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1、机械加工工艺基础机械加工工艺基础第三章机械加工工艺过程的基本知识第三章机械加工工艺过程的基本知识第一节基本概念第一节基本概念2012年11月4日3.1基本概念基本概念一、生产过程和工艺过程二、机械加工工艺过程的组成三、生产纲领和生产类型一、生产过程和工艺过程一、生产过程和工艺过程机械制造厂一般从其他工厂取得制造机械所需要的原材料或半成品，从原材料（或半成品）进厂到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和统称为工厂的机械制造厂一般从其他工厂取得制造机械所需要的原材料或半成品，从原材料（或半成品）进厂到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和统称为工厂的生产过程生产过程。生产过程生产过程生产过程生产过程原
2、材料和半成品原材料和半成品产品（机器）产品（机器）生产技术准备毛坯制造切削加工检验、装配调试生产技术准备毛坯制造切削加工检验、装配调试（车，铣，刨，磨，钻，镗等）（检验、组装，部装，总装）（铸造，焊接，压力加工等）（工艺规程、原材料供应、工艺装备的配备）（车，铣，刨，磨，钻，镗等）（检验、组装，部装，总装）（铸造，焊接，压力加工等）（工艺规程、原材料供应、工艺装备的配备）生产过程生产过程原材料的运输保管把原材料做成毛坯把毛坯做成机器零件把机器零件装配成机器检验、试车、油漆、包装等原材料的运输保管把原材料做成毛坯把毛坯做成机器零件把机器零件装配成机器检验、试车、油漆、包装等一、生产过程和工艺过程
3、一、生产过程和工艺过程在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。工艺过程。工艺过程工艺过程辅助过程：统计报表、动力供应、运输、保管、工具的制造修理等。辅助过程：统计报表、动力供应、运输、保管、工具的制造修理等。二、机械加工工艺过程的组成二、机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程机械加工工艺过程工序工序工序 N安装安装工位工位工步工步走刀走刀工序工序是指一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。是指一个
4、或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序四要素：工人、工作地、工件与连续作业。其中任一要素发生了变更就构成了另一道工序。工序数工序数组成一个工艺过程的工序数是由被加工工件结构的复杂程度、加工精度要求及生产类型决定的。组成一个工艺过程的工序数是由被加工工件结构的复杂程度、加工精度要求及生产类型决定的。单件生产阶梯轴的工艺过程大批量生产阶梯轴的工艺过程安装安装是工件经一次装夹后所完成的那部分是工件经一次装夹后所完成的那部分工艺过程工艺过程。安装不是一个动作，而是一部分工作内容。当一道工序中只发生一次安装时，该工序的工作内容与安装的工作内容是相同
5、的；当一道工序中发生n次安装时，该工序的工作内容是这n次安装工作内容的综合。为减少安装误差，应尽量减少安装次数。当一道工序中只发生一次安装时，该工序的工作内容与安装的工作内容是相同的；当一道工序中发生n次安装时，该工序的工作内容是这n次安装工作内容的综合。为减少安装误差，应尽量减少安装次数。工位工位是工件一次安装中，工件相对于机床（或）刀具每占据一个确切位置所完成的那一部分是工件一次安装中，工件相对于机床（或）刀具每占据一个确切位置所完成的那一部分工艺过程工艺过程。当一次安装中工件只在一个位置完成加工内容，该安装的工作内容与工位的工作内容相同；当一次安装中工件在n个位置完成交给你个内容，该安装
6、的工作内容是这n测工位工作内容的综合。为减少安装次数和安装误差，应尽量采用多工位加工。多工位加工。图中共有图中共有4个工位，工位个工位，工位1：装卸工件，工位：装卸工件，工位2：钻孔，工位：钻孔，工位3：扩孔，工位：扩孔，工位4：铰孔。：铰孔。多工位安装工步工步是一个工序（或一次安装或一个工位）中，在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指机床主轴转速和进给量）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。是一个工序（或一次安装或一个工位）中，在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指机床主轴转速和进给量）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。加工表面、切削刀具和切削用量加工表面、切削刀具和切削用量只要一个要
