机械加工工艺规程设计b

北京航空航天大学工程训练中心第4章机械加工规程B史成坤第4章机械加工工艺规程设计工艺过程的基本概念零件结构工艺性分析基准与定位工艺路线的制订加工余量与工序尺寸工艺尺寸链典型零件加工工艺分析工艺路线设计是指拟定将毛坯制成所需零件的整个加工路线，是制订工艺规程的总体布局。四、工艺路线的制定确定零件主要表面最终工序的加工方法在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序的加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。经济加工精度：在正常加工条件下（采用符合质量的设备和工艺装备，以及标准技术等级的工人不延长加工时间）所能保证的加工精度，简称经济精度。P193表4-12淬火钢：磨削有色金属：精车、精镗加工方法的选择确定零件主要表面前导工序的加工方法零件主要表面最终工序的加工方法确定后，用倒推法，逐一确定零件主要表面前导工序（准备工序）的加工方法。外圆表面加工的零件种类轴类、套筒类、盘类零件外圆表面加工的加工方法车削、磨削和各种光整加工方法外圆表面加工的技术要求尺寸精度：直径形状精度：圆度、圆柱度位置精度：同轴度、垂直度、跳动表面质量：Ra、Rz外圆表面加工外圆加工方法注：加工有色金属时，表面粗糙度Ra取小值。内圆表面的适用范围螺钉、螺栓的紧固孔；套筒、法兰盘及齿轮等回转体零件上的孔；箱体类零件上的主轴及传动轴的轴承孔；炮筒、空心轴的深孔（一般l/d≥10）；保证零件间配合准确性的圆锥孔等。内圆表面的技术要求一般情况下，加工孔比加工同样尺寸、精度的外圆表面要困难当一个零件要求内圆表面与外圆表面必须保持某种确定关系时，一般总是先加工内圆表面，然后再以内圆表面定位加工外圆表面。内圆表面加工平面加工平面加工的零件种类导向平面、结合平面、精密量具平面、非配合外观面平面加工的加工方法刨削、铣削、拉削、磨削和各种光整加工方法平面加工的技术要求形状精度：平面度、直线度位置精度：位置尺寸、平行度、垂直度表面质量：Ra、Rz螺纹的加工方法（表4-10））齿形的加工方法（切削加工，表4-11）齿轮齿形加工方法的选择，主要取决于：齿轮精度齿面粗糙度的要求齿轮的结构、形状、尺寸、材料及热处理状态等齿轮精度等级齿面粗糙度Ra/μm热处理齿形加工方案生产类型9级以下6.3-3.2不淬火铣齿单件小批8级3.2-1.6不淬火滚齿或插齿淬火滚（插）齿-淬火-珩齿7级或6级0.8-0.4不淬火滚齿-剃齿单件小批淬火滚（插）齿-淬火-磨齿滚齿-剃齿-淬火-珩齿6级以上0.4-0.2不淬火滚（插）齿-磨齿滚（插）齿-淬火-磨齿齿形加工方案工序顺序的安排切削加工工序安排热处理工序的安排辅助工序的安排基准先行——先加工基准面，再加工其他表面先面后孔1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位加工孔，可以保证定位准确、稳定2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生先主后次1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面（键槽、螺孔、紧固小孔等）和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工2）主要表面的最终精加工安排在工艺过程的最后先粗后精退火用于含碳量高于0.5%的碳钢和合金钢毛坯，降低硬度、利于切削加工，常安排在毛坯制作之后、粗加工之前进行。退火的目的：降低硬度，以利于切削加工；细化晶粒，改善组织，提高机械性能；消除内应力，为下一道热处理作好准备（铸件、锻件）；提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷冲压或冷拉拔加工正火用于含碳量低于0.5%的碳钢和合金钢毛坯，为避免其硬度过低切削时粘刀，而采用正火处理，常安排在毛坯制作之后、粗加工之前进行。正火的作用与退火相似，与退火不同之处是：正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获得的组织更细。正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低。不占用设备；生产率高。时效处理为消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力而进行的热处理工序，有自然时效和人工时效两种。时效处理工序的安排一般铸件，常在粗加工前安排一次时效处理；刚度差、精度要求较高的零件，多次时效处理，在每个加工阶段之间，都安排一次时效处理工序；简单零件一般可以不安排时效处理。淬火将零件加热到这种金属的临界温度以上30～50℃，经保温一定时间，随后在水或油中快速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。淬火的特点：提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性，塑性、韧性降低；组织不稳定，易变形，淬火后应进行回火，以获得高强度和一定韧性相配合的性能。淬火的工序安排钢制零件，半精加工以后，精加工（磨削）以前进行。