数控加工的工艺基础

第 三 章 数 控 加 工 的 工 艺 基 础 第 一 节 基 本 概 述一 、 生 产 过 程 和 工 艺 过 程（ 一 ） 生 产 过 程 把 原 材 料 转 变 为 成 品 的 全 过 程 ， 称 为 生产 过 程 。 生 产 过 程 一 般 包 括 原 材 料 的 运输 、 仓 库 保 管 、 生 产 技 术 准 备 、 毛 坯 制造 、 机 械 加 工 、 装 配 、 检 验 、 喷 涂 和 包装 等 。 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 。2.工 步 在 加 工 表 面 或 加 工 工 具 不 变 的 情 况 下 ，所 连 续 完 成 的 那 一 部 分 工 序 内 容 ， 称 为 工 步 。3.进 给 在 一 个 工 步 内 ， 若 被 加 工 表 面 需 切 除 的余 量 较 大 ， 可 分 几 次 切 削 ， 每 次 切 削 称 为 一 次进 给 。（ 二 ） 工 艺 过 程 4.安 装 工 件 经 一 次 装 夹 后 所 完 成 的 那 一 道 工 序 ，称 为 安 装 。5.工 位 为 了 完 成 一 定 的 工 序 部 分 ， 一 次 装 夹 工件 后 ， 工 件 （ 或 装 配 元 件 ） 与 夹 具 或 设 备 的 可动 部 分 一 起 相 对 刀 具 或 设 备 的 固 定 部 分 所 占 据的 每 一 个 位 置 ， 称 为 工 位 。 如 图 3-5所 示 。 （ 一 ） 生 产 纲 领二 、 生 产 纲 领 和 生 产 类 型 生 产 纲 领 是 指 企 业 在 计 划 期 内 应 当 生 产 的 产 品量 和 进 度 计 划 ， 通 常 称 为 年 产 量 ， 按 下 式 计 算 ： 11 aQnN （ 二 ） 生 产 类 型 生 产 类 型 是 指 企 业 （ 或 车 间 、 工 段 、 班 组 、 工作 地 ） 生 产 专 业 化 程 度 的 分 类 ， 一 般 分 为 以 下三 类 ：F单 件 生 产F大 量 生 产F成 批 生 产 第 二 节 机 械 加 工 工 艺 规 程 的 制 订 规 定 零 件 制 造 工 艺 过 程 和 操 作 方 法 等 的 文 件 。称 为 工 艺 规 程 ， 有 以 下 作 用 ：工 艺 规 程 是 指 导 生 产 的 主 要 技 术 文 件 。工 艺 规 程 是 生 产 组 织 和 管 理 工 作 的 基 本 依 据 。工 艺 规 程 是 新 建 或 扩 建 工 厂 或 车 间 的 基 本 资料 。 一 、 工 艺 规 程 的 作 用 1.产 品 装 配 图 和 零 件 工 作 图 。2.产 品 的 生 产 纲 领 。3.产 品 验 收 的 质 量 标 准 。4.现 有 的 生 产 条 件 和 资 料 。5.国 内 、 外 同 类 产 品 的 有 关 工 艺 资 料 等 。二 、 工 艺 规 程 制 订 时 所 需 的 原 始 资 料 （ 1） 零 件 图 的 完 整 性 与 正 确 性 分 析 。（ 2） 零 件 技 术 要 求 分 析（ 3） 尺 寸 标 注 方 法 分 析 。 （ 4） 零 件 材 料 分 析 。三 、 工 艺 规 程 制 订 的 步 骤 及 方 法（ 一 ） 零 件 的 工 艺 分 析1.产 品 的 零 件 图 和 装 配 图 分 析 。2.零 件 的 结 构 工 艺 性 分 析 零 件 结 构 工 艺 性 是 指所 设 计 的 零 件 在 能 满 足 使 用 要 求 的 前 提 下 制造 的 可 行 性 和 经 济 性 。 F零 件 的 材 料 及 其 力 学 性 能 。