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1、第九章 机械加工工艺设计实验机械零件设计后，首先必须制造出零件的毛坯，然后再用机械加工方法制造出来。一个零件可以用几种不同的加工方法制造，但在一定条件下只有某一种方法是较合理的。因此，合理地设计零件的机械加工工艺，并把合理的工艺过程中的各项内容以规定的表格形式设计成技术文件，最后用技术文件来指导零件的加工和生产，这就是机械加工工艺设计实验的基本内容。 9. 1 机械加工工艺的设计原则、原始资料及步骤1机械加工工艺的设计原则机械加工工艺的设计原则是：在保证产品质量的前提下，努力提高生产率和降低工艺成本；在充分利用企业现有生产条件的基础上，尽可能采用先进生产技术；工艺设计应正确、完整、清晰和统一，
2、所用术语、符号、单位、编号等，要符合最新的国家标准。2机械加工工艺设计的原始资料（1）产品的全套技术文件 包括产品图样，技术说明书，产品验收的质量标准。（2）产品的生产纲领。（3）工厂的生产条件 包括毛坯的生产条件或协作关系，工厂的设备和工艺装备情况，专用设备和专用工艺装备的制造能力，工人的技术等级等。（4）各种技术资料 包括有关手册、标准以及国内外先进的工艺技术资料等。3机械加工工艺设计的步骤（l）根据产品生产纲领决定生产类型 在成批生产时，要确定零件的生产批量；在大批量生产时，要确定各工序、各工步或工位上的生产节拍。（2）分析研究产品的图样 熟悉产品的性能和工作原理，明确零件的作用，审查视
3、图、尺寸、技术条件、零件的结构工艺性和材料选用等方面是否完整合理。（3）选择毛坯 根据图样要求，按设计原则，选择毛坯的种类和制造方法。（4）拟订工艺路线 选择定位基准及各表面加工方法，划分加工阶段，工序组合及安排等。（5）工序设计 确定加工余量、工序尺寸及公差、切削用量、工时定额、设备和工装等。（6）填写工艺文件 如机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。9.2 机械加工工艺过程的基本概念机械加工工艺过程是由一系列工序组成的。每一工序又可分为若干个安装、工位、工步或走刀。其关系如下：1工序 工序是指在一个工作地点，对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。如图91所示零件，其工艺过程可分为两
4、个工序。工序1：在车床上镗孔，车外圆，车端面A、 B、 C，内孔倒角。工序2：在钻床上钻出六个20的小孔。图9-1 轮坯2安装 安装是指在一次装夹中所完成的那部分工序。一个工序可以包括一次或几次安装。如图91所示零件，在车削工序中一般有两次安装。安装1：在三爪自定心卡盘内以102外圆定位并夹紧。车端面C、镗孔、内孔倒角、车223外圆。安装2：调头在三爪自定心卡盘内以223外圆定位并夹紧。车端面A、内孔倒角、车端面B。3工位 图9-2 多工位加工工位是指在一次装夹内工件在机床中所占的每个位置。如图92所示为在三轴钻床上所进行的一道工序，在该工序中，利用回转夹具，在一次安装中连续完成钻孔、扩孔、铰
5、孔等工艺过程，共四个工位。第一工位装卸工件；第二工位钻孔；第三工位扩孔；第四工位铰孔。可见，采用多工位加工，可以减少零件安装次数，以缩短辅助时间。图9-3 分层走刀4工步 工步是指在一次安装或一个工位中，在加工表面、刀具、转速和进给量都不变的情况下所完成的那一部分工序。一个工序包括一个或几个工步。如图91所示的零件，在车削加工工序中，可分为：粗车外圆、半精车外圆、粗镗孔、半精镗孔、精镗孔、粗车端面等若干个工步。5走刀 走刀是指在一个工步中，由于余量较大，要在转速及进给量不变的情况下进行多次切削，每一次切削称为走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。如图93要加工出60的外圆，需在直径方向切去10m
6、m厚的金属，而设备及工具条件不能一次切削完，必须分二次切削，则每次切削就是一次走刀。9. 3 机械加工工艺设计的内容在确定了待加工零件的生产类型、选好材料和毛坯形式、审查和分析了零件图纸之后，就可进行该零件的机械加工工艺设计。9. 3.1选择定位基准定位基准是指在机械加工中用来确定工件位置的基准面，它的合理选择对保证加工精度，安排加工顺序和提高加工生产率有重要影响。图9-4 套筒铸件第一道工序只能以毛坯表面作为定位基准面，这种基准面称为粗基准。在以后的工序中用已加工过的表面定位，这种基准面称为精基准。1粗基准的选择原则（1）保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则 当有些不加工表面与加工表面间
7、有相互位置要求时，一般选择不加工表面为粗基准。如图9-4所示毛坯，铸造时孔B和外圆A有偏心，若采用不加工表面外圆A为粗基准加工孔B，则内外圆是同轴的，即壁厚均匀，而孔B的加工余量不均匀。当工件上有多个不加工表面和加工表面间有一定的位置要求时，则应以其中要求较高的不加工表面为粗基准。（2）保证各加工表面的加工余量合理分配的原则 应选择重要加工表面为粗基准，如图95中，选择导轨面为粗基准加工床腿底面，再以底面为基准加工导轨面，使加工余量均匀，并保证导轨面的组织均匀和耐磨性一致。应选择余量最小的表面为粗基准，如图9-6中的台阶轴直径50 mm余量为 5 mm，直径108mm的余量为8mm，当毛坯两外