7、素改变了，就不能认为是同一个工步。只要一个要素改变了，就不能认为是同一个工步。有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，这样的工步称复合工步。走刀走刀是指一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，每切削一次就称为一次走刀。是指一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，每切削一次就称为一次走刀。走刀是构成工艺过程的最小单元。走刀是构成工艺过程的最小单元。机械加工工艺过程机械加工工艺过程工序1工序2安装1安装2安装N工位2工位N工位1工步2工步1走刀2走刀1工序N三、生产纲领和生产类型三、生产纲领和生产类型(1)生产纲领企业在计划期内应当生产的产品产量和进度
8、计划,零件在计划期为一年的生产纲领N可按下式计算：)1)(1 ( QnNN零件的年产量，件/年；Q产品的年产量，台/年；n每台产品中该零件的数量，件/台； 、 备品率和废品率，%。(2)生产类型1)单件生产产品的种类多而同一产品的产量很小，工作地点的加工对象完全不重复或很少重复。产品的种类多而同一产品的产量很小，工作地点的加工对象完全不重复或很少重复。2)单件生产（小批、中批、大批）成批地制造相同零件的生产。成批地制造相同零件的生产。3)大量生产产品数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工。产品数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工。50000件5000件
9、1000件大量生产5000-50000件500-5000件300-1000件大批生产500-5000件200-500件100-300件中批生产100-200件20-200件5-100件小批生产成批生产100件20件50000件5000件1000件大量生产5000-50000件500-5000件300-1000件大批生产500-5000件200-500件100-300件中批生产100-200件20-200件5-100件小批生产成批生产100件20件40HRC）齿轮； 车床、钻床、铣床等机床的变速箱齿轮； 通常采用45、40Cr等钢制造，经调质后表面高频淬火，再低温回火。1）调质钢）调质钢 齿轮类
10、零件齿轮类零件2）渗碳钢）渗碳钢 用于制造高速、重载、冲击比较大的硬齿面（55HRC）齿轮；汽车变速箱齿轮和汽车驱动桥齿轮等； 常用20CrMnTi，20CrMnMo等，经渗碳、淬火或低温回火后得到表面硬而耐磨、心部强韧耐冲击的性能。 轴类零件轴类零件（1）受力情况、失效形式与性能要求（1）受力情况、失效形式与性能要求 传递一定的扭矩，承受一定的弯曲应力和拉、压载荷，易发生疲劳断裂； 承受一定的冲击载荷，易引起断裂失效。 轴颈承受较大的摩擦，易发生磨损失效； 传递一定的扭矩，承受一定的弯曲应力和拉、压载荷，易发生疲劳断裂； 承受一定的冲击载荷，易引起断裂失效。 轴颈承受较大的摩擦，易发生磨损失
11、效；要求具有良好的综合力学性能，包括强度、塑性和韧性以及高的疲劳强度。要求具有良好的综合力学性能，包括强度、塑性和韧性以及高的疲劳强度。要求具有良好的耐磨性要求具有较高的韧性要求具有良好的耐磨性要求具有较高的韧性（2）常用材料及选用）常用材料及选用承受交变应力和动载荷的轴类（船用推进器轴、锻锤锤杆和机车车辆车轴等）应选用淬透性好的调质钢，如30CrMnSi、40CrMn钢等；承受弯曲和扭转应力的轴类零件（如变速箱传动轴、发动机曲轴、机车主轴等）可选用合金调质钢，如40Cr、45Mn2等；高精度、高速传动的轴类零件（镗床主轴），选用碳化钢；对中、低速内燃机曲轴以及连杆、凸轮轴等，选用球墨铸铁。
12、轴类零件轴类零件 箱体类零件箱体类零件1）工作条件：）工作条件：一般起一般起支撑支撑作用，要承受其中零件的重量及它们之间作用力作用，要承受其中零件的重量及它们之间作用力要求具有较好的刚性、减振性和耐磨性要求具有较好的刚性、减振性和耐磨性2）材料选择）材料选择受力较大、要求高强度、高韧性、在高温高压受力较大、要求高强度、高韧性、在高温高压下工作的箱体类零件（下工作的箱体类零件（汽轮机机壳汽轮机机壳），采用），采用铸钢铸造铸钢铸造；受受冲击力不大冲击力不大，而且主要承受，而且主要承受静压力静压力的箱体可选用的箱体可选用灰铸铁灰铸铁；受力不大、要求自重轻或导热性受力不大、要求自重轻或导热性良好的箱体
13、（汽车发动机的缸盖）可选用良好的箱体（汽车发动机的缸盖）可选用铸造铝合金铸造铝合金；受力很小受力很小的箱体可选用的箱体可选用工程塑料工程塑料；受力较大但形状简单受力较大但形状简单的箱体可采用的箱体可采用焊接焊接结构。结构。（1）零件的材料及力学性能）零件的材料及力学性能2.毛坯的选择2.毛坯的选择毛坯的选择主要依据的因素材料为铸铁铸造毛坯材料为钢制型材零件的力学性能要求较高锻造有色金属型材或铸造毛坯（2）零件的结构形状及尺寸）零件的结构形状及尺寸直径相差不大的阶梯轴零件棒料毛坯直径相差较大锻造毛坯尺寸较大的零件自由锻箱体、支架类零件铸造毛坯大型设备的支架焊接结构（3）生产类型）生产类型大量生产
