机械制造工艺学教案

1第四章机械加工工艺规程设计§4－0学习指南及预备知识一、学习内容：首先讲明两个概念，即机械产品的生产过程和机械加工工艺过程，从而引入机械加工工艺规程的概念；然后介绍制订机械加工工艺规程的步骤和方法，重点讨论机械加工工艺规程设计的主要问题，包括定位基准的选择，加工路线的拟定，工序尺寸及公差的确定等；再后对工艺过程经济性进行讨论，包括时间定额与提高生产率的方法，工艺方案比较与经济技术分析等。二、学习方法：本课程是一门实践性相当强的课程，在牢牢把握机械加工工艺过程设计的基本原理、原则和方法的基础上，通过一定的实践（生产实习、课程设计等），初步掌握制订零件机械加工工艺规程的步骤和方法。§4－1概述§4－1－0新概念定义及老概念回顾一、机械产品的生产过程是指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程，它既包括毛坯的制造，零件的机械加工和热处理，机器的装配、检验、测试和涂装等主要劳动过程，还包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器的包装、工件和成品的储存和运输、加工设备的维修，以及动力供应等辅助劳动过程。图4－1机械产品的生产过程图教学要求：了解本章的学习内容和方法了解并掌握基本的概念；生产技术准备备原材料毛坯制造机械加工装配检验设计信息产品工艺装备设计、制造或备置生产计划、生产管理、制造工艺2二、机械加工工艺过程机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是直接生产过程，其原意是指采用金属切削刀具或磨具来加工工件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能，成为合格零件的生产过程。由于制造技术的不断发展，现在所说的加工方法除切削和磨削外，还包括其他加工方法，如电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工，以及化学加工等几乎所有的加工方法。三、机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。四、机械加工工艺过程的组成图4－2工艺过程、工序、安装、工位、工步、走刀之间的关系五、回顾如下几个概念以方便本章的学习1、工序一个或一组工人，在一个工作地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，称为工序。工序是组成工艺过程的基本单元。划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续以及操作者和加工对象是否改变，共四个要素。在加工过程中，只要有其中一个要素发生变化，即换了一个工序。2、安装在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分工序内容称由机械产品的生产过程引出机械加工工艺过程的概念，再到机械加工工艺规程。正确理解工序、安装、工位、工步、走刀的概念；理解要点：三定一连续（四要素）3为一个安装。3、工位在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内容称为工位。4、工步加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。按照工步的定义，带回转刀架的机床（转塔车床等）其回转刀架的一次转位所完成的工位内容应属一个工步，此时若有几把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步。5、走刀切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。当需要切去的金属层很厚，不能在一次走刀下切完，则需分几次走刀，走刀次数又称行程次数。§4－1－1机械加工工艺规程的作用一、工艺规程是指导生产的主要技术文件机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。二、工艺规程是生产准备工作的主要依据车间生产新零件，需要根据工艺规程进行生产准备。如：关键工序的分析研究；准备所需刀、夹、量具；原材料及毛坯采购或制造；新设备购置或旧设备改装等，均需根据工艺规程来进行。三、工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件新建（扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。了解工艺规程的三个主要作用。4§4－1－2机械加工工艺规程的格式卡片形式，我国未作统一的规定，但各机械制造厂使用表格的基本内容是相同的。机械加工工艺规程的详细程度与生产类型、零件的设计精度和工艺过程的自动化程度有关。对应形式见表4－1。具体格式见图4－3、4－4及4－5。表4－1机械加工工艺规程格式特点对比生产类型详细程度备注机械加工工艺过程卡片单件小批（普通加工方法）简单对于数控工序，则需作出详细规定，填写数控加工工序卡、刀具卡等必要的与编程有关的工艺文件，以利于编程。机械加工工艺卡片中批生产较详细机械加工工序卡片大批大量（单件小批中技术要求高的关键零件的关键工序）详细（＋调整卡、检验卡）图4－3机械加工工艺过程卡知道机械加工工艺规程的特点和应用场合单件小批（普通加工方法）5图4－4机械加工工艺卡图4－5机械加工工序卡中批生产大批大量（单件小批中技术要求高的关键零件的关键工序）要求能够正确填写几种卡片的内容6§4－1－3机械加工工艺规程设计原则、步骤和内容一、设计原则1、以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提；2、满足生产纲领要求；3、工艺过程有较高的生产效率和较低的成本；4、充分利用现有生产条件，尽可能做到平衡生产；5、尽量减轻工人的劳动强度，保证安全生产，创造良好文明的劳动条件；6、积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源的消耗，并应符合环保要求。二、制订机加工规程所需原始资料1、产品的全套装配图及零件图；2、产品的验收质量标准；3、产品的生产纲领及生产类型；4、零件毛坯图及毛坯生产情况；5、本厂（车间）的生产条件；6、各种相关手册、标准等技术资料；7、国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。三、机械加工工艺规程设计步骤和内容1、阅读装配图和零件图；了解产品的用途，零件在产品中的地位。