1、第第3章机械制造工艺规程的编制章机械制造工艺规程的编制 3.1概述概述 3.2机械加工工艺规程的制定机械加工工艺规程的制定 3.3装配工艺规程装配工艺规程 思考与练习题思考与练习题 3.13.1概述概述3.1.13.1.1工艺规程的内容、作用、种类和格式工艺规程的内容、作用、种类和格式一个零件可以用几种不同的加工工艺来制造。在一定的生产条件下,确定一种较合理的加工工艺,将它写成表格形式的技术文件来指导生产,这类文件称为机械加工工艺规程(简称工艺规程)。其主要内容有:零件的加工工艺顺序、各道工序的具体内容、工序尺寸及切削用量、各道工序采用的设备和工艺装备以及工时定额等。工艺规程是机械制造厂最重要
2、的技术文件之一,是工厂规章条例的重要组成部分,其具体作用如下:(1)它是指导生产的主要技术文件。无论生产规模大小,都必须有工艺规程,否则生产调度、技术准备、器材配置等都无法安排,生产将陷入混乱。工人只有按照它进行生产,才能保证产品质量的稳定、较高的生产率和较好的经济效果。(2)它是生产组织和管理工作的基本依据。生产计划部门将根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作,如安排原材料的供应、通用工装设备的准备、专用工装设备的设计与制造、生产计划的编排、经济核算等工作。生产中对工人业务的考核也是以工艺规程为主要依据的。(3)它是新建和扩建工厂的基本资料。新建或扩建工厂或车间时,要根据工艺规程来确定
3、所需要的机床设备的品种和数量、机床的布置、占地面积、辅助部门的安排等。将工艺规程的内容填入一定格式的卡片,即成为工艺文件。常用的工艺文件有以下几种卡片:(1)机械加工工艺过程卡。工艺过程卡主要列出了零件加工所经过的整个路线(称为工艺路线),以及工装设备和工时等内容。每个零件编制一份,每道工序只写出其名称及设备、工装及工时定额等,而不写工序的详细内容,所以它只供生产管理部门应用,一般不能直接指导工人操作。在单件小批生产中,通常不编制其他较详细的工艺文件,而是以这种卡片指导生产,这时应编制得详细些。机械加工工艺过程卡的基本格式如表31所示。(2)机械加工工艺卡。工艺卡是以工序为单位,详细说明零件工
4、艺过程的工艺文件。它用来指导工人操作,帮助管理人员及技术人员掌握零件加工过程,广泛用于批量生产的零件和小批生产的重要零件。工艺卡的基本格式见表32。表31机械加工工艺过程卡 产品型号 零(部)件图号 共 页 机械加工工艺过程卡片 产品名称 零(部)件名称 第 页 材料牌号 毛坯种类 毛坯外 形尺寸 每毛坯 制件数 每台 件数 备注 工时 工序号 工序 名称 工序内容 车间 工段 设备 工艺装备 准终 单件 编制(日期)审核(日期)会签(日期)标记 处数 更改 文件号 签字 日期 标记 处数 更改 文件号 签字 日期 表表32机械加工工艺卡机械加工工艺卡 产品型号 零(部)件图号 共 页 机械加
5、工工艺卡片 产品名称 零(部)件名称 第 页 材料牌号 毛坯种类 毛坯外 形尺寸 每毛坯 制件数 每台 件数 备注 切削用量 工艺装备名称 及编号 工时定额 工序 装夹 工步 工序内容 同时 加工 零件数 切削深度/mm 切削速度/(m/min)每分钟转数 或往复次数 进给量/(mm 或 mm/双行程)设备 名称及 编号 夹具 刀具 量具 技 术 等 级 单件 准终 编制(日期)审核(日期)会签(日期)标记 处数 更改 文件号 签字 日期 标记 处数 更改 文件号 签字 日期 (3)机械加工工序卡。工序卡是用来具体指导工人操作的一种最详细的工艺文件,每一道工序编写一张工序卡片。在这种卡片上,要
6、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度要求、工件的装夹方式、切削用量、工装设备等内容。在大批大量生产或中批生产重要零件时都要采取这种卡片,其基本格式见表33。表表33机械加工工序卡机械加工工序卡 产品型号 零(部)件图号 共 页 机械加工工序卡片 产品名称 零(部)件名称 第 页 材料牌号 毛坯种类 毛坯外 形尺寸 每毛坯 制件数 每台 件数 备注 车间 工序号 工序名称 材料牌号 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每坯件数 每台件数 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 夹具编号 夹具名称 冷却液 工序工时 准终 单件(工序图)工时定额 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速/