14、时机器造型、熔模铸造、冷轧、冷拔、冲压加工等单间小批量木模手工造型、焊接、自由锻（4）毛坯车间现有生产条件及技术水平以及通过外协获得各种毛坯的可能性。）毛坯车间现有生产条件及技术水平以及通过外协获得各种毛坯的可能性。3.拟定工艺路线3.拟定工艺路线（1）定位基准的选择（1）定位基准的选择在选择定位基准时往往先根据零件的加工要求选择精基准，由工艺路线向前反推，最后考虑选用哪一组表面作为粗基准才能把精基准加工出来 。粗、精基准的选择使用，必注意粗、精基准的选择使用，必注意精基准选择在前，使用在后，粗基准选择在后使用在先精基准选择在前，使用在后，粗基准选择在后使用在先。（2）零件表面加工工艺方案的选
15、择（2）零件表面加工工艺方案的选择加工方法的经济精度、表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应；加工方法的经济精度、表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应；加工方法与被加工材料的性质相适应；加工方法与被加工材料的性质相适应；加工方法与生产类型相适应；加工方法与生产类型相适应；加工方法与本厂条件相适应。加工方法与本厂条件相适应。（3）加工阶段的划分（3）加工阶段的划分1)粗加工阶段1)粗加工阶段高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。2)半精加工阶段2)半精加工阶段切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一
16、定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工。切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工。3)精加工阶段3)精加工阶段保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。4)光整加工阶段4)光整加工阶段主要任务是降低表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般不能纠正表面间位置误差。主要任务是降低表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般不能纠正表面间位置误差。划分加工阶段的目的保证加工质量；便于及时发现毛坯的缺陷，避免后续精加工的经济损失；有利于合理安排加工设备和操作工人；便于安排热处理工序，使
17、冷、热加工工序配合得更好；便于组织生产。（4）加工顺序的安排（4）加工顺序的安排1）切削加工顺序的安排先基面后其它先基面后其它一开始安排定位精基准表面的加工；一开始安排定位精基准表面的加工；先粗后精先粗后精粗加工工序在前，精加工工序在后；粗加工工序在前，精加工工序在后；先主后次先主后次先加工主要表面，后加工次要表面；先加工主要表面，后加工次要表面；先面后孔先面后孔先加工平面，后加工孔。先加工平面，后加工孔。2）热处理工序的安排预备热处理预备热处理预备热处理预备热处理目的：改善力学性能、消除内应力、为最终热处理作准备。目的：改善力学性能、消除内应力、为最终热处理作准备。退火和正火退火和正火锻件和
18、铸件，可以消除内应力和改善材料的加工性能，一般安排在机械加工前进行退火或正火处理。锻件和铸件，可以消除内应力和改善材料的加工性能，一般安排在机械加工前进行退火或正火处理。时效处理时效处理对于大而复杂的铸件，为了尽量减少由于内应力引起的变形，常常在粗加工后进行人工时效处理。粗加工前最好采用自然时效。对于大而复杂的铸件，为了尽量减少由于内应力引起的变形，常常在粗加工后进行人工时效处理。粗加工前最好采用自然时效。调质处理调质处理可以改善材料的机械性能，因此许多中碳钢和合金钢常采用这种热处理方法，一般安排在粗加工之后进行。可以改善材料的机械性能，因此许多中碳钢和合金钢常采用这种热处理方法，一般安排在粗
19、加工之后进行。最终热处理最终热处理最终热处理最终热处理目的：为了提高零件材料的表面硬度及耐磨性。目的：为了提高零件材料的表面硬度及耐磨性。淬火淬火整体淬火或表面淬火整体淬火或表面淬火半精加工之后、精加工之前进行半精加工之后、精加工之前进行。（次要表面的切削加工需要安排在淬火前完成，以免热处理淬硬后无法切削）（次要表面的切削加工需要安排在淬火前完成，以免热处理淬硬后无法切削）工艺路线工艺路线锻造锻造正火（退火）正火（退火）粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工淬火淬火精加工。精加工。渗碳淬火渗碳淬火低碳钢和低碳合金钢的淬火处理。低碳钢和低碳合金钢的淬火处理。半精加工之后、精加工之前进行半精加工之后
