机械制造工艺学 第3版 课件 模块一 机械加工工艺规程+6工艺路线的拟定

机械制造工艺学机械制造工艺课程组图1-1所示为一支架套零件，结构特点和技术要求如下：内孔尺寸精度分别为

mm和

mm，表面粗糙度Ra分别为0.10㎛和0.40㎛，因转动要求精度较高，所以两孔的圆度要求很高，均为0.0015mm，同轴度为0.002mm，

孔内安放滚针轴承的滚针及仪器主轴颈，同时该支架套的外圆和内孔均有台阶，并有径向孔需要加工。试制定该零件的机械加工工艺文件。任务模块一工艺路线的拟定一、加工方法的选择(一)经济精度与经济表面粗糙度在正常的加工条件下（使用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、合理的工时定额）所能达到的加工精度和表面粗糙度。任何一种加工方法的加工精度与加工成本之间有如图所示关系。各种加工方法的大致加工精度加工方法公差等级（IT）01012345678910111213141516研磨珩圆磨平磨金刚石车金刚石镗拉削铰孔车镗铣刨、插钻孔各种加工方法所能达到的表面粗糙度（μm）加工方法Ra值加工方法Ra值车削外圆：粗车半精车精车细车＞10~80＞2.5~10＞1.25~10＞0.16~1.25刨削：粗刨精刨细刨（光整加工）槽的表面＞5~20＞1.25~10＞0.16~1.25＞2.5~10车削端面：粗车半精车精车细车＞5~20＞2.5~10＞1.25~10＞0.32~1.25插削：拉削：精拉细拉推削：精推细推＞2.5~20＞0.32~2.5＞0.08~0.32＞0.16~1.25＞0.02~0.63车削割槽和切断：一次行程二次行程＞10~20＞2.5~10螺纹加工：用板牙、丝锥、自动张开板牙头车工或梳刀车、铣磨螺纹研磨搓丝模搓螺纹滚丝模滚螺纹＞0.63~5＞0.63~10＞0.16~1.25＞0.04~1.25＞0.63~2.5＞0.16~2.5镗孔：粗镗半精镗精镗细镗（金刚镗床镗孔）＞10~80＞2.5~10＞1.25~10＞0.16~1.25钻孔＞1.25~20加工方法Ra值加工方法Ra值铰孔：一次铰孔：钢黄铜二次铰孔（精铰）：铸铁钢、轻合金黄铜、青铜细铰：钢轻合金黄铜，青铜＞2.5~10＞1.25~10＞0.63~5＞0.63~2.5＞0.32~1.25＞0.16~1.25＞0.32~1.25＞0.08~0.32齿轮及花键加工：粗滚精滚精插精刨拉剃齿磨齿研齿＞1.25~5＞0.63~2.5＞0.63~2.5＞0.63~5＞1.25~5＞0.16~1.25＞0.08~1.25＞0.16~0.63外圆及内圆磨削：半精磨（一次加工）精磨细磨镜面磨削平面磨削：精磨细磨珩磨：粗珩（一次加工）精珩超精加工：精细镜面的（两次加工）抛光：精抛光细（镜面）抛光砂带抛光电抛光＞0.63~10＞0.16~1.25＞0.08~1.25＞0.01~0.08＞0.16~5＞0.04~0.32＞0.16~1.25＞0.02~0.32＞0.08~1.25＞0.04~0.16＞0.01~0.04＞0.08~1.25＞0.02~0.16＞0.08~0.32＞0.01~2.5扩孔：粗扩（有毛面）精扩＞5~20＞1.25~10锪孔，倒角＞1.25~5铣削：圆柱铣刀粗铣精铣细铣端铣刀粗铣精铣细铣高速铣削粗铣精铣＞2.5~20＞0.63~5＞0.32~1.25＞2.5~20＞0.32~5＞0.16~1.25＞0.63~2.5＞0.16~0.637

典型表面加工路线研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂带磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08抛光Ra0.008~1.25金刚石车IT5～6Ra0.02~1.25滚压IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精车IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精车IT10～11Ra2.5～12.5粗车IT12～13Ra10～80图外圆表面的典型加工工艺路线8

