机械制造工艺学课程设计 吴瑞明2工艺设计基础

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1、机械制造工艺学 课程设计,第二章 机械制造工艺设计,第一节 机械的生产过程和工艺过程,一 生产过程,1.生产过程 指把原材料转变为成品的全过程。,机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收、保管、运输，生产技术准备，毛坯制造，零件加工（含热处理），产品装配，检验以及涂装等。,二 工艺过程及其组成 1工艺过程,工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、表面处理、装配等不同的工艺过程。,2工艺过程由工序组成 （1）工序：一个（或一组）工人，在一个工作地点（或一台机床上），对同一个零件（或一组零件）进行加工所连续完成的那部分工艺过程 （2）安装：定位夹紧 （3）工位：待加

2、工位置 （4）工步：在一道工序中，当加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度基本不变的情况下所完成的那部分工艺过程 （5）走刀：切去一层金属，一个工步可以包括一次或几次走刀,图2-1 阶梯轴,当加工批量较小时，其工序的划分见表2-1；当加工批量较大时，其工序划分见表2-2。,表2-1 阶梯轴加工工艺过程（生产批量较小时）,表2-2 阶梯轴加工工艺过程（成批生产时）,三 生产纲领与生产类型,1. 生产纲领,产品的年生产 纲领就是产品的年 生产量。,2生产类型 单件生产 成批生产 大量生产,. 单 件 生 产,产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，大多数工作地点的加工对象经常改变

3、。例如，重型机械、造船业等一般属于单件生产。,. 大 量 生 产,产品品种固定，每种产品数量很大，大多数工作地点的加工的对象固定不变。例如，汽车、轴承制造等一般属于大量生产。,.成批生产,产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期性地轮换生产，大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。,表2-3 各种生产类型工艺过程的主要特点,（续）,第二节 元件装夹和定位基准的选择,一 工件装夹方法 工件的装夹包含两方面的内容： （1）定位 （2）夹紧 1工件的装夹方法 （1）找正装夹法,1）直接找正：用百分表、划线盘或目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。 图2-2 直接找正装夹,2）划线找正：在毛坯

4、上按照划好的线在机床上用划针找正的装夹方法。 图2-3 划线找正装夹,（2）夹具装夹法 用夹具装夹,对刀或引导元件,夹具体,定位元件,夹紧装置,二 机床夹具组成 （1）定位元件。 （2）夹紧装置。 （3）联接元件。 （4）对刀或导向元件。 （5）夹具体。 （6）其他元件及装置。,三 工件定位的基本原理 1六点定位原则 工件在空间直角坐标系中有六个自由度。工件能沿x、y、z轴线移动，称为移动自由度；并能绕着x、y、z轴转动，称为转动自由度。,3工件定位中的几种情况 （1）完全定位。 （2）不完全定位。 （3）欠定位。 （4）过定位。,过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；

5、 （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,（2）工艺基准 1）定位基准：在加工时，用以确定工件的机床上或夹具中占据正确位置所采用的基准称为定位基准。 2）工序基准：在工序图上用以标注本工序加工尺寸和形位公差的基准，称为工序基准。 3）测量基准：零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准，称为测量基准。,4）装配基准：装配时，用以确定零件在部件或产品中位置的基准，称为装配基准。,2定位基准的选择 定位基准分为粗基准和精基准。 （1）精基准的选择 1）基准重合原则：尽可能选用加工表面的设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重

6、合而引起的基准不重合误差。,基准不重合误差示例,3）互为基准原则：当对工件上位置精度要求高的表面进行加工时，需要用两个表面互为基准，反复加工的原则。 4）自为基准原则：某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工面本身作为定位基准，称为自为基准原则。 （2）粗基准的选择,2）基准统一原则：应尽可能使多个加工表面和加工工序采用同一组定位基准，这就是基准统一原则。,1）余量最小原则：为了保证零件各加工面都有足够的加工余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准。,2）重要表面原则：为了保证工件上某些重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准。,图2-4 床身加工粗基准选择,3）非加工表面原则：如果

