机械制造工艺学剖析

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1、机械制造工艺学,欧元贤,概论,1 什么是机械制造工艺过程？ 制造工艺=制造技术。 机械制造工艺过程改变零件的形状、尺寸、相对位置和材料的性质等，使其成为半成品或成品的过程。包括冷加工工艺过程和装配工艺过程。 2 机械制造工艺学的研究对象 研究的对象机械制造工艺过程的理论及规律。它是生产实践和科学研究的积累和总结。,3 研究的目的 优质质量好 高产生产率高 低消耗成本低、经济性好 有些学者还提出：可持续性、环保等,4 内容和任务 4.1 研究如何达到优质、高产、低消耗。 质量是首要的，是设计要求。 这三者是辨证关系，要全面考虑。 4.2 学习和掌握工艺规程设计的原则、步骤、方法。 通过学习典型零

2、件的工艺规程设计，获得思考的方法、分 析的思路途径、决策的要点。 4.3 打好基础，为探索和开发新工艺作准备。,5 学习的方法 综合各门专业基础课，抓住质量、生产率、经济性的关系，重视实践，理论与实践相结合是学好本课程的关键。,第一章 典型零件机械加工工艺规程的设计,第一节 制订工艺规程的步骤,1.1 分析研究装配图和零件图 1）了解产品的性能、技术要求、零件在整机中的作用。 2）工艺审查：工艺性好不好。比如：结构工艺性，精度、表面粗 糙度是否过高。,1.2 确定毛坯的制造形式 1.2.1 制造形式： 铸造、锻造、焊接结构、型材、冷轧、粉末冶金、精密铸造等。 1.2.2 加工余量： 在现有精度

3、的条件下，余量尽可能小，加工得过即可。 1.2.3 是否安排工艺搭子,1.3 拟定零件的机械加工工艺路线 1.3.1 加工方法的选择 1) 按经济精度和表面粗糙度来确定加工表面的最终加工方法。 2)同时考虑材料的性质、生产类型、本厂条件。 问题：车、铣、磨、钻、铰、镗等加工方法的经济精度是什么？,1.3.2 加工阶段的划分 1 粗加工阶段：去除余量，重点考虑生产率。如粗车、粗铣、强力粗磨等 2 半精加工阶段：为主要表面的精加工作准备（比如留下精加工的余量，定位基准等），并完成一些次要表面的加工（如螺栓孔、键槽等）。 半精加工一般安排在热处理前。 3 精加工阶段：达到图纸的精度要求。 对精度、表

4、面粗糙度要求很高的表面，还要安排光整加工。（光整加工一般只提高精度和表面粗糙度，不纠正形状位置精度） 问题：为什么要划分加工阶段？,1.3.3 工序的集中和分散 1 工序集中 在一台机床上完成多个加工表面的加工。如多工位组合机床、加工中心等 2 工序分散 把各个加工表面安排到多台机床上加工。用在产品固定、产量大、生产率高的生产。 趋势：多品种、小批量的生产，向工序集中发展,1.3.4 加工顺序的安排 1 原则：先粗后精、先主后次、先面后孔、基准先行。 2 热处理的安排 预备热处理：安排在切削加工之前，为改善材料的切削性能。 最终热处理：安排在半精加工之后、精加工之前，为提高材料的强度硬度（设计

5、要求） 去内应力处理：粗加工之后、精加工之前。如人工时效、退火等 3 辅助工序的安排 检验（每道工序自检、粗加工后、重要工序后、全部加工完成后要安排检验）、去毛刺、清洗、探伤、防锈等。,1.4 确定各工序的定位基准和夹紧方法 问题1：设计基准、工艺基准是什么？ 问题2：粗基准、精基准指的是什么？ 1.4.1 粗基准的选择原则 1）用重要的表面作为粗基准保证这个重要表面的加工余量均匀。如车床导轨面。 2）用与加工表面有位置精度的非加工表面为粗基准保证所要求的位置精度。 3）以各个加工表面中余量最小的表面为粗基准保证有最小的加工余量。 4）用尺寸较大、平整、光洁的表面为粗基准保证定位可靠。,1.4

