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1、西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院第第1篇篇第第2章章机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.3 2.3 机械加工路线机械加工路线2.2.4 4 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计2.2.4 4 计算机辅助工艺规程设计计算机辅助工艺规程设计西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.1 2.1.1 生产过程生产过程1.1.制造工艺制造工艺是是制造方法制造方法和和制造工艺过程制造工艺过程的总称的总称,工
2、工艺过程是生产过程中的主要部分；艺过程是生产过程中的主要部分；2.2.生产过程生产过程是指将原材料转变为成品全过程；是指将原材料转变为成品全过程；机械制造技术的机械制造技术的生产过程生产过程包括下列过程：包括下列过程：(1)(1)原材料、半成品和成品原材料、半成品和成品(产品产品)运输和保管；运输和保管；(2)(2)生产和技术准备工作，如产品开发和设计、工生产和技术准备工作，如产品开发和设计、工艺设计、专用工艺装备的设计和制造、各种生艺设计、专用工艺装备的设计和制造、各种生产资料准备以及生产组织等准备工作；产资料准备以及生产组织等准备工作；(3)(3)毛坯制造，如铸造、锻压和焊接等；毛坯制造，
3、如铸造、锻压和焊接等；(4)(4)零件的机械加工、热处理和其它表面处理；零件的机械加工、热处理和其它表面处理；(5)(5)产品装配、调整、检验、试验、油漆包装。产品装配、调整、检验、试验、油漆包装。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.2 2 工艺过程工艺过程1.1.工艺规程概念工艺规程概念 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺文件称为工艺规程。工艺规程。工艺过程工艺过程具体可分为具体可分为 铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程铸造、锻造、冲压、焊接工
4、艺过程 机械加工、特种加工工艺过程；机械加工、特种加工工艺过程；物理热处理及表面工程工艺过程物理热处理及表面工程工艺过程 装配等工艺过程装配等工艺过程 机械加工工艺过程机械加工工艺过程是利用机械加工方法使铸、是利用机械加工方法使铸、锻件或型材毛坯逐步改变形状和尺寸及表面质锻件或型材毛坯逐步改变形状和尺寸及表面质量使其最终成为合格零件的过程。量使其最终成为合格零件的过程。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.2 2 工艺规程工艺规程2.2.工艺规程的作用工艺规程的作用(1)(1)是连联接产品设计和制造的桥梁；是
5、连联接产品设计和制造的桥梁；产品设计产品设计工艺规程工艺规程产品制造产品制造(2)(2)是指导、组织和管理生产的主要工艺文件；是指导、组织和管理生产的主要工艺文件；是加工、检验验收、生产调度的主要依据。是加工、检验验收、生产调度的主要依据。(3)(3)是制定生产计划、进行生产管理的基本依据，是制定生产计划、进行生产管理的基本依据，(4)(4)是新建或扩建工厂、车间的基本资料。是新建或扩建工厂、车间的基本资料。只有根据工艺规程和生产纲领才能正确确定生只有根据工艺规程和生产纲领才能正确确定生产所需的设备种类、规格和数量。产所需的设备种类、规格和数量。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工
6、程程学学院院2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.2 2 工艺规程工艺规程3.3.机械加工工艺规程格式机械加工工艺规程格式(1)(1)零件机械加工工艺过程卡零件机械加工工艺过程卡，该卡片是针对每个，该卡片是针对每个零件单独编写的，它列出了零件在整个加工过零件单独编写的，它列出了零件在整个加工过程中的程中的加工方法、工艺路线加工方法、工艺路线、所经历的车间、所经历的车间、各工序所用的工艺装备和时间定额等，它是进各工序所用的工艺装备和时间定额等，它是进行生产技术准备和编制计划的依据。行生产技术准备和编制计划的依据。(2)(2)零件的机械加工工序卡片零件的机械加工工序卡片，