2、工艺审查；审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。零件结构工艺性正误举例，见图4－6：掌握加工工艺规程的设计原则、步骤；通过装配图，了解零件在机器中的地位、作用及受载荷情况等信息。重要！7正确项：b)d)f)h)j)8图4－6零件结构工艺性分析l)n)p)r)t)v)能正确分析常见的零件结构的工艺性优劣；93、熟悉或确定毛坯主要依据：零件在产品中的作用和生产纲领，零件的结构特征与外形尺寸，零件材料工艺特性等。常见的毛坯种类见表4－2。表4－2各类毛坯的种类及适用范围4、选择定位基准（见§4－2—1）；5、拟定加工路线（见§4－2—3）；6、确定满足各工序要求的工艺装备；包括机床、夹具、刀具、量具和辅具等；应与生产批量和生产节拍相适应，并充分利用现有条件，以降低生产准备费用；对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书。7、确定各主要工序技术要求和检验方法；8、确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差；9、确定切削用量；10、确定时间定额；11、编制数控加工程序（对于数控加工）；12、评价工艺路线；对工艺方案进行技术经济分析，确定最优方案。13、填写或打印工艺文件；要求：熟悉机械加工工艺规程设计的步骤和内容。10§4－2工艺路线的制订制订工艺路线时需要考虑的主要问题有：1、如何选择定位基准；2、怎样确定加工方法；3、怎样安排加工顺序以及热处理、检验等工序；§4－2－1定位基准的选择一、基本概念1、基准的定义及分类1）确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。基准分类见下图：图4－7基准分类图2）定位基准：在加工时用于工件定位的基准叫定位基准。分：粗基准、精基准和辅助基准。粗基准使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。精基准使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。辅助基准思考并解决提出的问题；回忆各基准的定义（上学期教学内容），明确定位机械化在整个基准体系中的地位。11零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。二、定位基准选择的一般原则1、选最大尺寸的表面为安装面（限3个自由度），选最长距离的表面为导向面（2个自由度），选最小尺寸的表面为支撑面（限1个自由度）。2、首先考虑保证零件的空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。因为在加工中保证空间位置精度有时比保证尺寸精度困难的多。3、应尽量选择零件的主要表面为定位基准，因为主要表面是决定该零件其他表面的设计基准，也就是主要设计基准。4、定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。三、粗基准的选择1、粗基准选择的出发点（见图4－8）图4－8两种粗基准选择对比左a)以外圆1为粗基准：孔的余量不均，加工后壁厚均匀右b)以内孔3为粗基准：孔的余量均匀，但加工后壁厚不均匀1－外圆2－加工面3－孔由此得出结论：粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置（不同轴/偏心），或影响到加工余量的分配（均匀否？）。2、粗基准的选择原则（1）保证相互位置要求的原则：如果必须保证工件上加工面与不加工面之间的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。除了图4－8例子外，图4－9例子同理。补充内容：方便学生的理解！适用于粗基准及精基准，具有通用性！如何做到以内孔3为定位基准？四爪单动卡盘/划线找正分析为什么得到这样的结论？12图4－9粗基准的选择（2）保证加工表面加工余量合理分配的原则：如果必须首先保证工件上某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。图4－10床身加工粗基准选择正误对比a)正确b)不正确说明：在车床床身加工中，导轨面是最重要的表面，它不仅精度要求高，而且要求导轨面有均匀的金相组织和较高的耐磨性，因此希望加工时导轨面去除余量要小而且均匀。此时应以导轨面为粗基准，先加工底面，然后再以底面为精基准，加工导轨面（见图4－10a）。3）便于工件装夹的原则：要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分分析图中两种方案哪种好,为什么?导轨面如磨损，最好能够等速磨损！13型面作粗基准。4）粗基准一般不得重复使用的原则。图4－11不重复使用粗基准举例图4－12利用粗基准补充定位的例子a)工件简图b)加工简图说明：此例中，是利用粗基准进行补充定位，并不属于粗基准的重复使用。总结：上述四条原则，每一原则都只是说明一个方面的问题，在实际应用中，划线装夹有时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要根据实注意：两个零件图的区别。第二个零件的两个小孔第二个零件的两个小有对称性要求，必须限定绕大孔转动的自由度，而第一个零件不需要限定绕大孔转动的自由度。14际情况，抓主要矛盾，解决主要问题。四、精基准的选择1、基准重合原则：选用被加工面的设计基准作为精基准。说明：在对加工面位置尺寸有决定作用的工序中，特别是当位置公差要求很小的时候，一般不应违反此原则，否则产生基准不重合误差，增大加工难度。2、统一基准原则：当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工。在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准；2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；3）盘套类零件常使用止口面（大端面和一短圆孔）作统一基准；4）套类零件用一长孔和一止推面（小平面）作统一基准；优点：可以简化夹具设计；可以减少工件搬动和翻转次数。缺点：会带来基准不重合误差解决办法：具体问题具体分析，以满足设计技术要求为前提。4、互为基准原则：某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准，反复加工的办法来达到位置度要求。图4－13主轴加工互为基准示例在实际应用中要根据实际情况，抓主要矛盾，解决主要问题。实际生产中经常使用统一基准主轴为机床