7、(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)切削深度/mm 进给 次数 机动 辅助 编制(日期)审核(日期)会签(日期)标记 处数 更改 文件号 签字 日期 标记 处数 更改 文件号 签字 日期 3.1.23.1.2工艺规程制定的原则、步骤工艺规程制定的原则、步骤工艺规程制定的原则是优质、高产、低成本,即在保证产品质量的前提下,争取最好的经济效益。在制定工艺规程时应注意以下问题:(1)技术上的先进性。在制定工艺规程时,要了解国内外本行业的工艺技术的发展水平,通过必要的工艺试验,积极采用先进的工艺和工艺装备。(2)经济上的合理性。在一定的生产条件下,可能会出现几种能保证零件技术要求
8、的工艺方案,此时应通过核算或相互对比,选择经济上最合理的方案,使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。(3)有良好的劳动条件。在制定工艺规程时,要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此,在工艺方案上要注意采用机械化或自动化措施,以减轻工人繁杂的体力劳动。工艺规程的制定可以按下列步骤进行:(1)研究分析产品装配图和零件图。主要包括零件的加工工艺性、装配工艺性、主要加工表面及技术要求,了解零件在产品中的功用。(2)确定毛坯的类型、结构形状、制造方法等。(3)选择定位基准。(4)拟定工艺路线。(5)确定加工余量和工序尺寸。(6)确定切削用量和工时定额。(7)确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具
9、。(8)确定各工序的技术要求及检验方法。(9)填写工艺文件。3.2机械加工工艺规程的制定机械加工工艺规程的制定 3.2.13.2.1图样分析图样分析在编制零件的机械加工工艺规程之前,必须先研究零件的工作图及产品装配图,了解该产品的作用及其工作条件,检查零件图的完整性和正确性,从加工制造的角度来分析审查零件的结构、尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、材料及热处理等技术要求是否合理,是否便于加工和装配。往往改善了零件的结构工艺性,可以大大减少加工工时,简化工装并降低成本。如果是新产品的图样,则更须经过工艺分析和审查,如发现问题,可以和设计人员商量作出修改。其次,通过工艺分析后对零件有更深入的了解,才可
10、能制订出合理的工艺规程。3.2.23.2.2毛坯选定毛坯选定毛坯的选择是否合适,将直接影响零件的质量、生产率和生产成本。毛坯的形状和尺寸越接近零件,毛坯的公差越小,则原材料的消耗、加工工时都将减少,生产率才会提高。但精确的毛坯的制造费用将增加,应该根据产品的生产纲领,综合分析计算各项费用,以确定最佳经济效果的毛坯制造方案。选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冷冲压件和型材等。选择毛坯时应考虑的因素主要有以下几点:(1)生产纲领的大小。(2)零件的材料及机械性能要求。(3)零件的结构形状与大小。(4)现有生产条件。(5)充分利用新工艺、新材料。
11、毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定,有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等工艺因素的影响。在这种情况下,毛坯的形状可能与工件的形状有所不同。例如,为了加工时方便,有些铸件的毛坯需铸出必要的工艺凸台,如图31所示,工艺凸台在零件加工后一般应切去,如对使用和外观没有影响也可保留在零件上。图31小刀架的工艺凸台 3.2.33.2.3工件装夹方式工件装夹方式机械加工时,为使工件的被加工表面获得规定的尺寸和位置要求,需要确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置,该过程称为定位。在加工过程中,工件在各种力的作用下应当保持这一正确位置始终不变,这就需要夹紧。工件的装
12、夹过程就是工件在机床上或夹具中定位并夹紧的过程。工件在机床上装夹好以后,才能进行机械加工。工件的定位是通过定位基准与定位元件的紧密贴合来实现的,这就必须掌握基准的概念。1.1.基准及其分类基准及其分类所谓基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面的。工件是一个几何实体,它是由一些几何元素(点、线、面)构成的。其上任何一个点、线、面的位置总是用它与另外一些点、线、面的相互关系(如尺寸、平行度、同轴度等)来确定的。用来确定生产对象(工件)上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面叫做基准。根据基准的作用不同,可分为两类:设计基准和工艺基准。1)设计基准在设计图样上所采用的
13、基准为设计基准。如图32所示的轴套零件,外圆和内孔的设计基准是它们的轴心线;端面A是端面B、C的设计基准;内孔D的轴心线是25h6外圆径向圆跳动的设计基准。图32轴套 对于某一个位置要求(包括两个表面之间的尺寸或者位置精度)而言,在没有特殊指明的情况下,它所指向的两个表面之间常常是互为设计基准的。如图32所示,对于尺寸40mm来说,A面是C面的设计基准,也可以认为C面是A面的设计基准。作为设计基准的点、线、面在工件上有时不一定具体存在,例如表面的几何中心、对称线、对称面等,而常常由某些具体表面来体现,这些具体表面称为基面。2)工艺基准所谓工艺基准是在工艺过程中用来确定加工表面加工后尺寸、形状、