6、.2 精基准的选择原则 1）基准重合 尽量用设计基准作为定位基准。 设计基准与定位基准不重合会产生什么误差？ 2）基准统一 尽量用同一个基准来加工各表面，保证位置精度。 3）互为基准 先用要加工的表面为基准，将基准面加工出来，再用此基准来加工要加工的表面。如磨齿：先用齿面为基准磨内孔，再用内孔为基准磨齿面。 4）自为基准 直接用要加工的表面为基准。如用百分表找正导轨面后，磨削导轨面。 浮动镗也是自为基准。,1.5 确定设备、刀、夹、量具及辅助工具,1.6 确定工序间的余量、工序尺寸和公差、毛坯尺寸 1.6.1 加工余量 一般按经验选取，可查手册。 1.6.2 工序尺寸及公差 表明每到工序应加工

7、到什么尺寸、什么精度。 根据加工顺序，先确定每道工序的余量及（经济）精度，从最后一道工序向前推算。 工序尺寸的公差一般按入体原则标注（毛坯按对称标注）,1.7 确定各工序的切削用量和工时定额 一般按经验或查手册及本厂条件确定 1.8 填写工艺文件 零件机械加工工艺设计具体体现在工艺文件上。工艺文件很重要，是指导生产的法律文件。根据不同的生产条件有工艺过程卡、工艺卡、工序卡等多种。,第二节 车床主轴箱箱体工艺过程设计,图 1-1 车床主轴箱箱体,2.1 精度分析 1 轴孔的精度： 难度在此！精度高 主轴孔最高 IT6，圆度0.01 2 轴孔的位置精度： 基准是关键 同轴度、轴线与端面的垂直度，平

8、行度 最高：主轴孔与底面D、导向面E的距离偏差及平行度 3 平面精度： D、E面接触面积及垂直度，顶面B的平面度 4 表面粗糙度： 主轴孔0.81.6，孔1.6，基面1.6-3.2，其他面1.6-6.3,2.2 毛坯制造 材料： HT20-40 手工木模造型精度低、余量不均匀。,2.3 加工方法的选择 1 平面加工 平面加工常用：刨削、铣削、磨削等。 平面的精度不算高，精铣、精磨便可达到。D、E面是设计基准面，也是装配的基准面，是重要表面。其表面粗糙度1.6，虽用精铣也可达到，但考虑到质量的稳定性等因素，加工能力应留有裕量，采用精磨作为最终的加工方法。加工方法如下： 粗铣半精铣粗磨精磨 其他平

9、面：粗铣精铣,2 孔系加工 箱体上一系列有相互位置要求的孔孔系。 2.1 划线找正、试切镗孔 孔距精度0.05mm，效率低，操作水平要求高。 2.2 利用镗模镗孔 平行度同轴度可达0.02-0.03(一端加工),0.04-0.05(两端加工),孔距精度0.04-0.08。效率高，镗模成本高，在中大批量生产常用。 2.3 坐标法镗孔 普通镗床借助测量工具，移动主轴的相对位置来镗孔。效率低，精度由测量手段决定。 一般使用坐标镗床，效率高、精度高。定位精度0.003-0.008mm,孔距精度0.01-0.03。,3 主轴孔精度较高，要仔细考虑，其他孔精加工即可。 孔精加工可采用：粗镗半精镗精镗或精铰

10、（经济精度IT6-IT7，Ra1.6） 对主轴孔，精度更高（IT6），再加上浮动镗作为其最终加工方法。,图1-2 浮动镗刀镗孔图 1-3 浮动镗刀块,2.4 定位基准的选择 1、精基准的选择：（两种方案） 1）定位基准与设计基准重合，用底面D、导向面E为定位基准。 这种方案，要从顶面上加入中间支承（因镗杆变形），使用起来很不方便。 2）大批量可用顶面作为定位基准，加上两定位销孔（一面两销）。 中间支承好加。但由于基准不重合，必须提高定位基准顶面的精度，以及做出定位用的销孔。,图1-4 以底面为定位基准的镗模示意图（a为镗模，b为用于插入箱体内的吊模） 图1-5 以顶面定位的镗模,2.5 加工顺