20、、精加工之前进行工艺路线工艺路线锻造锻造正火正火粗加工粗加工半精加工半精加工渗碳淬火渗碳淬火精加工精加工氮化处理氮化处理通过对零件表面渗入N原子，形成含氮化物的表面层，提高材料的表面硬度和耐疲劳性能。氮化处理特点：热处理温度低、变形小、氮化层很薄。通过对零件表面渗入N原子，形成含氮化物的表面层，提高材料的表面硬度和耐疲劳性能。氮化处理特点：热处理温度低、变形小、氮化层很薄。精加工之后进行。（粗、精磨工序之间）精加工之后进行。（粗、精磨工序之间）工艺路线工艺路线锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工粗磨粗磨氮化氮化精磨精磨3）辅助工序的安排检验、检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁和平衡
21、清洗、去毛刺、防锈、去磁和平衡粗加工全部结束之后、精加工之前；工件转入、转出车间前后；重要工序加工前后；全部加工工序完成后。4.机床设备及工艺装备的选择机床设备及工艺装备的选择(1)机床设备的选择(1)机床设备的选择机床设备的精度精度应与零件在该工序的加工要求的精度相适应。机床设备的自动化程度和生产效率自动化程度和生产效率应与零件的生产类型相适应。机床设备的尺寸规格尺寸规格应与零件的外轮廓尺寸相适应。单件小批量选用通用机床和工装。大批、大量生产时选用专用机床、工装。数控机床可用于各种生产类型。(2)工艺装备的选择(2)工艺装备的选择夹具的选择夹具的选择1、单件小批生产：采用各种通用夹具和机床附
22、件，如卡盘、虎钳、分度头等。有组合夹具站的，可采用组合夹具。3、多品种中、小批生产可采用可调夹具或成组夹具。2、大批大量生产为提高劳动生产率应采用专用高效夹具。4、采用数控加工时夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工走刀（如碰撞等）。1、一般优先采用标准刀具。1、一般优先采用标准刀具。3、3、刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。3、3、刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。2、2、若采用工序集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。2、2、若采用工序集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。4、4、数控加工对刀具的刚性及寿命要求较普通加工严格。应合理选择
23、各种刀具、辅具。4、4、数控加工对刀具的刚性及寿命要求较普通加工严格。应合理选择各种刀具、辅具。刀具的选择刀具的选择量具的选择量具的选择1、单件小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等。1、单件小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等。3、量具的精度必须与加工精度相适应。3、量具的精度必须与加工精度相适应。2、大批大量生产应采用各种量规和高效的专用检验夹具和量仪等。2、大批大量生产应采用各种量规和高效的专用检验夹具和量仪等。5.确定切削用量及时间定额确定切削用量及时间定额1）切削用量的确定）切削用量的确定1. 确定切削深度 ap尽可能一次切除全部余量，余量过大时
24、可分 2 次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的 2/33/4 。2. 确定进给量 f3. 确定切削速度 v根据规定的刀具耐用度确定切削速度 v （计算或查表） 粗切时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表） 精切时根据加工表面粗糙度要求确定（计算或查表）6.确定重要工序的检验项目及检验方法确定重要工序的检验项目及检验方法7.填写工艺文件填写工艺文件（1）机械加工工艺过程卡片（1）机械加工工艺过程卡片以工序为单位，简要说明零件整个加工工艺过程的一种工艺文件。以工序为单位，简要说明零件整个加工工艺过程的一种工艺文件。（2）机械加工工序卡片机械加工工序卡片针对每道工序所编制的、用来具体指导工
25、人进行生产的工艺文件。针对每道工序所编制的、用来具体指导工人进行生产的工艺文件。（3）机械加工工艺（综合）卡片（3）机械加工工艺（综合）卡片以工序为单位，比较详细地说明零件加工工艺过程的一种工艺文件，简称工序卡。以工序为单位，比较详细地说明零件加工工艺过程的一种工艺文件，简称工序卡。机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片机械加工工序卡片机械加工工序卡片指在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。毛坯制造切削加工热处理装配维修3.4 零件的切削结构工艺性3.4 零件的切削结构工艺性一、合理确定零件的技术要求二、遵循零件结构设计的标准化四、零件结构要便于加工三、合理标注尺寸一、合理确定零件的