7、它是在工艺过程卡，它是在工艺过程卡的基础上针对每道工序所编制的，一般具有工的基础上针对每道工序所编制的，一般具有工序简图序简图,并并详细说明该工序中每个工步详细说明该工序中每个工步加工内加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。对工艺规程的基本要求是应具有：装备等。对工艺规程的基本要求是应具有：技术先进性技术先进性,经济合理性和使用安全性经济合理性和使用安全性西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.3
8、 3 工艺规程的组成工艺规程的组成机械加工工艺过程机械加工工艺过程一般是由若干个按一定顺序排一般是由若干个按一定顺序排列的工序所组成的。列的工序所组成的。亦即：工序是工艺过程的基本组成部分。亦即：工序是工艺过程的基本组成部分。毛坯依次通过多个工序变为半成品或成品。而机毛坯依次通过多个工序变为半成品或成品。而机械加工的工序本身又可细分为械加工的工序本身又可细分为安装、工位、工步安装、工位、工步和走刀，和走刀，它们的概念与相互关系：它们的概念与相互关系：1.1.工序工序:一个工人或一组工人在一个工作地点对同一一个工人或一组工人在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的哪一部分工艺个或同时对
9、几个工件所连续完成的哪一部分工艺过程，称为工序。过程，称为工序。工作地、工人、工件与连续作工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生，若其中任一要素发生变更，则构成另一道工序。变更，则构成另一道工序。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.1.2.1.3 3 工艺规程的组成工艺规程的组成1.1.工序：工序：是由被加工件结构复杂程度、加工精度要是由被加工件结构复杂程度、加工精度要求及生产类型所决定的，如阶梯轴。求及生产类型所决定的，如阶梯轴。(Flash)(Flash)西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学
10、院院2.1 2.1 工艺规程基本概念工艺规程基本概念2.1.2.1.3 3 工艺规程的组成工艺规程的组成2.2.安装安装它是指工件在一次装夹中所完成的那部分工序它是指工件在一次装夹中所完成的那部分工序如图如图2-2-l l中小轴若先车中小轴若先车a a，b b两段外圆，然后调两段外圆，然后调头车头车c c段外圆，则此工序包括两次安装。段外圆，则此工序包括两次安装。3.3.工位工位为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在机床上占有不同的位置进行连续加工，每一个机床上占有不同的位
11、置进行连续加工，每一个位置所完成的那部分工序，称一个工位。位置所完成的那部分工序，称一个工位。图图2-22-2为三轴四工位回转工作台的组合机床的为三轴四工位回转工作台的组合机床的加工示意图。四个工位的工作依次是装加工示意图。四个工位的工作依次是装(卸卸)、钻孔、扩孔、精铰，有三个工件同时在加工。钻孔、扩孔、精铰，有三个工件同时在加工。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院采用多工位加工，可以提采用多工位加工，可以提高生产率和保证被加工表高生产率和保证被加工表面间的相互位置精度。面间的相互位置精度。(Flash)(Flash)(Video Play)(Video Play)
12、西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.1 2.1 基本概念基本概念2.1.2.1.3 3 工艺规程的组成工艺规程的组成4.4.工步工步 这是指加工表面、刀具和切削用量均不这是指加工表面、刀具和切削用量均不变时所完成的那部分工序。只要其中一个因素变时所完成的那部分工序。只要其中一个因素改变，就成为一个新工步。改变，就成为一个新工步。如图如图2-2-l l中的小轴，若用一把刀具以同样的切中的小轴，若用一把刀具以同样的切削条件依次加工削条件依次加工b b，c c段外圆时，由于加工表面段外圆时，由于加工表面不同，故构成两个工步。不同，故构成两个工步。5.5.走刀走刀 在一个工
13、步内，若被加工表面需切去的在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，就可以分金属层很厚，就可以分n n次切削，每切削一次次切削，每切削一次的工作行程叫一次走刀如的工作行程叫一次走刀如图图2-32-3中，在加工中，在加工c c段段的第二个工步中，因所需切去的金金属很厚，的第二个工步中，因所需切去的金金属很厚，需分两次切削；则每一次切削就是一次走刀。需分两次切削；则每一次切削就是一次走刀。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.1 2.1 基本概念基本概念2.2.2.3 2.3 基准基准 基准是用来确定生产对象上几何要素间基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依
