：对于精度要求高的零件，在粗加工、半精加工、精加工过程中可适当安排时效处理，以消除内应力，稳定尺寸。3.4工序内容的确定工艺路线拟定之后，就要确定每道工序的具体加工内容，包括加工余量、工序尺寸及公差的确定，设备与工艺装备的选择，切削用量的确定及工时定额的估算等。3.4.1加工余量、工序尺寸及公差的确定加工余量是指在加工过程中，从加工表面上切除的金属层厚度。加工余量分为工序余量和总余量。工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度；总余量是指毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差，即各工序余量之和。确定加工余量的方法有：经验估计法、查表修正法和分析计算法。工序尺寸及公差的确定与加工余量密切相关。通常，先确定各工序的公称余量，再根据毛坯尺寸和各工序余量推算出各工序尺寸，最后按各工序所采用的加工方法的经济精度确定工序尺寸的公差。3.4.2设备与工艺装备的选择1.设备的选择：应根据工序的加工要求（如加工精度、表面粗糙度、生产率等）、工件的尺寸和重量以及现有设备的状况来选择。所选设备的精度应与工序要求的加工精度相适应。2.工艺装备的选择：包括刀具、夹具、量具和辅具的选择。*刀具选择：根据加工方法、工件材料、加工精度、切削用量等选择合适的刀具材料、类型和几何参数。*夹具选择：单件小批量生产时，尽量采用通用夹具（如三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、分度头、回转工作台等）；大批量生产时，应采用高效的专用夹具；对于形状复杂的零件，可采用组合夹具或成组夹具。*量具选择：根据零件的加工精度和生产批量选择量具。单件小批量生产中，多采用通用量具（如游标卡尺、千分尺、百分表等）；大批量生产中，应采用专用量具（如量规、卡规、塞规等）或自动检测装置，以提高检验效率。3.4.3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具有重要意义。选择切削用量时，一般应在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，力求提高生产率。具体数值可参考切削用量手册，并结合实际经验进行修正。对于自动化生产或大批量生产，切削用量应严格规定；对于单件小批量生产，有时只作大致规定。3.4.4工时定额的估算工时定额是指在一定的生产条件下，规定完成一道工序所需消耗的时间。它是安排生产计划、组织劳动、核算成本的重要依据。工时定额通常由基本时间、辅助时间、布置工作地时间、休息与生理需要时间以及准备与终结时间组成。估算工时定额的方法有经验估工法、统计分析法、类推比较法和技术测定法。第四章典型零件机械加工工艺流程示例4.1轴类零件的加工工艺流程轴类零件是机械工程中最常见的零件之一，其主要功能是支承传动件、传递扭矩和承受载荷。下面以某减速器中的一根传动轴（材料45钢，批量生产）为例，简述其典型加工工艺流程：1.备料：热轧圆钢切断。2.粗车：粗车两端面，钻中心孔；粗车各外圆表面（留余量）。3.调质：整体调质处理（达到要求硬度）。4.半精车：半精车各外