铝合金及某些零件材料淬火后硬度、强度不太高，可在粗加工之前就安排淬火并时效调质在淬火后进行高温回火处理，通常安排在粗加工之后、半精加工之前进行渗碳适用于低碳钢和低合金钢，该工艺方法先提高零件表面层的含碳量，经淬火后使表面获得高的硬度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在0.5～2mm之间，故常将渗碳工序放在精加工之前；其工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗、半精加工→渗碳淬火→精加工渗氮使氮原子深入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。渗氮层可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性；渗氮处理温度较低、变形小、且渗氮层较薄（一般不超过0.6～0.7mm），渗氮工序应安排在精加工以后进行。毛坯退火、正火：安排在粗加工之前。调质：通常安排在粗加工之后；若加工路线较简单，也可在粗加工之前。淬火及低温回火：一般安排在磨之前。渗碳：精加工之前渗氮：精加工以后。热处理工序的安排除每道工序中操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：各加工阶段（粗、半精加工等）结束之后；零件换车间前后，特别是进行热处理工艺前后；某些关键工序或较长的工序之后；零件全部加工完毕进行总检。特种检验：超声波探伤、Ｘ射线检验用于材料的内部质量检验，安排在粗加工之前（毛坯去外皮后）；磁力探伤、荧光检验，表层质量检验，安排在精加工以后进行。其他工序的安排去毛刺工序（倒钝锐角边)通常安排在切削加工之后，淬火之前和总检之前。清洗工序在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，总检之前应对工件进行认真地清洗。防锈：在气候潮湿的地区或工序间周转时间较长时，特别是对铝镁合金件，为防止氧化生锈，经常在有关工序中安排防锈。检验工序工序集中将几个简单工序合并成一个工序，使工艺过程的每个工序中包括尽可能多的加工内容1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；2）减少设备数量和操作人员；3）缩小生产规模，有利于管理。适应于各表面间具有较高相对位置要求的工件的加工，也适应于一般零件的单件、小批或中等批量工件的加工工序分散将一个复杂工序分解成几个简单工序，尽量减少每个工序的加工内容1）采用比较简单的机床和工艺装备2）对工人的技术水平要求低3）加工中的辅助性时间花费较多常用于大批、大量生产的流水线工艺过程。工序的集中与分散加工阶段的划分划分加工阶段的原因：⑴保证加工质量⑵合理使用机床设备⑶便于安排热处理工序⑷有利于及早发现毛坯的缺陷应用：工件刚度很低时，阶段划分必须严格精度要求较高的零件，其加工阶段的划分也要严格零件需要热处理，自然地把工艺过程划分为若干个阶段航空、航天产品的零件，阶段划分一般都比较严格注意：加工阶段的划分是就零件加工的整个过程而言，不能以某个表面的加工或某个工序的性质来判断。同时在具体应用时，也不可以绝对化，对有些重型零件或余量小、精度不高的零件，则可以在一次装夹后完成表面的粗精加工。工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角；大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角；精车外圆车床2铣键槽，手工去毛刺铣床工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角车床12车大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角车床23精车外圆车床34铣键槽，手工去毛刺铣床五、加工余量及工序尺寸的确定六、工艺尺寸链L=80-50=30mmL=？工艺尺寸链的作用:①工艺基准与设计基准不重合时，进行尺寸换算。②对装配间隙或过盈进行验算。③为加工和装便，对公差进行调整、分组。一组相关的尺寸按一定顺序排列组成的封闭链环尺寸链尺寸链的概念环—组成尺寸链的每一个尺寸封闭环组成环增环：与封闭环同向变动减环：与封闭环反向变动间接得到，被其他尺寸所保证除封闭环以外的其余各环尺寸链的建立与分析确定封闭环绘制尺寸链判断增减环确定封闭环与加工过程有关一个尺寸链中只有一个封闭环。在建立尺寸链时应遵守“最短尺寸链原则”，即对于某一封闭环，若存在多个尺寸链时，应选择组成环数最少的尺寸链进行分析计算。由封闭环的尺寸画起，依次画出与该尺寸要求有关的各尺寸（组成环），最后回到封闭环的另一端，形成一个封闭的尺寸组。绘制尺寸链从尺寸链的任何一环出发绕该链轮廓转一周，按该旋转方向给每个环标出箭头，箭头方向与封闭环相反的为增环，反之为减环。A1、A3为增环，A2为减环C1为减环，C2为增环判定增减环计算方法完全互换法（极值法）：从尺寸链各环的最大与最小极限尺寸出发进行尺寸链计算，不考虑各环实际尺寸的分布情况。概率法：根据概率统计原理和加工误差分布的实际情况进行尺寸链计算，含有一定的废品率。其他方法：图解法、分组互换法、修配法和调整法等。计算封闭环与组成环的基本尺寸、公差及极限偏差之间的关系。尺寸链的计算设尺寸链的组成环的环数为m+n，其中m个增环，n个减环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为组成环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：封闭环的基本尺寸:封闭环的极限尺寸：极值法计算步骤封闭环的极限偏差:封闭环的公差：即：封闭环的公差等于各组成环公差的和。