14、位置的基准。按其用途不同又可分为定位基准、测量基准、装配基准和工序基准。(1)定位基准。在加工中用作定位的基准,称为定位基准。定位基准一般是由工艺人员选定的,它对于获得零件加工后的尺寸和位置精度起着重要作用。(2)测量基准。测量工件时所采用的基准,称为测量基准。如图32所示,工件以内孔套在心轴上测量外圆25h6的径向圆跳动,则内孔为外圆的测量基准;用卡尺测得尺寸为15mm和40mm,表面A是表面B、C的测量基准。(3)装配基准。装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准,称为装配基准。如箱体零件的底面、主轴的轴颈以及齿轮的孔和端面等。(4)工序基准。在工序图上,用来确定本工序所加工
15、表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。工序基准应当尽量与设计基准相重合,当考虑定位或试切测量方便时也可以与定位基准或测量基准相重合。2.2.工件的装夹方法工件的装夹方法根据定位的特点不同,工件在机床上的装夹一般有三种方法:直接找正法、划线找正法和夹具装夹法。(1)直接找正法。直接找正法是指利用百分表、划针或目测等方法在机床上直接找正工件加工面的设计基准使其获得正确位置的方法。在这种装夹方式中,被找正的表面就是工件的定位基准。如图33所示的套筒零件,为了保证磨孔时的加工余量均匀,先将套筒预夹在四爪单动卡盘中,用划针或百分表找正内孔表面,使其轴线与机床回转中心同轴,然后夹紧工件。此时定位
16、基准就是内孔而不是支承表面外圆。这种方法适用于单件小批生产,但是当工件加工要求特别高,而又没有专门的高精度设备或装备时,也可以采用这种方式,此时必须由技术熟练的工人使用高精度的量具仔细地操作。图33直接找正装夹(2)划线找正法。这种装夹方式是先按加工表面的要求在工件上划线,加工时在机床上按线找正以获得工件的正确位置。图34所示为在牛头刨床上按划线找正装夹。找正时可在工件底面垫上适当的纸片或铜片以获得正确的位置,也可将工件支承在几个千斤顶上,通过调整千斤顶的高低以获得工件的正确位置。此时支承工件的底面不起定位作用,定位基准即为所划的线。此法受到划线精度的限制,定位精度比较低,多用于批量较小、毛坯
17、精度较低以及大型零件的粗加工中。图34划线找正装夹(3)使用夹具定位。即是直接利用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的定位方法。机床夹具是指在机械加工工艺过程中用以装夹工件的机床附加装置。常用的有通用夹具和专用夹具两种。车床的三爪自定心卡盘和铣床用平口台虎钳便是最常用的通用夹具。图35所示的钻模是专用夹具的一个例子。从图可以看出,工件4以其内孔为定位基准套在夹具定位销2上定位,用螺母和压板夹紧工件,钻头通过钻套3引导,在工件上钻孔。图35用夹具装夹工件 3.2.43.2.4定位与定位基准的确立定位与定位基准的确立1.1.六点定位原则六点定位原则任何一个工件，如果对其不加任何限制，那么它的位置都
18、是不确定的。如图 3-6 所示，将未定位的工件(长方体)放在空间直角坐标系中，长方体可以沿 X，Y，Z 轴移动有不同的位置，也可以绕 X，Y，Z 轴转动有不同的位置，分别用X，Y，Z和，表示。用以描述工件位置不确定性的X，Y，Z，合称为工件的六个自由度。其中X，Y，Z称为工件沿 X，Y，Z 轴的移动自由度，称为工件绕 X，Y，Z 轴的转动自由度。图36未定位工件的六个自由度 工件要正确定位首先要限制工件的自由度。设空间有一固定点，长方体的底面与该点保持接触，那么长方体沿 Z 轴的移动自由度即被限制了。如果按图 3-7 所示设置六个固定点，长方体的三个面分别与这些点保持接触，长方体的六个自由度均
19、被限制。其中 XOY 平面上的呈三角形分布的三点限制了Z，三个自由度；YOZ 平面内的水平放置的两个点，限制了X，两个自由度；XOZ 平面内的一点，限制了Y一个自由度。限制三个或三个以上自由度的称为主要定位基准。这种用适当分布的六个支承点限制工件六个自由度的原则称为六点定位原则。图37长方体定位时支承点的分布 支承点的分布必须适当,否则六个支承点限制不了工件的六个自由度。如图38所示,XOY平面内的三点不应在一直线上,同理,YOZ平面内的两点不应垂直分布。六点定位原则是工件定位的基本法则,用于实际生产时起支承作用的是有一定形状的几何体,这些用于限制工件自由度的几何体即为定位元件。表34为常用定
