第一章-机械加工工艺规程设计2

1、1,机械制造工艺学,第一章 机械加工工艺规程设计 Machining Process Planning,2,在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：,1.4.1 定位基准选择,使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。,零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。,精基准,粗基准,附加基准,3,1.4.1 定位基准选择,4,保证相互位置要求原则如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。,1.4.1 定位基准选择,粗基准

2、的选择,两个出发点： a.保证各加工表面有足够余量。 b.保证不加工表面的尺寸和位置符合图纸要求。,又如图，若AB，应选B面，否则选A面。,5,余量均匀分配原则如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。,粗基准选择比较,1.4.1 定位基准选择,6,余量足够的原则若工件上每个表面都要加工，则应以余量最小的表面作为粗基准，以保证各表面都有足够余量。 如图若以大端为粗基准，由于大小端外圆偏心有5毫米，则上侧单边为34，下侧单边为24,加工余量不足。,分析： 毛坯：单边29， 零件：单边25； 由于偏移5，则一边为24，另一边为34，24的一边加工不到。,1.4.

3、1 定位基准选择,7,阶梯轴的加工,1.4.1 定位基准选择,8,便于工件装夹原则要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。,粗基准一般不得重复使用原则 重复定位精度低,1.4.1 定位基准选择,9,1.4.1 定位基准选择,10,基准重合原则选用被加工面的设计基准作为精基准，避免基准不重合误差。,1.4.1 定位基准选择,精基准的选择,重点考虑： 应考虑减少定位误差，安装方便准确； 保证加工精度。,（1）设计基准与定位基准不重合误差只发生在用调整法获得加工尺寸的情况。 （2）基准不重合误差值等于设计基准与定位

4、基准之间尺寸的变化量。 （3）基准不重合一般发生在下列情况： 用设计基准定位不可能或不方便； 在选择精基准时优先考虑了基准统一原则。 （4）设计基准与测量基准不重合也会产生基准不重合误差。 （5）基准不重合误差不仅指尺寸误差，而且对位置误差也要考虑。,11,设计基准（定位基准）,若本道工序的加工精度为，则只要 A2，即可满足加工要求,例：图示零件加工台阶面,切削平面,（本道工序加工精度）,1.4.1 定位基准选择,12,设计基准,定位基准,若要满足加工精度必须有：,称为基准不重合误差,1.4.1 定位基准选择,13,如图，加工2、3孔，为了保证尺寸a，应如何进行定位,1.4.1 定位基准选择,

5、1,2,3,14,如图，图b方案：夹具简单，但孔中心距a难于保证。为保证尺寸a需提高尺寸c的制造精度。图 (c)方案则相反。,图b,图c,1.4.1 定位基准选择,15,统一基准原则当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工 ，可保证各表面间的位置精度。,1.4.1 定位基准选择,16,1.4.1 定位基准选择,17,在实际生产中，经常使用的统一基准形式有： 1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准； 2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；

6、 3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准； 4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。 采用统一基准原则好处： 1）有利于保证各加工表面之间的位置精度； 2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。 注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。,1.4.1 定位基准选择,18,互为基准原则,主轴零件精基准选择,【例】主轴零件精基准选择,自为基准原则,【例】床身导轨面磨削加工）,1.4.1 定位基准选择,以齿形表面定位加工 1卡盘；2滚柱；3齿轮,19,对于某些精加工或光整加工工序，因为这些工序要求余量小而均匀，以

7、保证表面加工的质量并提高生产率，此时应选择加工表面本身作为精基准。如：,注意：采用自为基准仅能提高表面质量，不能提高形位精度，该加工表面与其它表面之间形位精度则应由先行工序保证。,典型的采用自为基准加工的方法有：珩磨、高速自由镗等。,自为基准原则,1.4.1 定位基准选择,20,浮动镗刀块 1工件 2镗刀块 3镗杆,便于装夹原则所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。接触面积和分布面积尽可能大。,外圆研磨示意图,【例】铰孔、拉孔、研磨,【例】浮动镗刀块镗孔,1.4.1 定位基准选择,21,1.4.1 定位基准选择,22,1.4.2 加工方法的选择,经济精度

