第十一章機械加工工藝過程第一節(jié)工藝過程的制訂第二節(jié)機床夾具第三節(jié)零件的結構工藝性1基本概念機械加工工藝規(guī)程的制定零件圖樣的工藝分析毛坯及加工余量定位基準的選擇工藝路線的擬定工序尺寸及公差的確定機床設備和工藝裝備的選擇數控加工常用工藝文件2基本概念將原材料轉變?yōu)槌善返娜^程生產過程改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質等，使其成為成品或半成品的過程稱為工藝過程。工藝過程是生產過程中的主要部分，其余的勞動過程則為生產過程的輔助過程工藝過程3由若干個順序排列的工序組成的，而工序又可分為安裝、工位、工步和走刀基本概念一個或一組工人，在一個工作地對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程工件經一次裝夾后所完成的那一部分工序工藝過程的組成工序安裝45第一章數控加工工藝規(guī)程制定第一章數控加工工藝規(guī)程制定安裝同一工序中，工件在機床或夾具中每定位和夾緊一次，稱為一次安裝?；靖拍钤诩庸け砻婧图庸すぞ卟蛔兊那闆r下，所連續(xù)完成的那一部分工序內容一次裝夾工件后，工件與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據的每一個位置在一個工步內，若被加工表面需切去的金屬層很厚，就可分幾次切削，每切削一次為一次走刀工步工位走刀67第一章數控加工工藝規(guī)程制定第一章數控加工工藝規(guī)程制定工步在加工表面（或裝配時的連接表面）不變，加工（或裝配）工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序。走刀在一個工步中，有時材料層要分幾次去除，則每切去一層材料稱為一次走刀。8第一章數控加工工藝規(guī)程制定第一章數控加工工藝規(guī)程制定復合工步多工位、多刀或多面加工，使工件幾個表面同時進行加工，亦可看作一個工步，這就稱為復合工步。9第一章數控加工工藝規(guī)程制定第一章數控加工工藝規(guī)程制定工位為了完成一定的工序內容，一次裝夾工件后，工件（或裝配單元）與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據的某一個位置稱為工位。課堂討論1請仔細觀看下列動畫，回答下列問題1該加工過程含有多少道工序，工序順序如何2每道工序有多少道工步，工步順序如何裝夾一裝夾二裝夾三基本概念基本概念10課堂討論2請仔細觀看下列加工視頻，回答問題該加工過程含有多少個工位基本概念基本概念11生產綱領企業(yè)在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃。計劃期常定為1年，所以生產綱領常稱為年產量生產類型企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產專業(yè)化程度的分類。一般分為大量生產，成批生產和單件生產三種類型基本概念12工藝規(guī)程指導生產的主要技術文件；組織生產和管理的基本依據；新建、擴建工廠（車間）的基本資料作用規(guī)定產品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件定義機械加工工藝規(guī)程的制定13機械加工工藝規(guī)程的制定制定工藝規(guī)程的基本要求在保證產品質量的前提下，能盡量提高生產率和降低成本；做到技術上的先進性、經濟上的合理性，保證工人具有良好的勞動條件；制定工藝規(guī)程時，工藝人員必須認真研究原始資料