14、据的那些点、线、面。基准按用的几何关系所依据的那些点、线、面。基准按用途不同可分为途不同可分为设计基准设计基准与与工艺基准工艺基准。1.1.设计基准设计基准:设计基准是设计图样设计基准是设计图样 上采用的基准，即标上采用的基准，即标 注设计尺寸的起端的注设计尺寸的起端的 点、线、面。由设计点、线、面。由设计 者根据产品工作原理者根据产品工作原理 和性能要求确定的。和性能要求确定的。图图2-42-4西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2.2.3 2.3 基准基准2.2.工艺基准工艺基准 工艺基准是在工艺过程中所采用的工艺基准是在工艺过程中所采用的基准，按用途不同又可细
15、分为工序基准、定位基准，按用途不同又可细分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。基准、测量基准、装配基准。(1)(1)工序基准工序基准 工序基准是该工序所要求达到的加工序基准是该工序所要求达到的加工尺寸的起端的点、线、面。图工尺寸的起端的点、线、面。图2-52-5钻孔钻孔西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2.工艺基准工艺基准(2)(2)定位基准：定位基准是用来在机床上定位的基定位基准：定位基准是用来在机床上定位的基准。如轴类顶尖孔就是定位基准。准。如轴类顶尖孔就是定位基准。图图2-6(2-6(a)a)毛坯内圆毛坯内圆A A及内端面及内端面B B是加工底端面是加
16、工底端面E E及及内止口内止口F F的定位基准。的定位基准。图图2-6(2-6(b)Eb)E及及F F 是是 加工上端面加工上端面C C和外和外 圆圆D D及环槽及环槽 G G工序工序 的定位基准。可以的定位基准。可以 是加工面的精基准是加工面的精基准 或者是未加工面的或者是未加工面的 粗基准。粗基准。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2.工艺基准工艺基准(3)(3)测量基准：测量时所采用的基准即测量基准。测量基准：测量时所采用的基准即测量基准。图图2-72-7为检验已加工平面的测量基准。为检验已加工平面的测量基准。图图2-82-8为检验已加工孔位置的测量基准。为
17、检验已加工孔位置的测量基准。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2.工艺基准工艺基准(4)(4)装配基准：装配基准：装配基准是装配时用来确定零件或装配基准是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。部件在产品中的相对位置所采用的基准。图图2-42-4中，曲轴装进曲轴箱中是以主轴颈与主轴中，曲轴装进曲轴箱中是以主轴颈与主轴孔接触来确定曲轴相对于曲轴箱的径向位置的孔接触来确定曲轴相对于曲轴箱的径向位置的,故主轴颈是曲轴的径向装配基准。故主轴颈是曲轴的径向装配基准。设计、工序、定位、设计、工序、定位、测量以及装配基准，测量以及装配基准，可以重合也可以不重可以
18、重合也可以不重 合，在选择基准时应合，在选择基准时应 尽可能使它们重合，尽可能使它们重合，这样可避免不重合所这样可避免不重合所 引起的有关误差。引起的有关误差。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量 机械加工质量是整台机器质量的基础。机械加工质量是整台机器质量的基础。机械加工质量加工精度表面层质量机械加工质量加工精度表面层质量 机械加工质量机械加工质量 加工精度加工精度表面层质量表面层质量 尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 位置精度位置精度 几何形状特性几何形状特性 物理力学性能物理力学性能西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动