图孔的典型加工工艺路线珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗镗IT12～13Ra5～20钻IT10～13Ra5～80半精镗IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5扩IT9～13Ra1.25~40精镗IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25饺IT6～9Ra0.32~10金刚镗IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滚压IT6～8Ra0.01~1.25手饺IT5Ra0.08~1.259图平面典型加工工艺路线抛光Ra0.008¬1.25研磨IT5～6Ra0.008¬0.63精密磨IT5～6Ra0.04¬0.32半精铣IT8～11Ra2.5¬10精铣IT6～8Ra0.63～5高速精铣IT6～7Ra0.16¬1.25导轨磨IT6Ra0.16¬1.25精磨IT6～8Ra0.16¬1.25宽刀精刨IT6Ra0.16¬1.25粗磨IT8～10Ra1.25¬10精刨IT6～8Ra0.63～5半精刨IT8～11Ra2.5～10半精车IT8～11Ra2.5～10粗铣IT11～13Ra5～20粗刨IT11～13Ra5～20砂带磨IT5～6Ra0.01¬0.32金刚石车IT6Ra0.02¬1.25刮研Ra0.04¬1.25精车IT6～8Ra1.25～5粗车IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.5粗拉IT10～11Ra5～20(二)平面轮廓和曲面轮廓加工方法的选择1)平面轮廓常用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等。如图1-34a所示的内平面轮廓，当曲率半径较小时，可采用数控线切割方法加工。对图1-34b所示的外平面轮廓，可采用数控铣削方法加工，常用粗铣—精铣方案，也可采用数控线切割方法加工。2)立体曲面加工方法主要是数控铣削，多用球头铣刀，以“行切法”加工，如图1-35所示。图1-35立体曲面的行切法加工图1-34平面轮廓类工件a)内平面轮廓b)外平面轮廓（三)选择加工方法时考虑的因素(1)选择相应能获得经济精度的加工方法。(2)工件材料的性质。(3)工件的结构形状和尺寸大小。(4)结合生产类型考虑生产率与经济性。选择表面加工方法时的注意事项：（1）加工方法选择的步骤总是首先确定被加工零件主要表面的最终加工方法，然后依次向前选定各预备工序的加工方法。（2）在被加工零件各表面加工方法分别初步选定以后、还应综合专虑为保证各加工表面位置精度要求而采取的工艺措施。（3）熟悉和掌握这些典型表面各种加工方案。二、加工阶段的划分为保证加工质量和合理地使用设备、人力，工件的加工过程通常按工序性质不同，可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。(1)粗加工阶段其任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近成品，主要目标是提高生产率。(2)半精加工阶段其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工(如精车、精磨)做好准备，并可完成一些次要表面加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。(3)精加工阶段其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。(4)光整加工阶段对工件上精度和表面粗糙度要求很高(IT6级以上，表面粗糙度Ra为0.2μm以下)的表面，需进行光整加工，其主要目标是提高尺寸精度、减小表面粗糙度，但一般不用来提高位置精度。划分加工阶段的目的：（1）利于保证加工质量（2）便于合理使用设备（3）便于安排热处理工序（4）便于及时发现毛坯缺陷对加工质量要求不高、工件刚性好、毛坯精度高、加工余量小、生产纲领不大时，可不必划分加工阶段。对刚性好的重型工件，由于装夹及运输很费时，也常在一次装夹下完成全部粗、精加工。对于不划分加工阶段的工件，为减少粗加工中产生的各种变形对加工质量的影响，在粗加工后，松开夹紧机构，停留一段时间，让工件充分变形，然后再用较小的夹紧力重新夹紧，进行精加工。三、工序的划分(一)工序划分的原则工序的划分可以采用两种不同原则，即工序集中原则和工序分散原则。工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成,每道工序的加工内容较多。工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行,每道工序的加工内容较少,有些工序只包含一个工步。(二)工序划分方法工序集中与工序分散各有利弊,应根据生产类型、现有生产条件、企业能力、工件结构特点和技术要求等进行综合分析。在数控机床上加工的工件，一般按工序集中原则划分工序，划分方法如下。(1)按所用刀具划分即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。(2)按安装次数划分即以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。(3)按粗、精加工划分即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。(4)按加工部位划分即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的工件，可按其结构特点(如内形、外形、曲面和平面等)划分成多道工序。四、加工顺序的安排工件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序(包括表面处理、清洗和检验等)。(一)切削加工工序的安排1）基面先行2）先粗后精3）先主后次4）先面后孔5）就近不就远(二)热处理工序的安排热处理的目的是提高材料的力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能。常用的热处理工艺有退火、正火、调质、时效、淬火、回火、渗碳淬火和渗氮等。按照热处理的不同目的，上述热处理工艺可分为两类，即预备热处理和最终热处理。(1)预备热处理

预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。预备热处理工艺有退火、正火、时效、调质等。1)退火和正火。退火和正火用于经过热加工的毛坯。碳的质量分数大于0.5%的碳钢和合金钢，为降低金属的硬度易于切削，常采用退火处理；碳的质量分数低于0.5%的碳钢和合金钢，为避免硬度过低切削时粘刀而采用正火处理。退火和正火尚能细化晶粒，均匀组织，为以后的热处理做好准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后，粗加工之前进行。2)时效处理

时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工过程中所产生的内应力，最好安排在粗加工之后、半精加工之前进行。为了避免过多的运输工作量，对于精度要求不太高的工件，一般在粗加工之前安排一次时效处理即可。但对于高精度的复杂铸件(如坐标镗床的箱体等)，应安排两次时效工序，即铸造—粗加工—时效—半精加工—时效—精加工。简单铸件一般可不进行时效处理。除铸件外，对于一些刚性差的精密工件(如精密丝杠)，为消除加工中产生的内应力，稳定工件的加工精度，常在粗加工、半精加工、精加工之间安排多次时效处理。有些轴类工件加工在校直工序后也要求安排时效处理。3)调质

调质即在淬火后进行高温回火处理。它能获得均匀细致的索氏体组织，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形做好组织准备，因此调质可以作为预备热处理。由于调质后工件的综合力学性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的工件，也可以作为最终热处理工序。调质处理常安排在粗加工之后，半精加工之前进行。(2)最终热处理

最终热处理的目的是提高工件材料的硬度、耐磨性和强度等力学性能。最终热处理工艺包括淬火、渗碳淬火、渗氮等。1)淬火

淬火分为整体淬火和表面淬火两种，其中表面淬火因为变形、氧化及脱碳较小而应用较多，而且表面淬火还具有外部硬度高，耐磨性好而内部保持良好的韧性，抗冲击能力强的优点。为提高表面淬火工件心部的力学性能和获得细马氏体的表层组织，常需预先进行调质及正火处理。一般工艺路线为下料—锻造—正火(退火)—粗加工—调质—半精加工—表面淬火—精加工。2)渗碳淬火

渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢，其目的是先使工件表层含碳量增加，经淬火后使表层获得高的硬度和耐磨性，而心部仍然保持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳处理分局部渗碳和整体渗碳两种。局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施(镀铜或涂防渗材料)。由于渗碳淬火变形大，且渗碳层深度一般为0.5~2mm之间，所以渗碳工序一般安排在半精加工与精加工之间。一般工艺路线为下料—锻造—正火—粗、半精加工—渗碳