，如產品圖樣、生產綱領、毛坯資料及生產條件的狀況等；參照同行業(yè)工藝技術的發(fā)展，綜合本部門的生產實踐經驗，進行工藝文件的編制14機械加工工藝規(guī)程的制定確定工序尺寸、公差及其技術要求制定工藝規(guī)程的方法與步驟零件圖的研究與工藝審查確定生產類型確定毛坯的種類和尺寸選擇定位基準和主要表面的加工方法，擬訂零件的加工工藝路線確定機床、工藝裝備、切削用量及時間定額填寫工藝文件實例模具零件加工工藝規(guī)程制定一般步驟和所包含的基本內容15零件圖樣的工藝分析讀圖和審圖分析零件圖是否完整正確；零件的技術要求分析；尺寸標注應符合數控加工的特點；定位基準可靠零件結構工藝性零件在滿足使用要求的前提下，制造的可行性和經濟性。它包括零件各個制造過程中的工藝性，如零件的鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理和切削加工工藝性等。好的工藝性會使零件加工容易，節(jié)省工時，降低消耗16毛坯及加工余量常用毛坯的種類有鑄、鍛、壓制、沖壓、焊接、型材和板材等。毛坯種類鑄件適用于形狀復雜的毛坯。薄壁零件，不可用砂型鑄造；尺寸大的鑄件宜用砂型鑄造；中、小型零件可用較先進的鑄造方法鍛件適用于強度較高、形狀較簡單的零件。尺寸大的零件一般用自由鍛；中、小型零件選模鍛；形狀復雜的鋼質零件不宜自由鍛17毛坯及加工余量熱軋型材的尺寸較大，精度低，多用作一般零件的毛坯；冷軋材尺寸較小，精度較高，多用于毛坯精度要求較高的中、小零件，適用于自動機床加工對于大件來說，焊接件簡單、方便，特別是單件小批生產可大大縮短生產周期。但焊接后變形大，需經時效處理適用于形狀復雜的板料零件，多用于中、小尺寸件的大批大量生產焊接件冷沖壓件毛坯種類型材18大型齒輪毛坯工業(yè)汽輪機葉片毛坯連桿毛坯毛坯及加工余量毛坯種類選擇的依據零件材料及機械性能零件的功能生產類型具體生產條件19特殊情況采用鍛件、鑄件毛坯時，因鍛模時的欠壓量與允許的錯模量的不等；鑄造時也會因砂型誤差、收縮量及金屬液體的流動性差不能充滿型腔等造成余量的不等。此外，鍛造、鑄造后，毛坯的撓曲與扭曲變形量的不同也會造成加工余量不充分、不穩(wěn)定。因此，除板料外，不論是鍛件、鑄件還是型材，只要準備采用數控加工，其加工表面均應有較充分的余量毛坯及加工余量毛坯形狀和尺寸的選擇減少肥頭大耳，實現少、無屑加工。因此毛坯形狀要力求接近成品形狀，以減少機械加工的勞動量20毛坯及加工余量尺寸小或薄的零件，為便于裝夾并減少夾頭，可多個工件連在一起由一個毛坯制出裝配后形成同一工作表面的兩個相關零件，為保證加工質量并使加工方便，常把兩件合為一個整體毛坯，加工到一定階段后再切開對于不便裝夾的毛坯?？煽紤]在毛坯上另外增加裝夾余量或工藝凸臺、工藝凸耳等輔助基準21毛坯及加工余量加工余量加工過程中，所切去的金屬層厚度工序余量相鄰兩工序的工序尺寸之差加工總余量毛坯尺寸與零件圖樣的設計尺寸之差22影響加工余量的主要因素前工序的尺寸公差TA（TA越大,就越大）；前工序的位置誤差；前工序的表面質量RAHA；本工序的安裝誤差；其它如熱處理引起的工件變形若變形過大而余量不足而報廢毛坯及加工余量23毛坯及加工余量確定加工余量的方法查表法根據各工廠的生產實踐和試驗研究積累的數據，先制成各種表格，再匯集成手冊。確定加工余量時，查閱這些手冊，再結合工廠的實際情況進行適當修改后確定經驗估計法根據實際經驗確定加工余量。一般情況，為防止因余量過小而產生廢品，經驗估計的數值總是偏大分析計算法根據上述的加工余量計算公式和一定的試驗資料，對影響加工余量的各項因素進行分析，并計算確定加工余量24切削用量三要素切削用量的選擇主運動速度VC主運動速度表示主運動的速度大小和方向,單位為M/MIN。