机械加工工艺基础部分 第九章

第九章机械加工工艺过程概论

第一节工艺过程的基本概念一、生产过程与工艺过程1、生产过程—将原材料转变为成品的全过程。包括原材料的运输、保管、生产准备、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、检测、调试、和油漆包装等。2、工艺过程—在生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、表面相对位置和性质等，使其成为成品和半成品的过程。二、机械加工工艺过程机械加工工艺过程—在工艺过程中，用机械加工的方法，按一定的顺序逐步改变毛坯和原材料的形状、尺寸和材料性能，使之成为合格零件的过程。机械加工工艺过程是由一个或若干顺序排列的工序组成1．工序：指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程（三不变一连续）2．安装：工件在加工之前，在机床上或夹具上先要占据一正确位置（定位），然后再予以夹紧，称为装夹，工件经一次装夹后所完成的那部分工作内容，称为安装。3．工位：一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，称为工位。4．工步：在一个工序内，往往需要采用不同的工具对不同的表面进行加工,其中在加工表面和加工工具不变的条件下所完成的那部分工艺过程，称为一个工步。5.走刀:在一个工序内，若被加工表面需要分几次切削，则每进行一次切削称为一次走刀。三、生产纲领和生产类型1、生产纲领指企业在计划期内应当生产的产品产量。工厂一年生产的合格产品的数量，称为年生产纲领。而某零件的生产纲领则是包括备品和废品在内的年总产量。零件的生产纲领计算公式其中为备品率和废品率。2、生产类型

（1）单件生产（2）成批生产（3）大量生产第二节工件的安装与基准一、工件的安装方法1、直接找正安装：先将工件粗略地夹持在机床上，然后选择工件上的某个表面作为找正面，再用一些工具找正工件的位置，最后将工件夹紧。2、划线找正安装：预先在毛坯的待加工面上划出轮廓线和找正线，作为找正的依据，然后用划线盘来找正工件在机床上的正确位置，找正之后再夹紧。3、夹具安装：工件直接安装在专门的夹具中，无需进行找正就可迅速地保证工件对机床和刀具的正确相对位置。二、基准1、设计基准：零件图样上采用的基准。2、工艺基准：工艺过程中所采用的基准。（1）定位基准：在加工过程中用作定位的基准。（2）测量基准：测量时所用的基准。（3）装配基准：装配时用以确定零件或部件在机器中位置的基准。

三、定位基准的选择1、粗基准的选择原则A．为保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系，应首先选择不加工表面作粗基准，若零件上有多个不加工表面，则应选择其中与加工表面相对位置要求较高的不加工表面为粗基准。B.为了使定位稳定、可靠，夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸。C．对于具有较多加工平面的工件，粗基准选择时，应考虑合理地分配各表面的加工余量。a.应保证各加工表面有足够的余量应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准b.对于某些重要表面，为了尽可能使其加工余量均匀，应选择该主要毛坯面作粗基准。D．同一方向上的粗基准原则上是允许使用一次，因为粗基准本身都是未经加工的表面，精底低，表面粗糙度数值大，在不同工序中重复使用同一尺寸方向上的粗基准，则不能保证被加工面之间的相互位置精度。2、精基准的选择A．基准重合原则：设计基准作为定位基准。（如图9-7）B．基准统一原则：尽可能在多数工序中采用此基准作为定位基准，称为“基准统一”可以各个工序中采用的夹具统一，可减少设计和制造夹具的时间和费用，提高生产率。C．保证工件定位稳定，准确，夹紧可靠，夹具结构简单操作方便D．互为基准原则：为了获得均匀的加工余量及较高的相互位置精度，可采用互为基准，反复加工的原则E．自为基准原则：当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可选择加工面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。

四、工件定位原理1、六点定位原理（如图9-8）空间任何一个物体都有三个移动、三个转动六个自由度，在加工过程中，要使工件在空间保持正确位置，就必须限制这六个自由度。工件在夹具中定位时，每一个自由度的限制，通常是用一个支承点的定位元件与工件的定位基准相接触来实现。2、完全定位与不完全定位（如图9-10）完全定位：工件安装时，六个自由度都限制的工件定位方法。不完全定位：在工件定位时，根据加工需要把工件上需要限制的自由度都限制的工件定位方式。

