第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 3.1 概述 3.2 零件圖的工藝分析 3.3 數(shù)控加工內(nèi)容的確定3.4 毛坯的設(shè)計(jì) 3.5 零件加工工藝路線的擬定 3.6 工序設(shè)計(jì) 第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 3.1 概 述一、制訂工藝過程的基本要求制訂工藝過程的基本要求是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，能盡量提高生產(chǎn)率和降低成本。同時(shí)，還應(yīng)注意做到技術(shù)上的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)上的合理性，保證工人具有良好的勞動(dòng)條件。因此，每個(gè)零件一般都應(yīng)草擬幾個(gè)工藝過程方案，經(jīng)過反復(fù)比較，從中選擇一個(gè)切實(shí)可行的最佳方案。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 二、制訂工藝過程的方法步驟編制工藝過程一般可按以下步驟進(jìn)行：(1)零件圖的工藝分析。(2)毛坯設(shè)計(jì)。(3)擬訂零件的加工工藝路線。(4)工序設(shè)計(jì)。(5)填寫工藝過程卡片。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 3.2 零件圖的工藝分析一、零件工藝性的概念零件工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在能滿足使用的前提下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。它包括零件各制造過程中的工藝性，具體有零件結(jié)構(gòu)的鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理、切削加工工藝性等?？梢娏慵に囆陨婕懊婧軓V，具有綜合性，必須全面綜合地分析。在制定機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)主要對(duì)零件切削加工工藝性進(jìn)行分析。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 二、零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析零件結(jié)構(gòu)是指組成零件的各加工面。顯然結(jié)構(gòu)的工藝性會(huì)直接影響零件的工藝性。1零件結(jié)構(gòu)的組成及特點(diǎn)不同零件具有不同的形狀和尺寸。無(wú)論哪種零件，其都是由一些基本的表面和成型表面圍成的。在對(duì)具體零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，首先要分析該零件是由哪些表面組成的，不同形狀的表面要用不同的方法加工。例如，外圓表面一般由車削和磨削加工出來(lái)，內(nèi)孔則多通過鉆、擴(kuò)、鉸、鏜和磨削等加工方法獲得。除表面形狀外，表面尺寸對(duì)加工方法的選擇也有重要的影響。例如，同為內(nèi)孔，大孔多用鏜削，小孔則用鉆、擴(kuò)、鉸的方法加工。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 2零件結(jié)構(gòu)要素的工藝性(1)各要素的形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，面積應(yīng)盡量小，規(guī)格應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一。(2)刀具能正常進(jìn)入、退出和順利通過加工表面。如圖3-1 所示，雙聯(lián)斜齒輪齒圈間軸向距離很小，小齒圈不能用滾齒加工，只能用插齒加工，但插斜齒輪需專用螺旋導(dǎo)軌，因而其結(jié)構(gòu)工藝性不好。若能先分別滾切兩個(gè)齒圈，再將二者焊成一體(為避免熱變形，最好采用電子束焊)，工藝性就較好。(3)減少刀具或工件裝夾次數(shù)，提高工效。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 圖3-1 雙聯(lián)斜齒輪第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 在分析零件的結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要注意零件各個(gè)構(gòu)成表面本身的特征，還要注意這些表面的不同組合。正是這些不同的組合才形成了零件結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。例如，以內(nèi)、外圓為主的表面，既可組成盤、環(huán)類零件，也可構(gòu)成套筒類零件。