當主運動為旋轉運動時，可按下式計算式中N主軸轉速（R/S或R/MIN）；D工件或刀具的最大直徑（MM）。進給量每轉進給量F（MM/R）每齒進給量FZ（MM/Z）進給速度MM/MIN背吃刀量背吃刀量是車削時已加工表面與待加工表面之間的垂直距離（單位MM）。式中DW工件待加工表面的直徑，DM工件已加工表面的直徑25選擇切削用量的原則在工藝系統(tǒng)剛性允許時，應首先選擇一個盡可能大的AP，其次選擇一個較大的F，最后在刀具耐用度和機床功率允許條件下選擇一個合理的VCAP的選擇主要根據加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度確定粗加工時，在留下精加工、半精加工的余量后，盡可能一次走刀將剩下的余量切除；當沖擊載荷較大（如斷續(xù)表面）或工藝系統(tǒng)剛度較差（如細長軸、鏜刀桿、機床陳舊）時，可適當降低，使切削力減??；精加工時，應根據粗加工留下的余量確定，采用逐漸降低的方法，逐步提高加工精度和表面質量；一般精加工時，取00508；半精加工時，取1030切削用量的選擇26課堂討論3請仔細觀看下列加工視頻，請比較切削用量選擇的不同，并討論影響切削用量選擇的主要因素基本概念基本概念27F的選擇粗加工時，F主要受刀桿、刀片和機床、工件等強度、剛度所承受的切削力限制，一般根據剛度來選。工藝系統(tǒng)剛度好時，可用大些的F；反之，適當降低F；精加工、半精加工時，F應根據工件的RA要求選。RA要求小的，取較小的F，但又不能過小，因為F過小，切削厚度過薄，RA反而增大，且刀具磨損加劇。若刀具的刀尖圓弧半徑愈大，則F可選較大值VC的選擇主要根據工件材料、刀具材料和機床功率來選刀具材料好，可選得高些；RA值要求小的，要避開積屑瘤、鱗刺產生的VC，高速鋼刀取小VC5MMIN，硬質合金取較高的VC130160M/MIN；表面有硬皮或斷續(xù)切削時，應適當降低；工藝系統(tǒng)剛性差的，應減小VC切削用量的選擇28基準的概念定位基準的選擇零件是由若干表面組成，各表面之間都有一定的尺寸和相互位置要求。用以確定零件上點、線、面間的相互位置關系所依據的點、線、面稱為基準按作用不同分為設計基準和工藝基準設計基準設計圖樣上所采用的基準工藝基準在工藝中采用的基準。工藝基準按用途不同，又分為定位基準、測量基準和裝配基準29加工時使工件在機床或夾具中占據正確位置所用的基準定位基準的選擇工藝基準零件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸及位置的基準裝配時用以確定零件在部件或產品中位置的基準定位基準測量基準裝配基準30粗基準的選擇粗基準的選擇原則非加工表面原則為了保證加工面與不加工面之間的位置要求，應選不加工面為粗基準。加工余量最小原則以余量最小的表面作為粗基準重要表面原則為保證重要表面的加工余量均勻，應選擇重要加工面為粗基準。不重復使用原則粗基準原則上只能使用一次便于工件裝夾原則作為粗基準的表面，應盡量平整光滑，沒有飛邊、冒口、澆口或其他缺陷，以便使工件定位準確、夾緊可靠粗基準在起始工序中，只能選擇未經加工的毛坯表面作定位的基準床身粗基準的選擇定位基準的選擇31精基準用加工過的表面作定位基準精基準的選擇基準重合原則選擇設計基準為定位基準；基準統(tǒng)一原則多道工序選擇同一個定位基準；自為基準原則選擇加工表面本身；互為基準原則采取兩個加工表面互為基準；便于裝夾原則所選精基準應保證定位準確；穩(wěn)定，裝夾方便可靠，夾具結構簡單適用，操作方便靈活，足夠大的接觸面積，以承受較大的切削力精基準的選擇原則定位基準的選擇32加工階段的劃分當加工質量要求較高時，應劃分加工階段。