3、过定位与欠定位（如图9-11）过定位：夹具中的两个定位元件同时限制一个自由度，或者定位点多于六个。欠定位：定位点数少于应该限制的自由度数。§9-3机械加工工艺规程的制订一、工艺规程的作用（1）工艺规程是指导生产的主要技术条件。（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据。（3）工艺规程是新建或扩建工厂及车间的基本资料。二、工艺规程的设计原则①技术上的先进性②经济上的合理性③良好的劳动条件三、制订工艺规程所需的原始资料①产品的全套装配图和零件工作图②产品验收的质量标准③产品的生产纲领④毛坯资料⑤现场生产条件⑥工艺规程设计时应尽可能多了解新工艺、新方法四、工艺规程的制订步骤1、零件的工艺分析零件技术要求分析①加工表面的尺寸精度②主要加工表面的形状精度③主要表面之间的相互位置精度④各加工表面粗糙度以及表面质量方面的其它要求⑤热处理及其它技术要求对零件图具体技术分析内容有：①零件的视图、尺寸、公差和技术要求是否齐全②零件图所规定加工要求是否合理③零件的选材是否恰当。零件结构工艺性分析①机械零件的结构，由于使用要求不同而具有各种形状。②在分析零件的结构时，不仅要注意各物体表面本身特征，而且要注意这些表面的不同组合③在研究零件结构时，要注意审查零件的结构工艺性2、选择毛坯类型1）毛坯种类的选择：由材料的力学性能要求，零件结构形状的尺寸大小，零件的生产纲领以及利用新技术，新工艺的可能性决定。2）确定毛坯的形状和尺寸。确定毛坯形状和尺寸时应注意以下几个问题①为使加工时工件安装稳定，有些铸件毛坯，需要铸出工艺凸台②为了保证零件加工质量和加工方便，常将一些零件作成一个整体毛坯，加工到一定形状后再切割分离。3、选择定位基准按照基准的选择原则，必须选择好各道工序的定位基准。4、工艺路线的拟定要解决的主要问题：零件各表面的加工方法和方案的选择，加工阶段的划分，确定工序的分散与集中，加工顺序安排和热处理安排等。1）加工方法和加工方案的选择选择表面加工方案时，应注意以下几个问题（1）根据加工表面的技术要求，尽可能采用经济加工精度方案经济加工精度：是指在正常的加工条件下，（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。加工精度和加工成本的关系（2）根据工件材料的性质及热处理，选择相应的加工方法（3）充分考虑工件的结构和尺寸（4）结合生产类型考虑生产率和经济性（5）考虑工厂现有生产条件2）加工阶段的划分。通常将工艺过程划分为粗加工，半粗加工，精加工三个阶段，三个阶段的目的不同。粗加工阶段的目的：是尽快切除零件各个表面上的大部分加工余量。半精加工阶段的目的：继续减少加工余量，为主要表面的精加工作准备。精加工阶段的目的：主要表面达到技术要求。划分加工阶段的原因：①保证加工质量②合理使用设备③便于安排热处理工序④便于发现毛坯缺陷，保护精加工表面。但各要阶段划分不是绝对的。3）工序集中与工序分散划分工序时有两种不同的方法，即工序集中和工序分散。工序集中就是将工件的加工集中在几道工序内完成。工序分散就是将工件的加工内容分散在较多的工序内完成。工序集中和分散的程度应对生产规模，零件的结构特点，技术要求和设备等具体生产条件综合考虑后决定。4）工序顺序的安排：（1）机械加工顺序的安排原则：①先基准后其它②先粗后精③先主后次④先面后孔综合以上原则，常见的机械加工顺序为：定位基准的加工——主要表面的粗加工——次要表面加工——主要表面的半精加工——次要表面加工——修基准——主要表面的精加工（2）热处理工序的安排。热处理按照其目的不同，分为预备热处理和最终热处理两大类：①预备热处理：正火和退火可以消除毛坯制造时产生的内应力，稳定金属组织和改善金属的切削性能，一般安排在粗加工之前；时效处理主要用于消除毛坯缺陷和机械加工过程中产生的内应力，一般安排在粗加工前后进行；调质处理可以改善材料的综合力学性，能获得均匀细致的索氏体组织，为表面淬火和氮化处理作组织准备。对硬度和耐磨性要求不高的零件，调质处理可以作为最终热处理工序，一般安排在粗加工之后，半精加工之前②最终热处理：淬火处理或渗碳淬火处理，可以提高零件表面的硬度和耐磨性，常需进行预先正火及调质处理，淬火处理一般安排在精加工或磨削之前进行，当用高频淬火时，也可安排为最终工序。渗碳淬火处理，适用于低碳钢和低合金钢，其目的是使零件表层含碳量增加，经淬火后可使表层获得高的硬度和耐磨性，而心部仍可保持一定强度和较高的塑韧性，渗碳淬火一般安排在半精加工之后进行。渗氮处理是使氮原子渗入金属表面，从而获得一层含氮化合物的处理方法渗氮可提高零件表面的硬度，耐磨性疲劳强度和耐蚀性。渗氮处理温度低，变形小，应尽量靠后安排。表面处理（电镀及氧化）可提高零件的抗腐蚀能力。增加耐磨性，使表面美观，一般安排在工艺过程最后进行。零件机械加工的一般工艺路线为：毛坯制造——退火或正火——主要表面的粗加工——次要表面的加工——调质（或时效）——主要表面的半精加工—次要表面加工——淬火（或渗碳淬火）——修基准——主要表面的精加工。③辅助工序的安排：检验是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工之前，零件转车间前后，重要工序加工前后，以及零件全部加工完成之后，还要安排独立的检验工序。除检验外，去毛刺工序，清洗、防锈、去磁、平衡等，都是辅助工序

