机械加工工艺设计的内容

机械加工工艺设计的内容在确定了待加工零件的生产类型、选好材料和毛坯形式、审查和分析了零件图纸之后，就可进行该零件的机械加工工艺设计。9.3.1选择定位基准定位基准是指在机械加工中用来确定工件位置的基准面，它的合理选择对保证加工精度，安排加工顺序和提高加工生产率有重要影响。图9-4套筒铸件第一道工序只能以毛坯表面作为定位基准面，这种基准面称为粗基准。在以后的工序中用已加工过的表面定位，这种基准面称为精基准。1．粗基准的选择原则（1）保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则当有些不加工表面与加工表面间有相互位置要求时，一般选择不加工表面为粗基准。如图9-4所示毛坯，铸造时孔B和外圆A有偏心，若采用不加工表面外圆A为粗基准加工孔B，则内外圆是同轴的，即壁厚均匀，而孔B的加工余量不均匀。当工件上有多个不加工表面和加工表面间有一定的位置要求时，则应以其中要求较高的不加工表面为粗基准。（2）保证各加工表面的加工余量合理分配的原则应选择重要加工表面为粗基准，如图9－5中，选择导轨面为粗基准加工床腿底面，再以底面为基准加工导轨面，使加工余量均匀，并保证导轨面的组织均匀和耐磨性一致。应选择余量最小的表面为粗基准，如图9-6中的台阶轴直径φ50mm余量为5mm，直径φ108mm的余量为8mm，当毛坯两外圆柱面毛坯制造偏心量为3mm时，若选φ108mm为粗基准加工外圆φ50mm时，有可能因φ50mm的余量不足而使零件报废。图9-5床身加工的粗基准选择图9-6台阶轴加工的粗基准选择图9-7重复使用粗基准（3）粗基准不重复使用的原则粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差。因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。如图9－7所示，如果重复使用毛坯面B定位，加工A面和C面，则A面与C面的轴线必然会出现较大的同轴度误差。2．精基准的选择原则（1）基准重合原则尽可能使设计基准与定位基准重合，以减少定位误差。图9-8齿形表面定位l—卡盘2—滚柱3—齿轮（2）基准统一原则尽可能使用同一定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度。如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准。（3）互为基准原则当两个加工表面间相互位置精度要求很高（包括本身尺寸与形状精度要求）时，可运用互为基准反复加工的原则。加工如图9－8所示的精密齿轮，因齿面高频淬火后必须进行磨齿，为消除淬火后的变形和提高齿面、支承孔的位置精度，应以齿面为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿面，其齿面磨削余量均匀。图9－9自为基准磨削定子外圆1—心轴2—定位套3—定位销4—工件5—开口压板6—螺母（4）自为基准原则当要求加工余量小而均匀（如精加工或光整加工）时，可选择加工表面本身作为定位基准，即自为基准原则。图9－9为磨削叶片泵外圆柱表面，因其定子内腔是特形曲面而不宜作定位基面，当磨削定子外圆柱面时，将工件4套在心轴1上，以待加工的外圆柱面作为定位基准，夹具上的定位套2定心，定位销3作周向定位，然后用开口压板5及螺母6夹紧工件，再取下定位套，工件即可连同心轴一起装在磨床上完成外圆磨削。在进行机械加工工艺设计时，应根据具体情况进行综合的分析，灵活运用各项原则。在工艺过程卡的加工简图中，各工序的定位基准应用专门符号表示出来，常用符号参见表9－1的定位基准选择示例。