8、随年代增长和技术进步而不断提高,在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图中AB段）,23,1.4.2 加工方法的选择,1）零件加工表面的形状和精度及表面粗糙度要求 2）零件材料的加工性 3）生产批量和生产节拍要求 4）企业现有加工设备和加工能力 5）经济性,在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序的加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。,应考虑以下因素,24,同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法所能获得的加工质量、加工

9、时间和所花费的费用却是各不相同的， 具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达到加工质量要求。 工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件(生产类型、设备状况、工人的技术水平等)选用最适当的加工方法，加工出符合图纸要求的机器零件。,1.4.2 加工方法的选择,25,1.4.2 加工方法的选择,表4-7 外圆加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度,注：加工有色金属时，表面粗糙度 Ra 取小值。,26,1.4.2 加工方法的选择,表4-8 孔加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度,注：加工有色金属时，表面

10、粗糙度 Ra 取小值。,27,1.4.2 加工方法的选择,表4-9 平面加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度,注：加工有色金属时，表面粗糙度 Ra 取小值。,28,常用加工方法一览表,1.4.2 加工方法的选择,29,常用加工方法一览表,1.4.2 加工方法的选择,30,1.4.2 加工方法的选择,零件加工表面形状与机床类型相适应,零件加工表面尺寸、精度与机床规格相适应,零件生产类型与机床的生产率相适应,零机床的选择还应与厂内现有设备相适应,数控机床与普通机床,产品变换周期短数控机床 形状复杂、普通机床加工困难数控机床 加工精度要求较高的重要零件数控机床 产品基本不变、大批大量生产组合

11、机床,31,各类机床的工作精度,1.4.2 加工方法的选择,32,各类机床的工作精度,1.4.2 加工方法的选择,33,各类机床的工作精度,1.4.2 加工方法的选择,34,各类机床的工作精度,1.4.2 加工方法的选择,35,外圆表面加工的零件种类 轴类、套筒类、盘类零件 外圆表面加工的加工方法 车削、磨削和各种光整加工方法。 车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，一般适于作为外圆表面粗加工和半进精加工方法； 磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后零件的精加工； 光整加工是精加工之后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨、超精加工等），适用于某些精度和表面质量要求

12、很高的零件。,1.4.3 典型表面加工路线,外圆表面加工,36,表1-7 外圆加工方法,注：加工有色金属时，表面粗糙度 Ra 取小值。,1.4.2 加工方法的选择,37,1.4.3 典型表面加工路线,超精加工,砂 带 磨,研 磨,38,内圆表面加工的特点 螺钉、螺栓的紧固孔； 套筒、法兰盘及齿轮等回转体零件上的孔； 箱体类零件上的主轴及传动轴的轴承孔； 炮筒、空心轴的深孔（一般l/d10）； 保证零件间配合准确性的圆锥孔等。 一般情况下，加工孔比加工同样尺寸、精度的外圆表面要困难 内圆表面的加工条件差，孔加工刀具尺寸受被加工孔本身尺寸的限制，刀具的刚性差，容易产生弯曲变形及振动； 切削过程中，

13、孔内排屑、散热、冷却、润滑条件差。因此，孔的加工精度和表面粗糙度都不容易控制。 此外，大部分孔加工刀具为定尺寸刀具，刀具直径的制造误差和磨损，将直接影响孔的加工精度。 当一个零件要求内圆表面与外圆表面必须保持某种确定关系时，一般总是先加工内圆表面，然后再以内圆表面定位加工外圆表面。,1.4.3 典型表面加工路线,内圆表面加工,39,1.4.3 典型表面加工路线,内圆表面的可以在车、钻、镗、拉、磨床上进行。 常用的加工方法有：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔和磨孔等。 选择达加工法时，应考方虑孔径大小、深度、精度、工件形状、尺寸、重量、材料、生产批量及设备等具体条件。 对于精度要求较高的孔，最后还须

14、经珩磨或研磨及滚压等精密加工。,内圆表面的加工方法,40,内圆表面的加工方法,1.4.3 典型表面加工路线,41,内圆表面的加工方法,1.4.3 典型表面加工路线,42,1.4.2 加工方法的选择,43,1.4.3 典型表面加工路线,44,珩 磨,1.4.3 典型表面加工路线,浮动镗,浮动镗刀结构,45,平面是基础类零件(如箱体、工作台、床身及支架等)的主要表面，也是回旋体零件的重要表面之一(如端面、台肩面等)。 根据平面所起的作用不同，可以将其分为 非结合面、 结合面 导向面 测量工具的工作平面等。,1.4.3 典型表面加工路线,46,平面的光整加工方法,车平面 铣平面 刨平面 拉平面 磨平

