哈工程机械制造基础第5章常用加工方案及选择依据

机械制造工艺基础

（五）佟永祥机械制造基础教研室

第五章教学重点1.外圆、内圆、平面加工方案的掌握；2.加工方案选择依据。第五章常用加工方案及选择依据5.1零件表面的加工阶段5.2常见表面加工方案5.3表面加工方案选择依据第五章常用加工方案及选择依据机械零件尽管多种多样，但均由一些诸如外圆表面、内圆表面、锥面、平面和成形面等最基本的几何表面组成。零件的加工过程，就是加工这些表面的过程。零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法和方案也不相同。第五章常用加工方案及选择依据加工方法：某一种表面可以用诸如车、钻、铣、刨、磨等加工手段来加工。加工方案：利用各种加工方法分阶段地对某一表面进行加工。用一种加工方法对表面进行加工，也要根据零件表面的要求不同，采用不同的加工阶段来进行。第五章常用加工方案及选择依据5.1零件表面的加工阶段对于那些加工质量要求较高或比较复杂的零件，为了保证零件表面的加工质量，表面上的加工余量往往不是一次切除掉的，而是逐步减少切削深度分阶段切除的。第五章常用加工方案及选择依据5.1.1加工阶段的划分为了保证零件的加工质量，降低零件的加工成本，提高零件的生产效率和合理地使用设备、人力。通常将零件表面的加工划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段等，而且各加工阶段是依次进行的。第五章常用加工方案及选择依据1.粗加工阶段主要任务是切除各加工表面上大部分加工余量，使其接近（或达到）零件表面的形状和尺寸。第五章常用加工方案及选择依据2.半精加工阶段主要目的是进一步提高加工精度和降低表面粗糙度Ra值，并留下合适的加工余量（或完成零件表面的加工），为零件表面的精加工做好准备。第五章常用加工方案及选择依据3.精加工阶段目的是使一般零件的主要表面达到规定的加工精度和表面粗糙度要求，或为要求更高的表面进行光整加工做准备。第五章常用加工方案及选择依据4.光整加工阶段目的是在精加工的基础上进一步提高加工精度和减小表面粗糙度Ra值。第五章常用加工方案及选择依据零件上加工表面的要求不同，所采用的加工阶段也不一样。通过粗加工阶段就能达到零件表面的加工要求时，就不再进行半精加工阶段的加工。通过半精加工阶段的加工能达到零件表面的加工要求时，就不再进行精加工阶段的加工了，以此类推。第五章常用加工方案及选择依据5.1.2划分加工阶段的原因1.保证加工质量毛坯本身具有内应力，粗加工时产生的切削力、切削热较大，装夹夹紧力也较大，工件会产生较大的变形。划分加工阶段可使粗加工时产生的变形误差，通过一定的时间达到稳定的状态。然后再通过半精加工和精加工予以纠正，逐步提高零件的加工精度和表面质量。第五章常用加工方案及选择依据2.及时发现毛坯的缺陷粗加工可及时发现零件内部的缺陷，及时将其报费或修补，避免继续加工而造成损失。第五章常用加工方案及选择依据3.合理使用设备和技术工人粗加工时，可安排精度低、功率大、生产效率高的机床和技术等级较低的工人来进行；精加工时，则要安排精高度、功率小的机床和技术等级较高的工人来进行。第五章常用加工方案及选择依据4.有利于热处理和检查等内容的安排对于有热处理要求的零件，且某一表面的加工精度要求较高，其表面的加工可根据热处理要求不同，在粗加工或半精加工后进行热处理，有利于改善零件材料的性能，有利于精加工时消除由热处理产生的各种缺陷。加工阶段的划分有利于检查工作的安排。第五章常用加工方案及选择依据应当指出，加工阶段的划分不是绝对的。对于加工质量要求不高、刚性较好、毛坯精度较高、加工余量小的工件，可以不划分或少划分加工阶段；对于一些刚性好的重型零件，由于装夹、运输浪费时间，也常在一次装夹中完成由粗到精的加工。