启发：⑴封闭环的精度较低，精度要求高的尺寸不宜作封闭环。⑵提高封闭环的精度①减少组成环的数量②提高组成环的精度例1：定位基准与设计基准不重合尺寸链的应用实例确定封闭环、绘制尺寸链、判断增减环思考：调整A1精度调整A1精度定位基准尽量与设计基准重合基本尺寸ESEI增环300-0.1减环-A2-EI(A2)-ES(A2)封闭环100.1-0.1竖式法解尺寸链表+=增环尺寸、上下偏差照抄，减环反号，上下偏差对调。例2：测量基准与设计基准不重合A3为封闭环，过程从略若实测A2=40.35，按上述要求判为废品，但此时如A1=50，则实际A0=9.65，仍合格，即“假废品”。当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时，可能为假废品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性。★假废品问题：两个问题a.提高了组成环尺寸的测量精度要求和加工精度要求b.假废品问题从例1尺寸的换算可以看出，通过尺寸换算来保证封闭环的要求，必须提高组成环的加工精度。当封闭环的公差较大时，仅需提高本工序的加工精度；当封闭环的公差等于甚至小于组成环公差之和时（如第二组和第三组设计尺寸），则不仅提高本工序的加工精度，而且还要提高前工序的加工精度，增加了加工困难和成本。因此，定位基准应尽量与设计基准重合如果零件换算后的测量尺寸超差，只要它的超差量小于或等于另一组成环的公差，则该零件有可能是假废品，应对该零件进行复检，逐个测量并计算出零件的实际尺寸，由零件的实际尺寸来判断合格与否。例3：中间工序尺寸的计算设计尺寸：工序1：镗内孔工序2：插键槽至尺寸A2工序3：热处理工序4：磨内孔至尺寸D2求工序尺寸A2讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为φ0.05，即两孔轴心偏心为e=±0.025。将偏心e作为组成环加入尺寸链重新进行计算，可得到：如图所示偏心零件，表面A要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.5～0.8mm。与此有关的加工过程如下：【例4】【解】渗碳层深度尺寸换算2）渗碳处理，控制渗碳层深度H1；试确定H1的数值。建立尺寸链，如图b,在该尺寸链中，H0是最终的渗碳层深度，是间接保证的，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：例5如图所示轴套，其加工工序如图所示，试校验工序尺寸标注是否合理。解:1)分析从零件图上看,设计尺寸有10-0.3mm、15±0.2mm以及50-0.34。根据工艺过程分析是否全部达到图纸要求.其中10-0.3、50-0.34直接保证，15±0.2间接保证，为封闭环，必须校核。2）查找组成环，建立尺寸链3）计算尺寸及偏差求得A0=15-0.4+0.5(超差)4)解决办法:改变工艺过程，如将钻孔改在工序40之后；提高加工精度，缩小组成环公差。5）重新标注尺寸，校核计算现将尺寸改为：10.4-0.1，14.6±0.1,10-0.1可求得:A0=15±0.2符合图纸要求.例6一轴其轴向工艺过程如图所示，现要校核工序30精车B面的余量。粗车端面A、B，直接得到A1=28-0.52A2=35-0.34调头，粗、精车C面，直接得到尺寸A3=26-0.28调头，精车A、B，直接得到A4=25-0.14A5=35-0.17解:根据工艺过程作轴向尺寸形成过程及余量分布图，寻找封闭环，建立尺寸链求解。Z为封闭环,求得，Zmin=0.38>0,合适。例7某带槽轴如图。先车加工到尺寸Ф30-0.06，然后铣键槽5-0.05。但后来发现轴细了，就采用了电镀修复的方法：在轴上电镀一层0.2～0.3mm的铬（槽内不镀），然后磨削到尺寸Ф30+0.06，求：1、确定封闭环和增减环；2、画出尺寸链图；3、求磨削后的键槽尺寸X（要有步骤）练习：加工一箱体零件的孔，有关尺寸如图所示，试分析：（1）若两孔O1，O2分别都以M面为基准镗孔时,试标注两镗孔工序的工序尺寸?（2）检验孔距时因80±0.08不便直接度量,故选取度量尺寸为A1,试计算其数值。（3）若实测尺寸对A1超差了,能否直接判断该零件为废品?试举例说明。练习：图示为轴套零件，在车床上已加工好外圆，内孔及各面，先须在铣床上铣出右端槽，并保证尺寸5（0～-0.06）及26±0.2，求试切调刀时的度量尺寸H，A及其上下偏差？7.典型零件加工工艺分析轴类零件主要表面及技术要求分析（见图）工艺分析①选择毛坯直径相差不大——热轧圆棒料②确定定位基准两端中心孔③主要表面的加工方法粗车——调质——半精车——磨削④拟定工艺过程套筒类零件主要表面及技术要求分析（见图）工艺分析①选择毛坯小批量小孔径——棒料；大孔径——铸件、锻件、管材；大批量——粉末冶金、挤压②确定定位基准两端中心孔③主要表面的加工方法粗车——调质——半精车——磨削④拟定工艺过程⑴工艺分析：⑵选择毛坯:铸造圆棒料⑶工艺路线设计：铸造→车削→钻孔→开油槽→检验。⑷加工工艺过程练习零件名称：轴套；生产批量：小批；材料：HT200。箱体类零件——壁薄、中空、形状复杂主要表面及技术要求分析（见图）平面精度；孔——形状精度、位置精度工艺分析①选择毛坯铸件②确定定位基准粗基准——孔；精基准——底面、导向面③主要表面的加工方法面：粗刨——精刨；孔：钻扩铰（镗）④拟定工艺过程先面后孔