20、位元件能限制的工件自由度。表34常用定位元件能限制的工件自由度 工件定位基面 定位元件 定位简图 定位元件特点 限制的的自由度 支承钉 1,2,3Z，4,5X，6Y 平面 支承板 1,2Z，3X，短销（短心轴）YX,定位销（心轴）长销（长心轴）YX,，ZYX,圆孔 锥销 1 固定销 2 活动销 ZYX,，短套 ZX,定位套 长套 ZX,，短半圆套 ZX,半圆套 长半圆套 ZX,，ZYX,锥套 1 固定锥套 2 活动锥套 ZYX,，短支承板 或支承钉 Z 支承板或 支承钉 长支承板或 两个支承钉 Z，窄 V 形块 ZX,外圆柱面 V 形块 宽 V 形块 ZX,，表34常用定位元件能限制的工件自由
21、度 2.2.由工件加工要求确定工件应限制的自由度数由工件加工要求确定工件应限制的自由度数工件应被限制的自由度与工件被加工面的位置要求存在对应关系。工件定位时,影响加工精度要求的自由度必须限制;不影响加工精度要求的自由度可以限制也可以不限制,视具体情况而定。按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度是工件定位中应解决的首要问题。如图 3-8 所示为加工压板导向槽的示例。由于要求槽深方向的尺寸 A2，故要求限制 Z 方向的移动自由度Z；由于要求槽底面与 C 面平行，故绕 X 轴的转动自由度 和绕 Y 轴的转动自由度要限制；由于要保证槽长 A1，故在 X 方向的移动自由度X要限制；由于导向槽要在压板的
22、中心，与长圆孔一致，故在 Y 方向的移动自由度Y和绕 Z 轴的转动自由度 要限制。这样，在加工导向槽时，六个自由度都应限制。这种六个自由度都被限制的定位方式称为完全定位。图38零件加工定位分析 如果某一个自由度同时由多于一个的定位元件来限制，这种定位方式称为过定位或重复定位。图 3-9 所示为一个零件在X自由度上有左右两个支承点限制，这就产生了过定位。图 3-10 所示是齿坯定位的示例。其中图（a）是短销和大平面定位，大平面限制了Z，三个自由度，短销限制了X，Y两个自由度，无过定位；图（b）是长销和小平面定位，长销限制了X，Y，四个自由度，小平面限制了Z一个自由度，因此也无过定位；图（c）是长
23、销和大平面定位，长销限制X，Y，四个自由度，大平面限制Z，三个自由度，其中，为两个定位元件所限制，所以产生了过定位。图39过定位示例 图310过定位情况分析 由于过定位的影响,可能会发生工件不能装入、工件或夹具变形等后果,破坏工件的正确定位。因此当出现过定位时,应采取有效的措施消除或减小过定位的不良影响。消除或减小过定位的不良影响一般有如下两种措施。提高工件定位基准之间与定位元件之间的位置精度。如图310(d)和(e)所示,如能提高工件内孔与端面的垂直度和提高定位销与定位平面的垂直度,也能减小过定位的不良影响。改变定位装置结构。如图 3-11 所示，使用球面垫圈，消除，两个自由度的重复限制，避
24、免了过定位的不良影响。图311消除过定位的措施 3.3.定位基准的选择定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分。选择定位基准时,是从保证工件加工精度要求出发的,因此,定位基准的选择应先选择精基准,再选择粗基准。在加工起始工序中,只能用毛坯上未曾加工过的表面作为定位基准,则该表面称为粗基准。利用已加工过的表面作为定位基准,则称为精基准。1)粗基准的选择选择粗基准时主要考虑两个问题:一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求;二是合理分配各加工面的加工余量。具体选择时参考下列原则。(1)对于同时具有加工表面和不加工表面的零件,为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度,应选择不加工表面作为粗
25、基准，如图312(a)所示。如果零件上有多个不加工表面,则以其中与加工表面相互位置精度要求较高的表面作为粗基准，如图312(b)所示。该零件有三个不加工表面,若要求表面4与表面2所组成的壁厚均匀,则应选择不加工表面2作为粗基准来加工台阶孔。图图312粗基准的选择粗基准的选择(2)对于具有较多加工表面的工件,选择粗基准时,应考虑合理分配各加工表面的加工余量。合理分配加工余量是指以下两点：应保证各主要表面都有足够的加工余量。为满足这个要求,应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准。如图312(c)所示的阶梯轴,应选择55mm外圆表面作为粗基准。对于工件上的某些重要表面(如导轨和重要孔等),为了尽可能使其
26、表面加工余量均匀,则应选择重要表面作为粗基准。如图313所示的床身导轨表面是重要表面,要求耐磨性好,且在整个导轨面内具有大体一致的力学性能。因此,在加工导轨时,应选择导轨表面作为粗基准加工床身底面,如图313(a)所示,然后以底面为基准加工导轨平面,如图313(b)所示,这样保证导轨面加工时余量均匀。图313床身加工粗基准选择(3)粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上,粗基准通常只能使用一次,以免产生较大的定位误差。如图314所示的小轴加工,如重复使用B面加工A面、C面,则A面和C面的轴线将产生较大的同轴度误差。(4)选作粗基准的平面应平整,没有浇冒口或飞边等缺陷,以便定位可靠、装夹方便。图
