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1、第3章 数控加工工艺基础,【案例引入】图3-1所示为某机床的变速箱壳体。试以小批生产条件制订其机械加工工艺规程。,3.1 基本概念,3.1.1 生产过程和工艺过程,1.生产过程 在机械产品制造时，由原材料（或半成品）转变成成品的各个相互关联的整个过程称为生产过程。它包括原材料采购、运输和保管、生产技术准备、毛坯制造、零件加工和热处理、产品装配、调试、检验、油漆和包装等。 2.工艺过程 在生产过程中，那些与由原材料（或半成品）转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整、维修等则属于辅助过程
2、。在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。,3.1.2 机械加工工艺过程的组成,零件的机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的，而工序又可细分为工步或走刀。 1.工序 工序是指一个(或一组)工人，在一个工作地点或一台机床上，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。区别工序的主要依据是：工作地(或设备)是否变动，若有变动则构成了另一道工序。例如图3-2所示的阶梯轴，当加工数量较少时，其工艺过程及工序的划分如表3-1所示，由于加工不连续和机床变换而分为二个工序。当加工数量较多时，
3、其工艺过程及工序的划分如表3-2所示，共有五个工序。,图3-2 阶梯轴,工序是工艺过程的基本组成部分，又是生产计划、质量检验、经济核算的基本单元。在零件的加工工艺过程中，有一些工作并不改变零件形状、尺寸和表面质量，但却直接影响工艺过程的完成，如检验、打标记等，这些工作的工序称为辅助工序。,（4）工步与走刀 工步 在加工表面不变、切削刀具和切削用量中的转速与进给量均保持不变时，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。例如，表3-2中的工序2和3加工外圆、倒角等二个表面，各有二个工步；而表3-2中的工序4只加工键槽，所以只有一个工步。为了提高生产率，有时用几把刀具同时加工几个表面，这种工步称为复合工
4、步，也可以看作一个工步。例如，组合钻床加工多孔箱体孔。 在数控加工中，常将一次安装下用一把刀具连续切削零件的多个表面划分为一个工步。 走刀 在一个工步内，加工余量需要多次逐步切削，则每一次切削即为一次走刀。,3.安装 在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。而安装是指工件经过一次装夹后所完成的那部分工序内容。表3-1中的工序1有两次安装，表3-1中的工序2只有一次安装。 4.工位 工件装夹后，相对刀具或设备的固定部分，工件在机床上所占据的每一个位置称为工位。图3-3是在一台三工位回转工作台机床上加工轴承盖螺钉孔的示意图。操作者在上下料工位处装上工件，
5、当该工件依次通过钻孔工位、扩孔工位后，即可在一次装夹后把四个阶梯孔在两个位置加工完毕。这样，既减少了装夹次数，又因各工位的加工与装卸是同时进行的，从而节约安装时间使生产率可以大提高。,3.1.3 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计划，称为该产品的生产纲领。 企业的年生产纲领，可按下式计算 N=Qn(1+a%)(1+b%) （3-1） 式中，N 零件的年生产纲领（件年）； Q 产品的年生产纲领（台年）； N 每台产品中该零件的数量（件台）； a% 零件的备品率； b% 零件的废品率。,2.生产类型 生产类型是指企业(或车间、工段、班组、工作地)生产专业化程