一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。當加工精度和表面質量要求特別高時，可增設光整加工和超精密加工工藝路線的擬定粗加工切除毛坯大部分余量，接近成品的形狀和尺寸半精加工主要表面留下精加工余量并達到一定的精度，完成一些次要表面的加工光整加工保證主要表面精度和表面粗糙度精加工獲得很高的尺寸精度、降低表面粗糙度或使其表面得到強化粗精加工視頻33劃分加工階段的原因保證加工質量有利于合理使用設備便于安排熱處理工序便于及時發(fā)現毛坯缺陷精加工和光整加工過的表面少受磕碰損壞工藝路線的擬定34工序集中工序分散將工件的加工集中在少數幾道工序內完成，每道工序的加工內容較多。工序集中有利于采用數控機床、高效專用設備及工裝將工件的加工，分散在較多的工序內進行，每道工序的加工內容很少。工序分散使用的設備及工藝裝備比較簡單，調整和維修方便，操作簡單，轉產容易工序的劃分工藝路線的擬定35基準先行先主后次先粗后精先面后孔切削加工工序熱處理工序預備熱處理消除殘余應力處理最終熱處理表面裝飾性鍍層和發(fā)蘭處理一般安排在粗加工前粗加工、半精加工和精加工之間一般安排在精加工前一般都安排在機械加工完畢后工藝路線的擬定36課堂討論4請仔細觀看下列加工視頻，回答問題該數控加工過程遵循了哪些工藝原則基本概念基本概念37輔助工序自檢重要工序的前后送往外車間加工之前全部加工工序完成淬火工序之前全部加工工序完成檢驗去毛刺倒棱清洗防銹去磁和平衡工藝路線的擬定38退火將鋼加熱到一定的溫度，保溫一段時間，隨后由爐中緩慢冷卻的一種熱處理工序其作用是消除內應力，提高強度和韌性，降低硬度，改善切削加工性。應用高碳鋼采用退火，以降低硬度；放在粗加工前，毛坯制造出來以后正火將鋼加熱到一定溫度，保溫一段時間后從爐中取出，在空氣中冷卻的一種熱處理工序。注加熱到的一定的溫度，其與鋼的含C量有關，一般低于固相線200度左右其作用是提高鋼的強度和硬度，使工件具有合適的硬度，改善切削加工性。應用低碳鋼采用正火，以提高硬度。放在粗加工前，毛坯制造出來以后回火將淬火后的鋼加熱到一定的溫度，保溫一段時間，然后置于空氣或水中冷卻的一種熱處理的方法其作用是穩(wěn)定組織、消除內應力、降低脆性常用熱處理方法及作用小結39調質處理（淬火后再高溫回火）其作用是獲得細致均勻的組織，提高零件的綜合機械性能。應用安排在粗加工后，半精加工前。常用于中碳鋼和合金鋼時效處理其作用是消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力應用一般安排在毛坯制造出來和粗加工后。常用于大而復雜的鑄件淬火將鋼加熱到一定的溫度，保溫一段時間，然后在冷卻介質中迅速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝其作用是提高零件的硬度。應用一般安排在磨削前滲碳處理提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后進行為提高工件表面耐磨性、耐蝕性安排的熱處理工序以及以裝飾為目的而安排的熱處理工序，例如鍍鉻、鍍鋅、發(fā)蘭等，一般都安排在工藝過程最后階段進行常用熱處理方法及作用小結40工藝路線的擬定先基準面后其它表面先把基準面加工出來，再以基準面定位來加工其它表面，以保證加工質量先粗加工后精加工即粗加工在前，精加工在后，粗精分開主要表面后次要表面如主要表面是指裝配表面、工作表面，次要表面是指鍵糟、聯接用的光孔等先加工平面后加工孔平面輪廓尺寸較大，平面定位裝夾穩(wěn)定，通常均以平面定位來加工孔41尺寸鏈與工藝尺寸鏈在機器