19、力力工工程程学学院院2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度1.1.机械加工精度的概念机械加工精度的概念 加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表面相互位置等方面与理想零件的符合程度。它面相互位置等方面与理想零件的符合程度。它由由尺寸精度、形状精度和位置精度尺寸精度、形状精度和位置精度组成。组成。尺寸精度：尺寸精度：指加工后零件表面本身或表面之间指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。形状精度：形状精度：指加工后零件表面本身实际形状与指加工后零件
20、表面本身实际形状与理想零件表面形状之间的符合程度。理想零件表面形状之间的符合程度。位置精度：位置精度：指加工后零件各表面之间实际位置指加工后零件各表面之间实际位置与理想零件各表面之间的位置的符合程度。与理想零件各表面之间的位置的符合程度。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.1 2.2.1 机械加工精度机械加工精度2.2.尺寸精度、形状精度和位置精度之间的关系尺寸精度、形状精度和位置精度之间的关系零件加工尺寸精度、形状精度和位置精度之间零件加工尺寸精度、形状精度和位置精度之间是有联系的。一般情况下：是有联系的。一般情况下：形
21、状误差应限制在位置公差之内；形状误差应限制在位置公差之内；位置误差又应限制在尺寸公差之内。位置误差又应限制在尺寸公差之内。如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件尺寸公差的二分之一。不应大于零件尺寸公差的二分之一。如对零件的形状误差或位置误差有特别要求，如对零件的形状误差或位置误差有特别要求，应在尺寸公差之外另加标注。应在尺寸公差之外另加标注。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量1.1.表面层质量概念表面层质量概念 表面
22、层质量也叫表面完整性。表面层质量也叫表面完整性。表面完整性对于在工作时受的应力很大，或经受表面完整性对于在工作时受的应力很大，或经受的是反复载荷，以及使用环境恶劣的零件尤为的是反复载荷，以及使用环境恶劣的零件尤为重要。表面层质量的含义归结两个内容：重要。表面层质量的含义归结两个内容：(1)(1)表面几何形状特性表面几何形状特性 表面粗糙度、波纹度以及纹理等表面特征。表面粗糙度、波纹度以及纹理等表面特征。(2)(2)表面层物理力学性能表面层物理力学性能 表面在表面在0.380.38mm(0.015 inchmm(0.015 inch)厚度内物理、力学、厚度内物理、力学、冶金特性，如残余应力、形变
23、硬化、微观组织、冶金特性，如残余应力、形变硬化、微观组织、晶间腐蚀、热损伤区、材质不匀等等。晶间腐蚀、热损伤区、材质不匀等等。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2 2.2 机械加工质量机械加工质量2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量2.2.表面层质量的重要性表面层质量的重要性 机械产品工作性能、可靠性、耐久性等，在很机械产品工作性能、可靠性、耐久性等，在很大程度上取决于零件表面层质量，原因：大程度上取决于零件表面层质量，原因：外部载荷所引起零件应力最大值往往出现在零外部载荷所引起零件应力最大值往往出现在零件的表面层；件的表面层；加工后零件表
24、面易产生如裂纹、裂痕、加工痕加工后零件表面易产生如裂纹、裂痕、加工痕迹等缺陷，这些缺陷引起应力集中导致破坏；迹等缺陷，这些缺陷引起应力集中导致破坏；零件经过机械加工后表面层的物理力学性能、零件经过机械加工后表面层的物理力学性能、金相组织不同于基体材料，从而影响使用寿命，金相组织不同于基体材料，从而影响使用寿命，零件失效往往从表面局部损坏开始的。零件失效往往从表面局部损坏开始的。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量3.3.表面层质量对零件使用性能的影响表面层质量对零件使用性能的影响(1)(1)表面质量对耐磨性的影
25、响表面质量对耐磨性的影响 1)1)表面粗糙度对耐磨性影响表面粗糙度对耐磨性影响 愈小，摩擦小愈小，摩擦小,耐磨性愈好。耐磨性愈好。太小太小,不存油不存油,磨损反增加。磨损反增加。接触面粗糙度有最佳值。接触面粗糙度有最佳值。2)2)表面冷作硬化对耐磨性影响表面冷作硬化对耐磨性影响 冷作硬化提高表面层显微硬冷作硬化提高表面层显微硬 度度,耐磨性提高耐磨性提高;但过分硬化但过分硬化 引起金属组织过度变形引起金属组织过度变形,增加增加 脆性脆性,出现裂纹和表层剥落。出现裂纹和表层剥落。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院3.3.表面层质量对零件使用性能的影响表面层质量对零件使用