15、面 宽刃精刨 刮研平面 研磨平面 精密磨削 砂带磨 抛光,平面的加工方法,1.4.3 典型表面加工路线,47,非结合面，一般粗铣、粗刨或粗车。 结合面和重要表面，粗铣精铣或粗刨精刨即可，精度要求较高的，需磨削或刮削。 盘类零件的结合面，如各种法兰盘的端面及止口，一般采用粗车半精车精车。 精度较高的板块状零件，如定位用的平行垫铁等，常用粗铣（刨）精铣（刨）磨削的方案。 量块等高精度的零件尚需研磨。 韧性较大的有色金属件，一般用粗铣精铣或粗刨精刨方案。,1.4.3 典型表面加工路线,48,1.4.3 典型表面加工路线,49,工艺过程的加工阶段划分 粗加工阶段。 主要切除各表面上的大部分加工余量，使

16、毛坯形状和尺寸接近于成品。该阶段的特点是适用大功率机床，选用较大的切削用量，尽可能提高生产率和降低刀具磨损等。 半精加工阶段。 完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。 精加工阶段。 保证主要表面达到图样要求。 光整加工阶段。 对表面粗糙度及加工精度要求高的表面，还需进行光整加工。这个阶段一般不能用于提高零件的位置精度。 注意：加工阶段的划分是就零件加工的整个过程而言，不能以某个表面的加工或某个工序的性质来判断。同时在具体应用时，也不可以绝对化，对有些重型零件或余量小、精度不高的零件，则可以在一次装夹后完成表面的粗精加工。,1.4.4 加工顺序的安排,50,划分加工阶段的原因 有利于保

17、证加工质量。 工件在粗加工时，由于加工余量较大，所受的切削力、夹紧力较大，将引起较大的变形及内应力重新分布。如不分阶段进行加工，上述变形来不及恢复，将影响加工精度。而划分加工阶段后，能逐渐恢复和修正变形，提高加工质量。 便于合理使用设备。 粗加工要求采用刚性好，效率高而精度低的机，精加工则要求机床精度高。划分加工阶段后，可以避免以精干粗，充分发挥机床的性能，延长机床的使用寿命。 便于安排热处理工序和检验工序。 如粗加工阶段后，一般要安排去应力的热处理，以消除内应力。某些零件精加工前要安排淬火等最终热处理，其变形可通过精加工予以消除。 便于及时发现缺陷及避免损伤已加工表面。 毛坯经粗加工阶段后，

18、缺陷即已暴露，可及时发现和处理，同时，精加工工序放在最后，可以避免加工好的表面在搬运和夹紧中受损。,1.4.4 加工顺序的安排,51,1.4.4 加工顺序的安排,先基准后其他先加工基准面，再加工其他表面 先面后孔有两层含义： 1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位加工孔，可以保证定位准确、稳定 2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生 先主后次也有两层含义： 1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排 2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主

19、要表面加工后，以主要表面定位进行加工 先粗后精,52,预备热处理 预备热处理的目的 改善加工性能、 消除内应力和 为最终热处理准备良好的金相组织。 其热处理工艺有退火、正火、时效、调质等。,1.4.4 加工顺序的安排,目的： 提高材料的机械性能； 消除残余应力； 改善金属的切削加工性。 热处理工艺可分为两大类： 预备热处理和最终热处理。,53,1. 退火 用于含碳量高于 0.5%的碳钢和合金钢毛坯，常安排在毛坯制作之后、粗加工之前进行。 退火的目的： 降低硬度，以利于切削加工； 细化晶粒，改善组织，提高机械性能； 消除内应力，为下一道热处理作好准备； 提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷冲压或

20、冷拉拔加工。 退火的缺点： 占用设备； 生产率低。,1.4.4 加工顺序的安排,返回,54,2. 正火 用于含碳量低于 0.5%的碳钢和合金钢毛坯，为避免其硬度过低切削时粘刀，而采用正火处理，常安排在毛坯制作之后、粗加工之前进行。 正火的作用与退火相似，与退火不同之处是： 正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获得的组织更细。 正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低。 不占用设备；生产率高。,1.4.4 加工顺序的安排,返回,55,3、时效处理 为消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力而进行的热处理工序，有自然失效和人工失效两种。 时效处理工序的安排 最好安排在粗加工之后，也可安排在切