而套筒類零件既可是一般的軸套，也可以是形狀復(fù)雜的薄壁套筒。上述不同結(jié)構(gòu)的零件在工藝上往往有著較大的差異，在機(jī)械制造中，通常按照零件結(jié)構(gòu)和加工工藝過程的相似性，將各種零件大致分為軸類零件、套類零件、箱體類(腔類)零件、輪盤板類零件、叉桿類零件(雜件)和機(jī)架類零件等。表3-1 列出了最常見的零件切削加工工藝性實(shí)例，供分析時(shí)參考。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 表3-1 零件切削加工工藝性第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 三、零件的技術(shù)要求分析零件的技術(shù)要求包括：主要加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形狀精度；主要加工表面之間的相互位置精度；各加工表面的粗糙度及表面質(zhì)量方面的其他要求；熱處理要求及其他要求。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在分析了零件主要表面的技術(shù)要求之后，對(duì)零件的加工工藝就應(yīng)該有了一個(gè)初步的了解。首先，根據(jù)零件主要表面的精度和表面質(zhì)量的要求，就可以初步確定為達(dá)到這些要求所需的最終加工方法，然后再確定相應(yīng)的中間工序、粗加工工序及所需的加工方法。例如，對(duì)于孔徑不大的IT7 級(jí)精度的內(nèi)孔，最終加工方法取精鉸，那么精鉸孔之前通常要經(jīng)過鉆孔、擴(kuò)孔和粗鉸等加工。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 其次要分析加工表面之間的相對(duì)位置要求，包括表面之間的尺寸聯(lián)系和相對(duì)位置精度。認(rèn)真分析零件圖上尺寸的標(biāo)注及主要表面的位置精度，即可初步確定各加工表面的加工順序。圖樣上給出的零件材料與熱處理要求，是選擇加工方法、確定加工余量、選擇機(jī)床型號(hào)及確定有關(guān)切削用量等的重要依據(jù)，此外對(duì)零件加工工藝路線的安排也有一定的影響。例如，要求滲碳淬火的零件，熱處理后一般變形較大。對(duì)于零件上精度要求較高的表面，工藝上要安排精加工工序(多為磨削加工)，而且要適當(dāng)加大精加工的工序加工余量。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖樣上的視圖、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求有錯(cuò)誤或遺漏，或零件的結(jié)構(gòu)工藝性不好時(shí)，應(yīng)提出修改意見。但在實(shí)際生產(chǎn)中修改時(shí)必須征得設(shè)計(jì)人員的同意，并經(jīng)過一定的批準(zhǔn)手續(xù)，必要時(shí)應(yīng)與設(shè)計(jì)者協(xié)商進(jìn)行改進(jìn)分析，以確保在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，更加容易地將零件制造出來(lái)。在課程設(shè)計(jì)時(shí)必須經(jīng)指導(dǎo)教師同意，以免修改不完善，或是將本來(lái)正確的反倒改錯(cuò)了。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 3.3 數(shù)控加工內(nèi)容的確定一、適合進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容(1)首選內(nèi)容通用機(jī)床無(wú)法加工的內(nèi)容。(2)重點(diǎn)選擇的內(nèi)容通用機(jī)床加工困難、質(zhì)量難以保證的內(nèi)容。(3)可選內(nèi)容在數(shù)控機(jī)床任務(wù)不飽滿時(shí)，可選擇通用機(jī)床加工效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容進(jìn)行加工。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 二、不宜采用數(shù)控加工的內(nèi)容(1)占機(jī)調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。如以毛坯的粗基準(zhǔn)定位加工第一個(gè)精基準(zhǔn)，要用專用工裝協(xié)調(diào)的加工內(nèi)容。(2)加工部位分散，要多次安裝、設(shè)置原點(diǎn)。這時(shí)采用數(shù)控加工很麻煩，效果也不明顯，可安排通用機(jī)床加工。(3)按某些特定的制造依據(jù)(如樣板等)加工的型面輪廓。主要原因是獲取數(shù)據(jù)困難，易與檢驗(yàn)依據(jù)發(fā)生矛盾，增加了編程難度。