26、性能的影响(2)(2)表面质量对疲劳强度的影响表面质量对疲劳强度的影响 金属受交变载荷产生疲劳破坏往往发生在零件金属受交变载荷产生疲劳破坏往往发生在零件表面和表面冷硬层下面，零件表面质量对疲劳表面和表面冷硬层下面，零件表面质量对疲劳强度影响很大。强度影响很大。1)1)表面粗糙度对疲劳强度的影响表面粗糙度对疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。易引起应力集中，产生疲劳裂纹。2)2)残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响 残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余应力对零件疲劳强
27、度的影响很大。表面层残余拉应力残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而而表面层残余压应力表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。延缓疲劳破坏的产生。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院3.3.表面层质量对零件使用性能的影响表面层质量对零件使用性能的影响(3)(3)表面质量对耐蚀性的影响表面质量对耐蚀性的影响 耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就愈差。多，抗蚀
28、性就愈差。表面层的表面层的残余拉应力残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐蚀性，而低零件的耐蚀性，而残余压应力残余压应力则能防止应力则能防止应力腐蚀开裂。腐蚀开裂。(4)(4)表面质量对配合质量影响表面质量对配合质量影响 表面粗糙度大小将影响配合表面的配合质量。表面粗糙度大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。隙增大，破坏了要求的配合性质。对过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤对过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低配合连接强度。平，实际过盈量
29、减小，降低配合连接强度。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院4.4.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素(1)(1)切削加工影响表面粗糙度的因素切削加工影响表面粗糙度的因素 1)1)刀具几何形状刀具几何形状 刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。2)2)物理因素物理因素切削加工后表面粗糙度
30、的实际切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形状一般都与纯几何因素所形成的理想轮轮廓形状一般都与纯几何因素所形成的理想轮廓有较大的差别，这是由于存在着与被加工材廓有较大的差别，这是由于存在着与被加工材料的性质及切削机理有关的物理因素的缘故。料的性质及切削机理有关的物理因素的缘故。3)3)切削用量切削用量西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院4.4.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素(2)(2)磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素 正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和磨
31、削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙的主要因素有：影响磨削表面粗糙的主要因素有：(1)(1)砂轮的影响，砂轮粒度，硬度，砂轮修整砂轮的影响，砂轮粒度，硬度，砂轮修整(2)(2)磨削速度磨削速度(3)(3)磨削径向进给量与光磨次数磨削径向进给量与光磨次数(4)(4)工件圆周进给速度与轴向进给量工件圆周进给速度与轴向进给量(5)(5)冷却润滑液冷却润滑液西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(1)(1)表面层的加工硬化表面层的加工硬化 1)1)
