1、1,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。,2,二、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
2、件所连续完成的那一部分工艺过程（三不变一连续）,3,2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。,5,三、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
3、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,6,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
4、证工件对机床和刀具的正确相对位置。,7,二、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。,8,三、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。
5、,9,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。,10,2、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
6、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。,11,12,四、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。,13
7、,14,2、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。,15,16,3、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。,17,9-3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。,18,二、工艺规程的设计原则 技术上的先进性
8、经济上的合理性 良好的劳动条件 三、制订工艺规程所需的原始资料 产品的全套装配图和零件工作图 产品验收的质量标准 产品的生产纲领 毛坯资料 现场生产条件 工艺规程设计时应尽可能多了解新工艺、新方法,19,四、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 加工表面的尺寸精度 主要加工表面的形状精度 主要表面之间的相互位置精度 各加工表面粗糙度以及表面质量方面的其它要求 热处理及其它技术要求,20,对零件图具体技术分析内容有： 零件的视图、尺寸、公差和技术要求是否齐全 零件图所规定加工要求是否合理 零件的选材是否恰当。 零件结构工艺性分析 机械零件的结构，由于使用要求不同而具有各种形状
9、。 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 在研究零件结构时，要注意审查零件的结构工艺性,21,2、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 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。,22,3、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：
10、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。,23,1）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,24,（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,25,2）加工阶段的划分。 通常将工艺
11、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。,26,划分加工阶段的原因： 保证加工质量 合理使用设备 便于安排热处理工序 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。,27,3）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
12、构特点，技术要求和设备等具体生产条件综合考虑后决定。,28,4）工序顺序的安排： （1）机械加工顺序的安排原则： 先基准后其它 先粗后精 先主后次 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,29,（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： 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
13、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,30,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。,31,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
14、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。,32,零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。 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
15、序,33,5、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-b a上工序的工序尺寸 包容面：Zb=b-a b本工序的工序尺寸,34,对称的双边余量：轴： 2Zb=da-db 孔： 2Zb=db-da (2)总加工余量 Z从要加工的表面上切除全部多余金属层的厚度 Z=毛坯尺寸-零件尺寸=,35,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
16、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,36,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。,37,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
17、； 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a （4）本工序的加工时的安装误差b,38,3）确定加工余量的方法 （1）计算法 非对称加工面（如平面） ZbTa+(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,39,6、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