6、度的分类。根据产品的大小和特征、生产纲领、批量及其投入生产的连续性，可分为单件生产、成批生产及大量生产三种生产类型，具体划分见表3-3。 1）单件生产 单个生产不同结构和尺寸的产品，很少重复甚至不重复，这种生产称为单件生产。如新产品试制、维修车间的配件制造和重型机械制造等都属此种生产类型。其特点是：生产的产品种类较多，而同一产品的产量很小，工作地点的加工对象经常改变。 2）大量生产 大量生产是指生产的产品数量很大，大多数工作地长期只进行某一工序的生产。例如汽车、摩托车、柴油机等的生产均属于大量生产。其特点是：同一产品的产量大，工作地点较少改变，加工过程重复。,3）成批生产 成批生产是指一年中分
7、批轮流生产几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的生产对象周期性地重复。例如：机床、电动机等均属于成批生产。其特点是：产品的种类较少，有一定的生产数量，加工对象周期性地改变，加工过程周期性地重复。 同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。按照批量的大小，成批生产可分为小批、中批和大批生产三种。小批生产的工艺特点接近单件生产，常将两者合称为单件小批生产；大批生产的工艺特点接近大量生产，常合称为大批大量生产。 根据前面公式计算的零件生产纲领，参考表3-3即可确定生产类型。,不同生产类型的制造工艺有不同特征，各种生产类型的工艺特征见表3-4。,3.1.4 机械加工工艺规程,1.机械加工
8、工艺规程的概念 机械加工工艺规程是将产品或零部件的制造工艺过程和操作方法按一定格式固定下来的技术文件。它是在具体生产条件下，本着最合理、最经济的原则编制而成的，经审批后用来指导生产的法规性文件。 机械加工工艺规程包括零件加工工艺流程、加工工序内容、切削用量、采用设备及工艺装备、工时定额等。 2.机械加工工艺规程的作用 （1）工艺规程是生产准备工作的依据 在新产品投入生产以前，必须根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作。例如，原材料及毛坯的供给，工艺装备(刀具、夹具、量具)的设计、制造及采购，机床负荷的调整，作业计划的编排，劳动力的配备等。,（2）工艺规程是组织生产的指导性文件 生产的计划
9、和调度、工人的操作、质量的检查等都是以工艺规程为依据。按照它进行生产，就有利于稳定生产秩序，保证产品质量，获得较高的生产率和较好的经济性。 （3）工艺规程是新建和扩建工厂(或车间)时的原始资料 根据生产纲领和工艺规程可以确定生产所需的机床和其它设备的种类、规格和数量、车间面积、生产工人的工种、等级及数量、投资预算及辅助部门的安排等。 （4）便于积累、交流和推广行之有效的生产经验 已有的工艺规程可供以后制订类似零件的工艺规程时作参考，以减少制订工艺规程的时间和工作量，也有利于提高工艺技术水平。,3.制订工艺规程的原则和依据 (1) 制订工艺规程的原则 制订工艺规程时，必须遵循以下原则： 必须充分
10、利用本企业现有的生产条件； 必须可靠地加工出符合图纸要求的零件，保证产品质量； 保证良好的劳动条件，提高劳动生产率； 在保证产品质量的前提下，尽可能降低消耗、降低成本； 应尽可能采用国内外先进工艺技术。 由于工艺规程是直接指导生产和操作的技术文件，因此工艺规程还应做到清晰、正确、完整和统一，所用术语、符号、编码、计量单位等都必须符合相关标准。,(2)制订工艺规程的主要依据 制订工艺规程时，必须依据如下原始资料： 产品的装配图和零件的工作图； 产品的生产纲领； 本企业现有的生产条件，包括毛坯的生产条件或协作关系、工艺装备和专用设备及其制造能力、工人的技术水平以及各种工艺资料和标准等； 产品验收的
11、质量标准； 国内外同类产品的新技术、新工艺及其发展前景等的相关信息。,4.制订工艺规程的步骤 （1）计算年生产纲领，确定生产类型； （2）零件的工艺分析； （3）确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法； （4）选择定位基准； （5）拟定工艺路线； （6）确定各工序的加工余量和工序尺寸； （7）确定切削用量和工时定额； （8）确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具； （9）确定各主要工序的技术要求及检验方法； （10）填写工艺文件。,5.常用工艺文件的格式 （1）机械加工路线单 机械加工路线单主要列出零件加工所经过的整个工艺路线、以及工装设备和工时等内容，多作为生产管理使用，如表3-5所示。,（2