32、加工硬化产生机理及衡量指标加工硬化产生机理及衡量指标加工硬化也称为冷作硬化加工硬化也称为冷作硬化，指工件表层金属受，指工件表层金属受到切削力作用，产生强烈塑性变形，使金属的到切削力作用，产生强烈塑性变形，使金属的晶格被拉长、扭曲、破坏而引起表面硬度提高，晶格被拉长、扭曲、破坏而引起表面硬度提高，塑性降低，物理力学性能发生变化。塑性降低，物理力学性能发生变化。机械加工中产生的切削热在一定条件下会使金机械加工中产生的切削热在一定条件下会使金属在塑性变形中产生回复现象。属在塑性变形中产生回复现象。衡量加工硬化的指标有下列三项：衡量加工硬化的指标有下列三项：表面层显微硬度表面层显微硬度HVHV 硬化层
33、深度硬化层深度h h 硬化程度硬化程度N N。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(1)(1)表面层的加工硬化表面层的加工硬化 2)2)表面层加工硬化影响因素表面层加工硬化影响因素切削力愈大，塑性变形愈大，硬化程度愈大，切削力愈大，塑性变形愈大，硬化程度愈大，硬化层深度也愈大。硬化层深度也愈大。切削温度越高，软化作用增大，使得冷作硬化切削温度越高，软化作用增大，使得冷作硬化作用减小。作用减小。当形变速度很快当形变速度很快(即切削速度很高即切削速度很高)
34、时，塑性变时，塑性变形可能跟不上，这样塑性变形将不充分，因此形可能跟不上，这样塑性变形将不充分，因此硬化层深度和硬化程度都减小硬化层深度和硬化程度都减小.西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(2)(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 1)1)金相组织变化与磨削烧伤的产生金相组织变化与磨削烧伤的产生工件加工的邻近区域产生的温升超过临界点时工件加工的邻近区域产生的温升超过临界点时,金相组织会发生变化。如磨削切削热比其他金相组织会发生变化。如磨削切削热比其他方法大几十倍方法大几十倍,容易产生金相组织变化容易产生
35、金相组织变化:工件表面温度超过相变工件表面温度超过相变A AC3C3,发生发生M,M,若无冷若无冷却液却液,表面硬度下降表面硬度下降,表层退火表层退火,称为退火烧伤称为退火烧伤;工件表面温度超过相变工件表面温度超过相变A AC3C3,发生发生M,M,若有充若有充分冷却分冷却,表层形成二次淬火表层形成二次淬火M M,称为淬火烧伤称为淬火烧伤;工件表面温度未超过相变工件表面温度未超过相变A AC3C3,但超过但超过MsMs转变温转变温度，则转变为回火屈度，则转变为回火屈/索氏体索氏体,回火烧伤。回火烧伤。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院5.5.影响表面物理力学性能的因素
36、影响表面物理力学性能的因素(2)(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 2)2)影响磨削烧伤的因素影响磨削烧伤的因素 磨削用量磨削用量 磨削深度磨削深度磨削深度增加时，工件表面温度磨削深度增加时，工件表面温度和表层下温度随之升高，烧伤会加重。和表层下温度随之升高，烧伤会加重。工件纵向进给量越大，磨削区表面温度越低，工件纵向进给量越大，磨削区表面温度越低，磨削烧伤越轻。磨削烧伤越轻。工件速度增大时，磨削区温度会上升，但热作工件速度增大时，磨削区温度会上升，但热作用时间却减少。用时间却减少。工件材料工件材料工件材料对磨削区温度的影响主要取决于它的工件材料对磨削区温度的影响主要取决于它的硬度、强
37、度、韧性和导热系数。硬度、强度、韧性和导热系数。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(2)(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 2)2)影响磨削烧伤的因素影响磨削烧伤的因素砂轮选择砂轮选择硬度太高，自锐性不好，使磨削硬度太高，自锐性不好，使磨削力增大，温度升高，容易产生烧伤。力增大，温度升高，容易产生烧伤。砂轮结合剂若具有一定弹性，如树脂、橡胶等，砂轮结合剂若具有一定弹性，如树脂、橡胶等，砂轮磨粒能产生一定弹性退让，避免烧伤。砂轮磨粒能产生一定弹性退让，避免烧伤。选用粗粒度砂轮磨削，不容易产生烧伤。选用粗