26、技术要求二、遵循零件结构设计的标准化四、零件结构要便于加工三、合理标注尺寸分析零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性一、合理确定零件的技术要求一、合理确定零件的技术要求零件的技术要求：零件的技术要求：尺寸精度、位置精度、形状精度表面粗糙度热处理不需要加工的表面，不要设计成加工面；要求不高的表面，不应设计为高精度和表面粗糙度Ra值低的表面。二、遵循零件结构设计的标准化二、遵循零件结构设计的标准化1.尽量采用标准化参数尽量采用标准化参数2.尽量采用标准件2.尽量采用标准件螺钉、螺母、轴承、垫圈、弹簧、密封圈等。3尽量采用标准型材3尽量采用标准型材可减少毛坯制造的工作量，可减少切削加工的工时及节省材料
27、 。三、合理标注尺寸三、合理标注尺寸1.按加工顺序标注尺寸，尽量减少尺寸换算，并能方便准确地进行测量。2.从实际存在的和易测量的表面标注尺寸，且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合。3.零件各非加工面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。四、零件结构要便于加工四、零件结构要便于加工1.零件结构要便于安装，定位准确，加工稳定可靠。2.尽量减小毛坯余量和选用切削加工性好的材料。3.各要素的形状应尽量简单，加工面积要尽量小，规格应尽量统一。4.尽量采用标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。5.加工面和加工面之间、加工面和不加工面之间均应明显分开，加工时应
28、使刀具有良好的切削条件，以减少刀具磨损和保证加工质量1.零件结构要便于安装，定位准确，加工稳定可靠。2.尽量减小毛坯余量和选用切削加工性好的材料。3.各要素的形状应尽量简单，加工面积要尽量小，规格应尽量统一。4.尽量采用标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。5.加工面和加工面之间、加工面和不加工面之间均应明显分开，加工时应使刀具有良好的切削条件，以减少刀具磨损和保证加工质量。零件结构切削加工工艺性的实例零件结构切削加工工艺性的实例1.便于安装：准确定位、可靠夹紧便于安装：准确定位、可靠夹紧工艺性不好工艺性好1.便于安装：准确定位、可靠夹紧便于安装：准确定位、可靠夹紧工艺性不好
29、工艺性好1.便于安装：准确定位、可靠夹紧便于安装：准确定位、可靠夹紧工艺性不好工艺性好2应尽量减小加工面积2应尽量减小加工面积工艺性不好工艺性好3.尽量减少安装次数，降低安装误差和减少辅助工时，提高切削效率，保证精度。3.尽量减少安装次数，降低安装误差和减少辅助工时，提高切削效率，保证精度。工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好改进后可在一次安装中加工出来改进后可在一次安装中加工出来4孔的轴线应与进口和出口的端面垂直，避免在曲面或斜壁上钻孔。4孔的轴线应与进口和出口的端面垂直，避免在曲面或斜壁上钻孔。工艺性不好工艺性好5退刀槽、过渡圆弧、锥面、键槽等同类要素在同一个阶梯轴上要尽
30、量统一5退刀槽、过渡圆弧、锥面、键槽等同类要素在同一个阶梯轴上要尽量统一3233工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好便于热处理的轴肩结构工艺性不好工艺性好4-M64-M54-M64-M6工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好6凸缘上的孔要留有足够的加工空间6凸缘上的孔要留有足够的加工空间工艺性不好工艺性好7.刀具应有足够的操作空间刀具应有足够的操作空间工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好工艺性不好工艺性好8.尽量减少走刀次数8.尽量减少走刀次数工艺性不好工艺性好9批量生产的零件其结构要适应加工的要求9批量生产的零件其结构要适应加工的要求工艺性不好工艺性好10合理采用组合结构，避免内表面的加工10合理采用组合结构，避免内表面的加工工艺性不好工艺性好对比分析优劣对比分析优劣薄壁零件的加工零件装配工艺性倒角倒角逸气口逸气口工艺性不好工艺性好轴孔配合轴孔配合工艺性不好工艺性好轴孔配合轴孔配合起出螺钉起出螺钉扳手空间扳手空间便于拆卸：轴承外环便于拆卸：轴承外环便于拆卸：轴承内环便于拆卸：轴承内环