27、314 重复使用粗基准示例2)精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精度出发,同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则。(1)“基准重合”原则。为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求,应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合,则会增大定位误差。(2)“基准统一”原则。当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其他表面时,应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位,这就是“基准统一”原则。例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准;齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。采用“基准统一”原
28、则可减少工装设计制造的费用,提高生产率,并可避免因基准转换所造成的误差。(3)“自为基准”原则。当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时,应选择加工表面本身作为定位基准,这就是“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时,就以床身导轨面作为定位基准,如图315所示。此时床脚平面只是起一个支承平面的作用,它并非是定位基准面。此外,用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉孔、用无心磨床磨外圆、珩磨内孔等均为自为基准的实例。图315机床导轨面自为基准示例(4)“互为基准”原则。为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度,可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时,先以内孔定位加工齿形面,齿面淬硬后需进行磨齿。
29、因齿面淬硬层较薄,所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔,再以内孔为定位基准磨齿面,从而保证齿面的磨削余量均匀,且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。(5)精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。如图316(b)所示,当加工C面时,如果采用“基准重合”原则,则选择B面作为定位基准,工件装夹如图317所示,这样不但工件装夹不便,夹具结构也较复杂。但如果采用如图316(a)所示的以A面定位,虽然夹具结构简单、装夹方便,但基准不重合,定位误差较大。图316不同标注对定位基准的影响 图317基准重合装夹示例 3)辅助基准的应用工件定位时,为了保证加工表面的位置精度,大多优先选
30、择设计基准或装配基准作为主要定位基准,这些基准一般为零件上的主要表面。但有些零件在加工中,为装夹方便或易于实现基准统一,人为地制造一种定位基准。如毛坯上的工艺凸台和轴类零件加工时的中心孔。这些表面不是零件上的工作表面,只是为满足工艺需要而在工件上专门设计的定位基准称为辅助基准。此外某些零件上的次要表面(非配合表面),因工艺上宜作定位基准而提高其加工精度和表面质量以便定位时使用,这种表面也称为辅助基准。例如,丝杠的外圆表面,从螺纹副的传动来看,它是非配合的次要表面,但在丝杠螺纹的加工中,外圆表面往往作为定位基准,它的圆度和圆柱度直接影响到螺纹的加工精度,所以要提高外圆的加工精度,并降低其表面粗糙
31、度值。3.2.53.2.5工艺路线的拟定工艺路线的拟定1.1.表面加工方法的选择表面加工方法的选择选择表面加工方法时,一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求,选定最终加工方法,然后再确定精加工前的准备工序的加工方法,即确定加工方案。由于获得同一精度和同一粗糙度的方案有好几种,选择时还要考虑生产率和经济性,考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等。详见第二章内容。2.加工阶段的划分当零件表面精度和粗糙度要求比较高时,往往不可能在一个工序中加工完成,而划分为几个阶段来进行加工。1)工艺过程的四个加工阶段(1)粗加工。主要切除各表面上的大部分加工余量,使毛坯形状和尺寸接近于