8、圆柱面毛坯制造偏心量为3mm时，若选108mm为粗基准加工外圆50mm时，有可能因50mm的余量不足而使零件报废。 图9-5 床身加工的粗基准选择 图9-6 台阶轴加工的粗基准选择图9-7 重复使用粗基准（3）粗基准不重复使用的原则 粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差。因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。如图 97所示，如果重复使用毛坯面 B定位，加工A面和C面，则 A面与C面的轴线必然会出现较大的同轴度误差。2精基准的选择原则（1）基准重合原则 尽可能使设计基准与定位基准重合，以减少定位误差。图9-8 齿形表面定位l卡盘2滚柱3齿轮（2）基准统一原则 尽可
9、能使用同一定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度。如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准。（3）互为基准原则 当两个加工表面间相互位置精度要求很高（包括本身尺寸与形状精度要求）时，可运用互为基准反复加工的原则。加工如图98所示的精密齿轮，因齿面高频淬火后必须进行磨齿，为消除淬火后的变形和提高齿面、支承孔的位置精度，应以齿面为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿面，其齿面磨削余量均匀。图99 自为基准磨削定子外圆1心轴2定位套3定位销4工件5开口压板6螺母（4）自为基准原则 当要求加工余量小而均匀（如精加工或光整加工）时，可选择加工表面本身作为定位基准，即自为基准原则。图99为磨削叶片泵外圆
10、柱表面，因其定子内腔是特形曲面而不宜作定位基面，当磨削定子外圆柱面时，将工件4套在心轴1上，以待加工的外圆柱面作为定位基准，夹具上的定位套2定心，定位销3作周向定位，然后用开口压板5及螺母6夹紧工件，再取下定位套，工件即可连同心轴一起装在磨床上完成外圆磨削。在进行机械加工工艺设计时，应根据具体情况进行综合的分析，灵活运用各项原则。在工艺过程卡的加工简图中，各工序的定位基准应用专门符号表示出来，常用符号参见表91的定位基准选择示例。表9-1 定位基准选择示例序号零件类型示 例备 注1轴类零件两顶尖孔定位2轴类零件外圆定位（三爪自定心卡盘：定位夹紧）3盘类零件端面及孔定位（“短销”：定位夹紧）4套
11、类零件孔及端面定位（可胀心轴或长销：定位夹紧）5杆类零件底面及两端圆弧面定位（活动V形块或联动定心结构：定位夹紧）6箱体“一面及两销孔”定位（两销孔是工艺孔）7齿轮坯拉削齿轮坯的孔实际上是以孔本身作为定位基准，底面为球面支承，仅约束一个自由度并承受拉削力注：定位符号的脚标1、2、3等表示约束的自由度数。9. 3.2 拟定零件的加工工艺路线1选择加工方法一般先根据这个零件主要表面的技术要求选定它的最后加工方法（参考表92），再选前面各工序的加工方法。例如当一轴的主要外圆面要求精度等级为IT6、表面粗糙度值Ra为0.4，并要淬硬时，其最后工序可选用精磨，前面的准备工序可为粗车半精车淬火粗磨。主要表
12、面的加工方法选定后，再选各次要表面的加工方法。各种常用的加工方法所能达到的精度和表面粗糙度以及需留的加工余量列于表92中。表92 常用加工方法能达到的精度和表面粗糙度以及需留的加工余量加工表面加工方法表面粗糙度值/m精度等级IT加工余量/mm说 明外圆柱面和端面粗车Ra14 320111315指尺寸在180以下，长度在500以下的钢件直径余量半精车Ra 2.510910045055精车Ra 0.632.578020045粗磨Ra 1.25 589025085精磨Ra 0.161.256006研磨Ra0.165001003超精加工Ra0.1656细车（金刚车）Ra 0.02 0636平面粗刨、粗
13、铣Ra 40 32011130923指平面最大尺寸在500以下的钢件的平面余量半精刨、半精铣Ra 2.51081102503 精刨、精铣Ra 0.63 579016 拉削Ra 0.63 2.579粗磨Ra 1.25 587005 精磨Ra 0.161.2565003研磨Ra 0.165001003圆柱孔钻孔Ra 403201113指孔径在180以下的钢件的直径余量。扩孔Ra 2.5101011为所扩孔径的0305倍粗铰Ra 1.255890l055精铰Ra 0.622.57800402粗镗Ra 2.510101118精镗（浮动镗）Ra 0.632.5791318细镗（金刚锋）Ra 0.080.
14、63670103粗磨Ra 1.25589热处理后0203精磨Ra 0.321.2570102研磨Ra 0.010.3260010022安排加工顺序（1）基面先行 工件的精基准表面应先进行加工，以便为后续工序加工提供精基准。当基准不统一时，应作基准转换，并按逐步提高精度的原则安排基准面加工。（2）先主后次 即先加工主要表面（如装配表面、工作表面等），后加工次要表面（如键槽、紧固用的光孔或螺孔等）。次要表面加工量较少，通常安排在主要表面半精加工与精加工（或光整加工）之间。（3）先粗后精 即粗加工半精加工精加工或光整加工。（4）先面后孔 对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔，使安装方便、定位可靠，以平面定位加工孔，易保证平面与孔的精度及位置精度，并改善刀具初始工作条件