5、加工余量的确定1）加工余量的概念：从加工表面上切除的金属层厚度称为机械加工余量。（1）工序余量——完成某工序而从某一表面上切除的金属层厚度工序余量Zb=工件某一工序前后尺寸之差非对称的单边余量：被包容面：Zb=a-ba——上工序的工序尺寸包容面：Zb=b-ab——本工序的工序尺寸对称的双边余量：轴：2Zb=da-db孔：2Zb=db-da(2)总加工余量ZΣ——从要加工的表面上切除全部多余金属层的厚度ZΣ=毛坯尺寸-零件尺寸=公差带尺寸的标注：工序尺寸公差带，一般按规定“单向入体原则标注”，即：对被包容面，工序基本尺寸为最大极限尺寸，上偏差为零对包容面，工序基本尺寸即为最小极限时，下偏差为零孔与孔（或平面）之间的距离尺寸应按对称分布标注毛坯尺寸通常是正负分别标注的

因为尺寸的加工误差，加工余量是变动的，因此加工余量又有公称（或基本）加工余量，最大加工余量和最小加工余量之分。公称加工余量：前工序与本工序基本尺寸之差（通常情况下，指加工余量或手册中查到的加工余量）最小加工余量：对包容面，等于本工序最小工序尺寸与前工序最大工序尺寸之差；对被包容面，等于前工序最小工序尺寸与本工序最大工序尺寸之差。最大加工余量：对包容面，等于本工序最大工序尺寸与前工序最小工序尺寸之差；对被包容面，等于前工序最大工序尺寸与本工序最小工序尺寸之差；2）影响加工余量的因素。（1）前工序的表面粗糙度Ra和表面缺陷层深度Ha。（2）前工序的尺寸公差Ta（3）前工序的相互位置偏差ρa（4）本工序的加工时的安装误差εb3）确定加工余量的方法（1）计算法非对称加工面（如平面）Zb≥Ta+(Ra+Ha)+对称加工面（如轴或孔）说明：（a）两个基本公式应用时可根据具体加工条件简化（b）光整加工主要是降低表面粗糙度值。加工余量只需要去掉前工序Ra值就行。（2）查表修正法（3）经验估算法6、工序尺寸的确定（如何正确地确定工序尺寸及其公差）工序尺寸及其公差的确定，不仅取决于设计尺寸及加工余量，而且还与工序尺寸的标注方法以及定位基准的选择和转换有关。因此，计算工序尺寸时应根据不同情况采用不同的方法。外圆，内孔和某些平面的加工，其定位基准与设计基准重合，同一表面需经过多道工序加工才能达到图纸要求。此时，各工序尺寸及公差取决于各工序的加工余量及加工精度。计算方法：①先确定各工序的基本余量和各工序加工的经济精度，②然后根据设计尺寸和各工序余量，从后向前推算各工序基本尺寸，直到毛坯尺寸，再将各工序尺寸的公差按“单向入体原则”标注。例题：材料45钢，毛坯是热轧棒料，毛坯尺寸：φ34±0.5公差等级公差Ra值工余尺寸及公差：粗车：余量2.6IT13.0.3912.5φ31.4-0.39半精车：1.0IT100.103.2φ30.4-0.10半精磨：0.25IT80.0390.4φ30.15-0.039精磨：0.15IT60.0130.2φ30-0.013说明：（1）粗车余量一般在表中无法查出，是通过毛坯余量减去其余工序余量之和计算出来的。（2）根据余量，可向前推出各工序尺寸，各工序尺寸公差按“单向入体原则”标（3）毛坯的余量及毛