7、主要要求保证加工面与非加工面间的位置要求，则应选非加工面为粗基准，以求均匀，外形对称。,图2-5 选非加工面为粗基准,4）不重复使用原则：粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。,图2-6 不应重复使用粗基准,第三节 机械加工工艺规程,工艺规程是指导生产的主要技术文件,工艺规程是组织生产和管理工作的基本依据,工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料,2机械加工工艺规程的格式 生产类型不同，所有的工艺规程的模式和内容也不相同。 （1）机械加工工艺过程卡片(工艺路线)。 （2）机械加工工艺卡片。 （3）机械加工工序卡片。,机械加工工艺过程卡片的格式见表2-4；工序卡片格式见表2-5。,表2-4 机械加

8、工工艺过程卡片,表2-5 机械加工工序卡片,工序简图（工艺附图）绘制方法： （1）视图中与本工序无关的次要结构和线条可略去不画，除加工面、定位面、夹紧面、主要轮廓面外，其余线条均可省略。 （2）直观，视图方向尽量与工件在机床上的装夹方向一致。 （3）工序图应该是工件在本工序完成之后所具有的形状和尺寸，本工序加工表面用粗实线表示，工件的主要特征轮廓（如工件轮廓及特征表面）用细实线表示，不要将后面工序中才能形成的结构形状在本工序的工序简图中反映出来。 （4）标注工序尺寸及其上下偏差、装夹定位相关尺寸/工序基准、加工表面粗糙度、形状和位置公差等，必要时可用括号注出工件外形尺寸作为参考用。其他工序不标

9、粗糙度数值 （5）图中应用符号表示出工件的定位及夹紧情况。包括定位符号及定位点数、夹紧符号及指向的夹紧面。其中定位符号附近用阿拉伯数字表示出该处表面定位所能限制的自由度数。,3 机械加工工艺规程制定的原则,（1）保证加工质量 （2）保证生产效率 （3）较低制造成本 （4）良好劳动条件,产品整套装配图、零件图 质量标准 生产纲领、生产类型 毛坯情况 本厂现有生产条件 先进技术、工艺 有关手册、图册,5 步 骤,分析研究产品图纸 工艺性分析 选择毛坯 拟订工艺路线 选择设备、工装 确定工序余量、工序尺寸 确定切削用量、工时定额 技术经济分析 填写工艺文件,第四节 零件的工艺分析,一 零件图的完整性

10、和正确性 检查零件的视图、尺寸、公差和技术要求是否齐全、合理、符合国家标准，若有错误或遗漏，应提出修改措施。,二 零件的技术要求分析 零件的技术要求包括下列几个方面： 1）加工表面的尺寸精度。 2）主要加工表面的形状精度。 3）主要加工表面之间的相互位置精度。 4）加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求。 5）热处理要求。 6）其他要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛剌、毛坯要求等）。,三 零件的结构工艺性分析,铸件：便于造型、拔模 斜度 璧厚均匀、无尖边、尖角 锻件：形状简单、无尖边、 尖角、飞刺，便于出模,在毛坯制造方面,在装配方面,便于装配、减少修配量,结构工艺性内容,在加工方面,合

11、理标注零件的技术 要求 便于加工、减少加工 数控加工工艺性分析,表2-6列出了一些零件结构工艺性示例。,表2-6 零件结构工艺性示例,（续）,（续）,第五节 毛坯的选择,选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。 一 毛坯的种类 1铸件 2锻件 3型材 4焊接件,二 毛坯的选择原则 1零件材料及力学性能要求。 2零件的结构形状与大小 3生产类型 4现有生产条件 5充分利用新工艺、新材料,三 绘制毛坯图的步骤： 用双点画线画出经简化了次要细节的零件图的主要视图，将已确定的加工余量加在各相应的被加工表面上，即得到毛坯轮廓。毛坯轮廓用粗实线绘制，零件实体用双点画线绘制，比例尽量取1:1。