第五章常用加工方案及选择依据5.1.3常用加工方法的加工精度和表面粗糙度任何一种加工方法，只要仔细刃磨刀具、调整机床，选择合理的切削用量，精心操作，就可以获得较好的加工精度和较低的表面粗糙度。第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据5.2常见表面加工方案5.2.1外圆表面加工1.外圆表面常见的技术要求1）尺寸精度有直径和长度尺寸精度。外圆尺寸精度要求比较高，长度尺寸要求比较低。2）形状精度常用圆度、圆柱度等形状精度来要求。第五章常用加工方案及选择依据3）位置精度常用同轴度、垂直度、跳动等位置精度来要求。4）表面质量主要是指表面粗糙度(一般用Ra值)的要求，表面硬度的要求等。第五章常用加工方案及选择依据2.外圆表面的加工方法最常用的方法有车削、磨削和光整加工等。在特殊的情况下或加工一些特殊的材料时，还要使用特种加工方法。第五章常用加工方案及选择依据1）车削可分为粗车、半精车、精车、金刚石车等加工阶段。2）磨削在半精车外圆之后进行。外圆磨削可分为粗磨和精磨等加工阶段。第五章常用加工方案及选择依据3）光整加工外圆表面的尺寸精度要求很高，表面粗糙度要求很低，那么在经过精车或精磨以后，还要进行光整加工。4）特种加工在用刀具切削加工比较困难或无法加工的情况下，采用特种加工方法比较适合。第五章常用加工方案及选择依据3.外圆表面常见的加工方案依据外圆表面常用的加工方法和表5.1、表5.4中所列出的各种加工方法在不同加工阶段的加工精度、表面粗糙度以及形位精度的情况，可制定外圆表面常见的加工方案，如表5.5所示。第五章常用加工方案及选择依据21第五章常用加工方案及选择依据5.2.2内圆表面加工1.内圆表面常见的技术要求常用的技术要求与外圆表面基本相同。其中内圆的位置精度要求与外圆表面有所不同。第五章常用加工方案及选择依据2.内圆表面加工特点内圆表面加工与外圆表面加工相比有如下特点：（1）孔加工所用刀具（磨具）可能出现刚性差、强度低的情况，在加工中容易产生弯曲变形和振动；第五章常用加工方案及选择依据（2）孔加工时近似半封闭式切削，散热和排屑条件差，加工起来非常困难；（3）孔加工中，有很多孔是通过定尺寸刀具完成的，刀具的制造误差和刀具在加工中的磨损将直接影响孔的加工精度。第五章常用加工方案及选择依据3.内圆表面的加工方法1）钻削对于中小孔常用钻孔、扩孔、铰孔等方法加工，其中钻孔属于粗加工，扩孔属于半精加工，铰孔属于精加工。第五章常用加工方案及选择依据2）车削和镗削内圆表面的车削和镗削是对已有孔的再加工，车削和镗削适合加工直径比较大的孔（一般直径D>80~100mm）。内圆表面车削或镗削的加工阶段同外圆表面基本相同，分为粗车或粗镗、半精车或半精镗、精车或精镗、金刚石车或金刚镗等加工阶段。第五章常用加工方案及选择依据3）拉削拉孔前工件内孔需要经过切削加工，如钻孔、扩孔或车、镗孔，拉削的孔径一般为8~125mm，孔的长径比L/D≤5。拉削可分为粗拉和精拉等加工阶段。4）磨削磨削内圆需要在半精加工之后进行。内圆磨削可分为粗磨和精磨等加工阶段。第五章常用加工方案及选择依据5）光整加工内圆表面同外圆表面的光整加工基本相同，也须在精车或精镗和精磨之后进行。6）特种加工内圆表面同外圆表面的特种加工方法基本相同。第五章常用加工方案及选择依据4.内圆表面常见的加工方案依据内圆表面常用的加工方法和表5.2、表5.4中所列出的各种加工方法在不同加工阶段的加工精度、表面粗糙度以及形位精度的情况，可制定内圆表面常见的加工方案，如表5.6所示。第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据123456第五章常用加工方案及选择依据5.2.3内外圆锥面加工（自学）1.内、外锥面常见的技术要求1）尺寸精度内、外锥直径只标注一端尺寸。内锥面标注大端直径尺寸，外锥面标注小端直径尺寸。