21、削加工之前； 对于一般精度的零件，在精加工前安排一次时效处理即可； 精度要求较高的零件，应安排两次或数次时效处理工序； 简单零件一般可以不安排时效处理； 除铸件外，对于一些刚性较差的精密零件，为消除加工中产生的内应力，稳定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之间安排多次实效处理； 有些轴类零件在校直工序后也要安排时效处理。,1.4.4 加工顺序的安排,56,4、调质 即在淬火后进行高温回火处理，通常安排在粗加工之后。 作为预备热处理： 它能获得均匀细致的回火索氏体组织，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形做准备。 作为最终热处理工序 用于要求具有较高综合机械性能（强度高，韧性好）的重要结构零件，

22、及某些对硬度和耐磨性要求不高的零件。,1.4.4 加工顺序的安排,57,目的：提高硬度、耐磨性和强度等力学性能。 最终热处理工艺有调质、淬火、渗碳淬火、渗氮、表面处理等。 工艺顺序的安排： 通常安排在半精加工后、精加工前进行。 表面淬火、氮化、氰化等变形小的热处理工序，可根据零件的加工要求安排在粗、精磨之间或精磨之后进行 为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。,最终热处理,1.4.4 加工顺序的安排,58,1. 淬火 淬火是将零件加热到这种金属的临界温度以上3050，经保温一定时间，随后在

23、水或油中快速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。 淬火的特点： 提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性，塑性、韧性降低； 组织不稳定，易变形，淬火后应进行回火，以获得高强度和一定韧性相配合的性能； 淬火有表面淬火和整体淬火。,1.4.4 加工顺序的安排,返回,59,变形、氧化及脱碳较小而应用较广， 具有外部强度高、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。 为提高表面淬火零件的机械性能，常需进行调质或正火等热处理作为预备热处理。 一般工艺路线为: 下料锻造正火粗加工调质半精加工淬火精加工。,表面淬火,1.4.4 加工顺序的安排,60,适用于低碳钢和低合金钢， 该工艺方法先提高零件表面

24、层的含碳量，经淬火后使表面获得高的硬度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。 渗碳分整体渗碳和局部渗碳，局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施（镀铜或镀防渗材料）。 由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在0.52mm之间，故常将渗碳工序放在次要表面加工之前进行，待次要表面加工完毕之后再进行淬火，以减少次要表面的位置误差； 其工艺路线一般为： 下料锻造正火粗、半精加工渗碳淬火精加工 当局部渗碳零件的不渗碳部分加大加工余量后，需切除多余的渗碳层时，切除多余渗碳层的工序应安排在渗碳后淬火前。,2、渗碳淬火,1.4.4 加工顺序的安排,61,使氮原子深入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。 渗氮层

25、可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性； 渗氮处理温度较低、变形小、且渗氮层较薄（一般不超过0.60.7mm） ，渗氮工序应尽量靠后安排； 为减少渗氮时的变形，在切削后一般需要进行消除应力的高温回火。,3、渗 氮,1.4.4 加工顺序的安排,62,（1）低温回火：回火温度为150250。低温回火能消除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。 （2）中温回火：回火温度为350500。中温回火可大大减小钢的内应力，提高了弹性、韧性，但硬度有所降低，应用于弹簧和热锻模等。 （3）高温回火：回火温度为500650。高温回火可以消除内应力，硬度有显著的下降，可获得具有强度、塑性、韧性等综合机械性能，应用于齿轮、连杆、曲轴等。 淬火后再经高温回火的热处理工艺，即为调质处理。,1.4.4 加工顺序的安排,63,4. 回火 回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一温度，保温一段时间，然后置于空气或油中冷却的热处理工艺。 回火的目的：为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力，降低金属材料的淬性，使它具有一定的韧性。 根据加热温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。,1.4.4 加工顺序的安排,返回,64,常用热处理方法的工艺曲线示意图,退火,正火,淬火,回火,1.4.4 加工顺序的安排,65,热处理工序的安