32、成品。该阶段的特点是使用大功率机床,选用较大的切削用量,尽可能提高生产率和降低刀具磨损等。(2)半精加工。完成次要表面的加工,并为主要表面的精加工做准备。(3)精加工。保证主要表面达到图样要求。(4)光整加工。对表面粗糙度及加工精度要求高的表面,还需进行光整加工。这个阶段一般不能用于提高零件的位置精度。2)划分加工阶段的意义(1)有利于保证加工质量。工件在粗加工后,由于加工余量较大,所受的切削力、夹紧力也较大,将引起较大的变形及内应力重新分布。如不分粗精阶段进行加工,上述变形来不及恢复,将影响加工精度。而划分加工阶段后,能逐步恢复和修正变形,提高加工质量。(2)便于合理使用设备。粗加工要求采用
33、刚性好、效率高而精度较低的机床,精加工则要求机床精度高。划分加工阶段后,可以避免以精干粗,充分发挥机床的性能,延长机床使用寿命。(3)便于安排热处理工序和检验工序。如粗加工阶段之后,一般要安排去应力的热处理,以消除内应力。某些零件精加工前要安排淬火等最终热处理,其变形可通过精加工予以消除。(4)便于及时发现缺陷及避免损伤已加工表面。毛坯经粗加工阶段后,缺陷即已暴露,可以及时发现和处理。同时,精加工工序放在最后,可以避免加工好的表面在搬运和夹紧中受损伤。在拟定零件的工艺路线时,一般应遵循划分加工阶段这一原则,但具体应用时要灵活处理。例如对一些精化毛坯,加工精度要求较低而刚性又好的零件,可不必划分
34、加工阶段。又如对于一些刚性较好的重型零件,由于吊装较困难,往往不划分加工阶段而在一次装夹后完成粗精加工。3.3.加工顺序的安排加工顺序的安排总的原则是前面的工序为后续工序创造条件,作为基准的准备。1)切削加工顺序安排的原则(1)先粗后精。零件的加工一般应划分加工阶段,先进行粗加工,然后进行半精加工,最后是精加工和光整加工,应将粗精加工分开进行。(2)先主后次。先考虑主要表面的加工,后考虑次要表面的加工。主要表面加工容易出废品,应放在前阶段进行,以减少工时的浪费。应当指出,先主后次的原则应正确理解和应用。次要表面一般加工量较小,加工比较方便,因此把次要表面加工穿插在各加工阶段中进行,这样既能使加
35、工阶段更明显且能顺利进行,又能增加加工阶段的时间间隔,可以有足够的时间让残余应力重新分布并使其引起的变形充分表现,以便在后续工序中修正。(3)先面后孔。先加工平面,后加工孔。因为平面一般面积较大,轮廓平整,先加工好平面,便于加工孔时的定位装夹,利于保证孔与平面的位置精度,同时也给孔的加工带来方便。另外,由于平面已加工好,对于平面上的孔加工时,使刀具的初始工作条件得到改善。(4)先基准后其他。用作精基准的表面,要首先加工出来。所以第一道工序一般进行定位基面的粗加工或半精加工(有时包括精加工),然后以精基面定位加工其他表面。2)热处理工序的安排热处理的目的是提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金
36、属的切削加工性。按照热处理目的的不同,热处理工艺可分为两大类:预备热处理和最终热处理。(1)预备热处理。预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。其热处理工艺有退火、正火、时效、调质等。退火和正火。退火和正火用于经过热加工的毛坯。含碳量高于0.5%的碳钢和合金钢,为降低其硬度使其易于切削,常采用退火处理;含碳量低于0.5%的碳钢和合金钢,为避免其硬度过低切削时粘刀,一般采用正火处理。退火和正火尚能细化晶粒、均匀组织,为以后的热处理做准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前进行。时效处理。时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。为减少运输工
37、作量,对于一般精度的零件,在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较高的零件(如坐标镗床的箱体等),应安排两次或数次时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。对于一些刚性较差的精密零件（铸体除外）,如精密丝杠。为消除加工中产生的内应力,稳定零件加工精度,常在粗加工、半精加工之间安排多次时效处理。有些轴类零件加工,在校直工序后也要安排时效处理。调质。调质即是在淬火后进行高温回火处理,它能获得均匀细致的回火索氏体组织,为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形做准备,因此调质也可作为预备热处理。由于调质后零件的综合力学性能较好,对某些硬度和耐磨性要求不高的零件,也可作为最终热处理工序。(2)最终热处