第五章常用加工方案及选择依据2）圆锥角及其公差通常情况下内、外锥配合使用，对圆锥角误差的要求不是很高，一般以锥面研配合的接触面积的百分数表示。3）表面质量主要指表面粗糙度，表面硬度要求等。第五章常用加工方案及选择依据由于内、外锥面是内、外圆的一种特殊形式，因此锥面的加工方法与内、外圆的加工方法类似，常用的方法有车削、磨削、研磨以及钻铰锥孔等。2.锥面常见的加工方案锥面常用的加工方案如表5.7所示。第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据5.2.4平面加工1.平面的主要技术要求1）尺寸精度平面本身不存在尺寸精度。所谓的尺寸精度是指被加工的平面与其他平面之间的位置尺寸精度。2）形状精度指被加工平面本身的平面度、直线度误差。第五章常用加工方案及选择依据3）位置精度指被加工平面与其他平面之间的平行度、垂直度等误差。4）表面质量主要指表面粗糙度，表面硬度等。第五章常用加工方案及选择依据2.平面常见的加工方法平面常用的切削加工方法有：铣削、刨削、车削、拉削、磨、刮削以及光整加工等，特种加工方法等。第五章常用加工方案及选择依据1）铣削和刨削加工铣削和刨削是加工平面的常用方法。铣削和刨削一般适用于加工平面及各种不同形状的沟槽，如水平面、垂直面、斜面、直槽、V形槽、T形槽、燕尾槽等。第五章常用加工方案及选择依据铣削和刨削可分为粗铣或粗刨、半精铣或半精刨、精铣或精刨等加工阶段。孔内平面(如孔内键槽，多边形孔等)的加工一般在插床（插床可以看作是立式的刨床）上进行。第五章常用加工方案及选择依据2）车削加工用于加工回转体类零件的端面、台阶面和大型零件上的平面。它可以在车床上与外圆、内孔的加工同时完成，保证它们之间的位置关系。3）拉削加工拉削加工是一种高效率、高质量的加工方法。拉削可分为粗拉和精拉。第五章常用加工方案及选择依据4）磨削加工磨削可分为粗磨和精磨。5）光整加工平面的光整加工方法主要有研磨、刮削和抛光等。第五章常用加工方案及选择依据3.平面常用的加工方案依据平面常用的加工方法和表5.3、表5.4中所列出的各种加工方法在不同加工阶段的尺寸精度、表面粗糙度以及形位精度的情况，可制定平面常见的加工方案，如表5.8所示。第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据5.2.5螺纹表面加工螺纹常用的加工方法有攻丝、套扣、车螺纹、铣螺纹、磨螺纹和滚螺纹等。常用螺纹加工方案如表5.9所示。第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据5.2.6齿形表面加工齿轮常用的加工方法有铣齿、滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿和研齿等。齿轮常用的加工方案如表5.10所示。第五章常用加工方案及选择依据第五章常用加工方案及选择依据5.2.7成形表面加工1.成形表面的技术要求成形表面的技术要求与其他表面类似，其表面形状的要求显得更为重要。第五章常用加工方案及选择依据2.成形表面加工方案的选择只研究各种成形表面的切削加工方法。常用的方法有成形刀法、手动控制法、靠模法、数控加工法和特种加工法。第五章常用加工方案及选择依据小型回转体零件上形状不太复杂的成形表面，常用成形车刀加工。在大规模生产中，对于比较简单的成形面，常采用靠模法加工。对于淬硬的成形面采取磨削、光整加工。对于通用机床难加工、质量也难以保证，甚至无法加工的成形面，宜采用数控机床加工或特种加工。第五章常用加工方案及选择依据5.3表面加工方案选择依据通常情况下，要根据零件的具体结构尺寸、材料性能、热处理状况，还有被加工表面的加工精度、表面粗糙度以及生产条件等因素来确定。下面对这些影响因素进行较为详细的分析。第五章常用加工方案及选择依据5.3.1根据表面的尺寸精度和表面粗糙度Ra