表9-1定位基准选择示例序号零件类型示例备注1轴类零件两顶尖孔定位2轴类零件外圆定位（三爪自定心卡盘：定位→夹紧）3盘类零件端面及孔定位（“短销”：定位→夹紧）4套类零件孔及端面定位（可胀心轴或长销：定位→夹紧）5杆类零件底面及两端圆弧面定位（活动V形块或联动定心结构：定位→夹紧）6箱体“一面及两销孔”定位（两销孔是工艺孔）7齿轮坯拉削齿轮坯的孔实际上是以孔本身作为定位基准，底面为球面支承，仅约束一个自由度并承受拉削力注：定位符号的脚标1、2、3等表示约束的自由度数。9.3.2拟定零件的加工工艺路线1．选择加工方法一般先根据这个零件主要表面的技术要求选定它的最后加工方法（参考表9－2），再选前面各工序的加工方法。例如当一轴的主要外圆面要求精度等级为IT6、表面粗糙度值Ra为0.4，并要淬硬时，其最后工序可选用精磨，前面的准备工序可为粗车——半精车——淬火——粗磨。主要表面的加工方法选定后，再选各次要表面的加工方法。各种常用的加工方法所能达到的精度和表面粗糙度以及需留的加工余量列于表9－2中。表9－2常用加工方法能达到的精度和表面粗糙度以及需留的加工余量加工表面加工方法表面粗糙度值/μm精度等级IT加工余量/mm说明外圆柱面和端面粗车Ra14～32011～131～5指尺寸在φ180以下，长度在500以下的钢件直径余量半精车Ra2.5～109～100．45～0．55精车Ra0.63～2.57～80．20～0．45粗磨Ra1.25～58～90．25～0．85精磨Ra0.16～1.2560．06研磨Ra＜0.1650．01～0．03超精加工Ra＜0.165～6细车（金刚车）Ra0.02～0．636平面粗刨、粗铣Ra40～32011～130．9～2．3指平面最大尺寸在500以下的钢件的平面余量半精刨、半精铣Ra2.5～108～110．25～0．3精刨、精铣Ra0.63～57～90．16拉削Ra0.63～2.57～9粗磨Ra1.25～58～70．05精磨Ra0.16～1.256～50．03研磨Ra＜0.1650．01～0．03圆柱孔钻孔Ra40～32011～13指孔径在180以下的钢件的直径余量。扩孔Ra2.5～1010～11为所扩孔径的0．3～0．5倍粗铰Ra1.25～58～90．l～0．55精铰Ra0.62～2.57～80．04～0．2粗镗Ra2.5～1010～11＞1．8精镗（浮动镗）Ra0.63～2.57～91．3～1．8细镗（金刚锋）Ra0.08～0.636～70．1～0．3粗磨Ra1.25～58～9热处理后0．2～0．3精磨Ra0.32～1.2570．1～0．2研磨Ra0.01～0.3260．01～0．022．安排加工顺序（1）基面先行工件的精基准表面应先进行加工，以便为后续工序加工提供精基准。当基准不统一时，应作基准转换，并按逐步提高精度的原则安排基准面加工。（2）先主后次即先加工主要表面（如装配表面、工作表面等），后加工次要表面（如键槽、紧固用的光孔或螺孔等）。次要表面加工量较少，通常安排在主要表面半精加工与精加工（或光整加工）之间。（3）先粗后精即粗加工→半精加工→精加工或光整加工。（4）先面后孔对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔，使安装方便、定位可靠，以平面定位加工孔，易保证平面与孔的精度及位置精度，并改善刀具初始工作条件。3．热处理工序的安排（1）预备热处理常用的方法有退火和正火，一般安排在机械加工之前。用以改善切削性能，使组织均匀，细化晶粒，消除毛坯制造时的内应力。（2）去除内应力处理包括人工时效、退火等，通常在粗加工与精加工之间进行。对于一般精度的零件，应安排在粗加工后作人工时效，以消除铸造和粗加工时产生的内应力，减少后续加工的变形；对精度要求较高的零件，应在半精加工后进行第二次时效处理，使加工精度稳定；对精度要求很高的零件（如丝杆、主轴等），应安排多次去应力处理；对于精密丝杆、精密轴承等零件，为消除残余奥氏体，稳定尺寸，常在回火后进行冷处理。（3）最终热处理可以提高材料的强度、表面硬度和耐磨性。变形较大的热处理，如调质、淬火、渗碳淬火等，应在磨削前进行，通过磨削来纠正热处理变形。变形较小的热处理（如氮化），应安排在精加工后。