F生 产 类 型 。F零 件 的 结 构 形 状 和 外 形 尺 寸 。（ 二 ） 毛 坯 的 确 定确 定 毛 坯 时 主 要 考 虑 以 下 因 素 ： F外 圆 表 面 加 工 方 法 的 选 择 车 和 磨F内 孔 表 面 加 工 方 法 的 选 择 钻 扩 铰 镗 拉 磨F平 面 加 工 方 法 的 选 择 铣 刨 车 磨 拉 研 磨 刮F平 面 轮 廓 和 曲 面 轮 廓 加 工 方 法 的 选 择 数 控 铣线 切 割 磨（ 三 ） 工 艺 路 线 设 计1.加 工 方 法 的 选 择 F粗 加 工 阶 段 其 任 务 是 提 高 生 产 率 。F半 精 加 工 阶 段 其 任 务 是 为 主 要 表 面 的 精 加 工做 好 准 备 ， 并 可 完 成 一 些 次 要 表 面 加 工 。F精 加 工 阶 段 其 任 务 是 全 面 保 证 加 工 质 量 。F光 整 加 工 阶 段 是 提 高 尺 寸 精 度 、 减 小 表 面 粗糙 度 。2.加 工 阶 段 的 划 分（ 1） 各 加 工 阶 段 的 主 要 任 务 F保 证 加 工 质 量F合 理 使 用 设 备F便 于 及 时 发 现 毛 坯 缺 陷F便 于 安 排 热 处 理 工 艺（ 2） 划 分 加 工 阶 段 的 目 的 F工 序 划 分 原 则 工 序 集 中 和 工 序 分 散F工 序 划 分 方 法 (p63下 )3.工 序 的 划 分4.加 工 顺 序 的 安 排F切 削 加 工 工 序 的 安 排F热 处 理 工 序 的 安 排F辅 助 工 序 的 安 排F工 序 间 的 衔 接 1.机 床 的 选 择2.定 位 基 准 与 夹 紧 方 案 的 确 定3.夹 具 的 选 择4.刀 具 的 选 择5.量 具 的 选 择6.进 给 路 线 的 确 定 和 工 步 顺 序 的 安 排7.工 序 加 工 余 量 、 工 序 尺 寸 及 其 偏 差 的 确 定8.切 削 用 量 的 确 定9.时 间 定 额 的 确 定（ 四 ） 工 序 设 计 1.机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片2.机 械 加 工 工 艺 卡 片3.机 械 加 工 工 序 卡 片 4.数 控 加 工 工 序 卡 片5.数 控 加 工 刀 具 卡 片6.数 控 加 工 进 给 路 线 图（ 五 ） 填 写 工 艺 文 件 加 工 余 量 是 指 加 工 过 程 中 ， 所 切 去 的 金 属 层 厚 度 。余 量 有 工 序 余 量 和 加 工 总 余 量 之 分 。 工 序 余 量 是相 邻 两 工 序 的 工 序 尺 寸 之 差 ； 加 工 总 余 量 是 毛 坯尺 寸 与 零 件 图 的 设 计 尺 寸 之 差 ， 它 等 于 各 工 序 余量 之 和 。 即 右 式 .(中 间 工 序 的 工 序 余 量 与 工 序 尺寸 及 其 公 差 的 关 系 如 图 3-10.)第 三 节 加 工 余 量 的 确 定一 、 加 工 余 量 的 概 念 ni iZZ 1 加 工 余 量 有 单 边 余 量 和 双 边 余 量 之 分 。 平 面 的 加工 余 量 则 指 单 边 余 量 ， 內 圆 和 外 圆 等 回 转 体 表 面 ，加 工 余 量 指 双 边 余 量 。 如 图 3-11所 示 。F对 于 外 圆 表 面 2Z=da-dbF对 于 内 圆 表 面 2Z=db-da （ 1） 上 工 序 表 面 粗 糙 度 Ra和 缺 陷 层 Da 如图 3-12。二 、 影 响 加 工 余 量 的 因 素1.