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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
2、、 完整、清晰和统一，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
3、工作原理，明确零件的作用，审查视图、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:机械加工 工艺过程工序】|工序2r工步1工步齐F第一次走刀第二次走刀1.工
4、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9- 1所示零件，其工艺过程可分为两个工序。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。2安装85图9-1 轮坯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 工序中一般有两次安装。9- 1所示零件，在车削安装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.工位工位是指在一次装夹内工件在
5、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；第三图9-2多工位加工工位扩孔；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。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9- 1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
6、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9 3要加工出$ 60的外圆，需在直径方向切去 10mm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。图9-3分层走刀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。这种基准面称为粗基准。 在以后的工序中第一道工序只能以毛坯
7、表面作为定位基准面, 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所示图9-4套筒铸件(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。图95中，选择导轨面为粗基准加工床腿底面，再以底面为基
8、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 0 50 mm余量为5 mm，直径$ 108mm的余量为8mm，当毛坯两外圆柱面 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9-6 台阶轴加工的粗基准选择图9-8齿形表面定位l 卡盘2滚柱3 齿轮(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9-7所示， 如果重复使用毛坯面 B定位，加工
9、 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。(2) 基准统一原则尽可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9 8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。工表面本身作为定位基准，
10、即自为基准原则。图2S4图9-9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9-9为磨削叶片泵外圆柱表面，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
11、符号表示出来，常用符号 参见表9-1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轴类零件 . . !1两顶尖孔定位2轴类零件外圆定位（三爪自定心卡盘:定位T夹紧）3盘类零件4套类零件端面及孔定位（“短销”：定位-夹紧）孔及端面定位（可胀心轴或长销：定位T夹紧）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T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
12、零件主要表面的技术要求选定它的最后加工方法（参考表9-2）,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一一半精车一一淬 火粗磨。主要表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9 - 2中。表9 2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/g m精度等级IT加工余量/mm说明外圆粗车Ra 14 32011 1315指尺寸在柱面半精车Ra 2.5 109100. 450.
13、55180以下，长和端精车Ra 0.632.5780. 200. 45度在500以面粗磨Ra 1.25 5890. 250. 85下的钢件直精磨Ra 0.16 1.2560. 06径余量研磨Rav 0.1650. 01 0. 03超精加工Rav 0.165 6细车（金刚车）Ra 0.020. 636粗刨、粗铳Ra 40 32011 130. 9 2 . 3半精刨、半精铣Ra 2.5 108110 . 25 0 . 3平精刨、精铳拉削Ra 0.63 5790 . 16指平面最大尺寸在500Ra 0.632.579以下的钢件粗磨Ra 1.255870 . 05面的平面余量精磨Ra 0.16 1.256 50 . 03研磨Ra v 0.1650. 010. 03钻孔Ra 40 32011 13扩孔Ra 2.5 1010 11为所扩孔径的0 . 30 . 5倍粗铰Ra 1.255890 . l0. 55圆柱孔精铰Ra 0.622.5780. 040. 2指孔径在粗镗Ra 2.5 1010 11 1 . 8180以下的精镗（浮动镗）Ra 0.632.5791 . 3 1 . 8钢件的直径细镗（金刚锋）Ra 0.080.63670 . 1 0 . 3余量。粗磨Ra 1.25589热处理后0 . 20 . 3精磨Ra 0.32 1.2570 . 1 0