38、理。最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能。淬火。淬火有表面淬火和整体淬火。其中表面淬火因为其变形小、氧化及脱碳较少而应用较广,而且表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好,而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。为提高表面淬火零件的机械性能,常需进行调质或正火等热处理作为预备热处理。其一般工艺路线为:下料锻造正火(退火)粗加工调质半精加工表面淬火精加工。渗碳淬火。渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢,先提高零件表层的含碳量,经淬火后使表层获得高的硬度,而心部仍保持一定的强度及较高的韧性和塑性。渗碳分整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施(镀铜或镀防渗材料)。由于渗碳淬火变形
39、大,且渗碳深度一般在0.52mm之间,所以渗碳工序一般安排在半精加工和精加工之间。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。当局部渗碳零件的不渗碳部分,采用加大余量后切除多余的渗碳层的工艺方案时,切除多余渗碳层的工序应安排在渗碳后,淬火前进行。渗氮处理。渗氮是使氮原子渗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。由于渗氮处理温度较低、变形小、且渗氮层较薄(一般不超过0.60.7mm),渗氮工序应尽量靠后安排。为减小渗氮时的变形,在切削后一般需进行消除应力的高温回火。(3)辅助工序的安排。辅助工序一般包括去毛刺、倒棱、清洗、防锈
40、、退磁、检验等。其中检验工序是主要的辅助工序,它对产品的质量有着极重要的作用。检验工序一般安排如下：在关键工序或工序较长的工序前后。在零件换车间前后,特别是进行热处理工艺前后。在加工阶段前后。如在粗加工后精加工前。在零件全部加工完毕之后。4.4.工序集中和工序分散工序集中和工序分散在划分了加工阶段以及各表面加工先后顺序后,就可以把这些内容组成为各个工序。在组成工序时,有两条原则:即工序集中和工序分散。工序集中就是将工件加工内容集中在少数几道工序内完成,每道工序的加工内容较多。工序分散就是将工件加工内容分散在较多的工序中进行,每道工序的加工内容较少,最少时每道工序只包含一个简单工步。工序集中可用
41、多刀刃、多轴机床、自动机床、数控机床和加工中心等技术措施集中,称为机械集中;也可采用普通机床顺序加工,称为组织集中。工序集中有如下特点:(1)在一次装夹中可完成零件多个表面的加工,可以较好地保证这些表面的相互位置精度,同时减少了装夹时间和减少工件在车间内的搬运工作量,利于缩短生产周期。(2)减少机床数量,并相应减少操作工人,节省车间面积,简化生产计划和生产组织工作。(3)可采用高效率的机床或自动线、数控机床等,生产率高。(4)因为采用专用设备和工艺装备,使投资增大,调整和维修复杂,生产准备工作量大。工序分散有如下的特点:(1)机床设备及工艺装备简单,调整和维修方便,工人易于掌握,生产准备工作量
42、少,便于平衡工序时间。(2)可采用最合理的切削用量,减少基本时间。(3)设备数量多,操作工人多,占用场地大。工序集中和工序分散各有利弊,应根据生产类型、现有生产条件、企业能力、工件结构特点和技术要求等进行综合分析,择优选用。单件小批生产采用通用机床顺序加工,使工序集中,可以简化生产计划和组织工作。多品种小批量生产也可采用数控机床等先进的加工方法。对于重型工件,为了减少工件装卸和运输的劳动量,工序应适当集中。大批大量生产的产品,可采用专用设备和工艺装备,如多刀、多轴机床或自动机床等,将工序集中,也可将工序分散后组织流水生产。但对一些结构简单的产品,如轴承和刚性较差、精度较高的精密零件,则工序应适
43、当分散。3.2.63.2.6工序内容的确定工序内容的确定1.1.机床与工艺装备的选择机床与工艺装备的选择机床与工艺装备是零件加工的物质基础,是加工质量和生产率的重要保障。机床与工艺装备包括机械加工过程中所需的机床、夹具、量具、刀具等。机床和工艺装备的选择是制定工艺规程的一个重要环节,对零件加工的经济性也有重要影响。为了合理的选择机床和工艺装备,必须对各种机床的规格、性能和工艺装备的种类、规格等进行详细的了解。1)机床的选择在工件的加工方法确定以后,加工工件所需的机床就已基本确定。由于同一类型的机床中有多种规格,其性能也并不完全相同,所以加工范围和质量各不相同,只有合理地选择机床,才能加工出理想
44、的产品。在对机床进行选择时,除对机床的基本性能有充分了解之外,还要综合考虑以下几点：(1)机床的技术规格要与被加工的工件尺寸相适应。(2)机床的精度要与被加工的工件要求精度相适应。机床的精度过低,不能加工出设计的质量;机床的精度过高,又不经济。对于由于机床局限,理论上达不到应有加工精度的,可通过工艺改进的办法达到目的。(3)机床的生产率应与被加工工件的生产纲领相适应。(4)机床的选用应与自身经济实力相适应。既要考虑机床的先进性和生产的发展需要,又要实事求是,减少投资。要立足于国内,就近取材。(5)机床的使用应与现有生产条件相适应。应充分利用现有机床,如果需要改造机床或设计专用机床,则应提出与加