上 工 序 的 各 种 表 面 缺 陷 和 误 差 （ 2） 上 工 序 的 尺 寸 公 差 Ta。 图 3-10本 工序 余 量 应 包 含 上 工 序 的 尺 寸 公 差 .（ 3） 上 工 序 的 形位 公 差 （ 也 称 空间 误 差 ） a 如图 3-13。 轴 线 直线 度 误 差 的 2倍须 计 入 本 工 序 加工 余 量 . 2.本 工 序 的 装 夹 误 差 b 装 夹 误 差 包 括 定 位 误 差 ， 夹 紧 误 差 及 夹 具 本 身 的误 差 。 1.经 验 估 算 法 此 法 是 凭 工 艺 人 员 的 实 践 经 验 估计 加 工 余 量 。三 、 确 定 加 工 余 量 的 方 法2.查 表 修 正 法 将 工 厂 生 产 实 践 和 试 验 研 究 积 累的 有 关 加 工 余 量 的 资 料 制 成 表 格 ， 并 汇 编 成手 册 。3.分 析 计 算 法 此 法 是 根 据 加 工 余 量 计 算 公 式和 一 定 的 实 验 资 料 ， 对 影 响 加 工 余 量 的 各 项因 素 进 行 综 合 分 析 和 计 算 来 确 定 加 工 余 量 的一 种 方 法 。 第 四 节 工 序 尺 寸 及 其 公 差 的 确 定其 计 算 方 法 是 由 最 后 一 道 工 序 开 始 向 前 推 算 ， 其 具 体 步 骤 如 下 ：1） 确 定 毛 坯 总 余 量 和 工 序 余 量2） 确 定 工 序 公 差 。3） 计 算 工 序 基 本 尺 寸 。4） 标 注 工 序 尺 寸 公 差 。见 图 3-15及 73页 ,74页 .一 、 基 准 重 合 时 工 序 尺 寸 及 其公 差 的 计 算 （ 一 ） 工 艺 尺 寸 链二 、 基 准 不 重 合 时 工 序 尺 寸 及 其公 差 的 计 算（ 1） 工 艺 尺 寸 链 的 概 念（ 2） 工 艺 尺 寸 链 的 特 征（ 3） 工 艺 尺 寸 链 的 组 成1.工 艺 尺 寸 链 的 概 念F封 闭 环 :工 艺 尺 寸 链 中 间 接 得 到 的 尺 寸 .F组 成 环 :除 封 闭 环 以 外 的 其 他 环 .F组 成 环 的 判 别 增 环 ,减 环 (尺 寸 链 回 路 ,箭 头 .) （ 1） 封 闭 环 的 基 本 尺 寸2.工 艺 尺 寸 链 计 算 的 基 本 公 式 1 11 nmj jmi i AAA（ 2） 封 闭 环 的 极 限 尺 寸 1 1 min1 maxmax nmj jmi i AAA （ 3） 封 闭 环 的 平 均 尺 寸（ 4） 封 闭 环 的 上 、 下 偏 差 1 11 nmj jMmi iMM AAA 1 11 nmj jmi i EIAESAESA（ 5） 封 闭 环 的 公 差 11ni iTATA （ 二 ） 工 序 尺 寸 及 其 公 差 的 计 算1.定 位 基 准 与 设 计 基 准 不 重 合 的 工 序 尺 寸计 算2.数 控 编 程 原 点 与 基 准 不 重 合 的 工 序 尺 寸计 算 第 五 节 机 械 加 工 精 度 及 表 面 质 量（ 一 ） 加 工 精 度 尺 寸 精 度 限 制 加 工 表 面 与 其 基 准 间 尺 寸 误 差不 超 过 一 定 的 范 围 。 几 何 形 状 精 度 限 制 加 工 表 面 的 宏 观 几 何 形 状误 差 。 相 互 位 置 精 度 限 制 加 工 表 面 与 其 基 准 间 的 相互 位 置 误 差 。一 、 加 工 精 度 和 表 面 质 量 的 基 本 概 念 （ 二 ） 表 面 质 量1.