38、粒度砂轮磨削，不容易产生烧伤。冷却条件冷却条件采用切削液带走磨削区热量可避采用切削液带走磨削区热量可避免烧伤。一般冷却方法免烧伤。一般冷却方法 效果差，切削液进不了效果差，切削液进不了 磨削区磨削区AB(AB(图图)。有效冷。有效冷 却方法是内冷法。却方法是内冷法。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(3)(3)表面层的残余应力及裂纹表面层的残余应力及裂纹 1)1)表面残余应力产生原因表面残余应力产生原因在没有外力情况下，工件表面层及其与基体材在没有外力情况下，工件表面层及其与基体材料的交界处所产生的互相平衡应
39、力称为表面层料的交界处所产生的互相平衡应力称为表面层残余应力。有以下三种原因。残余应力。有以下三种原因。冷态塑性变形引起的残余应力；冷态塑性变形引起的残余应力；热态塑性变形引起的残余应力；热态塑性变形引起的残余应力；金相组织变化引起的残余应力。金相组织变化引起的残余应力。2)2)裂纹产生原因：裂纹产生原因：残余拉压力是由加热引起，当出现残余拉应力残余拉压力是由加热引起，当出现残余拉应力超过工件材料的强度极限时，工作表面就会超过工件材料的强度极限时，工作表面就会 出现裂纹，当烧伤严重时表面就会出现裂纹。出现裂纹，当烧伤严重时表面就会出现裂纹。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学
40、学院院5.5.影响表面物理力学性能的因素影响表面物理力学性能的因素(3)(3)表面层的残余应力及裂纹表面层的残余应力及裂纹 3)3)影响表面残余应力及磨削裂纹的主要因素影响表面残余应力及磨削裂纹的主要因素若切削热不高，表面层以冷塑性变形为主，则若切削热不高，表面层以冷塑性变形为主，则此时表面层中将产生残余压应力。此时表面层中将产生残余压应力。磨削时，热态塑性变形和相变却占主导地位。磨削时，热态塑性变形和相变却占主导地位。影响磨削裂纹因素许多与磨削烧伤相同：影响磨削裂纹因素许多与磨削烧伤相同：磨削用量是影响磨削裂纹的首要因素。磨削用量是影响磨削裂纹的首要因素。提高工件速度可减小残余拉压力，提高工
41、件速度可减小残余拉压力，(图图2-51)2-51)。减小磨削深度可减小残余应力，减小磨削深度可减小残余应力，(图图2-52)2-52)。降低砂轮速度得到残余压应力降低砂轮速度得到残余压应力(图图2-53)2-53)。其次，工件材料和热处理方法也有一定影响。其次，工件材料和热处理方法也有一定影响。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.2.2 2.2.2 机械加工表面层质量机械加工表面层质量6.6.表面粗糙度的获得方法表面粗糙度的获得方法 要达到规定的表
42、面粗糙度，首先要确定加工方要达到规定的表面粗糙度，首先要确定加工方法，各种典型的加工方法所能达到的表面粗法，各种典型的加工方法所能达到的表面粗 糙度见表糙度见表2-52-5。其次，要制订适当的工艺路线来逐步减小表面其次，要制订适当的工艺路线来逐步减小表面破坏层和减小表面粗糙度。例如，对于要求表破坏层和减小表面粗糙度。例如，对于要求表面粗糙度为面粗糙度为R Ra0.1a0.10.05m0.05m的轴，不是单纯靠的轴，不是单纯靠精研一道工序就能获得的。精研一道工序就能获得的。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西
43、安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.3 2.3 机械加工路线机械加工路线2.3.1 2.3.1 加工经济精度与加工方法的选择加工经济精度与加工方法的选择 1.1.加工经济精度加工经济精度 正常加工条件下，即：使用符合质量标正常加工条件下，即：使用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人、不延准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人、不延长加工时间，一种加工方法所能保证的加工精度范围，长加工时间，一种加工方法所能保证的加工精度范围，称为加工经济精度。左图示出称为加工经济精度。左图示出ABAB段就是经济精度范围。段就是经济精度范围。2.2.加工精度与成本的关系
44、加工精度与成本的关系加工误差和加工成本是成反比例关系加工误差和加工成本是成反比例关系 西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.3 2.3 机械加工路线机械加工路线2.3.22.3.2 典型表面的加工路线典型表面的加工路线熟悉一些较成熟的加工路线对工艺规程编制有熟悉一些较成熟的加工路线对工艺规程编制有指导作用。加工路线是根据典型表面的精度要指导作用。加工路线是根据典型表面的精度要求选择一种最终的加工方法，然后辅以先导工求选择一种最终的加工方法，然后辅以先导工序的预加工方法组成的。序的预加工方法组成的。2.3.2.12.3.2.1外圆表面的加工路线外圆表面的加工路线 零件的