18、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。,40,计算方法：先确定各工序的基本余量和各工序加工的经济精度，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。,41,例题：材料45钢，毛坯是热轧棒料，毛坯尺寸：340.5 公差等级 公差 Ra值 工余尺寸及公差： 粗车： 余量2.6 IT13. 0.39 12.5 31.4-0.39 半精车
19、： 1.0 IT10 0.10 3.2 30.4-0.10 半精磨： 0.25 IT8 0.039 0.4 30.15-0.039 精磨： 0.15 IT6 0.013 0.2 30-0.013,42,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）毛坯的余量及毛坯公差根据毛坯生产类型和结构特点及生产厂的具体条件参照有关毛坯手册。,43,7、机床及工艺装备的确定 1）机床的确定 机床规格应与加工件外形轮廓尺寸相适应 机床精度应与加工精度要求相适应 机床的生产率应与加工工件生
20、产类型相适应 应结合现场的实际情况 2）工艺装备的选择夹具刀具量具,44,8、确定切削用量和切削时间 1）切削用量的选择 选择切削用量时，应综合考虑零件的生产纲领，加工精度，表面粗糙度、材料，刀具的材料及耐用度等因素。 单件小批生产。不明确规定，由操作者自行确定 生产批量大时，特别是组合机床，自动机床及多刀切削加工，工序的切削用量应科学，严格的确定。,45,粗加工，应优先考虑采用比较大的背吃刀量。 半精加工，精加工，应首先考虑的问题是保证加工质量和表面质量，一般采用较小的背吃刀量和进给量。 2）时间定额 时间定额是在一定的生产条件下，规定生产一件产品或一道工序所需消耗的时间，制订时间定额应根据
21、本企业的生产技术条件，使大多数工人都能达到，部分先进工人都可以超过，少数工人经过努力可以达到或接近平均先进水平。,46,（1）单件时间定额 完成一个工序所消耗的单件时间TP=基本时间Tb+辅助时间Ta+布置工作地时间TS+休息和生理需要时间Tr+准备和终结时间Te 单件和成批生产的单件时间Tp应为：,47,（2）提高生产率的措施 缩减基本时间 A增大切削用量 B减少或重合切削行程长度 C减小切削加工余量 缩短辅助时间 A直接缩短 B间接缩短 缩短布置工作地时间 缩短准备和终结时间,48,9、编制工艺规程文件 工艺规程设计好以后，要用规定的形式和格式固定成文件，以便贯彻执行。这些文件统称为工艺文
22、件。 1）机械加工工艺过程卡片 以工序为单位说明工件的整个加工工艺路线 2）机械加工工序卡片 是说明机械加工工艺过程中的每一工序的具体加工参数，用来指导工人进行具体操作。,49,工序卡片中工序简图的画法：须用细实线画出工件本工序完成后的外形；本工序的加工表面用粗实线表示；标明本工序的工序尺寸及其公差，表面粗糙度以及其它技术要求；用规定的定位夹紧符号表示定位基准，夹压位置和夹压方式。,50,工艺尺寸链,一、工艺尺寸链的定义 1尺寸链互相联系，且按一定顺序排列的封闭的尺寸图形。 2工艺尺寸链在机械加工过程中，同一个工件的各有关工艺尺寸所组成的尺寸链。,51,3、装配尺寸链在机器设计和装配过程中，由
23、有关零件的有关尺寸组成的尺寸链。 工艺尺寸链的两个特征： A封闭性尺寸链必须是一组相关尺寸首尾相接构成的封闭形式的尺寸。（其中有些是自然形成的尺寸 ，有些是直接获得的尺寸） B工艺性工艺尺寸链随工艺方案的变化而变化,52,二、工艺尺寸链的组成 环尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链中的环。 环可分为封闭环和组成环，组成环又分为增环和减环。 封闭环加工过程中最后自然形成的尺寸，称为封闭环，用AO表示，一个尺寸链中只能有一个封闭环。 组成环加工过程中直接获得的尺寸称为组成环，又分为增环和减环。 增环尺寸链的组成环中，若其它组成环不变，该环增大时，引起封闭环相应增大，则该组成环称为增环。用 表示,53,减
24、环尺寸链的组成环中，若其它组成环不变，该环增大时，引起封闭环的相应减小，则该组成环称为减环。用 表示 三、增减环的判定方法 对于环数较少的尺寸链，可以用增减环的定义来判别组成环的增减性质。 对环数较多的尺寸链，可在尺寸链图上，先假设封闭环为减环方向，沿减环方向绕尺寸链回转一圈，顺次给每一个环画出箭头，所得的即为各组成环的方向。 与封闭环方向相同为减环，相反为增环,54,55,四、工艺尺寸链的建立 工艺尺寸链的核心问题：找出工艺尺寸之间的内在联系。 1封闭环的确定：封闭环不是在加工过程中直接得到的，而是通过其它工序尺寸间接获得的，它随着零件加工工艺方案的变化而变化 必须根据零件的具体加工方案仔细
25、分析（如图3-31）,56,2组成环的查找。 组成环的基本特点：加工过程中直接获得。而且对封闭环有影响的工序尺寸。 一般是指从定位基准面（或测量基准面）到加工面之间的尺寸 查找方法：从构成封闭环的两面开始，同步地按照工艺过程的顺序，分别向前查找该表面最近一次加工的尺寸，之后再进一步向前查找此加工尺寸的工序基准的最近一次加工时的加工尺寸，如此继续向前查找，直到两条路线最后得到的加工尺寸的工序基准重合，（即两者的工序基准为同一表面）,57,工艺尺寸链建立例题,58,工序1：以大端面A定位，车端面D得工序尺寸A1，并车小外圆至B面，保证尺寸 工序2：以端面D定位，精车端面A得二序尺寸A2，并在镗大孔
26、时车端面C，使孔深尺寸为A3 工序3：以端面D定位，磨大端面A、保证全长尺寸 五、工艺尺寸链计算的基本公式工艺 1封闭环的基本尺寸（等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。即：,59,2、封闭环的极限尺寸 封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。,60,3封闭环的上、下偏差 封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和 4封闭环的公差 封闭环的公差等于各组成环的公差之和 5封闭环的平均尺寸封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环
27、的平均尺寸之和。,61,6、封闭环的中间偏差 封闭环的中间偏差等于所有增环的中间偏差之和减去所有减环的基本尺寸之和：工艺尺寸链的应用 一、基准不重合时工序尺寸及公差的确定 （1）测量基准与设计基准不重合时尺寸的换算 （存在“假废品”的问题）,62,63,（2）定位基准与设计基准不重合时尺寸的换算。,64,二、中间工序的工序尺寸换算 （1）从尚需继续加工表面标注的工序尺寸计算 零件加工中，有些加工表面的定位基准是一些尚需继续加工的表面；当加工这些表面时，不仅要保证本工序对该加工表面的尺寸要求，同时还要间接保证从该加工表面标注的工序尺寸要求。 例题：（如图）内孔尺寸中40+0.039,键槽深度尺寸
28、为43.3+0.2 （2）产品中有页零件表面需要进行渗碳和渗氮处理，而且在精加工后还要保证规定的渗层深度。必须正确的确定精加工前渗层的深度尺寸，因此要进行类似的尺寸链换算。,65,加工顺序：精镗内孔至39.6+0.062磨键槽深至尺寸A1热处理磨内孔至40+0.039,66,例题：衬套零件，孔径145+0.04mm，精加工后要求渗氮层深度tO=0.3+0.2 该表面加工顺序为：磨内孔至144.76+0.04 渗氮处理精磨孔至145+0.04并保证渗氮层深度,67,第九章 小结,1、熟悉机械制造工艺设计中的相关概念 2、熟悉机械制造工艺规程设计的步骤 3、了解工艺规程设计过程中相关工艺参数的选择 4、了解相关工艺文件的格式 5、能进行工艺尺寸链的求解,