表 面 层 的 几 何 形 状 偏 差 表 面 粗 糙 度 指 零 件 表 面 的 微 观 几 何 形 状 误 差 。 表 面 波 纹 度 指 零 件 表 面 周 期 性 的 几 何 形 状 误 差 。2.表 面 层 的 物 理 、 力 学 性 能 冷 作 硬 化 残 余 应 力 表 面 层 金 相 组 织 变 化 二 、 表 面 质 量 对 零 件 使 用 性 能 的 影 响 对 零 件 耐 磨 性 的 影 响 当 两 个 零 件 相 互 接 触 时 ， 实质 上 只 是 两 个 零 件 接 触 表 面 上 的 一 些 凸 峰 相 互 接触 ， 因 此 实 际 接 触 面 积 比 理 论 接 触 面 积 要 小 得 多 ，从 而 使 单 位 面 积 上 的 压 力 很 大 。 对 零 件 疲 劳 强 度 的 影 响 零 件 表 面 层 的 残 余 应 力 对疲 劳 强 度 的 影 响 很 大 。 当 残 余 应 力 为 拉 应 力 时 ，在 拉 应 力 作 用 下 ， 会 使 表 面 的 裂 纹 扩 大 ， 而 降 低零 件 的 疲 劳 强 度 ， 减 少 了 产 品 的 使 用 寿 命 。 （ 一 ） 工 艺 系 统 的 几 何 误 差三 、 影 响 加 工 精 度 的 因 素1.主 轴 误 差 机 床 主 轴 是 装 夹 刀 具 或 工 件 的 位 置基 准 ， 它 的 误 差 也 将 直 接 影 响 工 件 的 加 工 质 量 。2.导 轨 误 差 （ 二 ） 工 艺 系 统 受 力 变 形 引 起 的 误 差 工 艺 系 统 在 切 削 力 、 传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 以及 重 力 等 的 作 用 下 ， 会 产 生 相 应 的 变 形 ， 从 而 破坏 已 调 好 的 刀 具 与 工 件 之 间 的 正 确 位 置 ， 使 工 件产 生 几 何 形 状 误 差 和 尺 寸 误 差 。 （ 三 ） 工 艺 系 统 热 变 形 引 起 的 误 差1.机 床 的 热 变 形 对 机 床 的 热 变 形 构 成 影 响 的 因素 主 要 有 电 动 机 、 电 器 和 机 械 动 力 源 的 能 量 损 耗转 化 发 出 的 热 。 这 些 热 都 将 或 多 或 少 的 使 机 床 机身 、 工 作 台 和 主 轴 等 部 位 发 生 变 形 ， 如 图 所 示 。 2.工 件 的 热 变 形 由 于 切 削 热 的 作 用 ， 工 件 在 加 工 过 程 中 产 生热 变 形 ， 因 其 热 膨 胀 影 响 了 尺 寸 精 度 和 形 状精 度 。 四 、 影 响 表 面 粗 糙 度 的 工 艺 因 素1.工 件 材 料 一 般 韧 性 较 大 的 塑 性 材 料 ，加 工 后 表 面 粗 糙 度 较 大 ， 而 韧 性 较 小 的塑 性 材 料 加 工 后 易 得 到 较 小 的 表 面 粗 糙度 。2.切 削 用 量 进 给 量 越 大 ， 残 留 面 积 高 度越 高 ， 零 件 表 面 越 粗 糙 。 因 此 ， 减 小 进给 量 可 有 效 的 减 小 表 面 粗 糙 度 。 3.刀 具 几 何 参 数 主 偏 角 、 副 偏 角 及 刀 尖 圆弧 半 径 对 零 件 表 面 粗 糙 度 有 直 接 影 响 。4.切 削 液 切 削 夜 的 冷 却 和 润 滑 作 用 能 减 小切 削 过 程 中 的 界 面 摩 擦 ， 降 低 切 削 区 温 度 ，抑 制 积 屑 瘤 的 产 生 ， 因 此 可 大 大 减 小 表 面粗 糙 度 。 