12、）机械加工工序卡片 用来具体指导工人操作的一种最详细的工艺文件，卡片上要画出工序简图，注明该工序的加工表面及应达到的尺寸精度和粗糙度要求、工件的安装方式、切削用量、工装设备等内容，如表3-6所示。,（3）机械加工刀具卡 刀具卡主要反映刀具名称、编号、规格、长度等内容。它是组装刀具、调整刀具的依据，如表3-7所示。,（4）刀具调整图 数控车削的刀具调整图主要反映刀具的种类、形状、安装位置、刀尖圆弧半径、刀位点、工件编程原点等，如图3-4所示。,（5）数控加工走刀路线图 数控加工走刀路线图主要反映刀具进给路线。该图应准确描述刀具从起刀点开始，直到加工结束后返回终点的轨迹，如图3-5所示。它不仅是程
13、序编制的依据，同时也便于机床操作者了解刀具运动路线（如下刀位置、抬刀位置等），计划好夹紧位置及控制夹紧元件的高度，以避免碰撞事故的发生。,（6）数控加工程序单 表3-8为数控加工程序单。,表3-8 数控加工程序单,3.2 制订机械加工工艺规程要解决的主要问题,3.2.1 零件的工艺分析,1.零件图分析 （1）零件功能分析 在制订零件机械加工工艺规程时，首先要对照产品装配图分析零件图，熟悉产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置和功用，搞清各项技术条件制订的依据，找出主要技术要求与技术关键，以便在制订工艺规程时，采取适当的工艺措施加以保证。 如图3-6所示的汽车弹簧板与吊耳的装配简图，
14、两个零件的对应侧面并不接触，所以可将吊耳槽的表面粗糙度要求降低些，与设计单位协商，由原设计的Ra3.2m改为Ra12.5m，从而可增大铣削加工时的进给量，提高生产效率。,（2）零件图的审查 零件图的审查包括三项内容： 检查零件图的完整性和正确性 主要检查零件视图是否表达直观、清晰、准确、充分；尺寸、公差、技术要求是否合理、齐全。如有错误或遗漏，应提出修改意见。 分析零件材料选择是否恰当 零件材料的选择应立足于国内，尽量采用我国资源丰富的材料，尽量避免采用贵重金属；同时，所选材料必须具有良好的加工性。 分析零件的技术要求 包括零件加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度、表面微观质量以
15、及热处理等要求。分析零件的这些技术要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在本企业现有生产条件下是否能够实现。,（3）材料切削加工性的评价 在一定的切削条件下，工件材料在进行切削加工时表现出的加工难易程度被称为材料的切削加工性。一般材料的切削加工性的标准用以下几个方面来衡量： 加工表面质量 容易获得较小表面粗糙度值的材料，其材料的切削加工性高。一般零件的精加工用此标准衡量。 刀具使用寿命 这是比较通用的材料切削加工性标准。 这种标准常用的衡量方法是：保证相同刀具使用寿命的前提下，考察切削材料所允许的切削速度的高低，以T 表示，含义为：当刀具使用寿命为T（min）时，切削某种工件材料所允许的切削
16、速度值。T越高，工件材料的切削加工性越好。一般情况下，取T60min，T可以用60表示；难加工材料T30min或15min。 单位切削力 机床动力不足或机床系统刚度不足时，常采用这种标准。 断屑性能 对工件材料断屑性能要求高的机床，如自动生产线，组合机床等，或对断屑性能要求较高的工序，常采用这种标准。,在生产实践中，通常采用相对加工性来衡量材料的切削加工性。即：以强度为b0.637GPa的45钢的60作基准，记作60j，其它切削材料的60与之相比的数值，称为相对加工性，记作Kv： Kv60/60j （3-2） 常用材料的切削加工性按相对加工性可分为8级，如表3-9。,2.零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在不同类型的具体生产条件下，零件毛坯的制造、零件的加工和产品的装配所具备的可行性和经济性。零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。零件的结构对机械加工工艺过程的影