11、序的安排 先面后孔、基准先行、先主后次。 2.6 热处理工序的安排 1）铸件加工前人工时效，消除内应力。 2）在粗加工后精加工前，自然时效。 2.7 检验工序的安排 1）各工序自检。 2）终检：按图纸要求检验。,2.8 确定工艺过程,2.9 加工余量的确定 按经验和手册选取。平面用单边表示，孔用双边表示。,2.10 工艺尺寸的计算 工序尺寸基本上可以直接由余量计算达到，没有复杂的计算。 对孔系的加工，需要将孔的位置换算成坐标尺寸。 例子： 1）由定位面D、E，确定主轴孔的坐标尺寸，按经济精度选取其公差（0.05）。 2）以主轴孔轴心为原点，计算、孔的坐标尺寸及公差： -孔中心距990.09为组

12、成环最多的封闭环，因此，由此开始计算，求出组成环的尺寸及公差。（平面孔系，求出公差的关系） 3）验算另两个中心距尺寸链。,图1-6 车床主轴箱箱体轴孔位置的换算 图1-7 轴孔轴心坐标尺寸换算结果,2.11 确定切削用量、时间定额 经验、手册，根据本厂条件确定。 2.12 填写工艺文件,第三节 车床主轴工艺过程设计,3.1主轴的主要技术条件 1 设计要求： 1）扭转刚度、弯曲刚度 2）回转精度（尺寸及形位精度、Ra） 3）耐磨性、抗振性、稳定性 4）抗疲劳强度,2 主轴支承轴径的精度 1）IT5，中间支承轴径IT5，力争中间公差。 2）圆度：对普通精度机床： 尺寸公差的1/41/2，约58m。

13、 对高精度机床：尺寸公差的5%10%，1 m。 3）同轴度：对普通精度机床： 0.01 0.05 对高精度机床： 0.003 0.005 4)支承轴径的轴肩的端面圆跳动： 68 m（普通），23 m（高精度）。 3 主轴工作表面的精度 包括：1）尺寸及形位精度、Ra、接触精度。2）与支承轴径的同轴度。3）定位端面与支承轴径的垂直度。 通过规定：1）端面的圆跳动（0.0050.01） 2）定心锥孔的径向跳动： 近端：0.01（普通精度），0.0020.003（高精度） 300mm处：0.010.03（普通），0.0050.01（高）,4 次要轴径及其他表面精度 IT6，圆度0.005，Ra0.8

14、0.2 5 表面粗糙度 6 表面层硬度 对滚动轴承轴径：HRC4550 对滑动轴承轴径：依轴瓦而定：HRC50（锡青铜轴瓦时） HRC65（钢轴瓦时）,7 材料及热处理 8 主轴的分类,3.2 主轴机械加工工艺过程分析 同轴的阶梯轴，主要表面为内、外圆车、磨 螺纹、键槽、花键 以C6150型车床主轴加工为例。,1 材料及精度分析（同前） 2 加工方法： 1）支承轴径： 精磨可达：IT6，Ra0.80.2，仔细操作可达IT5。 粗车半精车精车粗磨半精磨精磨光整（Ra更小时，镜面磨削、研磨、珩磨等) 2）次要轴径 IT6级 与支承轴径类似的加工方法 3）主轴锥孔 （1）采用车磨的方式 专用锥孔磨床

15、、专用锥孔夹具（以支承轴径定位，有中心架、用挠性传动）,（2）直接磨削（自磨自） 把主轴装配后，在刀架装内圆磨头，调整角度来磨。 4）中心通孔 L/D5，属深孔加工 深孔钻、扩拉铰（拉镗） 3 定位基面的选择 1）轴径外圆：中心孔（基准统一） 在加工中心通孔后，则： （1）用倒角锥面代替中心孔（孔径小时）。 （2）配堵头、过桥（用堵头、过桥上的中心孔） （3）找正（自为基准）,2）锥孔加工时，用支承轴径为基准（基准重合） 4 热处理 5 检验 1）尺寸精度 2）同轴度、垂直度（跳动）：包括近端及300mm处径向及端面跳动。 3）锥孔接触率：70%,6 C6150型车床主轴机械加工工艺过程,第3节圆柱齿轮的加工工艺 1 齿轮的精度要求 1）传动的准确性：传动的精度，公差组I。 2）传动的平稳性：振动、噪声，瞬时传动比，公差组II。 3）载荷分布的均匀性：应力、磨损，公差组III。 4）齿侧间隙：合适的间隙，润滑，补偿误差。 2 齿形的加工 2.1 仿形法 用成形刀具进行