第 六 节 轴 类 零 件 的 加 工一 、 常 见 轴 类 零 件 和 技 术 要 求1.常 见 轴 类 零 件 光 轴 空 心 轴 台 阶 轴 偏 心 轴 （ 1） 直 径 精 度 和 几 何 形 状 精 度（ 2） 相 互 位 置 精 度（ 3） 表 面 粗 糙 度2.轴 类 零 件 的 技 术 要 求 二 、 轴 零 件 的 材 料 、 毛 坯1.轴 类 零 件 的 材 料 一 般 轴 类 零 件 的 材 料 常 用45钢 ， 通 过 正 火 、 调 质 、 淬 火 等 不 同 的 热 处理 工 艺 ， 获 得 一 定 的 强 度 、 韧 性 和 耐 磨 性 。2.轴 类 零 件 的 毛 坯 轴 类 零 件 的 毛 坯 有 棒 料 、 锻件 和 铸 件 三 种 。 三 、 车 偏 心 轴 工 艺 分 析1.工 件 结 构 分 析 点 击 视 频 画 面 播 放 2.采 用 一 夹 一 顶 的 装 夹 方 法 粗 车 外 圆 、 粗 切 槽点 击 视 频 画 面 播 放 3.找 偏 心 轴 点 击 视 频 画 面 播 放 4.粗 车 外 圆 后 钻 孔 点 击 视 频 画 面 播 放 5.车 偏 心 轴 要 点 点 击 视 频 画 面 播 放 第 七 节 箱 体 类 零 件 的 加 工一 、 箱 体 类 零 件 的 结 构 特 点 和 技 术 要 求1.箱 体 类 零 件 的 结 构 特 点 由 左 图 可 见 ： 各种 箱 体 零 件 尽 管形 状 各 异 ， 尺 寸不 一 ， 但 它 们 均有 空 腔 、 结 构 复杂 、 壁 厚 不 均 等共 同 特 点 。 2.箱 体 类 零 件 的 主 要 技 术 要 求（ 1） 孔 径 精 度（ 2） 孔 与 孔 及 平 面 的 位 置 精 度（ 3） 主 要 平 面 的 精 度（ 4） 表 面 粗 糙 度 二 、 箱 体 类 零 件 的 材 料 和 毛 坯 箱 体 类 零 件 的 材 料 一 般 用 灰 铸 铁 ， 常 用 的 牌号 为 HT200。 这 是 因 为 灰 铸 铁 不 仅 成 本 低 ，而 且 具 有 较 好 的 耐 磨 性 、 可 铸 性 、 可 切 削 性和 阻 尼 特 性 。 铸 件 毛 坯 的 加 工 余 量 视 生 产 批 量 而 定 。 单 件小 批 生 产 多 用 木 模 手 工 造 型 ， 毛 坯 精 度 低 ，加 工 余 量 大 ； 大 批 大 量 生 产 时 ， 通 常 采 用 金属 模 机 器 造 型 ， 毛 坯 精 度 高 ， 加 工 余 量 小 。 三 、 箱 体 零 件 的 加 工 工 艺 分 析1.箱 体 零 件 主 要 表 面 加 工 方 法 的 选 择（ 1） 箱 体 平 面 加 工（ 2） 箱 体 轴 承 支 承 孔 加 工 2.箱 体 零 件 定 位 基 准 的 选 择（ 1） 粗 基 准 的 选 择（ 2） 精 基 准 的 选 择1） 单 件 小 批 生 产 时 以 装 配 面 为 精 基 准 。2） 大 批 大 量 生 产 时 以 一 面 两 孔 作 精 基 准 。3.拟 定 箱 体 工 艺 过 程 的 共 性 原 则（ 1） 加 工 顺 序 为 先 面 后 孔（ 2） 加 工 阶 段 粗 精 分 开（ 3） 工 序 间 合 理 安 排 热 处 理 4.车 床 主 轴 加 工 工 艺 过 程 5.箱 体 加 工 的 主 要 工 序 分 析（ 1） 保 证 平 行 孔 系 孔 距 精 度 的 方 法F找 正 法F坐 标 法F镗 模 法 （ 2） 保 证 同 轴 孔 系 同 轴 度 的 方 法F利 用 已 加 工 孔 作支 撑 导 向F采 用 调 头 镗 第 三 章 结 束 !