必須指出的是，在選擇和決定加工內(nèi)容時(shí)，還要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等。既要注意充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用，又要防止把數(shù)控機(jī)床降格為通用機(jī)床使用。總之，要盡量做到合理，以達(dá)到多、快、好、省的目的。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 3.4 毛坯的設(shè)計(jì)一、毛坯的種類零件的毛坯種類主要分為型材、鍛件、鑄件和焊接、沖壓等半成品件。1型材型材是指利用冶金材料廠提供的圓鋼、方鋼、管材、板材等各種形狀截面的材料，經(jīng)過下料以后直接送往加工車間進(jìn)行表面加工的毛坯。熱軋型材的尺寸較大，精度低，多用作一般零件的毛坯；冷軋型材的尺寸較小，精度較高，多用于毛坯精度要求較高的中、小零件，適用于自動(dòng)機(jī)床加工。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 2鍛件經(jīng)型材下料，再通過鍛造獲得合理的幾何形狀和尺寸的零件坯料，稱為鍛件毛坯。鍛件毛坯適用于零件強(qiáng)度較高、形狀較簡(jiǎn)單的零件。尺寸大的零件，因受設(shè)備限制一般用自由鍛；中、小型零件可選模鍛；形狀復(fù)雜的鋼質(zhì)零件不宜用自由鍛。(1)鍛造的目的。零件毛坯的材質(zhì)狀態(tài)如何，對(duì)于零件加工的質(zhì)量和零件使用壽命都有較大的影響。通過鍛造后的毛坯，可打碎型材中的共晶網(wǎng)狀碳化物，并使碳化物分布均勻，晶粒組織細(xì)化，這樣就能充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能，提高零件的加工工藝性和使用壽命。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)(2)鍛件的加工余量。如果鍛件機(jī)械加工的加工余量過大，不僅浪費(fèi)材料，同時(shí)會(huì)造成機(jī)械加工工作量過大，增加機(jī)械加工工時(shí)；如果鍛件的加工余量過小，鍛造過程中產(chǎn)生的鍛造夾層、表層裂紋、氧化層、脫碳層和鍛造不平的現(xiàn)象不能消除，無(wú)法得到合格的零件。3鑄件鑄件是將液體金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)的鑄型中，待其冷凝后獲得合理的幾何形狀和尺寸的零件坯料。鑄件適用于形狀復(fù)雜的毛坯。薄壁零件不可用砂型鑄造；尺寸大的鑄件宜用砂型鑄造；中、小型零件可用較先進(jìn)的精密鑄造方法。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 對(duì)于鑄件的質(zhì)量要求主要有：(1)鑄件的化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)符合圖樣規(guī)定的材料牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。(2)鑄件的形狀和尺寸要求應(yīng)符合鑄件圖的規(guī)定。(3)鑄件的表面應(yīng)進(jìn)行清砂處理，去除結(jié)疤、飛邊和毛刺，其殘留高度應(yīng)小于或等于13 mm。(4)鑄件內(nèi)部，特別是靠近工作面處不得有氣孔、砂眼、裂紋等缺陷；非工作面不得有嚴(yán)重的疏松和較大的縮孔。(5)鑄件應(yīng)及時(shí)進(jìn)行熱處理，鑄鋼件應(yīng)依據(jù)牌號(hào)確定熱處理工藝。熱處理工藝一般以完全退火為主，退火后的硬度應(yīng)小于229HB。鑄鐵件應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力和改善加工性能，鑄鐵件熱處理后的硬度應(yīng)小于269HB。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 4焊接件焊接件毛坯可由型材、鍛件、鑄鋼件等焊接組合而成，對(duì)于大件來(lái)說，焊接件簡(jiǎn)單、方便，特別是單件小批生產(chǎn)可大大縮短生產(chǎn)周期。但焊接后變形大，需經(jīng)時(shí)效處理。5沖壓件板材冷沖壓毛坯可以非常接近零件成品要求，適用于形狀復(fù)雜的板料零件，多用于中、小尺寸件的大批大量生產(chǎn)。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 二、毛坯種類的選擇(1)根據(jù)圖紙規(guī)定的材料及機(jī)械性能選擇。圖紙標(biāo)定的材料基本確定了毛坯的種類。例如，材料是鑄鐵，就要用鑄造毛坯；材料是鋼材，若力學(xué)性能要求高，可選鍛件；若力學(xué)性能要求較低，可選型材或鑄鋼。(2)根據(jù)零件的功能選擇。主要根據(jù)工作條件、材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三者綜合考慮。