45、外圆表面采用四条基本加工路线零件的外圆表面采用四条基本加工路线：1.1.粗车粗车半精车半精车精车：加工精度精车：加工精度IT7IT7，表面表面粗糙度等于或大于粗糙度等于或大于R Ra0.8ma0.8m外圆表面。外圆表面。2.2.粗车粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨：对于黑色金属，精磨：对于黑色金属，特别是对半精车后有淬火要求，加工精度特别是对半精车后有淬火要求，加工精度IT6IT6，表面粗糙度表面粗糙度R Ra0.16m a0.16m 外圆表面。外圆表面。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.3.2 2.3.2
46、典型表面的加工路线典型表面的加工路线2.3.2.1 2.3.2.1 外圆表面的加工路线外圆表面的加工路线 3.3.粗车粗车半精车半精车精车精车金刚石车：适用于有色金刚石车：适用于有色金属，不宜采用磨削加工的外圆表面。金属，不宜采用磨削加工的外圆表面。4.4.粗车粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨精磨研磨、超精加工、研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光：这是在前面加工路线砂带磨、镜面磨或抛光：这是在前面加工路线2 2的基础上又加进研磨、超精加工、砂带磨、的基础上又加进研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光等精密、超精密加工或光整加工镜面磨或抛光等精密、超精密加工或光整加工工序。这些加工方法多以减小表面粗
47、糙度、提工序。这些加工方法多以减小表面粗糙度、提高尺寸精度、形状和位置精度为主要目的，有高尺寸精度、形状和位置精度为主要目的，有些加工方法，如抛光、砂带磨等则以减小表面些加工方法，如抛光、砂带磨等则以减小表面粗糙度为主。粗糙度为主。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.3.2 2.3.2 典型表面的加工路线典型表面的加工路线2.3.2.22.3.2.2内孔内孔(内圆内圆)的加工路线的加工路线 孔加工采用四条基本加工路线：孔加工采用四条基本加工路线：1.1.钻钻粗拉粗拉精拉：多用于大批量生产盘套类零精拉：多用于大批量生产盘套类零件的圆孔、单键孔和花键孔加工，加工质量稳件
48、的圆孔、单键孔和花键孔加工，加工质量稳定，生产率高。定，生产率高。2.2.钻钻扩扩铰铰手铰：是一条应用最广泛的孔加手铰：是一条应用最广泛的孔加工路线，多用于中、小孔加工，其中工路线，多用于中、小孔加工，其中扩孔有纠扩孔有纠正位置精度的能力，铰孔只能保证尺寸、形状正位置精度的能力，铰孔只能保证尺寸、形状精度和减小孔的表面粗糙度，不能纠正位置精精度和减小孔的表面粗糙度，不能纠正位置精度，度，当孔的尺寸精度、形状精度要求比较高，当孔的尺寸精度、形状精度要求比较高，表面粗糙度要求比较细时，可安排一次手铰。表面粗糙度要求比较细时，可安排一次手铰。有时用端面铰刀手铰，可用来纠正孔的轴心线有时用端面铰刀手铰
49、，可用来纠正孔的轴心线与端面的之间的垂直度误差。与端面的之间的垂直度误差。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.3.2.2 2.3.2.2 内孔内孔(内圆内圆)的加工路线的加工路线 孔加工采用四条基本加工路线：孔加工采用四条基本加工路线：3.3.钻钻粗镗粗镗半精镗半精镗精镗精镗浮动镗或金刚镗：浮动镗或金刚镗：(1)(1)单件小批量生产中的箱体孔系加工单件小批量生产中的箱体孔系加工;(2)(2)位置精度要求高的孔系加工位置精度要求高的孔系加工;(3)(3)直径比较大的孔直径比较大的孔,如直径如直径8080mmm
50、m以上，毛坯上已以上，毛坯上已有位置精度比较低的铸孔或锻孔有位置精度比较低的铸孔或锻孔;(4)(4)材料为有色金属，需要用金刚镗来保证尺寸、材料为有色金属，需要用金刚镗来保证尺寸、形状和位置精度以及表面粗糙度的要求。形状和位置精度以及表面粗糙度的要求。4.4.钻钻(或粗镗或粗镗)粗磨粗磨半精磨半精磨精磨精磨研磨或珩研磨或珩磨：主要用于淬硬加工或精度要求高的孔加工。磨：主要用于淬硬加工或精度要求高的孔加工。研磨是一种精加工方法。研磨是一种精加工方法。西西安安交交通通大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院2.3.2 2.3.2 典型表面的加工路线典型表面的加工路线2.3.3.3 2.3.3.