45、工参数和生产率有关的技术资料,确保零件加工质量的技术要求等。2)工艺装备的选择(1)夹具的选择:单件小批量生产应尽量选用通用夹具,如卡盘、台虎钳和转台。大批量生产时,应采用高生产率的专用机床夹具;在推行计算机辅助制造,成组技术等新工艺或为提高生产效率时,应采用成组夹具、组合夹具。夹具的精度应与零件的加工精度相适应。(2)刀具的选择:一般选用标准刀具,刀具选择时主要考虑加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度、表面粗糙度、生产率和经济性等因素。在组合机床上加工时,由于机床按工序集中原则组织生产。考虑到加工质量和生产率的要求,可采用专用的复合刀具(参见2.2),这样可提高加工精度、生产率和经济
46、效益。自动线和数控机床所使用的刀具应着重考虑其寿命期内的可靠性,加工中心所使用的刀具还应注意选择与其配套的工具系统。刀具材料方面,除了最常用的高速钢和硬质合金外,还常考虑以下先进新型材料:涂层刀具。采用化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)的方法将耐磨、难熔的TiN、TiC、Al2O3等涂层材料涂覆到硬质合金、高速钢等刀具机体材料上,形成较强的涂层附着能力。选用涂层刀具可以提高切削速度,适于现代的高速加工。陶瓷刀具。常用的陶瓷基体材料为Al2O3,Si3N4,经高温烧结而成;其硬度可达HRA90-95,耐磨性高出硬质合金10多倍,红硬性好,抗粘性好,亲和力小,化学稳定性高,抗氧化能力强
47、。主要用于加工冷硬铸铁、淬火钢等,其缺点是脆性大,强度差,导热性差。超硬刀具材料。超硬材料有金刚石和立方氮化硼(CBN)两类。金刚石硬度最高,是Al2O3的3倍左右，其用途主要用于制造磨具和部分切削工具。作为切削刀具尽管使用的工具成本高,但在诸多场合发挥特殊效果,反而会降低综合加工成本。如对于HRC60以上的工件加工,传统刀具都需要工件退火后再加工,再淬火恢复硬度,而金刚石刀具可以直接车削HRC60以上的工件,减少工序,节约时间和工件周转。(3)量具、检具和量仪的选择:主要依据生产类型和要检验的精度。单件小批量生产中,对于尺寸误差,广泛采用游标卡尺、千分尺等;对于形位误差,一般采用百分表和千分
48、表等通用量具。大批大量生产应尽量选用效率高的量具、检具和量仪。如各种极限量规、专用检验器具和测量仪器等。3)切削用量的选择合理切削用量是指使刀具的切削性能和机床的动力性能得到充分发挥,并在保证加工质量的前提下,获得高生产率和低加工成本的切削用量。其通用的选择原则是:首先选取尽可能大的背吃刀量;其次根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度的要求,选取尽可能大的进给量;最后利用切削用量手册选取或者用公式确定切削速度。背吃刀量应根据工件的加工余量和工艺系统的刚度来确定。粗加工时,一次走刀尽可能切除全部余量。半精加工时,被吃刀量取为0.52mm。精加工时,被吃刀量取为0.10.4mm。粗加工时在工
49、艺系统刚度允许的情况下尽可能选大一些的进给量,否则应适当减小进给量。生产实际中多采用查表法确定进给量。半精加工、精加工时,采用较小的背吃刀量和进给量,以减小工艺系统的弹性变形,减小已加工表面的残留面积高度。在背吃刀量和进给量选定后,可在保证刀具合理寿命的前提下,确定合理的切削速度。在ap、f值选定后,根据合理的刀具耐用度或查表来选定切削速度。在生产中选择切削速度的一般原则是:(1)粗车时,ap、f较大,故选择较低的v;精车时,ap、f均较小,故选择较高的v。(2)工件材料强度、硬度高时,应选较低的v,减少刀具磨损。(3)切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低2030;切削调质状态的钢比正火、退火
50、状态钢要降低2030;切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高100300,防止积削瘤生成。2.2.工时定额的计算工时定额的计算工时定额是指在一定生产条件下,规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。它是安排生产计划、进行成本核算、考核工人完成任务情况、新建和扩建工厂或车间时确定所需设备和工人数量的主要依据。制定合理的工时定额是调动工人积极性的重要手段,可以促进工人技术水平的提高,从而不断提高生产率。一般是技术人员通过计算或类比的方法,或者通过对实际操作时间的测定和分析进行确定。在使用中,工时定额应定期修订,以使其保持平均先进水平。在机械加工中,为了便于合理地确定工时定额,把完成一个工件的