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組示意圖工序尺寸及公差的確定定義42組成環(huán)按其對封閉環(huán)的影響又可分為增環(huán)和減環(huán)尺寸鏈尺寸鏈中凡屬間接得到的尺寸稱為封閉環(huán)尺寸鏈中凡屬通過加工直接得到的尺寸稱為組成環(huán)組成尺寸鏈的每一個尺寸，稱為尺寸鏈的環(huán)當其它組成環(huán)的大小不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的增大而增大，則此組成環(huán)就稱為增環(huán)；反之則此組成環(huán)就稱為減環(huán)工序尺寸及公差的確定43圖示工件如先以A面定位加工C面，得尺寸A1然后再以A面定位用調整法加工臺階面B，得尺寸A2，要求保證B面與C面間尺寸A0；A1、A2和A0這三個尺寸構成了一個封閉尺寸組，就成了一個尺寸鏈。A0是間接得到的尺寸，它就是尺寸鏈的封閉環(huán)。A1是增環(huán)，A2是減環(huán)。如右圖工序尺寸及公差的確定44尺寸鏈的計算（極值法）封閉環(huán)的基本尺寸式中各增環(huán)的基本尺寸；M增環(huán)的環(huán)數；各減環(huán)的基本尺寸；N尺寸鏈的總環(huán)數。封閉環(huán)的極限尺寸工序尺寸及公差的確定45尺寸鏈的計算（極值法）封閉環(huán)的上偏差封閉環(huán)的公差封閉環(huán)的下偏差工序尺寸及公差的確定46工序尺寸及公差每道工序完成后應保證的尺寸定義基準重合時，計算順序是先確定各工序的基本尺寸，再由后往前，逐個工序推算；工序尺寸的公差，則都按各工序的經濟精度確定，并按“入體原則”確定上下偏差基準不重合時，需用工藝尺寸鏈來分析計算計算工序尺寸及公差的確定47例右圖所示軸承碗，當以端面B定位車內孔端面C時,A的尺寸不便測量,若先按尺寸A車出端面A，再以A為測量基準車出X，則可間接保證A。顯然，上述A、A和X構成的尺寸鏈中，A是封閉環(huán)，為較全面地了解尺寸換算中的問題，我們設計尺寸A和A給出三種不同的公差（見表），分別討論。工序尺寸及公差的確定48即公差為零，這是由于組成環(huán)A的公差與封閉環(huán)的公差相等。尺寸X的公差為零，即X必須加工得絕對準確，這實際上是不可能的。因此必須壓縮A的公差。工序尺寸及公差的確定49這是由于組成環(huán)A的公差遠大于封閉環(huán)的公差。根據封閉環(huán)的公差應大于或等于各組成環(huán)公差之和的原則，考慮到加工內孔端面C的困難，應給其留有較大的公差，則應大幅壓縮A1的公差工序尺寸及公差的確定50總結在實際加工中，由于測量基準與設計基準不重合，因而要換算測量尺寸。如果零件換算后的測量尺寸超差，只要它的超差量小于或等于另一組成環(huán)的公差，則該零件有可能是假廢品，應對該零件進行復檢，逐個測量并計算出零件的實際尺寸，由零件的實際尺寸來判斷合格與否工序尺寸及公差的確定51內孔鍵槽加工尺寸換算課堂討論右圖所示為一齒輪內孔的簡圖。內孔為MM，鍵槽尺寸深度為904MM。內孔及鍵槽的加工順序如下精鏜孔至848MM；插鍵槽至尺寸A（通過工藝計算確定）；熱處理；磨內孔至MM，同時間接保證鍵槽深度904MM要求。要求通過工藝尺寸鏈計算尺寸A工序尺寸及公差的確定52分析根據以上加工順序可以看出，磨孔后不僅要能保證內孔的尺寸MM，而且要能同時自動獲得鍵槽的深度尺寸904MM。為此必須正確地算出以鏜孔后表面為測量基準的插鍵槽的工序尺寸A。由尺寸鏈簡圖知，精鏜后的半徑424MM，磨孔后的半徑425MM以及鍵槽尺寸A都是直接獲得的，是組成環(huán)。