值选择同样一种表面由于尺寸精度和粗糙度Ra值的要求不同，其加工方案也不同。第五章常用加工方案及选择依据例1在图中，两种零件皆为接盘，且零件的形状、公称尺寸、材料（材料为45钢）及加工数量等均相同，需要加工的部位都是φ40内孔，分析其加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.6可得到二者加工方案如下：图（a）接盘内孔的加工方案可选择为：钻（粗镗）—扩；钻（粗镗）—半精镗图（b）接盘内孔的加工方案可选择为：钻（粗镗）—扩—铰；钻（粗镗）—半精镗—精镗（浮动镗）；钻（粗镗）—半精镗—磨；钻（粗镗）—粗拉1第五章常用加工方案及选择依据例2如图是一根轴，在轴上标注有两个外园，一个是φ35h7，另一个是φ30h7，分析其加工方案。根据表5.5可得到两个外圆的加工方案为：粗车—半精车—精车；粗车—半精车—磨

1第五章常用加工方案及选择依据5.3.2根据表面所在零件的结构形状和尺寸大小选择

即便同样一种表面，由于这个表面所在的零件结构形状、尺寸大小和所处的位置不同，选择的加工机床、夹具和刀具是不同的，因此导致最终的加工方案也不可能一样。第五章常用加工方案及选择依据例1在图中，图（a）齿轮1与图（b）中的齿轮有相同的模数、齿数、压力角，加工精度等级均为8级，其他的技术要求也相同，如果零件的材料（材料为45钢）和加工数量相同，分析齿形的加工方案。第五章常用加工方案及选择依据图（a）齿轮为双联齿轮，且被加工的齿轮为小齿轮，因此，只能用插齿的方法加工。图（b）齿轮是齿轮和轴为一体的零件，零件的长度比较长，采用插齿的方法进行加工比较困难或根本不可能，因此最好采用滚齿的方法加工。第五章常用加工方案及选择依据例2在图中，图（a）为轴承套，图（b）为止口套，其上均有φ80的外园，且加工精度和表面粗糙度都相同，如果加工零件的材料（材料均为45钢）和数量以及其他技术要求相同，分析其加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.5可知，这两个外圆的加工方案均可选择为:粗车—半精车—精车—金刚石车；粗车—半精车—粗磨—精磨。图（a）可以采用上述两种加工方案进行加工。图（b）由于被加工的外圆较短，只能采用粗车—半精车—精车—金刚石车的加工方案。2第五章常用加工方案及选择依据例3在图中，图（a）为套筒，其上有一个φ15H7的孔需要加工，图（b）为衬套，其上有一个φ45H7的孔需要加工，两个加工零件的材料（材料均为40Cr）和加工数量以及其他技术要求一样，分析其加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.6可知，加工这两个内孔的加工方案均可选择为:钻（粗镗）—扩—铰；钻（粗镗）—半精镗—精镗（浮动镗）；钻（粗镗）—半精镗—磨；钻（粗镗）—粗拉。图（a）只能采用“钻—扩—铰”的加工方案进行加工。图（b）由于被加工的内孔较大且较短，上面列出的加工方案均可以采用。2第五章常用加工方案及选择依据例4在图中，图（a）为带槽滑块，图（b）为带窄缝试件，二者材料均为45钢，加工数量相同。试分析这两种零件上的直槽和窄缝的加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.8可知，加工这两个槽的加工方案可选择为：粗铣或粗刨—半精铣或半精刨；粗拉；线切割。图（a）的槽可采用上述所列方案进行加工；图（b）的缝只能用线切割的方法加工。第五章常用加工方案及选择依据5.3.3根据零件热处理状况选择零件是否热处理及热处理的方法，对表面加工方案的选择有一定的影响。一般常见的热处理在各加工阶段的安排如图所示。第五章常用加工方案及选择依据例1在图中，图（a）为衬套，不需要热处理，图（b）为钻套，需要淬火处理。二者材料相同（材料为45钢），加工数量相同，试分析两个零件内孔的加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.6可知，内孔的加工方案可选择为：钻（粗镗）—扩—铰；钻（粗镗）—半精镗—精镗（浮动镗）；钻（粗镗）—半精镗—磨；钻（粗镗）—粗拉。图（a）可选择上面所列的任意方案进行加工；图（b）零件需要淬火处理，其内孔的加工方案只能采用“钻（粗镗）—半精镗—磨”的方案具体方案如下：钻（粗镗）—半精镗—淬火—磨。3第五章常用加工方案及选择依据例2在图中，图（a）、（b）均为齿轮零件，二者模数、齿数、压力角以及加工精度（均为7级）相同，加工用的材料相同（材料为40Cr），加工数量也相同。不同的是图5.9（a）中的齿面不需要热处理，图5.9（b）中的齿面需要淬火处理。试分析这两个零件齿形的加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.10可知，齿形的加工方案可选择为：插齿，滚齿。图（a）加工方案可选择插齿或滚齿；图（b）加工方案为：插齿—淬火—珩齿或研齿。第五章常用加工方案及选择依据5.3.4根据零件材料的性能选择

零件材料的性能，尤其是材料的韧性、脆性、导电等性能，对切削加工，特别是对特种加工方法的选用有很大的影响。第五章常用加工方案及选择依据例1在图中，同为法兰盘零件上的φ30内孔，其加工精度和表面粗糙度相同，零件的加工数量相同，图（a）零件的材料为45钢，图（b）零件的材料为H62，试分析二者的加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.6可知，内孔的加工方案可选择为：钻（粗镗）—扩—铰；钻（粗镗）—半精镗—精镗（浮动镗）；钻（粗镗）—半精镗—磨；钻（粗镗）—粗拉。图（a）上述加工方案均可采用；图（b）零件的材料为有色金属，其加工方案可采用上述除磨以外的任何一种。4第五章常用加工方案及选择依据例2如图所示，现要加工三种零件上的小孔φ0.15㎜，三种零件的材料性能截然不同，其中图（a）为T10A淬火材料；图（b）为玻璃材料；图（c）为尼龙材料。试分析它们的加工方案。第五章常用加工方案及选择依据根据表5.6可知，图（a）零件的材料可以导电，选用电火花穿孔加工