如材料為45鋼，則軸以鍛件為主；光軸也可用圓鋼，各臺(tái)階直徑相差不大的，可用棒料；各臺(tái)階的直徑相差較大，宜用鍛件；中小齒輪多用鍛件做毛坯，大齒輪常用鑄鋼件做毛坯。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)(3)根據(jù)生產(chǎn)類型選擇。大量生產(chǎn)應(yīng)選精度和生產(chǎn)率都較高的毛坯制造方法。如鑄件應(yīng)采用金屬模機(jī)器造型或精密鑄造；鍛件應(yīng)采用模鍛或冷軋、冷拉型材等。單件小批生產(chǎn)則應(yīng)采用木模手工造型的鑄件或自由鍛鍛件。(4)根據(jù)具體生產(chǎn)條件選擇。確定毛坯必須結(jié)合具體生產(chǎn)條件，如現(xiàn)場(chǎng)毛坯制造的實(shí)際水平和能力、外協(xié)的可能性等。有條件時(shí)，應(yīng)積極組織地區(qū)專業(yè)化生產(chǎn)，統(tǒng)一供應(yīng)毛坯。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 三、毛坯的形狀和尺寸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)毛坯的形狀、確定毛坯尺寸總的要求是：減少“肥頭大耳”，實(shí)現(xiàn)少無(wú)屑加工，使毛坯的形狀力求接近成品形狀，以減少機(jī)械加工的勞動(dòng)量。采用鍛件、鑄件毛坯時(shí)，因鍛模時(shí)的欠壓量與允許的錯(cuò)模量的不等；鑄造時(shí)會(huì)因砂型誤差、收縮量及金屬液體的流動(dòng)性差不能充滿型腔等造成余量的不等；鍛造、鑄造后，毛坯的撓曲與扭曲變形量的不同也會(huì)造成加工余量不充分、不穩(wěn)定。因此，除板料外，不論是鍛件、鑄件還是型材，只要準(zhǔn)備采用數(shù)控加工，其加工表面均應(yīng)有較充分的余量。同時(shí)，當(dāng)鑄、鍛坯件的加工余量過大或很不均勻時(shí)，若采用數(shù)第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 控加工，則既不經(jīng)濟(jì)，又會(huì)降低機(jī)床的使用壽命。所以毛坯的形狀要力求接近成品形狀，一方面加工余量應(yīng)充分、均勻，另一方面余量還不能過大。此外，設(shè)計(jì)毛坯的形狀和尺寸時(shí)，以下幾種特殊情況應(yīng)加以注意：(1)尺寸小或薄的零件，為便于裝夾并減少夾頭，可多個(gè)工件連在一起由一個(gè)毛坯制出。(2)裝配后形成同一工作表面的兩個(gè)相關(guān)零件，如開合螺母外殼、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿和曲軸軸瓦蓋、對(duì)合軸瓦等毛坯都是兩件合制的。為保證加工質(zhì)量并使加工方便，常把兩件合為一個(gè)整體毛坯，加工到一定階段后再切開。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)(3)對(duì)于在加工時(shí)不便裝夾的毛坯，可考慮在毛坯上另外增加裝夾余量或工藝凸臺(tái)、工藝凸耳等。如圖3-2(a)所示的電動(dòng)機(jī)端蓋，在加工中心上一次安裝可完成所有加工端面及孔的加工。但表面上無(wú)合適的定位基準(zhǔn)，因此，在分析零件圖時(shí)，可向設(shè)計(jì)部門提出，改成圖3-2(b)所示的結(jié)構(gòu)，增加三個(gè)工藝凸臺(tái)，以此作為定位基準(zhǔn)。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 圖3-2 電動(dòng)機(jī)端蓋簡(jiǎn)圖第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 四、毛坯圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)毛坯圖的內(nèi)容包括毛坯形狀、尺寸及公差，分型(分模)面及澆冒口位置，拔模斜度及圓角，毛坯組織、硬度，表面及內(nèi)部缺陷等技術(shù)要求。它是毛坯制造、模具設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝規(guī)程編制的依據(jù)。毛坯圖的繪制步驟如下：(1)用雙點(diǎn)劃線畫出簡(jiǎn)化了次要細(xì)節(jié)的零件圖的主要視圖，將確定的加工余量疊加在各相應(yīng)被加工表面上，即得到毛坯輪廓，輪廓線用粗實(shí)線表示。(2)為表達(dá)清楚零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可畫出必要的剖視圖。第三章 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)(3)在圖上標(biāo)出毛坯主要尺寸及公差，加工后零件的尺寸要括在括號(hào)內(nèi)，作為參考尺寸注在毛坯尺寸之下。(