鍵槽深度904MM，是間接獲得的，為封閉環(huán)。按照工藝尺寸鏈的公式A值計算如下工序尺寸及公差的確定53按公式求基本尺寸904A425424A904424425903MM按公式求上偏差020ESA01750ESA020017501825MM按公式求下偏差0EIA00035EIA0035MM插鍵槽工序尺寸A903MM工序尺寸及公差的確定54練習1下圖工件，如先以A面定位加工C面，得尺寸A1；然后再以A面定位用調整法加工臺階面B，得尺寸A2，要求保證B面與C面間尺寸A0。試求工序尺寸A2。尺寸鏈問題55練習2一批如圖示軸套零件，在車床上已加工好外圓、內孔及端面，現須在銑床上銑右端缺口，并保證尺寸50006及2602，求采用調整法加工時控制尺寸H、A及其偏差并畫出尺寸鏈圖。尺寸鏈問題56練習3如下圖所示軸套零件的軸向尺寸，其外圓、內孔及端面均已加工。試求當以A面定位鉆直徑為10MM孔時的工序尺寸A1及其偏差；當以B面定位鉆直徑為10MM孔時的工序尺寸B1及其偏差。尺寸鏈問題57機床規(guī)格應與工件的外形尺寸相適應即大件用大機床、小件用小機床；機床精度應與工件加工精度要求相適應機床精度過低，不能保證加工精度；機床精度過高，又會增加工件的制造成本，應根據工件的精度要求合理選擇；機床的生產效率應與工件的生產類型相適應單件小批生產用通用設備或數控機床，大批大量生產應選高效專用設備；與現有條件相適應要根據現有設備及設備負荷狀況、外協條件等確定，避免“閉門造車”機床的選擇機床設備和工藝裝備的選擇58工藝裝備的選擇刀具的選擇一般優(yōu)先采用標準刀具。必要時，可采用各種高效的專用刀具、復合刀具和多刃刀具等。刀具的類型、規(guī)格和精度等級應符合加工要求夾具的選擇數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求一是保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能協調零件與機床坐標系的尺寸機床設備和工藝裝備的選擇59同一批刀具的切削性能和使用壽命要穩(wěn)定，以便實現按刀具使用壽命換刀或由數控系統(tǒng)對刀具壽命的管理刀具必須具有較高的精度，以適應數控加工的高精度和自動換刀的要求。如整體式立銑刀徑向尺寸精度應高達0005MM等刀具的選擇整體硬質合金刀具機床設備和工藝裝備的選擇60刀具及其刀柄等附件的可靠性及適應性要高，以免在數控加工中發(fā)生意外損壞而影響加工的順利進行刀具的耐用度應比普通機床用的刀具更高，以減少更換、刃磨刀具及對刀次數，發(fā)揮數控機床的效益刀具的斷屑和排屑性能要好刀具的選擇機床設備和工藝裝備的選擇61夾具的選擇單件小批量生產時，優(yōu)先選用組合夾具、可調夾具和其他通用夾具，以縮短生產準備時間和節(jié)省生產費用。下圖為臥式加工中心上加工閥體零件的孔系組合夾具（其它組合夾具）工件裝夾前工件裝夾后機床設備和工藝裝備的選擇62夾具的選擇零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間夾具上各零件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊元件不能影響加工中的走刀為提高數控加工的效率，批量較大的零件加工可以采用多工位、氣動或液壓夾具在成批生產時，才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單機床設備和工藝裝備的選擇63數控加工常用工藝文件數控編程任務書數控加工工件裝夾和加工原點設定卡片數控加工工序卡片數控加工走刀路線圖數控刀具卡片數控加工常用工藝文件64數控編程任務書主要包含數