表面装饰性镀层和发蓝工序，一般在精加工后进行。电镀工序后应进行抛光，以增加耐腐蚀性和美观。耐磨性镀铬则放在粗磨和精磨之间进行。4．辅助工序的安排包括检验、去毛刺、倒棱边、去磁、清洗和涂防锈油等。其中检验工序是保证产品质量的重要措施，它应在粗加工与精加工之间，或重要工序前后进行；进入装配和成品库前应作最终检验，对于重要件还应作特种性能检验，如磁力探伤、密封性等。9.3.3确定各工序的加工余量、工序尺寸和公差工艺路线拟订以后，应确定每道工序的加工余量、工序尺寸及其公差。工序尺寸是工件加工过程中，各个工序应保证的加工尺寸，工序尺寸允许的变动范围就是工序尺寸公差。工序尺寸的确定与工序的加工余量有密切关系。零件图上的尺寸和公差就是最终工序的尺寸和公差。可以用“倒推”的办法，将此尺寸加上此工序的余量，就是上一工序的工序尺寸。各种加工方法需要的加工余量值列于表9－2中。这些余量值范围较大，要根据零件尺寸大小和毛坯情况来合理选取。如需更精细的数据可参阅有关的《机械制造工艺设计手册》。工序尺寸的公差可按该工序的加工方法所能达到的精度（见表9－2中公差等级一栏）查标准公差数值表来确定。除毛坯公差和最终尺寸的公差为双向公差外，机械加工的工序间尺寸的公差均按“入体分布”，即标注为向着零件体内的单向公差。例如一轴的某一直径尺寸在粗磨后精磨前的工序尺寸为φ44，由表9－2得粗磨后能达到的尺寸公差等级为IT8～IT9，现取尺寸公差等级为IT8，其标准公差数值为0.039，则此工序尺寸和公差应标注为。又如一孔在扩孔后粗铰前的工序尺寸为φ15.85，由表9－2得扩孔后能达到的尺寸公差等级为IT10～IT11，现取尺寸公差等级为IT10，查其标准公差数值为0.07。则此工序尺寸和公差应标注为。再举一例说明工序尺寸的计算过程。某滑动轴承座的内孔尺寸为，表面粗糙度值Ra为1.6，若制订的工艺过程为：粗镗——精镗——粗铰——精铰。各工序尺寸及其公差计算如表9—3所示。表9—3轴承孔（φ55）的工序尺寸及公差（单位/mm）工序名称工序间余量工序能达到的公差等级及其标准公差最小极限尺寸工序尺寸及公差精铰0．15IT8（0．046）55粗铰0．45IT10（0．12）55—0.15＝54.85精镗1．4IT10（0．12）54.85—0.45＝54.4粗镗3IT13（0．46）54.4—1.4＝53注：毛坯孔尺寸：53—3＝50，其公差由制坯工序决定。9.3.4机床设备及工艺装备的选择选择机床设备的基本原则为：1．机床的精度应与工序要求的精度相适应。2．机床的规格应与零件的外形尺寸相适应。3．机床的生产率应与零件要求的生产纲领相适应。当大批大量生产时，根据零件相关工序的加工要求和批量等，设计专用机床及专用夹具。工艺装备包括夹具、刀具和量具等，应根据零件的生产类型和加工精度等进行选择。单件小批生产时，一般选用通用夹具或组合夹具、标准刀具和通用量具；采用成组工艺时，应设计成组夹具；大批大量生产时，常采用复合刀具和极限量规或高效的专用检验量具。9.3.5估算时间定额零件的加工工艺成本通常由材料费、动力费、工资、车间管理费和企业管理费等项构成。除材料费外，其余各项都和加工时间有关。因此，在估算产品或零件的制造费用的时候，在零件的加工工艺设计过程中，都要估算时间定额。这是一件很关键的工作。偏松的定额会使成本上升；偏紧的定额又会影响操作人员的积极性。因此是一件不容易做的工作，尤其对缺乏生产经验的初学者来说更是这样。对于单件小批生产来说，采用经验估工法和类推比较法较多。同学们因实践较少，一下子估计出很准确的时间定额是有困难的。但也应大胆尝试，不应望而却步；应多向有经验的人员请教，并注意积累参考资料，收集在定额试行过程中各方面的反应，逐步订出比较合理的时间定额。对于批量较大的定型产品，可采用统计分析，实际测定加工时间等办法，也可采用技术测定法。例如知道了某一工步中的走刀长度、走刀量和工件转速时，就可计算出车削这段外圆表面所需的机动时间。把各工步、各工序所需的机动时间累加起来，再考