12、在图上标出毛坯主要尺寸及公差，标出加工余量的名义尺寸。 标明毛坯的材料及技术要求，如毛坯精度、分模面、热处理及硬度、圆角尺寸、分型面、拔模斜度、表面质量要求等。,第六节 工艺路线的拟定,一 表面加工方法的选择 1加工经济精度和经济表面粗糙度 表2-7、表2-8、表2-9摘录了各种加 工方法所能达到的经济精度和经济粗糙度及 典型的加工方案。（教材P13页）,表2-7 外圆表面加工方案的加工经济精度和经济表面粗糙度,表2-8 孔加工方案的加工经济精度和表面粗糙度,（续）,表2-9 平面工方案的加工经济精度和表面粗糙度,（续）,2选择加工方法时应考虑的因素 （1）应考虑能获得经济精度的加工方法 （2

13、）应考虑工件材料的性质 （3）应考虑工件的结构和尺寸 （4）应考虑生产率和经济性 （5）应考虑现有条件,二 加工阶段的划分,二、加工阶段的划分,切除大量多余材 料，主要提高生 产率。,完成次要表面加工(钻、 攻丝、铣键槽等)主要表 面达到一定要求，为精 加工作好余量准备安排 在热处理前。,主要表面达到图纸要求。,进一步提高尺寸精度 降低粗糙度，但不能 提高形状、位置精度,1、保证加工质量 2、合理使用设备 3、便于安排热处理工序 4、便于及时发现毛坯缺陷 5、避免重要表面损伤。,三 工序的集中与分散 1工序集中原则 主要特点如下： 1）有利于采用高效机床和工艺装备，生产效率高。 2）工序数目少

14、，设备数目少，可相应减少操作工人数和生产面积。 3）工件装夹次数少，不但可缩短了辅助时间，而且有利于保证各加工表面之间的相互位置精度。 4）采用的专业设备和工艺装备较复杂，调整、维修费时，生产准备工作量大。 2工序分散原则 主要特点如下： ）设备、工艺装备相对简单； ）对工人技术水平要求低，转产困难。,四 工序顺序的安排,退火：用于高碳钢、 合金钢等，降低硬度， 便于切削； 正火：用于低碳钢， 提高硬度，便于切削； 调质：淬火后高温回 火,淬火、渗碳、氮化等,自然时效 人工时效,金属镀层 非金属镀层 氧化膜,质量检验 特种检验（无损探伤、 磁力探伤、水压、超 速试验）,去毛刺、倒钝锐边 去磁

15、清洗 涂防锈油,五 加工余量的确定 1加工余量的概念 加工余量是指加工过程中从加工表面切去的金属层厚度。加工余量可分为工序余量和总余量。 加工余量,（1）工序余量 金属层厚度（ ）。 对于外表面 对于内表面 旋转表面的加工余量是对称加工余量 对于轴 对于孔 （2）总加工余量 其值等于某一表面的毛坯尺寸与零件尺寸之差。,加工余量和加工尺寸分布图,2影响加工余量的因素 影响加工余量的因素如下： （1）前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层。 （2）前工序的工序尺寸公差。 （3）前工序产生的开关误差和位置误差。 （4）本工序的装夹误差 3确定加工余量的方法 （1）经验估计法 （2）查表修正法 （3）分析

16、计算法,第七节 工序尺寸及其公差的确定,一 基准重合时工序尺寸及其公差的确定 1）确定各工序的加工余量。 2）根据查得的余量计算各工序尺寸。 3）确定各工序的尺寸公差及表面粗糙度。 4）确定各工序的上、下偏差。,内孔工序尺寸计算,表2-10 工序尺寸及公差的计算 (单位:mm),二 工艺尺寸链 1工艺尺寸链的定义和特征 工艺尺寸链的主要特征如下： （1）封闭性 （2）关联性,尺寸链示例,2、特征,1、封闭性 2、关联性。,4、增、减环判别方法,在尺寸链图中用首尾相接的单向 箭头顺序表示各尺寸环，其中与 封闭环箭头方向相反者为增环, 与封闭环箭头方向相同者为减环。,举例：,.极值法 （1） 极值法各环基本尺寸之间的关系 封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即,（2）各环极限尺寸之间的关系 封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和，即,5、尺寸链